一種氧化亞銅薄膜基無酶-氧靈敏的葡萄糖光電化學傳感器的構建方法和檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于儀器分析測試領域，具體是一種用于葡萄糖檢測的光電化學傳感器的構建方法和檢測方法。
【背景技術】
[0002]在臨床診斷學，葡萄糖是一種重要的分析物，因為其高濃度能夠導致糖尿病的發生。目前，各種相關技術例如:紅外光譜法、熒光光譜法以及光聲光譜法；表面等離子體共振生物傳感器；電容檢測法；電致化學發光法；色度法；以及毛細管電泳法已被用于葡萄糖的檢測。這些方法通常需要較貴的儀器設備和較復雜的試樣處理。
[0003]相比較上述分析技術，酶基電化學傳感器顯示出高選擇性和高靈敏度，但是其穩定性差，因為葡萄糖氧化酶易受PH值、濕度、溫度、離子型去垢劑等物質的影響。為了解決這些問題，近幾年來基于葡萄糖直接氧化的非酶電化學傳感器得了分析科學家的關注。目前已有基于鉑、金、銅、鉑-鉛、鉑-碲等納米粒子用于有效無酶葡萄糖傳感器的構建。然而，這些傳感器具有高成本、選擇性差和不穩定等缺陷，不適合實際樣品的檢測。此外，基于納米氧化鎳、四氧化三鈷、二氧化錳、二氧化釕、氧化鐵、氧化銅以及氧化亞銅的非酶葡萄糖電化學傳感器也有廣泛地報道。因為上述材料具有低成本、高穩定性以及多電子氧化效應等特點。
[0004]相比較電化學傳感器，光電化學傳感器具有更高的靈敏度，因為其由分離的光源和電化學工作站組合而成，其測量的是光電流，且該光電流具有信號背景底等特點。最近，鞠課題組基于葡萄糖氧化酶修飾納米碲化鎘構建了一種氧靈敏的葡萄糖光電化學傳感器。為了解決葡萄糖氧化酶自身不穩定的缺點，董課題組發展了納米金/鉑-二氧化鈦基非酶光電化學傳感器檢測葡萄糖。然而，這一策略需要昂貴的金/鉑納米粒子和冗長的修飾電極步驟。

【發明內容】

[0005]發明目的:本發明目的在于針對現有技術的不足，提供一種制備單一、環境友好、成本低廉的氧化亞銅基無酶光電化學葡萄糖傳感器的構建方法
[0006]本發明的另一目的在于提供一種使用上述氧化亞銅基無酶光電化學葡萄糖傳感器進行葡萄糖檢測的檢測方法。
[0007]技術方案:本發明所述氧化亞銅薄膜基無酶-氧靈敏的葡萄糖光電化學傳感器的構建方法，包括如下步驟:
[0008](I)對ITO導電玻璃進行清洗、沖洗操作并在室溫下晾干；
[0009](2)將步驟(I)處理后的ITO導電玻璃作為工作電極、鉑絲作為對電極，銀/氯化銀電極作為參比電極，將三電極插入含有0.02?0.08mol L—1硫酸銅和0.05?0.2mol L檸檬酸鈉的氫氧化鈉溶液中，調整pH值為10?12 ;
[0010](3)在沉積溫度為50?70°C，沉積電位為-0.3?-0.5V的條件下，電沉積15?30分鐘，在ITO導電玻璃表面形成氧化亞銅薄膜；
[0011](4)將步驟(3)中制備好的氧化亞銅薄膜用純水潤洗表面的殘余溶液，并在100°C條件下干燥I小時，形成穩定的氧化亞銅薄膜基光陰極。
[0012]本發明中，所述ITO導電玻璃的尺寸為I厘米X4厘米，步驟(I)中所述ITO導電玻璃的清洗方法為:將所述ITO導電玻璃在含有lmol L—1氫氧化鈉和0.6%過氧化氫的清洗液中進行清洗。
[0013]步驟(I)中所述ITO導電玻璃的沖洗方法為:將清洗后的ITO導電玻璃依次使用丙酮和超純水進行沖洗。
[0014]優選地，步驟(2)中，通過調整溶液中氫氧化鈉的濃度，調整溶液的pH值為11。
[0015]本發明所述的氧化亞銅薄膜基無酶-氧靈敏的葡萄糖光電化學傳感器的檢測方法，包括如下步驟:
[0016](I)將獲得的氧化亞銅薄膜基光陰極的ITO導電玻璃作為工作電極、鉑絲作為對電極，銀/氯化銀電極作為參比電極，將三電極插入含有一定濃度葡萄糖的0.05?0.2molL1的氫氧化鈉溶液中；
[0017](2)采用步驟(I)中的三電極體系，在0.3?0.8V的條件下，對葡萄糖預氧化4?12秒；
[0018](3)采用時間-電流測試技術，偏電位為-0.1?-0.3V，在模擬太陽光的照射下進行光電信號檢測。
[0019]檢測結果顯示，隨著葡萄糖濃度的增大，光電流成下降趨勢，并在一定濃度范圍內成線性關系。
[0020]本發明的反應歷程如下:
[0021]Cu20+0H>H20 — Cu (OH) 2+丨(I)
[0022]Cu (OH) 2+0Γ— CuOOH+H 20+丨(2)
