一步法製備貴金屬/石墨烯基柔性生物傳感器

2020-10-27 柔性電子服務平臺


多孔結構的三維石墨烯具有大表面積、好的生物形容相容性和極好的導電性，可以廣泛地應用於能源器件、催化、分離和傳感等。三維石墨烯可以通過自組裝、模板法和直接沉積等方法製備。最近，一種新型的方法被報導，可以通過雷射直寫技術直接在聚醯亞胺的基底上來合成三維結構的石墨烯。雷射誘導的石墨烯（LIG）可以在短時間內圖形化成任意形狀和大面積製造。因此，這些優勢可以潛在地應用於微型超級電容器、水分解、防汙染、水處理和傳感。

最近，包含活性納米顆粒的LIG的混合材料被報導可以提升其物理和化學性能。相比於LIG或者活性納米顆粒，這種混合材料由於協同效應通常展示出優越的性能。三維結構的LIG可以負載更多的活性納米顆粒並且防止其團聚。同時，活性納米顆粒的引入可以創造新的功能或者提升性能。

這種混合材料可以通過多種方法製備。例如，可以通過雷射誘導的方法來製備金屬氧化物-LIG複合材料。通過在聚醯亞胺添加金屬前驅體形成含金屬的聚醯亞胺薄膜。然後，在雷射下可以形成金屬氧化物-LIG。不同的金屬氧化物如氧化鈷，氧化鉬和四氧化三鐵等都可以通過這種方法來生長在LIG中，這種方法具有普適性。但是，製備含金屬前驅體的聚醯亞胺薄膜的過程需要苛刻的條件，如高溫高壓等。另外，可以通過電化學沉積的方法製備金屬氧化物-LIG複合材料。這種方法的限制是在於需要兩步步驟，浪費時間。並且沉積物與石墨烯的結合力不強，所製備的傳感器的穩定性弱。

浙江大學的研究人員通過一步法來製備金屬納米顆粒-LIG混合材料。上海冪方電子科技有限公司提供的BASE-BB30親水試劑可以讓含有金屬前驅體的殼聚糖的油墨刮塗到聚醯亞胺薄膜上，然後再通過雷射直寫製備叉指陣列電極，使用上海冪方科技有限公司提供的BASE-CD01墨水塗到電極的兩端可以形成更好的電接觸，並將其應用於免疫傳感器中。

圖1. 一步法製備金屬納米顆粒-LIG混合材料的示意圖


圖2. （a）一步法製備金納米顆粒-LIG叉指陣列電極的示意圖；（b）基於金納米顆粒-LIG叉指陣列電極的免疫傳感器用於檢測E.coli O157:H7的示意圖；（c）金納米顆粒-LIG叉指陣列電極的照片；（d）金納米顆粒-LIG電極在不同情況下的阻抗圖；（e）阻抗的擬合曲線和等效電路圖。


參考文獻：

You Z, Qiu Q, Chen H, et al. Laser-induced noble metal nanoparticle-graphene composites enabled flexible biosensor for pathogen detection[J]. Biosensors & Bioelectronics, 2019, 150:111896.

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