二维与零维二硫化钼纳米材料的制备及生物传感应用研究

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二硫化钼纳米片是一种与石墨烯具有相似结构和性质的新型二维纳米材料。由于二硫化钼纳米片优越的半导体和催化性质,其在电子器件、析氢反应催化、锂离子电池电极材料等领域的研究引起了人们广泛的关注。到目前为止,二硫化钼纳米片的应用还受到其自身尺寸和组成缺陷的限制。同时,针对尺寸更小的二硫化钼量子点以及其复合物制备等方面的研究有望解决这一类问题。因此,我们对开展二硫化钼纳米片在生物传感应用方面的研究展现出强烈的兴趣,相关研究对扩展二硫化钼纳米片的应用范围和探究其新颖性质有很大帮助。基于上述几方面原因,我们开展了对新型二硫化钼纳米材料的制备,以及其相关生物传感应用的研究。本文通过超声辅助剥离法,在表面活性剂水溶液中剥离二硫化钼晶体,制备稳定、分散的二硫化钼纳米片。除此之外,我们还通过电芬顿反应可控、有效的生成羟基自由基,并用于二硫化铝纳米片的切割、刻蚀,制备二硫化钼新型发光量子点。通过探究二硫化铝纳米片的特征吸光光谱与尺寸的关系,最终构建了免标记DNA光学传感器,实现了对单核苷酸酸多态性的检测。本文最后还介绍了一种在甲醇混合溶液中,利用超声辅助法,合成血红素功能化二硫化钼纳米片的新方法。基于该新型复合纳米材料,我们实现了对一种新型过氧化氢传感器的构建。主要研究内容如下:1. 利用超声辅助剥离法,以二硫化钼粉末晶体为原材料,在表面活性剂胆酸钠水溶液中,制备稳定、分散的二硫化钼纳米片。除此之外,实验中,我们还通过反复离心,超声分散等过程完成了二硫化钼纳米片的筛选、清洗过程。将最终得到的二硫化钼纳米片沉淀超声分散在纯水溶液中完成对二硫化钼纳米片水分散液的制备。为了对二硫化铝纳米片进行组分和结构上的鉴定,本文还利用原子力显微镜,扫描电子显微镜,透射电子显微镜,紫外-可见吸光光谱,X-射线电子衍射,X-射线光电子能谱,拉曼光谱以及光致发光光谱等技术对其进行了表征。2. 在该实验体系中,我们利用电芬顿反应可控且有效的生成羟基自由基,并利用透射电子显微镜对二硫化钼纳米片在羟基自由基作用下的形貌变化进行了观察。经实验证实,二硫化钼纳米片在羟基自由基作用下会发生明显的刻蚀现象。其中,在经过纳米孔状二硫化钼纳米片这一过渡态后,二硫化钼纳米片被切割成平面尺寸更小的二硫化钼量子点。通过高分辨率透射电子显微镜,X-射线光电子能谱,原子力显微镜等技术对二硫化钼量子点进行了表征,并证实了其平面大小约为5 nm,厚度为0.65 nm。实验的最后,我们对二硫化钼量子点的光学性质进行了探究,发现二硫化钼量子点具有良好的发光性能,其有望成为一种新型的荧光探针应用于光学传感器的构建,细胞成像以及发光器件的制备等研究领域。3. 本节探究了二硫化钼纳米片的特征吸光光谱的尺寸依赖性,发现二硫化铝纳米片在盐离子作用下的聚集行为。实验过程中,我们证实了二硫化钼纳米片特征吸光光谱的变化与其聚集行为的关系。除此之外,我们还发现二硫化钼纳米片对单链DNA和双链DNA具有较好的识别作用,可选择性的吸附单链DNA,并使双链DNA远离其平面。单链DNA的吸附作用可有效地抑制二硫化钼纳米片在盐离子溶液中的聚集行为。并通过二硫化钼纳米片的特征吸光光谱对其聚集行为进行监控。实验的最后,通过对二硫化钼纳米片的特征吸光光谱的研究,我们构建了一种免标记DNA光学传感器,实现了对单核苷酸多态性的检测。4. 本节通过在甲醇溶液中混合二硫化钼纳米片与血红素分子,利用超声辅助合成法,制备了血红素功能化二硫化钼纳米片。除此之外,为了证实该复合纳米材料的形貌与组成,我们还通过紫外-可见吸光光谱法,电化学氧化还原法,原子力显微镜等技术对血红素功能化的二硫化钼纳米片进行了相关表征与探究。实验结果表明,血红素功能化二硫化钼纳米片具有优越的过氧化氢模拟酶活性,可催化过氧化氢对3,3’,5,5’,-四甲基联苯胺(TMB)的氧化反应。因此,基于血红素功能化的二硫化钼纳米片的过氧化氢模拟酶活性这一性质,我们构建了一种检测过氧化氢的新型比色传感器。该研究进一步扩展了二硫化钼纳米片在传感器构建方面的应用。
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