基于二维纳米片复合材料的电化学酶生物传感平台的构建

摘要

电化学生物传感平台是通过集成生物识别元件与电子器件所开发出来的一类结构简单，反应灵敏，价格低廉的便携式电化学分析检测工具。近年来，随着纳米技术和纳米科学的飞速发展，基于纳米材料的信号放大技术提高电化学生物传感平台灵敏度和选择性的研究，展现出了较好的实际应用前景。自石墨烯问世以来，二维（2D）超薄纳米材料便引起了科研工作者的极大关注。目前，各种新奇的2D纳米材料相继被应用于电化学传感平台的构建，并取得了令人满意的成果。随着研究的不断深入，科学家们将2D纳米材料与其他纳米材料进行合理的组装后，由此制备出的2D纳米片复合材料能够发挥出更好的分析传感性能，这对新型高性能电化学生物传感平台的构建具有非常重要的指导意义。本文通过2D纳米片复合材料将牛血红蛋白固定在基底电极上，成功的构建出多种灵敏度高、选择性强的电化学酶生物传感平台。
　　本研究主要内容包括：⑴通过共沉淀法将氨基功能化离子液体、类水滑石和牛血红蛋白复合，成功地制备出 AFIL-LDH-Hbcop生物纳米复合材料。使用该复合材料修饰玻碳电极并考察Hb的直接电化学和电催化行为。紫外光谱和傅里叶变换红外光谱的实验结果表明 Hb在纳米材料上保持了其原有的生物构象并且具有良好的稳定性。X射线衍射与扫描电子显微镜图显示 AFIL-LDH-Hbcop杂化物具有典型的层状结构。基于该纳米复合材料构建的生物传感平台对三氯乙酸（TCA）表现出较好的电化学催化行为。⑵通过静电组装氧化石墨烯（GO）和剥离CoAl-LDH纳米片（ELDH）制备出一种三明治型夹心结构的还原石墨烯-剥离类水滑石（GR-ELDH）纳米复合材料。使用该复合材料和壳聚糖（CTS）将Hb固定在离子液体碳糊电极（CILE）表面，制备出CTS/GR-ELDH-Hb/CILE修饰电极并用于考察Hb的直接电化学和电催化行为。光谱法表征结果显示Hb在复合材料上保持了其原有构象并且具有良好的稳定性。修饰电极的循环伏安（CV）曲线图中出现了一对峰形良好且准可逆的氧化还原峰。方波伏安法（SWV）的表征显示该修饰电极对TCA的催化检测结果较好。⑶通过AFIL共价修饰GO-ELDH制备出一种具有水稳定性的AFIL-GR-ELDH三元纳米复合材料。用该复合材料和CTS将Hb固定在CILE上，制备出CTS/AFIL-GR-ELDH-Hb/CILE修饰电极并用于考察Hb的直接电化学和电催化行为。SEM，TEM，FTIR，XRD，X射线光电子能谱（XPS）等表征手段进一步地证实AFIL以共价键的形式结合在GR片层表面。光谱法的表征结果表明Hb在复合材料上保持了其固有的生物活性。通过CV法和I-t曲线法考察了该修饰电极对TCA和H2O2的催化行为，结果令人满意。⑷通过水热法将GO和CoAl-LDH组装成为GR-LDH水凝胶，再将其与三聚氰胺粉末混合煅烧，制备出一种新型的 GR-LDH-C3N4三元纳米复合材料。用该复合材料和CTS将Hb固定在CILE上，制备出CTS/GR-LDH-C3N4-Hb/CILE修饰电极并用于考察 Hb的直接电化和电催化行为。高分辨率透射电子显微镜（HRTEM），XPS，XRD以及SEM表征的结果证明C3N4和ELDH存在于GR片层表面。光谱法表征的结果表明Hb在复合材料上保持了其原有的生物活性。CV法和电化学阻抗法（EIS）的结果表明CTS/GR-LDH-C3N4-Hb/CILE三元修饰电极具有明显高于它的二元修饰电极的电化学性能。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

符号说明

第一章 文献综述

1.1电化学生物传感平台

1.2 二维纳米材料

1.3 二维纳米片复合材料及其在电化学生物传感平台中的应用

1.4 本论文的选题思想和主要研究内容

第二章 基于氨基功能化离子液体修饰的层状双金属氢氧化物固定血红蛋白的直接电化学和电催化行为

2.1 前言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 基于剥离Co2Al LDH-石墨烯纳米复合膜固定牛血红蛋白酶的电化学生物传感平台的构建

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 基于AFIL-GR-ELDH纳米杂化物固定Hb的电化学生物传感平台的构建

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 基于GR-LDH-C3N4三元纳米杂化物固定Hb的电化学生物传感平台的构建

5.1 前言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读学位期间已发表和待发表的相关学术论文题录

声明