本書從編著者多年從事的相關(guān)研究工作及取得的研究成果入手,詳細深入闡述貴金屬及碳納米材料在生物傳感方面的應(yīng)用。全書分為金納米材料、銀納米材料、碳納米材料等四章,著重闡明納米金、納米銀、碳納米管和石墨烯等幾種納米材料生物傳感領(lǐng)域的原理和應(yīng)用。以納米材料的制備為基礎(chǔ),分析這些納米材料制備的重點和要點。根據(jù)納米材料的性能,結(jié)合其光電構(gòu)建生物傳感器,進而介紹生物傳感器的應(yīng)用。
納米技術(shù)是20世紀90年代初發(fā)展起來的一門多學科交叉的新興學科,其基本涵義是在納米尺寸(10-9~10-7m)范圍內(nèi)認識和改造自然,通過直接操作和安排原子、分子創(chuàng)制新的物質(zhì)。納米材料被公認為21世紀最具有前途的科研領(lǐng)域。納米材料的發(fā)現(xiàn)說明人類對自然物質(zhì)的研究改造能力已進入納米尺度領(lǐng)域,標志著人類進入了“納米技術(shù)”時代。納米材料具有量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等獨特的效應(yīng),并由此派生出一些傳統(tǒng)材料不具有的特殊的光學、電學、磁學、力學、光催化等性能。納米材料由于其獨特的物理化學性質(zhì),在當今與未來的科學技術(shù)發(fā)展中將發(fā)揮越來越重要的作用。納米技術(shù)的發(fā)展帶動了以它為基礎(chǔ)的應(yīng)用科學不斷進步,滲透到了物理、化學、材料、生物、醫(yī)藥和光電等諸多學科。
在納米材料研究的大背景下,貴金屬及碳納米材料因其獨特的光、電以及催化等特性在新能源材料、光電信息存儲、催化劑等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用。其中,金、銀、鉑等貴金屬納米材料呈現(xiàn)出較為豐富的光學和電學特性,具有良好的穩(wěn)定性、低生物毒性和更為廣闊的應(yīng)用范圍,引起化學、材料、光學、物理、生物等諸多領(lǐng)域科研工作者的廣泛關(guān)注。光學性質(zhì)是貴金屬納米材料獨特的光、電、催化特性中最受科研工作者關(guān)注的特性之一。金屬納米顆粒由于其獨有的表面等離子體共振性質(zhì)表現(xiàn)出獨特的光學應(yīng)用,貴金屬納米材料不僅具有超強的光學性能,而且還具有良好的電化學性質(zhì),這些性質(zhì)使其被廣泛用于在分析傳感、電化學催化、能源和光電等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。此外,碳納米材料以其獨特的光電性能,在生物傳感領(lǐng)域也得到迅猛發(fā)展。
基于貴金屬及碳納米材料的光電生物傳感器,因靈敏度高、穩(wěn)定性好、能進行快速實時監(jiān)測等特點,已在臨床診斷、環(huán)境監(jiān)測、食品檢測等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。成為納米分析化學的重要組成部分。納米分析化學中常用的納米材料,如納米金/銀、碳納米材料等,在構(gòu)建生物傳感器方面取得了長足的發(fā)展。
本書結(jié)合納米材料發(fā)展的趨勢以及多年從事納米生物傳感方面的研究,以納米材料的制備、性能及應(yīng)用為主線,詳細介紹金納米材料、銀納米材料及碳納米材料在生物傳感領(lǐng)域的應(yīng)用,對貴金屬納米材料及碳納米材料在生物傳感領(lǐng)域的應(yīng)用進行歸納和總結(jié),以期對從事相關(guān)研究的科研人員提供一定的幫助。
本專著的編寫統(tǒng)籌工作由王偉完成,具體章節(jié)的完成情況如下:姜翠鳳、王偉(第1章、第3章)、王忠霞(第2章)、孔粉英、王偉(第4章)。本書的出版得到了鹽城工學院的資助。
