一种用于葡萄糖浓度检测的复合膜电极、制备方法及其应用技术

一种用于葡萄糖浓度检测的复合膜电极及其制备方法，属于金属纳米复合薄膜材料领域。是以ITO玻璃作为基底，以摩尔比1：0.5～2的金钯合金作为靶材通过磁控溅射法沉积得到金钯纳米薄膜；然后将此金钯纳米膜作为阴极，铜片作为牺牲阳极，两电极间距离约10～70微米，浓度为1mM～40mM的硫酸铜作为电解质，在金钯纳米薄膜上电沉积纳米铜得到目标电极，沉积波形是通过任意波形发生器调控的，任意波形的幅度、频率和偏压分别为0.3～0.7V、20～60Hz和0.1～0.4V，沉积时间为5～60s；沉积时沉积池置于半导体制冷系统中，温度控制在2～4℃。本发明专利技术制备的复合膜电极可作为葡萄糖传感器电极在葡萄糖检测中得到应用，可检测的葡萄糖浓度范围为1mM～12mM。

【技术实现步骤摘要】
一种用于葡萄糖浓度检测的复合膜电极、制备方法及其应用
本专利技术属于金属纳米复合薄膜材料领域，具体涉及一种用于葡萄糖浓度检测的复合膜电极及其制备方法。
技术介绍
葡萄糖是自然界分布最广且最为重要的一种单糖，在生物学领域具有重要地位，是活细胞的能量来源和新陈代谢中间产物。葡萄糖能够加强记忆，刺激钙质吸收和增加细胞间的沟通。葡萄糖被吸收到肝细胞中，会减少肝糖的分泌，导致肌肉和脂肪细胞增加葡萄糖的吸收力。人体内葡萄糖的过量会导致肥胖和糖尿病。通过葡萄糖浓度的检测可以监测到人体的葡萄糖浓度，及时了解人体的健康状况。目前，葡萄糖传感器通常为葡萄糖酶传感器，然而，由于酶稳定性不足，灵敏度低和氧限制的影响，大大限制了葡萄糖传感器进一步的应用和发展。所以非常有必要合成具有良好的稳定性、高灵敏度和低成本的非酶葡萄糖传感器。
技术实现思路
本专利技术提供一种具有良好稳定性、高灵敏度和低成本的用于葡萄糖浓度检测的复合膜电极及其制备方法，用该电极对不同浓度的葡萄糖进行检测，通过响应电流强度的变化可以监测到葡萄糖浓度的变化。本专利技术所述的一种用于葡萄糖浓度检测的复合膜电极的制备方法，其步骤如下步骤：(1)以ITO导电玻璃为基底，通过磁控溅射法在其上沉积得到厚度为3～40nm的金钯纳米薄膜；(2)以步骤(1)得到的金钯纳米薄膜为阴极，铜片为牺牲阳极，硫酸铜溶液为电解质，形成三明治结构两电极体系的电沉积池；通过任意波形发生器调控电压幅度、频率和偏压，在金钯纳米薄膜上电沉积纳米铜，得到用于葡萄糖浓度检测的复合膜电极，纳米铜的粒径为5～100nm；沉积时，电沉积池置于半导体制冷系统中。上述方法中，制备金钯纳米膜的金钯合金靶材中，金、钯的摩尔比为1：0.5～2。上述方法中，磁控溅射金钯纳米薄膜的沉积时间为40～160s上述方法中，三明治结构两电极体系的电沉积池中，两个电极之间的距离为10～70微米。上述方法中，硫酸铜溶液的浓度为1mM～40mM。上述方法中，半导体制冷系统的温度为2～4℃。上述方法中，任意波形发生器产生的波形为正弦波、三角波或方波。上述方法中，任意波形发生器的电压幅度、频率和偏压分别为0.3～0.7V，20～60Hz和0.1～0.4V。上述方法中，电沉积时间为5～60s。本专利技术制备的复合膜电极可作为葡萄糖传感器电极在葡萄糖检测中得到应用。具体是应用电化学工作站，将复合膜电极作为工作电极，铂电极为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，电解质为KCl溶液。