基于碳纳米管的化学修饰电极及电化学生物传感器的研究进展
碳纳米管在电化学生物传感器中的应用
CNT 在生物传感器方面的应用
CNT 在制备和纯化过程中表面产生的缺陷和基团，通过 共价或非共价的方法使CNT 的某些性质发生改变，尤其 突出的是分散性，使其更适于研究和应用。对CNT 功能 化修饰的研究可以使人们能够按照特定的目的来改造 CNT 的固有特性，从而将大大扩展CNT 的应用前景。
CNT 作为电极材料优点: ①低电阻，即导电性好; ②优良的化学稳定性; ③低质量密度; ④原子结构和大的长径比决定了大的比表面积; ⑤特殊的电极/电解质界面对溶液有良好的浸润性，电极 反应的灵敏度和再现性好。
CNT 在生物传感器方面的应用
2 CNT 在酶生物传感器中的应用 酶生物传感器的作用机理是在化学电极的表面组装固定化酶 膜，当酶膜上发生酶促反应时产生电极活性物质，电极对之响 应。由于响应信号与底物的浓度之间存在一定的线性关系，因 而可以测得被检测物的浓度。以葡萄糖氧化酶( Glucose oxidase，GOD) 传感器为例，其电催化工作原理为: 酶层: glucose + GOD2FAD → gluconolactone+ GOD2FADH2 GOD2FADH2 + O2→GOD2FAD + H2O2 电极: H2O2→2H + + O2 + 2e 氧在电极上的氧化还原反应产生响应电流，电流大小与氧在溶 液中的浓度以及传质速度有关。 若要消除氧浓度变化而引起的检测误差，可以检测酶反应所产 生的过氧化氢。
CNT 在生物传感器方面的应用
通过共价键形成的GOD － MWNT 传感器
CNT 在生物传感器方面的应用
3 CNT 在生物气体传感器中的应用
CNT 具有特殊的一维中空结构，大的比表面积以及较石墨 ( 0.335nm) 略大的层间距( 0.343nm) ，能够吸附许多物质，填 充其中。由于吸附的气体分子与CNT 发生相互作用，改变其费 米能级，引发其宏观电阻发生较大改变。因此CNT 可应用于气 敏传感通过测量其表观电阻的变化来检测气体成分。
碳纳米管电极在分析中的应用与展望
摘要：由于碳纳米具有良好的导电性、催化活性和较大的比表面积，用碳纳米管对电极进行修饰可以降低电极反应的过电势，增加峰电流，改善分析性能，提高方法选择性和灵敏度，因此，近年来碳纳米管作为修饰电极材料也已广泛应用于食品化学、生命电分析化学、药物化学、环境监测及其它领域。
食品安全是当今全世界共同关注重大问题，也是各国政府、相关国际组织、学术机构研究热点。
食品安全快速检测技术是国家实施环境保护和食品安全计划重要的技术支撑，对于实现社会可持续发展、保障人民健康具有重要意义。
然而，传统的环境、食品安全监测方法通常采用离线分析方法，其缺点是分析速度慢、操作复杂且需要昂贵的仪器，不适宜进行现场快速监测和在线分析，因此，研究用于环境和食品中有毒有害污染物的快速、准确、灵敏、方便的检测新方法十分必要，灵敏、快速、安全、经济是当前制约食品安全检测瓶颈，结合现代科技最新成果之一纳米技术及纳米材料，将是食品安全检测发展重要途径。
该文综述碳纳米管在食品分析中研究和应用，并对在该领域应用前景进行展望。
关键词：碳纳米管修饰电极食品分析食品安全Abstract : Carbon nano tubes (CNTs) have led to many new tech ni cal developme nts and applicati ons such as being used for the modified electrodes due to their high chemical stability, high surfaceearea, unique electronic properties, and relatively high mechanical strength. Such properties of carb on nano tubes make them also extremely attractive for the task of electrochemical detect ion.Food safety is the com mon atte nti on major problems around the world, is also related to gover nmen ts, intern ati onal orga ni zati ons, academic in stituti ons, research hot spot. Food safety fast detect ion tech niq ues is the n