新型石墨烯生物传感器FLEX可加快蛋白质测定

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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浅析纳米材料在生物医学领域的应用方向与特性的论文纳米材料是结构单元尺寸小于100nm的晶体或非晶体。

以下所述纳米材料都具有三个共同的结构特点:1.纳米尺度的结构单元或特征维度尺寸在纳米数量级 (1-100nm) ;2.有大量的界面或自由表面;3.各纳米单元之间存在着或强或弱的相互作用。

由于这种结构上的特殊性, 使纳米材料具有一些独特的效应, 包括小尺寸效应、表面效应和界面效应等, 因而表现出许多优异的性能和全新的功能。

1984年GIeiter首次用惰性气体蒸发原位加热法制备成功具有清洁表面的纳米块材料并对其各种物性进行了系统研究。

从那时以来, 用各种方法所制备的人工纳米材料已多达数百种, 人们正广泛地探索新型纳米材料, 石墨烯、碳纳米管、碳点、碳纳米角迅速成为生物医学领域中的新星。

(1) 氧化石墨烯的特性石墨烯在生物医学领域的研究是近两年才开始的, 氧化石墨烯(或称石墨烯氧化物) 被应用的方面较为广泛。

氧化石墨烯 (GO) 是在石墨烯的基础上进一步氧化, 表面富含羟基、羧基、环氧树脂等官能团, 这些都称之为含氧活性集团, 因而具有较好的生物相容性和水性能, 比表面积高。

GO的表面活性羧基被酰胺化或酯化, 是一种与各种小有机分子、聚合物和生物酰胺相连接的生物活性分子, 生物相容性和功能化都得到了相应的提高。

除此之外, 良好的溶液稳定性也是其独特特性, 对提高中药和化学合成药物的疗效具有重要作用。

(2) 氧化石墨烯在生物医学中的应用(1) 氧化石墨烯作为生物载体材料。

因为其具有突出的药物负荷性能和优良的生物相容性, 较高载药率、靶向性药物传递等。

作为一种运载工具, 它不但能与DNA、抗体、蛋白质和其他大分子结合, 而且可以运载小分子。

起到了降低药物不良反应, 改善药物稳定性的作用。

作为一种递送载体, 其结构的特殊性使其具有一定的杀菌作用。

水溶液中氯霉素的稳定性低, 易于水解。

张雁雯等根据氯霉素和β-CD-GO分子间存在氢键作用, 将β-CD-GO作为氯霉素的运载体, 包封率达到115%, 经过了两项实验包括加速和长期稳定实验, 测定出了二醇物含量7.28%, 含量低于市面上所含的10.13%处方, 表明该药物载体体系能提高药物的稳定性, 改善氯霉素的生物利用度。

石墨烯基／金纳米复合材料制备及应用述评彭东来;张帅;张治红;何领好【摘要】Throughout research on graphene base /Au nano-composites at home and abroad,the main prep-aration methods were divided into liquid phase method and solid phase method.Among them,the liquid chemical reduction method wherewith simpleness and efficiency were adopted by the researchers.In bio-sensor application aspect,graphene base /Au nanoparticle composites were used for detection of heavy met-al ions and the target protein,etc.How to prepare in large scale high quality graphene with controllable structure,thickness and size,effectively control the size of nanoparticles thereby so as to enhance the dis-persion uniformity of nanoparticles on graphene sheets,and expand the application area of the graphene /Au nano-composites in biosensor are the urgent issues.%综观国内外对石墨烯基/金纳米复合材料的研究，其制备方法主要分为液相法和固相法，其中，液相化学还原法以其简单、高效而多为研究者所采用。

石墨烯的研究与应用综述一、石墨烯的结构与特性石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是最薄的二维材料，单层的厚度仅0.335nm。

石墨烯可塑性极大，是构建其他维数碳材料的基本单元，可以包裹成零维的富勒烯结构，卷曲成一维的碳纳米管，以及堆垛成三维的石墨等。

石墨烯的理论研究已有60多年的历史，但直至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，利用胶带剥离高定向石墨的方法获得真正能够独立存在的二维石墨烯晶体，二人因此荣获2010年诺贝尔物理学奖。

