石墨烯修飾電極電化學(xué)生物傳感器的研制與應(yīng)用.pdf

1、隨著現(xiàn)代電子及生物技術(shù)的迅速發(fā)展，生物傳感技術(shù)已形成一個獨立的新興高科技領(lǐng)域，它涉及到生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、材料學(xué)、醫(yī)學(xué)以及電子技術(shù)等多學(xué)科交叉領(lǐng)域的多種技術(shù)。生物傳感器能夠?qū)⑸锊牧希ㄈ缑?、抗體、核酸、微生物、組織、細(xì)胞器、細(xì)胞受體、代謝產(chǎn)物等）、生物衍生材料（如基因工程抗體、蛋白及核酸適配體等）或仿生物質(zhì)（如合成催化劑、組合配體和印跡聚合物等）與物理或化學(xué)型轉(zhuǎn)換器緊密結(jié)合，通過將待測的生物信號轉(zhuǎn)換成聲、光、電等可檢測的物理信號來實現(xiàn)

2、對樣本中靶生物分子的檢測。生物傳感器因其具有高效、靈敏、特異以及結(jié)構(gòu)小巧、經(jīng)濟適用等優(yōu)點，近年來在生命科學(xué)研究及醫(yī)學(xué)檢驗中得到了廣泛的應(yīng)用。
　　作為生物傳感器的一個重要分支，電化學(xué)生物傳感器是以電化學(xué)傳感器作為基礎(chǔ)電極與生物活性材料組成的生物傳感器，簡稱生物電極。它具有一些顯著的優(yōu)勢，如設(shè)備簡單、體型小、靈敏度高、選擇性好、操作簡單、分析速度快、成本低廉，而且具有較高的靈活性。因此在檢驗醫(yī)學(xué)中，特別是即時檢驗(Point of

3、Care Testing，POCT)中具有較好的應(yīng)用前景。
　　對于電化學(xué)傳感器而言，尋找合適的電極修飾材料對于提高其性能具有極其關(guān)鍵的作用。石墨烯材料是近些年出現(xiàn)的一種新型納米材料，其獨特的結(jié)構(gòu)和性能使其成為備受關(guān)注的電極修飾材料。目前用于電化學(xué)傳感的石墨烯材料大多是還原氧化石墨烯(Reduced Graphene Oxide，RGO)，經(jīng)過還原后的氧化石墨烯不僅具有良好的導(dǎo)電性和大的比表面積，同時還含有部分結(jié)構(gòu)缺陷和少量功能化

4、官能團，可以作為一種理想的電極修飾材料。在眾多還原方法中，電化學(xué)還原GO制備還原氧化石墨烯(ERGO)是繼化學(xué)還原法后出現(xiàn)的一種新方法。相比于化學(xué)還原劑，電化學(xué)還原法是一種更快速、簡單、經(jīng)濟、綠色無污染的還原方法。
　　本研究采用一步法電化學(xué)還原GO，制備了還原氧化石墨烯(ERGO)修飾的玻碳電極，并基于此實現(xiàn)了對DNA、多巴胺和蘆丁的電化學(xué)檢測。課題的主要內(nèi)容包括以下四個部分:
　　第一部分:電化學(xué)還原氧化石墨烯修飾電極的

5、制備及表征
　　利用電化學(xué)循環(huán)伏安一步沉積法將GO還原修飾至玻碳電極表面，得到ERGO/GCE，采用拉曼光譜法對修飾后的電極進(jìn)行了表征;以[Fe(CN)6]3-/4-為探針，采用循環(huán)伏安法(CV)考察了修飾電極的電化學(xué)性能。拉曼光譜的結(jié)果顯示，GO成功地被還原了。而且修飾后的玻碳電極在[Fe(CN)6]3-/4-中的氧化還原峰電流相比于裸電極增加了，說明ERGO修飾層能夠有效加速電極表面的電子傳遞。
　　第二部分:基于還原氧

6、化石墨烯的電化學(xué)DNA傳感器的研制
　　使用還原氧化石墨烯修飾電極(ERGO/GCE)，利用連結(jié)劑1-芘丁酸-琥珀酰亞胺酯(PASE)共價固定肽核酸(PNA)探針，并以亞甲基藍(lán)(MB)作為雜交指示劑，研制了一種新型的電化學(xué)DNA傳感器。結(jié)果顯示，在1.0×10-12 mol/L～1.0×10-7mol/L范圍內(nèi)，MB的還原峰電流與互補DNA濃度的對數(shù)值呈良好的線性關(guān)系，檢測限為5.45×10-13 mol/L。并且該傳感器能夠特異

7、性識別單堿基錯配序列和完全非互補序列。表明該電化學(xué)DNA傳感器具有較高的靈敏度和特異性。
　　第三部分:基于還原氧化石墨烯構(gòu)建的電化學(xué)傳感器檢測多巴胺
　　將ERGO/GCE用于對神經(jīng)遞質(zhì)多巴胺(DA)的檢測。結(jié)果顯示，DA在ERGO/GCE上的電化學(xué)響應(yīng)比裸電極明顯增強，且在抗壞血酸(AA)和尿酸(UA)共存條件下能夠成功區(qū)分三種物質(zhì)的不同氧化峰?？疾炝瞬煌琾H的緩沖溶液對DA電化學(xué)響應(yīng)的影響。在最優(yōu)條件下，將該傳感器用于

8、對DA的定量分析，結(jié)果顯示DA的氧化峰電流與其濃度在1.0×10-7 mol/L～1.0×10-5 mol/L范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。
　　第四部分:基于還原氧化石墨烯構(gòu)建的電化學(xué)傳感器檢測蘆丁
　　將ERGO/GCE用于對中藥小分子蘆丁(Rutin)的檢測。結(jié)果顯示在ERGO/GCE上，蘆丁的氧化還原峰電流遠(yuǎn)比裸電極大，說明修飾石墨烯后，導(dǎo)電性增強，加快了蘆丁氧化還原反應(yīng)過程中質(zhì)子交換的速度，從而使得電流信號增強。同時考