ati onal impleme ntati on of environmen tal protect ion and food safety pla n importa nt tech ni cal support, to realize the susta in able developme nt of the society, safeguard the people's health is of great significanee. However, the traditional environment, food safety monitoring method usually by offline analysis method, the defect is slow, complex operation an alysis and n eed expe nsive in strume nts, not suitable site mon itori ng and rapid on-li ne an alysis, therefore, the study used in environmen tal and food pois onous and harmful polluta nts in the rapid, accurate, sen sitive, and convenient testi ng new method is n ecessary, sen sitive, fast, safe, econo mic is the curre nt food safety testi ng bottle neck restricti on, and comb ined with the moder n scie nee and tech no logy is one of the latest achieveme nts in nano tech no logy and nano materials, will be food safety test ing developme nt importa nt way. This review carb on nano tubes in food an alysis of research and applicati on, and in the fields.Key words : CNT ; modified electrode ; food analysis ; food safetyIII目录摘要 (I)Abstract .............................................................................................................................................. I I 第一章绪论. (1)1食品安全问题的危害及检测技术 (1)1.1食品污染及其危害 (1)1.2食品安全检测技术的发展 (2)第二章碳纳米管修饰电极 (3)2.1碳纳米修饰电极 (3)2.1.1碳纳米前处理 (3)2.1.2碳纳米修饰基底电极方式 (3)2.1.3碳纳米修饰电极的电化学活性 (4)2.1.4碳纳米修饰电极应用 (4)2 .2碳纳米修饰电极的应用展望 (4)第三章纳米材料概述及其在环境和食品安全检测中的应用 (5)3.1纟内米材料概述 (5)3.2纳米材料的制备 (5)3.2.1物理法 (6)3.2.2化学法 (6)第四章碳纳米管修饰电极在食品分析中研究进展 (7)4.1碳纳米管修饰电极测定食物中重金属阳离子 (7)4.2碳纳米管修饰电极测定食物中阴离子及其化合物 (7)4.3碳纳米管修饰电极测定食物中有机物 (7)第五章碳纳米管生物传感器在食品分析中研究进展 (8)5.1 对葡萄糖检测 (9)5.2在农药残留检测中应用 (9)第六章本论文研究的目的、对象及实验步骤 (10)6.1研究目的 (10)6.2研究对象 (10)6.3实施步骤 (10)第七章实验部分 (11)7.1试剂 (11)7.2仪器 (11)7.3电极的制备 (11)7.3.1 GC 电极的预处理 (11)7.3.2碳纳米管修饰电极的制备 (11)7.4实验方法 (11)7.4.1曲酸在裸电极上的电化学行为 (11)7.4.2碳纳米管修饰电极测定曲酸 (12)第八章曲酸的分析测定 (12)8.1曲酸在GC电极上的电化学行为 (12)8.1.1曲酸在电极上的电化学行为 (12)8.1.3线性范围、检测下限和相对偏差 (15)8.1.4干扰实验 (15)8.2碳纳米管化学修饰电极测定曲酸 (16)8.2.1曲酸在MWNT 修饰电极上的电化学行为 (16)8.3测定条件的优化 (17)8.3.1 pH 值优化 (17)8.4修饰剂用量对电化学响应的影响 (18)8.4.1线性范围、检测下限和相对偏差 (18)8.4.2干扰实验 (19)8.4.3样品测定 (19)结束语 (21)致谢 (22)参考文献 (23)第一章绪论日益严重频繁发生的食品安全事件因其对人类生命与健康的巨大威胁而成为全球关注的热点问题。
