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摘 要

本文以Stöber 法合成纳米二氧化硅作为硬模板，利用氧化石墨烯（GO）制备多孔石墨烯泡沫(NGF)。在弱碱性条件下使多巴胺与石墨烯泡沫原位聚合，利用聚多巴胺的π·π堆积力功能化修饰石墨烯泡沫，得到NGF/PDA复合材料。通过振荡器振荡将CYP3A4酶与NGF/PDA充分混合，将酶限制在石墨烯泡沫的孔中，制备固定化酶生物传感器。利用电化学工作站对酶生物传感器的测定来评判NGF/PDA的生物兼容性，并讨论CYP3A4在体外利用电极直接提供电子的生物活性。本文成功构建基于石墨烯泡沫的酶生物传感器来快速检测类固醇类激素睾酮的浓度。

关键词：酶传感器 石墨烯泡沫 CYP3A4 聚多巴胺

Abstract

Based on the method of Stober as hard template synthesis of nano silicon dioxide, using graphene oxide (GO) to the preparation of porous graphene foam(NGF).In weak alkali conditions make dopamine and NGF in-situ polymerization, using poly dopamine,π·π, packing force functional resorcinarene graphene bubble, get NGF/PDA composite materials.Through the oscillator oscillating mix CYP3A4 enzyme and NGF plays/PDA, limit enzyme in graphene bubble hole, the preparation of immobilized enzyme biosensor.Electrochemical workstation for the determination of enzyme biosensor is used to judge the biological compatibility of NGF plays/PDA and discuss CYP3A4 using in vitro biological activity directly provide electrodes.To try to build based on graphene bubble enzyme biosensor for rapid detection of steroid hormone levels.

Keywords: enzyme sensors; Graphene foam; CYP3A4. Poly dopamine

目录

第一章 文 献 综 述 1

1.概述 1

2.纳米材料及其发展 1

3.制备石墨烯泡沫的方法 2

3.1模板法 2

3.2溶胶-凝胶法 3

3.3水热法 3

3.4核沸腾法 3

4.细胞色素P450酶 4

5.在微纳米限域空间中的制备固定化酶的研究 4

第二章 实验部分 8

2.1主要仪器和试剂 8

2.2 NGF的合成 9

2.2.1 SiO₂球体的合成 9

2.2.2 SiO2甲基化 9

2.2.3 制备NGF 9

2.2.4 PDA功能化修饰NGF 9

2.3 CYP3A4酶的固定 9

2.4 修饰电极的准备 9

2.4.1 玻碳电极的准备 9

2.4.2 NGF/PDA/CYP3A4修饰电极 10

2.5 配制不同浓度的待测液 10

2.6 实验方法 10

第三章 结果与讨论 11

3.1纳米材料的SEM表征 11

3.2 NGF/PDA/CYP3A4纳米复合材料的直接电化学 12

第四章 结论与意义 16

4.1 实验结论 16

4.2课题研究意义 16

参考文献： 17

致谢 21

第一章 文 献 综 述

1.概述

纳米技术是指在纳米维度下，操纵微观颗粒，使它们重新组合, 合成具有特定功能的新物质，或对某物质进行研究，掌握其原子和分子的运动规律和特性的崭新高技术学科，它的发展使人类认识世界又多了一把有利的工具^[1]。纳米科技和生命科学是21世纪最前沿的两大学科，纳米技术的介入为生命科学的研究提供了无穷的想象空间。人体内的生命活动和生物反应都需要体内各种酶的参与^[2]。而体内的酶几乎都不是游离状态存在，它们有的固定在于细胞质中，有的镶嵌在各种膜结构上，有的位于细胞内其他细胞器的特定位置上，因此，以纳米材料为载体制备固定化酶，在体外环境下模拟生命活动，并以此来研究酶在体外的生物催化活性，构建酶生物传感器已引起科研工作者的极大兴趣^[3-5]。

2.纳米材料及其发展

纳米材料是指三维空间尺寸至少有一维处于纳米级（通常为1-100 nm）的材料。因此它显示出许多不同于常规材料的特殊性能，如纳米材料具有的表面效应、宏观量子隧道效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和介电限域效应^[6,7]。

石墨烯是有碳原子以sp2杂化形成的单层的二维碳纳米材料，具有诸多的优异性能，比如高比表面积，良好的导热性和优异的光电性能。这些独特的性质使得石墨烯在电子元件，生物传感器和能量存储方面得到了广泛而深刻的运用^[8]。

图1.1 石墨烯

石墨烯拥有巨大的表面积是因为它的固体表面大然而大部分的高表面积碳材料是由于材料中大量的孔隙所贡献。但是石墨烯也有显著的缺点，由于受范德华力的影响，石墨烯片层往往会团聚在一起，失去单层结构，甚至形成石墨。这种特性就会使石墨烯的表面积下降迅速。 许多研究人员试图设计出在石墨烯片层之间引入间隔来阻止石墨烯的团聚的材料这些材料有炭黑^[9]、碳纳米管^[10-14]、碳纳米纤维^[15]、金属氧化物^[16,17]、金属氢氧化物^[18,19]等。多孔石墨烯材料由于其独特的多孔结构和石墨烯本省的优良性质在运输或储存电子、离子、气体和液体上有着极大的优势^[20,21]。

随着科学技术理论与应用的快速发展，单纯的石墨烯片的性能已经不能够达到某些项目上的特别要求。与原本的单层石墨烯片相比而言，多孔石墨烯材料在电化学，储能领域表现出优异的性能。例如超级电容器、燃料电池，气体的分离和存储等等方面。众所周知，多孔石墨烯材料可以分类根据孔径的微孔（孔径小于2 nm的中孔（2 nm），lt;lt;孔径小于50 nm），和/或大孔（孔径大于50 nm）^[22]通常，石墨烯筛有特定表面积（SSA）-孔隙尺寸范围从几埃到纳米尺度，普通石墨烯具有中孔结构，而石墨烯泡沫拥有大孔结构。

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