毕业设计(论文)开题汇报
论文题目 一个基于无酶电化学葡萄糖传感器研究
选题意义：
传感器和传感器技术已经成为现代社会中关键部分，它在我们生活生产中无处不在，起着关键作用。现在在多种期刊上已经发表了大量相关传感器多种领域论文。包含分子识别、纳米技术、聚合物化学、微流技术、分子生物学全部能作为潜在传感器应用技术。不管在现在还是在未来，传感器全部拥有巨大价值。传感器能够测量环境组成、健康情况、机器性能、食品质量等等。举例来说，汽车发动机内假如安装上氧气传感器，经过检测氧气含量，能够帮助优化发动机内空气-燃料比，从而实现优化引擎性能，提升能效比。葡萄糖传感器假如能实现连续在线检测，糖尿病人就能够实时监测本身血糖改变，从而调整饮食，控制血糖浓度，或根据需要注射胰岛素。假如将传感器连上封闭控制胰岛素注射器，还能实现胰岛素自行注射，使糖尿病人过上一般人生活。所以，对葡萄糖传感器研究含有十分关键现实意义。
和有酵葡萄糖传感器比较,无酶葡萄糖传感器含有以下优点:首先,无酶葡萄糖传感器不受糖易变性失活影响,不需要在特殊条件下保留,比有酶葡萄糖传感器使用寿命要长;其次,制备无酶葡萄糖传感器比较简单,没有把酶修饰到电极上技术难题;再次, 无酶型传感器制备成本要比有酶葡萄糖传感器廉价,因为酶制备和纯化全部较为困难,这就造成酶使用价格比较高;最终无酶葡萄糖传感器稳定性和重现性方面全部比有酶生物传感器优良,因为它不受修饰到电极上酶数量影响。
即使多年来电化学方法检测葡萄糖表现出大量优点,然而这些新型材料在检测葡萄糖时也表现出一定缺点,如无酶葡萄糖传感器氧化选择性并没有酶电极传感器选择性好,当样品中存在大量抗坏血酸(AA)和尿酸(UA)时,使用镍电极检测也有对应响应电流。而且部分无酶葡萄糖传感器成本也比较高,轻易发生氯离子中毒等等,这些缺点全部大大限制了它们应用。所以,制备一个成本较低、高选择性、可快速可靠检测葡萄糖无酶葡萄糖传感器仍是科研工作者关注焦点。
研究背景：
检测葡萄糖含量方法有很多个。试验室常见方法是碘量法，实际应用中常见方法有高效液相色谱法(HPLC法)、分光光度法、旋光度法、气相色谱法、生物传感器法,另外还有比色法、薄层色谱法等。葡萄糖检测方法很多,各有利弊。髙效液相色谱法中离子色谱法在多年来发展很快;银类杂多酸常常见作分光光度法分析中关键显色剂,用来测定桂、 等物质;旋光度法常常见作检测葡萄糖一个辅助方法,这是因为葡萄糖结构比较复杂;用气相色谱法检测分析葡萄糖时,操作过程较为复杂,需要对葡萄糖进行桂酸化预处理;使用生物传感器法检测葡萄糖时,表现出线性检测范围宽、灵敏度高、成本比较低等优点,所以生物传感器法检测葡萄糖应用前景很好。葡萄糖传感器研究一直为化学和生物传感器研究热点,基于其使用变换器物理化学原理,葡萄糖传感器可分为电化学传感器、压电传感器、热电传感器、声学传感器和光学传感器等等,其中电化学传感器是最早研制生物传感器。按有没有使用酶用于构建葡萄糖传感器,可将葡萄糖电化学传感器分为基于酶葡萄糖电化学传感器和无酶电化学传感器。
对于酶电极电化学葡萄糖传感器研究已经进行了几十年,同时也取得了令人满意结果。不过伴随研究发展,大家发觉,用酶来修饰电极暴露出了越来越多缺点,比如电极稳定性不好,因为GOD在电极结构、储存和使用过程中轻易发生变性;酶成本较高;GOD固定到电极上过程复杂,仍然没有一个完美方法,使得其既能满足酶稳定性和高效性,又能使其不易脱落、失活;试验操作条件需要严格控制;试验数据重现性较差;抗干扰能力差等等。这些原因影响了酶电极葡萄糖生物传感器灵敏度、稳定性及重现性,也限制了其产业化发展。所以,越来越多科研工作开始关注无酶电极来处理这些问题。
