CN111487308A - 微电极葡萄糖传感器及其制备方法和应用 - Google Patents

微电极葡萄糖传感器及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微电极葡萄糖传感器及其制备方法和应用，微电极葡萄糖传感器的制备方法包括以下步骤：准备粒径小于10μm的石墨颗粒，将硝酸镍水溶液与所述石墨颗粒混合均匀，得到石墨粉末悬浮溶液，将一直流电源的正极和负极分别电连接1根镍丝，将2根所述镍丝的底端浸入一个石墨粉末悬浮溶液中，在搅拌石墨粉末悬浮溶液的条件下，使所述直流电源工作并在电压7.5～8.5V、电流0.35～0.45A的状态下保持10～30min，在所述负极上获得所述微电极葡萄糖传感器。本发明的微电极葡萄糖传感器的直径小于0.65mm属于微电极，能更有益于生物小分子的检测。当待测物为植物时，其对植物的损伤面积小，可实现在线监测。

Description

微电极葡萄糖传感器及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于葡萄糖传感器技术领域，具体来说涉及一种微电极葡萄糖传感器及其制备方法和应用。
背景技术
糖是光合作用的主要产物之一，在植物的生命周期中具有重要作用，不仅可以作为代谢物质提供能量，还能为脂类、蛋白质和核酸的合成提供碳骨架，我们日常所见的水果繁多,大多数的水果含糖量在5％～20％。葡萄糖的含量不仅对植物的生长和植物的品质有影响，还影响了植物的甜度和成熟程度。因此检测植物葡萄糖的含量是相当有必要的。
葡萄糖传感器的种类很多，其中电流型葡萄糖传感器的发展时间较长，也比较成熟。但是针对植物中葡萄糖的检测，目前没有开发出合适的传感器。植物体内活性分子的实时监测，对于植物的生长发育、营养成分的识别等都具有重要意义。但是，若想实现在线监测而不破坏植物组织结构，现有的葡萄糖传感器很难完成。如果对植物组织的损伤面积过大，植物体内的生长平衡会被破坏，对植物本身的生长起到副作用，甚至会使植物不能维持应有的生命体征。因此，需要开发，尺寸小、适合植入植物体内进行营养成分的监测，且信号强、灵敏度高的传感器。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种微电极葡萄糖传感器的制备方法。
本发明的另一目的是提供上述制备方法获得的微电极葡萄糖传感器，该微电极葡萄糖传感器通过电镀方式制备成碳纳米粒子修饰镍微电极，其不但可以用电化学的方式检测液体中的葡萄糖浓度，而且还可以检测植物中的葡萄糖浓度。
本发明的另一目的是提供上述微电极葡萄糖传感器测试待测物葡萄糖浓度的方法。
本发明的另一目的是提供微电极葡萄糖传感器在检测植物的葡萄糖浓度中的应用。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。
一种微电极葡萄糖传感器的制备方法，包括以下步骤：
1)准备粒径小于10μm的石墨颗粒，将硝酸镍水溶液与所述石墨颗粒混合均匀，得到石墨粉末悬浮溶液，其中，所述石墨粉末悬浮溶液中硝酸镍的浓度为0.1-0.2mol/L，所述石墨粉末悬浮溶液中石墨颗粒的浓度为3～5g/L；
在所述步骤1)中，所述石墨颗粒的制备方法为：将石墨在镍泡沫上摩擦至粉末状，再研磨至粒径小于10μm，得到所述石墨颗粒。
在上述技术方案中，所述镍泡沫的孔隙率为90～98％。
2)将一直流电源的正极和负极分别电连接1根镍丝，将2根所述镍丝的底端浸入一个石墨粉末悬浮溶液中，在搅拌石墨粉末悬浮溶液的条件下，使所述直流电源工作并在电压7.5～8.5V、电流0.35～0.45A的状态下保持10～30min，在所述负极上获得所述微电极葡萄糖传感器。
在所述步骤2)中，通过磁力搅拌实现搅拌石墨粉末悬浮溶液，所述磁力搅拌的转子转速为300～400r/min。
在所述步骤2)中，在所述保持10～30min后，用超纯水冲洗，室温20～25℃下自然晾干，在所述负极上获得所述微电极葡萄糖传感器。
在所述步骤2)中，所述镍丝的直径为0.5～0.6mm。
