功能聚合物/Au、Ni基纳米复合材料的制备及生物传感性能研究

来源 :青岛科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kelukeke
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本文以功能聚合物为基底材料设计并制备出系列新型材料体系,构建了系列高性能生物传感器,实现了对葡萄糖、癌胚抗原、凝血酶、前列腺抗原等疾病标志物的高灵敏特异性检测,并研究了其在实际样品检测中的应用。本文主要包括以下五个方面的工作:(1)以氧化石墨烯(GO)、3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)、硝酸镍(Ni(NO32)为原料,通过简单、快速、可控的电沉积方法制备了Ni(OH)2@PEDOT-rGO纳米复合电极材料并构建了无酶葡萄糖传感器。系统研究了基底材料PEDOT-rGO的沉积圈数、Ni(OH)2的沉积时间、Ni(OH)2的沉积电位、NaOH溶液浓度、葡萄糖检测电位等工艺参数对纳米复合电极材料形貌和电化学催化性能的影响规律,优选出制备工艺条件及检测条件。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、循环伏安法(CV)、电流-时间曲线(i-t)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)等测试手段对Ni(OH)2@PEDOT-rGO纳米复合电极材料进行了系统表征,对无酶葡萄糖传感器的选择性、稳定性和重复性等进行了研究,并将所制备传感器应用于实际样品的检测。研究结果表明:优选条件是还原氧化石墨烯的沉积圈数为13圈,沉积电位为-0.9 V,沉积时间为400 s,氢氧化钠浓度为0.1 mol L-1,葡萄糖氧化电位为0.55 V。优选条件下制备的Ni(OH)2颗粒尺寸为10 nm左右,并且均匀地生长在PEDOT-rGO复合膜表面。构建的传感器对葡萄糖表现出优异的检测性能,其检测范围为2?7100μmol L-1(R2=0.9980),检出限为0.6μmol L-1(S/N=3),灵敏度高达346μA mM-1cm-2,响应时间小于1 s。此外,该传感器还表现出良好的选择性、稳定性和重复性,并可用于实际样品检测。(2)以氧化石墨烯(GO)、3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)、氯化镍(NiCl2)和硫脲(TU)为原料,通过简单可控的循环伏安法制备了Ni3S2@PEDOT-rGO纳米复合电极材料,并构建了无酶葡萄糖传感器。系统研究了Ni3S2的沉积圈数、Ni3S2的沉积扫速、NiCl2溶液浓度、NaOH溶液浓度、葡萄糖检测电位等因素对纳米复合电极材料形貌和电化学催化性能的影响规律,优选出最佳制备工艺条件及检测条件。采用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X-射线衍射(XRD)、循环伏安法(CV)、电流-时间曲线(i-t)等测试手段对电极材料进行表征,对无酶葡萄糖传感器的选择性、重现性、重复性和稳定性进行研究,并将所制备传感器应用于实际样品的检测。研究结果表明:优选条件是Ni3S2沉积圈数为2圈,沉积扫速为10 mV s-1,NiCl2溶液的浓度为0.1 mol L-1,氢氧化钠浓度为0.1 mol L-1,葡萄糖氧化电位为0.5 V。优选条件下所制得的Ni3S2纳米链均匀地生长在PEDOT-rGO复合膜表面,构建的传感器对葡萄糖具有宽的检测范围(29105μmol L-1),低的检出限(0.46μmol L-1,S/N=3),高的灵敏度(2222μA mM-1 cm-2)、低的响应时间(<2 s)和良好的选择性、重现性、重复性和稳定性。将该传感器用于人体血清中葡萄糖的检测,其检测结果与医院提供结果一致,表现出较好的应用潜力。(3)以氧化石墨烯(GO)、3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)和氯金酸(HAuCl4)为原料,采用简单可控的电化学沉积法制备了Au/PEDOT-rGO纳米复合电极材料,在其表面引入癌胚抗原(CEA)适配体,构建了CEA适配体传感器。系统研究了CEA的孵育时间、孵育温度及检测溶液pH对传感器检测性能的影响规律,优选出最佳制备工艺及检测条件。采用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X-射线衍射(XRD)、循环伏安曲线(CV)、电化学交流阻抗(EIS)、差分脉冲循环伏安(DPV)等测试手段对所制备的Au/PEDOT-rGO纳米复合电极材料的形貌、组成及电化学检测性能进行表征。研究结果表明:优选条件是CEA孵育时间为30min,孵育温度为37℃,检测溶液pH值为7.4。Au纳米花均匀地生长在PEDOT-rGO复合膜表面。构建的适配体传感器表现出优异的检测性能,检测范围是10-6μg mL-11μg mL-1,检测限是3.3×10-7μg mL-1,并具有良好的选择性、重现性和稳定性。更重要地,将该传感器应用于人体血清样品中CEA的定量检测,表明Au/PEDOT-rGO纳米复合电极材料有望成为新型CEA传感器的理想材料。(4)以氯金酸(HAuCl4)、苯胺(ANI)为原料,采用简单可控的恒电流法制备了Au/PANI纳米复合电极材料,在Au/PANI纳米复合电极材料表面固定凝血酶(TB)适配体,构建出了TB适配体传感器。系统研究了苯胺浓度、聚苯胺沉积时间、沉积电流密度、TB孵育时间、孵育温度及检测溶液pH等因素对电极材料形貌和电化学检测性能的影响规律,优选出最佳制备工艺参数及检测条件。采用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X-射线衍射(XRD)、循环伏安曲线(CV)、差分脉冲循环伏安(DPV)等测试手段对所制备的Au/PANI纳米复合电极材料的形貌、组成及电化学检测性能进行表征。结果表明:优选出的最佳工艺参数是苯胺浓度为0.5 mol L-1,聚苯胺沉积时间为1800 s-7200 s-7200 s,沉积电流密度为0.06 mA cm-2-0.03 mA cm-2-0.015 mA cm-2,TB孵育时间为40 min,孵育温度为37℃,检测溶液pH值为7.4。PANI呈现纳米线阵列结构。优选条件下制备的TB适配体传感器的检测范围是10-1210-99 g mL-1,检测限是3.3×10-13 g mL-1,并且该传感器具有良好的选择性、重现性和稳定性。该传感器可用于实际样品检测表明其具有良好的实际应用前景。(5)以多巴胺(DA)和氯金酸(HAuCl4)为原料,采用简单可控的电化学沉积法制备Au/PDA纳米复合电极材料,再在其表面固定多肽和前列腺抗原(PSA)适配体,构建了PSA适配体传感器。研究了PSA孵育时间对PSA适配体传感器电化学检测性能的影响,优选出最佳孵育时间。采用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、静态水接触角、电化学交流阻抗(EIS)等测试手段对所制备Au/PANI纳米复合电极材料的形貌、亲水性及电化学检测性能进行表征。研究结果表明:当PSA孵育时间为30 min时,适配体传感器的电化学检测性能最好,检测范围是0.0001ng mL-1200 ng mL-1,检测限为0.00003 ng mL-1,且该传感器具有良好的选择性、重现性、抗污染性和稳定性。尤其该传感器用于实际样品检测取得的结果显示出其良好应用潜力。
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