基于氧化石墨烯构筑葡萄糖生物传感器的研究_图文.
【国家自然科学基金】_葡萄糖生物传感器_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140729
科研热词 生物传感器 葡萄糖氧化酶 碳纳米管 铂纳米颗粒 金纳米棒 重现性 遥测 过氧化氢 葡萄糖生物传感器 葡萄糖检测 葡萄糖传感器 葡萄糖 荧光猝灭 纳米银 电化学阻抗谱 电化学方法 溶解氧 溶胶-凝胶 普鲁士蓝 恒电位装置 应用前景 嵌入式 壳聚糖 协同效应 传感器制备 l-半胱氨酸
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51
2014年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
科研热词 葡萄糖生物传感器 葡萄糖氧化酶 碳纳米管 生物传感器 壳聚糖 跨尺度结构 计时安培法 聚吡咯薄膜 电化学聚合 抗干扰 循环伏安法 二茂铁修饰fe3o4 二茂铁修饰fe304 zno纳米线
推荐指数 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1
推荐指数 4 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8
科研热词 纳米金 生物传感器 高氯酸·三-2,2′-联吡啶合钴(ⅲ) 葡萄糖生物传感器 葡萄糖氧化酶 羧基二茂铁 媒介体 多壁碳纳米管
推荐指数 2 2 1 1 1 1 1 1
科研热词 推荐指数 生物传感器 7 葡萄糖 5 葡萄糖氧化酶 4 葡萄糖生物传感器 2 在线测量 2 发酵过程 2 锂均苯三甲酸 1 铂-钯/裂解碳纳米管 1 金纳米颗粒 1 金纳米粒子 1 金纳米材料 1 酶液 1 酶注射式 1 酶 1 还原剂 1 表面活性剂 1 葡萄糖浓度 1 葡萄糖氧化酶炔基化 1 葡萄糖传感器 1 羟基磷灰石 1 绿色制备 1 纳米金胶 1 系统表征 1 简易制作 1 碳纳米管叠氮化 1 石墨烯/金复合材料 1 石墨 1 直接电子转移 1 电沉积 1 电化学 1 生物催化 1 物理特性 1 氧化锌 1 检测方法 1 柔性衬底 1 普鲁士蓝 1 无酶葡萄糖生物传感器 1 无酶 1 微电极阵列 1 多壁碳纳米管 1 功能导电高分子 1 修饰电极 1 传感器检测 1 二氧化硅球腔 1 silicon dioxide cavities 1 prussian blue 1 nafion膜 1 microelectrode array 1 graphene, glucose oxidase, direct 1 electrochemistr glucose sensor 1 "click"反应 1
石墨烯的生物医用研究进展_黄训
物相容性( 生物 安 全性 ( 可降解 性 以 及 在 以 上 医用 领域 的研究进展 *
# 作者简介 % 黄 训! 女# 博士# 主要 从 事 生物纳米材料研究 ) # + * ’a " # ’ &r* # & 通讯联系人 % 周长忍 ! 男# 教授 # 主要 从 事 生物材料研究 # # + % $ a" ] 2 7 _ M 1 H $ ! " * % ! ! ’ ! ( + J & < 1 / 7 . 0 3 N + 5 _ 2 > 5 _ 0 _ # [
上 述 工 作 有 望 发 展 成为 一 种 高 灵敏 度 ( 高 特异性 的 疾 病 诊断 新 技术 *
’ ! 纳米 石墨烯 在药物 和 基 因 载体 中 的应用
! 氧 化 石墨烯 独 特 的 ; P 杂化连接形成 的 二 维 周 期 蜂 窝 状 点 阵 结 构 不 仅 对 药 物 或 基 因 有 一 定 的 吸 附
和 缓 释 作用 # 而 且 丰富 的 含 氧 ! 如羧 基 ( 羟 基" 基团可 以 结 合 一定 的 缓 释 或 与 基 因 作用的基团 或 分子 # 在具
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# ! 石墨烯 在生物传 感中 的应用
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氧化石墨烯的sem描述
氧化石墨烯的sem描述氧化石墨烯是一种具有广泛应用前景的二维材料，具有独特的结构和特性。
本文将从结构、制备方法、表征以及应用等方面对氧化石墨烯进行详细描述。
1. 结构氧化石墨烯是由石墨烯经过氧化处理得到的产物。
石墨烯是由碳原子通过sp2杂化形成的六角网格结构，而氧化石墨烯则是在石墨烯表面引入了氧原子。
