Advanced Functional Materials:石墨烯超晶格生物化学传感器

石墨烯由呈蜂窝状排列的单层碳原子所组成,其具有独特的电学性能和优异的化学稳定性,是构筑超灵敏场效应生化传感器的最佳候选材料之一,在包括环境监测、食品安全和医疗诊断在内的领域有着广泛的应用潜力。目前尚难以实现石墨烯场效应生化传感器的低成本商业化制造。氧化石墨烯(GO)膜以GO纳米片的形式保持了石墨烯良好的电学性能和化学稳定性,同时易制造,具有批量生产的成本效益,在可穿戴电子、能源设备、化学过滤器、电化学传感器等领域表现出了良好的应用前景。然而,受GO纳米片大量聚集的严重制约,当膜厚从几十纳米增加到微米时,其场效应感应响应受电屏蔽效应而急剧下降。

近日,清华大学符汪洋副教授和万春磊副教授等人,构建了己胺分子插层的GO杂化超晶格。该GO/己胺超晶格传感器在电解质门控下具有显著的“V”形双极性场效应转移特性,并对缓冲溶液的pH值和DNA分子表现出了优异的传感能力。相比之下,通过对该超晶格材料进行退火后制备的GO膜既没有表现出明显的场效应,对各种生物化学分析物也没有感应响应。这一结果清楚地表明了己胺分子在调控GO/己胺超晶格电学特性中所起到了至关重要的作用——通过拓宽GO的层间距有效避免了GO纳米片的聚集,促使生物化学分子在其中的传输从而被有效检出。同时,GO/己胺杂化超晶格在机械应力下能够保持稳定的电学和传感性能。相关论文在线发表在Advanced Functional Materials上,突出了石墨烯超晶格材料在生化传感中的独特潜力。

论文信息:

Graphene Oxide/Hexylamine Superlattice Field-Effect Biochemical Sensors

Yingqi Huang, Shujia Yin , Yujia Huang, Xiaoyan Zhang, Weizhe Zhang, Guangya Jiang, Hongwei Zhu,Chunlei Wan, Wangyang Fu

Advanced Functional Materials

DOI:10.1002/adfm.202010563