功能化石墨烯量子点增强的电化学发光生物传感研究

For graphene materials, the researches and utilizations of their electrical, optical and electrochemical properties have become more and more mature, while the researches of the electrochemiluminescence (ECL) properties are still in initial stage. The ECL efficiency of present graphene materials are low and difficult to be applied actually. In this study, we focus on graphene quantum dots (GQDs), attempt to prepare of GQDs with different size, different surface properties, and study the ECL properties, investigation the relationship between the size and surface properties and ECL behavior of GQDs. In order to improve the luminous efficiency, surfactant (such as polyethylene glycol), functional molecule with larger conjugate planar (such as methylene blue), metal nanometer materials (such as nano gold) and other kinds of functionalized reagent/material was chosen to modified the surface of GQDs, and the influence mechanism of the functionalization way to its ECL properties was discussed. Based on the ECL properties of the functionalized GQDs, biosensors with high-performance will be fabricated for the determination of thrombin, alpha-fetoprotein, carcinoembryonic antigen and other disease markers. This project will have important scientific significance since it not only enriched the characteristic of graphene, but also set a good example for the establishment of new ECL methods with high performance and provided a new way for the development and utilization of new type of nano materials.

对石墨烯材料的电化学、电学、光学等性质的研究和利用已趋于成熟，而对其电化学发光性质研究还处于探索阶段。现有的石墨烯材料电化学发光效率较低，难以用于实际。本项目拟以石墨烯量子点为研究对象，制备不同大小、不同表面性质的石墨烯量子点，研究其电化学发光性质，考察量子点尺寸及表面性质与其电化学发光行为的关系；选择表面活性剂（如聚乙二醇）、具有较大共轭平面的助色物质（如亚甲基蓝）、金属纳米材料（如纳米金）等多种功能化试剂/材料对其表面进行适当修饰，以提高发光效率，并探讨功能化方式对石墨烯量子点电化学发光性质的影响机制；基于功能化石墨烯量子点电化学发光特性构置高性能的生物传感器，并建立凝血酶、乙肝病毒、甲胎蛋白、癌胚抗原等疾病标志物的电化学发光分析新方法；该项目丰富了石墨烯材料特性研究的内容，为建立高性能的电化学发光生物传感新方法提供了借鉴，也为新型纳米材料的开发利用提供了新的思路。

石墨烯是一种新型的二维碳材料，具有独特的晶体结构特征，呈现出优异的电学、光学、热学和力学等物理化学性质，因而被广泛关注并应用在不同的领域。石墨烯材料的电化学、电学、光学等性质的研究和利用已趋于成熟，而对其电化学发光性质研究还处于探索阶段。.本项目以准零维材料石墨烯量子点为研究对象，以氧化石墨烯（GO）为原料，采用超声-紫外-过氧化氢反应体系，自上而下法制备GQDs，并通过控制反应条件调控GQDs的结构特征。结果发现，随着GQDs形貌和结构发生变化，GQDs的发光性质也产生明显变化，因而通过控制制备反应条件可以调控GQDs的光学特性和电化学发光性质。.在此基础上，将GQD用作电化学发光试剂，研究表明，以K2S2O8为共反应试剂、在pH =7.4 的PBS缓冲液中体系表现出良好的ECL发光特性。基于H2O2对此发光信号的抑制作用，结合葡萄糖氧化酶（GOx）催化葡萄糖氧化产生H2O2的反应，发展了一种电化学发光葡萄糖传感器，其检出限为0.3 pmol•L-1。与现有的葡萄糖传感器相比，本研究具有较高的灵敏度和较宽的线性范围，同时具有良好的稳定性及抗干扰能力，展现出良好的应用前景。同时，我们还构建了一种可以原位测定癌细胞释放的过氧化氢含量的电化学发光细胞传感器。利用RGD肽与细胞外基质蛋白的特异性作用，将细胞吸附至电极表面，并考察在致癌物佛波酯诱导下，癌细胞释放的H2O2浓度随诱导时间、致癌剂浓度的变化而变化的情况。.此外，我们还使用一些发光物质如luminol、发光材料如AuCNs、AgNPs等对GQDs和NGQDs分别进行功能化，并研究了功能化物质对两种量子点材料发光性质的调节作用。结果表明，使用发光物质或发光材料作为功能化物质可以增强GQDs的发光，而发光性质的增强并不完全取决于功能化物质的荧光发射量子产率。基于功能化后的GQD较强的电化学发光性质和丰富的活性基团，我们将其应用一些分析对象的测定中。.该项目丰富了石墨烯材料特性研究的内容，为新型纳米材料的开发利用提供了新的思路，也拓宽了电化学发光生物传感分析的研究和应用领域。