论文部分内容阅读
兴起于20世纪末的纳米材料,不仅具有非常独特的物理化学性质,而且具有非常好的催化活性和生物相容性,因此,普遍用于构建生物传感器。特别是电化学生物传感器具有高的灵敏度、良好的稳定性、易操作、成本低、适用于复杂环境中的在线监测等特点,因而在环境、医学、农业等领域得到了普遍的关注。通过整合传统的电化学方法和光学技术,基于传感技术的光电化学（PEC）不仅可以保持两种方法的优点,并且可以摒弃他们的缺点,相对于这两种方法,PEC具有更好的信噪比和灵敏度。TiO2纳米管（TNTs）由于其大的比表面积、良好的光响应、优异的化学稳定性和良好的生物相容性,在生物传感器研究领域受到越来越多的关注。导电聚苯胺（PANI）不仅具有非常好的导电性,并且可以显著抑制纳米半导体光生电子-空穴对的重新复合,进而达到提高纳米半导体材料的光电化学活性的目的。本文的TiO2纳米管（TNTs）通过水热法合成,采用不同的方法合成多种TiO2复合纳米材料,并以此为载体,利用包埋的方法制备出性能良好的新型电化学以及光电化学生物传感器。主要内容如下:1.基于聚苯胺-二氧化钛纳米管复合纳米材料（PANI-TNT）的葡萄糖氧化酶（GOD）传感器的应用首先,二氧化钛纳米颗粒通过水热法转化为二氧化钛纳米管,然后与苯胺单体通过氧化聚合为致密均匀的聚苯胺-二氧化钛纳米管复合纳米材料。用不同的光谱技术表征后,用聚苯胺-二氧化钛纳米管复合纳米材料固定葡萄糖氧化酶构建电化学生物传感器。用循环伏安法探究分别基于聚苯胺-二氧化钛纳米管和二氧化钛纳米管的直接电化学和电催化性能。获得聚苯胺-二氧化钛纳米管固定葡萄糖氧化酶修饰电极的直接电化学并估算出葡萄糖氧化酶的多相电子转移速率常数为9.3 s-1。聚苯胺-二氧化钛纳米管修饰的葡萄糖氧化酶传感器具有较高的灵敏度（11.4μA mM-1）,较宽的检测范围（10-2500μM）和较低的检测限（0.5μM）。2.基于二氧化钛纳米管-聚苯胺-金纳米颗粒三元复合纳米材料（TNT-PANI-GNP）的辣根过氧化酶（HRP）传感器及其应用首先,氧化聚合苯胺为苯胺绿盐PANI到TNTs上,然后掺杂金纳米颗粒。这个支架的一个创新点在于将苯胺绿盐PANI作为分子线链接TNTs与GNPs。用辣根过氧化酶（HRP）作为模型酶,循环伏安法测试结果表明在TNT-PANI和TNT-PANI-GNP修饰电极上均得到了HRP的直接电子转移。基于对H2O2的电流检测,TNT-PANI-GNP修饰电极的线性范围为1-1200μM,灵敏度为22.7μA m M-1,检测限为0.13μM。3.基于二氧化钛纳米管-聚苯胺-金纳米颗粒复合纳米材料（TNT-PANI-GNP）的乳酸脱氢酶（LDH）光电化学传感器及其应用首先,通过氧化聚合法将PANI包覆在TNTs表面,然后,用12-磷钨酸作为高效原位光敏还原剂将GNPs沉积到TNT-PANI上。通过各种不同的光谱学以及显微镜学方法来表征纳米复合物的形态和成分。电化学阻抗谱旨在演示复合物良好的导电性。通过将乳酸脱氢酶（LDH）、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）和复合物固定在ITO上制成PEC生物传感器,通过光生空穴氧化再生NAD+,完成酶催化循环,为检测乳酸盐提供了一种PEC方法。由于GNPs的表面等离子体共振增强效应,PANI的电致变特特性,复合物良好的导电性和生物相容性,传感器取得了良好的测定结果,线性范围为0.5-210μM,灵敏度为0.0401μAμM-1,检测限为0.15μM。