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高性能无酶生物传感复合材料的绿色合成获进展

2012.7.13

　　可用于生物传感的材料必须具备如下条件：响应灵敏;很好的稳定性;比较大的检测范围以及较低检测限;对被检测物质具有较好的选择性。过氧化氢不仅是一类含活性氧物质，也是生物体内许多酶(包括葡萄糖氧化酶、胆固醇氧化酶、尿酸、醇氧化酶、半乳糖氧化酶、肌氨酸氧化酶、L-氨基酸氧化酶等)氧化后的副产物，因此发展一种有效的生物传感器用于检测过氧化氢显得十分重要。在生物传感器中，无酶的生物传感价格低廉并且具有较好的稳定性能，因此制备一种同时具有较低的检测限和较宽的线性检测范围的无酶生物传感器具有重大的意义。

　　考虑到石墨烯具有非常大的比表面积、良好的导电性能及很好的化学稳定性，在超敏生物传感器中有很大的应用前景;另外，贵金属纳米粒子具有很好的电学、光学、磁学性质及催化活性，中科院过程工程研究所科研人员在材料设计的基础上，采用绿色光电催化剂杂多酸([PW12O40]3- (PW12))同时作为还原剂、包覆剂与桥接剂，制备石墨烯上负载金纳米粒子的三元复合材料，并研究了它们作为过氧化氢无酶生物传感器的应用。

　　研究团队最近曾首次报道过采用PW12同时作为还原剂、包覆剂与桥接剂制备碳纳米管上修饰贵金属纳米粒子的三元复合材料，并发现它们具有很好的光电催化活性(J. Mater. Chem. 2011, 21, 2282;Carbon 2011, 49, 1906;J. Mater. Chem. 2011, 21, 14917)。最新研究在此工作的基础上，进一步制备了金纳米粒子、杂多酸与石墨烯的三元杂合材料。通过调节杂多酸与金属离子的浓度，可以制备石墨烯上不同金负载率的复合材料。透射电镜分析发现，石墨烯表面附着的金纳米粒子分散均匀并且颗粒大小很均一。XRD、XPS与拉曼光谱分析进一步证明了研究团队制备出了相应的三元杂合材料。

　　本反应的一个显著优点是避免了有机模板分子与表面活性剂的引入，能有效的增强材料的导电性与电催化活性。研究发现，此三元材料对过氧化氢的无酶生物传感检测限达到1.33×10-6 M，线性检测范围为 5.0×10-6-1.8×10-2 M，同时满足具有较低的检测限和较宽的线性检测范围，是目前报道的含金的过氧化氢无酶生物传感器中最好的材料。通过进一步的研究发现，此材料的优异催化性能主要来源于金纳米粒子与石墨烯的协同作用。

　　该研究得到了中科院过程工程研究所百人计划与国家自然科学基金(21071146，51002155)的资助。相关研究结果已经发表在Small(2012, 8, 1398-1406)上，得到审稿人的高度评价。