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《海南师范大学》 2017年
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石墨烯复合材料的电化学传感器的制备与应用研究

闫丽君  
【摘要】:石墨烯(GR)是一种只有单原子层厚度的纳米材料,因其具有稳定的二维平面结构而表现出多种优异的性能,因此一直是电子、催化、电池、化学和生物传感的方向工作者研究的热门对象。然而单层石墨烯间会发生团聚和堆叠现象,三维石墨烯(3DGR)不仅克服了单层石墨烯的以上缺点,在保持石墨烯纳米片的固有性质的同时,本身还具有独特的多孔结构,所以3DGR的各种应用性能都得到了提高。近年来3DGR复合材料引起了众多关注,由于各种材料在性能上能够取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于单一组成材料而满足不同的要求,这些特性使3DGR复合材料有广泛的应用。电化学生物传感器是以生物分子作为主要功能性元件,能够感受到特定的目标靶物质并按照一定规律将这种感知转换成可识别信号的器件或装置。修饰电极常作为电流型化学与生物传感器的换能器,是当前电化学传感器和生物传感器等方面的研究热点。本论文以多种纳米材料作为修饰剂,制备了4种石墨烯复合材料修饰电极和一种纳米碳修饰电极,并研究了生物活性物质在其表面的电化学行为。1.通过水热法合成石墨烯-氧化锌(GR-ZnO)纳米复合材料并进一步用作电极修饰。由于GR纳米片和ZnO纳米棒的协同作用使GR-ZnO纳米复合材料表现出许多独特的性质,如高导电性,大的比表面积和良好的生物相容性。将肌红蛋白(Mb)用壳聚糖(CTS)固定在电极表面制备生物传感器。光谱结果表明固定在GR-ZnO纳米复合材料上的Mb保持了原有的结构。CTS/Mb/GR-ZnO/CILE在pH 3.0磷酸盐缓冲溶液中的循环伏安曲线显示出一对准可逆的氧化还原峰,说明Mb在电极上实现了直接电化学。使用CTS/Mb/GR-ZnO/CILE作为工作电极,构建了一种新型第三代电化学生物传感器并且用于对三氯乙酸(TCA)进行了电化学检测应用。实验表明所建立的方法具有很多优点,例如高灵敏度、宽检测范围、低检测限、长期稳定性和良好重现性。2.以正己基吡啶六氟磷酸盐(HPPF6)为修饰剂制备的离子液体修饰碳糊电极(CILE)作为基底电极,将单壁碳纳米角(SWCNHs)和肌红蛋白(Mb)分别滴涂在CILE表面,进一步用壳聚糖(CTS)将上述物质固定在该电极表面构建一种电化学生物传感器(CTS/Mb/SWCNHs/CILE)。光谱实验结果表明蛋白质在SWCNHs中没有变性并保持了其天然构象。该修饰电极对三氯乙酸(TCA)和亚硝酸钠(NaNO2)均表现出较好的电催化作用,当TCA和NaNO2的浓度分别在0.9 mmol/L-51.0 mmol/L和0.04mmol/L-0.78 mmol/L之间时催化还原峰的电流值随浓度增加而线性增加,进而可用于相应底物的电化学传感分析。3.使用简单、有效而且环境友好的电化学还原法制备了三维石墨烯(3DGR)和纳米金(Au)复合材料,并将其用作离子液体碳糊电极(CILE)的修饰材料,将巯基乙酸(MAA)自组装在Au/3DGR/CILE表面用于探针ssDNA的固定,以亚甲基蓝(MB)作为电化学指示剂,将构建的电化学DNA传感器用于单核增生李斯特氏菌hly特征基因序列的检测。在高导电性和褶皱结构的3DGR表面电沉积了具有特殊树枝形貌的纳米金(Au),为MAA的自组装提供了更多的附着位点,从而增加了探针序列在电极表面的固载量。将构建的传感器用于特征基因片段的检测,在1.0×10-14-1.0×10-6mol/L的浓度范围内响应电流和目标序列的浓度有良好的线性关系,检测限为3.3×10-15mol/L。同时对变质的鱼肉中提取的单核增生李斯特氏菌DNA的PCR扩增产物进行了有效检测。4.将巯基石墨烯(TGR)与纳米金(Au)复合材料修饰在离子液体碳糊电极(CILE)表面制备一种电化学DNA生物传感器,并利用其对金黄色葡萄球菌nuc特征基因序列及其PCR扩增产物进行了检测。以亚甲基蓝(MB)作为电化学指示剂,采用循环伏安和电化学交流阻抗技术对不同修饰电极进行了电化学行为研究,结果表明TGR和纳米Au的存在可以提高电极表面的有效面积,进一步提高探针序列的固定量。示差脉冲伏安结果证明所构建的DNA传感器具有良好的选择性、灵敏度、较低的检测限和较宽的检测范围。5.制备了一种新型铂-金-三维石墨烯(Pt-Au-3DGR)纳米复合材料修饰电极的电化学DNA生物传感器。利用水热法合成的Pt-Au-3DGR纳米复合材料作为电极的膜材料固定在离子液体碳糊电极(CILE)表面,采用扫描电子显微镜技术对膜材料形貌进行表征,进一步利用循环伏安法对该修饰电极进行了电化学表征。利用示差脉冲伏安(DPV)技术对所构建的电化学基因传感器件的选择性和灵敏度等进行了电化学检测,实验结果表明此传感器对副溶血弧菌目标序列浓度的检测范围为1.0×10-13mol/L-1.0×10-6mol/L,检测限为2.9×10-14mol/L。实验中Pt-Au-3DGR表现出良好的导电性,能增加电极的有效面积、探针序列的负载量以及提高DNA杂交检测的灵敏度。同时该传感器显示出良好的选择性。
