基于納米材料的無(wú)酶葡萄糖電化學(xué)傳感器研究

石瑞麗(貴州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550008)

基于納米材料的無(wú)酶葡萄糖電化學(xué)傳感器研究

石瑞麗(貴州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550008)

葡萄糖是活細(xì)胞能源來(lái)源，是能直接吸收的一種會(huì)化合物，也是人體能量的主要來(lái)源，能夠保護(hù)人的肝臟，它對(duì)人體健康、疾病診斷、治療等具有重要意義。葡萄糖傳感器一直是生物和化學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。葡萄糖電化學(xué)傳感器研究最早的是生物傳感器。本文簡(jiǎn)單介紹了納米材料的特性，無(wú)酶葡萄糖電傳感器的發(fā)展歷史以及當(dāng)下三種常見(jiàn)的無(wú)酶葡萄糖電化學(xué)傳感器。

納米材料；無(wú)酶葡萄糖；電化學(xué)傳感器

根據(jù)酶?jìng)鞲衅鞣譃橛忻钙咸烟请娀瘜W(xué)傳感器和無(wú)酶電化學(xué)傳感器。有酶葡萄糖電化學(xué)傳感器主要利用酶對(duì)底物具有專一性、高效率的催化作用，能夠滿足醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域?qū)ζ咸烟堑臋z測(cè)。這種傳感器有一個(gè)很大的缺點(diǎn)就是酶的活性很容易受到外界的感染，從而影響到有酶?jìng)鞲衅鞯倪M(jìn)一步發(fā)展。而無(wú)酶葡萄糖電化學(xué)傳感器則克服了有酶葡萄糖電化學(xué)傳感器的這些缺點(diǎn)，它的響應(yīng)時(shí)間快、靈敏度高、使用時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，是一種新型的葡萄糖催化材料。

1 納米材料

納米材料指的是那些結(jié)構(gòu)單元大小在1納米—100納米之間材料，由于這種結(jié)構(gòu)的材料大小接近電子的長(zhǎng)度，使得材料本身的組織發(fā)生了很大的變化。它的尺度接近光的波長(zhǎng)，所以這種材料表現(xiàn)的熔點(diǎn)、光學(xué)、磁性、導(dǎo)電性等與材料的整體情況有很大的區(qū)別。將納米材料應(yīng)用在無(wú)酶電化學(xué)傳感器。

2 無(wú)酶葡萄糖電化學(xué)傳感器的發(fā)展歷史

近年來(lái)，無(wú)酶葡萄糖電化學(xué)傳感器是是化學(xué)傳感器的熱門(mén)研究方向，這方面的研究國(guó)外比中國(guó)更早。2006年，Park對(duì)無(wú)酶?jìng)鞲衅麟娀瘜W(xué)傳感器研究方面取得了一定的成效，它根據(jù)葡萄糖在金電極、珀電極、銅電極等不同電極材料的電催化氧化作用，將無(wú)酶葡萄糖電化學(xué)傳感器分成了伏安法無(wú)酶葡萄糖電化學(xué)傳感器、電位式無(wú)酶葡萄糖電化學(xué)傳感器和電流型無(wú)酶葡萄糖電化學(xué)傳感器。伏安型無(wú)酶葡萄糖傳感器是通過(guò)伏安檢測(cè)法檢測(cè)溶液中的葡萄糖含量；電位式無(wú)酶葡萄傳感器是通過(guò)葡萄糖和敏感物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)使得溶液中的電位發(fā)生變化，從而檢測(cè)溶液中的葡萄糖。這種傳感器一般用于檢測(cè)濃度大于10-5M的葡萄糖溶液；電流型無(wú)酶葡萄糖電化學(xué)傳感器是通過(guò)計(jì)時(shí)電流法對(duì)溶液的葡萄糖成分進(jìn)行檢測(cè)，電流型無(wú)酶葡萄糖電化學(xué)傳感器，目前是無(wú)酶葡萄糖電化學(xué)傳感器中應(yīng)用最多的傳感器，廣泛應(yīng)用在合金材料、納米材料以及多種金屬材料中。

