基于贵金属和碳纳米管的电化学传感器在生物和食品检测中的应用

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在临床诊断,食品监控等领域中,寻找能够灵敏、准确、快速地检测对人体产生影响的物质如鸟嘌呤、腺嘌呤、咖啡酸、日落黄含量的方法对人们的生命健康具有十分重要的意义。电化学传感器具有设备简单、响应快速、灵敏度高、选择性好等优点可以为分析检测提供一种较好的选择。修饰电极是电化学传感器的重要部件之一,因此寻找对待测物具有优良电化学传感性能的材料至关重要。贵金属材料本身具备优良的催化活性,当被制备成纳米级别时,其表面积大大增加,催化活性显著增强。碳纳米管具有独特的结构、优良的电学性能、催化性能以及较高的化学稳定性等。以上两种材料的结合有助于丰富反应活性位点,改善材料的电化学性能。本文利用贵金属和碳纳米管构建电化学传感器分别用于鸟嘌呤、腺嘌呤、咖啡酸、日落黄的电化学检测。研究的内容及相关结果如下:(1)通过一种简单的方法构建了银纳米线(AgNWs)和羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs-COOH)一维纳米复合材料的电化学传感器用于鸟嘌呤和腺嘌呤的同时检测。AgNWs@MWCNTs-COOH纳米复合材料对鸟嘌呤和腺嘌呤的氧化呈现出了优良的催化性能。在最佳检测条件下,基于AgNWs@MWCNTs-COOH纳米复合材料的电化学传感器对鸟嘌呤和腺嘌呤检测的线性范围均为0.2-60μmol dm-3,检出限均为0.08μmol dm-3,并在实际的DNA样品检测中取得了满意的结果。(2)通过一种简单的电化学沉积与置换反应相结合的方法制备了八面体氧化亚铜支撑的钯纳米粒子复合材料(Cu2O-PdNPs)。将该纳米复合材料与羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs-COOH)修饰到玻碳电极(GCE)上构建了基于Cu2O-PdNPs@MWCNTs-COOH纳米复合材料的电化学传感器用于检测咖啡酸。Cu2O-PdNPs@MWCNTs-COOH纳米复合材料对咖啡酸的氧化展现出了较好的电催化活性。在最佳的实验条件下,Cu2O-PdNPs@MWCNTs-COOH/GCE对咖啡酸呈现了较宽的线性范围0.006-60μmol dm-3和较低的检出限0.002μmol dm-3,并对实际红酒样品中咖啡酸的检测取得了满意的回收率。(3)利用电化学沉积的方法制备了八面体氧化亚铜(Cu2O)。通过Cu2O与HAuCl4之间自发的氧化还原反应制备了遗留Cu2O形貌的Cu2O支撑的AuNPs复合材料(Cu2O-AuNPs),并构建了基于Cu2O-AuNPs@MWCNTs-COOH纳米复合材料的电化学传感器用于日落黄的电化学检测。通过探究不同pH、扫速、富集时间、富集电位等对日落黄电化学行为的影响,优化了实验条件。在最佳实验条件下,基于Cu2O-AuNPs@MWCNTs-COOH纳米复合材料的电化学传感器对日落黄检测的线性范围为0.02-50μmol dm-3,检出限为0.008μmol dm-3。此外,该纳米复合材料的电化学传感器对日落黄的检测还呈现出了较好的选择性,较高的稳定性和重现性,并对真实芬达样品中日落黄的检测取得了满意的结果。
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