【学位授予单位】:海南师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O657.1;TP212.2

【参考文献】
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1 孙丹;侯朝霞;王少洪;王美涵;胡小丹;李思明;李霖;;三维石墨烯及其复合材料的研究进展[J];兵器材料科学与工程;2015年06期
2 郭贝贝;孙雪菲;秦静;杨春苗;王曙光;;三维石墨烯及其复合材料的环境应用研究进展[J];山东建筑大学学报;2015年05期
3 周国珺;叶志凯;石微微;刘吉洋;奚凤娜;;三维(3D)石墨烯及其复合材料的应用[J];化学进展;2014年06期
4 唐逢杰;张凤;金庆辉;赵建龙;;石墨烯修饰铂电极传感器测定水中微量重金属镉和铅[J];分析化学;2013年02期
5 吕鹏;冯奕钰;张学全;李瑀;封伟;;功能化石墨烯的应用研究新进展[J];中国科学:技术科学;2010年11期
6 黄强;刘红英;方宾;;电化学DNA生物传感器研究的应用进展[J];化学进展;2009年05期
7 吴迪,吴健;金—硫键自组装生物分子膜[J];化学通报;2004年02期
8 吴永强;DNA生物传感器的研究进展[J];四川轻化工学院学报;2003年04期
9 马丽,白燕,刘仲明,刘芳;血清样品中乙肝病毒的DNA电化学传感器检测[J];分析测试学报;2003年03期
10 刘芳,刘仲明,李家洲;单链DNA在石英晶体表面固定方法的比较[J];北京生物医学工程;2003年02期
【共引文献】
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1 郭红媛;魏苗苗;吴锁柱;程原生;樊玮鑫;;电沉积羧基化石墨烯修饰的玻碳电极电化学检测镉离子[J];山西农业大学学报(自然科学版);2018年01期
2 刘霞平;王会才;孙强;杨继斌;;石墨烯、3D石墨烯及其复合材料的研究进展[J];化工进展;2018年01期
3 张甜甜;杨丽珠;;维生素B_2修饰的多壁碳纳米管电极上电化学方法测定DNA[J];温州医科大学学报;2017年12期
4 雷颖;杨蓉;王黎晴;李兰;杨文宇;苏香香;路蕾蕾;;石墨烯的功能化及其在储能材料领域中的应用[J];化学通报;2017年09期
5 李玉丹;;分散性均匀的功能性石墨烯材料[J];农村经济与科技;2017年16期
6 李琴;杨璐;杨弘;侯艳霞;;试纸法快速测定食品中镉的含量[J];安徽农业科学;2017年21期
7 王丽苹;赵粒成;兰开顺;;以MOFs为前驱体的多孔金属氧化物催化剂研究进展[J];化学通报;2017年07期
8 田颖;刘宗宇;刘晓;黄丽萍;;化学水浴沉积制备三维V_2O_5薄膜电极及其电容性能[J];功能材料;2017年04期
9 贾梦凡;张忠;杨兴斌;李金花;陈令新;;新型分子印迹荧光传感器的构建与应用[J];中国科学:化学;2017年03期
10 傅深娜;马利;甘孟瑜;汪仕勇;;三维石墨烯及其复合材料的制备及在超级电容器中的研究进展[J];材料导报;2017年05期
【二级参考文献】
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1 周国珺;叶志凯;石微微;刘吉洋;奚凤娜;;三维(3D)石墨烯及其复合材料的应用[J];化学进展;2014年06期
2 刘艳云;张东;;三维网状石墨烯的制备及其在超级电容器中的应用[J];储能科学与技术;2013年05期
3 汪冬冬;高辉;;三维自组装Eu~(3+)-石墨烯复合材料的制备及其磁性研究[J];物理学报;2013年18期
4 宋文璟;王学伟;丁家旺;张军;张锐明;秦伟;;海水重金属电化学传感器检测系统[J];分析化学;2012年05期
5 刘德盟;金妍;金庆辉;赵建龙;;基于溶出伏安法的铋微阵列电极检测饮料中的铅和镉[J];分析化学;2011年11期
6 于桂亮;黄书腾;;浅析石墨烯的性质与应用前景[J];科技风;2011年21期
7 王斌;常雁红;智林杰;;高产量制备石墨烯及其优异的重金属离子检测性能(英文)[J];新型炭材料;2011年01期
8 盛凯旋;徐宇曦;李春;石高全;;化学还原氧化石墨烯制备高性能石墨烯自组装水凝胶(英文)[J];新型炭材料;2011年01期
9 吕鹏;冯奕钰;张学全;李瑀;封伟;;功能化石墨烯的应用研究新进展[J];中国科学:技术科学;2010年11期
10 张伟娜;何伟;张新荔;;石墨烯的制备方法及其应用特性[J];化工新型材料;2010年S1期
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4 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期
5 ;日本开发出在蓝宝石底板上制备石墨烯的技术[J];硅酸盐通报;2009年04期
6 马圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究进展[J];现代物理知识;2009年04期
