郭薇[1]2013年在《纳米半导体材料对新型薄膜太阳能电池性能影响的研究》文中认为第三代新型薄膜太阳能电池由于其制作工艺简单、环境友好、成本低廉,因此是最具有发展潜力的太阳能电池之一。经过研究者们的长期研究和探索,其能量转换效率已达到了10-12%。但是为了实现产业化,此类薄膜电池的性能尚待进一步提高。因此,如何提高电池的光电性能仍然是研究的热点和重点。本论文以开发高效氧化物光阳极半导体和无毒、低成本的无机半导体光敏剂材料及电池为目的,制备了一系列高效TiO2及其氮掺杂改性、多壁碳纳米管复合材料和SnO2、Zn2SnO4光阳极材料,将其应用于染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cells, DSCs)中,取得了良好的光电性能；采用简易化学法合成了无毒、低成本无机半导体光敏剂SnS,将其应用到量子点敏化太阳能电池(Quantum-dot sentizied solar cells, QDSCs)(?)全固态新型无机-有机异质结太阳能电池(Inorganic-organic heterojunction solar cells, HSCs)中,并对电池进行了性能优化和结构改进。首先对DSCs(?)TiO2基半导体光阳极进行高效化研究,对纳米TiO2进行结构调控、性能优化和氮掺杂改性,研究这些材料在DSCs中的应用、性能和电子传输机理。通过水热法和阳极氧化法制备了纳米晶TiO2、多级介孔TiO2微球和TiO2内米管阵列,将其应用到DSCs光阳极中,最终使DSCs的能量转换效率达到10%以上。其次,通过干法和湿法制备了一系列高性能氮掺杂改性的TiO2-xNx内米晶光阳极,使DSCs的能量转换效率提高了10%以上。同时考察了氮掺杂的起始原料、氮源类型、氮掺杂含量对TiO2-xNx光阳极性能的影响。结果表明,起始原料对氮掺杂含量具有明显影响；不同氮源和合成方法对TiO2-xNx的掺氮方式、比表面积、掺氮量和禁带宽度均有影响。通过强度调制光电流／光电压谱(IMPS/IMVS)和电化学阻抗(EIS)等测试手段,研究了以TiO2-xNx为光阳极DSCs的电子传输行为。研究结果表明,氮掺杂DSCs中电子传输速度加快、电子寿命减小,染料吸附量增大的协同作用使其性能明显提高。最后,利用溶胶-凝胶法合成了一系列多壁碳纳米管(MWCNTs)复合材料,即TiO2/MWCNTs和TiO2-xNx/MWCNTs复合材料,考察了碳纳米管复合光阳极材料对DSCs性能的影响。结果表明,MWCNTs复合材料有助于光生电荷的分离和传输,使电子收集效率增大了20%。制备和研究了两种具有较高电子迁移率的非TiO2半导体材料即SnO2和Zn2SnO4。利用水热法制备了空心球状、海胆状结构SnO2和多级立方体、交联纳米片状Zn2SnO4纳米材料。研究结果显示,不同形貌SnO2勺晶面取向有所差异；具备特殊形貌的SnO2的比表面积远高于普通Sn02纳米粒子,并且这些特殊形貌对长波长区域的光散射效果明显。将它们作为光阳极材料应用到DSCs中,研究了DSCs的光电性能和电子传输机理。研究结果显示,以空心球和海胆结构SnO2为光阳极DSCs勺能量转换效率分别达到了3.93%和3.42%。以多级立方体和交联纳米片状Zn2SnO4为光阳极DSCs的能量转换效率分别达到了5.72%和4.43%。利用阶跃式光致瞬态光电流/光电压谱(SLIM-PCV)对DSCs进行测试和分析,考察了Zn2Sn04-DSCs与TiO2-DSCs在电子传输行为中的差别。研究结果表明,前者的电子扩散系数较大,对光强的依赖性较大。进一步对Zn2SnO4进行表面Ti02修饰,使Zn2Sn04-DSCs勺短路电流密度(JSC)和开路电压(VOC)均得到明显提高,而且使DSCs的电子寿命增大、电子扩散系数降低。对QDSCs进行了新材料的开发,发现了提高QDSCs光电性能的新途径。利用简易化学法制备了低成本、无毒、环境友好、储量丰富的半导体敏化剂SnS,对其晶相结构和物理化学性质进行了表征和分析。将TiC作为新型催化材料引入到QDSCs的对电极。研究结果表明,SnS的晶相结构为锡硫矿,光谱吸收范围为400-550nm。组装了一系列基于SnS敏化光阳极、两种催化材料对电极(Pt, TiC)和三种氧化还原电对(S2-/Sx2-,I-/I3-,T2/T-)的SnS-QDSCs。利用电化学阻抗和塔菲尔极化测试方法考察了两种对电极催化剂与不同氧化还原电对之间的选择性催化关系。研究结果发现,影响催化剂对I-/I3--和T2/T-氧化还原催化性能的因素分别是氧化还原电对在电极表面的扩散和传荷电阻。同时,利用电荷提取技术考察了不同氧化还原电对对SnS的还原再生能力。结果表明,T2/T-对SnS具有较好的氧化还原再生能力,TT-QDSCs电子密度比TS-QDSCs电子密度高一个数量级。这些研究结果表明过渡金属碳化物对电极与有机氧化还原电对对提高QDSCs性能的潜力。设计和构建了全固态新型无机-有机HSCs,以SnS作为无机光敏剂,增强了HSCs器件的紫外-可见光谱吸收；同时将多级TiO2微球结构引入到HSCs光阳极,解决了聚合物空穴传输材料的渗透性和界面接触问题。研究结果表明,SnS-HSCs的能量转换效率达到了2.81%,开路电压高达0.85V。采用四种具有不同形貌的Ti02薄膜电极考察了薄膜结构对聚合物渗透与SnS沉积量的影响及SnS沉积量、受体、表面修饰等对HSCs光电性能的影响。通过莫特-肖特基测试、考察了SnS对TiO2和HSCs平带电位和开路电压的影响。HSCs器件采用全溶液常温制作工艺,简化了工艺条件,降低了生产成本。
