基于石墨烯的光学生物传感器的研究进展_高原
石墨烯传感器研究进展
石墨烯传感器的研究进展摘要本文论述了石墨烯电化学和生物传感器的研究进展，包括石墨烯的直接电化学基础、石墨烯对生物小分子的电催化活性、石墨烯酶传感器、基于石墨烯薄膜和石墨烯纳米带的实用气体传感器（可检测O 2、CO和NO 2）、石墨烯DNA传感器和石墨烯医药传感器（可用于检测扑热息痛）。
2004年，英国曼彻斯特大学Andre K.Geim等以石墨为原料，通过微机械力剥离法得到一系列叫作二维原子晶体的新材料----- “石墨烯（G raphene）”。
石墨烯是碳纳米材料家族的新成员，具有二维层状纳米结构，室温下相当稳定。
由于在石墨烯中碳原子呈sp2 杂化，贡献剩余一个p轨道上的电子形成了大n键，n 电子可以自由移动，使石墨烯具有优良的导电性、新型的量子霍尔效应以及独特的超导性能。
石墨烯对一些酶呈现出优异的电子迁移能力，并且对一些小分子（如H2O2 NADH）具有良好的催化性能，使其适合做基于酶的生物传感器，即葡萄糖传感器和乙醇生物传感器。
在电化学中应用的石墨烯大部分都是由还原石墨烯氧化物得到的，也称为功能化石墨烯片或者化学还原石墨烯氧化物，这种物质通常有较多的结构缺陷和官能团，在电化学应用上具有优势。
碳是电化学分析和电催化领域应用最广的材料。
例如，碳纳米管在生物传感器、生物燃料电池和质子交换膜（PEM）燃料电池方面有着良好的性能。
基于石墨烯的电极在电催化活性和宏观尺度的导电性上比碳纳米管更有优势。
因此，在电化学领域，石墨烯就有了大展身手的机会。
石墨烯在电化学传感器上的应用有以下优点：①体积小，表面积大；②灵敏度高；③响应时间快；④电子传递快；⑤易于固定蛋白质并保持其活性；⑥减少表面污染的影响。
1石墨烯的电化学基础为了更好地了解碳材料在电化学领域的应用，有必要研究决定碳电极的几种重要参数的基本电化学行为，即电化学位窗口、电子迁移速率、氧化还原电位等。
Zhou Ming等报道称石墨烯在0. lmol/L PBS （pH 为7.0 ）中具有大约2.5V 的电化学电位窗口，这与石墨、玻碳、甚至掺杂硼的金刚石电极相似，但是，从交流阻抗谱来看，石墨烯对电荷迁移的阻力比石墨和玻碳电极对电荷迁移的阻力小。
2021石墨烯在电化学生物传感器领域的应用范文1
2021石墨烯在电化学生物传感器领域的应用范文 石墨烯由于具有大的比表面积、优异的机械性能和良好的导电性，使得它在纳米电子器件，传感器，药物载体，超级电容器以及能量存储等领域得到了广泛的应用。
将石墨烯应用于电生物传感器不仅有重要的理论价值，而且对生命分析领域的快速发展具有重要现实指导意义。
本文重点介绍了石墨烯在电化学物传感器领域的研究进展，简单探讨了石墨烯在电化学领域应用存在的问题。
1石墨烯在电化学生物传感器领域的研究进展 1.1酶传感器 由于石墨烯对H2O2具有较高的电催化活性，对葡萄糖氧化酶具有良好的直接电化学催化氧化性能，因此石墨烯可以作为卓越的电极材料制备酶生物传感器。
Shan[1]报道了利用聚乙烯吡咯烷酮修饰的功能化石墨烯纳米材料构建了电化学葡萄糖生物传感器，该小组将聚乙烯吡咯烷酮功能化的石墨烯分散于聚乙烯亚胺功能化的离子液体后，制备得到石墨烯/离子液体修饰电极能极好的固定葡萄糖氧化酶，利用石墨烯复合材料材料对 O2和 H2O2的还原催化作用，成功制备出葡萄糖电化学生物传感器检测，线性范围为 2~14 mmol/L。
Liu[2]研究了将铜纳米粒子通过电解沉积在石墨烯片层上构建了非酶葡萄糖传感器，在 500 mV 电压下，对葡萄糖的检测线性范围达到 4.5 mM，最低检测限位为 0.5 μM。
Zhuo[3]研究小组研究了以细胞因子与葡萄糖氧化酶级联催化物为信号放大物，功能化磁性石墨烯纳米球为信号标记物，构建了用于检测甲状腺激素的免疫传感器，最低检测限可达15 fg/mL。
1.2免疫传感器 由于石墨烯就有大的表面面积和良好的生物相容性，因此，MohammedZourob[4]研究了通过电还原芳基重氮盐在石墨烯修饰丝网印刷电极表面键合一层有机膜构建了用于检测乳球蛋白的电化学免疫传感器，在 PBS 溶液中对乳球蛋白的检测线性范围为1pg/mL~1 ng/mL，最低检出限可达 0.8 pg/mL。
基于石墨烯场效应晶体管生物传感器的病毒核酸免扩增、高灵敏检测
基于石墨烯场效应晶体管生物传感器的病毒核酸免扩增、高灵敏检测基于石墨烯场效应晶体管生物传感器的病毒核酸免扩增、高灵敏检测近年来，病毒感染成为全球公共卫生领域的重要问题。
针对病毒核酸的敏感检测，是疫情防控和病毒疾病诊断的关键环节。
传统的核酸检测方法主要依赖于PCR扩增技术，但PCR扩增技术存在耗时长、操作复杂以及需要高质量实验室条件等局限性。
为了解决这些问题，石墨烯场效应晶体管生物传感器为病毒核酸的免扩增、高灵敏检测提供了一种新思路。
石墨烯作为一种单层碳原子的二维材料，具有高导电性、高透明度、高柔韧性和极大的比表面积等优异特性。
这些特性使石墨烯成为生物传感器领域的研究热点。
将石墨烯应用于生物传感器中，可以通过利用石墨烯对生物分子的高灵敏度响应，实现对病毒核酸的准确检测。
在石墨烯场效应晶体管生物传感器中，利用市售硅基可重复使用的晶体管作为基底，通过化学修饰方法将石墨烯薄膜均匀地覆盖在晶体管表面。
接着，在石墨烯表面修饰适当的探针分子，实现对病毒核酸的特异性识别。
当目标病毒核酸存在于样品中时，病毒核酸与探针分子发生特异性杂交反应，而这种杂交反应会引起石墨烯表面的电导率变化。
通过测量石墨烯场效应晶体管的电流变化，可以检测到病毒核酸的存在并进一步进行定量分析。
