聚合膜及金属有机骨架电化学传感器的构建及其对生物标志物的检测

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电化学传感器在分析检测中兼具便捷、灵敏、选择性好等优势,还适合应用于在线分析,是一种常见的分析检测手段。近年来,该技术在一些领域包括临床检测、环境保护、药物分析等被广泛应用。有机聚合物膜作为传统的电化学修饰材料,凭借其优良的稳定性,被广泛认为是性能良好的传感器修饰材料。其它各种性能优越的纳米材料的日新月异,多种复合材料的融合式应用也层出不穷,促进了电化学传感器的蓬勃发展。例如:石墨烯、碳纳米管、金属有机骨架等纳米材料,在一定程度上能够有效增大电极的比表面积,加快电极催化反应,与有机聚合物膜联合起来修饰电极,可使电极催化性能锦上添花,发挥出更优越的电催化活性。因此,本论文构建了基于聚合物膜纳米材料功能化的电化学传感器用于相关生物标志物分析检测。本论文将主要研究内容概括为以下三个方面:(1)聚咖啡酸膜修饰酸化玻碳电极的构建及其对变肾上腺素的电化学行为研究对裸玻碳电极表面进行电化学酸化预处理,酸化可以增大背景电流和氧元素含量,并形成多孔、氧化和多层活化的表面从而促进电子转移。而后,在所构建的酸化电极表面电沉积咖啡酸制得咖啡酸膜沉积酸化电极(A-PCA/GCE)。通过扫描电子显微镜(SEM)和电化学技术(循环伏安法、线性扫描伏安法)对该修饰电极的表面形态进行表征,并利用该修饰电极考察了变肾上腺素的电化学行为,结果表明A-PCA/GCE具有较大的比表面积,能够促进电极表面电子转移,且能够有效催化变肾上腺素电化学反应进行。同时,实验还考察了咖啡酸的沉积时间、缓冲溶液pH、以及扫描速率等相关实验参数。在最佳优化实验参数下,变肾上腺素的氧化峰电流在0.5~40.0μM浓度范围内线性关系良好,相关系数r为0.9926,检测限(LOD,S/N=3)为0.17μM。修饰电极能够成功用于人血清样品中变肾上腺素的检测。(2)聚L-组氨酸膜电沉积UiO-66金属有机骨架修饰电极的构建及其对4-硝基喹啉-N-氧化物的电化学检测实验采用电聚合与电沉积相结合的方式,将L-组氨酸以及锆金属有机骨架材料(UiO-66)修饰在玻碳电极表面,制得聚L-组氨酸膜沉积UiO-66修饰电极(UiO-66/P-L-his/GCE)。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电镜能谱(EDS)、红外(FTIR)和电化学技术(循环伏安法、示差脉冲伏安法等)对该修饰电极进行表面形态学表征,并研究了4-硝基喹啉-N-氧化物在该修饰电极上的电化学行为。研究表明,UiO-66/P-L-his/GCE对4-硝基喹啉-N-氧化物有着优异的电化学催化性能。同时,实验还对L-组氨酸聚合时间、UiO-66沉积时间、缓冲溶液pH、扫描速率等相关实验参数进行了考察优化。在所优化的参数条件下,4-硝基喹啉-N-氧化物的还原峰电流在0.2~50.0μM浓度范围内线性相关良好,r为0.9981,LOD为66.7 nM(S/N=3)。在实际应用中,该修饰电极可成功应用于人体血清中4-硝基喹啉-N-氧化物的分析测定,结果满意。(3)聚L-赖氨酸膜电沉积Al-MOF金属有机骨框架修饰电极的构建及其对黄嘌呤的电化学检测实验通过电聚合,将合成出来的铝金属有机骨架纳米材料NH2-MIL-53和有机物L-赖氨酸修饰到玻碳电极表面,制得修饰电极NH2-MIL-53/P-L-lys/GCE。与裸电极比较,该修饰电极在一定程度上提高了黄嘌呤的氧化峰电流响应。由于P-L-lys具有优越电催化活性以及NH2-MIL-53材料具有较大的比表面积等优势,该修饰电极不仅能够促进电子转移,同时可以有效改善电化学行为。与此同时,利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电镜能谱(EDS)、红外(FTIR)和电化学技术(循环伏安法、线性扫描伏安法等)对该修饰电极的表面形态进行表征,并把该修饰电极应用于黄嘌呤的电化学行为研究。在最佳实验条件下,黄嘌呤的氧化峰电流与浓度在3.0~25.0μM范围内呈现良好的线性相关,r为0.9940,LOD为0.37μM(S/N=3)。成功将该修饰电极应用于血清样品中黄嘌呤的含量测定。
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