仿生功能化石墨烯生物传感界面的构建及其在农药残留检测中的应用研究

本项目拟利用与蚌体内粘性蛋白组成相似的聚多巴胺对基底的惊人结合力和高生物亲和性，提出一种石墨烯仿生功能化的新方法，为含胺基和硫醇等功能基团分子的组装提供普适性的反应平台。发展生物活性与表面密度可控的生物分子高效固定化方法，构建基于聚多巴胺仿生功能化石墨烯纳米材料的生物传感界面。将电化学方法与表面等离子共振技术有效结合，实时原位跟踪生物分子在传感界面相互作用的动力学过程，调控传感界面性质以提高分子识别效率，进而建立基于电化学及电化学表面等离子体共振联用传感技术的农药残留高灵敏特异性识别检测新方法，为农药残留物的低成本、方便以及快速识别检测提供新技术。本项目的研究将为农药残留检测传感器件的设计提供新思路，对推动生物传感领域的快速发展，解决由农残超标引起的卫生安全和环境污染问题具有重要意义。

利用聚多巴胺的强粘附力和高生物亲和性，发展石墨烯仿生功能化新方法，构建基于聚多巴胺仿生功能化石墨烯纳米复合材料的生物传感界面。（1）利用多巴胺在弱碱性条件下的自聚合性能，以多巴胺为功能单体，以毒死蜱为模板分子，采用表面印迹技术在Fe3O4 NPs表面制备了对毒死蜱具有特异性识别作用的磁性分子印迹聚合物(MIP)，将电化学方法与表面等离子体共振技术有效结合，利用固定在金片表面的乙酰胆碱酯酶(AChE)与毒死蜱之间的识别作用，建立了基于MIP放大效应的毒死蜱识别传感新方法。（2）将酶抑制原理与微酶反应器结合，发展了一种基于微酶反应器定量检测有机磷农药的新方法。采用一步原位法将Fe3O4 NPs负载于氧化石墨烯表面，制备了磁性石墨烯纳米复合材料(GO/Fe3O4)，通过π-π、氢键以及疏水等作用将AChE固定于GO/Fe3O4表面，在外磁场作用下将GO/Fe3O4/AChE固定于微流控芯片通道的指定区域，构建了可用于农药乐果快速定量分析的微酶反应器。（3）利用碱性条件下多巴胺的自聚合作用及其良好的成膜性，将GO固定于PDMS微芯片通道表面，形成聚多巴胺/氧化石墨烯（PDA/GO）薄膜，以此为反应平台将BSA固定于微芯片通道中，获得PDA/GO/BSA功能化PDMS芯片通道。PDA/GO良好的生物相容性和高比表面积，提高了BSA在芯片通道内的负载量，改善了相比和柱容量，构建的PDA/GO/BSA功能化PDMS微芯片通道对氨基酸、二肽和药物对映体有良好的手性选择性。（4）设计了一种中性条件下多巴胺的诱导聚合反应，利用HAuCl4的氧化性诱导多巴胺聚合生成PDA，同时HAuCl4被还原为Au NPs而原位负载于PDA膜的内部和表面。PDA极强的粘附性将Au NPs固定于PDMS芯片通道表面，建立了原位PDA/Au NPs功能化PDMS芯片通道新方法，实现了多种氨基酸的同时分离分析。（5）多巴胺、Fe3O4 NPs、葡萄糖氧化酶(GOx)、氯金酸同时存在时，以氯金酸为氧化剂诱导多巴胺氧化聚合生成聚多巴胺，将还原生成的Au NPs以及溶液中的GOx一步固定于Fe3O4 NPs表面，制备了仿生功能化GOx-Au NPs-PDA-Fe3O4复合材料，采用磁性固定技术将其固定于磁性电极表面，发展了酶在电极表面的简单有效固定化方法，实现了酶在电极表面的高效直接电子转移。