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石墨烯具有极好的机械、电子和电化学特性，近年来已得到广泛应用。研究者据此特性研制出多种生化传感器件，并已用于乙酰胆碱、丁酸戊酯、细菌、DNA、NH3和其他生化物质的检测。石墨烯具有敏感电学特性的同时，也易受其表面状态的影响。在液相环境中，复杂的液体环境易干扰检测目标，本课题首先基于石墨烯的液相检测环境，研究了石墨烯-电解液界面对不同缓冲液浓度和pH的响应特性，然后探索了石墨烯液栅型场效应管(SGFET)和石墨烯微电极阵列(MEA)的应用前景。具体研究内容如下: 1)以磷酸盐缓冲液为电解质，用电化学阻抗谱法研究了石墨烯-电解液界面的界面结构，在此基础上进一步分析了界面电容、量子电容和双电层电容对不同缓冲液浓度和pH的界面响应特性，得出量子电容为影响石墨烯-电解液界面特性的主要因素。以电容作为检查指标，验证了电容也可以作为生化检测的依据。 2)为进一步从原理上了解石墨烯的固液界面结构，对石墨烯-电解液界面进行了建模，通过求解非线性泊松方程得到了石墨烯-电解液界面的电势和电荷分布图，得出电势和电荷的变化主要集中在界面区域，在此基础上进一步模拟了界面对溶液浓度和pH的响应特性，并在浓度响应上获得了与实验一致的结果。 3)制作了液栅型石墨烯场效应管SGFET，以磷酸盐缓冲液为电解质，实现了浓度和pH的高灵敏低噪声检测。pH的检测灵敏度可达27.66 mV/pH，浓度的检测灵敏度可达-41.3 mV/decade。 4)制作了石墨烯微电极阵列MEA，通过原代培养大鼠胚胎大脑皮层的神经细胞，检测出了的神经细胞的自发性动作电位，实现了60路信号的同时检测，信噪比可达10.31，对体外神经网络图形化的研究有重要意义。综上所述，本课题从理论到应用探索了石墨烯-电解液界面的特性，从界面结构出发，分析了石墨烯-电解液界面对不同缓冲液浓度和pH的响应特性。利用SGFET分析了石墨烯应用于pH和浓度感应时的灵敏度和噪声水平。利用MEA验证了石墨烯在电生理方向上的应用前景。