电化学生物传感器技术发展趋势
电化学生物传感器技术发展趋势引言：电化学生物传感器是一种基于电化学方法来检测生物分子的传感器技术。
其具有高灵敏度、快速响应、简单操作等特点，在医疗、食品安全、环境监测等领域有着广泛的应用前景。
本文将讨论电化学生物传感器技术的发展趋势，包括纳米材料的应用、智能化和便携化的发展以及生物分子的检测范围的扩大。
一、纳米材料的应用纳米材料具备较大的比表面积、特殊的光电性质和化学性质，对电化学生物传感器的性能具有重要的影响。
纳米材料可以用作传感器的载体，实现对生物分子的高灵敏度和快速响应。
常见的纳米材料包括金纳米颗粒、碳纳米管和二维材料等。
未来，可望进一步开发新型纳米材料，并通过纳米技术提高其制备工艺，以增强电化学生物传感器的性能。
二、智能化和便携化的发展随着物联网、云计算等技术的发展，智能化和便携化成为电化学生物传感器技术的发展趋势。
智能化的电化学生物传感器能够实现数据的自动采集、分析和存储，减少了人工操作的复杂性。
便携化的电化学生物传感器可以方便地携带和使用，实现在任何时间和地点进行生物分子的检测。
未来，可预期更多智能化和便携化的电化学生物传感器问世，为人们提供更加便捷和实用的检测手段。
三、生物分子的检测范围的扩大随着生物科学的发展和人们对健康的关注度增加，人们对生物分子的检测需求越来越多样化。
电化学生物传感器技术的发展将扩大生物分子的检测范围。
目前电化学生物传感器已经应用于检测蛋白质、DNA、细胞等生物分子，未来有望扩大到检测更复杂的生物分子，如药物、代谢产物等。
此外，电化学生物传感器也有望应用于早期癌症的诊断和治疗监测等领域。
结论：电化学生物传感器技术作为一种高灵敏度、快速响应、简单操作的生物分子检测技术，具有广泛的应用前景。
未来的发展趋势将集中在纳米材料的应用、智能化和便携化的发展以及生物分子检测范围的扩大。
通过不断地研究创新和技术进步，电化学生物传感器技术有望为人们提供更加高效和精确的生物分子检测手段，为医疗、食品安全、环境监测等领域带来更大的便利和贡献。
关于碳纳米管的研究报告进展综述
关于碳纳米管的研究进展1、前言1985年9月，Curl、Smally和Kroto发现了一个由个60个碳原子组成的完美对称的足球状分子，称作为富勒烯。
这个新分子是碳家族除石墨和金刚石外的新成员,它的发现刷新了人们对这一最熟悉元素的认识,并宣告一种新的化学和全新的“大碳结构”概念诞生了。
之后,人们相继发现并分离出C70、C76、C78、C84等。
1991年日本的Iijima教授用真空电弧蒸发石墨电极时,首次在高分辨透射电子显微镜下发现了具有纳米尺寸的碳的多层管状物—碳纳米管。
年,日本公司的科学家和匆通过改进电弧放电方法,成功的制备了克量级的碳纳米管。
1993年，通过在电弧放电中加入过渡金属催化剂,NEC和IBM研究小组同时成功地合成了单壁碳纳米管；同年，Yacaman等以乙炔为碳源，用铁作催化剂首次针对性的由化学气相沉积法成功地合成了多壁碳纳米管。
1996年,我国科学家实现了碳纳米管的大面积定向生长。
1998年,科研人员利用碳纳米管作电子管阴极同年,科学家使用碳纳米管制作室温工作的场效应晶体管;中国科学院金属研究所成会明研究小组采用催化热解碳氢化合物的方法得到了较高产率的单壁碳纳米管和由多根单壁碳纳米管形成的阵列以及由该阵列形成的数厘米长的条带。
1999年,国的一个研究小组制成了碳纳米管阴极彩色显示器样管。
2000年,日本科学家制成了高亮度的碳纳米管场发射显示器样管。
2001年,Schlitter等用热解有纳米图形的前驱体,通过自组装合成了单壁碳纳米管单晶,表明已经可以在微米级制得整体材料的单壁碳纳米管,并为宏量制备指出了方向。
2、碳纳米管的制备方法获得大批量、管径均匀和高纯度的碳纳米管,是研究其性能及应用的基础。
而大批量、低成本的合成工艺是碳纳米管实现工业化应用的保证。
因此对碳纳米管制备工艺的研究具有重要的意义。
目前,常用的制备碳纳米管的方法包括石墨电弧法、化学气相沉积法和激光蒸发法。
一般来说,石墨电弧法和激光蒸发法制备的碳纳米管纯度和晶化程度都较高,但产量较低。
电化学_生物传感器快速检测大肠杆菌的研究进展.
