[發明專利]一種無偏壓酶促型葡萄糖光電化學傳感電極及其制備方法

在審

• 申請號: 202210208747.0
• 申請日: 2022-03-04
• 公開（公告）號: CN114460151A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 吳紹龍;于逸凡;馬露;秦琳玲;盧文祥;李孝峰
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327;G01N27/30
• 代理公司: 蘇州智品專利代理事務所(普通合伙) 32345
• 代理人: 豐葉

本發明屬光電化學領域，公開了一種無偏壓酶促型葡萄糖光電化學傳感電極及其制備方法，沿光的入射方向依次包括葡萄糖氧化酶層、金屬納米顆粒層、n型半導體薄膜層、金屬薄膜層、平面絕緣基底；金屬薄膜層與n型半導體薄膜層形成歐姆接觸；金屬納米顆粒層與n型半導體薄膜層形成肖特基接觸；所述的金屬薄膜層、n型半導體薄膜層和金屬納米顆粒層之間形成光學諧振腔。光源照射傳感電極時，金屬納米顆粒層和n型半導體薄膜層均能產生有效光吸收，分別產生熱電子空穴對和光生電子空穴對；在肖特基結的作用下，熱空穴和光生空穴經過葡萄糖酶的催化作用轉移至葡萄糖分子；通過監測光電流的變化，實現葡萄糖濃度的檢測。

技術領域

本發明屬光電化學領域，涉及一種葡萄糖的光電化學傳感電極及其制備方法。

背景技術

糖尿病是一種常見病，檢測血、尿中葡萄糖含量是診斷糖尿病不可缺少的手段。葡萄糖的主要檢測方法有光譜法、質譜法、電化學法和光電化學法。其中，光電化學傳感是近年來發展起來的一種檢測方法。光電化學傳感器是一種基于光電極的光電化學響應對目標物進行分析的裝置。當引入有效光照時，光電極吸收光子而形成光生電子與空穴，由于光生電子與空穴參與目標物或背景液中其他物質的化學發生，引起光電流或光電壓變化。當目標分析物的濃度發生變化時，光電流或光電壓呈現出規律性變化。光電化學傳感器也被認為是一種改進型的電化學傳感器，不僅具有傳統電化學傳感器的特點(如：響應速度快、傳感靈敏度高)，而且由于激勵信號與檢測信號分離使得器件在背景噪聲、最低檢測限和操作便捷性等方面相較于傳統電化學傳感器具有顯著提高，因此受到了廣泛的關注。然而，目前的光電化學傳感器檢測葡萄糖時存在最低檢測限偏高、可檢測濃度范圍較小、需外加工作電壓等不足(如：W.K.Yang等,ACS Appl.Nano Mater.,2020，3(3)，2723–2732)。

發明內容

本發明為解決現有技術中葡萄糖光電化學傳感系統需外加工作電壓、最低檢測限較高、可檢測濃度范圍小的問題，提供了一種無偏壓酶促型葡萄糖光電化學傳感電極及其制備方法。

采用的技術方案如下：

一種無偏壓酶促型葡萄糖光電化學傳感電極，所述葡萄糖光電化學傳感電極為復合層式結構，其特征在于：沿著入射光的入射方向依次包括葡萄糖氧化酶層、金屬納米顆粒層、n型半導體薄膜層、金屬薄膜層、平面絕緣基底；所述的金屬薄膜層同時用作所述葡萄糖光電化學傳感電極的背導電層和光反射層；金屬薄膜層中的部分金屬元素摻雜入所述n型半導體薄膜層，并與所述金屬薄膜層之間形成歐姆接觸；所述的金屬薄膜層、n型半導體薄膜層和金屬納米顆粒層之間形成光學諧振腔；其中，n型半導體薄膜層對入射光形成帶間吸收，產生光生電子空穴對；金屬納米顆粒層對入射光形成帶內吸收，產生熱電子空穴與熱空穴對；所述金屬納米顆粒層與所述的n型半導體薄膜層形成肖特基接觸，其中金屬納米顆粒層吸光而產生的部分熱電子注入至所述n型半導體薄膜層中；所述的葡萄糖氧化酶層修飾于所述金屬納米顆粒層表面。

上述方案中的金屬薄膜層、n型半導體薄膜層和金屬納米顆粒層之間形成光學諧振腔，可增強n型半導體薄膜層和金屬納米顆粒層的光吸收能力；所述的葡萄糖氧化酶層修飾于所述金屬納米顆粒層表面，用于對葡萄糖分子識別性和活性催化；所述的n型半導體薄膜層以金屬薄膜層為基底通過物理或化學法沉積得到。在沉積所述的金屬納米顆粒層之前，對所述n型半導體薄膜層進行熱處理，熱處理過程中，金屬薄膜層中的部分金屬元素摻雜入所述n型半導體薄膜層，可提高n型半導體薄膜層的電導率，同時使得n型半導體薄膜層與金屬薄膜層形成歐姆接觸。在使用本方案的無偏壓酶促型葡萄糖光電化學傳感電極時，將所述金屬薄膜層通過外置導線連依次連接電流計、對電極，當激發光照至工作電極表面時，電流計上的電流大小呈現出與待測葡萄糖濃度成正相關的特性，從而實現葡萄糖濃度監測。

優選地，所述的金屬納米顆粒層中的納米顆粒直徑為5～100nm，呈現為非連續、無規律地空間分布，納米顆粒材質為金、銀、銅、鉑中的任意一種或多種的混合。