伴随酶修饰电极葡萄糖传感器缺点不停出现大家开始更多关注无酶葡萄糖传感器。碳纳米管、稀有金属纳米材料、金属合金、和金属纳米氧化物,等材料逐步用于构建无酶葡萄糖传感器。用无酶葡萄糖传感器检测葡萄糖时,其表现出良好电催化活性,总体来看,优点有线性范围广,检测限低,灵敏度高,选择性好,同时表现出很好可重现性和长久稳定性。
纳米材料一个应用是制备纳米级电极。对于纳米结构材料修饰电极来说,纳米颗粒尺寸较小,表面键态及电子态和内部状态不一样,从而使纳米颗粒表面活性位置大大增加,而且纳米颗粒比表面积大、表面自由能高、含有良好生物相容性,所以使纳米材料修饰电极含有很好反应活性和选择性,深入使修饰电极对一些特定物质电化学行为产生某种特有催化效应。纳米材料修饰电极关键有以下三类。
碳纳米管修饰电极；
金属纳米材料修饰电极；
(3)纳米半导体材料修饰电极。
中国外研究现实状况：
很多文件报道使用碳纳米管或将金属纳米材料和碳纳米管复合后材料用作构建无酶葡萄糖传感器,检测葡萄糖时表现出良好电化学性能。如Jian-Shan Ye等人使用多壁碳纳米管电极检测葡萄糖就表现出很好电催化活性。稀有金属如Au、Ag、Pt等材料,常见做电极材料,制成无酶葡萄糖传感器来检测葡萄糖,并表现出良好性能。如SejinPark等人用介孔Pt电极来检测葡萄糖,表现出良好选择性、灵敏度和稳定性。金属合金如Pt-Pb材料用于电极材料检测葡萄糖时,含有良好电催化性能。如Jingpeng Wang等人合成纳米多孔Pt-Pb材料,用来检测葡萄糖时表现出很好电催化活性。金属纳米粒子Pt、Ni等材料,也常见于修饰电极构建葡萄糖传感器检测葡萄糖,表现出良好性能。如Lian-Qing Rong等人在碳纳米管上修饰了高度分散Pt纳米粒子,并用此材料钻-多壁碳纳米管(Pt-MWCNTs)修饰电极,和Li-Min Lu等人制备了Ni纳米线阵列电极,这些材料用于电化学方法检测葡萄糖时,全部表现出良好电催化性能。金属氧化物如MnO2或金属纳米氧化物如纳米CuO等材料,常和碳纳米材料复合后,用于制成无酶葡萄糖传感器来检测葡萄糖,也表现出良好性能。如Jin Chen等人将制备MnO2/MWCNTs复合材料修饰到电极表面检测葡萄糖,表现出很好电化学性能;Liao-Chuan Jiang等人用氧化铜纳米粒子修饰多壁碳纳米管制成CuO/MWCNTs电极来检测葡萄糖,也表现出良好选择性、灵敏度和稳定性。
课题内容：
本研究工作目标在于经过纳米过渡金属氧化物NiO修饰碳糊电极、过渡金属Au纳米复合材料修饰玻碳电极,构建无酶葡萄糖传感器,检测葡萄糖。并深入探索了怎样提升电化学无酶葡萄糖传感器性能,改善它选择性、灵敏度、检测限和稳定性。
2、工作准备：
（1）在前期工作中,我们尝试使用了多个过渡金属氧化物纳米材料修饰碳糊电极,用于检测葡萄糖。
（2） Ni、NiO或Ni(OH)2能够在电极表面经过NiOOH/Ni(OH)2氧化还原对催化葡萄糖电化学氧化。我们将氧化镍和碳糊混合制备电化学葡萄糖传感器。该材料可用于修饰玻碳电极,检测葡萄糖,表现出良好电化学性能。
研究步骤：
（一）纳米过渡金属氧化物构建无酶葡萄糖传感器
1、试验仪器
(1)CHI842B电化学工作站
(2)磁力揽拌器
(3)YP15K电子天平
(4)PH030A型干燥箱
2、关键试剂
纳米过渡金属氧化物 NiO、Pr6O11、Sm2O3、Y2O3、CeO2、Nd2O3、Dy2O3(Nanjing EmperorNano Material Co. Ltd.);石墨粉;石蜡;葡萄糖。
试验用水为二次超纯水(Milli-Q),其它试剂均为分析纯,使用前不需任何处理。标准溶点毛细管。
3、电极制备
碳糊电极制备:将石墨粉和石蜡按质量比为5:1混合,用研钵研磨后,形成碳糊。然后在一根毛细管中装入一定量碳糊并压实,将一根铜丝从毛细管另一端插入电极,并用胶固定。
