三維多孔石墨烯修飾碳纖維微電極在癌癥電化學檢測中的應用.pdf

1、癌癥是當前致死率較高的一種疾病，而癌癥的早期診斷能增加患者生還和治愈的比例。電化學分析具有靈敏度高、分析速度快、儀器簡單的優(yōu)勢，在臨床醫(yī)學領域得到廣泛應用。微電極技術作為電化學分析的前沿領域，為人們進行細胞水平超靈敏檢測癌癥標記物、探索癌細胞的生理現(xiàn)象提供了強有力手段，對癌癥的早期檢測和相關的療效評估有著重大的意義。開發(fā)研制微電極體系的核心是尋找合適的電極材料、設計新型的電極結(jié)構。石墨烯具有良好的生物相容性、優(yōu)異的物理性能和化學性能，并

2、能被廣泛用于構建各種不同結(jié)構、形貌可控的新型多功能電極，因而在電化學生物傳感器領域掀起了一股研究熱潮。鑒于對癌癥標記物超靈敏、高精確度和快速檢測的應用需求，以及目前國內(nèi)外在電化學傳感、微電極技術和石墨烯功能材料等方面的研究進展，我們開發(fā)了兩種基于三維多孔石墨烯修飾碳纖維的功能微電極，并構建了可用于超靈敏檢測癌細胞釋放H2O2的電極系統(tǒng)，開展其在癌細胞電化學檢測中的基礎應用研究。
　　首先本文提出一種創(chuàng)新的方法，即用離子液體1-丁基

3、-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽（[BMIM][BF4]）作為電解液電沉積石墨烯材料。由于離子液體具有較寬的電位窗口，從而能在較負電位-2V條件下，實現(xiàn)三維（3D）多孔石墨烯在活化碳纖維（active carbon fiber,ACF）上的一步電沉積和電化學還原。[BMIM][BF4]分子將通過自身的咪唑環(huán)與石墨烯片層間的陽離子-π和π電子對相互作用吸附在3D多孔石墨烯表面，為后續(xù)納米金屬顆粒的沉積提供成核活性位點并能作為模板調(diào)控粒子形貌。進一

4、步在含Pt和Au的前驅(qū)體溶液中電沉積，在3D多孔石墨烯支架表面負載高密度、均勻分散的雙金屬PtAu納米顆粒。由于電極上貴金屬納米顆粒與石墨烯之間的協(xié)同作用，使納米復合微電極在檢測H2O2時展現(xiàn)出高靈敏度、寬線性范圍、低檢測限和高選擇性等良好的電化學傳感性能。此外將微電極用于近細胞檢測癌癥標記物，測定活細胞釋放的H2O2的含量。分別對幾種不同的婦科惡性腫瘤細胞如乳腺癌細胞（MDA-MB-231、MCF-7）和宮頸癌細胞（Hela）進行測試

5、，并與人正常的乳腺上皮細胞（HBL-100）的檢測信號進行對比，發(fā)現(xiàn)癌細胞釋放的H2O2量更多；用抗癌藥物順鉑（DDP）對癌細胞進行化療降低其細胞活性，之后再次測定其釋放H2O2量并與抗癌藥物處理前信號進行對比，發(fā)現(xiàn)電流信號也減弱。根據(jù)這些檢測信號的差異可以達到檢測癌癥、識別不同類型癌細胞和評估化療療效的目的。
　　在下一項研究工作中，我們采用兩種離子液體1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽（[BMIM][BF4]）和1-丁基-3-甲

6、基咪唑六氟磷酸鹽（[BMIM][PF6]）混合液作為電解液，在-3V電位條件下制備3D石墨烯修飾的ACF。利用吸附在石墨烯片層上的離子液體作為摻雜劑，將電極材料在高溫條件下進行熱處理，使離子液體中的B、N和P元素同時摻雜到石墨烯片層中，制備得到多元素共摻雜的3D多孔石墨烯修飾碳纖維微電極。由于石墨烯的3D多孔結(jié)構、較高雜原子摻雜量以及不同摻雜元素之間的協(xié)同作用，電極對H2O2表現(xiàn)出高效的電催化和傳感性能。將微電極BPNF–ERGO/AC