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摘 要

纳米空心棒作为一种新的纳米结构，其一个明显的特征就是具有很大的内部空间及厚度在纳米尺度范围内的壳层。这种特殊结构使它可作为客体物质的载体，从而在医学和制药学领域应用范围很广。近年来，研究发现一些纳米材料具有酶的活性，已被用于制备无酶生物传感器，金纳米粒子（Au NPs）在生物分子检测中能够加速电子转移，提高电极导电性以及具有良好的生物相容性，越来越多的研究者尝试利用金来对过氧化氢（H₂O₂）进行测定。

本文利用上述原理制备出了空心金纳米棒，并将其应用于构建无酶的H₂O₂电化学传感器，研究了空心金属纳米材料对H₂O₂的催化性能。在最佳的检测条件下，该无酶传感器对H₂O₂的线性范围为0.04 mM-40 mM，检测限是0.02 mM。用于实际的样品的检测，结果满意。

关键词：纳米材料；空心金纳米棒；无酶过氧化氢传感器

A non-enzymatic hydrogen peroxide electrochemical sensor based on hollow gold nanorods

Nano hollow rod as a new nanostructure, which has a distinct feature is a great thickness of the shell and the internal space in the nanoscale range. This special structure makes the object can be used as a carrier material, which is very wide in the field of medical and pharmaceutical applications. Recent studies have found that some enzyme activity nanomaterials, no enzyme has been used to prepare the biosensor, gold nanoparticles (Au NPs) in the detection of biological molecules to accelerate electron transfer and improving conductivity of the electrode has a good biological compatibility resistance, a growing number of researchers tried to use gold to be measured against hydrogen peroxide (H₂O₂).

This study uses the principle of the hollow gold nanorods prepared and applied to build non-enzymatic hydrogen peroxide electrochemical sensor to study the catalytic properties of hollow metal nano-materials for hydrogen peroxide. Under optimal assay conditions, the non-enzyme sensor for hydrogen peroxide without linear range of 0.04 mM-40 mM, the detection limit was 0.02mM. Used to detect the actual samples with satisfactory results.

Keywords: Nanomaterials; Hollow gold nanorods; Non-enzymatic hydrogen peroxide

目 录

摘 要 I

第一章 文献综述 1

1.1 前言 1

1.2空心金纳米棒 1

1.2.1纳米粒子的简介 1

1.2.2空心金纳米棒概述 1

1.2.3空心金纳米棒的制备 2

1.3空心金纳米棒在生物传感器上的应用 3

1.3.1生物传感器的概述 3

1.3.2生物传感器的结构 4

1.3.3 生物传感器的原理 4

1.3.4生物传感器的应用 4

1.4本课题研究的主要内容和意义 5

第二章 空心金纳米棒及其传感器的制备 7

2.1前言 7

2.2实验部分 7

2.2.1实验仪器 7

2.2.2实验试剂 7

2.2.3银纳米棒的制备 7

2.2.4空心金纳米棒的制备 8

2.2.5生物传感器的制备 8

第三章 结果与讨论 9

3.1空心金纳米棒的结构形态表征 9

3.2电化学表征 11

3.2.1 裸玻碳电极的循环伏安图 11

3.2.2 不同修饰电极的电阻抗谱图 11

3.3实验条件的优化 12

3.3.1 电位的优化 12

3.3.2 pH的优化 12

3.4空心金纳米棒对H₂O₂的催化性能 13

3.4.1空心金纳米棒的催化性能 13

3.4.2 检测范围与检测限 14

第四章 结论与展望 16

4.1结论 16

4.2展望 16

参考文献 17

致 谢 19

第一章 文献综述

1.1 前言

纳米科技的发展为分析化学的发展提供了一种新的机遇，纳米颗粒可以广泛地应用于电化学生物传感器中敏感分子的固定、信号的检测和放大，使得传感器的检测灵敏度大幅提高，检测的反应时间得以缩短，并且可以实现高通量的实时检测，为电化学传感器的发展提供了新的研究途径和巨大的空间，广泛的应用于生命科学领域的检测。

纳米金颗粒是研究最早，在生物传感器（如DNA生物传感器、酶电极等）中应用最广泛的纳米颗粒之一。纳米电化学传感器法检测H₂O₂不仅具有反应快，灵敏度高的优点，而且使用方便，消除干扰和提高重现性将继续是研究的重点。在对H₂O₂传感检测方面，因为传统酶电极存在制备过程复杂，且酶作为具有活性的生物大分子，对外界条件的变化比较敏感，容易失活变性，影响传感器的测定结果的准确性，因此发展无酶传感器是重要的研究方向之一。

1.2空心金纳米棒

1.2.1纳米粒子的简介

纳米材料是纳米科学技术的重要基础，是指基本单元的颗粒或晶粒尺寸至少在一维上小于100 nm的材料^[1]。纳米材料可分为两类：即纳米超微粒子和纳米固体材料。具有颗粒尺寸为1～100 nm 的超微粒子材料叫做纳米超微粒子材料；由纳米超微粒子组成的固体材料叫做纳米固体材料。广义的纳米材料是指三维尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。其中零维纳米材料，如纳米颗粒。一维纳米材料，如直径为纳米量级的细丝、碳纳米管；二维纳米材料，如厚度为纳米量级的薄膜或多壁膜等。

1.2.2空心金纳米棒概述

空心金纳米棒是一种棒状金纳米材料，其在结构上分为纵向和横向部分，纵向和横向部分的长度比称为长宽比。空心金纳米棒还是一种生物相容性较好的纳米材料，通过静电吸附进行共价耦合。空心金纳米材料在电磁传感、光学吸收、生物纳米材料、生物传感和药物传送以及纳米材料组装等方面都有着潜在的应用价值，已成为近年来纳米材料领域里的研究热点。

将金纳米粒子组装在基体电极表面，形成纳米超结构电极，然后固定酶和蛋白质^[2-6]，制备的电化学传感装置，是非常有前景的传感器发展方向。

1.2.3空心金纳米棒的制备

空心结构的金属纳米粒子往往比较难以合成，通常的方法有两种。

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