电化学非酶葡萄糖传感器的研究
葡萄糖含量的检测在医疗诊断，食品工业，生物技术等许多领域都有十分重要的应用。利用葡萄糖氧化酶对葡萄糖的特异性催化能力构建电化学生物传感器一直是当前研究的热点。尽管与其他种类的酶比较，葡萄糖氧化酶比较稳定，但是由于酶分子固有的不稳定性，基于生物成分的生物传感器仍然受到各种环境因素的影响，如温度、氧气浓度、pH值、湿度、表面活性剂、有机试剂以及有毒化学品等等。这将影响到传感器的稳定性、灵敏度以及重现性。将酶固定到传感器上的过程也比较复杂，所以会影响最终的检测性能。葡萄糖氧化酶的热不稳定和化学不稳定限制了酶生物传感器在发酵过程以及人体血液的连续检测中的应用。近年来，越来越多的科研工作者开始关注非酶葡萄糖传感器，非酶安培传感器用于检测葡萄糖基本上可以解决酶生物传感器的缺点。很多文献报道了，使用一些金属纳米材料(Pt、Au、Cu、Ni)，金属合金(Pt-Pb、Pt-Ru、Pt-Au、Ni-Pd)，金属氧化物(CuO、RuO2、NiO、CoO、MnO2、Co3O4)，石墨烯，碳纳米管等一些新型电催化材料来修饰电极，检测葡萄糖。尽管这些非酶传感器在检测葡萄糖时的选择性并没有酶传感器的选择性好，也会对一些碳水化合物表现出响应，如果糖、蔗糖等，而且常常需要在碱性介质中进行检测等等。但是，非酶葡萄糖传感器也表现出很多优点，如响应迅速，灵敏度高，检测限低，稳定性好，成本低等。
本论文包括四部分，分别如下:
1.概述电化学葡萄糖传感器的发展，从酶电极葡萄糖传感器到非酶电极葡萄糖传感器;介绍了纳米材料在传感器中的应用，为过渡金属氧化物(NiO)以及过渡金属(Au)的纳米复合物等纳米材料修饰电极检测葡萄糖的应用提供理论支持，并介绍了本论文的研究目标及研究思路。
2.在前期工作中，我们尝试使用了几种过渡金属氧化物的纳米材料修饰碳糊电极，制备非酶电化学葡萄糖传感器，用于检测葡萄糖。经过实验对比，我们发现用纳米NiO材料修饰的碳糊电极，在检测葡萄糖时，具有明显的响应电流。在Ni、NiO以及Ni(OH)2修饰的电极上，葡萄糖的非酶电化学氧化大大增强，这是由于在碱性溶液中，生成了Ni(OH)2/NiOOH氧化还原电对，而较高化合价的羟基氧化物NiOOH可以催化葡萄糖的氧化。所以针对NiO非酶葡萄糖传感器我们展开了研究。
3.Ni、NiO或者Ni(OH)2能够在电极表面通过NiOOH/Ni(OH)2氧化还原电对电化学催化葡萄糖的氧化。我们使用纳米氧化镍修饰碳糊电极，然后使用电化学方法对电极进行预处理，将电极扫描至高电位，制备电化学非酶葡萄糖传感器，用于检测葡萄糖。研究发现，采用循环伏安法，将电极扫描至较高电位下进行预处理，能够促进NiO向NiOOH/Ni(OH)2氧化还原对的转化，从而明显提高电极对葡萄糖的电化学响应和检测灵敏度。
4.通过3-甲基噻吩（异辛烷为溶剂）与氯金酸反应生成纳米金与聚3-甲基噻吩。在一定的浓度下，纳米金在聚3-甲基噻吩的诱导下，自组装成大小均一、形状均匀的糕点状的金-聚3-甲基噻吩纳米复合物，从而使溶液更加稳定。该材料可用于修饰玻碳电极，检测葡萄糖，表现出良好的电催化性能。
电化学;非酶传感器;葡萄糖;过渡金属
浙江师范大学
硕士
物理化学
缪煜清
2012
中文
O657.1;TP212.3
66
2012-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）