石墨烯及其复合材料对生物小分子的电化学检测

【摘要】石墨烯(GE)拥有独特的二维纳米结构,并具有超强的机械性能、优异的电学性能和选择性，从2004年首次用剥离法获得单层石墨烯以后，石墨烯及其衍生物在电化学检测上的应用激起了化学家们的兴趣。多巴胺(DA)、尿酸(UA)和抗坏血酸(AA)均是存在于生命体内的小分子物质，对生命活动有重要的意义，它们在生命体内含量的异常是某些疾病的预兆,例如帕金森综合症和高尿酸血症等。因此检测体内这三种物质的含量具有重要的意义。电化学检测因其操作简便、价格低廉和响应快等优点，广泛应用于有电化学活性的生物分子的检测。本文利用石墨烯以及其复合材料修饰电极，成功实现了对多巴胺、尿酸和抗坏血酸的电化学检测。本论文主要开展了以下三个方面的工作：(1)用电化学方法还原氧化石墨烯(GO)，并且成功制备了被石墨烯包裹的碳纤维电极(GE/CFE)，并把该电极作为检测尿酸的工作电极。扫描电镜结果表明，石墨烯均匀的包裹在碳纤维电极的表面，同裸的碳纤维电极(CFE)、裸的玻碳电极(GCE)和石墨烯修饰的玻碳电极(GE/GCE)相比，在检测尿酸时，石墨烯修饰的碳纤维电极显示出高的尿酸氧化峰电流值。研究表明，石墨烯的引入，提高了电子的传递速率，增加了电荷的传递能力，增大了电极的电化学有效面积，从而能够快速有效的检测尿酸浓度。这为发展新型的和环保的测定生物分子的材料提供了可行的途径。(2)采用电化学组装的方法将石墨烯和金纳米交替组装在碳纤维电极的表面，制备出石墨烯和金纳米层状结构修饰的碳纤维电极(GE/Au/GE/CFE)，并用于同时测定多巴胺和尿酸。通过扫描电镜对该电极的表征表明，金纳米颗粒均匀的分散在石墨烯层中，并且颗粒大小均匀。与石墨烯修饰的碳纤维电极(GE/CFE)，石墨烯和金纳米组合修饰的碳纤维电极(Au/GE/CFE)相比，实验所得的石墨烯和金纳米组成的层状结构的碳纤维电极表现出优异的电化学性能并在同时检测尿酸和多巴胺时表现出高的区分度。这种层状结构的电极在检测尿酸和多巴胺时具有高的重复性和选择性。(3)实验制备了新型的三维石墨烯花型结构，并将该结构与三维碳纤维电极结合，得到了石墨烯花修饰的碳纤维电极(GEF/CFE)，该修饰电极用于同时检测抗坏血酸、多巴胺和尿酸。从电镜图片可以看出，石墨烯花很好的附着在碳纤维电极的表面，并且分布均匀。实验结果表明，石墨烯花修饰的电极具有高的电子传输速率、大的表面积和高的响应性。与文献中的数据对比，修饰电极在检测三种物质时具有更宽的线性范围和更低的检测限。在实验中，我们对小鼠血液和尿液进行了实际测定，得出了满意的结果。该实验为石墨烯用于实际测定多巴胺、抗坏血酸以及尿酸提供了可能性。
【作者】杜蛟；
【导师】杜玉扣；
【作者基本信息】苏州大学，物理化学，2014，硕士
【关键词】石墨烯；碳纤维；尿酸；多巴胺；抗坏血酸；

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