基于石墨烯的乳酸传感器研究

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乳酸是人体内糖类无氧代谢的关键产物,在疾病的诊断和治疗、科学运动管理中有重要意义。因此构建一种可实现快速检测的、低成本、一次性乳酸传感器是很必要的。石墨烯,一种具有超大比表面积的新型纳米材料,表现出高导电性和优良的生物相容性,被广泛运用在高性能电化学传感器的研究中。本文的研究目标就是利用碳糊电极构建一种低成本的乳酸传感器,并在此基础上,利用石墨烯的优良导电性构建一种石墨烯增强的高灵敏度、快速响应的乳酸传感器。本文首先制备了一种以碳糊电极为基底的乳酸传感器。优化了该乳酸传感器的制备、工作参数,并测试了在最优工作参数下该传感器的性能。在最优工作条件下,以碳糊电极为基底的乳酸传感器的灵敏度为1.85μA·mM-1,在1mM-15mM范围内表现出较好的线性性,最低检测限为0.63mM,有较好的一致性、抗干扰性,基本满足了快速床边检测乳酸的检测要求。本文还进一步研制了石墨烯修饰的乳酸传感器。首先,确定了在碳糊电极上修饰石墨烯所用的修饰方法,对该石墨烯修饰方法的操作参数进行了优化,通过扫描电子显微镜、循环伏安法等手段对电极的结构和性能进行了表征,结果表明石墨烯修饰的碳糊电极具有更快的电子传递速度。之后,基于石墨烯修饰的碳糊电极构建了石墨烯修饰的乳酸传感器,完成了传感器的工作参数优化和最优工作条件下的性能测试。经测试,石墨烯修饰的乳酸传感器的具有高灵敏度(2.38μA·mM-1)、较好的一致性和线性性,线性检测范围达到0.5mM-15mM,最低检测限达到0.06mM,可以实现对乳酸的快速检测(10s)。本文最后比较了制备的修饰了石墨烯和未修饰石墨烯的两种乳酸传感器的传感器性能,结果表明修饰石墨烯提高了传感器的灵敏度,缩短了响应时间,改善了传感器的一致性,但是传感器的抗干扰性受到了影响。
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