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基于纳米聚苯胺的DNA电化学生物传感的研究

作　者: 林明霞
导　师: 郝青丽
学　校: 南京理工大学
专　业: 材料学
关键词: 纳米聚苯胺 DNA 电化学生物传感器三乙醇胺离子液体盐酸异丙嗪
分类号: TP212.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本论文围绕两种导电纳米聚苯胺修饰电极的制备以及其在DNA 电化学生物传感器中的应用展开了以下研究:（1）采用循环伏安法（CV）在金电极表面制备了三乙醇胺（TEA）掺杂的聚苯胺纳米纤维（TEA-PANI）,并通过静电吸附将单链DNA（ssDNA）探针固定在修饰电极上。利用扫描电镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）对DNA固定前后修饰电极的表面形貌进行了表征,同时采用CV、差分脉冲伏安法（DPV）和方波伏安法（SWV）对三乙醇胺掺杂的PANI修饰电极的电化学性质进行了表征。结果发现,有TEA掺杂的PANI的导电性大大提高,而且TEA-PANI纳米纤维较大的比表面积和丰富的阳离子更有利于DNA探针的静电吸附固定;以盐酸异丙嗪（PZH）为杂交指示剂,采用DPV和交流阻抗法（EIS）对杂交信号进行检测,成功实现了对互补序列DNA片段的识别和定量检测,探讨了该测试体系的机理。研究发现,TEA-PANI纳米纤维中TEA的存在大大增强了检测的灵敏度。（2）电化学法制备了离子液体[bmim]BF₄和硫酸共掺杂的纳米导电PANI修饰电极,系统地研究了聚合方法、聚合时间、离子的掺杂、pH值等一系列参数对PANI修饰电极的电化学性能的影响。结合AFM、紫外（UV）、红外（IR）光谱对它的形貌和结构进行了表征。结果发现,纳米聚苯胺修饰电极聚合条件的最优结果为:选择采用恒电位法（0.8V）,在ITO电极上制备PANI/BF₄^-/H₂SO₄修饰电极,聚合时间为150s。以PZH（PBS）缓冲溶液作为电解液,当缓冲溶液的pH值为6.1时,PANI修饰电极的电化学性能最好;红外和紫外光谱的测试结果显示离子液体已经掺杂到聚苯胺中,且离子液体的掺杂大大提高了聚苯胺膜的导电性。此外,研究了PZH在PANI/BF₄^-/H₂SO₄修饰电极上的动力学过程。（3）在前面研究的基础上,利用纳米导电PANI和掺杂剂硫酸及离子液体[bmim]BF₄三者的协同效应改善了探针DNA的固定效果,制备了高灵敏度的DNA电化学生物传感器。以PZH为指示剂,研究了PZH与DNA之间的相互作用机理,结果表明,PZH与ssDNA和dsDNA之间分别存在着静电和嵌插两种不同的作用方式;PZH在ssDNA、dsDNA修饰电极上的化学反应不单纯受扩散控制,同时存在表面吸附。DPV、SWV和EIS三种测试方法证明该DNA电化学生物传感器具有较高的选择性和较低的检测线,能够实现对DNA杂交的定量检测。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-9
1 绪论  9-20
  1.1 DNA 电化学生物传感器  9-13
    1.1.1 DNA的组成与结构  9
    1.1.2 DNA电化学生物传感器的工作原理  9-10
    1.1.3 DNA电化学生物传感器的制备  10-11
    1.1.4 DNA电化学传感器的特征  11
    1.1.5 DNA电化学生物传感器的种类  11-12
    1.1.6 DNA在电极上的固定化方法  12
    1.1.7 DNA分子杂交技术  12-13
  1.2 纳米材料在DNA电化学生物传感器中的应用  13-18
    1.2.1 纳米颗粒在电化学生物传感器中的应用  13-14
    1.2.2 多孔纳米结构在电化学生物传感器中的应用  14-15
    1.2.3 导电聚苯胺纳米材料在电化学生物传感器中的应用  15
    1.2.4 纳米器件在电化学生物传感器中的应用  15-16
    1.2.5 纳米材料在电极表面的组装方法  16
    1.2.6 电信号转换  16-18
  1.3 DNA电化学生物传感器的应用及其发展趋势  18-19
  1.4 本论文研究的意义和主要内容  19-20
2 基于三乙醇胺掺杂聚苯胺的DNA电化学传感的研究  20-35
  2.1 引言  20-21
  2.2 实验部分  21-22
    2.2.1 仪器与试剂  21
    2.2.2 实验方法  21-22
  2.3 结果与讨论  22-34
    2.3.1 表面形貌表征  22-23
    2.3.2 三乙醇胺对聚苯胺修饰电极的影响  23-24
    2.3.3 三乙醇胺的浓度对PZH氧化峰电流的影响  24-25
    2.3.4 DNA的浓度对PZH氧化峰电流的影响  25-26
    2.3.5 循环伏安扫描段数对PZH氧化峰电流的影响  26
    2.3.6 扫描速率对修饰电极在PZH溶液中循环伏安行为的影响  26-29
    2.3.7 PZH在修饰电极上的电化学行为  29-31
    2.3.8 DNA杂交的电化学法定量检测  31-32
    2.3.9 DNA电化学生物传感器的选择性  32-33
    2.3.10 DNA电化学生物传感器的稳定性和再生性  33-34
  2.4 小结  34-35
3 离子液体掺杂聚苯胺纳米材料的电化学制备及其性能研究  35-47
  3.1 引言  35
  3.2 实验部分  35-37
    3.2.1 仪器与试剂  35-36
    3.2.2 实验方法  36-37
  3.3 结果与讨论  37-46
    3.3.1 聚合方法的选择  37
    3.3.2 硫酸的掺杂对电极的影响  37-38
    3.3.3 离子液体的掺杂对电极的影响  38-39
    3.3.4 电极的选择  39
    3.3.5 聚合时间的选择  39-40
    3.3.6 pH对修饰电极氧化峰电流的影响  40-41
    3.3.7 离子液体的浓度对修饰电极电化学性能和形貌的影响  41-42
    3.3.8 扫描速率对修饰电极循环伏安行为的影响  42-44
    3.3.9 聚苯胺的红外光谱表征  44-45
    3.3.10 聚苯胺的紫外-可见光谱表征  45-46
  3.4 小结  46-47
4 离子液体掺杂聚苯胺纳米材料的DNA电化学生物传感的研究  47-65
  4.1 引言  47-48
  4.2 实验部分  48-49
    4.2.1 仪器与试剂  48
    4.2.2 实验方法  48-49
  4.3 结果与讨论  49-64
    4.3.1 恒电位法聚合时间对PANI/ITO电极的影响  49-50
    4.3.2 ssDNA的浓度对PZH氧化峰电流的影响  50-51
    4.3.3 扫描速率对PZH在ssDNA/PANI/ITO、dsDNA/PANI/ITO上循环伏安行为的影响  51-53
    4.3.4 PZH在修饰电极上的反应标准速率常数ks和电子转移系数α的计算  53-55
    4.3.5 表面形貌表征  55-56
    4.3.6 PZH与DNA的相互作用的研究  56-59
    4.3.7 DNA电化学生物传感器的选择性  59-60
    4.3.8 DNA电化学生物传感器的灵敏性  60-63
    4.3.9 DNA电化学生物传感器的稳定性和再生性  63-64
  4.4 小结  64-65
结论及创新点  65-67
致谢  67-68
参考文献  68-79
附录  79

基于纳米聚苯胺的DNA电化学生物传感的研究

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