一种高效的柔性葡萄糖传感器及其制备方法和应用

专利2026-02-28  7


:本发明属于葡萄糖检测传感电极制备,具体涉及一种高效无酶葡萄糖传感材料及其制备方法,并通过滴涂的方法把其负载在导电性好和比表面积大的柔性基底组成性能良好,稳定性强的柔性无酶葡萄糖传感器。

背景技术

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背景技术:

1、近年来,随着越来越多的人患有糖尿病,血糖监测在当今的医疗领域发挥着非常重要的作用。电化学葡萄糖检测仪具有灵敏度高、实时监测等优点而得到广泛关注。但电化学葡萄糖传感器的测量结果可能会受到其他物质的干扰,电化学葡萄糖传感器的电极可能会受到氧化、还原、腐蚀等因素的影响,导致稳定性降低,需要定期更换或维护。因此开发新的价格低廉的,高质量的电化学葡萄糖传感器尤为重要。

2、二硫化钼具有稳定性高、成本低、无毒、储量丰富等特点,广泛应用于血糖监测。然而,mos2在监测血糖水平方面容易出现稳定性差、检测速度慢、灵敏度差等问题。一些过渡金属原子(如cu、ni、co、fe等过渡金属原子)可以通过催化氧化反应或形成复合物在葡萄糖检测中发挥重要作用,这些复合物可以在低过电位和低成本下促进预期的氧化还原反应。因此,将一些有利于提高传感器性能的过渡金属原子掺杂到mos2中形成m-mos2(m代表cu、ni、co、fe等过渡金属原子)可以改善mos2作为葡萄糖检测器的一些缺点,提高其稳定性、灵敏度、选择性和响应速度,从而提高血糖监测仪的性能和可靠性,获得稳定、高效、可靠的血糖传感器。


技术实现思路

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技术实现要素:

1、本发明的目的是提供一种柔性无酶葡萄糖传感器及其制备方法。

2、本发明提供一种单原子负载mos2复合材料,化学表示式为m-mos2(m代表cu、ni、co、fe等过渡金属原子),过渡金属以单原子或者纳米团簇的形式均匀的负载在mos2表面;其中mos2为二维纳米片结构,纳米片的大小为0.6-1.0微米,厚度为15-30纳米;过渡金属原子呈单原子或者纳米团簇状态均匀分布在mos2纳米片中,其中cu的负载量为7.70-8.00wt.%。

3、本发明采用浸渍法将mclx·h2o(m代表cu、ni、co、fe等过渡金属原子)配置成一定浓度的溶液和mos2搅拌混合,得到m-mos2,让m原子或者团簇均匀的分布在二硫化钼纳米片上。将得到的m-mos2和nafion溶解在乙醇中,得到黑色墨水状浆料,通过滴涂的方法把浆料负载在导电性好和比表面积大的柔性基底上。该传感器具有良好的葡萄糖催化性能,可有效响应葡萄糖浓度,灵敏度高,抗干扰能力强。

4、所述的柔性基底包括:碳布、激光诱导含mos2的聚酰亚胺薄膜、激光诱导石墨烯。

5、本发明所述的柔性无酶葡萄糖传感器的制备方法,具体步骤如下:

6、用水热法合成mos2。将1.14g硫脲和0.84gna2moo4·2h2o溶于去离子水中,在185℃下反应24h,得到黑色mos2。将100mg mos2浸泡在mclx(m代表cu、ni、co、fe等过渡金属原子)溶液中3h,即得到过渡金属原子负载的二硫化钼复合材料,表示为m-mos2,,将3mg m-mos2和50μlnafion溶解在500μl乙醇中,超声波5分钟,得到黑色墨水状浆料,然后将浆料滴涂到预处理的柔性基底表面上,即得到柔性的葡萄糖传感电极。

7、所述的混合溶液中钼酸钠的浓度为0.02-3.0mol/l,硫脲的浓度为0.1-20.00mol/l。

8、本发明的设计思路是:二硫化钼具有稳定性高、成本低、无毒、储量丰富等特点,广泛应用于血糖监测。然而,mos2在监测血糖水平方面容易出现检测速度慢、灵敏度差等问题。过渡金属原子可以通过催化氧化反应或形成复合物在葡萄糖检测中发挥重要作用,这些复合物可以在低过电位和低成本下促进预期的氧化还原反应。因此,过渡金属原子掺杂到mos2中形成m-mos2(m代表cu、ni、co、fe等过渡金属原子)可以改善mos2作为葡萄糖检测器的一些缺点,提高其稳定性、灵敏度、选择性和响应速度,从而提高血糖监测仪的性能和可靠性,并用m-mos2负载在柔性基底制作成柔性传感电极,满足人体可穿戴应用,得到稳定、高效、可靠的血糖传感器。

