臺灣博碩士論文加值系統

現今葡萄糖偵測在生物、環境和臨床分析領域上是很重要的。本研究中，我們通過水熱法以及化學氣相沉積在氧化鋅奈米柱粉末表面上批覆碳材料應用於非酵素型的葡萄糖感測器。再經由結晶性分析、微結構表現和電化學性質辨識一系列等分析。在循環伏安法偵測葡萄糖實驗中，在0 μM~10 μM這範圍內感測到其偵測極限為1 μM。從簡單過程中，像是良好分析成現，相信氧化鋅奈米柱粉末表面上批覆碳材料的奈米複合材料是具有成本效益非酵素型電化學葡萄糖生物傳感器的開發。

Nowadays Glucose detection is of great importance in the fields of biological, environmental, and clinical analyses. In this research, we report a zinc oxide ( ZnO ) nanorod powder surface coated with carbon material for non-enzymatic glucose sensor applications through hydrothermal process and chemical vapor deposition method. A series of tests including crystallinity analysis, microstructure observation and electrochemical property investigations were carried out. For the cyclic voltammetric ( CV ) glucose detection, the low detection limit of 1 μM with linear range from 0 μM to 10 μM. With such good analytical performance from simple process, it is believed that the nanocomposites composed of ZnO nanorod powder surface coated with carbon material are promising for the development of cost-effective non-enzymatic electrochemical glucose biosensors.

摘要 i
Abstract ii
誌謝 iv
目錄 v
表目錄 viii
圖目錄 ix
第一章 緒論 1
1-1 研究動機 1
1-2 研究目的 2
第二章 文獻回顧 3
2-1 奈米材料 3
2-2 水熱合成法 6
2-3 化學氣相沉積法 7
2-4 氧化鋅 8
2-5 碳材料 11
2-6 感測器 12
2-7 電化學生物感測器 12
2-8 循環伏安法 13
2-9 計量安培法 13
第三章 實驗步驟 14
3-1 實驗藥品與耗材 14
3-2 實驗流程 16
3-2.1 合成奈米氧化鋅粉末 17
3-2.2 以化學氣相沉積法將碳材料批覆於奈米粉末表面上 18
3-2.3 材料修飾於玻璃碳電極進行電化學分析實驗 19
3-2.4 樣品代號 20
3-3 儀器型號及其原理 21
3-3.1 酸鹼度測定計 21
3-3.2 X光繞射儀 22
3-3.3 掃描式電子顯微鏡 23
3-3.4 穿透式電子顯微鏡 24
3-3.5 拉曼光譜儀 25
3-3.6 電化學分析儀器 26
第四章 實驗結果與討論 27
4-1 材料晶體結構 27
4-2 材料表面形貌 28
4-3 材料微結構觀察 33
4-4 材料拉曼圖譜分析 35
4-5 循環伏安法 37
4-5.1 比較三種工作電極 37
4-5.2 偵測葡萄糖 38
4-5.3 在不同掃描電位下偵測葡萄糖 40
4-5.4 偵測不同濃度的葡萄糖 41
4-5.5 穩定度測試 42
4-5.6 在不同pH值環境下偵測葡萄糖 43
4-6 計量安培法 44
4-6.1 電流時間曲線 44
4-6.2 干擾實驗 46
第五章 結論 48
參考文獻 50

