多层膜的组装及新型含硫化合物电化学传感器的构筑

论文摘要

自组装多层膜应用于电化学传感器中,可根据电化学传感和电催化响应的要求,选用不同材料作为电极上的修饰组分;可利用底物与酶的作用发挥电极高效、灵敏的检测功能。因此,自组装多层膜电化学传感器的应用研究具有重要意义。论文建立了羧基化碳纳米管CNTs在巴比妥水溶液中的分散体系,研究了水溶性CNTs材料的特性及其构筑的自组装多层膜的电化学特性;构建了基于多层膜的新型含硫化合物电化学传感器,实现了对硫化物和巯基化合物的快速、灵敏的检测;研究了含硫化合物电化学传感器在环境样品和生物样品中的分析应用,建立了复杂体系中含硫化合物的快速检测方法。论文构建了基于伴刀豆球蛋白（Con A）和辣根过氧化物酶（HRP）的生物识别作用的ConA/HRP多层膜的巯基化合物电化学传感器。原子力显微镜（AFM）和电化学阻抗谱（EIS）均显示了ConA/HRP多层膜结构的均匀有序。基于抑制机理,多层膜传感器实现了对多种还原性巯基化合物快速灵敏的检测,氧化性巯基化合物对检测不产生干扰,ConA/HRP多层膜传感器显示了很好的选择性。论文建立了羧基化碳纳米管（CNTs）在巴比妥水溶液中的均一稳定的分散体系,并以此水溶性的CNTs材料构建了硫化物电化学传感器。SEM和拉曼光谱表明羧基化的CNTs纯度和有序度均有极大的增强。水溶性CNTs具有长期均一稳定的特性,UV-vis光谱研究表明巴比妥对CNTs原有的特性不造成影响。用水溶性的多壁碳纳米管（MWNTs）构筑了MWNTs/HRP多层膜,AFM和扫描电镜（SEM）监控了均匀有序的MWNTs/HRP多层膜的形成过程,UV-vis显示HRP的活性随着组装的MWNTs/HRP层数的增加而呈线性增长关系。研究了MWNTs/HRP多层膜电化学传感器的电化学特性,MWNTs在电极表面具有促进电子传递的作用。MWNTs/HRP多层膜传感器用于检测无机硫化物,对硫化物检测的线性范围为0.4～16.6μmolL-1,检出限为0.08μmol L-1。MWNTs/HRP多层膜电化学传感器具有重现性好、稳定性强的特点。论文研究了MWNTs中引入聚阳离子聚丙烯胺（PAH）后得到的水溶性PAH-MWNTs复合材料,并以此材料构建了新型巯基化合物电化学传感器。透射电镜（TEM）显示PAH包裹在MWNTs的表面,UV-vis光谱表明水溶性PAH-MWNTs材料很好地保持了MWNTs的原有特性。在金电极上构筑了均匀有序的PAH-MWNTs/HRP多层膜,循环伏安法研究表明聚电解质和纳米材料的协同作用导致电极表面的酶固定量增大,电子传递速度加快。构建了巯基化合物电化学传感器,实现了对一系列还原性巯基化合物快速灵敏的检测,而氧化性巯基化合物对检测不产生干扰。该多层膜电化学传感器表现出重现性好和稳定性强的特点。论文研究了含硫化合物电化学传感器在复杂体系中的分析应用。Con A/HRP多层膜传感器对环境样品中可能存在的各种阳离子和阴离子具有较强的抗干扰能力,表明该传感器具有高的选择性。对多种来源的废水中无机硫化物进行了分析检测,相对标准偏差在±2.5%以内。研究了葡萄糖、尿酸、抗坏血酸、氨基乙酸、天门冬氨酸、色氨酸、酪氨酸、丙氨酸、谷氨酸盐和苯丙氨酸等对PAH-MWNTs/HRP多层膜传感器的干扰情况,多层膜传感器表现了很强的抗干扰能力。测定了多个血清样品中半胱氨酸,发现回收率在98.4～106%,结果令人满意。以上结果表明,论文构筑的多层膜电化学传感器能够应用于实际复杂样品的检测,具有非常大的应用潜力。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题依据及意义
• 1.2 本论文的主要研究内容
• 参考文献
• 第二章 自组装多层膜在电化学生物传感器中的应用
• 2.1 自组装多层膜的构筑方法
• 2.1.1 化学吸附法
• 2.1.2 静电沉积法
• 2.1.3 生物识别法
• 2.1.4 旋涂法
• 2.1.5 其它方法
• 2.2 自组装多层膜的表征技术
• 2.2.1 显微镜图像法
• 2.2.2 光谱学方法
• 2.2.3 电化学方法
• 2.2.4 其它表征方法
• 2.3 电化学生物传感器
• 2.3.1 电化学生物传感器的工作原理
• 2.3.2 电化学生物传感器的类型
• 2.4 自组装多层膜在电化学生物传感器中的应用
• 2.4.1 合成聚合物多层膜的应用
• 2.4.2 纳米材料多层膜的应用
• 2.4.3 复合材料多层膜的应用
