基于碳纳米管修饰电极的酶生物传感器研究进展

碳纳米材料在修饰电极领域的应用谷飞;鲍昌昊;黄蓉萍;马静芳;李元;李梅;程寒【摘要】Carbon nanomaterials have received great interest because of their unique mechanical, electrical, and chemical properties.Especially, some kinds of novel carbon materials including carbon nanotubes and graphene due to great specific surface area, high conductivity, and good biocompatibility become research focus.Carbon nanomaterials have showed their unique advantages for modified electrodes in electrochemical field.Carbon nanomaterial modified electrode has high sensitivity, selectivity and good medium ellect.This paper mainly review the research and application of carbon nanomaterials including carbon nanotubes, graphene, fullerene, and nanodiamond to modified electrodes.%碳纳米材料具有良好的力学、电学及化学性能等特点,被人们广泛研究,特别是具有大比表面积、高的电导率和良好生物相容性的碳纳米管和石墨烯更是研究的热点,在电化学领域显示出独特的优势.采用碳纳米材料修饰的电极具有高灵敏度、高选择性及优良的媒介作用.主要阐述了碳纳米材料在修饰电极领域中的应用,从功能及应用上重点探讨了近年来碳纳米管、石墨烯、富勒烯、纳米金刚石等碳纳米材料在修饰电极领域的研究进展.【期刊名称】《化学研究》【年(卷),期】2017(028)002【总页数】6页(P263-268)【关键词】碳纳米材料;修饰电极;石墨烯;碳纳米管;富勒烯【作者】谷飞;鲍昌昊;黄蓉萍;马静芳;李元;李梅;程寒【作者单位】中南民族大学药学院,湖北武汉 430074;中南民族大学药学院,湖北武汉 430074;中南民族大学药学院,湖北武汉 430074;中南民族大学药学院,湖北武汉 430074;中南民族大学药学院,湖北武汉 430074;中南民族大学药学院,湖北武汉 430074;中南民族大学药学院,湖北武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】O657.1纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料. 碳纳米材料主要包括碳纳米管(CNT)、石墨烯(CP)、富勒烯以及金刚石，有序介孔碳等.1991年日本饭岛博士[1]在用高分辨透射电镜观察C60的结构时发现了碳纳米管，碳纳米管又称巴基管，按照石墨烯片层数可把其简单分为：单壁碳纳米管(SWCNTs)和多壁碳纳米管(MWCNTs). 2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫[2]用实验方法从石墨中分离出了石墨烯(Graphere, CP)，由此证明了石墨烯能单独存在. 近年来石墨烯掺杂技术的研究取得了很大的进展，出现了碳掺杂石墨烯，硼掺杂石墨烯等新材料. 富勒烯是一个大家族，包括C50，C60，C70等. 纳米金刚石硬度高，化学性质稳定，其研制和应用一直是研究的热点. 有序介孔碳是二十世纪九十年代出现的一种纳米碳材料，在制作储氢材料和电极方面具有很好的应用前景.由于碳纳米材料具有良好的力学、电学及化学性能而被人们广泛研究，特别是具有大比表面积、高的电导率和良好生物相容性的碳纳米管和石墨烯更是研究的热点.这些新型碳材料具有优异的物理和化学特性，被广泛应用于诸多领域，特别是在电化学研究中显示出其独特的优势.1.1 电催化作用碳纳米管修饰电极经常被应用于电催化方面，如应用在肾上腺素(EP)，抗坏血酸(AA)，多巴胺(DA)等物质的测定上. 唐婧等[3]利用碳纳米管修饰玻碳电极，对特丁基对苯二酚进行了检测，采用循环伏安法和差分脉冲法考察了对特丁基对苯二酚在裸电极以及修饰电极上的电化学行为，对比实验的结果表明碳纳米管修饰的玻碳电极对特丁基对苯二酚的氧化具有较好的电催化活性，电极性能稳定. 碳纳米管复合材料的修饰电极在电催化方面也有很多应用. 张娜等[4]制备了中性红功能化的多壁碳纳米管复合材料修饰电极，并研究了其电化学行为，实验结果表明该电极对过氧化氢具有良好的电催化效果.石墨烯修饰电极也同样具有良好的电催化作用. 马玲等[5]用石墨烯修饰电极测定VB12. 实验结果表明石墨烯修饰的电极能显著提高VB12检测灵敏度；张勇等[6]采用循环伏安法测定盐酸表阿霉素，发现在石墨烯修饰的玻碳电极上，盐酸表阿霉素在-0.382 V处有非常明显的氧化峰，比裸玻碳电极峰电流提高了两倍多；另有研究表明石墨烯修饰电极对致癌物质肼具有优良的电催化氢化能力[7]；石墨烯修饰的玻碳电极在对苯二酚存在下选择性测定米吐尔，米吐尔在修饰后的玻碳电极上的氧化还原峰电位差减小，峰电流明显增加[8].氧化石墨烯的电催化活性显著，可以媲美甚至是超越镧镍的电催化性能. 