[发明专利]圆柱阵列形跨尺度葡萄糖传感器用工作电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微传感技术领域，主要应用于电化学、生物、医学、食品加工、环境监测等领域，特别涉及一种用于人体血液和尿液中葡萄糖浓度检测的圆柱阵列形跨尺度葡萄糖传感器用工作电极及其制备方法。

背景技术

在电化学、生物、医学、食品加工、环境监测等领域，对葡萄糖浓度进行准确、快速和在线测量具有十分重要的作用。目前基于三电极体系的酶催化型葡萄糖传感器正受到越来越多的关注，其核心主要是工作电极，包括GOD、固定GOD用的基质材料及基底电极；所用测量方法为计时电流法或电位法。ZnO纳米线具有比表面积大、等电点高（IEP～9.5ev）、电子迁移率高、毒性低、生物兼容性好、热稳定性好、抗氧化能力强等优点，以其作为基质材料，不但能有效地吸附等电点较低的GOD（IEP～4.2ev），还可大范围地促进GOD和基底电极之间的电子转移。为了提高酶催化型葡萄糖传感器的灵敏度、响应速度、使用寿命，降低其最低检出限，防止GOD的脱落与流失，需要改进基底电极和基质材料的结构，进一步提高其吸附面积，最终实现GOD的可靠吸附。

目前基于跨尺度结构的葡萄糖传感器用工作电极主要有平面形和圆柱形两大类。平面形跨尺度结构工作电极的微米级电极基底主要包括溅射有Au膜的Si基底、ITO导电玻璃等，而纳米级表面有ZnO纳米线（或纳米球、纳米片、纳米梳）以及Au、Ag纳米线等。例如安徽师范大学的Liu Xiaowang等人在ITO玻璃上基于热分解法沉积了ZnO纳米线薄膜，得到平面形跨尺度结构并用于GOD的吸附和固定，最终制备出了基于计时电流法的葡萄糖传感器。圆柱形跨尺度结构的微米级电极基底包括键合Au丝、Ag丝、Pt丝、Au-W合金丝、碳纤维等，纳米级表面有ZnO纳米线（或纳米球、纳米片、纳米梳）以及Au、Ag纳米线等。例如瑞典Linkoping大学的S.M.U.Ali等人在直径为φ250μm的Ag丝上基于水浴法合成了ZnO纳米线薄膜，得到圆柱形跨尺度结构，用于GOD的吸附和固定，最终制备出了基于电位法的葡萄糖传感器。

上述研究中所提及的跨尺度葡萄糖传感器用工作电极没有涉及圆柱阵列形结构。和平面形跨尺度结构相比较，圆柱阵列形跨尺度结构的电极面积增加了约3.1倍，因此提高了检出电流的强度、降低了该类传感器的最低检出限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种圆柱阵列形跨尺度葡萄糖传感器用工作电极及其制备方法，按本发明的制备方法制成的葡萄糖传感器用工作电极，其催化效率高、响应速度快、对葡萄糖的检出限低、信噪比高、尺度小、对制造设备要求较低、成本低廉。

为达到上述目的，本发明的圆柱阵列形跨尺度葡萄糖传感器用工作电极，包括玻璃基板以及一端用银粉导电胶固定在玻璃基板上，另一端于玻璃基板边缘外悬空的由光纤纤芯组成的光纤阵列，在光纤纤芯上沉积有Au膜，在Au膜上生长有ZnO纳米线，固定在ZnO纳米线上的GOD。

所述玻璃基板的长度为30mm、宽度为30mm、厚度为1.5mm。

所述的光纤纤芯的长度为40mm，直径为φ125μm，于玻璃基板边缘外悬空20mm。

所述的Au膜的厚度为300nm。

所述的ZnO纳米线为正六边形结构，采用水浴法生长在Au膜上，其长度为1～2μm，正六边形直径为φ0.1～0.3μm。

所述的GOD活力为40U/mg。

一种圆柱阵列形跨尺度葡萄糖传感器用工作电极的制备方法，包括以下步骤：

1）取若干根光纤纤芯，在光纤纤芯表面基于磁控溅射工艺沉积厚度为300nm的Au膜；

2）基于标准清洗工艺对玻璃基板进行清洗，其中玻璃基板长30mm、宽30mm、厚度为1.5mm；

3）将沉积有Au膜的光纤纤芯以阵列方式紧密排列在清洗好的玻璃基板上，形成圆柱阵列形组件，其中圆柱阵列形组件一端用银粉导电胶粘接在玻璃基板上，另一端于玻璃基板边缘外悬空20mm，在室温下干燥固定后进行标准清洗得圆柱阵列形光纤纤芯组件；

4）配制浓度为1mmol/L的ZnO纳米线种子层溶液；

5）将沉积有Au膜的圆柱阵列形光纤纤芯组件悬空部分浸入ZnO纳米线种子层溶液，在Au膜表面上得到ZnO纳米线种子层；

6）将沉积有ZnO纳米线种子层的圆柱阵列形组件置于150℃的真空干燥机中完成退火处理；

7）配制浓度为0.025mol/L的ZnO纳米线生长液；

8）将沉积有种子层的圆柱阵列形结构悬空部分浸入ZnO纳米线生长液中，基于水热法于90℃下在圆柱阵列形组件上生长ZnO纳米线，得到圆柱阵列形跨尺度结构；