7 傅强;包信和;;石墨烯的化学研究进展[J];科学通报;2009年18期
8 ;纳米中心石墨烯相变研究取得新进展[J];电子元件与材料;2009年10期
9 徐秀娟;秦金贵;李振;;石墨烯研究进展[J];化学进展;2009年12期
10 张伟娜;何伟;张新荔;;石墨烯的制备方法及其应用特性[J];化工新型材料;2010年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 成会明;;石墨烯的制备与应用探索[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
2 钱文;郝瑞;侯仰龙;;液相剥离制备高质量石墨烯及其功能化[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
3 张甲;胡平安;王振龙;李乐;;石墨烯制备技术与应用研究的最新进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第3分册)[C];2010年
4 赵东林;白利忠;谢卫刚;沈曾民;;石墨烯的制备及其微波吸收性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第7分册)[C];2010年
5 沈志刚;李金芝;易敏;;射流空化方法制备石墨烯研究[A];颗粒学最新进展研讨会——暨第十届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2011年
6 王冕;钱林茂;;石墨烯的微观摩擦行为研究[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年
7 赵福刚;李维实;;树枝状结构功能化石墨烯[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
8 吴孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
9 周震;;后石墨烯和无机石墨烯材料:计算与实验的结合[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
10 周琳;周璐珊;李波;吴迪;彭海琳;刘忠范;;石墨烯光化学修饰及尺寸效应研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 姚耀;石墨烯研究取得系列进展[N];中国化工报;2009年
2 刘霞;韩用石墨烯制造出柔性透明触摸屏[N];科技日报;2010年
3 记者 王艳红;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新华每日电讯;2010年
4 本报记者 李好宇 张芃捷(实习) 特约记者 李季;石墨烯未来应用的十大猜想[N];电脑报;2010年
5 证券时报记者 向南;石墨烯贵过黄金15倍 生产不易炒作先行[N];证券时报;2010年
6 本报特约撰稿 吴康迪;石墨烯 何以结缘诺贝尔奖[N];计算机世界;2010年
7 记者 谢荣 通讯员 夏永祥 陈海泉 张光杰;石墨烯在泰实现产业化[N];泰州日报;2010年
8 本报记者 纪爱玲;石墨烯:市场未启 炒作先行[N];中国高新技术产业导报;2011年
9 周科竞;再说石墨烯的是与非[N];北京商报;2011年
10 王小龙;新型石墨烯材料薄如纸硬如钢[N];科技日报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吕敏;双层石墨烯的电和磁响应[D];中国科学技术大学;2011年
2 罗大超;化学修饰石墨烯的分离与评价[D];北京化工大学;2011年
3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修饰[D];北京化工大学;2012年
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5 盛凯旋;石墨烯组装体的制备及其电化学应用研究[D];清华大学;2013年
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7 姚成立;多级结构石墨烯/无机非金属复合材料的仿生合成及机理研究[D];安徽大学;2015年
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4 张宜杰;多孔石墨烯的制备及其电化学性能的研究[D];中国地质大学;2017年
5 詹晓伟;碳化硅外延石墨烯以及分子动力学模拟研究[D];西安电子科技大学;2011年
6 王晨;石墨烯的微观结构及其对电化学性能的影响[D];北京化工大学;2011年
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8 蔡宇凯;一种新型结构的石墨烯纳米器件的研究[D];南京邮电大学;2012年
9 金丽玲;功能化石墨烯的酶学效应研究[D];苏州大学;2012年
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