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酶在新型纳米结构TiO2薄膜电极上的固定化及其生物电化学性能

2020-12-02阅读(246)

酶在新型纳米结构TiO2薄膜电极上的固定化及其生物电化学性能

论文摘要

纳米科学与技术的发展为新型高效、稳定的生物传感器的研发提供了条件。本论文主要是针对改性纳米TiO2与酶复合电极的制备及其生物电化学传感性能进行了研究,同时对所合成的纳米TiO2进行了光催化活性评价。努力实现纳米技术、生物传感技术和生物科学技术的三者有机结合。主要内容及结论如下:在溶胶-水热法所合成的锐钛矿相TiO2纳米粒子基础上,通过浸渍过程实现了银、铂和钌这三种金属离子表面修饰的纳米TiO2粉体的合成。荧光汞灯辐射下的光催化实验结果表明,Pt的修饰提高了TiO2纳米粒子的杀菌效果,但效果并不十分明显。Ru的修饰降低了TiO2纳米粒子的杀菌效果。Ag的表面修饰显著地提高了TiO2纳米粒子的杀菌效果,尤其是在日光下也能够表现出较好的杀菌效果,进一步的拓展了其应用范围。在溶胶-水热法所合成的锐钛矿相TiO2纳米晶基础上,利用模板剂调制的SiO2溶胶进一步合成了SiO2-TiO2复合纳米粒子。重点研究了复合SiO2对纳米锐钛矿相TiO2热稳定性及光催化活性的影响。结果表明,复合SiO2显著地提高了纳米锐钛矿相TiO2的热稳定性,甚至经过900℃热处理后仍然具有以锐钛矿相为主的相组成。在光催化降解罗丹明B实验过程中,经过高温热处理的复合纳米粒子样品表现出了优越于国际商品P25-TiO2的活性,这主要与其锐钛矿相结晶度提高而同时又有着较大比表面积等有关。贵金属的修饰及结晶度的提高有利于光生电荷的传输与分离,这为研发新型高效的酶传感器提供了条件。采用光还原法合成了Au纳米粒子修饰的纳米SiO2-TiO2复合物（Au/SiO2-TiO2）,并将其应用于固定辣根过氧化物酶（HRP）,考察利用Au纳米粒子修饰的纳米SiO2-TiO2复合物加速HRP与玻碳电极之间的直接电子传递行为,探索研制非媒介体型的过氧化氢传感器。实验结果表明,Au在纳米SiO2-TiO2上的修饰提高了HRP的电化学响应,HRP/Au/SiO2-TiO2/GC电极的氧化还原峰电流大于HRP/SiO2-TiO2/GC电极的峰电流;HRP/Au/SiO2-TiO2/GC电极中的HRP对过氧化氢具有较强的催化作用,对H2O2具有快速地电流响应。

