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近年来,纳米金颗粒由于其独特的光学性质、催化活性和生物相容性引起了人们广泛的关注。以这些纳米颗粒为基本组成单元的具有特殊结构的金材料不仅继承了其组成单元的部分优点,而且还产生了一些与其结构紧密相关的独特性质,因此具有十分广阔的应用前景。本文通过模板法分别合成了金纳米粒子自组装胶囊(GNACs)和三维有序大孔(3DOM)金膜,并将它们应用于电化学传感领域,构建了三种不同的传感器。具体内容如下:
1.金纳米粒子自组装胶囊的制备及其在生物传感中的应用
通过简便的两步混合过程制备了尺寸可调、形貌可控的金纳米粒子自组装胶囊(GNACs)。首先,阳离子聚电解质在多价阴离子的诱导下自组装形成球形聚集体。然后,金纳米粒子以球形聚集体为模板自组装形成尺寸可调的金胶囊。通过改变混合过程中金纳米粒子的含量可以得到不同形貌的金胶囊。由于其独特的纳米多孔特征,覆有完整壳层的金胶囊被进一步用于血红蛋白(Hb)的固定以及过氧化氢(H2O2)传感器的构建。紫外-可见光谱和循环伏安研究表明具有纳米多孔特征的金胶囊为Hb的固定提供了合适的基底。同时,所制得的传感器对H2O2表现出了良好的催化活性以及高度的亲和性。
2.基于三维有序大孔金电极的过氧化氢无酶传感器
采用反相胶体-晶体模板技术以及电化学沉积法制得了三维有序大孔(3DOM)金膜修饰电极,并使用扫描电子显微镜(SEM)及循环伏安法对其进行了表征。结果表明,3DOM金膜由相互连接的金纳米颗粒构成,其活性比表面远大于相应的平面电极,适合于进行无酶传感的研究。因此,该修饰电极被进一步用作过氧化氢(H2O2)无酶传感器。研究结果显示此传感器在1μM~1.3 mM的范围内对H2O2有着良好的响应,检测限为0.33μM(S/N=3)。同时,该传感器还具有良好的稳定性和重现性,有望在实际的H2O2检测中得到进一步的应用。
3.基于室温离子液体的有序多孔金膜葡萄糖传感器
将1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIm][BF4])、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)与葡萄糖氧化酶(GOD)的混合物修饰于三维有序大孔(3DOM)金膜电极表面,构建了一种新型的葡萄糖传感器。固定的GOD在pH为7.0的磷酸缓冲液(PBS)中表现出一对可逆性好的氧化还原峰,这归因于GOD的活性中心黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)的直接电化学行为。研究表明,离子液体(IL)、DMF以及3DOM金膜对GOD的直接电化学都起到了重要的作用。3DOM金膜修饰电极作为基底提高了酶的负载量,加速了GOD与电极表面的电子传递;IL的加入增加了固定的GOD的电化学活性;DMF的应用则有利于保持酶的生物活性。将该传感器应用于葡萄糖的检测得到了满意的结果。