[1]馮榮豐、陳錫添，奈米工程概論(第四版)，全華科技圖書股份有限公司，2010。
[2]蔡信行、孫光中，奈米科技導論：基本原理及應用(二版)，新文京開發出版股份有限公司，2009。
[3]廖婉茹，奈米科技與生活，五南圖書出版股份有限公司，2008。
[4]龍文安，半導體奈米技術，五南圖書出版股份有限公司，2010。
[5]施爾畏、陳之戰、元如林，水热结晶学，科学出版社，2004。
[6]H. Xiao著，羅正忠、張鼎張譯，半導體製程技術導論Introduction to semiconductor manufacturing technology，台灣培生教育出版股份有限公司，2009。
[7]C. Jagadish, S. Pearton, Zinc Oxide Bulk, Thin Films And Nanostructures, Elsevier, 2006.
[8]L. Vayssieres, K. Keis, S. Lindquist, A. Hagfeldt, “Purpose-built anisotropic metal oxide material: 3D highly oriented microrod array of ZnO.” Journal of Physics Chemistry B, 2001, 105, pp.3550-3352.
[9]Y. Chen, D. Bagnall, T. Yao, “ZnO as the novel photonic material for the UV region.” Material Science and Engineering:B, 2000, 75, pp.190-198.
[10]C. D. Lokhande, P. M. Gondkar, R. S. Mane, V. R. Shinde, S. H. Han, “CBD grown-ZnO-based gas sensors and dye-sensitized solar cells.” Journal of Alloys and Compounds, 2009, 475, pp.304-311.
[11]A. A. Hajry, A. Umar, Y. B. Hahn, D. H. Kim, “Growth, properties and dye- sensitized solar cells-applications of ZnO nanorods grown by low-temperture solution process.” Superlattices and Microstructures, 2009, 45, pp.529-534.
[12]C. W. Nahm, “Electrical properties and stability of praseodymium oxide-based ZnO Varistor ceramic doped with Er2O3.” Journal of the European Ceramic Society, 2003, 23, pp.1345-1353.
[13]J. X. Wang, X. W. Sun, Y. Yang, H. Huang, Y. C. Lee, O. K. Tan, and L. Vayssieres, “Hydrothermally grown oriented ZnO nanorod arrays for gas sensing applications.” Nanotechnology, 2006, 17, pp.4995-4998.
[14]H. J. Ko, Y. F. Chen, S. K. Hong, H. Wenisch, T. Yao, D. C. Look, “Ga-doped ZnO films grown on GaN templates by plasma–assisted molecular-beam epitaxy.” Applied Physics Letters, 2000, 77, pp.3761-3763.
[15]K. J. Kim, Y. R. Park, “Large and abrupt optical band gap variation in In-doped ZnO.” Applied Physics Letters, 2000, 78, pp.475-477.
[16]E. Frackowiak, “Carbon materials for supercapacitor application.” Physical Chemistry Chemical Physics, 2007, 9, pp.1774-1785.
[17]張正偉，傳感器原理與應用，中央廣播電视大學出版社，1991。
[18]吳朗，感測器原理與應用，全華科技圖書股份有限公司，1990。
[19]U. Yogeswaran, S. M. Chen, “A Review on the Electrochemical Sensors and Biosensors Composed of Nanowires as Sensing Material.” Sensors, 2008, 8, pp.290-313.
[20]吳宗桓，應用於生化感測器之可攜帶循環伏安式恆電位儀設計與實現，碩士論文，國立臺南大學通訊工程研究所，臺南，2009。
[21]陳志宏，頻譜分析技術於幾丁寡醣修飾性葡萄糖生物感測器之應用，碩士論文，國立雲林科技大學化學工程研究所，雲林，2005。
[22]陳詩喆，電流式葡萄糖生物感測器之製備及測試，碩士論文，國立臺灣科技大學化學工程研究所，臺北，2009。
[23]林正立，溶膠-凝膠修飾電極和電流式乳酸生物感測器，博士論文，國立中正大學化學研究所，嘉義，2005。
[24]李坤易，高感度葡萄糖生物感測器之研究，碩士論文，國立雲林科技大學化學工程研究所，雲林，2006。
[25]莊旻傑，電化學式氯乙烯氣體及蛋白質感測器之研究，博士論文，國立成功大學化學工程研究所，臺南，2003。
[26]田福助，電化學基本原理與應用，五洲出版有限公司，2004。
[27]萬其超，電化學之原理與應用，徐氏文教基金會，1993。
[28]張富昌，電化學分析儀器，徐氏文教基金會，1985。
[29]張志弘，可攜式恆電位儀與電化學生物感測器之整合研究，碩士論文，崑山科技大學電子工程研究所，臺南，2006。
[30]呂剛劦，奈米金修式壓電晶體生物感測器之研究，碩士論文，國立雲林科技大學工業化學與災害防治研究所，2003。
[31]闕山仲、方嘉德、徐照程、陳秀珍，分析化學，藝軒圖書出版社，1993。
[32]賀孝雍、陶雨台，分析化學基本原理，曉園出版社有限公司，1989。
[33]鄭信民、林麗娟，X光繞射應用簡介，工業材料雜誌，第181期，2002。
[34]許樹恩、吳泰伯，X光繞射原理與材料結構分析，民全行政院國家科學委員會精密儀器發展中心，1993。
[35]M. Fischetti，張雨青，掃描式電顯的奈米世界，科學人，第18期，2003。
[36]鮑忠興、劉思謙，近代穿透式電子顯微鏡實務，滄海書局‧鼎隆圖書股份有限公司，2008。
[37]施正雄，儀器分析原理與應用，五南圖書出版公司，2012。
[38]P. K. Samanta, S. K. Patra, A. Ghosh, P. R. Chaudhuri, “Visible Emission from ZnO Nanorods Synthesized by a Simple Wet Chemical Method.” International Journal of NanoScience and Nanotechnology, 2009, 1, pp.81-90.
[39]C. L. Sun, W. L. Cheng, T. K. Hsu, C. W. Chang, J. L. Chang, J. M. Zen, “Ultrasensitive and highly stable nonenzymatic glucose sensor by a CuO/graphene-modified screen-printed carbon electrode integrated with flow-injection analysis.” Electrochemistry Communications, 2013, 30, pp.91-94.
[40]P. K. Samanta, A. K. Bandyopadhyay, “Chemical growth of hexagonal zinc oxide nanorods and their optical properties.” Applied Nanoscience, 2012, 2, pp.111-117.
[41]蔡淑惠，拉曼光譜在奈米碳管檢測上之應用，奈米通訊，2005。
[42]T. Kavitha, A. I. Gopalan, K. P. Lee, S. Y. Park, “Glucose sensing, photocatalytic and antibacterial properties of graphene–ZnO nanoparticle hybrids.” Carbon, 2012, 50, pp.2994-3000.
[43]Y. W. Hsu, T. K. Hsu, C. L. Sun, Y. T. Nien, N. W. Pu, M. D. Ger, “Synthesis of CuO/graphene nanocomposites for nonenzymatic electrochemical glucose biosensor applications.” Electrochimica Acta, 2012, 82, pp.152-157.
[44]J. Wu, F. Yin, “Easy Fabrication of a Sensitive Non-Enzymatic Glucose Sensor Based on Electrospinning CuO-ZnO Nanocomposites.” Integrated Ferroelectrics: An International Journal, 2013, 147, pp.47-58.
[45]S. S. Yoon, A. Ramadoss, B. Saravanakumar, S. J. Kim, “Novel Cu/CuO/ZnO hybrid hierarchical nanostructures for non-enzymatic glucose sensor application.” Journal of Electroanalytical Chemistry, 2014, 717-718, pp.90-95.