學(xué)校名稱

長沙理工大學(xué)

學(xué)生姓名

學(xué)  號

專      業(yè)

性 別

入 學(xué) 年 份

康俊鋒

201667090214

應(yīng)用化學(xué)

男

2016.09

管世葉

201667090330

應(yīng)用化學(xué)

男

2016.09

古錕山

201667090228

應(yīng)用化學(xué)

男

2016.09

戴  閩

201667090210

應(yīng)用化學(xué)

女

2016.09

陳雅蘭

201667090208

應(yīng)用化學(xué)

女

2016.09

指導(dǎo)教師

李 丹

職稱

副教授

項(xiàng)目所屬

一級學(xué)科

化 學(xué)

項(xiàng)目科類(理科/文科)

理 科

學(xué)生曾經(jīng)參與科研的情況

本項(xiàng)目申請人康俊鋒、古錕山、管世葉、戴閩、陳雅蘭在學(xué)習(xí)的同時(shí)，在老師的指導(dǎo)下積極參加科學(xué)研究項(xiàng)目，同時(shí)參加了各項(xiàng)科技比賽?？悼′h同學(xué)、戴閩同學(xué)參加了“第九屆湖南省大學(xué)生課外化學(xué)化工創(chuàng)新作品競賽”，“湖南省第七屆大學(xué)生化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新設(shè)計(jì)競賽”；管世葉同學(xué)參加了“湖南省金凱杯化工設(shè)計(jì)大賽”，“李錦記杯學(xué)生創(chuàng)意大賽”；古錕山同學(xué)參加了“第九屆湖南省大學(xué)生課外化學(xué)化工創(chuàng)新作品競賽”，“第十屆節(jié)能減排社會實(shí)踐與科技競賽校內(nèi)推選賽”；均獲得了很好的獎(jiǎng)項(xiàng)，具體成果請參照申請書中“已獲得的成績”；陳雅蘭同學(xué)專業(yè)知識基礎(chǔ)扎實(shí)，有較好的英語功底，已成功通過英語六級。

項(xiàng)目研究和實(shí)驗(yàn)的目的、內(nèi)容和要解決的主要問題

a.研究和實(shí)驗(yàn)的目的：

L-色氨酸（Trp）是生物體內(nèi)必需的氨基酸，是蛋白質(zhì)的重要組成部分，它對于建立和保持生物營養(yǎng)的正氮平衡也是不可或缺的。色氨酸的檢測在食品加工、生物化學(xué)、臨床分析等領(lǐng)域都具有廣泛應(yīng)用，因此建立一個(gè)簡單、靈敏度高、選擇性好的檢測色氨酸的方法具有重要意義。目前生物體內(nèi)氨基酸的檢測方法普遍成本高，需要昂貴的精密儀器，樣品制備流程復(fù)雜，現(xiàn)希望通過PDDA等聚陽離子復(fù)合材料修飾玻碳電極，制備一種新型電化學(xué)傳感器對豬血清中的L-色氨酸進(jìn)行檢測，以此類推至生物體內(nèi)其余氨基酸，建立一套健全及完整的檢測體系，為市場快速檢測氨基酸提供行之有效的方法及穩(wěn)定的設(shè)備儀器。

b.研究和實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容

1）基于PDDA-GO-Ag/ZnO-MB復(fù)合材料修飾的電化學(xué)傳感器的研制與最佳響應(yīng)條件的優(yōu)化。

首先將氧化石墨烯功能化，然后制備金屬氧化物材料與之進(jìn)行復(fù)合，進(jìn)而修飾玻碳電極，制備出對L-色氨酸具有選擇性好和高靈敏檢測的電化學(xué)傳感器。采用循環(huán)伏安法（CV）研究該修飾電極下的電化學(xué)行為，分別對pH值、掃速等響應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化。

2）L-色氨酸與修飾電極之間作用的傳感評價(jià)研究

選擇對L-色氨酸具有高靈敏響應(yīng)的修飾電極，系統(tǒng)地研究L-色氨酸與修飾電極的作用，對傳感器響應(yīng)的影響，研究該傳感器對L-色氨酸的響應(yīng)范圍和檢測限。

