童基均[1]2003年在《基于电化学技术的重金属离子的检测和乳酸传感器的研究》文中研究指明电化学分析技术已越来越引起分析者的重视，而其中的电化学传感器由于在生物医学、环境分析领域中的应用拓展已成为当前电化学研究的焦点。开发便携式的、适用于现场检测和便于操作的检测仪器是我们的主要目标。而平面印刷电极技术的出现使得这样的检测系统成为可能。平面印刷技术为大规模生产廉价和重复性良好的电极提供了很好的方法。由于碳材料的可塑性和良好的导电性以及比较低的成本，具备了印刷生产的条件，结合现代丝网印刷技术，可以保证印刷电极的稳定性和一致性。重金属即使在微量存在的情况下对人类也会产生极大的危害，尤其由于他们的不可生物降解性，重金属以各种形态长期存在，所以对他们的检测就变的尤为必要。测量血液中的乳酸的含量非常重要。一方面可以揭示某些疾病的严重程度，另一方面可以指导糖尿病患者适当服用降糖灵，过量服用降糖灵会引起糖酵解，使乳酸的含量升高，引起酸中毒，危及患者的生命。乳酸的检测在运动医学和食品科学中也有广泛的应用。本论文中我们对平面印刷碳电极在重金属离子检测和乳酸检测中的应用进行了广泛研究，开发了基于平面印刷碳电极的电化学离子传感器和电化学生物传感器。并对传感器的检测条件进行研究和优化，对传感器的特性进行评价。同时我们通过对电极过程及其动力学特征的分析，对酶促反应机理的研究，建立酶电极反应体系的动力学模型，仿真、指导我们的研究。我们建立的电极i-t暂态响应模型能够比较真切的反应整个电极反应过程，很好的模拟我们的实验。将新型功能材料应用到传感器的开发能够极大的促进传感技术的发展。碳纳米管是上世纪90年代才被发现的一种碳结构。由于其特殊的结构，纳米碳管修饰电极具有明显的促进生物分子的电子传递作用。我们将平面印刷电极用碳纳米管进行修饰，并进行电化学表征，结果表明经过预处理后碳纳米管对于酶反应体系有很好的催化作用。最后，我们将研制的电极进行污水中重金属离子的检测和临床实验，取得了理想的效果。
平建峰[2]2012年在《基于纳米功能材料的乳品安全和品质快速检测方法与仪器研究》文中认为乳品,含有丰富的蛋白质、脂肪、乳糖、矿物质以及人体所需的各种维生素和氨基酸,被誉为“最为接近人类理想膳食的食物”。人均乳品消费量是衡量一个国家人民生活水平的主要指标之一,乳品产业已成为世界各国发展现代农业的重要组成部分。自改革开放以来,我国乳品产业呈现快速发展之势,现已成为世界上乳业生产增长最快的国家之一。然而其产品安全状况却不容乐观,尤其是近几年,国内乳品行业频繁爆发质量安全事件,使得乳品的安全问题日益严重。除了安全问题,乳品的品质也存在许多问题,如质量不过关、掺假、虚报营养成分等。乳品的安全与品质需要检测方法的评价。传统的乳品检测方法存在着较多不足,如操作复杂、检测对象有限、仪器昂贵等。电化学传感技术由于其所需仪器简单、检测成本低、易于实现现场和在线检测等优点,在生物医学、环境监测、农产品和医药等领域具有广泛的应用前景。如何利用电化学传感技术快速、灵敏、准确检测农产品的有害有毒物质,是当前农产品安全领域中既新颖又极具吸引力的热门研究课题之一。但是传统电化学传感器存在着灵敏度低,响应速度慢以及稳定性差等缺点。近年来,纳米功能材料的出现为解决这些问题提供了新的思路。将纳米功能材料应用到电化学传感器件中,由于其独特的性质可提高传感器件的响应性能,已成为当前研究的热点。本文将纳米技术与电化学传感技术相结合,探索用于乳品安全和品质的快速检测方法。以乳品中常见的有毒有害物质过氧化氢和重金属离子及营养成分抗坏血酸和钙离子作为研究对象,构建了基于纳米功能材料的新型电化学传感器件实现对上述几种对象的快速、灵敏、准确、方便检测。并在此基础上,搭建了基于纳米功能材料的便携式乳品快速检测仪。主要研究内容、结果和结论如下：(1)基于氧化铜纳米颗粒的电化学传感技术用于乳品中过氧化氢残留的快速检测建立了一种基于纳米功能材料的过氧化氢快速检测方法。首先利用化学水相沉淀法制备了氧化铜纳米颗粒,然后将其用于修饰电化学传感器件。为了获得较好的稳定性和抗干扰能力,采用了碳离子液体电极作为基底工作电极,同时为了提高传感器件的重复可用性,本文首次采用了本体修饰法将氧化铜纳米颗粒掺杂在基底工作电极中。