基于石墨烯纖維構(gòu)建眼用無酶生物傳感器.pdf

1、本文對石墨烯纖維構(gòu)建眼用無酶生物傳感器進(jìn)行了研究。本研究分為四個部分：
　　第一章：石墨烯纖維/金納米粒子復(fù)合物的制備與表征。
　　目的：運(yùn)用簡單易行的方法，探索制備出生物毒性小、電催化性能高的石墨烯纖維材料，用以構(gòu)建眼用無酶電化學(xué)傳感器。
　　方法：利用改良的Hummers法制備得到分散性良好的氧化石墨烯（GO），并運(yùn)用原子力顯微鏡（AFM）、拉曼光譜（Raman）、紫外可見分光光度計(jì)（UV-vis） X射線光電子能

2、譜分析（XPS）、透射電子顯微鏡（TEM）等儀器對GO進(jìn)行表征；進(jìn)一步利用制備好的GO分散液通過一步水熱法還原得到機(jī)械性能佳、導(dǎo)電性良好的石墨烯纖維（GF），并利用掃描電子顯微鏡（SEM）、拉曼光譜（Raman）等儀器對GF進(jìn)行表征；利用合成好的GF制備出能用于電化學(xué)測試的工作電極，用電沉積的方法在GF上沉積金納米粒子（AuNPs），并對金納米粒子的電沉積時間進(jìn)行優(yōu)化，挑選出性能最優(yōu)的石墨烯纖維/金納米粒子復(fù)合物（GF/AuNPs），利

3、用SEM等儀器對其結(jié)構(gòu)表征，得到的產(chǎn)物直接用于構(gòu)建無酶生物傳感器。
　　結(jié)果：采用改良的Hummers法制備得到GO水分散性好，經(jīng)AFM表征顯示制得的GO片層較大，厚度為單原子層；由Raman表征顯示出石墨烯典型的D峰和G峰，由UV-vis表征顯示其在230 nm附近出現(xiàn)明顯的紫外吸收。由SEM表征結(jié)果證明GF為近似圓柱形，體積小，直徑為微米級別。具有良好的機(jī)械性能。通過電沉積法制備得到的GF/AuNPs，經(jīng)SEM/EDS表征顯示

4、出該化合物呈纖維狀，主要含有碳和金元素，具有大的比表面積。電化學(xué)表征顯示該化合物具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性，有望應(yīng)用于建構(gòu)眼科無酶電化學(xué)傳感。金納米粒子電沉積進(jìn)行時間優(yōu)化，結(jié)果顯示300 s為電沉積的最佳時間。
　　結(jié)論：制備出的石墨烯纖維/金納米粒子復(fù)合物，具有良好的機(jī)械性能、較大的比表面積和高導(dǎo)電性，有望用于構(gòu)建眼用無酶電化學(xué)傳感器。
　　第二章：基于石墨烯纖維構(gòu)建過氧化氫無酶電化學(xué)傳感器。
　　目的：基于石墨烯纖維構(gòu)建無酶

5、電化學(xué)傳感器對過氧化氫進(jìn)行識別。
　　方法：以0.05 M的磷酸緩沖溶液（PBS）為電解液，測試前需要在電解液中通 N2直至飽和，并在實(shí)驗(yàn)過程中全程保持 N2氣氛。采用三電極體系，以Ag/AgCl電極為參比電極，以鉑電極為對電極，以GF電極、GF/AuNPs電極作為工作電極，分別用循環(huán)伏安法測試和計(jì)時電流測試檢測過氧化氫，CV測試時電壓范圍為-0.5V~0.6V，掃描速率為0.05V/s。
　　結(jié)果：利用GF/AuNPs材料

6、構(gòu)建了用于直接測定過氧化氫的無酶電化學(xué)傳感器。CV結(jié)果證明GF/AuNPs電極對過氧化氫的識別性能優(yōu)于單純的GF電極。在具有生理活性的干擾物質(zhì)如抗壞血酸(AA)，尿酸(UA)，對乙酰氨基酚(AP)存在下，GF/Au NPs電極對過氧化氫的檢測仍然具有高度的靈敏性和選擇性，線性檢測的范圍為9.4μM~14 mM，檢測限為1.82μM。該傳感器具有選擇性高、檢測下限低等優(yōu)點(diǎn)。該傳感器制備方法簡單，避免了酶電極制作過程中需要固定化酶等步驟，體

