[发明专利]一种激光直写石墨烯/贵金属纳米颗粒复合电极的制备及免疫传感应用

说明书

本发明公开了一种激光直写技术制备石墨烯/Au柔性复合电极的制备方法，及其在肿瘤标志物中的高灵敏无标记免疫电化学传感应用，属于生物传感技术领域。本发明结合激光直写技术制备微型平面石墨烯电极，通过激光诱导还原贵金属前驱体溶液，于石墨烯电极工作界面一步沉积纳米贵金属颗粒，实现石墨烯/贵金属纳米颗粒复合电极的便捷、批量制备。继而采用抗体作为识别元件，构建功能化微型无标记免疫传感，利用LIG 3D介孔结构的高比表面积和贵金属纳米颗粒的高导电性，在不牺牲灵敏度的条件下，简化免疫分析过程，实现无标记电化学肿瘤标志物的免疫传感。进一步推进简便、绿色、低成本生物传感器的研制。

技术领域

本发明属于生物传感技术领域，具体涉及一种激光直写石墨烯/贵金属纳米颗粒复合电极的制备方法及免疫传感应用。

背景技术

石墨烯是一种单原子层的二维sp²杂化碳纳米片，由于大的比表面积、高的电子迁移率、热导率、生物相容性、超低密度和机械柔性，表现出优异的光学、电学、化学和物理性能。石墨烯的这些特殊特性使其在生物传感器、锂电池和超级电容器等领域具有广阔应用前景。因此，石墨烯的高效制备，如微机械剥离、化学气相沉积、外延生长、氧化石墨烯（GO）的还原和有机合成等，均有较深入的研究和应用。但这些方法具有仪器昂贵、操作复杂、试剂污染环境等缺点，阻碍了其在一些领域的应用。

如何以可拓展的方式直接制备和加工石墨烯基材料是当前的研究热点之一。因此，激光直写技术以其制备简单、环境友好、易于图案化等优点被广泛应用于石墨烯基材料的制备。LIG(Laser-induced Graphene，激光诱导石墨烯)技术可诱导聚酰亚胺(PI)衬底直接生成三维多孔结构的石墨烯，表现出大的比表面积和高的导电性，制备过程无需高温和溶剂。

近年来，LIG电极因其具有电子转移速率高、比表面积大等特点，在电化学分析中得到了广泛的应用。LIG电极的改进对于提高LIG电极在自组装过程的灵敏度、稳定性和易化性方面的性能至关重要。用杂原子和纳米材料对LIG电极进行改性是提高其电化学性能的有效途径。与杂原子掺杂相比，LIG表面的自组装复合材料更易于电极的组装。具有高电催化活性和导电性的贵金属（如金、银、铂纳米粒子）已成功应用于LIG电极的改性。这些贵金属纳米粒子的组装过程通常采用电沉积、磁控溅射工艺。其中电沉积是应用最广泛的一种技术，但它消耗大量的试剂，并且反应条件需严格控制，而磁控溅射工艺需要昂贵而精密的设备和专业的技术人员。Xia等的研究小组提出了一种激光诱导石墨烯薄膜上金属离子的还原。若将该技术应用于LIG电极的修饰，可大大简化修饰步骤，且只需消耗少量前体试剂。

近几十年来，癌症已经成为导致死亡率上升的一个重要的原因，并且癌症的发病率正趋于年轻化，已经严重影响到了人们的健康。肿瘤标志物是存在于血液，体液或组织当中的一种生物分子，常见的肿瘤标志物有前列腺特异性抗原(PSA)、糖链抗原15-3 (CA 15-3)、甲胎蛋白(AFP)、癌胚抗原(CEA)等。它们的存在或量变可以提示肿瘤的性质，帮助癌症的鉴别诊断、预后判断、治疗反应预测及癌症的进展监测。肿瘤标志物是早期癌症检测，确定癌症对化疗治疗的反应以及监测疾病进展的最有价值的工具之一, 快速、灵敏地检测肿瘤标志物对肿瘤的早期诊断和预防具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光直写石墨烯/贵金属纳米颗粒复合电极的制备方法，及用于肿瘤标志物的无标记免疫传感。

本发明设计三电极图案，采用激光直写技术制备微型平面石墨烯电极，通过激光诱导还原贵金属前驱体溶液，于石墨烯电极工作界面一步沉积纳米贵金属颗粒，实现石墨烯/贵金属纳米颗粒复合电极的便捷、批量制备。继而采用抗体作为识别元件，构建功能化微型无标记免疫传感，利用LIG 3D介孔结构的高比表面积和贵金属纳米颗粒的高导电性，在不牺牲灵敏度的条件下，简化免疫分析过程，实现无标记电化学肿瘤标志物的免疫传感。进一步推进简便、绿色、低成本生物传感器的研制。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：