实验中,利用电流-时间曲线法测得的响应电流与溶液中过氧化氢浓度之间的线性正比关系,来检测过氧化氢含量。在最优检测条件下,该新型传感器件的分析性能如下：线性响应范围为1.0×10-6～2.5×10-3mol/L,线性回归方程为I(μA)=-0.0667+11.3333C(mM),线性相关系数为0.9990,灵敏度为392.99μA mM-1cm-2,检测下限为0.5×10-6mol/L。同时,该传感器件还具有较高的选择性、一致性、重现性和稳定性。灭菌乳和酸乳中过氧化氢的分析与检测：定性分析采用本文中所研究的新型电化学传感技术与酶催化方法联用,单个乳品样品的定性分析时间约为2min；定量检测采用标准加入法,单个乳品样品的定量检测时间约为20min,分析结果与国标方法(GB23499-2009)相一致,两者之间误差小于5.0%。结果表明,基于氧化铜纳米功能材料的新型电化学传感技术可以实现乳品中过氧化氢残留的快速定性识别和定量检测。(2)基于氧化铋纳米颗粒的电化学传感技术用于乳品中重金属离子的快速检测建立了一种基于纳米功能材料的重金属离子快速检测方法。本文首次制备了基于氧化铋纳米颗粒的电化学传感器件。该传感器件利用碳离子液体电极为基底工作电极,通过本体修饰法将氧化铋纳米颗粒掺杂在基底工作电极中。该电极可以在电极表面钝化或受到损伤时,通过简单的打磨处理后,即可继续使用,且重现性高。实验中,采用方波阳极溶出伏安法同时检测铅离子和镉离子。研究了实验参数对分析结果的影响,得出了重金属铅离子和镉离子检测的最佳参数：电极中氧化铋纳米颗粒的掺杂量为2%、醋酸缓冲液的pH值为4.5,沉积时间为180s,沉积电位为-1.2V。在最优条件下,该新型传感器件的分析性能如下：铅离子的线性响应范围为1.0～100.0μg/L,线性回归方程为I(μA)=-0.0083+0.3346C(μg/L),线性相关系数为0.9924,灵敏度为5.23μA(μg/L)-1cm-2,检测下限为0.21μg/L；镉离子的线性响应范围为1.0～100.0μg/L,线性回归方程为I(μA)=-0.0211+0.4037C(μg/L),线性相关系数为0.9927,灵敏度为5.92μA(μg/L)-1cm-2,检测下限为0.1μg/L。干扰实验表明当溶液中常见金属离子浓度200倍于铅离子和镉离子时,两种重金属离子的响应电流变化小于5%。同时该传感器件还具有较好的一致性、重现性和稳定性。全脂奶粉和婴幼儿奶粉中铅离子与镉离子的检测：利用方波阳极溶出伏安法中铅离子和镉离子的溶出峰电位对乳品样品进行定性分析,单个乳品样品的定性分析时间约为5min；定量检测采用标准加入法,单个乳品样品的定量检测时间约为30min,分析结果与国标方法(GB5009.12-2010和GB/T5009.15-2003)相一致。样品中铅离子加标平均回收率为100.8%,镉离子加标平均回收率为100.5%。结果表明,基于氧化铋纳米功能材料的新型电化学传感技术可以实现乳品中痕量重金属铅离子和镉离子的快速定性识别和定量检测。(3)基于单壁碳纳米管的电化学传感技术用于乳品中抗坏血酸的快速检测建立了一种基于纳米功能材料的抗坏血酸快速检测方法。本文首次制备了基于单壁碳纳米管和离子液体的电化学传感器件。该新型传感器件对抗坏血酸的氧化表现出较高的电催化活性,能在零电位处催化抗坏血酸的氧化。实验中发现利用差分脉冲伏安法检测抗坏血酸时,其氧化峰的电流值与抗坏血酸的浓度成线性正比关系。在最优条件下,该传感器件的分析性能如下：线性响应范围为3.0×10-6～4.2×10-3mol/L,线性回归方程为I(μA)=0.1603+20.1214C(mM),线性相关系数为0.9990,灵敏度为301.92μA mM-1cm-2,检测下限为1.0×10-6mol/L。同时该传感器件还具有较好的选择性、一致性、重现性和稳定性。采用标准加入法对婴幼儿奶粉和果奶中抗坏血酸的含量进行定量检测,分析结果与AOAC推荐的2,6-Dichloroindophenol商定法相一致,两者之间误差小于4.0%,单个样品的定量检测时间为20min。样品中抗坏血酸加标平均回收率为101.1%。结果表明,基于碳纳米管的新型电化学传感技术可以实现乳品中抗坏血酸的快速定量检测。