聚苯胺普鲁士蓝.doc

纳米复合材料的制备及其在生物传感器和生物燃料电池中的应用 52 第三章基于 PANI-PB/MWNT s 纳米复合材料的葡萄糖生物传感器的研究葡萄糖酶生物传感器已广泛用于食品工业中进行质量检验以及在临床中检测糖尿病。在所有的酶生物传感器中,大约 85% 是研究葡萄糖生物传感器的[1-4] 。极大部分葡萄糖生物传感器是通过检测酶反应产物 H 2O 2来间接检测葡萄糖,对于葡萄糖的检测主要基于以下反应。 GOD ( FAD )+ D-glucose → GOD ( FADH 2) +gluconolactone ( 3-1 ) GOD ( FADH 2)+O 2→ GOD ( FAD )+H 2O 2( 3-2 ) 由反应可知过氧化氢氧化所产生的电流信号与葡萄糖含量成线性关系。在检测过氧化氢时,较高的检测电位使传感器易受生理溶液中电活性干扰物(如抗坏血酸,尿酸等)的影响。普鲁士蓝( PB ) 作为生物电分析化学中常用的电子媒介体,可以在低电位下催化还原 H 2O 2,而且具有价格便宜,容易制备等特点[5-7] 。如前章所述,普鲁士蓝有致命的弱点就是在中性及碱性条件下不稳定, 从而导致所制备的酶生物传感器的性能也不稳定[8] ,因此提高普鲁士蓝在电极上的稳定性,是制备高稳定性酶生物传感器的前提。 PB 通常是通过电化学还原 FeCl 3 -) 6 溶液而制备的, 在本章中,首次采用一步原位化学还原的方法制备了聚苯***-普鲁士蓝( PANI-PB )复合材料, 然后将多壁碳纳米管分散在这种纳米颗粒的溶液中, 最终得到 PANI-PB/MWNTs 复合材料, 该复合材料表现良好的稳定性和电催化活性, 用该材料制备的生物传感器也表现出良好的稳定性。第一节实验药品、仪器及方法 实验药品及仪器第三章基于 PANI-PB/MWNTs 纳米复合材料的葡萄糖生物传感器的研究 53 葡萄糖氧化酶(GO D, 来源于 Aspergillus niger; EC , type Ⅶ-S; 300,000 unit g -1)购自 Sanland 公司。多壁碳纳米管( MWNTs ,95% , 20-60 nm ) 购于深圳纳米港有限公司, 前处理方法同第二章。苯***购于沈阳市联邦化学试剂厂, 使用前减压蒸馏。 D-葡萄糖( D-glucose ) 用去离子水配制,并在 4°C 的冰箱里放置 24 小时后使用。 M 磷酸缓冲溶液(PBS) 用 Na 2 HPO 4和 NaH 2 PO 4 配制,支持电解质为 M PBS + M KCl (pH ), 实验过程中使用的其他试剂均为分析纯,用去离子水配制。电化学测试是在电化学工作站( IM6e , Germany )上进行的,采用三电极体系,玻碳电极(GC) 为工作电极, NaCl 饱和的 Ag/AgCl 电极参比电极, 铂丝电极为对电极。旋转圆盘电极( BAS, America ) 在检测葡萄糖和过氧化氢时的转速为 3000 rpm ,所有的实验均在室温下进行。透射电镜照片(TEM) 是由透射电镜( JEM-2000EX , JEOL Co. Ltd, Japan) 得到的。红外光谱的采集是在德国 BRUKER 公司生产的 Equinox 55 型红外分光光度计上进行的。测试方法:采用 KBr 压片法,取适量待测物的粉末与 KBr 晶体在研钵中混合并研磨成极细的粉末,然后压片, 扫描范围为 4000 cm -1 -400 cm -1。 PANI-PB 复合材料的制备聚苯***/ 普鲁士蓝( PANI-PB )复合材料的制备过程如下:配制 M苯***+ M HCl 溶液50 mL , M FeCl 3+ M K 3 ) 6+ M HCl 溶液 20 mL , 边加边搅拌,彻底加完后, 室温下再搅拌12h, 当加入后者溶液之后,溶液迅速变成蓝色。所得到的复合材料经离心、 M HCl 洗涤、过滤, 在50°C 下真空干燥 12h 。作为对比,也制备了聚苯***,具体的制备方法如下:向50 mL M 苯***+ HCl 的溶液加入一定浓度的 FeCl 3溶液,后处理方法同上。参照文献[9] 聚苯***/普鲁士蓝纳米复合材料的制备及其在生物传感器和生物燃料电池中的应用 54( PANI-PB )复合材料可能的反应机理如下。图 3-1 PANI-PB 复合材料可能的反应机理 Fig . 3-1 Schematic diagram of the formation of PB in the PANI matrix: A FeCl 4 -doped PANI; B, PANI / PB hybrid