静电纺丝法设计并制备纳米杂化材料及其生物传感应用

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:xnf0769
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静电纺丝技术是一种可以制备聚合物-纳米粒子功能性杂化材料的有效途径,已经被广泛的应用到电化学生物传感器的领域中。纳米粒子作为检测信号的发生体,对生物传感器的性能影响甚大。一般来讲,纳米粒子向纤维基体的引入方式可分为预处理和后处理两种。前者是通过在纺丝之前引入纳米粒子,这种方法制备的生物传感器具有较长的稳定性以及可重复利用次数。后者是指将纳米粒子引入到已纺好的纳米纤维表面。这种方式制备的材料可充分利用纳米粒子的裸露表面,因而具有更好的催化检测效率。本文实验主要是采用了催化效率较好的后处理方式。本工作分为两部分。第一部主要研究纳米铂粒子修饰的多孔纳米纤维在检测双氧水方面的研究。首先我们向纺丝液基体中引入纳米碳酸钙(CaCO3),并通过静电纺丝法制备得到含有CaCO3的纳米纤维,高温碳化后得到碳纤维。采用盐酸洗涤,得到多孔纳米纤维。之后,通过水热法,以六水合氯铂酸、柠檬酸钠为原料,在制得的多孔纳米纤维表面原位负载铂金属纳米粒子。该纳米杂化材料的形貌通过扫面电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能量弥散X射线检测(EDX)、比表面积及孔径测试分析(BET)来表征,证实该纳米纤维表面有大量的纳米级孔,而且纳米铂粒子均匀地负载在纤维表面。电化学测试结果表明,由该杂化材料所制备的双氧水生物传感器具有十分优异的线性检测范围:0.1-74.38mM,低检测极限为1.9μM(S/N为3)以及优异的定向选择性。第二部分主要侧重于纳米铂粒子修饰的氨基聚丙烯腈纳米纤维在检测双氧水(H2O2)方面的研究。首先,将氨基引入剂3-氨丙基三乙氧基硅烷(APS)加入到纺丝液基体中并加以充分搅拌后静电纺丝得到纳米级纤维,并分别在室温、60摄氏度鼓风条件下处理24小时。之后,采用“无保护法”制备得到纳米铂胶体。将纤维膜浸入胶体中并采用盐酸调节体系pH值,使其絮沉。样品进行了 SEM、TEM、X射线光电子能谱(XPS)、紫外光谱(UV)以及X射线衍射分析(XRD)进行表征,证明我们制备了纳米级的铂纳米胶体,且通过与氨基的螯合作用,成功地在纤维表面负载铂纳米粒子。通过对双氧水催化性能的检测,我们发现当pH值为4、絮沉时间为30分钟时所获得的纳米杂化材料性能最佳。通过该材料修饰的玻碳电极对双氧水具有优异的传感性能,其线性检测范围是5μM-53mM,检测极限为1.46μM(S/N为3)。
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