(4)基于石墨烯纳米材料的电化学传感技术用于乳品中矿物质元素钙的快速检测建立了一种基于纳米功能材料的钙离子快速检测方法。本文首次制备了基于石墨烯纳米材料为固态接触层的固态接触型钙离子选择性电极。研究发现采用石墨烯纳米材料作为固态接触型离子选择性电极的固态接触层时,可以显着改进离子选择性电极的稳定性并缩短响应时间。该新型传感器件的分析性能如下：整个线性范围内响应时间(t95%)小于8s,线性响应范围为10-5.8～10-1.8mol/L,线性相关系数为0.9993,响应斜率为29.2mV/decade (±0.3mV/decade),检测下限为10-6mol/L；对五种金属离子(Mg2+、K+、Na+、Li+、NH4+)的选择性系数分别为-4.6,-2.2,-2.8,-2.5,-3.6。水层测试表明石墨烯层与钙离子敏感膜之间无水膜形成。同时研究了溶液中的溶解氧、二氧化碳、氧化还原物质等对传感器件的影响,结果表明上述干扰物质均不会对传感器件的检测带来影响。另外,该传感器件还表现出较高的电位稳定性,持续监测钙离子24h其电位偏移值约为13.7μV/h；较好的电位重现性,连续多次交替测量不同浓度的钙离子溶液时,其电位误差小于1.2%；室温保存叁个月后其分析性能无明显变化。在检测灭菌乳和高钙奶中钙离子时,采用了两种方法即一点标定法和标准加入法,两者检测结果基本一致。同时与国标方法(GB5413.21-2010)相比,误差均在5.0%以内。样品中钙离子加标平均回收率为100.6%。结果表明,基于石墨烯纳米功能材料为固态接触层的新型固态接触型钙离子选择性电极可以实现乳品中矿物质元素钙的快速定量检测。(5)搭建基于纳米功能材料的便携式乳品快速检测仪探索了搭建基于纳米功能材料的便携式乳品快速检测仪的可行性。采用丝网印刷工艺研制了四种低成本、灵敏度高、一致性好的可抛弃传感器件,分别是基于电化学还原石墨烯纳米材料修饰的过氧化氢传感器件,基于氧化铋纳米颗粒掺杂的重金属离子传感器件,基于化学还原石墨烯纳米材料掺杂的抗坏血酸传感器件及基于电化学还原石墨烯纳米材料和钙离子选择性膜修饰的钙离子传感器件。研制的小型化检测仪可以实现十种电化学分析技术且能完成叁种电极体系的电化学分析与检测。便携式乳品快速检测仪由可抛弃传感器件和小型化检测仪组成。该分析仪可以实现多通道同时检测多种分析物或分析多个样品,同时具有体积小便于携带,测量结果准确,精度高,检测速度快,可连续检测等特点。研究结果表明,基于纳米功能材料的便携式乳品快速检测仪可以实现乳品中有毒有害物质和营养成分的快速检测。
周洁[3]2015年在《环境毒物及癌症标志物检测的新型电化学生物传感器研究》文中研究说明随着工农业的快速发展,大量污染物的排放造成严重的环境污染和生态资源破坏,使人类的生存环境和生命健康受到威胁。另一方面,随着人类生活水平的提高,人们的健康意识逐渐增强。疾病是人体健康的主要威胁之一。疾病的早期诊断可以大大缩短治疗时间,提高疾病的治愈率。环境污染和医疗水平与人体健康密切相关,成为了人们日常生活中关注的重中之重。那么,发展环境毒物与疾病标志物的无损、快速、高灵敏分析和检测技术越来越引起研究者的关注。电化学生物传感器是当前生物传感器发展的热点之一,它采用固定化生物分子或生物体作为敏感元件,以电极为换能器,通过检测目标分析物与敏感元件反应引起的电信号的改变,实现对目标物的分析和检测。电化学生物传感器将电化学强大的分析功能与生物识别过程的特异性相结合,具有选择性好、灵敏度高、仪器便携、成本低等优点,现已广泛应用于环境监测、食品安全、生物医药和军事等领域。本论文着力于构建新型电化学生物传感器,并将其应用于环境毒物分析检测以及癌症标志物的检测。本论文主要研究内容和创新性工作如下：1.提出了一种无标记的实时高通量细胞阻抗传感器用于重金属毒性的检测方法我们使用自行设计的高通量细胞阻抗传感器及检测仪器实时监测了重金属Hg2+、Cd2+、Pb2+的肝细胞毒性以及Zn2+对Cd2+的细胞毒性的抑制作用。实验结果揭示了Cd2+、Pb2+和Hg2+的肝细胞毒性大小、作用速度等信息。同时,实验结果表明Zn2+对Cd2+造成的细胞凋亡的拮抗程度是与Zn2+剂量有关的。一定剂量的Zn2+表现出对Cd2+造成的细胞毒性的抑制作用,然而高剂量的Zn2+会增强细胞毒性。