电化学生物传感器的研究与应用现状

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石墨烯及其复合材料在酶电化学生物传感器中的应用

作者：张谦 张玲 李景虹

来源：《分析化学》2013年第05期

摘要：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。

关键词：石墨烯； 功能化； 酶； 电化学生物传感器； 综述

1引言

石墨烯（Graphene）是一种由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的新型碳材料。自从2004年由英国Manchester 大学的Geim研究组发现以来，石墨烯引起了强烈的反响和广泛关注[1]。这种二维纳米材料的基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环，其厚度仅为一个碳原子的厚度（0.335 nm），是目前所发现的最薄的二维材料[2，3]。这种特殊的结构使得石墨烯表现出优异的物理化学性质。石墨烯的理论比表面积高达2600 m2g4，其结构中长程有序的鸺缱咏峁故故┚哂杏乓斓牡既刃阅 （3×103 W（m·K））和力学性能（1.06×103 GPa）以及室温下的高的电子迁移率（1.5×104 cm2（V·s））[4～6]。由于具有独特的结构和优异的性能，石墨烯已被广泛应用于诸多领域[7～13]。

近年来，随着对石墨烯结构、性质等方面的深入研究，其在电化学，尤其是生物电化学领域的研究日益受到关注[14～22]。由于具有优良的导电性和电催化性能，石墨烯是制备酶电化学生物传感器的一种理想的电极材料[23～25]。石墨烯良好的电学性质使其可以在电化学过程中有效地促进电子传输，提高生物传感器的灵敏度和响应信号，缩短响应时间[26]。而且，石墨烯具有较大的比表面积可有效提高酶的负载量，由此改善传感器的灵敏度等性能[27]。此外，石墨烯还具有良好的生物相容性，能够保持负载酶的生物活性，有利于生物传感器的稳定[28，29]。目前，已有诸多综述性文章从不同方面对石墨烯的合成、性质和应用等进行了评述，本文仅对石墨烯及其复合物在酶电化学生物传感器领域中的新进展进行综述。

２０１５年５月　第５卷第３期　中国渔业质量与标准　

Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｆｉｓｈｅｒｙ　Ｑｕａｌｉｔｙ　ａｎｄ　Ｓｔａｎｄａｒｄｓ　Ｍａｖ．２０１５　Ｖ０１．５　Ｎｏ．３　

电化学生物传感器在藻毒素检测中的应用及发展前景　

郭萌萌，孙晓杰，卢立娜，吴海燕，赵春霞，李兆新，翟毓秀　

（农业部水产品质量安全检测与评价重点实验室，中国水产科学研究院黄海水产研究所；　国家水产品质量监督检验中心：山东青岛２６６０７１）　

摘要：水环境中单细胞藻类产生的藻毒素具有严峻的生态和食品安全风险性，已成为国际社会重点监控和研究的对　象。如何有效监控藻毒素的污染水平，提升突发事件的应对能力，是包括欧盟在内的世界各国面临的重要难题。因　此，简便、快速、灵敏的检测方法是实现毒素现场监控的必需。以免疫学、酶特异性反应或生物传感器为基础的新型　检测方法在快速和现场方面表现出巨大的优势，电化学生物传感器技术则成为优选目标之一。针对这一技术，本文　重点介绍了电化学生物传感器的组成、基本原理及其目前在藻毒素检测领域中的实际应用，展望了其良好的发展前　景。［中国渔业质量与标准，２０１５，５（３）：４７—５３］　关键词：电化学生物传感器；藻毒素；快速检测　中图分类号：￥９４；　文献标志码：Ａ　文章编号：２０９５—１８３３（２０１５）０３—００４７—０７　