氧化石墨烯修饰电极具有良好的电催化性能，顾玲等[9]采用氧化石墨烯修饰电极对锌含量进行测定与分析，氧化石墨烯修饰电极表现出较好的催化作用和导电性；氧化石墨烯修饰电极在对邻硝基苯酚[10]和氧氟沙星[11]的检测中也表现出了良好的电催化活性.康辉等[12]采用自制的氮掺杂石墨烯修饰电极对抗坏血酸进行检测，氮掺杂石墨烯修饰电极的电子转移阻抗明显小于相同条件的石墨烯修饰电极，电子转移速率显著提高，电催化效果明显；氮掺杂石墨烯修饰电极也能促进对嘌呤类物质的在电极表面的电子转移速率，具有显著的电催化活性，能极大增加检测灵敏度，如郑波[13]用氮掺杂石墨烯修饰电极对鸟嘌呤进行分析，鸟嘌呤在修饰后的电极表面的吸附能力增加，修饰电极对鸟嘌呤的检测表现出良好的电催化能力. 在pH=7.0的磷酸盐溶液中，鸟嘌呤氧化峰电流在5.0×10-6～1.0×10-4 mol/L浓度范围内呈现良好的线性关系，检出限达1.0×10-6 mol/L. 纳米金刚石在电催化性能方面也有报道，崔凯等[14]利用纳米金对掺硼纳米金刚石电极进行修饰，该电极具有优异的电化学性能，对生物小分子如巴胺等具有很好的催化作用.碳纳米纤维复合材料[15-16]修饰电极也应用于物质的测定中，ARDELEAN等[17]制备了碳纳米纤维-环氧树脂复合材料修饰电极，用该电极检测海水样品中的硫化物的含量，结果显示其对硫化物具有很好的氧化催化效应，灵敏度极高.合成系列富勒烯衍生物及测定其电化学性能是研究其电催化性能的前提，罗红霞等[18]制备了(C70)2-对叔丁基杯芳烃超分子配合物，并将该配合物用于玻碳电极的修饰，考查了几种溴代乙酸和氯代乙酸在该电极上的电化学行为，实验结果表明其对卤代酸的还原具有催化作用. 富勒烯与其他材料的络合也能产生电催化效应，李南强[19]合成了一系列的C60及C70与环糊精和杯芳烃的超分子络合物，研究结果表明其涂层修饰电极对生物大分子以及亚硝酸根、卤代酸等具有电催化作用.关于有序介孔碳在电催化方面的研究报道较少，韩清等[20]制备了有序介孔碳电极，该电极对双酚A具有很强的电催化作用.1.2 富集、分离与测定在检测生物小分子时，往往会出现两种或两种以上的物质混合的情况，这时就需要进行分离测定，待测物可通过与电极表面接着的化学基团发生反应而被富集、分离[21]. 这也是碳纳米材料修饰电极的重要研究领域之一.碳纳米管修饰电极在生物分子的分离与测定领域应用广泛，王歌云等[22]研究了神经递质多巴胺和肾上腺素在多壁碳纳米管修饰电极上的电化学性质，实验结果显示该修饰电极对多巴胺和肾上腺素具有显著的增敏和电分离作用，且电极性能稳定. 碳纳米管复合材料修饰电极也用于对多种物质的分离，刘拥军[23]制作的单壁碳纳米管/金—四氧化三铁复合材料修饰电极对硫磷具有很好的富集和电催化作用. 潘艳等[24]制备了聚苯乙烯磺酸钠/单壁碳纳米管复合膜修饰电极，利用差分脉冲法实现了对体系中的多巴胺、尿酸、抗坏血酸的同时测定，实验结果表明三种电活性物质的氧化峰信号区分明显.石墨烯优良的理化性质也体现在对生物样品的分离检测方面，王朝霞等[25]利用石墨烯修饰的玻碳电极对抗坏血酸进行测定，发现其不但具有比裸玻碳电极更高的氧化峰电流，而且还能够有效排除肾上腺素、多巴胺、尿酸等物质对实验的干扰. 王峻敏等[26]通过电化学沉积的方法制备了石墨烯/Nafion/纳米镍复合材料修饰电极，成功实现了邻、间、对硝基苯酚的分离和测定. 鲁莉华等[27]研究了氢氧化镍/多壁碳纳米管复合材料的溶剂热法制备及电容性能,该电极有良好的重现性. 李春兰等[28]制备了石墨烯/DNA/纳米金复合材料修饰电极，实验研究了布洛芬在该电极上的电化学行为，并在实际样品中对布洛芬进行了检测，该电极具有很好的选择性及重现性.FIGUEIREDO-FILHO等[29]利用掺硼纳米金刚石作为修饰材料制作修饰电极，提出了一种测定农药利谷隆除草剂的高效方法. 陈凯玉]等[30]采用掺硼金刚石(BDD)薄膜电极灵敏地检测出浓度为10 μmol/L的尿酸(UA)，能抵抗 20倍浓度葡萄糖和抗坏血酸干扰的影响.C60是富勒烯家族的代表，刘艳丽等[31]制备了C60修饰电极，并研究了其电化学行为，建立了用微分脉冲伏安法测定盐酸克伦特罗的方法.有序介孔碳(OMC)修饰电极可用于检测多巴胺，抗坏血酸和尿素等，还可用于污染物的检测. 林凡允[32]采用OMC-Nafion复合膜修饰电极实现了对多巴胺的高灵敏度，高选择性测定. GUO等[33]采用电化学聚合法将硫堇聚合到有序介孔碳修饰的电极上，该电极表现出对NADH良好的电化学响应.1.3 媒介作用碳纳米材料修饰电极的媒介作用主要体现在电化学传感器的应用上，包括酶化学反应、异相电子转移的反应等. 许多化学分子在电极上的电子转移过程十分缓慢，而解决此类问题的方法之一便是利用化学修饰电极的媒介作用.作为媒介作用的碳纳米管修饰电极能够应用于酶化学反应，生命分析等领域[34]. 蔡称心等[35]制备了碳纳米管修饰玻碳电极(CNT/GC)，利用吸附的方法将葡萄糖氧化酶 (GOx) 固定到CNT/GC电极表面，形成GOx-CNT/GC电极. 实验结果表明，GOx在CNT/GC电极表面没有发生变性，能进行有效且稳定的电子转移反应. 石墨烯修饰电极能够加快蛋白质电子转移的速度. 用石墨烯修饰玻碳电极对H2O2和O2这两种葡萄糖传感器检测信号分子的电化学行为进行了研究，发现石墨烯修饰电极对水和氧气具有良好的电催化活性，可实现电子的转移[36].氧化石墨烯表面含有大量的羟基、羧基和环氧等含氧官能团，这些官能团使其具有良好的亲水性、分散性和与聚合物的兼容性，而且因为有羧基的存在，可以把酶固定于氧化石墨烯表面，实现酶电极的生物检测[37].石墨烯复合材料修饰电极在酶传感器上的应用也有很多. 该类复合材料的电催化作用强，导电高分子对酶的共价固定使得该电极具有优于许多同类传感器的灵敏度，重现性和选择性. 