基于石墨烯及金属纳米粒子构建的聚己内酯@聚吡咯纳米纤维膜传感器及其应用

摘要

纳米纤维是指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料，可用于微导线、微光纤材料，新型激光或发光二极管等材料，具有极广泛的应用前景。纳米纤维可以通过静电纺丝的方法制备，采用静电纺丝技术不但可以在较短时间内制备出大量长而连续的纳米纤维，而且制备的纳米纤维具有高孔隙率，高比表面积等优点。聚吡咯(Polypyrrole，PPy)，是一种重要的杂环共轭型导电高分子聚合物材料，拥有良好的导电性能、氧化还原性质、电子传输能力和优异的稳定性等特性。聚吡咯材料若被修饰到电纺制备的纳米纤维膜表面将形成具有空间网状结构和拥有一系列物理化学特性的导电纳米纤维膜。
　　石墨烯是一种单层或多层的碳材料，拥有独特的二维结构，由于其具有良好的导电性，导热性和较大的比表面积而越来越受到人们的关注。金属纳米材料则是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度或由它们作为基本单元构成的金属材料，由于其将金属独特的物理化学性质与纳米材料的特殊性能有机结合起来，因而具有更多其他纳米材料所不具备的独特性质，如较高的催化活性及优良的导电性等。一个值得探索的问题就是将导电纳米纤维膜作为基底并进一步修饰金属纳米粒子及石墨烯是否可以构建性能优良、应用广泛的电化学传感器电极材料。
　　在电化学传感器实际应用中，药物监测及环境污染越来越受到人类的关注。多巴胺作为重要的神经递质在中枢神经系统，内分泌系统中扮演着重要的角色，其作为药物复合物可治疗许多中枢神经系统疾病，例如阿尔兹海默症，帕金森病等。在病理学治疗中，人们需要控制药物过量或不足以确保药物能发挥正常作用，这样就要求在临床诊断上高精度检测多巴胺。利福平是从利福霉素 B得到的一种半合成抗生素，它能抑制细菌DNA转录合成RNA，可用于治疗结核病、肠球菌感染等。对硝基酚作为芳香硝基化合物的一个物种，可用作染料中间体、医药及农药的原料，也可用作酸碱指示剂和分析试剂，它还可以作为乙酰胆碱的抑制剂，但是该物质常常可以导致人体头痛，发烧，呼吸障碍，浓度高时甚至导致人死亡。
　　基于以上论述，本硕士论文工作立足于制备电纺纳米纤维膜并在其表面修饰石墨烯及金属纳米粒子，探索所构造电化学传感器对多巴胺(DA)，利福平(RIF)及对硝基酚(p-NP)的电化学催化、检测及实际应用研究。本论文主要包含以下三方面工作：
　　(1)通过静电纺丝技术，氧化还原方法及电化学沉积方法构建的复合物将石墨烯连续的展开并形成二维结构的RGO/PDDA/PCL@PPy材料，所构造纳米纤维薄膜具有良好的柔韧性，可以快速量产，并对神经递质多巴胺(DA)在4μM to690μM具有良好的检测性能及较低的检测限，检测限为0.34μM，同时具有非常好的重现性及稳定性，该传感器被尝试应用于临床尿液及多巴胺注射液检测。
　　(2)通过静电纺丝及电沉积方法构造了二位结构的AuNPs/RGO/PCL@PPy纳米复合物，将石墨烯良好的导电性及金纳米粒子优良的电催化性能结合在一起，该纳米材料被修饰到玻碳电极的表面后所构建的电极对对硝基酚具有较低的检测限及较宽的检测范围，检测范围是80 nM to800μM，最低检测限为3.0 nM，该传感器可以在邻硝基酚存在干扰时灵敏地检测到对硝基酚。
　　(3)联用静电纺丝及电化学方法制备了NixOy/RGO/PCL@PPy纳米纤维传感器，该传感器对利福平在2-370μM具有很好的检测线性性能及灵敏度，最低检测限是0.2μM(S/N=3)，重现性及稳定性是其突出优点。该传感器在实际样品利福平滴眼液得到了应用验证。

目录

第一章 绪论

1.1石墨烯的简述

1.2 金属纳米材料的概述

1.3 聚合物纳米材料的概况

1.4 静电纺丝的简述及其应用

1.5 对多巴胺，对硝基酚及利福平的研究背景

1.6本研究工作的设想及创新点

第二章 基于石墨烯修饰的聚己内酯@聚吡咯纳米纤维膜的电化学传感器及在多巴胺检测上的应用

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与谈论

2.4 结论

第三章 金纳米粒子/石墨烯修饰的聚己内酯@聚吡咯纳米纤维导电膜的构建及对对硝基酚的选择性检测

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 结论

第四章 氧化镍/石墨烯修饰的聚己内酯@聚吡咯纳米纤维导电膜的利福平传感器

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 结论

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士期间研究成果

致谢

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