氧化锌纳米阵列电化学传感器的构建及应用

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构建灵敏度高、选择性优秀的新型化学修饰电极和电化学传感器是国内外分析化学工作者研究的热点课题之一。蓬勃发展的纳米技术与材料学、生命化学、高分子学科的交叉渗透,使得各类功能性纳米材料层出不穷。随着这些纳米材料广泛应用于修饰电极,功能各异、结构不同的电化学传感器得到快速发展。近年来,基于阵列结构纳米材料的电化学传感器逐渐引起科研人员的广泛关注。利用阵列结构纳米材料构建电化学传感器可以充分利用材料的高表面积,负载更多识别位点,提高所制备电极的灵敏度和选择性。目前,应用较为广泛的阵列结构纳米材料主要有:碳纳米管、氧化锌和氧化钛。我们选用原料来源广、制备简单的氧化锌纳米阵列作为构建阵列结构电极的支撑材料。通过调控一系列的参数得到满足要求的氧化锌纳米阵列结构,并且以其为骨架材料制备得到两种不同类型,用于多巴胺检测的高性能电化学传感器。全文按照以下思路设计:(1)以Zn(NO32;HMT;KCl;AlCl3为原料,采用无种子层电化学沉积的方法在ITO导电膜表面制备得到直立、稀疏的氧化锌纳米棒阵列(ZNRs)。由于阵列结构的疏密度和直立程度对于构建高性能电化学传感器具有较大影响。因此,我们通过调控反应物浓度、电化学沉积的电位和时间等诸多因素制备得到满足要求的ZNRs,最终确定最优参数为:反应物浓度:0.2 mM,沉积电位为-1 V,沉积时间40 min。ZNRs作为构筑电化学传感器的骨架材料,通过循环伏安法在其表面沉积一层金纳米颗粒,得到用于多巴胺检测的电化学传感器。由于ZNRs具有大的表面积,可以负载大量金纳米颗粒。金纳米颗粒具有较好的生物相容性和电催化能力,因此该阵列结构电极对于多巴胺具有很好的电催化和识别性能。进一步优化制备和检测条件,得到具有较低检测下限的工作曲线,检测范围为:10 nM-800μM,在实际应用中展现出优秀的稳定性、重复性、选择性。(2)采用两步法制备结构规整的氧化锌纳米管阵列,首先按照前述实验参数在FTO玻璃基底沉积得到ZNRs,通过化学刻蚀的方法(0.125 M的KOH溶液,70 oC条件)刻蚀20 min制备氧化锌纳米管阵列(ZNTs)。ZNTs结构作为构建电化学传感器的骨架材料,用于制备高性能的分子印迹聚合物(MIPs)电化学传感器。首先以多巴胺为模板分子,吡咯为功能单体和交联剂利用循环伏安法在ZNTs阵列内外表面沉积MIPs,接着在磷酸缓冲溶液(PBS)中除去模板分子多巴胺,得到对多巴胺分子具有特异性识别能力的MIPs。由于ZNTs阵列内外表面均可以沉积MIPs,可以负载更多的印迹位点,改善了传感器的选择性和灵敏度。在分析检测中选用铁氰化钾作为探针表征了该传感器的工作性能,得到较宽检测范围和较低检测下限的工作曲线,检测范围为:20 nM-800μM。在实际应用中,所构建的传感器展现出较高的稳定性、重复性、选择性。
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