基于石墨烯及其復(fù)合物功能二維材料的電化學(xué)生物傳感器研究.pdf

1、石墨烯具有自組裝效應(yīng)、納米尺度效應(yīng)、表面功能化效應(yīng)及表面效應(yīng)，其特定的二維結(jié)構(gòu)易于和其他納米材料或其衍生物發(fā)生共價(jià)、非共價(jià)結(jié)合。基于石墨烯材料的修飾電極可以催化某種特定反應(yīng)、增大比表面積、加速電子傳遞，為解決某些物質(zhì)的快速定量檢測問題提供新思路，在生物傳感等領(lǐng)域中具有較為廣闊的應(yīng)用前景。在本論文中提出了一種非常簡單、便捷的吡咯喹啉醌(PQQ)固定方法，即利用石墨烯(Gr)的吸附作用，將PQQ固定在玻碳電極上，其中殼聚糖(CTS)用來分散

2、石墨烯以在玻碳電極(GCE)上形成穩(wěn)定牢固的薄膜。PQQ與Gr協(xié)同作用極大地降低了煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)的氧化過電位，同時(shí)其pH依賴的電化學(xué)響應(yīng)特性，為構(gòu)建NADH生物傳感器提供了新思路。此外，也提出了一種簡單合成雙金屬氧化物Fe3O4-Co3O4錨定的還原氧化石墨烯(rGO)納米復(fù)合物材料的新方法，以此所構(gòu)建的高敏感性傳感器有望在多巴胺(DA)和尿酸(UA)的快速定量檢測中取得實(shí)質(zhì)性的應(yīng)用。
　　本研究構(gòu)建了基于石墨烯

3、納米復(fù)合物修飾電極的電化學(xué)生物傳感器，并對其在加速電極表面的電子傳遞、增加檢測的選擇性和靈敏度等方面做了具體的研究和探討:
　　(1)通過石墨烯吸附效應(yīng)，成功地設(shè)計(jì)了一種簡單、方便、環(huán)保、廉價(jià)的方法用于制備自組裝Gr-PQQ/CTS復(fù)合物，構(gòu)建了高靈敏NADH電化學(xué)傳感器。研究結(jié)果表明，Gr-PQQ/CTS修飾電極具有較快的電子傳遞能力和低表面電阻等特性，能夠電催化氧化NADH，并能夠抑制反應(yīng)過程中產(chǎn)生的中間物和反應(yīng)產(chǎn)物在電極表面

4、的吸附及鈍化，且Gr和PQQ的協(xié)同作用使得NADH的氧化過電位顯著地降低，使NADH氧化電位產(chǎn)生260mV的負(fù)移，基于此修飾電極的NADH傳感器電化學(xué)響應(yīng)快、靈敏度高，其相關(guān)檢測范圍為0.32-220μM，靈敏度為0.421μA·μM-1·cm-2，檢測限為0.16μM（S/N=3）。另外，Gr-PQQ/CTS修飾的玻碳電極也展現(xiàn)了較強(qiáng)的抗干擾能力及在生物樣本血清中伴有高的回收率等優(yōu)勢。
　　(2)設(shè)計(jì)和制備了Fe3O4-Co3O

5、4雙金屬氧化物錨定的rGO納米復(fù)合物材料，并以此構(gòu)建電催化活性較高的生物傳感器。相關(guān)復(fù)合材料由于含有Fe3O4-Co3O4和rGO，賦予了修飾電極優(yōu)異的電化學(xué)性質(zhì)，且Fe3O4-Co3O4和rGO還能通過協(xié)同作用，使得電極的導(dǎo)電性和電催化活性大大增強(qiáng)，導(dǎo)致DA和UA的電催化氧化峰電流分別增加了271.7％和590％;DA檢測的線性范圍為5×10-7-1.55×10-3M，檢測限為1.3×10-7M(S/N=3);UA檢測的線性范圍為1.

6、5×10-6-1.6×10-3M，檢測限為1.8×10-7M(S/N=3)。此外，基于Fe3O4-Co3O4/rGO的納米復(fù)合物修飾電極，不僅電化學(xué)檢測的靈敏度較高，而且能夠根據(jù)氧化電位的不同達(dá)到選擇性識別DA、UA、抗壞血酸和5-羥色胺的目的。同時(shí)，本論文所構(gòu)建的修飾電極的抗干擾能力較強(qiáng)，在人血清樣本中所測得的回收率較高，其中DA回收率為97.3％-99.0％，UA的回收率為99.2％-110.8％，可用于生物樣本的實(shí)時(shí)檢測。研究結(jié)果