二维过渡金属硫属化物与石墨烯复合电化学传感器研究

As the thinnest two-dimensional crystal, graphene, with unique electrical properties and high specific surface area, has received much research interest in recent years. Two-dimensional layered transition metal dichalcogenides (LTMDs), whose structure is similar to that of graphene (G), has strong adsorption capacity, a great number of catalytic active sites and high catalytic efficiency. In this research project, we intend to fabricate a novel composite material with LTMDs and G based on their wonderful structure and unique performance. Based on the matching of crystal structure and morphology and complementarity of electrical properties, it is supposed that the nanocomposite materials, for the most part, could display the synergistic effect between LTMDs and G. The present program will focus on the synthesis, structural characterization and study for the excellent optoelectronic properties of LTMDs/G, and to construct the interfacial biorecognition platform, and researching on the biological sensing analysis. We will develop novel techniques with excellent performances based on the interfacial biomolecular recognition, electrochemical and bio-catalytic amplification and signal transformation. The current project is an important subject in the world which is still in its infancy, and would be promising to address the significant issues in early diagnosis of major diseases and new sensing technology.

石墨烯，作为最薄的二维晶体，具有独特的电学性能和极高的比表面积，成为近几年来研究热点。二维单层过渡金属硫属化物(LTMDs)具有类似于石墨烯的结构，具有吸附能力强、更多的催化和活性中心、催化效率高等特性。本研究项目基于二者各自的优异性能和结构，拟制备LTMDs/石墨烯复合材料，充分发挥两者在晶体结构和微观形貌上的匹配性和电学性能上的互补性及其协同效应。通过LTMDs/石墨烯的合成、新颖纳米结构的表征、优异光电性能的研究、生物识别电化学界面的构筑、优异生物传感器的构建，发展高度生物特异性和生物催化功能的纳米生物界面的新方法，建立生物分子识别、催化和传感的技术平台，这在国际上也是刚刚起步和关注的研究课题。我们提出的研究计划将为重大疾病的早期诊断提供新方法和传感新技术。

石墨烯及其类似物具有独特的电学性能和极高的比表面积，二维层状纳米材料，例如过渡金属二硫化物LTMDs、层状碳纳米材料、低维纳米复合材料、有机-无机纳米杂化材料等，具有类似于石墨烯的层状结构，具有吸附能力强、更多的催化和活性中心、催化效率高等特性。本项目按照计划书的要求，结合不同维度纳米材料的优异性能和结构，充分发挥纳米材料在晶体结构和微观形貌上的匹配性和电学性能上的互补性及其协同效应，发展了一系列结构新颖、电化学和光电化学性能优异、生物相容性好的二维纳米杂化物传感材料。.通过对二维纳米杂化材料的合成，新颖纳米结构的表征，优异电化学和光电化学性能的研究，实现生物分子在电化学界面的可控组装，构建了高敏感和高选择性的纳米生物传感器。基于新型纳米材料和新颖的功能化纳米结构，开发新颖的生物传感界面，具有创新性、稳定性和实用性的纳米生物分析新方法。发展高度生物特异性和生物催化功能的纳米生物界面的新方法，建立生物分子识别、催化和传感的技术平台，为重大疾病的早期诊断提供新方法和传感新技术。.主要的研究方向涉及：1、石墨烯与二维纳米复合材料的电化学传感界面的构筑，发展基于该纳米复合材料的电化学生物传感器，结合生物分子的特异性识别机制和电化学信号的协同放大作用，实现真实样品中生物分子的高选择性和高灵敏检测。2、基于二维与低维纳米复合材料构筑多功能的纳米杂化物传感材料，实现电化学和光电化学信号的协同放大，通过靶标特异性的信号响应，分子印迹识别，双信号比率策略，核酸适-配体技术，核酸杂交、免疫和酶催化反应，滚环复制等，对特定目标物如生物标志物进行高效检测。3、低维有机-无机纳米杂化材料构筑结构新颖，具有生物特异性和生物催化功能的生物传感界面，开发生物分子识别的新方法，建立生物标志物的识别、催化和传感的新的电化学和光电化学检测技术平台。