功能化石墨烯基MOFS复合材料的制备及其葡萄糖非酶电化学传感检测分析

摘要

糖尿病是一种会导致死亡和残疾、影响全世界人类生命健康的代谢紊乱综合症，严密监测血糖水平对糖尿病的诊断和管理有着极为重要的作用。天然酶因为具有高效的催化效率以及高度的专一性、多样性等特性而受到人们的关注，但天然酶作为一种生物催化剂它们易受所处环境的温度、酸碱性而失去活性，因此人们开始关注模拟酶相关方面的研究。MOFs材判因具有高的比表面积、化学修饰多样性、可调控的孔结构和功能化简易等优点，在分离、催化、传感器及生物医学等领域具有非常广阔的应用前景。本实验将MOFs材料与功能化石墨烯相结合，先后通过构建比色传感器和非酶葡萄糖电化学传感器对葡萄糖实现了高灵敏度的检测。
　　(1)本文采用溶剂热法制备了NH2-MIL-88B(Fe)、NH2-MIL-88B(Fe)衍生物，并将NH2-MIL-88B(Fe)与氧化石墨烯、磁性石墨烯相结合，得到酶活性更高的新型模拟过氧化物酶纳米材料。利用该纳米材料作为比色探针，通过其具有的高模拟过氧化物酶活性对H2O2和葡萄糖进行检测。
　　(2)本文通过调节溶剂比例得到电化学信号最佳的Fe3O4@RGO，并在其表面原位生长Fe(Ⅲ)-MOFs（即NH2-MIL-88B、MIL-53、MIL-53膜），经过煅烧得到三种全新的导电模拟过氧化物酶纳米材料(NH2-MIL-88B(Fe)@Fe3O4@RGO衍生复合物、MIL-53(Fe)@Fe3O4@RGO衍生复合物、MIL-53M(Fe)@Fe3O4@RGO衍生复合物）。利用导电模拟过氧化物酶纳米材料所具有的高电化学性能、模拟过氧化物酶活性建立非酶葡萄糖电化学传感器，对葡萄糖进行检测，检测限为0.072μM。
　　(3)本文采用溶剂热法合成了电信号最优的功能化石墨烯复合物(MFe2O4@RGO，M=Fe，Cu，Zn)，并在其表面原位生长nHKUST-1膜，经过煅烧得到新型导电模拟酶纳米材料(nHKUST-1@MFe2O4@RGO)。利用该导电模拟酶纳米材料所具有的高导电性能、模拟过氧化物酶活性、模拟葡萄糖氧化酶特性，建立非酶葡萄糖电化学传感器，对葡萄糖进行检测。由于nHKUST-1膜像一层膜状平铺在MFe2O4@RGO表面，增大了与葡萄糖的接触位点，进一步提高了电化学传感器的灵敏度，检测限降低为8.1nM，为葡萄糖的快速、高效检测提供了一个新的平台。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 金属有机骨架(MOFs)的研究进展

1．1．1 MOFs的合成原理

1．1．2 MOFs的分类

1．1．3 MOFs的应用

1．2 石墨烯材料的研究进展

1．2．1 石墨烯材料的制备方法

1．2．2 石墨烯/MOFs复合材料

1．3 葡萄糖检测的研究进展

1．3．1 葡萄糖的检测方法

1．3．2 葡萄糖的仿生酶检测

1．3．3 MOFs复合材料在葡萄糖仿生酶检测中的应用

1．4 课题的研究意义与研究内容

1．4．1 课题的研究意义

1．4．2 课题的研究内容

2．1 实验试剂

2．2 实验仪器

2．3 实验样品制备装置图

2．4 实验样品分析表征

2．4．1 透射电子显微镜

2．4．2 扫描电子显微镜

2．4．6 热重分析仪

2．4．7 拉曼衍射仪

2．4．8 振动样品磁强计

2．5．2 电化学测试方法

第三章 NH2-MIL-88B(Fe)与功能化NH2-MIL-88B(Fe)的制备及仿生检测葡萄糖

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．3 NH2-MIL-88B(Fe)@Fe3O4@RGO复合材料的制备

