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

基于納米材料的無酶葡萄糖電化學(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 550008)

葡萄糖是活細(xì)胞能源來源，是能直接吸收的一種會化合物，也是人體能量的主要來源，能夠保護(hù)人的肝臟，它對人體健康、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。葡萄糖電化學(xué)傳感器研究最早的是生物傳感器。本文簡單介紹了納米材料的特性，無酶葡萄糖電傳感器的發(fā)展歷史以及當(dāng)下三種常見的無酶葡萄糖電化學(xué)傳感器。

納米材料；無酶葡萄糖；電化學(xué)傳感器

根據(jù)酶傳感器分為有酶葡萄糖電化學(xué)傳感器和無酶電化學(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。這種傳感器有一個很大的缺點就是酶的活性很容易受到外界的感染，從而影響到有酶傳感器的進(jìn)一步發(fā)展。而無酶葡萄糖電化學(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，它的響應(yīng)時間快、靈敏度高、使用時間長等優(yōu)點，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，所以這種材料表現(xiàn)的熔點、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)用在無酶電化學(xué)傳感器。

2 無酶葡萄糖電化學(xué)傳感器的發(fā)展歷史

近年來，無酶葡萄糖電化學(xué)傳感器是是化學(xué)傳感器的熱門研究方向，這方面的研究國外比中國更早。2006年，Park對無酶傳感器電化學(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，將無酶葡萄糖電化學(xué)傳感器分成了伏安法無酶葡萄糖電化學(xué)傳感器、電位式無酶葡萄糖電化學(xué)傳感器和電流型無酶葡萄糖電化學(xué)傳感器。伏安型無酶葡萄糖傳感器是通過伏安檢測法檢測溶液中的葡萄糖含量；電位式無酶葡萄傳感器是通過葡萄糖和敏感物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)使得溶液中的電位發(fā)生變化，從而檢測溶液中的葡萄糖。這種傳感器一般用于檢測濃度大于10-5M的葡萄糖溶液；電流型無酶葡萄糖電化學(xué)傳感器是通過計時電流法對溶液的葡萄糖成分進(jìn)行檢測，電流型無酶葡萄糖電化學(xué)傳感器，目前是無酶葡萄糖電化學(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，它能加速糖類分子在電極上的氧化速度，因此碳納米管能快速檢測到溶液中的糖類分子。然而經(jīng)過Batche br等人的研究發(fā)現(xiàn)，碳納米管對葡萄糖的電催化作用并不是來自碳納米管自身，而是來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程中，對電極非常靈敏，珀電極和金電極表面粗糙能夠大大提高動力學(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，因此在加工的時候，會提高珀電極和金電極的表面粗糙度，從而提高珀電極對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葡萄糖取得不錯的效果。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，這種膜對葡萄糖響應(yīng)效果比較好。通過研究發(fā)現(xiàn)，在相同的條件下，金納米顆粒修飾后的電極與沒有修飾的進(jìn)店時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)檢測過中，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，檢測以后還能夠及時回收，因此大大降低了檢測的成本。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)用在無酶葡萄糖電化學(xué)傳感器中，大大提高了葡萄糖的檢測速度，并能夠用戶實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

納米材料尺寸小、粒子表面有很多功能基因，對葡萄糖以及糖類化合物的電化學(xué)作用比較強。將其應(yīng)用在無酶葡萄糖電化學(xué)傳感器中，能提高電化學(xué)的反應(yīng)速度、降低過點位、提高電極的靈敏度和選擇性。近年來，隨著我國技術(shù)的進(jìn)步，納米材料開始應(yīng)用在社會各個領(lǐng)域。隨著對納米結(jié)構(gòu)電極電催化氧化方面的研究，未來將可能實現(xiàn)無酶葡萄糖傳感器在醫(yī)學(xué)上的血糖監(jiān)測，從而提高我國醫(yī)學(xué)事業(yè)的進(jìn)步。

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