自掺杂聚苯胺制备及其在生物传感器中的应用

论文摘要

有机导电聚合物具有优良的物理化学性能,在电催化、超电容、生物传感等诸多领域有着广泛的应用前景。在众多的有机导电聚合物中,聚苯胺（PANI）及其衍生物由于原料廉价易得、合成简单、电导率较高、环境稳定性好等特点已成为当今研究的热点。传统的聚苯胺因随溶液pH值的升高,电化学活性降低,当pH > 4时,电活性几乎不存在。为了克服这个缺点,本文利用聚苯胺和它的衍生物合成了一种新的聚合物—自掺杂聚苯胺（ SPAN ）,它在弱酸性和中性条件下依然具有很好的导电性,并将它应用于生物传感器研究。1.采用循环伏安法制备了苯胺和对氨基苯磺酸自掺杂聚苯胺膜,研究了苯胺与对氨基苯磺酸配比、总浓度、硫酸浓度、电极材料和成膜方法等因素对自掺杂聚苯胺膜合成和在缓冲液中的导电性能的影响。实验结果表明苯胺与对氨基苯磺酸最佳配比为1:1;增加苯胺与对氨基苯磺酸的浓度和硫酸浓度均有利于成膜;所制得的自掺杂膜在弱酸性和中性条件下仍然具有很好的导电性能,自掺杂膜越厚,其在缓冲液中的导电性越好。制备的自掺杂聚苯胺膜在传感器、电化学催化、纳米材料等方面都有很大的应用潜力。2.采用循环伏安法在玻碳（GC）电极上制备了SPAN膜,然后将辣根过氧化物酶（HRP）恒电位固定在该膜上制得GC/SPAN-HRP电极。实验结果表明,HRP在GC/SPAN电极表面能进行有效和稳定的直接电化学转移,固定在GC/SPAN电极表面的HRP能保持其对H2O2还原的生物电催化活性,而且能快速地响应H2O2浓度的变化。考察了SPAN膜厚、缓冲溶液的pH等对HRP直接电子转移的影响。酶电极在恒定电位-100mV下,在7.5×10-61.25×10-3 mol/L H2O2的浓度范围内有线性响应,响应时间不大于5s,检测下限为4×10-6 mol/L,灵敏度达到398μA·L/mmol·cm2。本文所用固定HRP的方法简单且有效,可用于获得其它生物氧化还原蛋白质和酶的直接电子转移。3.利用电化学方法在SPAN修饰的玻碳电极表面聚合了一层普鲁士蓝（PB）（GC/SPAN/PB）,并将其作为一种新型的H2O2传感器。研究了该传感器对H2O2的电催化作用。讨论了扫速、SPAN膜厚度和电位等对H2O2响应的影响。研究表明,该传感器在pH4.5的磷酸盐缓冲液中,对H2O2有明显的催化效应,测定的线性范围变宽,在8×10-75×10-4 mol/L范围内还原峰电流与H2O2的浓度呈良好的线性关系,相关系数为0.997;检出限为4×10-7 mol/L。同时,电极有很好的重现性和抗干扰性。可以将其应用于各种酶生物传感器中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪 论
• 1.1 聚苯胺衍生物概述
• 1.1.1 聚苯胺的取代衍生物
• 1.1.2 有机酸掺杂聚苯胺和磺化聚苯胺
• 1.2 辣根过化物酶传感器
• 2O₂ 的工作原理'>1.2.1 辣根过氧化物酶传感器催化还原 H₂O₂的工作原理
• 1.2.2 HRP 修饰电极的制备方法
• 1.3 普鲁士蓝化学传感器
• 1.3.1 普鲁士蓝化学传感器敏感膜的制备
• 1.3.2 普鲁士蓝在生物传感器中的应用
• 1.4 课题选择的意义和内容
• 第2章 自掺杂聚苯胺的制备及电化学性能
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 自掺杂聚苯胺膜的制备
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 SPAN 膜电化学聚合曲线
• 2.2.2 自掺杂膜在不同pH 值缓冲液中电化学性能
• 2.2.3 不同因素对自掺杂膜的制备和电化学性能的影响
• 2.3 本章小结
• 第3章 自掺杂聚苯胺修饰辣根过氧化物传感器的研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 试剂与仪器
• 3.1.2 自掺杂聚苯胺膜的制备
• 3.1.3 酶电极的制备
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 自掺杂聚苯胺的聚合
• 3.2.2 自掺杂聚苯胺膜修饰酶电极的催化特性
• 3.2.3 传感器的响应性能
• 3.2.4 抗干扰实验
• 3.2.5 电极的重现性和稳定性
• 3.3 本章小结
• 2O₂ 的催化'>第4章 普鲁士蓝修饰电极对H₂O₂的催化
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 仪器及试剂
• 4.1.2 修饰电极的制备
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 GC/SPAN/PB 修饰电极的伏安特性
• 4.2.2 SPAN 膜对电极响应电流的影响
• 4.2.3 检测电位对响应电流的影响
• 4.2.4 过氧化氢的测定
• 4.2.5 重现性和稳定性
• 4.2.6 抗干扰实验
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A （攻读学位期间发表或投递论文目录）
• 致谢