·1648 工程科学学报，第39卷，第11期 高效液相色谱法-、分光光度法5日、化学发光法团 1000型显微共焦激光拉曼光谱仪，激光波长为514m 荧光计法圆和酶联配体吸着剂测试法.这些检测方 1.3电化学性能测试 法复杂，耗时长且成本高.电化学方法在检测生物分 电化学实验在VMP3型电化学工作站(Biologic 子时具有价格低廉、操作方便、稳定性高、灵敏度和选 Science Instrument,法国)上进行.采用三电极检测体 择性高等优点@. 系，以C/Zn0NWAs/GF为工作电极，Ag/AgCl为参比 石墨烯是一种二维单原子厚度的碳材料，具有高 电极，P1丝为对电极.采用循环伏安测试法(CV)和差 光透性，高电导性以及优异的机械性能四.三维(3D) 分脉冲伏安(DPV)检测C/ZnO NWAs/GF对FA的电 泡沫石墨烯(GF)是以泡沫镍为模板，用化学气相沉积 化学性能.检测均在0.01mol·L的磷酸缓冲盐溶液 法(CVD)制备具有空间连通的三维结构石墨烯，具有 (PBS,20mL,pH7.4)中进行. 大的比表面积，同时石墨烯平面为金属氧化物的生长 2 提供了巨大的平台.氧化锌纳米线阵列(ZnO NWAs) 结果与讨论 具有好的生物兼容性、在生理环境中具有化学稳定性、 2.1C/ZnO NWAs./GF的表征 高催化效率以及大的比表面积2。本课题组曾将 图1(a)~图1（d)为不同放大倍数的C/Zn0 Z0NWAs生长在泡沫石墨烯表面用于检测帕金森病 NWAs/GF的扫描图.可以看出：GF保留着泡沫镍的 生物标记物☒，其能够简单、方便地测到标记物浓度. 三维结构骨架，平均孔径约等于300μm.Zn0NWAs 但是Z0是半导体Ⅱ-VI族材料a,电导性较差，响 均匀且垂直生长在GF表面，ZnO NWAs的直径和长度 应信号较低，限制了其应用.此外，由于ZnO NWAs具 分别约等于50nm和2μm.图1(e)为C/Zn0NWAs/ 有较高的等电点(9.5)，在检测生物分子的时候，表面 GF的拉曼光谱图，图中1575cm和2686cm两处的 容易吸附生物分子，影响电化学性能。为了改善 特征峰分别对应G带（由SP2杂化的碳原子的共面振 ZnO NWAs的这一缺陷，采用CVD法将碳(C)沉积在 动引起的峰)和2D带（由于双共振拉曼散射引起峰） 其表面网，改善复合电极的电化学性能 可以看出复合材料由ZnO和GF组成，GF为多层的 本文以泡沫镍为模板，通过CVD制备三维泡沫石 (G/2D大于1)，且无明显的缺陷峰带(1350cm左 墨烯，然后通过水热合成的方法在泡沫石墨烯表面生 右).图1()为C/Zn0NWAs/GF的能谱图，表明C 长ZnO NWAs.最后，再利用CVD在ZnO NWAs表面 沉积在ZnO NWAs表面. 沉积碳，制备出C/ZnO NWAs/GF.使用该复合材料为 2.2C/ZnO NWAs./GF的电化学性能测试 电极，检测溶液中FA的浓度，并研究尿酸(UA)的存 2.2.1循环伏安测试法(CV)测试 在下，FA浓度与峰电流之间的关系 图2为C/ZnO NWAs/GF电极在50μmol·LFA 1 和UA中扫描速率为50mV·s的循环伏安测试曲线. 实验部分 从图中可以明显看出，FA和UA的氧化峰电位分别为 1.1C/ZnO NWAs./GF的制备 0.7V和0.45V,修饰后的C/ZnO NWAs/.GF电极的氧 以泡沫镍为模板，采用CVD法制备三维泡沫石墨 化峰电流值明显高于裸TO玻璃电极，这主要因为C 烯(3DGF)2, 和GF都具有高的导电性，同时ZnO NWAs也为生物 将三维泡沫石墨烯转移到氧化铟锡(TO)玻璃 分子的检测提供了更多的活性点.两曲线的氧化峰与 上，在其表面滴加Zn0种子层，通过水热合成的方法 还原峰并不是完全的对称图形，说明FA与UA在C/ 制备Zn0NWAs,具体的实验操作如文献D2],与其不 ZnO NWAs/GF电极上的氧化和还原反应不是可逆 同的是，反应物中氨水的浓度增加为0.5molL,以 反应 降低ZnO NWAs的密度，制备出ZnO NWAs/GF. 