论文总字数：16650字

摘 要

开发和设计具有高选择性和灵敏度的生物传感器，在生理分析、生物发酵、食品安全、环境监测等领域受到了广泛的关注，且具有广阔的应用市场。本论文主要开发新型功能材料和新制备技术来提高传感器性能。同时将功能材料应用到实际应用上，开发价格低廉、可批量生产的丝网印刷电极(SPE)。研究内容涉及三维铜纳米颗粒立方结构的构建、普鲁士蓝修饰方法、葡萄糖氧化酶的固定方法、生物传感器性能考察等。我们构建葡萄糖生物传感器，它对葡萄糖的灵敏度为131.07 μA∙mM^-1∙cm^-2，线性范围为0.1-0.8mM，并且拥有良好的稳定性和抗干扰能力。

关键词：普鲁士蓝 铜纳米颗粒 纳米复合材料 葡萄糖生物传感器

Preparation and Investigation of Glucose Biosensor Based on

Prussian Blue / Copper Dual Nanocomposites

Abstract

Development and design of the biosensor with high selectivity and sensitivity has received considerable attention in the fields of physiological analysis, bio-fermentation, food safety, environmental monitoring and so on, which it has broad application market. Meanwhile, the functional materials are applied to the practical application, and develop screen-printed electrode (SPE) with low price which can be mass production. The research contents involve the construction of three-dimensional Copper nanocube (CuNC) structure, the fabricated way of Prussian Blue (PB), the immobilization of GOx and the performance of biosensors. We build a glucose biosensor which has a sensitive of 131.07 μA∙mM^-1∙cm^-2 to glucose and exhibits a linear range of 0.1~0.8 mM. It performs good stability and anti-interference capability.

Key Words: Prussian Blue; Copper Nanocube; Nanocomposites; glucose biosensor

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 研究背景 1

1.2 电化学生物传感器 2

1.2.1 生物传感器的原理和种类 2

1.2.2 电化学酶传感器 3

1.3 复合纳米材料在生物传感器中的应用 5

1.3.1 纳米材料简介 5

1.3.2 铜纳米颗粒 5

1.4 普鲁士蓝（PB）在电化学生物传感器中的应用 5

1.5 丝网印刷技术在电化学生物传感器的应用 6

1.6 本文研究目的和内容 7

第二章 试验方法和表征方法 8

2.1 试剂与仪器 8

2.1.1 实验试剂 8

2.1.2 主要仪器 9

2.2 PBNCs / Cu修饰电极的制备 9

2.2.1 铜纳米颗粒的制备 9

2.2.2 PBNCs / Cu复合物的制备 10

2.2.3 PBNCs / Cu修饰电化学传感器芯片的制备 10

2.2.4 戊二醛交联法固定葡萄糖氧化酶（GOx） 10

2.3 性能的表征 11

2.3.1 场发射环境扫描电子显微镜分析(FESEM) 11

2.3.2 X射线衍射分析 12

2.3.3 红外光谱分析 12

2.3.4 循环伏安法（CV） 12

2.3.5 计时电流法 12

第三章 分析与讨论 13

3.1 场发射环境扫描电子显微镜（FESEM） 13

3.2 X射线衍射分析 13

3.3 红外光谱分析 14

3.4 循环伏安法 15

3.5 计时电流法 16

第四章 结论与展望 20

4.1 结论 20

4.2 展望 20

参考文献 22

致 谢 23

第一章 文献综述

1.1 研究背景

进入21世纪以来，生物科学，纳米科学，电化学技术进步迅速，集众多技术于一身的生物传感器被认为国内外最具发展前途的产业之一，大量科研工作者致力于此项研究，开发出许多性能优异的产品，但是我国却存在着很大的弊端，主要体现在：产品单一，科技含量太少，产品低端化，因此制备高性能，稳定性好的生物传感器对于我国具有非常重大的意义。由于生物传感器体积小，稳定性好的优点^[1-4]，被广泛的应用于工业发酵，食品安全，生理分析，环境监测等众多领域。特别是生命监测领域，与个人健康息息相关，每年都有大量成果涌现。生物传感器开始于1962年由Leland C. Clark合成的酶电极。在那之后，科学各个领域都集中起来开发更加复杂可靠的生物传感器，这种传感器能够准确、高效、快速地检测小分子，而且还可用作临床医学成像和诊断，药物发现以及各种研究开发实验。

葡萄糖是一种重要的生理分析物质，可以为生命体提供能量，葡萄糖传感器可以精确快速地检测葡萄糖含量，因此，在食品、医药等方面都具受到了众多的关注。基于目前市场上检测葡萄糖的方法，血糖仪，高效液相色谱法，还原糖检测仪，化学滴定法，但是却都存在问题，血糖仪优点是体积小，价格便宜，操作简单，但是可检测的浓度范围太小，高效液相色谱法测量精准，但是所需设备昂贵，耗材贵，还原糖检测仪只能检测总糖值，化学滴定法方法设备简单，价格便宜，但是操作繁琐，误差大，制备能够快速检测葡萄糖的检测仪器对市场的需求有重大的意义。由于葡萄糖的PH活性范围较广，稳定性好，大量科研工作者开始研究葡萄糖生物传感器。然而，葡萄糖氧化酶(GOx)易溶于水且催化能力低，使用其直接作为传感物质既无法保证检测稳定，又无法获得高的催化信号。因此，科研工作者不断开发良好的的电催化材料，以此来提高葡萄糖传感器的性能。

21世纪以来，纳米材料科学技术发展迅速，大量多功能的纳米材料被用在传感器制备上。物质在一定的尺度内，表现了优异的物质活性，具有高灵敏度和快速检测的性能。纳米材料已经被用来直接连接生物元素和电极表面以促进电化学反应和信号放大。基于纳米

请支付后下载全文，论文总字数：16650字