基于（类）石墨烯与聚苯胺及其衍生物的DNA传感器界面

摘要

（类）石墨烯基导电聚合物凭借其良好的导电能力和独特的官能团引起了科研工作者们的广泛兴趣。本论文以（类）石墨烯为支撑材料，在它表面上化学聚合苯胺或其衍生物单体，制备了三种纳米复合材料，并基于所得材料进行了一系列的电化学传感研究。具体工作可以被划分为以下三点:
　　(1)采用氧化石墨烯(GNO)作为支撑材料，制备得到了不同形貌的聚苯胺-氧化石墨烯(PANI-GNO)纳米复合材料，并将它们在DNA传感中的电化学行为进行了比较。由于在聚苯胺(PANI)的成核以及生长过程中，GNO作为一种良好的支撑或模板存在，因此我们成功地得到了石墨烯基的聚苯胺纳米结构。倘若不存在GNO，那么就会得到自由结合的PANI纳米线。此外，冰浴条件下不同的反应时间制备得到的PANI-GNO纳米复合材料的形貌明显不同，其中包括小牛角状(5和12h)、垂直阵列(18h)、纳米尖端(24h)。也就是说，我们可以通过改变冰浴条件下的反应时间来控制PANI-GNO纳米复合材料的形貌。而且，实验结果表明基于不同形貌PANI-GNO纳米复合材料构建的DNA电化学传感器，具有不同的ssDNA表面覆盖量以及杂交效率。与其它形貌的PANI-GNO纳米复合材料（5，12和24h）相比，垂直阵列(18h)展现出最佳的检测限(2.08×10-16M)。这可以归因于这种纳米复合材料具有更大的比表面积和更多的有效空间，可以为探针DNA(pDNA)的固定以及杂交检测提供最佳的平衡。
　　(2)采用GNO、苯胺(AM)和氨基苯磺酸(ABSA)单体作为初始材料，通过改变复合材料的制备条件（如成分、单体组成(ANI与ABSA的摩尔比率)、反应时间），从而制备了一系列的纳米复合材料，并将它们用于DNA电化学传感对比。纳米复合材料的自身信号被用于评估复合材料的制备条件对于pDNA固定以及杂交检测的影响。然后，我们发现与其它两个影响因素相比，ANI与ABSA的摩尔比率对于杂交效率的影响更大。同时，我们使用亚甲基蓝(MB）作为外部指示剂进行一系列的平行实验，也得出了同样的结论。此外，我们还对不同摩尔比率制备的磺酸化聚苯胺-氧化石墨烯(SPAN-GNO)纳米复合材料修饰电极的灵敏度进行了相关测定。与其它摩尔比率制备的SPAN-GNO纳米复合材料相比，2∶3展现出最大的线性检测范围1.0×10-14～1.0×10-6M以及最佳的检测限3.06×10-15M。
　　(3)通过简单的超声剥离得到薄层二硫化钼(MoS2)，然后在其表面上氧化聚合ANI单体，从而制备得到了聚苯胺-二硫化钼(PANI-MoS2)纳米复合材料。众所周知，导电聚合物，例如PANI，凭借其自身信号可以作为直接传感器，不需要借助任何的标记物或指示剂。而且，MoS2不仅可以作为一个良好的导电骨架为PANI的氧化还原提供较大的电催化活性面积，而且也可以为PANI氧化还原过程中电子交换提供直接路径。因此，与单一的PANI或MoS2相比，PANI与MoS2的复合物展现出较好的电化学性能，并且可以作为一种优秀的候选者用于免标记、直接电化学DNA传感。采用复合材料的自身信号作为检测信号，我们进行了一系列实验考察了合成条件（如成分、MoS2用量、反应时间）对pDNA固定以及杂交检测的影响。结果显示，相比于其它两个合成条件，MoS2用量的影响更大，而这一结论也被使用MB作为外部指示剂的平行实验所证实。秉着高灵敏DNA检测的准则，最后考察了一下MoS2用量与DNA检测灵敏度之间联系。实验数据表明，MoS2用量从0.009g增长到0.072g过程中，在0.054g时，CaMV35S基因序列的检测限达到了最佳值。

目录

摘要

第一章 文献综述

1．1 (类)石墨烯纳米材料

1．1．1 石墨烯简介

1．1．2 石墨烯的制备

1．1．3 二硫化钼简介

1．1．4 二硫化钼的制备

1．2 聚苯胺及其衍生物

1．3 (类)石墨烯基聚苯胺及其衍生物

1．3．1 石墨烯基聚苯胺及其衍生物简介

1．3．2 石墨烯基聚苯胺及其衍生物的制备

1．3．3 二硫化钼基聚苯胺及其衍生物简介

1．3．4 二硫化钼基聚苯胺及其衍生物的制备

1．4 (类)石墨烯基聚苯胺及其衍生物在DNA电化学传感中的应用

1．4．1 间接检测

1．4．2 直接检测

1．5 课题的目的和意义

第二章 基于石墨烯基聚苯胺的DNA电化学传感：纳米结构对灵敏度的影响

2．1 实验部分

2．1．1 仪器与试剂

2．1．2 碳糊电极的制备

2．1．3 氧化石墨的制备

2．1．4 聚苯胺-氧化石墨烯纳米复合材料的制备

2．1．5 纳米复合材料修饰电极的制备

2．1．6 探针DNA的固定和杂交

2．1．7 电化学检测

2．2 结果与讨论

2．2．1 材料的表征

2．2．2 制备条件对于pDNA固定和杂交的影响

2．2．3 DNA杂交识别的选择性

2．2．4 PML／RARA基因序列的杂交检测对比

2．3 本章小结

第三章 磺酸化聚苯胺-氧化石墨烯复合物：合成以及单体组成对于直接DNA检测中电化学信号的影响

3．1 实验部分

3．1．1 仪器与试剂

3．1．2 碳糊电极的制备

3．1．3 氧化石墨的制备

3．1．4 纳米复合材料的制备

3．1．5 纳米复合材料修饰电极的制备

3．1．6 探针DNA的固定和杂交

3．1．7 电化学检测

3．2 结果与讨论

3．2．1 材料的表征

3．2．2 影响复合材料形貌及化学信号因素的优化

3．2．3 DNA固定与杂交的电化学检测

3．2．4 PML／RARA基因序列的电化学检测对比

3．3 本章小结

第四章 合成薄层二硫化钼基聚苯胺纳米复合材料用于增强的直接电化学DNA检测

4．1 实验部分

4．1．1 仪器与试剂

4．1．2 碳糊电极的制备

4．1．3 纳米复合材料的制备

4．1．4 纳米复合材料修饰电极的制备

4．1．5 探针DNA的固定与杂交

4．1．6 电化学检测

4．2 结果与讨论

4．2．1 材料的表征

4．2．2 PANI-MoS2纳米复合材料合成条件的优化

4．2．3 电化学DNA传感器性能的对比

4．2．4 探究CaMV35S基因序列检测的灵敏度

4．3 本章小结

结论

参考文献

致谢

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