用于糖尿病眼病临床诊治的新型氮掺杂的共轭碳环纳米生物传感器的研制

由糖尿病引起的视网膜病变等眼部疾病是导致失明的重要原因之一，生物传感器可有效的检测血糖、血清胆固醇浓度，预防相关疾病的发生。但传统生物传感器存在灵敏度低，响应慢以及稳定性差等缺点。本研究将致力于研制以氮掺杂的共轭碳环纳米电极如碳纳米管陈阵列、石墨烯和导电聚合物为基础的新型纳米生物传感器，通过化学官能团改性在纳米电极上引入相应的官能团（如羧基、氨基等）用于固定各种酶、辅酶、抗体及DNA, 利用氮掺杂的碳环纳米电极的良好电化学活性、导电性和大比表面积, 有效促进酶与电极之间的电子转移，提高酶的负载量，改进生物传感器的响应速度与灵敏性。通过本项目的开展，有望获得具有自主知识产权的新型纳米生物传感器制备技术，所研制的新型氮掺杂的纳米碳环生物传感器能够快速、灵敏、简便、高效的检测血糖、血清胆固醇浓度，可广泛应用于糖尿病眼病以及糖尿病的临床诊治，为中国数千万患者带来福音。

本项目首先通过优化化学气相沉积法条件，成功实现了碳纳米管阵列的可控生长和可控修饰，有效控制了碳纳米管阵列长度、直径和微图形化；结合等离子处理法，能够可控在其表面修饰响应的官能团如羧基、氨基等，提高碳纳米管表面反应活性；利用球磨法和化学氧化分散法合成石墨烯纳米片；通过技术改进，发明了具有自主产权的边缘功能化氮掺杂石墨烯的球磨剥离技术。. 功能化石墨烯带有羧基，可用来直接固定酶如葡萄糖氧化酶，构建高性能的葡萄糖生物传感器。通过导电聚合物与功能化化石墨烯的层层自组装，可以构建高性能的，能够用于小浓度葡萄糖检测的眼用生物传感器。我们同时进一步发明了一步法制备聚合物修饰边缘氮掺杂石墨烯的新球磨技术。所研制的新型氮掺杂石墨烯具有优异的电化学催化活性，由此构建的生物传感器能够进一步有效提高石墨烯生物传感器的灵敏度与检测范围。. 为了能将碳纳米生物传感器更好的应用于体内，譬如眼内传感器、体内生物探针、角膜电极传感器等，本研究同时结合体内体外实验，对改性前后的碳纳米材料开展了生物安全性研究。研究发现碳纳米材料对眼部细胞具有一定的毒性，但等离子改性可使其毒性得到一定的改善。通过兔子玻腔内注射碳纳米材料，发现改性过后的碳纳米材料对兔子的视网膜不具有毒性，不会对其眼生理功能产生影响。. 本项目申报国家发明专利4项，其中1项获得授权；发表学术论文7篇，其中SCI收录6篇，EI收录1篇，总影响因子大于25。