基于氧化石墨烯構(gòu)筑葡萄糖生物傳感器的研究

1、 李釗 基于氧化石墨烯構(gòu)筑葡萄糖生物傳感器的研究 圖 12 GOx/RGO/GCE 不同掃速 圖 13 GOx/RGO/GCE 不同 pH 值 圖 10 是氧化石墨烯修飾在電極上之后，經(jīng)過(guò)電化學(xué)還原的循環(huán)伏安曲線。圖 11 a、b 和 c 曲線分別為裸玻碳電極、 電還原氧化石墨烯修飾玻碳電極和葡萄糖氧化酶在修飾電 極上的循環(huán)伏安曲線。圖 12 是在 0.011.0V/S 的掃速下酶修飾電極的循環(huán)伏安曲線。 圖 13 是在不同 pH 值下，酶修飾電極的循環(huán)伏安曲線。 5 葡萄糖生物傳感器的應(yīng)用 葡萄糖廣泛存在于自然之中， 在人類的身體中， 周圍的動(dòng)物體內(nèi)， 各種食物里等等， 可以得知我們對(duì)此非常

2、依賴，所以對(duì)葡萄糖的有效控制也是必須的。關(guān)于葡萄糖的檢測(cè) 有很多種方法，例如，光譜中的紫外光譜和紅外光譜，色譜中的液相色譜和色譜質(zhì)譜聯(lián) 用等等。光譜和色譜對(duì)葡萄糖有良好地檢測(cè)精度，但是這些檢測(cè)設(shè)備的占地面積大和價(jià) 格昂貴，也只能為大型醫(yī)院和檢測(cè)機(jī)構(gòu)而采用。然而家庭和個(gè)體需要一種快速，方便的 檢測(cè)設(shè)備，這樣就使得小型化和便攜化傳感器的應(yīng)用得到了發(fā)展。如何使傳感器能夠接 近于色譜的精確和高靈敏分析，在葡萄糖傳感器方面，酶修飾電極構(gòu)建傳感器開(kāi)始進(jìn)入 人們的研究范疇。酶具有比任何無(wú)機(jī)、有機(jī)和絡(luò)合催化劑高出很多倍的催化性能，而且 酶的無(wú)毒性大大去除了直接檢測(cè)人體的風(fēng)險(xiǎn)性，利用葡萄糖氧化酶對(duì)葡萄糖的良好催

3、 化，從而可以達(dá)到葡萄糖檢測(cè)的準(zhǔn)確性，高效性，快速化和無(wú)害化8。 新型葡萄糖生物傳感器是納米材料氧化石墨烯修飾電極而設(shè)計(jì)的傳感器， 在利用納 米材料的優(yōu)異性能下，去實(shí)現(xiàn)第三代直接電子轉(zhuǎn)移葡萄糖生物傳感器。直接電子轉(zhuǎn)移葡 萄糖生物傳感器的應(yīng)用會(huì)將葡萄糖檢測(cè)的水平提升到另一個(gè)高度， 將會(huì)擴(kuò)大葡萄傳感器 在葡萄糖檢測(cè)中應(yīng)用范圍。這種傳感器不僅可以滿足于家庭和個(gè)體的需要，而且可以應(yīng) 9 李釗 基于氧化石墨烯構(gòu)筑葡萄糖生物傳感器的研究 用于醫(yī)院和檢測(cè)機(jī)構(gòu)的快速檢測(cè)治療。 第三代葡萄糖傳感器的成功研制和應(yīng)用可以證明 氧化石墨烯能夠幫助葡萄糖氧化酶在電極間進(jìn)行直接的電化學(xué)反應(yīng)和電子轉(zhuǎn)移， 在電化 學(xué)傳感和分

