一種氧化亞銅薄膜基無(wú)酶-氧靈敏的葡萄糖光電化學(xué)傳感器的構(gòu)建方法和檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于儀器分析測(cè)試領(lǐng)域，具體是一種用于葡萄糖檢測(cè)的光電化學(xué)傳感器的構(gòu)建方法和檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在臨床診斷學(xué)，葡萄糖是一種重要的分析物，因?yàn)槠涓邼舛饶軌驅(qū)е绿悄虿〉陌l(fā)生。目前，各種相關(guān)技術(shù)例如:紅外光譜法、熒光光譜法以及光聲光譜法；表面等離子體共振生物傳感器；電容檢測(cè)法；電致化學(xué)發(fā)光法；色度法；以及毛細(xì)管電泳法已被用于葡萄糖的檢測(cè)。這些方法通常需要較貴的儀器設(shè)備和較復(fù)雜的試樣處理。
[0003]相比較上述分析技術(shù)，酶基電化學(xué)傳感器顯示出高選擇性和高靈敏度，但是其穩(wěn)定性差，因?yàn)槠咸烟茄趸敢资躊H值、濕度、溫度、離子型去垢劑等物質(zhì)的影響。為了解決這些問題，近幾年來(lái)基于葡萄糖直接氧化的非酶電化學(xué)傳感器得了分析科學(xué)家的關(guān)注。目前已有基于鉑、金、銅、鉑-鉛、鉑-碲等納米粒子用于有效無(wú)酶葡萄糖傳感器的構(gòu)建。然而，這些傳感器具有高成本、選擇性差和不穩(wěn)定等缺陷，不適合實(shí)際樣品的檢測(cè)。此外，基于納米氧化鎳、四氧化三鈷、二氧化錳、二氧化釕、氧化鐵、氧化銅以及氧化亞銅的非酶葡萄糖電化學(xué)傳感器也有廣泛地報(bào)道。因?yàn)樯鲜霾牧暇哂械统杀?、高穩(wěn)定性以及多電子氧化效應(yīng)等特點(diǎn)。
[0004]相比較電化學(xué)傳感器，光電化學(xué)傳感器具有更高的靈敏度，因?yàn)槠溆煞蛛x的光源和電化學(xué)工作站組合而成，其測(cè)量的是光電流，且該光電流具有信號(hào)背景底等特點(diǎn)。最近，鞠課題組基于葡萄糖氧化酶修飾納米碲化鎘構(gòu)建了一種氧靈敏的葡萄糖光電化學(xué)傳感器。為了解決葡萄糖氧化酶自身不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，董課題組發(fā)展了納米金/鉑-二氧化鈦基非酶光電化學(xué)傳感器檢測(cè)葡萄糖。然而，這一策略需要昂貴的金/鉑納米粒子和冗長(zhǎng)的修飾電極步驟。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種制備單一、環(huán)境友好、成本低廉的氧化亞銅基無(wú)酶光電化學(xué)葡萄糖傳感器的構(gòu)建方法
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種使用上述氧化亞銅基無(wú)酶光電化學(xué)葡萄糖傳感器進(jìn)行葡萄糖檢測(cè)的檢測(cè)方法。
[0007]技術(shù)方案:本發(fā)明所述氧化亞銅薄膜基無(wú)酶-氧靈敏的葡萄糖光電化學(xué)傳感器的構(gòu)建方法，包括如下步驟:
[0008](I)對(duì)ITO導(dǎo)電玻璃進(jìn)行清洗、沖洗操作并在室溫下晾干；
[0009](2)將步驟(I)處理后的ITO導(dǎo)電玻璃作為工作電極、鉑絲作為對(duì)電極，銀/氯化銀電極作為參比電極，將三電極插入含有0.02?0.08mol L—1硫酸銅和0.05?0.2mol L檸檬酸鈉的氫氧化鈉溶液中，調(diào)整pH值為10?12 ;
[0010](3)在沉積溫度為50?70°C，沉積電位為-0.3?-0.5V的條件下，電沉積15?30分鐘，在ITO導(dǎo)電玻璃表面形成氧化亞銅薄膜；