碳糊电极修饰:分别将纳米过渡金属氧化物NiO、Pr6O11、Sm2O3、Y2O3、CeO2、Nd2O3、Dy2O3和磨好碳糊根据质量比1:5研磨混合后,取少许修饰到碳糊电极顶端(大约1mm),用于检测葡萄糖。将纳米过渡金属氧化物NiO和磨好碳糊根据质量比1:9研磨混合后,取少许修饰到碳糊电极顶端,用于检测葡萄糖。
（二）纳米氧化镍材料修饰电极检测葡萄糖
1、试验仪器
(1) Cm842B电化学工作站
(2)磁力搜拌器
(3) YP15K电子天平
(4) PH030A型干燥箱
(5)扫描电子显微镜
关键试剂
纳米过渡金属氧化物NiO (Nanjing Emperor Nano Material Co. Ltd.);石墨粉;石蜡;葡萄糖;抗坏血酸(AA);尿酸(UC)。
试验用水为二次超纯水(Milli-Q),其它试剂均为分析纯,使用前不需任何
处理。标准焰点毛细管(直径1mm)。
3、电极制备
碳糊电极制备:将石墨粉和石錯按质量比为5:1混合,用研钵研磨后,形成碳糊。然后在一根毛细管中装入一定量碳糊并压实,将一根铜丝从毛细管另一端插入电极,并用胶固定。
碳糊电极修饰:将纳米过渡金属氧化物NiO和磨好碳糊根据质量比1:9研磨混合后,取少许修饰到碳糊电极顶端(大约1mm),用于检测葡萄糖。
预期研究结果：
1、探索不一样含量NiO对修饰电极检测葡萄糖影响。将不一样含量NiO碳糊修饰到碳糊电极表面,分别选择NiO:CP=l: 5和NiO:CP=l: 9碳糊修饰电极,检测葡萄糖。NiO修饰电极对葡萄糖电催化响应信号和溶液中OH-浓度和修饰材料表面氧化还原电对Ni(OH)2/NiOOH含量相关
2、基于Ni、NiO、Ni(0H)2无酶电化学葡萄糖传感器已经数次被报道。将纳米NiO修饰碳糊电极在高电位范围内进行扫描处理,然后检测葡萄糖。期望所得无酶葡萄糖传感器在检测葡萄糖时能够有愈加好响应速度，更高灵敏性，更宽检测范围等。
研究进度安排
20XX年****至20XX年****，课题内容确定，听取具体指导，着手准备所需仪器设备及药品。
20XX年****至20XX年****，依据课题内容搜集相关资料，确定论文题目，着手试验开展。
20XX年****至20XX年****，完成毕业论文任务书及开题汇报，做好毕业论文前期工作。
20XX年****至20XX年****，试验阶段，搜集相关数据，开展试验。
20XX年****至20XX年****，数据处理，撰写毕业论文。
20XX年****至20XX年****，毕业论文答辩，评定成绩；毕业论文总结。
20XX年****至20XX年****，毕业论文工作总结。
参考文件：
[1]Jiang L C,Zhang W D. A highly sensitive nonenzymatic glucose sensor based on CuO nanoparticles-modified carbon nanotube electrode[J]. Biosensors and Bioelectronics, 20XX,25: 1402-1407.
[2] 王亮,尚会建,王丽梅.葡萄糖检测方法研究进展[J].河北工业科技,20XX,27(2): 132-135.
[3] 兰丹.基于纳米金增强酶基化学发光生物传感器研究[D].陕西师范大学,20XX.
[4] 庄贞静,肖丹,李毅.无酶葡萄糖电化学传感器研究进展[JJ.化学研究和应用,20XX,21(11): 1486-1493.
[5] 吴国权.多壁碳纳米管和纳米金修饰金电极葡萄糖传感器研究[D].华南理工大学,20XX.
[6] 汪晓霞.金纳米材料用于葡萄糖生物传感器研究[D].南京航空航天大学 20XX.
