基于碳纳米材料的电化学生物传感器的研究

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生物传感器是一门典型的多学科交叉技术,是生物分析技术的重要领域之一电化学生物传感器具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、所需仪器简单、易于实现微型化等优点,因而在化学、生物医学、环境监测、农残分析、食品、医药等等领域具有广泛应用。纳米技术的引入,使得生物传感器的研究发展到更高级的阶段。纳米材料作为一种新型材料具有优良的物理、化学、电催化性能以及良好的生物相容性,具有很好催化性能、比表面积大、生物相容性好等特点,所以是目前的研究热点。将新型纳米材料应用于生物传感器的制备能显著提高传感器的灵敏度、降低检测限。本论文首先介绍了纳米材料在生物传感器中的应用进展,着重对纳米材料在电化学生物传感器研究中的应用进行了综述,并在此研究基础上提出了论文的研究目的以及研究思路,即利用功能化新型纳米材料构建电化学生物传感器。主要利用纳米材料的特性,并能与生物大分子相结合的优势,同时采用电化学分析方法结合原理,制备用于研究实际样品的新型生物电化学传感器。本论文将碳纳米管、磁性石墨烯、四氧化三锰等纳米材料用作生物传感界面的构建。本论文主要研究内容如下:(1)构建了一种多壁碳纳米管/离子液体(MWCNTs/ILs)纳米复合膜,以该复合膜为电极修饰材料固载抗体(Ab),MWCNTs特殊的管状结构和ILs良好的导电性为Ab提供了一个友好的生物微环境,不但保持了Ab的活性而且极大地促进了其直接电子转移。制备的MWCNTs/ILs/Ab修饰电极对AFB1小分子半抗原表现出良好的检测,其线性范围为0.1ngmL-1到10ngmL-1,检测限低0.15gM(S/N=3),灵敏度高而且重现性好。并且可用于实际样品-橄榄油中黄曲霉毒素的检测,具有一定的实际意义;(2)成功构建了一种基于磁调控的四氧化三铁/还原石墨烯氧化物复合膜与葡萄糖氧化酶结合的电化学传感平台。Fe3O4-RGO具有磁学性质及良好生物相容性的,该纳米层可吸附在磁性玻碳电极表面。循环伏安及交流阻抗的电化学行为研究表明制备的该传感器具有很好的电催化活性,高灵敏度、低检测限(0.15μM)。对葡萄糖的响应范围为0.05mM-1.5mM,选择性较好。因此,四氧化三铁/还原石墨烯氧化物复合膜是研究新型的第::代传感器的理想平台。并且也可由于人体血清中葡萄含量的检测,具有一定的实际应用价值;(3)通过将四氧化三锰(Mn304)与壳聚糖结合修饰在玻碳电极表面,构置了一种灵敏高效的Mn304/Chi无酶电化学传感器。该复合膜修饰电极对过氧化氢和半胱氨酸显示出较好的电催化响应,可以用作无酶电化学生物传感器。
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