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基于氧化石墨烯的电化学生物传感器研究及应用

张培  
【摘要】:石墨烯是2004年被发现的具有小粒径、比表面积大、表面反应活性高、催化效率高等优异性质的新型碳结构,将其用于修饰电极,可以降低化学物质氧化还原反应的过电位,改善生物分子氧化还原可逆性,其大比表面积有利于生物分子的固定化,还能促进蛋白质活性中心与电极表面的电子传递。这些特性对于提高生物检测的灵敏度和稳定性具有重大意义,为生物传感器领域开辟了广阔的前景。氧化石墨烯带有丰富的基团,在功能化石墨烯材料方面有着独特的优势。 论文在石墨烯修饰的电化学传感器及其应用方面开展了下列研究: 1、化学方法制作氧化石墨烯材料的研究。 用改进的Hummers'方法氧化天然石墨片,得到氧化石墨烯单片大小约3μm。拉曼光谱表征结果表明:制作的氧化石墨烯分子在1585cm-1处有G峰,氧化石墨烯呈层状结构;在1350cm-1处有明显增加的D峰。通过计时电流法电化学还原氧化石墨烯使得氧化石墨烯导电性增加4个数量级。 2、氧化石墨烯修饰的电化学电极芯片的研究。 采用滴涂工艺制作了氧化石墨烯修饰的电化学芯片,电化学循环伏安法表征结果表明:氧化石墨烯修饰的芯片的电流峰值达到4μA,比裸金电极高1μA以上。采用EDAC/NHS方法在线形成改性氧化石墨烯(MGO),使得电极具有可以连接蛋白的能力,荧光法表征结果表明了改性氧化石墨烯与牛血清白蛋白的有效结合。 3、氧化石墨烯修饰的电化学免疫传感器应用研究。 将特异性肺结核抗原蛋白结合到改性氧化石墨烯修饰的电化学芯片上构成了免疫传感器。对于肺结核阳性血清抗体进行了检测,抗原抗体发生特异性反应后导致电化学电流密度峰值降低3μA,结果表明了该免疫传感器的应用潜力。


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