LDG/MIP 為基礎(chǔ)的電化學(xué)傳感器敏感地和選擇性地探測(cè)水樣品中的BPA

KAUST使用激光束發(fā)展了一個(gè)簡(jiǎn)單的辦法來(lái)制造石墨烯電極，同現(xiàn)有的制作方法相比較，具有更好的性能。

這種神奇的電極由石墨烯組成，是碳的一種典型形式，這一物質(zhì)的出現(xiàn)將會(huì)改變電活性物質(zhì)的傳輸方式，可以在不同領(lǐng)域，如從食品安全到臨床診斷到環(huán)境的探測(cè)和測(cè)量均會(huì)帶來(lái)革命性的影響。

石墨烯包括多重超薄和高度有序的相互連接的蜂窩形的環(huán)狀碳原子所組成的板條。這一多層的層次結(jié)構(gòu)使得材料具有獨(dú)特的電性能，尤其是電導(dǎo)率和電催化活性，與此同時(shí)，其物理性質(zhì)也非常有用，可以用來(lái)制造電化學(xué)傳感器。

石墨烯電極可以使用 CO2激光束在不同的基材上實(shí)現(xiàn)制備

比較典型的，石墨烯電極可以通過(guò)剝離單個(gè)石墨或者在活性的混合前驅(qū)體的氣體在基材上通過(guò)沉積獲得。然而，這些辦法存在耗時(shí)多，制備步驟復(fù)雜和分離過(guò)程繁瑣等弊端，而且，在制備的過(guò)程中還需要控制層疊和基材的氧化等問(wèn)題。

為了提高技術(shù)上所面臨的挑戰(zhàn)和制備時(shí)價(jià)格昂貴的問(wèn)題，來(lái)自 Khaled Salama實(shí)驗(yàn)室的研究人員，聯(lián)合其他研究人員，發(fā)展了一種簡(jiǎn)單且可以可伸縮的方法，利用激光束來(lái)將聚合物或碳的前驅(qū)體薄膜轉(zhuǎn)換成石墨烯電極。這一無(wú)掩膜的制備工藝可以制備出均勻，三維多層的電極，同時(shí)具有高的孔隙率和表面積，可以滿(mǎn)足下一代電化學(xué)傳感器和生物傳感平臺(tái)的需要。

Salama的研究團(tuán)隊(duì)及其合作來(lái)自卡薩布蘭卡哈桑二世大學(xué)（摩洛哥），利用激光衍生石墨烯（Laser-derived graphene (LDG)）電極用作傳感平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)大多數(shù)酚化合物抗氧化物質(zhì)和相關(guān)的電活性生物分子的傳感。所有測(cè)試的化合物在石墨烯為基礎(chǔ)的平臺(tái)上同傳統(tǒng)的碳電極平臺(tái)系統(tǒng)相比較，均呈現(xiàn)出較高的電催化活性。

石墨烯為基礎(chǔ)的平臺(tái)在探測(cè)撲熱息痛，一種常見(jiàn)的藥物時(shí)，呈現(xiàn)出有益的性能，Abdellatif Ait Lahcen說(shuō)到，他是來(lái)自Salama實(shí)驗(yàn)室的博士后研究人員。結(jié)合抗壞血酸，他們同時(shí)可以在常用的商業(yè)藥丸中區(qū)分出撲熱息痛來(lái)，這是一種經(jīng)常用來(lái)制造典型的電化學(xué)分析所用的干涉劑。

一整套的激素和神經(jīng)遞質(zhì)的電化學(xué)行為的評(píng)估稱(chēng)之為兒茶酚胺，也可以提供我們了解這些化學(xué)物氧化-還原的機(jī)理。

