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摘 要

并测试了其葡萄糖传感性能。利用X射线衍射(XRD)，场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)表征制得的CuO纳米材料。其次利用CuO修饰玻碳电极(GCE)制备葡萄糖传感器。最后通过循环伏安、计时电流等方法对CuO纳米材料进行葡萄糖传感性能测试。研究发现所制得的CuO修饰的GCE对葡萄糖的检测线性范围599.9~141.0 umol/L是检测限(S/N)为,说明所制得的产品线性范围宽、检测限低等特点。

关键词: CuO纳米材料，水热法，无酶葡萄糖传感

Abstract: Glucose sensors are widely used, and non-enzymatic glucose sensors based on CuO materials have greater advantages than enzyme glucose sensors. In this paper, copper acetate and formaldehyde were used as raw materials to prepare copper oxide nanomaterials by hydrothermal method. The as-obtained samples were investigated by X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscope (FE-SEM) and transmission electron microscope (TEM). A glucose sensor was prepared with a glassy carbon electrode modified with copper oxide. Furthermore, to study the physical properties and electrocatalytic properties of the synthesized materials used techniques such as XRD, FE-SEM, cyclic voltammetry, chronoamperometry. The linear range of detection of glucose by copper oxide modified GCE is from 599.9 μmol/L to 141.0 μmol/L and detection limit (S/N) is 20 μmol/L.

Key words: copper oxide nanomaterials, hydrothermal method, non-enzymatic glucose sensors

目 录

1 引言 4

1.1 葡萄糖检测方法 4

1.2 葡萄糖传感器 4

1.2.1 葡萄糖传感器的分类 4

1.2.2 无酶葡萄糖传感器的作用机理 5

1.2.3 无酶葡萄糖传感器的研究进展 5

1.3 纳米CuO的应用和制备 6

1.4 本文主要研究内容 7

2 实验部分 7

2.1 仪器和试剂 7

2.1.1 仪器 7

2.1.2 试剂 7

2.2 CuO的合成 7

3 材料的表征与电化学性能的测试 8

3.1 材料的表征 8

3.2 材料的电化学性能测试 8

3.2.1 循环伏安法 8

3.2.2 计时电流法 8

3.2.3 工作电极的制备 8

4 实验结果与讨论 9

4.1 X射线衍射表征结果 9

4.2 SEM和TEM表征结果 9

4.3 葡萄糖传感性能研究 10

4.3.1 CuO循环伏安测试 10

4.3.2 CuO计时电流测试 11

结 论 12

参 考 文 献 14

致 谢 17

1 引言

1.1 葡萄糖检测方法

葡萄糖的检测在环境保护、生物医药以及工业生产中应用较为广泛。目前，对葡萄糖（glucose）的检测方法有很多种，包括高效液相色谱法^[1]、UV法^[2]、毛细管电泳法^[3]和极谱法^[4]等。王长发等^[5]的研究表明钼杂多酸与Glucose可以反应生成有色产物，且最大吸收峰在690 nm处，检出限为20 umol/L，因此本法已经用于检测葡萄糖的含量。此外，闫家伟等^[6]利用葡萄糖的还原性，在碱性条件下也建立了检测葡萄糖的方法。首先，还原糖将银离子还原为单质银，然后单质银将Fe³ 还原为Fe² ，Fe² 在pH值为4.5的缓冲液中与邻菲罗啉反应生成桔红色络合物，最大吸收峰在510 nm处，但是其检测的灵敏度较低，且对于还原糖的检测多使用有毒试剂，毒性较大。荧光分析法操作较复杂、周期长、灵敏度也较低。

在医学上，糖尿病是一种代谢紊乱症，目前临床的治疗手段有限，因此对于它的监控显得尤为重要。糖尿病检测的常用方法就是通过使用葡萄糖传感器来实现，也正因如此，葡萄糖传感器的研究备受国内外科研工作者的关注^{[7, 8]}。葡萄糖传感器检测法克服了存在毒性、操作时间长、灵敏度低等缺点，成为葡萄糖浓度检测的较为实用的一种方法。

1.2 葡萄糖传感器

1.2.1 葡萄糖传感器的分类

（1）含酶葡萄糖传感器

含酶葡萄糖传感器是用含有葡萄糖氧化酶的膜作感受器，氧电极作换能器构成的传感器。当溶液中的氧气和葡萄糖在葡萄糖传感器的感受膜相遇时，由于氧气的存在，此时葡萄糖氧化酶将葡萄糖氧化为葡萄糖算酸，反应的副产物是过氧化氢。与此同时，葡萄糖的氧化电极能够感受氧浓度的下降，通过下降的幅度来计算葡萄糖的浓度^[9]。早在1967年，Updike等^[10]已经使用过含酶传感器来检测器，该酶的氧化电极被固定了葡萄糖氧化酶，然而，温度、湿度、溶液的酸碱性等对氧化酶的活性有影响，制约了这种传感器的发展。

（2）无酶葡萄糖传感器

无酶葡萄糖传感器将具有氧化性的材料作为催化剂实现对葡萄糖的检测，其具有不易受温度、湿度、氧气浓度、表面活性剂及有毒化学品等因素影响的优点^[11-15]。无酶传感器的原料多采用过渡金属，贵金属^[16-19]，合金金属材料以及其它的金属纳米等材料作为制作的原料，贵金属材料往往相对于铜基材料有灵敏度低、成本高、制备工艺复杂、易受血液中其它成分的影响等缺点^{[20, 21]}。因此开发低成本、高灵敏度、高效率、制备简单的葡萄糖传感器成为研究焦点。

1.2.2 无酶葡萄糖传感器的作用机理

近年来，国内外的科研工作者已经对无酶葡萄糖传感器的作用机理进行了研究，并且取得了一定的进展。公认的作用机理有两种。第一，Pletcher^{[22, 23]}在1984年提出，通过催化剂的氧化催化作用使葡萄糖吸附在电极表面，图1所示即可看出，1分子的葡萄糖的半缩醛羟基上的中心碳原子的碳氢键断裂开以后，游离的氢原子与电极表面形成新的化学键。第二，在1994年，Bruke等^[24]提出了新的理论，即“初期吸附水合氧化物中间体”。从图2可以看出，glucose分子会吸附在金属表面[M]，变成M[OH]_ads水合物。

图1相邻吸附位点吸附理论的示意图 ^[24]

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