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石墨烯传感器的研究进展-范军领
石墨烯传感器的研究进展／范军领
·３第一文库网１·
石墨烯传感器的研究进展＊
范军领
（）青岛科技大学机电学院，青岛２６６０６１
摘要 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ＨｄｒｏｅｎｅｒｏｘｉｄｅＮＡＤＨ，ｄｏａｍｉｎｅｅｔｃ． ｙｇｐｐ、。用气体传感器（可检测Ｏ石墨烯Ｄ可用于检测扑热息痛）ＣＯ和ＮＯＮＡ传感器和石墨烯医药传感器（２、２）
关键词 石墨烯 石墨烯氧化物 传感器 电催化
ｂａｓｅｄＳｅｎｓｏｒｓＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｒｅｓｓｉｎＧｒａｈｅｎｅ － ｇｐ
ＦＡＮＪｕｎｌｉｎ ｇ
（，Ｑ，Ｑ）ＣｏｌｌｅｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎｉｎｄａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｉｎｄａｏ２６６０６１ ｇｇｇｇｙｇｙｇ ｒａｈｅｎｅａｒｔｉｃｕＡｂｓｔｒａｃｔｅｃｅｎｔａｄｖａｎｃｅｓｉｎｂａｓｅｄｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓｅｎｓｏｒｓａｎｄｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓａｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｉｎ Ｒ － －ｇｐｐ，，ｌａｒｆｏｒｄｉｒｅｃｔｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｏｆｅｎｚｍｅｉｔｓｅｌｅｃｔｒｏｃａｔａｌｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｔｏｗａｒｄｓｍａｌｌｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ（ｈｄｒｏｅｎｒａｈｅｎｅ ｙｙｙｙｙｇｇｐ ，，），ｅｒｏｘｉｄｅＮＡＤＨ，ｄｏａｍｉｎｅｅｔｃ．ａｎｄｒａｈｅｎｅｂａｓｅｄｅｎｚｍｅｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｉｎｍｏｒｅｄｅｔａｉｌ．Ｐｅｒｆｏｒ －ｐｐｇｐｙ
ｍａｎｃｅｓｏｆｔｈｅｒａｃｔｉｃａｌｓｅｎｓｏｒｓｃｏｍｏｓｅｄｏｆｒａｈｅｎｅｆｉｌｍｓａｎｄｒｉｂｂｏｎｓｆｏｒＯＣＯ，ａｎｄＮＯｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｇｒａ －ｐｐｇｐ２，２ａｂａｓｅｄＤＮＡｓｅｎｓｉｎｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａｎｄａｎｏｖｅｌｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓｅｎｓｏｒｔｈａｔｗａｓｆａｂｒｉｃａｔｅｄｗｉｔｈｏｄｉｆｉｅｄｈｅｎｅｒａｈｅｎｅ－ －ｍｇｐｇｐ