相较于传统的PCR扩增技术，基于石墨烯场效应晶体管生物传感器的病毒核酸检测具有以下优势。
首先，石墨烯场效应晶体管生物传感器无需进行PCR扩增步骤，大大缩短了检测时间，并且操作简便。
其次，通过修饰不同的探针分子，可以实现对不同病毒核酸的特异性检测。
此外，该生物传感器对病毒核酸的检测具有高灵敏度，可以检测到极低浓度的病毒核酸。
此外，由于石墨烯的高比表面积，使得生物传感器对样品中微量核酸的检测具有更强的敏感性和准确性。
虽然基于石墨烯场效应晶体管的病毒核酸生物传感器在核酸检测方面具有许多优势，但是在实际应用中还存在一些挑战。
首先，石墨烯材料的合成和制备相对复杂，需要进一步寻找更加简便、高效、可扩展的石墨烯制备方法。
石墨烯光电特性的研究与应用
石墨烯光电特性的研究与应用随着中国科学家们在石墨烯领域的发现和研究不断深入，石墨烯作为一种新型材料，已经引起了世界范围内的广泛关注。
其中，石墨烯的光电特性更是备受关注。
本文将从石墨烯的光电特性出发，探讨其研究现状及应用前景。
一、石墨烯的光电特性石墨烯，简单来说就是由碳原子组成的二维晶体材料，在其表面和边缘都具有非常优异的光学和电学性质。
其中，石墨烯的光电特性，主要表现在以下几个方面：1. 显著的吸收和折射：石墨烯具有显著的光学吸收效应，可将光线以超过97%的效率吸收。
同时，石墨烯的相对折射率也非常明显。
2. 高透过率和透射率：石墨烯的透射率非常高，可以达到97.7%。
同时，其透过率也达到了80%以上。
由此，石墨烯的透明度可以与玻璃媲美。
3. 明显的光学非线性效应：石墨烯具有显著的光学非线性效应，可用于激光器等光学器件。
4. 热光学效应：石墨烯还具有显著的热光学效应，可用于热传输和热管理等领域。
5. 其他优异性质：石墨烯还具有优异的电学性能，例如高载流子迁移率以及超短的载流子寿命等。
通过对石墨烯的这些光电特性的研究与探索，科学家们逐渐发现了石墨烯在多个领域的广泛应用前景。
二、石墨烯光电特性的研究现状1. 石墨烯的光学吸收研究石墨烯对光的吸收效应非常显著，可以达到超过97%的效率。
石墨烯的光学吸收研究主要针对其光学学习特性进行探讨。
例如，一项研究发现，单层石墨烯对于可见光的吸收率与入射光的波长呈反比例关系。
此外，随着石墨烯层数的增加，其对光的吸收效率也会逐渐降低。
2. 石墨烯的透明性研究石墨烯的透明度极高，可与玻璃媲美。
石墨烯的透明性研究主要探讨石墨烯的透过率与其在不同波长下的透明度，以及石墨烯的光学和电学制备方法等。
3. 石墨烯的光电器件研究石墨烯的光电性能非常优异，已经被应用于多种光电器件的制备中。
例如，石墨烯被用于制造柔性纤维型光电器件等。
此外，石墨烯与其他材料的复合也被广泛研究。
4. 其他石墨烯光电特性的研究石墨烯作为一种新型材料，其光电特性还有很多有待探索的领域。
石墨烯传感器的进展综述
石墨烯传感器的进展综述石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，具有很多奇异的电子及机械性能。
随着石墨烯材料的发展，传感器的发展也如虎添翼。
很多优异传感器的诞生也使生活生产变得更加智能可控。
基于石墨烯材料论述了石墨烯气体传感器，压力传感器和生物传感器的研究进展。
标签：石墨烯；传感器；气体；压力；生物1 概述石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角形蜂巢晶格的二维材料，且只有一个碳原子厚度。
由于其独特的物理化学性质（高表面积、良好的导电性、机械强度高、易于功能化等），石墨烯在传感器上的应用受到越来越多的关注。
本文有选择地论述了石墨烯气体传感器，压力传感器和生物传感器的研究进展。
2 石墨烯基传感器传感器是一种检测装置，能够将被测量的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
传感器存在于我们生活中的各个方面，它的发展将会为人们的生活带来更大的便利。
石墨烯材料的應用为实现传感器的灵敏化、智能化、便捷化奠定了基础。
2.1 石墨烯气体传感器石墨烯具有蜂巢晶体结构，具有巨大的表面积，对周围的环境非常敏感。
据报道，CO2、NH3和NO2等可吸附在纯石墨烯上，使石墨烯纳米传感器的电子运输性能发生重大变化。
孙宇峰等人[1]通过对Hummer方法的改进，制备了片状多层氧化石墨烯。
在不同浓度的NH3下进行敏感特性测试，实验结果表明氧化石墨烯对NH3具有良好的响应，在（1.5-3.5）×10-4范围内呈线性关系。
侯书勇等人[2]通过臭氧处理制备了一种简单、高效、可重复使用的单层石墨烯基NO2气体传感器，并研究了纯的和经过臭氧处理的NO2气体传感器的响应特性和恢复特性。
经臭氧处理后的石墨烯基气体传感器对NO2响应度明显高于未经臭氧处理的石墨烯基气体传感器。
桂阳海等人[3]为了改善WO3基材料的气敏性能，通过水热法制备出石墨烯添加量为0.5%、0.8%、1.0%、1.5%（质量分数）的石墨烯/WO3纳米片复合材料，并研究其对H2S的气敏性能。
石墨烯在传感器中的应用研究进展_周超
· １５ ·
石墨烯在传感器中的应用研究进展＊
周 超１，陈 思 浩１，楼 建 中１，２，王 继 虎１，杨 秋 杰１，刘 传 荣１，黄 大 鹏１，朱 同 贺１
（１ 上海工程技术大学化学化工学院，上海 ２０１６２０；２ 北卡罗莱纳州 ＆ 州立 大 学 化 学 与 生 物 工 程 学 院 ，格 林 斯 博 罗 ，ＮＣ ２７４１１，ＵＳＡ）
Graphene Cu foil
PMMA coating