李伟[2]2017年在《感光/光阻复合材料及其印刷工艺在显示与触摸屏等领域的应用研究》文中提出印刷电子技术由印刷技术与电子技术结合而生,并随着显示器及触摸屏产业的不断壮大而蓬勃发展。光阻剂(photoresist)及其复合材料作为印刷电子技术的关键材料,应用于多个电子制造领域。未来随着精度、分辨率、集成化、图型的复杂度等要求越来越高,高精度的光刻材料及相应黄光工艺,将成为促进我国电子产业发展的关键因素。本文旨在研制一种UV光固化型负型光刻胶(光阻剂),并结合颜料、量子点、纳米导电材料制成相应复合材料,采用印刷黄光制程进行验证。根据Fedors增量法设计合成一种以甲基丙烯酸、N-苯基马来酰亚胺、甲基丙烯酸异冰片酯以及苯乙烯为原料的四元单体溶液共聚树脂。设计正交实验表,并对其进行FT-IR和GPC表征。按照聚合各单体的溶解度加权平均值控制在10-11(cal/cm3)1/2之间、重均分子量Mw:12000-15000范围,分布率Mz/Mw在2.0以内的原则,筛选出(9)(15)对比(17)号样品,与其他组分配制新型绝缘负型光阻剂,进行DSC表征。在触摸屏上进行光刻实验,并测试性能,在高温(280oC)高湿(93(+2/-3)%RH)条件下透光率为96%,性能高于同类进口产品。选用(15)号黄光树脂,配制成负型光刻胶。经光刻实验制作出5μm线宽线距的线条图型,并由SEM表征。在此基础上使用蒸镀设备在真空腔室内蒸镀一层1.2-1.3μm的单质金薄膜,再用剥膜液剥掉光刻胶及附在表面的单质金;形成5μm线距线宽的pattern,并由三次元金相显微镜进行线路图型的表征。根据锚固超分散理论,将纳米颜料与超分散剂进行合成,制备了红、绿、蓝三色纳米分散浆。用分光光度计测试其色度值,用马尔文粒度分析仪测试其分散稳定性。在此基础上根据CF的色度学和白平衡要求,制备相应坐标的R、G、B三色负型光阻剂,其中黄光树脂使用OC光阻剂当中耐热黄变及像素精度控制良好的第(15)号样品。在黄光工艺线上分别验证R、G、B彩色光阻剂的CD(像素精度)、CD Bias(=CD Loss,像素边缘精度)、Thickness Uniformity(膜厚均匀性)、color gamut(色度坐标)、Profile Analysis(形貌特征)、Defect Analysis(附着力环测),赶超国外同类(如:日本Fuji Flim)彩色光阻剂性能,在备有黑矩阵的玻璃基片上像素排列套刻R、G、B三色光阻剂。对比日本Fuji Film的RGB彩色光阻剂制作的彩色滤光片(60.7%NTSC色域面积),NTSC标准色域面积达到63.7%。为适应低极性溶剂体系合成了一种双酚芴改性丙烯酸黄光树脂(Mw:18398;Mz/Mw:1.9),并且经过GPC和IR的表征;可以与量子点等材料在氯仿类溶剂当中,制作成彩色光阻剂的复合材料,按照彩色光阻剂制造CF的工艺制程制作量子点彩色滤光片,测量通过蓝光LED激发的色饱和度的NTSC标准色域面积达到126.9%。研究使用聚邻苯二胺(PoPD)对纳米金球的分散性能,并通过扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),X射线衍射(XRD),傅立叶变换红外光谱(FT-IR),拉曼光谱(Raman),X射线光电子能谱(XPS),以及紫外-可见吸收光谱(UV-VIS)对该分散微球进行了表征。对于制备的PoPD@Au中空微球,实验确证了Au纳米颗粒成功修饰在了微球表面。利用该微球化学修饰的电极显示出检测性能的提升。由此构成的多巴胺选择性传感器表现出较广的线性响应范围(10至50微摩尔,50至500微摩尔),检测极限为0.1微摩尔。用聚邻苯二胺制备分散性能良好的纳米银浆,使用印刷黄光工艺制成20μm线宽线距的线条,且线条边缘精度控制在1μm之内,通过SEM、BET、金相显微镜、四探针仪等表征手段。其导电性在230℃低温烧结可达到350mΩ/cm2范围。制备了PoPD纳米陶瓷分散浆,由此构成的纳米陶瓷分散系经纳米研磨机处理后,经过SEM表征,初始粒径由0.79μm范围降到200nm;并且其中纳米陶瓷粉的含量达到80%。将分散浆与自制的丙烯酸类高分子黄光树脂的光阻复合成为纳米陶瓷光阻剂;在器件上堆叠的立体套刻过程中,发现立体堆叠受UV辐射能量引起的收缩率变化问题,最后通过添加5%陶瓷粉质量份的纳米碳纤维修正材料的收缩应力系数,实现多层立体套刻工艺,使用丝网印刷加黄光工艺对纳米银光阻和纳米陶瓷光阻剂进行陶瓷基片上的立体套刻光刻工艺。制作8μm厚度的12层套刻后,每一层电极线路是35μm宽。
