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基于Ti_3C_2T_x修饰玻碳电极的电化学生物传感器研究

于浩  
【摘要】:开发灵敏度高、检测限低、检测范围宽的高性能电化学传感器实现对生物小分子的检测具有重要意义。玻碳电极具有导电性好、化学性质稳定、气体无法通过电极、纯度高以及表面容易再生等优点,作为电化学传感器工作电极得到了广泛的应用。由于原始的电极无分子识别能力、响应信号低,难以灵敏检测生物小分子,通过纳米材料修饰电极可以有效改进裸玻碳电极的不足,如何设计和选择修饰电极纳米材料尤为重要。本文中利用Ti_3C_2T_x大的比表面积、优良的导电性、良好的生物相容性、更多的改性潜力等优点,并通过不同的金属纳米颗粒对Ti_3C_2T_x进行进一步的改性,构建了两种电化学传感器,实现了对抗坏血酸和多巴胺的高性能检测。主要研究内容包括:(1)利用选择性刻蚀法制备了Ti_3C_2T_x纳米材料,通过硼氢化钠还原法在Ti_3C_2T_x上生长Ag/Pt纳米颗粒,制备了用于电极修饰的Ag/Pt/Ti_3C_2T_x材料。由于Ti_3C_2T_x的层状结构,提供了较大的比表面积,增强了工作电极对抗坏血酸的吸附能力;更小的电子转移电阻,提高了电子转移能力;Ag/Pt/Ti_3C_2T_x具有大的电化学活性面积,可以获得更多电化学反应的活性位点。利用以上三点的优势,提高了电化学反应速率,进而提升了传感器的敏感特性,构建了性能优良的抗坏血酸电化学传感器。基于Ag/Pt/Ti_3C_2T_x修饰玻碳电极的电化学抗坏血酸传感器,与以往报道其他修饰材料的抗坏血酸传感器相比,具有更宽的线性范围和更低的检测限。在200-9800μM的线性检测范围内,灵敏度为6.78μA/m M,检测下限为4.78μM(S/N=3)。(2)利用选择性刻蚀法和硼氢化钠还原法在Ti_3C_2T_x上生长Au纳米颗粒,制备了用于电极修饰的Au/Ti_3C_2T_x材料。重点研究了Ti_3C_2T_x、Au/Ti_3C_2T_x修饰玻碳电极对传感器性能的影响,Ti_3C_2T_x修饰玻碳电极可以实现传感器对多巴胺的检测(对10μM多巴胺的响应电流值为3.84μA),Au纳米颗粒的修饰进一步提升的传感器对多巴胺的测能力,对10μM多巴胺的响应电流值为4.76μA,是Ti_3C_2T_x/GCE的1.24倍。基于Au/Ti_3C_2T_x/GCE工作电极的电化学传感器具有最佳传感性能的原因有以下几点:Ti_3C_2T_x层状结构提供了大的比表面积和优良的电导率,获得了更快的电子转移速率,增强了电极对多巴胺的电催化活性;Au纳米颗粒的引入,由于金纳米颗粒优异的电催化活性,进一步提高了电子转移能力和电催化活性;Au纳米颗粒与Ti_3C_2T_x之间的协同作用获得了更大的电化学活性面积,提供更多的活性位点,增加工作电极与多巴胺之间的相互作用,加快电化学反应速度。基于Au/Ti_3C_2T_x/GCE工作电极的多巴胺传感器,检测量程为0.5μM-50μM,灵敏度为0.29μA/μM,检测下限为0.267μM。综上所述,本文制备Ag/Pt/Ti_3C_2T_x和Au/Ti_3C_2T_x两种不同的Ti_3C_2T_x基纳米复合材料,用于玻碳工作电极的修饰,构建了用于抗坏血酸和多巴胺精确高效检测的电化学生物传感器,传感器具有优良的敏感性能,具有良好的应用前景。


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