石墨烯纳米复合材料在电化学免疫传感器中的应用_袁征南pdf.doc

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1、首都师范大学学报(自然科学版)第36卷第6期JournalofCapitalNormalUniversityNo．62015年12月(NaturalScienceEdition)December，2015石墨烯纳米复合材料在电化学免疫传感器中的应用袁征南马占芳*黄潇楠*(首都师范大学化学系，北京)摘要石墨烯纳米复合材料由于其优异的电化学性质和生物相容性被广泛的应用于制备超灵敏的电化学免疫传感器．通过与其他纳米材料复合，石墨烯的良好导电性等优点被放大，而易聚集、堆叠、生物相容性较差等缺点被克服．因而，对石墨烯的改性工作成为当下研究的

2、热点．本文综述了石墨烯纳米复合材料在构建电化学免疫传感器中应用，包括石墨烯与金属、金属氧化物、高分子聚合物等的纳米复合材料，并对石墨烯纳米复合材料在电化学免疫传感领域的发展方向和前景做出了展望．关键词:石墨烯，复合，纳米材料，电化学，免疫传感器．中图分类号:TP212，TB383电化学免疫传感器是将电化学传感技术和免疫技术相结合的一种新型免疫传感器，其既具有电化学传感器的高灵敏度、低成本的特点，又具有免疫技术的高选择性、强专一性、和低检出限等特点［1，2］．因此，在当下的临床检测、生命分析等领域都得到了广泛的应用．电化学免疫传感器

3、由免疫识别元件、信号转换元件以及信号检测元件构成，其基于抗原－抗体特异性结合前后产生电化学信号的变化来实现对癌症标记物的监测．根据输出电化学信号的不同，电化学免疫传感器可分为电流型、电导型、电容型及［3-6］，电位型传感器．目前电流型免疫传感器的研究工作进展得最为深入．当下对电化学免疫传感体系的研究内容主要围绕三个目标展开:第一，有效地固定免疫识别分子从而优化免疫识别元件的识别效果．第二，采用新颖方式标记免疫分子或利用新型功能材料构建免疫探针完成信号转化过程．第三，放大输出电信号，完成对目标生物分子的超灵敏检测．传统的单组分材料由

4、于性能单一而无法构建满足以上三个目标的优良电化学免疫传感界面．因此，依托新型复合功能材料构建性能优良的电化学免疫传感器成为当下研究的热点．收稿日期:2015-03-25*通讯作者单质石墨烯由于具有分子平面大共轭结构而具有优良的导电性，然而单一组分石墨烯存在卷曲、团聚、层间堆积以及没有特征电信号等现象［7，8］．这些性质都不利于实现电化学传感界面有效固定生物识别分子，信号转换以及输出信号放大等目标．通过复合纳米材料对石墨烯进行改性是弥补这一缺陷的有效方法．纳米材料由于具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应而具有独

5、特的物理化学性质．石墨烯纳米复合材料保留了单质石墨烯优良的导电性和纳米材料的多功能性，同时由于二者的协同作用使该复合体系的电化学性能及生物相容性得到了进一步提升［9-11］．应用该新型复合功能材料构筑的电化学免疫传感界面可以有序地固定大量免疫分子，迅速将生物化学信号转化为电信号，且利用纳米材料的特殊光电性质可完成对输出信号的放大进而得到灵敏度高，检测范围宽、响应时间短的电化学免疫传感器［12-14］．由于纳米材料形貌、性能的多样化，石墨烯类物质大量的边界点、结构缺陷、以及丰富的功能性基团，该复合材料体系的构建和应用具有广阔的研究前

6、景和较高的研究价值．本文基于电化学传感及免疫技术的基础上，综述了石墨烯构筑的纳米复合材料在构建电化学免疫传感器中应用．47首都师范大学学报(自然科学版)2015年1石墨烯－贵金属纳米粒子复合材料贵金属如金(Au)、铂(Pt)、钯(Pd)的纳米颗粒普遍具有较大的比表面积，优良的导电性、反应性和生物相容性，其表面丰富的活性位点可固定［15，16］，大量的生物识别分子．同时贵金属纳米粒子还具有特殊的电催化性能，通过催化反应可进一步增强输出电信号从而提高传感器的灵敏度［17，18］．石墨烯－贵金属纳米粒子复合材料应用于修饰电化学传感界面都

7、具有相较于单一组分材料更好的性能．金纳米粒子(AuNPs)是金的纳米颗粒，在水溶液中以胶体金的形式存在，根据还原剂种类或者浓度的不同可以制备不同粒径的AuNPs．AuNPs可与抗体或酶上的巯基、氨基形成较强共价键或静电吸附将其有效固定，同时其低生物毒性较好地保护了生物分子的活性．此外，AuNPs还具有优良的电子传递能力，可以辅助石墨烯将化学信号迅速转换为电信号．我们课题组用AuNPs和离子液体功能化的石墨烯复合制成了一种新型的纳米复合材料．AuNPs通过离子液体中丰富的氨基可大量固定于石墨烯，［19］上AuNPS表面的活性位点可固

8、定大量抗体．同时，AuNPs作为一种电子媒介体可以加快电子在蛋白质和电极表面之间的传递速率，最终使该传感器－7，－6的检出限低至1×10ng/mL检测范围在1×10至100ng/mL之间．袁若课题组也利用AuNPs和石墨烯的复合材料构建了一种超灵敏