钴基纳米阵列修饰石墨烯纤维微电极在多巴胺电化学生物传感器中的应用研究

作     者：佘俊 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：肖菲

授予年度：2021年

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080202[工学-机械电子工程] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 0802[工学-机械工程] 0836[工学-生物工程] 

主      题：电化学生物传感器 多巴胺检测 微电极 石墨烯纤维 

摘      要：多巴胺(Dopamine,DA)是人类生理系统中启动神经元信号传导的神经递质之一,其代谢异常会导致严重的神经系统变性疾病,人体内神经递质的代谢水平在纳摩尔级别,因此开发一种DA高效、灵敏的分析诊断技术至关重要。微电极具有尺寸小、电化学稳定等优点,在电分析检测生物小分子领域具有独特的优势。相比金属纤维和传统的碳纤维材料,石墨烯纤维(Graphene Fiber,GF)具有比表面积大、结构可控、导电性高、稳定性和生物相容性好、机械强度高等优势,在电化学生物传感器中有着良好的应用前景。本文以GF为基底,通过杂原子掺杂和阵列结构设计开发了两种柔性功能化GF微电极,构建了超灵敏检测DA的电化学传感系统,探索了体液、神经细胞的应用研究。本文的研究内容主要包括两个方面:(1)为了功能化GF并探索微流控技术在微量体液的检测应用。以氧化石墨烯纳米片为结构单元,植酸(Phytic Acid,PA)为磷源,采用湿法纺丝制备得PA掺杂GF。通过溶剂热、高温热解,在磷掺杂(Phosphor doping)GF微电极上生长了四氧化三钴纳米线阵列(Cobalt tetroxide Nano Wire Array,CoO NWA)。CoO NWA大的比表面积和好的催化活性以及P-GF微电极良好的导电载体,使微电极展现出对DA良好的电催化活性,灵敏度达17.5μA cmμM,检出限低至0.4μM。鉴于微流控芯片易集成的优点,制备一种电化学微流控传感芯片,实现微量尿液中DA的灵敏检测。(2)为了进一步提高GF对DA电催化活性并探索神经细胞的检测应用。以GF作为基底材料,通过溶剂热、低温磷化两步得到磷化钴纳米线阵列(Cobalt Phosphide Nano Wire Array,Co P NWA)修饰GF微电极(Co P NWA/GF)。结果表明,在最优条件下,灵敏度达21.4μA cmμM,检出限低至0.024μM。该微电极实现了人体尿液和血清中DA的灵敏检测并原位检测到在一定K浓度刺激下人神经瘤细胞SHSY-5Y释放DA的电流信号,为神经系统性疾病的快速诊断与检测提供了新的途径。