劉阿紅，楊妍，張成建，秦騰騰

基于電沉積金修飾電極的新型無酶葡萄糖傳感器研究

劉阿紅，楊妍*，張成建，秦騰騰

（南陽師范學(xué)院 化學(xué)與制藥工程學(xué)院，河南 南陽 473061）

通過恒電流電沉積得到了金修飾的玻碳電極（Au/GCE）。采用循環(huán)伏安法和計(jì)時(shí)-電流法考察了此電極對(duì)葡萄糖的催化性能。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，Au/GCE電極對(duì)葡萄糖響應(yīng)的線性范圍為0.001~1.93 mmol/L，檢測(cè)限可達(dá)0.5 μmol/L（S/N=3），并且具有較好的抗干擾性。

金； 電沉積； 修飾電極； 葡萄糖檢測(cè)

葡萄糖是人體的能量來源，同時(shí)葡萄糖的含量影響著我們的身體健康，人體含糖量過高，超過血液的應(yīng)有含量就會(huì)出現(xiàn)尿糖現(xiàn)象，嚴(yán)重者胰島腺分泌胰島素過少，體內(nèi)的糖分不能被分解代謝掉，就會(huì)引起糖尿病。糖尿病患者長期出現(xiàn)高血糖會(huì)使人體內(nèi)各種組織特別是眼、心臟、血管、腎等受到慢性損害甚至功能障礙[1]。目前，糖尿病已是威脅人類生命的主要?dú)⑹郑澜缟嫌袔装偃f的人們正在飽受著糖尿病疾病的折磨[2, 3]。因而擁有高的靈敏度的、價(jià)格比較便宜、好的選擇性、重復(fù)性和穩(wěn)定性的葡萄糖傳感器對(duì)于糖尿病的診斷和預(yù)防是非常重要的。

在過去的幾十年中，大多數(shù)工作主要是研究酶葡萄糖傳感器，這類傳感器的基本原理是在固定化酶的催化作用下，被測(cè)物質(zhì)和酶之間發(fā)生特定的化學(xué)反應(yīng)，通過電極記錄酶之間的電子傳遞從而間接實(shí)現(xiàn)被測(cè)物質(zhì)的測(cè)定[4, 5]。但是，對(duì)于酶葡萄糖電化學(xué)傳感器而言，最大的一個(gè)缺陷就是穩(wěn)定性。比如：酶作為生物大分子，它的活性很容易受到周圍環(huán)境（如：濕度、pH值、溫度和有毒物質(zhì)等）的影響，同時(shí)酶在電極上的固載量也易減少，這些都會(huì)影響到電化學(xué)酶生物傳感器的穩(wěn)定性和使用壽命[6, 7]。因此，非酶葡萄糖傳感器逐漸成為研究者的關(guān)注熱點(diǎn)。其原理是葡萄糖分子在電極表面直接發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生電化學(xué)信號(hào)，根據(jù)電化學(xué)信號(hào)的大小來判斷葡萄糖的濃度。本文通過在-0.3 mA恒電流條件下沉積得到了納米金修飾電極，并對(duì)該修飾電極對(duì)葡萄糖的電化學(xué)檢測(cè)進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

葡萄糖、氯金酸（99.9%）購于國藥集團(tuán)有限公司；實(shí)驗(yàn)用水為超純水。其他試劑均為分析純。電化學(xué)檢測(cè)采用經(jīng)典的三電極體系，以修飾的玻碳電極為研究電極，飽和甘汞電極為參比電極，Pt柱電極為輔助電極。采用循環(huán)伏安法（CVs）和計(jì)時(shí)-電流法（i-t）考察了修飾電極的電催化性能。

1.2 納米金修飾電極（Au/GCE）的制備

玻碳電極依次在0.5 μm和0.05 μm的氧化鋁漿上依次打磨光亮，然后用超純水和無水乙醇超聲清洗，吹干備用。在配制好的10 mM氯金酸溶液中進(jìn)行恒電流沉積。沉積電流為-0.3 mA。沉積時(shí)間為600 s。將沉積好的電極用超純水沖洗干凈，記為Au/GCE電極。

2 結(jié)果與討論

2.1 金修飾電極的性能研究

圖1 不同電極在0.5 mol/L H2SO4中的CVs圖，由圖可以看出在玻碳電極上沒有明顯的金的氧化還原峰，但是Au/GCE電極具有金的特征氧化還原峰，這說明金被有效的沉積到玻碳電極表面。

2.2 修飾電極在KOH中有無葡萄糖的響應(yīng)

圖2是Au/GCE在0.1 mol/L KOH中有無葡萄糖的CVs圖，可以看出，在沒有葡萄糖的KOH溶液中，只能觀察到金的特征氧化還原峰，而在加有葡萄糖的KOH溶液中，我們能看明顯的葡萄糖的催化氧化峰。這說明Au/GCE電極對(duì)葡萄糖具有良好的催化響應(yīng)。

