【摘要】：糖尿病是由胰島素缺陷或受損引起的代謝性疾病,全球患者已超過(guò)2.2億,預(yù)計(jì)2030年將增加至3.66億,成為了世界公共健康問(wèn)題之一。目前,糖尿病的治療方案是定期監(jiān)測(cè)糖尿病患者的血糖,及時(shí)了解體內(nèi)葡萄糖代謝情況,實(shí)時(shí)調(diào)整治療方案,以達(dá)到最佳的葡萄糖含量。因此,開(kāi)發(fā)一種快速、靈敏和可靠的葡萄糖傳感器,對(duì)降低糖尿病及其并發(fā)癥具有十分重要的意義。值得關(guān)注的是,氧化銅(CuO)因具有優(yōu)良的電化學(xué)活性、可調(diào)節(jié)的形貌結(jié)構(gòu)和合適的表面電荷等性質(zhì),成為了高效催化葡萄糖氧化的良好候選者。然而,CuO是一種半導(dǎo)體材料,對(duì)葡萄糖氧化的催化性能易受自身導(dǎo)電性能和形貌結(jié)構(gòu)的限制。因此,本論文以CuO為研究對(duì)象,采用比表面積大和導(dǎo)電性能優(yōu)異的還原氧化石墨烯(rGO)和碳納米管(CNTs)進(jìn)行改性,制備了具有不同尺寸和形貌的復(fù)合材料,作為無(wú)酶型葡萄糖傳感器的修飾材料;并以CuSO_4、Cu(NO_3)_2或Cu(CH_3COO)_2作為銅鹽前驅(qū)體,制備了三種不同形貌結(jié)構(gòu)的CuO,探索了銅鹽前驅(qū)體對(duì)CuO形貌結(jié)構(gòu)的影響,以及形貌結(jié)構(gòu)對(duì)檢測(cè)性能的影響。具體內(nèi)容如下:采用水熱合成法與原位分解法相結(jié)合,制備了具有向外生長(zhǎng)模式的獨(dú)特的米粒狀CuO。在整個(gè)制備過(guò)程中不使用任何軟模板和強(qiáng)堿,綠色環(huán)保。將得到的CuO與Nafion溶液匹配,制作成化學(xué)修飾電極(CME),開(kāi)展對(duì)葡萄糖的無(wú)酶檢測(cè)。研究結(jié)果表明:所制備的CuO形貌在微觀下酷似米粒,長(zhǎng)度約0.5~1.0μm,直徑約250~320nm。當(dāng)CuO修飾量為0.35 mg時(shí),由其組成的CME對(duì)葡萄糖具有明顯的電流響應(yīng)能力:在0.036~2.36 mmol/L濃度范圍內(nèi)存在良好的線性關(guān)系,靈敏度為950.36μA·L/(mmol·cm~2),檢出限為0.065μmol/L(S/N=3);并且表現(xiàn)出了良好的選擇性、穩(wěn)定性和可靠性。對(duì)米粒狀CuO的導(dǎo)電性能加以改進(jìn),通過(guò)對(duì)石墨進(jìn)行二次剝離得到片層狀氧化石墨烯(GO),并以此作為模板劑引入米粒狀CuO的制備過(guò)程,得到導(dǎo)電性能優(yōu)異的CuO/rGO納米復(fù)合材料。所制備的納米復(fù)合材料,仍然保持原來(lái)CuO的向外定向生長(zhǎng)的米粒狀結(jié)構(gòu),且顆粒尺寸縮小到了納米級(jí)。當(dāng)CuO與rGO的質(zhì)量比約為3.5:1時(shí),由其組成的CME對(duì)葡萄糖具有良好的電流響應(yīng)能力:在0.010~2.53 mmol/L濃度范圍內(nèi)存在良好的線性關(guān)系,靈敏度為1746.16μA·L/(mmol·cm~2),檢出限為0.047μmol/L(S/N=3);并且表現(xiàn)出了良好的重現(xiàn)性、選擇性和可靠性。對(duì)米粒狀CuO的導(dǎo)電性能和催化活性加以改進(jìn),通過(guò)引入經(jīng)酸化處理的CNTs,制備得到具有協(xié)同效應(yīng)的CuO/CNTs復(fù)合材料。因CNTs的模板作用,所制備的復(fù)合材料呈球狀,球體內(nèi)部由球心向外呈片層狀排列,仍然保持原始空白CuO的向外定向生長(zhǎng)的模式。CNTs連接在CuO球體和納米片之間,使得CNTs的高導(dǎo)電通道與CuO的低導(dǎo)電通道連接,形成電子通道網(wǎng)絡(luò),提高了材料的導(dǎo)電性能。并且CNTs的摻入,增多了對(duì)葡萄糖氧化的催化位點(diǎn),與CuO產(chǎn)生了協(xié)同效應(yīng)。當(dāng)CNTs的質(zhì)量為CuO的理論質(zhì)量的30%時(shí),由其組成的CME對(duì)葡萄糖具有較高的電流響應(yīng)能力:在0.20~4.56 mmol/L濃度范圍內(nèi)存在良好的線性關(guān)系,靈敏度為1377.01μA·L/(mmol·cm~2);檢出限為0.059μmol/L(S/N=3);并且表現(xiàn)出了良好的選擇性、重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。對(duì)CuO的形貌結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)。采用冷凝回流與原位分解相結(jié)合的方法,以CuSO_4、Cu(NO_3)_2或Cu(CH_3COO)_2作為銅鹽前驅(qū)體,制備了三種納米CuO。因不同的陰離子在不同的晶面具有選擇性吸附,所制備的CuO呈現(xiàn)三種不同的形貌結(jié)構(gòu)。通過(guò)電化學(xué)性能測(cè)試發(fā)現(xiàn),由CuSO_4合成的納米棒狀CuO具有較大的比表面積和較多的電子通道,并且獨(dú)特的溝壑結(jié)構(gòu)防止了施壓過(guò)程結(jié)構(gòu)的坍塌,因此對(duì)葡萄糖表現(xiàn)出了最高的電流響應(yīng)能力:在0.022~4.20 mmol/L濃度范圍內(nèi)存在兩個(gè)良好的線性關(guān)系,靈敏度分別為4086.95μA·L/(mmol·cm~2)和2160.48μA·L/(mmol·cm~2),檢出限為0.089μmol/L(S/N=3);并且表現(xiàn)出了良好的重現(xiàn)性、選擇性和穩(wěn)定性。
【圖文】：

