文 献 综 述

生物传感器是一种新型的高科技产品，集现代生物技术与电子技术为一体。它是应用生物化学和电化学反应原理，由具有特异选择性的生物材料为敏感元件，与适当的能量换能器件相结合产生的一种快速检测各种物理、化学和生物量的先进分析仪器，这种新型的传感器具有分子水平的识别功能^[1]。与传统分析方法相比，电化学传感器具有灵敏度高、操作方便、快速等优点。因此，被广泛用于食品检测、环境分析、临床医学和药物分析等领域^[2]。近年来，国内外引入新型功能纳米材料，发展性能优良的新型电化学传感器是当前研究的热点。

进入21世纪，随着纳米技术的飞速发展，纳米材料在医学成像、疾病诊断、药物传输、基因治疗等多个领域显示了巨大的优势。对于生物传感领域而言，纳米材料在光学性能、电学性能、磁学性能、力学性能和化学活性等方面表现出的独特性能使其成为很好的换能器元件；另一方面，生物传感器中的分子运作本身就是基于纳米层次，纳米材料的参与可以将其优良的性能很好地整合到分子运作中，从而改进甚至革新分子运作的体系^[3]。与传统的传感器相比，基于纳米材料的新型传感器具有超高灵敏度与选择性，同时传感器的响应速度也会得到大幅度的提高并且可以实现高通量的实时检测分析。

常见的纳米材料如碳纳米管（CNTs）及金属纳米粒子被广泛应用于葡萄糖生物传感器的构建^[4-6]。其中，银纳米材料具有优异的导电性能、较强的吸附能力、良好的生物相容性等其他材料无法比拟的特殊性质，因而成为研究热点^[7]。另外，研究表明，银纳米材料具有很高的电催化活性和快速的电子转移速率，可以促进H₂O₂的分析检测^[8]。在催化方面，由于银纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、其表面键态及电子态与颗粒内部不同，故纳米颗粒具有较强的催化作用。银纳米可以作为多种反映的催化剂：催化过氧还原、氧化偶联反应、催化乙烯转化为环氧乙烷等。银纳米材料的导电能力和催化能力使得银纳米材料在电化学传感方面受到越来越广泛的重视^[9]。

石墨烯( graphene) 是2004 年被发现的一种新型碳纳米材料，由单层sp2杂化碳原子紧密堆积成的六方晶格结构，由于具有理想的平面二维结构、独特的电子性质、热学性质、光学性质、机械性质等，使其在电子、机械、医药及航空航天等高技术领域具有极好的应用前景^[10,11]，它是继碳纳米管后新兴的被认为极具理论和应用前景的碳纳米材料。石墨烯生物传感器构建的研究始于2008年，首次构建的石墨烯生物传感器为电化学型。Papakonstammou等人利用石墨烯构建了电化学型传感器。石墨烯的电学性质与大多传统三维结构的材料有巨大的区别，它是一种半金属、零带隙半导体材料，是目前已知的导电性能最出色的材料。从传导实验得出的测量结果显示石墨烯具有非常高的载流子迁移率，约为15000 cm²/V#183;cm，远高于电子在硅中传导的速度、更令人惊喜的是，这样的高迁移率受温度和化学腐蚀影响的程度很小。另一方面，石墨烯的电阻率极低，是世界上室温电阻率最小的材料，其电子传导速率为8 105 m/s^[12,13]，快速的电子传递和可多重修饰的化学性质使其能够实现准确而高选择性的生物分子检测，使得石墨烯及其复合材料越来越多地被应用到生物传感器的制备中。

PB是一种重要的颜料^[14]，广泛地应用在各种涂料、油漆、印刷油墨、装饰用品中。Keggin和Miles^[15]等通过对PB粉末衍射实验研究了PB的结构，其晶胞是面心立方结构，铁原子位于各条棱以及面上，由氰根连接，其中Fe² 与氰根离子中的碳原子相连，而高自旋的Fe³ 与氰根离子中的氮原子相连，相邻的铁原子具有不同的化合价态。其晶格由Fe(Ⅱ)-CN-Fe（Ⅲ）连接而成，铁原子位于立方体的顶角上，六个氰根离子占据在立方体的中间位置。由于PB特殊的化学结构，使得其在分子磁体、电化学、传感器、催化、储氧等方面有较高的应用潜力，特别是电催化和传感器领域极具研究价值。PB的电化学性质主要表现在其电化学氧化还原能力，由于其结构中存在不同价态的铁离子，在外压下会使得电子移动，氧化或还原铁离子^[16]。PB对H₂O₂有较强的催化活性，无需负载相应辣根过氧化物酶便可对其还原。因此PB也被称作是”人造过氧化氢酶”，当H₂O₂与PB接触，就会渗透到其晶胞结构的中心空缺中，周围被铁离子覆盖，因此无需较高电位就可以被还原，在这过程中PB只作为电化学反应的催化剂，并且负责电子的运输。PB与PW（普鲁士白）之间不断地进行转化，将电子从电极表面提供给溶液中的H₂O₂，从而形成电流信号^[17]。并且PB在酸性以及中性条件下，其稳定性极佳，并且在弱酸下也具备较好的稳定性。由于PB独特的电化学性质和较低成本，因此被广泛应用与电化学生物传感器的研究。PB修饰电极被应用于过氧化氢传感器和酶生物传感器。

石墨烯能够通过不同的合成方法结合无机纳米材料形成不同结构类型的石墨烯无机纳米材料复合物。石墨烯无机纳米材料复合物不仅保持了石墨烯和无机纳米材料各自的性质，而且由于它们之间的协同作用还能大大加强它们的固有特性，使石墨烯或无机纳米材料在催化、传感、能量储存和转换等方面的研宂应用得以拓展。尤其是在生物传感方便成为研究的热点。

参考文献：

[1] Rakow N A Suslick K S, A colorimetric sensor array for odour visualization，Nature，2000,406:710-714.

[2] Keay R W,McNeil C J, Separation-free electrochemical immunosensor for rapid determination of atrazine, Bioelectronics,1998,13:963-970.