基于石墨烯及其納米復合材料構(gòu)建生物小分子電化學傳感的研究.pdf

1、多巴胺(DA)、尿酸(UA)、抗壞血酸(AA)和亞硝酸鈉(NaNO2)等生物小分子在人體內(nèi)的新陳代謝及生命過程中有著重要影響，也與人類的健康密切相關(guān)。如人體內(nèi)多巴胺含量較低時易引發(fā)精神分裂癥和帕金森氏癥等精神疾??；尿酸在人體內(nèi)含量過高時易引發(fā)多種疾病如痛風、高尿酸血癥和萊施-尼漢綜合征等；抗壞血酸又名維生素C，它具有抗氧化的作用，其在人體內(nèi)含量的異常與感冒、精神病、不孕、癌癥和艾滋病有關(guān)；亞硝酸鈉是一種在人體內(nèi)易誘發(fā)致癌的物質(zhì)，對環(huán)境、

2、食物和生物體系會產(chǎn)生嚴重影響。因此，快速、靈敏的同時檢測生物小分子在研究人類的生理功能和有關(guān)疾病早期診斷方面具有重要意義。電化學檢測方法因其選擇性好、靈敏度高、操作簡單、成本低等優(yōu)勢引起人們的關(guān)注，并被廣泛用于生物小分子的檢測中。AA、DA、UA和NaNO2在傳統(tǒng)電極上的氧化電位往往很接近且其氧化產(chǎn)物會污染電極，因此難以進行選擇性或同時測定。
　　石墨烯(GE)擁有獨特的二維納米結(jié)構(gòu)，并具有超強的機械性能、優(yōu)異的電學性能和光學性能

3、，自2004年Geim等人首次用剝離法獲得單層石墨烯以來，石墨烯及其衍生物在電化學檢測上的應(yīng)用激起了研究者們的興趣。本文利用石墨烯及其復合納米材料制備電極，成功實現(xiàn)了對多巴胺、尿酸、抗壞血酸和亞硝酸鈉的電化學檢測。本論文主要開展了以下三個方面的工作：
　　(1)用電化學方法還原氧化石墨烯(GO)，成功制備了三維還原氧化石墨烯包裹的碳纖維電極(ErGO/CFE)，并把該電極作為同時檢測多巴胺、尿酸和抗壞血酸的工作電極。掃描電鏡(SE

4、M)結(jié)果表明，三維石墨烯均勻的包裹在碳纖維電極的表面，同裸的碳纖維電極(CFE)相比，在檢測多巴胺、尿酸和抗壞血酸時，三維石墨烯修飾的碳纖維電極顯示出高的氧化峰電流值。研究表明，石墨烯的引入提高了電子的傳遞速率，增強了電荷的傳遞能力，且三維結(jié)構(gòu)極大的增加了電極的電化學有效面積，從而能實現(xiàn)三者的快速有效地檢測。這為發(fā)展新型和環(huán)保測定生物分子的材料提供了可行的途徑。
　　(2)采用一步水熱合成的方法以乙二醇為還原劑，成功制備出了鉑納米

5、顆粒負載在石墨烯表面上的復合材料(Pt–RGO)。透射電子顯微法(TEM)、X射線能量色散譜(EDX)、X射線光電子能譜(XPS)、拉曼光譜(Raman)和X射線衍射(XRD)等用來表征該復合材料。將Pt–RGO納米復合材料應(yīng)用于亞硝酸鈉的電化學檢測中。由循環(huán)伏安圖中可以看出Pt–RGO納米復合材料對亞硝酸鈉有高的氧化電流信號響應(yīng)，安培電流-時間圖中Pt–RGO對亞硝酸鈉的電流信號響應(yīng)靈敏度高達496.4μA mM?1，并且對高濃度的C

6、u2+，SO42-，Ni2+，NO3-，K+，Cl-，Na+，HCO3-， NH4+，F(xiàn)-等離子有很好的抗干擾性。
　　(3)實驗采用兩步合成的方法，先用油浴一步法合成鉑納米枝修飾的石墨烯材料(Pt/RGO)，再由水熱合成法制備出花狀的二氧化錳(MnO2)材料并通過超聲的辦法將兩者成功復合成一種三維鉑納米枝負載的石墨烯/二氧化錳復合材料（Pt/RGO/MnO2）。該納米復合材料用于在高濃度抗壞血酸和尿酸的存在下靈敏地檢測多巴胺。掃