石墨烯具有一些奇特的物理特性：导电性极强：石墨烯中的电子没有质量，电子的运动速度能够达到光速的1/300，是世界上电阻率最小的材料。

良好的导热性：石墨烯的导热性能优于碳纳米管和金刚石，单层石墨烯的导热系数可达5300瓦/米水度，远高于金属中导热系数高的银、铜等。

极好的透光性：石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，并使所有光谱的光均匀地通过。

超高强度：石墨烯被证明是当代最牢固的材料，硬度比莫氏硬度10级的金刚石还高，却又拥有很好的韧性，可以弯曲。

超大比表面积：石墨烯拥有超大的比表面积(单位质量物料所具有的总面积)，这使得石墨烯成为潜力巨大的储能材料。

石墨烯特殊的结构形态，具备目前世界上最硬、最薄的特征，同时具有很强的韧性、导电性和导热性，这些极端特性使其拥有巨大发展空间，应用于电子、航天、光学、储能、生物医药、日常生活等大量领域。

二、石墨烯的制备方法石墨烯的制备方法主要有机械法和化学法2种。

机械法包括微机械分离法、取向附生法和加热碳化硅法；化学法包括外延生长法、化学气相沉积法与氧化石墨还原法。

微机械分离法是直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来，可获得高品质石墨烯，且成本低，但缺点是石墨烯薄片尺寸不易控制，不适合量产；取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯，石墨烯性能令人满意，但往往厚度不均匀；加热碳化硅法能可控地制备出单层或多层石墨烯，是一种新颖、对实现石墨烯的实际应用非常重要的制备方法，但制备大面积具有单一厚度的石墨烯比较困难。

纳米材料在电化学生物传感器中的应用(总12页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除纳米粒子在生物电化学传感器中的应用赖自成先进材料与纳米科技学院第一章电化学生物传感器概述电化学生物传感器的原理与分类目前为止，生物传感器中研究成果较多的是电化学生物传感器。

电化学生物传感器是以生物活性物质为敏感基元，以电化学电极为信号转换器，以电势、电流或电容为特征检测信号的生物传感器。

当待测物质(底物、辅酶、抗原抗体等)扩散进入固定化生物敏感层，经分子识别，发生生物化学反应，继而被相应的化学或物理换能器转换成可定量和处理的电信号，再经过二次仪表放大并输出，便可得到待测物浓度。

电化学生物传感器根据分子识别元件的不同，可分为酶电极传感器、电化学免疫传感器、组织电极与细胞器电极传感器、电化学DNA传感器等;按照换能器的不同可以分为电位型、电流型、电导型和电容型等电化学生物传感器。

生物组分的固定化要让生物组分作为传感器敏感膜使用，必须将具有分子识别能力的生物功能物质，如酶、抗原、抗体、细胞等，包藏或吸附于某种材料，形成一层敏感膜，这被称为生物组分的固定化。

因为生物组分的固定化即使决定着生物传感器的稳定性、选择性和灵敏度等主要性能，所有选择合适的方法对生物组分进行固定生物传感器的研究和开发中具有至关重要的作用，应满足一下几个条件首先固定后的生物识别分一子仍能够保持很好的活性其次固定化层应有良好的稳定性与耐受性，且能适应多种测试环境最后是生物膜与转换器必须紧密接触，这样有利于信号传输和转换。

经过近几十年的不断研究，已经建立了多种生物分子固定化方法，目前，被广泛使用的固定化技术主要有吸附法、交联法、包埋法、共价键合法、组合法和电化学聚合法等。

吸附法是通过物理吸附对生物分子进行固定，是一种较为简单、经济的方法。

而且可供选择的载体类型相对较多，操作条件温和，对生物分子活性影响较小，但生物分子与固体表面结合力较弱，容易导致固定化生物分子的泄漏或脱落，并且生物分子暴露在外，容易受到温度、、离子强度等环境因素的影响。

