一种无酶葡萄糖电化学传感电极制造技术

技术编号:19824635 阅读:38 留言:0更新日期:2018-12-19 15:43
本发明专利技术公开一种无酶葡萄糖电化学传感电极,其技术方案以泡沫Ni为模板,采用气相沉积法(CVD)批量合成三维石墨烯材料3D‑G‑Ni。以3D‑G‑Ni直接作为电极材料及传感界面,建立了高灵敏度的葡萄糖无酶电化学传感电极,用于人血清中葡萄糖浓度的测定。通过多方面考察,得到以下结论:在0.1M NaOH溶液中,使用最优电位0.50V进行相关数据的测定,3D‑G‑Ni电极测定葡萄糖浓度的线性范围宽,在10‑1000μM,1000‑4000μM,4000‑10000μM分别符合不同的线性方程,检出限为1μM。3D‑G‑Ni电极测量血清葡萄糖浓度与医院数据接近且数值之间变动小,准确度、精密度高。干扰物质对测量结果影响较小,有较好抗干扰性。同一电极可在一天内多次使用,测量数据重现性好;不同电极测量同一样品结果重现性好,电极批间差异小。

【技术实现步骤摘要】
一种无酶葡萄糖电化学传感电极
本专利技术属于电化学传感器领域,具体是指一种高灵敏的三维可抛式无酶葡萄糖电化学传感电极。
技术介绍
糖尿病患者体内血糖浓度的监测对糖尿病的防控至关重要。在各类葡萄糖监测方法中,电化学方法由于装置简单、分析速度快、灵敏度高、精密度好、操作简便、尤其是仪器装置易于微型化的突出优势,在便携式葡萄糖传感器的研制中成为了最热门的研究方向,并产生了一系列商品化电化学血糖测定仪。电化学葡萄糖传感器的核心技术在于高灵敏传感电极的制备。第一只葡萄糖传感电极是1962年Clark等提出的葡萄糖酶电极,随后在Clark葡萄糖酶电极的基础上产生了三代基于葡萄糖酶(GOX)的电化学传感电极。三代葡萄糖酶传感电极信号响应时均依赖电极表面GOX的催化作用,但是酶的活性易受温度、湿度和pH的影响;酶在电极表面固定的过程及测定过程中酶的脱落等问题也会影响测定的准确度。为了克服酶传感电极存在的问题,近年来不少学者开始转向葡萄糖无酶电化学传感电极的研究,由此诞生了第四代葡萄糖电化学传感电极。葡萄糖无酶电化学传感电极的基本原理是利用电极表面的材料代替GOX作为催化剂,与葡萄糖发生氧化还原反应,通过测定反应过程中电位或电流信号的变化定量分析葡萄糖含量。纳米材料因为比表面积大,催化活性高,在此领域得到了广泛应用。早期应用于该领域的纳米材料主要有以下4类:①金属纳米粒子(Au、Ni、Cu等);②金属氧化物纳米粒子(CuO、NiO、Co3O4等);③金属合金纳米材料(Ag-Ni、Pt-Au、Au-Ru等);④碳纳米材料-金属纳米粒子复合物(碳纳米管-CuO,碳纳米管-MnO2,石墨烯-Cu2O等)。最近在该领域涌现出了一些结构更复杂的纳米材料,如:高表面缺陷度的Pt3Ru1合金纳米粒子、Fe2O3-Zn纳米棒、苯甲酸-聚噻吩-Au纳米粒子复合物、Cu-有机金属架构纳米粒子、CuO-NiO-聚苯胺复合纳米材料,聚二甲基二烯丙基氯化铵-纤维素纳米晶-金纳米粒子复合材料等。虽然用于葡萄糖无酶电化学传感电极的新材料不断涌现,但在无酶葡萄糖电化学传感电极的研制中,由于纳米材料本身很难作为电极基质材料,必须将纳米材料通过各种方式修饰至玻碳电极、金电极、ITO等商品化支载电极的表面,传感电极制备过程复杂,固定过程中纳米材料容易团聚或脱落,导致电极的批间差异大。支载电极使用后必须重新进行打磨、修饰等环节,无法实现电极的批量制备和应用。因此,进一步简化无酶型传感电极的制作程序,实现电极的批量制备,确保不同批次电极的重现性,是无酶葡萄糖传感电极从实验室研究阶段向商业化研发必须攻克的技术瓶颈。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足,而提供一种可抛式无酶葡萄糖电化学传感电极。为实现上述目的,本专利技术的技术方案是提供一种三维石墨烯-泡沫Ni复合材料的制备方法,以泡沫Ni为模板,CH4为C源,N2和H2为还原性保护气,在管式炉中采用CVD法合成分布均匀、厚度均一的三维石墨烯-泡沫Ni复合材料,该复合材料中泡沫Ni表面生成的是石墨烯材料纳米片层结构。进一步设置是包括以下步骤:(1)将泡沫镍放入管式炉中,通N2至少30min;(2)设定控温程序:程序1室温升温至1000度,升温时间45min;程序2维持1000度10min;程序3关闭;(3)当温度升至950度时,开始通入H2;(4)温度升至1000度时,开始通入CH4;(5)10min后关闭CH4;降温至700度关闭H2;降温至室温后关闭N2。本专利技术还提供一种无酶葡萄糖电化学传感电极,在如所述的三维石墨烯-泡沫Ni复合材料上通过打孔器进行打孔切割,切出一端截面为圆形、一端截面为长方形且整体为条状的电化学传感电极,通过铜丝作为导线连接于电化学传感电极的长方形一端,并用环氧树脂将长方形一端包封形成绝缘包封区,留出形状为圆柱形导电传感区域,得到可抛式无酶葡萄糖电化学传感电极。