铁基纳米阵列结构的构建及葡萄糖传感性能研究

发布时间：2018-04-18 14:51

  本文选题：无酶葡萄糖传感器 + Fe_3O_4纳米柱阵列　； 参考：《武汉科技大学》2015年硕士论文

【摘要】：最新调查显示我国糖尿病患者已达1亿人，血糖仪被广泛用于糖尿病患者血糖水平的监测，能够方便快捷的显示出血液中葡萄糖的浓度，以监控糖尿病患者的病情。目前市场上主流的血糖仪采用电化学方法，通过测量血液中的葡萄糖与试纸上的葡萄糖氧化酶反应产生的电流以测定血糖浓度。但基于酶的传感器对光、热、pH值等条件敏感，不易长期保存，并且酶试剂的价格较高，给血糖仪带来较高的耗材成本。为解决这些问题，无酶型葡萄糖传感器成为当前的研究热点，许多金属和金属氧化物，例如铂、钯、银、铜、镍等，已被用于发展无酶传感器。铁及铁合金是应用最为广泛的金属材料，具有良好的机械性能和生物相容性，是人体不可缺少的微量元素，并且还是用途广泛的催化剂。然而，基于铁及铁合金铁的无酶传感器鲜有报道，并且对葡萄糖检测的灵敏度和选择性显著低于其它金属或金属氧化物。本文通过在铁和不锈钢材料上制备纳米柱和纳米孔阵列结构，不但具有很大比表面积，还能够为电子传导提供便捷的通道，显著改善了铁基无酶传感器的分析性能。通过扫描电镜（SEM）、EDS能谱、X射线晶体衍射（XRD）和Raman光谱等材料表征手段研究了铁基纳米阵列结构的形貌、成分和晶体结构，以循环伏安法（CV）和电化学时间-电流（i-t）曲线研究了葡萄糖在铁基纳米阵列结构上的响应。主要研究内容如下： （1）利用电化学阳极氧化在纯铁片表面制备出了结构规整的Fe2O3纳米管阵列，单个纳米管直径约70nm，管长约2.5μm，然后在5%氢气气氛下500℃退火处理，制备出一维纳米结构的Fe3O4纳米柱阵列，在检测电位0.6V、0.1MNaOH的溶液中对葡萄糖的检测限为0.1μM（信噪比S/N=3），在0.5μM到765.5μM的葡萄糖浓度范围内，Fe3O4纳米柱阵列对葡萄糖响应的灵敏度为406.9μA·cm2·mM1，在765.5μM到3.7mM的葡萄糖浓度范围内，Fe3O4纳米柱阵列对葡萄糖响应的灵敏度为134.1μA·cm2·mM1。 Fe3O4纳米柱阵列对葡萄糖的检测具有良好的稳定性，10次连续测定值的标准偏差（RSD）仅为4.8%，并且在常温保存45天后，其响应值与初始响应值的RSD仅为4.7%，能够满足血糖分析的要求。Fe3O4纳米柱阵列对葡萄糖的检测还具有良好的选择性，血液中的生物分子如尿酸（UA）、抗坏血酸（AA）、多巴胺、4-乙酰氨基酚、5-羟色胺、果糖和甘露糖等对葡萄糖测定的干扰很小，Fe3O4纳米柱阵列对人体血液样本中葡萄糖的测定结果与本地医院血液分析仪的测定结果基本一致，其RSD仅为3.1%。采用标准加入法分析血糖浓度的回收率为95～98%以上，说明测定结果具有很好的可靠性。 （2）利用阳极氧化法在316L不锈钢片表面制备了纳米孔阵列结构，在氢氧化钠溶液中转变为纳米孔/纳米针阵列复合结构（aciculas@NPs），对葡萄糖的检测灵敏度相对于抛光不锈钢材料得到了极大提高，在检测电位0.5V、0.1MNaOH的溶液中对葡萄糖的检测限为0.5μM（S/N=3），，葡萄糖浓度从1μM至1664μM之间，响应电流与浓度具有良好的线性关系，对葡萄糖响应的灵敏度为194.4μA·cm2·mM1。本文制备的aciculas@NPs对葡萄糖检测的稳定性良好，10次连续测定结果的RSD仅为4.9%，并且在常温保存45天后，其响应值与初始响应值的RSD仅为3.7%。对葡萄糖响应的选择性良好，血液中的UA和AA引起的测定干扰很小，并且测定结果与本地医院血液分析仪的测定结果基本一致，其RSD小于5%。采用标准加入法分析血糖浓度的回收率为90%以上，说明该传感器测定结果的可靠性良好。
[Abstract]:In order to solve these problems , no enzyme - type glucose sensor has been used in the development of non - enzyme sensors .

( 1 ) The structure - structured Fe2O3 nanotube array was prepared on the surface of pure iron sheet by electrochemical anodic oxidation , the diameter of the single nanotube was about 70nm , the tube length was about 2.5 渭m , and then annealed at 500 鈩

本文编号：1768829