基于分子印迹的纳米阵列电化学传感研究

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电化学传感器是利用电化学原理,将被测组分的浓度变化与电化学信号相联系起来,从而提供被检测体系中化学组分实时信息的一类器件。利用电化学方法检测被测物时,具有检测过程相对简单、检测速度快、灵敏度高、成本低等优点,因此已成为分析领域的研究热点。抗坏血酸(AA)、多巴胺(DA)作为人体必需的营养素,它们对于各种生理和代谢活动至关重要,它们的含量对人体的健康影响非常巨大。通过电化学传感检测抗坏血酸和多巴胺等物质的含量受到广大研究者的青睐,但是存在选择性较差的问题。分子印技术的出现无疑是对解决此难题提出了解决方案。分子印迹电化学传感器相比于普通的电化学传感器,不仅具有高的灵敏度,而且具有特异的选择性。在本论文中,我们以柔性碳布和洋麻杆衍生的三维生物碳为电极基底,通过在其上固载金属有机框架材料以及随后衍生的金属纳米复合材料,制备了一系列分子印迹电化学传感器,用于抗坏血酸和多巴胺的实际应用检测。这些工作相比传统电化学传感器,大大地提高电极的选择性以及重复性,具体工作内容包括如下三个方面:1.构建了一种基于金属有机框架ZIF-67的分子印迹电化学传感器,并用于检测抗坏血酸。该分子印迹传感器合成方法简单,我们以碳布为导电基底材料,在室温的条件下在碳布上通过搅拌合成ZIF-67,用于催化抗坏血酸。分子印迹通过循环伏安电沉积的方法,以抗坏血酸为模板分子,邻苯二胺(O-PD)为连接剂制备对抗坏血酸具有特异性选择的分子印迹聚合物。分子印迹聚合物层在表面上产生与模板分子的形状和大小相互补的结合位点,导致对抗坏血酸具有特异性识别。我们探索了该分子印迹电化学传感器的电化学性能,以及一些电化学表征。该分子印迹传感器表现出较高灵敏度,可达到959.9 μAmM-1cm-2,检出限为0.019 μM,检测AA的浓度范围为0.057 μM~11.40 mM。2.制备了基于三维多孔碳的金属有机框架材料Cu-Co-ZIF衍生的CuCo2O4纳米复合材料作为催化剂构建分子印迹电化学传感器,应用于检测多巴胺。首先通过原位聚合的方法在室温下合成Cu-Co-ZIF,再通过高温碳化得到纳米复合材料CuCo2O4,最后通过恒电位电沉积的方法印迹聚合物,获得目标材料nMIPs/CuCo2O4/3D-KSC。其中分子印迹聚合物是以多巴胺为模板分子,壳聚糖为连接剂以及功能单体所制备的。我们采用多种表征手段探究了复合材料的形貌结构以及组成成分,通过电化学测试研究了其电化学性能。实验结果表明nMIPs/CuCo2O4/3D-KSC一体电极表现出抗干扰能力强、灵敏度高、检出限低、检测范围宽的优良性能。本工作证明了该分子印迹多巴胺电化学传感器具有优良的电化学性能,检测多巴胺的灵敏度为720.8 μA mM-1cm-2,检测范围为0.51μM~1.95 mM,最低检出限0.16 μM。3.制备了一种新型多巴胺印迹壳聚糖nMIP/ZnONPs@carbon(C)/三维洋麻杆大孔碳(3D-KSC)一体电极应用于多巴胺电化学传感。该传感器制备方法简单快速。首先将沸石咪唑骨架-8(ZIF-8)固载在3D-KSC上,然后在氮气气氛下将ZIF-8/3D-KSC进行碳化得到ZnONPs@C/3D-KSC。分子印迹通过恒电位电沉积的方法,以多巴胺为模板分子,壳聚糖为连接剂制备nMIP/ZnONPs@C/3D-KSC一体电极。我们采用扫描电镜、x射线粉末衍射、x射线光电子能谱学、电化学等技术对nMIP/ZnONPs@C/3D-KSC进行了表征。结果表明,ZnONPs@C为多孔纳米球,在3D-KSC表面排列均匀,形成单层膜。团簇直径大约是500~600 nm。最后在ZnONPs@C纳米球上包覆的壳聚糖的厚度约为110nm。实验结果表明,nMIP/ZnONPs@C/3D-KSC 一体电极对多巴胺具有很好的选择性,其检测多巴胺的线性范围为0.039 μM~152μ M,检出限为0.012μM,灵敏度为75757μAmM-1cm-2。该分子印迹电极较印迹前显示出更好的选择性和更高的稳定性。
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