首页> 正文

基于丝网印刷电极电化学生物传感器研究

2020-12-11阅读(271)

基于丝网印刷电极电化学生物传感器研究

论文摘要

生物传感器,自从这一概念提出以来,受到了世界各国研究者的高度关注并保持了快速的发展势头。它涉及化学、材料、生物、物理、电子、信息等,是一个多学科交叉的综合研究领域。作为生物传感器的一个分支,电化学生物传感器能将生化信息转换为电信息,其信号输出方式有电流、电压、电位、电导、电量等。随着集成电路技术的发展和价格低廉的即抛型丝网印刷电极的出现,电化学生物传感器逐渐向小型化和便携化的方向发展。由于便携式电化学生物传感器能够实现现场检测,且易于实现和无线网络进行信息交换,从而具有广阔的发展前景。因此加强基于丝网印刷电极的电化学生物传感器的研究,对于扩大生物传感器的商业化应用具有非常重要的意义。本论文主要研究内容有：多种丝网印刷电极的制备,相应应用检测体系的方法和机理以及便携式检测仪器的开发。具体阐述如下：一、丝网印刷基础电极的制备。基于不同应用目的的考虑,开发了各类薄片型丝网印刷基础电极。从电极的组成来分,制备了单电极、双电极和三电极；从电极的材料来分,制备了碳电极、金电极和铂电极；从电极的工作电极的数目来分,制备了单通道和多通道电极,并对各类电极的制备工艺做了详细介绍和讨论。二、丝网印刷功能电极的制备。为了增强丝网印刷碳电极的功能,通过一次印刷或者电沉积的方式,分别开发了掺杂电子媒介体电极、掺杂导电材料电极和金属纳米颗粒修饰电极,从而使丝网印刷碳电极具备了：更强的电子传导功能、导电性能,以及一些金属电极方面的性能。对制作过程进行了详细的介绍,并对各自的电化学行为进行了考察。三、辣根过氧化酶在丝网印刷碳电极上的直接电子转移。辣根过氧化酶是一种以三价铁为活性中心的氧化还原酶。由于丝网印刷碳电极本身表面的多孔形态,使得酶能进入到孔道中并且使活性中心（Fe3+/Fe2+）更接近电极表面。实现了辣根过氧化酶活性中心在电极表面的直接电子转移,基于此技术研发的电化学生物传感器可用于检测过氧化氢。四、肌红蛋白在介孔材料KIT-6修饰地丝网印刷碳电极上的直接电子转移。肌红蛋白也是一种以三价铁为活性中心的氧化还原酶。KIT-6是一种类似于MCM-41由两个交织的介孔网络组成的介孔材料,但是拥有更大的孔径,直径范围为5nm～12nm,因此小分子肌红蛋白（3nm直径）可以自由地进入到介孔孔道中。由于KIT-6的作用,通过酶分子表面覆盖度的计算可以得到修饰到电极表面的肌红蛋白分子的数量增加至3.5倍左右,从而实现了肌红蛋白在电极表面的直接电子转移信号扩增。五、用于鱼肉鲜度检测的电流型黄嘌呤氧化酶生物传感器。普鲁士蓝作为电介质,通过电沉积方式修饰到电极表面。采用三电极系统,且设计专用插口,实现了对黄嘌呤和次黄嘌呤两种代谢产物的检测。六、铂纳米颗粒修饰丝网印刷碳电极用于检测过氧化氢和葡萄糖。通过电沉积方法得到的铂纳米颗粒修饰丝网印刷碳电极,具有与金属电极相媲美的性能。该修饰电极能直接催化过氧化氢,且通过修饰葡萄糖氧化酶进而可以催化葡萄糖,实现了过氧化氢和葡萄糖的检测目的。七、用于有机磷农药残留检测的乙酰胆碱酯酶生物传感器制备。对检测农药残留的酶抑制原理以及传感器的构建方法进行了讨论。实现了抗蚜威快速检测的目的。八、掺杂普鲁士蓝-碳纳米管复合材料电极用于有机磷农药残留检测。对第七部分的内容进行了改进,将掺杂普鲁士蓝-碳纳米管复合材料通过一次印刷的方式制成电极,使得电极可以批量生产。该电极用于农残检测,检测信号更为稳定。设计了八通道电极,在修饰乙酰胆碱酯酶后能实现快速标准曲线的建立和八个样品的同时检测。九、便携式过氧化氢电化学生物传感器。设计了单一功能的电流型小型恒电位仪。并对过氧化氢的检测机理、试纸的制备工艺、电流型恒电位仪电路设计、微处理器单元的硬件软件设置、以及仪器操作流程进行了讨论与分析。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 前言
  • 1.1 电化学生物传感器
  • 1.2 电化学酶生物传感器
  • 1.3 丝网印刷技术及电极
  • 1.3.1 电极种类
  • 1.3.2 丝网印刷电极
  • 1.3.3 制备材料
  • 1.4 修饰电极
  • 1.5 便携式检测仪器
  • 1.5.1 检测仪器构成
  • 1.5.2 恒电位仪
  • 1.5.3 数据传输
  • 1.6 基于丝网印刷电极的电化学生物传感器应用
  • 1.6.1 环境监测领域
  • 1.6.2 医疗诊断领域
  • 1.6.3 食品安全领域
  • 1.7 电化学生物传感器商业发展
  • 1.8 电化学生物传感器未来发展趋势
  • 1.9 本论文的研究工作
  • 第2章 丝网印刷电极制备
  • 2.1 引言
  • 2.2 实验试剂和仪器
  • 2.3 丝网印刷电极工艺流程
  • 2.4 基板评价
  • 2.5 碳电极
  • 2.5.1 单电极
  • 2.5.2 双电极
  • 2.5.3 三电极
  • 2.6 金属电极
  • 2.6.1 金电极
  • 2.6.2 铂电极
  • 2.7 多通道电极
  • 2.8 手动印刷与机器印刷区别
  • 2.9 印刷电极性能考察
  • 2.10 小结
  • 第3章 功能电极制备
