基于纳米Ni/掺硼金刚石电极的电化学生物传感器研究

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准确快速检测氨基酸、葡萄糖等生物物质对医学诊断和食品生产具有重要意义。基于纳米敏感材料修饰硼掺杂金刚石(BDD)电极的生物传感器,在检测中表现出灵敏度高、响应速度快和抗干扰性强等优势,有着广泛的应用前景。本文围绕BDD电极制备,纳米材料修饰和传感器性能测试展开工作。以电子辅助热丝化学气相沉积(EACVD)技术制备了自支撑掺硼金刚石膜。研究了金刚石的生长过程和动态模型,讨论了碳源浓度对金刚石的生长机制和成膜品质的影响。分析了硼的掺杂浓度对金刚石形貌,缺陷,导电性能和电化学特性的影响,并探讨了硼的扩散机制。通过分析发现,制备的BDD电极具有宽的电化学窗口、低的背景电流、良好的稳定性和可逆性。以循环伏安(CV)法在BDD表面制备了具有大的比表面积和强的催化性能的纳米多孔Ni(NP-Ni),研究了L-丙氨酸在NP-Ni/BDD电极表面的电化学行为。结果表明,以NP-Ni/BDD为电极的传感器具有高的灵敏度50μAmM-1cm-2,在0.5―4.5μM范围内,响应电流与丙氨酸浓度呈良好的线性关系,其检测限为0.01μM,还表现出强的抗干扰性,良好的稳定,适用于丙氨酸注射液的检测。首次采用电化学盖印技术在BDD电极表面制备纳米Ni-NiO半开管(Ni-NiO HNTs),并将Ni-NiO HNTs/BDD作为传感器电极研究了L-丝氨酸的检测。研究表明,Ni-NiO HNTs的侧面为开放结构,具有良好的通透性,还可作为加快电子转移的通道,有助于提高催化氧化效率;在L-丝氨酸检测中,电极灵敏度可达330μAmM-1cm-2,在0.199―6.542μM范围内,响应电流与丝氨酸浓度表现出良好的线性关系,检测限为0.1μM,在其它氨基酸共存时对丝氨酸有特异的选择性,制作的传感器能够快速准确的检测丝氨酸添加剂。通过热氧化处理制备了高纯度的纳米金刚石(ND),以电化学沉积法在BDD表面制备了Ni纳米片与ND的复合膜,并研究了Ni-ND/BDD电极对葡萄糖的检测性能。研究表明,纳米金刚石不仅提高了Ni的修饰率,还加宽了电化学窗口;电极在葡萄糖检测中表现出高效的催化氧化特性,响应电流与葡萄糖浓度分别在0.1―1μM,1―7μM和1―9mM三个区间内均呈良好的线性关系,灵敏度分别为1140μAmM-1cm-2,132μAmM-1cm-2和2.3μAmM-1cm-2,检测限为0.05μM。改进了基于Ni-ND/BDD电极的传感器的封装技术,在血清血糖检测中具有灵敏度高,响应快,成本低以及使用方便的优势。
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