石墨烯/氧化石墨烯微阵列电极及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001]本发明属于微加工及生物检测领域，涉及一种石墨烯/氧化石墨烯微阵列电极及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002]双氧水是细胞中普遍存在且最稳定的反应活性氧(R0S)，对细胞DNA损伤、细胞凋亡、蛋白质合成等方面起着重要作用。研究表明，细胞内双氧水浓度的异常与老年痴呆症、帕金森综合症、动脉硬化、癌症等疾病存在一定的联系。检测细胞分泌双氧水的浓度，对于疾病病理、疾病的诊断与预防等的研究有重要的意义。目前，针对双氧水的电化学传感器主要分为有酶和非酶两种。酶传感器价格昂贵，使用条件严格；非酶传感器多基于金属纳米催化剂为催化中心，金属离子的释放对细胞产生一定的毒性。因此无负载、自催化的电化学传感器，因其较好的稳定性、成本低、生物相容性好等优点，受到极大的关注。
[0003]石墨烯是2004年英国曼彻斯特大学的A.Gaim等发现的一种二维碳原子晶体，为单层或多层的片状结构，是迄今发现的最薄也最坚硬的材料。由于其独特的性质，包括:高强度(130GPa)，室温下高速的电子迁移率(20000cm/Vs)，高透光率(95%)，高比表面积(2600m2/g),同时具备良好的电催化活性及生物相容性。科学家认为，石墨烯有望彻底变革材料科学领域，未来有望取代硅成为电子元件材料，广泛应用于超级计算机、柔性触摸屏、环保和医疗设备、光子传感器以及有机太阳能电池等诸多领域。实验室石墨烯的制备一般采用成本低廉、制备工艺简单的氧化还原法，通过制备氧化石墨烯，再经过还原氧化石墨烯作为石墨烯的廉价替代品。
[0004]研究表明石墨烯对双氧水具有一定的电催化氧化作用，但催化活性没有金属催化剂活性高。而微阵列传感器具有较高的灵敏度、信噪比，响应时间低等优点，因此开发石墨烯/氧化石墨烯微阵列生物传感器，不仅提高了催化活性，同时保持电极的生物相容性，对于细胞检测具有重要意义，而目前这一设计还未见报道。
【发明内容】
[0005]本设计的目的在于针对现有应用的不足，提供一种石墨烯/氧化石墨烯微阵列电极及其制备方法与应用，该微阵列电极在保持细胞活性的同时，能够快速、灵敏、稳定地检测细胞分泌的双氧水。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:由ITO玻璃和沉积于ITO玻璃上的导电层构成，所述导电层由氧化石墨烯和嵌于氧化石墨烯中有序排列RGO阵列组成。
[0007]一种石墨烯/氧化石墨烯微阵列电极的制备方法，包括以下步骤:
(I)采用光刻技术在ITO玻璃上构建阵列图案，具体为:将正性光刻胶旋涂于ITO玻璃上，涂胶转速为5000rpm，旋涂时间1s ;旋涂后，将ITO玻璃在100°C下烘90s，得到光刻层；然后将光刻模板置于光刻层上，紫外曝光60s ;曝光后在10(TC下烘90s，最后显影24s ;所述光刻模板具有有序排列的图形； (2)将浓度为4mg/mL的氧化石墨烯水溶液进一步旋涂于步骤I制备的基底上，转速3000 rpm，旋涂时间30s ；
(3)以步骤2处理后的基底作为工作电极，银/氯化银电极为参比电极，钼片为对电极，以0.2M的Na2HPO4溶液和0.2M的NaH孑04溶液按照体积比4:1组成的混合溶液为电解液，在-1.1V恒电位下，电化学还原7~60s ;电化学还原反应结束后，将基底用丙酮浸泡2h，去除光刻胶，得到石墨烯/氧化石墨烯微阵列电极。
[0008]一种石墨烯/氧化石墨烯微阵列电极的应用，该应用为:将石墨烯/氧化石墨烯微阵列电极用于检测双氧水溶液的浓度。
[0009]将石墨烯/氧化石墨烯微阵列电极用于检测双氧水溶液的浓度，具体为:将权利要求I所述的石墨烯/氧化石墨烯微阵列为工作电极、银/氯化银电极作为参比电极、钼片电极作为对电极，组成三电极系统，测定待测双氧水溶液试样的电流响应值J，C= CJ-L 5)/26.7 ;其中，J为电流密度响应值，C浓度值。