在所述步骤2)中，所述镍丝在使用前用砂纸打磨，再先后依次用50-60wt％的硝酸水溶液、超纯水、无水乙醇和超纯水各超声清洗5～10min，以去除表面的有机及无机污垢。
上述制备方法获得的微电极葡萄糖传感器。
在上述技术方案中，所述微电极葡萄糖传感器的直径小于0.65mm。
上述微电极葡萄糖传感器测试待测物葡萄糖浓度的方法，包括以下步骤：
步骤1，准备N个pH相同的第一测试溶液，所述第一测试溶液的pH与待测物相同，将所述微电极葡萄糖传感器作为工作电极，使所述工作电极、参比电极和对电极分别与电化学工作站电连接并构建三电极体系，将所述三电极体系分别浸入每个第一测试溶液中，测试该第一测试溶液的CV曲线，通过N个所述第一测试溶液的CV曲线确定葡萄糖的最佳响应电位，其中，所述第一测试溶液为溶解有0～100mM葡萄糖的PBS缓冲溶液或NaOH水溶液，N个所述第一测试溶液中葡萄糖浓度不相同，所述第一测试溶液的pH为P，P＝5～13；
在所述步骤1中，所述参比电极为银/氯化银电极，所述对电极为铂丝。
在所述步骤1中，所述CV曲线的电压范围为-0.2～1V，扫描速度为10～100mV/s。
在所述步骤1中，所述N＝3～5，N个第一测试溶液中的3个第一测试溶液的葡萄糖浓度依次为：0mM、1～10mM和90～100mM。
在步骤1中，确定葡萄糖的最佳响应电位的方法为：选取N个第一测试溶液的CV曲线中产生氧化电流的电压作为响应电位；
当响应电位是数值点时，确定该数值点为葡萄糖的最佳响应电位；
当响应电位是范围时，在响应电位中每间隔0.1V选取一个电位作为待测电位，得到M个待测电位，针对每个待测电位进行相同的操作，使每个待测电位获得一条时间-电流曲线，在M个待测电位的时间-电流曲线中，选取斜率最大的时间-电流曲线所对应的待测电位作为最佳响应电位，其中，所述操作如下：
在每个待测电位下，采用三电极体系采集第三测试溶液的时间-电流曲线，在采集时间-电流曲线的过程中向第三测试溶液中滴加20～30次葡萄糖水溶液，其中，按体积份数计，所述第三测试溶液和每次滴加的葡萄糖水溶液的比为(50～100)：1，第三测试溶液为PBS缓冲溶液或NaOH水溶液。
在上述技术方案中，向第三测试溶液中滴加葡萄糖水溶液的次数为25次，第j次向第三测试溶液中滴加葡萄糖水溶液后该第三测试溶液中葡萄糖浓度为Cj，j大于等于1，
若5<P≤8：
当j＝1～5时，Cj-Cj-1＝0.5～1mM；
当j＝6～10时，Cj-Cj-1＝1.5～2.5mM；
当j＝11～15时，Cj-Cj-1＝3.5～4.5mM；
当j＝16～20时，Cj-Cj-1＝5.5～6.5mM。
当j＝21～25时，Cj-Cj-1＝7～8mM。
若8<P<13：
当j＝1～5时，Cj-Cj-1＝0.05～0.1mM；
当j＝6～10时，Cj-Cj-1＝0.2～0.35mM；
当j＝11～15时，Cj-Cj-1＝0.45～0.65mM；
当j＝16～20时，Cj-Cj-1＝0.9～1mM；
当j＝21～25时，Cj-Cj-1＝1.2～1.4mM。
在上述技术方案中，在确定葡萄糖的最佳响应电位中，第1次滴加葡萄糖水溶液的时间在开始采集时间-电流曲线的第500s后。
步骤2，在最佳响应电位下，采用三电极体系采集第二测试溶液的时间-电流曲线，在采集时间-电流曲线的过程中向第二测试溶液中滴加20～30次葡萄糖水溶液，其中，按体积份数计，所述第二测试溶液和每次滴加的葡萄糖水溶液的比为(50～100)：1，第i次向第二测试溶液中滴加葡萄糖水溶液后该第二测试溶液中葡萄糖浓度为Ci，i大于等于1；
在所述步骤2中，向第二测试溶液中滴加葡萄糖水溶液的次数为25次，
若5<P≤8：
当i＝1～5时，Ci-Ci-1＝0.5～1mM；
当i＝6～10时，Ci-Ci-1＝1.5～2.5mM；
当i＝11～15时，Ci-Ci-1＝3.5～4.5mM；
当i＝16～20时，Ci-Ci-1＝5.5～6.5mM。
当i＝21～25时，Ci-Ci-1＝7～8mM；
若8<P<13：
当i＝1～5时，Ci-Ci-1＝0.05～0.1mM；
