羟基磷灰石纳米线/还原氧化石墨烯/纳米金复合材料基生物传感器的制备及应用研究

作     者：周文翠 

作者单位：浙江理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蔡玉荣

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 

主      题：羟基磷灰石 石墨烯 纳米金 尿酸 抗化血酸 酶生物传感器 

摘      要：羟基磷灰石凭借其具有良好的生物活性和生物相容性逐渐在骨组织工程领域占有一席之地。另外,羟基磷灰石的形貌、尺寸和成分组成在生物化学反应中也有着重要的作用,所以该材料在生物传感器中的应用也是一个倍受关注的课题。本课题在不添加任何有机相且不借助任何表面活性剂或模板的前提下,通过水热反应直接制备出了羟基磷灰石微球和羟基磷灰石纳米线,同时探究了反应条件对羟基磷灰石生长形貌的影响。石墨烯是只有一个碳原子层厚度的准二维材料,具有化学稳定性好、比表面积大、电化学性能优异的特点,是制作生物传感器理想的热门材料,广泛应用于电化学领域。纳米金(AuNPs)又称胶体金,除具有比表面积大、比表面反应活性高、有宏观量子隧道等纳米材料共有的性质外,还具有良好的亲水性能,能与多种生物大分子结合并保持其生物活性,因此在传感器的制备领域应用广泛。本实验通过改变pH值、氧化石墨烯的添加量来控制得到的羟基磷灰石纳米线/还原氧化石墨烯/纳米金复合材料的形貌与电化学性能。实验表明,在水热反应之前进行的对pH的调节、氧化石墨烯的添加对羟基磷灰石晶体的生长具有关键性作用。在特定的反应条件下,主要有羟基磷灰石微球和羟基磷灰石纳米线两种典型形貌的产物产生。利用水热反应法制备的复合材料修饰玻碳电极,利用修饰好的电极作为工作电极制备出尿酸酶生物传感器和抗化血酸氧化酶生物传感器,该酶生物传感器在电化学性能检测方面具有优异的性能。本课题实验内容和研究结果概括如下:1.羟基磷灰石纳米线/氧化还原石墨烯/纳米金复合材料的制备本实验采用简单的水热法,以磷酸氢二钠和氯化钙为原料,在钙磷比为5:3的条件下进行反应。在水热反应之前加入适量的氧化石墨烯溶液和胶体金,通过调控pH值、氧化石墨烯的添加量等影响因素,在形核温度为4℃、氧化石墨烯添加量5ml、pH=4.5和反应温度为140℃的条件下制备得到了羟基磷灰石纳米线/氧化还原石墨烯/纳米金复合材料。2.尿酸酶生物传感器对尿酸的电化学检测利用水热法一步制备出的羟基磷灰石纳米线/氧化还原石墨烯/纳米金复合材料作为电极修饰材料,制备出尿酸酶生物传感器,该尿酸酶生物传感器充分利用了石墨烯和金纳米颗粒良好导电特性和电催化活性、羟基磷灰石纳米线优异的生物相容性和大的比表面积,能够快速、灵敏、准确的对尿酸进行检测。实验结果表明:该尿酸酶生物传感器具有较高的灵敏度、低的检测限和较大的线性检测范围(线性检测范围为1.95×-5.0×10mol/L,灵敏度为1.5949×10A/moL,检出限为3.9×10mol L(S/N=3),抗干扰性能优异,能够在葡萄糖、尿素、多巴胺、抗化血酸等干扰物质存在的情况下特异性检测尿酸,且重复性好)。3.抗坏血酸氧化酶生物传感器对抗坏血酸的电化学检测利用水热法一步制备出的羟基磷灰石纳米线/氧化还原石墨烯/纳米金复合材料作为电极修饰材料,制备出了抗坏血酸氧化酶生物传感器,该抗坏血酸氧化酶生物传感器充分利用了石墨烯和金纳米颗粒良好导电特性和电催化活性、羟基磷灰石纳米线优异的生物相容性和大的比表面积,能够快速、灵敏、准确的对抗坏血酸进行检测。实验结果表明:该抗坏血酸氧化酶生物传感器具有较高的灵敏度、低的检测限和较大的线性检测范围(灵敏度为1.5949×10A/moL,检测下限为3.39×10M(S/N=3),线性范围为3.90×10-3.60×10mol/L,相关系数为R=0.9985,抗干扰性能优异,能够在葡萄糖、柠檬酸钠、蔗糖、尿酸等干扰物质存在的情况下特异性检测抗化血酸,且重复性好)