0引言水和食品中细菌的检测,特别是致病性细菌的检测,对于控制传染病、保护环境卫生和人民群众身体健康都有着重要的意义。
在水和食品中传播的各种致病性细菌中,大肠杆菌是最为普遍的一种。
它是人及各种动物肠道中的常居菌,常随粪便从人及动物体内排出,广泛散播于自然界。
人体感染了部分大肠杆菌可引起腹膜炎、出血性肠炎、胆囊炎、阑尾炎和尿道炎等疾病,严重者甚至死亡[1~2]。
在卫生质量的评价和控制中,通常采用大肠杆菌作为指示菌,利用对指示菌的检测和控制来了解水体或食品等的受污染状况,从而评价其质量以保证卫生安全。
大肠杆菌的传统检测方法包括多管发酵法和滤膜法等,存在操作繁琐、检测时间长(一般需要1~2天才能得到结果等缺点,难以满足污染源快速诊断的需要。
近年来,许多基于不同检测原理的方法已得到长足的发展,比如聚合酶链反应[3~5]、免疫学检测[6~7]、质谱测定[8]、光学测定[9~10]等等。
与传统方法相比,这些方法具有一定的优势,但所需的检测时间仍然较长。
因此,建电化学/生物传感器快速检测大肠杆菌的研究进展程欲晓,金利通*(华东师范大学化学系,上海200062摘要:大肠杆菌广泛分布于自然界中,通常被用来作为水体系统排泄物污染情况的指示菌。
它是大面积食物中毒的主要原因之一,严重感染者会引发败血症、肾功能衰竭等危及生命的并发症。
电化学/生物传感器具有独特的优势,如能在浑浊溶液中操作、选择性好、灵敏度高、检测速度快等,因此在临床检测、环境保护和食品安全等领域得到了广泛应用。
该文主要对电化学/生物传感器快速检测大肠杆菌的研究进展进行了简要的综述。
关键词:大肠杆菌;电化学/生物传感器;快速检测Development of rapid detection of escherichia coli byelectrochemical sensor and biosensorCheng Yu -xiao,Jin Li -tong *(Department of Chemistry,East China Normal University,Shanghai 200062,ChinaAbstract:Escherichia coli (E.coli,spreading abroad in natural environment,are commonly used as indicators of fecal contamination in water environments.They are one of the major causes of food-borne outbreaks and can pro -duce life -threatening complications ranging from blood diarrhea to renal failure.Electrochemical sensors and biosensors have more advantages than other methods in that they can operate in turbid media and have good selec -tivity and high sensitivity.Therefore,they are applied widely in clinic diagnostics,environmental protection and food sanitation.This paper reviews briefly the recent development of rapid detection of E.coli by electrochemical sensors and biosensors.Key words:escherichia coli;electrochemical sensor and biosensors;rapid detection 基金项目:上海市科委No.06dz05824资助项目*通讯联系人,E-mail:ltjin@ .cnVol.29,No.1Mar .2009化学传感器CHEMICALSENSORS第29卷第1期2009年3月立快速检测大肠杆菌的新方法成为环境监测和食品卫生领域专家和学者的一个巨大挑战。
