CN105911128A - 一种无酶葡萄糖电化学传感器及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无酶葡萄糖电化学传感器及其应用，是将二氧化铈悬浮溶液缓慢滴加在预处理得到的玻碳电极表面，于室温中干燥在电极表面成膜；所处理得到的二氧化铈修饰玻碳电极浸入的氯金酸溶液中，电沉积得到纳米金沉积的二氧化铈改性玻碳电极；所得到的纳米金沉积二氧化铈改性电极用二次蒸馏水冲洗表面，放于室温中自然干燥作为工作电极。上述的工作电极用于制备成葡萄糖电化学生物传感器。本发明的无酶葡萄糖电化学生物传感器对葡萄糖的检测具有高的灵敏度、较宽的检测范围和极高的稳定性，可以多次重复使用。
Description
技术领域
本发明属于电化学传感分析技术领域，具体涉及一种无酶葡萄糖电化学传感器及其应用。
背景技术
糖尿病是威胁人类健康的头号疾病之一，当今社会随着科技水平进步，人民生活水平的改善，糖尿病患病率也随之升高。因此，能够有效检测人体血液中葡萄糖浓度，对于糖尿病的诊断和控制有着十分重要的意义。
目前检测葡萄糖浓度的方法主要包括分光光度法、旋光度法、高效液相色谱法等，这些方法虽然有效准确，但依然有着灵明度低、耗时较长、操作不方便等缺点。相比之下，电化学生物传感器凭借其较高的灵敏度、费用较低、操作简单、样品消耗小等优点，有着巨大的应用潜能。
然而，限制广泛研究的葡萄糖氧化酶电化学传感器，由于受到酶的物理化学性质限制，使葡萄糖氧化酶不易长期固定在电极上，同时容易受到温度和化学环境等因素的干扰，对葡萄糖的检测结果产生影响。目前，有待发明一种稳定性高，响应性好的无酶葡萄糖检测传感器。
发明内容
本发明提供一种无酶葡萄糖电化学传感器，即一种灵敏度高、稳定性高的无酶葡萄糖传感器，从而弥补现有技术的不足。
本发明首先提供一种电化学生物传感器中使用的工作电极，制备方法如下：
1)用氧化铝抛光粉将玻碳电极打磨干净，把残留氧化铝粉末用去离子水冲洗干净后，将玻碳电极在稀硝酸水溶液中进行超声清洗，最后用乙醇和去离子水将玻碳电极表面冲洗干净，得到清洁的预处理玻碳电极；
其中氧化铝抛光粉粒径大小为0.03mm—0.05mm；
2)将二氧化铈纳米颗粒缓慢加入壳聚糖溶液中，超生震荡1—2小时，得到二氧化铈悬浮溶液；
其中壳聚糖溶液是将壳聚糖溶解于0.1-1.0％的醋酸溶液制成的，其浓度为1-5％；
其中二氧化铈纳米颗粒在壳聚糖溶液中的浓度为0.05～0.20mol/L；
3)将步骤2)中所得到的二氧化铈悬浮溶液缓慢滴加在步骤1)所预处理得到的玻碳电极表面，于室温中干燥在电极表面成膜约为0.05～0.1mL/cm2；
4)将步骤3)所处理得到的二氧化铈修饰玻碳电极浸入的氯金酸(HAuCl4)溶液中，采用恒电位技术在低电位-0.3V下电沉积2500-5000S，得到纳米金沉积的二氧化铈改性玻碳电极；
其中氯金酸溶液的浓度为5mM-50mM；
5)将步骤4)所得到的纳米金沉积二氧化铈改性电极用二次蒸馏水冲洗表面，放于室温中自然干燥作为工作电极。
将上述所得到的修饰电极接入CHI660e电化学工作站体系中。
在CHI660e电化学工作站三电极体系中，选择饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为对电极，采用上述方法所制备的电极为工作电极，组成电化学传感器。
以0.1M的NaOH溶液为底液，在-0.6V～0.6V的范围内以0.1V/s的扫描速率通过循环伏安法进行扫描，选择0.08V葡萄糖酸形成峰电流为标志，检测到不同浓度葡萄糖得到峰电流与浓度的关系。
本发明的无酶葡萄糖电化学生物传感器对葡萄糖的检测具有高的灵敏度、较宽的检测范围和极高的稳定性，可以多次重复使用。
