二氧化钛纳米材料电致化学发光性能及其分析应用研究

二氧化钛纳米材料电致化学发光性能及其分析应用研究二氧化钛纳米材料电致化学发光性能及其分析应用研究 二氧化钛纳米材料电致化学发光性能及其分析应用研究电致化学发 光 ECL 技术是目前分析化学领域研究非常活跃的一个分支 在生物 传感分析方面具有广泛的应用前景 半导体纳晶因其独特的性质成为电致化学发光的三大发光体系之一 常见的用于电致化学发光的半导体纳晶有CdS CdSe CdTe等 虽然这些半导体纳晶具有很好的ECL性能 但其毒性不可忽视 将其直 接应用于活体检测有很大的困难 因而找出一种具有ECL性能并且毒 性小的替代物有着重大的意义 而纳米Ti02是一种化学性质稳定 比表面积大 量子效应高 对生 物无毒的新型材料 与其他形态的Ti02相比 Tio2纳米管阵列具有更大的比表面积和更强 的吸附能力以及良好的生物相容性 更是沉积金属和无机有机材料的 的良好载体 虽然Tio2纳米管阵列 Tio2NTs 在光电化学领域 电化学催化领域的 应用研究较多 但关于其在电化学发光方面的应用研究很少 主要原因是Ti02纳米阵列管阵列较宽的带隙 3 2eV 使其电子很 难被激发 导致其电致化学发光性能不理想 本文对Tio2纳米材料进行修饰改性 以提高其电致化学发光性能并将 其应用于生物分析 具体开展了以下几个方面的工作 1 CdS TiO2纳 米管阵列电极检测血清中的前列腺癌抗原采用阳极氧化法在纯钛片 制备TiO2纳米管阵列电极 再通过连续离子沉积法在TiO2纳米管阵列 上沉积CdS纳米粒子 制备了TiO2纳米管阵列负载CdS复合电极 CdS T iO2NTs 窄禁带的半导体CdS与TiO2耦合 可有效改善TiO2纳米管阵 列电极的电致化学发光 ECL 性能 ECL强度增加了14 7倍 我们详细 研究了CdS对TiO2NTs电极的电致化学发光性能改善的机理 采用原位生长的方式 将CdTe负载到MWNTs上 CdTe MWNTs 形成一种 新的高效的 类黑体的ECL猝灭剂 利用CdTe MWNTs对CdS TiO2NTs电极的ECL发光的高效猝灭性质并结 合电致化学发光免疫分析法实现了对前列腺癌抗原 PSA 的灵敏检测 发现ECL信号的变化值 I I0 I 与PSA浓度的对数线性相关 线性范围为1 0fg mL 1 10pg mL 1 检出限为1fg mL 1 我们利用该方法成功地测定了血清中的PSA含量 并采用标准曲线外 推法进行验证 证明该方法可行性良好 2 氮掺杂Ti02纳米管阵列电极检测细胞提取物中的腺苷在上一章采 用阳极氧化法在纯钛片表面制备TiO2NTs薄膜的基础上 对其进行N掺 杂 即在热处理的过程中利用浓氨水的挥发提供氨气氛进行N掺杂 制 得了N掺杂TiO2NTs电极 TiO2 NNTs 通过考察掺杂前后电极在K2S208溶液中的电化学发光行为证实N掺杂 能有效的改善其电化学发光 发光强度增加了10 6倍 起始发光电位 正移400mV 发光峰由原来的500nm红移到540nm 在TiO2 N NTs电极表面修饰上腺苷的适配体DNA 适配体DNA和结合在磁珠负载 碲化镉复合物 CdTe MNPs 上的单链DNA 与适配体DNA部分互补 杂交 从而使电极产生的ECL信号猝灭 当电极放入含有腺苷的溶液中 由 于适配体和腺苷的特异性结合 将带有猝灭剂的单链DNA解离下来 电 极的ECL信号得以恢复 信号的恢复强度和腺苷浓度的对数线性相关 可以实现对腺苷的检测 线性范围为10nM 1 0mM 检出限为10nM 由于适配体和腺苷的特异性结合 该方法可以实现对细胞提取物内腺 苷的检测 细胞提取物内其他物质对其检测不产生干扰 3 吡啶钌修饰TiO2纳米管阵列电极电致化学发光检测水中胺类物质 采用静电吸附的方式将Ru bpy 32 修饰到TiO2NTs 制备了Ru bpy 32 修饰TiO2NTs电极 Ru bpy 32 TiO2NTs Ru bpy 32 TiO2NTs电极在以三正丙胺 TPA 为共反应剂的体系中 在 0 40Vvs SCE出现了ECL现象 ECL强度在 0 55V达到最大 在ECL光谱上 最大的发光峰波长为620nm 氧气对Ru bpy 32 TiO2NTs TPA体系的ECL强度有明显的猝灭 在Ru bpy 32 TiO2NTs电极上ECL强度和共反应剂的浓度相关 三聚氰胺和三正丙胺具有类似的结构 在该电位范围内也可以产生相 同的ECL现象 我们利用该电极检测了水中的三聚氰胺 线性范围为1 0 10 11 5 0 10 4M 检出限为1 0 10 11M 有关Ru bpy 32 TiO2NTs电极在TPA中负电位发光的反应机理 我们 需要在后续工作中做进一步的研究 4 Nafion TiO2纳米粒子修饰电极的电致化学发光增强机制及其对多 巴胺的选择性检测本实验中 我们采用Nafion膜将TiO2纳米粒子 NPs 固定到玻碳电极 GC 表面制备了一种稳定 无毒且ECL信号强的修 饰电极 Nafion TiO2NPsGC 在K2S2O8作为共反应剂的ECL体系中 与阻碍共反应剂扩散而产生的 电流降低相反 Nafion膜不仅能提高修饰电极的稳定性 而且可以将E CL强度增加8倍 发光的起始电位正移300mV Nafion膜的作用有两个方面 保护S2O82 还原生产的SO4 和促进电子和空穴的复合 此外 利用Nafion膜表面带负电荷的性质可以在阴离子存在下选择性 的测定阳离子 结合ECL过程中生成空穴的氧化性 利用多巴胺 DA 和 TiO2竞争空穴而引起的ECL猝灭的现象 在抗坏血酸 AA 的存在下