張成建,齊曉雯,李婷婷,劉豪杰,楊 妍

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

葡萄糖的含量對(duì)我們的健康有重大的影響，但當(dāng)其含量長期比血液中的正常值高時(shí)，將會(huì)引發(fā)糖尿病。近年來，糖尿病患者愈來愈多，受到糖尿病影響的人在全球超過2.2億，而且糖尿病患者的數(shù)量在20年內(nèi)預(yù)計(jì)會(huì)翻倍[1]。定量準(zhǔn)確測定葡萄糖的原因不僅僅是在糖尿病診斷領(lǐng)域的要求越來越高，而且在臨床醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)和食品工業(yè)等領(lǐng)域的要求也越來越迫切。近年來，大量工作致力于研究開發(fā)快速、穩(wěn)定、準(zhǔn)確檢測葡萄糖的方法[2]。

在過去五十年中，酶葡萄糖傳感器占據(jù)了大部分的葡萄糖傳感的研究和開發(fā)市場。然而，酶葡萄糖傳感器的許多缺點(diǎn)阻礙了它們的進(jìn)一步發(fā)展。如易受到溫度、濕度、pH以及樣品溶液中離子的影響，且成本較高、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，限制了它的普遍應(yīng)用[3]。為了克服這些缺點(diǎn)，無酶的葡萄糖傳感器已經(jīng)得到迅速發(fā)展。

無酶葡萄糖的電極活性材料是影響電化學(xué)傳感器的關(guān)鍵性因素，鎳顆粒材料具有傳送物質(zhì)迅速、電催化活性較高以及生物相容性較好等諸多優(yōu)點(diǎn)[4]。聚谷氨酸是一種合成氨基酸聚合物，它的構(gòu)造特點(diǎn)與生物高聚物的模型很類似[5]。本文擬通過電化學(xué)沉積的方法的得到了鎳/聚谷氨酸修飾電極(Ni /PGA /GCE電極)。通過采用循環(huán)伏安法和計(jì)時(shí)-電流法考察了Ni /PGA /GCE電極對(duì)葡萄糖的電化學(xué)催化性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

電子天平(FA1004上海天平儀器廠)，移液槍(德國eppendorf)，電化學(xué)工作站CHI600A(辰華儀器有限公司)，參比電極(SCE，223型飽和甘汞電極)，輔助電極(對(duì)電極，鉑柱電極)，工作電極(谷氨酸和鎳修飾的玻碳電極)，超純水器(GenPure UV-TOC/UF)。

硫酸鎳(天津市風(fēng)船科技有限公司)，谷氨酸(Glu，上海政翔化學(xué)試劑研究所)，葡萄糖(G，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)D-果糖(F，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，抗壞血酸(Vc，華東師范大學(xué)化工廠)，鹽酸多巴胺(DA，阿拉丁)，尿酸(UA，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，L-賴氨酸(Lys，上海政翔化學(xué)試劑研究所)。

1.2 修飾電極的制備

先用少量水將麂皮拋光布潤濕，然后將玻碳電極蘸取少量0.3 μm的氧化鋁拋光粉在其上面垂直畫圈打磨，沖洗干凈后，再重復(fù)上述操作用0.05 μm的氧化鋁拋光粉進(jìn)行打磨，沖洗干凈。將打磨好的玻碳電極吹干備用。

將準(zhǔn)備好的玻碳電極，鉑絲電極和飽和甘汞電極先放入配制好的含有1 mL 0.05 mol/L的L-谷氨酸溶液和9 mL 0.1 mol/L pH值=7.0的PBS緩沖溶液的混合溶液中采用循環(huán)伏安法(-0.5～2.0V)沉積。然后將上述的三電極體系清洗干凈后放置在配制好的1 mL 0.1 mol/L的NiSO4溶液和9 mL 0.1 mol/L pH值=7.0的PBS緩沖溶液的混合溶液中采用恒電沉積法沉積。將沉積好的玻碳電極用超純水沖洗干凈，記為Ni /PGA /GCE電極備用。

