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摘 要

高选择性和高灵敏度的生物传感器的开发和设计在医学分析，发酵工业，食品工业，环境监测等领域受到大量关注，具有非常巨大的市场。此外，具备便于携带，体型小，性能高，价格低等优点的生物传感器也是下一阶段传感器探索与落实的方向。本论文的主要研究内容是探索优化新型传感材料的制备方法并将其用于传感器的构建。 研究内容包括采用低速合成法制备出具有规则纳米立方结构的钴锰普鲁士蓝类似物颗粒，并将其附着在聚吡咯纳米线表面，将双纳米复合材料固定在电极表面，在其上固定生物酶，考察其传感检测性能。本论文构建测乳酸生物传感器对乳酸的灵敏度为13 μA·mM^-1·cm^-2，线性范围为0-8 mM。

关键词： 生物传感器 普鲁士蓝类似物 聚吡咯 乳酸

Abstract

The development and design of highly selective and highly sensitive biosensors have received a lot of attention in the fields of medical analysis, fermentation industry, food industry, environmental monitoring, etc., and have a huge market. Moreover, with easy to carry, small size, high performance, and low price direction biosensor sensor is also exploring the implementation of the next stage. The main content of this paper is to explore new synthesis method for optimizing the sensing materials to construct biosensor. The research involves the preparation of cobalt-manganese Prussian blue analogue particles with regular nanocubic structure by low-speed synthesis, and attaching them to the surface of polypyrrole nanowires. The nanocomposites were fixed on the surface of the elelctrode to investigate its sensing performance. The sensitivity of the as-prepared biosensor to lactate was 13 μA·mM^-1·cm^-2, and the linear range was 0-8 mM.

Key Words: Biosensor、Prussian Blue Analogue、Polypyrrole、Lactate

目录

摘要 I

Abstract III

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 电化学生物传感器的原理 2

1.2.2 电化学传感器的进化史 3

1.3 复合纳米材料在生物传感器中的应用 5

1.3.1 聚吡咯（PPy）在电化学生物传感器中的应用 5

1.3.2 普鲁士蓝类似物(PBA)修饰电极在电化学传感器中的应用 6

1.4 研究目的与内容 6

第二章 实验部分 8

2.1 实验试剂与仪器 8

2.1.1 主要试剂 8

2.1.2 主要仪器 8

2.2 PBA/PPy复合纳米材料的制备 9

2.2.1 Co-Mn PBA 即Co3[Mn(CN)6]2溶液的制备 9

2.2.2 聚吡咯溶液的制备 10

2.2.3 电极的预处理 10

2.2.4 PBA/PPy复合纳米材料制备 10

2.2.4 戊二醛交联法固定乳酸氧化酶 10

2.2.5 PBA/PPy复合纳米材料的氧化还原性能检测 11

2.3 性能的表征 11

2.3.1场发射环境扫描电子显微镜（FESEM） 11

2.3.2 X射线衍射分析（XRD） 11

2.3.3循环伏安曲线（CV） 11

2.3.4 计时电流法（IT） 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（XRD） 13

3.3 循环伏安法（CV） 14

3.3.1 PBA/PPy复合材料修饰电极的氧化还原行为 14

3.3.2 固定乳酸氧化酶的PBA/PPy复合材料修饰电极的氧化还原 15

3.4 计时电流法（i-t） 16

第四章 结果与展望 18

4.1 结果 18

4.2 展望 18

参考文献 20

致 谢 23

第一章 文献综述

1.1 研究背景

自21世纪初开始到现在，生命科学，纳米技术和信息科学技术取得了长足的进步。具有多种技术的生物传感器被认为是中国最具发展前景的行业之一。大量研究人员投身于此研究，并且开发出的许多产品具有优异的性能，但在中国仍然存在诸多弊端，主要表现为：种类少，技术成分太少，产品低端，所以高性能，高稳定性，高灵敏度的生物传感器的制备对于中国来说具有非常重要的意义。生物传感器体积小，稳定性好，灵活性高的优点[1-4]，广泛应用于发酵工业，食品安全，医学分析，临床诊断、环境监测等诸多领域。特别是临床监测领域，其与健康密切相关，每年都出现了大量成就。生物传感器始于1962年由Leland C. 和Clark提出的酶电极理念。从那时起，所有科学领域都致力于开发更精密，更可靠的生物传感器，可以精准，高速，高效地检测物质，并可用于临床医学，药物开发以及各种有意义的实验。

化学修饰电极的发展是生物传感器的核心技术。根据1989年IUPAC国际会议中的分支部门电分析化学委员会的意见指导下，化学修饰电极被定义为是一种表面涂有离子、纳米颗粒或者聚合物的化学膜。通过法拉第反应，显示出改性膜的化学、电化学和/或光化学性质[5-6]。通过上面的描述，我们可以知道决定生物传感器性能的因素主要与制备薄膜所需的材料有关。生物传感器应用的监测系统通常很复杂，待测物质的浓度很低，因此生物传感器所要接受的挑战是如何提高稳定性，选择性和灵敏度。

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