基于生物质碳和金属有机框架衍生物的分子印迹生物传感器的构建及其性能研究

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构建生物传感器的关键部分是作为识别元件(酶、抗原、抗体等生物活性物质)的固定化的生物敏感材料。但是生物活性物质容易受到酸碱性、温度等环境因素影响,从而导致生物传感器的灵敏性、稳定性下降。将分子印迹聚合物(MIPs)作为识别元件,能有效模拟抗原-抗体的特异性识别过程。它相较于生物活性物质,具有更好的廉价性和稳定性。同时,MIPs的发展和应用也促进了生物传感器中识别元件的多元化,使其更为实用。综上所述,本文基于生物质碳(BC)、金属有机框架(MOF)以及金属纳米材料的优异性质,初步构建了两种针对不同分析物的分子印迹生物传感器,用于生物流体环境中药剂呋喃西林(NFZ)和呋塞米的检测。通过一系列表征和电化学性能测试,分别对纳米材料和分析物进行了详细的研究。基于实验研究以及数据分析,得到了以下结果:1.沸石咪唑骨架材料8(ZIF-8)具有高孔隙率和比表面积,优异的水稳定性,且易于合成等优点。此研究中,开发了一种基于负载C3N4纳米片的修饰玻碳电极(GCE)和框架ZIF-8与MIP(ZIF-8@MIP)相结合的电化学印迹传感器,用于灵敏检测利尿剂——呋塞米。以呋塞米为模板,α-甲基丙烯酸(MAA)为功能单体,ZIF-8为框架,沉淀聚合形成MIP,并通过差分脉冲伏安法(DPV)灵敏检测呋塞米。在优化条件下,C3N4/ZIF-8@MIP/GCE对于呋塞米的DPV响应在0.08-100μmol/L浓度范围内呈线性,检出限低至8 nmol/L(S/N=3)。该传感器具有良好的选择性,高灵敏度,出色的稳定性和可重复性。因此,该方法具有检测人尿样本和呋塞米片中呋塞米的潜力。2.一种利用BC/Cr2O3/Ag纳米复合材料修饰的分子印迹电化学传感器被提出用于快速检测呋喃西林。此复合材料利用Cr-MIL-101表面生长银纳米粒子(Ag NPs)并引入BC后高温煅烧得到。这可以扩大电极的有效表面积和电子传递能力,从而增强电流响应。以MAA和丙烯酰胺(AM)为双功能单体,NFZ为模板,利用沉淀聚合法得到MIPs,然后通过DPV检测NFZ。优化了模板和功能单体比例,材料和MIP滴加量,测试环境的p H以及吸附时间等实验条件。在最优条件下,BC/Cr2O3/Ag/MIP/GCE对于NFZ的DPV响应在0.005-10μmol/L之间呈现良好的线性关系,检测限为0.003μmol/L(S/N=3)。此传感器具有较高的灵敏性,优异的选择性,良好的重现性和稳定性。并且,BC/Cr2O3/Ag/MIP/GCE对于实际样品中的NFZ的检测具有良好的实用性。
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