碳纳米管修饰电极的研究进展
引言
化 学 修饰 电极 是２ Ｏ 世 纪７ ０ 年代 中期发 展 起来 的一 门 新 兴 学科 ，也是 目前 电化 学和 电分析 化 学研 究最 为 活跃 的前 沿 领 域 。化 学 修 饰 电极 是 在 电极 表 面 进 行 分 子 设 计和 剪裁 ，将 具有 优 良化 学性 质 的分 子 、离 子 、聚合 物 等 固定在 电极表 面 ，使 电极可 以有选 择地 进 行所 希 望 的
研 究 者 利用 种 类丰 富 的聚 合物 、超分 子 、生物 物质 、无 机 物 和 有 机 物 等 在 电极 表 面 进 行 多 组 分 、多 元 、微 型 化 、多 层等 反应 制 备化 学 修饰 电极 。 因此 ，修 饰 电极 在
生活 中得 到越 来越 多 的应用 。
碳 纳 米 管 是 由单 层或 多 层 石 墨 片卷 曲 形 成 的无 缝 管状 结 构 的纳 米材 料 。碳 纳 米管 中碳原 子 以 ｓ ｐ 杂化 为 主 ， 以 一 定 的ｓ ｐ 杂 化 键 的 形 式 与 相 邻 的３ 个 碳 原 子 相 连 ，形成 一 定 弯 曲量 的六 角形 网格 结 构 ，从 而使 碳纳 米 管 的结 构表 现 为空 间 拓扑 结构 。根据 石 墨片 卷 曲层 数的 不 同 ，碳 纳米 管 可分 为 单壁 碳 纳米 管 （ Ｓ ＷＮ Ｔ ｓ ） 和 多 壁碳 纳米 管（ ＭＷＮ Ｔ ｓ ） 。单 壁碳 纳米 管 的长度 为几 十微 米 ，其 直径 一 般 在零 点几 纳 米到 几 纳米 之 间 ；多壁 碳 纳米 管 的
山 西
化 工
２ ０ １ ３ 年１ ０ 月
蚀 、传 热快 、导 电性 高 、强度 大 、具 有 自润滑 性及 能 与
生物体 相容 等综 合性能 。 １ ． ２ ． ２ 电化学性 能 与传统 的 碳材 料相 比 ，碳 纳米 管具 有 良好 的 电化 学
化学修饰电极应用研究进展
化学修饰电极应用研究进展姚长斌，景丽洁，宫柏艳，张丽梅（吉林化工学院环境化工系，吉林吉林01 ）摘要：化学修饰电极（C e）是当前电化学、电分析化学中十分活跃的研究领域，其应用范围十分广泛。
本文着重评述近年来化学修饰电极在生物样品、药物分析、金属离子测定、环境监测及其它方面应用的最新进展。
关键词：化学修饰电极；电化学；电分析化学；应用前言化学修饰电极是通过化学修饰的方法在电极表面进行分子设计，将具有优良化学性质的分子、离子、聚合物固定在电极表面，造成某种微结构，赋予电极某种特定的化学和电化学性质，以便高选择性地进行所期望的反应，在提高选择性和灵敏度方面具有独特的优越性。
利用化学修饰电极表面上的微结构所提供的多种能利用的势场，使待测物进行有效的分离富集，并借控制电极电位，进一步提高选择性，同时把测定方法的灵敏性和修饰剂化学反应的选择性相结合，成为分离、富集和选择性三者合而为一的理想体系。
国内最早开辟这一研究领域的董绍俊［］在994年出版的专著中系统地介绍了化学修饰电极的由来、制备、表征及应用，展望了化学修饰电极的发展前景。
化学修饰电极以其独特的性能正日益引起分析工作者的广泛关注。
近年来，化学修饰电极的出现，不仅推动了电极过程动力学的基本理论研究，而且呈现出多种有用效应。
特别是在分析中的应用研究得到了迅速发展，使其在电化学中形成了一个新的研究领域。
本文着重评述近几年来化学修饰电极在分析中应用的最新进展。
2 化学修饰电极在生物样品分析中的应用近年来，化学修饰电极在生物样品分析中的研究发展极为迅速，应用各种修饰电极对儿茶酚类神经递质的研究报道较多，特别是神经递质的在体测定是目前较活跃的研究领域，微电极由于体积小可以插入单个细胞而成为当前对活体内神经递质的变化跟踪测定的唯一手段。
孙元喜等［］利用聚中性红膜修饰电极同时测定了多巴胺（DA）及肾上腺素（ep），基本上消除了抗坏血酸（AA）对DA及ep测定的干扰。
电化学生物传感器的研究与应用现状
