【摘要】：過氧化氫(H_2O_2)在生物細(xì)胞的信號(hào)傳遞和正常細(xì)胞功能的維持中發(fā)揮著重要作用。然而，過量的H_2O_2會(huì)導(dǎo)致人體多種疾病的發(fā)生。因此，實(shí)現(xiàn)H_2O_2的超靈敏檢測(cè)對(duì)于人體健康具有重要意義。基于碳纖維微電極的電化學(xué)生物傳感器具有良好的電分析靈敏度，能夠滿足檢測(cè)需求。在碳纖維微電極上修飾碳前驅(qū)體衍生的碳納米材料并構(gòu)筑三維陣列結(jié)構(gòu)，不僅能極大地提高碳纖維的表面積，使工作電極與待測(cè)物充分接觸；而且可以引入活性催化組分(貴金屬納米粒子、氮硼磷等雜原子)，從而提高微電極的靈敏度，為超靈敏檢測(cè)細(xì)胞樣品中的H_2O_2提供可行性。

基于H_2O_2的超靈敏檢測(cè)需求以及碳纖維基微電極的發(fā)展，開發(fā)了兩種聚合物衍生的碳納米材料修飾的碳纖維微電極，應(yīng)用于構(gòu)建近細(xì)胞檢測(cè)癌細(xì)胞釋放的H_2O_2的電化學(xué)生物傳感器。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:1、基于聚多巴胺(Polydopamine，PDA)優(yōu)異的成膜性能和高的碳產(chǎn)率，以PDA為碳前驅(qū)體，以氧化鋅納米棒陣列修飾活化碳纖維(ZnO nanorod arrays/activiated carbon fiber，ZnO-NRAs/ACF)為模板，制備了氮摻雜的碳納米管陣列修飾活化碳纖維(Nitrogen doped carbon nanotube arrays/actived carbon fiber，N-CNTAs/ACF)微電極。三維N-CNTAs極大地增加ACF的表面積，且N-CNTAs之間的空隙有利于電解質(zhì)分子與活性位點(diǎn)接觸。再采用浸漬還原的方法在N-CNTAs/ACF上負(fù)載鈀鉑合金納米粒子(PdPt/N-CNTAs/ACF)。

由于鈀鉑合金的高催化活性以及不同組分間的協(xié)同作用，微電極對(duì)H_2O_2具有良好的催化響應(yīng)?；谠撐㈦姌O的電化學(xué)傳感器應(yīng)用于原位檢測(cè)人肝癌細(xì)胞(HepG2)、人宮頸癌細(xì)胞(Hela)和人乳腺癌細(xì)胞(MCF-7)分泌的H_2O_2含量，其結(jié)果可用于鑒別癌細(xì)胞種類和評(píng)估放療效果。2、為了進(jìn)一步探討碳前驅(qū)體對(duì)衍生的碳納米材料形貌、結(jié)構(gòu)和化學(xué)性能的影響，以ZnO-NRAs/ACF為模板，以離子液體1-乙烯基-3-乙基咪唑四氟硼酸鹽(1-vinyl-3-ethyl imidazole tetrafluoroborate，[VEIM]BF_4)聚合物為含雜原子碳前驅(qū)體，以1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽(1-octyl-3-methyl imidazole hexafluorophosphate，[OMIM]PF_6)為雜原子摻雜劑和自模板造孔劑，制備了氮硼磷摻雜多孔碳納米管陣列修飾活化碳纖維(Nitrogen，boron，phosphorus doped porous carbon nanotube arrays/actived carbon fiber，NBP-PCNTAs/ACF)微電極。

將浸潤了[VEIM]BF_4和[OMIM]PF_6混合物的ZnO-NRAs/ACF在惰性氣體中加熱，[VEIM]BF_4發(fā)生自聚反應(yīng)；進(jìn)一步高溫碳化，[VEIM]BF_4聚合物碳前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為氮硼摻雜的碳骨架，[OMIM]PF_6發(fā)生熱裂解，氮和磷雜原子摻雜進(jìn)入碳骨架，并在碳骨架上形成多孔結(jié)構(gòu)。多孔三維陣列結(jié)構(gòu)不僅增加了ACF的表面積，而且降低了反應(yīng)物小分子的傳輸阻力，提高了化學(xué)反應(yīng)速率。雜原子摻雜有利于改變碳材料的結(jié)構(gòu)、電荷密度以及碳原子周圍的電子云排布，增強(qiáng)電極的催化活性，且多種雜原子的協(xié)同作用使NBP-PCNTAs/ACF微電極具有良好的H_2O_2傳感性能，可用于近細(xì)胞檢測(cè)HepG2、Hela和MCF-7三種活細(xì)胞釋放的H_2O_2。