中国粉体网讯 近期，中科院合肥研究院智能所黄青研究员课题组在石墨烯基纳米酶的制备及应用方面取得重要进展。该课题组实现了一种用灵芝多糖还原和功能化氧化石墨烯来制备过氧化物模拟酶的简便而绿色的方法，并验证该石墨烯基纳米酶可用于检测血清中的L-半胱氨酸。
图1. 石墨烯基纳米酶的制备及其检测L-半胱氨酸示意图
纳米酶
纳米酶是用人工纳米材料代替天然酶，即所谓的具有天然酶模拟活性的纳米材料，包括基于金属的纳米酶（Au，Pt，MnO2等），基于MOF的纳米酶（Fe-MOF）和各种基于碳的纳米酶（石墨烯，碳纳米管）。与天然酶相比，纳米酶具有制造成本低、易于批量生产、对恶劣环境的耐受性高、环境稳定性强等优点。此外，纳米酶可以用作生物传感器，其优点是特异性强，定量准确，操作快速简单。
碳基纳米材料
碳基纳米材料由于具有丰富的比表面积、较好的吸附能力和电子传递性，作为纳米酶也越来越多地被应用到生物医学检测、疾病监控、治疗等多方面。研究发现，富勒烯能够清除超氧负离子(O2•－) 自由基，具有超氧化物歧化酶（SOD）活性。碳纳米点、氧化石墨烯、碳纳米管等碳基纳米材料在双氧水的存在下，表现出过氧化物酶活性。由于石墨烯基材料的非凡性能，例如大的比表面积和强吸附能力，石墨烯基纳米材料已被广泛用于不同目的，包括制备具有优良过氧化物酶特性的纳米酶。
石墨烯基复合材料的制备方法
多种方法均可以用来制备三维石墨烯基复合材料，主要可分为原位（在石墨烯表面直接生长纳米颗粒）和非原位（将预制纳米颗粒附着到石墨烯表面）方法。
1、原位方法
各种还原方法、水热／溶剂热以及电化学方法都可以用来原位制备三维石墨烯基复合材料。
采用还原方法时，通常使用柠檬酸钠或硼氢化钠还原各类金属盐，如HAuCl4、H2PtCl4、AgNO3。这类带负电的金属盐可以在石墨烯或氧化石墨烯表面成核继而生长。虽然这种方法易操作，效率高，但所制备金属纳米颗粒的尺寸与形貌难以控制，导致金属纳米颗粒的尺寸差别较大。
水热法利用高温和高压诱导纳米颗粒在石墨烯上生长，通常所得纳米颗粒具有高结晶度和较均一的尺寸分布，如各类金属氧化物、硫化物等。由于金属纳米颗粒可以抑制石墨烯的团聚、缩短离子路径、增加电子传导性、增大比表面积，因此，与石墨烯片相比，三维石墨烯和金属氧化物的复合材料具有更高的电化学活性，在传感、超级电容器和催化领域的应用中有着巨大的潜力。
电化学沉积的方法用于三维石墨烯基复合材料的制备时，可以通过简单的改变条件来精确控制沉积纳米颗粒的尺寸和形状。Sattayasamitsathit等采用不同的电化学方法在气相沉积法制备的三维石墨烯表面原位合成了不同形貌及尺寸的Au、Pt、Pd纳米颗粒，复合材料因三维石墨烯结构和贵金属具有较好的传质性能和催化活性，可用于传感器及燃料电池。
2、非原位方法
非原位方法制备三维石墨烯基复合材料通常利用共价或非共价作用的连接剂将预先合成的纳米颗粒附着在石墨烯上。采用这种方式可以在自组装的同时控制修饰到石墨烯表面纳米颗粒的尺寸、形状和密度。如Chen等将Fe3O4纳米颗粒与氧化石墨烯混合后，用NaHSO3为还原剂将氧化石墨烯还原，同时将两者进行组装形成三维石墨烯水凝胶，可用于锂离子电池的负极材料，在充放电过程中，显示出了巨大的比容量性。
小结：
黄青研究员课题组在前期研究的基础上，以灵芝提取物多糖作为还原剂和稳定剂，在温和水热条件下制备得到了灵芝多糖还原修饰的石墨烯基材料。通过一系列表征技术（UV-Vis、XRD、FTIR、XPS等），他们证明灵芝多糖能充分还原氧化石墨烯，并且灵芝多糖的存在可使石墨烯基材料在水中的稳定性和分散性更好。
通常，石墨烯基材料可以使用各种还原剂来获得，其中许多是危险且有毒的化学物质，所获得的石墨烯基材料容易发生聚集而限制了其实际应用。因此，寻找其他合成方法来生产高质量的石墨烯基材料，包括使用绿色天然产物（如植物提取物），这成为一种新的趋势。
参考来源：
1、石墨烯联盟：中科院合肥研究院在石墨烯基纳米酶的制备及应用研究方面取得进展
2、刘键等：纳米酶与病毒检测
3、裘娜：三维石墨烯基纳米酶的制备及其在环境常见酚类污染物检测中的应用
（中国粉体网编辑整理/青黎）
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