PMMA
Cuetching &
transfar
Electrode deposition
Removalof PMMA
5mm
10mm Au
Ozone exposure
Substrate
C
=O C-
O
C
O3 =O
图 ３ 石 墨 烯 气 体 传 感 器 制 备 过 程 Ｆｉｇ．３ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｒａｗ ｏｆ ｔｈｅ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｔｈｅ
石墨烯是目前世上最薄却也 是最坚 硬 的 纳 米 材 料，它 几 乎是完全透明的，只吸收２．３％的光；导热系数高达 ５３００ Ｗ／ （ｍ·Ｋ），高于碳纳米管和金刚石；常温下其电子迁移率 超 过 １５０００ｃｍ２／（Ｖ·ｓ），比 纳 米 碳 管 或 硅 晶 体 高，而 电 阻 率 只 有 约１０－６ Ω·ｃｍ，比 铜 和 银 更 低，目 前 为 世 上 电 阻 率 最 小 的 材 料。因为它的电阻 率 极 低，电 子 迁 移 的 速 度 极 快，因 此 被 期 待可用来发展出导电速度更快、更薄的新一代电 子 元 件 或 晶
１ 石 墨 烯 的 电 子 结 构 与 电 学 性 能
石墨烯的电化学生物传感器研究进展
满足生物传感器件的材料组装要求。
于墨烯电化学性能对其在生物传感器领域的应用进行了综述。
关键词 石 墨 烯 生 物 传 感 器 电 化 学 中 图 分 类 号 : 〇651 # TB32 文 献 标 识 码 :A
Research Progress of the Graphene-lbased Electrochemical Biosensor
only one carbon atom is graphene. Graphene possesses lightweight, high chemical stability^, high specific surface area, and provides a two-di
mensional environment for electron transport and fast multiphase electron transfer, indicating that graphene is an excellent sensor m aterial；more
cations to biosensors.
K y wo ds e r
graphene, biosensor, electrochemistry
〇 引言
石 墨 烯 的 概 念 是 在 1947年 被 首 次 提 出 ，当时的学者分
除 此 以 外 ，理 想 的 单 层
具有超大的比 积 ，其
理论比表面积高达2 600 m2/g ，而改性的石墨烯的实际比表
over, graphene is easier to be modified than carbon
nanotubes in the form of graphene gauze. Doping
石墨烯在传感器技术中的应用前景
石墨烯在传感器技术中的应用前景石墨烯是一种新型的二维材料，具有很多优异的性能，如高导电性、高机械强度、高导热性、高透明性等等。
这些性能使它可以被应用于许多领域，其中传感器技术是最具有应用前景的一个领域之一。
在本文中，我们将详细地探讨石墨烯在传感器技术中的应用前景。
1. 石墨烯基压力传感器压力传感器是一种广泛应用于许多领域的传感器，如汽车、医疗、环境监测等等。
石墨烯具有优异的机械强度，可以被用来制造高灵敏度、高精度的压力传感器。
石墨烯基压力传感器与传统压力传感器相比，具有更好的灵敏度和更高的响应速度。
这让它在制造生物医学器械和环境监测设备等方面有了广泛的应用。
2. 石墨烯基光学传感器光学传感器是指利用光学原理来进行测量和检测的传感器。
石墨烯的优异透明性和高导电性可以被用于制造高灵敏度的光学传感器。
石墨烯基光学传感器在检测微生物、甲醛等有害气体、污染物质等方面有了广泛的应用。
3. 石墨烯基化学传感器化学传感器是用于检测和测量化学物质浓度、气体浓度等的传感器。
石墨烯具有高度的化学稳定性和电子传导性，可以被用来制造高灵敏度、高精度的化学传感器。
石墨烯基化学传感器在检测汽车尾气、空气污染物、药品成分、食品添加剂、病毒等方面有了广泛的应用。
4. 石墨烯基生物传感器生物传感器是指利用生物分子之间的相互作用和反应来进行测量和检测的传感器。
石墨烯具有优异的导电性和高度的生物相容性，可以被用来制造高灵敏度、高精度的生物传感器。
石墨烯基生物传感器在制造生物医学器械、检测生物标志物等方面有了广泛的应用。
5. 石墨烯基热传感器热传感器是一种测量温度变化的传感器，被广泛应用于许多领域，如电子、航空、化工等。
石墨烯具有优异的导热性，可以被用来制造高灵敏度、高精度的热传感器。
石墨烯基热传感器在制造电子元器件、汽车发动机温度检测等方面有了广泛的应用。
6. 石墨烯基气体传感器气体传感器是一种测量气体浓度的传感器，被广泛应用于环境监测、工业生产和生物医疗等领域。
三维石墨烯纳米材料复合生物传感器制备及应用研究中期报告
三维石墨烯纳米材料复合生物传感器制备及应用研究中期报告一、研究背景及意义生物传感器作为一种新型的生物分析工具，一般由生物材料、传感器和信号处理模块三部分组成，能够有效地检测细胞、蛋白质等生物分子的活性及浓度变化，具有快速、便捷、高灵敏度等特点，因此在医疗、食品安全、环境监测等领域具有广阔的应用前景。