农业生产农业石墨烯应用方案第1章引言 (2)1.1 背景与意义 (2)1.2 石墨烯在农业领域的应用前景 (3)第2章石墨烯材料概述 (3)2.1 石墨烯的基本性质 (3)2.2 石墨烯的制备方法 (3)2.3 石墨烯的分类与改性 (4)第3章石墨烯在土壤改良中的应用 (4)3.1 土壤污染治理 (4)3.1.1 重金属污染治理 (4)3.1.2 有机污染物治理 (5)3.2 土壤保水保湿 (5)3.2.1 改善土壤结构 (5)3.2.2 增强土壤保水功能 (5)3.3 提高土壤肥力 (5)3.3.1 促进养分吸收 (5)3.3.2 调节土壤微生物群落 (5)3.3.3 提高土壤有机质含量 (5)第4章石墨烯在植物生长调控中的应用 (6)4.1 促进种子发芽 (6)4.2 提高植物光合作用效率 (6)4.3 增强植物抗逆性 (6)第5章石墨烯在农业生物技术中的应用 (6)5.1 转基因植物 (6)5.2 植物组织培养 (6)5.3 农业生物传感器 (7)第6章石墨烯在农业机械中的应用 (7)6.1 农业机械耐磨材料 (7)6.1.1 概述 (7)6.1.2 石墨烯耐磨材料在农业机械中的应用 (7)6.2 农业传感器 (7)6.2.1 概述 (7)6.2.2 石墨烯在农业传感器中的应用 (7)6.3 农业 (8)6.3.1 概述 (8)6.3.2 石墨烯在农业中的应用 (8)第7章石墨烯在农产品质量检测中的应用 (8)7.1 农药残留检测 (8)7.1.1 基于石墨烯的传感器的制备 (8)7.1.2 农药残留检测原理 (8)7.1.3 应用实例 (8)7.2 重金属检测 (9)7.2.1 石墨烯基重金属传感器制备 (9)7.2.2 重金属检测原理 (9)7.2.3 应用实例 (9)7.3 食品安全监测 (9)7.3.1 微生物检测 (9)7.3.2 营养成分分析 (9)7.3.3 应用实例 (9)第8章石墨烯在农业节水中的应用 (9)8.1 智能灌溉系统 (10)8.1.1 概述 (10)8.1.2 石墨烯传感器在智能灌溉中的应用 (10)8.1.3 石墨烯导电膜在智能灌溉中的应用 (10)8.2 土壤水分监测 (10)8.2.1 概述 (10)8.2.2 石墨烯土壤水分传感器 (10)8.2.3 石墨烯土壤水分监测网络 (10)8.3 农业水肥一体化 (10)8.3.1 概述 (10)8.3.2 石墨烯水肥一体化设备 (10)8.3.3 石墨烯传感器在农业水肥一体化中的应用 (11)8.3.4 石墨烯导电膜在农业水肥一体化中的应用 (11)第9章石墨烯在农业废弃物处理中的应用 (11)9.1 农业废弃物资源化利用 (11)9.1.1 石墨烯在农业废弃物资源化利用中的作用 (11)9.1.2 石墨烯在农业废弃物资源化利用中的应用实例 (11)9.2 生物炭制备 (11)9.2.1 石墨烯在生物炭制备中的作用 (11)9.2.2 石墨烯生物炭的制备方法 (12)9.3 污染物吸附与降解 (12)9.3.1 石墨烯生物炭对污染物的吸附功能 (12)9.3.2 石墨烯生物炭在污染物降解中的应用 (12)9.3.3 石墨烯生物炭在农业废弃物处理中的应用前景 (12)第10章石墨烯在农业可持续发展中的应用前景与挑战 (12)10.1 农业可持续发展的重要性 (12)10.2 石墨烯在农业可持续发展中的应用前景 (12)10.3 面临的挑战与解决方案 (13)第1章引言1.1 背景与意义全球经济的快速发展和人口增长的不断加剧，农业生产面临着巨大的压力。

基于新型纳米复合材料的电化学生物传感器的构建及应用电化学传感器和生物传感器因具有灵敏度高、选择性好、反应快速等优点，被广泛用于生物分析、环境监测、药物分析、食品安全检测等多个领域。

