基于纳米金石墨烯复合材料的尿酸生物传感器研究

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1、国内图书分类号：O611.3学校代码：10213国际图书分类号：615.4密级：公开工学硕士学位论文基于纳米金/石墨烯复合材料的尿酸生物传感器研究硕士研究生：姚冬婷导师：刘绍琴教授申请学位：工学硕士学科：生物医学工程所在单位：生命科学与技术学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O611.3U.D.C:615.4DissertationfortheMasterlDegreeinEngineeringRESEARCHONURICACIDBIOSENSORBASEDONGOLDNANOARTICLES/GRAPHE

2、NENANOCOMPOSITESCandidate：DongtingYaoSupervisor：Prof.ShaoqinLiuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：BiomedicalEngineeringAffiliation：SchoolofLifeScienceandTechnologyDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要尿酸

3、是人体中嘌呤衍生物的代谢终产物。通常情况下，人类血液中尿酸的浓度保持在一定水平。当血液内尿酸过高时，就会产生一些严重的疾病，如痛风就是尿酸结晶沉积在关节之间，形成肿胀，给病人带来极大的痛苦。因此，快速、灵敏、准确地检测尿酸对于诊断与治疗此类疾病具有重要的意义。近年来，随着纳米材料、纳米技术的快速发展，纳米材料在制备高性能生物传感器方面展现出巨大的应用潜力。基于纳米材料制备的生物传感器具有灵敏度高、选择性好、检测限低等优点，有望满足对尿酸快速、灵敏、准确检测的需要。因此，本文以氮掺杂石墨烯或氧化石墨烯为稳定骨架制备纳米金/石墨烯复合材料，利用石墨烯和金纳米材料

4、大的比表面积、良好导电特性和电催化活性，发展能够快速、灵敏、准确检测尿酸的纳米生物传感器。具体研究内容如下：（1）基于纳米金/石墨烯复合材料的尿酸酶生物传感器石墨烯和金纳米颗粒都具有大的比表面积，高的电子传递效率以及良好的生物相容性等优点。同时金纳米颗粒还能与巯基之间形成稳定的金硫键，可用于固定抗体，酶以及蛋白质等生物大分子。因此，本课题首先采用水热法合成氮掺杂石墨烯气凝胶（NGA），并利用硼氢化钠原位还原制备了纳米金/石墨烯复合材料，再通过金硫键将尿酸氧化酶固定在纳米金/石墨烯复合材料表面，成功制备了尿酸酶的纳米生物传感器。电化学阻抗、循环伏安等电化学方法

5、研究表明，尿酸的存在导致传感器在0.9V左右出现明显的氧化峰，且峰电流与尿酸的浓度之间存在良好的线性关系。该传感器对尿酸的检测灵敏度为2.89×10-5A/mM，线性范围为20~800µM，其检测限为10µM（S/N=3）。（2）基于纳米金/石墨烯复合材料的非酶尿酸生物传感器以氧化石墨烯为稳定骨架结构吸附HAuCl4，并用层层自组装技术将氧化石墨烯自组装到氧化铟锡导电玻璃表面，再用硼氢化钠进行原位还原得到纳米金/石墨烯薄膜，从而成功构建非酶尿酸生物传感器（AuNPs/GN/ITO）。循环伏安、计时电流等电化学方法研究表明，该纳米生物传感器具有响应快，线性范围

6、宽以及检测限低等优点。该传感器对尿酸的检测灵敏度为1.563×10-4A/mM，线性范围可达5~1200µM，检测限低达0.1µM（S/N=3）。同时，该传感器还具有优良的重现性以及稳定性。关键词：石墨烯气凝胶；金纳米粒子；尿酸生物传感器；层层自组装I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractUricacidisametabolicendproductfrompurinederivativesinhumanbodies.Normally,theconcentrationofuricacidinserumkeepsconstantbecauseoftheb

7、alanceofproductionandexcretion.However,excessiveuricacidcancauseseriousdisease,suchasgout.Thedepositionofuricacidinjointmayleadtotheturgidityandpain.Therefore,fastandreliabledeterminationofuricacidinbiologicalfluidsisurgentlyrequiredfordiagnosisandtreatmentofuricacid-relateddieseas

8、e.Currentdevelopmentinnano