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几种基于苯硼酸及碳材料的电化学传感器研究

刘卫  
【摘要】:苯硼酸类化合物作为有机化学领域重要的中间体,参与众多化学反应,同时在分析化学和生物领域也具有着广泛的应用,如:用作酶抑制剂、农用杀菌剂、抗癌试剂和化学发光增强试剂等;然而与多羟基化合物的结合是其最重要的应用。 由于碳纳米材料具有十分优异的物理及化学方面的性能,使其在众多领域都有着广阔的应用前景。而对已有的碳材料进行改性和修饰,或者与其他分子结合形成复合碳材料,能使其具有一些特殊的功能,且在化学、生物等领域具有广泛的应用。 基于苯硼酸及碳材料的优良性能,其所制备的电化学传感器具有良好的性能和应用前景。同时电化学传感器具有构造简单、易于操作、响应速度快、价格低廉而且能耗较低、易于小型化等优点受到了广泛关注。所以,本论文就苯硼酸和碳材料,开发了几种电化学传感器,具体工作如下: (1)使用3-氨基苯硼酸(PBA)与氧化石墨烯(GO)通过耦合交联反应合成GO-PBA复合材料,根据PBA与1,2-二醇类物质反应生成硼酸酯,把GO-PBA修饰在电极上,构建了检测博来霉素(BLMs)的电化学阻抗式DNA传感器。通过电化学阻抗法(EIS)检测,得知在BLMs作用下,带有GO-PBA复合材料的DNA链被切断导致修饰电极的阻抗明显变小,根据阻抗的变化情况,从而高灵敏和高选择地检测BLMs;对制备参数和传感条件进行了优化,在最佳条件下,所构建的DNA传感器(GO-PBA/DNA/Au电极)具有良好的分析性能,如宽的检测范围、低的检测限、好的选择性、稳定性和抗干扰能力。 (2)使用多巴胺-金纳米粒子/巯基苯硼酸-金纳米粒子(DA-AuNPs/MBA-AuNPs)作为双放大因子,与在Au电极上带有多巴胺的DNA链进行特异性结合,构建了一种用于BLMs检测的DNA传感器。通过差分脉冲伏安法(DPV)检测,当DNA链被BLMs切断后,导致DPV信号变化,从而达到高灵敏和高选择检测BLMs的目的。所构建的DNA传感器(DA-AuNPs/MBA-AuNPs/DNA/Au电极)具有良好的分析性能:宽的检测范围、低的实际可测极限。该传感器选材新颖、制备方法简单、重现性和稳定性好,对电化学DNA类传感器的开发应用具有重要意义。 (3)使用MBA-AuNPs高效地连接辣根过氧化物酶(HRP),在修饰有聚多巴胺-碳纳米管(PDA-MWCNTs)复合材料的玻碳电极(GC)上成功构建了电化学酶传感器,并用于过氧化氢(H2O2)的高灵敏检测。采用红外光谱(FT-IR)表征了PDA-MWCNTs复合材料;采用扫描电子显微镜(SEM)对PDA-MWCNTs复合材料和HRP/MBA-AuNPs/PDA-MWCNTs复合材料的形貌进行了表征;使用EIS及其循环伏安法(CV)表征了电化学H202酶传感器的制备过程,并优化了传感器的制备参数和传感条件。在最佳条件下,所构建的H202酶传感器具有良好的分析性能:宽的线性范围和低的检测限,良好的选择性、稳定性和重现性。 (4)基于3-氨基苯硼酸(3-APBA)与含有1,2-二醇的邻苯二酚(CC)特异性结合,在修饰有3,4,9,10-苝四酸-碳纳米管(PTCA-CNTs)复合材料的GC电极上成功构建了高选择性检测CC的电化学传感器。采用FT-IR表征了PTCA-CNTs复合材料。采用DPV和EIS表征了电极的制备过程,当CC被结合到电极表面前后,传感器的电化学信号发生变化,使用PTCA-CNTs复合材料,使得修饰电极负载了更多的3-APBA,提高了传感器的灵敏度。在最佳实验条件下,所构建的电化学传感器对CC检测表现出良好的性能:宽检测范围、低检测限、好的选择性、稳定性和重现性,并且所构建的电化学传感器可成功应用于实际水样的检测。 (5)根据3-APBA在一定条件下被H202氧化成3-氨基苯酚,将3-APBA修饰到含有对氨基苯甲酸(4-ABA)的GC电极上构建了一种能够高选择性检测H202的非酶传感器。在铁氰化钾探针溶液中通过EIS和DPV表征了电极的制备过程,且对实验参数和制备条件进行了优化。在最佳实验条件下,所构建的电化学传感器对H202表现出了良好的分析性能:宽检测范围、低检测限、好的选择性、稳定性和重现性;同时考察了传感器在含有H202、亚硝酸根(N02-)、超氧阴离子(02-)、羟基自由基(·OH)、尿酸(UA)、抗坏血酸(AA)和多巴胺(DA)的复杂体系内的选择性。 (6)采用氮掺杂多孔碳纳米多面体-多壁碳纳米管(N-PCNPs-MWCNTs)复合材料修饰GC电极,成功开发了一种灵敏检测对苯二酚(HQ)、CC和间苯二酚(RE)的电化学传感器。采用SEM和疏水性试验对比,对N-PCNPs和N-PCNPs-MWCNTs复合材料进行了表征,通过CV检测,验证了N-PCNPs-MWCNTs复合材料检测HQ、CC和RE的可行性,并且对制备参数和传感条件进行了优化。在最佳实验条件下,基于N-PCNPs-MWCNTs复合材料的电化学传感器,对HQ、CC和RE具有较好的分析性能:宽检测范围、低检测限、好的选择性和稳定性;同时此传感器被用于同时检测HQ、CC和RE,具有良好的同时联立检测的能力,在5.0μM-60μM范围内呈线性关系。所构建的传感器可应用于实际样品的检测。


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