超细石墨相氮化碳纳米线及试纸和芯片的制备及其在铜离子检测中的应用

Cu2+ plays an important role in both living body and natural environment and has a variety of important physiological functions. However, too high Cu2+ concentration will cause in vivo toxic effects and thus it is of significant importance to detect Cu2+ in ecological environment and living body for environmental protection and human health. This project intends to prepare ultrathin graphitic carbon nitride (g-C3N4) nanowires with controllable diameter and length, ultrahigh fluorescence intensity as well as ultrahigh specific surface using ordered mesoporous silica MCM-41 and porous anodic aluminum oxide as templates toward rapid, highly selective and ultrasensitive Cu2+ sensing. We will further fabricate Cu2+ test papers by integrating such nanowires and chromatography paper. By combining screen printing technology and templating technology, we will develop low-cost, reusable optical chips toward rapid, easy operation; parallel Cu2+ sensing in order to provide a new platform and methodology for Cu2+ detection in the fields of environment, biology and food, etc.

铜离子在生物体内和自然环境中具有重要作用及多种重要的生理学功能,但当其在生物体内浓度过高时则会产生毒害作用，因此，检测生态环境中和生物体内铜离子的浓度对环境保护和人类健康具有十分重要的意义。本项目将以有序介孔硅基MCM-41和多孔阳极氧化铝膜做模板，制备直径和长度可控、超高荧光强度和超高比表面积的超细石墨相氮化碳（g-C3N4）纳米线，实现对铜离子快速、高选择性、超灵敏检测；进一步将g-C3N4 纳米线和色层分析纸集成，开发铜离子荧光检测试纸；结合丝网印刷技术及模板技术，研制一种价格低廉、操作简单、可多次重复使用、可对多个样品快速并行分析的铜离子光学检测芯片，以期为环境、生物和食品等领域中铜离子检测提供新的平台和方法学。

近年来，传感器的发展特别是电化学传感器的发展越来越引起众多研究者的关注。构建灵敏度高、选择性和稳定性好的电化学传感器一直是分析化学工作者的目标，而纳米材料和纳米技术的应用则有助于本目标的实现。基于此，在基金的资助下，本项目采用纳米技术，通过对材料的组成、形貌及表界面进行修饰与调控，设计制备了一系列基于过渡金属的三维纳米敏感材料阵列，包括氧化物、氮化物、磷化物等，建立了系列纳米材料及其阵列的制备与调控方法。由于材料的催化活性直接影响了其传感性能，本项目首先对制备的纳米材料及其阵列的催化活性进行研究，探索了提高材料催化活性的因素。在进行实验研究的同时，本项目还从理论上对提高纳米材料的催化及传感性能进行研究，找出了提高材料催化性能的内在途径。研究进一步将制备的纳米敏感材料用于构建无酶电化学传感器，系统研究了传感器对不同检测对象的响应灵敏度、响应时间、选择性、抗干扰能力、稳定性等参数，优化实验条件，建立了多种生物小分子、离子、核酸等的分析方法。将构建的传感器用于实际样品中相关成分的快速检测与分析，证明了本项目构建的多种传感器在环境、食品、临床样品检测中具有实际的应用潜力。在此基础上，本研究还进行了一些拓展研究，设计了其他一些具有较高催化性能的纳米材料，用于相关催化领域的研究，取得了满意的成果，为后续更深入的研究奠定了基础。. 另外，在基金的支持下，本项目共发表25篇SCI学术论文，培养了8名硕、博士研究生和2名本科生，申请了1项国家发明专利并获得授权，圆满完成了研究计划。