基于三維石墨烯若干新型生物傳感器的構(gòu)筑和應(yīng)用.pdf

1、電化學(xué)傳感器因具有靈敏度高、選擇性好、成本低、操作簡(jiǎn)單、分析速度快、易于微型化等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、臨床診斷、食品和醫(yī)藥工業(yè)等領(lǐng)域具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值。電極材料及其結(jié)構(gòu)對(duì)實(shí)現(xiàn)靈敏、穩(wěn)定的電化學(xué)檢測(cè)至關(guān)重要。這一點(diǎn)在與生物大分子相關(guān)的生物傳感與分析中尤為重要。最近的研究表明，三維多孔電極(three-dimensional-3D porous electrode)可有效提高電化學(xué)傳感分析性能。因此，基于性能優(yōu)良、可大規(guī)模生產(chǎn)的三維多孔電極

2、構(gòu)建電化學(xué)傳感新體系，具有重要意義。石墨烯(graphene)是由碳原子緊密堆積成的單層二維(two-dimensional,2D)碳質(zhì)材料。由于具有獨(dú)特而完美的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)等特性，在高/超靈敏電化學(xué)傳感領(lǐng)域已經(jīng)展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。除2D石墨烯材料外，國(guó)內(nèi)外發(fā)展具有特定三維結(jié)構(gòu)石墨烯體的研究非?；钴S。采用兼具平面和曲面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的泡沫金屬作為生長(zhǎng)基體，利用化學(xué)氣相沉積法制備所得具有三維貫穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的泡沫狀多孔石墨烯材料(3D

3、porous graphene,3D G)。這種CVD法生長(zhǎng)的三維多孔石墨烯材料完整地復(fù)制了泡沫金屬的結(jié)構(gòu)，石墨烯以無(wú)縫連接的方式構(gòu)成一個(gè)全連通的整體，具有較氧化剝離法制備的石墨烯體(還原氧化石墨烯，rGO)材料更優(yōu)異的電荷傳導(dǎo)能力、高的比表面積(~850 m2 g-1)、極高的孔隙率(99.7％)和極低密度(~5 mg cm-3)、可直接作為無(wú)支載(freestanding)碳電極使用，在新型電化學(xué)生物傳感界面構(gòu)筑領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價(jià)

4、值。然而，三維石墨烯材料表面疏水，無(wú)衍生化官能團(tuán)很難進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，因此，發(fā)展三維石墨烯改性方法進(jìn)而構(gòu)筑三維生物傳感界面至關(guān)重要。論文以上述三維多孔石墨烯材料為基礎(chǔ)碳電極，制備了兩類(lèi)新型傳感器，分別實(shí)現(xiàn)了對(duì)葡萄糖和過(guò)氧化氫的電化學(xué)檢測(cè)。具體如下：
　　1、論文以三維多孔石墨烯材料為無(wú)支載碳電極，利用殼聚糖一步電沉積法建立了新型葡萄糖傳感體系。通過(guò)shiff堿反應(yīng)制備了接枝電子傳遞媒介體二茂鐵的殼聚糖衍生物(CS-Fc)，以3D G為

5、基底電極，利用殼聚糖電沉積法，一步電沉積 CS-Fc、葡萄糖氧化酶(GOD)和單壁碳納米管(SWNTs)復(fù)合膜構(gòu)筑3D G/CS-Fc/SWNTs/GOD酶電極。論文通過(guò)紅外光譜表征證明了CS-Fc的結(jié)構(gòu)，利用掃描電鏡(SEM)對(duì)3D G/CS-Fc/SWNTs/GOD復(fù)合物形貌進(jìn)行了表征；采用電化學(xué)循環(huán)伏安法考察了SWNTs摻雜對(duì)酶電極的影響、酶電極的電化學(xué)性能及穩(wěn)定性；并基于Fc對(duì)GOD與電極間的電子傳遞媒介體作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)葡萄糖的

6、電化學(xué)檢測(cè)，檢測(cè)線性檢測(cè)范圍為5.0μM~19.8mM，檢出限為1.2μM。
　　2、論文制備了多壁碳納米管-電子傳遞媒介體亞甲基藍(lán)復(fù)合材料(CNTs-MB)，通過(guò)π-π作用將其吸附于3DG電極表面，以原位聚合的聚多巴胺(pDA)為連接劑，共價(jià)固定辣根過(guò)氧化物酶(HRP)，構(gòu)筑基于3D G的過(guò)氧化氫酶?jìng)鞲衅?3D G/CNTs-MB/pDA/HRP)。采用紫外-可見(jiàn)光譜法(UV-vis)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、X

7、射線光電子能譜(XPS)等方法表征了3DG與CNTs-MB的成功復(fù)合及HRP的有效固定?；贛B對(duì)HRP與電極間電子傳遞的媒介作用，實(shí)現(xiàn)了3DG/CNTs-MB/pDA/HRP修飾電極對(duì)H2O2的靈敏檢測(cè)，研究了測(cè)定電位、電極支持液pH值對(duì)電極靈敏度的影響。在最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下，所制備的生物傳感器對(duì)H2O2具有快速響應(yīng)，3s內(nèi)達(dá)到95％的電流響應(yīng)，檢測(cè)線性范圍為0.2μM~1.1 mM(R2=0.998)，檢測(cè)靈敏度為227.8μA mM-