學(xué)校名稱(chēng)

長(zhǎng)沙理工大學(xué)

學(xué)生姓名

學(xué)  號(hào)

專(zhuān)      業(yè)

性 別

入 學(xué) 年 份

張煜楊

201567090113

應(yīng)用化學(xué)

女

2015年

李佳欣

201567090111

應(yīng)用化學(xué)

女

2015年

羅曉虎

201567090123

應(yīng)用化學(xué)

男

2015年

易  球

201567090125

應(yīng)用化學(xué)

男

2015年

徐紫琴

201567090105

應(yīng)用化學(xué)

女

2015年

指導(dǎo)教師

張  玲

職稱(chēng)

教  授

項(xiàng)目所屬

一級(jí)學(xué)科

化  學(xué)

項(xiàng)目科類(lèi)(理科/文科)

     理  科

學(xué)生曾經(jīng)參與科研的情況

1、本項(xiàng)目組成員對(duì)實(shí)驗(yàn)和科研都有濃厚的興趣，在一年級(jí)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練中積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。小組成員入校后積極參與老師的各項(xiàng)科研課題，在生物和化學(xué)知識(shí)方面經(jīng)常做一些深入的探討，跟隨老師和研究生從事分析測(cè)試、化學(xué)生物傳感芯片方面的研究工作。在老師和研究生指導(dǎo)下完成了“一種基于二茂鐵修飾多肽探針的設(shè)計(jì)及其分析應(yīng)用”項(xiàng)目的課題研究，同時(shí)參與了“一種金納米片負(fù)載碳納米材料的設(shè)計(jì)及其分析應(yīng)用”的科研項(xiàng)目。

2、小組成員在課程學(xué)習(xí)的同時(shí)積極參與各項(xiàng)比賽，并取得了較好的成績(jī)。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人張煜楊同學(xué)參與“湖南省第八屆化學(xué)化工創(chuàng)新技能大賽”榮獲二等獎(jiǎng)；其它小組成員李佳欣、羅曉虎、徐紫琴、易球同學(xué)均參與 “湖南省第八屆化學(xué)化工創(chuàng)新技能大賽”，分別榮獲二等獎(jiǎng)。

指導(dǎo)教師承擔(dān)科研課題情況

張玲老師長(zhǎng)期從事分析測(cè)試、化學(xué)/生物傳感芯片、材料制備等方面的研究工作，先后主持或參與湖南省重點(diǎn)研究項(xiàng)目、省科技廳科技計(jì)劃項(xiàng)目、省自科項(xiàng)目、省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目等課題10余項(xiàng)，作為主要成員還參與了國(guó)家“863”計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目等的研究工作。獲得湖南省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)兩項(xiàng)。1999年被湖南省科委授予“科技成果轉(zhuǎn)化與推廣先進(jìn)個(gè)人”稱(chēng)號(hào)。在國(guó)內(nèi)外核心刊物和學(xué)術(shù)會(huì)議上公開(kāi)發(fā)表研究論文30多篇，SCI、EI收錄10余篇。這些研究經(jīng)歷足以證明張玲老師能夠很好地指導(dǎo)本項(xiàng)目組成員順利實(shí)施和完成研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。

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

1、研究和實(shí)驗(yàn)的目的

1) 制備高靈敏度、高選擇性、高穩(wěn)定性的可同時(shí)測(cè)定尿酸和亞硝酸的新型的電化學(xué)傳感器，研究有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的血清中尿酸與食品中亞硝酸鹽同時(shí)檢測(cè)方法和便攜檢測(cè)裝置以及新型傳感檢測(cè)涂膜技術(shù)等相關(guān)產(chǎn)品。

2）建立適用于同時(shí)檢測(cè)尿酸與亞硝酸的現(xiàn)代分析測(cè)試新方法，實(shí)現(xiàn)為糖尿病以及心血管等疾病快速診斷提供理論基礎(chǔ)、實(shí)驗(yàn)依據(jù)及智能檢測(cè)。