3．3 NH2-MIL-88B(Fe)及功能化NH2-MIL-88B(Fe)的分析表征

3．3．1 NH2-MIL-88B(Fe)及功能化NH2-MIL-88B(Fe)的SEM表征

3．3．2 NH2-MIL-88B(Fe)及功能化NH2-MIL-88B(Fe)的TEM表征

3．3．3 NH2-MIL-88B(Fe)及功能化NH2-MIL-88B(Fe)的XRD分析

3．3．4 NH2-MIL-88B(Fe)及功能化NH2-MIL-88B(Fe)的傅立叶红外分析

3．3．5 NH2-MIL-88B(Fe)及功能化NH2-MIL-88B(Fe)的XPS能谱分J析

3．3．6 NH2-MIL-88B(Fe)及功能化NH2-MIL-88B(Fe)的比表面积分析

3．3．7 NH2-MIL-88B(Fe)及功能化NH2-MIL-88B(Fe)的热重分析

3．4 NH2-MIL-88B(Fe)及功能化NH2-MIL-88B(Fe)的性能分析

3．4．1 模拟过氧化物酶催化活性分析

3．4．2 NH2-MIL-88B(Fe)及功能化NH2-MIL-88B(Fe)仿生检测H2O2

3．4．3 NH2-MIL-88B(Fe)及功能化NH2-MIL-88B(Fe)稳态动力学分析

3．4．4 NH2-MIL-88B(Fe)@Fe3O4@RGO对葡萄糖的仿生检测

3．4．4 NH2-MIL-88B(Fe)@Fe3O4@RGO对葡萄糖的选择性仿生检测

3．5 本章小结

第四章 磁性石墨烯基Fe(Ⅲ)-MOFs及其衍生物复合材料的制备与葡萄糖非酶电化学传感检测分析

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．3 磁性石墨烯基Fe(Ⅲ)-MOFs复合材料的制备

4．2．4 磁性石墨烯基Fe(Ⅲ)-MOFs衍生复合材料的制备

4．3．2 磁性石墨烯基Fe(Ⅲ)-MOFs及其衍生物复合材料的TEM表征

4．3．3 磁性石墨烯基Fe(Ⅲ)-MOFs及其衍生物复合材料的XRD分析

4．3．4 磁性石墨烯基Fe(Ⅲ)-MOFs及其衍生物复合材料的红外分析

4．3．5 磁性石墨烯基Fe(Ⅲ)-MOFs及其衍生物复合材料的XPS分析

4．3．6 磁性石墨烯基Fe(Ⅲ)-MOFs及其衍生物复合材料的BET分析

4．3．7 磁性石墨烯基Fe(Ⅲ)-MOFs及其衍生物复合材料的热重分析

4．3．8 磁性石墨烯基Fe(Ⅲ)-MOFs及其衍生物复合材料的拉曼分析

4．3．9 磁性石墨烯基Fe(Ⅲ)-MOFs及其衍生物复合材料的磁性能分析

4．4 磁性石墨烯基Fe(Ⅲ)-MOFs及其衍生物复合材料的电化学性能分析

4．4．1 高电化学性能Fe3O4@RGO的电化学性能分析

4．4．2 NH2-MIL-88B(Fe)衍生复合材料的电化学性能分析

4．4．3 磁性石墨烯基Fe(Ⅲ)-MOFs衍生复合材料的电化学性能分析

4．5 基于磁性石墨烯基Fe(Ⅲ)-MOFs衍生复合材料的葡萄糖非酶电化学传感器

4．5．1 葡萄糖检测电位的确定

4．5．2 磁性石墨烯基Fe(Ⅲ)-MOFs衍生复合材料对葡萄糖的检测分析

4．5．3 NH2-MIL-88B(Fe)@Fe3O4@RGO衍生复合物的选择性分析

4．6 本章小结

第五章 功能化石墨烯基nHKUST-1及其衍生物复合膜的制备与葡萄糖非酶电化学传感检测分析

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 功能化石墨烯复合材的制备

5．2．2 功能化石墨烯基nHKUST-1复合膜的制备

5．2．3 功能化石墨烯基nHKUST-1衍生物复合膜的制备

5．2．4 功能化石墨烯基nHKUST-1及其衍生物复合膜的电化学性能

5．3 功能化石墨烯基nHKUST-1及其衍生物复合膜的分析表征

5．3．1 功能化石墨烯基nHKUST-1及其衍生物复合膜的SEM表征

5．3．2 功能化石墨烯基nHKUST-1及其衍生物复合膜的TEM表征

5．3．3 nHKUST-1@CuFe2O4@RGO的Element mapping分析

5．3．4 功能化石墨烯基nHKUST-1及其衍生物复合膜的XRD分析

5．3．5 功能化石墨烯基nHKUST-1及其衍生物复合膜的红外光谱分析

5．3．6 功能化石墨烯基nHKUST-1及其衍生物复合膜的XPS能谱分析

5．3．7 功能化石墨烯基nHKUST-1及其衍生物复合膜的BET分析

5．3．8 功能化石墨烯基nHKUST-1及其衍生物复合膜的TG分析

5．3．9 功能化石墨烯基nHKUST-1及其衍生物复合膜的拉曼光谱分析

5．3．10 功能化石墨烯基nHKUST-1及其衍生物复合膜的的磁性能分析

5．4 功能化石墨烯基nHKUST-1及其衍生物复合膜的电化学性能分析

5．4．2 nHKUST-1衍生物材料的电化学性能分析

5．4．3 功能化石薹烯基nHKUST-1及其衍生物复合膜电化学性能分析

5．5 基于功能化石墨烯基nHKUST-1衍生物复合膜的葡萄糖非酶电化学传感器

5．5．1 葡萄糖检测电位的确定

5．5．2 功能化石墨烯基nHKUST-1衍生物复合膜对葡萄糖的检测分析

5．5．3 CuxO@CuFe2O4@RGO的选择性分析

5．6 本章小结

第六章 结论

参考文献

硕士期间发表的论文

致谢