关桦楠[3]2011年在《高效农药残留物检测酶纳米生物传感器的研制》文中认为长期使用农药引起农产品中农药残留超标,对生态环境和人类健康造成极大危害。有机磷和氨基甲酸酯类农药是最常见的两类农药,也是目前为止仍然最广泛使用的农药,它们是一种神经毒物,会抑制人及动物体内胆碱酯酶活性,引起中枢神经系统功能紊乱,出现中毒症状,以至危及生命。近年来,农药残留问题已经受到了世界范围的关注。随着人们食品安全意识的不断增强,改善农药残留检测技术已迫在眉睫。农药残留常用的检测方法为气相、液相色谱法、质谱法以及波谱法等,通常耗时长、成本高,难以满足现场快速检测的需要。因此,急需研究一些快速、灵敏、便捷的检测方法,将高农药残留的农产品阻挡在市场之外,以杜绝食品安全事故的发生。生物传感分析技术与传统方法相比具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、能在线检测等优点,在环境监测、食品检验等方面得到高度重视和广泛应用。乙酰胆碱酯酶(AChE)生物传感器广泛应用于有机磷和氨基甲酸酯类农药的测定。由于乙酰胆碱酯酶能够选择性的催化底物水解,且其催化活性能被有机磷农药所抑制,利用这一特性可制成用于测定有机磷农药含量生物传感器。为了提高传感器的灵敏度,通常在制备传感器时,在基础电极上修饰某种电化学催化剂,以增强传感器对底物的响应信号。纳米材料具有独特的物理和化学特性,能促进生物分子的活性中心与电极间的直接电子交换,同时最大限度地保持生物分子的活性。因此,将纳米技术应用于生物分子电化学分析研究,有利于创新性地建立一些新理论、新技术和新方法,将是一个很有前景的领域。本文旨在建立快速检测果蔬中有机磷和氨基甲酸酯农药残留的电化学酶生物传感器。试验以玻碳电极作为信号转换器,分别利用纳米氧化锌和纳米氧化硅以及多壁碳纳米管作为电极修饰材料,构建新型生物传感器,并对其电化学性质进行研究。主要研究结果如下：(1)实验中对粗酶液的提取条件进行了研究。采用了Sephadex G-200层析,对鞘翅目昆虫洋虫的头胸部组织粗酶提取液中的乙酰胆碱酯酶进行了分离纯化,并对纯化后的酶液的性质进行了研究。结果表明,洋虫头胸部乙酰胆碱酯酶粗酶的最适提取条件为：pH7.5,Triton X-100浓度为2.0%,按料液比为1：5,4℃下浸提10个小时。采用Sephadex G-200层析纯化粗酶液,AChE的纯化倍数为52.76倍,总蛋白含量2.37 mg,酶比活力达到13.19 OD/(min/mg),酶活回收率为85.67%。纯化后的样品经SDS-PAGE电泳测定其分子量为78.6 KDa。通过纯化后的酶性质研究,确定检测条件为：最佳反应温度为36℃时,抑制时间为35 min。通过敌敌畏抑制试验检测酶的特性,结果表明,敌敌畏在0.2-2μM范围内,AChE抑制率与农药浓度呈良好的线性关系,抑制率等式为I%=(18.38c+11.25)%。当敌敌畏在2-10μM范围内,AChE抑制率与农药浓度呈另一线性关系,抑制率等式为I%=(1.53c+51.66)%。检出限为1.58±0.37μg/L。(2)采用薄膜蒸发-冻融法制备AChE脂质体,通过正交设计优化制备工艺,以鱼精蛋白沉淀法分离脂质体与游离酶。通过计算活性包封率,确定AChE脂质体最佳制备工艺为：根据正交试验结果,确定最佳处方工艺,即卵磷脂与胆固醇的质量比为2：1,(卵磷脂+胆固醇)的质量与AChE的质量之比1：2,冻融时的循环次数为30次,旋转速度为150 rpm,最佳处方工艺制得的5组脂质体的活性包封率的平均值为89.5%。AChE脂质体生物反应器有效平均粒径为7.3±0.85μm,其中85%(体系分数)的生物反应器微粒集中在7μm。AChE脂质体生物反应器表面电势-78.6 mV。AChE脂质体生物反应器相比于同等酶含量的游离酶,具有较高的稳定性。Porin蛋白嵌入磷脂层,构成底物进入通道的同时控制酶的逸出,因为酶的大小无法通过孔道。脂质体内酶的活性根据荧光指示剂的信号强度来测定。通过敌敌畏和西维因抑制试验结果表明,AChE抑制率与农药浓度呈良好的线性关系,检出限分别为1.134±0.29μg/L和1.364±0.35μg/L。(3)采用三电极系统对玻碳电极进行了预处理及活化,实验结果表明,GCE-(CS/ALB)n对底物ATChCl的催化电流值随着组装层数的增多而明显增大,(CS/ALB)多层膜最适层数为5层,(CS/ALB)5同时体现出了较好的稳定性。抑制率与敌敌畏的浓度在一定范围内存在线性关系。在0.25-1.5μM的范围内抑制率回归方程为I%=(24.45c+12.35)%,相关系数R2为0.9981。在1.75-10μM的范围内抑制率回归方程为I%=(1.86c+58.76)%,相关系数R2为0.9914。检出限为0.86±0.098μg/L。(4)采用硅酸钠为硅源,氯化铵为沉淀剂制备纳米二氧化硅。研究了硅酸钠的浓度、乙醇与水的体积比以及pH值对纳米二氧化硅粉末比表面积的影响。利用XRD衍射和扫描电子显微镜对产物进行表征。选用最适体系制备出的纳米氧化硅比表面积平均值为297.3 m2/g,表面电势为-42.5 mV,平均粒径为115.5±1.86 nm。(ALB/SiO2)n最适层数为6。GCE-(ALB/SiO2)6对农药的响应实验结果表明,该电极灵敏度较高且抑制率与农药的浓度在一定范围内存在线性关系。GCE-(ALB/SiO2)6具有较好的重复性和稳定性。(5)将多壁碳纳米管(MWNTs)置于混酸(硝酸：硫酸=1：3)中,利用超声波振荡截短碳纳米管、并使其与羧基链接,而后基于阳离子聚合电解质壳聚糖(CS)和带有阴离子的碳纳米管之间的静电作用,通过层层自组装的模式均匀稳定地形成复合壳聚糖多层膜。GCE-(ALB/MWNTs)n最适层数为6层。在GCE-(ALB/MWNTs)6对农药的响应实验结果表明,农药抑制率与农药的浓度在一定范围内存在线性关系,检出限为0.68±0.076μg/L。(6)采用溶胶-凝胶法制备Al掺杂的ZnO纳米粉体。