（生物科技行业）电化学传
感器论文基于电活性纳米
复合材料构建生物传感的
研究
电化学传感器论文：基于电活性纳米复合材料构建生物传感的研究
【中文摘要】生物传感器是目前极为活跃的研究领域,而其中电
化学传感器因具有好的选择性、高灵敏度、低成本、分析速度快、操
作简单、易于微型化等优点,在环境监测、食品和医药工业、临床诊
断等领域有着重要的应用价值。在电化学生物传感器的研制中,因纳
米性材料拥有很多优点,比如它具有优越的导电能力、其良好的催化
特性及其生物的相容性比较好,所以研究其在电化学传感器中的应用,
对于提出新理论和新方法,构造新型、简单的电分析生命传感器具有
非常重要的实际意义。同时构建纳米-生物传感界面,将纳米功能材料
和生物功能分子的特殊性质及性能相结合,发挥材料间的协同效应,有
助于加快生物传感器的发展。本文以纳米和纳米-生物传感界面的构
建,以及在电化学传感器中的应用为主旨,期间具体开展的研究工作
如下：1.本文通过戊二醛将壳聚糖(CHIT)和电子介体甲苯胺蓝(TB)进
行交联,得到的 CHIT-TB复合物修饰在金电极(Au)表面,靠静电作用吸
附金纳米粒子(AuNPs)。再利用纳米金材料良好的生物兼容性、大的
比表面积固定乙肝表面抗体(HBsAb),从而可进壹步对乙肝表面抗原进
行检测。构建的 CHIT-TB/AuNPs/HBsAb/BSA免疫传感器兼具以下优点：
CHIT在此不仅能够提供壹个良好的生物微环境,同时它通过戊二醛交
联,将 TB共价键合上去,解决了电子介体易泄漏问题,提高电极的稳定
性。AuNPs具有良好的导电性和大的比表面积,对于构建的传感器能起
到放大信号作用,能提高该传感器的灵敏度。实验过程中采用微分脉
冲伏安法(DPV),对 HBsAg进行定量检测。检测的 HBsAg的浓度范围在
1-200ngmL-1,检测限为 -1。该方法检测范围宽、检测限低,
从而为肝炎的早期诊断提供了壹个方便,快捷,且低成本的方法。2.介
绍壹种灵敏检测癌症标记物α-甲胎蛋白(AFP)的新型电化学免疫传感
器,这种传感器用石墨烯作为壹个传感平台,金纳米粒子(AuNPs)用于
固定 a-甲胎蛋白抗体(anti-AFP)。首先,化学
【英文摘要】
Biosensorisaveryactiveresearchandengineeringtechnicalfield.
Wherein,electrochemicalbiosensorshavevaluableapplicationsin
clinicaldiagnosis,environmentalmonitoring,foodandpharmacyin
dustriesbecauseofitsexcellentselectivity,highsensitivity,ra
pidresponse,lowcost,continuousdetection,easytobeminiaturize
,give
nthecharacteristicsofnano-materialssuchastheabilityoffacili
tatingelectrontransferrate,catalyticperformance,absorbabili
ty,applicationofnano-materialsinbio-electroanalysisplaysame
aningfulrole,intermsofproposingnewdetectionprinciplesandnew
detectionmethods/techniques,aswellasdevelopingnovelyetsensi
-interfa
ce,incorporatingthedistinctivefeaturesofnano-materialsandbi
omoleculestoexertasynergisticeffect,contributesalottothedev
-fil
msandnano-biomoleculecompositeinterfaces,aswellastheirappli
cationinelectrochemicalbiosensors,thisarticlehascarriedoutt
hefollowingworks:
elopedbyself-assemblinggoldnanoparticles(AuNPs)ontoatoluidi
neblue-branchedchitosan(CHIT-TB)modifiedelectrodeforthesens
itivedeterminationofhepatitisBsurfaceantigen(HBsAg)asamodel
-TBcompositefilmnotonlyeffectivel
yavoidstheleakageofTBandretainsitselectrochemicalactivity,b
utalsoenhancestheconductivityandcharge-transportpropertieso
idesboththeinteractivesitesfortheimmobilizationofHBsAbandaf
avorablemicroenvironmenttomaintaintheactivityoftheHBsAb,ina
dditionpreventsleakageofHBsAbmoleculesfromtheCHIT-TB/AuNPs/
istryoftheformednanocompositefilmwereinvestigatedbyusingsca
nningelectronmicroscopyandelectrochemicaltechniquesincludin
heHBsAgconcentrationwasmeasuredthroughthedecreaseofamperome
tricresponsesinthecorrespondingspecificbindingofantigenanda
Aglevelsinfiveseraobtainedfromhospitalshowedacceptableaccur
nofcancerbiomarkerα
-fetoprotein(AFP)isdescribedthatusesagraphenesheetsensorpla
tformandgoldnanoparticles(AuNPs)forimmobilizationofα
-fetoproteinantibody(anti-AFP).Greatlyenhancedsensitivityfo
rthecancerbiomarkerisbasedonadualsignalamplificationstrateg
y:First,chemicallyreducedgraphene(CRG)functionalizedwithTB(
CRG-TB)iswell-dispersedintowaterthroughthecoulombrepulsionb
,functionalizedgraphene
sheetsusedforthebiosensorplatformincreasedthesurfaceareatoc
apturealargeamountofantibodies,thusamplifyingthedetectionre
,goodbiocompatibilityofAuNPs,whichenhancesthea
ntibodyabsorptionandpromoteselectrontransferbetweenredoxmed
iatorandthesurfaceofelectrodecouldmaintainantibodyactivity.
