2018年CAIA獎一等獎獲獎項目成果簡介：石墨烯和過渡金屬二維微納米結構材料的生化分析應用
完成單位：青島大學生命科學學院，青島大學材料科學與工程學院
完成人：許元紅、牛玉生、譚業強、王曉霞、劉敬權
項目名稱：石墨烯和過渡金屬二維微納米結構材料的生化分析應用（撰稿人：許元紅，青島大學，15264285082）
簡介：該成果利用簡單、低耗的電化學方法、水熱法、攪拌法等實現了一系列石墨烯和過渡金屬二維微納米材料的批量、可控制備。以這些材料作為低成本、高性能修飾劑，通過靜電吸附、π-π疊加等作用，將天然酶、電化學發光探針等固定在電極表面建立生化傳感平臺，可有效提高平臺的電催化性能，進而提高酚類污染物、單堿基錯配檢測的靈敏度、選擇性和準確性，并具可循環利用的特性；所制備的量子點具有良好的熒光及電化學發光性質、極佳的分散性、穩定性、抑菌性及抗光漂白性，為發展高效的生化分析方法提供了高效、低耗、低毒的新型光學探針,可實現金屬離子、焦磷酸根、生物酶的特異性靈敏檢測及細胞成像；通過探究這些材料的組分、尺寸、表面基團等與其電催化活性、熒光特性之間的內在關系，可更進一步提高其分析應用性能。本成果對于促進生化傳感中新材料、新方法的發展，提升我國在該領域的研究水平有一定的意義。
創新點：（1）利用簡單、快速、低耗的電化學方法等實現了多種二維材料量子點（2D-QDs）的制備，這些2D-QDs具有新穎的熒光和電化學發光性質、極佳的水中分散性和穩定性，可被應用于細胞成像、金屬離子特異性檢測等生化分析研究。
（2）借助于多孔石墨烯、石墨烯量子點等，設計實現了天然酶穩定性和催化活性可同步提高的載體體系，可用于酚類物質高效電化學傳感檢測，并具有可回收及循環利用的特性。
（3）通過離子交換、π-π 疊加等作用，借助功能化石墨烯和石墨烯量子點等新材料，建立了靈敏、穩定、重現的固態電化學發光傳感平臺。
科學價值：相關成果在Chem. Soc. Rev., Anal. Chem.等期刊上發表SCI論文35篇，同時受到了同行的廣泛關注和高度評價，對成果的科學價值給予了肯定，認為處于國際領先水平。本研究成果結合二維材料組成元素豐富的優勢可為提高環境衛生、醫療衛生領域的分析檢測的靈敏度和選擇性提供諸多機遇，具有重要科學價值。
社會經濟效益：所研究通過綠色環保、價格低廉的制備方法克服了現有二維微納米材料制備技術中使用強酸、強氧化劑或者高溫高壓、易燃易爆氣體的弊端，解決了石墨烯及類石墨烯產業目前存在的環境污染的困擾；同時2D-QDs具有熒光性質和水溶性優異、生物相容性好的優勢，在傳感分析、生物成像等方面展現出巨大的應用潛力和產業化前景。
應用前景：所研究綠色環保、價格低廉、操作簡單的二維材料制備技術制備效率高、產量大，可以容易實現從實驗室到產業化的轉化。通過進一步對2D-QDs仿生酶催化應用領域的開拓和研究，將為量子點全面打開生物醫學、生化診療等下游應用市場做好準備。