结合正交设计对各因素进行优化,得到最适制备条件为：醋酸锌浓度为1.5 mol/L,((NH)3C6H5O7浓度为2 mol/L,Al掺杂质量分数1.5%,V(乙醇)：V(H2O)为1.5：1和煅烧温度1200℃。XRD分析和EDS能谱分析表明Al元素已经融合进了ZnO的晶格当中。GCE-(ALB/ZnO)n最适层数为5层。GCE-(ALB/ZnO)5对展现了良好的光电性能,当紫外光与可见光同时存在时,经Al-ZnO修饰的电极具有较高的响应电流。农药抑制率与农药的浓度在一定范围内存在线性关系,检出限为0.76±0.087μg/L(7)将纳米ZnO、MWNTs和纳米氧化硅这三种纳米材料,经过有序的组合构建酶最终获得了以(ALB/MWNTs/SiO2/ZnO)4膜为基础的性能优越的电化学生物传感器。根据新型传感器的性能优化工作条件,即反应体系总体积10 mL,底物反应时间15 min,体系温度36℃,同时伴随光源辐射,反应体系pH值为7.4,农药样品抑制12 min,加入1.25 mM底物,反应15 min。在敌敌畏响应实验中,农药抑制率与农药的浓度在一定范围内存在线性关系,检出限为0.53±0.096μg/L。(8)实验中考察了新型传感器的抗干扰能力和可再生能力,这两方面的特性直接影响着传感器的实际应用。在研究重金属离子、农药以及其他化合物对AChE生物传感器测定时的影响过程中,发现酶纳米复合结构生物传感器在含有重金属离子和不同农药的溶液中基本不受影响,含有抗坏血酸的体系对传感器的影响较大。筛选出三种物质来活化酶传感器可再生的活化物。通过比较选择碘解磷定(2-PAM)作为传感器可再生的活化物。结果表明,所制备的传感器可以重复使用6次,活性仍在80%以上。(9)采用优化好的体系制备酶纳米生物传感器,测定对两类中的8种农药的电化学响应,结果表明8种农药抑制率分别在一定范围内与农药浓度呈良好的线性关系,且具有较低的检出限。利用乙酰胆碱酯酶生物传感器技术,以苹果、小白菜和黄瓜为样品,采用标准加入法进行分析,测定蔬菜水果中有机磷和氨基甲酸酯类农药的残留。酶纳米传感器检测三种果蔬中两类农药残留时,均表现出良好的精确度、重现性和准确性,可以用于实际的检测,且不需要繁琐的样品预处理过程,能够满足快速检测的需要。
万丽娟[4]2010年在《硅纳米线阵列的制备及其在生化传感器中的应用》文中提出硅纳米线以其进入纳米尺度后所具有的独特的半导体性质与发展为各式纳米元件的极大潜力,受到学术界越来越多的关注。在本论文的第一部分中,针对利用“无电电镀”方法制备硅纳米线的形成机制的说法不统一的现状,我们从研究硅纳米线的形成机理入手,通过对无电电镀和伽伐尼置换两个概念的分析,借鉴其他小组的某些观点和经过大量的实验验证,提出一种新的硅纳米线的形成机制。在该机制中,伽伐尼置换过程中形成的金属-绝缘体-半导体(MIS)结构对硅纳米线阵列的形成起到至关重要的作用。MIS结构是一个动态平衡的过程,贵金属离子和HF溶液分别起到增厚和减薄二氧化硅层的作用。第二部分,考虑到以往的硅纳米线刻蚀需要在高温、高压等严苛的实验条件下进行,我们通过对实验条件的改进,在室温、常压等常态的实验条件下,成功地制备了线径均匀和垂直排布于硅衬底的硅纳米线阵列；同时,通过研究各实验条件对形成硅纳米线的影响,得到优化的制备硅纳米线阵列的实验条件。结合实验结果,对硅纳米线形成机理做进一步探讨,证实了第一部分中提出的机制的正确性。第三部分,为了实现硅纳米线阵列在微纳器件中的应用,我们通过把微电子加工工艺与伽伐尼置换相结合的方法,采用氮化硅做掩膜,成功地获得了图形化的硅纳米线。通过在氮化硅抗蚀能力之内,改变刻蚀时间的影响,得到优化的实验条件。另外,利用流体力学理论解释了图形化对形成硅纳米线长度的影响。最后,通过在硅纳米线阵列的表面修饰普鲁士蓝分子,制成了普鲁士蓝/硅纳米线电极,通过在三电极系统中把该电极应用到对过氧化氢的电化学行为方面的研究,发现该电极对过氧化氢有很好的催化响应能力,有制成生化传感器的希望。
孙冲[5]2014年在《抗生物污垢纳米材料的制备及其在全血成分检测中的应用》文中研究说明全血直接检测中的传感器电极表面的生物污染是制约生物医学检测的关键科学问题之一。现有生物传感器在血液中直接应用时,因电极表面与血液直接接触时,容易发生生物污垢而导致传感器电化学响应严重受损,以至于不能满足医疗需求。本论文在分子水平和微纳米尺度上设计并可控合成特定的具有良好抗凝血性能的高分子微纳米材料；研究抗凝血高分子微纳米材料抑制血液成分在电极表面形成生物污垢的普适机制,以及其对所固定生物分子的生物相容性效应,并通过血液特定成分检测试验,对此类表面构建具有良好抗生物污垢性能的高分子微纳米材料的新型生物传感器在全血情况下的电化学性能进行系统的测试与分析。本论文以抗生物污垢高分子微纳米材料的设计与可控制备为主导,以可直接应用于全血样品成分检测的纳米电化学生物传感器的制备为目标,为进一步推动生物医学检测技术的发展进行基础理论研究。主要内容如下：1.通过一步相分离法合成了聚氨酯-Pluronic F127纳米粒子(PU-F127NPs),表征了纳米粒子的形貌、粒径以及组成。并对PU-F127NPs的抗生物污垢性能和蛋白相容性分别作了评价,结果显示PU-F127NPs具有良好的抗生物污垢性能,同时能很好地保持葡萄糖氧化酶(GOx)的活性。将制备的PU-F127NPs修饰到GCE表面,再固定上GOx从而制备出一种新颖的GOx/(PU-F127)/GCE葡萄糖生物传感器,并对这种生物传感器的电化学性能进行研究。