水产品以其鲜美的口味和丰富的营养，深受广大　

消费者喜爱，成为中国居民重要的蛋白质来源，也是　中国国民经济的重要组成部分。然而，水环境污染的　

加剧造成有害藻华频发，所产生的藻毒素不仅直接影　

响到水生生态系统稳定性，更严重威胁到消费者健康　

安全。且近年来，藻毒素呈现出分布区域扩大、危害　

日益严重的发展趋势，已成为国际社会共同关注的重　

大生态和食品安全问题。以欧盟为首的发达国家和　组织不断调整其相关政策，构建了以检测技术为核心　

内容的新技术壁垒，导致包括中国在内的发展中国家　

面临愈来愈严峻的技术壁垒威胁。　

第２４卷第６期　２０１３年１１月　化学　ＣＨＥＭＩＣＡＬ　研究　ＲＥＳＥＡＲＣＨ　中国科技核心期刊　ｈｘｙｊ＠ｈｅｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ　

电化学生物传感器在环境监测中的应用及发展前景　

娄童芳，邢欢欢，屈建莹　

（河南大学化学化工学院环境与分析科学研究所，河南开封４７５００４）　

摘　要：简要介绍了电化学生物传感器的工作原理，重点论述了电化学生物传感器在环境监测领域的应用及其　研究进展，主要包括水环境污染物和大气污染物的监测，以及农药残留的监测等．同时，对电化学生物传感器的　发展方向及前景进行了展望．　关键词：电化学生物传感器；环境监测；应用；发展前景　中图分类号：０　６５７．１　文献标志码：Ａ　文章编号：１００８—１０１１（２０１３）０６—０６４３—０６　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ　ｉｎ　

ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　

ＬＯＵ　Ｔｏｎｇ—ｆａｎｇ，ＸＩＮＧ　Ｈｕａｎ—ｈｕａｎ，ＱＵ　Ｊｉａｎ—ｙｉｎｇ　（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ａｎｄ　Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｈｅｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｋａｉｆｅｎｇ　４７５００４，Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ　ｉｓ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａ—　ｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ　ｉｎ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｒｅ　ｈｉｇｈ—　ｌｉｇｈｔｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｕｓｅｓ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ　ｉｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｗａｔｅｒ　ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ，ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ　

・２２・　山东化工　ＳＨＡＮＤ０ＮＧ　ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　２０１６年第４５卷　

新型半胱氨酸电化学生物传感器的构建及应用研究　

刘继红，白晓艺，邱凌航，陈晓妍，王　燕　

（山东师范大学化学化工与材料科学学院，山东济南　２５００１４）　

摘要：采用电化学聚合法制备了聚茜素紫／纳米金复合膜修饰玻碳电极，构建了基于导电聚合物纳米复合修饰膜的新型电化学传感器，　研究＿，半胱氨酸在该传感器上的电化学行为，建立了测定半胱氨酸的新方法。在ｐＨ值７．４的磷酸盐缓冲溶液中，半胱氨酸在修饰电极　产生一个灵敏的氧化峰，采用计时电流法测定，线性范围为５．０×１０一　～７．５×１０Ｉ５　ｍｏｌ／Ｌ，检出限为２．０×１０～ｍｏｌ／Ｌ。该电化学生　物传感器用于人血清样品中中半胱氨酸含量的测定，加标回收率为９８．５％～１０１．Ｏ％，结果令人满意。　

关键词：电化学传感器；半胱氨酸；茜素紫；纳米金　中图分类号：０６５７．１５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００８—０２１Ｘ（２０１６）２３—００２２—０３　

Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｙｓｔｅｉｎｅ　Ｕｓｉｎｇ　Ｎｏｖｅｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ　

Ｌｉｕ　Ｊｉｈｏｎｇ，Ｂａｉ　Ｘｉａｏｙｉ，Ｑｉｕ　Ｌｉｎｇｈａｎｇ，Ｃｈｅｎ　Ｘｉａｏｙａｎ，Ｗａｎｇ　Ｙａｈ　

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ　２５００１４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｐｏｌｙ（Ａｌｉｚａｒｉｎ　Ｖｉｏｌｅｔ）／Ａｕ—ｎａｎｏｐａｒｔｉｅｌｅｓ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｆｉｌｍ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｇｌａｓｓｙ　ｃａｒｂｏｎ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　ｗａｓ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　

ｅｌｅｃｔｒ０ｐ０ｌｙｍｅｒｉａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　ｃｙｓｔｅｉｎｅ　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ａｔ　ｔｈｅ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　ｂｙ　ｃｙｃｌｉｃ