基于金纳米线构建电化学传感器对生物分子和离子检测的研究

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电化学传感器可将待测物质通过电极表面进行的化学反应信号转换成电信号,具有简便性、检测灵敏度高、选择性好、响应迅速等优点。贵金属元素因其特殊的光学,热力学以及电催化性能广泛应用于催化,分析及医学等领域。纳米金粒子因其高电子转移速率、催化活性高、活性表面积较大、良好的导电能力及特殊的光学性质,在纳米电子学、光学、催化、生物学等方向展现出广阔的应用前景。单个贵金属纳米粒子的功能单一且存在如:导电性能差以及结构不稳定等缺陷。为克服这一缺陷,人们探索了形态不一的金纳米材料,金纳米线以其独特的电学、催化与生物相容性一直受到研究者高度重视。本论文工作通过自组装方法在ITO导电玻璃上合成金纳米线,利用4-巯基苯甲酸(4-MBA)修饰的金纳米线对其进行改性。以该制备的材料为基础设计不同生物活性分子的电化学传感检测模式,探索了材料对多巴胺、焦磷酸及碱性磷酸酯酶(ALP)的特异型灵敏检测,并研究了该材料的实际应用。本论文具体包含以下三方面工作:1、基于金纳米线构建电化学传感用于检测多巴胺利用种子-溶液自组装的方法来制备金纳米线,构建Au NWs/ITO工作电极。引入4-MBA功能化金纳米线实现对多巴胺(DA)的选择性检测。通过优化合成条件以及测试条件,获得了制备的最优条件以及性能优良的多巴胺电化学传感器。实验结果表明,在最佳实验条件下,采用差分脉冲伏安法测得多巴胺的线性检测范围为0.05-175μmol/L(R~2=0.989),多巴胺的最低检测限为0.031μmol/L。制备的金纳米线对DA具有良好的选择性和灵敏度,有效的减小了来自实际样品检测中抗坏血酸和尿酸的干扰。2、基于金纳米线对铜离子电化学响应间接检测焦磷酸4-MBA上的羧基与铜离子可以螯合,又已知焦磷酸与铜离子也会螯合并与4-MBA竞争性结合铜离子,利用制备Au NWs/ITO电极对铜离子响应信号的变化设计电化学传感,实现对焦磷酸的间接检测。在最优实验条件下,制备的Au NWs/ITO电极对焦磷酸检测的线性范围为0.1-10μmol/L,最低检测限为0.035μmol/L。该传感器具备良好的抗干扰能力,可实现焦磷酸的选择性检测。3、基于金纳米线构建电化学传感间接检测碱性磷酸酯酶活性借助工作二中焦磷酸与铜离子的竞争性结合作用,本工作通过在Au NWs/ITO电极上自组装铜离子,利用焦磷酸竞争性结合铜离子来间接检测碱性磷酸酯酶(ALP)活性。检测原理是ALP可以水解其底物焦磷酸使其释放铜离子,释放后的铜离子在电极上产生电化学信号,其可实现对ALP活性的间接检测。构建的传感器对ALP活性可以实现选择性检测,在ATP和其他磷酸盐存在条件下仍可实现专一性检测。其电化学检测的ALP浓度范围为60-180 U/L,最低检测ALP浓度为12.75 U/L。
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