[发明专利]生物分子功能化石墨烯/金纳米粒子复合薄膜及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机薄膜材料技术领域，特别是涉及一种生物分子功能化石墨烯/金纳米粒子复合薄膜及制备方法。

背景技术

石墨烯(Graphene，G)是2004年才被发现的一种新型二维平面纳米材料，具有特殊的单原子层结构。由于石墨烯具有巨大的理论表面积和独特的高导电性，石墨烯及其复合材料在光学、电学、生物传感等领域有着诱人的应用前景。石墨烯的制备方法有很多种，目前应用最广泛的可大量制备石墨烯的方法是水合肼还原氧化石墨烯法。但水合肼毒性很强，污染环境，不利于石墨烯的大量生产和广泛应用。此外，石墨烯材料的进一步加工和器件化等方面，仍面临许多问题。因此，研发石墨烯的绿色合成方法及加工组装技术，对石墨烯的广泛应用具有重要意义。

开发石墨烯应用的重要途径之一是将石墨烯与其他材料组成复合材料，联合组成材料的优势，克服各自的缺点。其中石墨烯和金纳米粒子的复合，在催化、传感等领域已显示了巨大的发展潜力。但目前报道的方法大部分是在溶液相中实现在石墨烯二维纳米片上均匀组装金纳米粒子，而经进一步干燥成催化剂或加工成传感器件，其纳米特性、均匀性等很难保证。层层自组装(LBL)技术为制备功能化纳米有序薄膜提供了一种简单的方法。但目前仅有一篇文献Chem Comm，2009，2174-2176报道用真空过滤法制备石墨烯/金纳米粒子层层自组装复合薄膜。但是该方法由于是利用组装过程自发的还原氯金酸离子，从而合成的金纳米粒子的尺寸分布较宽0～200nm，很难控制，限制了在催化、传感器件中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物分子功能化石墨烯/金纳米粒子复合薄膜及制备方法，是将牛血清白蛋白(BSA)还原并功能化的石墨烯和粒径均一的金纳米粒子通过静电作用力交替层层自组装构成，从而实现有序、高分散的石墨烯/金纳米粒子三维薄膜组装。该复合薄膜可应用于电催化、传感领域及作为表面增强拉曼基底。

本发明所述的生物分子功能化石墨烯/金纳米粒子复合薄膜由牛血清白蛋白还原并功能化的石墨烯和金纳米粒子静电层层自组装构成，化学组成通式为PEI/BSA-G^-/(BSA-G⁺/AuNPs)_n。其中，PEI为聚醚酰亚胺；BSA-G^-为层板带负电荷的牛血清白蛋白功能化石墨烯；BSA-G⁺为层板带正电荷的牛血清白蛋白功能化石墨烯；AuNPs为金纳米粒子；n为多层膜的层数，取值范围为1～20；薄膜厚度范围为15～500nm。

本发明所述的BSA-G^-的厚度范围为2～5nm，长度和宽度在100～3000nm范围内；BSA-G⁺的厚度范围为2～5nm，长度和宽度在100～3000nm范围内；AuNPs粒径范围为10～50nm。

本发明复合薄膜的制备方法是：先制备出层板带正或负电荷的BSA功能化的石墨烯(BSA-G⁺，BSA-G^-)和粒径均一的带负电荷金纳米粒子，然后通过静电作用，依次重复组装到基片表面，具体工艺步骤为：

将表面处理的带负电荷基片浸入到浓度为2.0～3.0g/L的PEI水溶液中15～30分钟后取出，用蒸馏水冲洗干净，用N₂吹干；再浸入到浓度为0.01～3.0g/L的BSA-G^-水溶液中15～30分钟后取出，用蒸馏水冲洗干净，用N₂吹干；接着浸入到浓度为0.01～3.0g/L的BSA-G⁺水溶液中15～30分钟后取出，用蒸馏水冲洗干净，用N₂吹干；再浸入到浓度为0.01～2.0mmol/L的AuNPs溶胶中15～30分钟后取出，用蒸馏水冲洗干净，用N₂吹干，完成一层PEI/BSA-G^-/(BSA-G⁺/AuNPs)复合薄膜的制备；重复以上BSA-G⁺水溶液和AuNP溶胶中组装步骤，制备出PEI/BSA-G^-/(BSA-G⁺/AuNPs)_n复合薄膜。