• 参考文献
• 第三章 基于生物识别多层膜的巯基化合物电化学传感器
• 3.1 实验部分
• n多层膜的组装'>3.2 生物识别（Con A/HRP）_n多层膜的组装
• 3.2.1 Con A-糖蛋白的生物识别作用及其在生物传感器中的应用
• 3.2.2 Con A/HRP多层膜的逐层自组装
• n多层膜自组装的表征'>3.3 （Con A╱HRP）_n多层膜自组装的表征
• 3.3.1 Con A╱HRP多层膜自组装的AFM表征
• 3.3.2 Con A/HRP多层膜逐层组装的电化学阻抗分析
• 3.3.3 Con A/HRP多层膜的层数选择
• 3.4 Con A/HRP多层膜电极检测巯基化合物的机理
• 3.4.1 巯基化合物的检测方法及其应用
• 3.4.2 Con A/HRP多层膜电极对巯基化合物的检测机理
• n多层膜巯基化合物电化学传感器的构筑'>3.5 （Con A/HRP）_n多层膜巯基化合物电化学传感器的构筑
• n多层膜电化学传感器的条件优化'>3.5.1 （Con A/HRP）_n多层膜电化学传感器的条件优化
• 4多层膜电化学传感器对CSH的检测'>3.5.2 （Con A/HRP）₄多层膜电化学传感器对CSH的检测
• 4多层膜传感器对不同巯基化合物的检测'>3.5.3 （Con A/HRP）₄多层膜传感器对不同巯基化合物的检测
• 4多层膜传感器的重现性和稳定性'>3.5.4 （Con A/HRP）₄多层膜传感器的重现性和稳定性
• 3.6 小结
• 参考文献
• 第四章 基于碳纳米管多层膜的硫化物电化学传感器
• 4.1 实验部分
• 4.2 MWNTs的纯化和羧基化处理
• 4.2.1 CNTs纯化和羧基化的作用
• 4.2.2 MWNTs的纯化和羧基化处理
• 4.2.3 纯化和羧基化处理后MWNTs的表征
• 4.3 MWNTs在巴比妥水溶液中的分散性研究
• 4.3.1 CNTs的分散性研究进展
• 4.3.2 MWNTs在巴比妥溶液中的分散
• 4.3.3 MWNTs分散液的UV-vis光谱表征
• n纳米多层膜的组装和表征'>4.4 （MWNTs/HRP）_n纳米多层膜的组装和表征
• n纳米多层膜的组装'>4.4.1 （MWNTs/HRP）_n纳米多层膜的组装
• 4.4.2 MWNTs/HRP双层膜的AFM表征
• n纳米多层膜的组装过程的SEM表征'>4.4.3 （MWNTs/HRP）_n纳米多层膜的组装过程的SEM表征
• 4.4.4 （MWNTs/HRP）纳米多层膜上HRP活性的检测
• n纳米多层膜修饰电极的电化学特性'>4.5 （MWNTs/HRP）_n纳米多层膜修饰电极的电化学特性
• n纳米多层膜电极及其电化学阻抗分析'>4.5.1 （MWNTs/HRP）_n纳米多层膜电极及其电化学阻抗分析
• n纳米多层膜修饰电极的循环伏安特征'>4.5.2 （MWNTs/HRP）_n纳米多层膜修饰电极的循环伏安特征
• 4.6 纳米多层膜硫化物电化学传感器的性能
• 4.6.1 无机硫化物的分析检测方法
• n纳米多层膜硫化物传感器实验条件的优化'>4.6.2 （MWNTs/HRP）_n纳米多层膜硫化物传感器实验条件的优化
• n纳米多层膜传感器对硫化物的检测'>4.6.3 （MWNTs/HRP）_n纳米多层膜传感器对硫化物的检测
• n纳米多层膜电化学传感器的重现性和稳定性'>4.6.4 （MWNTs/HRP）_n纳米多层膜电化学传感器的重现性和稳定性
• 4.7 小结
• 参考文献
• 第五章 基于聚电解质纳米多层膜的巯基化合物电化学传感器
• 5.1 实验部分
• 5.2 水溶性PAH-MWNTs材料的制备和表征
• 5.2.1 PAH-MWNTs的溶解
• 5.2.2 水溶性PAH-MWNTs的UV-vis特性
• n纳米多层膜的组装和表征'>5.3 （PAH-MWNTs/HRP）_n纳米多层膜的组装和表征
• n纳米多层膜的逐层自组装'>5.3.1 （PAH-MWNTs╱HRP）_n纳米多层膜的逐层自组装
• n生物纳米多层膜逐层自组装的AFM表征'>5.3.2 （PAH-MWNTs/HRP）_n生物纳米多层膜逐层自组装的AFM表征
• n纳米多层膜的SEM表征'>5.3.3 （PAH-MWNTs/HRP）_n纳米多层膜的SEM表征
• n纳米多层膜上HRP活性的检测'>5.3.4 （PAH-MWNTs/HRP）_n纳米多层膜上HRP活性的检测