Zn2+对细胞的保护作用可能是基于Zn2+的抗氧化特性和Zn2+占据了Cd2+在细胞上的结合位点。本文的结果可为Cd2+中毒的治疗提供一定的参考。综上所述,我们提供了一个高通量的化合物毒性初筛平台,在环境毒物毒性评估和药物筛选等领域有广阔的应用前景。2.提出了一种基于T-Hg2+-T配位的电化学DNA传感器用于Hg2+检测方法本文首先使用纳米金比色法对Hg2+进行检测,对T-Hg2+-T错配及其特异性进行验证,然后提出一种基于T-Hg2+-T配位的电化学DNA传感器检测汞离子的方法。首先将含有若干个胸腺嘧啶的探针DNA通过Au-S键固定在电极表面,利用汞(Ⅱ)离子介导的T-Hg2+-T配对使得固定在电极上的探针DNA与检测DNA发生伪杂交,从而将检测DNA标记的二茂铁引入电化学体系。通过检测DNA上二茂铁的电化学氧化电流,实现了对Hg2+的高灵敏电化学检测。应用该方法可检测到2.7nM的Hg2+,检测范围为5nM-200nM。实验结果还表明该传感器对Hg2+有较好的选择性。3.研究了基于碳纳米管的电化学酶传感器用于软海绵酸毒素快速检测本文将碳纳米管以邻氨基苯酚电聚合的方法修饰在印刷电极表面,然后把蛋白磷酸酶PP2A固定在碳纳米管修饰电极上。利用贝类毒素软海绵酸对蛋白磷酸酶PP2A的抑制作用,以p-NPP为底物,通过检测软海绵酸对PP2A抑制作用引起的酶催化产物p-NP氧化电流的降低对软海绵酸进行分析测定。由于碳纳米管具有良好的理化特性,可以显着改善电极的电化学性能,增加电极对酶的负载量,从而得到高灵敏的检测结果。应用该方法可以检测到0.67μg/L的软海绵酸,比基于酶抑制的比色检测法的检测限低一个数量级,检测范围为1μg/L-300μg/L。此外,我们将此传感器用于加标样本的检测,得到了较高的回收率。4.研究了基于磁珠的电化学免疫传感器用于软海绵酸毒素的高灵敏检测选用羧基磁珠为载体,构建了基于竞争性免疫反应的电化学分析方法。修饰在磁珠表面的软海绵酸与待测溶液中软海绵酸竞争性地与HRP标记的软海绵酸抗体发生免疫反应。形成的磁珠复合物在磁铁作用下被捕获到丝网印刷电极的工作电极上。利用辣根氧化物酶(HRP)的催化作用,使用差分脉冲伏安法,对软海绵酸进行电化学测定。传感器对软海绵酸的检测范围为0.05μg/L-50μg/L,检测下限降低到0.039μg/L。磁珠的使用使实验操作的复杂性降低,检测时间缩短,也减少了样品中其它物质对检测的干扰。实际样品检测结果表明本方法有应用于软海绵酸现场检测的潜力。5.研究了一种高灵敏直接型电化学免疫传感器用于癌胚抗原的检测利用纳米金和蛋白A作为固定抗体的双重放大基质。纳米金比表面积大、良好的生物相容性促使更多的蛋白A吸附在电极表面。蛋白A.可与抗体的Fc段结合,使抗体定向固定在电极表面。癌胚抗原与电极上癌胚抗原抗体形成的免疫复合物阻碍了氧化还原对在电极表面的电子转移。使用循环伏安法和阻抗谱扫描法对癌胚抗原进行检测。其中阻抗谱扫描法更灵敏,检测范围为1pg/mL～100ng/mL,检测限为0.1pg/mL。与文献中报道的同种类型的电化学免疫传感器相比,性能较好。此外,将该免疫传感器用于血清加标样品中癌胚抗原的检测,也得到了较高的回收率。表明本方法在癌胚抗原的临床检测中具有较好的应用前景。
戚鹏[4]2014年在《硫酸盐还原菌的快速检测技术研究》文中研究表明硫酸盐还原菌（SRB）是腐蚀性最强，也是研究最广泛的腐蚀微生物。本论文针对传统SRB检测方法周期长的问题，分别构建了基于生物识别材料伴刀豆球蛋白A、基于SRB生物印迹薄膜材料和基于SRB特征代谢的快速检测方法，实现对海洋环境中SRB的高灵敏度、高特异性检测，扩展了海洋腐蚀微生物快速检测方法，具有一定的应用前景。具体的研究结果如下：（1）构建了基于生物识别材料快速检测SRB的生物传感器。以伴刀豆球蛋白A为生物识别材料，以电化学方波伏安法为检测手段，借助多巴胺分子增强聚合作用将伴刀豆球蛋白A识别分子以及羧基二茂铁电化学信号分子共价修饰到Fe3O4@MnO2纳米材料表面。使用该电化学传感器能够将检测时间缩短至2h以内，同时将检测灵敏度提升3.4倍，检测限降低至40cfu mL-1。（2）构建了基于生物印迹薄膜快速检测SRB的传感器。