基于石墨烯的復(fù)合納米材料在生物傳感器中的應(yīng)用

《基于石墨烯的復(fù)合納米材料在生物傳感器中的應(yīng)用》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、基于石墨烯的復(fù)合納米材料在生物傳感器中的應(yīng)用摘要：石墨烯作為新型材料在化學(xué)、材料等科學(xué)領(lǐng)域得到了極大的關(guān)注。因其優(yōu)良的導(dǎo)電性和生物相容性，被廣泛的運(yùn)用到生物傳感器的研究中。由于納米級(jí)的石墨烯在水溶液中極易聚沉，所以在使用石墨烯時(shí)就需要對(duì)其修飾。對(duì)石墨烯的修飾包括共價(jià)鍵修飾、非共價(jià)鍵修飾和金屬顆粒及金屬離子修飾。添加各種修飾過(guò)后的石墨烯能增加的靈敏度和降低傳感器的檢測(cè)線。關(guān)鍵詞：石墨烯修飾生物傳感器1、引言最近，石墨已成為一個(gè)迅速崛起的明星在材料科學(xué)領(lǐng)域。它的問(wèn)世引起了全世界的研究熱潮。自2004年英國(guó)曼徹斯特大學(xué)Geim團(tuán)隊(duì)首次從石墨中剝離出石墨烯以來(lái)，人們便對(duì)這種具有獨(dú)特物化

2、性質(zhì)的納米材料寄予厚望。此后關(guān)于石墨烯的研究不斷出現(xiàn)重要進(jìn)展，并在材料、化學(xué)、微電子、量子物理及生物等眾多領(lǐng)域表現(xiàn)出許多令人振奮的性能和潛在的應(yīng)用前景，已成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)之一。石墨烯不僅是已知材料中最薄的一種，還非常牢固堅(jiān)硬；作為單質(zhì)，它在室溫下傳遞電子的速度比已知導(dǎo)體都快。石墨烯是一個(gè)二維（平面）晶體，組成單層碳原子排列在蜂巢網(wǎng)絡(luò)與六元環(huán)，為二維碳結(jié)構(gòu)。在概念上石墨烯可以看作是一無(wú)限延長(zhǎng)二維芳香族大分子。石墨烯在原子尺度上結(jié)構(gòu)非常特殊。石墨烯中各碳原子之間的連接非常柔韌，當(dāng)施加外部機(jī)械力時(shí)，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來(lái)適應(yīng)外力，也就保持了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的

3、晶格結(jié)構(gòu)使碳原子具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性。而且石墨烯中的電子在軌道中移動(dòng)時(shí)，不會(huì)因晶格缺陷或引入外來(lái)原子而發(fā)生散射。由于原子間作用力十分強(qiáng)，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)生擠撞，石墨烯中的電子受到的干擾也非常小。[1,2]因此,石墨烯奇特的物理、化學(xué)性質(zhì),也激起了物理、化學(xué)、材料等領(lǐng)域科學(xué)家極大的興趣。這篇論文主要介紹了基于石墨烯的納米材料在電化學(xué)生物傳感器中的運(yùn)用。2、石墨烯的修飾然而，正如其它的同素異形體的新發(fā)現(xiàn)如碳富勒烯和碳納米管（CNTs），材料可用性和加工一直是限制著石墨烯的應(yīng)用。對(duì)于石墨烯，最關(guān)鍵的挑戰(zhàn)，在材料合成與加工的中克服石墨層之間強(qiáng)的π-π型層堆疊剝離能，這種7高凝聚力