当i＝6～10时，Ci-Ci-1＝0.2～0.35mM；
当i＝11～15时，Ci-Ci-1＝0.45～0.65mM；
当i＝16～20时，Ci-Ci-1＝0.9～1mM；
当j＝21～25时，Cj-Cj-1＝1.2～1.4mM。
在所述步骤2中，第1次滴加葡萄糖水溶液的时间在开始采集时间-电流曲线的第500s后。
步骤3，将步骤2所得时间-电流曲线中ln(葡萄糖浓度)或葡萄糖浓度作为横坐标，葡萄糖浓度在时间-电流曲线中对应的电流作为纵坐标，建立坐标系，将最佳响应电位的Ci和Ci对应的电流代入所述坐标系，线性拟合成一直线，获得该直线的线性回归方程；
步骤4，在最佳响应电位下，采用三电极体系采集待测物的时间-电流曲线，选取时间-电流曲线500～1000s后的电流的平均值，代入线性回归方程，得到葡萄糖浓度为待测物的葡萄糖浓度。
在所述步骤4中，当所述待测物为植物时，挖取植物表面上的植物组织，以使所述植物的表面形成一凹陷槽，先后依次用水和pH＝P的PBS缓冲溶液冲洗所述凹陷槽，再使所述凹陷槽内装载pH＝P的PBS缓冲溶液，凹陷槽内液体为待测物。
在上述技术方案中，当6<P≤8时，所述葡萄糖水溶液的溶剂为PBS缓冲溶液，当8<P≤13时，所述葡萄糖水溶液的溶剂为NaOH水溶液。
上述微电极葡萄糖传感器在检测植物的葡萄糖浓度中的应用。
在上述技术方案中，挖取植物表面上的植物组织，以使所述植物的表面形成一凹陷槽，先后依次用水和pH与植物相同的PBS缓冲溶液冲洗所述凹陷槽，再使所述凹陷槽内装载pH与植物相同的PBS缓冲溶液，将所述微电极葡萄糖传感器作为工作电极伸入凹陷槽内液体中。本发明和现有的葡萄糖传感器对比，现有的葡萄糖传感器需要对传感器表面进行功能化，操作繁琐，对实验设备精度要求高、且不能反复使用且很难对细小物体进行检测。本发明的微电极葡萄糖传感器的直径小于0.65mm属于微电极，能更有益于细小物体的检测。当待测物为植物时，其对植物的损伤面积小，可实现在线监测。本发明微电极葡萄糖传感器结构简单，操作使用方便，可以广泛应用于葡萄糖检测，达到适应现场、精准检测、快速检测的目的。
附图说明
图1为实施例1所得微电极葡萄糖传感器的扫描电子显微镜(SEM)图；
图2为实施例1所得微电极葡萄糖传感器的X射线光电能谱(XPS)；
图3为实施例2中3个第一测试溶液的CV曲线；
图4为实施例2中在不同待测电位下获得的时间-电流曲线；
图5为实施例2中拟合后获得的直线；
图6为实施例2中待测物的时间-电流曲线；
图7(a)为微电极葡萄糖传感器测试回收率的时间-电流曲线；
图7(b)为图7(a)中方框内曲线的放大图；
图8为微电极葡萄糖传感器测试干扰的时间-电流曲线；
图9为实施例3中3个第一测试溶液的CV曲线；
图10为步骤2中获得的时间-电流曲线；
图11为实施例3中拟合后获得的直线；
图12为实施例3中待测物的时间-电流曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
下述实施例中的药品购买源如下：
葡萄糖购置于天津市科威有限公司
硝酸镍购置于天津市渤化化学试剂有限公司
电化学工作站型号为7601，上海辰化仪器有限公司
pH计型号为PHS-3C，上海仪电科学仪器股份有限公司
镍泡沫购置于山西力之源材料有限公司
镍丝购置于清源金属材料有限公司
在下述实施例中，镍丝的直径为0.6mm。镍丝在使用前用320目的砂纸打磨，用无尘布将表面擦拭干净，将镍丝弯成U状(增大镍丝浸入后的接触体积)。再先后依次用50wt％的硝酸水溶液、超纯水、无水乙醇和超纯水各超声清洗10min，以去除表面的有机及无机污垢。
在下述实施例中，用三电极体系测试CV曲线时，工作电极、参比电极和对电极插入被测液体中的长度为1cm，工作电极、参比电极和对电极之间的距离为1cm。
实施例1
一种微电极葡萄糖传感器的制备方法，包括以下步骤：
1)准备孔隙率为98％的镍泡沫，将石墨在镍泡沫上摩擦至粉末状，再用研磨钵研磨10min至粒径10μm以下，得到石墨颗粒。在烧杯中将硝酸镍水溶液与石墨颗粒混合，搅拌10min至均匀(磁力搅拌器的转速为400r/min)，得到黑色的石墨粉末悬浮溶液，其中，石墨粉末悬浮溶液中硝酸镍的浓度为0.1mol/L，石墨粉末悬浮溶液中石墨颗粒的浓度为5g/L；