进一步将该生物传感器应用到全血中对血液中的葡萄糖进行检测,检测结果表明该生物传感器具有抗生物污垢性能,检测线性范围宽,检测灵敏度良好,同时具有很好的特异性、稳定性和准确性。2.合成了聚吡咯-Pluronic F127纳米粒子(PPy-F127NPs),并对其进行表征。同时评价了PPy-F127NPs的抗生物污垢性能和蛋白相容性。实验结果显示PPy-F127NPs具有良好的抗生物污垢性能。将制备好的PPy-F127NPs修饰到GCE表面,再固定上GOx从而制备出一种新颖的GOx/(PPy-F127)/APTES/GCE葡萄糖生物传感器,并对这种生物传感器的电化学性能进行研究,同时将该生物传感器应用到全血中对血液中的葡萄糖进行检测,检测结果表明该生物传感器具有抗生物污垢性能,检测线性范围宽(0.2-20mM),检测灵敏度良好,同时具有很好的特异性、稳定性和准确性,这些结果均说明了GOx/(PPy-F127)/APTES/GCE生物传感器具有潜在的临床应用价值。3.采用丁二酸酐对超支化聚酯(HBPE)的末端进行接枝改性,得到了羧基化超支化聚酯(HBPE-CANPs),使其从原来的脂溶性高分子变成了水溶性高分子。表征了HBPE-CA NPs的性质。由于HBPE-CA NPs具有活性官能团多,血液相容性良好以及较好的抗生物污垢性能,将其修饰到电极表面,并进一步和凝血酶适配体(TBA)进行结合构建了一种新型的电化学适体传感器。将该适体传感器应用到全血中进行凝血酶的检测,具有宽的线性范围(10fM-100nM)、较低的检测限(0.90fM)、良好的重复性、稳定性、准确性,同时能够实现全血中的凝血酶的灵敏检测。4.将羧基化超支化聚酯(HBPE-CA NPs)通过静电结合到电沉积了CS-Au的电极表面,并将其与全血孵化后评价其表面抗生物污垢性能。进一步在表面接枝了癌胚抗体(anti-CEA),构建了一种新型的电化学免疫传感器,对其电化学性能进行评价,同时将其应用到全血中进行癌胚抗原(CEA)的检测。检测结果表明该免疫传感器能应用于全血中CEA的检测,检测线性范围宽(1fg·mL-1-107fg·mL-1),检测限较低(0.251fg·mL-1),同时具有很好的特异性、稳定性和准确性,这些均说明了该免疫传感器有潜在的临床应用价值。5.合成了聚吡咯-Pluronic F127-金纳米粒子(PPy-F127-Au NPs),对纳米粒子的形貌、粒径和组成进行了分析检测。并对PPy-F127-Au NPs的细胞毒性和抗生物污垢性能作了评价,结果显示PPy-F127-Au NPs具有良好的细胞相容性和抗生物污垢性能。将制备的PPy-F127-Au NPs修饰到GCE表面,再固定上KH1C12适体,发展了一种电化学细胞传感器用于白血病细胞(HL-60)的定量检测。该细胞传感器在复杂的血液环境中也能得到较宽的检测范围(1.0×102to1.0×106cells·mL-1)和较低的检测限(89cells·mL-1),受环境干扰作用的影响很小。同时在修饰PPy-F127-Au NPs的电极表面固定不同的适体,能够特异性检测可与之特异性结合的其他细胞,该方法有望进一步发展成为新型的细胞检测技术,为监测肿瘤及其它疾病进程中的细胞提供了重要工具。
向东亚[6]2008年在《SWCNT-DNA复合物电化学性质研究》文中认为碳纳米管是新型的准一维量子材料,具有优异的力学性能和电学性质。常规方法得到的单壁碳纳米管(SWCNT)成束存在,限制了其进一步应用。在超声作用下单壁碳纳米管与单链DNA(ssDNA)自组装可以得到单根离散的SWCNT-DNA复合物。初步研究表明,SWCNT-DNA复合物具有良好的电化学性质。SWCNT-DNA复合物能牢固地吸附于玻炭电极表面形成一层SWCNT-DNA薄膜,构建该复合物修饰的玻炭电极。循环伏安测试表明,与裸玻炭电极和未分散的SWCNT修饰的玻炭电极相比,该电极的响应峰电流明显增大,而且在一定范围内对不同浓度的铁氰化钾有一个线性响应,表现出良好的灵敏度和稳定性。ssDNA通过缠绕在单壁碳纳米管外壁使其离散,提高电极的有效表面积,同时引入了大量的活性官能团,加快Fe(CN)63-/ Fe(CN)64-氧化还原反应的电子传递,减小了反应的过电位,增强了该电化学反应的可逆性。本论文也研究了SWCNT-DNA膜修饰玻炭电极对过氧化氢的检测性能。由于SWCNT-DNA较大的比表面积、良好的导电性,无须其他催化剂即可实现对过氧化氢的检测。实验表明在一定范围内过氧化氢浓度与电流呈现良好的线性关系,同时此传感器具有响应时间短、灵敏度高等特点。我们还将SWCNT-DNA膜电极浸入葡萄糖氧化酶(GOD)溶液中,发现难以通过吸附作用将GOD固定在SWCNT-DNA复合物上,该修饰电极对葡萄糖的检测不稳定,需要通过其他的方法将GOD固定在电极的表面。这些研究结果表明,在经过DNA杂化改性后,由于其独特的结构和性质,碳纳米管修饰电极有良好的检测性,有很强的应用前景。