Au電催化葡萄糖氧化的機(jī)理示意圖

傳感器的檢測(cè)性能[38-40]。這些材料的研發(fā)，目的是為擴(kuò)身的電導(dǎo)率。并且相關(guān)研究者發(fā)現(xiàn)，具有高電催化活觸對(duì)于提高電極的電子傳導(dǎo)性能以及充分利用電催化Zhao 等人[41]合成了由 1D Cu納米線（NWs）和外延生組成的新型同軸納米結(jié)構(gòu)（如圖 1-2所示），應(yīng)用于堿性于同軸納米線分層結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，大的比表面積提供了葡萄糖分子接觸；內(nèi)置集流體（Cu核）與活性介質(zhì)（大大提高了電子傳輸能力。此外，分支和各向異性納可適應(yīng)大的體積變化，以避免施加電壓的過(guò)程中結(jié)構(gòu)，，在所制備的傳感器上獲得了非常低的檢出限（40 nm內(nèi)）。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：R587.1;O657.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 龍萍;金國(guó);崔秀芳;鞠剛;陸紅梅;;基于Origin軟件的循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理[J];實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理;2016年05期

2 Hajar SHEKARCHIZADEH;Mahdi KADIVAR;Ali A.ENSAFI;;利用Cu0/多壁碳納米管納米復(fù)合物修飾玻碳電極快速非酶法檢測(cè)葡萄糖和果糖(英文)[J];催化學(xué)報(bào);2013年06期

3 孟冬婭;張英輝;;實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)在糖尿病診斷和病情監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J];沈陽(yáng)部隊(duì)醫(yī)藥;2008年06期

本文編號(hào)：2601433