2、研究和實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容

1）本項(xiàng)目研究新型碳納米點(diǎn)-離子液體復(fù)合型材料(GQDs-CQDs-IL)用于尿酸和亞硝酸的同時(shí)超靈敏檢測(cè)。這種復(fù)合材料應(yīng)有優(yōu)異的電學(xué)性能和穩(wěn)定性，無(wú)需對(duì)樣品進(jìn)行分離處理即可同時(shí)檢測(cè)出尿酸和亞硝酸，抗干擾性強(qiáng)。制備出一種新型的選擇性傳感器，這種用于血清中尿酸與食品中的亞硝酸的同時(shí)檢測(cè)的關(guān)鍵在于制備出納米復(fù)合材料及其相應(yīng)的涂層技術(shù)。

2）本項(xiàng)目將探討碳納米點(diǎn)-離子液體復(fù)合型材料傳感器的材料制備方法，提出一些新型材料制備方法如酸處理MWCNTs，使MWCNTs得到純化和表面帶有羧酸和羥基等含氧官能團(tuán)等，使得粒子液體與多壁碳納米管通過(guò)共價(jià)鍵及較強(qiáng)“π～π”作用力，改善MWCNTs的纏繞和團(tuán)聚，提高表面積和導(dǎo)電性。如可以使用混合石墨烯超聲振蕩技術(shù)，得到零維的石墨烯量子點(diǎn)和碳納米管量子點(diǎn)，將有利于對(duì)待測(cè)目標(biāo)分子的吸附，將為目標(biāo)分子尿酸和亞硝酸的氧化提供許多反應(yīng)位點(diǎn)，可望制備電學(xué)性能優(yōu)異的傳感器。涂膜方法的選擇、涂膜物質(zhì)的配比、涂膜量的多少與均勻程度決定了離子選擇性傳感器的穩(wěn)定性和靈敏性，超分子鍵合吸附作用是提高穩(wěn)定性、靈敏度的一個(gè)重要保障。

3) 在此基礎(chǔ)上，將對(duì)不同實(shí)驗(yàn)條件下的傳感檢測(cè)裝置進(jìn)行分析討論，得到最佳的針對(duì)尿酸和亞硝酸檢測(cè)的最佳掃描速率和pH。在傳感裝置的設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，要充分考慮對(duì)裝置各部分設(shè)計(jì)、加工制造的可行性，以及操作使用過(guò)程中的簡(jiǎn)便性。探索研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的尿酸和亞硝酸的同時(shí)檢測(cè)方法和便攜檢測(cè)裝置以及新型傳感檢測(cè)復(fù)合材料制備等相關(guān)產(chǎn)品，以期形成該領(lǐng)域具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)與檢測(cè)方法，提高人體監(jiān)測(cè)和醫(yī)學(xué)檢測(cè)的方法和水平。

3、要解決的主要問(wèn)題

1）研制靈敏性高、選擇性好、具有抗干擾性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性且比較經(jīng)濟(jì)的復(fù)合材料。

2）研究出合適的電極可以直接進(jìn)行在實(shí)際樣品中的檢測(cè)，能提高檢測(cè)效率，降低能耗，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)人體體液的實(shí)時(shí)檢測(cè)。

國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)

人體體液中一些含氮的電活性物質(zhì)量的變化與人體免疫、新陳代謝等機(jī)能的健康狀況息息相關(guān)。如人體中尿酸代謝不平衡時(shí)，會(huì)引發(fā)痛風(fēng)，糖尿病以及心血管等疾病^[1-4]。而亞硝酸鹽易與胺類(lèi)物質(zhì)結(jié)合可生成一種致癌物質(zhì)—N-亞硝胺^[5-6]，人如果長(zhǎng)期或大量食用含亞硝酸鹽的食物容易致癌。因此準(zhǔn)確測(cè)定人體內(nèi)的尿酸和亞硝酸鹽含量，對(duì)于人體健康和生物醫(yī)學(xué)具有至關(guān)重要的意義。