通过细胞介导法制备SRB生物印迹薄膜实现SRB检测的选择性，以电化学阻抗法为检测手段，引入石墨烯纳米材料提升SRB的吸附平台的导电性，增强检测电流信号。基于生物印迹薄膜快速识别检测SRB克服了生物材料易失活、价格昂贵等缺点，能够在1h内获得SRB种群数量。（3）构建了基于SRB特征代谢过程快速检测SRB的方法。以SRB能够代谢产生硫化物的特征行为切入，构建了基于ZnO/ZnS阵列转化过程、基于ZnS纳米材料光催化性质、基于Thiobacillus thioparus细胞的微生物传感器、基于对巯基蛋白酶活性抑制作用和基于石墨烯催化性质特异性检测SRB的方法。借助纳米材料和生物酶的信号增强作用提高了检测灵敏度，在保证检测选择性的基础上缩短了检测所需时间。
屠丹丹[5]2016年在《基于石墨烯的乳酸传感器研究》文中进行了进一步梳理乳酸是人体内糖类无氧代谢的关键产物,在疾病的诊断和治疗、科学运动管理中有重要意义。因此构建一种可实现快速检测的、低成本、一次性乳酸传感器是很必要的。石墨烯,一种具有超大比表面积的新型纳米材料,表现出高导电性和优良的生物相容性,被广泛运用在高性能电化学传感器的研究中。本文的研究目标就是利用碳糊电极构建一种低成本的乳酸传感器,并在此基础上,利用石墨烯的优良导电性构建一种石墨烯增强的高灵敏度、快速响应的乳酸传感器。本文首先制备了一种以碳糊电极为基底的乳酸传感器。优化了该乳酸传感器的制备、工作参数,并测试了在最优工作参数下该传感器的性能。在最优工作条件下,以碳糊电极为基底的乳酸传感器的灵敏度为1.85μA·mM-1,在1mM-15mM范围内表现出较好的线性性,最低检测限为0.63mM,有较好的一致性、抗干扰性,基本满足了快速床边检测乳酸的检测要求。本文还进一步研制了石墨烯修饰的乳酸传感器。首先,确定了在碳糊电极上修饰石墨烯所用的修饰方法,对该石墨烯修饰方法的操作参数进行了优化,通过扫描电子显微镜、循环伏安法等手段对电极的结构和性能进行了表征,结果表明石墨烯修饰的碳糊电极具有更快的电子传递速度。之后,基于石墨烯修饰的碳糊电极构建了石墨烯修饰的乳酸传感器,完成了传感器的工作参数优化和最优工作条件下的性能测试。经测试,石墨烯修饰的乳酸传感器的具有高灵敏度(2.38μA·mM-1)、较好的一致性和线性性,线性检测范围达到0.5mM-15mM,最低检测限达到0.06mM,可以实现对乳酸的快速检测(10s)。本文最后比较了制备的修饰了石墨烯和未修饰石墨烯的两种乳酸传感器的传感器性能,结果表明修饰石墨烯提高了传感器的灵敏度,缩短了响应时间,改善了传感器的一致性,但是传感器的抗干扰性受到了影响。
杨文韬[6]2016年在《基于智能手机和电化学方法的多元生物传感芯片》文中指出伴随着人们对健康问题的重视和现有医疗资源的匮乏,现场快速检测技术的研究在近年来成为一项热门的研究。电化学技术这门较为古老的学科与智能手机这一划时代性的智能设备相辅相成,为POCT检测提供了全新的思路:电化学方法可以实现快速、灵敏、简便的定量检测,智能手机为检测提供了系统化集成化的平台。研制基于电化学方法和智能手机平台的多元检测芯片,能够帮助人们以较低的成本和较少的操作来实时地了解身体状况。本文中设计了两种检测芯片和两种辅助检测装置。第一种多元检测芯片使用氧化酶电极法和开路电压法,通过氧化还原反应产生工作电极与参比电极之间的电压差,并推导浓度与电压的关系实现了体液中葡萄糖、乳酸、尿酸叁种常见生化小分子的检测。第二种多元检测芯片则使用离子选择电极法和固态伪参比电极技术,在工作电极上制备离子选择性透过膜,并结合金属/聚吡咯电极实现了体液中钾离子、钠离子、钙离子叁种常见离子的检测。两种芯片的结构相似:分为叁层,上下层的基本材料为塑料透明胶片,中间层的材料为疏水性双面胶。芯片内有叁个通道、叁个对应的石墨工作电极和一个公共的银参比电极,可同时检测叁种待测物。两种辅助检测设备通过AD采样获取芯片电极电势差,分别使用USB方法和蓝牙方法两种方式与智能手机通信。智能手机端通过应用软件接收数据,计算出结果显示在屏幕上。检测芯片、辅助检测装置与智能手机叁者构成了朴素的现场快速检测系统,该系统成本低廉,易携带,易操作,为患者日常自我检测提供了极大的便利。
