生物传感器相关论文例文,与功能化石墨烯在生物医学中的应用相关毕业论文怎么写

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摘 要:石墨烯以其独特的二维结构和优良的电学、光学、热学和机械性能,自2004年来倍受研究人员的高度关注,迅速成为材料、化学、物理和医学领域的热点研究课题.在简要介绍石墨烯基本情况的基础上,重点阐述了石墨烯在生物传感器、靶向给药中的应用.

关 键 词:石墨烯；生物传感器；靶向给药

中图分类号:TQ127.1文献标志码:A文章编号:1672-8513(2011)05-0327-06

FunctionalGrarhene:ANovelPlateformforBiomedicalApplications

YANGWenrong1,2

（1.AustralianCentreforMicroscopy&Microanalysis,TheUniversityofSydney,NSW2006,Australia；2.SchoolofLifeandEnvironmentalSciences,DeakinUniversity,Geelong,Victoria3217,Australia）

Abstract:Atomicallytwodimensionalthinsheetsofcarbonknownas“graphene”havecapturedtheimaginationofmuchofthescientificworldsinceitwasdiscoveredin2004.Thegrapheneanditsrelatedmaterialshaveetotheforefrontofresearchinbiomedicalresearchduetotheiruniqueelectronicstructuresandproperties,bolsteredbyotherintriguingproperties.Thispapersummarizessomeapplicationsofgrapheneinthefieldofbiosensorsandthetargeteddrugdeliverysystems.

Keywords:graphene；biosensor；targeteddrugdelivery

石墨烯为碳单质材料,其结构由一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子以sp2杂化连接而成的单原子层组成,具有超大的比表面积,两面都可以通过共价、非共价作用与生物分子、高分子［1-2］及有机药物分子结合［3］,从而对外嫁接其它分子,并因此拥有超高的电荷负荷量.由于这些独特的性质,石墨烯在生物传感［4］及药物递送方面具有极高的研究开发价值［5］.本文重点介绍了近5年来石墨烯在这2个方面的应用情况.

1石墨烯简介

1.1石墨烯简史

作为碳材料,金刚石和石墨这2种三维结构为人们所熟知.1985年,美国和英国的3位科学家Kroto、Smalley和Curl率先发现了C60［6］.C60是由60个碳原子组成20个六边形和12个五边形构成的足球状碳单质,又称为富勒烯,属于零维结构碳材料（图1）.1991年,日本科学家SumioIijima使用石墨电弧放电法来制备富勒烯,当他用高分辨透射电子显微镜观察产物时意外地发现了一种管状的碳单质――碳纳米管［7］.碳纳米管的出现再一次将碳材料的维度扩展到一维空间.当零维、一维和三维的碳材料被成功发现及合成后,人们开始关注二维晶体碳材料.关于准二维晶体――1个原子层厚度的晶体的存在性,科学界一直存在争论.早在1934年Peierls等认为准二维晶体材料由于其本身的热力学不稳定性,在室温环境下,会迅速分解或拆解.但是人们对二维晶体材料的探索与研究一直没有放弃.2004年,英国曼彻斯特大学的物理学教授Geim及Novoselov博士领导下的研究小组用一种极为简单的胶带纸剥离方法观测到了单层石墨晶体即石墨烯,并研究了其独特的电学性质［8］,引起了科学界新一轮的先进“碳”材料的研究热潮,他们也因此荣获2010诺贝尔物理学奖.

1.2石墨烯的制备方法

目前,研究人员发现可以有多种方法制备石墨烯（图2）,其主要方法有机械方法和化学方法2大类.机械方法包括微机械分离法、取向附生法和加热SiC方法等；化学方法包括化学还原法与化学解离法等.

微机械分离法是最普通分离法,直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来.2004年Novoselov等用的胶带纸剥离就属于这种制备方法.该法制备的单层石墨烯可以在外界环境下稳定存在.取向附生法又称晶膜生长法或化学气相沉积(CVD),是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯［9］.该法首先让碳原子在1000℃高温下渗入钌,然后逐步冷却,冷却到850℃后,之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面,镜片形状的单层碳原子布满了整个基质表面,最终长成完整的一层石墨烯.除了钌外,也可以用其它金属作为基底生长石墨烯［10-11］.加热SiC法是通过加热单晶6H-SiC脱除Si,在单晶(0001)面上分解出石墨烯片层［12］.具体过程是：将经氧气或氢气刻蚀处理得到的样品在高真空下通过电子轰击加热除去氧化物.用俄歇电子能谱确定表面的氧化物完全被移除后,将样品加热使之温度升高至1400℃左右后恒温一段时间,从而形成极薄的石墨层.采用该方法可以获得大面积的单层石墨烯,并且质量较高.然而由于单晶SiC的价格昂贵,生长条件苛刻,并且生长出来的石墨烯难于转移,因此该方法制备的石墨烯主要用于以SiC为衬底的石墨烯器件的研究.

化学还原法是将氧化石墨与水以一定比例混合,用超声波振荡至溶液清晰无颗粒状物质,加入适量水合肼在100℃回流一段时间,产生黑色颗粒状沉淀,过滤、烘干即得石墨烯.Ruoff研究组利用化学分散法制得厚度为1nm左右的石墨烯［13］.化学解离法是将氧化石墨通过热还原的方法制备石墨烯的方法,氧化石墨层间的含氧官能团在一定温度下发生反应,迅速放出气体,使得氧化石墨层被还原的同时解离开,得到石墨烯.这是一种非常有用的制备石墨烯的方法［14］.

1.3石墨烯的表征

石墨烯的形貌可以通过光学显微镜、原子力显微镜、高清晰扫描电镜、透射电镜及拉曼光谱进行表征［15］（图3）.在使用光学显微镜时,石墨烯只有当沉积在具有特定厚度氧化层的单晶硅片上时,才能被光学显微镜捕获.研究发现,由于石墨烯和衬底对光线产生干涉,不同层数的石墨烯会显示出特有的颜色和对比度.原子力显微镜（AtomicForceMicroscopy,AFM）通过检测样品表面和一个微型力敏感元件(探针)之间的作用力来研究物质的表面结构及性质,是观测石墨烯最有效工具之一,在观察石墨烯表面形貌、鉴定石墨烯层数和厚度的过程中发挥了重大作用.单层石墨烯原子层厚度约为0.34nm,考虑表面吸附杂质,实际厚度约为0.5~1nm.在原子力显微镜下可测量石墨烯的厚度,由此可推算出石墨烯的层数.透射电子显微镜（TransmissionElectronMicroscopy,TEM）采用透过样品的电子束成像.扫描电子显微镜（ScanningElectronMicroscopy,SEM）采用电子束在样品表面扫描激发二次电子成像.通过TEM和SEM可直接观测石墨烯的表面和