半导体纳米材料的制备以及在生物传感器中的应用

发布时间：2017-06-19 19:00

  本文关键词：半导体纳米材料的制备以及在生物传感器中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：伴随着纳米科技以及纳米材料迅猛的发展势头和逐渐深入的研究,纳米材料的制备工艺和合成技术,其发展和巩固日益健全和完善。有很多制备和合成纳米材料的方法,如物理方法,化学方法以及综合方法等。物理法包括激光溅射法、电弧法以及惰性气体蒸发法;化学方法包括相转移法、沉淀法、水热法以及界面合成法;综合法包括超声沉淀法、激光沉淀法和微波合成法等。由于纳米材料特殊的颗粒结构和独特的理化特性,比如:活性高、比表面积大、极其微小等,使得纳米材料在电、光、磁以及催化氧化等领域具有非常大的应用价值。生物传感器是一门由物理、化学、生物学、电子学以及计算机科学与技术等多种学科相互结合、交叉渗透在一起发展壮大的新型学科门类,可以实现对需要检测的化学物质进行理化特性的快速分析与检测。随着21世纪人们开始把研究重心逐渐转移到生物技术以及纳米材料领域上来,电化学生物传感器技术成为了重中之重。而纳米材料所具有的一系列特性,都非常符合生物传感器的小型化、快速化以及多功能等要求,使用纳米材料作为传感器材料,不仅大大增强了生物传感器的检测特性,增大了可重复利用率,同时还使得生物传感器对生物大分子以及细胞的检测灵敏性有所提高和改善。再加上多种多样的半导体纳米材料不断地发现,研究,制备以及应用,使得纳米材料的制备以及在电化学生物传感器中的应用具有非常强劲的发展势头。抗坏血酸(Ascorbic Acid),即维生素C,抗坏血酸存在于人体或哺乳动物体内的体液、组织以及果蔬中,是人体和动物体内不可或缺的微量元素。抗坏血酸常用于治疗坏血病、出血、解毒、保护肝脏等,同时也能够提高人体的免疫能力。多巴胺(Dopamine),对人体或哺乳动物体内神经传导起着举足轻重的作用。常用来协助细胞单元传递神经化学物质,负责控制生物体大脑的感觉、兴奋等信息。如果多巴胺在人体内的含量失调,则会引起很多非常严重的疾病,比如帕金森病、精神分裂症等。尿酸(Uric Acid),是嘌呤代谢过后的物质,在人体或哺乳动物体内的含量的变化,同样也会引起生命体的多种疾病。本论文的主要内容围绕纳米材料,半导体纳米材料以及电化学生物传感器的相关理论概念,制备合成了两种半导体纳米材料:采用等离子体溅射方法制备了ZnO/Au纳米复合材料和使用水热合成化学方法制备了NiCo纳米材料,并用制备的纳米材料做成修饰电极。分别使用这两种修饰电极对抗坏血酸、多巴胺以及尿酸三种物质进行电化学测定。具体内容包括:(1)第一章主要介绍了纳米材料,包括纳米材料的概述、特性、制备与合成方法以及应用;半导体纳米材料及其概述、特性、制备与合成方法等等;电化学生物传感器,包括概述,工作原理,以及分类,其中又详细介绍了几种电化学生物传感器:细胞电化学传感器、电化学酶传感器、电化学DNA传感器以及电化学免疫传感器等。(2)第二章主要内容是基于制备的氧化锌/金纳米复合材料的电化学生物传感器用于对抗坏血酸和尿酸的检测。本研究中采用等离子体溅射法制备合成了氧化锌/金纳米复合材料,使用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜等对该纳米材料进行了理化特性的表征,比较符合预期结果,同时又用该纳米材料修饰电极作为三电极系统的工作电极,对抗坏血酸和尿酸两种物质进行了一系列电化学实验的测定。(3)第三章主要内容是基于制备的镍钴纳米材料的电化学生物传感器用于对抗坏血酸、多巴胺以及尿酸的检测。本研究中采用了水热化学合成法制备了镍钴纳米材料纸纤维,使用扫描电子显微镜对镍钴纳米材料纸纤维进行了理化特性表征与分析,材料长势较符合预期结果,然后用该纳米材料纸纤维作为三电极系统的工作电极,采用该系统对抗坏血酸、多巴胺和尿酸三种物质进行了一系列电化学实验的测定。同时还做了盐酸多巴胺样品的对比试验。
