专利名称：一种高灵敏度葡萄糖电化学传感器及其制备方法
技术领域：
本发明属于电化学传感器领域，具体涉及一种高灵敏度葡萄糖的电化学传感器及其制备方法。
背景技术：
随着社会的快速发展以及人们生活水平的提高，糖尿病患病率也随之增高，据2011年世界卫生组织报道，目前已经有3. 46亿人口患有糖尿病，能够实时、可靠检测血糖的浓度是诊断和控制糖尿病的有效方法。电化学传感器由于灵敏度高、选择性好、实验简便快速、所需仪器设备价格低廉等优点而广泛应用于生命物质的电化学检测。开发用于检测体内葡萄糖浓度的微小变化的、 高灵敏度的葡萄糖传感器具有重要的科学意义和实用价值。近年来，纳米材料及结构以其优异的表面效应、催化效率高、生物兼容性好等特性而广泛应用于传感、催化等领域；碳纳米纤维是一种新型的在电化学方面具有潜在应用价值的碳材料，具有比表面积大，加快电子传递等特性。根据两者的优点，现在已有一些文献中将纳米颗粒与碳纳米管结合制备葡萄糖传感器，如《钼纳米颗粒修饰直立碳纳米管电极的葡萄糖生物传感器》、《基于钯纳米颗粒修饰直立碳纳米管电极的电化学葡萄糖生物传感器》及《制备及应用安培葡萄糖生物传感器的基础上新的PdPt双金属纳米粒子修饰多壁碳纳米管催化剂》(((Fabrication and application of amperometrie glucose biosensorbased on a novel PtPd bimetallic nanoparticle decorated multi-walled carbonnanotube catalyst》),这些方法虽然取得了一定的效果,但是现有的电化学传感器还存在灵敏度较低、检出限过高的问题。
发明内容
本发明所要解决的问题是现有技术中，电化学传感器存在灵敏度较低、检出限过高的缺陷。为解决上述问题，本发明采用的技术方案是本发明提供了一种高灵敏度葡萄糖电化学传感器，该电化学传感器为在电极表面修饰一层钮钼合金负载的碳纳米纤维复合材料；作为优选，钼和钯的含量分别为复合材料总质量的15 16%和4 6%，碳纳米纤维含量为总质量的79 80% ；作为优选，碳纳米纤维为实心碳纳米纤维材料，与碳纳米管，即空心碳纳米纤维材料相比，实心碳纳米纤维具有固有的许多优点，如更低的生产成本、更好的稳定性、更多的边缘位置和更容易表面功能化；进一步地，实心碳纳米纤维的直径为5(Tl50nm，长度为2 10 μ m。本发明提供了一种高灵敏度葡萄糖电化学传感器中，PdPt-CNFs的制备方法，步骤为
A、称取碳纳米纤维，加入到含有H2PtCl6 ·3Η20和K2PdCl4的溶液中，混合超声搅拌均匀；B、调节上述溶液的pH在9. 5到10之间，搅拌均匀；C、在搅拌的同时，用胶头滴管吸取NaBH4溶液慢慢滴加到步骤B所得到的混合溶液中，之后搅拌反应，然后过滤，用去离子水洗涤，干燥得到PdPt-CNFs。作为优选，新型的PdPt-CNFs作为电极敏感物质，具有良好的生物相容性。本发明还提供了一种高灵敏度葡萄糖电化学传感器的制造方法，具体操作为将PdPt-CNFs分散到溶剂中超声分散得到均匀的分散液，然后将分散液滴涂于常规的洁净的电极表面并蒸发溶剂后再固定葡萄糖氧化酶，室温放置晾干后再在含有戊二醛饱和蒸汽压液面上方进行交联得到高灵敏度葡萄糖电化学传感器；
·
作为优选，溶剂是氮，氮-二甲基甲酰胺，作为分散剂，与常用的去离子水和乙醇相比，它能更好地分散PdPt-CNFs ；作为优选，戊二醛饱和蒸汽压的浓度为25%，电极在蒸汽压上方悬挂时间为IOmin0本发明的有益效果是利用具有良好表面效应、催化效率高、生物兼容性好的纳米级钯钼合金和比表面积大、吸附性好、能够加快电子传递的实心碳纳米纤维两者的优势，以及戊二醛的交联作用，实现了酶的高活性固定，增加酶与电极之间有效的传递电子，从而提高酶的活性，大大提高了对葡萄糖检测的灵敏度，该高灵敏度葡萄糖电化学传感器对葡萄糖检测的线性范围为2. 5μπιο14mmol L_\灵敏度高达12. 3 μ Ammor1(174 μ Ammor1Cm-2),目前为止，与其他含酶葡萄糖传感器相比，灵敏度最高，检出限为O. 7 μ mo I L_\且制备葡萄糖电化学传感器工序简单，重现性好。
