基于碳材料-凹面贵金属纳米晶@CuO复合材料构建葡萄糖电化学传感器的研究

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葡萄糖作为一种生物小分子,是活细胞重要的能量来源和新陈代谢的中间产物。人体血糖浓度必须长期控制在一定的范围内才能维持体内各器官和组织的需要,血糖过高或过低都将会导致出现健康问题。目前,在许多国家中,糖尿病正迅速成为主要的健康问题,表现为标志物血糖偏离正常浓度范围(4.4-6.6 mM)。因此,建立一个可靠的血糖检测方法对治疗糖尿病至关重要。非酶葡萄糖电化学传感器因其实时性﹑便携性﹑低成本和高稳定性而备受国内外广泛关注。目前为止,已有多种直接催化葡萄糖氧化的电化学传感器研究报道。本文以氧化铜为壳,用凹面纳米晶体为核构建了三种高催化活性的的葡萄糖电化学传感器。1﹑基于MWCNT-Pt NCs@CuO纳米复合功能材料修饰玻碳电极构建了一种新型非酶电化学葡萄糖传感器。采用原位沉积法制备了Pt NCs@CuO纳米粒子,高指数星形Pt NCs体被CuO纳米粒子包覆。通过扫描电子显微镜(SEM)﹑能量色散X射线光谱(EDS)﹑拉曼光谱﹑傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和电化学方法对所制备的Pt NCs@CuO进行了表征。同时,利用循环伏安法和计时电流法技术对该传感器进行了评估。在最佳条件下,电压为0.33 V时,该传感器对葡萄糖氧化表现出最优异的电催化性能。实验结果表明,葡萄糖浓度在0.020-23mM范围内与电流成正相关,且最低检出限为0.14μM(S/N=3)。更重要的是,这种新型复合传感器具有高的稳定性和重现性。最后,MWCNT-Pt NCs@CuO被成功用于检测人血清样品中的葡萄糖浓度,且具有较高的回收率(97‐102%)。2﹑基于3D还原氧化石墨烯负载高指数Au NCs@CuO(RGO-Au NCs@CuO)材料构建了一种新的电化学传感器用于检测葡萄糖含量。采用水热一锅合成法和静电自组装技术在室温下简易地合成了还原型氧化石墨烯负载型高指数凹面二十四面体Au NCs。通过扫描电子显微镜(SEM)﹑透射电子显微镜(TEM)﹑X射线粉末衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等技术对RGO-Au NCs@CuO的形貌﹑结构和组成进行了表征。利用循环伏安法(CV)和电化学阻抗谱(EIS)技术对其进行了检测。实验数据表明,由于提高了活性比表面积和电导率,该材料对电催化葡萄糖显著增强。在最佳实验条件下,葡萄糖浓度在0.1μM至3 mM范围内与稳态电流响应成正相关,且具有非常低的检出限(30 nM)。该传感器具有良好的选择性和稳定性,并成功应用于血清中葡萄糖的检测。3﹑具有优异结构的过渡金属氧化物的纳米材料已被广泛用于构建电化学传感器,但电导性相对较差将直接影响其性能。我们设计了一种新型的复合纳米材料,还原氧化石墨烯-高活性凹面四面体钯纳米晶@氧化铜(RGO-Pd NCs@CuO),并成功地构建了具有高催化活性的葡萄糖传感器。通过扫描电子显微镜(SEM)﹑透射电子显微镜(TEM)﹑X射线粉末衍射(XRD)以及X射线光电子能谱(XPS)等技术对RGO-Pd NCs@CuO的形貌﹑结构和组成进行了表征。实验数据果表明,在最佳条件下,RGO-Pd NCs@CuO/GC电极对葡萄糖氧化具有优异的电催化作用,且在0.001-3.1 mM范围内葡萄糖浓度与电流成正相关,最低检出限低至10 nM。该传感器具有高的稳定性和灵敏度,同时,在检测实际样品中获得了令人满意的实验结果。
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