尿素分子印迹电化学传感器的研制及其响应特性研究

论文摘要

尿素作为一种常见的物质,广泛地存在于各种环境之中,其含量的大小也势必给环境带来不同的影响。水体中的尿素是公共场所卫生监测的衡量指标,土壤环境中的尿素是其生产性能的反映;同时尿素也是血清、和尿液中的一种重要的含氮代谢物,是肾脏功能、心脏代谢失调等病变的常见标志物质之一。目前报道的主要检测技术尚未很好地满足实际测定需求,研发一种准确、快速、选择性好、灵敏检测尿素的传感器具有重要意义。本研究以选择性好的分子印迹技术为基础,结合纳米掺杂,构建一类用于尿素高灵敏检测的分子印迹电化学传感器,并通过多种表征手段研究其制备原理和响应特性。主要内容和成果如下:首先以壳聚糖为功能基体、尿素为模板分子,利用恒电位沉积技术制备尿素分子印迹电化学传感器,结果表明:施加-1.1 V电压、恒电位沉积3 min、晾干2 h,并在0.1 mol/L KCl中搅拌洗脱20 min,可实现传感器的成功制备。以含有[Fe（CN）6]3-/4-的KCl作为指示物间接考察传感器的电化学响应情况:该传感器对模板分子的平衡吸附时间为12 min;响应线性范围为:1.0×10-8 4.0×10-5 mol/L,检测限为5.0 nmol/L;对其结构相似物的特异识别性能高、对其常见共存物质的抗干扰能力强;再生性能佳、稳定性好;用于血清样品的测定,回收率为96.3% 119.3%。在前面基础上,进一步研究掺杂纳米颗粒硫化镉量子点的尿素分子印迹电化学传感器的制备和响应性能,结果表明:与未掺杂的制备条件一致的情况下,当硫化镉量子点的掺杂浓度为3.00×10-4mol/L(以Cd2+计)时,可制备出掺杂硫化镉量子点的尿素分子印迹电化学传感器;该传感器的平衡吸附时间为5 min,响应线性范围为:5.0×10-124.0×10-10mol/L和5.0×10-107.0×10-8 mol/L,检测限可达1.0 pmol/L,较之未掺杂的传感器,具有更灵敏的响应、宽的检测线性范围和低的检测限,突显了硫化镉量子点的增敏作用;显著的特异识别性、优异的抗干扰能力,血清样品的高回收率结果（90.7% 105.6%）、良好再生性能和长时间的使用寿命,为其在以尿素为标识物的疾病早期诊断乃至环境中尿素的测定提供充分的可行性依据。最后采用多种表征技术对未掺杂/掺杂硫化镉量子点的尿素分子印迹电化学传感器的特性进行研究。固体衰减全反射红外光谱和X射线衍射谱的结果共同表明尿素与壳聚糖之间可以主要通过氢键作用结合,硫化镉量子点则通过静电作用与壳聚糖结合掺杂其中;X射线能谱、固体衰减全反射红外光谱和X射线衍射谱的测试结果说明三种物质可以通过电沉积的方式修饰于电极表面,肯定了该尿素分子印迹电化学传感器制备条件的可行性;扫描电子显微镜的表观结果揭示在所运用的实验条件下,可以成功制备对urea具有大小、形状、空间构型和相互作用力匹配的印迹传感器;交流阻抗谱图的拟合结果不仅验证了印迹传感器的合理制备,还证明了硫化镉量子点促进电子传递的效应;等温吸附曲线和动力学曲线的拟合结果表明该传感器的对模板分子的吸附符合Langmuir吸附模型,拟合得到的数据比较充分反映了该尿素分子印迹电化学传感器对模板分子尿素具有良好的特异识别性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 疾病标志物概述
• 1.1.1 常见疾病标志物
• 1.1.2 疾病标志物检测技术
• 1.2 尿素
• 1.2.1 尿素概述
• 1.2.2 尿素检测方法
• 1.3 分子印迹传感器
• 1.3.1 概述
• 1.3.2 分子印迹传感器的制备
• 1.3.3 分子印迹传感器分类
• 1.4 纳米材料
• 1.4.1 概述
• 1.4.2 纳米材料分类
• 1.5 本论文的立题依据和主要研究内容
• 1.6 参考文献
• 第2章 尿素分子印迹电化学传感器的研制
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要试剂
• 2.2.2 主要仪器
• 2.2.3 尿素分子印迹电化学传感器的制备
• 2.2.4 电化学测试方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 电沉积时间的选择
• 2.3.2 电沉积后晾干时间的选择
• 2.3.3 洗脱条件的选择
• 2.3.4 平衡吸附时间
• 2.3.5 工作曲线
• 2.3.6 特异识别性
• 2.3.7 再生性、使用寿命和稳定性
• 2.3.8 回收率测定
• 2.4 小结
• 2.5 参考文献
• 第3章 掺杂量子点的尿素分子印迹电化学传感器的研制
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要试剂
• 3.2.2 主要仪器
• 3.2.3 掺杂硫化镉量子点的尿素分子印迹电化学传感器的制备
• 3.2.4 电化学测试方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 硫化镉量子点掺杂浓度的选择
• 3.3.2 电沉积时间的选择
• 3.3.3 平衡吸附时间
• 3.3.4 工作曲线
• 3.3.5 特异识别性
• 3.3.6 再生性、使用寿命和稳定性
• 3.3.7 回收率测定
• 3.4 小结
• 3.5 参考文献
• 第4章 尿素分子印迹电化学传感器的响应特性研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 主要试剂
• 4.2.2 主要仪器
• 4.2.3 表征材料的制备及其测试方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 尿素分子印迹电化学传感器制备过程的研究
• 4.3.2 尿素分子印迹电化学传感器的形貌图
• 4.3.3 硫化镉量子点的增敏机理探究
• 4.3.4 尿素分子印迹电化学传感器的吸附模型
• 4.4 小结
• 4.5 参考文献
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 在学期间的科研情况
• 1 在学期间发表的论文
• 2 在学期间参加的科研项目
• 3 在学期间参加的学术会议
• 致谢