2)将一直流电源的正极和负极分别电连接1根U状的镍丝，将2根镍丝的底端浸入同一个石墨粉末悬浮溶液中，在搅拌石墨粉末悬浮溶液的条件下，使直流电源工作并在电压8V、电流0.40A的状态下保持30min，直流电源结束工作后，用超纯水冲洗，再于室温20～25℃下自然晾干，在负极上获得微电极葡萄糖传感器，其中，通过磁力搅拌实现搅拌石墨粉末悬浮溶液，磁力搅拌的转子转速为400r/min。
微电极葡萄糖传感器的扫描电子显微镜(SEM)图如图1所示、X射线光电能谱(XPS)-C 1s高分辨谱如图2所示，微电极葡萄糖传感器的元素百分比如表1所示。由图1和2可知，碳纳米颗粒尺寸小于50nm，碳原子百分比达到33.39％。
表1
元素 百分比％
C1s 33.39
N1s 3.86
O1s 43.35
Ni2p 19.41
微电极葡萄糖传感器的干扰检测：用三电极体系(微电极葡萄糖传感器作为工作电极，参比电极为银/氯化银电极，对电极为铂丝)采集30mLPBS缓冲溶液(PBS缓冲溶液pH＝6.6)的时间-电流(i-t)曲线，待时间-电流(i-t)曲线中电流稳定后(即开始采集的第500s后)依次加入一次610μL的500mM葡萄糖水溶液、三次31μL100mM的水杨酸溶液、三次31μL100mM的吲哚乙酸溶液、三次31μL100mM脱落酸溶液，一次650μL的500mM葡萄糖水溶液，一次670μL的500mM葡萄糖水溶液，相邻2次加入时间间隔50秒，时间-电流(i-t)曲线如图8所示。可以看出滴加水杨酸溶液、吲哚乙酸溶液、脱落酸溶液后电流的变化小于葡萄糖响应电流的5％，几乎不会影响到微电极葡萄糖传感器检测葡萄糖的响应信号。
在上述干扰检测中，水杨酸溶液、吲哚乙酸溶液、脱落酸溶液的溶剂均为pH＝6.6的PBS缓冲溶液。
实施例2
微电极葡萄糖传感器测试待测物葡萄糖浓度的方法，包括以下步骤：
步骤1，准备N个pH相同的第一测试溶液，N＝3，待测物为黄瓜，第一测试溶液的pH与待测物相同，第一测试溶液的pH为P，P＝6.6，第一测试溶液为依次溶解有0mM、5mM和100mM葡萄糖的PBS缓冲溶液(0mM时为未溶解有葡萄糖)。将实施例1所得微电极葡萄糖传感器作为工作电极，使工作电极、参比电极和对电极分别与电化学工作站电连接并构建三电极体系，参比电极为银/氯化银电极，对电极为铂丝。将三电极体系分别浸入每个第一测试溶液中。测试该第一测试溶液的CV曲线，如图3所示，通过N个第一测试溶液的CV曲线确定葡萄糖的最佳响应电位，其中，CV曲线的电压范围为-0.2～1V，扫描速度为100mV/s。
在步骤1中，确定葡萄糖最佳响应电位的方法为：选取N个第一测试溶液的CV曲线中产生氧化电流的电压作为响应电位，由图3可知响应电位为0.5～0.9V；
在响应电位中每间隔0.1V选取一个电位作为待测电位，得到M个待测电位(M＝5)：0.5V、0.6V、0.7V、0.8V、0.9V，针对每个待测电位进行相同的操作，使每个待测电位获得一条时间-电流曲线，如图4所示，在M个待测电位的时间-电流曲线中，选取斜率最大的时间-电流曲线所对应的待测电位作为最佳响应电位，如图4所示，通过比较可知，最佳响应电位为0.9V，其中，操作如下：
在每个待测电位下，采用三电极体系采集第三测试溶液的时间-电流曲线，在采集时间-电流曲线(i-t)的过程中向第三测试溶液中滴加25次葡萄糖水溶液，其中，按体积份数计，第三测试溶液和每次滴加的葡萄糖水溶液的比为60：1，第三测试溶液为PBS缓冲溶液，第1次滴加葡萄糖水溶液的时间在开始采集时间-电流曲线的第500s，即电流稳定后再开始滴加葡萄糖水溶液。
第j次向第三测试溶液中滴加葡萄糖水溶液后该第三测试溶液中葡萄糖浓度为Cj，j大于等于1，Cj见表2。
表2
Figure BDA0002289882910000081
Figure BDA0002289882910000091
