基于共价有机框架材料的电化学传感器的构建

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共价有机框架材料(COF)是一种结构较为稳定的新型晶形多孔材料,具有明确的孔径分布、较大的比表面积、较强的导电性和特殊的官能团,易于对各类功能分子或蛋白质等进行修饰和吸附。本文在合成共价有机框架材料(COF-LZU1)的基础上,通过引入了Pd、Pt、Au,最终合成了复合材料M/COF-LZUl,并将其修饰在玻碳电极表面作为电化学生物传感器的固定基质。本文还合成了Au/C球、Pt/Ru/C、Au/Cu-MOF纳米复合材料,分别将其用于标记CRP抗体,制备了一系列C-反应蛋白免疫传感器。(1)采用溶剂热合成法通过有机单体合成了一种亚胺键连接的共价有机框架材料(COF-LZU1),通过后还原的方法将贵金属Pt引入到COF材料中,合成了Pt/COF-LZU1复合材料,该材料具有优良的催化性能。并将其与Nafion混合制备了Pt/COF-LZU1/Nafion电化学传感器用于检测双酚A。在最优的实验条件下,用示差脉冲伏安法(DPV)对双酚A进行测定,在浓度范围为0.25μg/mL~100μg/m L内,氧化峰电流与双酚A浓度呈线性关系,检测限为0.08μg/mL。该传感器为双酚A测定提供了一种新的简便手段。(2)利用Pd(Ⅱ)与共价有机框架材料(COF-LZU1)的亚胺配位形成Pd/COF-LZU1多孔复合材料,并以此吸附CRP抗体(anti-CRP),构建了一种非标记型C-反应蛋白(CRP,c-reactive protein)免疫传感器。当抗体与抗原发生免疫反应时,形成的免疫复合物会阻碍电化学探针[Fe(CN)6]4-/3-的电子传递,降低其响应电流,从而实现CRP的快速检测。本文采用交流阻抗、差示脉冲伏安法考察了免疫传感器的电化学特性。在最优的实验条件下,用示差脉冲伏安法(DPV)对CRP进行检测,其线性范围为5~180 ng/mL,检测下限为1.66 ng/mL,线性相关系数为0.992。该传感器为CRP测定提供了一种新的简便手段,也开拓了共价有机框架材料在电化学传感器方面的应用。(3)以水热法合成碳微球,通过静电作用吸附聚二烯基丙二甲基氯化铵(PDDA)和Au纳米颗粒,从而合成了Au/C球纳米复合材料,该材料对抗坏血酸的氧化具有良好的催化性。实验以Pd/COF-LZU1复合材料作为固定基质,以Au/C球纳米复合材料作为标记材料,制备了一种夹心型C-反应蛋白免疫传感器。通过计时电流法(i-t)检测抗坏血酸的氧化峰电流,所测得的氧化峰电流与CRP的浓度在0.25 ng/mL~150 ng/mL范围内具有良好的线性关系,线性相关系数R2=0.9982,检测下限为0.08 ng/mL。该免疫传感器稳定性好、灵敏度高。(4)采用微波合成法合成Pt/Ru/C纳米复合材料,该材料对H2O2的还原具有较强的催化作用。以Pt/Ru/C纳米材料代替易失活的酶标记C-反应蛋白抗体,通过夹心法检测C-反应蛋白。在最优的实验条件下,采用计时电流法检测过氧化氢的还原电流,间接实现对CRP的检测,其线性范围为0.5 ng/mL-150 ng/mL,检测限为0.17 ng/mL。(5)在常温常压下将Au纳米颗粒负载到金属有机骨架材料Cu(Ⅱ)-HKUST-1合成了Au/Cu(Ⅱ)-HKUST-1纳米复合材料,并以其为标记材料标记CRP抗体,制备了C-反应蛋白免疫传感器。铜离子可通过示差脉冲伏安法(DPV)直接检测到,所测得的峰电流值与CRP的浓度在1ng/mL-400 ng/mL的范围内呈良好的线性关系,检测下限0.33 ng/mL。
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