功能石墨烯的制备及电化学生物传感器的应用研究

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石墨烯(GN)因其优异的物理化学性质,受到广泛关注。电化学生物传感器,作为一种准确、制备简单、成本低廉的检测装置,已被广泛用于生物、药物、环境监测等领域。将GN作为传感元件构建新型传感器,不仅可提高传感器的灵敏度,而且丰富了传感器的种类。本文主要研究了GN的制备和功能化GN的制备,并用于电化学生物传感器来检测芦丁、艾滋病毒(HIV)等分子,主要研究内容如下:1、采用改进的Hummers法制备氧化石墨(GO),再用水合肼对其进行还原,制得GN。采用红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、扫描电镜(SEM)等表征技术对其结构、形貌进行研究分析。结果表明,GO经还原后,大量含氧官能团已去除,制得的石墨烯薄而蓬松,有利于生物分子的固定。2、采用电化学聚合法将L-半胱氨酸聚合到GN/Nafion修饰的玻碳电极上,记为poly-L-Cys/GN/Nafion/GCE。分别采用差分脉冲伏安法(DPV)和循环伏安法(CV)法,研究了芦丁在该修饰电极上的电化学行为及其影响因素。结果表明,芦丁在该修饰电极上的电化学反应为受吸附控制的可逆过程,反应过程中进行了两个电子转移。研究还发现,扫描圈数对电聚合及其修饰电极的性能具有一定的影响。在最优条件下,芦丁的峰电流与其浓度在10μM0.02μM内有较好线性关系。建立的基于poly-L-Cys/GN/Nafion复合薄膜的电化学传感器应用于复方芦丁片样品的检测,结果令人满意。3、通过反相聚合法制备聚苯胺/石墨烯(PANI/GN)纳米复合材料,用于修饰玻碳电极(GCE),然后将单链DNA(ssDNA)探针固定在修饰电极上,记为ssDNA/PANI/GN/GCE。通过π-π*堆积相互作用将带负电的目标HIV-1的磷酸骨架与探针DNA进行杂交形成双链DNA,使用电化学交流阻抗谱(EIS)检测杂交前后阻抗值的变化。结果显示,在5.0×10-16mol/L1.0×10-1010 mol/L范围内,杂交前后的阻抗差值ΔRet与目标HIV浓度的对数logC呈线性关系,线性方程为:ΔRet(Ω)=273log C+4579,相关系数R2=0.9930(S/N=3),检出限为1.0×10-1616 mol/L。说明制备的传感器拥有良好的的稳定性和重现性。4、利用电化学还原法得到石墨烯,电化学沉积法沉积纳米金粒子(AuNP),得到基于AuNP/GN/GCE的DNA传感器。采用CV和EIS对该传感器的电化学行为进行研究,并与第四章中基于PANI/GN/GCE的DNA传感器进行了对比。结果表明,杂交前后的ΔRet与目标HIV的logC在1.0×10-16mol/L1.0×10-11mol/L范围内呈线性关系,线性方程为:ΔRet(Ω)=53.26+879.63logC,相关系数R2=0.9616(S/N=3),检出限为3.2×10-17mol/L。与第四章组装的传感器相比较,基于AuNP/GN/GCE的DNA传感器表现出更好的灵敏度与稳定性。
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