树形表面活性剂/石墨烯纳米复合材料的组装及生物大分子检测

Graphene has attracted strong scientific and technological interests in recent years. Its unique physicochemical properties (high surface area, excellent thermal and electric conductivity, and great mechanical strength) enable it with great potential applications in many areas such as biosensors and so on.The graphene-based hybrid nanocomposites may take advantage of the synergetic effects from different nanomaterials and provide enhanced performances in terms of optical, electronic, and catalytic properties, which has become one of the leading-edge research areas. In this project,nano-micelles of tree-type surfactant will be assembled on the surface of nanoparticles/graphene nanocomposites, thus a novel biomacromolecule sensor will be realized. A class of excellent tree-type surfactants will be synthesized through precise design of the structure of the surfactant molecules. To prepare nano-micelles/nanoparticles/graphite nanocomposite materials with excellent performance,formation conditions of nano-micelles by tree type surfactants, assembly behaviors of nano-micelles and naoparticles on the surface of the graphene and size effect of nanoparticles will be studied in details. Thus highly sensitive and selective detection of biomacromolecules such as glucose oxidation enzyme and casein will be realized.

石墨烯大的比表面积、高导电性和高电子传导速率使其在生物传感等领域具有十分广阔的应用前景。不同纳米材料的协同作用使纳米复合材料呈现出更好的光学、电学和催化活性，已成为前沿研究领域之一。在本申请中，我们将树形表面活性剂与纳米粒子/石墨烯纳米复合材料相结合，构建一种新型的生物大分子传感器。通过对表面活性剂分子结构的精确设计，合成一类性能优良的树形表面活性剂。通过研究树形表面活性剂形成纳米胶束的条件以及纳米胶束、纳米粒子在石墨烯表面的组装行为和尺寸效应，来制备性能优异的纳米胶束/纳米粒子/石墨烯纳米复合材料，从而实现对生物大分子（如葡萄糖氧化酶和酪蛋白等）的高选择性和高灵敏度检测。

石墨烯是一种新兴的二维纳米材料，具有优异的电学、热学、光学和机械性能，近年来得到了科研工作者广泛而深入的研究。为了进一步改善石墨烯的性能并拓展其应用领域，石墨烯基复合材料的制备及应用成为令人感兴趣的研究方向。本项目致力于利用简便易行的方法制备石墨烯基复合材料，并将其应用于电化学传感器的构建，实现对生理活性分子高选择性、高灵敏度检测。主要研究内容如下：.1. 以十二烷基硫酸钠（SDS）修饰的氧化石墨烯和SnCl2为原料，利用简便易行的一锅反应制备了石墨烯/二氧化锡（SDS-GN/SnO2）纳米复合材料。结果表明该修饰电极对多巴胺（DA）的氧化反应有显著的电催化活性，利用差分脉冲法可将DA、抗坏血酸（AA）、尿酸（UA）三者的氧化峰区分开，两两之间的峰电位差分别为：AA-DA 132 mV，UA-DA 128 mV，UA-AA 260 mV。因此该修饰电极构建的电化学传感器可以在AA和UA存在的条件下选择性检测DA，检测DA的线性范围是0.110.0 μM，线性相关系数是0.9980，检测限为80 nM（S/N = 3）。该方法可以用于检测人体尿液样品中的DA。.2.以5,10,15,20–四（4–磺酸基苯基）卟啉非共价功能化的石墨烯为基体材料，采用一锅反应制备三元复合材料石墨烯/氧化锡/纳米金（GN/SnO2/Au）。结果表明，该传感器可以同时检测肾上腺素（EP）和尿酸（UA）。在优化的实验条件下，EP的线性范围为0.5100 μM，检测限为0.05 μM；UA的线性范围从2.0100 μM，检测限为0.5 μM（S/N = 3）。该电化学传感器可应用于同时检测人体尿液样品中的EP和UA。.3．构建了石墨烯/二氧化锡/纳米金复合物的电化学免疫传感器，用于甲胎蛋白的高灵敏度检测。以六铵合钌为电化学探针，对影响电化学免疫传感器性能的因素进行了优化，在最佳条件下，实现了对甲胎蛋白的高灵敏度检测。结果表明，六铵合钌溶液的差分脉冲峰电流的大小与甲胎蛋白浓度的对数呈线性关系，线性范围为0.02-50 ng•mL-1，线性相关系数为0.9959，检测限为0.01 ng•mL-1（信噪比为3）。该方法具有较高的灵敏度，选择性和重现性，可以应用到血清甲胎蛋白的检测中，为癌症的早期诊断提供了一种重要方法。