《石墨烯手册 第6卷：生物传感器和先进传感器》全面描述了石墨烯、氧化石墨烯和还原氧化石墨烯的性质，涉及生物传感器设计与应用的众多方面，包括临床试验、环境监测、农业及食品分析和质量控制等各个领域。
《石墨烯手册 第6卷：生物传感器和先进传感器》重点介绍生物传感器和先进传感器。第1章概述了生物传感器的概念，回顾了传感器发展的历史，并预测了未来可能的石墨烯应用。第2章着重介绍石墨烯的电子转移特性，这对电化学和生物医学应用是至关重要的，对电化学传感器常用的碳材料进行了比较，给出了电化学发光分析和基于石墨烯的生物样品近红外（NIR）成像的实例，还介绍了电化学传感器组成的大部分试验分析。
许多电化学传感器的示例可以在第7~11章、18章、21章、23章和26章中找到。第3章对石墨烯在农业防护、农药电分析和食品科学中的应用，包括对病原体的直接检测多方面进行了概述。第4章、第5章继续讨论农业应用，其中描述了新型设备的工程设计以及基于石墨烯的传感器在这些应用中的分析验证。第7章重点讨论还原氧化石墨烯及其作为酶载体的表面组成与性能之间的关系，还讨论了氧化石墨烯的本征电催化性能。第8章全面回顾了基于石墨烯、石墨烯量子点和还原氧化石墨烯的电化学生物传感器。生物传感器被分成若干组，其中生物分子被固定在电极上以检测化合物，一组由专门设计用于检测生物分子的生物传感器组成，而另一组则收集利用生物分子开发工作电极和分析物的设备。第10章介绍了医疗应用的生物传感器，描述了各种类型的石墨烯材料，包括掺杂的石墨烯。石墨烯和掺杂石墨烯也是第11章的主题，重点介绍用于检测食品、环境和临床样品中生物分子和化合物的电化学传感器。
石墨烯片层的制备对生物传感器的结构和性能有着重要的影响，三维石墨烯泡沫、多孔石墨烯或石墨烯水凝胶的设计可防止水溶液中石墨烯层不可控的π-π堆叠，在第6章中概述了这种结构及其应用。另外，目前一些新的沉积方法也正在被研究。第19章介绍了获得石墨烯传感器的各种技术，并讨论了石墨烯自组装、层层组装、Langmuir-Blodgett法组装等沉积方式对传感器性能的影响。
第12章描述了在圆柱形表面上沉积厚度可控的均匀层的方法。目前有一种方法构建了氧化石墨烯集成的长周期光栅，用于无标记抗原抗体免疫传感器和人类血红蛋白检测。这种石墨烯光纤结构为临床诊断和生物医学应用提供了一个生物光子学平台，对无标记生物识别元件是一种极具前景的工具。第13章进一步讨论无标记生物传感器，包括石墨烯在电化学、光学、压电和热分析的无标记生物传感器中的应用。
第一部分 生物传感器
第1章 石墨烯基生物传感器的基本概念、应用概述及前景展望
1．1 引言
1．2 石墨烯的制备
1．3 基本概念
1．3．1 电性能
1．3．2 光学性能
1．4 应用概述
1．4．1 葡萄糖生物传感器
1．4．2 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸生物传感器
1．4．3 血红蛋白生物传感器
1．4．4 胆固醇生物传感器
1．4．5 多巴胺生物传感器
1．5 小结
参考文献
第2章 石墨烯电化学生物传感器在生物医学中的应用
2．1 引言
2．2 石墨烯的电化学传感
2．3 石墨烯生物医疗设备
2．4 石墨烯生物成像
2．5 小结
参考文献
第3章 石墨烯生物传感器在农业防御领域的应用
3．1 引言
3．1．1 石墨烯的性质
3．1．2 石墨烯的制备
3．1．3 石墨烯传感器的应用
3．1．4 石墨烯场效应晶体管
3．2 生物传感器在农业防御领域的重要性
3．3 石墨烯生物传感器在食品安全领域的应用
3．3．1 农药传感器
3．3．2 霉菌毒素传感器
3．3．3 过敏原传感器
3．3．4 双酚A传感器
3．3．5 病原微生物传感器
3．4 石墨烯生物传感器在动物健康领域的应用
3．4．1 动物疾病传感器
3．4．2 新陈代谢传感器
3．4．3 孕酮传感器
3．4．4 流感传感器
3．5 小结
参考文献
第4章 石墨烯传感器在农药电化学分析领域的最新进展和趋势
4．1 石墨烯的电化学性能
4．2 石墨烯传感器
4．2．1 以石墨烯修饰电极的传感器
4．2．2 石墨烯复合其他（纳米）材料的传感器
4．3 石墨烯生物传感器
4．3．1 酶生物传感器
4．3．2 石墨烯免疫传感器
4．4 小结
参考文献
第5章 石墨烯生物传感器的设计、构造和验证
5．1 引言
5．2 石墨烯的制备
5．3 石墨烯的功能化
5．4 右墨烯生物传感器
5．4．1 场效应管生物传感器
……