在电化学工作站恒电位条件下，可以检测到电流响应强度和葡萄糖的浓度的对应关系。上述应用中，所述的电解质浓度为0.1M。上述应用中，所述的电化学工作站恒电位介于0.4～0.6V之间。上述的应用，所述的可检测的葡萄糖浓度范围为1mM～12mM。本专利技术制备的复合膜电极作为葡萄糖浓度传感器电极对葡萄糖响应的原理：在测试电位高于电极氧化电位的条件下，葡萄糖的羰基被氧化为羧基，使电极表面附近的电导率发生变化，因此在0.4～0.6V恒电位处会出现响应电流。本专利技术的有益效果是：本专利技术制备的复合膜电极在葡萄糖浓度检测时具有良好的稳定性和高灵敏度。其制备工艺简单、易操作，成本低，易推广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术中的技术方案及其制备出来材料的性能，下面给出实施例2图谱。图1为金钯纳米薄膜的扫描电子显微镜图谱；图2为复合膜电极的扫描电子显微镜图谱；图3为复合膜电极的X射线电子衍射图谱；图4为复合膜电极在葡萄糖浓度为1mM～12mM范围内检测时的电流响应变化图谱。在恒定电位下，每隔50s滴加1mM的葡萄糖于测试体系，一共滴加12次，得到了1mM～12mM范围内浓度葡萄糖的梯度响应电流。图5为复合膜电极在葡萄糖浓度为1mM～12mM范围内检测时的电流随浓度变化关系图谱。由图1金钯纳米薄膜的扫描电子显微镜图谱可以看出，通过磁控溅射沉积得到的金钯纳米薄膜表面非常平整，中间的暗色是人工划痕，目的为了看清沉积膜前后差别和膜的存在，两边的浅色为金和钯的纳米薄膜。由图2复合薄膜电极的扫描电子显微镜图谱可以看出，通过磁控溅射沉积得到的金和钯以纳米薄膜的形式存在，而通过电化学沉积得到的铜以均匀的纳米颗粒形式存在，颗粒大小在100nm以下。由图3金钯薄膜的X射线电子衍射图谱可以看出，目标电极由金、钯、铜三种金属组成，衍射峰位分别与PDF卡02-1095、05-0681、65-9743的标准图谱的特征峰相对应。由图4复合薄膜检测葡萄糖浓度的电流电流响应变化谱图可以看出，复合膜电极对葡萄糖有很高的灵敏度和响应电流强度。由图5复合薄膜检测葡萄糖浓度的电流随浓度变化关系图可以看出，葡萄糖浓度与电流响应强度有很好的拟合曲线关系。所有实施例得到的复合膜电极的纳米铜颗粒在颗粒大小和颗粒数量上有差别，在检测葡萄糖浓度时表现的电流强度有差别，随着纳米铜粒径的减小、单位面积内数量的增多其响应电流增大，灵敏度也增大，检测范围都在1mM～12mM。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术并不局限于这些实施例。实施例1：以ITO导电玻璃为基底，以摩尔比1：2的金钯合金作为靶材通过磁控溅射法在其上沉积得到金钯纳米薄膜，工作压力保持在约10-3托，沉积时间为40s，金钯纳米薄膜的厚度为20nm。在电沉积池中，将得到的金钯纳米薄膜作为阴极，铜片作为牺牲阳极，浓度为4mM硫酸铜作为电解质，形成三明治结构的两电极体系电沉积池，两电极间距离约10微米。通过任意波形发生器在金钯纳米薄膜上电沉积纳米铜，所用的波形为正弦波，其幅度、频率和偏压分别为0.5V、60Hz和0.4V，沉积时间为60s。得到复合膜电极，铜的粒径为90nm。沉积时电沉积池置于半导体制冷系统中，温度控制在2℃。