[0023]CuOOH+Glucose — Cu (OH) 2+Glucolactone (3)
[0024]Glucolactone+OH-— Gluconic acid (4)
[0025]Cu (OH) 2+H20+e-— Cu 20+0F (5)
[0026]02+e-— 0 2.(6)
[0027]葡萄糖濃度的增加，導致溶解氧濃度的下降，進而導致氧化亞銅基光陰極電流下降，基于這一原理檢測實際樣品中的葡萄糖濃度。
[0028]有益效果:(I)本發明氧化亞銅薄膜基無酶-氧靈敏的葡萄糖光電化學傳感器的構建方法基于光激發下的光電流檢測，檢測信號背景低，不需要較貴的儀器設備和較復雜的試樣處理，即可具有更高的檢測靈敏度和穩定性；同時無需酶修飾電極，具有成本低，易制作，效率高的優點；(2)本發明的氧化亞銅基無酶光電化學葡萄糖傳感器與非酶貴金屬基葡萄糖電化學傳感器如:基于鉑、金、銅、鉑-鉛、鉑-碲等納米粒子的無酶葡萄糖傳感器相比，其具有成本低、選擇性好及穩定性好等特點；(3)本發明的氧化亞銅基無酶光電化學葡萄糖傳感器實驗結果顯示具有線性范圍寬(0.5-100 μ mol L—1和0.5-6mmol廠1)、檢出限低(0.3μπιΟ1 L—1)、環境友好等特點。
【附圖說明】
[0029]圖1為本發明氧化亞銅薄膜基無酶-氧靈敏的葡萄糖光電化學傳感器的電極反應示意圖；
[0030]圖2為本發明實施例1制得的氧化亞銅薄膜的低分辨㈧和高分辨⑶電鏡圖；
[0031]圖3為本發明實施例1制得的氧化亞銅薄膜的X-射線衍射(A)和紫外-可見漫反射光譜⑶圖；
[0032]圖4為本發明實施例1制得的氧化亞銅薄膜的高分辨X-射線光電子能譜Cu2p (A)和 O Is(B)；
[0033]圖5為本發明氧化亞銅薄膜基無酶-氧靈敏的葡萄糖光電化學傳感器隨葡萄糖濃度變化的光電流曲線㈧和其定量曲線⑶；
[0034]圖6為實際樣品中可能存在的多巴胺、抗壞血酸、尿酸、氯化鈉及其混合物對發明氧化亞銅薄膜基無酶-氧靈敏的葡萄糖光電化學傳感器檢測的影響。
【具體實施方式】
[0035]下面通過附圖對本發明技術方案進行詳細說明，但是本發明的保護范圍不局限于所述實施例。
[0036]實施例1:一種氧化亞銅薄膜基無酶-氧靈敏的葡萄糖光電化學傳感器的構建方法，包括如下步驟:
[0037](I)將ITO導電玻璃切成I厘米X4厘米尺寸，在含有Imol L—1氫氧化鈉和0.6%過氧化氫的清洗液中進行清洗，清洗后依次使用丙酮和超純水進行沖洗并在室溫下晾干；
[0038](2)將步驟(I)處理后的ITO導電玻璃作為工作電極、鉑絲作為對電極，銀/氯化銀電極作為參比電極，將三電極插入含有0.05mol Γ1硫酸銅和0.1mol I/1檸檬酸鈉的氫氧化鈉溶液中，調整溶液中氫氧化鈉的濃度，使溶液pH值為11 ;
[0039](3)在沉積溫度為50°C?70°C，沉積電位為-0.3V?-0.5V的條件下，電沉積20分鐘，在ITO導電玻璃表面形成氧化亞銅薄膜；
[0040](4)將步驟(3)中制備好的氧化亞銅薄膜用水潤洗表面的殘余溶液，并在100°C條件下干燥I小時，形成穩定的氧化亞銅薄膜基光陰極。
[0041]圖2為本實施例中氧化亞銅的低分辨㈧和高分辨⑶電鏡圖，從圖㈧可以看出ITO導電玻璃上形成均勻的薄膜，均勻的薄膜材料有助于提高葡萄糖的催化氧化性能，能夠保證光陰極的穩定性；從圖(B)可以清晰看出，規則的立方體氧化亞銅的尺寸為800nm。
[0042]圖3為本實施例中氧化亞銅的X-射線衍射(A)和紫外-可見漫反射光譜(B)圖，從圖(A)可以看出氧化亞銅主要沿著〈111〉晶面生長，所有衍射峰可索引為(JCPDS卡片n0.78-2076)，沒出現雜質衍射峰，表明制備了高純的氧化亞銅晶體；從圖(B)可以看出氧化亞銅在200-800nm范圍內有很好的吸收，其有助于提高光電轉化效率從而提高光電化學檢測靈敏度，其最大吸收波長為568nm，對應的帶隙值為2.18eV，再次證明成功地合成了氧化亞銅。
[0043]圖4為本實施例中氧化亞銅的高分辨X-射線光電子能譜㈧Cu 2p和(B)O Is。從圖(A)可以看出銅相關峰型成對稱結構，且Cu 2p3/2峰位對應的結合能為932.6eV，其可歸結為氧化亞銅里的I價銅，同比O Is的結合能為530.4eV，其可歸結為氧化亞銅里的氧狀態，又一次成