自從2004年由英國(guó)科學(xué)家首次通過(guò)機(jī)械剝離法得到了石墨烯,便引發(fā)了人們對(duì)于石墨烯結(jié)構(gòu)、性能、應(yīng)用等方面的研究熱潮。在石墨烯中,六個(gè)sp2雜化的碳原子之間相互連接形成環(huán)狀結(jié)構(gòu),這種六角型的環(huán)狀結(jié)構(gòu)通過(guò)碳原子緊密結(jié)合形成了蜂巢狀排列的晶格材料。由于石墨烯材料僅由碳原子構(gòu)成,因此單層的石墨烯僅相當(dāng)于一個(gè)碳原子的厚度,但是卻具有極高的強(qiáng)度與韌性。由于其晶格狀結(jié)構(gòu),使石墨烯在有限的面積內(nèi)有更多的生物識(shí)別位點(diǎn)。此外,石墨烯還具有高載流子遷移率、高導(dǎo)電率與導(dǎo)熱率等卓越的性能,這些性能也使得石墨烯在生物傳感領(lǐng)域具有很大的發(fā)展?jié)摿ΑＩ飩鞲衅魇且环N通過(guò)生物識(shí)別元件對(duì)待測(cè)靶分子進(jìn)行特異識(shí)別,然后將產(chǎn)生的生物信號(hào)轉(zhuǎn)化為可被檢測(cè)到的電學(xué)、光學(xué)等信號(hào),從而可以對(duì)待測(cè)物的成分、濃度等信息進(jìn)行分析的電子器件。檢測(cè)過(guò)程高效、檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確的生物傳感器的使用領(lǐng)域廣泛,目前不但可以實(shí)現(xiàn)核酸、蛋白質(zhì)、酶、微生物、金屬離子等的檢測(cè),還可以在單分子水平上進(jìn)行分析。隨著研究人員對(duì)石墨烯的性能研究越來(lái)越深入,發(fā)現(xiàn)石墨烯優(yōu)異的電學(xué)性能和生物相容性有利于其在生物傳感領(lǐng)域的應(yīng)用,可以改善生物傳感器的靈敏度、快捷性、集成性等特點(diǎn)。在本文中使... 

【文章來(lái)源】：山東師范大學(xué)山東省

【文章頁(yè)數(shù)】：68 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

生物傳感器的組件[3]

山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文2測(cè)的電學(xué)信號(hào)，通過(guò)對(duì)待測(cè)物與檢測(cè)信號(hào)之間關(guān)系的分析從而實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)目標(biāo)物的檢測(cè)。圖1-2生物傳感器原理簡(jiǎn)圖Fig.1-2Schematicdiagramofbiosensor1.1.2生物傳感器的分類生物傳感器主要根據(jù)其生物識(shí)別元件、轉(zhuǎn)換元件及檢測(cè)方法的不同進(jìn)行分類，主要分類如下：1．根據(jù)生物識(shí)別元件分類：（1）生物親和型生物傳感器：通過(guò)待測(cè)分子與活性底物之間的特異性相互關(guān)系而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的生物傳感器，主要包括免疫型生物傳感器[4]、核酸生物傳感器[5]、抗體生物傳感器[6]等器件類型。（2）生物催化型生物傳感器[7]：通過(guò)使用催化劑對(duì)生物分子產(chǎn)生催化作用以實(shí)現(xiàn)對(duì)于待測(cè)底物的檢測(cè)，例如酶類生物傳感器[8]、組織生物傳感器等。2．根據(jù)轉(zhuǎn)換元件種類進(jìn)行分類：（1）電化學(xué)生物傳感器[9]：是化學(xué)傳感器的一個(gè)子類，其轉(zhuǎn)換部分元件通常為電極，通過(guò)與生物之間的高特異性識(shí)別結(jié)合在一起，使其具有極高的靈敏度，從而傳輸出與待測(cè)物相關(guān)的電勢(shì)等信號(hào)從而進(jìn)行分析[10]。（2）光學(xué)生物傳感器[11]：是一種通過(guò)光信號(hào)引發(fā)的檢測(cè)，在待測(cè)物質(zhì)與檢測(cè)試劑之間產(chǎn)生生物化學(xué)反應(yīng)，并被轉(zhuǎn)化為光學(xué)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，目前基于光學(xué)的生物傳感器主要包括

山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文5圖1-3石墨烯及其衍生材料結(jié)構(gòu)示意圖[30]Fig.1-3Schematicdiagramofgrapheneanditsderivativematerials[30]在電學(xué)性能方面，作為一種半導(dǎo)體材料，石墨烯的禁帶寬度為零[31]，因此電子在優(yōu)質(zhì)的石墨烯片層中可以進(jìn)行彈道運(yùn)動(dòng)，而且電子在石墨烯的原子間受到的影響較小，所以在石墨烯結(jié)構(gòu)中的電子傳輸并不會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象，因此在普通環(huán)境下其電子遷移率可以達(dá)到2×105cm2/(V.s)[32]，比晶體硅要高100多倍。此外，在室溫下石墨烯中的電導(dǎo)率可以高達(dá)106S/m[33]，膜電阻約為30Ω/sq，因此石墨烯是目前已知導(dǎo)電性能最好的納米材料。在力學(xué)性能方面，詹姆斯·霍恩（JamesHone）等人研究了單層石墨烯的力學(xué)性能[34]，結(jié)果表明，石墨烯的平均斷裂強(qiáng)度為55N/m，理想強(qiáng)度為（130±10）GPa，大約1m2的石墨烯薄膜即可承擔(dān)約4Kg的壓力，其強(qiáng)度可達(dá)鋼筋材料的100倍之高，因此石墨烯是強(qiáng)度最為優(yōu)異的納米材料。此外，由于石墨烯獨(dú)特的晶格結(jié)構(gòu)，使其在受到強(qiáng)大外作用時(shí)，在其原子平面上則會(huì)發(fā)生一定的形變彎曲，石墨烯仍然可保持其自身的穩(wěn)定性，也證明了石墨烯還具有極強(qiáng)的韌性。在熱學(xué)性能方面，LeeC等人還研究了在室溫條件下單層石墨烯材料的導(dǎo)熱情況，結(jié)果表明，石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)約為5000W·Mk-1[35]，比碳納米管[36]、金剛石[37]等常見(jiàn)的的碳材料要高的多。在光學(xué)性能方面，研究人員發(fā)現(xiàn)單層石墨烯不論是在近紅外波段，還是可見(jiàn)光波段均具有優(yōu)異的光透過(guò)性，其光透過(guò)率可達(dá)到97%，幾乎完全透明。此外，不斷增加石墨烯厚度，則其透光能力會(huì)有所下降，導(dǎo)電率會(huì)隨之上升[38]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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