基于一维TiO2复合纳米阵列的生物传感器构造及机制研究

本项目拟结合一维纳米技术与生物(酶)传感技术制备具有高度选择性、高敏感性的纳米生物传感材料，发挥一维纳米阵列极大的比较面积、特殊的表面电子结构和生物酶的单一、高效催化特性二者的协同效应，达到高效检测污水中硝酸盐和磷酸盐浓度的目的。项目以高度有序、具有极大比表面积和良好生物相容性的TiO2纳米阵列为基础，通过电化学沉积等方式对纳米阵列进行贵金属修饰，形成具有良好电化学活性的TiO2/Me（Me=Pt、Au、Ag）复合纳米阵列，在复合纳米阵列表面采用导电有机物聚合-包埋生物酶及介体，制成纳米酶电极用于水系统中的硝酸盐和磷酸盐浓度的检测，重点研究纳米结构（高比表面积、特殊的表面电子结构等）对生物传感器检测过程酶与电极之间电荷迁移的影响机制，为实现生物酶与电极之间的直接电荷迁移及构造高灵敏度纳米生物传感器提供基础，实现纳米结构在整个生物传感器领域的广泛应用。

本项目以高度有序和良好生物相容性的TiO2NTAs为基底，通过电化学、光还原沉积等方式对纳米阵列进行贵金属修饰，形成具有良好电化学活性的Me/TiO2（Me=Pt、Ag）复合纳米阵列，构造电化学生物传感电极，实现纳米结构在整个生物传感器领域的广泛应用。.首先在高纯Ti片表面采用阳极氧化法制备TiO2 NTAs，分别通过低温水热和高温煅烧两种方法实现TiO2 NTAs的晶化，探讨水热晶化对结构、形貌及性能的影响。进一步以不同温度下晶化的TiO2 NTAs为基底负载生物酶，构建电化学生物传感器。分析比较了不同晶化温度对电化学性能的影响。.采用紫外光还原法在TiO2纳米管上沉积Ag纳米颗粒，通过物理吸附法固载GOx以制备GOx/Ag/TiO2 NTAs电化学生物传感电极。Ag纳米颗粒尺寸在15~40 nm之间，最优条件下制备的GOx/Ag/TiO2 NTAs传感器对葡萄糖有良好的响应效果，灵敏度为0.39 μA•mM-1•cm-2；采用多步电位法在TiO2 NTAs上沉积Pt纳米颗粒，通过改变沉积电位来改变颗粒的大小及其分布状态。Pt/TiO2 NTAs电极在低电位和高电位都显示出对H2O2良好的电催化反应活性。以优化复合材料为基体修饰GOx合成GOx/Pt/TiO2 NTAs电极，传感器的灵敏度为0.45 μA•mM-1•cm-2。.为进一步提高TiO2纳米管为基的传感器的灵敏度，进行了石墨烯和Pt纳米颗粒的共沉积研究。采用电化学方法在TiO2纳米管上先后修饰石墨烯和Pt纳米颗粒以制备TiO2、Gr/TiO2、 Pt/TiO2和Pt/Gr/TiO2 NTAs电极，测试其在缓冲液和H2O2中的CVs曲线，分析石墨烯和Pt纳米颗粒在电催化氧化H2O2中的作用。响应电流与葡萄糖的浓度在0.1~8 mM 范围内呈现良好的线性关系，灵敏度为0.94 μA•mM-1•cm-2。.采用化学腐蚀法在TiO2表面构造介孔结构，介孔TiO2 NTAs相比较未腐蚀的TiO2 NTAs具有更高的比表面积、电荷传输性能和综合电化学性能，进而表现出更好的生物传感特性，其中介孔GOx/TiO2-0.5 NTAs的灵敏度为0.954 μA∙mM-1∙cm-2，与Pt和石墨烯共沉积的样品相当。.本项目还进行了相关拓展研究，包括基于TiO2 NTAs的光电化学传感和其它一位纳米线阵列电化学生物传感的研究。