夏前芳等[38]制备石墨稀/金复合材料修饰电极，并将葡萄糖氧化酶共价键合于电极表面制备生物传感器. 郑龙珍等[39]将石墨烯-聚多巴胺纳米材料与过氧化酶组装到电极表面制备了H2O2传感器；李俊华等[40]利用石墨烯/碳纳米管复合材料制修饰电极而制备的L-色氨酸电化学传感器和基于氧化石墨烯/纳米银复合薄膜制备的TNP电化学传感器.纳米金刚石也与其他材料复合用于酶化学反应，祝敬妥等[41]将无掺杂的纳米金刚石与壳聚糖制成复合膜用以修饰玻碳电极，该复合膜具有良好的生物相容性，过氧化物酶能够在此电极上保持很好的活性.碳纳米材料不仅应用于上述酶电极，还可应用于其他类型传感器，李拂晓等[42]研制了基于碳纳米管复合材料修饰电极的DNA传感器. VEERAKUMAR等[43]采用高表面积的碳多孔材料制作玻碳电极，该电极对多巴胺的检测具有优异的灵敏度和选择性，有望制备高实用性和经济效益的DA传感器.C60的衍生物修饰电极上的应用也见报道，史娟兰等[44]采用C60-CHO修饰的玻碳电极构建新型DNA传感器，该电化学传感器拥有良好的选择性，能有效区分不同的 DNA 序列，并具有良好的重现性.碳纳米材料具有非常高的比表面积、导电性能和良好的机械性能，是优良的电化学材料. 目前对碳纳米管在修饰电极领域的应用进行了大量的理论和实践研究，并取得了突破性的进展，充分显示了碳纳米材料作为新型电极材料的应用前景. 随着碳纳米科技的不断发展，对新型碳纳米材料在电化学研究领域的应用也必将取得更大的突破.【相关文献】[1] IIJIMA S. Helical microtubules of graphitic carbon [J]. Nature, 1991, 354: 56-58.[2] 陈洁, 孙健, 胡勇有. 石墨烯修饰电极微生物燃料电池及其抗菌性研究进展[J]. 环境科学学报, 2016, 36(2): 387-397.CHEN J, SUN J, HU Y Y. Recent advances in microbial fuel cells with graphene-modified electrodes and the antibacterial activity of grapheme [J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2016, 36(2): 387-397.[3] 唐婧, 朱金坤, 郑胜彪, 等. 碳纳米管修饰电极检测特丁基对苯二酚[J]. 分析实验室, 2015, 34(8): 934-938.TANG Q, ZHU J K, ZHENG S B, et al. Highly sensitive determination of tertiary butyl hydroquinone at glassy carbon electrodes modified with multi-walled carbon nanotubefilms [J]. 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基于磁性碳纳米管修饰印刷电极的无酶型HIV p24安培免疫传感器干宁;罗乃兴;李天华;郑磊;倪敏君【期刊名称】《分析化学》【年(卷),期】2010(38)11【摘要】在多壁碳纳米管(MWNTs)表面固定Fe3O4(核)/Au(壳)纳米微粒 (GMP),使其具有超顺磁性,包被p24抗体(anti p24),制得检测探针(MWNTs-GMP/antip24);在磁场作用下将此探针吸附于N,N′-双(2-羟基苯亚甲基)邻苯二胺合铜(CuRb)修饰的碳基丝网印刷电极(SPCE|CuRb)表面,制得了免疫传感电极(SPCE|CuRb/MWNTs-GMP/anti p24).当此电极在含p24样本中于室温下温育15 min后,随p24浓度的增加在电极表面生成的免疫复合物增加,导致CuRb对H2O2的催化还原电流下降.在含5 mmol/L H2O2的PBS (pH 7.0)中和-300 mV 下,催化还原电流降低值ΔIo与p24浓度在0.6～160 μg/L呈线性关系;检出限为0.32 μg/L (3σ).将其用于实际样品检测,结果与标准EILSA方法一致.由于MWNTs-GMP/anti p24具有超顺磁性,并可以显著提高电极比表面积及anti p24负载量,而CuRb代替易失活的HRP酶,使得该传感器灵敏度和稳定性俱佳,电极表面可更新,可用于艾滋病人血清中p24筛测.【总页数】7页(P1556-1562)【作者】干宁;罗乃兴;李天华;郑磊;倪敏君【作者单位】宁波大学新型功能材料及其制备科学国家重点实验室基地,材化学院,宁波,315211;宁波大学新型功能材料及其制备科学国家重点实验室基地,材化学院,宁波,315211;宁波大学新型功能材料及其制备科学国家重点实验室基地,材化学院,宁波,315211;南方医科大学检验科,广州,410003;宁波出入境检验检疫局保健中心,宁波,315200【正文语种】中文【相关文献】1.采用抗体包被金磁纳米微粒修饰电极的HIV p24/gp36安培联检芯片 [J], 干宁;李榕生;陈亚东;杨欣;李天华2.基于Fe3O4@Au磁性纳米粒子修饰丝网印刷电极的微囊藻毒素免疫传感器研究[J], 张金果;康天放;薛瑞;孙雪3.基于壳聚糖-二茂铁／碳纳米管传导复合物的无标记安培型免疫传感器 [J], 范丽霞;梁汝萍;邱建丁4.基于纳米金组合电极的HIV p24微流控安培免疫传感芯片研究 [J], 陈亚东;李榕生;干宁;杨欣;李天华5.基于纳米磁珠修饰印刷电极的牛奶中三聚氰胺检测安培免疫传感器 [J], 干宁;王峰;王鲁雁;李天华;杨欣因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

