普鲁士蓝复合纳米颗粒的电化学研究及生物电分析

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本论文主要的工作是开展了用化学合成法和反胶束方法制备具有电活性的普鲁士蓝(PB)纳米材料,利用扫描电镜(SEM)、红外吸收光谱(FTIR)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)等测试手段对材料进行表征。并将纳米材料固定到电极表面,形成一种新型自组装化学修饰电极或酶生物传感器,用于电化学检测。该修饰电极和传感器对H2O2和葡萄糖都有较好的电催化作用,据此建立对葡萄糖的定量分析进行快速检测的方法。该方法所呈现的显著特点是灵敏度高,稳定性好,测定结果准确可靠。本论文的研究工作由以下四部分组成:1、将K4Fe(CN)6和K2PtCl6依次加入普鲁士蓝(PB)胶体溶液中,其中[FeCN6]4-离子和Pt离子在水溶液中分别被氧化还原而形成混合纳米粒子(Pt/PB)。用透射电镜(TEM)表征对了Pt/PB纳米粒子的形貌,粒径大约为20 nm。同时,从UV-vis光谱图观察到720 nm处有强的吸收峰,为PB的特征峰:与PB相比,Pt/PB溶液中,该峰明显降低了,表明Pt覆盖了部分PB纳米粒子。通过强的金属-巯基键相互作用(1,3-丙二硫醇)将Pt/PB纳米粒子固定于Au电极表面,研究其对O2的电催化氧化作用。其结果显示PB和Pt都参与了O2的电催化还原。2、研究了用反胶束法制备的PB和聚吡咯包裹的普鲁士蓝复合纳米粒子(PBPPy)的表征,组装和电化学分析。从SEM图中可以看出PBPPy纳米复合粒子的形貌,其粒径大约为40-50 nm。由UV-vis和FTIR光谱证明该粒子确实是由普鲁士蓝和吡咯组成的。接着,将PB和PBPPy纳米颗粒固定在半胱氨酸(Cys)修饰的Au电极上。循环伏安实验表明:PB和PBPPy修饰的Au电极对H2O2都表现出它们固有的电化学特性和高的电催化活性;并且,PBPPy修饰的Au电极比PB修饰的Au电极对H2O2响应的灵敏度高,其线性范围为0.99μM-8.26 mM,信噪比为3时,检测下限为0.23μM。由此得出,PBPPy修饰的Au电极表现出更好的稳定性。将葡萄糖氧化酶用戊二醛交联,实现以PBPPy为基底的生物传感器的发展。3、在阴离子表面活性剂双-2-乙基己基琥珀酸纳(AOT)/异辛烷/水反胶束体系中,加入生物表面活性剂多粘菌素B(PMB),制备了PMB包裹的PB纳米粒子(PB-PMB)。用FTIR,SEM和电化学等方法对该粒子进行了表征。同时,介绍了以PB-PMB为基础的葡萄糖生物传感器。将PB-PMB纳米粒子组装到Cys修饰的Au电极表面,通过戊二醛的交联作用使葡萄糖氧化酶固定于修饰电极上。对电极的重现性和稳定性进行了研究和优化。结果表明,葡萄糖生物传感器显示了较宽的线性范围(6.7μM-2.0 mM)和良好的重现性。4、将2,6-二氯靛酚(2,6-DCIP)作为电化学指示物,通过方波伏安法检测有机磷农药对土壤动物蚯蚓胆碱酯酶的影响。底物乙酰硫代胆碱被蚯蚓胆碱酯酶水解,其生成的硫代胆碱与2,6-DCIP反应能产生明显的电化学信号。通过检测加入甲基对硫磷前后酶的活性,就可以评估农药对胆碱酯酶的抑制率:且2,6-DCIP还原峰电流的降低与酶反应时间有关。加入1 ng/ml甲基对硫磷孵育10 min后,胆碱酯酶抑制率为32.74%:当浓度上升为10ng/ml时,酶抑制率为54.62%;而当甲基对硫磷浓度接近100μg/ml时,酶几乎完全被抑制。这种方法可以应用于评估胆碱酯酶的抑制率和调查农药对土壤动物的影响。
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