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碳纳米管修饰电极在生物传感器方面的应用

【摘要】本文综述了基于碳纳米管的化学修饰电极和在生物传感

器的研究进展。

【关键词】 碳纳米管；修饰电极；生物传感器；进展

自 1991 年日本电子显微镜专家 Iijima 发现碳纳米管(carbon

nanotubes，CNTs)以来，CNTs 因其独特的力学、电子特性及化学特性，

成为世界范围内的研究热点之一。它可以认为是将石墨片折叠成碳圆

柱体的结果，分为 MWNTs（MWNTs）和 SWNTs（SWNTs） 。近年来，随着

对 CNTs 性质研究的深入，越来越多的人将 CNTs 应用于生物传感器领

域，将其作为一种新型的电极材料，取得了理想的效果。

1 碳纳米管的特性及研究现状

CNTs 又称巴基管，属于富勒碳系，管状无缝中空，具有完整的

分子结构，由碳六元环构成的类石墨平面卷曲而成［1］ 各单层两 。管

端由五边形或七边形参与封闭。CNTs 中每个碳原子通过 sp2 杂化与周

围 3 个碳原子相连形成六角形网格结构，但通常因产生弯曲而形成空

间拓扑结构，从而使某些碳原子呈 sp3 杂化状态［2］ CNTs 的尺寸处 。

在以原子、分子为代表的微观物体与宏观物体交界的过渡区域，使它

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既非典型的微观系统又非典型的宏观系统， 从而具有可观的表面效应、

体积效应、量子效应和宏观量子隧道效应［3］ 。探索和研究这种新型

碳结构的电极特性具有十分重要的意义。无论是单壁或多壁的 CNTs

都可以用来制作 CNTs 修饰电极，其在电催化、电分析化学和生物传感

器等方面上具有广阔的应用前景。

2 CNTs 修饰酶传感器

与其它分析方法相比，电化学生物传感器具有便携、成本低、灵

敏度高、稳定性良好等优点，再加上 CNTs 本身的催化和增敏效应，使

得基于 CNTs 的生物传感器具有广阔的应用前景。 酶传感器是生物传感

器中研究和应用最多的一种，是生物传感器的最典型代表。CNTs 作为

酶的固定材料，同时也作为基础电极的修饰材料制成传感器即成为新

型的 CNTs 修饰酶传感器［4］ 类传感器有许多优点。根据 CNTs 和 ，该

基础电极结合方式的不同， 把 CNTs 修饰酶传感器分为不可逆吸附 可以

型、糊类、原位生长(阵列)型、共价键合型等几种类型。

2.1 吸附型 CNTs 修饰酶传感器

吸附是一种非常简单有效而又古老的电极修饰方法，CNTs 可通

过范德华力吸附在基础电极表面，有时电极表面还覆盖一层保护膜，

以防止 CNTs 流失，同时也起到保护酶的作用。Azamian 等人［5］采

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用吸附的方法将 SWNTs 固定在玻碳电极上，制成 GOD SWNTs 修饰的

玻碳电极。蔡等人［6］研究了 CNTs 修饰玻碳电极上 GOD 的直接电子

转移，实验结果表明 GOD 在 GCPCNT 电极上能保持其生物电催化活性，

显示了稳定的直接电子转移。

2.2 糊类 CNTs 修饰酶传感器

糊类电极是圆柱状电极，它是由 CNTs 和绝缘体混合后而制得，

其中的 CNTs 不仅是电极的修饰物，同时也是该类电极的主体，起着导

电的作用。这种宏观修饰就像蓄"酶"池一样有很大的酶负载量。2004

年 Maria 等人［7］采用 MWNTs、矿物油与葡糖氧化酶制成 CNTs 糊电

极用于葡萄糖的检测，结果表明：该电极对葡萄糖具有很高的选择性

和灵敏性、较低的检测限和较宽的线性范围；Federica 等人［8］使

用 SWNTs 制成 CNTs 糊电极，该电极与传统的碳糊电极相比，具有阴阳

极峰电位差减小、阳极峰电流增大、可逆性和灵敏度高等优点。

2.3 阵列型 CNTs 修饰酶传感器

一般情况下制取 CNTs 时，CNTs 是自由生长，会发生随意弯曲，

并互相缠绕，造成了很大的影响。因此，制备取向高度一致、管径均

匀、不含杂质的 CNTs 阵列成为一个热门课题。Gao 等人［9］用铁酞

菁在高温下进行热解，制得在石英玻璃基底上垂直生长的 CNTs 阵列。

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