氮掺杂多孔碳纳米纤维支撑过渡金属氧化物/导电聚合物传感界面的构筑及其无酶电化学传感研究

Bioenzyme immobilization combined with precious metal modification is a widely used electrode modification material for the electrochemical biosensor of glucose. At present, it is urgent to develop an enzyme free glucose sensing material with low cost, high selectivity, good electrocatalytic performance and good stability. The project combines the large specific surface of doped porous carbon nanofiber, with the recognition ability and good conductivity of conductive polymers to enhance electrocatalytic reactions of transition metal oxides, construction of nitrogen doped porous carbon nanofibers supported transition metal oxides / conductive polymer hybrid sensor interface. The materials simultaneously have the ability of excellent electronic transmission efficiency, biological identification and efficient catalytic performance. The growth of transition metal oxides on N-doped porous carbon nanofibers can prevent the aggregation, providing more active sites for catalytic reaction. Biological identification of conductive polymer as the charge transmission medium could promote the charge transfer capacity and selectivity of electrocatalytic reaction, and finally improve the electrocatalytic response signal. This project will explore the synergistic effect of the different components characteristics of hybrid materials as enzyme-free glucose sensor, and obtain an electrocatalysis system with large specific surface area, strong electrocatalysis, strong charge transmission capacity and good selectivity. It could provide theoretical and experimental basis for the development and application of the enzyme-free glucose sensor.

生物酶固定结合贵金属修饰是目前广泛使用的葡萄糖酶电化学传感器电极修饰材料。当前迫切需要发展成本低廉、选择性高、电催化性能和稳定性好的无酶葡萄糖传感电催化材料。本项目结合掺杂多孔碳纳米纤维大的比表面积和导电聚合物良好的导电及识别能力来协同增强过渡金属氧化物的电催化响应，构建氮掺杂多孔碳纳米纤维支撑过渡金属氧化物/导电聚合物三元杂化传感界面，该材料同时具有优异的电催化性能、高效的电子传输效率和生物识别能力。在氮掺杂多孔碳纳米纤维生长过渡金属氧化物可防止其聚集，为催化反应提供更多活性位点；具有生物识别的导电聚合物作为电荷传输媒介，可促进电催化反应的电荷传输能力及选择性，提高电催化响应信号。本项目将探讨不同组分自身特性对三元杂化材料催化体系的协同影响，总结规律，寻求比表面积大、电催化能力强、电荷传输能力强、选择性好的电催化体系，为无酶葡萄糖传感器的研制和开发应用提供理论和实验依据。

近年来，生物传感器在医疗诊断、食品工业、生物技术等诸多领域都扮演着举足轻重的角色。尤其是电化学生物传感器因灵敏度高、操作简单、成本低、能实时监测等特点而备受关注。纳米材料的发展为构建特异性催化活性表面提供了更多可能，推动了整个电化学非酶传感器的发展。近年来，一些金属、金属氧化物、金属-聚合物等纳米材料等已经被广泛应用于各种无酶电化学传感领域，被认为是性能优异的电化学葡萄糖传感器的模拟酶。将新型纳米材料引入电化学传感器能显著提高传感器的灵敏度、降低检测限。本项目充分利用了硼酸基化合物优越的识别性能、碳纤维材料大的比表面积和导电性能及过渡金属氧化物良好的电催化性能，构建了用于生物分子特异性识别的生物传感界面。.1．通过静电纺丝技术结合碳化处理，制备了CuCo2O4修饰的碳纳米纤维作为无酶葡萄糖传感器。为了进一步增强制备的生物传感器的选择性分子识别能力，基于噻吩和噻吩-3-硼酸（TBA）的电聚合合成了具有特异性分子识别功能的导电膜。基于CNF，CuCo2O4纳米颗粒和硼酸修饰的聚噻吩层，各种性能的协同效应，获得的PTBA/CuCo2O4-CNFs/GCE修饰电极对葡萄糖的检测性能表现出显著的电催化活性。.2．利用4-羧基苯基硼酸和双磺酸丁二酰亚胺酯作为特异性识别配体，可实现CPDS/CMCS/Fe3O4-rGO对糖蛋白（辣根过氧化物酶）的双分子识别功能。合成的CPDS/CMCS/Fe3O4-rGO对糖蛋白表现出优异的吸附能力和特异性识别性能。.3．基于APBA@CoFe2O4@N-CNFs复合碳纤维构建了非酶电化学葡萄糖传感器。APBA@CoFe2O4@N-CNFs作为一种三维网状非酶葡萄糖传感电极，在碱性条件下对葡萄糖具有较高的传感性能。CoFe2O4@N-CNFs的多孔结构提供了丰富的活性位点，N-CNFs提高了电子传输速率，有利于提高葡萄糖检测过程的电催化性能。此外，氨基苯硼酸作为一种识别分子，有利于葡萄糖分子的特异性识别。