目前，生物传感器的研究重点已经从对传感器结构的优化转向了传感材料的探究，因为材料的性质直接影响着传感器的灵敏度和选择性。
石墨烯是一种兼具高导电性、高机械强度和化学稳定性的新型纳米材料，近年来被广泛应用于传感器制备领域。
目前石墨烯生物传感器的应用主要集中在二维石墨烯单层和多层薄膜材料上，但这些材料存在着一定的局限性，如易聚集、易脱落、灵敏度低等问题。
因此，寻求一种新型的石墨烯材料，既能克服现有材料的缺陷，又能满足生物传感器的应用需求，具有重要的研究意义。
本研究旨在制备一种三维石墨烯纳米材料，并将其应用于生物传感器的制备中，通过实验探究其性能和应用效果，为生物传感器的进一步发展提供新思路。
二、研究进展1. 材料制备本研究采用化学还原法制备了三维石墨烯纳米材料。
具体步骤如下：（1）制备氧化石墨烯纳米片（GO）。
将石墨粉末加入硝酸和硫酸的混合酸液中，超声分散30分钟，然后加入过量的过氧化氢，反应12小时。
（2）制备还原石墨烯纳米片（rGO）。
将得到的GO悬浊液加入甲醇/水混合溶剂中，再加入水杨醛作为还原剂，反应24小时。
（3）制备三维石墨烯纳米材料。
将rGO和二氧化钛纳米颗粒混合，经过超声分散和真空干燥，得到三维石墨烯复合纳米材料。
2. 材料表征对制备得到的三维石墨烯纳米材料进行了表征，主要包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）分析。
SEM图像显示，制备的三维石墨烯纳米材料呈现出较为均匀的孔洞结构，孔径大小在50-100 nm范围内。
TEM观察结果表明，石墨烯纳米材料呈现出明显的层状结构，平均厚度约为30 nm。
石墨烯在传感器领域中的应用
石墨烯在传感器领域中的应用石墨烯是一种由碳原子构成的单层薄膜材料，具有高导电性、高透明度和超强机械强度等优异特性，因此被广泛应用于多个领域，如电子、光学、能源和材料科学等。
在传感器领域中，石墨烯也被认为是一种具有巨大潜力的新型材料，因为其极高的灵敏度、快速的响应速度和良好的可重复性能够在诸多应用中发挥出色的作用。
1. 石墨烯在气体传感器方面的应用石墨烯气体传感器是一种基于石墨烯的传感器，其工作原理是通过检测气体分子与石墨烯表面之间相互作用引起的电性变化。
由于石墨烯具有大量可利用的表面积，它们能够高效地吸附气体分子，从而实现高灵敏度的检测。
另外，石墨烯还能够很快地响应气体的变化，并且具有很好的选择性，能够有效地区分不同种类的气体。
因此，石墨烯在气体传感器方面的应用具有广泛的前景，可以应用于空气污染监测、生化检测和气体检测等领域。
2. 石墨烯在生物传感器方面的应用生物传感器是一种能够检测生物分子的传感器，如蛋白质、DNA和细胞等。
由于石墨烯具有良好的生物相容性、高灵敏度和极低的检测限度，它们能够被广泛应用于医药和生物医学领域。
例如，基于石墨烯的蛋白质传感器在癌症诊断中能够识别一些癌症特异性蛋白质，从而帮助医生早早发现并治疗癌症。
另外，基于石墨烯的DNA传感器也能够检测基因的变异并对其进行分类，为疾病的诊断和治疗提供帮助。
3. 石墨烯在应力传感器方面的应用应力传感器是一种用于测量物体形变或受力的传感器，例如测量桥梁或建筑物的变形。
基于石墨烯的应力传感器由于具有可靠性高和灵敏度高的特点，大大拓展了应力传感器的应用领域。
基于石墨烯的微型应力传感器可以嵌入到纤维中，用于测量材料的应力分布，从而更好地了解材料的力学性能。
此外，基于石墨烯的智能应力传感器可以在机器人、汽车等领域，通过测量机器的变形来完成精准控制，提高机器的效率和安全性。
4. 石墨烯在环境传感器方面的应用环境传感器用于检测大气、水和土壤中的污染物质，例如二氧化碳、甲醛和重金属等。
石墨烯在生物传感器中的应用
石墨烯在生物传感器中的应用赖丽燕;刘峥;袁帅【摘要】A review on the characteristics and preparation of graphene andits oxidation derivatives was presented. Special attention was paid to the progress of application of graphene to biosensor (49 ref. cited).%概述了石墨烯、石墨烯氧化衍生物的性质及制备方法,重点介绍了石墨烯在生物传感器中的应用以及发展趋势(引用文献49篇).【期刊名称】《理化检验-化学分册》【年(卷),期】2013(049)003【总页数】6页(P370-375)【关键词】石墨烯;氧化石墨烯;生物传感器【作者】赖丽燕;刘峥;袁帅【作者单位】桂林理工大学化学与生物工程学院,桂林541004【正文语种】中文【中图分类】O65碳元素广泛地存在于地球上，是人类最早认识的化学元素之一。
可以说碳是自然界最为神奇的元素，因为它是构成地球上生命体不可或缺的元素，所有的生物体都含有大量的碳元素。
随着科学技术的不断进步，其多样的形态以及独特的性质逐渐被人们发现、认识和利用。
碳元素主要以无定形碳（非晶碳）和晶体碳两种形态存在。
碳基材料是材料界中非常具有魅力的一类物质，从无定形的炭黑到晶体结构的天然层状石墨；从零维纳米结构富勒烯到一维碳纳米管，无不给人们带来炫丽多彩的科学新思路。
二维碳基材料石墨烯的发现，不仅极大地丰富了碳材料的家族，而且其所具有的特殊纳米结构和性能，使得石墨烯无论是在理论还是试验研究方面都已展示出了重大的科学意义和应用价值，从而为碳基材料的研究提供了新的目标和方向。
