壳聚糖剥离石墨烯及生物传感器的构建

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石墨烯为二维片状结构,具有较大的比表面积和异常的电学性能,在生物医学和生物技术领域的应用研究引起了极大的关注。目前关于氧化石墨烯(GO)和还原石墨烯(RGO)的研究虽然取得了很大的进展,但依然存在一个非常严重的问题,即在制备过程中,石墨烯原始结构遭受氧化破坏,使其丧失独有的特性,限制了它在实际中的进一步应用。本论文利用天然高分子壳聚糖作为稳定剂,在水溶液中直接剥离石墨,成功制备了结构完整的原始石墨烯,并用于构建传感器,主要研究结果如下:  1.在壳聚糖的乙酸水溶液中,石墨经超声处理被剥离制备成壳聚糖稳定的石墨烯。形貌与结构的表征结果表明所得石墨烯几乎没有任何氧化缺陷,尺寸范围为200~500nm,表面较为平整,单层厚度为0.997 nm;  2.石墨烯制备过程中,壳聚糖的最佳浓度为0.2 mg mL-1;最佳超声时间为40 h;测得石墨烯的浓度为0.123 mg mL-1,消光系数α<266>=1678 mL mg-1 m-1;石墨烯分散液在pH2~4的范围内具有较好的稳定性,其中在pH4时分散性最好,而且具有一定的pH响应性能,通过调节分散液的pH可以使其发生可逆聚集(从pH4到9或反之);最后探讨了壳聚糖剥离石墨制备石墨烯的机理;  3.所制备的石墨烯具备类过氧化氢酶催化活性,其最稳定pH为4,最适活性温度为42℃;动力学催化实验表明它的催化活性是相同浓度GO的45倍,RGO的4倍;电化学实验结果证明其良好的催化活性源于较高的导电性;利用所制备的石墨烯检测不同水样中过氧化氢的含量,结果表明其具有较高的灵敏度,准确度和精确度;  4.石墨烯修饰电极对多巴胺(DA)与抗坏血酸(AA)的电化学氧化行为均为吸附-脱吸附控制。经石墨烯-壳聚糖修饰的电极对单一DA的电化学氧化表现出很好的的电化学活性,但由于壳聚糖的存在而不能实现DA的选择性识别。利用丙稀酸代替壳聚糖,得到丙烯酸溶液分散的石墨烯,经石墨烯-丙烯酸分散液修饰的电极可以实现DA的选择性检测,DA最低检测限为8.3 nM。
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