组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
互补DNA（cDNA，缓冲液）、血栓素（thrombin，缓冲液/血清）、ATP（活细胞内）、Ag+（缓冲液）、survivin mRNA（细胞/溶液）、SCV螺旋酶（SCV helicase，缓冲液）、儿茶酚胺（catecholamine，细胞培养液）
检测原理
石墨烯/氧化石墨烯（GO）具有大共轭平面，可通过π-π堆积吸附单链DNA（ssDNA）、适配体（aptamer）或分子信标（MB），并高效猝灭其末端FAM、Cy5或量子点（QD）荧光，形成低背景FRET体系。当目标cDNA与ssDNA探针杂交、血栓素与适配体形成四联体、ATP与ATP适配体结合或Ag+诱导适配体构象变化时，探针从GO表面释放或构象改变，FRET效率下降，荧光恢复；荧光恢复强度随目标浓度增加而增强。对于双链DNA（dsDNA）/螺旋酶体系，dsDNA因碱基被磷酸骨架屏蔽而保持荧光，螺旋酶解旋后释放ssDNA并被GO吸附，荧光猝灭，从而实时监测酶活性。MB和QD可进一步提高单碱基错配选择性与灵敏度。
检测灵敏度
LOD: 2.0 nM（人血栓素，GO/适配体）；LOD: 0.625 nM（SCV helicase）；LOD: 0.1 nM（多色cDNA）；LOD: 5 nM（Ag+）；LOD: 0.0313 nM（牛血栓素，SDBS-graphene）；LOD: 200 nM（Au NP标记cDNA）；LOD: 12 nM（cyclin DNA，MB-QD GO）；线性范围: 115.5–9.25 mM（H2O2，HRP-ssDNA-graphene电极）
效应效果
综述报道的石墨烯/GO FRET传感器选择性较好：Ag+传感器可在其他金属离子高10倍浓度下区分Ag+；血栓素传感器在缓冲液和血清中均显示荧光恢复；MB-QD GO体系对cyclin DNA检出限为12 nM，可用于单核苷酸多态性分析。GO还能保护DNA免受酶切。石墨烯FET记录鸡胚胎心肌细胞电信号时信噪比通常大于4，并可无标记实时监测PC12细胞儿茶酚胺分泌。药物递送方面，NGO-PEG-SN38对HCT-116结肠癌细胞IC50为6 nM，比CPT-11强约1000倍；FA-NGO可靶向MCF-7细胞；PEG-NGS用于近红外光热治疗。作者认为其可用于生物传感、细胞探测、诊断和诊疗一体化。
传感器的构成
- 基底/换能器：溶液相反应体系，无固定电极；以荧光光谱或宽场荧光显微镜作为光学读出平台
- 纳米材料修饰层：石墨烯（graphene）或氧化石墨烯（GO）/纳米氧化石墨烯（NGO），作为高效荧光猝灭剂和二维纳米支架
- 识别元件：单链DNA（ssDNA）探针、适配体（aptamer）、分子信标（MB）或发夹DNA，通过π-π堆积吸附于石墨烯/GO表面
- 信号标记物：FAM、Cy5、ROX、Dabcyl或量子点（QD）等荧光团标记探针，用于FRET猝灭与恢复
- 读出装置：荧光光谱仪或宽场荧光显微镜，监测荧光恢复或猝灭变化
中文摘要
石墨烯是零维富勒烯、一维碳纳米管和三维石墨的基本构建单元。石墨烯具有独特的平面结构以及新颖的电子性质，因而受到科学家的广泛关注。本综述选择性分析了石墨烯生物应用领域的当前进展。特别是，详细总结了用于生物应用的石墨烯生物功能化、利用石墨烯或石墨烯基纳米材料开发基于荧光共振能量转移（FRET）的生物传感器，以及石墨烯或石墨烯基纳米材料在活细胞研究中的应用。文章还讨论了这一快速发展领域的未来展望和可能面临的挑战。
英文摘要
Graphene is the basic building block of 0D fullerene, 1D carbon nanotubes, and 3D graphite. Graphene has a unique planar structure, as well as novel electronic properties, which have attracted great interests from scientists. This review selectively analyzes current advances in the field of graphene bioapplications. In particular, the biofunctionalization of graphene for biological applications, fluorescence-resonance-energy-transfer-based biosensor development by using graphene or graphene-based nanomaterials, and the investigation of graphene or graphene-based nanomaterials for living cell studies are summarized in more detail. Future perspectives and possible challenges in this rapidly developing area are also discussed.