步骤2，在最佳响应电位下，采用三电极体系采集第二测试溶液的时间-电流曲线，在采集时间-电流曲线的过程中向第二测试溶液中滴加25次葡萄糖水溶液，其中，第1次滴加葡萄糖水溶液的时间在开始采集时间-电流曲线的第500s，即电流稳定后再开始滴加葡萄糖水溶液。按体积份数计，第二测试溶液和每次滴加的葡萄糖水溶液的比为60：1，第i次向第二测试溶液中滴加葡萄糖水溶液后该第二测试溶液中葡萄糖浓度为Ci，i大于等于1，Ci见表3；
表3
Figure BDA0002289882910000101
步骤3，将步骤2所得时间-电流曲线中ln(葡萄糖浓度)作为横坐标，葡萄糖浓度在时间-电流曲线中对应的电流作为纵坐标，建立坐标系。将最佳响应电位的Ci和Ci对应的电流代入坐标系，线性拟合成一直线，如图5所示，获得该直线的线性回归方程：Y＝5.0+1.2x，线性相关系数：0.97，灵敏度：1.2μA/ln mM，检测下限：0.82mM。
步骤4，当待测物为植物时，挖取植物表面上的植物组织，以使植物的表面形成一凹陷槽，凹陷槽的长宽均为2cm，深度为1.5cm，先后依次用水和pH＝P的PBS缓冲溶液冲洗凹陷槽，使凹陷槽内装载2mL pH＝P的PBS缓冲溶液，凹陷槽内液体为待测物。本实施例中植物为黄瓜。在最佳响应电位下，采用三电极体系采集待测物的时间-电流曲线，如图6所示，选取时间-电流曲线500～1000s的电流的平均值10.2μA，代入线性回归方程，得到葡萄糖浓度76.2mM为待测物的葡萄糖浓度。
在本实施例中，葡萄糖水溶液为由pH＝P的PBS缓冲溶液和葡萄糖混合而成。
微电极葡萄糖传感器回收率测试：用三电极体系(微电极葡萄糖传感器作为工作电极，参比电极为银/氯化银电极，对电极为铂丝)采集30mL的PBS缓冲溶液(PBS缓冲溶液pH＝6.6)的时间-电流(i-t)曲线，在采集过程中，待电流稳定后加入0.6mL黄瓜汁中，待电流稳定后加入0.6mL300mM的葡萄糖水溶液(葡萄糖水溶液由pH＝6.6的PBS缓冲溶液和葡萄糖混合而成)，时间-电流(i-t)曲线如图7(a)所示，图7(a)方框内的放大图如图7(b)所示。通过回收率计算方法计算得到回收率为86.1％。回收率用于检验微电极葡萄糖传感器测试结果的准确度，即精准度。回收率大于等于80％判断为合格。
回收率计算方法:取加入黄瓜汁后的电流平均值y1＝7.0μA，加入葡萄糖水溶液后的电流平均值y2＝7.8μA，代入实施例2中的线性回归方程得出对应浓度x1＝5.31mM(与y1相对)，x2＝10.27mM(与y2相对)，加入的葡萄糖浓度为5.76mM，所以回收率＝(x2-x1)/5.76＝86.1％。
上述回收率测试中，黄瓜汁来源：将新鲜黄瓜榨成泥状的黄瓜泥，按黄瓜泥和水体积比为1:9稀释成黄瓜汁。
实施例3
微电极葡萄糖传感器测试待测物葡萄糖浓度的方法，包括以下步骤：
步骤1，准备N个pH相同的第一测试溶液，N＝3，第一测试溶液的pH与待测物相同，第一测试溶液的pH为P，P＝13，第一测试溶液为溶解有0mM、5mM和100mM葡萄糖的NaOH水溶液。将实施例1所得微电极葡萄糖传感器作为工作电极，使工作电极、参比电极和对电极分别与电化学工作站电连接并构建三电极体系，参比电极为银/氯化银电极，对电极为铂丝。将三电极体系分别浸入每个第一测试溶液中，测试该第一测试溶液的CV曲线，如图9所示，通过对比，选取N个第一测试溶液的CV曲线中产生氧化电流的电压0.7V作为葡萄糖的最佳响应电位，其中，CV曲线的电压范围为-0.2～1V，扫描速度为100mV/s。
步骤2，在最佳响应电位下，采用三电极体系采集第二测试溶液的时间-电流曲线，在采集时间-电流曲线的过程中向第二测试溶液中滴加25次葡萄糖水溶液，其中，第1次滴加葡萄糖水溶液的时间在开始采集时间-电流曲线的第500s，按体积份数计，第二测试溶液和每次滴加的葡萄糖水溶液的比为60：1，第i次向第二测试溶液中滴加葡萄糖水溶液后该第二测试溶液中葡萄糖浓度为Ci，Ci见表4，i大于等于1；
表4
Figure BDA0002289882910000121
Figure BDA0002289882910000131