虽然石墨烯具有优异的性能，但是由于其表面没有基团，石墨烯片相互之间的范德华力相互作用使其在溶剂中趋于团聚，这极大地限制了石墨烯在许多方面的应用。
基于PMO-石墨烯量子点场效应晶体管生物传感器超灵敏检测外泌体miRNA
基于PMO-石墨烯量子点场效应晶体管生物传感器超灵敏检测外泌体miRNA基于PMO-石墨烯量子点场效应晶体管生物传感器超灵敏检测外泌体miRNA摘要：外泌体(miRNA)是一类具有重要生物学功能的小分子RNA，能够在细胞间传递信号，并参与一系列生物学过程。
因此，开发灵敏的检测外泌体miRNA的方法对疾病的早期诊断和治疗具有重要意义。
本研究设计并制备了一种基于PMO-石墨烯量子点 (Graphene Quantum Dots, GQDs) 场效应晶体管的生物传感器，用于超灵敏地检测外泌体miRNA。
经实验验证，该生物传感器具有超高的灵敏度和选择性，且检测过程简便快速。
因此，基于PMO-石墨烯量子点场效应晶体管的生物传感器在临床早期诊断和治疗方面具有广阔的应用前景。
关键词：外泌体miRNA，PMO-石墨烯量子点，场效应晶体管，生物传感器，超灵敏检测引言外泌体(miRNA)是一类由细胞分泌的小分子RNA，约20-22个核苷酸长，能够在细胞间传递信号，参与细胞与细胞之间的相互作用。
作为一种全新的生物学信号分子，外泌体(miRNA)在细胞增殖、分化、凋亡等一系列生物过程中起着重要作用。
研究表明，外泌体(miRNA)的异常表达与多种疾病的发生和发展密切相关，包括肿瘤、心血管疾病、神经系统疾病等。
因此，发展一种灵敏、准确、快速的方法检测外泌体miRNA对疾病的早期诊断和治疗具有重要意义。
方法本研究设计并制备了一种基于PMO-石墨烯量子点(GQDs)场效应晶体管的生物传感器，用于超灵敏地检测外泌体miRNA。
具体步骤如下：1. 制备PMO-石墨烯量子点：首先，制备得到PMO （Porphyrazine Metal Organic Framework）材料。
将PMO材料与石墨烯量子点进行共混，经过一系列化学反应和纳米材料处理步骤，得到PMO-石墨烯量子点复合材料。
2. 制备PMO-石墨烯量子点场效应晶体管：将PMO-石墨烯量子点复合材料以溶液的形式滴在硅基底上，经过一系列制备步骤，得到PMO-石墨烯量子点场效应晶体管。
石墨烯纳米复合材料在电化学生物传感器中的应用
石墨烯纳米复合材料在电化学生物传感器中的应用一、本文概述随着科技的飞速进步，纳米技术已经成为众多领域研究的热点。
石墨烯，作为一种独特的二维纳米材料，因其出色的物理和化学性质，如高导电性、高热稳定性、高比表面积等，在多个领域都展现出巨大的应用潜力。
特别是在电化学生物传感器领域，石墨烯纳米复合材料凭借其卓越的电子传递性能和生物相容性，正在逐渐改变传感器的性能和功能。
本文旨在深入探讨石墨烯纳米复合材料在电化学生物传感器中的应用，包括其设计、制备、性能优化以及在实际生物分析中的应用。
我们期望通过本文的论述，能为读者提供一个全面的视角，以理解石墨烯纳米复合材料在电化学生物传感器领域的最新进展和未来发展趋势。
二、石墨烯纳米复合材料的制备与特性石墨烯纳米复合材料作为一种新型的材料，其独特的结构和性质使其在电化学生物传感器中具有广泛的应用前景。
石墨烯纳米复合材料的制备主要包括化学气相沉积（CVD）、溶液法、热解法和还原法等。
这些方法可以实现对石墨烯的尺寸、形貌和表面性质的精确调控，从而满足生物传感器对材料性能的需求。
石墨烯纳米复合材料在保持石墨烯本身优良导电性、大比表面积和良好生物相容性的基础上，通过与其他纳米材料（如金属纳米颗粒、氧化物纳米线、碳纳米管等）的复合，可以进一步提升其性能。
例如，金属纳米颗粒的引入可以增强石墨烯的电催化活性，提高其电化学响应；氧化物纳米线可以提供更多的活性位点，有利于生物分子的固定和识别；碳纳米管可以增强石墨烯的机械性能和稳定性。
石墨烯纳米复合材料还具有良好的生物相容性和生物活性，可以与生物分子（如酶、抗体、DNA等）进行有效的结合，从而实现对生物分子的高灵敏、高选择性检测。
石墨烯纳米复合材料还具有优异的电子传递性能和大的比表面积，可以显著提高生物传感器的性能，如灵敏度、响应速度和稳定性等。
因此，石墨烯纳米复合材料在电化学生物传感器中具有广阔的应用前景，其独特的结构和性质使其在生物分子的高灵敏、高选择性检测方面具有独特的优势。
基于石墨烯的复合纳米材料在生物传感器中的应用
基于石墨烯的复合纳米材料在生物传感器中的应用摘要：石墨烯作为新型材料在化学、材料等科学领域得到了极大的关注。
因其优良的导电性和生物相容性，被广泛的运用到生物传感器的研究中。
由于纳米级的石墨烯在水溶液中极易聚沉，所以在使用石墨烯时就需要对其修饰。
对石墨烯的修饰包括共价键修饰、非共价键修饰和金属颗粒及金属离子修饰。
添加各种修饰过后的石墨烯能增加的灵敏度和降低传感器的检测线。
关键词：石墨烯修饰生物传感器1、引言最近，石墨已成为一个迅速崛起的明星在材料科学领域。
它的问世引起了全世界的研究热潮。
自2004年英国曼彻斯特大学Geim团队首次从石墨中剥离出石墨烯以来，人们便对这种具有独特物化性质的纳米材料寄予厚望。
此后关于石墨烯的研究不断出现重要进展，并在材料、化学、微电子、量子物理及生物等众多领域表现出许多令人振奋的性能和潜在的应用前景，已成为当前研究热点之一。
石墨烯不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬；作为单质，它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。
