碳纳米材料的超分子表面修饰及应用

目前碳纳米材料已经成为纳米科学研究中的热点,它的特殊结构使其具有特殊的物理化学性能,对其进行超分子修饰可以提高其分散性以及赋予其新的性能,已经引起研究人员的广泛兴趣.本文综述了近年来碳纳米材料的超分子修饰以及其应用研究.重点阐述碳纳米管和石墨烯通过不同的超分子作用,如pi-pi相互作用、疏水相互作用、氢键相互作用、静电相互作用等进行修饰制备具有不同功能的超分子碳纳米材料,以及在光电材料、药物和基因传输以及化学生物传感器等领域的应用.     

三维石墨烯的制备及其在电化学生物传感器中的研究现状

三维石墨烯具有多孔网络结构、大的比表面积、高的导电性、优异机械性能和良好的生物相容性,作为电化学生物传感器电极材料在检测生物分子方面表现出优异的性能,是一种非常理想的电化学生物传感器电极材料。本文综述了三维石墨烯的制备方法及其在电化学生物传感器中最新的研究进展。     

石墨烯材料生物降解的策略研究

自2004年被发现以来,前沿新材料石墨烯及其衍生物由于其独特的电学、光学和力学性能被广泛关注,在许多领域都展露了光彩,包括新型电池、传感器、新能源和生物医学等领域,尤其在生物医药领域发展迅速.石墨烯及其衍生物良好的生物相容性使其在生物领域中具有重要的应用前景.为了实现石墨烯材料的体内应用,材料的可降解性是值得深入研究的焦点,研究其生物降解行为有助于提高其对环境、生命系统的安全性.到目前为止,石墨烯的生物降解研究主要集中在材料的生物酶促降解,利用一系列方法如异质原子掺杂、表面功能化修饰等对石墨烯材料进行改性,可以调控石墨烯材料的降解.综述了近年来石墨烯材料及其衍生物在生物应用上的降解的研究进展,重点介绍石墨烯的酶促降解和其在生物医学领域的应用前景,为进一步促进石墨烯材料的体内研究提供重要的研究基础和指导意义.     

基于石墨烯修饰电极的电化学生物传感

石墨烯是一种具有单原子厚度的二维碳纳米材料,具有大的比表面积、高的导电性和室温电子迁移率,以及优异的机械力学性能.石墨烯还具有电化学窗口宽,电化学稳定性好,电荷传递电阻小,电催化活性高和电子转移速率快等电化学特性.化学修饰石墨烯,特别是氧化石墨烯(GO)和还原氧化石墨烯(rGO),可以被宏量、廉价地制备出来.它们具有可加工性能,可以被组装、加工或复合成具有可控组成和微结构的宏观电极材料.因此,石墨烯及其化学修饰衍生物是用于电化学生物传感的独特而诱人的电极材料.例如,GO是一种化学修饰石墨烯,也是石墨烯的重要前驱体;其边缘具有大量的羧基可用于共价固定酶,从而能实现酶电极的生物检测.在GO上的不可逆蛋白吸附也可以促进蛋白质的直接电子转移以提高其电化学检测性能.但是,GO大量的含氧官能团破坏了石墨烯本征的共轭结构,降低了其电学性能并限制了其实际应用.GO可以通过化学、电化学、热还原等技术转化成rGO,从而能部分修复其共轭结构,提高其导电性与传感性能.另一方面,石墨烯是一种零带隙材料;原子掺杂可以调控其能带结构,提高其电催化性能.石墨烯材料也常常需要通过与其它功能材料的复合进一步改善其可分散与可加工性能,提高其电催化活性和电化学选择性.本文综述了本征石墨烯(包括GO,rGO和掺杂石墨烯)以及石墨烯与生物分子、高分子、离子液体、金属或金属氧化物纳米粒子等复合材料修饰电极在检测各种生物分子方面的研究进展,并对该研究领域进行了展望.     