谢慧英[7]2007年在《壳聚糖复合材料的制备及其在生物传感器中的应用》文中研究表明壳聚糖是原材料来源丰富的天然高分子化合物，具有良好的生物相容性、成膜性和化学、机械稳定性等优良性能，近年来已广泛应用于应用生物、医药、食品、化妆品等多种领域，其产品开发研究已引起越来越多的国家和研究机构的重视。单纯的壳聚糖作为材料应用有一定的局限性，对壳聚糖进行改性，合成壳聚糖纳米复合材料国内外已经作了大量的研究工作。纳米科学和技术迅猛发展，为纳米材料的应用带来了广阔的应用前景。而在纳米材料的研究中，碳纳米作为纳米材料的重要一员，因其独特的物理、化学和力学等性质，引起了科学家们的极大兴趣。碳纳米管或其它纳米材料与壳聚糖有机结合制备纳米复合材料，不仅能保持壳聚糖所特有的优异性能，而且能得到壳聚糖和纳米材料相互作用时的综合性能，可应用于生物传感和其他功能材料中，是目前研究的热点。本论文主要对壳聚糖及其纳米复合材料的制备和在分析化学领域特别是生物电分析领域的应用做了初步的探索和研究。主要内容如下：1．采用一种简单、可控的电化学沉积方法制备具有三维多孔结构的单壁碳纳米管／壳聚糖／二氧化硅纳米粒子复合膜，用氢氟酸溶液除去二氧化硅粒子后，得到孔径大小均匀的三维多孔单壁碳纳米管／壳聚糖(SWCNTs／CS)复合膜，这种复合膜的厚度可通过调节壳聚糖的浓度和沉积时间来控制，其特性受SWCNTs的浓度、二氧化硅纳米粒子的浓度的影响。这种三维多孔结构的复合膜具有良好的微生物环境、比表面积大、孔隙率高，有利于电子传输速度和提高酶的负载量，用戊二醛交联法将葡萄糖氧化酶固定在三维多孔杂化膜中，构建一种新型葡萄糖生物传感器。该传感器具有响应快速(达到稳定电流所用时间＜5s)、线性范围宽(10μM-35mM)和检测限低(2.5μM)的特点。2．利用电沉积方法对普鲁士蓝和壳聚糖／二氧化硅纳米粒子复合膜进行组装，用刻蚀法除去二氧化硅粒子，制备出孔径大小均匀的三维多孔壳聚糖／普鲁士蓝膜，这种三维多孔膜具有良好的微生物环境、比表面积大、孔隙率高，有利于负载更多的葡萄糖氧化酶，从而构建了一种灵敏度高、稳定性好、响应时间短、检测范围宽的葡萄糖生物传感器。3．将二茂铁(Ferrocene，Fc)分子通过非共价键合的方法修饰到单壁碳纳米管(SWCNTs)表面形成Fc／SWCNTs纳米复合材料，用红外光谱方法对Fc／SWCNTs进行了表征，结果表明Fc不仅能快速、有效地修饰到SWCNTs表面，而且还能有效地改善Fc和SWCNTs在水溶液中的分散性能。将复合材料和聚阳离子壳聚糖共同修饰在电极表面，表现出传递电子快速的特点。将制备的复合材料与葡萄糖氧化酶结合，制备了以二茂铁作为电子媒介体的葡萄糖生物传感器。探讨了制备Fc／SWCNTs复合材料中Fc和SWCNTs的浓度等因素对电极响应的影响，考察了电极的重现性、抗干扰能力及使用寿命。实验表明，该传感器在0.1mM～2.6mM范围内葡萄糖浓度与电流呈良好的线性关系，检测限为6.8μM；达到稳定电流所用时间＜3s；米氏常数为2.28mM，表明所固定的酶具有较高的生物活性。4．采用非共价键合的方法制备了二茂铁／单壁碳纳米管复合材料，用紫外光谱方法对Fc／SWCNTs进行了表征。将复合材料和壳聚糖修饰在玻碳电极上并将其用于固定辣根过氧化物酶，以Fc为电子媒介体制得的过氧化氢传感器。SWCNTs的存在大大提高了复合材料的传递电子能力，且复合膜中的壳聚糖提供了很好的微环境来保持酶的生物活性。实验中讨论了复合材料浓度、酶的量、工作电位和pH值对传感器的影响。该传感器在1μM～2.3mM浓度范围内有线性响应，最低检测限为0.68μM；达到95％稳态电流所用时间少于5s，该传感器的米氏常数为0.9mM。传感器有效消除了抗坏血酸等共存物质的干扰，实验结果表明，该传感器具有很好的分析性能和稳定性。
王彩琴[8]2016年在《Au-基复合材料的制备及其在醇类电催化氧化以及生物小分子检测中的应用》文中认为虽然传统观念认为Au是化学惰性的,没有催化活性,但人们后来发现,纳米尺寸的Au粒子对很多反应都有催化效果,如CO氧化、氧还原、醇类电氧化等。其中,由于小分子醇类有巨大的潜力作为燃料用于直接醇类燃料燃料电池,因此,世界上越来越多的研究者们开始研究Au催化剂及其对小分子醇类如甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇等的电催化氧化。Au作为催化剂应用于燃料电池具有一定的优势,比如,在碱性条件下Au基催化剂反应动力学通常都较高,有时甚至能超过Pt;在醇类电催化氧化反应中,Au基催化剂对于反应中间产物的抗毒化性能也较高。与此同时,为了更进一步提高Au基催化剂的性能,研究者们也致力于将Au催化剂与其他金属、金属氧化物或碳材料载体等复合,制成Au基复合催化剂材料,广泛用于醇类电催化氧化的理论研究。另一方面,纳米金具有很好的稳定性和生物相容性,也被广泛应用于生物传感器领域等。Au的氧化还原电位很高,具有极强的夺电子能力,因而当Au纳米材料作为生物传感器时,易于与生物分子发生电化学变化,具有很高的生物传感敏感性。很多研究者将Au纳米粒子应用于生物小分子如多巴胺、抗坏血酸、尿酸等的检测。本论文选择Au前驱体盐为原材料,通过化学方法或电化学方法,分别将Au纳米粒子与金属氧化物、石墨烯、Ag纳米粒子以及PEDOT导电高分子等复合,制得了不同载体负载的Au基复合催化剂,研究了Au基复合催化剂对小分子醇如乙醇、异丙醇的电催化氧化,以及对多巴胺、抗坏血酸、尿酸的电化学检测。主要研究内容如下:(1)通过化学方法分别制得了三种不同的纳米氧化物ZnO、MnO2和TiO2,并将它们分别与Au纳米粒子复合制成电极,研究和比较了三组不同的Au基复合催化剂对乙醇的电催化氧化性能。同时,还与纯Au粒子制成的电极的催化性能进行了比较。循环伏安曲线、计时电流曲线等结果表明,Au-ZnO/GCE电极对乙醇氧化的催化活性最高,Au/GCE电极其次,而Au-MnO2/GCE、Au-TiO2/GCE电极的催化性能则比Au/GCE电极要低。