本文關(guān)鍵詞：納米多孔金屬基復(fù)合材料的制備及在分子檢測中的應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：環(huán)境污染、食品安全、疾病高發(fā)等問題嚴(yán)重的威脅著人類的生命和健康，成為人們迫切需要解決的問題。基于電化學(xué)和光學(xué)檢測技術(shù)如：電化學(xué)生物傳感與表面增強(qiáng)拉曼散射光譜技術(shù)等為低濃度有毒物質(zhì)、生物分子等的探測與檢測提供了有效的途徑。納米多孔金屬是一種納米結(jié)構(gòu)化的宏觀材料，其特殊的結(jié)構(gòu)使其具有獨(dú)特的物理化學(xué)性能，因而被廣泛的應(yīng)用于催化和表面等離子激元等設(shè)備中。鑒于各類應(yīng)用于電極組裝的低維納米金屬結(jié)構(gòu)的電極組裝方式多為用粘結(jié)劑粘合或者直接物理接觸，使電極產(chǎn)生很大的內(nèi)部電阻，致使其在分子探測中性能降低，體現(xiàn)為靈敏度低、響應(yīng)時(shí)間遲緩、再現(xiàn)性或穩(wěn)定性差，近而影響了電極的電催化和傳感等服役性能；具有表面等離子激元的低維納米金屬結(jié)構(gòu)存在均勻性和穩(wěn)定性差等問題，嚴(yán)重影響表面增強(qiáng)拉曼散射光譜的重復(fù)性和可靠性。納米多孔金屬材料由雙連續(xù)的納米金屬骨架組成，特點(diǎn)為孔隙結(jié)構(gòu)大小可調(diào)、密度低、比表面積大、空隙率高、吸附性強(qiáng)、均勻性好，并且兼具金屬材料的優(yōu)良特征，在電化學(xué)生物傳感器測試及表面拉曼增強(qiáng)分子檢測中都體現(xiàn)了優(yōu)越的性能。本文研究內(nèi)容為納米多孔金屬基復(fù)合材料的制備及在分子檢測中的應(yīng)用： 1、糖尿病已經(jīng)成為威脅人類健康的八大疾病之一，其患病死亡率高達(dá)2.6%。糖尿病患者體內(nèi)的葡萄糖濃度值需要每天監(jiān)測，因此開發(fā)靈敏度高、選擇性好、響應(yīng)時(shí)間快和穩(wěn)定性好的葡萄糖生物傳感器傳感器是科學(xué)研究的一個(gè)重要課題。以往人們通常使用酶修飾的貴金屬等材料作為工作電極進(jìn)行葡萄糖濃度的檢測，但是貴金屬如鉑電極在電催化葡萄糖的過程中容易吸附中間產(chǎn)物使電極鈍化，并且酶的活性也容易受到溫度、溶液的pH值以及毒化物質(zhì)的影響。因此，人們開始把注意力轉(zhuǎn)移到金屬氧化物材料或金屬與氧化物的復(fù)合材料上來。 (1)、制備了實(shí)體金/納米多孔金(Solid Au/NP Au)結(jié)構(gòu)的微電極材料。金屬和活性物質(zhì)之間不依賴粘合劑或物理接觸，而屬于一種無縫集成結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有效地降低了金屬與活性物質(zhì)之間的接觸電阻。并且可以通過改變制備過程中的實(shí)驗(yàn)條件，對無縫集成的實(shí)體金/納米多孔金材料的特征尺度進(jìn)行調(diào)控，如調(diào)控實(shí)驗(yàn)過程中的反應(yīng)參數(shù)、反應(yīng)溫度、前驅(qū)體濃度等對制備的納米多孔材料的特征尺寸進(jìn)行優(yōu)化，過程為在高溫的氯化鋅和苯甲醇(ZnCl2/BA)電解液中，通過三電極體系采用原位電化學(xué)合金化/去合金化方法對直徑為微米級(jí)的金線進(jìn)行刻蝕。通過調(diào)控得到最優(yōu)Solid Au/NP Au微電極的制作條件為50次循環(huán)合金/去合金過程，電解液為1.5M ZnCl2/BA，油浴溫度120oC，掃描速度為10mV s-1，最優(yōu)的S/NP Au的韌帶寬度大約~300nm，多孔金的厚度約為1μm，并且韌性非常好。 (2)、制備了實(shí)體金/納米多孔金/氧化物復(fù)合電極(Solid Au/NP Au/Co3O4)。使用制備好的實(shí)體金/納米多孔金(Solid Au/NP Au)作為基底，利用水熱合成法在納米多孔金韌帶上生長Co3O4納米顆粒，使金屬與活性物質(zhì)之間避免使用粘合劑或物理接觸。