中國粉體網訊 近期，中科院合肥研究院智能所黃青研究員課題組在石墨烯基納米酶的制備及應用方面取得重要進展。該課題組實現了一種用靈芝多糖還原和功能化氧化石墨烯來制備過氧化物模擬酶的簡便而綠色的方法，并驗證該石墨烯基納米酶可用于檢測血清中的L-半胱氨酸。
圖1. 石墨烯基納米酶的制備及其檢測L-半胱氨酸示意圖
納米酶
納米酶是用人工納米材料代替天然酶，即所謂的具有天然酶模擬活性的納米材料，包括基于金屬的納米酶（Au，Pt，MnO2等），基于MOF的納米酶（Fe-MOF）和各種基于碳的納米酶（石墨烯，碳納米管）。與天然酶相比，納米酶具有制造成本低、易于批量生產、對惡劣環境的耐受性高、環境穩定性強等優點。此外，納米酶可以用作生物傳感器，其優點是特異性強，定量準確，操作快速簡單。
碳基納米材料
碳基納米材料由于具有豐富的比表面積、較好的吸附能力和電子傳遞性，作為納米酶也越來越多地被應用到生物醫學檢測、疾病監控、治療等多方面。研究發現，富勒烯能夠清除超氧負離子(O2•－) 自由基，具有超氧化物歧化酶（SOD）活性。碳納米點、氧化石墨烯、碳納米管等碳基納米材料在雙氧水的存在下，表現出過氧化物酶活性。由于石墨烯基材料的非凡性能，例如大的比表面積和強吸附能力，石墨烯基納米材料已被廣泛用于不同目的，包括制備具有優良過氧化物酶特性的納米酶。
石墨烯基復合材料的制備方法
多種方法均可以用來制備三維石墨烯基復合材料，主要可分為原位（在石墨烯表面直接生長納米顆粒）和非原位（將預制納米顆粒附著到石墨烯表面）方法。
1、原位方法
各種還原方法、水熱／溶劑熱以及電化學方法都可以用來原位制備三維石墨烯基復合材料。
采用還原方法時，通常使用檸檬酸鈉或硼氫化鈉還原各類金屬鹽，如HAuCl4、H2PtCl4、AgNO3。這類帶負電的金屬鹽可以在石墨烯或氧化石墨烯表面成核繼而生長。雖然這種方法易操作，效率高，但所制備金屬納米顆粒的尺寸與形貌難以控制，導致金屬納米顆粒的尺寸差別較大。
水熱法利用高溫和高壓誘導納米顆粒在石墨烯上生長，通常所得納米顆粒具有高結晶度和較均一的尺寸分布，如各類金屬氧化物、硫化物等。由于金屬納米顆粒可以抑制石墨烯的團聚、縮短離子路徑、增加電子傳導性、增大比表面積，因此，與石墨烯片相比，三維石墨烯和金屬氧化物的復合材料具有更高的電化學活性，在傳感、超級電容器和催化領域的應用中有著巨大的潛力。
電化學沉積的方法用于三維石墨烯基復合材料的制備時，可以通過簡單的改變條件來精確控制沉積納米顆粒的尺寸和形狀。Sattayasamitsathit等采用不同的電化學方法在氣相沉積法制備的三維石墨烯表面原位合成了不同形貌及尺寸的Au、Pt、Pd納米顆粒，復合材料因三維石墨烯結構和貴金屬具有較好的傳質性能和催化活性，可用于傳感器及燃料電池。
2、非原位方法
非原位方法制備三維石墨烯基復合材料通常利用共價或非共價作用的連接劑將預先合成的納米顆粒附著在石墨烯上。采用這種方式可以在自組裝的同時控制修飾到石墨烯表面納米顆粒的尺寸、形狀和密度。如Chen等將Fe3O4納米顆粒與氧化石墨烯混合后，用NaHSO3為還原劑將氧化石墨烯還原，同時將兩者進行組裝形成三維石墨烯水凝膠，可用于鋰離子電池的負極材料，在充放電過程中，顯示出了巨大的比容量性。
小結：
黃青研究員課題組在前期研究的基礎上，以靈芝提取物多糖作為還原劑和穩定劑，在溫和水熱條件下制備得到了靈芝多糖還原修飾的石墨烯基材料。通過一系列表征技術（UV-Vis、XRD、FTIR、XPS等），他們證明靈芝多糖能充分還原氧化石墨烯，并且靈芝多糖的存在可使石墨烯基材料在水中的穩定性和分散性更好。
通常，石墨烯基材料可以使用各種還原劑來獲得，其中許多是危險且有毒的化學物質，所獲得的石墨烯基材料容易發生聚集而限制了其實際應用。因此，尋找其他合成方法來生產高質量的石墨烯基材料，包括使用綠色天然產物（如植物提取物），這成為一種新的趨勢。
參考來源：
1、石墨烯聯盟：中科院合肥研究院在石墨烯基納米酶的制備及應用研究方面取得進展
2、劉鍵等：納米酶與病毒檢測
3、裘娜：三維石墨烯基納米酶的制備及其在環境常見酚類污染物檢測中的應用
（中國粉體網編輯整理/青黎）
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