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石墨烯(GR)是一种只有单原子层厚度的纳米材料,因其具有稳定的二维平面结构而表现出多种优异的性能,因此一直是电子、催化、电池、化学和生物传感的方向工作者研究的热门对象。然而单层石墨烯间会发生团聚和堆叠现象,三维石墨烯(3DGR)不仅克服了单层石墨烯的以上缺点,在保持石墨烯纳米片的固有性质的同时,本身还具有独特的多孔结构,所以3DGR的各种应用性能都得到了提高。近年来3DGR复合材料引起了众多关注,由于各种材料在性能上能够取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于单一组成材料而满足不同的要求,这些特性使3DGR复合材料有广泛的应用。电化学生物传感器是以生物分子作为主要功能性元件,能够感受到特定的目标靶物质并按照一定规律将这种感知转换成可识别信号的器件或装置。修饰电极常作为电流型化学与生物传感器的换能器,是当前电化学传感器和生物传感器等方面的研究热点。本论文以多种纳米材料作为修饰剂,制备了4种石墨烯复合材料修饰电极和一种纳米碳修饰电极,并研究了生物活性物质在其表面的电化学行为。1.通过水热法合成石墨烯-氧化锌(GR-ZnO)纳米复合材料并进一步用作电极修饰。由于GR纳米片和ZnO纳米棒的协同作用使GR-ZnO纳米复合材料表现出许多独特的性质,如高导电性,大的比表面积和良好的生物相容性。将肌红蛋白(Mb)用壳聚糖(CTS)固定在电极表面制备生物传感器。光谱结果表明固定在GR-ZnO纳米复合材料上的Mb保持了原有的结构。CTS/Mb/GR-ZnO/CILE在pH 3.0磷酸盐缓冲溶液中的循环伏安曲线显示出一对准可逆的氧化还原峰,说明Mb在电极上实现了直接电化学。使用CTS/Mb/GR-ZnO/CILE作为工作电极,构建了一种新型第三代电化学生物传感器并且用于对三氯乙酸(TCA)进行了电化学检测应用。实验表明所建立的方法具有很多优点,例如高灵敏度、宽检测范围、低检测限、长期稳定性和良好重现性。2.以正己基吡啶六氟磷酸盐(HPPF6)为修饰剂制备的离子液体修饰碳糊电极(CILE)作为基底电极,将单壁碳纳米角(SWCNHs)和肌红蛋白(Mb)分别滴涂在CILE表面,进一步用壳聚糖(CTS)将上述物质固定在该电极表面构建一种电化学生物传感器(CTS/Mb/SWCNHs/CILE)。光谱实验结果表明蛋白质在SWCNHs中没有变性并保持了其天然构象。该修饰电极对三氯乙酸(TCA)和亚硝酸钠(NaNO2)均表现出较好的电催化作用,当TCA和NaNO2的浓度分别在0.9 mmol/L-51.0 mmol/L和0.04mmol/L-0.78 mmol/L之间时催化还原峰的电流值随浓度增加而线性增加,进而可用于相应底物的电化学传感分析。3.使用简单、有效而且环境友好的电化学还原法制备了三维石墨烯(3DGR)和纳米金(Au)复合材料,并将其用作离子液体碳糊电极(CILE)的修饰材料,将巯基乙酸(MAA)自组装在Au/3DGR/CILE表面用于探针ssDNA的固定,以亚甲基蓝(MB)作为电化学指示剂,将构建的电化学DNA传感器用于单核增生李斯特氏菌hly特征基因序列的检测。在高导电性和褶皱结构的3DGR表面电沉积了具有特殊树枝形貌的纳米金(Au),为MAA的自组装提供了更多的附着位点,从而增加了探针序列在电极表面的固载量。将构建的传感器用于特征基因片段的检测,在1.0×10-14-1.0×10-6mol/L的浓度范围内响应电流和目标序列的浓度有良好的线性关系,检测限为3.3×10-15mol/L。同时对变质的鱼肉中提取的单核增生李斯特氏菌DNA的PCR扩增产物进行了有效检测。4.将巯基石墨烯(TGR)与纳米金(Au)复合材料修饰在离子液体碳糊电极(CILE)表面制备一种电化学DNA生物传感器,并利用其对金黄色葡萄球菌nuc特征基因序列及其PCR扩增产物进行了检测。以亚甲基蓝(MB)作为电化学指示剂,采用循环伏安和电化学交流阻抗技术对不同修饰电极进行了电化学行为研究,结果表明TGR和纳米Au的存在可以提高电极表面的有效面积,进一步提高探针序列的固定量。示差脉冲伏安结果证明所构建的DNA传感器具有良好的选择性、灵敏度、较低的检测限和较宽的检测范围。5.制备了一种新型铂-金-三维石墨烯(Pt-Au-3DGR)纳米复合材料修饰电极的电化学DNA生物传感器。利用水热法合成的Pt-Au-3DGR纳米复合材料作为电极的膜材料固定在离子液体碳糊电极(CILE)表面,采用扫描电子显微镜技术对膜材料形貌进行表征,进一步利用循环伏安法对该修饰电极进行了电化学表征。利用示差脉冲伏安(DPV)技术对所构建的电化学基因传感器件的选择性和灵敏度等进行了电化学检测,实验结果表明此传感器对副溶血弧菌目标序列浓度的检测范围为1.0×10-13mol/L-1.0×10-6mol/L,检测限为2.9×10-14mol/L。实验中Pt-Au-3DGR表现出良好的导电性,能增加电极的有效面积、探针序列的负载量以及提高DNA杂交检测的灵敏度。同时该传感器显示出良好的选择性。