氧化石墨烯的结构中含有大量的羟基、羧基和环氧基等官能团，使其具有较高的化学活性和表面活性。
2. 制备方法氧化石墨烯的制备方法多种多样，常见的方法包括Hummers法、Brodie法、热氧化法等。
其中，Hummers法是最常用的制备方法之一。
该方法通过将石墨与硫酸、硝酸等强酸混合处理，使石墨表面发生氧化反应，得到氧化石墨烯。
制备过程中需要控制反应温度、时间和酸浓度等参数，以获得高质量的氧化石墨烯。
3. 表征对氧化石墨烯进行表征是了解其结构和性质的重要手段。
常用的表征方法包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X 射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等。
其中，SEM 可以观察到氧化石墨烯的表面形貌和层状结构，TEM可以进一步观察其层状结构和原子尺度的细节。
XRD和FTIR可以用于分析氧化石墨烯的晶体结构和官能团的存在情况。
4. 特性氧化石墨烯具有许多独特的特性，使其在各个领域具有广泛的应用前景。
首先，由于氧化石墨烯表面含有丰富的官能团，使其具有良好的亲水性和分散性，有利于其在复合材料、涂料等领域的应用。
此外，氧化石墨烯具有较高的导电性和热导率，可用于制备导电薄膜、传感器、储能器件等。
此外，氧化石墨烯还具有优异的力学性能和化学稳定性，在柔性电子器件、催化剂等方面也有广泛的应用潜力。
5. 应用氧化石墨烯的应用领域非常广泛。
首先，在能源领域，氧化石墨烯可以用于制备高效的储能器件，如锂离子电池、超级电容器等。
其次，在材料领域，氧化石墨烯可以用于制备高强度、高导电性的复合材料，在航空航天、汽车制造等领域具有重要的应用价值。
石墨烯的功能化改性及应用研究
石墨烯的功能化改性及应用研究石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料，具有出色的物理、化学和机械性能。
自2004年被成功分离以来，石墨烯在能源、材料、生物医学等领域的应用引起了广泛。
然而，石墨烯的化学稳定性、生物相容性以及在水溶液中的分散性等问题限制了其广泛应用。
因此，对石墨烯进行功能化改性具有重要的实际意义。
功能化改性是提高石墨烯应用性能的有效途径。
改性的方法主要包括氧化、还原、官能团化、共价键合等。
通过这些方法，可以改变石墨烯的表面性质、水溶性、分散性等，以满足不同应用场景的需求。
氧化石墨烯是一种常见的石墨烯衍生物，通过在石墨烯表面引入羟基、羧基等基团，提高其水溶性和分散性。
还原氧化石墨烯则是在氧化石墨烯的基础上，通过还原剂将氧化基团还原为氢基团，以恢复石墨烯的导电性能。
官能团化石墨烯是通过化学反应在石墨烯表面引入特定官能团，如氨基、巯基等。
这些官能团可以与其它分子或离子反应，实现对石墨烯功能的进一步拓展。
共价键合则是通过在石墨烯表面引入功能化的基团，实现与其他分子或材料的键合。
经过功能化改性后，石墨烯在各个领域的应用研究得到了广泛开展。
在电子领域，功能化石墨烯可用于制作透明导电膜、场效应晶体管、储能器件等。
在纳米制备领域，功能化石墨烯可用于制备纳米药物、纳米催化剂、纳米传感器等。
在复合材料领域，功能化石墨烯可用于增强金属、陶瓷、高分子等材料，提高其力学、电磁、热学等方面的性能。
功能化石墨烯在能源、生物医学等领域也有广泛的应用前景。
尽管石墨烯的功能化改性和应用研究已经取得了显著的进展，但仍存在许多问题需要进一步探讨。
功能化改性的方法需要进一步完善，以提高石墨烯的性能和稳定性。
石墨烯的大规模制备和分离仍然是亟待解决的问题，需要开发更为高效和经济的方法。
石墨烯的生物相容性和生物活性需要进一步研究，以拓展其在生物医学领域的应用范围。
本文介绍了石墨烯的功能化改性及其应用研究。
通过氧化、还原、官能团化和共价键合等方法，可以改善石墨烯的性能和应用范围。
石墨烯介绍
由于石墨烯产业的快速发展和广泛应用，相关法规和标准体系尚不完善，可能存在一定 的法规风险和不确定性。
未来发展趋势预测及建议
发展趋势
随着技术的不断进步和应用领域的拓展， 石墨烯产业将继续保持快速增长态势，未 来可能形成更加完善的产业链和生态系统。
VS
建议措施
加强国际合作与交流，共同推动石墨烯产 业的健康发展；加大科研投入力度，提升 核心技术的创新能力；完善相关法规和标 准体系，为产业发展提供有力保障。
核心技术创新突破及成果转化情况
技术创新
石墨烯制备技术不断取得突破，如化学气相沉积、液相剥离等方法的应用提高了石墨烯的生产效率和质量。
成果转化
石墨烯在能源、电子、生物医学等领域的应用研究不断深入，部分成果已成功转化为实际产品，如石墨烯 电池、石墨烯晶体管等。
政策法规环境对行业影响解读