石墨烯是一个二维（平面）晶体，组成单层碳原子排列在蜂巢网络与六元环，为二维碳结构。
在概念上石墨烯可以看作是一无限延长二维芳香族大分子。
石墨烯在原子尺度上结构非常特殊。
石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。
这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。
而且石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。
由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯中的电子受到的干扰也非常小。
[1,2]因此, 石墨烯奇特的物理、化学性质, 也激起了物理、化学、材料等领域科学家极大的兴趣。
这篇论文主要介绍了基于石墨烯的纳米材料在电化学生物传感器中的运用。
2、石墨烯的修饰然而，正如其它的同素异形体的新发现如碳富勒烯和碳纳米管（CNTs），材料可用性和加工一直是限制着石墨烯的应用。
石墨烯光学性质及其应用研究进展
石墨烯光学性质及其应用研究进展一、本文概述石墨烯，作为一种新兴的二维纳米材料，自2004年被科学家首次成功剥离以来，便以其独特的物理和化学性质引起了全球范围内的广泛关注。
特别是其光学性质，如强烈的光吸收、独特的电子结构和可调谐的光学响应等，使得石墨烯在光电子器件、太阳能电池、光电探测器、传感器等领域展现出巨大的应用潜力。
本文旨在综述近年来石墨烯光学性质的研究进展，并探讨其在各领域的应用前景。
我们将简要介绍石墨烯的基本结构和光学性质；然后，我们将重点综述石墨烯在光学领域的应用研究，包括但不限于光电子器件、太阳能电池、光电探测器等；我们将展望石墨烯光学性质的研究趋势和应用前景，以期为该领域的发展提供参考和启示。
二、石墨烯的光学性质石墨烯，作为一种二维的碳纳米材料，自其被发现以来，就因其独特的物理和化学性质而备受关注。
其中，石墨烯的光学性质尤为引人注目，为其在光电子器件、光电探测器、太阳能电池等领域的应用提供了广阔的前景。
石墨烯具有极高的光学透明度，单层石墨烯在可见光至红外波段内，透光率高达7%，这使得石墨烯成为透明电极的理想材料。
石墨烯还具有优异的导电性，其载流子迁移率极高，可在高速光电器件中发挥巨大作用。
石墨烯的特殊光学性质还表现在其独特的光与物质相互作用上。
由于石墨烯中的电子在强光场下可以被激发形成等离激元，这使得石墨烯在光调制、光探测等方面展现出独特的优势。
通过调控石墨烯中的等离激元，可以实现光的高效吸收和调制，为光电子器件的小型化和集成化提供了可能。
近年来，研究者们还发现了石墨烯在非线性光学领域的潜在应用。
石墨烯的非线性光学响应强烈，可以在强光激发下产生显著的非线性效应，如光学双稳态、光学限制等。
这些非线性光学性质使得石墨烯在超快光开关、全光信号处理等领域具有巨大的应用潜力。
石墨烯凭借其独特的光学性质，在光电子领域的应用前景广阔。
未来随着石墨烯制备技术的不断发展和完善，其在光电器件、光电探测器、太阳能电池等领域的应用将会更加深入和广泛。
基于石墨烯的生物传感器研究
基于石墨烯的生物传感器研究在生物医药领域，生物传感器是一项重要的技术手段，可以用于检测生物分子的存在和浓度，如蛋白质、DNA、小分子等。
基于石墨烯的生物传感器因其高灵敏度、高选择性和低成本而备受青睐。
本文将介绍基于石墨烯的生物传感器的基本原理、制备方法和应用领域。
一、基本原理基于石墨烯的生物传感器的主要原理是依靠石墨烯和靶分子之间的相互作用来检测靶分子。
石墨烯是由碳原子构成的二维材料，具有极高的电导率和表面积，可以用于吸附和检测分子。
在传感器上，石墨烯上的靶分子会与待检测的分子发生特异性作用，如配对、结合等，使电极表面的电阻产生变化。
通过测量电极表面的电阻变化，就可以确定待测分子的浓度和种类。
二、制备方法基于石墨烯的生物传感器的制备方法主要包括两种：直接制备和功能化制备。
直接制备就是将石墨烯薄膜或石墨烯氧化物直接制备在传感器电极上，然后用显微镜、原子力显微镜等仪器进行表征。
功能化制备则是将石墨烯经过功能化改性后再制备在电极上，以提高传感器的选择性和灵敏度。
常用的功能化方法包括化学修饰、生物修饰等方法。
三、应用领域基于石墨烯的生物传感器已经被广泛应用于生物医药领域，包括疾病诊断、药物研发和环境监测等方面。
例如，基于石墨烯的DNA传感器可以用于检测肿瘤标志物、病毒和细胞等分子，有望成为癌症早期诊断和治疗的重要手段。
基于石墨烯的蛋白质传感器可以用于药物筛选、蛋白质相互作用研究、免疫检测等方面。
此外，基于石墨烯的生物传感器还可以用于环境监测，如检测水质、大气污染等。
总之，基于石墨烯的生物传感器作为一种新型的生物检测技术，具有很高的发展潜力和应用前景。
虽然目前仍存在一些技术和生僻性问题，但近年来的研究趋势显示，这项技术将会带来非常重大的贡献。
石墨烯光纤生物传感器研制及性能的研究
Fabrication of Grephene Optical Fiber Biosensor and
Study of Its Performance
作者： 徐文豪;许士才;于子恒;宋佳佳;岳彩峰;张朋
作者机构： 德州学院物理与电子信息学院,山东德州253023
出版物刊名： 德州学院学报
页码： 22-25页
年卷期： 2018年 第2期
主题词： 石墨烯;光纤传感器;腺嘌呤核苷检测;倏逝场
摘要：石墨烯具有优良的光学和电学特性，是制作传感器的理想材料．在本研究中，采用化学气相沉积（cVD）方法在铜箔上生长了大面积、连续的单层石墨烯，并把单层石墨烯转移到
