基于碳基纳米复合材料的电化学传感器

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随着电分析技术的不断发展与进步,电化学传感技术成为生命科学、临床诊断、食品检测、环境检测和药学研究的重要手段之一[1-2],对于研发更稳定更灵敏更简便的电化学传感器提出了更高的技术要求和挑战。本论文以电化学为检测方法,基于多壁碳纳米管/氧化石墨烯(S-MWCNTs/GO)、四氧化三铁磁性纳米粒子(Fe3O4NPs)和金纳米粒子(AuNPs)等合成不同新型碳基纳米复合材料,采用DNA作为特异性核酸探针,构建了不同化学修饰电极,利用信号放大原理,制备出几种不同的电化学传感平台,实现了对不同目标物,如双酚A(BPA)、香草醛(VA)以及17β-雌二醇(E2)的高特异性、高灵敏度检测。主要开展的研究工作如下:1.氧化石墨烯-碳纳米管-四氧化三铁纳米复合材料的制备及对双酚A的测定。采用化学共沉淀法制备了三种不同的纳米复合物,即GO与Fe3O4NPs的复合(GO-Fe3O4),Fe3O4NPs与CNTs的复合(CNTs-Fe3O4)以及GO、CNTs与Fe3O4NPs三者的复合(GO-CNTs-Fe3O4)。利用电聚合谷氨酸(GPA)将其固定在玻碳电极(GCE)表面上。使用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)对这些纳米复合物进行表征。通过循环伏安法(CV)研究了双酚A在不同修饰电极上的电化学响应特性,差分脉冲伏安法(DPV)测定双酚A浓度。结果表明,这三种类型的纳米复合物大大提高了双酚A的阳极峰值电流,并且GO-CNTs-Fe3O4修饰电极所检测的的线性范围更宽,阳极峰值电流与双酚A的浓度在0.003~0.2 mmol/L和0.2~30.0 mmol/L两个范围区间内都呈现良好的线性关系,最低检测限为1.0 nmol/L。2.金纳米棒-碳纳米管-氧化石墨烯纳米复合材料的制备及对香草醛的测定。制备和表征了金纳米棒-碳纳米管-氧化石墨烯纳米复合物(AuNRs-CNTs-GO),并将其应用于修饰GCE(AuNRs-CNTs-GO/GCE),并比较了香草醛在不同修饰电极上的电化学行为。结果表明,与其它修饰材料相比,AuNRs-CNTs-GO/GCE对香草醛具有更强的电催化氧化和富集作用。香草醛(DA)的阳极峰电流与其浓度在0.01~0.4μmol/L和0.4~40.0μmol/L两个区间范围内呈线性关系,检测限是2.0 nmol/L。该修饰电极可用于实际样品中香草醛的定量检测。3.基于核酸适配体修饰金纳米粒子-硫堇-多壁碳纳米管纳米复合材料用于17β-雌二醇的超灵敏电化学检测。将金纳米颗粒(AuNPs)原位沉积在硫堇-多壁碳纳米管(Thi-CNTs)复合物上,以形成新型金纳米颗粒-硫堇-多壁碳纳米管(AuNPs-Thi-CNTs)纳米复合材料。将该纳米复合物修饰在玻碳电极上,末端巯基修饰的17β-雌二醇适配体通过金硫键(Au-S)也固定在电极表面,以构建用于17β-雌二醇的比率型电化学传感器。在检测过程中随着17β-雌二醇浓度增加,17β-雌二醇对应的峰电流随之增加;而由于电子传导受阻,Thi分子对应的峰电流信号逐渐降低。这种比率型电化学传感器因为引入了内在校准机制,从而有效地降低了17β-雌二醇传感体系内的背景信号,进而提高了对17β-雌二醇浓度测定的准确性、重复性和灵敏性。
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