（）ａｒａｃｅｔａｍｏｌｈａｒｍａｌａｓｓｃａｒｂｏｎｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓＧＣＥｓｉｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｉｔｃａｎｂｅｕｓｅｄｆｏｒｕｌｔｒａｓｅｎｓｉｔｉｖｅｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｉｎ －ｐｐｇｙ ｒｏｄｕｃｔｓ．ｃｅｕｔｉｃａｌ ｐ
，（，，ＫｅｗｏｒｄｓｏｘｉｄｅＧＯ）ｓｅｎｓｏｒｅｌｅｃｔｒｏｃａｔａｌｔｉｃｒａｈｅｎｅｒａｈｅｎｅ ｇ ｐｇｐｙｙ
［］
英国曼彻斯特大学Ａ００４年，ｎｄｒｅＫ．Ｇｅｉｍ等１以石墨 ２
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
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。
［１０］
／（Ｈ为ＺｈｏｕＭｉｎ１ｍｏｌＬＰＢＳ ｐｇ等报道称石墨烯在０．
）中具有大约２．这与石墨、玻碳、７．０５Ｖ的电化学电位窗口，甚至掺杂硼的金刚石电极相似，但是，从交流阻抗谱来看，石
——“”。石墨烯（的新材料—Ｇｒａｈｅｎｅ）ｐ
石墨烯是碳纳米材料家族的新成员，具有二维层状纳米
２］２
。由于在石墨烯中碳原子呈ｓ结构，室温下相当稳定［ｐ杂
化，贡献剩余一个ｐ轨道上的电子形成了大π键，π电子可以
３，４］
、自由移动，使石墨烯具有优良的导电性［新型的量子霍尔５－８］９］
。石墨烯对一些酶呈现出优效应［以及独特的超导性能［
异的电子迁移能力，并且对一些小分子（如Ｈ２Ｏ具ＮＡＤＨ）２、
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也称为功能化石墨大部分都是由还原石墨烯氧化物得到的，
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：表面积大；②灵①体积小，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。
）ＺＲ２０１０ＥＭ０６９ ＊山东省自然科学基金（
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。
Ｔａｎｇ等通过氧化还原电对的循环伏安法研究了石墨烯
１１］
，如具有良好氧化还原峰的的电子迁移行为［
３－／４－３＋／２＋
［（（。在循环伏安法中所有和［ＦｅＣＮ）ＲｕＮＨ３）６］６］
阴阳两极的峰值电流都与扫描速率的平方根呈线性关系，表１０］
。在明石墨烯电极的氧化还原过程主要是由扩散控制的［
（循环伏安法）中，石墨烯中一个电子迁移的氧化还原电ＣＶｓ
对的峰值电位差（非常低，很接近于５比Ｅｐ）９ｍＶ的理想值，Δ
１２］３－／４－
；［（玻碳电极的小很多［另外，的峰值电位差ＦｅＣＮ）６］３＋／２＋／），［（的峰值电位差为６１．５３ｍＶ（１０ｍＶｓＲｕＮＨ３）～７６］
／）。峰值电位差与电子迁移系数相为６０５ｍＶ（１００ｍＶｓ～６关，峰值电位差较低表明石墨烯上的单电子电化学反应具有较快的电子迁移速率。
：讲师，从事石油化工设备教学与设计工作 Ｅ－ｍ１９７３年生，ａｉｌｋｅｄａ２９７３＠１６３．ｃｏｍ 范军领：
·３２·材料导报Ａ：综述篇 上）第２０１２年４月（６卷第４期 ２
为了研究石墨烯对不同氧化还原系统的电化学响应，
［１１］
［ＴａｎＲｕ－ｇ等系统研究了３种有代表性的氧化还原电对：
３＋／２＋３－／４－３＋／２＋
