基于石墨烯的电化学生物传感器的制备与特性研究

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1、学校代号10530学号201510141503分类号O567.1密级公开硕士学位论文基于石墨烯的电化学生物传感器的制备与特性研究学位申请人郭辰星指导教师张劲博士王建方教授学院名称化学学院学科专业化学工程研究方向应用化学二零一八年五月十五日PreparationandpropertiesofelectrochemicalbiosensorbasedongrapheneCandidateChenxingGuoSupervisorPh.DJinZhangProf.JiangfangWangCollegeChemistryofChe

2、mistryProgramChemistryEngineeringSpecializationAppliedChemistryDegreeEngineeringMasterUniversityXiangtanUniversityDateMay,2018摘要电化学生物传感器是电化学与生物传感器结合的产物，是当前分析领域的热点之一。电化学生物传感器具有较高的灵敏度、良好的选择性、响应快等优点，被广泛地用于医学领域、环境监测、食品和农业等各个领域。金纳米粒子是一种新型的功能纳米材料，它们具有高的比表面积和导电性以及优异的催化活性，

3、广泛地引起了科研工作者的研究兴趣。石墨烯是一种二维材料，具有巨大的比表面积以及超高的电子转移速率，是制备电化学传感器电极的优异材料。本文以石墨烯为骨架担载金纳米粒子，制备一种复合材料。然后利用这种复合材料去负载生物分子，构建电化学生物传感器，并对所构建的传感器进行性能测试。具体的研究工作如下：（1）本论文通过改进的Hummers法制备氧化石墨烯（GO）。利用GO与全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物（Nafion）具有相同的电性，对GO进行分散，并通过电化学的方法对氧化石墨烯进行还原。经过一系列的测试方法对石墨烯与氧化石墨烯进行表征。

4、（2）通过电沉积的方法成功制备石墨烯与金纳米粒子的复合材料，并实现在修饰电极界面的直接电子转移。通过红外线光谱（FTIR）、扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、拉曼光谱（Raman）等表征，结果表明氧化石墨烯与金纳米粒子的复合功能材料同时具有石墨烯和金纳米粒子的特性。并且石墨烯与金纳米粒子具有协同作用，相互促进，成功使石墨烯功能化。用安培法检测过氧化氢（H2O2），在10μM~14mM范围内检测下限为2.5μM（信噪比S/N=3），并且此电化学生物传感器有着良好稳定性与重现性。（3）将用电沉积法制备的石墨烯（ERGO

5、）与金纳米粒子（AuNPS）的功能材料作为电极材料，然后对细胞色素c（Cytc）进行负载，构建新型的过氧化氢生物传感器（GCE/ERGO-Nafion/AuNPs/Cytc/Nafion）。通过电化学测试详细研究了细胞色素c在电极表面的电化学活性。实验表明，石墨烯与金纳米粒子复合功能材料由于具有较大的比表面，能够负载更多的细胞色素c。这种复合材料具有良好的生物相容性，使负载的细胞色素c能保持其生物活性。而且由于金纳米粒子可以作为“导线”连接血红素电位中心体与电极表面，可以更好的促进修饰电极界面电子转移和细胞色素c的催化活性。

6、另外构建的GCE/ERGO-Nafion/AuNPs/Cytc/Nafion传感器对H2O2有良好的检测效果，且具有良好的稳定性与重现性。关键词：石墨烯；生物传感器；金纳米粒子；过氧化氢IAbstractElectrochemicalbiosensoristhedevelopmentproductofelectrochemicaltechnologyandbiosensor,anditisoneofthemostactivefieldsincurrentanalyticalresearch.Electrochemicalbi

7、osensorhastheadvantagesofhighsensitivity,goodselectivityandfastresponse,whichcanbewidelyusedinmedicalfield,environmentalmonitoring,food,agricultureandotherfields.Goldnanoparticlesareanewkindoffunctionalnanomaterials,theyhavehighspecificsurfacearea,conductivityandca

8、talyticactivity,whichhasarousedtheinterestofresearchworkersextensively.Grapheneisatwo-dimensionalmaterialwithhugesurfacearea,ultra-highelectronmo