(2)用层层组装的方式,结合电化学方法成功制备了Au0.5/RGO/Au0.5/RGO/CF电极。SEM结果表明所制备的电极具有3D结构。对乙醇氧化的电化学实验结果表明,Au0.5/RGO/Au0.5/RGO/CF电极对乙醇氧化有很好的催化性能。通过一系列对比实验,讨论了促进Au0.5/RGO/Au0.5/RGO/CF电极电催化性能增强的可能的影响因素,阐述了Au粒子的分散、RGO膜、电极的3D结构等在电催化过程中可能起到的重要作用。(3)通过简单的电沉积与化学置换反应相结合的方法制备了一系列Ag@Au催化剂Ag@Au10、Ag@Au20、Ag@Au40以及Ag@Au60。电极形貌和结构的表征结果表明,通过部分置换反应得到的Ag@Au40具有核壳结构,粒子表面还有大量相互交错的纳米针状结构。同时运用循环伏安法、计时电流法以及电化学交流阻抗等电化学方法考察了电极对乙醇氧化的电催化性能。电化学实验结果表明,与其它Ag@Au/CF电极相比,Ag@Au40/CF电极对乙醇电氧化的催化性能最好,甚至比JM-Pt/C还要高。这可能是由于Ag@Au40的特殊结构增大了催化剂的表面积,同时还促进了不同结构间的电子传递,进而增强了电极对乙醇氧化的电催化性能。(4)合成了具有纳米网状结构的PEDOT聚合物,并以之为支撑材料负载Au纳米粒子。Au纳米粒子的平均粒径为3.23 nm,它们紧密附着并分散在PEDOT纳米网状结构上。我们还研究了Au-PEDOT/CC电极分别对乙醇和异丙醇电催化氧化的催化性能。结果表明,Au-PEDOT/CC对乙醇和异丙醇电催化氧化表现出相对较好的催化性能。这可能归因于催化剂的特殊结构:PEDOT聚合物分子中的共轭结构、紧密负载的Au纳米粒子以及催化剂的3D网状结构不仅有效增加了催化剂的活性面积或活性位点,也增强了电极与电解质溶液以及电极催化剂材料之间电子的传递,从而增强了电极的催化性能。(5)通过简单的电化学方法制得了Au/RGO/GCE电极,并将其用于抗坏血酸(AA)、多巴胺(DA)和尿酸(UA)的检测。对比实验结果表明,与RGO/GCE和Au/GCE电极相比,抗坏血酸、多巴胺和尿酸这三种物质在Au/RGO/GCE电极上的氧化峰可以很轻易地辨别出来,并且这三种物质的检测峰电流与浓度在一定范围内表现出较好的线性关系:2.4×10-4–1.5×10-3 M(AA)、6.8×10-6–4.1×10-5 M(DA)、8.8×10-6–5.30×10-5 M(UA);对这三种的物质的最低检测限(S/N=3)分别为:5.1×10-5 M(AA)、1.4×10-6 M(DA)、1.8×10-6 M(UA)。此外,Au/RGO/GCE电极还表现出很好的抗干扰性、稳定性以及重复性。
陈雪皎[9]2012年在《金纳米粒子在传感器中的应用探索》文中研究指明金纳米粒子是当前的热门研究课题之一,以其独特的电学、光学性质及生物相融性,受到了物理、化学及生命科学等相关领域的广泛关注。本文采用氯金酸还原柠檬酸钠法制得金纳米粒子,该制备步骤简单、成本低廉,并成功地将其应用于不同传感器进行探索研究。在本论文的第一部分中,主要介绍了金-聚合物核壳材料的制备及其在湿度传感器中的应用研究。通过对金-聚合物核壳材料的湿度敏感机理和电容式湿度传感器工作原理的分析,提出了用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)包裹金纳米粒子(Au)制成核壳型的湿敏材料Au-PVP,并将其引入插指电极中制作成电容式湿度传感器。通过自行设计的湿度测试系统,对该传感器的各项湿度特性参数进行了测量研究。实验分析表明,Au-PVP电容式湿度传感器对水蒸汽具有良好的敏感特性,其灵敏度为-136Hz/%RH,且具有较好的线性度；重复性和稳定性较好,信号输出的最大波动率不超过2.2%：可在11.3%RH至93%RH的相对湿度环境范围内工作,响应时间在2min以内；具有一定的湿滞效应,但滞回较小,其最大滞环率仅为2.6%,在可接受范围之内。总之,Au-PVP电容式湿度传感器制备过程简单、成本低廉、与传统的IC工艺兼容,加上良好的湿度敏感性能,将在湿度传感器领域具有一定的研究和应用价值。第二部分中,主要介绍了微纳间隙-金电极的设计、制备及其在DNA电学检测中的应用研究。通过对硅氧化理论的分析,巧妙地设计了用微米级的光刻技术和热氧化工艺来实现电极间隙从微米向纳米尺度转换。通过版图设计和工艺实验,成功制得了亚微米间隙-金电极,并对其进行了形貌和电学性能表征。实验结果表明,不同的电极形状,氧化效果不同,其中平对平形状的电极氧化效果最佳,其间隙宽度从1.4μm缩小到500nm,且具有良好的绝缘性能。然后,将制备的平对平电极阵列(即插指型电极)用于DNA的电学检测,三种插指型电极的间隙宽度分别为1.8μm、1.3μm和600nm。通过比较裸电极、单链DNA固定后的电极、双链DNA杂交后的电极这三种情况的Ⅰ-Ⅴ特性曲线,可以发现只有在与匹配的目标DNA杂交后,三个电极的Ⅰ-Ⅴ特性才有明显的变化,并计算得这三种间隙电极所对应的灵敏度分别为0.11、1.75和2.5μA/nM。由此说明,电极的间隙越小,灵敏度就越高。理论计算得其探测极限为～60fM。总之,该微纳电极的制作方法简单、巧妙、适合大批量生产。利用微纳电极为基体制作微纳传感器,有利于传感器的微型化和集成化。