电化学生物传感器的研究与应用现状电化学生物传感器的研究目前主要集中在三个方向：传感器构建、信号放大和检测仪器的开发。
传感器构建主要包括生物识别分子的修饰和载体材料的选择。
生物识别分子可以是抗体、酶、DNA等，通过与目标物质的特异性相互作用，实现对目标物质的检测。
载体材料选择需要考虑电化学活性、生物兼容性、稳定性等因素，常见的载体材料有玻碳电极、金属薄膜等。
信号放大主要通过引入纳米材料、纳米结构或功能材料，增强电化学传感器的灵敏度。
检测仪器的开发旨在提高传感器的检测性能和实用性，主要包括微流控技术、传感器阵列和便携式检测仪器等。
电化学生物传感器在医学诊断领域的应用已经取得了重要进展。
例如，血糖仪是最常见的电化学生物传感器之一，用于测试血液中的葡萄糖含量，对糖尿病患者的日常管理起到了重要作用。
此外，电化学生物传感器还可以用于监测血清中的肿瘤标志物、心肌酶等，辅助临床诊断，提高疾病的早期诊断率。
在食品安全方面，电化学生物传感器也发挥着重要作用。
传统的食品检测方法通常需要昂贵的仪器设备和复杂的分析程序，而电化学生物传感器则具有快速、灵敏和简单的优点。
通过检测食品样品中的有害物质，例如重金属、农药残留和毒素等，电化学生物传感器能够有效地保证食品安全，减少食品中的有害物质对人体的危害。
此外，电化学生物传感器还被广泛应用于环境监测。
例如，可以利用电化学生物传感器检测水体中的有毒金属离子、有机物污染物等，为环境污染监控提供有效手段。
另外，电化学生物传感器还可以用于检测空气中的污染物，例如二氧化硫、氮氧化物等，为空气质量监测提供帮助。
总之，电化学生物传感器是一种有着广泛应用前景的检测技术。
随着传感器构建、信号放大和检测仪器的不断改进和创新，电化学生物传感器将在医学诊断、食品安全、环境监测等领域发挥更加重要的作用。
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基于碳纳米管的化学修饰电极及电化学 生物传感器的研究进展
收稿日期 : 2005 - 05 - 06; 修回日期 : 2005 - 08 - 25 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 ( 20475068) ; 广西壮族自治区自然科学基金资助项目 ( 0342018) 作者简介 : 麦智彬 ( 1982 - ) , 男 , 广东中山人 , 硕士研究生 ; 邹小勇 , 联系人 , Tel: 020 - 88245973, E - mail: ceszxy@ zsu1 edu1 cn
2+ 2+ [ 34 ]
利用 利用
CNTs修饰电极在没有汞存在的情况下用阳极溶出伏安法对 Cd 及 Pb 同时进行了测定 , 分别在 - 880
和 - 620 mV 处得到两个区分良好的峰 , 检出限分别为 610 × 10 和 410 × 10
- 9
- 9
mol/L; Salim i等
[ 43 ]
Progresses of the Chem ical Modified Electrodes and Electrochem ical B iosensors Based on Carbon Nanotubes
MA I Zhi2bin , TAN Xue 2cai , ZOU Xiao 2yong
[1 - 3]
jim a发现 CNTs以来 , CNTs便由于其独特的理化性质如导体和半导体性质 、极高 的机械强度 、良好的吸附能力 、较大的比表面积和长径比 、较多的催化位点等而备受科学家们的关注 。 从结构上来说 , CNTs可以分为单壁碳纳米管 ( single 2 walled carbon nanotubes, S WNTs) 和多壁碳纳米管 (multi2 walled carbon nanotubes, MWNTs) 。目前 , CNTs的制备方法主要包括 : 电弧放电法 、激光蒸发 法 、化学气相沉积 。