38酶电极中酶固定化方法研究进展孔维琴 陈志伟（山东理工大学 化学工程学院，中国 淄博 255049）摘要 酶电极是最常用也是最早开发的生物传感器，而固定化酶作为酶电极的关键也得到了广泛的关注。

本文介绍了酶电极及固定化酶的特点，重点讨论了制作酶电极的关键技术即酶固定化的方法，包括吸附法、包埋法、共价键合法和交联法等传统方法和静电纺丝法、纳米技术处理等一些新型的固定化方法，并进一步探讨了各种固定化方法的优缺点。

关键词 酶电极，固定化酶，研究进展作者简介：孔维琴（1986-），女，硕士研究生，应用化学。

E-mail:kongweiqin1986@通信作者：陈志伟（1972-），男，教授，主要从事生物化学及分析测试方面的研究。

E-mail:12chen@引言酶电极是指将活性物质酶固定在电极表面，探测电流型或电位型催化反应信号。

酶电极是最常用也是最早开发的生物传感器。

早在1962年Clark [1]等人将酶片和电极结合起来，产生了酶电极的雏形，并在1967年由Updike和HickS [2]用聚丙烯酰胺凝胶固定葡萄糖氧化酶（GOD）成膜和氧电极组装在一起，制成了第一种生物传感器，即葡萄糖酶电极生物传感器。

因为酶与电化学电极的匹配很容易，所以对酶电极的研究最成熟。

到目前为止，酶电极被广泛应用于食品[3]、医药、化学分析、环境监测甚至军事等领域，中国专利CN 1452717A（2003）还公开了利用酶电极测定三磷酸腺苷（ATP）浓度的方法[4]。

酶是一类具有催化功能的活性物质，和化学催化剂相比，具有反应速度快、选择性好、反应条件温和、底物专一性强、可在水溶液和中性pH下操作等优点，同时酶本身可以被微生物降解，符合绿色化学的要求。

