一种基于疏水基底的无酶葡萄糖传感器及其制备方法和应用

本发明属于葡萄糖检测领域，具体涉及一种基于疏水基底的无酶葡萄糖传感器及其制备方法和应用。

背景技术：

1、糖尿病是一种严重威胁人们健康的慢性疾病，全世界已有超过5.37亿患者，每年要夺走150多万人的生命，并且患者人数仍在不断增加。当血糖水平低于或高于3.3至7.8mmol/l的范围时，就必须预防糖尿病引发的紧急情况。因此，为了让糖尿病患者更好地控制病情，开发快速、精确的血糖监测方法是非常重要的。虽然凭借高的选择性和灵敏度，酶基的电化学葡萄糖传感器已经获得了广泛的研究和应用，但是生物酶的不稳定性容易受到诸如温度、ph和离子等因素的影响，从而阻碍了酶生物传感器的稳定性和范围。

2、基于贵金属、金属合金、金属氧化物和碳相关材料的非酶葡萄糖传感器比酶传感器有更长的使用寿命，因此受到了人们的关注，并且也在高性能的电催化剂制备上付出了巨大的努力，获得了多种具有高检测性能的无酶葡萄糖传感器。但是，由于在电化学葡萄糖氧化过程中会消耗大量的oh-，无酶检测葡萄糖检测往往需要在强碱性溶液才能获得理想的灵敏度和线性检测范围。虽然，已有技术通过在检测区域裂解水实现oh-浓度的提高，但是氢气泡的产生(附着电极表面)和过大的能耗(高的电解电位)降低了该方法的准确性和实用性。

技术实现思路

1、现有方法是开发具有大比表面积的电极，以实现在近中性检测条件下的检测性能，但是由于oh-的缺乏，检测的灵敏度偏低；另外依赖水裂解，通过h+还原产生h2来提高检测区域ph，为无酶检测的顺利进行提供足够的oh-。主要问题是会在电极表面附着不定量的气泡，导致检测面积的改变进而使检测结果准确性和重现性降低，其次裂解水所需电位较高，会大幅提升检测过程的能耗，降低实际使用的经济性。

2、(1)首先，在疏水基底表面修饰具有氧气还原性能和葡萄糖检测性能的电催化剂；(2)随后，利用疏水基底的疏水性能，在其接触水溶液时在多孔基底的空腔缝隙中捕获大量的空气；(3)最后，对电极施加负电位将空气中的氧气还原为oh-，随后施加一个正电位进行葡萄糖检测，实现对葡萄糖的高效检测。

3、本发明的目的在于(1)摆脱现有无酶检测中对检测溶液强碱环境的依赖；(2)避免裂解水对检测溶液的影响和h2的产生，提高检测的准确性和重现性。

4、为了解决上述存在的技术问题，本申请提供如下技术方案：

5、本发明提供一种基于疏水基底的无酶葡萄糖传感器的制备方法，包括如下步骤：

6、s1：制备疏水基底；

7、所述疏水基底选自ptfe(聚四氟乙烯)涂层的碳布、碳纤维、ptfe(聚四氟乙烯)多孔薄膜、pe(聚乙烯)疏水薄膜、pvdf(聚偏氟乙烯)多孔疏水薄膜或低表面能修饰材料；

8、所述低表面能修饰材料由多孔或阵列材料浸泡于含有低表面能材料的有机溶液中得到；所述多孔或阵列材料选自tio2纳米线阵列、石墨烯阵列、亲水碳纤维、亲水pvdf多孔薄膜或亲水pe多孔薄膜；

9、s2：向所述疏水基底的表面修饰氧还原催化剂和葡萄糖氧化催化剂，得到所述基于疏水基底的无酶葡萄糖传感器；

10、所述氧还原催化剂选自fe、pt、co、ni或cu，所述葡萄糖氧化催化剂选自pt、au、pd、cu、co、ni、cuo、co3o4或合金；所述合金选自ni-co、pt-cu或pd-co。

11、优选的，所述步骤s1中，具有疏水表面的基底与水的接触角为大于130°。

12、优选的，所述低表面能材料选自pdms(聚二甲基硅烷)、全氟辛基三氯硅烷或十八烷基三氯硅烷。

13、优选的，所述有机溶液为甲苯。

14、优选的，所述步骤s1中，浸泡的时间为25-35min。

15、优选的，所述步骤s1中，浸泡后进行干燥。

16、进一步地，所述干燥的温度为100-180℃，时间为0.5-2.5h。

17、优选的，所述步骤s2中，修饰的方法为电沉积、pvd(物理气相沉积)或溶胶-凝胶法。

18、优选的，所述步骤s2中，氧还原催化剂和葡萄糖氧化催化剂的沉积位置可以重叠(相互接触)，也可以以非接触相互交错的方式。

19、本发明还提供上述制备方法制备得到的基于疏水基底的无酶葡萄糖传感器。

20、本发明还提供上述基于疏水基底的无酶葡萄糖传感器在葡萄糖检测中的应用，包括如下步骤：采用三电极体系，所述无酶葡萄糖电极作为工作电极，铂丝作为对电极，ag/agcl作为参比电极，进行阶跃电位法的葡萄糖检测；所述葡萄糖检测时，于-0.8至-0.4v(vs.ag/agcl)下20s，再于+0.4至+0.7v下15s，记录正电位时的电流信号。

21、本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：

22、1、可以实现在各种ph溶液环境下的葡萄糖检测，减少了对溶液高oh-浓度的依赖；

23、2、氧还原反应可以在较低的还原电位下进行，为传感器的低能耗使用提供了方便。

技术特征：

1.一种基于疏水基底的无酶葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，具有疏水表面的基底与水的接触角大于130°。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述低表面能材料选自pdms、全氟辛基三氯硅烷或十八烷基三氯硅烷。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶液为甲苯。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，浸泡的时间为25-35min。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，浸泡后进行干燥。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为100-180℃，时间为0.5-2.5h。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，修饰的方法为电沉积、pvd或溶胶-凝胶法。

9.一种权利要求1-8中任一项所述制备方法制备得到的基于疏水基底的无酶葡萄糖传感器。

10.权利要求9所述基于疏水基底的无酶葡萄糖传感器在葡萄糖检测中的应用，其特征在于，包括如下步骤：采用三电极体系，所述无酶葡萄糖电极作为工作电极，铂丝作为对电极，ag/agcl作为参比电极，进行阶跃电位法的葡萄糖检测；所述葡萄糖检测时，于-0.8至-0.4v下20s，再于+0.4至+0.7v下15s，记录正电位时的电流信号。

技术总结
本发明属于葡萄糖检测领域，具体涉及一种基于疏水基底的无酶葡萄糖传感器及其制备方法和应用。本发明的目的是摆脱现有无酶检测中对检测溶液强碱环境的依赖；避免裂解水对检测溶液的影响和H<subgt;2</subgt;的产生，提高检测的准确性和重现性。本发明可以实现在各种pH溶液环境下的葡萄糖检测，减少了对溶液高OH<supgt;‑</supgt;浓度的依赖；氧还原反应可以在较低的还原电位下进行，为传感器的低能耗使用提供了方便。

技术研发人员：张军,封心建
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15