Ti基一维纳米阵列的可控制备及其葡萄糖传感性能研究

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糖尿病是一种新陈代谢疾病,它会导致各种组织,特别是眼、肾、心脏、血管、神经的慢性损害和功能障碍,严重影响了人们的正常生活。因此,对血糖含量的及时检测与调控具有重要意义。除此之外,实现迅速、简单、切实的葡萄糖检测在食品工业和发酵工业等领域都占有重要地位。近年来,无酶葡萄糖传感器由于在稳定性、简单性等方面均优于基于酶的葡萄糖传感器而备受关注。因此,制备高性能、低成本、使用寿命长的无酶葡萄糖传感器一直是目前研究的重点;另一方面,如何在不破坏电极表面微观结构的条件下实现对毒化电极的活化更新也是无酶葡萄糖传感器研究的一个重点。本论文以直接在Ti基底上生长的高导电C/TiC壳核结构纳米纤维阵列和C/TiO2纳米管阵列为载体,在其表面负载具有良好葡萄糖催化性能的过渡金属(Cu,Ni)纳米颗粒,构建高性能的复合结构无酶葡萄糖传感器。另外,我们还以TiO2纳米管阵列为基体制备了具有光催化性能的Ni/NiTiO3/TiO2复合纳米管阵列无酶葡萄糖传感器,利用光催化降解电极表面的毒化污染物,实现无损活化更新。主要内容有如下:(1)利用热化学法在钛合金(Ti6Al4V)表面生成一维的C/TiC纳米纤维阵列(C/TiCNFAs),随后通过电化学的方法将Cu纳米颗粒沉积到C/TiC NFAs表面,所得的Cu纳米颗粒直径约30~50nm,在C/TiC纳米纤维上分布均匀,形成Cu/C/TiC纳米纤维阵列。这种大比表面积的无酶传感器对葡萄糖响应的灵敏度高达415.02μAcm-2mM-1,对葡萄糖的响应表现出很好的重现性、稳定性和抗干扰能力,利用Cu/C/TiC纳米纤维阵列对人体血液样品中的葡萄糖浓度进行监测,所得结果与医院所得结果一致。(2)采用阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列(TiO2NTAs),再通过水热法在TiO2纳米管表面包裹一层C,形成C包TiO2纳米管阵列(C/TiO2NTAs)的复合结构,弥补了TiO2NTAs导电性不足的缺点,随后再通过电化学方法将Ni纳米颗粒沉积到C/TiO2NTAs表面,形成Ni/C/TiO2NTAa,对葡萄糖响应的灵敏度达423.6μAcm-2mM-1,并且表现出良好的重现性和抗干扰能力。(3)通过水热法处理阳极氧化法得到的TiO2纳米管阵列制备NiTiO3/TiO2NTAs,随后通过化学气相还原得到Ni/NiTiO3/TiO2NTAs,构建光自清洁型无酶葡萄糖传感器,为无酶葡萄糖传感器的发展提供了新的方向。其对葡萄糖的灵敏度高达366.0μAcm-2mM-1,对葡萄糖的响应表现出很好的重现性、稳定性和抗干扰能力。并且在长时间的监测中,对于血液中血清素等物质引起的传感器毒化,利用TiO2NTAs高效的光催化性能,能够在光照情况下使传感器的响应和灵敏度完全恢复。
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