金属纳米线制备及其在电化学生物传感器中的应用

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1、湖南大学硕士学位论文金属纳米线制备及其在电化学生物传感器中应用姓名：鲁亚霜申请学位级别：硕士专业：分析化学指导教师：沈国励20070501硕士学位论文摘要本文制备了一维纳米形态的金属纳米材料，并利用纳米材料优良的物理、化学、电催化性能以及良好的生物相容性将所制备纳米材料组装到电极表面。所得修饰电极可在低电位下实现对过氧化氢的灵敏检测，能用于生物传感界面的构建。将葡萄糖氧化酶作为模型酶采用多种方法将其固定到界面上，制备的葡萄糖生物传感器具有较高的灵敏度、较低的检测下限以及快的响应速度，并能很好的应用于实际样品的检测。具体内容如下：1.采用模板

2、法合成一维纳米材料纳米线。其较大的表面积能极大提高酶的负载量，并为固定酶提供了良好的微环境，能很好的保持酶的活性。(1)首先我们采用多孔膜的氧化铝模板，通过电沉积方法来制备铂纳米线(PtNW)，并将制备的纳米线用壳聚糖(CHIT)溶液分散后稳定固定在玻碳电极(GCE)的表面。文中考察了PtNW修饰电极的电化学性能以及它对过氧化氢(H2O2)的电催化行为。实验结果表明，所制得的修饰电极能在低电位下实现对过氧化氢的快速响应并获得高的灵敏度。为了实现其实际应用，通过交联剂戊二醛将葡萄糖氧化酶固定在修饰了铂纳米线的玻碳电极表面。在-0.2V的测定电

3、位下，在磷酸缓冲液(PB)中测定了生物传感器对葡萄糖的电化学响应，结果表明，传感器的响应时间-5-2-6较短(<8s)，获得线性范围为10－10M，检测下限为5×10M(第2章)。(2)在上一个工作中，固定酶所使用的戊二醛化学交联法会不可避免的导致部分酶变性，传感器的性能有待提高。文中接着报道了利用恒定电位沉积法在聚碳酸酯(PC)模板上成功制备金纳米线(AuNW)，纳米线的平均孔径大致为250nm，长度为10µm。将所制备纳米线均匀分散到壳聚糖(CHIT)溶液中，并固定到玻碳电极(GCE)表面，制备金纳米线修饰电极。同时利用金纳米线对蛋白质

4、分子的特异吸附性及良好的生物相容性制备了酶功能化的金纳米线，制备了酶功能化的金纳米线修饰电极。首先通过测定金纳米线修饰电极的电活性面积来证实金纳米线材料自身具备的性能，同时测定了金纳米线修饰电极的电化学行为及对过氧化氢(H2O2)的响应性能。结果证明，修饰电极能实现对过氧化氢的低电位检测，并且获得高的灵敏度和快的响应时间。接着将酶功能化的金纳米线固定在电极表面制备葡萄糖生物传感器。在-0.2V电位下实验测定了PB缓冲溶液中传感器对葡萄糖的响应，-5-2所制备的传感器响应时间短(<8s)，获得线性范围10－2×10M，检测下限为-65×10M

5、。结果同时表明，功能化的金纳米线很好的实现了酶的高负载和高稳定吸附(第3章)。2.采用模板法合成整齐有序的纳米线阵列，通过不同界面处理方法将阵列修II一维纳米材料的制备及其在电化学生物传感器中的应用饰在电极表面构建纳米线阵列修饰电极。将垂直排列的纳米线阵列作为传感界面的修饰材料能保证酶和底物尽可能大的接触面积，并降低检测下限。(1)首先使用聚碳酸酯模板用电沉积法原理制备铂纳米线阵列。将制备的铂纳米线阵列小心的固定在电极表面，制备修饰薄膜。研究了铂纳米线阵列对过氧化氢的催化性能，获得较宽的线性范围。低的检测下限是由于纳米线阵列能提高性噪比，高

6、的检测上限归因于纳米线阵列较大的表面积提供了大量的催化活性位点。将葡萄糖氧化酶固定在纳米线阵列上，得到的葡萄糖传感器有较大的灵敏度，较-6-2宽的线性范围(5×10－2×10M)，检测下限为1µM，并可实现对葡萄糖的无干扰检测(第4章)。(2)利用电沉积法和自组装技术制备了一种纳米金修饰镍纳米线阵列的葡萄糖生物传感器。先将聚碳酸酯模板固定到电极上制备镍纳米线阵列，然后将镍纳米线阵列分别浸入组氨酸和纳米金溶胶中，通过自组装将纳米金吸附到镍纳米线表面。纳米金修饰的镍纳米线阵列在较低电位下(0V)对H2O2具有良好的电催化性能。利用其表面的纳米

7、金吸附固定葡萄糖氧化酶制备了葡萄糖生物传感器。该传-5-2感器对葡萄糖的线性响应范围为10－10M，检测下限为5µM。组氨酸和纳米金提供的良好的微环境能有效保持酶的活性，所制备的酶电极具有较好的稳定性(第5章)。关键词：纳米线；有序纳米线阵列；模板法；电化学生物传感器；葡萄糖氧化酶III硕士学位论文AbstractInrecentyears,nanomaterialsasnewmaterialhavebeenwidelyresearchedandusedincludingthebiosensingfiled.Withtheintroduct

8、ionofnanaomaterials,theperformanceofbiosensorhasagreatlyimprovement.Inthepaper,wesynthesi