自从Geim和Novoselov开展对石墨烯的创新性研究工作以来，大量关于石墨烯物理化学性质的文章陆续发表。批量化合成石墨烯的方法仍然是一个值得广泛研究的课题，寻找石墨烯的新应用也受到了极大的关注。石墨烯的高导电性、大的比表面积、极具吸引力的光学性质以及良好的生物相容性，使其成为生物传感器的一个重要应用对象。氧化石墨烯和还原氧化石墨烯等相关衍生材料由于含有丰富的表面基团，可以用来附着生物物种，也越来越受到人们的关注。表面基团的物理性质（例如还原氧化石墨烯的疏水性或荧光性）可以通过灵活的化学设计进行调控，从而使材料获得应用于生物传感器的最佳值。本书全面描述了石墨烯、氧化石墨烯和还原氧化石墨烯的性质，涉及生物传感器设计与应用的众多方面，包括临床试验、环境监测、农业及食品分析和质量控制等各个领域。
本书重点介绍生物传感器和先进传感器。第1章概述了生物传感器的概念，回顾了传感器发展的历史，并预测了未来可能的石墨烯应用。第2章着重介绍石墨烯的电子转移特性，这对电化学和生物医学应用是至关重要的，对电化学传感器常用的碳材料进行了比较，给出了电化学发光分析和基于石墨烯的生物样品近红外（NIR）成像的实例，还介绍了电化学传感器组成的大部分试验分析。
许多电化学传感器的示例可以在第7~11章、18章、21章、23章和26章中找到。第3章对石墨烯在农业防护、农药电分析和食品科学中的应用，包括对病原体的直接检测多方面进行了概述。第4章、第5章继续讨论农业应用，其中描述了新型设备的工程设计以及基于石墨烯的传感器在这些应用中的分析验证。第7章重点讨论还原氧化石墨烯及其作为酶载体的表面组成与性能之间的关系，还讨论了氧化石墨烯的本征电催化性能。第8章全面回顾了基于石墨烯、石墨烯量子点和还原氧化石墨烯的电化学生物传感器。生物传感器被分成若干组，其中生物分子被固定在电极上以检测化合物，一组由专门设计用于检测生物分子的生物传感器组成，而另一组则收集利用生物分子开发工作电极和分析物的设备。第10章介绍了医疗应用的生物传感器，描述了各种类型的石墨烯材料，包括掺杂的石墨烯。石墨烯和掺杂石墨烯也是第11章的主题，重点介绍用于检测食品、环境和临床样品中生物分子和化合物的电化学传感器。
石墨烯片层的制备对生物传感器的结构和性能有着重要的影响，三维石墨烯泡沫、多孔石墨烯或石墨烯水凝胶的设计可防止水溶液中石墨烯层不可控的π-π堆叠，在第6章中概述了这种结构及其应用。另外，目前一些新的沉积方法也正在被研究。第19章介绍了获得石墨烯传感器的各种技术，并讨论了石墨烯自组装、层层组装、Langmuir-Blodgett法组装等沉积方式对传感器性能的影响。
第12章描述了在圆柱形表面上沉积厚度可控的均匀层的方法。目前有一种方法构建了氧化石墨烯集成的长周期光栅，用于无标记抗原抗体免疫传感器和人类血红蛋白检测。这种石墨烯光纤结构为临床诊断和生物医学应用提供了一个生物光子学平台，对无标记生物识别元件是一种极具前景的工具。第13章进一步讨论无标记生物传感器，包括石墨烯在电化学、光学、压电和热分析的无标记生物传感器中的应用。
石墨烯材料的荧光猝灭性能和对有机分子的增强吸附，启示了石墨烯在增强拉曼光谱方面的应用，第14章中提出了提高表面增强拉曼散射（SERS）增强因子的建议，本章讨论了利用石墨烯分子设计SERS平台的理论和实践。第16章讨论了利用脉冲激光沉积技术获得的自组装三维石墨烯结构，这种结构已经被证明在SERS应用中产生有效结果，也能够使电极的电子迁移性能得到提升。分子与石墨烯的相互作用决定了吸附能力，进而决定了系统的电催化或光谱性质。第17章介绍了石墨烯与小分子的相互作用和掺杂石墨烯对吸附分子拉曼信号的增强作用，并讨论了石墨烯增强拉曼光谱的机理。
杂原子掺杂石墨烯不仅使石墨烯材料的电催化性能和SERS性能发生了显著变化，而且电磁特性也发生了显著改变，第22章和第24章从理论和实践方面对这些变化进行了讨论。将表面等离子体共振（SPR）方法与电化学实验相结合，对还原过程进行优化。氧化石墨烯片层附近的介电特性可以用SPR检测，见第25章。第26章介绍了石墨烯的电子输运、电阻率以及吸附各种化学或生物物质后电阻率的变化，本章从理论和实践两个方面考虑，讨论了使用石墨烯构建场效应晶体管传感器。
从本书的很多章节中可以看出，石墨烯特性的研究包含了许多新的技术和思路。我相信读者一定会在本书的启发下，熟悉运用这些新颖、非凡的石墨烯材料。最后，我要感谢所有作者用各自领域的专业知识为本书做出的贡献，并向国际先进材料协会表示衷心的感谢。
