B.B. 湘潭大学舒健团队：激光刻蚀石墨烯与基于智能手机的便携灵敏生物传感电化学平台的构建

湘潭大学舒健团队对一种叫做激光刻蚀石墨烯（LSG）的电极材料展开了研究，这种材料非常有前景。他们着重讨论了制备LSG器件的工艺和电化学性能之间的关系，并进行了相应的优化，以获得更好的电分析性能。实验结果表明，激光刻蚀技术有很大的灵活性。降低激光功率和刻蚀速度有助于制备高质量的石墨烯电极。由于LSG电极具有无粘结剂的三维多孔网络结构和高活性/几何面积比，经过优化后的LSG电极在[Fe(CN)6] 3-/4-氧化还原体系中表现出优于丝网印刷碳电极（SPCE）的电化学性能。研究人员将LSG电极与他们自制的手持检测仪相结合，开发了一种便携式电化学传感平台，该平台具有智能手机读取功能。这种平台无需使用氧化还原介质来修饰生物酶，可以直接检测H2O2（范围：0.02 ~ 3.4 mM，灵敏度：24.56 μA mM−1 cm−2）和葡萄糖（范围：0.04 ~ 4.0 mM，灵敏度：16.35 μA mM−1 cm−2），并具有良好的特异性。此外，他们构建了一种肿瘤坏死因子-α（TNF-α）免疫传感器，该传感器具有较宽的线性范围（2 ~ 500 pg mL−1），与SPCE相比，灵敏度提高了4.3倍。基于智能手机的电化学检测平台具有良好的选择性、重现性和灵敏度，非常适合进行现场精确检测。这项工作为使用无粘结剂的碳电极材料裁剪出适用于特定应用提供了重要的参考。

图 1 (A)原理图和(B)在PI上制作LSG的照片。(C) LSG质量与激光参数的热图(白色虚线框为后续讨论中制作LSG时选择的参数)。(D) LSG的C、N、O原子百分比与激光功率(上面板，划痕速度为90%)和刻痕速度(下面板，激光功率为20%)的关系。(E)典型LSG WE的EIS和(F) CV曲线。

图2  (A)不同电极的CV曲线(扫描速率为50 mV/s，插图为LSG-co和SPCE的照片)。(B)峰值电流与扫描速率平方根的线性关系(插图:不同扫描速率下LSG-co的CV曲线)。(C) lsg共基酶生物传感器示意图。(D)显示信号转导、处理和传输的系统级框图。(E)基于智能手机的电化学传感装置照片(F) LSG-co电极接口适配器照片。

他们使用激光刻划法制备了一种没有粘结剂特殊的石墨烯材料，研究了制备工艺对这种叫做LSG的材料的电化学性能的影响。研究结果表明，LSG的结构、成分和电化学特性与激光功率和刻划速度有关。经过优化后的LSG电极具有几个主要特点。首先，它具有很高的导电性，可以良好地传导电流。其次，它具有适当的机械强度和稳定性，不容易受到损坏。最重要的是，LSG具有独特的三维多孔网络结构，这使得它在电化学性能方面表现出与或优于丝网印刷碳电极（SPCE）相当的水平。总之他们将LSG电极与他们自制的手持智能手机读数检测器相结合，开发出一种便携式化学和生物分子检测平台。这种平台能够在现场进行分析，对化学和生物样品进行检测。LSG在这个平台上展现出卓越的电化学检测性能。这项工作提供了有关LSG制备过程与其电化学性能之间关系的重要见解，并为便携式电分析设备的发展做出了贡献。同时，它还为构建强大的电化学生物传感平台奠定了基础，可以在现场进行各种目标检测。

论文题目：Fabricating process-electrochemical property correlation of laser-scribed   graphene and smartphone-based electrochemical platform for portable and   sensitive biosensing

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2023.115525

转自：“NANO学术”微信公众号

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