但是游离酶也有对外界因素非常敏感容易失活、不易分离和纯化等问题。

为了克服这些缺点，酶固定化技术应运而生。

酶的固定化是用一定的材料将活性酶束缚或限制于一定的区域内，但仍能进行酶所特有的催化反应，并可回收及重复使用的一种新技术。

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]。

0引言水和食品中细菌的检测,特别是致病性细菌的检测,对于控制传染病、保护环境卫生和人民群众身体健康都有着重要的意义。

在水和食品中传播的各种致病性细菌中,大肠杆菌是最为普遍的一种。

它是人及各种动物肠道中的常居菌,常随粪便从人及动物体内排出,广泛散播于自然界。

人体感染了部分大肠杆菌可引起腹膜炎、出血性肠炎、胆囊炎、阑尾炎和尿道炎等疾病,严重者甚至死亡[1~2]。

在卫生质量的评价和控制中,通常采用大肠杆菌作为指示菌,利用对指示菌的检测和控制来了解水体或食品等的受污染状况,从而评价其质量以保证卫生安全。

大肠杆菌的传统检测方法包括多管发酵法和滤膜法等,存在操作繁琐、检测时间长(一般需要1~2天才能得到结果等缺点,难以满足污染源快速诊断的需要。

近年来,许多基于不同检测原理的方法已得到长足的发展,比如聚合酶链反应[3~5]、免疫学检测[6~7]、质谱测定[8]、光学测定[9~10]等等。

与传统方法相比,这些方法具有一定的优势,但所需的检测时间仍然较长。

因此,建电化学/生物传感器快速检测大肠杆菌的研究进展程欲晓,金利通*(华东师范大学化学系,上海200062摘要:大肠杆菌广泛分布于自然界中,通常被用来作为水体系统排泄物污染情况的指示菌。

它是大面积食物中毒的主要原因之一,严重感染者会引发败血症、肾功能衰竭等危及生命的并发症。

电化学/生物传感器具有独特的优势,如能在浑浊溶液中操作、选择性好、灵敏度高、检测速度快等,因此在临床检测、环境保护和食品安全等领域得到了广泛应用。

该文主要对电化学/生物传感器快速检测大肠杆菌的研究进展进行了简要的综述。

关键词:大肠杆菌;电化学/生物传感器;快速检测Development of rapid detection of escherichia coli byelectrochemical sensor and biosensorCheng Yu -xiao,Jin Li -tong *(Department of Chemistry,East China Normal University,Shanghai 200062,ChinaAbstract:Escherichia coli (E.coli,spreading abroad in natural environment,are commonly used as indicators of fecal contamination in water environments.They are one of the major causes of food-borne outbreaks and can pro -duce life -threatening complications ranging from blood diarrhea to renal failure.Electrochemical sensors and biosensors have more advantages than other methods in that they can operate in turbid media and have good selec -tivity and high sensitivity.Therefore,they are applied widely in clinic diagnostics,environmental protection and food sanitation.This paper reviews briefly the recent development of rapid detection of E.coli by electrochemical sensors and biosensors.Key words:escherichia coli;electrochemical sensor and biosensors;rapid detection 基金项目:上海市科委No.06dz05824资助项目*通讯联系人,E-mail:ltjin@ .cnVol.29,No.1Mar .2009化学传感器CHEMICALSENSORS第29卷第1期2009年3月立快速检测大肠杆菌的新方法成为环境监测和食品卫生领域专家和学者的一个巨大挑战。

纳米酶及其在生物医学检测领域的研究进展摘要：天然酶属于高度特意性的一种生物催化剂，能够进行选择性的催化相应反应进而可以完成识别以及监测的基本目的。

但是，天然酶实际制备的成本比较高，比较容易失去原有活性，进而会限制实际的运用。

纳米酶属于一类具备类酶活性的纳米级材料，能够通过无机材料实际的催化活性来真正实现模拟酶的放生催化基本功能，实际运用范围比较广泛。

关键词：纳米酶；生物医学；检测领域酶催化反应主要就是指当作催化剂参与分子转化的基本反应，因为自身具备高效的催化特点，针对底物高度的选择特异性等等基本特点，被十分广泛地运用在工业以及医药等相关领域之内。

很多天然酶都是通过蛋白质进行构成，少数由RNA分子所构成，在实际运用的时候比较容易因为环境以及温度等因素而受到影响，最终使其丧失掉酶的活性。

近些年来，更多的研究人员已经展开了关于纳米酶的种类和实际运用研究。

基于此，本文主要针对纳米酶及其在生物医学检测领域的研究进展展开以下有关分析和研究，希望具有一定借鉴意义。

一、纳米酶的种类（一）金属氧化物类纳米酶Fe3O4纳米离子是收割被发现的金属氧化物纳米酶。

实际材料自身具备类POD活性，在H2O2实际存在之下，会使得无色底物实际颜色出现变化，比如3，3’，5’，5’-四甲基联苯胺(TMB)、邻苯二胺（oPD）等等。

反应动力学的相关研究显示，Fe3O4纳米酶催化之时符合酶催化的相关反应，就是底物以及产物进行交替和酶之间进行结合以及释放，酶在原始状态以及改变的状态之前进行来回转化。

