基于磷修飾金納米粒子的葡萄糖無酶電化學(xué)傳感器檢測

基于磷修飾金納米粒子的葡萄糖無酶電化學(xué)傳感器檢測

葡萄糖的電氧化是脫氫過程。一個葡萄糖分子完全氧化為葡萄糖，24個電子轉(zhuǎn)移，具有很高的比能量。它可以用于生態(tài)友好型生物電池和下一代綠色能源[1.4]。此外，葡萄糖是動植物和微生物代謝過程中非常重要的單糖分子。葡萄糖的分析和檢測對人類健康疾病的診斷、治療和控制具有重要意義。因此，葡萄糖傳感器的研究是化學(xué)和生物傳感器研究的熱點之一。目前，葡萄糖電壓計主要分為兩類：無酶和陰性。雖然葡萄糖電壓計具有良好的選擇性和靈活性，但在使用葡萄糖傳感器時存在許多缺點。例如，由于葡萄糖價格高，活性容易隨著時間的推移而降低，并且對溫度、濕度、ph和毒性物質(zhì)的影響較大，因此很容易在固定化過程中容易變形。由于這些缺陷，酶基傳感器無法提供長期的穩(wěn)定性，并且無法有效地限制其實際應(yīng)用。無酶葡萄糖傳感器是一種基于葡萄糖分子在相關(guān)脈沖活動材料表面的電脈沖氧化信號的傳統(tǒng)設(shè)備。主要原理是葡萄糖電極氧化的葡萄糖濃度與葡萄糖濃度之間的線性關(guān)系。這種線性關(guān)系可以應(yīng)用于葡萄糖傳感器，以檢測血液中葡萄糖的含量。提高無酶葡萄糖傳感器性能（如反應(yīng)時間、使用壽命、靈敏度、選擇性等）的新電脈沖，提高設(shè)計和制備過程簡單、成本適中、葡萄糖氧化高電氧化的主要方法是：提高開源代碼（7.10）的葡萄糖氧化。此外，葡萄糖和葡萄糖的電氧化在目前的糖氧化中具有很高的電脈沖能力。在這項工作中，我們使用了白色磷作為還原劑，制備了具有磷酸官能的表面活性劑的au-plac，并將其應(yīng)用于葡萄糖的電壓分析，從而取得了良好的線性檢測結(jié)果。1紅外光譜測試(ⅰ)試劑.所有玻璃儀器均用新鮮配制的王水(HCl/HNO3,3:1)浸泡24h,使用前用大量水沖洗.氯金酸(HAuCl4)、碳酸鈉(Na2CO3)、磷酸二氫鉀(KH2PO4)、磷酸氫二鉀(K2HPO4)購買于國藥集團化學(xué)試劑有限公司(中國).所有試劑均為分析純試劑,所有溶液均用3次蒸餾水配制.(ⅱ)儀器.用CHI600電化學(xué)分析儀(美國CHI儀器公司)和常規(guī)的三電極體系進行電化學(xué)測量;透射電子顯微鏡(TEM)照片用100kV分析型TecnaiG2205-TWIN透射電子顯微鏡(美國FEI公司)拍攝;X-射線衍射(XRD)測量用D/max-rC型轉(zhuǎn)靶XRD儀(日本理學(xué)公司)進行,靶電壓40kV,電流100mA,CuKα射線源為光源,波長為0.154056nm;紫外-可見吸收光譜(UV-vis)在UV3600紫外可見光譜儀(日本Shimadzu公司)上進行掃描,波長范圍為200~800nm;傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)是將金納米粉末樣品與KBr一起壓片,利用Nicolet520SXFTIR紅外光譜儀進行光譜分析,波長掃描范圍為400~4000cm–1;X-射線光電子能譜(XPS)測試用ThermoVGScientificESCALAB250光譜儀進行,分析室真空度為10–9mbar(1mbar=0.01MPa).(ⅲ)金納米粒子的制備.室溫下將適量白磷乙醇溶液加入30mL蒸餾水,繼續(xù)加入0.4mL0.1mol/L碳酸鈉溶液及0.5mL0.0242mol/L氯金酸溶液,均勻混和后加熱煮沸至溶液變?yōu)榫萍t色,即制得磷修飾的Au納米粒子(Au-PNPs).