新型多孔石墨烯复合材料传感界面的构建及对活细胞释放过氧化氢的检测

摘要

过氧化氢（H2O2）是生理环境中典型的活性氧代表，主要调节蛋白质合成、DNA损伤以及细胞凋亡等。检测H2O2在活细胞中的动态释放过程可以为病理诊断提供可靠的信息,因此是非常重要的。多孔石墨烯（PGN）是指在二维基面上具有纳米级孔隙的碳材料，它不仅保留了石墨烯优良的性质，而且相比惰性的石墨烯，孔的存在提高了物质运输效率、增大了比表面积、增多了活性位点，同时有效地防止了石墨烯的团聚，并且具有很好的吸附性能。这些优点使多孔石墨烯成为一种良好的负载基质，为生物传感器各种性能的提高创造了机遇。本文将多孔石墨烯分别与酶和金属纳米粒子相结合，构建了酶生物传感器与无酶传感器，并将这些传感器应用到了癌细胞释放H2O2的检测。主要研究内容如下：
　　（1）初步探索多孔石墨烯（PGN）的合成方法，通过银纳米粒子刻蚀制得PGN，对其进行一系列表征，证明PGN制备成功。然后将其与辣根过氧化酶（HRP）结合，制得酶生物传感器。电化学实验表明，HRP/PGN/GCE对H2O2的还原展现了良好的电催化性能，峰电流是裸电极的4.8倍。这是因为PGN大的比表面积和良好的生物相容性使其能够负载更多的酶，从而增大H2O2的响应。此外，我们还讨论了HRP/PGN/GCE对H2O2的还原反应催化机理；
　　（2）基于上一章的研究发现用银纳米粒子刻蚀制得多孔石墨烯是一种有效的方法，但从透射电镜（TEM）中看出其孔隙率很小。因此，本章通过改变表面活性剂，调控银纳米粒子与氧化石墨烯的配比，对制备方法进行改进，得到了孔隙率较大的多孔石墨烯。同样将PGN与HRP结合制得酶生物传感器。实验结果表明，该传感器对H2O2有优异的电催化活性，检测限低至0.0267nM，线性范围宽达7个数量级，优于其他H2O2传感器。最重要的是，由于多孔石墨烯的优异性能和辣根过氧化酶对H2O2良好的选择性催化，这种传感器成功用于活细胞H2O2的释放检测，得到了满意的结果；
　　（3）采用一步碳热还原法巧妙地将铂纳米粒子与多孔石墨烯结合，制得无酶电化学传感器。通过扫描电镜（SEM）观察到铂纳米粒子嵌入到了多孔石墨烯中，这种结构鲜有报道。实验结果表明，该传感器对H2O2有很好的检测效果，具有宽的线性范围（6.0×10-11～6.49×10-4mol/L），低的检测限（2.0×10-11mol/L）。PtNPs/PGN/GCE表现出如此优异的分析性能主要是由于孔结构可以促进电子的传递，铂纳米粒子可以催化H2O2的反应。最后，我们用这种传感器进一步探究了其在癌细胞检测中的应用,并考察了H2O2的释放动力学。

目录

西北师范大学研究生学位论文作者信息

1 绪论

1.1活性氧

1.2多孔石墨烯

1.3 本文研究思路及创新点

2利用银纳米粒子刻蚀制孔状石墨烯构建生物传感器

2.1 前言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 结论

3辣根过氧化酶/多孔石墨烯作为新型传感平台检测活细胞释放过氧化氢

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 结论

4 基于铂纳米粒子/多孔石墨烯构建的无酶传感器对活细胞释放过氧化氢的响应

4.1前言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 结论

参考文献

攻读硕士期间论文发表及科研情况

致谢