[发明专利]Pt-Cu合金中空纳米颗粒无酶葡萄糖传感器电极的制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及Pt-Cu合金中空纳米颗粒无酶葡萄糖传感器电极的制备和应用

背景技术

葡萄糖是人类生命过程中最基本的特征化学物之一，在人类的健康与疾病的诊断、治疗以及控制方面，葡萄糖的检测和分析具有至关重要的意义。因此，如何发展快速、准确、低成本、方便地和有效地技术检测葡萄糖已经成为研究的热点。最常见的检测葡萄糖的生物传感器是葡萄糖酶生物传感器，其利用酶的专一性高和反应速度快等特点，使得传感器具有较好的选择性和高的灵敏性。然而，由于酶固有的性质，葡萄糖氧化酶的催化活性易受到环境条件(温度、适度、pH、有毒化学药品等)影响。因此，酶传感器稳定性差，而使得其在实际应用中受到了一定条件的限制。无酶葡萄糖传感器为血糖检测提供了一条新途径。

铂(Pt)是无酶葡萄糖传感器中最常使用的电极材料之一，但Pt电极在相同的电位下，可以催化氧化很多碳水化合物，而对葡萄糖的催化氧化的选择性差；Pt电极很容易受到氯离子的毒化而丧失对葡萄糖的电催化氧化活性。人们研究发现具有较大电活性面积的纳米铂可以有效的改善上述的不足之处。

纳米材料作为电极的制备方法有很多种，其中电流置换的方法可以节省原材料，减少贵金属的使用量，降低成本；制备的贵金属纳米颗粒具有粒子大小的可调控性；并且电流置换的方法所需要的仪器简单，反应过程中产生较少的废弃物。

发明内容

本发明的目的是提供一种Pt-Cu合金中空纳米颗粒无酶葡萄糖传感器电极的制备和应用。本发明以铜(Cu)纳米颗粒为模板，采用电流置换的方法制备中空的Cu-Pt合金纳米颗粒，很多研究者已制备出比表面积较大、表面反应活性较高、对葡萄糖有直接电催化性能的Ag-Pt中空纳米颗粒无酶葡萄糖传感器电极，使其具有好的选择性，稳定性和重复性以及高的灵敏度。然而Cu²⁺还原为Cu的标准还原电位为0.34V，比Ag⁺/Ag的标准还原电位0.80V vs.SHE要低很多，使得电流置换反应更易发生，且反应过程中不会产生不能溶解的副产品，样品后处理步骤简单。另外，Cu纳米颗粒的成本较低，更适于在实际中大规模生产。

本发明以中空的Pt-Cu合金中空纳米颗粒为电极，研究了Pt-Cu中空合金中空纳米颗粒(Pt-Cu HBNPs)电极的电化学行为，及其构建无酶葡萄糖传感器对葡萄糖的催化能力和性能研究。通用的酶传感器稳定性差，而使得其在实际应用中受到了一定条件的限制。无酶葡萄糖传感器为血糖检测提供了一条新途径。Pt-Cu合金中空纳米颗粒具有比表面积较大、表面反应活性较高、对葡萄糖有直接电催化性能。本发明以中空的Pt-Cu合金纳米颗粒为电极，研究了Pt-Cu中空合金纳米颗粒电极的电化学行为，及其构建无酶葡萄糖传感器对葡萄糖的催化能力和性能研究。

本发明的一种Pt-Cu合金中空纳米颗粒无酶葡萄糖传感器电极制备方法，采用电流置换的方法制备Pt-Cu合金中空纳米颗粒，用Pt-Cu合金中空纳米颗粒修饰金电极。

所述的Pt-Cu合金中空纳米颗粒的制备方法是：

(1)电极处理

将Au电极在兽皮上打磨抛光，经二次蒸馏水反复冲洗3-5次、在功率为100～150瓦的超声波清洗器中超声5～10分钟后，置于pH为7.0的磷酸盐缓冲液PBS中经循环伏安扫描活化10～15圈；

(2)Cu纳米颗粒的制备

按摩尔比1∶1-1∶1.2将0.1mol/L CuCl₂与的1mol/L柠檬酸钠溶于二次蒸馏水中，搅拌5-10分钟后，然后继续搅拌下，注入1ml-1.5ml的0.025mol/L硼氢化钠溶液，搅拌15-25分钟；

(3)Pt-Cu中空合金纳米颗粒的制备

采用电流置换的方法制备Pt-Cu合金纳米颗粒，即将上述制备的Cu纳米颗粒溶于0.5ml的蒸馏水中，取50μl分别溶于3.2～5.4ml的0.1×10-3mol/L氯铂酸中；然后搅拌反应20min后，溶液在室温14±2°下静止反应12-36h；在转速为12000-15000r/min，离心15-25分钟，反复用二次蒸馏水清洗，使之完全除去剩余未反应物。