基于碳材料和磁性材料的生物分子电化学识别体系研究

摘要

化学修饰电极（Chemical modified electrodes，CMEs）兴起于20世纪70年代中期，是当前电化学、电分析化学研究的热门领域。化学修饰电极是在电极表面进行分子设计，将具有优良理化性质的分子、离子、聚合物以化学薄膜或微球的形式固定在电极表面，使电极具有某种特定的化学和电化学性质。化学修饰电极可以根据人为意愿对电极表面的分子进行设计或裁剪，从而使电极表面能够发生预期的反应，实现了从分子水平上完成对电极的设计。化学修饰电极扩展了电化学的研究领域，目前已广泛应用于生命、环境、能源、电子以及材料学等许多方面。本论文是运用化学修饰电极作为生物传感器对生物分子进行特异性识别和测定，共分为五部分：
　　第一部分：绪言。这部分对电化学分析方法及基本原理、化学修饰电极、分子印迹技术、碳材料以及磁性材料进行了概述和总结。此外还对本论文的选题意义和创新点进行了简要的介绍。
　　第二部分：氧化石墨烯聚吡咯膜修饰电极对槲皮素的电化学测定。在石墨烯修饰的玻碳电极表面电聚合掺杂槲皮素的聚吡咯膜，并将模板分子洗脱后制备了石墨烯分子印迹聚合物膜（GO/PPy/MIP）修饰电极；用同样的方法不掺杂模板分子制备了石墨烯非分子印迹聚合物膜（GO/PPy/NIP）修饰电极。利用差分脉冲伏安法研究了槲皮素在该修饰电极上的电化学行为，优化了氧化石墨烯分散液的滴涂量以及电化学测定时pH及缓冲溶液的种类，测定了饱和吸附时间，并绘制了GO/PPy/MIP修饰电极电流对槲皮素吸附溶液浓度的工作曲线。在线性范围内，具有相似结构的同浓度的芦丁和桑色素均对GO/PPy/MIP修饰电极测定槲皮素没有干扰，并将其成功运用于加标鲜榨苹果汁实际样中槲皮素的富集和电化学测定。
　　第三部分：苯硼酸修饰的四氧化三铁磁性纳米粒子电化学传感器对糖蛋白的识别。利用氯化铁、1,6-己二胺、3-氨基苯硼酸等原料制备了苯硼酸功能化的四氧化三铁磁性纳米粒子，并对其进行了透射电镜、红外和电化学阻抗表征。将上述产物滴涂至磁电极上，对含有一定浓度的糖蛋白溶液进行吸附，实验结果表明该修饰电极对糖蛋白有良好的选择性。本实验还以卵清蛋白为代表物，对其进行了定量检测，并成功地在加标牛血清实际样中对卵清蛋白进行富集和电化学测定。
　　第四部分：基于四氧化三铁磁性纳米粒子的分子印迹聚合物修饰电极对牛血红蛋白的识别和测定。采用了包覆二氧化硅的磁性四氧化三铁作为载体，以多巴胺为功能单体，牛血红蛋白为模板分子，制备出磁性纳米粒子分子印迹聚合物并对其进行了透射电镜、红外和电化学阻抗表征。将分子印迹聚合物修饰在磁电极表面对牛血红蛋白进行吸附，利用差分脉冲伏安法研究了牛血红蛋白在该修饰电极上的电化学行为。本实验优化了测定溶液的pH，测定了一定浓度下牛血红蛋白在该修饰电极上的饱和吸附时间，并绘制了电流对牛血红蛋白吸附溶液浓度的工作曲线。此外还对牛血样中的牛血红蛋白进行加标测定，实验数据表明该电化学传感器对牛血红蛋白具有很好的选择性。
　　第五部分：二氧化硅包覆的氧化石墨烯溶胶—凝胶修饰电极对色氨酸的电化学测定。采用一锅法制备了二氧化硅包覆的氧化石墨烯溶胶—凝胶聚合物，并对其进行了扫描电镜和红外表征。利用滴涂法制备成膜修饰电极（GO/SiO2/GCE）测定色氨酸，优化了分散液滴涂量、支持电解质、溶剂pH等条件，确定了一定浓度下色氨酸在该修饰电极上的饱和吸附时间，并绘制了电流对色氨酸吸附溶液浓度的工作曲线。实验表明，一定浓度的抗坏血酸、甘氨酸、半胱氨酸、酪氨酸和葡萄糖均对GO/SiO2/GCE测定色氨酸没有干扰。

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英文摘要

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第一章 绪言

第一节 电化学分析方法及基本原理

第二节 化学修饰电极

第三节 分子印迹技术的发展及应用

第四节 碳材料及磁性材料简介

第五节 本论文的选题意义及创新点

参考文献

第二章 氧化石墨烯-聚吡咯膜修饰电极对槲皮素的电化学测定

第一节 引言

第二节 实验部分

第三节 结果与讨论

第四节 本章小结

参考文献

第三章 苯硼酸修饰的四氧化三铁磁性纳米粒子电化学传感器对糖蛋白的识别

第一节 引言

第二节 实验部分

第三节 结果与讨论

第四节 本章小结

参考文献

第四章 基于四氧化三铁磁性纳米粒子的分子印迹聚合物修饰电极对牛血红蛋白的识别和测定

第一节 引言

第二节 实验部分

第三节 结果与讨论

第四节 本章小结

参考文献

第五章 二氧化硅包覆的氧化石墨烯溶胶—凝胶修饰电极对色氨酸的电化学测定

第一节 引言

第二节 实验部分

第三节 结果与讨论

第四节 本章小结

参考文献

致谢

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