聚吡咯@聚已内酯电纺纤维及金属氧化物纳米复合物构建的电化学传感器及其应用

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大体上,纳米材料可简单的分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜以及纳米块体等四大类。而本文所关注的是纳米纤维在电化学传感器,例如UA和葡萄糖传感器的研究和应用。同时纳米纤维具有大的比表面积、表面能和活性高、长径比大、以及纤维精细程度和均一性高等特点。目前纳米纤维主要应用在分离和过滤、聚合物的增强、生物及医学治疗以及酶及催化作用等方面。聚己内酯(PCL)具有优越的可生物降解性和记忆性,由于它的结构和特性使其能够被更容易的加工使用,同时这种材料具有很好的生物相容性。而聚吡咯(PPy)则具有导电率高、易制备、电化学可逆性强、稳定性能好等优点。可用于生物、离子检测、超电容及防静电材料同时可用于构建修饰电极材料,使得电极具有良好的稳定性以及更高的灵敏度。本文所用的静电纺丝法制备纳米纤维是近年来使用最多、同时也是发展最快的制备技术。利用该方法可制备得到多种聚合物纳米纤维,满足其在不同领域的应用需要。金纳米材料具有更多其他纳米材料不具备的独特物理性质以及化学性质。将其与电化学传感器结合,不仅能提高传感器对待测物的催化性能,提升选择性,还能增加反应活性位提高灵敏度。金属氧化物,由于它们具有复杂的结构和多样的价电子层构型,因而它们具有许多优越的化学和物理的性质。所以它们能够广泛地应用于催化、气体传感和电化学传感等热门领域。其中氧化镍(Ni O)和氧化铜(Cu O)由于价格低廉、环境友好、物理以及化学性能优越等优点,能够在储能和传感等方面都有重要的应用,尤其是在葡萄糖的检测催化领域中也有广泛的应用空间。基于以上论述,本硕士论文工作建立在制备电纺纳米纤维膜电极的基础上,并在电极的表面修饰上Au NPs及过渡金属氧化物纳米粒子。从而探索所构造对尿酸(UA)进行检测的电化学传感器,以及构造无酶葡萄糖传感器。并将它们进行实际应用研究。本论文主要包含以下三方面工作:(1)运用了静电纺丝技术,及结合了电化学沉积方法构建了Cu O/PCL@PPy/ITO电极。使得对葡萄糖有良好催化氧化性质的金属氧化物Cu O NPs均匀分散在纤维表面,构建了良好性能的无酶葡萄糖传感器。线性范围达到2μM-6 m M同时该最低检出限为0.8μM。能够应用于在低浓度的唾液中检测葡萄糖。(2)利用静电纺丝技术,结合电化学沉积方法构建了Cu O/Ni O/PCL@PPy/ITO电极。将对葡萄糖有良好催化性质的过渡金属氧化物Cu O和Ni O均匀沉积在纤维表面,构建了良好性能的无酶葡萄糖传感器。线性范围达到6μM~0.3 m M以及0.3 m M~1 m M,能够应用于在低浓度的唾液以及血液中检测葡萄糖。同时提高了上一个工作中传感器的稳定性。(3)利用静电纺丝技术,及电化学沉积方法构建了纳米复合物Au NPs/PCL@PPy/ITO电极。所构造纳米纤维薄膜电极对尿酸(UA)具有良好的电催化性能,并且可以快速量产。可以用DPV检测在浓度范围为6μM~830μM内的UA,同时检测限为0.03μM。并表现出优良的检测性能及较低的检测限。
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