附图说明
图1为本发明的电化学传感器对葡萄糖检测的线性拟合图。
具体实施方法
下面通过具体实例进一步对本发明方案进行说明。但应了解的是，以下实施仅为例示说明之用，而不该被理解为发明的实施限制。
实施例1
一种纳米金沉积二氧化铈改性电极的无酶葡萄糖电化学传感器的制备方法如下
(1)用0.03mm—0.05mm的氧化铝抛光粉将玻碳电极打磨干净，把残留氧化铝粉末用去离子水冲洗干净后，于0.1mol/L稀硝酸水溶液中进行超声清洗，最后用30％的乙醇和去离子水将玻碳电极表面冲洗干净，得到清洁的预处理玻碳电极。
(2)将脱乙酰度为80.0～90.0的壳聚糖溶解于0.4％的醋酸溶液中，于室温下磁力搅拌1.5小时，搅拌速率为400r/min，待壳聚糖全部溶解之后，得到浓度为2.4％的壳聚糖溶液。
(3)将0.32g粒径约200nm二氧化铈纳米颗粒缓慢加入步骤(2)所得的壳聚糖溶液中，超生震荡1.5小时，得到二氧化铈悬浮溶液。
(4)将步骤(3)中所得到的溶液缓慢滴加20μL在步骤(1)所预处理得到的玻碳电极表面，于室温中干燥成膜，附着在玻碳电极表面成膜约为0.05～0.1mL/cm2。
(5)选用饱和甘汞电极为参比电极，铂电极为对电极，将步骤(4)所处理得到的二氧化铈修饰玻碳电极作为工作电极，浸入10mM的氯金酸(HAuCl4)溶液中，采用恒电位技术在低电位-0.3V下电沉积3600S，得到纳米金沉积的二氧化铈改性玻碳电极。
(6)将步骤(5)所得到的纳米金沉积二氧化铈改性电极用二次蒸馏水冲洗表面一到两次，放于室温中自然干燥。所得电极作为工作电极，与参比电极加入到电化学传感器设备中，形成无酶葡萄糖传感器。
实施例2
一种纳米金沉积二氧化铈改性电极的无酶葡萄糖电化学传感器的制备方法如下
(1)用0.03mm—0.05mm的氧化铝抛光粉将玻碳电极打磨干净，把残留氧化铝粉末用去离子水冲洗干净后，于0.3mol/L稀硝酸水溶液中进行超声清洗，最后用30％的乙醇和去离子水将玻碳电极表面冲洗干净，得到清洁的预处理玻碳电极。
(2)将壳聚糖溶解于0.3％的醋酸溶液中，于室温下磁力搅拌2小时，搅拌速率为360r/min，待壳聚糖全部溶解之后，得到浓度为2％的壳聚糖溶液。
(3)将0.40g二氧化铈纳米颗粒缓慢加入步骤(2)所得的壳聚糖溶液中，超生震荡2小时，得到二氧化铈悬浮溶液。
(4)将步骤(3)中所得到的溶液缓慢滴加18μL在步骤(1)所预处理得到的玻碳电极表面，于室温中干燥成膜，附着在玻碳电极表面。
(5)选用饱和甘汞电极为参比电极，铂电极为对电极，将步骤(4)所处理得到的二氧化铈修饰玻碳电极作为工作电极，浸入12mM的氯金酸(HAuCl4)溶液中，采用恒电位技术在低电位-0.3V下电沉积3600S，得到纳米金沉积的二氧化铈改性玻碳电极。
(6)将步骤(5)所得到的纳米金沉积二氧化铈改性电极用二次蒸馏水冲洗表面一到两次，放于室温中自然干燥。所得电极作为工作电极，与参比电极加入到电化学传感器设备中，形成无酶葡萄糖传感器。
实施例3
检测步骤：
在CHI660e电化学工作站三电极体系中，选择饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为对电极，采用实施例1所制备的电极为工作电极，组成电化学传感器。以0.1M的NaOH溶液为底液，通过循环伏安法选择，选择0.08V葡萄糖酸形成峰电流为标志，检测到不同浓度葡萄糖得到峰电流与浓度的关系如图1所示。从图中可见，随着浓度的增加，电流呈良好的线性上升关系。因此，可以通过测量未知葡萄糖溶液得到峰电流大小，间接计算出葡萄糖溶液的浓度。
结果表明本发明的葡萄糖无酶电化学传感器有很好的线性相关度R＝0.997，以及较宽的线性范围0.01mM—10mM，检出限为2.5μM。
