题名金属修饰碳纳米材料框架的合成及其在电化学非酶葡萄糖直接检测中的应用
作者Parviz Sukhrobov
答辩日期2019-05-20
授予单位中国科学院大学
授予地点中国科学院新疆理化技术研究所
导师胡广志
关键词金属纳米粒子 N掺杂多孔碳 葡萄糖检测 非酶葡萄糖生物传感器 电沉积
学位名称硕士
学位专业药物化学
英文摘要

本研究制备了几种电化学非酶葡萄糖生物传感器,并应将其用于0.1 M KOH条件下生物体液如人血清中葡萄糖的直接测定。第一项研究是用电化学沉积法制备了一种新型的镍纳米粒子-Nafion-石墨烯膜共修饰的玻璃碳电极(NiNPs/Nafion/石墨烯/GCE),将其组装成电化学非酶生物传感器用于葡萄糖的测定。与Nafion-石墨烯修饰的玻璃碳电极(Nafion/石墨烯/GCE)和镍纳米粒子修饰玻碳电极(NiNPs/GCE)相比,NiNPs/Nafion/石墨烯/GCE对碱性条件中葡萄糖的电催化氧化活性最好。在+0.55 V的最佳电位下,NiNPs/Nafion/石墨烯/GCE检测葡萄糖包含低浓度和高浓度两个线性范围。低浓度葡萄糖的线性范围为1-200 μM,检测限为0.6 μM(S/N=3),灵敏度为3437.25 μA mM–1 cm–2,相关系数R2=0.999;高浓度葡萄糖的线性范围为200-10800 μM,检测限为0.82 μM(S/N=3),灵敏度为2848.6 μA mM–1 cm–2,相关系数R2=0.995。加入0.1-1 mM不等浓度的葡萄糖后,安培响应约为1-1.5 s。最重要的是,NiNPs/Nafion/石墨烯/GCE成功地用于人血清样品中葡萄糖浓度的测定,并能与医院(酶法)测试结果相比。此外,NiNPs/Nafion/石墨烯/GCE对常见的氧化干扰物质,如AA、UA和DA也具有很高的抗干扰能力。因此,制备的NiNPs/Nafion/石墨烯/GCE对葡萄糖氧化具有高的灵敏度,好的稳定性,较低的工作电位,好的选择性和快速安培响应。因此,NiNPs/Nafion/石墨烯/GCE作为一种电化学非酶生物传感器具有广阔的应用前景。第二项研究采用电化学沉积方法将镍沉积在氮掺杂多孔碳修饰玻碳电极上 (Ni/NPC/GCE),并在此基础上制备了一种电化学非酶葡萄糖生物传感器。首先用CV对制备的纳米材料进行电化学研究,用SEM对纳米材料进行形貌结构表征,用XPS对Ni/NPC的成分和晶体结构进行了分析。与NPC/GCE、NiNPs/GCE相比,Ni/NPC/GCE对碱性溶液中葡萄糖电催化氧化性能最佳。在最优电位+0.6 V的条件下,Ni/NPC/GCE检测葡萄糖的灵敏度为3753.78 μA mM–1 cm–2,线性范围为1-7940 μM,相关系数是R2=0.995,检测极限为0.3 μM(S/N=3)。修饰电极对不同浓度葡萄糖的安培响应为0.8-1.3 s。最后,与其他非酶生物传感器相比,所制备的Ni/NPC/GCE具有低的工作电位、良好的抗干扰能力、强的稳定性和好的选择性等。且与其他非酶生物传感器相比,Ni/NPC/GCE具有很高的选择性。该纳米材料对葡萄糖敏感度低,检测限低,线性范围宽,适用于葡萄糖的测定。第三个研究,用微波快速辅助合成法制备的铜纳米粒子/炭黑纳米复合材修饰玻璃碳电极(Cu/DCB/GCE)并以其为基础制备了电化学非酶葡萄糖生物传感器。合成的纳米材料应用于人血清中葡萄糖含量的测定。用SEM、 TEM、 XPS、XRD 和XPS对制备的纳米材料进行了形态、组成和晶体结构表征。与其它金属/炭黑修饰的玻璃碳电极(Me/DCB/GCE)相比,Cu/DCB/GCE对碱性条件下葡萄糖的电催化氧化性能是最优异的。在最佳电位+0.5 V的条件下,Cu/DCB/GCE检测葡萄糖的线性范围是0.5-7000 μM,检出限为0.1 μM (S/N=3),相关系数R2=0.999,灵敏度为1595 μA mM–1 cm–2。往碱性溶液中加入不同浓度的葡萄糖,可以在较短的时间(0.8-2 s)内观察到所制备的生物传感器快速的安培反应。Cu/DCB/GCE对DA、UA和AA等血液共存分子具有较好的抗干扰性能。最重要的是,Cu/DCB/GCE生物传感器可检测0.1 M KOH人血清中葡萄糖含量。由于所制备的生物传感器具有良好的结构和性能,可以为葡萄糖检测器件的设计和应用提供实际参考。

页码102
内容类型学位论文
源URL[http://ir.xjipc.cas.cn/handle/365002/5981]  
专题新疆理化技术研究所_资源化学研究室
推荐引用方式
GB/T 7714
Parviz Sukhrobov. 金属修饰碳纳米材料框架的合成及其在电化学非酶葡萄糖直接检测中的应用[D]. 中国科学院新疆理化技术研究所. 中国科学院大学. 2019.
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