CN106970128A - 一种柔性ZnO纳米晶复合碳纤维及氧化石墨烯葡萄糖探测器及其制备方法 - Google Patents

一种柔性ZnO纳米晶复合碳纤维及氧化石墨烯葡萄糖探测器及其制备方法 Download PDF

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黄辉耀
马晔
叶志镇
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Abstract

本发明公开了一种柔性ZnO纳米晶复合碳纤维及氧化石墨烯葡萄糖探测器及其制备方法，该传感器自下而上依次有碳纤维、氧化石墨烯、ZnO纳米晶层。其制备方法如下：先制备碳纤维复合氧化石墨烯做基底，然后在其上在一定温度下生长ZnO纳米晶自组装成柔性ZnO纳米晶复合碳纤维及氧化石墨烯葡萄糖探测器。相比于传统的葡萄糖探测器，此方法制备的响应灵敏度高、响应时间快，且是柔性、结构简单、制备成本低，在生物、医疗以及一些特殊领域有重要的应用价值。

Description

一种柔性ZnO纳米晶复合碳纤维及氧化石墨烯葡萄糖探测器 及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种柔性ZnO纳米晶复合碳纤维及氧化石墨烯葡萄糖探测器及其制备方法，属于半导体器件技术领域。
背景技术
传感器是能够识别物理、化学或生物变化，并将其转化为可测量信号的一类器件。而生物传感器便是其中专门用于探测生化小分子、蛋白质、DNA及细胞乃至组织的传感器。生物传感器对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测。目前市面上还未见以氧化石墨烯为基本结构的葡萄糖探测器。
ZnO是一种重要的金属氧化物半导体材料，室温禁带宽度为3.2eV,合成步骤简单，具有较高的催化活性，在溶液中有很好的化学稳定性以及对基底材料很强的适应性，因此适合拿来做生物传感探测器的材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备成本低、工艺简单易于生产，柔性、灵敏度高、响应速度快的柔性ZnO纳米晶复合碳纤维及氧化石墨烯葡萄糖探测器及其制备方法。
此柔性ZnO纳米晶复合碳纤维及氧化石墨烯葡萄糖探测器，其工作电极自下而上依次有碳纤维、氧化石墨烯、ZnO纳米晶层，通常，所述的ZnO纳米晶尺寸为300-400nm。
该葡萄糖探测器的制备方法包括以下步骤：
1)将碳纤维浸泡在浓度为1～1.2g/L的氧化石墨烯水溶液中30～40分钟，然后将所述碳纤维取出置60℃烘箱中烘干2～2.5小时，得到样品A。
2)将Zn(AC)2·2H2O溶于DMF溶液中，使其浓度为0.02-0.03mol/L，超声30～60分钟得到溶液B。
3)将所述样品A加入到所述溶液B中，加热到90～110℃并保持5～6小时，得到所述柔性ZnO纳米晶复合碳纤维及氧化石墨烯葡萄糖探测器。
本发明的柔性ZnO纳米晶复合碳纤维及氧化石墨烯葡萄糖探测器的工作原理是：在pH为7.0的缓冲溶液下，以其该探测器为工作电极，与Pt丝所组成的对电极及甘汞组成的参比电极组成三电极系统，在不断用注射器注入葡萄糖的情况下，通过电化学工作站中的循环伏安法以及恒电压充放电等电化学方式探测其电流变化，进行葡萄糖探测。
本发明的有益效用在于：
1)本发明ZnO纳米晶的合成方法简单，无需氮气保护，时间短，产率高，且合成的纳米晶大小均匀；在此基础上，探测器制备方法简洁，且只需在低温下退火即可；
2)纳米晶比表面积大，与葡萄糖的接触面积较大，因而可提高其电化学传感能力；
3)本发明采用碳纤维为基底，具有柔性且沟道多容易负载氧化物的特点，适宜用作可穿戴设备材料；
4)本发明的采用氧化石墨烯为基底，具有极大的表面积及丰富的氧化基团，其与ZnO等纳米晶的连接也比较方便；
5)本发明的柔性ZnO纳米晶复合碳纤维及氧化石墨烯葡萄糖探测器结构简单，其制备方法简便且成本低，在生物、医疗以及一些特殊领域有重要的应用价值。
附图说明
图1是柔性ZnO纳米晶复合碳纤维及氧化石墨烯葡萄糖探测器表面在400倍放大倍数下的形貌；
图2是柔性ZnO纳米晶复合碳纤维及氧化石墨烯葡萄糖探测器在1500放大倍数下的形貌。
具体实施方式
实施例1
1)将直径为1cm的圆形碳纤维片浸泡在20mL浓度为1g/L的氧化石墨烯水溶液中30分钟，然后将碳纤维取出置60℃烘箱中烘干2小时，得到样品A。
2)将0.2357g的Zn(AC)2·2H2O溶于50mLDMF溶液中并超声30分钟得到溶液B。
3)将样品A加入到溶液B中，随后将溶液加热到95℃并保持5小时到柔性ZnO纳米晶葡萄糖传感器。
从图1中可以看出该柔性ZnO纳米晶复合碳纤维及氧化石墨烯葡萄糖探测器以碳纤维为基体，其中碳管依然保持原来的形貌，碳管之间大量的空隙可以提供大量ZnO纳米晶的附着及生长。
从图2可以看出该柔性ZnO纳米晶复合碳纤维及氧化石墨烯葡萄糖探测器上生长的ZnO纳米晶直径达到300至400纳米之间，纳米晶生产的完好并且丰富，为与葡萄糖反应提供了很多的位点。
本例制得的柔性ZnO纳米晶复合碳纤维及氧化石墨烯葡萄糖探测器的灵敏度为78.5μAmM-1cm-2,最低探测极限为13.45μM，响应时间为3s。
实施例2
1)将直径为3cm的圆形碳纤维片浸泡在25mL浓度为1.2g/L的氧化石墨烯水溶液中40分钟，然后将碳纤维取出置60℃烘箱中烘干2小时，得到样品A。
2)将0.2320g的Zn(AC)2·2H2O溶于50mLDMF溶液中并超声30分钟得到溶液B。
3)将样品A加入到溶液B中，随后将溶液加热到95℃并保持5小时到柔性ZnO纳米晶葡萄糖传感器。

Claims (3)

1.一种柔性ZnO纳米晶复合碳纤维及氧化石墨烯葡萄糖探测器，其特征在于，该探测器中采用的工作电极由碳纤维、氧化石墨烯、ZnO纳米晶三者自下而上依次复合而成。
2.根据权利要求1所述的柔性ZnO纳米晶复合碳纤维及氧化石墨烯葡萄糖探测器，其特征在于，所述的ZnO纳米晶尺寸为300-400nm。
3.一种柔性ZnO纳米晶复合碳纤维及氧化石墨烯葡萄糖探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将碳纤维浸泡在浓度为1～1.2g/L的氧化石墨烯水溶液中30～40分钟，然后将所述碳纤维取出置于60℃烘箱中烘干2～2.5小时，得到样品A；
2)将Zn(AC)2·2H2O溶于DMF溶液中，使其浓度为0.02-0.03mol/L，超声30～60分钟得到溶液B；
3)将所述样品A加入到所述溶液B中，加热到90～110℃并保持5～6小时，取出样品得到柔性ZnO纳米晶复合碳纤维及氧化石墨烯葡萄糖探测器。
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