[7] Ghindilis A L, Morzunova T Q Barmin A V,et al. Potentiometric biosensors for cholinesterase inhibitor analysis based on mediatorless bioelectrocatalysis[J]. Biosensors and Bioelectronics, 1996,11(9): 873-880.
[8] Pandey P C, Mishra A P. Novel potentiometric sensing of creatinine[J].Sensors and Actuators B: Chemical, 20XX,99(2-3): 230-235.
[9] Reybier K, Zairi S, Jaffrezic-Renault N, et al. The use of polyethyleneimine for fabrication of potentiometric cholinesterase biosensors[J]. Talanta,20XX,56(6): 1015-1020.
[10]Sen S, Giilce A. Polyvinylferrocenium modified Pt electrode for the design of amperometric choline and acetylcholine enzyme electrodes[J]. Biosensors and Bioelectronics, 20XX,19(10): 1261-1268.
[11]Gutes A, Cespedes F, Alegret S, et al. Determination of phenolic compounds by a polyphenol oxidase amperometric biosensor and artificial neural network analysis[J]. Biosensors and Bioelectronics, 20XX,20(8): 1668-1673.
[12]Clark L C, Lyons C. Electrode systems for continuous monitoring in cardiovascular surgery [J]. Annals of the New York Academy Sciences,1962,102(1): 29-32.
[13]Updike S J,Hick G P. The enzyme electrode[J]. Nature, 1967,214(92):986-988.
[14]Wang J. Eleetrochemieal Glueose Biosensors[J]. Chemical reviews,20XX,108(2): 814-825.
[15]Turner A P F, Karube I,^Ison G S. Biosensors:Fundamentals and Applications[M]. Oxford University Press. 1987.
[16]Guilbault G Q Lubrano G G. An enzyme electrode for amperometric determination of glucose [J]. Analytica ChimicaActa, 1973,64(3):439-455.
[17]Cass AE Q Davis Q Francis G D, et al. Ferrocene-mediated enzyme electrode for amperometric determination of glucose[J]. Analytical Chemistry, 1984,56:667-671.
[18]Cenas N K, Kulys J J. Biocatalytic oxidation of glueose on the conductive charge transfer complex[J]. Bioelctrochem Bioenerget, 1981,8:103-113.
[19]Park S,Boo H, Chung T D. Electrochemical non-enzymatic glucose sensors[J].Analytica ChimicaActa, 20XX,556:46-57.
[20]胡贵权,管文军,李星.纳米碳管葡萄糖生物传感器研究[J].浙江大学学报,20XX,39(5): 668-671.
[21]王酉,徐惠,李光.基于碳纳米管修饰丝网印刷碳糊电极葡萄糖和尿酸生物传感器[J].传感技术学报,20XX,19(5): 2077-2083.
[22]Zhang M,Smith A, Gorski W. Carbon nanotube-chitosan system for electrochemical sensing based on dehydrogenase enzyme[J] Analytical Chemistry, 20XX,76(17): 5045-5050.
[23]Park S,Chung T D,Kim H C. Nonenzymatic glucose detecticni usmg mesoporous platinum[J]. Analytical Chemistry, 20XX,75: 3046-3049.
[24]Rong L Q,Yang C,Xia X H. Study of the nonenzymatic glucose sensor based on highly dispersed Pt nanoparticles supported on carbon nanotubes[J],Talanta, 20XX,72: 819-824.
[25]Wang J P, Thomas D F,Chen A C_ Nonenzymatic Electrochemical glucose sensor based on nanoporoxis PtPb networks[J], Analytical Chemistry, 20XX,80;997-1004.
[26]Wang X, Hu C,Liu H. Synthesis of CuO nanostructures and their application for nonenzymatic glucose sensing[J]. Sensors and Actuators B.20XX,144:220-225.
[27]Chen J, Zhang W D, Ye J S. Nonenzymatic electrochemical glucose sensor based on MnfVMWNTs nanocomposite[J]. Electrochemistry Communications, 20XX,10: 1268-1271.
[28]Ye J S, Wen Y, Zhang W D,et. al. Nonenzymatic glucose detection using multi-walled carbon nanotube electrodes[J], Electrochemistry Communications, 20XX,6(1): 66-70.
[29]Quan H,Park S-U,Park J. Electrochemical oxidation of glucose on silver nanoparticle-modified composite electrodes[J]. Electrochimica Acta, 20XX,55:2232-2237.