政策扶持
各国政府纷纷出台政策扶持石墨烯产业发展，如提供资金支持、建设创新平台、推动产 学研合作等。
和质量相对较低。
电化学法
利用电化学原理在电解液中合成石 墨烯。该方法具有环保、低成本等 优点，但制备过程较为复杂。
热解法
通过高温热解有机前驱体合成石墨 烯。该方法可制备高质量的石墨烯， 但成本较高且产量有限。
03
石墨烯应用领域及前景展望
电子器件与集成电路
高速电子器件
石墨烯具有极高的载流子 迁移率，可用于制造高速 场效应晶体管、射频器件 等。
柔性电子器件
石墨烯的可弯曲性使其适 用于柔性电子器件，如可 穿戴设备、电子皮肤等。
透明导电薄膜
石墨烯的高透明度和导电 性使其在透明导电薄膜领 域具有广泛应用，如触摸 屏、有机发光二极管等。
传感器件和生物医学应用
氧化石墨烯荧光传感技术在分子诊断领域的应用
氧化石墨烯荧光传感技术在分子诊断领域的应用郭爽;张国军;姚群峰【摘要】Graphene oxide-based fluorescent sensing technology is developing rapidly, which has been used to detect nucleic acids, proteins, and small bio-molecules. This method has many outstanding advantages such as low consumption, simple and quick. Also, it could provide accurate, real-time and multiplexed analysis results. Therefore, it shows wide application and development prospects in molecular diagnostics. In this paper, we summarized the principle of fluorescent biosensors based on graphene oxide as well as their research progress and the future perspectives in the filed of molecular diagnostics.%氧化石墨烯荧光生物传感技术发展迅速，已成功实现了对核酸、蛋白质以及其他生物小分子的检测。
该分析方法操作简单，实验成本低，可提供准确、实时及多通道的结果，在分子诊断领域显示出了广阔的发展和应用前景。
本文综述了氧化石墨烯荧光传感技术的基本检测原理以及在分子诊断领域的研究应用进展。
【期刊名称】《分子诊断与治疗杂志》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】5页(P52-56)【关键词】氧化石墨烯;荧光;传感;分子诊断【作者】郭爽;张国军;姚群峰【作者单位】湖北中医药大学检验学院，湖北，武汉430065;湖北中医药大学检验学院，湖北，武汉430065;湖北中医药大学检验学院，湖北，武汉430065【正文语种】中文以核酸和蛋白质等生物大分子为检测对象的分子诊断技术在感染性疾病、遗传性疾病、肿瘤的诊断治疗及个体化医疗等领域正发挥越来越重要的作用。
氧化石墨烯的优势及应用
氧化石墨烯的优势及应用氧化石墨烯是指石墨烯表面被氧化处理后的产物，具有一定的氧含量。
相比于纯石墨烯，氧化石墨烯具有一些优势，并有广泛的应用。
首先，氧化石墨烯具有良好的可分散性。
由于石墨烯的特殊结构，纯石墨烯很难与溶剂相溶，在应用中难以进行涂覆或制备薄膜等处理。
而氧化石墨烯由于表面带有氧官能团，使其在水和有机溶剂中具有良好的分散性，可以方便地制备出各种形态的石墨烯复合材料。
其次，氧化石墨烯具有较好的生物相容性。
石墨烯具有优异的导电性和导热性，因此在生物领域有广泛的应用前景。
然而，纯石墨烯的应用受到其在体内难以降解的限制。
而经过氧化处理后的石墨烯表面带有氧官能团，使其亲水性增加，更易于与生物体中的水分子相互作用，提高了其在体内的生物相容性。
此外，氧化石墨烯还具有良好的化学活性。
经过氧化处理后，石墨烯上的氧官能团可以与其他化学物质发生反应，进一步改变其性质和功能。
例如，通过在氧化石墨烯上引入氮原子，可以制备出氮化石墨烯，具有类似半导体的电学性能，扩展了石墨烯的应用领域。
氧化石墨烯在许多领域都有广泛的应用。
首先，在能源领域，氧化石墨烯作为电极材料具有优异的导电性和电化学性能，被用于锂离子电池、超级电容器和燃料电池等设备中，提高其电化学性能。
其次，在催化领域，氧化石墨烯也具有良好的应用潜力。
