基于新型二茂铁衍生物功能化石墨烯/纳米材料修饰电极的电化学传感研究

Ferrocene and its derivatives are electroactive electron mediators and have been widely used in fabricating chemo/biosensors with high sensitivity. However, the mediators are easily leaked from the biosensors and therefore, how to synthesize newly special ferrocene derivatives and immobilize them on electrode to obtain excellent biosensors is a challenge for researches.This program is aim to design and synthesize serials of ethynylferrocene terminated oligo(p-phenylene ethynylene)s compounds, and combined the nanotechnology to prepare ferrocene functional graphene nanocomposites. The graphene-based composites then will be fabricated as doublely signal amplifying platforms to be utilized in chemo/biosensors. The main contents are: 1) Design and synthesize series of ethynylferrocene derivatives with different functional groups, such as -NH2,-CHO,-SOOCH3,-COOH and so on; 2) Prepare the ferrocene functional graphene nanocomposite through the covalent bonding and π-π stacking interaction between the ferrocene derivatives and graphene nanomaterials; 3) Construct doubly amplifying platform for detection of single or multiple phenols based on the synergy amplifying effect of the electron mediators of ferrocene derivatives and graphene and metal nanoparticles.This program is hopeful for constructing new methods for immoblization of ferrocene derivatives/nanomaterials and sensitive detection methods for electroactive phenols as well. This study will pay a new way for synthesizing, selecting, immobilizing and application of the newly ferrocene derivatives.

二茂铁及其衍生物是优良的电子媒介体，被广泛用于构建高灵敏的化学/生物传感器。但小分子媒介体易泄露和流失，故如何将二茂铁固定于电极表面以获得性能稳定的电化学传感器是该领域研究的难点之一。本项目拟通过交叉偶联等反应设计并合成系列二茂铁乙炔类化合物，利用共价键合作用等制备二茂铁功能化石墨烯，构建信号双重放大的检测平台，探索其在电化学传感中的应用。主要内容包括：1）设计合成含氨基/醛基/硫脂基/羧基等官能团的二茂铁乙炔衍生物；2）通过共价键合或者共轭基团与石墨烯的π-π堆积作用,制备不同的二茂铁衍生物功能化的石墨烯；3）利用二茂铁衍生物的电子媒介/催化作用和纳米材料的催化放大作用，实现对单组分和多组分电活性酚类物质的双重放大检测。该课题的研究可望建立新型二茂铁衍生物和二茂铁衍生物功能化石墨烯的制备方法和电活性小分子的高灵敏检测新方法，为二茂铁衍生物的合成、优选、固定和应用提供新思路。

二茂铁及其衍生物是优良的电子媒介体，被广泛用于构建高灵敏的化学/生物传感器。但小分子媒介体易泄露和流失，故如何将二茂铁固定于电极表面以获得性能稳定的电化学传感器是分析化学工作者一直致力的研究方向之一。本项目通过交叉偶联等反应设计并合成系列二茂铁乙炔类化合物，利用π-π堆积、共价键合和交联作用等制备二茂铁功能化石墨烯，构建了几个信号双重放大的检测平台和电化学免疫平台，探索其在电化学传感和免疫分析中的应用。主要研究工作包括：1）设计合成了几种含氨基和硫脂基等官能团的二茂铁乙炔衍生物。2）通过共价键合或者共轭基团与石墨烯之间的π-π堆积作用，制备了几种不同的二茂铁衍生物功能化的石墨烯，并结合纳米金和磁性纳米粒子以及碳量子点等，利用二茂铁衍生物的电子媒介体/催化作用和纳米材料的催化放大作用，实现对单组分如亚硝酸钠、双酚A、芦丁和复杂体系多组分电活性物质如抗坏血酸、多巴胺、尿酸和乙酰氨基酚的双重放大检测。这些传感器线性范围宽，检测限低，均可用于实际样品中这些物质的分析检测。3）基于迈克尔加成/席夫碱反应，在聚多巴胺修饰的还原石墨烯表面修饰巯基二茂铁衍生物等巯基或氨基小分子化合物，构建了一个多功能电化学平台，用于多种电活性小分子如葡萄糖、多巴胺等的分析检测。4）利用电化学刻蚀法制备了还原性碳点和掺杂的碳点，利用此碳点的还原性制备了金纳米粒子和银纳米粒子，结合二茂铁衍生物和氧化氧化石墨烯等构建了几个连续、双检测和免疫平台用于几种小分子和抗原的光、电化学传感。如利用氮掺杂的碳点与纳米金复合物可以区分检测血清中的半胱氨酸；利用过氧化氢对金银碳纳米复合物中银的刻蚀作用检测人血清中的乳酸和尿酸等；利用银/碳或金银/纳米复合物作为信号探针固定抗体制备免疫传感器，用于分析血清中的人免疫球蛋白。该课题的研究可望建立新型二茂铁衍生物和二茂铁衍生物功能化石墨烯和电子媒介体修饰的碳纳米材料的制备方法和电活性小分子和生物分子的高灵敏检测新方法，为二茂铁衍生物的合成、优选、固定和应用提供新思路，为基于还原性碳点制备新型碳基纳米传感器提供有益借鉴。