步骤3，将步骤2所得时间-电流曲线中葡萄糖浓度作为横坐标，葡萄糖浓度在时间-电流曲线中对应的电流作为纵坐标，建立坐标系。将最佳响应电位的Ci和Ci对应的电流代入坐标系，线性拟合成一直线，获得该直线的线性回归方程：Y＝1.58+0.45x，线性相关系数：0.99，灵敏度：0.45mA/mM，检测下限为0.1mM；
步骤4，待测物为pH＝13的10mM葡萄糖水溶液，在最佳响应电位下，采用三电极体系采集待测物的时间-电流曲线，如图12。选取时间-电流曲线500～1000s的电流的平均值6.26mA，代入线性回归方程，得到葡萄糖浓度为10.4mM。由此可知，微电极葡萄糖传感器测试本实施例待测物葡萄糖浓度为10.4mM，其与葡萄糖水溶液中葡萄糖原始浓度10mM仅相差0.4mM，误差为4％
按照实施例3中方法使用微电极葡萄糖传感器20次，微电极葡萄糖传感器的测试结果误差未超过2％，使用20～30次误差不会超过5％，每次使用完用水冲洗即可，操作简单。
在本实施例中，葡萄糖水溶液为由pH＝P的NaOH水溶液和葡萄糖混合而成。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种微电极葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)准备粒径小于10μm的石墨颗粒，将硝酸镍水溶液与所述石墨颗粒混合均匀，得到石墨粉末悬浮溶液，其中，所述石墨粉末悬浮溶液中硝酸镍的浓度为0.1-0.2mol/L，所述石墨粉末悬浮溶液中石墨颗粒的浓度为3～5g/L；
2)将一直流电源的正极和负极分别电连接1根镍丝，将2根所述镍丝的底端浸入一个石墨粉末悬浮溶液中，在搅拌石墨粉末悬浮溶液的条件下，使所述直流电源工作并在电压7.5～8.5V、电流0.35～0.45A的状态下保持10～30min，在所述负极上获得所述微电极葡萄糖传感器。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
在所述步骤1)中，所述石墨颗粒的制备方法为：将石墨在镍泡沫上摩擦至粉末状，再研磨至粒径小于10μm，得到所述石墨颗粒；
所述镍泡沫的孔隙率为90～98％；
在所述步骤2)中，通过磁力搅拌实现搅拌石墨粉末悬浮溶液，所述磁力搅拌的转子转速为300～400r/min；
在所述步骤2)中，在所述保持10～30min后，用超纯水冲洗，室温20～25℃下自然晾干，在所述负极上获得所述微电极葡萄糖传感器；
在所述步骤2)中，所述镍丝的直径为0.5～0.6mm；
在所述步骤2)中，所述镍丝在使用前用砂纸打磨，再先后依次用50-60wt％的硝酸水溶液、超纯水、无水乙醇和超纯水各超声清洗5～10min，以去除表面的有机及无机污垢。
3.如权利要求1或2所述制备方法获得的微电极葡萄糖传感器。
4.如权利要求1所述微电极葡萄糖传感器测试待测物葡萄糖浓度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，准备N个pH相同的第一测试溶液，所述第一测试溶液的pH与待测物相同，将所述微电极葡萄糖传感器作为工作电极，使所述工作电极、参比电极和对电极分别与电化学工作站电连接并构建三电极体系，将所述三电极体系分别浸入每个第一测试溶液中，测试该第一测试溶液的CV曲线，通过N个所述第一测试溶液的CV曲线确定葡萄糖的最佳响应电位，其中，所述第一测试溶液为溶解有0～100mM葡萄糖的PBS缓冲溶液或NaOH水溶液，N个所述第一测试溶液中葡萄糖浓度不相同，所述第一测试溶液的pH为P，P＝5～13；
步骤2，在最佳响应电位下，采用三电极体系采集第二测试溶液的时间-电流曲线，在采集时间-电流曲线的过程中向第二测试溶液中滴加20～30次葡萄糖水溶液，其中，按体积份数计，所述第二测试溶液和每次滴加的葡萄糖水溶液的比为(50～100)：1，第i次向第二测试溶液中滴加葡萄糖水溶液后该第二测试溶液中葡萄糖浓度为Ci，i大于等于1；