7、積小，受環(huán)境因素影響少，靈敏度高（358μA·cm-2·mM-1）。而且，GF/AuNPs構(gòu)建的傳感器具有良好的重復(fù)性和重現(xiàn)性，可多次使用，能保持較高的對人工淚液樣品中的過氧化氫的電催化能力。
　　結(jié)論：基于石墨烯纖維材料構(gòu)建的無酶電化學(xué)傳感器，步驟少，方法簡單。檢測的線性范圍寬、具有檢測限低等優(yōu)點(diǎn)。具有高度的靈敏性和再現(xiàn)性，抗干擾能力強(qiáng)。
　　第三章：基于石墨烯纖維構(gòu)建葡萄糖無酶電化學(xué)傳感器。
　　目的：利用石墨烯纖

8、維構(gòu)建無酶電化學(xué)傳感器對葡萄糖進(jìn)行檢測。
　　方法：配制濃度為0.1 M、N2飽和的NaOH溶液作為電解液，并在實(shí)驗(yàn)全程保持N2氣氛。采用三電極體系，以Ag/AgCl電極為參比電極，以鉑電極為對電極，以GF電極、GF/AuNPs電極作為工作電極，分別進(jìn)行循環(huán)伏安法測試和計(jì)時電流測試，CV測試時電壓范圍為-0.6 V~0.6 V，掃描速率為0.1 V/s。
　　結(jié)果：利用 GF/AuNPs材料構(gòu)建了直接測定葡萄糖的無酶電化學(xué)傳

9、感器。CV結(jié)果證明GF/AuNPs電極對葡萄糖的選擇性能優(yōu)于單純的GF電極。在干擾物質(zhì)如抗壞血酸(AA)，尿酸(UA)，對乙酰氨基酚(AP)以及糖類等物質(zhì)存在下， GF/Au NPs電極對葡萄糖仍然顯示出明顯的響應(yīng)。對葡萄糖檢測的線性范圍為7.73μM~2.6 mM，檢測限為1.59μM。該傳感器具有選擇性高、檢測下限低等優(yōu)點(diǎn)。該傳感器制備過程中避免了制作酶電極需要固定化酶等步驟。GF/AuNPs電極體積小，對環(huán)境因素影響不敏感，具有靈

10、敏度高（750μA·cm-2·mM-1）、重現(xiàn)性及穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，可多次重復(fù)使用。
　　結(jié)論：使用石墨烯纖維材料構(gòu)建無酶電化學(xué)傳感器能夠靈敏、準(zhǔn)確的對葡萄糖進(jìn)行檢測，操作步驟簡單，檢測線性范圍較寬，而且具有檢測限低、再現(xiàn)性、穩(wěn)定性強(qiáng)以及抗干擾性能優(yōu)異等特點(diǎn)。
　　第四章：角膜接觸鏡式無酶電化學(xué)傳感器模型的構(gòu)建及其生物安全性評價。
　　目的：利用GF/AuNPs材料構(gòu)建一個角膜接觸鏡式無酶電化學(xué)傳感器模型，在兔眼上進(jìn)行試

11、戴，并對該模型材料的生物安全性進(jìn)行評價。
　　方法：開展細(xì)胞實(shí)驗(yàn)評估該傳感器模型的材料對人眼角膜上皮細(xì)胞的毒性，并以GF/AuNPs為材料，ERG角膜電極為模版，將GF/AuNPs材料貼合在角膜電極內(nèi)側(cè)的金箔上，構(gòu)建出角膜接觸鏡式無酶電化學(xué)傳感器。在兔眼上進(jìn)行試戴，從戴鏡前后的兔眼眼壓和角膜熒光素染色、前節(jié) OCT、角膜切片等方面來評估佩戴傳感器模型對兔眼的損傷。綜合以上實(shí)驗(yàn)評估該傳感器應(yīng)用于眼部是否可行。
　　結(jié)果：細(xì)胞實(shí)

12、驗(yàn)結(jié)果提示在GF/AuNPs材料濃度分別為25μg/mL、50μg/mL、100μg/mL、200μg/mL時人眼角膜上皮細(xì)胞的生長狀態(tài)無明顯影響，說明GF/AuNPs材料生物相容性佳、對人眼角膜上皮細(xì)胞毒性較低。將構(gòu)建出的角膜接觸鏡式傳感器模型在兔眼上試戴未對兔眼造成明顯損傷。戴鏡前后兔眼眼壓在正常范圍內(nèi)波動，并無明顯變化。裂隙燈、前節(jié)OCT圖像均證明戴鏡前后的兔眼角膜情況良好，未出現(xiàn)明顯損傷。
　　結(jié)論：利用ERG角膜電極接載