石墨烯表面纳米粒子修饰及其用于制备生物传感器的研究

石墨烯具有超高的电子流动性，独一无二的单电子厚度结构和超高的比表面积，是一种潜在的可用于固定蛋白质的平面电极材料。将金属纳米粒子与石墨烯复合，金属粒子能够阻止纳米片层的聚集，使得其具有更大的比表面积，二者的协同作用能进一步加快电子转移的速率，这为研制新型生物传感器提供了一条新途径。本项目拟通过对氧化石墨烯分散剂（稳定剂）的选择、金属纳米粒子前驱体的选择、石墨烯-金属纳米粒子的复合过程的控制，探索石墨烯/纳米粒子复合材料的制备方法等对石墨烯-纳米粒子复合材料的性能、金属纳米粒子粒径、负载量、晶化程度的影响等。并通过对石墨烯/金属纳米粒子复合材料进行共价键或者价健修饰等解决溶解性问题。研究电极的电化学性能，揭示电极表面石墨烯/贵金属纳米粒子复合材料与电极表面蛋白质电子转移的效率关系。本项目的实施将为高效率、低成本的电极材料制备打下基础，并为开发高灵敏度和高选择性的传感器提供理论支持。

由于石墨烯具有超高的电子流动性，独一无二的单电子厚度结构和超高的比表面积，被认为是一种可以用于固定蛋白质的平面电极材料，能够使得电极表面的电子转移更加容易。金属纳米粒子具有很好的导电性和生物相容性，被广泛应用于与生物分子结合。二维结构的石墨烯与金属纳米粒子等复合，贵金属纳米粒子黏附在二维石墨烯表面，阻止了石墨烯纳米片层的聚集形成三维结构的石墨烯贵金属纳米复合结构，不但避免了石墨烯材料的团聚同时增强了导电性。该纳米复合结构的成功构筑为固定氧化还原酶实现直接电化学提供新型、高效的平台，应用于第三代电化学生物传感器的设计和制备，对葡萄糖、血红蛋白等小生物分子等的检测显示出了优异的灵敏度和选择性。本基金项目成功制备了纳米复合结构材料，Pt-石墨烯（石墨烯氧化物）、Au-石墨烯（石墨烯氧化物）、纳米零件铁-石墨烯（石墨烯氧化物）、纳米氧化铁-石墨烯（石墨烯氧化物）等纳米复合结构材料；用高分子聚乙烯吡咯烷酮（PVP）修饰的石墨烯复合结构材料具有很好的水溶性，调节合适的配比，在室温下放置一年都具有良好的分散性。将Pt-石墨烯将制备的铂-石墨烯复合材料固定葡萄糖氧化酶，并固定到电极表面，制备成葡萄糖生物传感器。经电化学循环伏安测试表明固定的葡萄糖氧化酶具有生物活性，可用于开发第三代电化学生物传感器。将葡萄糖氧化酶修饰电极检测不同浓度下葡萄糖溶液，表面在0-15 mM范围内具有很好的线性响应关系。将进一步研究复杂外界条件（如温度、pH 值、干扰物等）对酶电极响应的影响，以及葡萄糖氧化酶传感器的稳定性和寿命，以其为实际应用提供理论支持。