基于金属-有机骨架化合物材料的电化学生物传感研究
生物传感技术在制药、医疗保健、环境监测和食品安全等各个领域的应用都日益显著。在各种类型的传感器中，基于酶的电化学传感器由于其可进行快速现场分析，以及具有灵敏度高、简单和易于小型化等优点而格外受到青睐。然而，固定在电极表面的酶很容易发生团聚失活，对传感器的性能造成消极的影响。因此，开发出能提高酶固定效率的高稳定性的载体材料对电化学生物传感器的发展十分重要。 金属-有机骨架化合物(MOFs)材料作为一种新型的有机-无机杂化多孔晶体材料近年来备受关注。和其他无机材料相比，MOFs具有高孔隙率，大比表面积，孔径尺寸可调，结构丰富多样等特点。这些显著的特性使MOFs成为固定各种小分子和蛋白质的高效载体，分别应用在催化领域，传感器，药物缓释。与传统的将酶固载在介孔二氧化硅中相比，将酶固载在MOFs孔道具有更高的负载量和优秀的稳定性。然而利用MOF的孔道封装生物分子用于构建电化学生物传感器的应用目前报道的很少。尤其在利用MOF孔道对酶分子的限域，提高生物传感器的稳定性方面目前为止还没有报道。本文针对传统固载材料酶负载量小，不稳定等不足采用MOFs做载体固载酶，具体工作内容如下: 1、通过溶剂热法制备了一种介孔MOF材料:PCN-333(Fe)，把它当作固定HRP分子的载体，建立了第二代H2O2生物传感器。基于分子尺寸匹配，HRP分子实现了在PCN-333(Fe)的介孔封装，孔径的限域作用有效的阻止了使用过程中酶的泄露和聚集，从而极大的减少的酶的活性损失。其中PCN-333(Fe)中的Fe金属活性位点和酶之间的相互作用提高了自由酶的活性，能够增强酶对过氧化氢的催化活性，且构建的传感器具有非常好的酸碱稳定性、温度稳定性。还探讨了MOFs材料封装酶前后的孔径和比表面积的变化，研究了其传感器的电化学行为，对底物H2O2进行了分析检测，实现了宽线性范围(0.5-1472μM)、低检出限(0.09μM)的检测，结果令人满意。 2、制备了一种性能稳定的MOF材料:ZIF-67(Co)，针对MOF材料普遍导电性不好的特点，对本ZIF-67(Co)进行了碳纳米管的掺杂，形成ZIF-67(Co)-MWCNT复合材料，将其修饰到玻碳电极表面用作固载HRP分子的载体。ZIF-67(Co)具有较小的纳米尺寸，与HRP之间有强烈的相互作用，复合材料具有较好的导电性，多孔结构有利于分析底物在孔道中的扩散。构建的过氧化氢生物传感器具有非常好的抗干扰性，具有较高的灵敏度(22.05μA·mM-1)。
电化学生物传感器;金属-有机骨架材料;制备工艺;物理性能
北京化工大学
硕士
化学
路艳罗
2017
中文
TP212.3
87
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）