普鲁士蓝修饰的过氧化氢与葡萄糖生物传感器的研究

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过氧化氢是生产生活中的重要消毒剂,同时也是多种酶促反应的产物,高效的检测过氧化氢在食品生产、生物学和临床医学等诸多研究领域具有重要意义。鉴于此,研究人员发展了许多分析过氧化氢的方式,从传统的化学法到目前流行的近红外光谱法、电化学法、液相色谱-质谱法等[1]。在这些方法中,电化学方法因其简单高效、灵敏度高等特点被认为是最有效的检测方式。此外,在电化学过氧化氢传感器的基础上进一步修饰,可以进一步制备葡萄糖传感器,这对数量庞大的糖尿病患者来说是非常具有意义的。本文基于普鲁士蓝修饰纳米多孔金这一主体结构发展了过氧化氢传感器,同时经过吸附—交联的固定化酶的方式,进一步制备了葡萄糖生物传感器,还对普鲁士蓝修饰电极的柔性化工艺进行了探究,进而探索可行的柔性医疗器械解决方案。具体研究内容如下:(1)通过自由腐蚀脱合金的方式对磁控溅射的金银合金薄膜(原子比35:65)进行脱合金处理得到纳米多孔金膜。同时,对腐蚀时间进行了探究,得到不同脱合金时间下对应的不同纳米孔孔径。(2)采用电化学的方式将普鲁士蓝沉积到纳米多孔金电极上从而制备过氧化氢传感器。对修饰电极进行了测试,结果表明该传感器具有良好的电化学性能,清晰、稳定的结构促进了PB纳米晶向NPG膜的直接电子转移。与前人制备的PB修饰电极比较,本文制备的过氧化氢传感器线性范围最宽,为0.001-17 mM,同时具备708μA·cm-2·mM-1的高灵敏度。(3)探讨和优化过氧化氢传感器中的关键因素——电化学沉积时间。通过结构表征与电化学表征,我们观察到不同沉积时间的传感器在灵敏度、线性范围和稳定性方面存在显著差异。确定了临界沉积时间td=120 s,在此沉积条件下形成了最稳定的结构:PB晶格包裹了NPG的韧带,并在NPG层上方形成了厚度为300 nm的牢固的PB粘层。(4)在过氧化氢传感器的基础上,进一步制备葡萄糖传感器。采用了吸附与交联两种固酶方式相结合的方法,通过壳聚糖的物理吸附与戊二醛的交联,将葡萄糖氧化酶层与普鲁士蓝层紧密连接,之后涂上一定浓度的nafion溶液用来阻止酶层流失同时提升该传感器对葡萄糖的选择性,此工艺所制备的传感器的线性检测范围为0.01-1.4 mM,灵敏度为10.2μA·mM-1·cm-2。(5)通过柔性化工艺制备基于普鲁士蓝修饰电极的柔性薄膜。在硬质基底上用旋涂的方式甩一层PMMA固化后再甩一层PI,随后用E/B的方式生长铬作为粘结剂,再磁控溅射一层金,通过半导体工艺(光刻-显影-刻蚀)将不需要的部分去除,转印到PDMS或敷料后通过反应离子刻蚀和电化学沉积即可得到柔性化的普鲁士蓝薄膜。
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