石墨烯材料由于具有高比表面積、獨特的電化學性質和生物相容性等獨特的性質，在電化學生物傳感領域引起了人們的興趣。然而，石墨烯電極的規模化生產仍然是一個挑戰，它通常是緩慢、昂貴和低效的。將直接寫入(激光劃線和噴墨打印)與印章轉移相結合的方法。在這個過程中，氧化石墨烯被激光同時還原和圖案化，然后被壓印在聚酯薄片上。轉移的電極用掃描電子顯微鏡、X射線光電子能譜、拉曼光譜和電化學方法進行表征。通過對大腸桿菌的電化學測試，證明了該電極的生物傳感性能。這些生物傳感器具有很寬的動態范圍(917-2.1×10
7CFU/mL)，只使用5μL的樣品就可以檢測到低限(283CFU/mL)。測試也在添加的人工尿液中得到驗證。該傳感器被集成到由智能手機驅動和測量的便攜式無線系統中。這項工作展示了將這些生物傳感器用于現實世界中的護理點應用的潛力。
圖1.（a）激光還原氧化石墨烯（LRGO）電極制造工藝示意圖。（i） 通過在限定區域滴注GO溶液并在60°C下干燥，在聚酯（PE）片材上形成氧化石墨烯（GO）膜；（ii）激光劃線以減少GO膜并使其形成圖案，從而產生LRGO；（iii）將LRGO面朝下放置在期望的基底上；（iv）施加壓力以壓印LRGO；（v）分離后，LRGO的鏡像已被轉移；（vi）銀接頭的噴墨印刷；（vii）將聚二甲基硅氧烷（PDMS）澆鑄成介電層；（vii）使用NaClO將Ag轉化為Ag/AgCl作為參比電極。（b）與（a）中所示的每個步驟相對應的照片；（ix）放大最終電極，包括LRGO工作電極（黑點）、LRGO反電極（黑弧）和Ag/AgCl偽參比電極（深棕色弧）以及虛線正方形內的PDMS絕緣層。
圖2:（a）LRGO和GO膜之間邊界的SEM圖像，顯示了還原后石墨烯的形態和形貌變化。（b） LRGO的放大SEM圖像顯示片狀結構。（c） LRGO轉移到聚酯（PE）片材上后的SEM圖像，稱為T-LRGO。（d） PE上T-LRGO壓縮片狀結構的放大圖像；插圖是同一區域的高倍放大圖，以證明片狀結構。
圖3.（a）XPS測量和高分辨率C1s光譜的（b）GO、（C）LRGO和（d）T-LRGO。測量光譜顯示激光輻射后O含量顯著降低；GO的C1s光譜顯示了大量氧化碳C–O（286.4eV）和C═O（287.7eV）；C–C（284.4eV）鍵的優勢以及LRGO和T-LRGO中π–π*（291.2eV）的存在證明了激光已經降低了GO。
圖4.（a） PE上GO、LRGO和T-LRGO的代表性拉曼光譜，顯示石墨烯的典型D（～1345 cm
-1）和G（～1580 cm
-1）帶；LRGO中的2D帶和降低的ID/IG比指示通過激光劃線減少GO。（b） LRGO的5次測量的平均2D帶（陰影區域指平均值的標準偏差），表明LRGO僅包含少數石墨烯層，即不是多層石墨烯。（c）在0.1 M NaClO
4的乙醇溶液中獲得的循環伏安圖與LRGO CE（4 cm
2）和Ag線偽參比電極，在插圖所示的一系列掃描速率下。（d） 根據（c）繪制的電流密度作為掃描速率的函數，以確定電極的電化學活性表面積（ECSA）。黑點表示原始數據，紅線表示數據的線性擬合。
圖5.（a） 智能手機控制的便攜式無線系統用于大腸桿菌檢測（不按比例）。（b）說明電化學酶聯免疫吸附試驗（ELISA）的工作機制。（c）TMB在功能化T-LRGO電極上的循環伏安圖。（d）不同大腸桿菌濃度的代表性電流與時間瞬變，記錄為+0.125 V vs Ag/AgCl。
圖6.（a）在+0.125 V時，大腸桿菌濃度與計時電流法的標準化電流響應的校準曲線；用PBS中的商用恒電位儀記錄黑星，用內部開發的智能手機驅動恒電位儀來記錄綠鉆石，用人工尿液中的商用恒定電位儀（AU）獲得藍圈。（b）選擇性研究表明，目前的反應沒有細菌（橙色），大腸桿菌（綠色）、金黃色葡萄球菌（紫色）、鼠傷寒沙門氏菌（黃色）、大腸桿菌和金黃色葡萄桿菌（藍色），以及大腸桿菌和鼠傷寒沙門氏菌（粉色）。在所有情況下，每種細菌的濃度均為10
4 CFU/mL，在最后兩種條件下，每一種細菌的比例為50:50。（c）對照實驗要么不含cAb，要么不含大腸桿菌。（d）傳感器穩定性研究數據在不同條件下儲存1個月，測量對10
5 CFU/mL大腸桿菌的電流響應。
相關研究成果由加泰羅尼亞納米科學與納米技術研究所Giulio Rosati、Andrew Piper和Arben Merkoçi等人2023年發表在ACS Applied Nano Materials (https://doi.org/10.1021/acsami.2c20859)上。原文：Laser Reduced Graphene Oxide Electrode for Pathogenic Escherichia coli Detection。
轉自《石墨烯研究》公眾號
