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《武汉纺织大学》 2017年
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纤维基有机电化学晶体管制备及其在生物传感上的应用

卿星  
【摘要】:纳米纤维和石墨烯均具有超大比表面积和优良的电学性能,将其应用于普通纤维材料改性,所得导电纤维不仅具有优异的导电性同时还兼具纤维材料的柔顺性和可编织性。用该导电纤维组装成纤维基有机电化学晶体管(FECTs)可提升其器件电子传输能力和灵敏性,为实现便携式可穿戴传感设备提供良好基础。本课题通过熔融挤出相分离法制备EVOH纳米纤维(NF),将其复合在PA6(85D)纤维表面,原位聚合吡咯得到PPy/NF/PA6纤维。以磷酸,水和PVA制成凝胶电解质,组装成PPy/NF/PA6纤维基有机电化学晶体管(FECTs),将其应用在多巴胺传感器上。结果表明,采用NF纤维改性PA6纤维可显著提升聚吡咯在纤维表面的吸附量,改善纤维表面PPy微观形态使其呈线状,且复合NF后电阻可减小6倍。FECTs拥有优异的输出曲线,开关响应时间仅需0.5s。FECTs多巴胺传感器,对1nM至1000nM多巴胺在0.5s内均能产生明显电流响应,同时该器件检测多巴胺时不会受到氨基酸和尿酸等干扰物质影响。通过改进的Hummer法制备的氧化石墨烯(GO),经水合肼气相还原后,将所得还原氧化石墨烯(rGO)复合在PA6(133.3D)纤维表面,原位聚合吡咯得到PPy/rGO/PA6导电纤维。以PVA、高氯酸锂等制成凝胶电解质并组装成PPy/rGO/PA6纤维基有机电化学晶体管(FECTs)。将PPy/rGO/PA6导电纤维依次经5mg/mL葡萄糖氧化酶溶液(GOx)和Nafion(wt=1%)溶液处理后得到的Nafion/GOx/PPy/rGO/PA6纤维应用于晶体管栅极,用PPy/rGO/PA6(133.3D)制备晶体管源-漏极,将其组装成葡萄糖传感器。结果表明rGO可诱导纤维表面生成大面积直径在200-300nm左右密集交错的光滑线状聚吡咯纤维,同时rGO复合材料较NF复合材料原位聚合Py后所得纤维表面线状聚吡咯更多,形态更好,导电性能更优异。FECTs拥有优异的特征曲线,开关比可达102数量级。FECTs葡萄糖传感器可检测浓度为1nM/L-1mM/L葡萄糖溶液,滴加不同浓度的葡萄糖溶液时传感器在0.5s内迅速产生明显的响应电流,且响应电流均能在5 s内达到相对平衡,其归一化电流随着葡萄糖浓度增加逐渐增加,且展现出明显的线性相关性,相关系数为0.9368。另外FECTs葡萄糖传感器对葡萄糖具有明显特异性,而对血液中其他干扰物质如AA,UA并无特殊反应。
【学位授予单位】:武汉纺织大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN32;O657.1;TP212

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