化学健康论文提纲

论文题目：贵金属—半导体材料构建光电化学传感器用于健康相关标志物的检测

摘要：生命信息分子是调控人体生命活动的一类重要物质,高灵敏地检测这些分子有助于揭示生命系统中的一些规律,从而对许多人类疾病的早期发现和诊疗具有重要意义。因此,亟待需求一种便携、快速且特异性好的检测方法。光电化学（PEC）是一门光化学和电化学相结合的技术,具有低成本、易操作、高灵敏度等特点。光电化学过程是指在光照条件下,半导体、有机染料、量子点等光电活性材料因吸收光子使电子受激发,引起电荷分离或电荷转移,形成光电流,从而实现光能和电能之间的转换。目前,以SnO2为代表的宽禁带半导体材料在光电化学领域的应用仍是国内外研究的热点。因为SnO2与TiO2等材料在光降解有机污染物、光解水制氢、光电化学传感器等方面,表现出优异的性能。但SnO2带隙宽（Eg=3.6 eV）,只能吸收太阳光中占比5%左右的紫外线,这很大程度限制了对太阳能的利用。另外一个限制SnO2广泛应用的原因是其光生载流子的复合能力较强,这大大缩短了光生电子的寿命,降低了光电转换效率。针对这些问题,本课题利用电沉积、旋涂、一步合成等方法对SnO2进行改性,使构建的PEC传感器可直接利用可见光。最简单直接的方法是使用贵金属纳米颗粒和有机染料分子对其进行敏化,加快载流子分离速率,同时也提高了PEC传感器的灵敏度,拓宽了应用范围。研究过程中,我们探索出一步合成法,优化了复合材料的稳定性。也根据不同的疾病相关标志物设计了巧妙的传感模式,提高了PEC生物传感器的特异性和灵敏度。具体工作内容包含以下三个方面:1.基于SnO2-Au三维网状结构构建光电化学体系检测尿液中的亚硝酸盐利用静电纺丝技术,直接在ITO玻璃表面纺成SnO2纳米纤维,交织出三维网状结构,接着,采用电沉积技术在纳米纤维上原位生成AuNPs。三维网状的SnO2纳米纤维比表面积大,加上AuNPs的SPR效应,有利于提高SnO2-AuNPs纳米结构的传质速率和光生电子-空穴的分离效率。实验结果表明,在光敏剂Ru（bpy）3（PF6）2的存在下,此ITO/SnO2-AuNPs电极展现出良好的光电化学响应,检测NO2-的线性范围是10-9-10-55 mol·L-1,最低检测限是4.8×10-1010 mol·L-1。此光电化学传感器也成功用于对人体尿液中痕量NO2-的分析检测,表现出良好的抗干扰能力和稳定性。本工作能拓宽金属-半导体异质材料的应用范围,可根据目标检测物来调整异质材料的组成,从而设计出更具特异性的生物传感器,应用于环境检测和生物化学检测。2.一步合成SnO2@AuNPs异质材料用于检测炎症性肠病相关标志物-钙卫蛋白本工作一步合成金属-半导体异质材料（SnO2@AuNPs）,其具有较高的光电转化效率,表现出良好的光电性能。金纳米颗粒敏化二氧化锡半导体,不仅拓宽了材料对可见光的吸收范围,增加了光吸收强度,且异质界面易形成肖特基势垒,有效促进光生电子-空穴的分离,提高传感灵敏度。基于此纳米复合材料均匀牢固的特点,可在其表面修饰识别层,巧妙构建“三明治”夹心结构生物传感器,提高光电化学检测的特异性。双抗体夹钙卫蛋白（CP）,修饰在抗体（Ab2）上的碱性磷酸酶（ALP）作为信号标签,催化水解L-抗坏血酸-2-磷酸三钠盐（AAP）,生成的抗坏血酸（AA）可向电极提供电子,随着待测物CP的增加,光电流增强。此传感器成功用于炎症性肠病相关标志物CP的分析测定,线性范围为0.01-20μg·mL-1,检测限低至3.2 ng·mL-1,且特异性好,稳定性佳。实际样品（血样）中CP的检测也获得了预期的回收率,可实现对CP的快速无创性检测。3.制备新型SnO2@PtNPs材料发展光电化学传感器检测内分泌干扰物双酚S目前,双酚S（BPS）作为被限用的双酚A（BPA）的替代品,广泛应用于奶瓶、保鲜膜、食品包装等塑料制品的生产制造中。但由于二者之间有着相似的化学结构,BPS保留了类似的雌激素活性,能扰乱人体免疫系统和生殖系统。本工作中我们利用工作二探索的一步法合成了新型杂化材料SnO2@PtNPs,发现其光电转化效率更高。且将待测物BPS在电极表面滴干,富集,进一步提高了传感器的灵敏度。通过光电化学（PEC）,电化学阻抗谱（EIS）,固体紫外漫反射（UV-vis diffuse）和荧光光谱（PL）等方法对传感器的构建过程及其性能进行了表征。实验发现传感器对BPS的光电响应在10-7-10-33 mol·L-1的浓度范围呈线性关系,检测限（LOD）低至0.047μmol·L-1,且传感器的选择性和稳定性良好。

