碳纳米管电极制备与应用与研究.doc

.页眉. .页脚碳纳米管电极的制备及应用研究【摘要】:氧化还原蛋白质(酶) 的直接电化学研究引起了越来越多研究者的兴趣, 这些研究能帮助我们了解蛋白质的结构和蛋白质发生电子传递的机理。由于多数蛋白质分子量较大, 其电活性中心很难与电极直接交换电子。为了促进蛋白质和电极的电子传递, 研究运用了各种纳米材料修饰电极, 如金属纳米颗粒、碳纳米管等。碳纳米管自从被发现后, 因为其独特的力学、电子特性以及化学特性成为世界范围内的研究热点之一。因其具有独特的结构、优良的力学性质及杰出的电学性质,碳纳米管在显微镜探针、场发射显示器、超级电容器、分离领域及传感器等领域得到广泛应用。由于碳纳米管的表面效应,即直径小、表面能高、原子配位不足, 使其表面原子活性高, 易与周围的其它物质发生电子传递作用,在电化学和电分析化学的研究中,如蛋白质的直接电化学和电化学生物传感器的构筑,具备了独特的优势。本文利用碳纳米管优良的物理、化学、电催化性能以及它们良好的生物相容性, 结合纳米粒子的小粒径和大的比表面积效应, 制备了 2 种不同类型的多壁碳纳米管修饰电极, 实现了血红蛋白的直接电化学, 该类修饰电极对过氧化氢等具有良好的生物电催化性质, 能用于生物传感界面的构建。采用化学气相沉积法在石英基底上成功制备了直立碳纳米管阵列, 并将其制成直立碳纳米管阵列电极, 将血红蛋白、葡萄糖氧化酶采用多种方法固定到阵列电极界面上, 制备的生物传感器具有较高的灵敏度、较低的检测下限以及快的响应速度。具体内容如下: 第一章绪论首先系统介绍了碳纳米管的发现及应用研究, . .页脚碳纳米管的分类、性能、制备方法、功能化以及应用现状。接着介绍了氧化还原蛋白质(酶) 的直接电化学, 包括研究意义、研究现状以及纳米材料在蛋白质(酶) 生物传感器中的应用。第二章血红蛋白在 1-芘丁酸琥珀酰***酯/碳纳米管和金胶纳米粒子修饰电极上的直接电化学本章采用多壁碳纳米管(MWNTs) 、 1- 芘丁酸琥珀酰***酯(PASE) 和金纳米粒子(AuNPs) 构筑生物兼容性薄膜, 用于固定血红蛋白生物分子。首先 1- 芘丁酸琥珀酰***酯的芘基端可以与碳纳米管的侧壁通过π键合作用形成 PASE / MWNTs , 然后, 血红蛋白(Hb) 通过蛋白分子中的***基与 PAS E 的琥珀酰***酯基端的亲核取代反应形成***键, 固定到 PASE / MWNTs 纳米复合材料表面。最后, 金胶纳米粒子通过静电作用力吸附血红蛋白分子表面,形成 Au / Hb / PASE / MWNTs 。采用紫外可见吸收光谱(UV-Vis) 、傅立叶变换红外光谱(FTIR) 、电化学交流阻抗(EIS) 及循环伏安扫描(CV) 等方法对电极修饰过程进行表征。实验结果表明, Hb 在 Au / Hb / PASE / MWNTs / GCE 电极表面没有发生变性, 能够进行有效和稳定的直接电子转移反应。所得的 Au / Hb / PASE / MWNTs / GCE 电极对 H_2O_2 、 TCA 、 NaNO_2 、 O_2 具有良好的催化还原的生物传感特性。第三章血红蛋白在多壁碳纳米管/金胶纳米粒子和 SiO_2 层层组装膜电极界面上的直接电化学本章提出一种基于多壁碳纳米管/金胶纳米粒子(MWNTs / Au) , SiO_ 2 溶胶- 凝胶和蛋白质