4、析方面能夠起到引導(dǎo)和激勵(lì)的作用。在以后的電化學(xué)傳感和分析領(lǐng)域，氧化 石墨烯的作用和影響將逐步擴(kuò)大。 6 結(jié)論與展望 石墨烯有極高的比表面積和優(yōu)良的電導(dǎo)性， 石墨烯的衍生物氧化石墨烯在溶液中能 很好地分散，并且含氧官能團(tuán)能夠很好地共價(jià)和非共價(jià)地連接功能分子，電化學(xué)還原氧 化石墨烯即保存了氧化石墨烯的部分官能團(tuán)又顯現(xiàn)了石墨烯的優(yōu)良電導(dǎo)性。 氧化石墨烯 修飾電極在電化學(xué)上的應(yīng)用將會(huì)有很大的發(fā)展?jié)摿Α＠碚撋?，氧化石墨烯能夠進(jìn)行酶分 子與電極間的之間電化學(xué)轉(zhuǎn)移9，我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)去構(gòu)造第三代直接電化學(xué)葡萄糖生物傳 感器，所得結(jié)果有明顯現(xiàn)象，但與氧氣參與的電子轉(zhuǎn)移相比，電極的靈敏度和響應(yīng)下限 還是有所差距，在

5、無(wú)氧狀態(tài)下無(wú)法達(dá)到在有氧參與下的電化學(xué)響應(yīng)，更無(wú)法企及超越有 氧的電化學(xué)響應(yīng)。不過(guò)，可以肯定的是，這次實(shí)驗(yàn)的嘗試還是鼓舞了我們構(gòu)建直接電化 學(xué)反應(yīng)的葡萄糖生物傳感器的信心。在接下來(lái)的工作中，我們將要更多查閱相關(guān)前沿文 獻(xiàn)，借鑒的同時(shí)創(chuàng)新，總結(jié)時(shí)不忘批判性思考，在氧化石墨烯的功能化方面進(jìn)行改進(jìn)， 在電極修飾方法和實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行優(yōu)化，在酶選擇和固定方法上進(jìn)行探討，為實(shí)現(xiàn)真正理想 的葡萄糖生物傳感器而努力。 10 李釗 基于氧化石墨烯構(gòu)筑葡萄糖生物傳感器的研究 參考文獻(xiàn) 1 Heller A, Feldman B. Electrochemical glucose sensors and their ap

6、plications in diabetes managementJ. Chemical reviews, 2008, 108(7: 2482. 2 Wang J. Electrochemical glucose biosensorsJ. Chemical reviews, 2008, 108(2: 814. 3 孫瑩瑩.葡萄糖氧化酶/納米材料單層或多層膜用于構(gòu)筑葡萄糖生物傳感器D.吉林大學(xué),2008. 4 衛(wèi)銀銀.新型葡萄糖生物傳感器的構(gòu)筑、機(jī)理及應(yīng)用研究D.華東師范大學(xué),2011. 5 Unnikrishnan B, Palanisamy S, Chen S M. A simple ele

7、ctrochemical approach to fabricate a glucose biosensor based on graphene-glucose oxidase biocompositeJ. Biosensors and Bioelectronics, 2012. 6 Subrahmanyam K S, Ghosh A, Gomathi A, et al. Covalent and Noncovalent Functionalization and Solubilization of GrapheneJ. Nanoscience and Nanotechnology Lette

8、rs, 2009, 1(1: 28-31. 7 鄒 正 光 , 俞 惠 江 , 龍 飛 , 范 艷 煌 . 超 聲 輔 助 Hummers 法 制 備 氧 化 石 墨 烯 J. 無(wú) 機(jī) 化 學(xué) 學(xué) 報(bào),2011,(09:1753-1757. 8 石文韜,邸靜,馬占芳. 電化學(xué)葡萄糖傳感器J. 化學(xué)進(jìn)展,2012,(04:568-576. 9 Chen D, Feng H, Li J. Graphene Oxide: Preparation, Functionalization, and Electrochemical ApplicationsJ. Chemical Reviews, 2012, 112(11: 6027-6053. 致謝 這篇論文的完成，得到了很多人的幫助。在此非常感謝周喜斌副教授的辛勤指導(dǎo)和連茜雯、何 志芳師姐的實(shí)驗(yàn)幫助，還要感謝西北師范大學(xué)校級(jí)科研資助金的資助和團(tuán)隊(duì)成員王彤彤、蔣歡的共 同努力。最后感謝我的父母在日常學(xué)習(xí)和生活上對(duì)我的關(guān)心和幫助。 11 指導(dǎo)教師 職稱 預(yù)評(píng)成績(jī) 指 導(dǎo) 教 師 預(yù) 評(píng) 評(píng) 語(yǔ) 年 答辯小組評(píng)定成績(jī) 答 辯 小 組 評(píng) 審 意 見(jiàn) 月 日 答辯