金与氧化铁纳米颗粒改善电极电化学性能及其应用于生物传感的研究

摘要

纳米材料是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着重要影响的研究对象。其合成制备等方面相对成熟，但是推向应用已是十分紧迫的事情。金和氧化铁纳米材料因其具有独特的电学、光学、磁学、催化等物理化学特性而备受关注，本文主要研究了这两种纳米材料修饰电极的电化学性能，进而应用于生化分子的电化学传感检测，并进一步研究了氧化铁纳米颗粒模拟过氧化物酶的新性能。具体内容为： (1)金纳米颗粒负载于聚苯胺纳米纤维上以形成电化学传感元件，研究其在电化学传感检测大脑神经递质多巴胺(DA)中的应用。高导电性能的金纳米颗粒“点缀”于导电聚苯胺纳米纤维上，形成高比面积、强电传导性能的复合物，可以形成稳定的电极修饰层，促进电子的传导。该复合纳米材料修饰电极可以获得DA的响应电流分别是单纯聚苯胺修饰电极和裸电极的1.5和2.4倍，并且检测到DA和其常见干扰物质抗坏血酸的峰电位相差达260mV。因此，这种聚苯胺/金复合纳米纤维修饰电极可以用于DA的高灵敏度和高选择性检测。 (2)对氧化铁纳米颗粒的电化学行为进行研究，并将其应用于过氧化氢的传感检测。主要是通过化学共沉淀法合成了两种尺寸的Fe3O4磁性纳米颗粒，并通过电化学的方法对其进行表征。发现在-0.34V附近产生Fe3O4的特征还原峰，并且随着纳米颗粒尺寸的减小，还原电流增大。同时通过对比Fe3O4和其氧化产物Fe2O3的电化学活性，发现同摩尔浓度下，Fe3O4的电化学响应信号要比Fe2O3的强。静电组装法制备Fe3O4修饰电极，并用于过氧化氢的传感检测，结果表明该纳米材料具有优良的电催化活性。结合Fe3O4的磁分离富集、生物相容等性能，有望将该纳米材料制备成一种超高灵敏度的生物电化学传感元件。 (3)氧化铁纳米颗粒的类似过氧化物酶活性的研究。主要通过直观颜色反应、电化学分析、光谱法来展开进行的。电化学方法是通过催化产物和反应底物的响应电流来间接研究氧化铁纳米颗粒的酶模拟催化活性。同时也用紫外.可见光谱法跟踪分析这一模拟酶催化过程。实验中通过对比Fe3O4纳米颗粒的尺寸对其活性的影响，发现随尺寸减小，催化活性增大。同时纳米粒子中铁的价态比例以及羧基的表面修饰对其活性也有一定的影响。以辣根过氧化物酶为对比参照，计算了Fe3O4纳米材料对底物的表观稳态动力学常数，分析认为氧化铁纳米材料对反应底物3，3'，5'，5-四甲基联苯胺有更高的亲和力，可以作为一种比较有效、稳定、可靠的的过氧化物酶模拟物。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1纳米材料

1.1.1纳米材料的特殊性能

1.1.2金纳米材料

1.1.3氧化铁纳米材料

1.2电化学生物传感器

1.3纳米材料在电化学生物传感中的应用研究

1.3.1胶体金在电化学生物传感中的应用

1.3.2磁性氧化铁纳米颗粒在电化学生物传感中的应用

1.3.3复合纳米材料在电化学生物传感中的应用

1.4本论文的主要工作及意义

参考文献

第二章聚苯胺/金复合纳米纤维在电化学检测大脑神经递质多巴胺中的应用

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1仪器与试剂

2.2.2 PANI/Au复合纳米纤维的制备

2.2.3 PANI和PANI/Au修饰电极的制备

2.2.4检测步骤及设置

2.3结果与讨论

2.3.1 PANI/Au复合纳米纤维的表征

2.3.2 PANI/Au复合纳米纤维修饰电极的电化学行为

2.3.3 PANI/Au复合纳米纤维修饰电极对DA的电催化响应

2.3.4 AA的干扰

2.3.5 DA的定量分析

2.4结论

参考文献

第三章氧化铁纳米颗粒的电化学行为及其在传感检测过氧化氢中的应用

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1仪器与试剂

3.2.2氧化铁纳米颗粒的制备

3.2.3氧化铁纳米材料修饰电极的制备

3.3结果与讨论

3.3.1氧化铁纳米颗粒的形貌表征

3.3.2氧化铁纳米材料修饰电极的电化学行为

3.3.3氧化铁纳米颗粒中铁的价态比例对其电化学行为的影响

3.3.4氧化铁纳米颗粒的尺寸对其电化学行为的影响

3.3.5氧化铁纳米材料修饰电极在传感检测H2O2中的应用

3.4本章小结

参考文献

第四章氧化铁磁性纳米颗粒模拟过氧化物酶活性的研究

4.1前言

4.2实验部分

4.2.1试剂与仪器

4.2.2氧化铁纳米颗粒的制备

4.3结果与讨论

4.3.1氧化铁纳米材料模拟过氧化物酶活性的颜色反应

4.3.2氧化铁纳米材料模拟过氧化物酶活性的电化学研究

4.3.3氧化铁纳米材料模拟过氧化物酶活性的紫外-可见光度分析

4.3.4尺寸对氧化铁纳米颗粒模拟酶活性的影响

4.3.5铁的价态比例对氧化铁纳米颗粒模拟酶活性的影响

4.3.6表面修饰对氧化铁纳米颗粒模拟酶活性的影响

4.3.7动力学参数的分析测定及机理探讨

4.4本章小结

参考文献

第五章总结与展望

攻读硕士学位期间的论文

致谢