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《浙江大学》 2015年
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三维石墨烯/纳米材料复合生物传感器制备及应用研究

马晔  
【摘要】:生物传感伴随生物医药,在近几年得到了飞速的发展,是一个饱含创新机遇的领域。为了适应下一代生物医学诊疗、食品环境检测的需要,领域内仍有一些挑战和问题亟待解决。本论文着重在生物传感领域较为关键的三个方面进行了研究:(1)设计并制备了利于承载生物体并模拟体内环境的三维生物传感器。当体外生物传感实验逐渐开始向模拟体内环境的方向发展,生物传感器也需要具有类似体内的三维结构,以更好地承载生物活性物质、附着细胞或组织,同步检测其所在环境的待测物浓度。传统的生物传感器和细胞支架均无法满足这一需要。我们通过模板法使用CVD制备具有独立自支撑的三维导电网络,并采用电化学方法在其上均匀负载CuO纳米花。所制备的三维石墨烯/CuO纳米花复合生物传感器对抗坏血酸具有2.06mA mM-1 cm-2超高灵敏度,3s的相应时间,nM级别的探测极限和优秀的专一性。其独特的三维多级联通多孔结构有望应用于未来植入探测领域。(2)发现了三维石墨烯@W03具有类过氧化氢酶的性质,并解决了纳米材料分离和团聚的问题。虽然某些纳米材料具有内在催化双氧水的氧化还原的能力,能替代天然酶应用在生物传感领域,但由于大多数类酶纳米颗粒难于回收,且易于团聚而影响其催化活性,导致实际应用受到了限制。为了简化分离过程,最大限度地保证过氧化物酶类似物活性,这就需要将高活性的纳米粒子固定在有序的3D网络结构中。我们首次发现了通过水热法合成的W03纳米线具有类过氧化氢酶性质,并成功固定在三维石墨烯表面,从而既解决了分离回收催化剂的问题,又能防止其团聚,保持了催化剂活性。(3)将色比和电化学两种传感方法集成于一个器件,实现了对多种待测物的探测。在实际的检测和诊断情形中,在更加精细、定量的检测之前,往往需要一种快速和廉价的定性试验。色比生物传感能将生化反应通过颜色变化表现出来,并具有快速响应,和肉眼可辨的特点。这些优势使得色比传感材料在定性自助式测试诊断中大受欢迎。然而,色比传感材料的灵敏度和线性度和电化学生物传感相比仍然没有竞争力。然而电化学传感往往对测试条件要求苛刻,且需要连接到信号分析仪。直至现在,仍然没有一种生物传感器可以集成色比法和电化学传感的优点并在一个材料中实现多种生物分子的探测。我们将W03纳米线优异的催化性能和三维石墨烯的结构特性及优良的导电性相结合,实现了色比探测过氧化氢和抗坏血酸,电化学探测多巴胺。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TB383.1;TP212.3

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