[发明专利]石墨烯生物传感器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯生物传感器的制备方法，属于电化学技术领域。

背景技术

石墨烯是单层碳原子紧密堆积形成的六方蜂巢状晶格结构的晶体，独特的二维结构使其具有优异的电学、热学、力学及化学性质，但石墨烯片层间存在较大的范德华力，易发生堆积和聚集，从而限制了它在许多方面的应用。为了解决以上问题，人们在石墨烯片层间掺杂金等金属纳米粒子，这不仅有效地避免石墨烯片层因聚集而重新回到石墨晶体，而且大大改善了石墨烯材料的电子传导性(Zhong，Z.Y.，Wu，W.，Wang，D.，Wang，D.，Shan，J.L.，Qing，Y.，Zhang，Z.M.，Biosensors and Bioelectronics，2010，25：2379-2382)。最近，石墨烯/金属复合材料在生物传感器中的应用受到广泛关注(Wan，Y.，Wang，Y.，Wu，J.J.，Zhang，D.，Anal.Chem.，2011，83：648-652)。

石墨烯材料和酶的固定对石墨烯基生物传感器性能及应用至关重要。目前，石墨烯材料和酶的固定多采用物理吸附法。通常是先采用Hummer法合成氧化石墨，再将氧化石墨超声分散在水中制成氧化石墨烯分散液，然后与金属前驱体混合，加入硼氢化钠等强还原剂使氧化石墨烯和金属前驱体原位还原而制备石墨烯/金属复合材料，复合材料在稳定剂作用下重新分散于水以后滴涂于电极表面(Gu，Z.G.，Yang，S.P.，Li，Z.J.，Sun，X.L.，Wang，G.L.，Fang，Y.J.，Liu，J.K.，Anal.Chim.Acta，2011，701：75-80)。滴涂法耗时较多，需要使用有毒化学试剂，所得产品分散性差，且涂层粗糙，厚度难以精确控制，从而导致材料的电催化性能下降。最近，研究人员提出了一种新的电化学方法。将电极置入氧化石墨烯和氯金酸的混合溶液，采用循环伏安扫描一次完成复合材料的制备和固定(Liu，C.B.，Wang，K.，Luo，S.L.，Tang，Y.H.，Chen，L.Y.，Small，2011，7：1203-1206)。方法具有简单、快速和绿色等显著特点，但氧化石墨与贵金属前驱体之间易发生氧化还原反应，导致混合溶液变质快且得到的电极修饰层较粗糙。壳聚糖是一种生物质材料，它优异的成膜能力常被用于酶在电极表面的固定(Yang，Y.C.，Dong，S.W.，Shen，T.，Jian，C.X.，Chang，H.J.，Li，Y.，Zhou，J.X.，Electrochim.Acta，2011，56：6021-6025)。但这种物理吸附法所固定的酶易脱落，使传感器的稳定性和重现性难以满足实际工作对检测准确性的要求。另外，壳聚糖等非导电性材料的使用也会影响电极的电化学响应。为了解决这一问题，人们尝试利用氧化石墨烯含有丰富羧基的特点，以DHC/NHS为活化剂将共价连接在修饰电极上，但氧化石墨烯导电性差，所制备的传感器分析性能不理想。因此建立绿色、简便和可靠的石墨烯生物传感器的制备方法势在必行。

经过广泛的研究和反复的试验发现，采用电化学法依次电沉积石墨烯、纳米金和导电高分子电沉积在电极表面，然后以共价键合方式将的酶或抗体固定在导电高分子膜上。电化学法不仅实现了电化学反应和材料在电极上的固定同时完成，还能实现对石墨烯和导电高分子涂层厚度以及金纳米粒子的粒径和分布密度的精确控制，而且材料的制备过程没有“三废”产生。本发明人进一步对电沉积条件进行优化选择，终于实现了提高石墨烯生物传感器的稳定性、灵敏度和精密度的目的。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的石墨烯生物传感器存在石墨烯和酶易脱落、灵敏度不高和传感器制作的重现性差的不足，提供一种新的石墨烯生物传感器的制备方法。方法显著地改善了石墨烯生物传感器的稳定性、灵敏度和精密度，还绿色环保，不会造成环境污染。

按照本发明提供的技术方案，一种石墨烯生物传感器的制备方法，步骤为：

1)石墨烯修饰电极的制备：将氧化石墨超声分散于去离子水中形成稳定的浓度为0.0001～0.1mg/mL氧化石墨烯分散液，超声频率为55kHz-60kHz，加入支持电解质，调节至支持电解质浓度为0～1mol/L；以铂片为基础电极，在电学化工作站上控制电位在-0.9～-1.2V处电沉积10～50s，取出电极，用去离子水洗涤，室温干燥；

2)氯金酸处理：将步骤1)制得的石墨烯修饰电极放入0.002～0.2mmol/L氯金酸溶液中，在电化学工作站上控制电位在-0.25～0.4V处电沉积10～50s，取出电极，用去离子水洗涤，室温干燥；