圖1 GCE電極（A）和 Au/GCE（B）在0.5 mol/L H2SO4中的循環(huán)伏安曲線圖（掃速為：100 mV·s-1）

圖2 Au/GCE在0.1 mol/L KOH中有（B）和無（A）葡萄糖的CVs圖（掃速為100 mV·s-1）

2.3 修飾電極在葡萄糖溶液中的掃速研究

圖3A顯示了Au/GCE電極在不同掃速下的循環(huán)伏安圖（50~400 mV·s-1）。

由圖可以看出隨著掃速的增加，陽極和陰極的峰值電流（p,a和p,c）均有所增加。且由圖3B可知，陰陽極峰電流與掃速的平方根成線性關(guān)系，均呈線性變化，這表明葡萄糖氧化的電極反應(yīng)是表面控制過程。

圖3 （A）Au/GCE電極在0.1 M的KOH中不同掃速的CVs；（B）氧化峰和還原峰電流與掃速之間的關(guān)系曲線

2.4 Au/GCE電極對(duì)葡萄糖的檢測(cè)濃度曲線

圖4給出了0.15 V下葡萄糖非酶?jìng)鞲衅鞯膇-t曲線和對(duì)應(yīng)的濃度校正曲線。從i-t曲線上可以看到，加入葡萄糖后，3 s內(nèi)就達(dá)到了響應(yīng)平臺(tái)電流值，說明該傳感器具有較快的響應(yīng)速度，圖4B可以看出Au/GCE電極在響應(yīng)信號(hào)與葡萄糖濃度在0.001~1.93 mmol/L 范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，檢測(cè)限為0.5 μM（S/N=3）。以上結(jié)果說明葡萄糖非酶?jìng)鞲衅骶哂斜容^好的檢測(cè)性能。

圖4 Au/GCE電極對(duì)葡萄糖的安培響應(yīng)圖（A）和Au/GCE電極對(duì)葡萄糖響應(yīng)的濃度關(guān)系曲線（B）（電解質(zhì)溶液：0.1 M KOH，操作電位：0.15 V）

2.5 Au/GCE電極對(duì)抗干擾性能的研究

因?yàn)槿梭w內(nèi)含有抗壞血酸、多巴胺、尿酸、蛋白質(zhì)等生物分子干擾檢測(cè)葡萄糖的檢測(cè)。圖5顯示了Au/GCE電極在檢測(cè)50 μmol/L的葡萄糖時(shí)抵抗10 μmol/L的抗壞血酸(Vc)、10 μmol/L的果糖(F)、10 μmol/L的尿酸(UA)、10 μmol/L谷氨酸（Glu）、10 μmol/L賴氨酸（Lys）的干擾性能，可見干擾物質(zhì)的響應(yīng)電流可以忽略不計(jì)，因此所構(gòu)造的非酶?jìng)鞲衅骶哂斜容^好的選擇性。

圖5 Au/GCE電極的抗干擾曲線（電解質(zhì)溶液：0.1 moL KOH，操作電位：0.15 V）

3 結(jié) 論

本文采用電沉積的方法制備了Au/GCE電極，其對(duì)葡萄糖的氧化有良好的催化作用，實(shí)現(xiàn)了葡萄糖的靈敏檢測(cè)。在最佳的實(shí)驗(yàn)條件下，該傳感器對(duì)葡萄糖響應(yīng)的線性范圍為0.001~1.93 mmol/L，檢測(cè)限可達(dá)0.5 μmol/L（S/N=3），并且具有較好的抗干擾性能。

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Study on Novel Non-enzymatic Glucose Biosensor Based on Electrodeposited Gold Modified Electrode

,,,

（Nanyang Normal University, Henan Nanyang 473061, China）

The gold modified electrode Au/GCE was obtained by constant current electrodeposition. The catalytic performance of this electrode to glucose was investigated by cyclic voltammetry and chronoamperometry. The results showed that, under the optimum condition, developed Au/GCE electrode exhibits good analytical characteristics in the detection of glucose, such as a wide linear range (0.001 to 1.93 mmol/L) , low detection limit (0.5 μmol/L), good selectivity.

gold; electrodeposition; modified electrode; glucose detection

O 657.1

A

1004-0935（2017）09-0849-03

南陽師范學(xué)院大學(xué)生實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)創(chuàng)新項(xiàng)目(SPCP，2017)，南陽師范學(xué)院開放實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目（SYKF2016018），南陽師范學(xué)院青年基金 ( QN2017036)，河南省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目（16A150038）。

2017-06-23

劉阿紅（1995-），女，河南省信陽市人。