（、［。众所周知，［和ＦＮＨ３）Ｆｅ（ＣＮ）ｅＲｕ－６］６］３＋／２＋（几乎是对大多数电极表面缺陷和杂质不敏感ＮＨ３）６］
的理想球面氧化还原系统，并且能够在对比几种碳电极材料３－／４－
［（的电子迁移率时作为基准；对表面敏感，但ＦｅＣＮ）６］３＋／２＋１２］
。从［对表面和氧都敏感［是对氧不敏感；ＦｅＲｕ－
３＋／２＋
（电对循环伏安法计算得来的石墨烯和玻碳电ＮＨ３）６］
学的途径，并能鉴别未知吸附物的原子结构。通过霍尔电阻的变化间接检测单原子的吸附和释放过程，极大地提高了微
１４］
。研究还发现，量气体快速检测的灵敏性［高灵敏性来自于
石墨烯还可用于外加电石墨烯电学上的低噪音特性。此外，
荷、磁场以及机械应力等的敏感检测。由于石墨烯具有六角网状结构，可用来制备分解气体的显微滤网。
［５］
综述了几种石墨烯气体传感器的研Ｋｌｅｒ．Ｒａｔｉｎａｃ等１ｙ
指出基于石墨烯的小尺度传感器在环境检测中前景究状况，
／／。这极的表观电子迁移常数分别是０．１８ｃｍｓ和０．０５５ｃｍｓ石墨烯的独特电子结构，尤其是在一个宽的能量范围表明，
１２］
。的高的电子密度使得石墨烯具有较快的电子迁移速率［３－／４－
（从［电对计算得来的石墨烯和玻碳电极的表ＦｅＣＮ）６］
很好。但是，基于石墨烯的小尺度气体传感器的开发依然面临着３个方面的困难：其一，低成本批量化的制备技术有待其二，石墨烯气体传感器的灵敏度有待提高，才能形成开发；
足够的竞争力；其三，要避免制备使用过程中的污染，因为石碳氢化合物、水蒸气分子容易吸附于其上，墨烯是亲油性的，
影响灵敏度，所以开发的石墨烯制备技术应该力求避免诸如此类的污染。
［６］
利用ＭＰ微波等离子化学ＲａｋｅｓｈＫ．Ｊｏｓｈｉ等１ＥＣＶＤ（
法在Ｓ气相沉积）ｉ基Ｎｉ涂层上生长出石墨烯薄膜和纳米带，
／／；在石墨烯观电子迁移常数分别为０．４９ｃｍｓ和０．０２９ｃｍｓ
３＋／２＋
电极上的Ｆ的电子迁移速率通常比玻碳电极上的电子ｅ１１］
。这些研究结果都表明了石墨烯迁移速率高几个数量级［
１１，１２］
。的电子结构和表面物化性质有利于电子迁移［
２ 石墨烯气体传感器
石墨烯独特的二维特点使之在传感器领域具有光明的应用前景。巨大的表面积使之对周围的环境非常敏感。即使是一个气体分子吸附或释放都可以被检测到。当然目前检测可以分为直接检测和间接检测。通过ＴＥＭ可以直接观
１３］
，测到单原子的吸附和释放过程［并且观察到了碳链和空
并利用四点探针技术研究了石墨烯在２５～２００℃之间的电发现石墨烯暴露于Ｃ而阻－温度变化关系，Ｏ中时电阻增加，
－６
暴露于ＯＯ００×１０２和Ｎ２中时电阻下降。石墨烯薄膜在１－６的Ｃ的ＮＯ石墨Ｏ和１００×１０５；２的传感信号分别为３和３－６－６烯纳米带在１的Ｃ的ＮＯ００×１０Ｏ和１００×１０２的传感信
号分别为１．５和１８。该气体传感器的机制主要是石墨烯表面吸附气体后引起了电荷输运的改变。基于石墨烯的气体传感器具有耐久性、可靠性和重现性
。
实时研究了其动力学过程，如图１所示。位，
这些技术提供了一种研究更复杂化学反应的真实动力
图１ 吸附原子像Ｆｉ．１ Ａｄａｔｏｍｉｍａｅｓ ｇｇ
石墨烯传感器的研究进展／范军领
·３３·
敏度。因此，在生物环境下区分ＤＡ、ＡＡ和ＵＡ是一个挑
战。
ＳｈａｎＡ的多层石墨烯膜修饰的电极ｇ等报道了探测Ｄ（），该多层膜是由无催化微弧等离子增强的化学气ＭＧＮＦｓ
１７］
。ＭＧＮ相沉积合成的［Ｆｓ呈现出良好的区分ＡＡ、ＤＡ和／ＵＡ的能力，ＤＡ的探测极限是０．１７ｍｏｌＬ。垂直于石墨烯μ
