[发明专利]一种自支撑电化学传感材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于葡萄糖检测技术领域，具体涉及一种自支撑电化学传感材料及其制备方法和应用。所述自支撑电化学传感材料，包括在泡沫镍表面生长氧化钴得到的泡沫镍/氧化钴复合材料，具有3D垂直定向排列结构，制备方法包括以下步骤：(1)将钴盐、尿素和氟化铵的混合溶液转移到高压釜中，并放入泡沫镍进行高温反应；(2)用水冲洗高温反应后的泡沫镍，干燥后进行高温煅烧，得到具有3D垂直定向排列结构的自支撑电化学传感材料。通过简单经济的水热合成反应，直接在泡沫镍上生长了一种新型的层状网络化氧化钴纳米片阵列结构，所得具有3D垂直定向排列纳米结构的泡沫镍和氧化钴，有较好的葡萄糖催化性能，可以显著实现无创情况下葡萄糖的高效检测。

技术领域

本发明属于葡萄糖检测技术领域，具体涉及一种自支撑电化学传感材料及其制备方法和应用。

背景技术

葡萄糖是生物体内的重要化合物，对人类的身体健康有着重要的影响。人体内葡萄糖浓度异常将引发各种疾病，例如，糖尿病、高血压、神经低血糖症等。因此，对于人体葡萄糖含量，包括血糖和尿液葡萄糖含量的检测非常重要。

静脉血检测由于需要抽取静脉血检测血糖，该方法的使用场景就局限于医院或者门诊，且检测时间较长，不适合用于日常生活中以及需要频繁检测血糖浓度的情况，用户也很难自行检测。无创检测相比于有创检测和微创检测具有更大的优势，提取样品时不会给患者带来感染的风险，测量速度快，测量方便快捷。当下无创检测血糖研究的方向有气相色谱法、分光光度法、旋光度法、电化学检测法等，使用最广泛的技术最成熟的是电化学电极检测技术。

根据是否含有酶催化剂可分为葡萄糖电化学酶传感器和葡萄糖电化学非酶传感器。酶基葡萄糖电化学传感器主要利用酶对底物的专一性和高效性，但是酶传感器在实际生产过程中存在许多问题。一是稳定性差，在PH2或者PH8或者高温条件下，葡萄糖氧化酶就很快失去活性，导师酶基葡萄糖电化学传感器稳定性差。二是重现性差，关于制作酶的过程复杂，导致成本增加，重现性差。

发明内容

本发明的目的针对现有葡萄糖检测技术的问题，提供一种自支撑电化学传感材料，可以在无创情况下实现葡萄糖的高效检测。

本发明的技术方案中一种自支撑电化学传感材料，包括在泡沫镍表面生长氧化钴得到的泡沫镍/氧化钴复合材料。

纳米结构可以显著提高比表面积，缩短电荷传输路径，促进质量扩散以及引入独特的尺寸和形状相关特性，具有提高催化剂催化性能的巨大潜力，将这些纳米结构组织成某些结构，如多层、互联网络和阵列，可以进一步提高催化效果。3D垂直定向排列纳米结构的泡沫镍，具有高表面积和优异的导电性，可以提高对葡萄糖的催化效果，且镍元素储量丰富，可以作为葡萄糖的催化材料。层状网络化氧化钴纳米片阵列纳米结构，能够快速获得稳定的响应电流，大大提高了传感器的稳定性、重复性和传感器结构的可靠性，少量钴元素的掺杂，也可以提高碱性溶液中葡萄糖的检测性能。

进一步地，上述泡沫镍/氧化钴复合材料的结构为3D垂直定向排列结构。

进一步地，上述泡沫镍/氧化钴复合材料中泡沫镍和氧化钴的质量比为1～6:1。氧化钴含量过低，复合材料对葡萄糖的响应电流强度变小，检测的可靠性和稳定性降低，氧化钴含量过高，会破坏复合材料的3D垂直定向排列结构，导致复合材料对葡萄糖的响应电流强度变小，检测的可靠性降低，检测葡萄糖的能力下降。

本发明的另一个目的在于提供上述自支撑电化学传感材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将钴盐、尿素和氟化铵的混合溶液转移到高压釜中，并放入泡沫镍进行高温反应；

(2)用水冲洗高温反应后的泡沫镍，干燥后进行高温煅烧，得到具有3D垂直定向排列结构的自支撑电化学传感材料。

进一步地，泡沫镍在放入高压釜中前，依次通过丙酮超声、盐酸浸泡、清洗吹干进行预处理。丙酮超声可以去除泡沫镍表面的油脂污垢，盐酸浸泡可以反应去除泡沫镍表面的氧化膜，有利于后续氧化钴在泡沫镍表面的生成。