基于不同形貌/功能化石墨烯的电化学信号放大策略的传感体系构建及应用

The properties of the new nano-material graphene are controled by the synthesis conditions, the size and morphology. This project devotes to use the feature of graphene (eg. GNRs, GODs, GF, GS), such as large specific surface area and easy modification, to controllably prepare new kinds of nanocomposite with metal nanostructures functionalization, metal oxide functional and polymer functional. Meanwhile, it will make investigations to the synthesis mechanism and the relationship between the structure and electrochemical properties. Due to the demand for the high sensitive detection of tumor markers, we will take advantage of the rapid, high sensitive electrochemical analysis technology to construct electrochemical sensors, and by using electrochemical detection technology, such as electrochemical impedance, square wave voltammetry and instant current, we will achieve high sensitivity and specificity detection of different tumor markers. Basing on the progresses obtained above, it would be possible to realize multiple tumor markers detection at the same time, improve the accuracy of major disease early diagnosis, and provide experimental data for clinical application and experimental method. Besides, it would open new ideas for the application of electrochemical sensors with different morphologies/functionalized graphene signal amplification strategy in environmental research, diagnosis, biological applications.

新型纳米材料石墨烯的性质受合成条件、规模及形貌的控制。本项目拟利用不同形貌的石墨烯（如石墨烯纳米带、石墨烯量子点、石墨烯纳米片、石墨烯泡沫）大的比表面积和易于生物修饰等特性，可控制备金属纳米结构功能化、金属氧化物功能化，高聚物功能化的新型纳米复合材料，并深入研究合成机理及其结构与电化学性质之间的关系。从肿瘤标志物的高灵敏检测需求出发，结合电化学分析技术快速、高灵敏的特点，构建电化学传感器，利用电化学阻抗、方波伏安法、即时电流法等电化学检测手段，实现对不同肿瘤标志物的高灵敏、特异性检测。在此基础上，实现对多种肿瘤标志物的同时检测，提高重大疾病早期诊断的准确性，为临床应用提供实验数据和实验方法。同时为基于不同形貌、功能化石墨烯信号放大策略的电化学传感体系在环境、诊断及生物研究等方面的应用开辟新的思路。

构建高灵敏、高选择性的电化学传感平台在临床诊断、食品分析、环境监测等领域具有重要意义。在本基金的资助下，本项目围绕 “基于不同形貌/功能化石墨烯的电化学信号放大策略的传感体系构建及应用” 这一主题，在不同形貌石墨烯复合材料调控、设计、合成方法及在传感器构建及在肿瘤标志物分析、食品污染物分析方面做了大量的研究工作，概括为以下：1）设计、制备了具有优异物理化学性能的石墨烯量子点，石墨烯纳米泡沫，三维多孔石墨烯等不同形貌的石墨烯纳米材料，用不同的方式进行了功能化，对材料的合成条件进行了优化，并对合成的单组分材料及功能化的材料进行了形貌、尺寸、电化学性能的表征，为讨论传感器的分析性能及信号相应机理奠定了基础；2）利用合成的贵金属纳米材料及不同形貌的石墨烯复合的功能化材料，设计出多种高特异性、高灵敏、稳定性好、操作简便的免疫传感器，将构建的传感器应用于疾病标志物（cTnI、CEA、HBeAg、AFP等）、真菌毒素（OTA、AFB1）的检测，实现了取得了良好的效果；3）拓展性的研究了类石墨烯二维材料（如MoS2、MoSe2等）的合成方法及在传感分析领域的应用。. 本项目的研究成果，为基于纳米复合材料放大策略的电化学传感体系在食品分析、环境检测、疾病诊断等方面的应用提供了新的方法和思路。.在本项目的支持下，课题组发表SCI收录论文40篇，授权发明专利12项，培养硕士研究生9名。