纳米片端部的缺陷使其具有良好的生物传感性，它们能够作
１７］
。为纳米连接器，把电子输送到基体底面［
［１７］
Ｗａｎｇ等报道了石墨烯对多巴胺的宽的线性选择性
／范围为５～２比多壁碳纳米管要好很多。这是因００ｍｏｌＬ，μ
３ 石墨烯生物小分子传感器
３．１ Ｈ２Ｏ２
在生Ｈ２Ｏ２通常是氧化酶和过氧化酶基体酶化的产物，
１０］
。Ｈ２Ｏ物过程和生物传感器的发展中起着重要作用［２也是１０］
，药品、医疗、工业和环境分析的基本介质［因此探测食品、
Ｈ２Ｏ２有着重要意义。开发探测Ｈ２Ｏ２电极的关键是减少氧
化／还原过电位。碳纳米管等多种碳材料都可用来构建探测石墨烯在这方面有着良好的前景。Ｈ２Ｏ２的生物传感器，
［０］
研究了石墨烯修饰电极上的Ｈ２ＯＺｈｏｕ等１２的电化学
行为，与石墨／玻碳和玻碳电极相比，石墨烯修饰电极的电子
为多巴胺和石墨烯表面的高导电性、高表面积和π－π键的相互作用。
／），迁移速率显著提高。如图２所示，Ｈ２ＯＲ－ＧＯＧＣ（ａ２在Ｃ
））石墨／和Ｇ上的氧化还原开始电位分别是：ＧＣ（ｂＣ电极（ｃ／／－０．／－０．表明石墨烯０．２００．１０Ｖ、０．８０３５Ｖ和０．７０２５Ｖ，
／对Ｈ２ＯＲ－ＧＯＧＣ电极上，２具有更好的催化活性。在Ｃ比以前报道的碳纳米Ｈ２Ｏ０．２Ｖ存在线性关系的范围，２在－
［］０
。这些都归因于石墨烯棱面的高密度缺陷，管的范围要宽１
１７］
。基于这些位置为生物样品的电子迁移提供了活性中心［
４ 石墨烯酶传感器
由于电极表面和生物大分子（如蛋白质和Ｄ之间能ＮＡ）对于生物传感器的开发至关重要，所否进行有效电荷传递，
以要了解蛋白质和ＤＮＡ的直接电化学性质。氧化还原蛋白质（酶）的直接电子转移研究不仅为生物体内电子转移机理还为第三代电化学生物传感器的构置提供了研究提供参考，
１７］
。然而，重要手段［蛋白质和酶的氧化还原活性位点包埋在
石墨烯的电极探测Ｈ２Ｏ２的增强效应会导致电化学传感器的
高选择性和高灵敏度
。
疏水的多肽链中，其活性中心很难与电极表面相连，难于实、、蛋白质和酶在传统的Ａ玻碳现直接电子转移。因此，ｕＰｔ
电极上不能进行直接电化学表征。另外吸附的大分子杂质或蛋白质也降低了电子传递。为了促进蛋白质或酶与电极表面之间的电子传递，人们做了大量的工作。鉴于石墨烯优功能化石墨烯有望促进良的电子传输性能和高的比表面积，
修饰电极由于电极基体和酶之间的电子迁移。石墨烯（ＧＥ）其独特的电学和结构性质，有利于蛋白质直接电化学研究。在Ｇ研究了一些重要分析物特别是生物小分Ｅ修饰电极上，
１０］
图２ 扣除背底的循环伏安图［
子和药物分子。尤其是存在于哺乳动物中枢神经系统中十如多巴胺、肾上腺素和去甲肾上腺素的分重要的神经递质，
测定，人们倍感兴趣。然而，哺乳动物神经和大脑组织中有高浓度的抗坏血酸，而神经传导质与抗坏血酸的氧化电位接因而用传统的电极进行电分析时存在相互干扰。近，
［８］［１９］
和ＫＳｈａｎ１ａｎｇ等均报道了石墨烯上的葡萄糖氧化
酶（的直接电化学。ＳＧＯＤ）ｈａｎ所用的化学还原的石墨烯氧
Ｆｉ．２ ＢａｃｋｒｏｕｎｄｓｕｂｔｒａｃｔｅｄＣＶｓ－ ｇｇ
［１０］
３．２ ＮＡＤＨ
烟酰胺腺嘌呤二核甘酸）和它的还原态形式ＮＡＤ＋（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）是许多脱氢酶的辅助酶。ＮＡＤＨ（
并产生ＮＡ在乳酸盐、乙ＮＡＤＨ作为阳极信号，Ｄ＋辅助酶，酸或葡萄糖等生物传感器中非常重要。这些阳极探测的固有问题是ＮＡＤＨ氧化的大电压和反应产物的表面沉积石墨烯在解决这些问题上有着很大的潜力。