图ICNFs与PdPt-CNFs的XRD图，其中位于上方的图谱为PdPt-CNFs的XRD图；位于下方的图谱为CNFs的XRD2本发明的电化学传感器在O. Imol L_\ pH=7. O的磷酸盐缓冲溶液中，添加不同浓度葡萄糖的电流时间曲线；内置图是前450s的电流时间曲线3本发明的葡萄糖浓度与响应电流的标准曲线图
具体实施例方式现在结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细的说明，但应了解的是，这些实施例仅为例示说明之用，而不应被解释为本发明实施的限制。实验过程中使用的水均为去离子水，实验所用的试剂均为分析纯，实验均在室温下进行。实施例IPdPt-CNFs的制备A称取实心碳纳米纤维(直径为5(Tl50nm，长度为2 10 μ m)0. Olg，加入含有3. Oml
3.5mmol L 1H2PtCl6 ·3Η20和 3. Oml 3. Ommol L 1K2PdCl4 的混合溶液中，混合超声揽祥 30min。B用O. 05mol Γ1的氢氧化钠调节上述溶液的pH在9. 5到10之间，搅拌lOmin。C称取O. Olg的NaBH4溶于25ml的去离子水中，在搅拌的同时，用胶头滴管吸取NaBH4溶液以2到3秒/滴的速度慢慢滴加到已调好的pH的混合溶液中，之后搅拌2小时，然后过滤，用去离子水洗涤，在60度烘箱中干燥得到PdPt-CNFs。图I为CNFs与PdPt-CNFs的XRD图，其中位于上方的图谱为PdPt-CNFs的XRD图；位于下方的图谱为CNFs的XRD图，由图可知在26. 1°出现很强的衍射峰，是六方晶系结构 CNFs 的(002)面。根据 Pd(JCPDS-ICDD, Card No. 46-1043)和 Pt (JCPDS-ICDD, CardNo. 04-0802)标准谱图及文献《Fabrication and application of amp erome trie glucosebiosensor based on a novel PtPd bimetallic nanoparticle decorated multi-walledcarbon nanotube catalyst》，表明合成了 PdPt-CNFs 复合材料。实施例2高灵敏度葡萄糖传感器的制备以直径为3mm的玻碳电极为基底电极，分别在0. 3和0. 5 μ m的Al2O3抛光粉上打磨成镜面后，依次用1:1的硝酸，乙醇和去离子水超声洗涤3min。将制备好的PdPt-CNFs分散在DMF溶剂中，浓度为4mg ml—1，超声30min，用微量进 样器取2μ I滴涂在上述已经处理好的玻碳电极表面，室温下晾干后再滴涂2μ I 6mg πιΓ1的葡萄糖氧化酶，室温下晾干，将电极悬挂在含有戊二醛饱和蒸汽压上方lOmin，从而制得高灵敏度葡萄糖电化学传感器。实施例3检测实验检测实验是在CHI660D电化学工作站及三电极体系上进行，参比电极为饱和甘汞电极，对电极为钼丝电极，工作电极采用本发明实施例2制备的电化学传感器，在优化的条件下，以PH=7. O的0. Imol Γ1的磷酸盐缓冲溶液为底液，在0. 6V下，添加不同浓度葡萄糖得到的时间电流曲线如图I所示，可以得出该葡萄糖电化学传感器的线性范围(如图2所示)为 2. 5 μ mo I I71 8. 4mmol I71，灵敏度高达 12. 3 μ AmmoF1 (174 μ Ammor1CnT2)，线性相关度很好，R=O. 997，检出限低至O. 7μ mol。