納米多孔金和Co3O4納米顆粒之間屬于共格生長，這種生長方式有利于電子的傳遞，有效地提高了電極的導(dǎo)電性能。同時(shí)，納米多孔金提供了更大的比表面積，為Co3O4納米顆粒提供了更多的生長空間，進(jìn)而增大了電極的活性面積，有利于離子和質(zhì)量傳輸。使用合成的實(shí)體金/納米多孔金/四氧化三鈷(Solid Au/NP Au/Co3O4)微電極作為無酶電化學(xué)葡萄糖傳感器的工作電極，對葡萄糖濃度進(jìn)行了電化學(xué)檢測，研究結(jié)果表明該復(fù)合電極在電化學(xué)葡萄糖傳感器的性能檢測中表現(xiàn)突出，在低電位下，該微電極在葡萄糖催化活性測試中靈敏度高，最高靈敏度可達(dá)12.5mA mM-1cm-2；該微電極擇性好，在低電壓下，血液中常見的干擾物質(zhì)如尿酸、非那西丁、維生素等會(huì)失去電活性，解決了非酶電化學(xué)葡萄糖傳感器抗干擾能力差的關(guān)鍵性問題；該微電極可靠性高，為了證明該微電級(jí)的可靠性，使用該微電極對醫(yī)院糖尿病人的血清進(jìn)行了測試，測量的糖尿病患者血清中葡萄糖值和醫(yī)院測試值偏差很小。該微電極的穩(wěn)定性好，在電壓0.26V下，用同一電極測得了四組新鮮的KOH和葡萄糖混合溶液的計(jì)時(shí)電流曲線，電流起始值穩(wěn)定，之后將實(shí)驗(yàn)后的溶液進(jìn)行了紫外可見光分析，沒有發(fā)現(xiàn)Co或Au離子的峰值，證明無縫集成的Solid Au/NP Au/Co3O4微電極在長時(shí)間的穩(wěn)定性測試中沒有剝離或脫落，穩(wěn)定性很好；由于該電極最外層外為氧化物，在空氣中儲(chǔ)存穩(wěn)定，該電極放置四個(gè)月后，仍能實(shí)現(xiàn)超低濃度血糖的檢測，上述結(jié)果證明該微電極可以實(shí)際測量微量樣品；該電極的響應(yīng)速度快(1s)。 2、拉曼光譜可以提供豐富的分子結(jié)構(gòu)信息，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)使表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）技術(shù)在生化分析領(lǐng)域成為一個(gè)重要的檢測工具。高速發(fā)展的SERS技術(shù)極大地提高了拉曼光譜的檢測靈敏度克服了拉曼光譜強(qiáng)度方面的不足。根據(jù)報(bào)道SERS增強(qiáng)的貢獻(xiàn)主要是由于納米結(jié)構(gòu)的等離子體共振引起的電磁場增強(qiáng)，特別是貴金屬納米結(jié)構(gòu)邊緣的縫隙之間或顆粒之間，這些區(qū)域被稱作“熱點(diǎn)”，這大大激發(fā)了人們開發(fā)納米結(jié)構(gòu)的SERS活性基底的興趣。本文制備了一種嵌入氧化錫納米顆粒的金銀雙金屬(NP Au/SnO/Ag)結(jié)構(gòu)的納米薄膜。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于用作基底的納米多孔金在大面積范圍內(nèi)均勻性好，并且其特有的雙連續(xù)網(wǎng)絡(luò)金屬結(jié)構(gòu)為探針分子提供了更大的吸附空間，嵌入在AuAg之間的SnO不僅介電系數(shù)大，同時(shí)又在多孔金韌帶上形成了大量的凸起，縮短了NPAu/SnO/Ag三明治結(jié)構(gòu)韌帶之間的距離，增強(qiáng)了電磁場耦合；并且大量凸起本身作為“熱點(diǎn)”在表面增強(qiáng)拉曼光譜效應(yīng)中也起到重要作用；具有均勻的高密度“熱點(diǎn)”的三明治結(jié)構(gòu)作為SERS活性基底增強(qiáng)因子(EF)為~1010，，比納米多孔雙金屬薄膜(NP AuAg)的表面增強(qiáng)拉曼散射光譜增強(qiáng)因子高出4個(gè)數(shù)量級(jí)，敏感度高的褶皺的NPAu/SnO/Ag三明治薄膜對R6G分子的探測濃度低至10-15M，對具有很小的散射截面的非振動(dòng)分子半胱氨酸的探測濃度低至10-10M。

  本文關(guān)鍵詞：納米多孔金屬基復(fù)合材料的制備及在分子檢測中的應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。