本专利技术所提供的三维石墨烯-泡沫Ni复合材料的通过表征,确认。(1)SEM表征:采用扫描电子显微镜表征合成的材料,表征结果如图1。可看到三维孔状结构,三维材料表面呈现褶皱、小片层等典型的石墨烯结构,说明石墨烯的成功合成;(2)Ramam光谱表征:采用Raman光谱对于合成的石墨烯进行了进一步确证,结果见图2。在1580和2700分别出现石墨烯的G和2D特征峰,进一步说明石墨烯的成功合成。本专利技术的无酶葡萄糖电化学传感电极,具有可抛性使用的优点,即因为材料成本低廉,在检测完毕后可以抛弃的意思,另外,本专利技术发现采用该材料做成的传感电极可以在同一天内反复使用,结果重现好,具体见性能测试实施例。本专利技术的创新机理和优点是:用泡沫Ni(3D-Ni)为模板,采用气相沉积法(CVD)在3D-Ni上沉积三维石墨烯,批量合成稳定的三维石墨烯-泡沫Ni复合材料3D-G-Ni,并对该材料采用自制打孔器进行统一裁剪,制备而成。本专利技术实现了可抛式无酶葡萄糖电化学传感电极的批量制备;制备过程简便可控,可确保电极的批间精密度;电极材料价格低廉,有利于实现商品化;传感界面为三维结构,测定体系中可实现全方位的三维质点传递,信号响应速度快;此外,该电极具有极高灵敏度,可用于其他葡萄糖含量极低的体液样品测定,有望实现糖尿病的无损伤监控。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,根据这些附图获得其他的附图仍属于本专利技术的范畴。图1三维石墨烯-泡沫Ni复合材料的SEM图;图2三维石墨烯-泡沫Ni复合材料的Ramam光谱图;图3葡萄糖加入前后的CV曲线;图4测定电位优化曲线;图5葡萄糖浓度10-10000μM的浓度-电流增量图;图6葡萄糖浓度10-1000μM的标准曲线;图7葡萄糖浓度1000-4000μM的标准曲线;图8葡萄糖浓度4000-10000μM的标准曲线;图9干扰物质对葡萄糖测定的影响测试图;图10同一根电极重现性实验测试图;图11多根电极重现性实验测试图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述。本专利技术所提到的方向和位置用语,例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等,仅是参考附图的方向或位置。因此,使用的方向和位置用语是用以说明及理解本专利技术,而非对本专利技术保护范围的限制。制备实施例1.三维石墨烯-泡沫Ni复合材料(3D-G-Ni)的合成(1)将三片泡沫镍放入管式石英炉中,通N230min以上;(2)设定控温程序:程序1室温升温至1000度,升温时间45min;程序2维持1000度10min;程序3关闭。(3)当温度升至950度时,开始通入H2;(4)温度升至1000度时,开始通入CH4;(5)10min后关闭CH4;降温至700度关闭H2;降温至室温后关闭N2。本实施例碳氢气体还可以采用C2H2等其他气体。2.3D-G-Ni材料的表征(1)SEM表征:采用扫描电子显微镜表征合成的材料,表征结果如图1。可看到三维孔状结构,三维材料表面呈现褶皱、小片层等本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种三维石墨烯‑泡沫Ni复合材料的制备方法,其特征在于:以泡沫Ni为模板,以碳氢气体CH4为C源,在还原性保护气氛下,在管式炉中采用CVD法合成分布均匀、厚度均一的三维石墨烯‑泡沫Ni复合材料,该复合材料中泡沫Ni表面生成的是石墨烯材料纳米片层结构。

【技术特征摘要】
1.一种三维石墨烯-泡沫Ni复合材料的制备方法,其特征在于:以泡沫Ni为模板,以碳氢气体CH4为C源,在还原性保护气氛下,在管式炉中采用CVD法合成分布均匀、厚度均一的三维石墨烯-泡沫Ni复合材料,该复合材料中泡沫Ni表面生成的是石墨烯材料纳米片层结构。2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:(1)将泡沫镍放入管式炉中,通N2至少30min;(2)设定控温程序:程序1室温升温至1000度,升温时间45min;程序2维持1000度10min;程序3关闭;(3)当温度升至950度时,开始通入H2;(4)温度升至1000度时,开始通入C...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵长容姚清清安世霞杨梅齐蕾
申请(专利权)人:温州医科大学
类型:发明
国别省市:浙江,33

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