论文部分内容阅读
本论文采用离子注入技术,将氨基离子(NH2+)、羧基离子(COOH+)和巯基离子(SH+)直接注入在氧化铟锡导电玻璃(ITO)基体表面,制得氨基功能化氧化铟锡(NH2/ITO)、羧基功能化氧化铟锡(COOH/ITO)和巯基功能化的氧化铟锡(SH/ITO)材料,再制成相应的传感器。用表面分析手段,如傅里叶红外(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等,对其表面进行表征,研究其组成、形态、结构与性能的关系。通过静电相互作用,将纳米金(AuNPs)固定在NH2/ITO上,再将细胞色素c(Cytc)修饰在电极表面,得到Cytc/AuNPs/NH2/ITO电极,深入研究了该电极的电化学性质及其对H2O2的电催化行为。将Cytc固定在COOH/ITO电极表面,得到Cytc/COOH/ITO电极,也深入研究了该电极的电化学性质及其对H2O2的电催化行为。可以通过改变AuNPs/NH2/ITO的制备条件,将其制成表面增强拉曼散射(SERS)活性基体,对罗丹明6G(R6G)进行了研究和灵敏检测。我们也制备了纳米金修饰的NH2+注入硅片材料,将其制成SERS活性基体。通过共价键作用,将纳米金(AuNPs)固定在SH/ITO上,并研究了所得电极的电化学性质及其对尿酸的电催化行为。 第一章前言 本章综述了化学传感器研究的原理、意义和发展现状,着重介绍基于蛋白质直接电化学的第三代生物传感器和基于表面增强拉曼散射原理的光学传感器。简述了离子注入技术的原理、特点及其应用范围,指出有机官能团离子注入的优势。金纳米粒子的制备、性质和各种表面分析手段的原理也做了介绍。 第二章氨基离子注入对氧化铟锡的表面改性:表面性质及其对纳米金的修饰 将NH2+注入到ITO薄膜玻璃的表面制得NH2/ITO基体,注入电压为80keV,剂量为2×1016ions·cm-2。用FT-IR和XPS对注入的氨基进行了表征。AuNPs可以通过静电相互吸引作用固定在NH2/ITO基体上,得到AuNPs/NH2/ITO基体。SEM显示,相较于ITO基体,NH2/ITO基体可以将AuNPs的负载量提高20倍。AuNPs/NH2/ITO电极的循环伏安图显示该电极有良好的电化学活性,可以应用到电化学分析的研究和生物传感器的研制中。 第三章细胞色素c在纳米金修饰的氨基/ITO电极上的直接电化学 将NH2+注入到ITO的表面制得NH2/ITO基体,并用FT-IR和XPS对注入的氨基进行了表征。AuNPs可以通过静电相互吸引作用组装在NH2/ITO基体上得到AuNPs/NH2/ITO基体。该基体可以为Cytc的吸附提供良好的生物相容性的环境。紫外可见吸收光谱(UV-vis)可以说明AuNPs界面上的Cytc保持了原有的结构。用电化学阻抗谱(EIS)和循环伏安法研究了电极上Cytc的电化学行为。Cytc在电极表面上的氧化还原过程属准可逆过程,表观电子转移常数ks为1.98±1s-1。Cytc/AuNPs/NH2/ITO电极对H2O2有良好的电催化作用,催化电流与H2O2浓度在2.0-300.0μM之间成线性关系,检测限为0.5μM(S/N=3)。 第四章离子注入羧基/ITO的制备及Cytc的直接电化学 将羧基离子COOH+注入在ITO表面得到COOH/ITO,XPS可以证实羧基确实注入在ITO的表面。SEM显示在COOH/ITO的表面形成了许多活性中心。COOH/ITO基体被用于Cytc的固定,得到Cytc/COOH/ITO电极被用于研究Cytc的Cytc的直接电化学电化学行为和测定H2O2。实验结果显示Cytc在电极表面保留其生物活性。这种离子注入修饰电极可以用于制备新型的生物传感器。 第五章纳米金修饰的氨基/ITO及其在表面增强拉曼散射光谱中的应用 本章将AuNPs/NH2/ITO基体应用到表面增强拉曼散射光谱(SERS)的研究中。用SEM研究了AuNPs形貌和金溶胶pH之问的关系,表明pH越小,AuNPs聚集态越明显。该基体被用于对R6G的SERS信号的检测中,结果显示该基体有良好的SERS活性,而SERS活性与AuNPs的形貌有关。在金溶胶pH=4.0的条件下,基体对R6G的检测限可达10-12M,增强因子可达1.6×109,mapping图显示该基体具有良好的重现性。 第六章纳米银/氨基/硅片的制备、表征及其表面增强拉曼散射光谱中的应用 在硅片表面注入氨基离子,能量为80keV,剂最为2×1016ions·cm-2。XPS谱表明,氨基成功地注入在硅片表面。将所得到的氨基/硅片(NH2/Si)浸泡到银溶胶中,得到纳米银修饰的AgNPs/NH2/Si。用扫描电镜进行表征。我们也发现,将Cl-加入银溶胶中可以增加AgNPs/NH2/Si基体表面的AgNPs的聚集体形貌的比例。这种形貌有很强的表面增强拉曼散射效果,对罗丹明6G的检测限可以达到10-14M。 第七章巯基离子注入对氧化铟锡表面改性作用的初步研究 室温下用80keV的电压将SH+离子注入到ITO的表面,剂量2×1016ionscm-2。XPS结果表明,注入的巯基保留了巯基的特征,而且,离子注入可以增加ITO表面粗糙度。所得到的SH/ITO可以将AuNPs高密度地吸附在其表面。在AuNPs/SWITO上,可以实现[Fe(CN)6]3-/4-电对的良好的电子转移,表明可将它用于制备电化学传感器。这项研究的结果也说明,通过离子注入SH+的方法来代替有机连接分子MPTMS的使用是可行的。