无机多孔复合纳米材料及其生物传感性能研究

作     者：张欣然 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋宏伟

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：多孔材料 分子筛 反蛋白石 生物传感 疾病标志物 

摘      要：近年以来,由于纳米多孔材料的有序多孔性、比表面积大、良好的吸附性等性质以及制备方法的优化与提升,使其在相关领域飞速发展。其中,纳米分子筛多孔材料以其易于离子交换、活性位点多、稳定性好、无毒等优势,在生物传感与检测、成像、治疗等方面取得了重要的进展,尤其在以分子筛为模板的复合纳米材料合成和功能化设计策略,展现出重要的应用前景。本文首先通过低温无模板剂方法合成了纳米级EMT分子筛材料,并通过离子交换等方法将Ag颗粒、CsPbBr钙钛矿量子点等负载在分子筛的骨架内,并在此基础上进行了肿瘤标志物的检测、湿度检测、癌细胞成像等方面的应用探索,还包含了无机有序多孔材料的无创疾病检测的生物传感探索。具体成果如下:[1]基于Ag颗粒修饰的EMT分子筛复合材料的电化学传感器:我们首先通过无模板剂方法低温水热合成EMT分子筛,然后通过银离子交换和三乙胺还原,最终合成了负载Ag颗粒的EMT分子筛——EMT-Ag。然后采用电化学三电极体系检测方法,以基于Ag颗粒负载的EMT分子筛复合材料的玻碳电极(GCE)作为对电极,饱和KCl溶液电极作为参比电极,铂电极作为工作电极,对原发性肝癌的标志物——甲胎蛋白(AFP)进行高灵敏快速检测,实现了在血液环境下检测甲胎蛋白的浓度,检测下限低达30 pg/mL,线性范围为1 ng/mL-100 ng/mL。该传感器具有优良稳定性,在四周后仍能保持93.7%的初始响应。[2]钙钛矿量子点负载的EMT分子筛复合材料及相对湿度研究:我们首先合成纳米EMT分子筛,然后通过离子置换将分子筛孔笼中的Na置换为Cs,合成含有铯源的分子筛。接下来将含有铯源的分子筛溶于十八烯(ODE),并与完全溶解的PbX(X=Cl,Br)快速反应,最终洗涤得到具有钙钛矿修饰的EMT分子筛复合材料——EMT-CsPbX。复合材料同纯钙钛矿量子点相比,具有良好的稳定性。由于分子筛孔道的模板作用,获得了尺寸极小的钙钛矿量子点。细胞毒性实验表明在150μg/mg的浓度下细胞仍有80%的活性。在共聚焦显微镜的405 nm波长激发下,对肿瘤细胞进行了荧光染色成像。[3]基于WO/Au三维大孔复合纳米材料的气敏传感器:采用一种简单的牺牲模板法制备了基于3DIO WO/Au和纯WO复合纳米材料的气敏传感器,并系统地研究了对于丙酮的气敏性能。在3DIO WO中加入适量的Au纳米粒子,明显增强了传感性能。此外,引入的Au纳米粒子的“溢出效应,加快了电子的传输速率,增强了气敏性能,对于糖尿病标志物气体——丙酮的检测下限低达50 ppb,检测范围为50 ppb-100 ppm,具有良好的灵敏度、选择性和稳定性,可以有效快速地区分出正常人与糖尿病患者。