花状石墨烯/Ta电极生物传感器研究

作     者：高德兰 

作者单位：天津理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨保和

授予年度：2017年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：石墨烯 化学气相沉积 电化学生物传感器 生物分子 亚硝酸盐 DNA碱基 

摘      要：石墨烯是单原子层厚的二维晶体结构,与常规的一维纳米材料相比,不仅表面积大,还具有卓越的电子迁移率和生物兼容性。此外,化学气相沉积(CVD)法制备的石墨烯电极相比其他方法,导电性更高,缺陷更少,稳定性更强,寿命更长。而这些特点对电化学生物传感器的应用至关重要。本文采用CVD法制备了花状石墨烯/Ta电极,这种三维石墨烯传感电极展示了良好的电催化活性。垂直生长的花状石墨烯纳米片拥有丰富的催化位点,这些催化位点促进了花状石墨烯电极对小分子的吸附和分离,提高了石墨烯的电子传输能力,有效地增强了石墨烯对小分子响应的电信号。本文提出的花状石墨烯电极在电化学生物传感器方面的应用包含以下两个方面:(1)CVD法石墨烯作为一个电化学传感电极同时检测体血清中的抗坏血酸(AA)、多巴胺(DA)、尿酸(UA)、色氨酸(Trp)和亚硝酸盐(NO2-)。石墨烯/Ta丝电极展现了高的灵敏度和选择性,AA、DA、UA、Trp和NO2-的检测限分别达到了1.58、0.06、0.09、0.10和6.45μM(S/N=3)。这表明CVD法石墨烯电极可以应用于高灵敏生物传感器,以检测人体血清中的这五种物质。(2)采用花状石墨烯纳米片敏感检测生物分子和DNA碱基。选择最优石墨烯电极,以多巴胺(DA)、尿酸(UA)、鸟嘌呤(G)和腺嘌呤(A)为样品,发展了一种对这四种物质同时检测的新方法,意味着本文提出的三维CVD石墨烯电极在电化学传感应用领域里前景光明。本文创新点:(1)采取花状石墨烯电极/Ta丝,对血清中的抗坏血酸(AA)、多巴胺(DA)、尿酸(UA)、色氨酸(Trp)和亚硝酸盐(NO2-)五种物质的同时检测,尚未见报道。(2)采取DC Arc Plasma Jet CVD法,在石墨烯衬底上多次生长石墨烯,制备花状石墨烯电极,用以同时检测共轭脱氧核糖核酸(DNA)碱基如鸟嘌呤(G)和腺嘌呤(A),多巴胺(DA)和尿酸(UA)四种物质,尚未见报道。