根据酶传感器分为有酶葡萄糖电化学传感器和无酶电化学传感器。有酶葡萄糖电化学传感器主要利用酶对底物具有专一性、高效率的催化作用, 能够满足医学等领域对葡萄糖的检测。这种传感器有一个很大的缺点就是酶的活性很容易受到外界的感染, 从而影响到有酶传感器的进一步发展。而无酶葡萄糖电化学传感器则克服了有酶葡萄糖电化学传感器的这些缺点, 它的响应时间快、灵敏度高、使用时间长等优点, 是一种新型的葡萄糖催化材料。
纳米材料指的是那些结构单元大小在1纳米—100纳米之间材料, 由于这种结构的材料大小接近电子的长度, 使得材料本身的组织发生了很大的变化。它的尺度接近光的波长, 所以这种材料表现的熔点、光学、磁性、导电性等与材料的整体情况有很大的区别。将纳米材料应用在无酶电化学传感器。
近年来, 无酶葡萄糖电化学传感器是是化学传感器的热门研究方向, 这方面的研究国外比中国更早。2006年, Park对无酶传感器电化学传感器研究方面取得了一定的成效, 它根据葡萄糖在金电极、珀电极、铜电极等不同电极材料的电催化氧化作用, 将无酶葡萄糖电化学传感器分成了伏安法无酶葡萄糖电化学传感器、电位式无酶葡萄糖电化学传感器和电流型无酶葡萄糖电化学传感器。伏安型无酶葡萄糖传感器是通过伏安检测法检测溶液中的葡萄糖含量;电位式无酶葡萄传感器是通过葡萄糖和敏感物质的化学反应使得溶液中的电位发生变化, 从而检测溶液中的葡萄糖。这种传感器一般用于检测浓度大于10-5M的葡萄糖溶液;电流型无酶葡萄糖电化学传感器是通过计时电流法对溶液的葡萄糖成分进行检测, 电流型无酶葡萄糖电化学传感器, 目前是无酶葡萄糖电化学传感器中应用最多的传感器, 广泛应用在合金材料、纳米材料以及多种金属材料中。
碳纳米管化学稳定性好、导电性高, 将其应用在无酶葡萄糖电化学传感器上, 能提高电极与一些重要生物分子之间的电子传递速率, 它能加速糖类分子在电极上的氧化速度, 因此碳纳米管能快速检测到溶液中的糖类分子。然而经过Batche b等人的研究发现, 碳纳米管对葡萄糖的电催化作用并不是来自碳纳米管自身, 而是来自加工碳纳米管留下的残留金属物质铜纳米颗粒。
珀电极和金电极在抗尿酸、坏血酸、以及醋氨酚等测定葡萄糖成分的具有干扰物质的电催化作用比较小, 所以在葡萄糖氧化过程中, 对电极非常灵敏, 珀电极和金电极表面粗糙能够大大提高动力学控制的电化学的电流。但是珀电极和金电极在抗尿酸、坏血酸、以及醋氨酚等干扰物质的电催化氧化机制不同, 因此在加工的时候, 会提高珀电极和金电极的表面粗糙度, 从而提高珀电极对葡萄糖的选择性和响应灵敏度。Park在制作中孔和纳米多孔的珀电极和金电极检测葡萄糖取得不错的效果。随后又有人在金电极的表面上堆积二氧化硅蛋白石结构, 然后去除电极铂技术上的二氧化硅以后, 能得到三维的大孔薄膜, 这种膜对葡萄糖响应效果比较好。通过研究发现, 在相同的条件下, 金纳米颗粒修饰后的电极与没有修饰的进店时在催化氧化方面要高, 响应性更好。
铜、镍氧化物纳米材料电极在葡萄糖电化学检测过中, 由于电化学反应中产生的铜离子和聚乙烯的酰胺基形成了络合物, 表面了电极的溶解和腐蚀, 从而增强了电极的稳定性。然后用微波合成法将丁二酮的铜纳米颗粒, 这种颗粒与Nafion修饰玻碳电极溶液中的葡萄糖选择性和灵敏度比较好, 检测以后还能够及时回收, 因此大大降低了检测的成本。随着纳米技术的进步, 有人用液相法在铜电极表面合成了氢氧化铜纳米线, 并将其应用在无酶葡萄糖电化学传感器中, 大大提高了葡萄糖的检测速度, 并能够用户实际的人体血液样本分析, 因此在医学方面得到了广泛的应用。
纳米材料尺寸小、粒子表面有很多功能基因, 对葡萄糖以及糖类化合物的电化学作用比较强。将其应用在无酶葡萄糖电化学传感器中, 能提高电化学的反应速度、降低过点位、提高电极的灵敏度和选择性。近年来, 随着我国技术的进步, 纳米材料开始应用在社会各个领域。随着对纳米结构电极电催化氧化方面的研究, 未来将可能实现无酶葡萄糖传感器在医学上的血糖监测, 从而提高我国医学事业的进步。
摘要：葡萄糖是活细胞能源来源, 是能直接吸收的一种会化合物, 也是人体能量的主要来源, 能够保护人的肝脏, 它对人体健康、疾病诊断、治疗等具有重要意义。葡萄糖传感器一直是生物和化学领域研究的热点。葡萄糖电化学传感器研究最早的是生物传感器。本文简单介绍了纳米材料的特性, 无酶葡萄糖电传感器的发展历史以及当下三种常见的无酶葡萄糖电化学传感器。
关键词：纳米材料,无酶葡萄糖,电化学传感器
[1] 庄贞静, 肖丹.基于纳米材料的无酶葡萄糖电化学传感器的研究[C].//第十届中国化学会分析化学年会暨第十届全国原子光谱学术会议论文集.2009:51.
[2] 朱丽梅, 罗立强, 王振新等.制备基于氧化铜/石墨烯纳米复合物的非酶葡萄糖电化学传感器[C].//第十一届全国电分析化学会议论文集.2011:392-393.
[3] 吴君, 王坤, 李赫楠等.石墨烯-TiO2纳米杂化材料促进下的葡萄糖氧化酶直接电子传递及葡萄糖传感器研究[C].//第十一届全国电分析化学会议论文集.2011:80-81.