[30]Lu L M,Zhang L, Qu F L, et al. A nano-Ni based ultrasensitive nonenzymatic electrochemical sensor for glucose : enhancing sensitivity through nanowire array strategy [J]. Biosensors and Bioelectronics, 20XX,25(1):218-223.
[31]Wilson R, Turner APR Glucose oxidase: an ideal enzyme[J]. Biosensors and Bioelectronics, 1992,7(3): 165-185.
[32]邢亮.基于纳米材料无酶传感器研究[D].湖南大学,20XX.
[33]余海湖,姜德生.金纳米粒子自组装薄膜光谱学研究[J].光谱学和光谱分析,20XX,22(3): 511-514.
[34] Kiyofumi K, Nakamura M,Koumoto K. Magnetoresponsive smart capsules formed with polyelectrolytes, lipid bilayers and magnetic nanoparticles [J].ACS Applied Material and Interfaces, 20XX,2(3): 768-773.
[35]I Can X W,Geng Z R, Wang Z L,et al. Magnetic molecularly imprinted polymer for aspirin recognition and controlled release[J]. Nanotechnology,20XX,20(16): 16.
[36]杨海朋,陈仕国,李春辉.纳米电化学生物传感器[J].化学进展,20XX,21(1):210-216.
[37]Chaxych D, Cheng Q,Reichert A, et al. A "litmus test" for molecular recognition using artificial membranes[J]. Chemistry and Biology, 1996, 3(2):113-120.
[38]Kilian K A, Lai L M H,Magenau A,et al.Smart tissue culture: in situ monitoring of the activity of protease enzymes secreted from live cells using nanostructured photonic crystals[J]. Nano Letters, 20XX,9(5): 2021-2025.
[39]Jiang X Z, Ge Z S, Xu J, et al. Fabrication of multiresponsive shell cross-linked micelles possessing pH-controllable core swellability and thermo-tuoable corona permeability[J] Biomacromolecules, 20XX, 8(10):3184-3192.
[40]卢柯,卢磊.金属纳米材料力学性能研究进展[J].金属学报,20XX,36(8):785-791.
[41]Luo H X5 Shi Z J,Li N Q,et al. Investigation of the electrochemical and electrocatalytic behavior of single-wall carbon nanotube film on a glassy carbon electrode[J], Analytical Chemistry,20XX,73(5): 915-920.
[42]Britto P J,Santhanam K S V5 Ajayan P M. Carbon nanotube electrode for oxidation of Dopamine[J]. Bioelectrochemistry and Bioenergetics. 1996,41(1):121-125.
[43]Britto P J, Santhanam K S V, Rubio A, et al. Improved charge transfer at carbon nanotube electrode[J]. Advanced Materials, 1999,11(2): 154-157.
[44]Rinzler A G, Liu J,Dai H, et al. Large-scale purification of single-wall carbon nanotubesrprocess product, and charaeterization[J]. Applied Physics A, 1998,67(1): 29-37.
[45]杨占红,吴洁清,李晶.碳纳米管纯化-电化学氧化法[J].高等学校化学学报,20XX,3: 446-449.
[46]Bai Y,Sun Y Y,Sun C Q. Pt-Pb nanowire array electrode for enzyme-free glucose detection[J]. Biosensors and Bioelectronics, 20XX,24(4): 579-585.
[47]Cherevko S,Chung C H. Gold nanowire array electrode for non-enzymatic voltammentric and amperometric glucose detection[J]. Sensors and Actuators B,20XX,142(1): 216-223.
[48]Ding Y,Wang Y,Su L,et al. Electrospun Co304 nanofibers for sensitive and selective glucose detection[J], Biosensors and Bioelectronics, 20XX,26(2):542-548.
[49]Li C C, Liu Y L,Li L M,et al. A novel amperometric biosensor based on NiO hollow nanospheres for biosensing glucose[J]. Talanta, 20XX,77(1): 455-459.
[50]Miao F,Tao B T, Sun L,et al. Amperometric glucose sensor based on 3D ordered nickel-palladium nanomateriai supported by silicon MCP array[J].Sensors and Actuators B,20XX,141(1): 338-342.
[51]Pham X H,Bui M-P N,Li C A,et al. Electrochemical characterization of a single-walled carbon nanotube electrode for detection of glucose[J]. Analytica ChimicaActa, 20XX,671(1-2): 36-40.
推荐访问:开题报告 电化学 开题 葡萄糖 新型葡萄糖电化学传感器研究应用与分析应用开题报告