由于時間倉促,編者水平有限,本書中難免有不足之處,希望廣大讀者不吝賜教。
編著者
2017年1月
王偉,鹽城工學院,化學化工學院院長,教授,教學。主講色譜研究方法、分析化學前沿文獻閱讀(研究生);分析化學、儀器分析(本科生) ?蒲 主要研究方向:(1)Point-of-Care Detection;(2)電化學傳感。 先后承擔和主持國家自然科學基金(20875080):微流控芯片在心臟標志物檢測中的應(yīng)用研究;江蘇省國際合作基金(BZ2010053):快速檢測有機磷農(nóng)藥殘留試紙條研發(fā);中國博士后特別資助(200801372)和中國博士后第42批基金(20070420982)。
1 緒論/1
1.1 納米材料的綜述 1
1.1.1 納米材料的概念 2
1.1.2 納米材料的基本特點 3
1.2 貴金屬納米材料的性質(zhì) 5
1.2.1 光學性質(zhì) 6
1.2.2 電化學性質(zhì) 14
1.2.3 其他性質(zhì) 15
1.3 碳納米材料的性質(zhì) 16
1.3.1 光學性質(zhì) 17
1.3.2 電化學性質(zhì) 19
1.3.3 其他性質(zhì) 21
1.4 納米材料的應(yīng)用前景 22
1.4.1 在傳感器方面的應(yīng)用 22
1.4.2 在催化及環(huán)保方面的應(yīng)用 23
1.4.3 在生物醫(yī)學中的應(yīng)用 24
參考文獻 26
2 金納米材料/29
2.1 背景概述 29
2.2 金納米材料的制備方法 31
2.2.1 金球概述 31
2.2.2 金球的制備方法 33
2.2.3 金納米棒概述 38
2.2.4 金納米棒的制備方法 38
2.2.5 金納米籠概述 42
2.2.6 金納米籠狀顆粒的制備方法 43
2.2.7 金納米簇概述 44
2.2.8 金納米簇的制備方法 46
2.3 金納米材料的應(yīng)用 53
2.3.1 在光分析化學中的應(yīng)用 53
2.3.2 在電分析化學中的應(yīng)用 65
2.3.3 在其他傳感中的應(yīng)用 68
2.4 前景應(yīng)用 72
2.4.1 應(yīng)用于細胞成像研究 72
2.4.2 納米金探針在單細胞分析中的應(yīng)用 75
2.4.3 納米金探針在靶向藥物中的應(yīng)用 75
2.4.4 金納米粒子作為“分子標尺”應(yīng)用于生物體系 76
2.4.5 金納米粒子作為載體應(yīng)用于生物醫(yī)學領(lǐng)域 76
參考文獻 77
3 銀納米材料/82
3.1 銀納米材料的制備方法 82
3.1.1 銀納米顆粒的制備 83
3.1.2 銀納米團簇的制備 88
3.2 銀納米材料的應(yīng)用 92
3.2.1 銀納米材料在光分析化學中的應(yīng)用 92
3.2.2 銀納米材料在電分析化學中的應(yīng)用 99
3.3 銀納米材料的應(yīng)用前景 102
參考文獻 103
4 碳納米材料/106
4.1 碳材料發(fā)展簡介 106
4.2 各種形態(tài)碳納米材料 107
4.2.1 碳納米管 107
4.2.2 石墨烯 112
4.2.3 碳點 115
4.2.4 納米金剛石 121
4.2.5 富勒烯 125
4.2.6 碳納米纖維 127
4.3 碳納米材料的應(yīng)用 130
4.3.1 碳納米材料在光分析化學中的應(yīng)用 130
4.3.2 碳納米材料在電分析化學中的應(yīng)用 141
4.4 碳納米材料的應(yīng)用前景 164
4.4.1 碳納米管 164
4.4.2 石墨烯 164
4.4.3 碳點 164
4.4.4 納米金剛石 165
4.4.5 富勒烯 165
4.4.6 碳納米纖維 165
參考文獻 165