3）基于PDDA-GO-Ag/ZnO-MB復(fù)合材料修飾的電化學(xué)傳感器用于豬血清中L-色氨酸的檢測研究

配制樣品的標(biāo)準(zhǔn)溶液，對該傳感器進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用性分析。根據(jù)效果，再此基礎(chǔ)之上選取豬血清待測樣品，進(jìn)行L-色氨酸的分析檢測，根據(jù)測試情況，探討此傳感器的實(shí)際應(yīng)用性。

c.要解決的主要問題：

1）對于豬血清中L-色氨酸的測定方法一般主要有HPLC法、毛細(xì)管電泳法、分光光度法以及酸堿滴定法，但這些方法有些儀器昂貴，有些操作起來比較麻煩。因此，找到一種對L-色氨酸可以簡單易操作并且檢測靈敏度高的方法是急需解決的關(guān)鍵。

2）因?yàn)?/span>L-色氨酸擁有較強(qiáng)的氧化過電位以及緩慢的電子轉(zhuǎn)移過程，采用電化學(xué)方法在未經(jīng)修飾的電極表面進(jìn)行L-色氨酸濃度的檢測，并不是一種快速有效的方法，故而尋求一種能夠減小L-色氨酸過電位的材料至關(guān)重要。

國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)

近些年來電化學(xué)分析方法在國內(nèi)外的發(fā)展稱得上是非常迅速，尤其是在國內(nèi)，電化學(xué)分析在越來越多領(lǐng)域占有及其重要的地位。其中，利用電化學(xué)分析方法對于一些生命物質(zhì)，如常見的酶、抗體、激素、氨基酸等和生物體內(nèi)機(jī)能緊密相關(guān)的物質(zhì)的測定，更成為我們研究的主要方向以及重點(diǎn)?；瘜W(xué)修飾電極因其穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、良好的導(dǎo)電性、響應(yīng)速度快等優(yōu)良特性，一般被用來作為檢測氨基酸的三電極體系中的工作電極^[1,2]。

現(xiàn)如今常見的氨基酸的檢測方法可分為：分光光度法（包括可見光光度法、紫外光度法、熒光光度法）、化學(xué)分析法、電化學(xué)法。分光光度法通常利用紫外、熒光或者可見光等儀器檢測目標(biāo)物質(zhì)，其檢測氨基酸的機(jī)理是通過衍生反應(yīng)進(jìn)行，即在氨基酸中加入衍生劑，使其與氨基酸分子的一些活性基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)一步產(chǎn)生衍生反應(yīng)產(chǎn)物，這些產(chǎn)物含有紫外生色團(tuán)、能產(chǎn)生熒光或者可見光，故而能進(jìn)行分析檢測^[3,4]。對于生物體內(nèi)L-色氨酸的測定，常見的方法有HPLC法，毛細(xì)管電泳法，分光光度法等，但這些方法操作起來比較麻煩，儀器較昂貴。因此，需要找到一種可以簡單操作并且靈敏度高的方法應(yīng)用到生物體內(nèi)L-色氨酸的檢測。近年來，人們對于電化學(xué)方法中L-色氨酸的分析檢測投入相當(dāng)多的關(guān)注，不僅因?yàn)樗撵`敏度高，準(zhǔn)確性高，更重要的是成本低，易于日常操作。

另一方面，化學(xué)修飾電極在社會實(shí)際應(yīng)用方面具有越來越廣闊的前景?；瘜W(xué)修飾電極在分析化學(xué)研究中一般包括生物分析、環(huán)境監(jiān)測、食品安全檢測、藥品監(jiān)測等各個(gè)方面^[5,6]。其中，化學(xué)修飾電極在化學(xué)和生物分析中的應(yīng)用非常廣泛。例如在生物分析方面，化學(xué)修飾電極不僅可以用于檢測多種生物物質(zhì)，還可以用來構(gòu)建各種生物傳感器，用途可謂是非常的廣泛。