依照相关数据显示，和辣根过氧化物酶（HRP）进行比较，Fe3O4针对TMB的实际亲和力更好。

另外，金属氧化物比如CeO2、Co3O4以及CuO等等都具备类酶活性[1]。

（二）贵金属纳米材料类纳米酶贵金属包含Au、Ag、Pd等等，在不同的环境条件之下，实际所表现出来的是不同种类的酶活性。

贵金属材料自身表面没有配位原子当作没反应的活性中心。

在不同的环境条件之下，贵金属会呈现出OXD、POD、CAT以及SOD等等相应活性。

陈冬梅 伊犁州食品药品检验所碳纳米管技术在食品安全检测中的应用进展简化步骤。

碳纳米管技术在食品安全检测中的应用食品添加剂。

在相同条件下，物理碳纳米管与化学碳纳米管更容易被氧化和切断，长径过长的碳纳米管的力学性能和电学性能比较差。

在对瘦肉精进行检测时可以使用差分脉冲伏安和循环伏安法检测免疫系统，当瘦肉精的单克隆抗体存在时，峰电流降低，检测限为０．３２ｎｇ／ｍＬ。

物理碳纳米管可以结合分子印记膜修饰死亡印刷电极植被成生物传感器，直接用来检测猪尿液中含有的克伦特罗是否达标，在源头上监督和控制肉质制品的质量。

有机农药残留检测。

在世界范围内的农业生产中，有机磷类农药使用比较广泛。

有机磷类农药中有与神经毒性气体梭曼和沙林相似的结构，有机农药应用在人和昆虫的中枢神经系统中会造成神经递质乙酰胆碱堆积在一起，干扰肌组织反应使体内器官出现痉挛，严重的致死。

对食品残留的有机农药进行检测，将乙酰碱酯酶固定在碳纳米管的表面，制成生物传感器检测食品内的有机农药残留。

微型仪器的信号传输线路比较微小，在设计传感器时难度比较大。

大多数的农药残留是微量的，使用生物传感器的电催化活性在使得低电势可被检测到，电极上的树突状结构与纳米颗粒和碳纳米管技术相似，都有利于提高共轭酶的稳定性，在最快、最大范围内检测到有机农药残留物质。

　兽药。

目前，市场上有很多廉价、稳定、大量用于防止家禽传染疾病的兽药，兽药对人体有很大的毒副作用。

国家相关部门对兽药的使用作出了相关的规定和限制，使用ＧＣ、ＨＰＬＣ和免疫试纸等方法对兽药进行检测和控制。

在乙二醇中通过物理碳纳米管和原位高温分解将磁性纳米颗粒结合于多壁碳纳米管表面形成复合材料对血浆样品进行检测。

将碳纳米管作为固相，联合ＨＰＬＣ／ＭＳ仪器设备对兽药在食品中的残留情况进行检验。

碳纳米管技术在食品安全检测中具有很好的应用前景，但是由于碳纳米管技术的本质缺陷，在没有修饰的情况下很难溶于容积中，在使用的过程还存在着些许的不足，需要技术研发人员对碳纳米管技术做进一步的改进和完善。

碳纳米管-D N A生物传感器的性能及其对对苯二酚的检测。

李泽全1，李静1，张云怀1，张怀1，肖鹏2，乔雷1(1重庆大学化学化工学院，重庆400030；2重庆大学数理学院，重庆400030)摘要通过自组装方法将羧基修饰的多壁碳纳米管(M W N T s)和氨基D N A通过酰胺键组装在Pt电极表面，制备M W N Ts—D N A生物传感器。

用场发射扫描电镜和傅立叶红外谱对此生物传感器的形貌和结构进行了检测；并以铁氰化钾为指示剂，用循环伏安法研究了此生物传感器的电化学行为，说明所制备的M W N Ts—D N A生物传感器具有良好的稳定性与准可逆性。

通过循环伏安法和紫外光谱法对对苯二酚的检测，推断出在D N A杂交过程中，对苯二酚与其以Ⅱ_Ⅱ化学键和静电结合为主。

关键词碳纳米管D N A生物传感器对苯二酚循环伏安法P r oper t y of B i ose nsor f or C ar bon N anot ubes and D N A a nd D et ec t i on of H ydr oqui none L I Z equanl，L I J i n91，Z H A N G Y unhuai l，Z H A N G H uai l，X I A O Pen92，Q I A O Lei l (1C o l l ege of C he m i s t ry and C he m i c al E ngi ne e r i ng，C hongqi ng U ni ver s i t y，C hongqi ng400030；2C o l l ege of M at h em at i cs&Phys i cs，C hongq i ng U ni ver s i t y，C hongqi ng400030)A bs t ract T h e ca r boxyl m odi f i e d m ul t i—w al l ed c ar bon nanot ube(M W N Ts)a nd N H2一D N A ar e a ss e m bl e d o nPt el ect r ode sur f ace vi a c arboxyl-am i ne coup l i ng．r espect i vel y。

碳纳米管的研究进展及应用一引言1.1 纳米材料纳米材料是近年来受到人们极大关注的新型领域，纳米材料的概念形成于20世纪80年代，在上世纪90年代初期取得较大的发展。