ＴａｎＤＨ的电化学ｇ等研究了石墨烯修饰电极上的ＮＡ
行为，与石墨／电子迁移速率有了显著提ＧＣ、ＧＣ电极相比，高
［１１］
［１７］
，
化物和ＫａｎＯＤ相ｇ所用的热剥离石墨烯氧化物均显示出Ｇ图４表示在Ｐ似的优良的直接电化学。图３、ＢＳ溶液中测得的石墨烯、石墨－葡萄糖氧化酶和石墨烯－葡萄糖氧化酶修饰。只在石墨烯－葡萄糖氧化的玻碳电极的循环伏安曲线（ＣＶ）这是在酶修饰的电极上观察到了一对清晰的氧化还原峰，的可逆电子迁移过程的ＧＯＤ中的氧化还原活性中心（ＦＡＤ）
特征，表明成功得到了石墨烯电极上的ＧＯＤ的电子迁移证据。Ｇ阳极对ＯＤ的氧化还原峰具有６９ｍＶ的峰值电位差，并且峰值电流密度与扫描速阴极的电流密度比值大约为１，
１９］
。这些研究结果都表明石墨烯电极上的率成线性关系［
１９］
。局限于表面的过程［ＧＯＤ氧化还原过程是一个可逆的、
）石墨烯电极上的ＧＯＤ的电子迁移速率常数为（２．８３±０．１８－１１８］
，，比报道的碳纳米管的电子迁移速率常数高［表明功能ｓ
。ＮＡＤＨ氧化的峰值电位从ＧＣ和石墨上的０．７０Ｖ变
［１］
。这都归因于Ｃ化到ＣＲ－ＧＯ上的０．４０Ｖ１Ｒ－ＧＯ棱面的高
密度缺陷，这些缺陷提供了电子迁移的活性位置。
３．３ 多巴胺
多巴胺（是一种重要的神经传递介质，在中枢神经、ＤＡ）肾脏、荷尔蒙和心血管系统方面扮演重要角色。然而，在传统的固态电极上，抗坏血酸）以及ＤＡ和它的共存物质ＡＡ（
尿酸）有着重叠的伏安响应，导致ＤＵＡ（Ａ的低选择性和灵
·３４·材料导报Ａ：综述篇 上）第２０１２年４月（６卷第４期 ２
化石墨烯提供了电子在酶的氧化还原中心和电极表面快速
１９］
。石墨烯电极由于其高的表面积，传递的通道［具有高的酶－９２
／），的负载量（是石墨烯基生物传感器灵１．１２×１０ｍｏｌｃｍ
／／它碳材料的电极的范围要宽。在ＧＯＤＣＲ－ＧＯＧＣ电极上
／的葡萄糖的探测极限（在－０．比报道２０Ｖ时为２．００ｍｏｌＬ）μ／／的碳材料修饰的生物传感器的低。ＧＯＤＣＲ－ＧＯＧＣ电极），稳态响应是（并且高对葡萄糖的响应是非常快的（９±１）ｓ，／／度稳定（这使得Ｇ５ｈ仍保持原来信号的９１％）ＯＤＣＲ－ＧＯ快ＧＣ电极可作为连续测量糖尿病中血浆葡萄糖的潜在的、
速稳定的生物传感器。
［１９］
Ｋａｎｇ等使用生物相容的壳聚糖来分散石墨烯和构建葡萄糖生物传感器，发现壳聚糖能够帮助形成良好分散的石
敏性的优势所在。石墨烯上的ＧＯＤ的电子迁移是稳定的，（）如在饱和的Ｎ溶液中ＧＢＳＯＤ－ＧＥＣｈｉｔｏｓａｎＨ＝７．４－ｐ２的Ｐ修饰的电极的１５个循环伏安响应里没有观察到明显的变
［９］
。并且经过１周的放置后，这些响应仍能保留９化，５％以上１
墨烯悬浊液，并且能够固定酶分子。基于石墨烯的酶传感器／和葡萄糖测具有良好的选择性（３７．９３Ａ·ｍｍｏｌＬ·ｃｍ－２）μ量的长期稳定性。
石墨烯／金属纳米粒子修饰的生物传感器也有所报道。
［０］
／壳聚糖复合材料薄膜修饰研究了石墨烯／Ｓｈａｎ等２ＡｕＮＰｓ
的生物传感器，该传感器对Ｈ２Ｏ２和Ｏ２有良好的催化活性。［１］
／／／研究了ＧＷｕ２ＯＤＧＥＰｔＮＰｓＣｈｉｔｏｓａｎ修饰的葡萄糖生物
／传感器，该传感器对葡萄糖的探测极限为０．６ｍｏｌＬ。这些μ
增强的功能在于石墨烯的大的表面积和良好的导电性以及
２２］
。石墨烯和金属纳米粒子的协同作用［
功能化石墨烯对ＮＡＤＨ氧化的优良催化活性表明石墨
［０］
烯是一种有前途的脱氢酶生物传感器。Ｚ研究了基ｈｏｕ等１
