改性的泡沫镍基三维电极用于葡萄糖无酶传感器的研究

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实验目的:
  三维泡沫Ni(3D NF)是一种可以直接用于无酶葡萄糖电化学检测的电极材料,但该材料的化学稳定性差,不能长时间重复使用。本论文采用石墨烯包覆的方式对3D NF材料进行改性,提升材料的稳定性,并进一步通过在电极表面原位沉积Au纳米粒子提升电极的催化性能,以构建检测性能优异、稳定性好、可重复使用的无酶传感电极,用于血糖的测定。
  实验方法:
  以3D NF为基底材料,通过高温化学气相沉积法(CVD),在3D NF表面生长石墨烯,得到泡沫Ni-石墨烯复合材料(3D NF/G)。采用自制打孔器剪裁、铜丝连接、聚四氟乙烯管套封、环氧树脂胶绝缘包封的方式,将材料制备成尺寸均一的3D NF/G电极。通过基质增强自发沉积法(SEED)在3D NF/G电极表面进一步沉积Au纳米粒子,提升3D NF/G的检测性能。对Au沉积界面进行沉积条件的优化,得到催化灵敏度最优的界面:由氯金酸(HAuCl4)和氯化镍(NiCl2)的混合液经SEED沉积得到电极界面3D NF/G/AuNi。对该界面的形貌特征、元素分布及高催化活性的原因进行详细探讨。最后对3D NF/G/AuNi电极检测葡萄糖的分析性能进行评价,并将电极用于实际人血清和兔全血中葡萄糖浓度的测定。
  实验结果:
  扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)、以及X射线光电子能谱(XPS)等表征结果证明3D NF界面上石墨烯和Au纳米粒子的成功沉积。循环伏安(CV)、计时电流(I-T)等电化学测试结果显示石墨烯可以显著改善3D NF材料的稳定性,并可以增加电极的活性面积和粗糙因子,提升催化葡萄糖电化学反应的速率;进一步Au沉积后的3D NF/G/AuNi电极,由于活性面积、粗糙因子和催化反应速率的进一步增大,具有更优异的电化学传感性能。3D NF/G/AuNi测定葡萄糖的线性范围为1μM–1mM和1mM–8mM;在上述两段线性检测区域灵敏度分别2269.55μA·mM-1·cm-2和1250.61μA·mM-1·cm-2,检测限低至0.01μM。电极具有良好的抗干扰能力、优异的稳定性和重现性。将电极用于实际血样中葡萄糖浓度的测定,经统计学分析,电极对人血清测定结果与医院测定结果相比,无显著性差异(P>0.05);对兔全血测定结果与血糖仪测定结果相比,也无显著性差异(P>0.05)。
  实验结论:
  石墨烯的包覆和贵金属Au纳米粒子的沉积,能显著改善3D NF的化学稳定性和催化活性,且制备出的3D NF/G/AuNi电极检测灵敏度高、重现性好、测定结果可靠、可长期重复使用,具有一定的实用价值。
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