[發明專利]鈦基底上多孔鎳-銅氧化物納米線陣列無酶葡萄糖傳感器電極

有效

• 申請號: 201110321626.9
• 申請日: 2011-10-21
• 公開（公告）號: CN102507692A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 黃新堂;丁瑞敏;劉金平
• 申請（專利權）人: 華中師范大學
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張安國;伍見

技術領域

本發明涉及無酶葡萄糖傳感器電極，具體為一種鈦基底上鎳-銅氧物化納米顆粒交疊組裝的多孔納米線陣列無酶葡萄糖傳感器電極。屬于生物、醫學、分析化學、電子儀器、電子信息等領域，主要用于生物、臨床醫學、化學、化工等類產品的電化學分析儀器中。

背景技術

在普通的電化學葡萄糖探測電極上，需要用殼聚糖或者Nafion將起電化學反應作用的葡萄糖氧化酶固定在電極上。由于葡萄糖氧化酶價格昂貴，不易保存，必須低溫冷藏，容易失活，如果保存不當，葡萄糖氧化酶就會失去催化活性，失去葡萄糖濃度探測的作用，因此，這種電極的廉價、方便和普及使用就存在著難以克服的困難；同時，固定葡萄糖氧化酶的殼聚糖或者Nafion都有微溶于水的性質，于是，起電化學反應作用的葡萄糖氧化酶就會隨著殼聚糖或者Nafion慢慢溶于水，即長時間或者多次的使用，電極上的葡萄糖氧化酶就會變得越來越少，其電化學性能就會越來越差。為了克服這些困難，本發明提出一種鈦基底上鎳-銅氧化物納米顆粒交疊組裝的多孔納米線陣列無酶葡萄糖傳感器電極。該無酶葡萄糖傳感器電極的主要優點在于：其一，由于傳感器電極不需要葡萄糖氧化酶，所以該傳感器不存在“保存困難”和“失活”的問題，同時其成本大大降低。其二，在電極制備過程中由于不需要殼聚糖或者Nafion等粘結劑，所以探測材料不存在越來越少的問題，其多次使用的穩定性非常高。其三，該電極的制備方法簡單方便、易于批量生產。其四，由于電極材料的多孔納米線陣列結構，其葡萄糖探測的極限0.1μM、靈敏度高(1600μAmM^-1cm^-2)、線性范圍0.1～1200μM、選擇性好，抗干擾能力強，對于0.03mM的尿酸和0.01mM的抗壞血酸其響應電流分別只有0.1mM的葡萄糖溶液的4.2％和2.9％，正常人體血液中葡萄糖與尿酸和抗壞血酸含量的比在30∶1以下水平、響應快，小于5秒。

發明內容

本發明的目的是通過納米技術實現NiO和CuO在具有電化學穩定性和生物相容性的鈦基底上均勻、可控和納米結構生長，得到一種性價比高和通用性強的NiO和CuO納米顆粒組裝的多孔納米線陣列葡萄糖無酶傳感器電極，服務于人體血糖的快速準確檢測，簡單、方便、廉價。

本發明的發明原理是：應用水熱方法，以二水氯化銅(CuCl₂·2H₂O)，六水氯化鎳(NiCl₂·6H₂O)和尿素為原料，在具有電化學穩定性和生物相容性的鈦基底上制備電極材料的前驅體(Ni，Cu)₂(OH)₂CO₃納米線陣列；然后將前驅體納米線陣列薄膜在空氣中退火(化學反應式為：(Ni，Cu)₂(OH)₂CO₃→NiO+CuO+CO₂+H₂O)，得到具有葡萄糖電化學探測能力的NiO和CuO納米顆粒組裝的多孔納米線陣列葡萄糖無酶傳感器電極，納米孔的形成是由于CO₂氣體的揮發所致。該無酶葡萄糖傳感器的工作原理是，首先NiO中的二價鎳在堿性溶液中氧化成三價鎳，又由于溶液中存在的葡萄糖的還原作用，使得三價鎳還原成為二價鎳，從而可以探測到電化學過程溶液中葡萄糖的存在及其含量(化學反應式為：NiO+OH^-→NiO(OH)+e^-，NiO(OH)+葡萄糖→Ni(OH)₂+葡萄糖內酯)。

本發明的關鍵是，對在具有電化學穩定性和生物相容性的鈦基底上得到的前驅體納米線陣列在空氣中原位退火，可以實現鈦基底上NiO和CuO納米顆粒交叉組裝的多孔納米線陣列薄膜。這一原位退火的關鍵技術，可以達到同時保障傳感器的整體均勻性、納米顆粒的形成、納米孔洞的形成和大的比表面積以及葡萄糖探測高靈敏度的目的。

實現本發明的目的方案是：

一種無酶葡萄糖傳感器電極，其特征在于，該電極為鈦基底上鎳-銅氧物化納米顆粒交疊組裝的多孔納米線陣列構成，其單根納米線頂端直徑20±1納米，長度2±0.2微米，垂直、均勻、致密地分布在鈦金屬表面，呈現陣列；單根納米線由5±0.2納米的氧化銅和氧化鎳納米顆粒交叉疊組裝而成，納米線中具有5±0.2納米的納米孔均勻分布。