量子点生物传感器中的表面修饰技术及其医学应用

量子点作为一种新型的纳米发光材料已被广泛应用于生物学、材料学以及物理光学领域。基于量子点的荧光标记技术可以用于构建生物传感器,从而实现生物大分子或者是生物体内无机分子的快速、准确检测。量子点的表面修饰对于提高其荧光特性和降低生物毒性具有重要作用。现有的表面修饰技术主要分为多基配体表面修饰技术、双亲性分子表面修饰技术、树枝状分子表面修饰技术、巯基偶联表面修饰技术以及空穴-链式表面修饰技术等几大类。上述修饰技术各具优缺点,可用于组建不同类型的生物传感器,实现各种生物分子的离体检测与在体示踪但各具优缺点。本文就量子点生物传感器中的最新表面修饰技术及其医学应用进展作一综述。     

功能化石墨烯固定酪氨酸酶修饰电极的制备、表征及其对对苯二酚的测定

酪氨酸酶通过乙二胺作为悬臂分子稳定地固定到功能化氧化石墨烯上,再将该杂化材料修饰玻碳电极表面制成新型生物传感器。酪氨酸酶固定在氧化石墨烯上的物理化学行为通过X射线光电子光谱和电化学阻抗进行表征,显示功能化氧化石墨烯可以促进固定酶的活性位点与修饰电极之间的电子传递。通过循环伏安法研究该电极的直接电化学和电催化行为,表明其电化学行为是一个直接的吸附控制氧化还原反应。在优化实验条件下,对苯二酚在3.0~200.0μmol/L浓度范围内与其氧化峰电流呈良好的线性关系,检出限(S/N=3)达1.0μmol/L。该生物传感器显示了较好的重现性、稳定性及选择性,在实际水样检测中得到良好应用。     

刺激响应型石墨烯材料的研究新进展

石墨烯是一种具有六角型蜂巢状晶格的二维碳纳米材料,它由碳原子以sp2电子轨道杂化形成,它的高比表面积以及优良的力学、电学、光学和热学性能使它成为智能材料的基本构筑单元。利用具备特定功能的聚合物、小分子或者纳米粒子对石墨烯进行修饰或者杂化,得到具备相应刺激响应性能的石墨烯材料,与传统的刺激响应型高分子材料相比,它具备更佳的力学性能以及更好的环境稳定性,有望在致动器、传感器、自愈合材料、光热治疗以及可控药物输送等方面得到应用。本文简要概述了近年来利用对温度、pH、电、光以及有机分子等刺激响应的聚合物和小分子化合物对石墨烯进行修饰,并赋予其智能响应特性的方法以及相关应用研究,分析了现有智能响应石墨烯材料的不足,展望了其未来的应用前景以及发展方向。     

三维(3D)石墨烯及其复合材料的应用

三维（3D）石墨烯通常是指具有3D结构的二维（2D）石墨烯组装体,是近年来石墨烯化学领域的新型功能性材料。将2D石墨烯片整合成具有3D结构的组装体可以有效调控石墨烯的电学、光学、机械、化学和催化特性,因此3D石墨烯材料不仅具有石墨烯固有的理化性质,其三维多孔的微/纳米结构还使其兼具比表面积大、机械强度高、电子传导能力优越及传质快速等优良特性。这些独特的性质使3D石墨烯及其复合材料在材料科学领域备受关注。研究发现,3D石墨烯及其复合材料应用于纳米电子学、能量储存和转换、化学和生物传感等研究领域均表现出优越的性能。本文结合当前研究热点,综述了3D石墨烯及其复合材料在催化、储氢/气体吸附、传感器、环境修复、超级电容器等领域中的应用进展,并简要评述目前3D石墨烯材料应用中所面临的挑战及发展前景。     

功能化石墨烯在第三代电化学生物传感器中的应用研究

石墨烯因具有大的比表面积、完整的?-?共轭结构及良好的生物相容性和优良的导电性能等特性,受到电化学研究者们的广泛关注.然而在应用过程中,本征态石墨烯存在水溶性差、与介质的相互作用较弱、易团聚等问题.通过使用非共价、共价、氮掺杂修饰的方法对石墨烯进行功能化,较好地改善了这一问题,扩展了石墨烯在电化学领域的应用.自2009年首次将功能化石墨烯应用于第三代电化学生物传感器的研究以来,近几年相关研究呈增多的态势.本文系统总结了自2009年以来,功能化石墨烯作为新型电极修饰材料在第三代电化学生物传感器研究中的相关工作,并阐述了其在该领域发展中遇到的问题.     

环糊精-石墨烯超分子体系

环糊精是由D型吡喃葡萄糖通过α-1,4-糖苷键连接而成的环状超分子主体化合物,其特殊的结构赋予了其良好的分子识别性能;石墨烯是仅由单层sp杂化的碳原子构筑的具有良好的电化学性能的材料.作为著名的"明星分子",石墨烯类材料无疑是近5年来研究热点之一.在各种各样的石墨烯材料中,由环糊精-石墨烯联合构筑的超分子体系在保留二者优良性能的同时又引入了新的功能特点.综述了近些年来新发展起来的环糊精-石墨烯超分子体系:通过二者作用方式进行了分类,分为共价键连接和非共价键连接;综述了该超分子体系在药物运输及释放、电化学检测(包括对药物分子、污染物和生物分子的检测)等领域的应用;最后对该体系在药物负载及释放、模拟生物固氮、燃料电池、研究电子传导等应用前景进行了展望.     