图3为C/Zn0NWAs/GF电极在50mol·L'的 将ZnO NWAs/GF放入真空管式炉中，在Ar(500 FA中不同扫描速率(10,20,50,75和100mV·s)下 mL.min)保护下，以l0℃·min的升温速率将管式 的循环伏安曲线.由图3(a)可以看出，随着扫描速率 炉加热至700℃.将CH,通入管式炉20min,停止通入 的增加，FA氧化峰电流逐渐升高.图3(b)是FA的氧 CH后，炉温降至室温，取出产物即为C/ZnO NWAs/ 化峰电流(1p,μA)与扫描速率(m,mV·s)的拟合曲 GF复合材料. 线.拟合方程为1。=(5.93±1.44)+(0.28±0.02)u、 1.2材料表征 线性相关系数R=0.973.由此得知，该电极反应机理 采用荷兰飞利浦公司的FEI-Sirion200型热场发 为吸附型四， 射扫描电镜(SEM)配备有能谱(EDS)组件，对C/ZnO 2.2.2差分脉冲伏安(DPV)测试 NWAs/GF的形貌进行表征并对元素进行分析.拉曼 与CV测试相比，DPV可以降低背底电流的干扰 光谱(Raman)分析采用英国RENISHAW公司的RM一 而得到更强的分析信号，从而获得更好的灵敏度四工程科学学报，第 39 卷，第 11 期 高效液相色谱法［2--4］、分光光度法［5--6］、化学发光法［7］、 荧光计法［8］和酶联配体吸着剂测试法［9］． 这些检测方 法复杂，耗时长且成本高． 电化学方法在检测生物分 子时具有价格低廉、操作方便、稳定性高、灵敏度和选 择性高等优点［10］． 石墨烯是一种二维单原子厚度的碳材料，具有高 光透性，高电导性以及优异的机械性能［11］． 三维( 3D) 泡沫石墨烯( GF) 是以泡沫镍为模板，用化学气相沉积 法( CVD) 制备具有空间连通的三维结构石墨烯，具有 大的比表面积，同时石墨烯平面为金属氧化物的生长 提供了巨大的平台． 氧化锌纳米线阵列( ZnO NWAs) 具有好的生物兼容性、在生理环境中具有化学稳定性、 高催化效率以及大的比表面积［12--15］． 本课题组曾将 ZnO NWAs 生长在泡沫石墨烯表面用于检测帕金森病 生物标记物［12］，其能够简单、方便地测到标记物浓度． 但是 ZnO 是半导体 II--VI 族材料［16］，电导性较差，响 应信号较低，限制了其应用． 此外，由于 ZnO NWAs 具 有较高的等电点( 9. 5) ，在检测生物分子的时候，表面 容易吸附生物分子，影响电化学性能［17］． 为了改 善 ZnO NWAs 的这一缺陷，采用 CVD 法将碳( C) 沉积在 其表面［18］，改善复合电极的电化学性能． 本文以泡沫镍为模板，通过 CVD 制备三维泡沫石 墨烯，然后通过水热合成的方法在泡沫石墨烯表面生 长 ZnO NWAs． 最后，再利用 CVD 在 ZnO NWAs 表面 沉积碳，制备出 C / ZnO NWAs /GF． 使用该复合材料为 电极，检测溶液中 FA 的浓度，并研究尿酸( UA) 的存 在下，FA 浓度与峰电流之间的关系． 1 实验部分 1. 1 C /ZnO NWAs /GF 的制备 以泡沫镍为模板，采用 CVD 法制备三维泡沫石墨 烯( 3D GF) ［12，19］． 将三维泡沫石墨烯转移到氧化铟锡( ITO) 玻璃 上，在其表面滴加 ZnO 种子层，通过水热合成的方法 制备 ZnO NWAs，具体的实验操作如文献［12］，与其不 同的是，反应物中氨水的浓度增加为 0. 5 mol·L － 1，以 降低 ZnO NWAs 的密度，制备出 ZnO NWAs /GF． 将 ZnO NWAs /GF 放入真空管式炉中，在 Ar( 500 mL·min － 1 ) 保护下，以 10 ℃·min － 1的升温速率将管式 炉加热至 700 ℃ ． 