多功能金纳米电极的制备及其用于电化学富集多巴胺的检测

来源 :长春工业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:liongliong487
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与传统尺寸的电极相比,纳米电极拥有较小的尺寸(<100 nm),因而具有优良的电化学特性,如高的传质效率、小的背景电流和较低的溶液电阻,因此,纳米电极正是基础电化学研究以及电化学传感器应用中首选工具。在过去的几十年中,随着纳米电化学分析的发展,用于分析检测的纳米电极的制备和检测方法一直是众多研究的主题。目前,纳米电极的多功能检测技术以及简易性、高效性和可重复性的制备仍然面临着巨大的挑战,特别是单一的测量模式和技术已经无法应对于复杂的检测环境以及确保测量的全面性。基于此,本文主要通过电化学方法在碳纳米电极的尖端沉积金,以此制备了不同类型的多功能金纳米电极,并将这些金纳米电极应用于具有电活性的神经递质小分子,如多巴胺的分析检测中。本论文主要研究内容有如下四个方面:1.金纳米电极和纳米孔-金纳米电极都是在碳纳米电极的尖端上,通过控制沉积金过程的沉积时间和沉积电流这两种方式制备而得的,制备的两种金纳米电极具有不同的构造。通过扫描电子电镜(SEM)、电化学循环伏安法(CV)和差分脉冲伏安法(DPV)对这两种不同类型的金纳米电极进行了形貌和电化学特性的表征,结果表明通过控制沉积电流(40 nA)得到的金纳米电极的重复性良好,且拥有很好的电化学性能。另外,通过控制沉积时间(10 s)得到的纳米孔-金纳米电极具有开放的纳米孔和完整的金纳米电极,且同样具有良好的电化学性能。纳米孔和金纳米电极的集成使得纳米电极具有了应用于电化学和拉曼光谱检测的多功能的应用前景。2.通过在金纳米电极上施加一个交流电压(20 MHz,20 V)产生的交流介电泳(AC DEP),用于研究多巴胺(DA)和5-羟色胺(5-HT)的快速富集后的电化学信号变化和区分检测。结果表明采用AC DEP富集方法可快速实现两者的富集,使电化学响应得到增强。而对于DA和5-HT的共混物进行富集后发现,DA吸附电极的能力要明显的强于5-HT,这表明共混条件下,两者之间会形成竞争吸附的电化学行为。此外,金纳米电极同时又具有良好的拉曼活性基底,通过引入银纳米颗粒(AgNPs)作为DA和5-HT的捕获粒子和增强因子,并结合交流介电泳富集方法,成功地增强了DA和5-HT的拉曼信号,并在两者的混合物中得以区分。最后,金纳米电极在血清中同样可以得到富集后增强的电化学响应。3.纳米孔-金纳米电极可应用于对DA选择性检测研究。DA分子通过纳米孔选择性富集在金纳米电极的附近,金纳米电极用于测量富集前后的电化学响应变化。结果表明纳米孔-金纳米电极对DA的电化学响应具有较宽的动态范围(0~600 nM),检出限(LOD)最低可达10 nM。此外,利用纳米孔富集方法,通过在纳米孔处施加-400 mV,可以在较短的时间内(5 min)快速的选择性富集带正电荷的DA分子。在抗坏血酸(AA)的存在下,可增强混合物中DA的电化学响应,并且抑制AA的增强。再者,纳米孔-金纳米电极也同样适用于拉曼测量。利用纳米孔富集和AC DEP富集均可以增强DA的拉曼信号,且相比于纳米孔富集,AC DEP富集更为高效。纳米电极尖端产生的AgNP@DA团聚物微球(直径~20μm)表明了AC DEP富集效果的有效性。通过电流-时间追踪曲线还可以很好的检测到AgNP@DA在纳米孔处的运动状态。所制备的纳米孔-金纳米电极具有集成多种检测分析技术的优点和对分析物灵敏检测的潜力。4.基于分子印迹在识别特定分子上的优势,采用吡咯(作为单体)和DA分子(作为模板)在金纳米电极的尖端上进行电化学聚合,以此制备出的聚吡咯分子印迹的超微电极应用于对DA的选择性检测。电化学结果表明该微电极对DA具有良好的选择性、较高的灵敏度以及较宽的检测范围(4~240μM),检出限为0.975μM。电化学结果表明该微电极在其它五种干扰物分子(5-HT、NE、EPI、AA和UA)的存在下,对DA仍具有很好的选择性。采用电化学检测可以简单、快速的进行选择性检测。另外,在该微电极上施加直流偏置电压富集可增强DA的电化学响应和拉曼信噪比,通过拉曼光谱可表明DA分子在印迹结构中的印迹效果。DA经过直流富集后会快速占据印迹位点,使拉曼信号明显增强。
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