020-00000000 一、石墨烯气体传感器
石墨烯独特的二维特点使之在传感器领域具有光明的应用前景。巨大的表面积使之对周围的环境非常敏感。即使是一个气体分子吸附或释放都可以被检测到。当然目前检测可以分为直接检测和间接检测。通过TEM可以直接观测到单原子的吸附和释放过程，并且观察到了碳链和空位，实时研究了其动力学过程。
这些技术提供了一种研究更复杂化学反应的真实动力学的途径，并能鉴别未知吸附物的原子结构。通过霍尔电阻的变化间接检测单原子的吸附和释放过程，极大地提高了微量气体快速检测的灵敏性。研究还发现，高灵敏性来自于石墨烯 电学上的低噪音特性。此外，石墨烯还可用于外加电荷、磁场以及机械应力等的敏感检测。由于石墨烯具有六角网状结构，可用来制备分解气体的显微滤网。
二、石墨烯生物小分子传感器
H2O2 通常是氧化酶和过氧化酶基体酶化的产物，在生物过程和生物传感器的发展中起着重要作用。H2O2 也是食品、药品、医疗、工业和环境分析的基本介质，因此探测 H2O2 有着重要意义。开发探测 H2O2 电极的关键是减少氧化/ 还原过电位。碳纳米管等多种碳材料都可用来构建探测 H2O2 的生物传感器，石墨烯在这方面有着良好的前景。
NAD+(烟酰胺腺嘌呤二核甘酸)和它的还原态形式 NADH(烟酰胺腺嘌呤 二核苷酸)是许多脱氢酶的辅助酶。NADH 作为阳极信号，并产生 NAD+辅助酶， 在乳酸盐、乙酸或葡萄糖等生物传感器中非常重要。这些阳极探测的固有问题是 NADH 氧化的大电压和反应产物的表面沉积，石墨烯在解决这些问题上有着很大的潜力。
多巴胺(DA)是一种重要的神经传递介质，在中枢神经、肾脏、荷尔蒙和心血管系统方面扮演重要角色。然而，在传统的固态电极上，DA和它的共存物质AA(抗坏血酸)以及UA(尿酸)有着重叠的伏安响应，导致DA的低选择 性和灵敏度。因此，在生物环境下区分DA、AA和UA是一个挑战。Wang 等报道了石墨烯对多巴胺的宽的线性选择性范围为 5~200μ mol/L，比多壁碳纳 米管要好很多。这是因为多巴胺和石墨烯表面的高导电性、高表面积和π -π 键的相互作用。
三、石墨烯酶传感器
由于电极表面和生物大分子(如蛋白质和DNA)之间能否进行有效电荷传递，对于生物传感器的开发至关重要，所以要了解蛋白质和DNA的直接电化学性质。氧化还原蛋白质(酶)的直接电子转移研究不仅为生物体内电子转移机理研究提供参考，还为第三代电化学生物传感器的构置提供了重要手段。然而，蛋白质和酶的氧化还原活性位点包埋在疏水的多肽链中，其活性中心很难与电极表面相连，难于实现直接电子转移。因此，蛋白质和酶在传统的Au、Pt、玻碳电极上不能进行直接电化学表征。另外吸附的大分子杂质或蛋白质也降低了电子传递。为了促进蛋白质或酶与电极表面之间的电子传递，人们做了大量的工作。 鉴于石墨烯优良的电子传输性能和高的比表面积，功能化石墨烯有望促进电极基 体和酶之间的电子迁移。石墨烯(GE)修饰电极由于其独特的电学和结构性质，有利于蛋白质直接电化学研究。在GE修饰电极上，研究了一些重要分析物特别 是生物小分子和药物分子。尤其是存在于哺乳动物中枢神经系统中十分重要的神经递质，如多巴胺、肾上腺素和去甲肾上腺素的测定，人们倍感兴趣。然而，哺 乳动物神经和大脑组织中有高浓度的抗坏血酸，而神经传导质与抗坏血酸的氧化 电位接近，因而用传统的电极进行电分析时存在相互干扰。
四、石墨烯 DNA 电化学传感器
DNA 传感器电化学使得探测 DNA 序列或者诊断和人类疾病相关的突变基因 有更高的灵敏度、更高的选择性和低的成本，并且为疾病的诊断提供了一个简单的、精确的、便宜的平台。DNA 传感器电化学使许多小体积器件微型化，最简单的 DNA 传感器就是 DNA 的直接氧化传感器。
Zhou 等研究了石墨烯修饰的DNA传感器的电化学。在 CR-GO/GC 电极上，DNA 的 4 个自由基的电流信号都有效的分开了，表明 CR-GO/GC 能同时探 测 4 种自由基，但是石墨和玻碳电极都不能。这归因于 CR-GO/GC 电极的抗积 垢性能和对自由基氧化的高电子迁移动力学。CR-GO 棱面的高密度缺陷位置和 含氧官能团提供了许多活性位置，有利于电极和溶液中样品之间电子迁移的加速过程。
五、石墨烯医药传感器
Kang 等研究了用于选择检测对乙酰氨基酚(扑热息痛)的电化学传感器，该传感器是根据功能化石墨烯的电催化活性构建的。他们用循环伏安法和方波伏安法表征了石墨烯修饰的玻碳电极上的对乙酰氨基酚的电化学行为。结果表明， 石墨烯修饰的电极上的对乙酰氨基酚具有良好的电催化活性。对乙酰氨基酚在修饰电极上有着准可逆的氧化还原过程，与裸玻碳电极相比，对乙酰氨基酚的过电位下降了。这种电催化行为归因于石墨烯独特的物理和化学性能，即精妙的电子 特征、强有力的π -π 键合以及强的吸附能力。该传感器对于检测对乙酰氨基酚有着优良的性能:检测限为 3.2310-8mol/L，可再现性为相对标准偏差的5.2%, 可接受的回复从 96.4%到103.3%。
六、农药残留物监测
为提高农作物的产量，人们普遍开始使用农药。但随之带来的农药残留问题已对人类身体健康造成危害。因此，要求我们寻求并发展简便、快速、灵敏的检测农药技术，方便人们生活，为人类健康保驾护航。随着科学技术的发展，酶生物传感器因其成本较低、设备简单、灵敏度较高、检出限较低等特点，进入人们视线。本论文依据酶抑制法原理，制备三种以石墨烯基材料作电极材料的生物传感器，并用于有机磷和氨基甲酸酯类农药的残留检测。