锥形光纤探头上研制了石墨烯光纤传感器．以腺嘌呤核苷为分析物，对传感器的性能进行了研究，在1～100nM浓度范围内，出射光强度与溶液浓度呈现了良好的线性关系，显示了较高的
灵敏度（K=15．9）和线性度（R^2=O．992）．实验证明，与裸锥形纤芯相比，覆盖石墨烯的锥形纤芯具有更高的稳定性、灵敏度和线性度，为新型光纤传感器设计提供一个新思路．。
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DOI ：10．3724/SP．J．1096．2013．20747基于石墨烯的光学生物传感器的研究进展高原1李艳2苏星光*2（电子科学与工程学院集成光电子国家重点实验室1，吉林大学化学学院2，长春130012）摘要近年来，随着石墨烯研究热潮的兴起，将石墨烯用于生物及化学检测的工作也日益增多。
本文着重介绍了基于石墨烯及氧化石墨烯（GO ）的光学生物传感器，特别是基于石墨烯的荧光共振能量转移（FRET ）传感器以及比色法传感器的设计思想和传感特性。
关键词石墨烯；氧化石墨烯；生物传感器；荧光共振能量转移；评述2012-07-17收稿；2012-09-30接受本文系国家自然科学基金（Nos．2127506，21075050）资助项目*E-mail ：suxg@jlu．edu．cn1引言石墨烯是一种由纯碳原子的六元环平面结构构成的二维材料［1］，是零维的富勒烯、一维的碳纳米管（CNTs ）以及三维石墨结构的构筑基元［2］。
它具有非常大的理论比表面积、很高的杨氏模量［3］、超高的光学透过率、优良的导热性［4］和导电性，并能够通过电子转移实现荧光猝灭。
目前，人们已将基于石墨烯的材料广泛应用于诸多领域，如吸附剂［5］、催化剂［6］、药物载体［7］等。
石墨烯具有的奇特性质，使得其能够满足高灵敏性传感器设计的需求，并已用于构建光学［8］、电化学［9］及场效应传感器［10，11］、细胞标记［12］及实时监测［13］等。
本文介绍了基于石墨烯材料的光学生物传感器的研究进展，重点评述了基于石墨烯基的荧光共振能量转移（FRET ）以及比色法传感器。
2基于石墨烯的荧光共振能量转移传感器荧光共振能量转移（FRET ）是能量由供体荧光团经无辐射途径转移给受体荧光团，并引起供体荧光猝灭和受体荧光增强的光学现象，是测量活体及体外纳米尺度距离及变化的有效手段。
近年来，人们致力于开发基于石墨烯材料的FRET 传感器，将其用于生物及化学检测。
FRET 传感器主要由3部分构成：供体、受体（猝灭剂）及供受体之间的桥联媒介。
在基于石墨烯的FRET 传感器中，石墨烯及其衍生物既可以作为供体，又可作为受体。
一方面，石墨烯由于其结构特点，能够同时猝灭发射波长或结构不同的多种荧光团的荧光，是一种通用的猝灭剂；另一方面，石墨烯及其衍生物经过一定的化学处理，可以产生荧光信号，可作为荧光供体。
基于石墨烯的FRET 生物传感器依托于一些生物分子构建的桥联基，用于调节供体荧光团和受体之间的距离，从而引起荧光的变化。
其中，DNA 、蛋白质、多肽等生物分子均可以作为桥联基。
2．1以石墨烯作为猝灭剂在报道的基于石墨烯材料的FRET 传感器中，以石墨烯材料作为猝灭剂的居多。
氧化石墨烯（GO ）是石墨烯的一种重要衍生物，是化学还原法制备石墨烯的前驱体，在石墨烯片层结构的边缘和表面带有多种含氧基团，如羧基、羟基、环氧基等。
正是由于这些含氧基团的存在，使其较石墨烯具有更好的水溶性，可以应用于生物体系中。
石墨烯及GO 由于其大面积的共轭结构，可以作为能量受体猝灭多种有机染料及量子点的荧光，是一种广适性的荧光猝灭剂。
与传统的猝灭剂相比，石墨烯材料具有更高的猝灭效率，使FRET 传感器具有背景低、信噪比高、可多重检测的显著特点［14 16］。
2．1．1基于DNA 联接研究表明，石墨烯能区分多种DNA 分子结构，包括ssDNA ，dsDNA 以及茎环结构等［17，18］。
石墨烯及GO 由于其结构特点，对带有裸露的环状结构的化合物具有强烈的吸附能力。
第41卷2013年2月分析化学（FENXI HUAXUE ）特约来稿Chinese Journal of Analytical Chemistry第2期174 180DNA 中的碱基包含六元环结构，石墨烯会与裸露的碱基发生强烈的π-π相互作用、疏水作用等，从而吸附DNA 。
但是石墨烯与不同分子结构的DNA 的结合能力明显不同。
对于相同碱基数量的单链DNA （ssDNA ）和双链DNA （dsDNA ），石墨烯能够稳定吸附ssDNA ，而对dsDNA 的吸附能力则较弱。
其原因是由于DNA 杂交后空间结构发生改变，磷酸盐骨架将碱基有效屏蔽在其中，使石墨烯无法与碱基接触，从而造成结合能力的减弱。
DNA 一级结构的差异也会导致与石墨烯的结合能力不同，碱基数量越多的ssDNA 与石墨烯材料的结合能力越强。
正是基于石墨烯对不同结构的DNA 的吸附能力有所区别，研究者们构建了一系列以DNA 联接的石墨烯基FRET 传感器。
(1)利用DNA 互补序列2009年，Lu 等［17］首次报道了基于石墨烯的FRET 生物传感器。
该传感器是由标记了羧基荧光素（FAM ）的ssDNA 与GO 构成。
在没有目标DNA 时，FAM-ssDNA 会吸附到GO 表面，造成FAM 与GO 之间发生FRET ，使FAM 荧光团的荧光被迅速猝灭；而当FAM-ssDNA 与目标DNA 杂交后，会改变DNA 的构型并且削弱了FAM-ssDNA 与GO 之间的相互作用，这就造成FAM-ssDNA 从GO 表面释放出来，增大FAM 与GO 之间的距离，阻碍FRET ，造成FAM 荧光恢复。