第三部分,主要介绍了一种基于金纳米粒子修饰的硅纳米线生物传感器的制备及其在DNA检测中的应用研究。通过湿化学方法制备硅纳米线,将金纳米粒子通过硅烷偶联剂APTMS修饰于硅纳米线表面,再用导电银浆和环氧树脂将导线连接于样品上,完成探测电极的制作,即DNA生物传感器；再通过金纳米粒子与DNA之间化学键的结合,将单链探针DNA固定于Au/SiNWs电极的表面,将其用于探测靶溶液中未知DNA序列。借助于电化学工作站,通过循环伏安法对样品进行测试扫描。实验表明,基于Au/SiNWs的生物传感器可成功区分匹配和非匹配的DNA序列,且不受背底缓冲液的影响。总之,由该方法所设计的样品具有以下优点：第一,通过简单的微加工工艺能够进行大批量生产,成本低且与大规模集成电路工艺相兼容,易于实现微型化,且能够实现实时监测。第二,该方法设计的DNA生物传感器,巧妙地利用了硅纳米线、金纳米粒子和DNA相互之间的特异性和生物相容性,想法新颖,易于实现,具有广泛的适用性。总之,本课题的主要研究内容是根据金纳米粒子的优良特性,采用不同的方法将其运用于不同传感器进行探索研究,为传感器向微型化、集成化、多参数检测发展提供一定的参考方案,具有一定的科研价值。
徐谦[10]2012年在《低电位改性阳极制备及海泥电池在金属防腐中的探索研究》文中进行了进一步梳理随着经济的发展和文明的进步，能源短缺成为了当今社会一个不可忽略的问题，同时，传统化石能源利用不充分而引发的环境污染及温室效应使得人们迫切需要开发新型的能源技术来解决这些问题。海底沉积物微生物燃料电池（Benthic Sediment Microbial Fuel Cell, BMFC），简称海泥电池，一种新型的产能装置，它通过海底沉积物中微生物的催化作用将海泥中有机物所蕴含的化学能转化为电能。BMFC具有简单的结构，阳极埋在厌氧的海泥中，阴极置于上层海水中，阴阳极之间通过外部电路连接。BMFC产电技术以其良好的综合性能而得到了越来越多研究学者的青睐，但由于其自身功率密度输出较低等因素使得对其的研究停留在实验室水平，实际环境中应用也只能驱动一些小型的海洋检测仪器运行。如何提高海底沉积物微生物燃料电池的输出功率成为了人们研究的焦点，通常的采用的方法有电池结构优化、采用新型电极材料等。阳极材料的表面结构和生物相容性等性质直接决定着有机物的氧化、表面细菌的附着、电子的传递等过程。所以，为提高BMFC的输出功率密度，在本文中采用了一种新型的铁改性石墨阳极构建BMFC，结果发现改性电极显著提高了电池的输出电压和输出功率。本文采用了电解沉积的方法，制备了一种新型的低电位铁改性阳极材料，并研究了不同制备条件的电极在BMFC中的电化学性能，探索了最佳的试验参数。采用了XRD衍射、SEM、接触角等测试方法对铁改性石墨阳极材料进行了表征。电化学性能测试结果说明：电解时间15min，电解电流密度为178.9A/m2制备的改性阳极具有较低的电位-775mV，并持续稳定70天。该阳极具有良好的抗极化能力，其构建的BMFC输出功率密度显著提高，最大功率密度为997.3mW/m2，是普通石墨BMFC的13.5倍。这种新型的改性石墨阳极材料及改性方法有望在BMFC中得到广泛的应用。外加电流阴极保护是一种海洋中常用的金属防腐措施，而实际的深远海环境中，该方法存在电源供给困难、电源持续时间短、维护成本高等问题。本文中将新型的电能供给装置BMFC运用于金属在海水中的腐蚀防护中，以解决阴极保护中存在的问题。本文中将304不锈钢试样作为BMFC的阴极，通过构建一个BMFC装置来实现在海洋环境中对金属的保护。自然腐蚀状态下不锈钢电位为-260mV，通电保护试样为-340mV。荧光显微镜(FM)和扫描电镜（SEM）观察结果表明两组试样表面微生物附着情况差别不大，阴极保护试样表面腐蚀程度较低。电化学阻抗曲线与极化曲线验证BMFC对不锈钢的保护效果，结果表明阴极保护状态不锈钢试样的耐腐蚀能力随时间的增加，耐蚀性增强，腐蚀电流密度Icorr约为自然腐蚀试样的0.4倍，腐蚀速率降低2倍多。说明了采用BMFC对304不锈钢阴极具有较好防腐效果。
参考文献：
[1]. 纳米半导体材料对新型薄膜太阳能电池性能影响的研究[D]. 郭薇. 大连理工大学. 2013
[2]. 感光/光阻复合材料及其印刷工艺在显示与触摸屏等领域的应用研究[D]. 李伟. 华南理工大学. 2017
[3]. 高效农药残留物检测酶纳米生物传感器的研制[D]. 关桦楠. 东北林业大学. 2011
[4]. 硅纳米线阵列的制备及其在生化传感器中的应用[D]. 万丽娟. 华东师范大学. 2010
[5]. 抗生物污垢纳米材料的制备及其在全血成分检测中的应用[D]. 孙冲. 南京理工大学. 2014
[6]. SWCNT-DNA复合物电化学性质研究[D]. 向东亚. 天津大学. 2008
[7]. 壳聚糖复合材料的制备及其在生物传感器中的应用[D]. 谢慧英. 南昌大学. 2007
[8]. Au-基复合材料的制备及其在醇类电催化氧化以及生物小分子检测中的应用[D]. 王彩琴. 苏州大学. 2016
[9]. 金纳米粒子在传感器中的应用探索[D]. 陈雪皎. 华东师范大学. 2012
[10]. 低电位改性阳极制备及海泥电池在金属防腐中的探索研究[D]. 徐谦. 中国海洋大学. 2012
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