石墨烯中杂原子对镉离子检测性能的影响研究

本文基于氧化石墨烯(GO)、电化学还原氧化石墨烯(ERGO)和氮掺杂石墨烯(NG)三种石墨烯材料修饰的电极制备了镉离子(Cd~(2+))电化学传感器。利用循环伏安法和差分脉冲伏安法分析检测Cd~(2+),系统的比较了不同石墨烯材料修饰电极的电化学性质及检测效果。结果表明GO修饰的传感器在灵敏度、检测限和可重复性方面优于ERGO和NG,说明了石墨烯上含氧基团的存在提高了Cd~(2+)检测的灵敏度。     

石墨烯基微电极的制备及其在电化学传感中的应用

微电极由于灵敏度高、响应快、样品用量少、操作简便等特点,近年来在化学分析、生物医学、食品安全、环境检测等领域引起人们的广泛关注。 石墨烯具有超高的比表面积、优异的电子迁移率及良好的生物相容性等优点,近年来在电化学传感领域展示出巨大的发展前景。 本文围绕石墨烯基微电极的制备及其在电化学传感中的应用展开,总结了近年来国内外同行基于石墨烯修饰微电极和石墨烯微电极在重金属离子、多巴胺、葡萄糖、H₂O₂等分子检测方面取得的研究成果。 同时探讨了石墨烯基微电极在电化学传感方面面临的挑战和发展前景。     

石墨烯纳米复合材料在电化学生物传感器中的应用

将石墨烯与其他纳米材料复合,是一种拓展或增强其应用的有效方法。借助不同组分间的协同作用,可以改善石墨烯的电学、化学和电化学性质,拓展和增强石墨烯的电化学效应,为固定氧化还原酶,实现直接电化学提供新型、高效的平台,应用于第三代电化学生物传感器的设计和制备,对葡萄糖、胆固醇、血红蛋白、DNA、H₂O₂、O₂、小生物分子等的检测显示出了优异的灵敏度和选择性。本文综述了基于石墨烯构筑的纳米复合材料在电化学生物传感器中的应用研究,包括石墨烯与贵金属、金属氧化物/半导体纳米粒子、高分子、染料分子、离子液体、生物分子等的纳米复合材料,并对石墨烯材料在电化学领域的发展方向和应用前景进行了展望。     

基于共轭聚合物的传感器荧光发射红移的策略:pH响应和酶活性检测中的应用

近年来,共轭聚合物(CPs)由于具有独特的光电特性而备受关注。CPs由大量重复的共轭单元组成,相对于小分子,它具有长程π电子共轭、强吸光能力、能带可调以及结构修饰多样性等特点。共轭聚合物受激发后,其能量可沿着分子主链快速迁移到一个受体分子,使受体分子的荧光信号成倍的增加,从而可以提高检测的灵敏度。国内外多个研究组利用CPs的传感信号放大效应设计了一系列高选择性和高灵敏性的生物传感器和化学传感器,用来检测DNA,RNA,     

基于电化学还原氧化石墨烯的电化学传感

石墨烯作为理想的电极材料,由于其优异的物理和化学性质,在电催化和电分析领域已得到了广泛的关注。由于石墨烯的不可逆团聚现象使其在电化学各领域的应用受到了极大的限制,而氧化石墨烯制备简单、易得,且具有良好的亲水特性,可弥补上述不足,但其结构中富含的各种含氧基团又会导致氧化石墨烯修饰界面的电子传输能力降低,不利于电催化反应和高灵敏传感器的构筑。采用适当的还原方法可减少和控制氧化石墨烯表面的含氧基团的数量,以恢复石墨烯较为完善的平面共轭结构,提高其导电性和调节带隙,达到调控材料电催化性能的目的。基于电化学还原氧化石墨烯(ERGO)得到的本征及各类无机、有机等ERGO类复合材料的电化学传感器具有明显的优势,已被广泛应用于各种电催化及电化学传感领域。本文就基于ERGO类材料的电化学传感器的近期进展作了简要评述,论述了此类电化学传感平台的特点、制备原理和方法、分类以及在各类环境污染物、食品和药物、DNA及生物等领域的电化学传感应用,并就此类电化学传感器的发展方向和应用前景进行了展望。     