从而建立了一种用于检测特定DNA 序列的高灵敏度及选择性的荧光恢复检测方法。
该课题组还运用GO 作为纳米猝灭剂构建了一种分子信标（MB ）探针［18］。
传统的分子信标探针两端分别标记荧光团和猝灭团。
而这种新型的分子信标探针则只需在一端标记荧光团，而猝灭剂GO 则不需要标记。
与传统的分子信标相比，该探针不需要复杂的合成步骤，同时猝灭更有效、灵敏度更高。
更重要的是，由于发卡状的DNA 在GO 表面的构象约束大大提高了该探针对单碱基错配的选择性识别能力。
其后相继出现了以量子点（QDs ）［19］或Ag 纳米簇［20］标记的ssDNA 探针作为信号报告基团，以GO 作为猝灭剂，以类似的模型构建FRET 传感器，用于特定DNA 序列的检测。
GO 能够同时猝灭标记ssDNA 探针的不同颜色的荧光，可利用此性质识别多种与ssDNA 探针互补的特定DNA 序列，实现在同一溶液中检测多种特定DNA 序列［21］。
Zhang 等［22］构建了免标记的石墨烯FRET 传感器，用于DNA 特定序列的检测。
当体系中不存在目标ssDNA 时，探针ssDNA 及所用的DNA 嵌插染料（SYBR Green I ，SG ）都吸附在石墨烯表面；当引入目标ssDNA 时，由于形成dsDNA ，并且SG 与dsDNA 内嵌结合，从而远离石墨烯表面，使荧光恢复。
(2)利用DNA 错配DNA 在通常情况下遵循碱基互配的原则，即腺嘌呤-胸腺嘧啶（A-T ）、鸟嘌呤-胞嘧啶（G-C ）配对。
但是在某些离子存在情况下，会有错配发生，较为常见的有C-Ag +-C ［23］和T-Hg 2+-T 错配［24］。
将DNA 错配与石墨烯FRET 传感器结合，可以实现特定离子的检测。
Wen 等［23］利用荧光标记的富含C 的ssDNA 构建了Ag +的荧光传感器。
Ag +的引入可以引起富含C 的ssDNA 构型的变化，当体系中没有Ag +时，DNA 为柔软的单链结构；当有Ag +存在时，C 与Ag +发生络合形成C-Ag +-C ，DNA 链形成刚性的发卡dsDNA 结构。
DNA 结构的改变使DNA 与GO 的相互作用发生改变，从而引起体系荧光改变。
Liu 等［25］也构建了类似的平台，利用半胱氨酸（Cys ）与C-C 错配竞争结合Ag +，实现对Cys的检测。
他们首先用足量的Ag +使富含C 的ssDNA 发生折叠，形成dsDNA 结构，使体系具有荧光。
Cys的加入会夺取C-Ag +-C 中的Ag +，使dsDNA 结构恢复成ssDNA 结构，吸附在GO 表面，造成荧光猝灭，其荧光猝灭的程度与Cys 的浓度成正比。
Zhang 等［26］则选用一条标记了荧光且富含T 的ssDNA ，利用T-Hg 2+-T 错配，使ssDNA 折叠成dsDNA 结构，所以Hg 2+的加入会使最初较低的荧光信号增强。
而碘化物比T-T 错配具有更高的与Hg 2+结合的能力，碘化物的加入会造成荧光信号的再次猝灭。
从而利用GO 作为信号变化器，以Hg 2+和碘化物作为激活剂构建了一个简单可靠的荧光DNA 逻辑门。
(3)利用核酸适配体核酸适配体是一种功能性核酸，它是一段筛选出来的ssDNA 序列，能够特异性结合蛋白质、小分子或者离子，可作为便利的传感元件使用。
核酸适配体与其特异性目标物结合会使其构型发生改变，单链结构发生折叠，阻碍核酸序列中碱基与石墨烯接触，引起二者距离的改变。
例如，选用荧光标记的凝血酶核酸适配体构建FRET 传感器用于凝血酶的检测［27］。
首先，荧光标记的凝血酶核酸适配体与石墨烯以非共价键结合，发生能量转移，造成体系荧光猝灭；然后向体系中加入凝血酶，该核酸适配体会特异性结合凝血酶，形成四链体-凝血酶结构，该结构与石墨烯的作用力较弱，最终造成体系荧光恢复。
这种石墨烯-核酸适配体传感器无论是在缓冲溶液还是血清中均表现出优异的灵敏度和选择性。
文献中报道了多种基于石墨烯的核酸适配体FRET 传感器，分别用于赭曲霉素A ［28］、三磷酸571第2期高原等：基于石墨烯的光学生物传感器的研究进展671分析化学第41卷腺苷（ATP）［29］以及粘蛋白1（MUC1）［30］等物质的检测。
由于核酸适配体能够选择性识别目标物质，区别其它结构类似物，所以核酸适配体传感器都具有较好的选择性，可用于检测稀释的实际样品中的待测物，如稀释的血清、细胞提取液、红酒等。
文献中也报道了无标记的核酸适配体传感器。
吖啶橙（AO）由于其结构特点能够吸附在还原的GO（rGO）表面，造成AO荧光猝灭［31］。
而G-四链体结构的核酸适配体（PS．M）能够捕获吖啶橙，使AO从rGO表面脱离，恢复荧光。
但是向AO-PS．M/GO混合液中加入血红素时，PS．M就会与血红素发生特异性结合，释放出AO，AO再次与GO结合导致荧光猝灭。
该方法实现了血红素无标记定量检测，检出限为50nmol/L。
(4)利用脱氧核酶(DNAzyme)DNAzyme也是一种功能性核酸，具有催化功能以及识别目标分子的能力。
DNAzyme可以与其对应的基底形成DNAzyme-基底杂化体，在特定离子的共同作用下，DNAzyme发挥其催化活性，将基底从断裂位点上剪切开。
Zhao等［32］报道了一种基于GO-DNAzyme的Turn-on传感器，用于Pb2+的荧光放大检测。
该传感器中以FAM标记的GR-5DNAzyme-基底杂化体作为分子识别模块及信号指示器，以GO作为猝灭剂。
GR-5DNAzyme表现出更高的信噪比及更好的选择性。