作為比較,合成了檸檬酸鈉還原法制備的Au納米粒子(Au-CitNPs):將0.5mL0.0242mol/L氯金酸溶液加入30mL蒸餾水并加熱至沸騰,再加入0.5mL的0.2mol/L檸檬酸鈉溶液,繼續(xù)加熱20min至溶液變?yōu)榧t色,即得檸檬酸鈉修飾的Au納米粒子.(ⅳ)實驗方法.電化學(xué)測試在常規(guī)的三電極體系中進行.直徑為3mm的玻碳電極作為工作電極的基體,對電極為鉑絲,參比電極為飽和甘汞電極(SCE).本文所述電位均相對于SCE.工作電極制備如下:移取16μL制得的金溶膠滴到玻碳電極上烘干,即得AuNPs修飾電極,工作電極表面的金屬載量約為9.86μg/cm2.每次進行電化學(xué)測試前,向溶液中通高純N220min以除去溶液中溶解的氧,并在實驗過程中繼續(xù)通N2保護以保持溶液上方的惰性氣氛.所有電化學(xué)測試均在30±2℃下進行.2結(jié)果與討論2.1au-pnps的投料比對au-citnps粒徑的影響AuNPs表面可受到入射光電磁波影響而出現(xiàn)表面等離子共振.AuNPs的粒徑、形狀通常影響其UV-vis吸收[16~20].一般說來,球形AuNPs的粒徑為10~100nm時,其對應(yīng)的紫外最大吸光度的波長(λmax)位于519~569nm之間,其紫外最大吸收峰波數(shù)隨球形AuNPs粒徑的增大而紅移,且吸收峰峰形對稱性隨球形AuNPs的尺寸分布均一性的增加而增加.圖1為HAuCl4/P4投料摩爾比為1:2,在不同溫度下制得的Au-PNPs的紫外吸收光譜.由圖可見,反應(yīng)30min后,不同溫度下制得的Au-PNPs的紫外吸收峰峰位沒有明顯差異,但溫度升高時Au-PNPs吸光度增大且半峰寬變窄,說明反應(yīng)溫度為100℃時制備的Au-PNPs的粒徑分布最為均勻.HAuCl4/P4投料摩爾比影響Au-PNPs的粒徑和形貌.圖2為不同投料比條件下制得的Au-PNPs的TEM圖.由圖可見(圖2(a)~(e)),隨著白磷用量的增加,Au-PNPs粒子粒徑逐漸變小且粒徑分布更趨于均勻,投料比為1:2時,粒徑較小(d=11.3nm)且粒子尺寸分布最為均一,這與UV-vis測量結(jié)果一致.因此,在隨后的表征、電化學(xué)測試樣品均采用HAuCl4/P4摩爾投料比為1:2時獲得的Au-PNPs樣品.作為比較,對檸檬酸鈉修飾的AuNPs(Au-CitNPs)也進行了TEM測量.TEM照片顯示其粒子平均尺寸~11.4nm(圖2(f)),與投料比為1:2時獲得的Au-PNPs粒徑較為接近.2.2au-pnps的表征為了獲得Au-PNPs的結(jié)構(gòu)和表面信息,對樣品進行了相應(yīng)的XPS,XRD和FT-IR分析.圖3(a)為Au-PNPs在P區(qū)域的XPS光譜.由圖可見,Au-PNPs中存在P元素,且結(jié)合能位于133.3eV,表明其為PV.圖3(b)為Au-PNPs的XRD圖譜.Au-PNPs在2θ為38.2°,44.4°,64.6°,77.6°,81.7°處分別出現(xiàn)了對應(yīng)于Au(111),(200),(220),(311)和(222)晶面的衍射峰,表明所得的Au-PNPs為面心立方結(jié)構(gòu).與Au標準圖譜比較,其衍射峰位沒有發(fā)生移動,表明P未摻雜進入Au晶格中而是存在于AuNPs表面.