鐵基納米陣列結(jié)構(gòu)的構(gòu)建及葡萄糖傳感性能研究.pdf

1、最新調(diào)查顯示我國糖尿病患者已達(dá)1億人，血糖儀被廣泛用于糖尿病患者血糖水平的監(jiān)測(cè)，能夠方便快捷的顯示出血液中葡萄糖的濃度，以監(jiān)控糖尿病患者的病情。目前市場(chǎng)上主流的血糖儀采用電化學(xué)方法，通過測(cè)量血液中的葡萄糖與試紙上的葡萄糖氧化酶反應(yīng)產(chǎn)生的電流以測(cè)定血糖濃度。但基于酶的傳感器對(duì)光、熱、pH值等條件敏感，不易長期保存，并且酶試劑的價(jià)格較高，給血糖儀帶來較高的耗材成本。為解決這些問題，無酶型葡萄糖傳感器成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，許多金屬和金屬氧化物，

2、例如鉑、鈀、銀、銅、鎳等，已被用于發(fā)展無酶傳感器。鐵及鐵合金是應(yīng)用最為廣泛的金屬材料，具有良好的機(jī)械性能和生物相容性，是人體不可缺少的微量元素，并且還是用途廣泛的催化劑。然而，基于鐵及鐵合金鐵的無酶傳感器鮮有報(bào)道，并且對(duì)葡萄糖檢測(cè)的靈敏度和選擇性顯著低于其它金屬或金屬氧化物。本文通過在鐵和不銹鋼材料上制備納米柱和納米孔陣列結(jié)構(gòu)，不但具有很大比表面積，還能夠?yàn)殡娮觽鲗?dǎo)提供便捷的通道，顯著改善了鐵基無酶傳感器的分析性能。通過掃描電鏡（SEM

3、）、EDS能譜、X射線晶體衍射（XRD）和Raman光譜等材料表征手段研究了鐵基納米陣列結(jié)構(gòu)的形貌、成分和晶體結(jié)構(gòu)，以循環(huán)伏安法（CV）和電化學(xué)時(shí)間-電流（i-t）曲線研究了葡萄糖在鐵基納米陣列結(jié)構(gòu)上的響應(yīng)。主要研究內(nèi)容如下：
　　（1）利用電化學(xué)陽極氧化在純鐵片表面制備出了結(jié)構(gòu)規(guī)整的Fe2O3納米管陣列，單個(gè)納米管直徑約70 nm，管長約2.5μm，然后在5％氫氣氣氛下500℃退火處理，制備出一維納米結(jié)構(gòu)的Fe3O4納米柱陣列，

4、在檢測(cè)電位0.6V、0.1 M NaOH的溶液中對(duì)葡萄糖的檢測(cè)限為0.1μM（信噪比S/N=3），在0.5μM到765.5μM的葡萄糖濃度范圍內(nèi), Fe3O4納米柱陣列對(duì)葡萄糖響應(yīng)的靈敏度為406.9μA·cm?2·mM?1，在765.5μM到3.7 mM的葡萄糖濃度范圍內(nèi)，F(xiàn)e3O4納米柱陣列對(duì)葡萄糖響應(yīng)的靈敏度為134.1μA·cm?2·mM?1。
　　Fe3O4納米柱陣列對(duì)葡萄糖的檢測(cè)具有良好的穩(wěn)定性，10次連續(xù)測(cè)定值的標(biāo)準(zhǔn)

5、偏差（RSD）僅為4.8%，并且在常溫保存45天后，其響應(yīng)值與初始響應(yīng)值的RSD僅為4.7%，能夠滿足血糖分析的要求。Fe3O4納米柱陣列對(duì)葡萄糖的檢測(cè)還具有良好的選擇性，血液中的生物分子如尿酸（UA）、抗壞血酸（AA）、多巴胺、4-乙酰氨基酚、5-羥色胺、果糖和甘露糖等對(duì)葡萄糖測(cè)定的干擾很小，F(xiàn)e3O4納米柱陣列對(duì)人體血液樣本中葡萄糖的測(cè)定結(jié)果與本地醫(yī)院血液分析儀的測(cè)定結(jié)果基本一致，其RSD僅為3.1%。采用標(biāo)準(zhǔn)加入法分析血糖濃度的回

6、收率為95～98%以上，說明測(cè)定結(jié)果具有很好的可靠性。
　?。?）利用陽極氧化法在316L不銹鋼片表面制備了納米孔陣列結(jié)構(gòu)，在氫氧化鈉溶液中轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米孔/納米針陣列復(fù)合結(jié)構(gòu)（aciculas@NPs），對(duì)葡萄糖的檢測(cè)靈敏度相對(duì)于拋光不銹鋼材料得到了極大提高，在檢測(cè)電位0.5V、0.1 M NaOH的溶液中對(duì)葡萄糖的檢測(cè)限為0.5μM（S/N=3），葡萄糖濃度從1μM至1664μM之間，響應(yīng)電流與濃度具有良好的線性關(guān)系，對(duì)葡萄糖響應(yīng)