生物相容性石墨烯纳米复合材料的制备及其在电化学生物传感器中的应用

石墨烯作为一种具有优良性质的新型纳米材料，其复合材料制备及电化学领域应用方面的相关研究目前受到广泛的关注。然而，生物相容性石墨烯纳米材料的制备及其在电化学生物传感器中的应用目前未见报道。本项目首次将生物分子DNA或氨基酸以及金纳米粒子与石墨烯相复合，制备系列具有较好生物相容性的石墨烯纳米复合材料，考察其对固载蛋白质的天然结构和生物活性的影响，进而利用其构筑第三代电化学生物传感器。这些兼具良好生物相容性和较好导电性的新型复合材料的制备和应用，不但为构造性能优良的电化学生物传感器提供新的机遇和思路，也为研究生物体内复杂的物质相互作用和电子传输机制提供有力平台。

石墨烯作为一种具有优良性质的新型纳米材料，其复合材料的制备及其在电化学领域的应用研究受到广泛关注。本项目利用π-π吸附、价键固载等多种化学修饰法，使具有良好电子传输性质的石墨烯纳米材料与具有较好生物相容性的有机或无机组分，诸如DNA，氨基酸和纳米金等多种生物分子或无机纳米粒子相复合，对石墨烯进行表面改性，制备了系列具有较好生物相容性的水溶性石墨烯纳米复合材料，进而通过自组装等途径实现了其对氧化还原蛋白质或酶在电极表面的固载，考察了固载对蛋白质的天然结构和生物活性的影响。利用这些石墨烯纳米复合材料构筑了新型载酶石墨烯基修饰电极，将其应用在电化学生物传感及与生命和环境相关的重要物质(如H2O2，NO2-，多巴胺等)的检测中。. 本项目的研究结果表明，这些新型复合材料应用于电化学生物传感中具有明显优势。第一，生物相容性石墨烯纳米材料能够实现对蛋白质或酶的固载，有利于保持生物大分子的天然结构和生物活性。DNA、氨基酸及在此基础上的纳米金等与石墨烯的复合，赋予石墨烯显著的荷电特性。利用复合材料的这种特性，通过自组装的方法固载蛋白质或酶，能使生物大分子的固载在温和条件下实现，避免了固载过程中可能造成的蛋白质或酶的结构或生物活性破坏。第二，这些复合材料的电化学应用性能体现了生物相容性组分，诸如DNA、氨基酸或纳米金等材料与石墨烯组分的协同作用，优势互补或加强，可有效促进蛋白质或酶在电极表面的直接电子传输，为构筑高效的生物传感器提供了新的技术基础。第三，构筑的新型载酶石墨烯基修饰电极对H2O2，NO2-和多巴胺等的检测具有检测范围宽、灵敏度和分辨率高、抗干扰强等优势。