  • 3.1 引言
  • 3.2 实验部分
  • 3.2.1 实验试剂和仪器
  • 3.2.2 实验过程
  • 3.2.3 电化学检测
  • 3.3 结果与讨论
  • 3.3.1 掺杂电子媒介体电极
  • 3.3.2 掺杂导电材料电极
  • 3.3.3 电沉积金属纳米颗粒电极
  • 3.4 小结
  • 第4章 辣根过氧化酶在多孔丝网印刷电极上的直接电子转移
  • 4.1 引言
  • 4.2 检测原理
  • 4.3 实验部分
  • 4.3.1 实验试剂和仪器
  • 4.3.2 修饰电极制备
  • 4.3.3 电化学检测
  • 4.4 结果与讨论
  • 4.4.1 SPCE和SPCE/Nafion-HRP表征
  • 4.4.2 SPCE/Nafion-HRP电极的循环伏安行为
  • 4.4.3 pH在固定化HRP直接电子转移上的影响
  • 4.4.4 固定化HRP电催化还原过氧化氢
  • 4.4.5 HRP传感器的稳定性和重复性
  • 4.5 小结
  • 第5章 肌红蛋白在修饰介孔材料KIT-6电极上的直接电子转移
  • 5.1 引言
  • 5.2 实验部分
  • 5.2.1 实验试剂和仪器
  • 5.2.2 实验过程
  • 5.2.3 电化学检测
  • 5.3 结果与讨论
  • 5.3.1 KIT-6的表征,以及KIT-6膜和KIT-6/Nafion-Mb膜的形貌
  • 5.3.2 SPCE/KIT-6/Nafion-Mb电极的循环伏安行为
  • 5.3.3 溶液pH值对Mb直接电子转移的影响
  • 5.3.4 氧气对Mb直接电子转移的影响
  • 5.3.5 Mb电催化还原过氧化氢
  • 5.4 小结
  • 第6章 基于丝网印刷三电极系统的黄嘌呤氧化酶生物传感器
  • 6.1 引言
  • 6.2 检测原理
  • 6.3 实验部分
  • 6.3.1 实验试剂和仪器
  • 6.3.2 普鲁士蓝膜制备和黄嘌呤氧化酶修饰电极制备
  • 6.3.3 电化学检测
  • 6.4 结果与讨论
  • 6.4.1 SPCTE-PB电极的电化学行为
  • 6.4.2 pH的影响
  • 6.4.3 电位的影响
  • 6.4.4 温度的影响
  • 6.4.5 黄嘌呤氧化酶电催化黄嘌呤和次黄嘌呤
  • 6.4.6 模拟样品应用
  • 6.5 小结
  • 第7章 铂纳米颗粒修饰丝网印刷电极检测过氧化氢和葡萄糖
  • 7.1 引言
  • 7.2 检测原理
  • 7.3 实验部分
  • 7.3.1 实验试剂和仪器
  • 7.3.2 电沉积PtNPs
  • 7.3.3 葡萄糖氧化酶修饰电极制备
  • 7.3.4 电化学检测
  • 7.4 结果与讨论
  • 7.4.1 SPCDE/PtNPs形貌表征
  • 7.4.2 SPCDE/PtNPs电化学表征
  • 7.4.3 SPCDE/PtNPs电极电催化氧化过氧化氢
  • 7.4.4 SPCDE/PtNPs/Nafion-GOx电极电催化氧化葡萄糖
  • 7.4.5 干扰
  • 7.4.6 重复性和稳定性
  • 7.4.7 样品应用
  • 7.5 小结
  • 第8章 乙酰胆碱酯酶生物传感器研制
  • 8.1 引言
  • 8.2 有机磷农药检测机理
  • 8.3 实验部分
  • 8.3.1 实验试剂和仪器
  • 8.3.2 实验过程
  • 8.3.3 电化学检测
  • 8.4 结果和讨论
  • 8.4.1 乙酰胆碱酯酶生物活性测试
  • 8.4.2 SPCE-PB/Nafion-AchE电极循环伏安响应特性
  • 8.4.3 工作溶液pH的确定
  • 8.4.4 工作电压的确定
  • 8.4.5 SPCE-PB/Nafion-AchE电极对硫代乙酰胆碱的电流响应
  • 8.4.6 抗蚜威对SPCE-PB/Nafion-AchE电极的抑制
  • 8.5 小结
  • 第9章 掺杂普鲁士蓝-碳纳米管电极在农残检测中的应用
  • 9.1 引言
  • 9.2 实验部分
  • 9.2.1 实验试剂和仪器
  • 9.2.2 实验过程
  • 9.2.3 电化学检测
  • 9.3 结果与讨论
  • 9.3.1 PB@CNT材料形貌表征
  • 9.3.2 SPCTE/PB@CNT电极红外表征
  • 9.3.3 SPCTE/PB@CNT电极能谱表征
  • 9.3.4 SPCTE/PB@CNT的电化学响应特性
  • 9.3.5 pH对SPCTE/PB@CNT电极和电沉积PB电极的影响
  • 9.3.6 抗蚜威对SPCTE/PB@CNT-AChE电极的抑制
  • 9.3.7 八通道电极用于农残检测设计
  • 9.4 小结
  • 第10章 便携式过氧化氢检测仪器设计
  • 10.1 引言
  • 10.2 电极试纸条制作
  • 10.3 检测原理
  • 10.4 检测仪器设计
  • 10.4.1 MSP430单片机模块
  • 10.4.2 电流型恒电位电路
  • 10.5 分析操作
  • 10.6 小结
  • 第11章 结论
  • 本文创新点
  • 参考文献
  • 附录1
  • 致谢
  • 科研工作主要成果

