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《基于石墨烯的復(fù)合納米材料在生物傳感器中的應(yīng)用》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
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1．引言最近，石墨已成為一個迅速崛起的明星在材料科學領(lǐng)域。它的問世引起了全世界的研究熱潮。石墨烯不僅是已知材料中最薄的一種，還非常牢固堅硬；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限延長二維芳香族大分子。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，當施加外部機械力時，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，也就保持了結(jié)
2、構(gòu)穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結(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時，不會因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射。由于原子間作用力十分強，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。因此,石墨烯奇特的物理、化學性質(zhì),也激起了物理、化學、材料等領(lǐng)域科學家極大的興趣。這篇論文主要介紹了基于石墨烯的納米材料在電化學生物傳感器中的運用。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。對于石墨烯，最關(guān)鍵的挑戰(zhàn)，在材料
3、合成與加工的中克服石墨層之間強的π-π型層堆疊剝離能，這種高凝聚力范德華能高達5.9kJmol-1碳。直到現(xiàn)在，一些物理和化學方法被提出來生產(chǎn)石墨烯單體或化學改性石墨，例如，石墨機械剝脫，碳化硅（SiC）晶片中升華硅，和通過化學氣相沉積法（CVD）在金屬基底上烴類物質(zhì)的外延生長，等等。但實驗證明將石墨烯直接應(yīng)用在傳感器中，由于納米級石墨烯容易聚沉，所以并沒有達到預(yù)期的效果，所以對石墨烯的修飾就顯得尤為重要。對石墨烯的修飾分為：共價鍵修飾、非共價鍵修飾和金屬顆粒及金屬離子修飾。共價鍵修飾通過氧化—分散—還原得到的石墨烯通
4、常其邊緣含有羧基,共價鍵修飾可以羧基為活性基團,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器。報道了一種合成硅烷修飾的石墨烯并說明他在制備電化學裝置中的潛在應(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（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。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
5、多巴胺時抗壞血酸帶來的干擾。實驗證明，這種多巴胺電化學檢測器在檢測多巴胺時不被高出兩個數(shù)量級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，靈敏度和更低的檢測線。非共價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ππ相互作用增強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π-π非共價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
6、對過氧化氫的氧化有很高的電化學催化活性。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。不用通過氧化或者破壞碳核的sp2構(gòu)型，高聚物來保護石墨烯的單層結(jié)構(gòu)。聚乙烯吡咯烷酮（PVP），一非離子和無毒高分子，也可以直接通過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，而且這些石墨烯沒有被氧化或者結(jié)構(gòu)破壞。不同與是剛才所說的靜電吸附陰離子穩(wěn)得到的穩(wěn)定性，此時通過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。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
7、逆的聚沉甚至從新變成石墨。為了得到獨立片狀的石墨烯，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。當石墨烯吸附的是無機顆粒而不是有機材料時，不僅可以防止石墨烯在化學還原過程中聚沉，而且得到新的石墨烯復(fù)合材料。TessyTheresBaby等用鉑，金納米顆粒修飾石墨烯,鉑，金作為阻隔基團,可降低石墨烯層間ππ的堆積作用,得到的獨立分散的石墨烯。這種納米金屬修飾的石墨烯可以作為超級電容器或燃料電池電極。3．石墨烯在傳感器中的應(yīng)用實例基于石墨烯的種種優(yōu)良特性，在生物傳感器領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。3.1過氧化氫酶傳感器
8、基于單層石墨烯納米材料和酶的復(fù)合膜的過氧化氫生物傳感器中，使用了一種芳香性物質(zhì)—1,3,6,8-芘四磺酸四鈉鹽(TPA),可以高效的將石墨剝落成單層片狀的石墨烯。通過簡單的混合，就可以組裝出油單層石墨烯和酶的復(fù)合膜的電極，這里選用的是辣根過氧化物酶（HRP）作為分析試樣。由于單層石墨烯可以為酶的固載提供一個良好的生物相容性的微環(huán)境