[0011](4)將步驟(3)中制備好的氧化亞銅薄膜用純水潤(rùn)洗表面的殘余溶液，并在100°C條件下干燥I小時(shí)，形成穩(wěn)定的氧化亞銅薄膜基光陰極。
[0012]本發(fā)明中，所述ITO導(dǎo)電玻璃的尺寸為I厘米X4厘米，步驟(I)中所述ITO導(dǎo)電玻璃的清洗方法為:將所述ITO導(dǎo)電玻璃在含有l(wèi)mol L—1氫氧化鈉和0.6%過氧化氫的清洗液中進(jìn)行清洗。
[0013]步驟(I)中所述ITO導(dǎo)電玻璃的沖洗方法為:將清洗后的ITO導(dǎo)電玻璃依次使用丙酮和超純水進(jìn)行沖洗。
[0014]優(yōu)選地，步驟(2)中，通過調(diào)整溶液中氫氧化鈉的濃度，調(diào)整溶液的pH值為11。
[0015]本發(fā)明所述的氧化亞銅薄膜基無(wú)酶-氧靈敏的葡萄糖光電化學(xué)傳感器的檢測(cè)方法，包括如下步驟:
[0016](I)將獲得的氧化亞銅薄膜基光陰極的ITO導(dǎo)電玻璃作為工作電極、鉑絲作為對(duì)電極，銀/氯化銀電極作為參比電極，將三電極插入含有一定濃度葡萄糖的0.05?0.2molL1的氫氧化鈉溶液中；
[0017](2)采用步驟(I)中的三電極體系，在0.3?0.8V的條件下，對(duì)葡萄糖預(yù)氧化4?12秒；
[0018](3)采用時(shí)間-電流測(cè)試技術(shù)，偏電位為-0.1?-0.3V，在模擬太陽(yáng)光的照射下進(jìn)行光電信號(hào)檢測(cè)。
[0019]檢測(cè)結(jié)果顯示，隨著葡萄糖濃度的增大，光電流成下降趨勢(shì)，并在一定濃度范圍內(nèi)成線性關(guān)系。
[0020]本發(fā)明的反應(yīng)歷程如下:
[0021]Cu20+0H>H20 — Cu (OH) 2+丨(I)
[0022]Cu (OH) 2+0?！?CuOOH+H 20+丨(2)
[0023]CuOOH+Glucose — Cu (OH) 2+Glucolactone (3)
[0024]Glucolactone+OH-— Gluconic acid (4)
[0025]Cu (OH) 2+H20+e-— Cu 20+0F (5)
[0026]02+e-— 0 2.(6)
[0027]葡萄糖濃度的增加，導(dǎo)致溶解氧濃度的下降，進(jìn)而導(dǎo)致氧化亞銅基光陰極電流下降，基于這一原理檢測(cè)實(shí)際樣品中的葡萄糖濃度。
[0028]有益效果:(I)本發(fā)明氧化亞銅薄膜基無(wú)酶-氧靈敏的葡萄糖光電化學(xué)傳感器的構(gòu)建方法基于光激發(fā)下的光電流檢測(cè)，檢測(cè)信號(hào)背景低，不需要較貴的儀器設(shè)備和較復(fù)雜的試樣處理，即可具有更高的檢測(cè)靈敏度和穩(wěn)定性；同時(shí)無(wú)需酶修飾電極，具有成本低，易制作，效率高的優(yōu)點(diǎn)；(2)本發(fā)明的氧化亞銅基無(wú)酶光電化學(xué)葡萄糖傳感器與非酶貴金屬基葡萄糖電化學(xué)傳感器如:基于鉑、金、銅、鉑-鉛、鉑-碲等納米粒子的無(wú)酶葡萄糖傳感器相比，其具有成本低、選擇性好及穩(wěn)定性好等特點(diǎn)；(3)本發(fā)明的氧化亞銅基無(wú)酶光電化學(xué)葡萄糖傳感器實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示具有線性范圍寬(0.5-100 μ mol L—1和0.5-6mmol廠1)、檢出限低(0.3μπιΟ1 L—1)、環(huán)境友好等特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為本發(fā)明氧化亞銅薄膜基無(wú)酶-氧靈敏的葡萄糖光電化學(xué)傳感器的電極反應(yīng)示意圖；