关键词：光电化学传感器;二氧化锡;贵金属;健康相关标志物

学科专业：分析化学

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 光电化学传感器概述

1.1.1 光电化学传感器研究背景及意义

1.1.2 光电化学生物传感器机理

1.2 光电材料的类型

1.2.1 无机半导体材料

1.2.2 有机光电材料

1.2.3 复合光电材料

1.2.4 其他类型的光电化学材料

1.3 半导体材料的改性

1.3.1 金属敏化

1.3.2 量子点敏化

1.3.3 染料敏化

1.3.4 宽/窄禁带半导体复合

1.4 光电化学传感器分类

1.4.1 免疫传感器

1.4.2 DNA传感器

1.4.3 适配体传感器

1.4.4 酶生物传感器

1.4.5 细胞传感器

1.5 本论文的选题意义及主要研究工作

1.5.1 研究目的

1.5.2 研究内容

第2章 基于SnO_2~-AuNPs三维网状结构构建光电化学体系检测尿液中的亚硝酸盐

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 试剂与仪器

2.2.2 配制电纺前驱液

2.2.3 制备ITO/SnO_2 电极

2.2.4 制备ITO/SnO_2~-AuNPs电极

2.2.5 ITO/SnO_2~-AuNPs电极表征

2.2.6 光电化学检测NO_2~-

2.2.7 实际样品(尿样)分析

2.3 结果与讨论

2.3.1 材料的形貌表征

2.3.2 材料的结构表征

2.3.3 ITO/SnO_2~-AuNPs电极的电化学表征

2.3.4 光敏剂Ru(bpy)_3~(2+)的用量优化

2.3.5 PEC检测NO_2~-

2.3.6 抗干扰能力和稳定性考察

2.3.7 人体尿样中NO_2~-的分析

2.3.8 传感机理

2.4 结论

第3章 一步合成SnO_2@AuNPs异质材料用于检测炎症性肠病相关标志物-钙卫蛋白

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 试剂与仪器

3.2.2 制备ITO/SnO_2@AuNPs纳米复合电极

3.2.3 PEC传感器的组装

3.2.4 电化学阻抗表征

3.2.5 光电化学测试

3.2.6 实际样品血液中CP的测定

3.3 结果与讨论

3.3.1 SnO_2@AuNPs膜的形貌表征

3.3.2 SnO_2@AuNPs膜的结构表征

3.3.3 材料的光学性质考察

3.3.4 PEC可行性分析

3.3.5 传感机制

3.3.6 传感器的电化学表征

3.3.7 PEC检测钙卫蛋白

3.3.8 传感器专一性、稳定性考察

3.4 结论

第4章 制备新型SnO_2@PtNPs材料发展光电化学传感器检测内分泌干扰物双酚S

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 试剂与仪器

4.2.2 制备ITO/SnO_2@PtNPs纳米复合电极

4.2.3 PEC传感器的组装

4.2.4 电化学阻抗表征

4.2.5 PEC检测双酚S

4.3 结果与讨论

4.3.1 实验条件的优化

4.3.2 电化学阻抗表征

4.3.3 PEC可行性分析

4.3.4 BPS浓度梯度考察

4.3.5 稳定性考察

4.4 结论

第5章 全文总结与展望

参考文献

致谢