电弧放电法指在惰性气体和高温氛围内及金属颗粒催化剂存在下 , 两根相距很短 的石墨电极在强电流作用下放电 , 消耗阳极 , 在阴极表面生成 CNTs; 激光蒸发法是指在高温下 , 通过 激光刻蚀包裹有金属催化剂的石墨层 , 产生的碳原子通过重排生成 CNTs; 化学气相沉积法是指 CO、 烷烃等含碳原子源在金属催化剂的存在下 , 通过高温分解成碳原子 , 然后再沉积生成 CNTs。 由于 CNTs的生长过程非常复杂 , 粗产品中往往包含有无定型碳 、金属催化剂 、富勒烯等杂质 。这 些杂质的存在使 CNTs在分析化学中的应用受到很大限制 , 所以使用前必须对其进行纯化处理 。常用的 纯化方法包括湿法回流氧化法和干法氧化法 。湿法回流氧化法一般以强氧化性酸对 CNTs进行回流处 理 , 以除去金属催化剂颗粒及氧化除去无定型碳 。最常见的方法是利用混酸 (浓硫酸与浓硝酸的体积比 为 3 ∶ 1 )对 CNTs回流 。近年来有关 CNTs纯化的文献报道主要集中在湿法和干法氧化的联用 。例如
化学修饰电极和以此为基础的电化学生物传感器是现代分析化学的重要研究方向之一 , 已广 [4] 泛应用于化学 、生命科学 、医学 、环境 、食品和军事等领域的分析检测和机理研究 。修饰及固定化 材料和敏感膜的构建方法是研制性能优良的修饰电极和生物传感器的关键 。近年来 , 本课题组将纳米 材料 (如纳米金 、 碳纳米管等 ) 、有机无机杂化材料结合自组装技术和溶胶 - 凝胶技术等用于生物传感 [5 - 6] 器的研究中 。本文在本课题组近期开展碳纳米管 ( carbon nanotubes, CNTs) 在电化学生物传感器方 面研究的基础上 , 对其在修饰电极和生物传感器中的应用进行了综述 。
[ 10 ]
通过碳化二亚胺的酰胺化作用 , 将特定序列的 DNA 连接在 S WNTs上 ,
[ 11 ]
荧光图像结果表明 S WNTs可以选择性地与双链互补 DNA 进行杂交 , 而与非互补 DNA 序列则通过不明 确的作用相互结合 , 所得 S WNTs在水中具有良好的溶解性 。 Promper等 将羧基化的 S WNTs通过氯化 亚砜转变为酰氯 , 然后与氨基葡萄糖作用生成水溶性的 S WNTs, 功能化后的 S WNTs的质量浓度范围为
SEM 等手段进行表征 。 212 CNTs的分散 CNTs的均匀分散对其应用具有重要意义 , 目前报道的分散方法主要有 3 种 : ①通过在 CNTs上修
饰亲水基团增加它们在水溶液中的溶解性 。湿法羧基化是目前通用的方法 , Peng等
[ 13 ]
利用 S WNTs与
丁二酸进行反应 , 得到羧基化的 S WNTs, 产物与二氯亚砜反应生成酰氯后再与双胺基终端化合物缩合 生成以胺基为端基的 S WNTs, 功能化后的 S WNTs在水和乙醇中的溶解度均有所改善 。 ②通过表面活 [ 14 ] 性剂对 CNTs进行分散 。 Islam 等 利用十二烷基苯磺酸钠 ( SDBS) 对 S WNTs的分散体系进行了研究 。 实验结果表明 , 该方法分散的 S WNTs溶液质量浓度高达 20 mg /mL , 单根 CNTs的比率为 ( 63 ± 5) %。 ③利用高分子聚合物或生物大分子对 CNTs进行分散 。如 Zhang等
Ab s tra c t: This paper gives a summarization on the structure, synthesis, purification, functionlization and dispersion of carbon nanotubes . Progresses of the studies on the chem ical modified electrodes and electrochem ical biosensors based on carbon nanotubes are reviewed. Ke y wo rd s: Carbon nanotubes; Chem ical modified electrodes; Electrochem ical biosensor; Review
