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基于介孔材料的电化学农药生物传感器的研究

作　者: 张丽丽
导　师: 吴硕
学　校: 大连理工大学
专　业: 分析化学
关键词: 固相微萃取介孔泡沫乙酰胆碱酯酶久效磷农药生物传感器
分类号: TP212.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

长期使用农药所引起的农药在农产品、饮用水以及土壤中的残留已经对生态环境和人类健康造成了极大的威胁,因此,如何对痕量农药进行快速、准确地检测已成为迫在眉睫的重要研究课题之一。与传统的农药分析方法相比,电化学生物传感器由于具有灵敏度高、体积小巧、分析速度快、成本低等特点,更加适合于对饮用水以及农作物中的农药进行在线监测,因此近年来引起了科学家极大的兴趣。构建电化学生物传感器的关键因素是传感器功能界面的设计,而通过在构建过程中引入纳米材料,结合纳米材料与生物分子的特殊性质与功能,构建纳米一生物功能界面,将极大地推动生物传感器的发展。本文将具有较大比表面积和适宜孔道分布的介孔材料引入到电化学农药生物传感器的构建中来,发展了两种高灵敏的有机磷农药传感器,具体如下：一：基于介孔硅泡沫担载乙酰胆碱酯酶的有机磷农药生物传感器我们制备了一种具有大比表面积的介孔硅泡沫,用于固定有机磷农药的靶向酶乙酰胆碱酯酶(AChE),发展高灵敏的有机磷农药生物传感器。介孔硅泡沫由于具有良好的生物亲和性和与AChE相匹配的孔道尺寸,因此可以很好地保持其所固定的AChE的生物活性；此外,由于介孔硅泡沫具有较大的比表面积,其对所要测定的农药底物具有一定的富集作用,使酶附近的局部农药浓度增加,从而提高了所得传感器的灵敏度。通过该方法制备的有机磷农药传感器具有良好的稳定性,重现性和高灵敏性,其对有机磷农药久效磷的检测限可以达到0.05ng/mL,达到了国家和欧盟对痕量农药的检测要求。二：基于功能化的介孔碳泡沫担载乙酰胆碱酯酶的有机磷农药生物传感器以介孔硅泡沫为模板制备了介孔碳泡沫材料,并通过羧化、酰化、酰胺化三步处理,得到邻苯胺修饰的介孔碳泡沫,并将其用于AChE的固定和生物传感研究。组装有邻苯胺基团的介孔碳泡沫不仅具有大的比表面积,良好的导电性,而且可以显著提高固定于其中的AChE的活性(是自由酶的1.33倍,是未处理的介孔碳的2.74倍)。由于介孔碳泡沫的颗粒尺寸比较大,因此我们在组装了AChE的功能化的介孔碳泡沫中掺杂了金纳米粒子,以进一步提高该纳米复合材料的导电性。基于功能化介孔碳泡沫和金纳米粒子复合材料的生物传感器表现出了很高的灵敏度,在最优条件下,传感器对有机磷农药久效磷响应的线性范围达到0.05～5.0ng/mL,检测限为0.05ng/mL。通过该方法制备的有机磷农药传感器具有良好的稳定性,重现性和高灵敏性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
引言  9-10
1 文献综述  10-33
  1.1 电化学生物传感器  11-14
    1.1.1 电化学生物传感器的基本原理  11
    1.1.2 电化学生物传感器的分类  11-12
    1.1.3 生物分子的固定化技术  12-14
  1.2 有机磷农药电化学生物传感器的分类  14-18
    1.2.1 基于抗原抗体结合的免疫型生物传感器  14-15
    1.2.2 基于酶的农药生物传感器  15-18
  1.3 纳米生物传感器  18-25
    1.3.1 碳纳米管(CNTs)  19-21
    1.3.2 金属纳米粒子  21-23
    1.3.3 量子点(QDs)  23
    1.3.4 介孔材料  23-25
    1.3.5 展望  25
  1.4 本论文的创新点和主要意义  25-27
  参考文献  27-33
2 基于介孔硅泡沫担载乙酰胆碱酯酶的农药生物传感器  33-48
  2.1 前言  33-34
  2.2 实验部分  34-37
    2.2.1 主要试剂  34-35
    2.2.2 主要仪器  35
    2.2.3 制备AChE/MSF悬浊液  35
    2.2.4 制备AChE-MSF-PVA/GCE传感器  35
    2.2.5 传感器测定农药的工作原理  35-36
    2.2.6 活性和稳定性实验  36
    2.2.7 久效磷的吸附  36-37
  2.3 结果与讨论  37-45
    2.3.1 样品的形貌特征和孔径分布  37-38
    2.3.2 UV-vis光谱表征  38-39
    2.3.3 AChE-MSF-PVA/GCE传感器的电化学行为  39-41
    2.3.4 米氏常数和ATCl底物浓度的选择  41-42
    2.3.5 pH值的影响  42
    2.3.6 传感器对农药久效磷测定的线性范围和检测限  42-43
    2.3.7 传感器的精密度和稳定性  43-44
    2.3.8 实际样品检测  44-45
  2.4 小结  45-46
  参考文献  46-48
3 功能化介孔碳泡沫的合成及其在提高AChE活性及农药传感领域的应用  48-60
  3.1 前言  48-50
  3.2 实验部分  50-52
    3.2.1 主要试剂  50-51
    3.2.2 主要仪器  51
    3.2.3 FMCF和金纳米粒子的制备  51-52
    3.2.4 制备AChE-FMCF-Au/GCE传感器  52
    3.2.5 酶活性实验  52
  3.3 结果与讨论  52-58
    3.3.1 IR-vis光谱表征  52-53
    3.3.2 UV-vis光谱表征  53-54
    3.3.3 传感器的电化学阻抗行为  54
    3.3.4 AChE-FMCF-Au/GCE传感器的电化学行为  54-55
    3.3.5 米氏常数和底物ATCl浓度的选择  55-57
    3.3.6 传感器对农药久效磷测定的线性范围和检测限  57
    3.3.7 传感器的精密度和稳定性  57-58
    3.3.8 实际样品检测  58
  3.4 小结  58-59
  参考文献  59-60
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  60-61
致谢  61-62

基于介孔材料的电化学农药生物传感器的研究

内容摘要

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