常定明[7]2015年在《重金属离子在微生物燃料电池阳极中的行为》文中指出微生物燃料电池(Microbial fuel cells, MFCs)是一种可以将有机物的化学能直接转化为电能的新型技术。重金属离子对MFCs的产电性能具有重要影响,例如对阳极产电微生物的毒性作用,对阳极过程的促进作用,以及参与阴极过程等。本文研究了MFCs型生物毒性传感器对含汞废水生物毒性的检测方法,研究了铜离子和镍离子在微生物燃料电池阳极中迁移、转化和去除等过程。MFCs型生物毒性传感器可以作为水质安全事故的预警装置,本文利用MFCs型生物毒性传感器对含汞废水的生物毒性进行检测,结果表明：汞离子浓度与MFCs输出电压的抑制率成正相关,相关系数为0.9776；当外电阻为25-35Ω时,最低检测限为0.5mg/L,最大抑制率为21.74%。外电阻越小,MFCs检测生物毒性的灵敏度也越高,响应时间越短,检测限越小；然而,外电阻太小,则不利于MFCs的长期稳定运行。分析认为,MFCs生物毒性检测器检测生物毒性时,最佳外电阻选择范围为0.5 R内-0.7 R内。以铜离子(Cu~(~(2+))/Cu标准电极电位为+0.34 V)为研究对象,研究了铜离子在MFCs阳极对产电性能的影响,其形态转化、迁移及去除机制。当铜离子浓度低于19.44 mg/L时,MFCs输出电压高于空白组,结果表明低浓度铜离子可以促进MFCs的产电性能。当铜离子浓度在20～100 mg/L时,产电性能开始下降,但MFCs输出电压稳定在0.5 V以上。铜元素质量分布研究结果表明,15-21%的铜离子在生物膜上形成铜单质,60～75%的铜离子与溶液中的硫离子和磷酸盐生成硫化铜和磷酸铜沉淀；铜离子在MFCs的阳极被去除,几乎没有迁移到阴极室。还原生成的铜单质加强了电子传递而提高了MFCs的产电性能。铜离子的去除机理主要为生物吸附和化学沉淀。以镍离子(Ni~(2+)/Ni标准电极电位为-0.23 V)为研究对象,研究了其在MFCs中阳极的行为,包括去除效率,产电性能,迁移和分布。结果表明：镍离子也可以通过MFCs的阳极去除。在镍离子浓度为2.93-8.80 mg/L时,可促进MFCs的电压输出；在镍离子浓度为2.93～58.67 mg/L时,外电阻为5000Ω时,MFCs的输出电压稳定在0.6 V以上；镍离子的去除机理主要为化学沉淀过程(质量分数高达为93%),包括阳极沉淀比例为75.5%,阴极沉淀比例为15.0%左右。
喻鹏[8]2011年在《用于检测重金属离子电化学传感器的研究》文中提出本文以电化学分析为技术手段,研究制备出一次性电化学传感器。制备出的一次性电化学传感器具有成本低廉、性能优良、重现性好等优点,十分适合用作在线分析检测的工作探头,为新型的仪器开发奠定了良好的研究基础。本文首先研究了电化学分析手段测定痕量汞方法的改良。直接采用传统的工作电极——玻碳电极测定汞难以达到我们需要的精度,不能满足实际测定的要求,通过对玻碳电极进行表面化学修饰,增强了电极表面和汞离子的键合效率,从而有效地提高了沉积的效率,使测定的灵敏度更高,检测限更低,测定痕量汞的线性范围为2.0～20.0μg/L,检测的最低浓度为2.0μg/L,线性回归方程为y=0.0167x+0.0579。接着分别采用汞膜修饰玻碳电极和铋膜修饰玻碳电极对铜的测定进行了对比研究,结果表明,原位镀汞溶出伏安法测量铜的最低浓度为4.0μg/L,线性范围为4.0-200.Oμg/L,回归方程为y=0.0539x+0.0753,同位镀铋溶出伏安法测量铜的最低浓度为20.0μg/L,线性范围为20.0-200.0μg/L,回归方程y=0.0788x+0.7564。汞膜电极的测定铜的效果更好,但考虑到铋膜电极已能达到我们的测定需求,以及汞膜电极会对环境造成二次污染,得出铋膜电极可以取代汞膜电极,成为新型的环保型电极。在以上的电化学分析研究基础上,着手研究一次性电化学传感器。通过对比研究丝网印刷工艺和热压成膜工艺制作的一次性电化学传感器,发现热压成膜工艺制作的传感器表面更加致密和均匀,表面更加光滑和洁净,能同时测定铜、铅、镉、锌四种重金属离子,测定的最佳条件为：在0.2mol/L的HAc-NaAc(pH=5)的缓冲溶液中,富集时间选为300s,采用线性扫描溶出伏安法进行测定,检测限可达到ppb级。
