自供电光电化学无酶葡萄糖传感器及其制备方法与检测方法技术

本发明专利技术公开了一种自供电光电化学无酶葡萄糖传感器及其制备方法与检测方法，属于传感器技术领域。它包括取Fe

Self powered photoelectrochemical enzyme free glucose sensor and its preparation and detection method

【技术实现步骤摘要】
自供电光电化学无酶葡萄糖传感器及其制备方法与检测方法
本专利技术涉及一种无酶葡萄糖光电化学传感器，属于光电化学传感器
，具体地涉及一种自供电光电化学无酶葡萄糖传感器及其制备方法与检测方法。
技术介绍
葡萄糖的定量分析在临床医学、生物化学、环境监测、食品科学等领域有着极其重要的作用，开发葡萄糖传感器一直以来是传感器领域发展的重点。目前，葡萄糖的测定方法主要有红外光谱法、毛细管电泳法、荧光光谱法、光声光谱法、色度法、表面等离子体共振生物传感器以及电致化学发光法。但是，这些方法通常需要较贵的仪器设备和较复杂的试样处理，不利于推广。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，有着较大的应用潜能。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。此外，近年来，无酶葡萄糖传感器虽引起了广泛的研究，但此类传感器大多基于金、铂、铜及其贵金属合金等纳米粒子，具有成本高、选择性差和不稳定等缺陷，不适合实际样品的检测。自供电的无酶光电化学葡萄糖传感器目前尚未有报道。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术公开了一种自供电光电化学无酶葡萄糖传感器及其制备方法与检测方法，该传感器是基于光激发下的电池自放电检测葡萄糖，具有相互独立的激发源和电化学信号检测系统，检测信号背景低、信号强，不用昂贵的仪器设备，无须额外电能的输入，就具备了更高的检测灵敏度，还具有成本低、选择性好及稳定性好等特点。为实现上述目的，本专利技术公开了一种自供电光电化学无酶葡萄糖传感器，它包括取Fe2O3电极为阳极，铂丝或铂片为阴极，并通过电解质溶液构成闭合回路用于检测葡萄糖浓度。进一步地，所述Fe2O3电极包括导电基底及复合在导电基底表面的Fe2O3薄膜。进一步地，所述Fe2O3电极的制备过程如下：取导电基底清洗并干燥后置于包含有FeCl3及NH2CONH2的溶液中，先在80～200℃下反应1～8h，将得到的反应中间物再在480～520℃下焙烧2.5～5h，升温至750℃后退火处理8～15min，得到复合在导电基底表面的Fe2O3薄膜。进一步地，所述Fe2O3薄膜包括以阵列方式垂直排布在导电基底上的Fe2O3纳米棒，且Fe2O3纳米棒的高度为290～310nm，Fe2O3纳米棒的直径为72nm。进一步地，所述导电基底为FTO导电玻璃或ITO导电玻璃。进一步优选的FTO导电玻璃或ITO导电玻璃的尺寸为(0.5～10)厘米×(0.5～10)厘米。进一步地，所述导电基底的厚度为515nm，Fe2O3薄膜的厚度为310nm。进一步地，所述电解质优选为碱性电解质，如氢氧化钠溶液。为更好的实现本专利技术技术目的，本专利技术公开了一种自供电光电化学无酶葡萄糖传感器的制备方法，它包括如下步骤：1)导电基底经超声清洗、冲洗后在室温下晾干；2)取步骤1)处理后的导电基底置于浓度为0.05～1molL-1，包含有FeCl3及NH2CONH2的溶液中，先在80～200℃下反应1～8h，将得到的反应中间物取出，用去离子水冲洗后室温晾干，再在480～520℃下焙烧2.5～5h，升温至750℃后退火处理8～15min，得到Fe2O3电极；3)取步骤2)制得的Fe2O3电极作为阳极，铂丝或铂片为阴极，插入含有0.05～1.0molL-1的电解质溶液中，调整pH值为7～14，即制得无酶葡萄糖光电化学传感器。进一步地，步骤1)中，所述导电基底依次使用丙酮、乙醇和超纯水进行超声清洗。进一步地，步骤2)的溶液中FeCl3与NH2CONH2的摩尔比为1:4～2:1。此外，本专利技术还公开了一种上述自供电光电化学无酶葡萄糖传感器的检测方法，它包括Fe2O3电极为阳极，铂丝或铂片为阴极，并将该二电极体系插入含有一定浓度葡萄糖的0.05～1.0molL-1的氢氧化钠溶液中，并与电化学工作站连接用以检测放电信号；在光照条件下记录放电功率，根据放电功率数值确定葡萄糖浓度。进一步地，所述无酶葡萄糖光电化学传感器对于浓度为0～2.5mmol/L的葡萄糖的检测灵敏度为3.53uW·cm-2·mM-1，线性相关性为0.990。其中，葡萄糖浓度并不包括零。上述检测方法的优点是光激发源与电检测信号的分离，可以有效地消除检测背景噪声，具有较高的灵敏度；此外，避免传统电化学传感器贵金属材料的使用，降低了传感器价格；再者，Fe2O3电极材料具有廉价、材料易得，稳定性好的优点。有益效果：1、本专利技术设计的无酶葡萄糖光电化学传感器是基于光激发下的电池自放电检测葡萄糖，具有相互独立的激发源和电化学信号检测系统，检测信号背景低、信号强，不用昂贵的仪器设备，无须额外电能的输入，就具备了更高的检测灵敏度，还具有成本低、选择性好及稳定性好等特点。具体的对于浓度为0～2.5mmol/L的葡萄糖的检测灵敏度为3.53uW·cm-2·mM-1，线性相关性为0.990。2、本专利技术设计的检测方法造价低，可有效降低生产成本。附图说明图1为本专利技术实施例1提供的Fe2O3纳米棒阵列电极的拉曼光谱；图2为本专利技术实施例1提供的Fe2O3纳米棒阵列电极的扫描电镜图；图3为本专利技术提供的自供电无酶葡萄糖光电化学传感器随葡萄糖浓度变化的性能测试图；图4为本专利技术提供的自供电光电化学无酶葡萄糖传感器的工作原理图。具体实施方式为了更好地解释本专利技术，以下结合具体实施例进一步阐明本专利技术的主要内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于以下实施例。实施例1本实施例公开了一种Fe2O3纳米棒阵列电极的制备方法，包括如下步骤：(1)将FTO导电玻璃切割成宽×长＝2厘米×2.5厘米尺寸，先在质量浓度为5％的氢氧化钠溶液中煮沸，再依次使用丙酮、乙醇和超纯水对FTO导电玻璃进行超声清洗；(2)取0.2molL-1FeCl3溶液和0.3molL-1NH2CONH2溶液装入烧杯中，将洗好的FTO导电玻璃立于烧杯中，用保鲜膜封住烧杯口，再将烧杯放入100℃的烘箱中反应4h然后轻轻取出，用去离子水冲洗。冲洗干净后，放入坩埚中，室温晾干，然后在500℃焙烧3h，再在750℃退火10min。即制得Fe2O3纳米棒阵列电极，将该Fe2O3纳米棒阵列电极进行拉曼光谱检测，所得结果如图1所示，图1的图谱表明在228cm-1，247cm-1，297cm-1，414cm-1，502cm-1，614cm-1和664cm-1的拉曼吸收峰可归属于α-Fe2O3。将该Fe2O3纳米棒阵列电极置于扫描电镜下观察，得到正面形貌图如图2，由图2可知，Fe2O3纳米棒均匀的阵列于FTO导电玻璃表面形成纳米棒阵列结构，且纳米棒高度为300nm。实施例2本实施例公开了一种自供电无酶葡萄糖光电化学传感器的检测方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自供电光电化学无酶葡萄糖传感器，它包括取Fe

