三种石墨烯/共轭聚合物复合材料的制备及其电化学传感DNA

摘要

近几年来，石墨烯/聚合物复合材料因其高强度和高导电性引起了人们的广泛关注。这种具有良好性能的复合纳米材料在电化学传感和生物传感领域有着良好的应用前景。
　　本论文以石墨烯与共轭聚合物的复合纳米界面作为固定DNA的平台，制备了DNA电化学杂交传感器，实现了对目标DNA特定序列的检测，主要内容如下：
　　(1)采用循环伏安法在电化学还原的石墨烯(ERGNO)表面电聚合聚黄尿酸，构建了无指示剂电化学DNA生物传感器。石墨烯具有独特的物理化学性质，能通过π-π堆积有效地结合黄尿酸(Xa)单体。得到的聚黄尿酸/石墨烯纳米复合膜表面富含大量的羧基，末端氨基修饰的探针DNA可通过交联反应共价固定到活化的羧基基团上。在探针DNA固定后，该纳米复合膜在pH7.0的磷酸盐缓冲溶液中的交流阻抗增加。探针DNA与互补DNA杂交后，由于ssDNA与dsDNA的刚柔性及电子传递能力的差异，阻抗值对比杂交前明显下降。应用该DNA电化学传感器对急性早幼粒细胞白血病(APL)的PML/RARA融合基因片段进行检测，结果令人满意
　　(2)将聚苯胺纳米纤维和石墨烯结合，用于免标记DNA电化学杂交检测。石墨烯/聚苯胺纳米复合膜可以通过石墨烯与碱基的π-π堆积作用来固定探针DNA。在探针DNA固定后，该纳米复合界面在[Fe(CN)6]3-/4-中的交流阻抗值增加，而探针DNA与互补DNA杂交后，得到的双链DNA会脱离电极表面，阻抗值对比杂交前明显下降。聚苯胺纳米纤维与石墨烯之间的协同作用提高了探针DNA在电极表面的固定量以及DNA杂交识别的灵敏度。
　　(3)采用化学聚合法在氧化石墨烯存在下制备了聚苯胺-氧化石墨烯复合材料。通过控制反应温度，所制备的复合材料呈现出两种不同纳米结构。采用扫描电子显微镜(SEM)和红外光谱(FTIR)对复合物形貌进行了表征，随后采用电化学方法初步对比研究了不同形貌复合物修饰电极的有效面积及其在DNA固定(如表面覆盖度)之间的关系。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1.1 石墨烯的制备及在DNA化学传感器中的应用

1.1.1 石墨烯的制备

1.1.2 石墨烯在光化学DNA传感中的应用

1.1.3 石墨烯在电化学DNA传感中的应用

1.2 共轭聚合物的制备及其在DNA化学传感器中的应用

1.2.1 共轭聚合物聚合方法

1.2.2 共轭聚合物在光化学DNA传感器中的应用

1.2.3 共轭聚合物在电化学DNA传感器中的应用

1.3 石墨烯复合物的制备及其在DNA传感中的应用

1.3.1 石墨烯复合物的制备

1.3.2 石墨烯复合物在DNA传感器中的应用

1.4 课题的提出

参考文献

第二章 基于黄尿酸/石墨烯纳米复合界面直接、高灵敏的DNA杂交检测

2.1 实验部分

2.1.1 仪器与试剂

2.1.2 氧化石墨烯及化学还原石墨烯的制备

2.1.3 碳糊电极和石墨烯修饰电极的制备

2.1.4 电聚合黄尿酸

2.1.5 探针DNA的固定与杂交

2.1.6 电化学检测

2.2 结果与讨论

2.2.1 黄尿酸的电聚合

2.2.2 电极修饰过程的电化学表征

2.2.3 聚黄尿酸修饰电极在PBS中的CV表征

2.2.4 ERGNO及PXa/ERGNO的扫描电镜图

2.2.5 PXa/ERGNO的紫外光谱图(UV-Vis)

2.2.6 电聚合过程的条件优化

2.2.7 探针DNA在PXa/RGNO/CPE上固定及杂交的CV表征

2.2.8 修饰电极对DNA的选择性

2.2.9 定量检测PML/RARA融合基因目标序列

2.3 本章小结

参考文献

第三章 基于DNA/石墨烯/聚苯胺纳米复合界面的DNA杂交电化学交流阻抗检测

3.1 实验部分

3.1.1 仪器与试剂

3.1.2 玻碳电极的预处理

3.1.3 氧化石墨烯的制备

3.1.4 修饰电极的制备

3.1.5 探针DNA的固定与杂交

3.1.6 电化学检测

3.2 结果与讨论

3.2.1 氧化石墨烯和聚苯胺纳米纤维的SEM表征

3.2.2 不同修饰电极对DNA固定的影响

3.2.3 DNA的固定与杂交检测

3.2.4 DNA杂交识别的选择性

3.2.5 定量检测PML/RARA融合基因目标序列

3.3 本章小结

参考文献

第四章 不同形貌聚苯胺-氧化石墨烯的构建及固定DNA性能的初步比较

4.1 实验部分

4.1.1 仪器与试剂

4.1.2 聚苯胺-氧化石墨烯复合材料的制备

4.1.3 DNA的固定与杂交

4.1.4 电化学检测

4.2 结果与讨论

4.2.1 苯胺在GNO表面聚合的机理

4.2.2 聚苯胺-氧化石墨烯复合材料的形貌表征

4.2.3 聚苯胺-氧化石墨烯复合材料的红外光谱

4.2.4 聚苯胺-氧化石墨烯复合材料的电化学性能测试

4.2.5 电极的有效表面积

4.2.6 DNA的固定量

4.3 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