這里有許多的電極改性措施可以提高傳感器的性能。生物受體，諸如酶，核酸，抗體等，提供了特定目標(biāo)傳感器，但他們需要復(fù)雜的表面固定技術(shù)。

潛在的替代技術(shù)目前正在因?yàn)檫@些天然受體而開(kāi)始出現(xiàn)。合成高分子材料，如著名的分子印記聚合物（molecularly imprinted polymers (MIPs)）是耐用的且比較易于制備。KAUST 的研究人員打算優(yōu)化制造傳感器的工藝并拓展這些傳感器在其他的生物分子和疾病生物指標(biāo)（標(biāo)記）上。我們正在發(fā)展分子印記聚合物 (MIPs)）改性的仿生傳感器用于早期的乳腺癌的探測(cè)，Ait Lahcen說(shuō)到。

使用激光衍生的石墨烯電極制造的傳感平臺(tái)同使用碳電極的相比呈現(xiàn)出較高的電化學(xué)性能：

圖解：探測(cè)對(duì)象為：含硫化合物，藥物和抗氧化劑，兒茶酚胺以及他們的前驅(qū)體，L-多巴(存在于體內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)，用以治療帕金森病)。

研究人員通過(guò)分子印記聚合物（molecularly imprinted polymers (MIPs)）改變LDG（激光衍生石墨烯）來(lái)制造出廉價(jià)的傳感器用于探測(cè)水中和塑料樣品中的丙二酚。這一改性包括在存在BPA分子的時(shí)候在施加電壓的條件下合成聚吡咯，這作為模板和當(dāng)移除的時(shí)候在聚合物中留下印記。在相似的基材條件下，傳感器對(duì)BPA的反應(yīng)呈現(xiàn)出高度的敏感性和選擇性，諸如雌二醇（女性荷爾蒙），腎上腺素，丙二酚等。

提出的采用激光刻畫(huà)石墨烯 改性聚合物的分子印記用于丙二酚的示意圖

結(jié)合激光衍生石墨烯（LDG）電極和分子印記聚合物（molecularly imprinted polymers (MIPs)）將會(huì)導(dǎo)致電化學(xué)傳感器高度的敏感性和選擇性，Tutku Beduk說(shuō)到，他是Salama實(shí)驗(yàn)室的博士研究生。

圖：(A)概念性的繪圖，光學(xué)照片和制造可穿戴的化學(xué)／物理傳感器； (B)概念性的可穿戴葡萄糖傳感器帶和可穿戴傳感器的圖片；(C)制造可伸縮傳感器的詳細(xì)的示意圖和多層工作檢點(diǎn)的示意圖

Salama 相信這些分子印記聚合物（molecularly imprinted polymers (MIPs)）為基礎(chǔ)的傳感器將會(huì)幫助我們確保水保持干凈，純凈和無(wú)毒。

激光衍生石墨烯（LDG） 電化學(xué)傳感器和生物傳感器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)的圖形化表示

文章來(lái)源:

“Electrochemical sensors and biosensors using laser-derived graphene: A comprehensive review” by Abdellatif Ait Lahcen, Sakandar Rauf, Tutku Beduk, Ceren Durmus, Abdulrahman Aljedaibi, Suna Timur, Husam N. Alshareef, Aziz Amine, Otto S. Wolfbeis and Khaled N. Salama, 27 August 2020, Biosensors and Bioelectronics.

DOI: 10.1016/j.bios.2020.112565

“Laser scribed graphene: A novel platform for highly sensitive detection of electroactive biomolecules” by Abdelghani Ghanam, Abdellatif Ait Lahcen, Tutku Beduk, Husam N. Alshareef, Aziz Amine and Khaled Nabil Salama, 19 August 2020, Biosensors and Bioelectronics.

DOI: 10.1016/j.bios.2020.112509

“One-step electrosynthesized molecularly imprinted polymer on laser scribed graphene bisphenol a sensor” by Tutku Beduk, Abdellatif Ait Lahcen, Nouran Tashkandi and Khaled Nabil Salama, 11 April 2020, Sensors and Actuators B: Chemical.

DOI: 10.1016/j.snb.2020.128026