广义地说，纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料[1]。

当小粒子尺寸加入纳米量级时，其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。

纳米材料具有四大特点: 尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子比例大。

从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性，使纳米材料在国防、电子、化工、催化剂、医药等各种领域具有重要的应用价值。

1.2 碳纳米管碳是自然界分布非常普遍的一种元素。

碳元素的最大的特点之一就是存在多种同素异形体，形成许许多多的结构和性质完全不同的屋子。

长期以来，人们一直以为碳的晶体只有两种：石墨和金刚石。

直到1985年，英国科学家Kroto 和美国科学家Smalley在研究激光蒸发石墨电极时发现了碳的第三种晶体形式C60[2]，从此开启了人类认识碳的新阶段。

1991年，日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛（Iijima）发现了多壁碳纳米管（MultiWalled Carbon Nanotubes ，MWNTs），直径为4-30nm，长度为1um。

，最初称之为“Graphite tubular”。

1993年单壁碳纳米管也被发现（Single-Walled Carbon Nanotubes ，SWNTs），直径从0.4nm到3-4nm，长度可达几微米。

碳纳米管（CNT）[3]又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。

它是由单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空的“微管”，每层由一个碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的六边形组成的圆柱面。

科学实践摘要：碳纳米管的发现是碳团簇领域的又一重大科研成果，本文探讨了碳纳米管的结构、特性、活化方法，评述了这种纳米尺寸的新型碳材料在电化学器件、氢气存储、场发射装置、碳纳米管场效应晶体管、催化剂载体、碳纳米管修饰电极领域的应用价值，展望了碳纳米管的介入对全球性物理、化学及材料等学科界所带来的美好前景。

关键词：碳纳米管结构性质应用1碳纳米管的发现1991年，日本NEC科学家Iijima在制取C60的阴极结疤中首次采用高分辨隧道电子显微镜(HRTEM)发现一种外径为515nm、内径213nm、仅由两层同轴类石墨圆柱面叠合而成的碳结构。

进一步的分析表明，这种管完全由碳原子构成，并看成是由单层石墨六角网面以其上某一方向为轴，卷曲360°而形成的无缝中空管。

相邻管子之间的距离约为0.34nm，与石墨中碳原子层与层之间的距离0.335nm 相近，所以这种结构一般被称为碳纳米管，这是继C60之后发现的碳的又一同素异形体，是碳团簇领域的又一重大科研成果[1]。

2碳纳米管的结构碳纳米管（CNT）又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。

它是由单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空的“微管”，每层由一个碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的六边形组成的圆柱面。

根据形成条件的不同，碳纳米管存在多壁碳纳米管(MWNTs)和单壁碳纳米管(SWNTs)两种形式。

MWNTs一般由几层到几十层石墨片同轴卷绕构成，层间间距为0.34nm左右，其典型的直径和长度分别为2-30nm0.1-50μm.SWNTs由单层石墨片同轴卷绕构成，其侧面由碳原子六边形排列组成，两端由碳原子的五边形封顶。