步骤3，将步骤2所得时间-电流曲线中ln(葡萄糖浓度)或葡萄糖浓度作为横坐标，葡萄糖浓度在时间-电流曲线中对应的电流作为纵坐标，建立坐标系，将最佳响应电位的Ci和Ci对应的电流代入所述坐标系，线性拟合成一直线，获得该直线的线性回归方程；
步骤4，在最佳响应电位下，采用三电极体系采集待测物的时间-电流曲线，选取时间-电流曲线500～1000s后的电流的平均值，代入线性回归方程，得到葡萄糖浓度为待测物的葡萄糖浓度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述参比电极为银/氯化银电极，所述对电极为铂丝；
在所述步骤1中，所述CV曲线的电压范围为-0.2～1V，扫描速度为10～100mV/s；
在所述步骤1中，所述N＝3～5，N个第一测试溶液中的3个第一测试溶液的葡萄糖浓度依次为：0mM、1～10mM和90～100mM；
在步骤1中，确定葡萄糖的最佳响应电位的方法为：选取N个第一测试溶液的CV曲线中产生氧化电流的电压作为响应电位；
当响应电位是数值点时，确定该数值点为葡萄糖的最佳响应电位；
当响应电位是范围时，在响应电位中每间隔0.1V选取一个电位作为待测电位，得到M个待测电位，针对每个待测电位进行相同的操作，使每个待测电位获得一条时间-电流曲线，在M个待测电位的时间-电流曲线中，选取斜率最大的时间-电流曲线所对应的待测电位作为最佳响应电位，其中，所述操作如下：
在每个待测电位下，采用三电极体系采集第三测试溶液的时间-电流曲线，在采集时间-电流曲线的过程中向第三测试溶液中滴加20～30次葡萄糖水溶液，其中，按体积份数计，所述第三测试溶液和每次滴加的葡萄糖水溶液的比为(50～100)：1，第三测试溶液为PBS缓冲溶液或NaOH水溶液。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，向第三测试溶液中滴加葡萄糖水溶液的次数为25次，第j次向第三测试溶液中滴加葡萄糖水溶液后该第三测试溶液中葡萄糖浓度为Cj，j大于等于1，
若5<P≤8：
当j＝1～5时，Cj-Cj-1＝0.5～1mM；
当j＝6～10时，Cj-Cj-1＝1.5～2.5mM；
当j＝11～15时，Cj-Cj-1＝3.5～4.5mM；
当j＝16～20时，Cj-Cj-1＝5.5～6.5mM。
当j＝21～25时，Cj-Cj-1＝7～8mM。
若8<P<13：
当j＝1～5时，Cj-Cj-1＝0.05～0.1mM；
当j＝6～10时，Cj-Cj-1＝0.2～0.35mM；
当j＝11～15时，Cj-Cj-1＝0.45～0.65mM；
当j＝16～20时，Cj-Cj-1＝0.9～1mM；
当j＝21～25时，Cj-Cj-1＝1.2～1.4mM。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，向第二测试溶液中滴加葡萄糖水溶液的次数为25次，
若5<P≤8：
当i＝1～5时，Ci-Ci-1＝0.5～1mM；
当i＝6～10时，Ci-Ci-1＝1.5～2.5mM；
当i＝11～15时，Ci-Ci-1＝3.5～4.5mM；
当i＝16～20时，Ci-Ci-1＝5.5～6.5mM。
当i＝21～25时，Ci-Ci-1＝7～8mM；
若8<P<13：
当i＝1～5时，Ci-Ci-1＝0.05～0.1mM；
当i＝6～10时，Ci-Ci-1＝0.2～0.35mM；
当i＝11～15时，Ci-Ci-1＝0.45～0.65mM；
当i＝16～20时，Ci-Ci-1＝0.9～1mM；
当j＝21～25时，Cj-Cj-1＝1.2～1.4mM。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤4中，当所述待测物为植物时，挖取植物表面上的植物组织，以使所述植物的表面形成一凹陷槽，先后依次用水和pH＝P的PBS缓冲溶液冲洗所述凹陷槽，再使所述凹陷槽内装载pH＝P的PBS缓冲溶液，凹陷槽内液体为待测物；
当6<P≤8时，所述葡萄糖水溶液的溶剂为PBS缓冲溶液，当8<P≤13时，所述葡萄糖水溶液的溶剂为NaOH水溶液。