石墨烯材料与蛋白质的相互作用

石墨烯材料凭借其优异的物理化学性质在生物化学以及生物医学领域备受关注,展现出了广阔的应用前景。值得注意的是,石墨烯材料在应用于载药、医学检测与诊断及生物成像等诸多领域时,会不可避免地与生物体内的各种蛋白质分子产生相互作用,进而改变石墨烯材料自身的理化性质并影响蛋白质的构象及生物学功能。因此研究石墨烯材料与蛋白质分子之间的相互作用,对于理解和评估其生物学效应,开发新型生物化学技术,具有至关重要的意义。本文综述了近年来针对石墨烯材料与蛋白质分子相互作用开展的代表性的科学研究,分类介绍了石墨烯家族中的各种材料与蛋白质相互作用的分子机制与规律,并介绍了基于蛋白质分子与石墨烯材料相互作用开发的新型应用技术,最后对这一领域未来的热点研究方向进行了分析和展望。     

基于多肽的电化学传感器在蛋白质检测中应用的研究进展

生物体内的细胞通常会分泌各种各样的蛋白质,这些蛋白质在生物体中发挥着重要作用,尤其是可被用于诊断各种疾病的发生和发展。多肽具有良好选择性、空间适应能力和识别灵活的特点,可与不同类型的蛋白分子形成非共价键,用于蛋白质的生物检测。将多肽与电化学生物传感器结合用于蛋白质的广谱检测具有良好的发展前景。本文介绍了多肽修饰的电化学传感器在不同蛋白质检测方面的研究进展,分析了待测蛋白质的不同对多肽修饰的电化学传感器分类的影响及其优缺点,提出了基于多肽的电化学传感器在不同蛋白质检测中存在的问题,并展望了其未来发展。     

石墨烯及其复合材料在酶电化学生物传感器中的应用

石墨烯作为新型的二维碳基纳米材料,具有良好的导电性、较大的比表面积和较好的生物相容性。石墨烯及其复合物适合于构建酶电化学生物传感器。本文介绍了石墨烯功能化的方法,并对石墨烯及其复合物在酶电化学生物传感器方面的研究进行了综述。     

基于石墨烯及其衍生物的信息存储:材料、器件和性能

石墨烯以其独特的二维结构和高的热导电性、高杨氏模量、高电子/空穴迁移率、高抗拉强度、大的布鲁诺尔-埃米特-特勒表面积和量子霍尔效应等优异性能,备受科研工作者的关注,迅速成为材料、化学、物理和工程领域的热点研究课题。与富勒烯(C₆₀、C₇₀)的功能化一样,利用共价键合修饰或非共价键合修饰的方法可以在石墨烯表面或石墨烯体系中引入功能基团或功能组分,制备出种类繁多的具有特殊光、电、磁和生物效应的石墨烯衍生物。以石墨烯作为数据存储介质的分子级别计算已经引发了一场信息技术产业的革命,它能在更小的空间上,使用更少的能源来存储更多的数据信息, 有望成为目前基于硅半导体存储技术的潜在替代或补充技术。基于石墨烯的存储器件展现出优良的数据存储性能、器件稳定性和可靠性,为使这类器件具有更好的实际应用前景,人们采用许多技术手段来调控和优化器件性能。本文综述了近年来引起广泛关注的诸如石墨烯、共价修饰的石墨烯、石墨烯基复合材料、石墨烯/无机材料异质结等基于石墨烯及其衍生物的存储器件及相关材料研究进展,以及石墨烯/还原的氧化石墨烯透明电极在存储器件中的应用。探讨了该领域存在的亟待解决的关键基础问题和未来发展方向。     

石墨烯修饰电极分子印迹电化学传感器的研制及其对多巴胺的测定

以石墨烯为电极增敏材料,多巴胺印迹聚合物为特异性识别材料,采用滴涂法组装石墨烯修饰电极的分子印迹电化学传感器。考察了pH值、石墨烯浓度、印迹聚合物浓度对传感器的影响,优化的实验条件为:pH 7.0,石墨烯浓度为0.5g/L,印迹聚合物浓度为20g/L。实验表明,该印迹传感器对多巴胺的响应电流远大于非印迹电极,同时该印迹传感器对多巴胺具有较好的选择性,检测范围为2.0×10-7～1.0×10-4mol/L,检出限(S/N=3)为6.8×10-8mol/L。该传感器用于盐酸多巴胺注射液的测定,其回收率为98%～105%。