氧化石墨烯因其特殊的物理和化學(xué)性質(zhì)成為近年來研究的熱門材料，有關(guān)氧化石墨烯基復(fù)合薄膜材料的制備、功能化及應(yīng)用成為當(dāng)下的前沿和熱門課題。

Langmuir-Blodgett（LB）技術(shù)可制備具有可控堆疊和厚度的高質(zhì)量薄膜，已被用于生產(chǎn)在分子水平上組織的材料。靜電紡絲技術(shù)被認(rèn)為是一種可連續(xù)不斷地制造聚合物微纖維/納米纖維的簡(jiǎn)單而通用的技術(shù)，層層組裝法、溶液涂覆法等也是制備薄膜的常用技術(shù)。本文主要綜述了較為熱門的GO基復(fù)合LB膜、GO基靜電紡絲膜以及通過其他途徑制備的GO基復(fù)合膜材料的制備方法和應(yīng)用開發(fā)，并對(duì)其應(yīng)用前景和面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了總結(jié)與展望。

主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論

石墨烯作為一種新型二維超薄碳材料，易于吸附分子，是天然的襯底。當(dāng)某些分子吸附在石墨烯表面時(shí)，分子的拉曼信號(hào)會(huì)得到明顯的增強(qiáng)，這種拉曼增強(qiáng)效應(yīng)被稱為石墨烯增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)（GERS）。X.LING等為了進(jìn)一步證實(shí)GERS中的化學(xué)增強(qiáng)機(jī)制，使用LB技術(shù)構(gòu)建了原卟啉Ⅸ（PPP）的單層或多層有序聚集體以及與石墨烯接觸的PPP的可控分子構(gòu)型（見圖1）。

圖1樣品制備過程示意圖

D.D.KULKARNI等為了最大限度地減少GO片的折疊和起皺，提出可用LB技術(shù)代替常規(guī)吸附和自旋鑄造（見圖2）。當(dāng)使用LB技術(shù)沉積時(shí)，GO片因其柔性而產(chǎn)生的折疊和褶皺基本上可以最小化。由單層大橫向尺寸的平面GO片組成的納米級(jí)多層納米膜，具有出色的機(jī)械堅(jiān)固性，易于操作和轉(zhuǎn)移到合適的襯底上，從而進(jìn)一步與微機(jī)電設(shè)備集成。

圖2獨(dú)立GO‐LbL膜的制作和組裝示意圖

此外，將經(jīng)典兩親分子的Langmuir單層與酶結(jié)合是保持生物大分子催化性能的一種方式。F.A.SCHLL等研究了磷脂LB膜固定化青霉素酶（PEN），將GO加入青霉素酶‐脂質(zhì)Langmuir單層膜中，并作為L(zhǎng)B膜轉(zhuǎn)移到固體載體上，評(píng)估了酶的催化性能（見圖3）。結(jié)果表明，GO作為由2,2‐二羥甲基丙酸（DMPA）和PEN組成的LB膜的添加劑，被固定在LB膜的PEN中；GO存在于酶脂LB膜中，不僅可以調(diào)節(jié)青霉素酶的催化活性，而且有助于數(shù)周后仍保持其酶活性。研究結(jié)果加強(qiáng)了混合納米結(jié)構(gòu)薄膜的重要性，證明了使用由脂質(zhì)、GO和酶組成的LB膜應(yīng)用于光學(xué)生物傳感器的可行性，對(duì)應(yīng)用傳感器的生物電子設(shè)備研究具有重要意義。

圖3磷脂LB膜固定化青霉素酶原理圖

結(jié)論和展望

目前，GO薄膜的制備已趨向成熟，GO基復(fù)合膜相關(guān)的制備技術(shù)與應(yīng)用也取得了很大的進(jìn)展。然而，目前的組裝方法存在一定的局限性，如GO篩選合適的官能團(tuán)制備高效的GO基復(fù)合薄膜的方法，有機(jī)小分子在組裝過程中破壞石墨烯結(jié)構(gòu)而影響應(yīng)用范圍，此類問題有待進(jìn)一步探究。這些問題使GO基復(fù)合膜的多功能化遇到了挑戰(zhàn)，因此尋找并開發(fā)更優(yōu)異、更高效的組裝方法十分必要。總體而言，GO的特殊結(jié)構(gòu)和性質(zhì)使其具有重大的科學(xué)研究?jī)r(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。

通信作者簡(jiǎn)介