电极修饰材料是影响电化学生物传感器的传感性能的重要因素，其中石墨烯作为一类性能优良的碳纳米材料，在电化学传感器和生物传感器领域得到了大量的关注。

本论文基于石墨烯纳米材料与其他纳米材料及导电聚合物的协同作用，制备了一系列高催化活性的石墨烯基化学修饰电极，并将它们应用于电催化和生物传感领域。

主要工作如下：1.采用简便的一步电沉积法制备了聚邻菲啰啉/石墨烯复合纳米材料修饰电极，并实现了尿酸、黄嘌呤、次黄嘌呤和咖啡因的同时测定。

用循环伏安法研究了尿酸、黄嘌呤、次黄嘌呤和咖啡因在修饰电极上的电化学行为。

结果表明，聚邻菲啰啉/石墨烯纳米复合修饰电极对四种嘌呤衍生物具有较高的催化活性。

通过差分脉冲伏安法实现了四种嘌呤衍生物的高灵敏度测定，实验表明该修饰电极对四种嘌呤衍生物的测定具有较高的选择性、较宽的线性范围和较低的检测限。

聚邻菲啰啉/石墨烯纳米复合材料修饰电极用于测定人体血清和尿样中尿酸、黄嘌呤、次黄嘌呤和咖啡因的测定具有较高的回收率。

2.采用先滴涂后电沉积的方法制备了石墨烯/碳纳米管/聚茜素紫3B(GO/MWCNTs/AV-3B)化学修饰电极，并实现了对乙酰氨基酚、茶碱和咖啡因的同时测定。

用循环伏安法研究了对乙酰氨基酚、茶碱和咖啡因在GO/MWCNTs/AV-3B修饰电极上的电化学行为。

结果表明，该修饰电极对对乙酰氨基酚、茶碱和咖啡因的同时测定具有较高的催化活性。

通过差分脉冲伏安法实现了对乙酰氨基酚、茶碱和咖啡因的高灵敏度测定，结果表明该修饰电极对对乙酰氨基酚、茶碱和咖啡因的测定具有较高的选择性、较宽的线性范围和较低的检测限。

GO/MWCNTs/AV-3B化学修饰电极用于测定复方氨酚烷胺胶囊和人体血清中对乙酰氨基酚、茶碱和咖啡因具有较高的回收率。

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。

碳基生物传感器研究进展随着科技的不断发展，人类发明了许多能够帮助我们了解生命科学和环保问题的新型技术。

碳基生物传感器就是其中之一。

碳基生物传感器是人工合成的介电材料，通过对生物机理的研究，可以识别和检测出特定的生物成分，从而在环保和医学等领域发挥着重要的作用。

本文将介绍碳基生物传感器的研究进展及其应用前景。

一、碳基生物传感器的基本原理碳基生物传感器是一种现代化的生物传感器，通过模拟自然界中的生物免疫、生物酶等生物反应机制，使得其可以在特定生物成分的作用下产生电信号，实现对特定生物分子的检测。

选择合适的碳基材料，如碳纳米管、碳纤维、石墨烯等，通常用其作为电极或电阻器的基材，以便于测量表面特性和电学性质。

而碳基生物传感器与其他生物传感器的不同在于，其使用的材料有强大的分子识别特点，具有在环境和生命科学领域实现高精确度检测的潜力。

二、碳基生物传感器的研究进展目前，许多科学家通过对碳基生物传感器的研究，探索出了一系列使之具有生物检测功能的方法。

碳纳米管。

碳纳米管作为成熟的碳基生物传感器材料之一，具有优异的电导率、稳定性和免疫原性能。

在酸碱度测量、污染物检测等方面具有显著的优势。

石墨烯。

作为一种单层结构的超薄材料，石墨烯具有钻石一样完美的结构，因此其具有电子能级的特殊性质。

利用这些特性，可以实现对DNA、蛋白质以及其他生物分子的检测。

DNA镶嵌箔。

DNA镶嵌箔是一种生物传感器的设计，可以用于对DNA序列的确定，同时也用于检测其他生物成分如蛋白质等。

三、碳基生物传感器在环保方面的应用碳基生物传感器在环保方面的应用广泛。

这类传感器可以检测空气中的污染物、重金属离子、有毒气体和放射性物质等。

最近，一项由墨西哥科学家开发的碳基生物传感器能够快速检测从钻石蛋糕上释放出的有害物质，为环境保护工作增添了一份力量。

碳基生物传感器不仅可以检测空气中的污染物，也可以用于检测水中的有害物质，如汞、铅和铜等。

碳纳米管和石墨烯也是水处理领域的理想材料，可以过滤出水中的微小污染物，清除水中的有害物质。

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。

免疫生物传感器的研究与应用免疫生物传感器是一种用于检测生物分子的电化学传感器。

这种技术广泛应用于生物医学、生命科学、食品检测等领域。

它具有高灵敏度、高选择性和高稳定性等优点。

随着科技的进步和人们对健康的关注增强，免疫生物传感器的研究和应用也越来越受到重视和关注。

一、免疫生物传感器的优势免疫生物传感器的优势主要体现在以下几个方面：1、高灵敏度：光学技术和荧光技术都需要较高的信噪比才能检测到微弱信号，而免疫生物传感器可以检测到极低浓度的生物分子，如蛋白质、核酸等。