实施例2：以ITO导电玻璃为基底，以摩尔比1：2的金钯合金作为靶材通过磁控溅射法在其上沉积得到金钯纳米薄膜，工作压力保持在约10-3托，沉积时间为40s，金钯纳米薄膜的厚度为20nm。在电沉积池中，将得到的金钯纳米薄膜作为阴极，铜片作为牺牲阳极，浓度为4mM硫酸铜作为电解质，形成三明治结构的两电极体系电沉积池，两电极间距离约30微米。通过任意波形发生器在金钯纳米薄膜上电沉积纳米铜，所用的波形为正弦波，其幅度、频率和偏压分别为0.5V、60Hz和0.4V，沉积时间为60s。得到复合膜电极，铜的粒径为90nm。沉积时电沉积池置于半导体制冷系统中，温度控制在2℃。实施例3：以ITO导电玻璃为基底，以摩尔比1：2的金钯合金作为靶材通过磁控溅射法在其上沉积得到金钯纳米薄膜，工作压力保持在约10-3托，沉积时间为40s，金钯纳米薄膜的厚度为20nm。在电沉积池中，将得到的金钯纳米薄膜作为阴极，铜片作为牺牲阳极，浓度为4mM硫酸铜作为电解质，形成三明治结构的两电极体系电沉积池，两电极间距离约60微米。通过任意波形发生器在金钯纳米薄膜上电沉积纳米铜，所用的波形为正弦波，其幅度、频率和偏压分别为0.5V、60Hz和0.4V，沉积时间为60s。得到复合膜电极，铜的粒径为90nm。沉积时电沉积池置于半导体制冷系统中，温度控制在2℃。实施例4：以ITO导电玻璃为基底，以摩尔比1：2的金钯合金作为靶材通过磁控溅射法在其上沉积得到金钯纳米薄膜，工作压力保持在约10-3托，沉积时间为80s，金钯纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于葡萄糖浓度检测的复合膜电极的制备方法，其步骤如下步骤：(1)以ITO导电玻璃为基底，通过磁控溅射法在其上沉积得到厚度为3～40nm的金钯纳米薄膜；(2)以步骤(1)得到的金钯纳米薄膜为阴极，铜片为牺牲阳极，硫酸铜溶液为电解质，形成三明治结构两电极体系的电沉积池；通过任意波形发生器调控电压幅度、频率和偏压，在金钯纳米薄膜上电沉积纳米铜，得到用于葡萄糖浓度检测的复合膜电极，纳米铜的粒径为5～100nm；沉积时，电沉积池置于半导体制冷系统中。

【技术特征摘要】
1.一种用于葡萄糖浓度检测的复合膜电极的制备方法，其步骤如下步骤：(1)以ITO导电玻璃为基底，通过磁控溅射法在其上沉积得到厚度为3～40nm的金钯纳米薄膜；(2)以步骤(1)得到的金钯纳米薄膜为阴极，铜片为牺牲阳极，硫酸铜溶液为电解质，形成三明治结构两电极体系的电沉积池；通过任意波形发生器调控电压幅度、频率和偏压，在金钯纳米薄膜上电沉积纳米铜，得到用于葡萄糖浓度检测的复合膜电极，纳米铜的粒径为5～100nm；沉积时，电沉积池置于半导体制冷系统中。2.如权利要求1所述的一种用于葡萄糖浓度检测的复合膜电极的制备方法，其特征在于：制备金钯纳米膜的金钯合金靶材中，金、钯的摩尔比为1：0.5～2；磁控溅射金钯纳米薄膜的沉积时间为40～160s。3.如权利要求1所述的一种用于葡萄糖浓度检测的复合膜电极的制备方法，其特征在于：三明治结构两电极体系的电沉积池中，两个电极之间的距离为10～70微米。4.如权利要求1所述的一种用于葡...

【专利技术属性】
技术研发人员：李子亨，孙明旭，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22