[0030]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制得的氧化亞銅薄膜的低分辨㈧和高分辨⑶電鏡圖；
[0031]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制得的氧化亞銅薄膜的X-射線衍射(A)和紫外-可見漫反射光譜⑶圖；
[0032]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1制得的氧化亞銅薄膜的高分辨X-射線光電子能譜Cu2p (A)和 O Is(B)；
[0033]圖5為本發(fā)明氧化亞銅薄膜基無(wú)酶-氧靈敏的葡萄糖光電化學(xué)傳感器隨葡萄糖濃度變化的光電流曲線㈧和其定量曲線⑶；
[0034]圖6為實(shí)際樣品中可能存在的多巴胺、抗壞血酸、尿酸、氯化鈉及其混合物對(duì)發(fā)明氧化亞銅薄膜基無(wú)酶-氧靈敏的葡萄糖光電化學(xué)傳感器檢測(cè)的影響。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面通過附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。
[0036]實(shí)施例1:一種氧化亞銅薄膜基無(wú)酶-氧靈敏的葡萄糖光電化學(xué)傳感器的構(gòu)建方法，包括如下步驟:
[0037](I)將ITO導(dǎo)電玻璃切成I厘米X4厘米尺寸，在含有Imol L—1氫氧化鈉和0.6%過氧化氫的清洗液中進(jìn)行清洗，清洗后依次使用丙酮和超純水進(jìn)行沖洗并在室溫下晾干；
[0038](2)將步驟(I)處理后的ITO導(dǎo)電玻璃作為工作電極、鉑絲作為對(duì)電極，銀/氯化銀電極作為參比電極，將三電極插入含有0.05mol Γ1硫酸銅和0.1mol I/1檸檬酸鈉的氫氧化鈉溶液中，調(diào)整溶液中氫氧化鈉的濃度，使溶液pH值為11 ;
[0039](3)在沉積溫度為50°C?70°C，沉積電位為-0.3V?-0.5V的條件下，電沉積20分鐘，在ITO導(dǎo)電玻璃表面形成氧化亞銅薄膜；
[0040](4)將步驟(3)中制備好的氧化亞銅薄膜用水潤(rùn)洗表面的殘余溶液，并在100°C條件下干燥I小時(shí)，形成穩(wěn)定的氧化亞銅薄膜基光陰極。
[0041]圖2為本實(shí)施例中氧化亞銅的低分辨㈧和高分辨⑶電鏡圖，從圖㈧可以看出ITO導(dǎo)電玻璃上形成均勻的薄膜，均勻的薄膜材料有助于提高葡萄糖的催化氧化性能，能夠保證光陰極的穩(wěn)定性；從圖(B)可以清晰看出，規(guī)則的立方體氧化亞銅的尺寸為800nm。
[0042]圖3為本實(shí)施例中氧化亞銅的X-射線衍射(A)和紫外-可見漫反射光譜(B)圖，從圖(A)可以看出氧化亞銅主要沿著〈111〉晶面生長(zhǎng)，所有衍射峰可索引為(JCPDS卡片n0.78-2076)，沒出現(xiàn)雜質(zhì)衍射峰，表明制備了高純的氧化亞銅晶體；從圖(B)可以看出氧化亞銅在200-800nm范圍內(nèi)有很好的吸收，其有助于提高光電轉(zhuǎn)化效率從而提高光電化學(xué)檢測(cè)靈敏度，其最大吸收波長(zhǎng)為568nm，對(duì)應(yīng)的帶隙值為2.18eV，再次證明成功地合成了氧化亞銅。
[0043]圖4為本實(shí)施例中氧化亞銅的高分辨X-射線光電子能譜㈧Cu 2p和(B)O Is。從圖(A)可以看出銅相關(guān)峰型成對(duì)稱結(jié)構(gòu)，且Cu 2p3/2峰位對(duì)應(yīng)的結(jié)合能為932.6eV，其可歸結(jié)為氧化亞銅里的I價(jià)銅，同比O Is的結(jié)合能為530.4eV，其可歸結(jié)為氧化亞銅里的氧狀態(tài)，又一次成