于本发明比较的现有技术的如Fabricationand application of amp erome trieglucose biosensor based on a novel PtPd bimetallic nanoparticle decoratedmulti-walled carbon nanotube catalyst 的线性范围是 62 μ mol T厂1 14. 07mmo1 L-1 ;灵敏度为 112 μ AmmoF1Crn-2 ；R=0. 998 ;检测限为 31 μ mol L'《钼纳米颗粒修饰直立碳纳米管电极的葡萄糖生物传感器》中,产品的线性范围是10 μ mol L 1Immol L 1 ;灵敏度为 10. 417 μ A mmol 1 ;检测限为 8. 89 μ mol。《基于钯纳米颗粒修饰直立碳纳米管电极的电化学葡萄糖生物传感器》中,产品的线性范围是30 μ mol d6mmol Γ1 ;检测限为7. 26 μ mol。本发明的葡萄糖电化学传感器与其他有酶葡萄糖电化学传感器相比，灵敏度最高，并且检出限最低，因此，本发明的传感器性能优异。
权利要求
1.一种高灵敏度葡萄糖电化学传感器，其特征在于所述的电化学传感器为在电极表面修饰一层钯钼合金负载的碳纳米纤维复合材料，其中钯钼合金中，钼和钯的含量分别为复合材料总质量的15 16%和4 6%，碳纳米纤维含量为总质量的79 80%。
2.如权利要求I所述的高灵敏度葡萄糖电化学传感器，其特征在于所述的碳纳米纤维为实心碳纳米纤维。
3.如权利要求2所述的实心碳纳米纤维，其特征在于所述的实心碳纳米纤维的直径为50 150nm，长度为2 10 μ m。
4.如权利要求I至3任一项所述的高灵敏度葡萄糖电化学传感器中，PdPt-CNFs的制备步骤为 A、称取碳纳米纤维，加入到含有H2PtCl6· 3H20和K2PdCl4的溶液中，混合超声搅拌均匀； B、调节上述溶液的pH在9.5到10之间，搅拌均匀； C、在搅拌的同时，用胶头滴管吸取NaBH4溶液慢慢滴加到步骤B所得到的混合溶液中，之后搅拌反应，然后过滤，用去离子水洗涤，干燥得到PdPt-CNFs。
5.如权利要求I至4任一项所述的高灵敏度葡萄糖电化学传感器的制备方法，其特征在于将PdPt-CNFs分散到溶剂中超声分散得到均匀的分散液，然后将分散液滴涂于常规的洁净的电极表面并蒸发溶剂后再固定葡萄糖氧化酶，室温放置晾干后再在含有戊二醛饱和蒸汽压液面上方进行交联得到高灵敏度葡萄糖电化学传感器。
6.如权利要求5所述的高灵敏度葡萄糖电化学传感器的制备方法，其特征在于所述的溶剂为氮，氮-二甲基甲酰胺。
7.如权利要求5所述的高灵敏度葡萄糖电化学传感器的制备方法，其特征在于所述的戊二醛饱和蒸汽压的浓度为25%，电极在蒸汽压上方悬挂时间为lOmin。
全文摘要
本发明提供了一种高灵敏度葡萄糖电化学传感器，即在常规的电极表面修饰一层钯铂合金负载的碳纳米纤维复合材料，即PdPt-CNFs的敏感膜层。首先将钯铂合金负载的碳纳米纤维分散到溶剂中超声分散得到均匀的分散液，然后将分散液滴涂于常规的洁净的电极表面，蒸发溶剂后再固定葡萄糖氧化酶，室温放置晾干后再在含有戊二醛饱和蒸汽压液面上方进行交联得到高灵敏度葡萄糖电化学传感器。本发明制备的纳米复合材料生物相容性好，利于生物酶的固定且制备方法简单快捷，成本低。本发明制备的电化学传感器灵敏度高，稳定性好，重现性好，因而有望在糖尿病诊断，临床医学和食品工艺检测等领域得到广泛的应用。
文档编号G01N27/26GK102901755SQ20121033028
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月7日 优先权日2012年9月7日
发明者陈智栋, 丁妮妮, 张静, 王文昌 申请人:常州大学, 常州江工阔智电子技术有限公司