一种葡萄糖传感电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于电化学领域，尤其涉及一种葡萄糖传感电极及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的葡萄糖传感电极包括：导电玻璃层；复合在导电玻璃层表面的Cu2O层；复合在Cu2O层表面的Cu‑BTC金属有机骨架材料。本发明专利技术提供的葡萄糖传感电极具有较高的光电转化效率。本发明专利技术还提供了一种葡萄糖光电化学检测方法，将所制备的葡萄糖传感电极应用于葡萄糖的光电化学检测可有效提高葡萄糖检测的灵敏度，拓宽葡萄糖检测的线性区间，并且可以实现较低的检出限。实验结果表明：以本发明专利技术提供的葡萄糖传感电极作为工作电极对样品进行葡萄糖检测时，检测灵敏度可达4.029μA/μM，线性区间拓宽为0.1～150μM，检出限可低至为0.06μM。

【技术实现步骤摘要】
一种葡萄糖传感电极及其制备方法和应用
本专利技术属于电化学领域，尤其涉及一种葡萄糖传感电极及其制备方法和应用。
技术介绍
据国际糖尿病联合会(IDF)统计，2015年全球有4.15亿糖尿病患者，即平均每11人中就有一名患者，并预计到2040年患病人次将继续增长至6.42亿。尤其是在中低收入的发展中国家和地区，这一增长趋势更加明显。持续的高血糖会损害人体的各种组织、脏器，如造成心血管疾病、肾功能衰竭、截肢、失明等。资料显示，糖尿病及其并发症的致死人数甚至超过了艾滋病、结核病、疟疾的总和。遏制糖尿病的全球蔓延已经成为21世纪的一个重要课题。血糖监测是控制和预防糖尿病的一个重要环节。作为一种常用的葡萄糖检测方法之一，电化学检测方法相比其他方法(如比色法，色谱法等)具有仪器简单，选择性高，响应快速，灵敏度高等优点。根据电极传感材料的不同，可分为含酶和无酶传感电极两大类。值得指出的是，基于过渡金属氧化物(如铁、钴、镍、铜等氧化物)的电极材料近年来受到研究人员广泛的关注。这一类无酶且不含贵金属的葡萄糖传感电极既保持了良好的葡萄糖检测选择性和灵敏度，同时又避免了酶在特定温度或pH条件下易失活的不足。另外，过渡金属材料价格低廉，原料丰富易得，有着很好的应用前景。如四川大学XiaoDan等人利用电纺丝技术在FTO玻璃上承载CuO纳米纤维，其葡萄糖检测的灵敏度为873μA/mM·cm2，检测区间在0.2μM～1.3mM(LiuG,ZhengB,JiangY,etal.ImprovementofsensitiveCuONFs–ITOnonenzymaticglucosesensorbasedoninsituelectrospunfiber[J].Talanta,2012,101:24-31.)。该材料抗干扰性良好且具有超低的检出限(低至40nM)，但是检测灵敏度仍有待提高。又如中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所的FengXinjian等人在JournalofMaterialsChemistryB杂志上报道了一种利用电化学方法沉积在FTO玻璃上的Cu/Cu2O复合电极材料，这种材料对葡萄糖检测具有较好的灵敏度(1434.12mA/cm2·mM)和选择性，检出限为1.6μM(S/N＝3)，线性范围最高可至40mM(ChengX,ZhangJ,ChangH,etal.HighperformanceCu/Cu2Onanohybridelectrocatalystfornonenzymaticglucosedetection[J].JournalofMaterialsChemistryB,2016,4(27):4652-4656.)。在这项工作中，虽然材料表现出了较高的检测灵敏度，但是检出限远低于前者。这意味着在相同浓度的血糖检测条件下，后者可能需要使用更多的血清样品。因此，为了微量、快速、准确的检测血糖浓度，需要一种既有良好灵敏度、抗干扰性和稳定性，同时又有较低检测限的葡萄糖传感电极。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种葡萄糖传感电极及其制备方法和应用，本专利技术提供的葡萄糖传感电极具有较高的光电转化效率，将其应用于葡萄糖的检测可有效提高葡萄糖检测的灵敏度，拓宽葡萄糖检测的线性区间，并且可以实现较低的检出限。本专利技术提供了一种葡萄糖传感电极，包括：导电玻璃层；复合在所述导电玻璃层表面的Cu2O层；复合在所述Cu2O层表面的Cu-BTC金属有机骨架材料。优选的，所述Cu2O层的厚度为1～4μm。优选的，所述Cu-BTC金属有机骨架材料为柱状颗粒，柱状颗粒的长度为50～200nm。优选的，所述导电玻璃层为ITO导电玻璃层。本专利技术提供了一种上述技术方案所述葡萄糖传感电极的制备方法，包括以下步骤：a)、提供Cu2O薄膜电极，所述Cu2O薄膜电极包括导电玻璃层和复合在所述导电玻璃层表面的Cu2O层；b)、将所述Cu2O薄膜电极浸在均苯三甲酸溶液中进行反应，得到葡萄糖传感电极材料。