圖3(c)為制得Au-PNPs的FT-IR圖譜.Au-PNPs在1050~1100cm–1波數(shù)范圍具有較強峰,可歸因于P–O和P=O鍵的伸縮振動,證實白磷的氧化產(chǎn)物包覆在納米金的表面.2.3葡萄糖在au-pnps修飾電極上的電化學(xué)行為AuNPs修飾電極的電化學(xué)活性表面積(ECASA)可用Au氧化物的還原峰面積計算.圖4為Au-PNPs和Au-CitNPs修飾電極在0.5mol/LH2SO4水溶液中的循環(huán)伏安曲線.1.1V處開始出現(xiàn)的氧化峰對應(yīng)于金氧化物的形成,負向掃描曲線中位于約0.93V處的峰為金氧化物的還原峰,積分金氧化物還原峰電量分別為40.34和39.81μC.還原峰電量的相似性表明兩種AuNPs尺寸非常接近,這與TEM統(tǒng)計結(jié)果一致.假定每還原一單分子層金氧化物需要的電量為386μC/cm2,可估算出Au-PNPs修飾電極和Au-CitNPs修飾電極的真實表面積分別為0.1045和0.1031cm2.圖5為兩種AuNPs修飾電極在含10mmol/L葡萄糖,0.1mol/LPBS(pH7.4)溶液中的循環(huán)伏安圖.所有循環(huán)伏安曲線均只有氧化峰,說明葡萄糖在AuNPs上的電催化氧化反應(yīng)是不可逆的.在正向掃描方向上,葡萄糖在Au-CitNPs修飾電極上的起始氧化電勢和氧化峰電勢分別為–0.1和0.30V,而在Au-PNPs修飾電極上的起始氧化電勢和氧化峰電勢分別為–0.4和0.26V.葡萄糖在Au-PNPs修飾電極上具有更低的起始氧化電勢和氧化峰電勢,表明Au-PNPs對葡萄糖氧化具有更好的電催化性能.此外,葡萄糖在Au-PNPs修飾電極上的氧化峰電流也高于葡萄糖在Au-CitNPs修飾電極上的氧化峰電流,也證實Au-PNPs對葡萄糖氧化具有更好的電催化性能.先前的研究已經(jīng)顯示葡萄糖的氧化涉及半縮醛基團與Au表面(OH)ads的相互作用.葡萄糖電化學(xué)氧化的反應(yīng)動力學(xué)與AuNPs表面組成具有較大關(guān)系.明顯地,磷修飾的AuNPs表面具有豐富的含氧基團,這有利于葡萄糖的電催化氧化.此外,–P–OH基團通常易和有機物中的–OH基團形成強烈的氫鍵,這有利于分析底物葡萄糖分子在Au-PNPs表面的富集,進而增加電化學(xué)信號靈敏度.圖6(a)為兩種AuNPs修飾電極在含10mmol/L葡萄糖,0.1mol/LPBS(pH7.4)溶液中掃描150圈的循環(huán)伏安圖.圖6(b)為葡萄糖在兩種AuNPs修飾電極上陽極氧化峰電流隨掃描圈數(shù)的關(guān)系曲線.葡萄糖氧化峰電流在Au-PNPs修飾電極上衰減程度遠小于葡萄糖氧化峰電流在Au-CitNPs修飾電極上的衰減程度,表明Au-PNPs修飾電極對葡萄糖氧化具有良好的電催化穩(wěn)定性.圖7(a)給出了不同濃度的葡萄糖在Au-PNPs修飾電極上的循環(huán)伏安曲線.從圖上可以看出,PBS緩沖溶液中加入葡萄糖后,Au-PNPs修飾電極對葡萄糖的加入顯示明顯的電流響應(yīng),葡萄糖氧化電流隨葡萄糖濃度的增加而增加.圖7(b)顯示Au-P電極對葡萄糖的響應(yīng)在9.0×10–6~1.8×10–2mol/L濃度范圍內(nèi)呈線性關(guān)系,線性相關(guān)系數(shù)為0.99835,檢出限為5.0×10–6mol/L,與近年來大部分研究成果(表1)相比性能較優(yōu).3au-pn