【关键词】：氧化锌/金纳米复合材料 镍钴纳米材料 等离子体溅射法 化学合成法 电化学测定
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318.08;TP212
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 纳米材料11-18
• 1.1.1 纳米材料的概述11
• 1.1.2 纳米材料的特性11-12
• 1.1.3 纳米材料的合成与制备12-16
• 1.1.4 纳米材料的应用16-18
• 1.2 半导体纳米材料18-20
• 1.2.1 半导体纳米材料的概述18
• 1.2.2 半导体纳米材料的特性18-19
• 1.2.3 半导体纳米材料的合成与制备19
• 1.2.4 半导体纳米材料的应用19-20
• 1.3 电化学生物传感器20-24
• 1.3.1 电化学生物传感器的概述20-21
• 1.3.2 电化学生物传感器的分类21-24
• 1.4 本论文的研究内容、目的和意义24-27
• 第二章 基于氧化锌/金纳米复合材料的电化学传感器对抗坏血酸和尿酸的同时检测27-38
• 2.1 引言27-28
• 2.2 实验部分28-31
• 2.2.1 仪器与试剂28-29
• 2.2.2 相关溶液的配置29-30
• 2.2.3 氧化锌/金纳米复合材料的表征30
• 2.2.4 氧化锌纳米材料的合成30
• 2.2.5 氧化锌/金纳米复合材料的合成30-31
• 2.2.6 氧化锌/金纳米复合材料修饰电极的制备31
• 2.3 结果和讨论31-38
• 2.3.1 氧化锌/金纳米复合材料的表征31-32
• 2.3.2 氧化锌/金纳米复合材料合成参数的优化32-33
• 2.3.3 氧化锌/金纳米复合材料修饰电极对抗坏血酸和尿酸的电催化行为33-34
• 2.3.4 扫速的影响34-35
• 2.3.5 氧化锌/金纳米复合材料对抗坏血酸和尿酸的同时检测35-36
• 2.3.6 电化学传感器的选择性和稳定性36
• 2.3.7 小结36-38
• 第三章 基于镍钴纳米材料的电化学传感器对抗坏血酸、多巴胺和尿酸的检测38-55
• 3.1 引言38-39
• 3.2 实验部分39-40
• 3.2.1 仪器与试剂39
• 3.2.2 相关溶液的配置39
• 3.2.3 镍钴纳米材料的表征39
• 3.2.4 镍钴纳米材料的合成39-40
• 3.2.5 镍钴纳米材料纸纤维电极的制备40
• 3.3 结果与讨论40-55
• 3.3.1 镍钴纳米材料纸纤维的表征40-41
• 3.3.2 镍钴纳米材料纸纤维电极的表征41-42
• 3.3.3 镍钴纳米材料纸纤维电极对抗坏血酸、多巴胺和尿酸的电催化行为42-44
• 3.3.4 溶液pH对多巴胺和尿酸响应的影响44-46
• 3.3.5 扫速对多巴胺和尿酸响应的影响46-47
• 3.3.6 镍钴纳米材料纸纤维电极对抗坏血酸、多巴胺和尿酸的同时检测47-52
• 3.3.7 镍钴纳米材料纸纤维电极的重复性52-53
• 3.3.8 实际盐酸多巴胺样品的测定53-54
• 3.3.9 小结54-55
• 第四章 总结与展望55-57
• 4.1 总结55-56
• 4.2 展望56-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-66
• 附录 作者在攻读硕士期间发表或参与的学术论文66

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