石墨烯的共价官能化制造技术

本发明专利技术涉及一种用于获得共价改性石墨烯的方法。本发明专利技术还描述了一种通过此方法获得的共价改性石墨烯及其在生物传感器装置中作为用于生物受体的锚固表面的用途。最后，本发明专利技术描述了一种生物传感器装置，所述生物传感器装置包括能够根据本发明专利技术的方法获得的共价改性石墨烯。石墨烯。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】石墨烯的共价官能化


[0001]本专利技术涉及一种用于获得共价改性石墨烯的方法。同样，本专利技术涉及一种能够通过此方法获得的共价改性石墨烯及其在生物传感器装置中作为用于生物受体的锚固表面的用途。最后，本专利技术涉及一种生物传感器装置，所述生物传感器装置包括能够根据本专利技术的方法获得的共价改性石墨烯。

技术介绍

[0002]目前，已经利用各种分子对石墨烯进行共价和非共价官能化(Plutnar等人，J.Mater.Chem.C.，2018，6，6082
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6101)，甚至达到了抗体的锚固，但是在大多数情况下，其是在液相(溶解)中的反应，其中所使用的石墨烯是在悬浮液中的薄片形式或者是形成浸没电极的一部分的形式。在过去5年中，这产生了大量出版物(Georgakilas等人，Chem.Rev.2016，116，5464
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5519)。还有一些出版物中，所述石墨烯官能化在溶解液槽之外以固相在先前沉积的石墨烯或氧化石墨烯的层上进行。然而，这些方法不允许对在石墨烯或氧化石墨烯的表面上进行的改性进行位置控制，在所述层内没有差异化的区域或不同的区域(Morales
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Narvaez等人，Adv.Mater.，2018，1805043；Sandoval等人，Chem.Commun.，2019，55，12196
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12199)。被称为局部阳极氧化(LAO)的氧化刻蚀技术或氧化扫描探针刻蚀法(o
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SPL)确实允许位置控制。然而，此技术迄今为止(1)仅在纳米尺度方面应用，通过调整在这种纳米尺度工作的显微镜来进行，其限于nm量级的非常小且不切实际的区域(氧化刻蚀法(oxidation lithography)，R.Garc
í
a等人，Carbon 2018，129，281
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285；Alvarez等人，2017，Spanish Conference on Electron Devices(CDE)，p.1
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4，doi：10.1109/CDE.2017.7905231)；以及(2)仅为了氧化的目的，未扩大至其他类型的官能化或化学反应。
[0003]最近，已经发表了一种通过利用光照的过程在不同区域对石墨烯进行官能化的方式(Valenta等人，Agew.Chem.Int.Ed，2019，58，1324
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1328)。在此方法中，反应仅在其中使用掩模的那些区域中是有利的，能够将改性区域定位于样品表面的各种位置中。然而，此过程非常限于易于通过在蓝光或紫外区域内的光照进行的某些特定反应，比如被称为Mitsunobu反应的那些反应。
[0004]另一方面，WO 2018098286 A1描述了生物分子传感器，其利用石墨烯表面(和有缺陷的石墨烯)。然而，如在所述文献中描述的传感器分子(在此情况下为聚合酶)与石墨烯的键合需要在传感器中使用掩模进行位置控制，并且仅描述了石墨烯在其用于传感器之前的改性，没有任何位置控制(纳米粒子的分散或化学刻蚀)或者使用掩模能够进行这样的控制。
[0005]WO 2018013586 A1未描述传感器分子与石墨烯的共价键合，但是使用了在石墨烯层上沉积的官能化层，所述官能化层与结合至传感器中被关注生物分子上的分子或官能团共价键合。然而，在所述文献中公开的石墨烯不是共价官能化的。
[0006]US2019/0079068 A1和WO2016054550描述了传感器装置，其可以使用碳导电材料比如碳纳米管、富勒烯或石墨烯作为传感器元件。此外，所述文献描述了蛋白质
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或抗体
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官
能化的石墨烯的用途，其中所述石墨烯与蛋白质或抗体直接结合，或通过连接体结合，并且指明所述键合可以是共价的。然而，所述文献在任何情况下都没有公开如何进行所述官能化，也没有公开是否存在或者如何进行其位置控制。
[0007]因此，尚未公开一种具有位置控制和关于所使用试剂性质的多功能性的特征的官能化石墨烯的方法，其中这样的方法将会使得能够在单个小型化平台上提供物理基底，在该物理基底上锚固不同分子或官能团，所述分子或官能团例如可以是生物标志物或生物受体(比如抗体)，从而使所述测定在尺寸方面紧凑得多，并且这样的方法将会使得提供一种使得能够在小空间中检测分析物的系统，其与开发芯片实验室系统兼容，所述芯片实验室系统即为在最大尺寸为几平方厘米的芯片尺寸装置中集成和自动化多种实验室技术的系统。

