基于氧化石墨烯构筑葡萄糖生物传感器的研究

1、 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 0.011.0V/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

2、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

3、 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

4、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

5、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 ap

6、plications in diabetes managementJ. Chemical reviews, 2008, 108(7: 2482. 2 Wang J. Electrochemical glucose biosensorsJ. 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 ele

7、ctrochemical approach to fabricate a glucose biosensor based on graphene-glucose oxidase biocompositeJ. Biosensors and Bioelectronics, 2012. 6 Subrahmanyam K S, Ghosh A, Gomathi A, et al. Covalent and Noncovalent Functionalization and Solubilization of GrapheneJ. Nanoscience and Nanotechnology Lette

8、rs, 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 ApplicationsJ. 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。 11 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