9.如权利要求3所述微电极葡萄糖传感器在检测植物的葡萄糖浓度中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，挖取植物表面上的植物组织，以使所述植物的表面形成一凹陷槽，先后依次用水和pH与植物相同的PBS缓冲溶液冲洗所述凹陷槽，再使所述凹陷槽内装载pH与植物相同的PBS缓冲溶液，将所述微电极葡萄糖传感器作为工作电极伸入凹陷槽内液体中。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112881488A (zh) * 2021-01-18 2021-06-01 天津理工大学 核壳Au@氧化锡/垂直石墨烯微电极及其制备方法和应用
CN113008954A (zh) * 2021-03-03 2021-06-22 浙江农林大学 一种检测葡萄糖、果糖、蔗糖混合溶液浓度的方法
CN114894865A (zh) * 2022-05-24 2022-08-12 四川大学 一种高精度葡萄糖传感器及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102686159A (zh) * 2009-11-20 2012-09-19 美敦力迷你迈德公司 用于医疗设备系统的多导体引线结构及其制造和使用方法
CN105319260A (zh) * 2015-11-05 2016-02-10 北京农业信息技术研究中心 基于微电极生物传感技术的植物在线葡萄糖检测方法及装置
CN108367927A (zh) * 2015-12-09 2018-08-03 同和电子科技有限公司 银被覆石墨粒子、银被覆石墨混合粉及其制造方法和导电浆料
CN108441909A (zh) * 2018-03-22 2018-08-24 无锡神意模具新材料有限公司 一种石墨粉表面镀镍方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102686159A (zh) * 2009-11-20 2012-09-19 美敦力迷你迈德公司 用于医疗设备系统的多导体引线结构及其制造和使用方法
CN105319260A (zh) * 2015-11-05 2016-02-10 北京农业信息技术研究中心 基于微电极生物传感技术的植物在线葡萄糖检测方法及装置
CN108367927A (zh) * 2015-12-09 2018-08-03 同和电子科技有限公司 银被覆石墨粒子、银被覆石墨混合粉及其制造方法和导电浆料
CN108441909A (zh) * 2018-03-22 2018-08-24 无锡神意模具新材料有限公司 一种石墨粉表面镀镍方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JAE-HO KIM ET AL: "Preparation and characterization of carbon composite plates using Ni-PTFE composite nano-plating", 《APPLIED SURFACE SCIENCE》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112881488A (zh) * 2021-01-18 2021-06-01 天津理工大学 核壳Au@氧化锡/垂直石墨烯微电极及其制备方法和应用
CN113008954A (zh) * 2021-03-03 2021-06-22 浙江农林大学 一种检测葡萄糖、果糖、蔗糖混合溶液浓度的方法
CN113008954B (zh) * 2021-03-03 2023-03-21 浙江农林大学 一种检测葡萄糖、果糖、蔗糖混合溶液浓度的方法
CN114894865A (zh) * 2022-05-24 2022-08-12 四川大学 一种高精度葡萄糖传感器及其制备方法

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