基于石墨烯/聚(6-羧基吲哚)复合材料的生物传感器研制及应用

摘要

导电聚合物(CPs)，具有电子转移速度快、灵敏度高、特异性及生物相容性较好等优点，因而被广泛应用于生物传感器的研制。导电聚合物在生物传感器中可以固定生物活性分子，还在传感元件的信号转换上起着极其重要的作用。石墨烯(Gr)具有六角晶胞结构且包含大π键，它能够和富含π键的导电聚合物利用π-π堆积作用进行复合，以改善复合物性能。尤其是石墨烯具备极好导电性、催化活性、较大的比表面积，使得复合材料的电化学活性及生物相容性得到了协同提高。本论文通过电化学聚合的方法，制备了导电石墨烯/聚(6-羧基吲哚)复合材料，且成功实现了电化学发光和免标记电化学免疫传感器的构建，其主要内容包括以下部分:
　　1.首次在乙腈体系中，采用电化学聚合的方法在石墨烯修饰的玻碳电极上，直接电化学聚合6-羧基吲哚单体，成功地制备了一种具有纳米结构的导电石墨烯/聚(6-羧基吲哚)复合材料。利用循环伏安法对石墨烯/聚(6-羧基吲哚)复合材料进行表征，发现该复合材料具有良好的电化学活性。电化学还原的石墨烯呈片层结构且表面有轻微褶皱，而复合材料却呈现出由完整纤维构成的纳米结构，与单纯的聚(6-羧基吲哚)膜相比，复合材料有着更高的导电性以及更大的比表面积。这些优良性能可以帮助拓展石墨烯/导电聚合物在生物传感器领域中的应用，具有潜在的实用价值。
　　2.基于导电石墨烯/聚(6-羧基吲哚)复合材料，成功研制了新型电致化学发光适体生物传感器。通过测定电化学发光信号的前后变化，实现了对凝血酶浓度的灵敏检测，检测范围在0.0001 nM到10 nM之间，对凝血酶的检测限是3fM。该传感器检测范围宽，灵敏度高、而且具有较好的特异性。该传感器的高检测灵敏度主要得益于复合材料以及金纳米粒子的双重放大作用。该电化学发光传感器对凝血酶分析测定提供了一种简单、低消耗的新途径。
　　3.基于石墨烯/聚(6-羧基吲哚)复合材料，成功研制了一种新型免标记的电化学免疫传感器，根据传感器免疫反应前后电化学信号的不同变化，可以对癌胚抗原(CEA)实现免标记检测，检测范围在0-90 ng mL-1范围之间，其检测限为0.02 ngmL-1。构建免疫传感器的方法简单，检测灵敏度高、重现性以及特异性较好。导电石墨烯/聚(6-羧基吲哚)复合物膜存在大的比表面积，而且有较好的生物相容性;离子液体(IL)的导电性能良好;在电化学反应中，金纳米粒子起着类似导线或者电子通道的作用，加快了电子传输的过程。该免疫传感器为肿瘤标志物提供了新的理论依据和测定方法，同时，也适用于其他肿瘤标志物的免疫测定。

目录

摘要

第一章 前言

1．1 导电聚合物

1．1．1 导电聚合物简介

1．1．2 导电聚合物的结构特点及分类

1．1．3 导电聚合物的制备方法

1．1．4 吲哚类导电聚合物

1．2 石墨烯研究进展

1．2．1 石墨烯的结构与性质

1．2．2 石墨烯的制备

1．3 石墨烯／导电聚合物复合材料

1．3．1 石墨烯／导电聚合物复合材料的制备

1．3．2 石墨烯／导电聚合物复合材料的应用

1．4 生物传感器

1．4．1 电化学发光传感器

1．4．2 基于核酸适体的生物传感器

1．4．3 免疫生物传感器

1．4．4 基于导电聚合物生物传感器的简介

1．5 纳米材料在生物传感器中的应用

1．5．1 金属纳米材料的应用

1．5．2 纳米纤维的应用

1．5．3 纳米材料和生物条形码放大技术的结合

1．6 论文工作的提出及主要内容

参考文献

第二章 石墨烯／聚(6-羧基吲哚)复合材料的制备

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 主要试剂

2．2．2 石墨烯修饰电极的制备

2．2．3 石墨烯／聚(6-羧基吲哚)复合材料的电化学聚合

2．2．4 ERGO／PICA复合材料的电化学性能测试

2．2．5 ERGO／PICA复合材料的形貌表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 ERGO／PICA复合材料的形貌表征

2．3．2 ERGO／PICA复合材料的电化学聚合

2．3．3 ERGO／PICA复合材料的氧化还原活性

2．3．4 ERGO／PICA复合材料的电化学活性

2．3．5 ERG0／PICA复合材料的紫外光谱图

2．4 本章小结

参考文献

第三章 基于石墨烯／聚(6-羧基吲哚)复合材料的电化学发光传感器

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 主要试剂

3．2．2 实验仪器

3．2．3 三联吡啶钌衍生物Ru(bpy)2(dcbpy)NHS的合成

3．2．4 纳米金颗粒(Au NPs)放大的ECL纳米探针的制备

3．2．5 电化学发光传感器的构建

3．2．6 电化学发光检测

3．3 结果与讨论

3．3．1 ERGO／PICA／GCE修饰电极的电化学表征

3．3．2 电化学发光(ECL)探针的表征

3．3．3 电化学发光检测条件的优化

3．3．4 凝血酶的电化学发光检测

3．3．5 ECL传感器的稳定性、重现性和选择性

3．3．6 实际样品的检测

3．4 本章小结

参考文献

第四章 基于石墨烯／聚(6-羧基吲哚)复合材料的免标记电化学免疫传感器

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 主要试剂

4．2．2 实验仪器

4．2．3 纳米金胶溶液的制备

4．2．4 电化学免疫传感器的组装

4．2．5 癌胚抗原(CEA)的电化学检测

4．3 结果与讨论

4．3．1 免疫修饰电极的电化学表征

4．3．2 免疫修饰电极的阻抗表征

4．3．3 免疫检测条件的优化

4．3．4 CEA测定的校准曲线

4．3．5 免疫传感器的特异性

4．3．6 免疫传感器的稳定性和重现性

4．3．7 实际样品的检测

4．4 本章小结

参考文献

结论

附录

致谢

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