文献类型：学位论文

中文题名：新型微纳界面的构建及其在环境与生命分析中的应用

作者：张磊[1];

机构：[1]华东理工大学;

导师：龙亿涛;华东理工大学

语种：中文

中文关键词：微纳界面;丝网印刷碳电极;氧化态石墨烯;光学纳米传感器;现场快速检测

摘要：近些年来，科学技术得到飞跃的发展，人类对于自然界的认识已经从宏观到微观，再到更小的纳米世界。不同功能化微纳结构界面不但可以有效的提高界面反应的速度，而且微纳敏感界面对电化学、光学信号具有极大的增强作用。近年来采用纳米材料进行电化学及光学传感的研究受到很大的关注，但应用于实际样品的现场检测还有许多限制因素存在，因此构建新型方便易用、廉价、重现性好、选择性和灵敏度高的功能化微纳界面，并以此为基础设计电化学、光学纳米传感器具有重要的研究意义，这将在环境监测、生命分析、纳米传感以及各种交叉学科领域具有广阔的应用前景。<br>　　 制备了可抛式丝网印刷碳电极(SPCE)，由于SPCE具有制备简单、低成本、便携和易于批量生产等特点，有利于解决在线、快速分析中响应的稳定性、重现性与交叉污染等问题，在环境污染物监测领域已经有了广泛的应用。通过碳纳米管掺杂丝网印刷电极在邻苯二酚的现场快速检测过程中表现出良好响应信号，在1～84μM范围内呈线性关系，最低检测限达到0.45μM，对于研制现场快速检测系统提供了很好的依据。<br>　　 基于纳米金汞齐修饰丝网印刷电极技术研究了用于现场检测重金属离子的便携式电化学溶出检测仪，可用于现场测定酸性水样中的二价镉离子。该传感探头可以替代传统滴汞电极成为新一代的具有良好机械稳定性、重复性和极好的电化学响应的电化学传感器。该设计具有很好的便携性，对镉离子有很好的选择性和极低的检测灵敏度。在较宽的浓度范围内有很好的线性关系，其检测限低至2.6 ppb。此外，纳米金汞齐修饰丝网印刷电极在实际环境水样中检测镉离子也显示出独有的优势。<br>　　 通过恒电位法和循环伏安法分两步电沉积制备了基于丝网印刷电极的憎水纳米金花修饰界面，该界面表现出良好的电化学响应，可以基于此研究结果开发出性能优异的电化学传感器。另外，考察了该纳米金花修饰丝网印刷电极界面在SERS方面的性能研究，结果表明，由于修饰界面上纳米金粒子堆积在一起后相互之间的耦合作用使SERS增强作用显著，可以用于吡啶的定量分析。<br>　　 基于丝素/多壁碳纳米管复合材料修饰SPCE设计了一种新型的H2O2生物传感器，用于研究肌红蛋白在该仿生界面上的生物活性和电化学活性。将肌红蛋白(Mb)固定于丝素/多壁碳纳米管复合膜上后，表现出良好的对H2O2的催化活性。基于该原理制备的生物传感器具有响应时间短、灵敏度高、线性范围宽和检测限低等优点。研究结果表明丝素/多壁碳纳米管复合材料能有效增强肌红蛋白与预阳极化处理的丝网印刷碳电极表面的电子传递，并且制备的过氧化氢生物传感器具有很好的稳定性和重现性。<br>　　 以氧化态石墨烯(GO)修饰丝网印刷电极制备了对NADH具有良好的电催化氧化性能的生物传感器，该传感界面可以有效的降低NADH在电极表面的过电位。与裸丝网印刷电极与还原态石墨烯(rGO)修饰丝网印刷电极相比，该传感器对NADH具有更好的响应信号。采用XPS对其表面进行了表征，发现SPCEs、rGO/SPCEs和GO/SPCEs界面结构中含有大量的含氧基团，尤其是类醌基团的存在，使该传感器对NADH有极好的电化学催化氧化作用。该传感器对NADH有着较宽的检测范围0.8-500μM和较低的检测限0.10μM。<br>　　 创新构建了暗场-荧光-拉曼光谱显微平台系统，基于金纳米粒子的暗场等离子散射原理设计了新型NADH检测体系，同时监测了依赖于NAD+的生物催化过程。研究发现，铜离子被NADH催化还原后沉积在金纳米粒子表面形成Au@Cu核-壳结构，从而可以使金纳米粒子等离子散射光谱发生移动。并且NADH的浓度和依赖于NAD+的酶促反应的底物浓度与单粒子散射光谱红移的程度呈线性关系。基于此原理，可以将单个金纳米粒子作为一个纳米级传感探针用于检测NADH或者依赖于NAD+的酶促反应底物，该传感器仅需几微升样品溶液即可实验检测分析。另外，我们的研究发现，将该纳米探针孵化进入HeLa细胞后，采用暗场显微光谱平台，可以实现在线观察抗癌药物(紫杉醇)在细胞内部的代谢过程，对于在单细胞水平研究抗癌药效奠定了坚实的基础。这种新方法必将在细胞成像、检测NADH在细胞内的分布、研究细胞内代谢过程和药物筛选等方面具有重要的应用前景。<br>