[0010]一种石墨烯/氧化石墨烯微阵列电极的应用，该应用为:将石墨烯/氧化石墨烯微阵列电极用于检测细胞分泌的双氧水的浓度。
[0011]将石墨烯/氧化石墨烯微阵列电极用于检测细胞分泌的双氧水的浓度，具体为:将细胞接种于的石墨烯/氧化石墨烯微阵列电极上，以接种后的石墨烯/氧化石墨烯微阵列电极为工作电极、银/氯化银电极作为参比电极、钼片电极作为对电极，以PBS溶液为电解液；用PMA刺激工作电极上的细胞产生分泌双氧水，测定电流响应值J ;根据C= CJ-L 5)/26.7，计算细胞分泌双氧水的浓度；其中，J为电流密度响应值，C浓度值。
[0012]本发明具有以下有益效果:采用光刻技术与电化学相结合制备石墨烯/氧化石墨微阵列作为工作电极，在无负载任何催化剂的条件下实现了对双氧水的电催化氧化作用，不仅避免了酶易失活不稳定、成本高以及金属离子的细胞毒性等缺点，而且大大提高了检测双氧水的灵敏度，能够快速、灵敏、准确地测定环境中以及活体中的双氧水。所用的电极材料成本低、有一定的理论和实用价值；制备方法简单易行、重复性高。
【附图说明】
[0013]图1为本发明的石墨烯/氧化石墨烯微阵列电极的结构示意图；图中，I为ITO玻璃1、2为氧化石墨烯、3为RGO阵列；
图2为光刻模板的结构意图；
图3为实施例1制备的6个样品的形貌图；其中能看出颜色较深的是石墨烯，周围区域是氧化石墨烯。
[0014]图4为实施例1制备的3个样品的红外(IR)光谱图。
[0015]图5为不同还原时间的石墨烯/氧化石墨烯阵列在催化电压0.6V, 1mM双氧水水溶液中催化电流密度曲线图；
图6为本发明石墨烯/氧化石墨烯微阵列电极在以0.1M的Na2HPO4溶液和0.1M的NaH2PCV^液按照体积比4:1组成的混合溶液为电解液，在搅拌条件下依次加入不同浓度双氧水溶液，得到的电流一时间曲线；
图7是双氧水的浓度与电流响应的线性关系图；
图8是本发明制备的石墨烯/氧化石墨烯阵列接种神经细胞的荧光显微镜图片，包括细胞F-actin蛋白和细胞核；
图9本发明石墨烯/氧化石墨烯阵列接种细胞后在以0.1M的Na2HPO4溶液和0.1M的NaH2PO4溶液按照体积比4:1组成的混合溶液中，三电极体系下，用药物PMA刺激细胞分泌双氧水，得到的计时安培曲线。其中a曲线为对照组，药物PMA刺激未接种细胞的阵列电极；b曲线为实验组，药物PMA刺激接种细胞的阵列电极。
【具体实施方式】
[0016]如图1所示，一种石墨烯/氧化石墨烯微阵列电极，由ITO玻璃I和沉积于ITO玻璃上的石墨烯层构成，所述石墨烯层由氧化石墨烯2和嵌于氧化石墨烯2中有序排列RGO阵列3组成。下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术解决方案，这些实施例不能理解为是对技术解决方案的限制。
[0017]实施例1:本实施例制备石墨烯/氧化石墨烯微阵列电极，包括以下步骤:
(I)ITO玻璃的清洗:将6mmX9mm的ITO玻璃放置烧杯中，依次分别用丙酮、无水乙醇、
去离子水超声lOmin，再氮气吹干待用。
[0018](2)设计光刻模板，模板中设置有有序排列的图形，这些图形可以为圆形，如图2所示，也可以为正方形、三角形、六边形等，本实施例中采用常用的圆形图案，且该模板由北京中科院微电子所制备得到。
[0019](3)采用光刻技术在ITO玻璃上刻出阵列图案:具体为:将正性光刻胶旋涂于ITO玻璃上，涂胶转速为5000rpm，旋涂时间1s ;旋涂后，将ITO玻璃在100°C下烘90s，得到光刻层；然后将步骤2所述的光刻模板置于光刻层上，紫外曝光60s ;曝光后在10(TC下烘90s ;最后显影24s ;制备5个样品。
[0020](4)在步骤3处理后的6个基底上旋涂4mg/mL氧化石墨烯(GO),转速3000 rpm,旋涂时间30s，旋转三次，得到6个基底(1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6)。
[0021](5)分别以上述基底工作电极，银/氯化银电极为参比电极，钼片为对电极，以0.2M的Na2HPO4溶液和0.2M的N