Thereforeanovelandsimpleelectrochemicalimmunosensorfortheul
nsorshowedawidelinearranges(-200ngmL-1)andlowdetectionli
mits(-1).Theproposedmethodshowedgoodprecision,highs
ensitivity,acceptablestabilityandreproducibility,andcouldbe
usedasaconvenientandcost-effectivelytoolforhepatitisdiagnos
ensitivedetectionofα
-fetoprotein(AFP,asamodel)isdesignedusinggraphenesheet(CRG)
toimmobilizemediatortoluidineblue(TB)-functionalizedbiomime
ticinterfaceasimmunosensingprobeandFe3O4@Aulabeledhorseradi
shperoxidase-anti-AFPconjugates(HRP-anti-AFP-Fe3O4@Au)astra
osensorplatformincreasedthesurfaceareatocapturealargeamount
ofprimaryantibodies(Ab1),
oreover,thelow-toxicandhigh-conductiveFe3O4@Auprovidedahigh
capacitynanoparticulateimmobilizationsurfaceandafacilepathw
inearresponse(1-25pgmL-1),lowdetectionlimit(-1),goo
dreproducibility,
oftheimmunosensorisattributedtothegraphenesheet’
shighsurface-to-volumeratiowhichallowstheimmobilizationofah
igh-levelofAb1,Ab2,ThiandHRPanditsgoodelectricalconductivit
ywhichcanimprovetheelectrontransferamongTB,HRP,H2O2andelect
plesfrompatientsandsatisfactorytestresultswereobtainedincom
,graphene-basedlabelsmay
providemanypotentialapplicationsforthedetectionofdifferentc
bonelectrodemodifiedwiththethionine-graphene/goldnanopartic
lenanocomposite(CRG-Thi/AuNPs/GCE)
,
μ
molL-1,theexperimentalresultsdemonstratethatthefabricatedse
nsorwasmoresensitivefortheH2O2determinationcomparedwithCRG/
GCEandCRG-Thi/GCE.
【关键词】电化学传感器甲苯胺蓝硫堇石墨烯金纳米粒子电催化
过氧化氢传感器
【英文关键词】
biosensors,nanocompositegraphenegoldnanoparticletoluidinebl
uethionineelectrocatalysishydrogenperoxidesensor
【目录】基于电活性纳米复合材料构建生物传感的研究 摘要
3-5 ABSTRACT 5-7 第 1章绪论 11-28
生物传感器 11-15 生物传感器概况简介
11 生物传感器的原理 11-15 生
物传感器的分类 15 免疫传感器简介 15-18
免疫传感器的定义 15-16 免疫传感器的工
作原理 16 免疫传感器的分类 16
电化学免疫传感器 16-18 酶传感器
18-19 纳米材料在化学/生物分析及传感中的应用
19-22 金纳米粒子在生物医学工程中的应用
20-21 石墨烯在传感器中的应用 21-22
总结和前景展望 22-23 参考文献 23-28
第 2章甲苯胺蓝-壳聚糖纳米复合物的制备及其在生物传感器构建中
的应用 28-42 引言 28-29 实验
部分 29-31 试剂和仪器 29
实验方法 29-31 结果和讨论 31-38
-TB复合材料的红外光谱表征 31-32
不同修饰膜的表面形貌表征 32-33 电极修饰过
程的电化学表征 33-35 实验条件的优化
35-36 免疫传感器的安培响应 36-37
免疫传感器的重现性,稳定性和特异性 37
样品测定 37-38 结论 38-39 参考文
献 39-42 第 3章甲苯胺蓝功能化石墨烯免疫传感器的
构建及其甲胎蛋白检测应用 42-52 引言 42-43
实验 43-44 试剂 43 仪
器 43-44 石墨烯/甲苯胺蓝复合材料的制备
(CRG-TB) 44 制 备 免 疫 传 感 器 44
结果和讨论 44-49 石墨烯及其复合材料的电
镜表征 44-45 -TB的光谱表征 45-46
修饰电极的循环伏安特性 46 修饰电极的
电化学交流阻抗谱分析 46-47 缓冲液 pH,孵化温
度和时间的影响 47-48 免疫传感器的安培响应
48 免疫传感器的稳定性和重现性 48-49
选择性 49 结论 49-50 参考文
献 50-52 第 4章基于甲苯胺蓝/石墨烯纳米复合材料的
甲胎蛋白夹心免疫传感器 52-63 引言 52-53
实 验 53-55 化 学 试 剂 53
-TB的制备 53 -Ab_2-Fe_3O_4@Au的
制备 53-54 制备夹心型免疫传感器 54-55
实验仪器 55 结果和讨论 55-59
磁性纳米粒子的表征 55-56 电极修饰过程
各种膜的形貌表征(多层膜的形貌分析) 56 比较
不同标记的二抗的电流响应 56-57 实验条件的
优化 57-58 免疫传感器的电流响应特性
58-59 免疫传感器的再生 59 免
疫传感器的选择性和稳定性 59 结论 59-60
参考文献 60-63 第 5章基于石墨烯和硫堇协同作用的
过氧化氢传感器研究 63-71 引言 63-64
实验部分 64-65 试剂和仪器 64
金纳米粒子的制备 64 石墨烯/硫堇复合材
料的制备 (CRG-Thi) 64 修饰电极的制备
64-65 过氧化氢生物传感器的测试方法 65
结果和讨论 65-68 -Thi的紫外光谱表征
65-66 -Thi和 CRG-Thi/AuNPs的扫描电镜图
66 -Thi/AuNPs复合材料的光电效应 66-67
-Thi/AuNPs修 饰 电 极 的 电 化 学 行 为 67-68
-Thi/AuNPs对过氧化氢的电催化 68 重
现性和稳定性 68 结论 68-69 参考
文献 69-71 致谢 71-72 攻读学位期间
的研究成果 72