技术实现思路

[0008]本专利技术涉及一种用于获得共价改性石墨烯的方法，所述方法包括：
[0009]i.在石墨烯表面的区域中，在水和物质的存在下，施加至少10伏特的电压，产生电场，所述物质在水中或者在水中且在由所述电压产生的电场存在下产生一种或多种离子和/或一种或多种自由基；
[0010]ii任选地洗涤所述石墨烯，以及
[0011]相继地在待改性的所述石墨烯表面的其他区域中，利用在水中或者在水中且在由所述电压产生的电场存在下产生一种或多种离子和/或一种或多种自由基的相同物质或其他不同物质，重复步骤(i)和(ii)，所述其他区域与其中已经进行过所述步骤(ii)和(ii)的一个或多个区域不同；
[0012]并且其中在水中或者在水中且在电场存在下产生一种或多种离子和/或一种或多种自由基的所述物质独立地选自由以下各项组成的组：
[0013]‑
在水中或者在水中且在电场存在下产生自由基的化合物，所述自由基选自由以下各项组成的组：超氧化物自由基、烷氧基自由基、芳氧基自由基、过氧基自由基、氨氧基自由基、一氧化氮自由基、二氧化氮自由基、亚硝鎓阳离子、氮宾自由基、卤素自由基、烷基自由基、芳基自由基、卡宾自由基和羰自由基；或者包含在水中或者在水中且在电场存在下产生所述自由基的一种或多种官能团的化合物；
[0014]‑
在水中或者在水中且在电场存在下产生阳离子的化合物，其中所述阳离子独立地选自由以下各项组成的组：金属阳离子、铵阳离子、硝鎓阳离子、碳正离子、重氮鎓阳离子和胍阳离子；或包含在水中或者在水中且在电场存在下产生所述阳离子的一种或多种官能团的化合物；以及
[0015]‑
在水中或者在水中且在电场存在下产生阴离子的化合物，其中所述阴离子独立地选自由以下各项组成的组：过氧根、烷氧根、苯氧根、羧酸根、叠氮根、碳酸根、碳酸氢根、硼酸根、溴酸根、碘酸根、氰酸根、异氰酸根、氰根、硝酸根、亚硝酸根、卤离子、硫酸根、硫酸氢根、硫代硫酸根、亚硫酸根、亚硫酸氢根、硫离子、硫氢根(bisulphide)、二硫根(disulphide)、磷酸根、亚磷酸根、酸式磷酸根(acid phosphate)、磷酸二氢根(diacid phosphate)和硅酸根；或者包含在水中或者在水中且在电场存在下产生所述阴离子的一种或多种官能团的化合物。
[0016]本专利技术还涉及一种用于获得共价改性石墨烯的方法，所述方法包括：
[0017]i.在石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于获得共价改性石墨烯的方法，所述方法包括：i.在石墨烯表面的区域中，在水和物质的存在下，施加至少10伏特的电压，产生电场，所述物质在水中或者在水中且在由所述电压产生的电场存在下产生一种或多种离子和/或一种或多种自由基；ii.任选地洗涤所述石墨烯，以及相继地在待改性的所述石墨烯表面的其他区域中，利用在水中或者在水中且在由所述电压产生的电场存在下产生一种或多种离子和/或一种或多种自由基的相同物质或其他不同物质，重复步骤(i)和(ii)，所述其他区域与其中已经进行过所述步骤(i)和(ii)的一个或多个区域不同；并且其中在水中或者在水中且在电场存在下产生一种或多种离子和/或一种或多种自由基的所述物质独立地选自由以下各项组成的组：
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在水中或者在水中且在电场存在下产生自由基的化合物，所述自由基选自由以下各项组成的组：超氧化物自由基、烷氧基自由基、芳氧基自由基、过氧基自由基、氨氧基自由基、一氧化氮自由基、二氧化氮自由基、亚硝鎓阳离子、氮宾自由基、卤素自由基、烷基自由基、芳基自由基、卡宾自由基和羰自由基；或者包含在水中或者在水中且在电场存在下产生所述自由基的一种或多种官能团的化合物；
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在水中或者在水中且在电场存在下产生阳离子的化合物，其中所述阳离子独立地选自由以下各项组成的组：金属阳离子、铵阳离子、硝鎓阳离子、碳正离子、重氮鎓阳离子和胍阳离子；或包含在水中或者在水中且在电场存在下产生所述阳离子的一种或多种官能团的化合物；以及
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在水中或者在水中且在电场存在下产生阴离子的化合物，其中所述阴离子独立地选自由以下各项组成的组：过氧根、烷氧根、苯氧根、羧酸根、叠氮根、碳酸根、碳酸氢根、硼酸根、溴酸根、碘酸根、氰酸根、异氰酸根、氰根、硝酸根、亚硝酸根、卤离子、硫酸根、硫酸氢根、硫代硫酸根、亚硫酸根、亚硫酸氢根、硫离子、硫氢根、二硫根、磷酸根、亚磷酸根、酸式磷酸根、磷酸二氢根和硅酸根；或者包含在水中或者在水中且在电场存在下产生所述阴离子的一种或多种官能团的化合物。2.根据权利要求1所述的方法，其中在待共价改性的所述石墨烯表面的所述区域中施加的所述电压为20至60伏特。3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中步骤(i)包括以与所述石墨烯表面的区域相距小于7nm的距离，将20至60伏特的电压施加在尖头电极和所述石墨烯之间，以在所述石墨烯表面的所述区域中产生电场，其中在包含物质的水的存在下施加所述电压，所述物质在水中或者在水中且在由所述电压产生的电场存在下产生一种或多种离子和/或一种或多种自由基，并且其中与待改性的所述石墨烯表面接触的相对湿度为至少50％。4.根据权利要求3所述的方法，其中通过相对于石墨烯具有负电势或相对于石墨烯具有正电势的尖头电极产生所述电场。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中待共价改性的所述石墨烯表面具有石墨烯单层。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中通过化学气相沉积获得待改性的所述石墨烯表面。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中在待改性的所述石墨烯表面中的直径小于30微米的区域产生所述电场。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述电压在与待改性的所述石墨烯表面区域接触之前施加，并且在所述接触期间保持。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述电压施加至少1毫秒的时间。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，所述方法包括在步骤(i)之前的以下步骤：a.将在水中或者在水中且在电场...

【专利技术属性】
技术研发人员：安格拉，
申请(专利权)人：胡安卡洛斯国王大学，
类型：发明
国别省市：