传感器的制备过程
石墨烯是单层碳原子紧密堆积形成的六方蜂巢状晶格结构的晶体，它独特的二维结构使其具有优异的电学、热学、力学及化学性质, 但石墨烯片层间存在较大的范德华力, 易发生堆积和聚集, 从而限制了它在许多方面的应用. 为了解决以上问题, 人们采用在石墨烯片层间掺入金等纳米粒子, 不仅有效地避免石墨烯片层因聚集而重新回到石墨晶体, 而且大大改善了石墨烯材料的电子传导性.
最近, 石墨烯/金复合材料在生物传感器中的应用受到广泛关注.目前, 石墨烯材料和酶的固定多采用物理吸附法.通常是先采用Hummer法合成氧化石墨, 再将氧化石墨超声分散在水中制成氧化石墨烯分散液, 然后与金属前驱体混合, 加入硼氢化钠等强还原剂使氧化石墨烯和金属前驱体原位还原制备出石墨烯/金属复合材料, 复合材料在稳定剂作用下重新分散于水以后滴涂于电极表面. 滴涂法耗时较多, 需要使用有毒化学试剂, 所得产品分散性差, 且涂层粗糙, 厚度难以精确控制, 导致材料的电催化性能下降. 最近, 研究人员提出了一种新的电化学方法. 将电极置入氧化石墨烯和氯金酸的混合溶液, 采用循环伏安扫描一次完成复合材料的制备和固定. 方法具有简单、快速和绿色等特点, 但由于氧化石墨与贵金属前驱体之间易发生氧化还原反应,混合溶液易变质, 从而使电极表面修饰层粗糙.
壳聚糖是一种生物质材料, 它优异的成膜能力常被用于物理吸附法中酶在电极表面的固定. 但这种物理吸附法所固定的酶易脱落, 生物传感器的稳定性和重现性难以满足实际工作对检测准确性的要求. 另外, 壳聚糖等非导电性材料的使用也会使电极的电化学响应的灵敏度下降. 为了解决这一问题, 人们尝试利用氧化石墨烯含有丰富羧基的特点, 以EDC/NHS为活化剂将酶共价键合在修饰电极表面, 但氧化石墨烯导电性差, 所制备的传感器分析性能并不理想.
江南大学化学与材料工程学院李在均等人将金电极依次放入氧化石墨(0.05mg/mL)和氯金酸(0.05 mmol/L)溶液中进行控制电位电解, 循环以上操作20 次后, 转移至2,5-二(2-噻吩)-1-对苯甲酸吡咯单体溶液采用循环伏安法进行电聚合形成含有羧基的导电高分子膜, 然后以1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)/N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)为活化剂将辣根过氧化物酶共价键合在修饰电极表面制备过氧化氢生物传感器. 研究表明, 交替电沉积得到的石墨烯/金纳米复合材料分散性好, 所制备的生物传感器对过氧化氢的氧化还原过程有显著的催化作用. 过氧化氢浓度在2～200 nmol/L之间传感器的电流响应与浓度呈线性关系, 相关系数(R2)为0.9996, 方法的检测限是0.67 nmol/L (S/N＝3), 灵敏度明显优于现有文献报道. 此外, 共价键合方式固定酶使传感器的稳定性和方法的重现性大大提高. 5 nmol/L的过氧化氢溶液测定20次, 相对标准偏差为1.2%. 在4℃下储藏3个月传感器电化学响应变化值少于3%. 该方法已成功应用于牛奶样品中痕量过氧化氢的测定.