基于聚(5-醛基吲哚)/石墨烯纳米复合材料的石墨烯量子点电化学发光传感器

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导电聚合物(CPs)是一类具有良好导电性能的功能高分子材料,分子内通常含有大π键,是传感器的构建材料之一。当吲哚单体修饰有醛基、羧基等功能性基团时,其性能较吲哚单体有了较大的提升。氧化石墨烯(GO)是一种水溶性很好的纳米材料,可以利用电化学方法将其还原为电化学还原的氧化石墨烯(erGO),其可以与聚(5-醛基吲哚)(P5FIn)复合,制备纳米复合材料,使材料的生物相容性得以提升。石墨烯量子点(GQDs)是一类新型的纳米碳材料,具有低的毒性、良好的生物相容性、独特的电学-光学性能等优点,该类材料是目前研究的热点之一。本论文以聚(5-醛基吲哚)/石墨烯(P5FIn/erGO)纳米复合材料为电极修饰材料,以GQDs为电化学发光信号探针,研制了电化学发光(ECL)传感器,主要内容如下:1.在乙腈体系中,利用电化学聚合的方法制备了一种新型的P5FIn/erGO纳米复合材料。循环伏安曲线表明,制备的纳米复合材料比P5FIn有较高的氧化还原活性、较好的电化学活性、较大的峰电流以及较宽的电化学窗口。通过对erGO、P5FIn和P5FIn/erGO的扫描电镜图发现,P5FIn为网状结构,P5FIn/erGO具有疏松多孔的层状纳米结构,薄膜均匀且完整,利于电荷的传输,这些都表明P5FIn/erGO纳米复合材料是良好的电极修饰材料。制备了GQDs,研究发现GQDs电化学发光强度高且信号值稳定。GQDs以及P5FIn/erGO纳米复合材料的这些性能在传感器的研究中具有广泛的应用前景。2.基于P5FIn/erGO纳米复合材料和GQDs,研制了一种三明治结构的电化学发光免疫传感器,并成功应用于癌胚抗原(CEA)的测定。P5FIn/erGO纳米复合材料不仅用于抗体(Ab1)的固定,还提高了电极的导电性。金纳米粒子(AuNP)修饰到GQDs表面,形成的GQDs@AuNP复合物结合抗体(Ab2)后作为ECL信号探针。研制的传感器检测范围为0.1 pg mL-1-10 ng mL-1,检测限为3.78 fg mL-1。纳米尺寸的GQDs以及P5FIn/erGO纳米复合材料提供了大的比表面积,为CEA的固定和检测提供更多的活性位点,得到较低的检测限。此传感器具有良好的稳定性、选择性和重现性,为人类血清中的CEA检测提供了高灵敏度、高选择性的分析检测方法,具有临床应用价值。3.基于P5FIn/erGO纳米复合材料和GQDs,研制了一种简单、灵敏的电化学发光传感器,实现了Hg2+的灵敏测定。实验中所用的DNA S1和DNA S2均为富含碱基T的DNA链,氨基修饰的DNA S1可以与P5FIn/erGO纳米复合材料结合。当加入Hg2+后,两条单链DNA会形成“T-Hg2+-T”的稳定结构,电化学发光探针被修饰在电极上。电化学发光探针由GQDs、Linker DNA S3、AuNP和DNA S2构成,研制的传感器检测范围为1.5-90 nmol L-1,检测限为0.16 nmol L-1。此传感器表现出了良好的稳定性,优异的灵敏性,较高的选择性,不仅提供了高灵敏度、简单快捷的Hg2+测定方法,还拓宽了GQDs在环境监测中的潜在应用。
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