于ＧＥ－ＡＤＨ的乙醇生物传感器。ＡＤＨ－ＧＥＣ电极比－Ｇ
／更ＡＤＨ－石墨／ＧＣ和ＡＤＨＧＣ电极具有更快的响应速度、更低的对乙醇探测的极限。这些优良性能可宽的线性范围、
解释为：含有酶的石墨烯基质的产物和基体之间的有效迁
１０］
。以及石墨烯的固有的生物相容性［移，
５ 石墨烯ＤＮＡ电化学传感器
ＤＮＡ传感器电化学使得探测ＤＮＡ序列或者诊断和人更高的选择性和低类疾病相关的突变基因有更高的灵敏度、
的成本，并且为疾病的诊断提供了一个简单的、精确的、便宜
２３］
。Ｄ的平台［ＮＡ传感器电化学使许多小体积器件微型化，［０］
。最简单的ＤＮＡ传感器就是ＤＮＡ的直接氧化传感器１［０］
研究了石墨烯修饰的ＤＺｈｏｕ等１ＮＡ传感器的电化学。／在ＣＲ－ＧＯＧＣ电极上，ＤＮＡ的４个自由基的电流信号都有
鉴于石墨烯对Ｈ２ＯＯＤ直接电２高的电催化活性和对Ｇ
化学的优良性能，石墨烯能够作为氧化酶生物传感器的优良电极材料。
［１８］
／ＳｈａｎＥＰＥＩ－功能化离子液体ｇ等报道了第一个由Ｇ
纳米复合材料修饰的电极构建的石墨烯葡萄糖生物传感器，
／表明Ｃ但是效的分开了，Ｒ－ＧＯＧＣ能同时探测４种自由基，／石墨和玻碳电极都不能。这归因于ＣＲ－ＧＯＧＣ电极的抗积
１０］
。Ｃ垢性能和对自由基氧化的高电子迁移动力学［Ｒ－ＧＯ棱有面的高密度缺陷位置和含氧官能团提供了许多活性位置，
１７］
。利于电极和溶液中样品之间电子迁移的加速过程［
／该传感器具有宽的线性葡萄糖响应（２～１４ｍｍｏｌＬ，Ｒ＝）、／良好的重现性（在－０．对６０．９９４５Ｖ时，ｍｍｏｌＬ葡萄糖的
电流响应的相对标准偏差为３．和高的稳定性（２％）１周后的响应电流为＋４．９％）。
［０］
研究了基于Ｃ化学还原石墨烯氧化Ｚｈｏｕ等１Ｒ－ＧＯ（
物）的葡萄糖传感器。基于ＣＲ－ＧＯ的生物传感器能够大大
［１９］
／ＣＲ－ＧＯＧＣ电极能够有效地分开单链和双链ＤＮＡ的４
个自由基。在没有预水解的生理ｐ氧化超过３个Ｈ状态下，／自由基会更难，因而，允许在没有混合或标识的ＣＲ－ＧＯＧＣ电极上探测单核苷酸（聚体。这一特性是ＣＳＮＰ）Ｒ－ＧＯ独特的物化性能所赋予的（高导电性、大表面积、抗积垢性能、高
［１０］
。电子迁移动力学等）
／增强葡萄糖的安培信号：有着宽的线性范围（０．０１０ｍｍｏｌ～１、／高的选择性（和低的探测极Ｌ）２０．２１Ａ·ｍｍｏｌＬ·ｃｍ－２）μ
／／）。对于探测葡萄糖的线性范围比其限２．００ｍｏｌＬ（ＳＮ＝３μ
６ 石墨烯医药传感器
［２４］
扑热息Ｋａｎｇ等研究了用于选择检测对乙酰氨基酚（
石墨烯传感器的研究进展／范军领
痛）的电化学传感器，该传感器是根据功能化石墨烯的电催化活性构建的。他们用循环伏安法和方波伏安法表征了石墨烯修饰的玻碳电极上的对乙酰氨基酚的电化学行为。结果表明，石墨烯修饰的电极上的对乙酰氨基酚具有良好的电催化活性。对乙酰氨基酚在修饰电极上有着准可逆的氧化还原过程，与裸玻碳电极相比，对乙酰氨基酚的过电位下降了。这种电催化行为归因于石墨烯独特的物理和化学性能，即精妙的电子特征、强有力的π－π键合以及强的吸附能力。该传感器对于检测对乙酰氨基酚有着优良的性能：检测限为
－８
／可再现性为相对标准偏差的５．可接受３．２×１０ｍｏｌＬ，２％，
的回复从９６．４％到１０３．３％。
·３５·
１３７９
，，７ ＤｕＸｕＳｋａｃｈｋｏＩＤｕｅｒｒＦ，ｅｔａｌ．ＦｒａｃｔｉｏｎａｌＨａｌｌｕａｎｔｕｍ ｑ
ｈａｓｅｒａｈｅｍｅｅｆｆｅｃｔａｎｄｉｎｓｕｌａｔｉｎｏｆＤｉｒａｃｅｌｅｃｔｒｏｎｓｉｎ ｐｇｐｇ
