生物功能化碳納米管的合成、表征及分析應(yīng)用.pdf

1、碳納米管(Carbon nanotubes，CNTs)作為吸附劑的應(yīng)用引起了國內(nèi)外科學(xué)家的廣泛關(guān)注。碳納米管憑借其優(yōu)異的吸附性能，已用于分離富集多種多樣的痕量分析物。然而，功能化的碳納米管用作吸附劑，在高選擇性、高靈敏度的分析檢測方面，所得到的關(guān)注仍然較少。本論文旨在發(fā)展生物功能化的碳納米管的合成方法、表征及其作為新型選擇性吸附劑在痕量分析中的應(yīng)用，主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點如下：
　　 (1)將L-半胱氨酸功能化的碳納米管用于痕量金

2、屬離子的選擇性分離與富集。合成了L-半胱氨酸功能化的多壁碳納米管并通過XPS、FT-IR、XRD和TEM的表征。分別從動態(tài)和靜態(tài)吸附的角度，評價了L-半胱氨酸功能化的多壁碳納米管的選擇性富集與分離重金屬的性能。L-半胱氨酸功能化的多壁碳納米管不受離子強度影響成為了其顯著的優(yōu)點。其在pH5.0～6.5范圍內(nèi)，L-半胱氨酸功能化的多壁碳納米管可以有效地富集Cd2+；使用0.5 mol L-1HC1洗脫后，由火焰原子吸收光譜檢測。L-半胱氨酸

3、功能化的多壁碳納米管可以快速地吸附Cd2+。相對于未修飾的碳納米管，在與其他金屬離子共存的抗干擾方面，有10到1600倍性能的增強。此方法已成功應(yīng)用L-半胱氨酸功能化的多壁碳納米管作為高選擇性吸附劑，在線固相萃取復(fù)雜基質(zhì)中的Cd2+離子。以5.0 mL min-1流速富集60 s，富集倍數(shù)為33倍。檢出限(3σ)為0.28μg L-1，而樣品通量為36 h-1。11次重復(fù)測定10μg L-1 Cd2+精密度為1.6％。所建立的方法成功地

4、用于各種環(huán)境和生物樣品中的痕量檢測。
　　 (2)研究了蛋白質(zhì)功能化的碳納米管用于痕量金屬離子的選擇性分離與富集。將構(gòu)建、表達(dá)、提取并純化得到的組氨酸標(biāo)簽的蛋白質(zhì)用于多壁碳納米管的功能化，并利用UV-vis、AFM和XRD等手段進(jìn)行表征。分別從動態(tài)和靜態(tài)吸附的角度，評價了組氨酸蛋白功能化碳納米管的性能。在pH4.0～5.5范圍內(nèi)，組氨酸標(biāo)簽的蛋白質(zhì)功能化的多壁碳納米管可以有效地富集Cu2+；在pH5.0～6.5范圍內(nèi)，可以有效地

5、富集Ni2+。使用0.2 mol L-1咪唑-鹽酸洗脫后，由火焰原子吸收光譜檢測。組氨酸標(biāo)簽蛋白功能化的的多壁碳納米管可以快速地吸附Cu2+和Ni2+。因此，相對于未修飾的碳納米管，在與其他金屬離子共存的抗干擾方面分別有20000和1800倍的改善。以5.0 mL min-1流速富集60 s，富集倍數(shù)分別為(Cu)29倍，(Ni)28倍。檢出限(3σ)分別為：0.31μg L-1(Cu)、0.63μg L-1(Ni)，而樣品通量為40

6、h-1。11次重復(fù)測定10μg L-1 Cu2+、15μg L-1 Ni2+精密度分別為：2.4％(Cu)、2.5％(Ni)。此方法已成功應(yīng)用組氨酸標(biāo)簽蛋白功能化的碳納米管作為高選擇性吸附劑，用于痕量銅和鎳在多種環(huán)境和生物樣品中的測定。
　　 (3)構(gòu)建了集免疫-磁性-熒光為一體的多功能碳納米管，并建立了痕量溶藻弧菌的快速定量檢測方法。合成了免疫-磁性-熒光多壁碳納米管，并通過UV-vis、SEM、FT-IR、VSM和FL表征。

7、考察了此復(fù)合功能材料吸附細(xì)菌的行為。材料的功能單元：其一，抗體能夠高度專一性的識別抗原，聚乙二醇分子又可以顯著地降低非特異性吸附，通過PCR-DNA瓊脂糖凝膠電泳來驗證來評價免疫-磁性-熒光多壁碳納米管的選擇性吸附性能。其二，在功能化的過程中，仍保留了多壁碳納米管中的一部分金屬顆粒Ni催化劑，作為免疫磁性介質(zhì)分離致病性菌體。其三，利用高效的熒光有機試劑1-芘丁酸，能夠與多壁碳納米管的側(cè)壁的強π-π堆積作用，既可以轉(zhuǎn)化形成水分散性納米熒光