【技术特征摘要】
1.一种自供电光电化学无酶葡萄糖传感器，它包括取Fe2O3电极为阳极，铂丝或铂片为阴极，并通过电解质溶液构成闭合回路用于检测葡萄糖浓度。


2.根据权利1所述自供电光电化学无酶葡萄糖传感器，其特征在于，所述Fe2O3电极包括导电基底及复合在导电基底表面的Fe2O3薄膜。


3.根据权利2所述自供电光电化学无酶葡萄糖传感器，其特征在于，所述Fe2O3电极的制备过程如下：取导电基底清洗并干燥后置于包含有FeCl3及NH2CONH2的溶液中，先在80～200℃下反应1～8h，将得到的反应中间物再在480～520℃下焙烧2.5～5h，最后在750℃退火处理8～15min，在导电基底表面得到Fe2O3薄膜。


4.根据权利3所述自供电光电化学无酶葡萄糖传感器，其特征在于，所述Fe2O3薄膜以阵列方式垂直排布在导电基底上的Fe2O3纳米棒，且Fe2O3纳米棒的高度为290～310nm，Fe2O3纳米棒的直径为72nm。


5.根据权利2～4中任意一项所述自供电光电化学无酶葡萄糖传感器，其特征在于，所述导电基底为FTO导电玻璃或ITO导电玻璃。


6.一种自供电光电化学无酶葡萄糖传感器的制备方法，它包括如下步骤：
1)导电基底经超声清洗、冲洗后在室温下晾干；
2)取步骤1)处理后的导电基底置于浓度为0.05～1molL-1，包含有FeCl3及NH2CONH2的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丙青，何利华，杨喆，夏一夫，刘海，舒宏晖，
申请(专利权)人：湖北工程学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42