[發明專利]生物分子功能化石墨烯/金納米粒子復合薄膜及制備方法

無效

• 申請號: 201110317536.2
• 申請日: 2011-10-19
• 公開（公告）號: CN102504533A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 陳旭;席倩;楊文勝
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C08L79/08
• 分類號: C08L79/08;C08K13/06;C08K9/04;C08K3/04;C08K3/08;C08J5/18;G01N27/30
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發明屬于無機薄膜材料技術領域，特別是涉及一種生物分子功能化石墨烯/金納米粒子復合薄膜及制備方法。

背景技術

石墨烯(Graphene，G)是2004年才被發現的一種新型二維平面納米材料，具有特殊的單原子層結構。由于石墨烯具有巨大的理論表面積和獨特的高導電性，石墨烯及其復合材料在光學、電學、生物傳感等領域有著誘人的應用前景。石墨烯的制備方法有很多種，目前應用最廣泛的可大量制備石墨烯的方法是水合肼還原氧化石墨烯法。但水合肼毒性很強，污染環境，不利于石墨烯的大量生產和廣泛應用。此外，石墨烯材料的進一步加工和器件化等方面，仍面臨許多問題。因此，研發石墨烯的綠色合成方法及加工組裝技術，對石墨烯的廣泛應用具有重要意義。

開發石墨烯應用的重要途徑之一是將石墨烯與其他材料組成復合材料，聯合組成材料的優勢，克服各自的缺點。其中石墨烯和金納米粒子的復合，在催化、傳感等領域已顯示了巨大的發展潛力。但目前報道的方法大部分是在溶液相中實現在石墨烯二維納米片上均勻組裝金納米粒子，而經進一步干燥成催化劑或加工成傳感器件，其納米特性、均勻性等很難保證。層層自組裝(LBL)技術為制備功能化納米有序薄膜提供了一種簡單的方法。但目前僅有一篇文獻Chem?Comm，2009，2174-2176報道用真空過濾法制備石墨烯/金納米粒子層層自組裝復合薄膜。但是該方法由于是利用組裝過程自發的還原氯金酸離子，從而合成的金納米粒子的尺寸分布較寬0～200nm，很難控制，限制了在催化、傳感器件中的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種生物分子功能化石墨烯/金納米粒子復合薄膜及制備方法，是將牛血清白蛋白(BSA)還原并功能化的石墨烯和粒徑均一的金納米粒子通過靜電作用力交替層層自組裝構成，從而實現有序、高分散的石墨烯/金納米粒子三維薄膜組裝。該復合薄膜可應用于電催化、傳感領域及作為表面增強拉曼基底。

本發明所述的生物分子功能化石墨烯/金納米粒子復合薄膜由牛血清白蛋白還原并功能化的石墨烯和金納米粒子靜電層層自組裝構成，化學組成通式為PEI/BSA-G^-/(BSA-G⁺/AuNPs)_n。其中，PEI為聚醚酰亞胺；BSA-G^-為層板帶負電荷的牛血清白蛋白功能化石墨烯；BSA-G⁺為層板帶正電荷的牛血清白蛋白功能化石墨烯；AuNPs為金納米粒子；n為多層膜的層數，取值范圍為1～20；薄膜厚度范圍為15～500nm。

本發明所述的BSA-G^-的厚度范圍為2～5nm，長度和寬度在100～3000nm范圍內；BSA-G⁺的厚度范圍為2～5nm，長度和寬度在100～3000nm范圍內；AuNPs粒徑范圍為10～50nm。

本發明復合薄膜的制備方法是：先制備出層板帶正或負電荷的BSA功能化的石墨烯(BSA-G⁺，BSA-G^-)和粒徑均一的帶負電荷金納米粒子，然后通過靜電作用，依次重復組裝到基片表面，具體工藝步驟為：

將表面處理的帶負電荷基片浸入到濃度為2.0～3.0g/L的PEI水溶液中15～30分鐘后取出，用蒸餾水沖洗干凈，用N₂吹干；再浸入到濃度為0.01～3.0g/L的BSA-G^-水溶液中15～30分鐘后取出，用蒸餾水沖洗干凈，用N₂吹干；接著浸入到濃度為0.01～3.0g/L的BSA-G⁺水溶液中15～30分鐘后取出，用蒸餾水沖洗干凈，用N₂吹干；再浸入到濃度為0.01～2.0mmol/L的AuNPs溶膠中15～30分鐘后取出，用蒸餾水沖洗干凈，用N₂吹干，完成一層PEI/BSA-G^-/(BSA-G⁺/AuNPs)復合薄膜的制備；重復以上BSA-G⁺水溶液和AuNP溶膠中組裝步驟，制備出PEI/BSA-G^-/(BSA-G⁺/AuNPs)_n復合薄膜。