以碳布为基体构建自支撑钴基无酶葡萄糖传感器

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近些年来,越来越多的人被糖尿病这一慢性疾病所困扰着,糖尿病会诱发多种并发症,但幸运的是,患者可以通过经常自我检测并控制血糖的方法来降低并发症发生的风险,因此精确快速的血糖检测方法势在必行。目前,市面上的血糖仪多属电化学传感器,其测试原理是利用试纸上存在的、能够催化氧化葡萄糖的相关生物酶,与人体血样中的葡萄糖发生反应而进行检测,但由于生物酶容易受到外界环境的影响而使该法具有一定的局限性,所以研究者将更多的精力投向了无酶葡萄糖传感器的研究。无酶葡萄糖电化学传感器利用非酶材料代替酶直接将葡萄糖进行催化氧化,其工作电极可以分为化学修饰电极与自支撑电极这两种类型,其中,自支撑电极避免了添加粘结剂这一过程对电极性能的影响,能够改善电极的稳定性和重现性,因此本文开展的是基于自支撑电极的研究工作。因为在非酶材料(众多的金属及其化合物)当中,以钴离子为中心的钴基化合物电催化氧化葡萄糖的性能优异,所以本研究将钴基化合物直接生长于碳布(CC),制备自支撑Co3O4/CC和CoS2/CC这两种电极材料,将它们分别作为无酶葡萄糖传感器的工作电极,探究其检测葡萄糖的电化学性能。本文的研究结果如下:本文的第一部分工作是通过恒电位沉积和管式炉煅烧这两个制备步骤,成功制备出Co3O4/CC电极材料,Co3O4纳米片在基体上致密生长且互相交错。由自支撑Co3O4/CC电极对葡萄糖进行无酶检测时,获得的线性范围是1μmol·L-1-0.776mmol·L-1,检出限是0.33μmol·L-1(信噪比为3:1),灵敏度是7402.09μAmM-1cm-2,该材料对葡萄糖具有良好的选择性和长期稳定性。在第一部分的基础上,本文的第二部分工作是通过恒电位沉积和管式炉硫化煅烧的方法,在碳布上制备了自支撑CoS2/CC电极材料。在三电极体系中,经过一系列电化学性能的测试之后,得出自支撑CoS2/CC电极检测葡萄糖的线性范围是1μmol·L-1-1.067 mmol·L-1,灵敏度是2690.7μAmM-1cm-2,检出限是0.33μmol·L-1。实验还对该电极的选择性、抗氯离子毒化性以及长期稳定性做了测试,结果证明,当体系中存在的葡萄糖含量为干扰物质的20倍时,该电极能够对葡萄糖实现良好的选择性;当氯离子的浓度是葡萄糖的100倍时,该电极的检测电流几乎不受影响,展现了较强的抗毒化性能,而且在为期19天的实验周期内,可以保持良好的电极稳定性。
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