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论文以石墨烯为研究主体,分别利用了石墨烯对单双链DNA或G-四链体不同的亲和作用,适体对目标物高特异性高选择性的识别作用,以及PEI@AgNCs、金纳米粒子(AuNPs)优良的电催化活性,构建了五类新型的电化学传感器,探索并发展了一些制备氧化石墨烯(GO)或电化学还原石墨烯(ERGO)修饰电极的简便而有效的新方法。1.基于氧化石墨烯信号放大作用的免标记型电化学适体传感器本章分别构建了两种基于GO信号放大作用的“信号衰减型”免标记电化学适体传感器,分别用于凝血酶和ATP的灵敏检测。同时,还提供了一种将GO组装到电极表面的简便可行的新方法。(1)基于GO信号放大作用的免标记型凝血酶电化学适体传感器：首先将巯基修饰的凝血酶适体(TBA)通过Au-S键自组装到金电极表面,通过ss-DNA对GO强烈的π-π作用将大量GO自组装到电极上,由于GO表面含有大量带负电荷的含氧官能团,通过静电吸附将大量带正电荷的电活性探针亚甲蓝分子(MB)自组装到电极表面,在没有目标物凝血酶(TB)存在下,MB的差分脉冲伏安(DPV)信号很强；当待测液中有TB时,由于TBA对TB特异性识别在电极表面形成了稳定的G-四链体结构,由于G-四链体和GO的亲和力比较弱,导致了大量GO和MB脱离电极表面,MB的DPV信号急剧降低。通过测定目标结合前后MB的还原峰电流(ip)的变化即可达到定量检测TB的目的。TB的线性范围为2.8x10-11-3.7x10-9mol.L-1,检测限为3.05x10-12mol.L-1(3o).由于该传感器中TBA和TB在电极表面形成了空间位阻较大的G-四链体结构,在一定程度上阻碍了TB和适体的进一步结合,因此该传感器虽然灵敏度较高,但是线性范围不够宽。(2)基于GO信号放大平台的免标记型ATP电化学适体传感器：首先将巯基修饰的含有12个碱基的捕获探针(ADNA)自组装到金电极表面,然后通过碱基互补配对原理将含有32个碱基的ATP适体(ABA)杂交到电极表面,此时ABA链上仍有20个碱基以游离单链形式存在,通过ss-DNA对GO独特的π-π作用将大量GO自组装到电极表面,进而通过GO对MB强烈的静电作用将大量MB分子自组装到电极表面,在没有ATP存在下,MB的电化学信号很强；当ATP存在时,由于适体ABA对ATP特异性识别形成了稳定的ABA-ATP复合物,该复合物的形成促使ABA. GO及大量MB分子从电极表面脱离,MB的电化学信号显著降低。随着ABA、GO和MB的离去,电极表面的空间位阻减小,更有利于目标分子ATP与ABA的进一步结合,因此该传感器对ATP的检测范围较宽,为1.0x10-10-5.0x10-7mol.L-1,检测限为2.91x10-11mol.L-1(3a).由于对适体部分没有任何特殊要求,以上两种方法具有通用性,可以适用于其它目标蛋白质、金属离子或生物小分子的检测。2.基于电化学还原石墨烯和PEI@AgNCs信号探针的免标记型电化学适体传感器聚乙烯亚胺(PEI)是一种含有丰富氨基的具有三维空间网状结构的高枝化黏性聚合物,成膜性能良好。PEI在酸性溶液中极容易质子化带正电,而GO的水溶液为酸性的(pH4.0),因此,将PEI首先自组装到玻碳电极(GCE)表面,然后再在GO水溶液中自组装时,PEI质子化带正电,通过静电吸附可以很方便地将带负电的GO自组装到GCE表面,接下来在含有GO的BR缓冲溶液中通过循环伏安法进行电化学还原制备稳定性好、电化学活性高的电化学还原石墨烯(ERGO)修饰电极。通过电化学方法和共振光散射法证明：制备的ERGO修饰电极对适体单链具有强烈的π-π作用力,对PEI为模板合成的银纳米簇(PEI@AgNCs)也具有强烈的静电吸附作用；而组装了适体的ERGO修饰电极和PEI@AgNCs之间的作用力很弱。因此,制备的ERGO修饰电极在不组装适体和没有目标物存在下,通过静电吸附可以将PEI@AgNCs自组装到电极表面,PEI@AgNCs中Ag的电化学信号很强；组装了适体的ERGO修饰电极在没有目标物存在下,继续组装PEI@AgNCs,此时PEI@AgNCs中Ag的CV信号很弱；当待测液中含有目标分子时,适体对目标物特异性识别后脱离电极表面,然后再组装PEI@AgNCs,此时Ag的电化学信号有所增强。利用ERGO.适体单链、PEI@AgNCs之间作用力的差异,以及适体对目标物高特异性高选择性的亲和作用,本章构建了一种通用的“信号增强型”免标记电化学适体传感器,分别用于ATP和凝血酶的快速、灵敏检测,选择性良好,可适用于人血清中ATP或凝血酶的分析检测。ATP检测的线性范围为5.0x10-10-5.0x10-6mol.L-1,检测限为9.9x10-11mol.L-1(3o);凝血酶检测的线性范围为5.0x10-11-2.0x10-8mol.L-1检测限为4.0x10-12mol.L-1(3a)3.基于电化学还原石墨烯和PEI@AgNCs电催化活性的无酶H202传感器在化学修饰电极的研究报道中,石墨烯和金属纳米材料对H202的还原均具有电催化作用,将二者结合使用可以有效增大催化剂的比表面积,提高其催化性能。因此,本章首先通过GO自组装-电化学还原法制备ERGO修饰电极,然后将PEI@AgNCs组装到ERGO修饰电极表面,构建了一种基于ERGO和PEI@AgNCs的无酶型H202电化学生物传感器,实验结果表明,ERGO和PEI@AgNCs对H202的电催化还原反应具有良好的协同效应,可以实现对H2O2的快速、灵敏检测。4.电化学还原石墨烯-金纳米粒子复合修饰电极的制备及其对4-硝基酚的分析测定研究将金纳米粒子引入到石墨烯片层表面可以进一步提高其电催化活性,提高传感器的灵敏度。本章将GO自组装-电沉积混合还原法和金纳米粒子(AuNPs)的电沉积技术相结合,发展了一种通过两步电化学还原制备ERGO AuNPs复合修饰电极的新方法,并用于检测有机污染物4-硝基酚(4NP)。本章对比研究了目标修饰电极和其它不同修饰电极对4NP的电催化性能,并详细优化了目标修饰电极的制备过程和条件。由于目标修饰电极中使用的连接剂PEI是富含氨基的树枝状聚合物,PEI自组装到电极表面后,通过静电作用或氢键作用吸附到电极表面的GO的量多且呈立体分布状,然后在含有GO的BR缓冲溶液中电化学还原,得到的ERGO在电极表面的覆盖度广且呈立体状均匀分布,极大地增加了后续电化学还原过程中金纳米粒子在电极表面的沉积量,通过SEM可以观察到ERGO和AuNPs在电极表面呈花瓣状均匀分布。目标修饰电极对4-硝基酚的电催化活性很高,响应快速、灵敏,线性范围宽。