离子液体修饰电极在电化学传感器中的应用

摘要

电化学生物传感器因其使用方便、灵敏度高、选择性好且易于实现自动化，在分析检测领域中得到了广泛的研究和应用。目前第三代电化学酶传感器正在快速发展，但是它的应用范围存在着较大的局限性。这是由于:
　　(1)缺乏有效的方法固定酶;
　　(2)酶的活性中心在一定程度上被掩蔽，造成酶与电极之间的直接电子传递比较困难。
　　离子液体(ILs)具有导电性高、电化学窗口宽、化学和热稳定性好等优点，被广泛用于电化学和电分析化学领域。纳米材料具高比表面积、生物相容性好、易于功能化等性质使之成为电化学生物传感器方面最有潜力的材料。离子液体和纳米材料的引入为构建合适的生物传感器体系提供了机会。本文利用多元复合材料的协同作用，构建多种第三代蛋白质电化学传感器，研究了血红素蛋白质的直接电化学与电催化行为。本论文主要进行了以下几个方面的研究工作:
　　1.以疏水性离子液体1-丁基吡啶六氟磷酸盐(BPPF6)和1-己基吡啶六氟磷酸盐(HPPF6)为粘合剂和修饰剂，制得了离子液体修饰碳糊电极(CILE)。分别以CILE为基底电极，以NiMoO4和CoMoO4纳米棒，壳聚糖等为修饰材料，采用涂布法将血红蛋白(Hb)和肌红蛋白(Mb)等血红素蛋白质固定在工作电极的表面构建了两种电化学生物传感器为CTS/Hb-NiMoO4/CILE和CTS/Mb-CoMoO4/CILE。考察了Hb和Mb在不同修饰电极上的直接电化学和电催化行为。采用扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见吸收光谱、傅立叶变换红外光谱和电化学方法对修饰材料进行了表征和研究。实验结果表明Mb和Hb在不同的复合修饰膜内基本保持了其生物活性，循环伏安扫描出现一对准可逆的峰形良好且稳定的氧化还原峰，离子液体和纳米材料之间的协同作用极大的促进了电子传递速率，研究了Hb和Mb的直接电化学行为，求解了相关的电化学参数，并进一步考察了修饰电极对三氯乙酸(TCA)和双氧水(H2O2)的电催化行为。
　　2.以石墨烯(GR)，多壁碳纳米管(MWCNT)，氧化石墨烯(GO)和离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(EMIMBF4)等组成的复合材料为电极修饰剂用于构建血红蛋白(Hb)修饰电极。以基于HPPF6的CILE为基底电极，将Hb、Nafion、GR-MWCNT复合材料和GO-IL复合材料分别修饰到该电极表面，制备了Nafion/Hb-GR-MWCNT/CILE和Nafion/Hb-GO-IL/CILE两种修饰电极。实现了Hb的有效固定，进而研究了Hb在该修饰电极上的直接电化学和电催化行为。紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和傅立叶变换红外光谱(FT-IR)结果表明Hb在复合修饰膜中保持了其基本结构。在pH3.0的PBS缓冲溶液中循环伏安扫描可得到一对峰形良好且稳定的准可逆氧化还原峰，表明Hb的直接电化学得以实现，求解了相关的电化学参数。这两种修饰电极对TCA、 H2O2和NaNO2均表现出较好的电催化行为，检测范围较宽，检测限较低。
　　3.以BPPF6为粘合剂和修饰剂制备的CILE为基底电极，采用恒电位电沉积法分步将GR和Ag纳米粒子修饰到基底电极表面，再采用涂布法将CTS和Hb固定到电极表面制成CTS/Hb/Ag/GR/CILE。用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、扫描电子显微镜(SEM)和循环伏安法对研究体系进行了表征。所制备的修饰电极对TCA表现出良好的电催化能力，在最佳实验条件下催化还原电流和TCA的浓度在0.8-22.0mmol/L范围内呈良好的线性关系，检测限为0.42mmol/L(3σ)。