优选的，步骤b)中，所述反应的温度为60～80℃；所述反应的时间为20～80min。优选的，步骤b)中，所述均苯三甲酸溶液的浓度为0.01～0.02mol/L。优选的，步骤a)中，所述Cu2O薄膜电极按照以下方法制备得到：I)、将铜盐、络合剂和水混合后调节pH值至9.3～12.3，得到电解液；II)、以导电玻璃衬底作为工作电极在所述电解液中进行电沉积，得到Cu2O薄膜电极。优选的，步骤II)中，所述电沉积的温度为55～70℃；所述电沉积的电位为-0.25～0.55V；所述电沉积的时间为20～90min。本专利技术提供了一种葡萄糖的检测方法，包括以下步骤：1)、向电解液中加入葡萄糖测试液，在可见光照射下以上述技术方案所述的电极作为工作电极对加入葡萄糖测试液的电解液进行电化学检测，获得电化学信号；2)、根据所述电化学信号计算得到所述葡萄糖测试液中的葡萄糖含量。与现有技术相比，本专利技术提供了一种葡萄糖传感电极及其制备方法和应用。本专利技术提供的葡萄糖传感电极包括：导电玻璃层；复合在所述导电玻璃层表面的Cu2O层；复合在所述Cu2O层表面的Cu-BTC金属有机骨架材料。本专利技术提供的葡萄糖传感电极具有较高的光电转化效率，将其应用于葡萄糖的光电化学检测可有效提高葡萄糖检测的灵敏度，拓宽葡萄糖检测的线性区间，并且可以实现较低的检出限。实验结果表明：以本专利技术提供的葡萄糖传感电极作为工作电极对样品进行葡萄糖检测时，检测灵敏度可达4.029μA/μM，线性区间拓宽为0.1～150μM，检出限可低至为0.06μM。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1制备的Cu2O薄膜电极的正面(a)和侧面(b)以及所制备的Cu2O/Cu-BTC复合葡萄糖传感电极的正面(c)和侧面(d)的扫描电子显微镜(SEM)照片；图2为本专利技术实施例1制备的Cu2O薄膜电极以及Cu2O/Cu-BTC复合葡萄糖传感电极的X射线粉末衍射(XRD)谱图；图3为本专利技术实施例1制备的Cu2O薄膜电极以及Cu2O/Cu-BTC复合葡萄糖传感电极的光电化学测试的电流-时间(i-t)曲线；图4为本专利技术实施例2提供的光电化学葡萄糖检测的实验装置示意图；图5为本专利技术实施例2提供的Cu2O/Cu-BTC复合葡萄糖传感电极分别在黑暗和可见光光照条件下对葡萄糖的安培响应曲线(a)及相应的工作曲线(b)；图6为本专利技术对比例提供的Cu2O薄膜电极分别在黑暗和可见光光照条件下对葡萄糖的安培响应曲线(a)及相应的工作曲线(b)；图7为本专利技术实施例3提供的四种Cu2O/Cu-BTC复合葡萄糖传感电极的光电化学测试的电流-时间(i-t)曲线；图8为本专利技术实施例4提供的Cu2O/Cu-BTC复合葡萄糖传感电极(Cu2O/Cu-BTC60min)在可见光光照条件下的葡萄糖光电化学检测工作曲线；图9为本专利技术实施例4提供的Cu2O/Cu-BTC复合葡萄糖传感电极(Cu2O/Cu-BTC40min)在可见光光照条件下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种葡萄糖传感电极，包括：导电玻璃层；复合在所述导电玻璃层表面的Cu2O层；复合在所述Cu2O层表面的Cu‑BTC金属有机骨架材料。

【技术特征摘要】
1.一种葡萄糖传感电极，包括：导电玻璃层；复合在所述导电玻璃层表面的Cu2O层；复合在所述Cu2O层表面的Cu-BTC金属有机骨架材料。2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述Cu2O层的厚度为1～4μm。3.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述Cu-BTC金属有机骨架材料为柱状颗粒，柱状颗粒的长度为50～200nm。4.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述导电玻璃层为ITO导电玻璃层。5.一种权利要求1所述葡萄糖传感电极的制备方法，包括以下步骤：a)、提供Cu2O薄膜电极，所述Cu2O薄膜电极包括导电玻璃层和复合在所述导电玻璃层表面的Cu2O层；b)、将所述Cu2O薄膜电极浸在均苯三甲酸溶液中进行反应，得到葡萄糖传感电极材料。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中，所述反应的温度为60～80℃；所述反应的时间为20～80min。7.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊宇杰，吴思凯，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34