本申請項(xiàng)目主要通過研究PDDA等聚陽離子復(fù)合材料修飾玻碳電極，制作一種新型電化學(xué)傳感器，用于豬血清中L-色氨酸的檢測，認(rèn)識其在生物檢測方面所具有的高選擇性、低檢測限、高靈敏度、穩(wěn)定性好等特性^[7]。通過研究化學(xué)修飾電極的種類、了解聚陽離子等復(fù)合材料修飾玻碳電極的制備方法，聚陽離子等復(fù)合材料修飾玻碳電極在介質(zhì)中的電催化活性，修飾玻碳電極對于L-色氨酸的靈敏性檢測，來初步探究該新型電化學(xué)傳感器在生命科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展前景及其實(shí)際應(yīng)用^[8]。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陸大班.石墨烯基納米復(fù)合材料的制備及其在電分析化學(xué)中的應(yīng)用[D].蘭州大學(xué)，2014.

[2] 石 麗. 基于電化學(xué)還原的石墨烯修飾玻碳電極的制備及應(yīng)用[D].遼寧師范大學(xué)，2013.

[3] Okoth O K, Yan K, Liu L, et al. Simultaneous Electrochemical Determination of Paracetamol and Diclofenac Based on Poly (diallyldimethylammonium chloride) Functionalized Graphene[J]. Electroanalysis, 2016, 28(1):76-82.

[4] Cogulet V, Branger E, Hoarau J M, et al. Une attitude raisone pour la prophylaxie antitetanique dans un service daccueil des urgencesS[J]. Journal of the Electrochemical Society, 2015, 162(3):H164-H169.

[5] 吳玲，曹忠，宋天銘，宋鋮，謝晶磊，何婧琳，肖忠良.電化學(xué)還原氧化石墨烯/納米金-殼聚糖復(fù)合膜修飾玻碳電極對尿酸的靈敏測定[J].分析化學(xué)，2014,42(11):1656-1660.

[6] 張樂華，張華陽，李沖，賈麗萍，王懷生.普魯士藍(lán)/PDDA-石墨烯復(fù)合膜修飾電極的制備及應(yīng)用于過氧化氫無酶傳感器[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2014，27(04):438-445.

[7] 李忠財(cái),董會娜,張大偉,叢麗娜. L-色氨酸檢測技術(shù)的研究進(jìn)展[J].工業(yè)微生物，2016，46(05):61-65.

[8] Hossain M F, Park J Y. Fabrication of sensitive enzymatic biosensor based on multi-layered reduced graphene oxide added PtAu nanoparticles-modified hybrid electrode[J]. Plos One, 2017, 12(3): e0173553.

本項(xiàng)目學(xué)生有關(guān)的研究積累和已取得的成績

a.有關(guān)的研究積累

本項(xiàng)目申請人康俊鋒、管世葉、古錕山、戴閩、陳雅蘭在老師的指導(dǎo)下，依托我們學(xué)校較為先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備和老師豐厚的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，已掌握各類電化學(xué)分析技術(shù)，比如電化學(xué)測試包括循環(huán)伏安（CV）、計(jì)時(shí)電流法等研究方法，能夠分析表征復(fù)合材料在修飾電極上的電化學(xué)行為，優(yōu)化各組份的比例，獲得最佳響應(yīng)的電化學(xué)傳感器，并將其應(yīng)用于豬血清中L-色氨酸的靈敏檢測。

b.已取得的成績

本項(xiàng)目小組成員參與了各類科技競賽，取得了較好的成績。康俊鋒同學(xué)榮獲 “第九屆湖南省大學(xué)生課外化學(xué)化工創(chuàng)新作品競賽”特等獎(jiǎng)；“湖南省第七屆大學(xué)生化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新設(shè)計(jì)競賽”三等獎(jiǎng)；管世葉同學(xué)榮獲 “湖南省金凱杯化工設(shè)計(jì)大賽”優(yōu)勝獎(jiǎng)，“李錦記杯學(xué)生創(chuàng)意大賽”校級三等獎(jiǎng)，“創(chuàng)青春大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”校級一等獎(jiǎng)；古錕山同學(xué)榮獲“第九屆湖南省大學(xué)生課外化學(xué)化工創(chuàng)新作品競賽”二等獎(jiǎng)，“第十屆節(jié)能減排社會實(shí)踐與科技競賽校內(nèi)推選賽”三等獎(jiǎng)。戴閩同學(xué)榮獲“第九屆湖南省大學(xué)生課外化學(xué)化工創(chuàng)新作品競賽”特等獎(jiǎng)；“湖南省第七屆大學(xué)生化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新設(shè)計(jì)競賽”三等獎(jiǎng)。

