摘 要

本论文通过溶剂热法制备了以1,3,5-苯三甲酸为配体的金属有机框架材料MOF-199，并将单壁碳纳米管(SWCNTs)进行强酸氧化处理，使其表面羧基化。将它们分别用电聚合和直接滴加法修饰在玻碳电极上，得到MOF-199/SWCNTs/GC电极，构建了一个基于MOF-199与SWCNTs的电化学传感器，来同步检测鸟嘌呤和腺嘌呤。

采用差分脉冲伏安法(DPV)进行对鸟嘌呤和腺嘌呤的电化学检测，在0.63V和0.95V的位置出现了鸟嘌呤和腺嘌呤的氧化峰，而且相比于裸电极，鸟嘌呤和腺嘌呤在MOF-199/SWCNTs/GC电极上的峰电流都有显著增加，表明修饰电极对鸟嘌呤和腺嘌呤的电化学氧化有催化作用。在最佳的检测条件下，用DPV法对鸟嘌呤和腺嘌呤进行同步检测，检测范围为0.01~47.6 µmol/L，线性方程分别为：I_pa(μA) = 0.06918c (μmol/L) 0.03407 (R = 0.9963), I_pa(μA) = 0.04835c (μmol/L) 0.08208 (R = 0.9961)，检测限分别为0.004和0.01 µmol/L。

采用标准加入法，MOF-199/SWCNTs/GC电极对热变性的小牛胸腺DNA进行实样检测。鸟嘌呤和腺嘌呤含量比的测量结果为0.766，接近于文献值0.77，偏差(RSD)小于5%。

另外，修饰电极也表现出良好的稳定性、重现性、抗干扰性。

总而言之，本文构建的MOF-199/SWCNTs/GC电极具有检测范围宽、检测限低、稳定性好和重现性良好的特点，有望用于实际检测。

关键词：单壁碳纳米管；MOF-199；电化学传感器；鸟嘌呤；腺嘌呤

Abstract

In this paper，Cu-MOFs-199 was prepared by solvothermal method and single walled carbon nanotubes(SWCNTs) was carboxylated by the strong acid. MOF-199 / SWCNTs / glassy carbon(GC) electrode was fabricated for the simultaneous determination of guanine and adenine by the cast of SWCNTs and the electropolymerization of MOF-199 on the GC surface.

Differential pulse voltammetry (DPV) was performed to determine guanine and adenine at the modified electrode. The oxidation potentials of guanine and adenine were 0.63V and 0.95V respectively. Comparing with the bare GC, the electrochemical responses of guanine and adenine at MOF-199 / SWCNTs / GC electrode enhanced greatly. All these results illustrated that the modified electrode had the catalytic effect on the oxidation of guanine and adenine. Under the optimal testing conditions, the simultaneous determination of guanine and adenine was carried out by DPVs. With a wide linear range of 0.01~47.6 µmol/L, the regression equations was I_pa(μA) = 0.06918c (μmol/L) 0.03407 (R = 0.9963) for guanine and I_pa(μA) = 0.04835c (μmol/L) 0.08208 (R=0.9961) for adenine, respectively. And detection limits (LOD) (S/N = 3) were 0.004 μmol/L for guanine and 0.01 μmol/L for adenine.

The MOF-199/SWCNTs/GC electrode was also applied for detection of guanine and adenine in the hydrochloric calf thymus DNA by the standard addition method. The concentration ratio of guanine and adenine was 0.766, which is close to the reported value of 0.77. And the RSD is less than 5%.

In addition, the MOF-199/SWCNTs/GC electrode exhibited good stability, reproducibility and anti-interference ability.

Therefore, the MOF-199/ SWCNTs/GC electrode had the advantages of wide linear range, low detection limit, high stability and good reproducibility, indicating a promising application for the real samples.

Key Words：single walled carbon nanotubes; Cu-MOFs-199; electrochemical sensor; guanine; adenine

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 前言 1

1.2电化学传感器 1

1.2.1 传感器概述 1

1.2.2 电化学传感器原理 2

1.3基于纳米材料的电化学传感器及其应用 2

1.3.1 单壁碳纳米管 3

1.3.2 金属有机框架材料 4

1.4研究意义及研究内容 6

第2章 实验部分 8

2.1 实验仪器及药品 8

2.2 单壁碳纳米管的功能化 9

2.3 MOF-199的制备 9

2.4 小牛胸腺DNA的解旋 9

2.5 玻碳电极的预处理 10

2.6 修饰电极的制备 10

2.7 电化学测试 10

第3章 结果与讨论 11

3.1表征 11

3.2 鸟嘌呤和腺嘌呤在修饰电极上的电化学行为 12

3.3 实验条件优化 15

3.3.1 电极修饰条件的选择 15

3.3.2 pH的影响 16

3.4 同步检测鸟嘌呤和腺嘌呤 17

3.5 MOF-199/SWCNTs/GC电极的稳定性、重现性和抗干扰性 18

3.5.1 MOF-199/SWCNTs/GC电极的稳定性 18

3.5.2 MOF-199/SWCNTs/GC电极的重现性 18

3.5.3 MOF-199/SWCNTs/GC电极的抗干扰性 19

3.6 DNA样品的实样检测 19

第4章 结论及展望 20

参考文献 21

致谢 25

第1章 绪论

1.1 前言

鸟嘌呤和腺嘌呤是构成DNA和RNA的基本组分，它们在生物遗传信息和蛋白质生物合成中有重要的作用^[1]，对于冠状动脉和脑循环有广泛的影响，可以防止心律不齐，抑制神经递质释放^[2]。而且通过鸟嘌呤和腺嘌呤的浓度可以获知生物核酸浓度^[3]，因此，鸟嘌呤和腺嘌呤的检测在生物科学和临床诊断方面有重要的意义。

很多方法都被用于鸟嘌呤和腺嘌呤的测定，例如化学发光法、间接激光诱导荧光检测以及电泳电化学检测等^[4]。其中，化学发光法会对一个系列的化合物做出反应，而不是针对单个的某一化合物，并且不同的环境对化学发光法测量有很大的影响，因此选择性和稳定性差；而胶束电动色谱操作复杂。电化学传感器具有灵敏度高、选择性好、样品用量少、构造简单、成本低廉、简便等优点在生物分析中得到迅速的发展。但是由于鸟嘌呤和腺嘌呤存在于双链DNA螺旋结构内部，裸电极直接检测其电流响应很微弱甚至难以捕获^[5]。因此生物样品浓度低以及它们结构的复杂性使鸟嘌呤和腺嘌呤的检测变得具有挑战性，探索一种新的方法使信号放大来增加检测的灵敏度是很重要的。

1.2电化学传感器

1.2.1 传感器概述

传感器是一种将感受的信息以所需信号输出的检测装置，以满足我们所需要得到的信息的存储、处理等要求。

传感器已经运用到现代生活的方方面面，通过将重力转换成信号的传感器可以用于电子秤；将温度和湿度转换成信号的传感器可以用于环境测量；将激光转换成信号输出的传感器可以用作探伤和大气污染物的检测。可以说，从微小的尘土，到浩瀚的宇宙，小到我们生活中接触到的方方面面，大到地球、宇宙的探索，都离不开各种各样的传感器。