[发明专利]一种葡萄糖传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种葡萄糖传感器及其制备方法，包括以填充葡萄糖氧化酶溶液的中空管状石墨烯纤维为工作电极的二电极葡萄糖传感器或三电极葡萄糖传感器，制备时，采用化学气相沉积法生长连续的中空石墨烯管，将填充有葡萄糖氧化酶溶液的石墨烯管从溶液中拉出，得到工作电极。与现有技术相比，本发明的葡萄糖氧化酶被包覆在连续的石墨烯内部，无需任何酶固定步骤即可对酶起到极好的保护作用；且外层石墨烯优异的导电性能够保证电荷的快速转移和传输，使其具有超高的葡萄糖浓度传感性能。本发明进一步发展了结构更为简单的两电极体系葡萄糖传感器，具有较高的灵敏度和可重复性，在柔性、可穿戴器件领域具有极大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及葡萄糖浓度检测的技术领域，具体涉及一种葡萄糖传感器及其制备方法。

背景技术

随着生活水平日益提高，糖尿病对人们身体健康的威胁也在日益加剧，因此，葡萄糖的高灵敏检测受到人们的广泛关注。由于其优异的导电性和化学稳定性，纳米碳材料(如碳纳米管、石墨烯等)被广泛用于葡萄糖传感器的电极材料。但是，单一的纳米碳电极材料对葡萄糖的电化学灵敏度较低，通常需要通过物理吸附或化学固定法结合葡萄糖氧化酶获得高灵敏度的葡萄糖传感电极。物理吸附法所得到的样品在使用过程中，葡萄糖氧化酶极易从纳米碳材料表面解离，导致其灵敏度急剧降低；化学固定法步骤繁琐，而且容易导致葡萄糖氧化酶失活，这两个技术瓶颈严重限制了该类型葡萄糖传感器件的发展。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种灵敏度高的葡萄糖传感器及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种葡萄糖传感器，所述葡萄糖传感器以填充葡萄糖氧化酶的石墨烯纤维为工作电极，所述葡萄糖氧化酶填充固定在石墨烯纤维的内部，所述葡萄糖传感器包括二电极葡萄糖传感器或三电极葡萄糖传感器。

本发明所涉及的三电极体系葡萄糖传感器，器件的灵敏度达646.5μA mM^-1cm^-2，其最低检出限可至10nM。本发明提供的柔性两电极葡萄糖传感器，器件的灵敏度达69.87μAmM^-1cm^-2，其最低检出限可至10nM；器件在不同弯曲角度(0～90°)下仍然保持90％以上的灵敏度，这是因为导电性较好的石墨烯纤维使电子传输速度更快，而且中空管状的石墨烯纤维可以容纳固定更多的葡萄糖氧化酶，所以使得葡萄糖传感器的灵敏度高。另外，由于石墨烯纤维具有较好的柔性，使得葡萄糖传感器具备良好的柔性。

所述的中空管状石墨烯纤维的截面中石墨烯纤维的层数为3～20层。

所述的二电极葡萄糖传感器以填充葡萄糖氧化酶的石墨烯纤维为工作电极，以修饰铂纳米颗粒的石墨烯复合纤维为对电极及参比电极。优选的，二电极葡萄糖传感器是将工作电极及参比电极缠绕在柔性聚合物棒上，且两电极间保持一定距离(0.1～5毫米)以防短路。

所述的三电极葡萄糖传感器以填充葡萄糖氧化酶的石墨烯纤维为工作电极，以铂丝电极为对电极，以饱和甘汞电极为参比电极。

一种如上所述葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过化学气相沉积法在铜丝基底表面生长石墨烯，得到表面生长有石墨烯的铜丝；

(2)将表面生长有石墨烯的铜丝置于刻蚀液中，待铜丝基底刻蚀去除，得到连续的中空石墨烯管；

(3)将中空石墨烯管转移至去离子水中清洗至pH为中性，然后浸泡在葡萄糖氧化酶的磷酸盐缓冲溶液，然后用镊子将填充有葡萄糖氧化酶的磷酸盐缓冲溶液的中空石墨烯管从葡萄糖氧化酶的磷酸盐缓冲溶液中拉出，得到工作电极；

(4)将步骤(3)所得工作电极与修饰铂纳米颗粒的石墨烯复合纤维共同组成二电极葡萄糖传感器；或将步骤(3)所得工作电极与铂丝电极及饱和甘汞电极共同组成三电极葡萄糖传感器。