徐守江[9]2011年在《构建基于纳米材料的电化学生物传感器》文中研究指明自从微观特别是纳米尺度上材料诞生以来,对它们的研究及应用一直受到人们的高度关注,并且一直处在高速发展阶段,各种具有特殊功能的新型纳米材料层出不穷,而且对它们的研究和应用领域也在快速的扩展。电化学传感技术由于具有灵敏性好、仪器简单易于操作、可控性好、检测成本低及易于微型化等特点,同样受到广泛关注。如今,人们研究发现：将纳米技术引入到电化学传感领域后,在使得电化学传感技术得到了革命性发展的同时,也促进了纳米技术的变革。基于此,在本论文中,我们研究了具有较高电催化和生物相容性的碳材料和贵金属纳米材料的制备及其在电分析传感领域的应用。(1)在第2章中,我们研究发现双螺旋DNA的磷酸骨架可以作为多价金属离子或复合物的结合位点,并且在结合的过程中,这些多价离子会改变DNA的构象,形成压缩结构。利用这一性质,我们首先让氯金酸盐与双螺旋DNA通过静电力作用形成Au(Ⅲ)一DNA网状结构的复合物；然后,通过化学还原Au(Ⅲ)最终形成的Au.DNA网状结构的纳米复合物。该杂交材料有较高的生物相容性以及电子传导能力,有利于酶的固定。因此,我们将HRP固定在该复合材料上进行电化学研究,发现固载在该复合材料上的HRP表现出良好的直接电化学行为和电催化能力。(2)在第3章中,我们利用碳化技术,制备了具有生物形态的有序多孔碳(OPC),并且通过电沉积技术在OPC的表面和孔穴内沉积金属Pt,形成OPC-Pt复合材料。详细地研究了OPC及OPC-Pt的结构形貌等特征,并通过对其电化学行为的研究发现,该复合材料具有较高的电催化性能并对H202具有明显的电催化活性,因此该复合材料可用于构建非酶传感器。(3)在第4章中,同样以加工好的椴木块为原材料,通过碳化工艺,制备出了具有良好生物形态结构的椴木多孔碳(BBPC).我们利用XRD、红外光谱(FT-IR).扫描电镜(SEM)等研究手段对该材料的微观叁维形态结构进行了详细的研究。同时在电化学实验中,我们意外的发现该多孔碳材料具有良好的酶促催化性能,并可以促进电子传递。另外,动力学研究发现该多孔碳材料对H202有良好的亲和性,这也就进一步证明了BBPC构建非酶传感器的可行性。因此,我们用BBPC代替HRP构建了一个检测H202的非酶电化学生物传感器。实验结果表明,该非酶传感器能够对H202进行快速灵敏的检测,同时具有较宽的线性范围和较低的检测限。(4)在第5章中,我们设计了利用电化学发光技术(ECL)来对蛋白激酶活性及其抑制剂进行高灵敏检测的生物传感器。在共反应剂巯基化叁磷酸腺苷(ATP-γ-s)的共在下,激酶催化磷酸化反应,然后以金纳米粒子为标记,与磷酸化过程中巯基化的磷酸根特异结合。由于金纳米粒子具有高的电导性、大的比表面积以及对鲁米诺(luminol)氧化的高电催化活性,因此可以极大的催化鲁米诺的电化学发光(ECL)信号增强,实现对激酶活性的高灵敏检测。蛋白激酶A(PKA)在人体的诸多生理及新陈代谢过程中发挥着重要作用,因此该酶被作为本研究的模型激酶进行理论上的检测分析。实验结果表明,该ECL传感器对PKA有较低的检测限(0.07UmL-1),宽的线性检测范围(0.07-32U mL-1)及良好的检测稳定性。除此之外,该ECL传感器还可用于激酶抑制剂的量化分析检测。在本实验中,我们测定了PKA抑制剂鞣花酸的IC50,发现该值与用传统分析技术所获得的检测结果相符。同时我们利用酪氨酸激酶抑制剂(Tyrphostin AG1478)重复上述检测过程,发现ECL响应几乎没有变化,这些结果说明ECL传感器可以用于对激酶抑制剂的筛选。(5)在第6章中,通过研究我们首次发现,石墨烯(graphene)可以诱导鲁米诺在正电位(ca.0.05V vs.Ag/AgCl)产生较强而稳定的阴极ECL现象。同时,石墨烯修饰的玻碳电极是构建高性能生物传感器的优良平台。基于以上考虑,我们利用石墨烯修饰的玻碳电极构建了低电位下阴极ECL检测癌症标识物的夹心型ECL免疫传感器。葡萄糖氧化酶(GOx)和检测抗体(Ab2)修饰的金纳米棒(GNRs)作为该传感器的生物探针。