将 CH4通入管式炉 20 min，停止通入 CH4后，炉温降至室温，取出产物即为 C / ZnO NWAs / GF 复合材料． 1. 2 材料表征 采用荷兰飞利浦公司的 FEI--Sirion200 型热场发 射扫描电镜( SEM) 配备有能谱( EDS) 组件，对 C / ZnO NWAs /GF 的形貌进行表征并对元素进行分析． 拉曼 光谱( Ｒaman) 分析采用英国 ＲENISHAW 公司的 ＲM-- 1000 型显微共焦激光拉曼光谱仪，激光波长为514 nm． 1. 3 电化学性能测试 电化学实验在 VMP3 型电化学工作站( Biologic Science Instrument，法国) 上进行． 采用三电极检测体 系，以 C / ZnO NWAs /GF 为工作电极，Ag /AgCl 为参比 电极，Pt 丝为对电极． 采用循环伏安测试法( CV) 和差 分脉冲伏安( DPV) 检测 C / ZnO NWAs /GF 对 FA 的电 化学性能． 检测均在 0. 01 mol·L － 1的磷酸缓冲盐溶液 ( PBS，20 mL，pH 7. 4) 中进行． 2 结果与讨论 2. 1 C /ZnO NWAs /GF 的表征 图 1( a) ～ 图 1 ( d) 为不同放大倍数的 C / ZnO NWAs /GF 的扫描图． 可以看出: GF 保留着泡沫镍的 三维结构骨架，平均孔径约等于 300 μm． ZnO NWAs 均匀且垂直生长在 GF 表面，ZnO NWAs 的直径和长度 分别约等于 50 nm 和 2 μm． 图 1( e) 为 C / ZnO NWAs / GF 的拉曼光谱图，图中 1575 cm － 1和 2686 cm － 1两处的 特征峰分别对应 G 带( 由 SP2 杂化的碳原子的共面振 动引起的峰) 和 2D 带( 由于双共振拉曼散射引起峰) 可以看出复合材料由 ZnO 和 GF 组成，GF 为多层的 ( G /2D 大于 1) ，且无明显的缺陷峰带( 1350 cm － 1 左 右) ． 图 1( f) 为 C / ZnO NWAs /GF 的能谱图，表明 C 沉积在 ZnO NWAs 表面． 2. 2 C /ZnO NWAs /GF 的电化学性能测试 2. 2. 1 循环伏安测试法( CV) 测试 图 2 为 C / ZnO NWAs /GF 电极在 50 μmol·L － 1 FA 和 UA 中扫描速率为 50 mV·s － 1的循环伏安测试曲线． 从图中可以明显看出，FA 和 UA 的氧化峰电位分别为 0. 7 V 和 0. 45 V，修饰后的 C / ZnO NWAs /GF 电极的氧 化峰电流值明显高于裸 ITO 玻璃电极，这主要因为 C 和 GF 都具有高的导电性，同时 ZnO NWAs 也为生物 分子的检测提供了更多的活性点． 两曲线的氧化峰与 还原峰并不是完全的对称图形，说明 FA 与 UA 在 C / ZnO NWAs /GF 电极上的氧化和还原反应不是可逆 反应． 图 3 为 C / ZnO NWAs /GF 电极在 50 μmol·L － 1 的 FA 中不同扫描速率( 10，20，50，75 和100 mV·s － 1 ) 下 的循环伏安曲线． 由图 3( a) 可以看出，随着扫描速率 的增加，FA 氧化峰电流逐渐升高． 图 3( b) 是 FA 的氧 化峰电流( IP，μA) 与扫描速率( v，mV·s － 1 ) 的拟合曲 线． 拟合方程为 Ip = ( 5. 93 ± 1. 44) + ( 0. 28 ± 0. 02) v、 线性相关系数 Ｒ2 = 0. 973． 由此得知，该电极反应机理 为吸附型［20］． 2. 2. 2 差分脉冲伏安( DPV) 测试 与 CV 测试相比，DPV 可以降低背底电流的干扰 而得到更强的分析信号，从而获得更好的灵敏度［21］． · 8461 ·