新型碳纳米管-石墨烯复合物的设计、合成及生物电化学应用

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作为新颖的碳基纳米材料,石墨烯和碳纳米管已经在众多领域引起了人们的广泛关注,这两种碳基纳米材料由于具有比表面积大、良好的导电性等许多优异的特性,被应用于电化学生物传感器方面。作为电极材料,它们能够有效的促进酶与电极间电子的传递。基于此,各种氧化还原蛋白质或者酶与石墨烯和纳米碳管结合被用于构筑修饰电极,进而构建电化学传感器。然而,由于石墨烯和碳纳米管固有的缺点,诸如它们在水溶液中往往具有疏水性,且石墨烯片层之间较易团聚等,大大的限制了两种碳基纳米材料在电化学生物传感器方面的应用。近期研究表明,通过适宜的表面修饰与改性,不但提高碳基纳米材料在水溶液中的溶解性,而且还可赋予材料良好的生物相容性,进而提高所构建生物传感器的应用性能。基于以上分析,本论文开展了如下工作:(1)考察了牛血清白蛋白(BSA)分别于石墨烯和碳纳米管的相互作用,利用BSA为还原剂制备了 BSA-RGO纳米复合材料;通过利用BSA与多壁碳纳米管间的π-π自组装合成了 BSA-MWNTs纳米复合物。在此基础上,首次利用BSA作为石墨烯和碳纳米管的桥连分子,通过顺次自组装成功构筑了新型水溶性复合材料碳纳米管-牛血清白蛋白-石墨烯纳米复合物(MWNTs-BSA-RGO),利用紫外-可见吸收光谱、红外吸收光谱、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、Zeta电位、XPS等对其结构、形貌和表面电荷性质进行了表征。(2)分别通过静电组装以及价键交联的方法,实现了 HRP在MWNTs-BSA-RGO纳米复合物上的固载并由此制备了两种酶电极,进而考察了酶在两种电极上直接电子转移行为以及电催化性能。研究结果表明,固定的酶可以有效保持其固有结构和生物活性。此外由于MWNTs-BSA-RGO复合材料的生物相容性以及独特的一维、二维结构,酶可以实现其与GC电极表面的直接电子传递,并在此基础上进一步实现对02、H202和NaN02的电催化。然而静电组装的方法尽管简单,易于操作却易造成酶的泄漏。因此,价键交联的方法制备的HRP/MWNTs-BSA-RGO/GC电极具有更好的稳定性和可重复性。(3)利用MWNTs-BSA-RGO制备修饰电极,有效实现了修饰电极在抗坏血酸(AA)、尿酸(UA)共存的条件下对DA的选择性检测。通过实验结果表明,MWNTs-BSA-RGO修饰电极对DA有较好的电催化性能,可以实现对DA的快速、高效、灵敏、选择性检测分析。
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