黑磷纳米复合界面的生物传感行为研究

Construction of nano-biosensing platform based on the unique structure and properties of two-dimensional nanomaterials such as graphene and MoS2 is one of the hottest topics in bioanalytical chemistry. The discovery of two-dimensional black phosphorus (also called phosphorene) bridges the space between zero-gap graphene and large-gap MoS2 and also compensates for the low carrier mobility of MoS2. This program aims to explore the biosensing performance of phosphorene-based nano-hybrids and build electrochemical- or optical-biosensing platform with ultra-high selectivity, desirable sensitivity, and high through-put. Emphasis will be put on the impact of electrochemical and optical properties of phosphorene on its biosensing performance. The main research will include the following three aspects: 1) preparation of phosphorene and phosphorene-based nano-hybrids; 2) study of the basic electrochemical properties of phosphorene and the construction of phosphorene-based electrochemical biosensing platform; 3) the construction of phosphorene-based optical sensing platform and its application in bioanalysis. The present program will provide a solid foundation for theoretical and experimental studies of phosphorene-based nanomaterials toward biosensing.

基于以石墨烯、二硫化钼为代表的二维纳米材料特殊结构和性能的“纳米生物传感平台”的构建是生物分析化学中炙手可热的研究热点之一。二维黑磷的发现弥补了石墨烯零带隙及二硫化钼载流子迁移率低的缺陷。本项目以二维黑磷纳米材料为对象，旨在对黑磷及黑磷复合材料基本的电化学、光学特性和其对生物分子传感性能之间的构效关系展开研究。项目拟围绕如何利用黑磷的电化学、光学性质构筑基于黑磷纳米复合材料的高选择性、高灵敏度和高通量生物传感界面的目标展开，探索黑磷纳米材料的生物传感行为。具体内容包括：1）黑磷纳米材料的制备及黑磷纳米复合界面的构建；2）黑磷纳米材料的基本电化学行为研究及黑磷电化学生物传感界面的构筑；3）基于黑磷纳米材料的光学传感平台的构筑及其在生物分子检测中的应用。本项目将为黑磷纳米材料在生物传感领域的应用研究提供坚实的理论和实验基础。

2014年发现的薄层黑磷（BP）是继石墨烯、二硫化钼之后的新型二维纳米材料，因其独特的结构及物理化学特性而备受瞩目，近年来被广泛地应用于各种电子光学器件的制备中。然而关于黑磷在化学传感方面的研究较少。黑磷自身具有突出的导电性和载流子迁移率，同时兼具低生物毒性的特点。因此，黑磷是一个潜在的构建高性能生物传感器的基底材料。然而黑磷自身不稳定，易在水和氧气共存的条件下被氧化降解。因此，要开拓黑磷在化学传感方面的应用，必须对其进行表面改性，提高其稳定性。本项目围绕如何对二维黑磷纳米材料实现表面改性展开研究，并在此基础上构筑了一系列黑磷基电化学传感平台，为黑磷纳米材料在生物传感领域的应用研究提供了坚实的理论和实验基础。

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