基于非贵金属材料的葡萄糖电化学传感器的制备及应用

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葡萄糖含量的准确检测在当前糖尿病爆发的时代下是必要且意义重大的。现存的检测方式中,电化学法具有快捷、操作简单、灵敏度高等显著优势。尽管如此,在材料的催化性能、传感器的稳定性和整个体系的应用上,仍需要进一步完善和发展。本文通过水热合成法制备出高催化性能的复合材料、以电化学自组装修饰等方式构建了四种对葡萄糖具有优良催化检测性能的电化学传感器。主要研究内容概括如下:(1)采用一锅水热法技术,成功制备了三维氮掺杂多孔石墨烯水凝胶包裹花状Ni Co2O4的纳米复合材料(NHGH/Ni Co2O4/GCE)。通过比表面积测定、扫描电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱等多种表征手段,证实了该材料具有优异的导电性能、大的比表面积以及丰富的催化活性位点。以该材料修饰的电极作为传感器,利用安培法(i-t)对葡萄糖及实际血样进行了研究,结果表明,构建的传感器具有良好的电催化检测性能。(2)基于水热法制备了纯净的八面体铜基-金属有机骨架材料(HUSK-1,Cu-MOF)。通过对碳糊、石蜡油、Cu-MOF的充分混合和填装,制备了封装有Cu-MOF的碳糊电极(Cu-MOF/CPE),并用于葡萄糖的高效测定。基于该电极构建的传感器在5μM-10.95 m M的葡萄糖浓度范围内表现出良好的线性,检测限低至0.11μM,同时在稳定性和实际样品的测定中也表现优异。(3)为了克服传统电极修饰法存在的稳定性差、操作复杂等弊端,我们发展了一种新型的电极修饰方法。利用恒电位法进行电化学沉积,完成了多层碳纳米管(MWNTs)和Cu-MOF逐层组装的多层膜修饰电极的制备。在多层Cu-MOF和MWNTs的协同作用下,该传感器在0.5μM-11.84 m M葡萄糖浓度范围内表现出较宽的线性。此外,还对选择性、重现性、稳定性以及实际血样等相关测定进行了研究。(4)使用直接激光雕刻工艺制造小型柔性电化学传感器,该工艺将聚酰亚胺(PI)薄膜转变为激光雕刻石墨烯(LSG)电极。通过改变电极形式代替传统固体电极,构建了柔性电化学葡萄糖酶传感器。制备的LSG作为酶固定载体,提供了充足位点,并在Pt纳米颗粒的作用下,构建了应用于中性条件且具有良好综合性能的葡萄糖生物传感器,并成功应用于实际血样的检测,结果令人满意。
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