层状过渡金属/石墨烯/导电高分子复合材料的制备及其在多酚测定方面的应用

Fast determination of polyphenol is quite meaningful in the improvement of comprehensive utilization of plants and development of new health products. In this project, transition metal layered compounds HNb3O8、HSr2Nb3O10 were used as precursors. Those compounds were exfoliated and reorganized on the surface of graphene to obtain composite materials with excellent conductivity and bigger specific surface areas. These two-component materials will subsequently composite with conductive polymers and gold nano particles, resulting in Multivariate composite materials with excellent solubility and dispersibility in water and satisfactory biocompatibility. The materials prepared were used for the decoration of electrodes. Then, polyphenol oxidase, glucose oxidase and other biomolecules were assembled at the surface of the materials. The electrochemical properties of those biomolecules were investigated and biosensors for different substrates were fabricated. Optimum conditions, including selectivity, stability, detection limit, linear range and reproducibility for the biosensors were researched. For real sample application, the biosensors fabricated here will be used for the detection of phenolic compounds and sugar in subtropical plants. This research will also provide new technology and new methods for the comprehensive utilization of crops.

多酚的快速测定对于提高植物综合利用价值和研制新型健康食品具有重要研究意义。本项目利用过渡金属层状材料HNb3O8、HSr2Nb3O10作为前驱体，通过剥离与石墨烯进行复合，得到具有良好导电性、大比表面积的片状材料/石墨烯二元复合材料。二元复合材料还可以继续与导电高分子和纳米金复合，形成具有良好生物相容性的多元复合材料。用所得材料修饰电极并将多酚氧化酶、葡萄糖氧化酶等生物活性分子固定在材料表面上，研究其电化学行为，并由此构建多酚、葡萄糖等生物传感器。进一步探讨这些传感器的选择性、稳定性、检测限、线性范围、重现性等，优化检测条件，建立对目标底物具有高选择性和高灵敏度的检测体系。作为实际应用，我们将传感器用于热带作物中酚类物质和糖的测定。该研究同时也为提高作物整体利用价值提供新技术、新方法。

本项目全面完成原计划研究内容，实现了预期工作目标，所取得的成果主要包括以下方面：.(1)采用自组装法合成了一种层状铌酸/石墨烯/聚苯胺复合材料，并用此材料修饰电极构建了一个葡萄糖电化学生物传感器，该传感器对葡萄糖的检测限是120 µM，线性范围是370到2370 µM。传感器对葡萄糖的氧化有着很好的选择性、稳定性和重现性。我们将此传感器用于不同成熟度菠萝中葡萄糖的测定，结果与高效液相测定数值的相对误差不超过5%。该复合材料的其他应用还在研究当中。.(2) 基于二氧化锰良好的电化学性能本项目增加了二氧化锰研究，采用电沉积法和水热法合成了二氧化锰纳米棒和多孔纳米线。将二氧化锰纳米棒与石墨烯形成复合材料，研究了不同原料配比对复合材料形貌的影响，通过多种表征手段对材料进行了表征。将最终复合材料用于修饰电极，完成了葡萄糖氧化酶的固定和直接电子转移，构建了葡萄糖电化学生物传感器，该传感器对对葡萄糖的检测限是10 µM，线性范围是0.04到2 mM，灵敏度是3.3 µA mM-1 cm-2。传感器对葡萄糖的氧化有着良好的选择性、稳定性和重现性。将此传感器用于实际血浆中葡萄糖的测定，其结果与理论数值的误差在5%以内。此外，二氧化锰纳米线还被用做超级电容的电极材料，电化学测试表明该电极材料具有非常高的电容以及良好的机械稳定性。经过2000次循环，该电容的容量还能保持在初始数值的89.6%。该材料具有良好的实际应用前景。.(3) 本项目还通过一步电沉积法制备了不同酸介质和表面活性剂掺杂的聚(3,4 –乙烯二氧噻吩)微米管电极材料，并用其制备了全固体对称超级电容器。电化学测试结果表明，在电流密度为0.6 mA•cm-2的条件下经过2000次循环后，其电容值还能保持初始数值的95.5%。.(4) 总结了以往对石墨烯电化学生物传感器的研究并发表了相关综述。.本项目制备的传感器在医学快速诊断方面有应用前途；制备的复合材料在制备超级电容方面也有良好的应用前景。.