论文目录

  • 中文摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 生物传感器
  • 1.1.1 生物传感器的概念及发展
  • 1.1.2 生物传感器原理
  • 1.1.3 生物传感器的分类
  • 1.1.4 生物传感器的特点
  • 1.1.5 酶传感器
  • 1.2 酶固定化研究
  • 1.2.1 酶固定化方法
  • 1.2.2 酶的固定化载体研究进展
  • 1.3 基于纳米粒子-酶组装体系的生物电化学
  • 1.4 纳米二氧化钛粒子在生物传感器中的应用
  • 1.4.1 纳米二氧化钛的性质
  • 1.4.2 纳米二氧化钛的制备方法
  • 1.4.3 蛋白质/酶在纳米二氧化钛上的固定
  • 1.4.4 硅基介孔材料的研究进展
  • 1.5 二氧化钛光催化杀菌
  • 1.5.1 二氧化钛光催化氧化杀菌的研究进展
  • 1.5.2 二氧化钛光催化氧化杀菌的机理
  • 1.5.3 二氧化钛光催化抗菌材料性能的提高
  • 1.5.4 纳米二氧化钛与其它抗菌剂的比较
  • 1.6 本课题研究目的意义和主要内容
  • 1.6.1 研究目的及意义
  • 1.6.2 研究主要内容
  • 第2章 实验材料及实验方法
  • 2.1 实验试剂和仪器设备
  • 2.1.1 实验试剂
  • 2.1.2 实验仪器及设备
  • 2.2 样品的制备
  • 2.2.1 二氧化钛水热膏体的制备
  • 2.2.2 介孔二氧化硅修饰的二氧化钛纳米晶的制备
  • 2.3 材料表征方法
  • 2.3.1 X-射线衍射
  • 2.3.2 傅立叶变换红外光谱
  • 2.3.3 拉曼光谱
  • 2.3.4 紫外-可见光谱
  • 2.3.5 扫描电子显微镜
  • 2.3.6 透射电子显微镜
  • 2.3.7 表面光电压谱
  • 2.3.8 电化学性能表征
  • 2.4 样品性能评价
  • 2.4.1 光催化性能测试
  • 2.4.2 抗菌性能评价
  • 第3章 二氧化钛纳米粒子的贵金属修饰及其光催化杀菌性能研究
  • 3.1 实验部分
  • 3.1.1 菌株
  • 3.1.2 培养基
  • 3.1.3 菌种活化
  • 3.1.4 菌种扩培
  • 2纳米粒子的制备'>3.1.5 TiO2纳米粒子的制备
  • 2纳米粒子抗菌性能测试'>3.1.6 TiO2纳米粒子抗菌性能测试
  • 3.2 结果与讨论
  • 3.2.1 纳米二氧化钛粉末的表征
  • 3.2.2 纳米二氧化钛粉末杀菌性能研究
  • 3.2.3 表面修饰Pt纳米二氧化钛杀菌性能研究
  • 3.2.4 表面修饰Ru纳米二氧化钛杀菌性能研究
  • 3.2.5 表面修饰Ag纳米二氧化钛杀菌性能研究
  • 3.3 本章小结
  • 2修饰的高结晶度纳米TiO2粒子的制备及其光催化性能'>第4章 介孔SiO2修饰的高结晶度纳米TiO2粒子的制备及其光催化性能
  • 4.1 实验部分
  • 4.1.1 样品合成
  • 4.1.2 光催化降解罗丹明B
  • 4.2 结果与讨论
  • 4.2.1 TEM表征
  • 4.2.2 XRD表征
  • 4.2.3 Raman表征
  • 4.2.4 IR表征
  • 4.2.5 XPS表征
  • 4.2.6 DRS表征
  • 2吸附-脱附等温曲线'>4.2.7 N2吸附-脱附等温曲线
  • 4.2.8 光催化性能评价
  • 4.3 本章小结
  • 2-TiO2电极上固定化及其生物传感性能'>第5章 HRP 在Au/SiO2-TiO2电极上固定化及其生物传感性能
  • 5.1 实验部分
  • 2-TiO2复合物'>5.1.1 采用光还原法合成纳米Au/SiO2-TiO2复合物
  • 2-TiO2/GC电极'>5.1.2 制备HRP/Au/SiO2-TiO2/GC电极
  • 5.1.3 电化学仪器与方法
  • 5.2 结果与讨论
  • 2-TiO2/GC电极的电化学阻抗研究'>5.2.1 HRP/Au/SiO2-TiO2/GC电极的电化学阻抗研究
  • 2-TiO2的HRP的直接电化学'>5.2.2 基于Au/SiO2-TiO2的HRP的直接电化学
  • 2-TiO2/GC电极的生物电化学测试'>5.2.3 HRP/Au/SiO2-TiO2/GC电极的生物电化学测试
  • 2-TiO2/GC电极的稳定性'>5.2.4 HRP/Au/SiO2-TiO2/GC电极的稳定性
  • 5.3 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士期间发表的论文

    • 相关论文文献

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