[发明专利]基于PtNi双金属的两电极集成无酶葡萄糖传感器及制备方法有效

专利信息
申请号: 202110067600.X 申请日: 2021-01-19
公开(公告)号: CN112666235B 公开(公告)日: 2023-03-10
发明(设计)人: 王玫;周晓斌;刘芳;陈冬冬 申请(专利权)人: 郑州轻工业大学
主分类号: G01N27/26 分类号: G01N27/26;G01N27/327;B81C1/00;B81B7/02
代理公司: 郑州优盾知识产权代理有限公司 41125 代理人: 王红培
地址: 450000 河南省郑州*** 国省代码: 河南;41
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摘要:
搜索关键词: 基于 ptni 双金属 电极 集成 葡萄糖 传感器 制备 方法
【说明书】:

发明提供了一种基于PtNi双金属的两电极集成无酶葡萄糖传感器及制备方法,该传感器在同一个芯片上集成了工作电极和对电极,该无酶葡萄糖传感器的敏感材料采用PtNi双金属材料作为敏感材料,且敏感材料自身也是利用MEMS微加工工艺制备而成,不需要载体及额外的敏感材料负载工艺。与现有技术相较,利用MEMS微加工工艺同时实现了无酶葡萄传感器的敏感材料和电极集成,将极大地促进无酶葡萄糖传感器朝着稳定、小型化、低成本的方向发展,有利于其商业化应用。

技术领域

本发明涉及电化学传感器技术领域,具体涉及一种基于PtNi双金属的两电极集成无酶葡萄糖传感器及制备方法。

背景技术

实时监测血糖水平对于糖尿病患者至关重要,这加速了葡萄糖传感技术的发展。近年来,多种葡萄糖检测技术已被报道,如分光光度法、色谱等。其中,利用电化学方法制备的葡萄糖传感器受到了广泛的关注,葡萄糖传感器根据其是否采用酶可分为基于酶的葡萄糖传感器和无酶的葡萄糖传感器。基于酶的葡萄糖传感器由于其高灵敏度和选择性,是目前最常用的电化学葡萄糖传感器。然而基于酶的葡萄糖传感器在实际应用中仍然面临挑战,例如,基于酶的葡萄糖传感器需要经历复杂的酶固定过程,且其价格昂贵,酶性能不稳定,容易受到温度、湿度和pH值等环境因素的影响。由于这些原因,无酶葡萄糖传感器逐渐引起人们的注意。与基于酶的葡萄糖传感器相比,无酶葡萄糖传感器具有稳定性好、寿命长、易于微型化等优点,这对于葡萄糖传感器与其他智能设备和系统的集成非常重要,如智能牙刷、智能手机等。

近年来,许多无机纳米材料,如金属、金属氧化物、碳纳米复合材料等,已被用作无酶葡萄糖传感器的敏感材料。其中,含铂的双金属敏感材料 Pt-Pd、Pt-Au、Pt-Ag等对葡萄糖氧化具有优良的电导率和高的电催化活性。但贵金属成本过高,限制了其应用。与这些贵金属相比,过渡金属镍不仅成本低廉,而且在碱性溶液中其对葡萄糖的氧化具有优良的催化性能。然而,镍很容易氧化,氧化物的电导率很低。由于这些原因,结合了Pt和Ni优势的PtNi双金属材料引起了广泛关注。Wang等人合成了表面含有大量暴露原子的单分散PtNi纳米粒子,提高了PtNi纳米粒子对葡萄糖的电催化活性。Sun等人提出了一种基于空心Pt-Ni合金纳米管阵列的无酶葡萄糖传感器,该传感器具有良好的灵敏度、稳定性和重复性。Li等人报道了一种石墨烯均匀分散PtNi合金纳米颗粒,并利用其作为无酶葡萄糖传感器的敏感材料,构建出了性能优异的无酶葡萄糖传感器。然而,大多数基于PtNi双金属材料的无酶葡萄糖传感器都必须有载体,且载体自身对无酶葡萄糖传感器的性能起着重要作用。

微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)技术可以在无载体的情况下制备敏感材料,进而制备体积小、成本低的集成化无酶葡萄糖传感器。随着MEMS技术的飞速发展,微机电系统已经形成了一系列标准而有效的微加工技术,可以加工许多复杂结构,具有设计灵活、可靠性高的特点。同时,采用MEMS技术制作的器件具有良好的稳定性和可重复性,易于实现大批量生产,有利于降低成本。通过将光刻与模板法相结合,Wang等人制备了一种基于纳米介孔碳的酶型葡萄糖传感器,这种纳米介孔碳是由MEMS技术直接形成的。Dai等人还报道了一种具有优良电化学性能和可靠性的酶葡萄糖传感器,其电极采用MEMS技术加工。由此可见,MEMS技术将极大地促进葡萄糖传感器朝着稳定、小型化、低成本的方向发展,有利于其商业化应用。但目前的研究成果中,MEMS技术实现的多为酶葡萄糖传感器,而无酶葡萄糖传感器的研究较为罕见,因此,如何利用MEMS技术实现微型无酶葡萄糖传感器是目前这方面研究存在的问题。

发明内容

本发明提出了一种基于PtNi双金属的两电极集成无酶葡萄糖传感器及制备方法,该传感器在同一个芯片上集成了工作电极和对电极,该无酶葡萄糖传感器的敏感材料采用PtNi双金属材料作为敏感材料,且敏感材料自身也是利用MEMS微加工工艺制备而成,不需要载体及额外的敏感材料负载工艺。

实现本发明的技术方案是:

基于PtNi双金属的两电极集成无酶葡萄糖传感器的制备方法,步骤如下:

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