三维纳米结构电极的构建及其电化学无酶葡萄糖传感性能研究

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葡萄糖是人体必需的物质之一。如果体内含量失调则会引起严重的疾病,如糖尿病。所以开发一种快速、可靠、准确的血糖测定方法对于糖尿病的诊断和长期护理非常关键。除了临床分析,葡萄糖检测装置也应用于生物技术和食品工业。这种广泛的应用领域大大促进了葡萄糖传感器的发展和多样化。本文综述了当前无酶传感器电极材料的最新研究进展,其中包括几种典型的过渡金属/过渡金属氧化物纳米材料为活性物质负载在不同的基底上构建成三维电极的无酶葡萄糖传感器的制备,以及对其结构,形貌和葡萄糖浓度检测性质的研究。1.采用恒电位电沉积和热处理相结合的技术,在三维泡沫镍基底上沉积制备氧化镍。考察了该电极对葡萄糖的检测的电化学性能。结果表明,由于泡沫镍的超高导电性和氧化镍优异的对葡萄糖催化氧化性质的协同作用,三维氧化镍/泡沫镍电极在无酶葡萄糖检测中表现出高达6657.5 mAmM-1cm-2的灵敏度,这个高度是同类无酶葡萄糖传感器很难企及的。并且基于该电极的无酶葡萄糖传感器在检测人体血清中葡萄糖浓度的实际应用中可以与商业化的酶葡萄糖传感器相媲美。为无酶传感器基底材料的开发提供了新的研究方向。2.把水热法合成四氧化三钴纳米材料滴涂到三维泡沫镍基体上,构造溴化十六烷基三甲铵(CTAB)-C0304修饰的三维电极。研究了表面活性剂对四氧化三钴超结构及无酶葡萄糖生物传感器性能的影响。结果表明,在四氧化三钴合成的过程中加入阴离子表面活性剂CTAB,有利于得到高分散的四氧化三钻纳米线海胆状刺球结构。这种疏松的三维结构大大提高了活性物质的比表面积,增加了反应的活性位点,并且有利于电解液和检测物质的运输。因此得到了较为满意的灵敏度,线性范围,检测限和选择性,为无酶葡萄糖传感器的发展起到了一定的推动性作用。3.使用“蘸取-干燥法”与恒电位电沉积相结合的技术在泡沫镍上制备出碳纳米管(CNT)/MnO2核壳纳米复合结构电极。将其用于电化学无酶葡萄糖传感器中。结果表明CNT的加入能改变二氧化锰与基底电极之间的电子传输途径,提高了电极的导电性实现两种元件之间的协同作用。并且三维多孔的核壳纳米结构为离子和电子的传输提供了直接的快速的通道,加快了反应动力学的过程。基于CNT/MnO2构建的无酶葡萄糖传感器具有高达3406.4 μA/(cm2 mM)的灵敏度,较好的选择性,稳定性以及重复性。4.通过水热法和电沉积相结合的方法,合成了具有高性能的基于Ni/CdS双功能化的Ti@TiO2核壳纳米线电极的无酶葡萄糖传感器。通过一系列结构和电化学性质的表征可以得出,介于TiO2和Ni颗粒之间的CdS层不仅在Ni粒子的均匀成核和成长过程中发挥重要的作用,并且对于葡萄糖电催化过程中产生的中间产物对电极的毒害作用起到一定的抑制功能。与Ti@TiO2/Ni电极相比,Ti@TiO2/CdS/Ni电极在葡萄糖检测中表现出更高的灵敏度,更宽的线性范围和更低的检测限。同时制得的基于Ti@Ti/CdS/Ni电极的无酶葡萄糖传感器也得到了较满意的选择性,稳定性和重复使用性。此实验不仅为制备高分散的活性材料提供了依据,还为制备高性能的无酶葡萄糖传感器开辟了新的方向。
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