氧化石墨烯的氧官能团可以提供丰富的官能团位点，用于催化反应的活性中心。
例如，氧化石墨烯可以被用作催化剂载体，将金属纳米颗粒固定在其表面，提高催化反应的活性和选择性。
此外，氧化石墨烯还在传感器、生物医药、柔性电子器件等领域有广泛的应用。
石墨烯具有高度的表面积、良好的生物相容性和导电性，使其成为制备生物传感器和柔性电子器件的理想材料。
通过在氧化石墨烯上修饰特定功能的官能团，可以实现对生物分子或环境污染物的高灵敏检测。
总之，氧化石墨烯具有可分散性好、生物相容性高和化学活性强等优势，被广泛应用于能源储存、催化、传感器等领域。
随着对石墨烯材料理解的深入和研究的不断推进，相信氧化石墨烯和其他功能化石墨烯材料的应用前景还会进一步拓展。
氧化石墨烯／壳聚糖生物复合材料的制备及应用研究进展
氧化石墨烯／壳聚糖生物复合材料的制备及应用研究进展吕生华;李莹;杨文强;崔亚亚【摘要】Graphene oxide/chitosan is a new type of biocomposites which was developed in recent years ,it possesses the uniquemechanical ,adsorptive ,electrochemical and antibacterial properties . The research progress of graphene oxide/chitosan composites was summarized in this paper . The preparation methods of the biocomposites were introduced briefly .Meanwhile ,the application of the biocomposites in the field of high mechanical strength of materials ,waste watertr eatment ,electro‐chemical sensor and biomedical materials were illustrated in details .At last ,the low cost and large scalepreparation ,structure and properties of composite materials and its application in new areas of graphene oxide/chitosan biocomposites were prospected .%氧化石墨烯／壳聚糖复合材料是近几年发展的一种新型生物复合材料，具有独特的力学性能、吸附性能、电化学性能以及抗菌性能等。
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李钊基于氧化石墨烯构筑葡萄糖生物传感器的研究图 12 GOx/RGO/GCE 不同扫速图 13 GOx/RGO/GCE 不同 pH 值图 10 是氧化石墨烯修饰在电极上之后，经过电化学还原的循环伏安曲线。
图 11 a、b 和 c 曲线分别为裸玻碳电极、电还原氧化石墨烯修饰玻碳电极和葡萄糖氧化酶在修饰电极上的循环伏安曲线。
图 12 是在0.01—1.0V/S 的扫速下酶修饰电极的循环伏安曲线。
图 13 是在不同 pH 值下，酶修饰电极的循环伏安曲线。
5 葡萄糖生物传感器的应用葡萄糖广泛存在于自然之中，在人类的身体中，周围的动物体内，各种食物里等等，可以得知我们对此非常依赖，所以对葡萄糖的有效控制也是必须的。
关于葡萄糖的检测有很多种方法，例如，光谱中的紫外光谱和红外光谱，色谱中的液相色谱和色谱质谱联用等等。
光谱和色谱对葡萄糖有良好地检测精度，但是这些检测设备的占地面积大和价格昂贵，也只能为大型医院和检测机构而采用。
然而家庭和个体需要一种快速，方便的检测设备，这样就使得小型化和便携化传感器的应用得到了发展。
如何使传感器能够接近于色谱的精确和高灵敏分析，在葡萄糖传感器方面，酶修饰电极构建传感器开始进入人们的研究范畴。
酶具有比任何无机、有机和络合催化剂高出很多倍的催化性能，而且酶的无毒性大大去除了直接检测人体的风险性，利用葡萄糖氧化酶对葡萄糖的良好催化，从而可以达到葡萄糖检测的准确性，高效性，快速化和无害化[8]。
新型葡萄糖生物传感器是纳米材料氧化石墨烯修饰电极而设计的传感器，在利用纳米材料的优异性能下，去实现第三代直接电子转移葡萄糖生物传感器。
直接电子转移葡萄糖生物传感器的应用会将葡萄糖检测的水平提升到另一个高度，将会扩大葡萄传感器在葡萄糖检测中应用范围。
这种传感器不仅可以满足于家庭和个体的需要，而且可以应 9
