石墨烯基葡萄糖生物传感器的电化学制备及应用

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热度0票  浏览89次 时间：2021年1月07日 15:10

毛政凯，陈贵凤 / 安顺职业技术学院

摘 要：现阶段，相关修饰材料以及电极表面上的固定操作，属于是葡萄糖生物传感器无法得到全面应用的主要制约因素。本文根据以往工作经验，对石墨烯基葡萄糖生物传感器的电化学制备情况进行总结，并从修饰电极的电化学性质、修饰电极对普通糖的电化学响应、重现性和稳定性保持三方面，论述了石墨烯基葡萄糖生物传感器的电化学制备应用。

关键词：石墨烯基；葡萄糖；生物传感器；电化学制备葡萄糖本身容易溶解于水，主要集中在人体血浆和淋巴液之中，是人体运转过程中不可缺少的重要组成物质。另外，人体血清之中还有大量的葡萄糖，该物质含量也是临床检测中的一项重要指标，如果含量超过一定浓度，证明患者患有糖尿病。现阶段，人们为了对葡萄糖进行有效检验，研究出一种特殊的生物传感器，从而为人体健康做出更多贡献。

一、石墨烯基葡萄糖生物传感器概述

在石墨烯基葡萄糖生物传感器制作过程中，需要应用的材料为石墨烯 / 纳米金。首先，工作人员需要将 80ul5mol/L的相关溶液与 GO 溶液混合，之后在混合液之中加入 800uL 水进行稀释，使其搅拌融合，再进行超声震荡操作，此时工作人员还需要在其中加入一定量的抗坏血酸溶液，等到混合溶液反应时间达到 20min 后，将混合物放到室温下静置 48h。

从实际制备过程中能够看出，石墨烯表面的含氧官能团数量很多，可以将金纳米颗粒全面连接在一起，展示出中间作用效果。一般情况下，石墨烯材料的厚度大约为 1nm，纳米金颗粒的粒径大约为 5nm。工作人员想要确保该项研究工作的顺利执行，对石墨烯的合成操作显得格外重要。具体制备过程中，主要以 Hummers 法为基础，称取 1g 纳米级石墨粉，以及 0.5g 硝酸钠，在烧杯之中进行混合，之后加入硫酸，容量为 23ml，反应温度应控制在 20℃以下。当所有反应工作结束之后，工作人员还要做好氧化石墨烯的还原操作，最终溶液颜色为亮黄色。

二、石墨烯基葡萄糖生物传感器的电化学制备

先将 2mm 碳电极放置到 Pirabha 溶液之中浸泡，整个浸泡时间不能低于 10min，之后还要进行表面抛光操作，主要抛光物质为氧化铝，等到所有的表面污染物洗净之后，便可以将所有反应物转移到超声水浴之中，再清洗 3min。实际电化学制备操作的执行，工作人员可以将处理好的玻碳电极浸入到石墨烯分散液中，控制好电位情况，当沉积 60s 之后，工作人员需要取出电极，再用水进行清洗操作。此时，控制电位的位置集中在 -0.2V 位置处，沉积时间为 60s，在取出电极之后，还要用水清洗干净，并在室温条件下进行干燥处理，从而得到真正的石墨烯基葡萄糖生物传感器。

三、石墨烯基葡萄糖生物传感器的电化学制备应用

3.1 修饰电极的电化学性质

实际电极电化学性质的修饰，应该以电化学交流阻抗和循环伏安法为主，让电化学行为得到有效展示。例如，在实际反映过程中，裸的玻碳电极表面出现可逆的氧化还原反映之后，循环伏安曲线将会出现明显的氧化还原峰。当电极表面的石墨烯得到修饰之后，其实际导电性和较大的表面积将会催化氧化还原反映的进行，进而导致石墨烯修饰电极交流阻抗下降幅度进一步提升。另外，石墨烯片层之中还渗透一些良好的金纳米粒子，可以将电极表面的导电性和电催化性能进行有效修饰，进而避免出现明显的电子阻抗降低问题，氧化还原峰电流也会得到明显增加。尽管实际装置之中还存在较多的导电分子，但实际修饰层能够对电子转移起到一个限制作用，进而导致电极阻抗的进一步扩大。

3.2 修饰电极对普通糖的电化学响应

为了将传感器对葡萄糖电化学特性影响程度呈现出来，工作人员可以在修饰电极之中加入空白和含有葡萄糖的 PBS溶液，进而将循环伏安行为呈现出来。另外，相关研究人员也要清楚的认识到，空白 PBS 之中并没有出现明显的氧化还原峰，但在该体系之中加入葡萄糖之后，整条伏安曲线将会展示出一对还原峰和氧化峰，由于主体研究主要是依靠低电位进行，容易受到抗坏血酸和尿酸的干扰。为此，在电位范围的确定上，应该以 -0.05 到 0.15V 范围为主，为后续差分脉冲伏安扫描工作的执行创造有利条件。从以往研究过程中也能够看出，当葡萄糖浓度集中在 5 到 500umol/L 时，整个传感器的电流响应和浓度将会呈现出线性关系，该种模式下所得到的灵敏度，远远高于其他类型的葡萄糖生物传感器。

3.3 重现性和稳定性保持

在实际工作开展过程中，工作人员可以分不同批次开展葡萄糖生物传感器制备操作，并开展有效的葡萄糖标准溶液检测操作，此种情况之下，主体还原峰电流响应偏差将会低于 3%，从这里也可以看出，该种传感器能够表现出极强的重现性特点。当电极在适当条件下保存一段时间之后，工作人员可以将其取出，放到葡萄糖溶液之中，之后按照上述方法对还原峰电流进行检测，最终得到的结果为整个电化学响应变化值比之前下降 5%，从这里也可以看出，该类传感器在长期保存的情况下，能够做到稳定性有效延续。

四、结语

综上所述，石墨烯基葡萄糖生物传感器在应用过程中，不仅能够将科学环保特点呈现出来，还能实现对单层石墨烯和纳米金厚度的全面控制操作。实践研究表明，石墨烯 / 金复合材料能够展示出良好的分散性，而且对于葡萄糖还能展示出有效的电催化效果，强化主体传感器的灵敏度。

参考文献：

[1] 汪洪溟 , 朱凌岳 . 石墨烯在电化学储能领域应用的研究进展[J]. 化学工程师 ,2019,33(07):69-72+35.

[2] 姜哲 , 于飞 , 马杰 . 石墨烯基吸附剂的设计及其对水中抗生素的去除 [J]. 物理化学学报 ,2019,35(07):709-724.