目前文獻(xiàn)報(bào)道檢測(cè)尿酸和亞硝酸鹽的方法有很多，如光譜法^[7]，毛細(xì)管電泳法^[8]，高效液相色譜法^[9]，熒光探針?lè)?/span>^[10]，電化學(xué)傳感器法^[11]等，其中電化學(xué)傳感器由于操作簡(jiǎn)單、快速靈敏、成本低等優(yōu)點(diǎn)，已引起廣大學(xué)者的關(guān)注。如Zhou^[12]等基于鉑納米粒子負(fù)載石墨烯修飾的玻碳電極，實(shí)現(xiàn)對(duì)尿酸、多巴胺、抗壞血酸的同時(shí)檢測(cè)。如Yang^[13]等構(gòu)建的基于碳化硅納米線和摻雜硼的碳化硅納米線的生物傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)亞硝酸鹽的靈敏檢測(cè)。然而由于尿酸和亞硝酸鹽的氧化峰電位差很小，不易分離開(kāi)，因此尋找一種能實(shí)現(xiàn)對(duì)尿酸和亞硝酸鹽同時(shí)檢測(cè)的新型納米復(fù)合材料是目前研究的重點(diǎn)。

氧化石墨烯量子點(diǎn)（GQDs）是一種新型的零維碳納米材料，尺寸大小大約在10nm以下，含有大量的離域大π鍵和豐富的含氧官能團(tuán)，易于吸附和被修飾其他生物分子^[14-15]。由于氧化石墨烯量子點(diǎn)具有特異的熒光效應(yīng),良好的耐光性、生物相容性、催化性、低毒性、化學(xué)惰性^[16-18]，被應(yīng)用于生物成像^[19]，化學(xué)發(fā)光^[20]，光催化^[21]，和發(fā)光二極管^[22]等領(lǐng)域。而碳量子點(diǎn)（CQDs）具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，光催化性以及良好的穩(wěn)定性，已被廣泛應(yīng)用于傳感器、催化以及光伏器件等方面。由于CQDs與GQDs含有相似的共軛π鍵和含氧官能團(tuán)，因此兩者可以通過(guò)“π～π”鍵作用相結(jié)合，同時(shí)兼?zhèn)鋬烧叩膬?yōu)異性能。另一方面，離子液體（[BMIM]BF₄）具有強(qiáng)的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，比較寬的電化學(xué)窗口以及較好的熱穩(wěn)定性等。同時(shí)離子液體還表現(xiàn)出了響應(yīng)速度快、轉(zhuǎn)變效果好、選擇性好、反應(yīng)系統(tǒng)能夠多次反復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)。

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本項(xiàng)目學(xué)生有關(guān)的研究積累和已取得的成績(jī)

1、有關(guān)的研究積累

項(xiàng)目組成員在老師的指導(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(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合各類(lèi)電化學(xué)分析技術(shù)，如交流阻抗光譜方法、循環(huán)伏安法和電化學(xué)石英晶體微天平法等進(jìn)行復(fù)合型碳納米點(diǎn)-離子液體復(fù)合納米材料的制備，并將其應(yīng)用于實(shí)際樣品中尿酸與亞硝酸的檢測(cè)。

1) 本項(xiàng)目研究利用的是自組裝方法，制作復(fù)合納米材料修飾玻碳電極，以此選擇性檢測(cè)含氮小分子，同時(shí)摻入L-亮氨酸、DL-酪氨酸、甘氨酸、草酸、L-甲硫氨酸、葉酸、L-精氨酸和L-丙氨酸對(duì)待測(cè)物質(zhì)尿酸和亞硝酸的干擾檢測(cè)，在最佳實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，找到測(cè)定目標(biāo)物質(zhì)的最佳性能參數(shù)，比如重現(xiàn)性、穩(wěn)定性、回收率、離子的干擾性等。

2) 探討化學(xué)生物選擇性傳感器的制備方法，提出一些新型材料制備方法如酸處理MWCNTS，使MWCNTs得到純化和表面帶有羧酸和羥基等含氧官能團(tuán)等，使得粒子液體與多壁碳納米管通過(guò)共價(jià)鍵及較強(qiáng)“π～π”作用力，改善MWCNTs的纏繞和團(tuán)聚，提高了表面積和導(dǎo)電性。制成新型納米復(fù)合材料。如可以使用混合石墨烯超聲振蕩技術(shù)，得到零維的石墨烯量子點(diǎn)和碳納米管量子點(diǎn)，有利于對(duì)待測(cè)目標(biāo)分子的吸附，將為目標(biāo)分子尿酸和亞硝酸的氧化提供許多反應(yīng)位點(diǎn)，是提高穩(wěn)定性、靈敏度的一個(gè)重要保障。

2、已取得的成績(jī)