011 ～013 g /L , 其溶解性受到温度的影响 。除了酰胺化外 , CNTs 的羧基还可以发生酯化反应 。 Fu
等
[ 12 ]
利用酯化反应将两种含羟基的化合物接到 CNTs上 , 修饰了 CNTs, 同时利用酯化反应是可逆过程
的特点 , 通过控制水解条件 , 将已经溶解在溶剂中的 CNTs进行回收 , 并对其过程用 UV /V is、 TGA、
麦智彬 , 谭学才
1 1, 2
, 邹小勇
1
( 1. 中山大学 化学与化学工程学院 , 广东 广州 510275; 2. 广西民族学院 化学与生态工程学院 , 广西 南宁 530006)
摘 要 : 综述了碳纳米管的结构 、合成 、纯化 、功能化 、分散及基于碳纳米管的化学修饰电极和电化学生物 传感器的研究进展 。 关键词 : 碳纳米管 ; 化学修饰电极 ; 电化学生物传感器 ; 评述 中图分类号 : O657115; TB383 文献标识码 : A 文章编号 : 1004 - 4957 ( 2006 ) 03 - 0120 - 06
- 5
～710 ×
122
分析测试学报
- 5
第 25 卷
10
- 4
mol/L , 检出限达到 110 × 10
[ 53 ]
mol/L。 CNTs同时可以对部分氧化还原蛋白的活性中心产生直接电
子转移现象 。 Cai 等
和 Zhao 等
[ 54 ]
分别报道了血红蛋白和肌红蛋白在 CNTs修饰电极表面的直接电子
CNTs修饰玻碳电极对吗啡进行了测定 , 与裸电极相比 , 修饰电极产生了 100 mV 的电位降 , 且灵敏度
比裸电极提高 10 倍 ; 细胞色素 C 由于受到蛋白质外层的包围 , 在裸电极上的响应非常微弱 , W ang 等
[ 58 ]
报道了细胞色素 C 在活化后的 S WNTs修饰电极上有良好的响应 , 线性范围为 310 × 10
[7]
第 3期
麦智彬等 : 基于碳纳米管的化学修饰电极及电化学生物传感器的研究进展
121
Hou等
[8]
将湿法和干法结合对 MWNTs进行纯化处理 , 超声分散后的 MWNTs粗产品加热后分散在 90
[9]
℃ 溴水中回流 3 h, 然后再在 520 ℃ 空气氛围内加热 45 m in, 再用稀盐酸除去剩下的金属颗粒 , 得到纯 的 MWNTs, 并对纯化后的 MWNTs用 TEM、 TGA、 XRD 进行了表征 。 Jeong等 利用 H2 S - O2 结合盐 酸纯化 S WNTs。粗产品在 3 mol/L 盐酸中回流 24 h, 重复 3 次后进行过滤 , 产物用二次水彻底冲洗后 在 150 ℃ 下干燥 24 h, 然后在 500 ℃ H2 S - O2 混合气体中氧化 1 h 以除去无定型碳和其它纳米粒子 。 氧化后的 S WNTs再利用 3 mol/L 盐酸除去可能存在的金属颗粒 , 然后再在 150 ℃下干燥 24 h。所得
[ 16 ]
利用 Nafion 分散 CNTs制作安培传感器 , 并考察了 H2 O2 和葡
[ 17 ]
萄糖在该传感器上的响应情况 。 Zheng等
报道了利用 ssDNA 辅助分散 CNTs, ssDNA 通过 π - π堆叠
作用缠绕在 CNTs周围 , CNTs和 ssDNA 的结合阻碍了 CNTs之间的团聚 。 随着上述技术的成熟 , CNTs在化学修饰电极及生物传感器的应用研究已被广泛开展 。目前有关
转移现象 。直接电子转移使得这两种蛋白所修饰的电极对 H2 O2 和 NO 具有明显的催化作用 。产生这种 现象的原因一方面是因为 CNTs的表面缺陷导致了较高的表面活性 , 有利于酶和碳管之间的电子传递 , 另一方面是由于 CNTs起到分子导线的作用 , 将电子传递到酶的氧化还原活性中心所致 。 [ 60 ] 除了用于定量分析外 , CNTs修饰电极还被用于研究分子之间的电化学行为 。例如 Guo 等 报道 了小牛胸腺 DNA 结合的 CNTs修饰电极在铁氰化钾探针中的电化学行为 , 并用阻抗分析研究了 DNA 与 [ 61 ] 溴乙腚之间的相互作用 。另外 W ang等 还报道了 DNA 在 S WNTs修饰电极上的电化学行为 。