• n纳米多层膜电极的电化学特性'>5.4 （PAH-MWNTs╱HRP）_n纳米多层膜电极的电化学特性
• n纳米多层膜修饰电极及其电化学阻抗分析'>5.4.1 （MWNTs/HRP）_n纳米多层膜修饰电极及其电化学阻抗分析
• n多层膜电极的循环伏安特征'>5.4.2 （PAH-MWNTs╱HRP）_n多层膜电极的循环伏安特征
• n多层膜层数的确定'>5.4.3 （PAH-MWNTs/HRP）_n多层膜层数的确定
• n多层膜巯基化合物电化学传感器的构筑'>5.5 （PAH-MWNTs/HRP）_n多层膜巯基化合物电化学传感器的构筑
• 5.5.1 巯基化合物的分析检测方法
• 4多层膜电极检测巯基化合物的机理研究'>5.5.2 （PAH-MWNTs/HRP）₄多层膜电极检测巯基化合物的机理研究
• 5多层膜巯基化合物电化学传感器的构筑'>5.5.3 （PAH-MWNTs/HRP）₅多层膜巯基化合物电化学传感器的构筑
• 4多层膜电化学传感器对GSH的检测'>5.5.4 （PAH-MWNTs/HRP）₄多层膜电化学传感器对GSH的检测
• n多层膜巯基化合物电化学传感器的特性'>5.6 （MWNTs/HRP）_n多层膜巯基化合物电化学传感器的特性
• n多层膜电化学传感器对不同巯基化合物的检测'>5.6.1 （PAH-MWNTs/HRP）_n多层膜电化学传感器对不同巯基化合物的检测
• n多层膜电化学传感器的重现性和稳定性'>5.6.2 （PAH-MWNTs/HRP）_n多层膜电化学传感器的重现性和稳定性
• 5.7 小结
• 参考文献
• 第六章 含硫化合物电化学传感器在复杂体系中的分析应用
• 6.1 实验部分
• n多层膜电极的电化学特性'>6.2 （Con A╱HRP）_n多层膜电极的电化学特性
• n电极的生物多层膜层数优化'>6.2.1 （Con A╱HRP）_n电极的生物多层膜层数优化
• 4生物多层膜电极的循环伏安特征'>6.2.2 （Con A/HRP）₄生物多层膜电极的循环伏安特征
• n生物多层膜传感器对硫化物的检测'>6.3 （Con A╱HRP）_n生物多层膜传感器对硫化物的检测
• 6.3.1 无机硫化物的分析检测方法
• n生物多层膜电极检测硫化物的机理研究'>6.3.2 （Con A/HRP）_n生物多层膜电极检测硫化物的机理研究
• 4生物多层膜硫化物传感器的构筑'>6.3.3 （Con A╱HRP）₄生物多层膜硫化物传感器的构筑
• 4生物多层膜电化学传感器对硫化物的检测'>6.3.4 （Con A/HRP）₄生物多层膜电化学传感器对硫化物的检测
• n多层膜电化学传感器对废水中硫化物的检测'>6.4 （Con A/HRP）_n多层膜电化学传感器对废水中硫化物的检测
• 4多层膜电化学传感器的选择性'>6.4.1 （Con A/HRP）₄多层膜电化学传感器的选择性
• 4多层膜传感器的重现性和稳定性'>6.4.2 （Con A/HRP）₄多层膜传感器的重现性和稳定性
• n生物多层膜电化学传感器在废水检测中的应用'>6.4.3 （Con A/HRP）_n生物多层膜电化学传感器在废水检测中的应用
• n多层膜电化学传感器对巯基化合物的检测'>6.5 （PAH-MWNTs/HRP）_n多层膜电化学传感器对巯基化合物的检测
• 6.5.1 还原性巯基化合物的分析检测方法
• 5多层膜电极检测巯基化合物的机理研究'>6.5.2 （PAH-MWNTs/HRP）₅多层膜电极检测巯基化合物的机理研究
• 5多层膜CSH电化学传感器的构筑'>6.5.3 （PAH-MWNTs/HRP）₅多层膜CSH电化学传感器的构筑
• 5多层膜电化学传感器对CSH的检测'>6.5.4 （PAH-MWNTs/HRP）₅多层膜电化学传感器对CSH的检测
• n多层膜电化学传感器对血清中CSH的检测'>6.6 （PAH-MWNTs/HRP）_n多层膜电化学传感器对血清中CSH的检测
• 5多层膜电化学传感器的选择性'>6.6.1 （PAH-MWNTs/HRP）₅多层膜电化学传感器的选择性
• n多层膜传感器的重现性和稳定性'>6.6.2 （PAH-MWNTs/HRP）_n多层膜传感器的重现性和稳定性
• n多层膜电化学传感器对血清中CSH的分析检测'>6.6.3 （PAH-MWNTs╱HRP）_n多层膜电化学传感器对血清中CSH的分析检测
• 6.7 小结
• 参考文献
• 第七章 总结
• 附录
• 致谢