管径一般从10-20nm，长度一般可达数十微米，甚至长达20cm[2]。

3碳纳米管的活化一般认为，在碳纳米管表面引入一些电活性基团，经过活化才能有较好的电化学响应。

碳纳米管的制备与应用研究进展碳纳米管是一种高度可控的新材料，具有优异的力学性能、导电性能和热导性能。

它有很多广泛的应用，例如纳米电子学、光电储存、传感器、复合材料等。

在制备和应用方面，碳纳米管的研究一直是材料科学领域的热点之一。

本文将介绍碳纳米管的制备方法和应用研究进展。

1.碳纳米管的制备方法碳纳米管的制备方法主要包括两种：单壁碳纳米管的制备和多壁碳纳米管的制备。

单壁碳纳米管可以使用化学气相沉积、电弧法和激光热解法等方法制备。

而多壁碳纳米管的制备可以使用等离子化学气相沉积、化学气相沉积、化学气相氧化还原法、高压水热法等方法制备。

其中，等离子化学气相沉积法被认为是制备高质量碳纳米管的一种有效方法。

在这种方法中，金属催化剂和加热源被放置在石英管中，通过气相反应制备碳纳米管。

这种方法可以获得高质量的碳纳米管，但成本较高。

化学气相沉积法则常被用于制备大面积单壁碳纳米管膜，在这种方法中碳源物质被分解，然后在合适的条件下聚合形成碳纳米管。

这种方法具有制备面积大的优点，但制备的碳纳米管不稳定。

高压水热法则在保持碳纳米管晶格结构高度连续和高可控性方面具有很大的潜力。

2.碳纳米管的应用研究进展（1）纳米电子学碳纳米管在纳米电子学领域的应用研究进展非常迅速。

由于其极小的尺寸和优异的电学性能，碳纳米管被认为是一种理想的纳米电子元器件。

由于单壁碳纳米管比多壁碳纳米管的电学性能更加优良，所以在纳米电子学领域，单壁碳纳米管得到了更多的关注。

碳纳米管晶体管在纳米电子学中是一个重要的应用领域。

它们由一个金属电极、一个半导体电极和一个碳纳米管电极组成，可以用于制作高效的电荷传输装置。

然而，碳纳米管晶体管也存在许多问题，例如金属/碳纳米管接触的电阻、电极标记位置不一致、多个管子强耦合等。

（2）传感器碳纳米管在传感器中的应用也具有很大的发展前景。

由于碳纳米管的高表面积、高强度和优异的电学性能，碳纳米管传感器能够快速、灵敏地检测各种化合物。

几种常用的纳米材料在电化学生物传感器中的应用姚惠琴;黄珊;甘倩倩【摘要】基于纳米材料独特的物理和化学性质,使其构建的电化学生物传感器在线性范围、检测限、响应时间等方面均表现出良好的性能,已成为发展新型电化学生物传感器的研究热点.该文主要介绍了几种常用的纳米材料如碳纳米管、石墨烯、金纳米在电化学生物传感器中的应用,并对其应用前景进行了展望.【期刊名称】《化学传感器》【年(卷),期】2016(036)001【总页数】7页(P10-16)【关键词】纳米材料;生物传感器;应用【作者】姚惠琴;黄珊;甘倩倩【作者单位】宁夏医科大学药学院,宁夏银川750004;宁夏医科大学药学院,宁夏银川750004;宁夏医科大学药学院,宁夏银川750004【正文语种】中文纳米材料是指其在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围（1～100 nm）或由它们作为基本结构单元所构成的材料，正是由于这一尺寸的特殊，使得其具有优异的物理化学特性、量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。

自从1984年被德国的物理学家Gleiter［1］发现，研究者们就对其产生了浓厚的兴趣，目前纳米材料已经深入到各个不同的科学领域，并成为近年来科学界的研究热点。

纳米材料除了拥有特殊的五种基本功能特性外，还具有非常特殊的化学反应性质、光电性质、催化性质、光电化学性质、特殊的物理机械性质和化学反应动力学性质［2］。

用纳米材料制成的电化学生物传感器有许多优异的性能，例如检测灵敏度更高、体积更小和可靠性更好等。

一些纳米材料如铂纳米粒子、石墨烯、金纳米粒子、钯纳米粒子被证实对于特定的底物有良好的催化活性，将这些纳米粒子作为传感器的固载物质或者标记物在提高生物传感器的响应性能方面有很大的帮助［3］。

纳米材料这些特殊的性质使其在电化学生物传感器的构建和发展中占据非常重要的地位。

该文将对纳米材料及电化学生物传感器进行概述，并介绍几种常见的纳米材料及其在电化学生物传感器中的应用。

纳米材料在生物传感器研制中的应用引言：生物传感器是一种可以感知、检测生物分子、细胞或生物体特征的装置。

它可以在医疗设备、环境监测、食品安全等领域发挥重要作用。

近年来，纳米技术的迅猛发展为生物传感器的研制提供了新的可能。

纳米材料具有独特的物理、化学和生物学特性，使其成为生物传感器的理想材料。

本文将重点讨论纳米材料在生物传感器研制中的应用，并探讨其优势和展望。

一、纳米材料在生物传感器中的应用种类1. 金属纳米颗粒金属纳米颗粒是一类尺寸在纳米级别的金属粒子，例如银、金、铜等。

由于其特殊的光学、电学和化学性质，金属纳米颗粒在生物传感器中具有广泛应用。

比如，金纳米颗粒可以通过表面等离子共振现象实现对生物分子的检测。

将金纳米颗粒修饰在传感器表面，当目标生物分子与金纳米颗粒结合时，纳米颗粒的表面等离子共振峰位发生变化，从而实现对目标生物分子的灵敏检测。

2. 量子点量子点是一种尺寸在纳米级别的半导体晶体颗粒，具有独特的光学性质。

由于其尺寸能量效应，量子点可以发射特定波长的荧光信号。

在生物传感器中，量子点可以被修饰在传感器表面，并与生物分子发生特异性的识别和结合。

通过控制量子点的尺寸，可以实现多分子同步检测和多通道信号获取。

3. 碳纳米管碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米材料，具有优异的电导性、力学强度和生物相容性。

碳纳米管在生物传感器中被广泛应用于电化学检测、荧光标记和分子识别等方面。

它们可以作为传感器电极、荧光探针和分子载体等功能单元来实现对生物分子的高灵敏检测。

二、纳米材料在生物传感器研制中的优势1. 增强传感器响应灵敏性由于纳米材料的高比表面积和尺寸效应，纳米材料在生物传感器中能够提供更多的活性位点和增强的光学、电学性质，从而增加传感器的响应灵敏性。

与传统材料相比，纳米材料可以大大降低传感器检测的最低限度，使其能够实现更高的灵敏度，可以检测到低浓度的目标生物分子。

2. 增强传感器选择性纳米材料在生物传感器中的应用不仅可以增强灵敏度，还可以提高传感器的选择性。