2、高选择性：免疫生物传感器通过特异性抗体/抗原识别目标生物分子和非目标分子之间的区别，因此具有高度的选择性。

3、快速性：免疫生物传感器的反应速度很快，可以快速检测样本中生物分子的含量。

4、实时性：免疫生物传感器可以实时检测样本中的生物分子含量，并及时反馈结果。

二、免疫生物传感器的研究进展1、纳米材料的应用：目前，常用的纳米材料包括金纳米颗粒、二氧化硅纳米粒子、石墨烯等。

这些纳米材料具有较大的比表面积和高的表面活性，可以增加免疫生物传感器的灵敏度和选择性。

2、新型信号产生器的应用：传统的免疫生物传感器主要基于电化学信号产生器，但是随着新型信号产生器的不断涌现，如荧光信号产生器、量子点等，免疫生物传感器的灵敏度和选择性也得到了显著提高。

3、智能免疫生物传感器的发展：传统的免疫生物传感器仅仅实现了生物分子的检测，随着物联网技术和人工智能的发展，智能免疫生物传感器也开始萌芽。

它可以通过传感器网络和云计算技术实时收集生命科学领域的重要数据，为生理学、药物研究和医学诊断提供高质量数据。

三、免疫生物传感器的应用前景1、临床医学领域：免疫生物传感器可以进行快速、准确的生物分子检测，具有强大的临床诊断作用。

例如，病毒感染、肿瘤标志物、免疫球蛋白等检测。

此外，免疫生物传感器还可以用于实时监测生理参数，如血糖、血压等。

2、食品安全检测：免疫生物传感器在食品安全检测方面也有着广泛的应用。

纳米生物传感器在新型冠状病毒检测中的应用2019新型冠状病毒（2019 novel coronavirus，2019-nCoV）是一种在世界范围内快速传播，具有极强传染性的新型冠状病毒［1］。

因而，快速而准确地早期诊断新型冠状病毒肺炎（COVID-19）尤其重要。

实时荧光逆转录-聚合酶链反应（reverse transcription quantitative polymerase chain reaction，RT-qPCR）是检测2019-nCoV RNA 的“金标准”和确诊2019-nCoV感染的重要病原学证据［2］，但该平台具有检测时间长、便携性差等缺点［3］。

纳米生物传感器是一种将纳米材料与生物传感技术相结合的新型生物检测平台。

近些年，石墨烯、碳纳米管（carbon nanotube，CNT）等纳米材料由于其独特性质，如比表面积高、微尺寸效应和宏观量子隧道效应等［4］，被广泛用于构建高性能纳米生物传感器。

目前，纳米生物传感器已被广泛应用于核酸［4］、蛋白质［5］、葡萄糖［6］、细菌［7］、病毒［8］等的高灵敏检测。

本文概述了纳米生物传感器的工作原理及分类，着重综述了近一年来所报道的各种纳米生物传感器在检测2019-nCoV中的应用。

一、纳米生物传感器的工作原理及分类纳米生物传感器是一种基于纳米技术和生物传感技术，对检测体系中待测物质的浓度或活性进行检测的电子装置。

纳米材料的尺寸既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，因而纳米材料呈现出常规材料不具备的优越性能［4］。

纳米生物传感器将纳米材料作为一种新型生物传感介质，与传统生物传感器相比，体积更小、分析速度更快。

纳米生物传感器通常由3部分构成，即感受器、换能器和检测器［9］。

感受器的主要功能是对靶标物质进行特异性捕获，如抗体对抗原的特异性捕获，受体对配体分子的特异性捕获等。

换能器（如各种电极、光敏管、场效应晶体管等），主要负责将感受器捕获到的特异性生物识别信息转化为易于检测的物理化学信号，如光信号、电信号等。