9、本发明的有益效果:采用简单易操作的一锅水热法和室温浸渍法制备了单原子铜负载的二硫化钼复合材料,并用该材料负载在柔性基底上组成柔性葡萄糖传感器。该方法制备简单,快速,成本低廉,且获得的产品结构性好,导电性强,葡萄糖的检测范围为0.1~20mmol/l,对应的灵敏度为35.37μa/(mm·cm2),检测限为3.0μmol/l。由于该产品的结构优势,使得该传感器具有较好的电催化葡萄糖检测性能(灵敏度高、选择性好、稳定性强和抗干扰能力强),其有望在电催化葡萄糖检测乃至其他催化反应的电极材料中得到广泛的应用。

10、对得到的材料进行表征和性能测试(以负载铜原子为例),结果见图1-11

11、由图1可见,单原子铜均匀的负载在二硫化钼纳米片的表面,纳米片的大小为0.6-1.0微米,厚度为15-30纳米。

12、由图2可见,单原子铜负载的二硫化钼纳米片上无颗粒存在,说明铜是单原子状态分布。

13、图3可见,cu-mos2和mos2的衍射峰在xrd光谱中一致,表明cu的加入并没有改变mos2的形貌,而是以cu原子的形式与mos2结合。

14、图4可见,mo、s和cu均匀分布在整个结构中,铜原子确实加载到了mos2中,有利于提高传感器的导电性。

15、图5是单原子铜负载的二硫化钼的电极在0.1m naoh溶液中对葡萄糖循环伏安曲线,在较低葡萄糖浓度的情况下,电压为0.45v左右时,随着葡萄糖的浓度的增加,电流也明显增大,说明该材料可有效检测葡萄糖的浓度变化,导电性强。

16、图6是单原子铜负载的二硫化钼的电极在0.1m naoh溶液中的电化学i-t曲线,在0.6v的电压下,当葡萄糖浓度的增大或减小时,电流也随之的增大或减小,cu-mos2电极对葡萄糖具有快速响应和回收特性。

17、图7是单原子铜负载的二硫化钼的电极在0.1m naoh溶液中的抗干扰it曲线,在0.6v的电压下,电流不受其他干扰物的影响,对葡萄糖具有很高的选择性。

18、由图8可见,单原子铜负载的二硫化钼的电极在0.1m naoh溶液中,电流大小和葡萄糖浓度具有很好的线性关系(r=0.992),葡萄糖的检测范围为0.1~20mmol/l,对应的灵敏度为35.37μa/(mm·cm2),检测限为3.0μmol/l。

19、图9为本发明的激光诱导的mos2柔性基底。

20、图10可见,激光诱导的mos2柔性基底抗拉伸能力强,可以满足人的可穿戴需求。

21、图11是该葡萄糖传感器在0.1m naoh溶液中的i-t曲线,随着每次葡萄糖加入浓度逐渐增加,对应电流的变化也逐渐变大。

22、综上所述,所制备柔性葡萄糖传感器,导电性好,对葡萄糖选择性高,抗干扰能力强,具有快速响应和回收特性。通过调节反应中氯化铜的量实现铜的负载量为7.70-0.80wt.%。


技术特征:

1.一种柔性葡萄糖浓度传感电极,其特征是:通过滴涂的方法将过渡金属原子负载的二硫化钼复合材料滴涂在导电性好和比表面积大柔性基底上,应用于葡萄糖浓度检测领域。

2.权利要求1中一种过渡金属原子负载mos2复合材料,其特征是该材料的化学表示式为m-mos2(m代表cu、ni、co、fe等过渡金属原子),m以单原子或者纳米团簇的形式均匀的负载在mos2表面。

3.一种权利要求1所述的柔性葡萄糖传感器的制备方法,其特征是按照下面具体步骤制备:


技术总结
本发明提供了一种高效柔性葡萄糖浓度检测传感器及其制备方法,本发明采用水热法合成MoS<subgt;2</subgt;纳米片,纳米片的大小为0.6‑1.0微米,厚度为15‑30纳米;然后采用浸渍法负载过渡金属原子,得到M‑MoS<subgt;2</subgt;,(M代表Cu、Ni、Co、Fe等过渡金属原子)M以单原子或者纳米团簇的形式均匀的负载在MoS<subgt;2</subgt;表面,记为M‑MoS<subgt;2</subgt;,其中Cu的负载量为7.70‑8.00wt.%。通过滴涂的方法把M‑MoS<subgt;2</subgt;负载在导电性好和比表面积大的柔性基底上;本发明制得的柔性葡萄糖传感电极具有优异的葡萄糖传感性能,葡萄糖的检测范围为0.1~20mmol/L对应的灵敏度为35.37μA/(mM·cm<supgt;2</supgt;),检测限为3.0μmol/L。本方法制备的柔性葡萄糖传感器具有良好的抗干扰性和柔性,在开发人体柔性葡萄糖传感器方面具有较大的潜力。

技术研发人员:葛静敏,温仕泰,季景方,齐国臣,聂帮帮,徐卓健,吴宜航
受保护的技术使用者:郑州大学
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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