4、范德華能高達(dá)5.9kJmol-1碳。直到現(xiàn)在，一些物理和化學(xué)方法被提出來(lái)生產(chǎn)石墨烯單體或化學(xué)改性石墨，例如，石墨機(jī)械剝脫，碳化硅（SiC）晶片中升華硅，和通過(guò)化學(xué)氣相沉積法（CVD）在金屬基底上烴類物質(zhì)的外延生長(zhǎng)，等等。[3]但實(shí)驗(yàn)證明將石墨烯直接應(yīng)用在傳感器中，由于納米級(jí)石墨烯容易聚沉，所以并沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的效果，所以對(duì)石墨烯的修飾就顯得尤為重要。對(duì)石墨烯的修飾分為：共價(jià)鍵修飾、非共價(jià)鍵修飾和金屬顆粒及金屬離子修飾。共價(jià)鍵修飾通過(guò)氧化—分散—還原得到的石墨烯通常其邊緣含有羧基,共價(jià)鍵修飾可以羧基為活性基團(tuán),與胺或氨基酸等反應(yīng)。用硅烷化的石墨烯制備高靈敏度高選擇性的多巴胺生物傳感

5、器。報(bào)道了一種合成硅烷修飾的石墨烯并說(shuō)明他在制備電化學(xué)裝置中的潛在應(yīng)用。這種硅烷修飾的新石墨烯是利用硅烷化將EDTA的官能團(tuán)（N-（三甲氧基硅烷-丙基）乙二胺三乙酸鈉鹽）連接到石墨烯表面。（如圖）硅烷化的石墨烯在水溶液中表現(xiàn)出極好的溶解度和良好的導(dǎo)電性。而且，nafion和EDTA-石墨烯混合在玻碳電極上形成了一層穩(wěn)定的，分散的，致密的膜。EDTA基團(tuán)的存在不僅為多巴胺的氧化提供了活性催化環(huán)境，而且降低在檢測(cè)多巴胺時(shí)抗壞血酸帶來(lái)的干擾。實(shí)驗(yàn)證明，這種多巴胺電化學(xué)檢測(cè)器在檢測(cè)多巴胺時(shí)不被高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)濃度的抗壞血酸干擾。不僅如此，該組裝的電極與傳統(tǒng)電極相比，有更高的重現(xiàn)性，穩(wěn)定性

6、，靈敏度和更低的檢測(cè)線。[4]非共價(jià)鍵修飾石墨烯具有大的π共軛體系,因而可與具有共軛體系的小分子或高分子通過(guò)ππ相互作用增強(qiáng)其溶解性能或者是分散到溶液體系。QinWei等人，用還原的氧化石墨烯和聚吡咯接枝共聚物（聚苯乙磺酸-g-吡咯）通過(guò)π-π非共價(jià)鍵作用組裝電催化生物傳感器。制得的納米復(fù)合物以3.0mgml-1的濃度可以在水里很好的分散。修飾在鉑電極得到對(duì)過(guò)氧化氫的氧化有很高的電化學(xué)催化活性。[5]將水溶液石墨粉和多功能聚乙烯吡咯烷酮超聲處理得到水溶液。不用通過(guò)氧化或者破壞碳核的sp2構(gòu)型，高聚物來(lái)保護(hù)石墨烯的單層結(jié)構(gòu)。7聚乙烯吡咯烷酮（PVP），一非離子和無(wú)毒高分子，也可以

7、直接通過(guò)超聲從石墨水溶液中分離出石墨烯，得到在水溶液中穩(wěn)定分散的聚合物涂層的單層石墨烯，而且這些石墨烯沒(méi)有被氧化或者結(jié)構(gòu)破壞。不同與是剛才所說(shuō)的靜電吸附陰離子穩(wěn)得到的穩(wěn)定性，此時(shí)通過(guò)非離子的親水聚合物很大程度上提高水溶液中膠體穩(wěn)定。[6]金屬顆粒及金屬離子修飾還原后得到的石墨烯片由于范德華力的作用很容易發(fā)生不可逆的聚沉甚至從新變成石墨。為了得到獨(dú)立片狀的石墨烯，在石墨烯片上吸附一些分子或者聚合物可以有效地防止聚沉。當(dāng)石墨烯吸附的是無(wú)機(jī)顆粒而不是有機(jī)材料時(shí)，不僅可以防止石墨烯在化學(xué)還原過(guò)程中聚