2 結(jié)果與討論

2.1 Ni/PGA /GCE電極對(duì)有無葡萄糖的電化學(xué)響應(yīng)

圖1 Ni/PGA /GCE電極在無葡萄糖的NaOH溶液中

圖1是Ni /PGA /GCE電極在NaOH溶液中有無葡萄糖的循環(huán)伏安曲線圖(CVs)，其中實(shí)線a為無葡萄糖的NaOH溶液中的循環(huán)伏安曲線，虛線b為有葡萄糖的NaOH溶液中的循環(huán)伏安曲線。這是因?yàn)樵趬A性溶液中，Ni的反應(yīng)如下：

Ni +2 OH-- 2e → Ni(OH)2

Ni(OH)2+ OH--e → NiO(OH)

當(dāng)堿性溶液中加入葡萄糖溶液后，反應(yīng)如下：

NiO(OH) + glucose → Ni(OH)2+ glucolactone

該電極可在堿性條件下將葡萄糖電催化氧化成葡萄糖內(nèi)酯[6]。通過兩條曲線的還原峰的比較，Ni /PGA /GCE電極對(duì)含有葡萄糖的NaOH溶液的電化學(xué)響應(yīng)較好。

2.2 Ni /PGA /GCE電極對(duì)葡萄糖的掃速研究

圖2 (A)不同掃速下，Ni /PGA /GCE電極在NaOH溶液中的循環(huán)伏安曲線圖；(B) Ni /PGA /GCE電極的氧化峰電流與掃速之間的關(guān)系曲線圖

圖2(A)是Ni /PGA /GCE電極在不同掃速條件下的循環(huán)伏安曲線圖。掃速分別為5 mv/s、10 mv/s、20 mv/s、50 mv/s、70 mv/s、100 mv/s、120 mv/s、150 mv/s、170 mv/s、200 mv/s，由圖A可以看出，隨著掃速的不斷增大，葡萄糖在該電極PGA/Ni/GCE上的氧化峰電流越來越大。由圖B可以看出，葡萄糖在該電極Ni /PGA /GCE上的氧化峰電流與掃速的平方根兩者之間呈線性關(guān)系，這可以表明葡萄糖在修飾電極PGA/Ni/GCE表面是擴(kuò)散控制的[7]。

2.3 Ni/PGA /GCE電極對(duì)葡萄糖的電化學(xué)檢測

圖3 Ni /PGA /GCE電極的時(shí)間-電流曲線(A)；Ni /PGA /GCE電極的濃度-電流曲線(B)

圖3為PGA沉積5圈、Ni沉積60s、電位為0.4 V下，Ni /PGA/GCE電極的時(shí)間-電流曲線圖和濃度-電流曲線圖。在0.1 mol/L NaOH溶液中,依次加入不同濃度的葡萄糖溶液并伴隨著磁力攪拌。從圖A可以看出，待葡萄糖加入后，很快就達(dá)到響應(yīng)平臺(tái)，響應(yīng)呈階梯狀。從圖B可以看出，在0.001～1.000 mmol/L 之間葡萄糖的濃度與響應(yīng)電流呈線性關(guān)系，表明Ni/PGA/GCE電極對(duì)葡萄糖的檢測有較好的響應(yīng),檢出限為0.25 μmol/L(S/N=3)。

3 結(jié)論

本文通過簡單電化學(xué)沉積的方法得到了鎳/聚谷氨酸修飾電極(Ni /PGA /GCE電極)。通過循環(huán)伏安法和計(jì)時(shí)-電流法對(duì)葡萄糖的檢測性能進(jìn)行了探究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Ni /PGA /GCE電極對(duì)葡萄糖檢測的線性范圍是0.001～1.000 mmol/L，檢測限為0.25 μmol/L。