項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)和特色

a.創(chuàng)新點(diǎn)

1、 將基于PDDA-GO-Ag/ZnO-MB復(fù)合材料修飾的電化學(xué)傳感器用于L-色

氨酸的檢測研究中，為其含量的測定提供了一種高效靈敏且方便的研究方法。

2、 利用石墨烯和PDDA-GO-Ag/ZnO-MB復(fù)合材料復(fù)合后，產(chǎn)生協(xié)同優(yōu)勢，

彌補(bǔ)氧化石墨烯的導(dǎo)電性，而該復(fù)合材料也通過石墨烯較高的比表面積增加其電催化效果，最終得到能夠有效檢測L-色氨酸的新型電化學(xué)傳感器。

b.特色

   1、石墨烯作為理想電極材料具有高的表面積，優(yōu)異的導(dǎo)電性，獨(dú)特的表面結(jié)構(gòu)和低制造成本，石墨烯及其復(fù)合材料在電化學(xué)催化、傳感和生物傳感領(lǐng)域都產(chǎn)生了重要影響。

   2、該新型電化學(xué)傳感器在生物體內(nèi)氨基酸的檢測方面具有高選擇性、低檢測限、高靈敏度、穩(wěn)定性好等特性。

項(xiàng)目的技術(shù)路線及預(yù)期成果

a項(xiàng)目的技術(shù)路線:

b. 預(yù)期成果:

1、利用PDDA-GO-Ag/ZnO-MB復(fù)合材料修飾玻碳電極，通過研究PDDA聚陽離子復(fù)合材料修飾玻碳電極對于以L-色氨酸為主的氨基酸的檢測，制作新型電化學(xué)傳感器，并將其運(yùn)用到豬血清中L-色氨酸的檢測。

2、研究成果主要以論文的形式提交，將在國內(nèi)外核心學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表相關(guān)研究論文1-2篇。

年度目標(biāo)和工作內(nèi)容（分年度寫）

1、2018.06—2018.07，基于PDDA-GO-Ag/ZnO-MB復(fù)合材料修飾的電化學(xué)傳感器的構(gòu)建。在氧化石墨烯中加入PDDA，進(jìn)而使氧化石墨烯功能化。再制備ZnO/Ag復(fù)合材料，進(jìn)行超聲混合后，將上述材料用滴涂法修飾玻碳電極，從而完成對該傳感器的構(gòu)建。

2、2018.09-2019.01，基于PDDA-GO-Ag/ZnO-MB復(fù)合材料修飾的電化學(xué)傳感器的分析表征。用表面分析技術(shù)包括X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）；光譜技術(shù)包括傅立葉紅外光譜（FTIR）、紫外可見光譜；電化學(xué)測試包括循環(huán)伏安（CV）、計(jì)時(shí)電流法等研究方法，分析表征復(fù)合材料在修飾電極上的電化學(xué)行為，優(yōu)化各組份的比例，獲得最佳響應(yīng)的電化學(xué)傳感器。

3、2019.03-2019.07，基于PDDA-GO-Ag/ZnO-MB復(fù)合材料修飾的電化學(xué)傳感器對L-色氨酸的響應(yīng)性能研究。用循環(huán)伏安法考察L-色氨酸對該傳感器中電化學(xué)響應(yīng)信號的影響，建立L-色氨酸與該修飾電極材料的快速傳感評價(jià)方法。

4、2019.09-2019.12，基于PDDA-GO-Ag/ZnO-MB復(fù)合材料修飾的電化學(xué)傳感器用于豬血清樣品中L-色氨酸的靈敏檢測。配制出多種氨基酸混合液，進(jìn)行該傳感器的選擇性和靈敏性的測試，于此基礎(chǔ)上配制與生物體內(nèi)環(huán)境溶液，論證此復(fù)合材料修飾的生物電化學(xué)傳感器在生物血清樣品方面的實(shí)際應(yīng)用性。

指導(dǎo)教師意見

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