    • 相关论文文献

    • [1].欢迎订阅2020年《丝网印刷》[J]. 丝网印刷 2019(11)
    • [2].丝网印刷专利产品集锦[J]. 网印工业 2019(12)
    • [3].微言信语[J]. 今日印刷 2020(03)
    • [4].《丝网印刷》2019年总目次[J]. 丝网印刷 2019(12)
    • [5].2019～2025年丝网印刷玻璃展望[J]. 网印工业 2020(01)
    • [6].只争朝夕 不负韶华 奋进新时代[J]. 网印工业 2020(01)
    • [7].欢迎订阅2020年《丝网印刷》[J]. 丝网印刷 2020(01)
    • [8].会员之窗[J]. 网印工业 2020(04)
    • [9].传统丝网印刷产品清晰度的提升[J]. 网印工业 2020(05)
    • [10].丝网印刷征稿启事[J]. 丝网印刷 2020(05)
    • [11].欢迎订阅2020年《丝网印刷》[J]. 丝网印刷 2020(05)
    • [12].浅浅谈丝网印刷的影响因素[J]. 广东印刷 2020(03)
    • [13].工业丝网印刷设备的数码化蜕变[J]. 印刷工业 2020(03)
    • [14].本期导读[J]. 丝网印刷 2020(04)
    • [15].丝网印刷在玻璃包装中的应用[J]. 网印工业 2020(07)
    • [16].丝网印刷专利产品集锦[J]. 网印工业 2020(07)
    • [17].欢迎订阅2020年《丝网印刷》杂志[J]. 丝网印刷 2020(07)
    • [18].全球丝网印刷设备解决方案服务商——珠海市臻成网印机械有限公司[J]. 网印工业 2020(09)
    • [19].《丝网印刷》发行与传播及学术影响力创新高[J]. 丝网印刷 2018(11)
    • [20].丝网印刷在精品包装设计中的应用研究[J]. 西部皮革 2019(01)
    • [21].《七夕》丝网印刷[J]. 大众文艺 2019(12)
    • [22].欢迎订阅2020年《丝网印刷》杂志[J]. 丝网印刷 2019(10)
    • [23].丝网印刷征稿启事[J]. 丝网印刷 2019(10)
    • [24].欢迎订阅2020年《丝网印刷》[J]. 丝网印刷 2019(10)
    • [25].丝网印刷与金属蚀刻技术[J]. 网印工业 2019(11)
    • [26].丝网印刷前路虽艰 仍大有可为[J]. 网印工业 2017(11)
    • [27].丝网印刷专利技术综述[J]. 网印工业 2018(02)
    • [28].影响丝网印刷质量的工艺参数分析[J]. 网印工业 2018(01)
    • [29].浅谈丝网印刷的制版工作[J]. 广东印刷 2018(05)
    • [30].丝网印刷,提升技术扩大规模[J]. 中国印刷 2016(11)

    标签：;  ;  ;  ;  

    基于丝网印刷电极电化学生物传感器研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 毕速过 版权所有 鄂ICP备12018319号-5