3 基于納米材料的無(wú)酶葡萄糖電化學(xué)傳感器

3.1 基于碳納米管修飾電極的無(wú)酶葡萄糖電化學(xué)傳感器

碳納米管化學(xué)穩(wěn)定性好、導(dǎo)電性高，將其應(yīng)用在無(wú)酶葡萄糖電化學(xué)傳感器上，能提高電極與一些重要生物分子之間的電子傳遞速率，它能加速糖類(lèi)分子在電極上的氧化速度，因此碳納米管能快速檢測(cè)到溶液中的糖類(lèi)分子。然而經(jīng)過(guò)Batche br等人的研究發(fā)現(xiàn)，碳納米管對(duì)葡萄糖的電催化作用并不是來(lái)自碳納米管自身，而是來(lái)自加工碳納米管留下的殘留金屬物質(zhì)銅納米顆粒。

3.2 基于珀和金納米結(jié)構(gòu)的無(wú)酶葡萄糖電化學(xué)傳感器

珀電極和金電極在抗尿酸、壞血酸、以及醋氨酚等測(cè)定葡萄糖成分的具有干擾物質(zhì)的電催化作用比較小，所以在葡萄糖氧化過(guò)程中，對(duì)電極非常靈敏，珀電極和金電極表面粗糙能夠大大提高動(dòng)力學(xué)控制的電化學(xué)的電流。但是珀電極和金電極在抗尿酸、壞血酸、以及醋氨酚等干擾物質(zhì)的電催化氧化機(jī)制不同，因此在加工的時(shí)候，會(huì)提高珀電極和金電極的表面粗糙度，從而提高珀電極對(duì)葡萄糖的選擇性和響應(yīng)靈敏度。Park在制作中孔和納米多孔的珀電極和金電極檢測(cè)葡萄糖取得不錯(cuò)的效果。隨后又有人在金電極的表面上堆積二氧化硅蛋白石結(jié)構(gòu)，然后去除電極鉑技術(shù)上的二氧化硅以后，能得到三維的大孔薄膜，這種膜對(duì)葡萄糖響應(yīng)效果比較好。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在相同的條件下，金納米顆粒修飾后的電極與沒(méi)有修飾的進(jìn)店時(shí)在催化氧化方面要高，響應(yīng)性更好。

3.3 基于銅、鎳氧化物納米材料的無(wú)酶葡萄糖電化學(xué)傳感器

銅、鎳氧化物納米材料電極在葡萄糖電化學(xué)檢測(cè)過(guò)中，由于電化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的銅離子和聚乙烯的酰胺基形成了絡(luò)合物，表面了電極的溶解和腐蝕，從而增強(qiáng)了電極的穩(wěn)定性。然后用微波合成法將丁二酮的銅納米顆粒，這種顆粒與Nafion修飾玻碳電極溶液中的葡萄糖選擇性和靈敏度比較好，檢測(cè)以后還能夠及時(shí)回收，因此大大降低了檢測(cè)的成本。隨著納米技術(shù)的進(jìn)步，有人用液相法在銅電極表面合成了氫氧化銅納米線，并將其應(yīng)用在無(wú)酶葡萄糖電化學(xué)傳感器中，大大提高了葡萄糖的檢測(cè)速度，并能夠用戶實(shí)際的人體血液樣本分析，因此在醫(yī)學(xué)方面得到了廣泛的應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

納米材料尺寸小、粒子表面有很多功能基因，對(duì)葡萄糖以及糖類(lèi)化合物的電化學(xué)作用比較強(qiáng)。將其應(yīng)用在無(wú)酶葡萄糖電化學(xué)傳感器中，能提高電化學(xué)的反應(yīng)速度、降低過(guò)點(diǎn)位、提高電極的靈敏度和選擇性。近年來(lái)，隨著我國(guó)技術(shù)的進(jìn)步，納米材料開(kāi)始應(yīng)用在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域。隨著對(duì)納米結(jié)構(gòu)電極電催化氧化方面的研究，未來(lái)將可能實(shí)現(xiàn)無(wú)酶葡萄糖傳感器在醫(yī)學(xué)上的血糖監(jiān)測(cè)，從而提高我國(guó)醫(yī)學(xué)事業(yè)的進(jìn)步。

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