关键词：
电化学生物传感器
石墨烯
脉冲响应
人工突触
摘要：
健康监测是现代医疗和生命科学的重要领域,电化学生物传感器作为一种高灵敏度、高选择性、低成本、易于集成的检测手段,受到了广泛的关注和应用。非酶电化学生物传感器由于不依赖于酶催化反应,具有更好的稳定性和可靠性。石墨烯作为一种半导体材料,由于其特殊的结构和性质,为非酶电化学生物传感器提供了新的制备方法和功能增强途径。而脉冲技术是一种利用周期性或非周期性的电压脉冲信号激励电极表面发生电化学反应的技术,能够有效地增强灵敏度和选择性。本文通过电化学剥离的方法制备了石墨烯,并通过电镀铜、铜镍石墨烯复合材料进行电极材料的改性修饰,并通过不同脉冲信号的波形对于电极材料进行了测试与分析,同时对于不同的应用领域进行了探索。主要成果如下:1、研究了铜镍石墨烯复合电极在多电位阶跃脉冲测试条件下的葡萄糖传感性能。由于石墨烯的添加和铜镍双金属结构的生成,使得电极材料有更多的活化位点与葡萄糖发生氧化还原反应,氧化还原反应的程度更大,发生更多的电荷转移,产生更大的电流响应。实验结果表明,该电极对于葡萄糖的灵敏度可以达到3821.2 μA·***-2,相比于石墨烯电极提升了 3倍左右。2、研究了铜镍石墨烯复合电极在双电位脉冲测试条件下的葡萄糖传感性能。研究了脉冲信号的占空比以及频率对于传感器性能的影响,发现脉冲信号的条件对于实际的氧化还原反应的反应过程和程度产生影响,从而改变电极表面的活性位点数量和分布情况,影响电极材料的传感性能。实验结果表明,通过调节脉冲频率、脉冲占空比,相比于多电位阶跃脉冲测试方法,对于葡萄糖的灵敏度可以提升30%。3、研究了三电位脉冲信号条件下,铜镍石墨烯复合电极对于葡萄糖和果糖混合溶液中果糖的响应情况。果糖结构包含酮基和羟基,葡萄糖的结构包含醛基和羟基。在不同的电位条件下,各个基团与葡萄糖的反应程度会产生区别。实验结果表明,当施加电位为0.2V时,果糖的酮基与电极材料发生氧化还原反应,而该电位条件下的羟基和醛基反应微弱,因此只有果糖在该电位下有响应,而葡萄糖的响应微弱。在该电位条件下,可以实现对于果糖的单独检测。4、研究了不同脉冲信号条件下,铜镍石墨烯复合电极的人工突触特性。由于铜镍石墨烯复合电极的电化学活性以及层状结构的独特性,与突触结构有着相似之处,因此可以用于人工突触的突触可塑性研究。实验结果表明,通过改变施加脉冲信号的电位条件以及脉冲次数,初步实现了人工突触的突触可塑性,包括STP特性和LTP特性,为人工突触相关研究提供了新的思路。
欢迎来到三峡大学图书馆！