［］，Ｊ．Ｎａｔｕｒｅ２００９，４６２：１９２，Ｇ８ ＢｏｌｏｔｉｎＫＩｈａｈａｒｉＦ，ＳｈｕｉｍａｎＭ Ｄ，ｅｔａｌ．Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ
］ｏｆｕａｎｔｕｍ ｒａｈｅｍｅ［ｔｈｅｆｒａｃｔｉｏｎａｌＨａｌｌｅｆｆｅｃｔｉｎＪ．Ｎａ －ｑｇｐ，ｔｕｒｅ２００９，４６２：１９６
９ ＨｅｅｒｓｃｈｅＨ Ｂ，ＪａｒｉｌｌｏｅｒｒｅｒｏＰ，ＯｏｓｔｉｎａＪＢ，ｅｔａｌ．Ｂｉｏ －Ｈ －ｇｐ
］，ｌａｒｓｕｅｒｃｕｒｒｅｎｔｉｎＪ．Ｎａｔｕｒｅ２００９，４４６：５６ｒａｈｅｎｅ［ ｐｇｐ，，Ｄ１０ＺｈｏｕＭｉｎＺｈａｉＹｕｅｍｉｎｏｎＳｈａｏｕｎ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｇｇｇｊ
ｓｅｎｓｉｎａｎｄｂｉｏｓｅｎｓｉｎｌａｔｆｏｒｍｂａｓｅｄｏｎｃｈｅｍｉｃａｌｌｒｅｄｕｃｅｄ ｇｇｐｙ
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，ｒｏｅｒｔｉｅｓｒａｈｅｎｅｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｏｆ ｐｐｇｐ
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］，ｌｅｃｕｌａｒｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒＪ．Ｃｈｅｍ Ｒｅｖ２００８，１０８：２６４６ ｙ［１３ＭｅｅｒＪＣ，ＧｉｒｉｔＣＯ，ＣｒｏｍｍｉｅＭ Ｆ，ｅｔａｌ．Ｉｍａｉｎａｎｄ ｙｇｇ
］ｄｎａｍｉｃｓｏｆｌｉｈｔａｔｏｍｓａｎｄｍｏｌｅｃｕｌｅｓｏｎＪ．Ｎａｒａｈｅｎｅ［ －ｙｇｇｐ，ｔｕｒｅ２００８，４５４：３１９
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７ 结语
本文阐述了石墨烯的一般性质及基于石墨烯的电化学传感器，介绍了几种制作石墨烯修饰电极的方法及其优缺点。石墨烯电极的应用是基于高灵敏性、快速响应性、重现性和稳定性好的优点。石墨烯由于其独特的电化学特性和生物相容的纳米结构，为开发超灵敏电化学生物传感器提供了可能性。
作为碳材料的构成基元，石墨烯具有独特的电子结构、优异的性能和物化性质。石墨烯对于酶直接电化学性能优良，可以用于电化学检测生物小分子，以及电化学分析（用作。在这些领域，石墨生物分析和环境分析的电化学传感器）
烯比碳纳米管更有优势。但是，石墨烯基的材料／器件的研发仍然处于初期阶段。前文述及了几种合成石墨烯的方法，但是并没有经济实惠又高产的方法。在电化学领域石墨烯氧化物的化学还原是一种比较可行的方法。
更好地理解石墨烯表面的物理和化学性质，以及石墨烯界面的化学和生物分子的相互作用是很有价值的，为石墨烯化学／生物传感、药物输送领域的应用奠定了基础。在催化、
分子在石墨烯上的吸附机制、生物分子在石墨烯上的定向排列以及它们之间的相互作用影响着石墨烯的输运性质。这些研究为进一步理解石墨烯和分子相互作用的机制创造了条件，能够促进石墨烯科学和它在催化与传感器领域的发展。
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（责任编辑 林 芳）
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