目前，已有的葡萄糖检测方法有Polypyrrole Nanotube Array Sensor forEnhanced Adsorption of Glucose Oxidase in Glucose Biosensors.Biosen；其产品的检测范围为0.5～10mM。检出限30μM。
In Situ Growth of Copper Sulfide Nanocrystals on Multiwalled CarbonNanotubes and Their Application as Novel Solar Cell and Amperometric GlucoseSensor Materials。其产品的检测范围为0.01～1mM，检出限10μM。
Dendrimer-Encapsulated Pt Nanoparticles/Polyaniline Nanofibers for GlucoseDetection；其产品的检测范围为0.01～4.5mM，检出限0.5μM。
可见，与已有产品相比，本发明的电极有极高的稳定性、可重复性，同时制备方便、操作简单、灵敏度高，同时具有较宽的检测范围和较低的检出限，因此比其他电化学葡萄糖传感器更具有优势。
Claims (10)
1.一种工作电极，其特征在于，所述的工作电极的制备方法如下：
1)用氧化铝抛光粉将玻碳电极打磨干净，把残留氧化铝粉末用去离子水冲洗干净后，将玻碳电极在稀硝酸水溶液中进行超声清洗，最后用乙醇和去离子水将玻碳电极表面冲洗干净，得到清洁的预处理玻碳电极；
2)将二氧化铈纳米颗粒缓慢加入壳聚糖溶液中，超生震荡得到二氧化铈悬浮溶液；
3)将步骤2)中所得到的二氧化铈悬浮溶液缓慢滴加在步骤1)所预处理得到的玻碳电极表面，于室温中干燥在电极表面成膜；
4)将步骤3)所处理得到的二氧化铈修饰玻碳电极浸入的氯金酸溶液中，采用恒电位技术在低电位-0.3V下电沉积2500-5000S，得到纳米金沉积的二氧化铈改性玻碳电极；
5)将步骤4)所得到的纳米金沉积二氧化铈改性电极用二次蒸馏水冲洗表面，放于室温中自然干燥作为工作电极。
2.如权利要求1所述的工作电极，其特征在于，所述的步骤1)中氧化铝抛光粉粒径大小为0.03～0.05mm。
3.如权利要求1所述的工作电极，其特征在于，所述的步骤2)中壳聚糖溶液是将壳聚糖溶解于0.1-1.0％的醋酸溶液制成的。
4.如权利要求1或3所述的工作电极，其特征在于，所述的壳聚糖溶液中壳聚糖的浓度为0.05～0.20mol/L。
5.如权利要求1所述的工作电极，其特征在于，所述的步骤2)中二氧化铈纳米颗粒在壳聚糖溶液中的浓度为0.05～0.20mol/L。
6.如权利要求1所述的工作电极，其特征在于，所述的步骤4)中氯金酸溶液的浓度为5～50mM。
7.权利要求1所述的工作电极在制备电化学生物传感器中的应用。
8.一种电化学传感器，其特征在于，所述的电化学传感器使用饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为对电极，工作电极为权利要求1所述的工作电极。
9.权利要求8所述的电化学传感器在检测葡萄糖中的应用。
10.一种检测葡萄糖浓度的方法，其特征在于，所述的方法是使用权利要求8所述的电化学传感器，以0.1M的NaOH溶液为底液，在-0.6V～0.6V的范围内以0.1V/s的扫描速率通过循环伏安法进行扫描，选择0.08V葡萄糖酸形成峰电流为标志，检测到不同浓度葡萄糖得到峰电流与浓度的关系。
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