功能化的石墨烯能够促进电极表面的电子转移；同时由于其大的比表面积,因此用于固载捕获抗体(Ab1)；功能化的GNRs不仅作为酶和抗体的固定载体,其自身对鲁米诺的ECL也具有增强作用,另外固载其上的GOx在反应体系中含有葡萄糖和氧气时,通过催化底物反应又可以进一步增强ECL信号。在以前列腺抗原(PSA)作为研究模型的条件下,我们所构建的低电位ECL免疫传感器对PSA能够进行高灵敏、专一性的检测,获得的线性检测范围为10pgmL-1-8ng mL-1,最低检测限为8pg mL-1,同时具有较高的稳定性和重复性。而且该传感器还被用于对10种不同PSA浓度的临床血清样品进行检测,分析结果与标准试剂盒检测获得结果进行对比发现,所构建的ECL免疫传感器可直接用于临床诊断分析。
唐碧玉[10]2008年在《电分析技术用于微生物和生物生化过程动力学研究》文中研究表明压电体声波传感技术因具有灵敏度高、响应谱广、易于实现数字化、结构简单和成本低廉等独特优点而被广泛应用于分析化学、生物化学、环境监测、生命科学及分子生物学等众多领域。电化学方法,尤其是溶出伏安法,由于具有使用费用低、易于操作、选择性良好、灵敏度高等优点,被广泛用于金属离子的痕量分析。本文利用压电体声波传感技术对溶液中粘度、密度的响应以及溶出伏安法对金属离子灵敏的检测性,对几个新体系中微生物和生物生化过程的动力学开展了以下几方面的研究工作:1.根据微生物生长过程中体系的粘度和密度的改变,首次采用压电阻抗分析技术考察了在突变剂NNK存在的条件下茶多酚抑制鼠伤寒沙门氏营养缺陷型菌株TA100突变生长的动力学过程。通过考察茶多酚用量与生长动力学参数(A、μm和λ)之间的关系,建立了一个反映茶多酚对由NNK引起的TA100突变生长抑制作用的阻抗响应模型。2.根据巯基乙磺酸钠(MES)修饰金电极结合阳极溶出伏安法可监测大分子污染物存在下的重金属离子的特性,首次采用方波阳极溶出伏安法测定了非活性铜绿假单胞菌菌体同时吸附Cd~(2+)和Cu~(2+)过程中自由金属离子的含量。基于电化学检测结果,研究了吸附的动力学过程和吸附平衡。通过非线性拟合,对Cd~(2+)和Cu~(2+)在单独存在和共同存在两种情况下与铜绿假单胞菌结合的动力学参数和最大吸附量进行了讨论。3.首次使用压电阻抗-紫外可见分光光度联用技术对茶多酚抗菌过程的动力学进行了研究。基于这种联用技术所得结果,建立了抗菌过程中微生物生长的阻抗响应模型和茶多酚自身代谢的动力学模型。通过非线性拟合,获得了相应的动力学参数。此外,还对铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌混合体系中微生物生长过程的动力学进行了讨论。4.基于人血清白蛋白的变性及复性过程会引起压电石英晶体传感器表面的密度/粘度变化的特性,首次利用HSA / Au纳米粒子和1,6-己二硫醇修饰的PQC传感器对尿素诱导人血清白蛋白变性及其通过EDTA复性过程的动力学进行了研究。通过拟合实验数据,得到了相应的压电响应模型和动力学参数。
参考文献：
[1]. 基于电化学技术的重金属离子的检测和乳酸传感器的研究[D]. 童基均. 浙江大学. 2003
[2]. 基于纳米功能材料的乳品安全和品质快速检测方法与仪器研究[D]. 平建峰. 浙江大学. 2012
[3]. 环境毒物及癌症标志物检测的新型电化学生物传感器研究[D]. 周洁. 浙江大学. 2015
[4]. 硫酸盐还原菌的快速检测技术研究[D]. 戚鹏. 中国科学院研究生院（海洋研究所）. 2014
[5]. 基于石墨烯的乳酸传感器研究[D]. 屠丹丹. 浙江大学. 2016
[6]. 基于智能手机和电化学方法的多元生物传感芯片[D]. 杨文韬. 东南大学. 2016
[7]. 重金属离子在微生物燃料电池阳极中的行为[D]. 常定明. 华东理工大学. 2015
[8]. 用于检测重金属离子电化学传感器的研究[D]. 喻鹏. 中南大学. 2011
[9]. 构建基于纳米材料的电化学生物传感器[D]. 徐守江. 湖南大学. 2011
[10]. 电分析技术用于微生物和生物生化过程动力学研究[D]. 唐碧玉. 湖南大学. 2008
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