生物分子功能化石墨烯修饰电极电化学传感分析的研究

石墨烯是一种新型的碳纳米材料，具有独特的电化学和电分析化学应用前景。本项目拟开展生物分子功能化石墨烯材料的合成及其修饰电极的制备与应用研究，通过对石墨烯的化学合成及表面功能比，得到适合于进一步修饰的石墨烯。功能化的方法可以是共价键功能化引入可以反应的基团和小分子，进一步与生物分子如DNA，酶、蛋白质发生共价键合反应；也可以是非共价功能化，如利用π键、氢键和静电作用等与生物分子发生相互作用；将生物分子功能化的石墨烯材料用于修饰电极的制备，同时引入离子液体、纳米材料等增效试剂，提高修饰电极的电化学性能。在制备和研究生物分子功能化石墨烯修饰电极体系的同时注意考察石墨烯与生物分子相互作用的化学本质，探讨相互作用的一般规律，研究电化学与电催化机理，设计合理功能化路线等一些关键性的科学问题。本项目的开展将有效拓宽石墨烯的应用领域，为发展功能化石墨烯电分析化学新方法和新技术提供理论和实验基础。

本项目开展生物分子功能化石墨烯复合材料电化学生物传感器的研究。以石墨烯及其前躯体氧化石墨烯为基本单元制备出有特殊性能的功能化复合材料，构出多种电化学传感器并应用于不同样品测定。项目包括三个方面的内容：（1）利用石墨烯复合材料构建了电化学DNA传感器。合成了石墨烯-Fe3O4介孔球,石墨烯-Co3O4纳米棒，石墨烯-纳米金，羧基化氧化石墨烯-聚L-赖氨酸，部分还原氧化石墨烯等多种材料，将石墨烯复合材料固定于工作电极表面，然后采用吸附法，共价键合法等方法将探针DNA固定在电极表面形成DNA修饰电极后应用于生物样品中特征DNA序列的检测，如转基因大豆A2704-12基因，大豆Lectin基因，金黄色葡萄球菌nuc基因，单核增生李斯特氏hly基因，副溶血弧菌的tlh基因，检测限可达10-13 mol/L，进一步应用于实际样品如转基因大豆，大豆油，生牡蛎，鱼肉等中相应特征序列的检测。(2)利用石墨烯复合材料构建了多种电化学酶传感器，利用离子液体，纳米材料等特殊性能将其与石墨烯相复合形成多种复合材料，如石墨烯-dsDNA，石墨烯-TiO2，石墨烯-Pt，石墨烯-MWCNT，石墨烯-Ag，石墨烯-水滑石，并与辣根过氧化物酶、血红蛋白、肌红蛋白的电化学传感器相结合，构建了多种蛋白质修饰电极。蛋白质在复合材料中能够保持其原始构象与生物活性，循环伏安结果表明出现一对峰形良好的氧化还原峰，表明其直接电化学已经实现。利用不同电化学方法对其电化学行为进行了研究，求解了相关电化学参数。将所构建的电化学传感器应用于三氯乙酸，双氧水和亚硝酸钠的电催化行为的研究，及水样和牛奶等样品检测。(3)利用石墨烯及其复合材料修饰电极对多种生物药物小分子进行检测，建立了高灵敏的电化学分析新方法。将石墨烯与壳聚糖，离子液体，导电聚合物，纳米材料等相复合构建多种复合材料，如石墨烯-壳聚糖，石墨烯-1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐，石墨烯-聚亚甲基蓝，石墨烯-聚甲基紫，氧化石墨烯-1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，石墨烯-纳米金，石墨烯-纳米ZrO2，石墨烯-纳米SnO2，羧基功能化氧化石墨烯等，将复合材料修饰电极应用于多巴胺, 腺苷，鸟苷，邻苯二酚，对苯二酚，双酚A，三磷酸腺苷等小分子的电化学检测，及药物，塑料，注射液，尿液，鲜牛奶等样品的测定。所构建的传感器极大地拓宽了石墨烯及其复合材料在电化学分析中的应用。