目录

摘要

第一章 文献综述

1．1 化学修饰电极

1．1．1 化学修饰电极的分类及制备方法

1．1．2 化学修饰电极的应用

1．2 离子液体

1．2．1 离子液体的定义及分类

1．2．2 离子液体的性能及合成方法

1．3 离子液体修饰电极

1．3．1 离子液体修饰电极的制备方法

1．3．2 离子液体修饰电极的应用

1．4 蛋白质直接电化学的研究

1．4．1 蛋白质直接电化学的研究意义

1．4．2 蛋白质直接电化学的研究进展

1．4．3 离子液体在蛋白质直接电化学中的应用

1．5 本论文的基本思路、目的和研究内容

1．5．1 本论文的基本思路、目的

1．5．2 本论文的研究内容

参考文献

第二章 血红蛋白在钼酸镍纳米棒修饰电极上的直接电化学行为研究

2．1 实验部分

2．1．1 试剂与仪器

2．1．2 CTS／Hb-NiMoO4／CILE的制备过程

2．2 结果与讨论

2．2．1 纳米NiMoO4的电镜图

2．2．2 紫外-可见吸收光谱

2．2．3 傅立叶变换红外光谱

2．2．4 不同修饰电极的电化学交流阻抗谱图

2．2．5 Hb在复合膜内的直接电化学

2．2．6 缓冲溶液pH对Hb电化学行为的影响

2．2．7 扫描速度对Hb电化学行为的影响

2．2．8 Hb修饰电极的电催化性质

2．2．9 CTS／Hb-NMoO4／CILE的稳定性和重现性

2．3 本章小结

参考文献

第三章 基于Nafion／石墨烯-多壁碳纳米管复合膜的电化学蛋白质传感器的制备及应用

3．1 实验部分

3．1．1 仪器与试剂

3．1．2 Nafion／Hb-GR-MWCNT／CILE的制备

3．1．3 实验方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 紫外-可见吸收光谱

3．2．2 傅立叶变换红外光谱图

3．2．3 Hb在不同的修饰电极上的直接电化学

3．2．4 扫速对Hb电化学行为的影响

3．2．5 修饰电极的电催化性能

3．2．6 修饰电极的稳定性和重现性

3．3 本章小结

参考文献

第四章 血红蛋白在基于氧化石墨烯和离子液体复合膜修饰电极上的直接电化学行为

4．1 实验部分

4．1．1 试剂与仪器

4．1．2 Nafion／GO-IL-Hb／CILE的制备过程

4．2 结果与讨论

4．2．1 紫外-可见吸收光谱

4．2．2 傅立叶变换红外光谱图

4．2．3 不同修饰电极的阻抗图

4．2．4 Hb在复合膜内的直接电化学

4．2．5 扫描速度对Hb电化学行为的影响

4．2．6 Hb修饰电极的电催化性质

4．2．7 修饰电极的稳定性和重现性

4．3 本章小结

参考文献

第五章 基于石墨烯和纳米银修饰电极的电化学蛋白质传感器的制备及应用

5．1 实验部分

5．1．1 仪器与试剂

5．1．2 CTS／Hb／Ag／GR／CILE的制备

5．2 结果与讨论

5．2．1 不同修饰电极的扫描电镜图

5．2．2 紫外-可见吸收光谱

5．2．3 电化学阻抗表征

5．2．4 Hb在不同修饰电极上的直接电化学

5．2．5 扫速对Hb电化学行为的影响

5．2．6 CTS／Hb／Ag／GR／CILE的电催化行为研究

5．2．7 修饰电极的重现性和稳定性

5．3 本章小结

参考文献

第六章 肌红蛋白在纳米钼酸钴修饰电极上的直接电化学

6．1 实验部分

6．1．1 仪器与试剂

6．1．2 CTS／Mb-CoMoO4／CILE的制备

6．2 结果与讨论

6．2．1 钼酸钴纳米棒的电镜图

6．2．2 紫外-可见吸收光谱

6．2．3 傅立叶变换红外光谱图

6．2．4 Mb在修饰电极上的直接电化学

6．2．5 扫速的影响

6．2．6 修饰电极的电催化性能

6．3 本章小结

参考文献

结论

致谢

攻读学位期间已发表和待发表的相关学术论文题录

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