李钊基于氧化石墨烯构筑葡萄糖生物传感器的研究用于医院和检测机构的快速检测治疗。
第三代葡萄糖传感器的成功研制和应用可以证明氧化石墨烯能够帮助葡萄糖氧化酶在电极间进行直接的电化学反应和电子转移，在电化学传感和分析方面能够起到引导和激励的作用。
在以后的电化学传感和分析领域，氧化石墨烯的作用和影响将逐步扩大。
6 结论与展望石墨烯有极高的比表面积和优良的电导性，石墨烯的衍生物氧化石墨烯在溶液中能很好地分散，并且含氧官能团能够很好地共价和非共价地连接功能分子，电化学还原氧化石墨烯即保存了氧化石墨
烯的部分官能团又显现了石墨烯的优良电导性。
氧化石墨烯修饰电极在电化学上的应用将会有很大的发展潜力。
理论上，氧化石墨烯能够进行酶分子与电极间的
之间电化学转移[9]，我们通过实验去构造第三代直接电化学葡萄糖生物传感器，所得结果有明显现象，但与氧气参与的电子转移相比，电极的灵敏度和响应下限
还是有所差距，在无氧状态下无法达到在有氧参与下的电化学响应，更无法企及超越有氧的电化学响应。
不过，可以肯定的是，这次实验的尝试还是鼓舞了我们构
建直接电化学反应的葡萄糖生物传感器的信心。
在接下来的工作中，我们将要更
多查阅相关前沿文献，借鉴的同时创新，总结时不忘批判性思考，在氧化石墨烯
的功能化方面进行改进，在电极修饰方法和实验上进行优化，在酶选择和固定方
法上进行探讨，为实现真正理想的葡萄糖生物传感器而努力。
10
李钊基于氧化石墨烯构筑葡萄糖生物传感器的研究参考文献 [1] Heller A, Feldman B. Electrochemical glucose sensors and their applications in diabetes management[J]. Chemical reviews, 2008, 108(7: 2482. [2] Wang J. Electrochemical glucose biosensors[J]. Chemical reviews, 2008, 108(2: 814. [3] 孙莹莹.葡萄糖氧化酶/
纳米材料单层或多层膜用于构筑葡萄糖生物传感器[D].吉林大学,2008. [4] 卫银银.
新型葡萄糖生物传感器的构筑、机理及应用研究[D].华东师范大学,2011. [5] Unnikrishnan B, Palanisamy S, Chen S M. A simple electrochemical approach to fabricate a glucose biosensor based on graphene-glucose oxidase biocomposite[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2012. [6] Subrahmanyam K S, Ghosh A, Gomathi A, et al. Covalent and Noncovalent Functionalization and Solubilization of Graphene[J]. Nanoscience and Nanotechnology Letters, 2009, 1(1: 28-31. [7] 邹正光 , 俞惠江 , 龙
飞 , 范艳煌 . 超声辅助 Hummers 法制备氧化石墨烯 [J]. 无机化学学
报,2011,(09:1753-1757. [8] 石文韬,邸静,马占芳. 电化学葡萄糖传感器[J]. 化学进
展,2012,(04:568-576. [9] Chen D, Feng H, Li J. Graphene Oxide: Preparation, Functionalization, and Electrochemical Applications[J]. Chemical Reviews, 2012, 112(11: 6027-6053. 致谢这篇论文的完成，得到了很多人的帮助。
在此非常感谢周喜斌副
教授的辛勤指导和连茜雯、何志芳师姐的实验帮助，还要感谢西北师范大学校级
科研资助金的资助和团队成员王彤彤、蒋欢的共同努力。
最后感谢我的父母在日常学习和生活上对我的关心和帮助。
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指导教师职称预评成绩指导教师预评评语年答辩小组评定成绩答辩小组评审意见月日答辩委员会终评成绩答辩委员会终评：意答辩委员会主任（签章）年月见答辩小组组长（签字）：年月日日说明：1. 成绩评定均采用五级分制，即优、良、中、及格、不及格。
2. 评语内容包括：学术价值、实际意义、达到水平、学术观点及论证有无错误等。