本小組已在實(shí)驗(yàn)室做了許多前期試驗(yàn)，已經(jīng)制備出了新型的復(fù)合材料，通過(guò)自組裝方法，應(yīng)用復(fù)合材料修飾玻碳電極，并將其作為尿酸與亞硝酸選擇性電極的研究。初步結(jié)果顯示，傳感器的靈敏度、選擇性、抗干擾性、重現(xiàn)性和穩(wěn)定性都比較好，很有希望用于血清中尿酸和食品中亞硝酸同時(shí)的檢測(cè)。

項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)和特色

    創(chuàng)新點(diǎn)：

1、制備新型復(fù)合型碳納米點(diǎn)-離子液體復(fù)合納米材料，研制新型納米復(fù)合膜傳感器，提高傳感界面的電催化性能。

2、建立對(duì)尿酸、亞硝酸等具有高的電催化活性的檢測(cè)，且能實(shí)現(xiàn)峰值電流的高分辨分離。

特色：

1、建立含氮小分子的超靈敏、選擇性的電化學(xué)檢測(cè)方法。

2、為糖尿病以及心血管等疾病快速診斷提供理論基礎(chǔ)與實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

項(xiàng)目的技術(shù)路線及預(yù)期成果

1、項(xiàng)目的技術(shù)路線

酸化多壁碳納米管 à混合研磨Nafion與多壁碳納米管à 制備的復(fù)合型GQDs -CQDs-IL納米材料à電極表面的修飾過(guò)程 à修飾電極的伏安特性à 實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化à考察復(fù)合材料電極性能 à實(shí)際樣品檢測(cè)。

2、預(yù)期成果

本實(shí)驗(yàn)研究項(xiàng)目將致力于研究出高靈敏性、高選擇性、快速可靠的尿酸與亞硝酸的同時(shí)檢測(cè)方法，并針對(duì)此方法開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體血清和食品的檢測(cè)，可為同時(shí)對(duì)尿酸和亞硝酸的超靈敏檢測(cè)及糖尿病和心血管等快速診斷提供理論基礎(chǔ)與實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

在此基礎(chǔ)上形成有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的制備方法理論和復(fù)合材料電極檢測(cè)裝置等相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品，并在老師指導(dǎo)下撰寫(xiě)1至2篇高質(zhì)量的學(xué)術(shù)論文在國(guó)內(nèi)外核心期刊和學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表，爭(zhēng)取申報(bào)專(zhuān)利1項(xiàng)，爭(zhēng)取參加大學(xué)生競(jìng)賽如“挑戰(zhàn)杯”賽等并獲獎(jiǎng)，為學(xué)校爭(zhēng)光。

年度目標(biāo)和工作內(nèi)容（分年度寫(xiě)）

1）2016.11~2016.12，在老師的指導(dǎo)下，分工協(xié)作，重點(diǎn)放在復(fù)合型碳納米點(diǎn)-離子液體復(fù)合納米材料的合成與制備，進(jìn)行電鏡掃描和探討檢測(cè)反應(yīng)機(jī)理的研究；

2）2017.01~2018.01，分工協(xié)作，重點(diǎn)研究用于制備復(fù)合材料電化學(xué)生物傳感器，對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得到傳感裝置對(duì)尿酸與亞硝酸檢測(cè)的一系列性能特征參數(shù)，以獲得高選擇性、高靈敏性的超分子主-客識(shí)別的傳感器；

3）2018.01~2018.05，對(duì)傳感檢測(cè)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)制備方法理論和復(fù)合材料電極檢測(cè)裝置，并深入到細(xì)胞裂解液/血清/尿液和食品中亞硝酸實(shí)際樣品的檢測(cè)；同時(shí)撰寫(xiě)研究報(bào)告或論文1~2篇或申請(qǐng)相關(guān)專(zhuān)利1項(xiàng)，參加相關(guān)學(xué)術(shù)交流會(huì)議和競(jìng)賽，最后圓滿結(jié)題。

指導(dǎo)教師意見(jiàn)

該小組成員提出的復(fù)合型碳納米點(diǎn)-離子液體復(fù)合納米材料的制備及應(yīng)用的項(xiàng)目在生命科學(xué)和安全評(píng)價(jià)等方面具有十分重要的意義。

該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目立論新穎、方案可行，具有原始創(chuàng)新性，建議給予資助。特此推薦。

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