石墨烯基葡萄糖生物傳感器的電化學(xué)制備及應(yīng)用

毛政凱 陳貴鳳

摘 ? ?要：現(xiàn)階段，相關(guān)修飾材料以及電極表面上的固定操作，屬于是葡萄糖生物傳感器無(wú)法得到全面應(yīng)用的主要制約因素。本文根據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)石墨烯基葡萄糖生物傳感器的電化學(xué)制備情況進(jìn)行總結(jié)，并從修飾電極的電化學(xué)性質(zhì)、修飾電極對(duì)普通糖的電化學(xué)響應(yīng)、重現(xiàn)性和穩(wěn)定性保持三方面，論述了石墨烯基葡萄糖生物傳感器的電化學(xué)制備應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：石墨烯基;葡萄糖;生物傳感器;電化學(xué)制備

葡萄糖本身容易溶解于水，主要集中在人體血漿和淋巴液之中，是人體運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不可缺少的重要組成物質(zhì)。另外，人體血清之中還有大量的葡萄糖，該物質(zhì)含量也是臨床檢測(cè)中的一項(xiàng)重要指標(biāo)，如果含量超過(guò)一定濃度，證明患者患有糖尿病?，F(xiàn)階段，人們?yōu)榱藢?duì)葡萄糖進(jìn)行有效檢驗(yàn)，研究出一種特殊的生物傳感器，從而為人體健康做出更多貢獻(xiàn)。

一、石墨烯基葡萄糖生物傳感器概述

在石墨烯基葡萄糖生物傳感器制作過(guò)程中，需要應(yīng)用的材料為石墨烯/納米金。首先，工作人員需要將80ul5mol/L的相關(guān)溶液與GO溶液混合，之后在混合液之中加入800uL水進(jìn)行稀釋，使其攪拌融合，再進(jìn)行超聲震蕩操作，此時(shí)工作人員還需要在其中加入一定量的抗壞血酸溶液，等到混合溶液反應(yīng)時(shí)間達(dá)到20min后，將混合物放到室溫下靜置48h。從實(shí)際制備過(guò)程中能夠看出，石墨烯表面的含氧官能團(tuán)數(shù)量很多，可以將金納米顆粒全面連接在一起，展示出中間作用效果。一般情況下，石墨烯材料的厚度大約為1nm，納米金顆粒的粒徑大約為5nm。工作人員想要確保該項(xiàng)研究工作的順利執(zhí)行，對(duì)石墨烯的合成操作顯得格外重要。具體制備過(guò)程中，主要以Hummers法為基礎(chǔ)，稱取1g納米級(jí)石墨粉，以及0.5g硝酸鈉，在燒杯之中進(jìn)行混合，之后加入硫酸，容量為23ml，反應(yīng)溫度應(yīng)控制在20℃以下。當(dāng)所有反應(yīng)工作結(jié)束之后，工作人員還要做好氧化石墨烯的還原操作，最終溶液顏色為亮黃色。

二、石墨烯基葡萄糖生物傳感器的電化學(xué)制備

先將2mm碳電極放置到Pirabha溶液之中浸泡，整個(gè)浸泡時(shí)間不能低于10min，之后還要進(jìn)行表面拋光操作，主要拋光物質(zhì)為氧化鋁，等到所有的表面污染物洗凈之后，便可以將所有反應(yīng)物轉(zhuǎn)移到超聲水浴之中，再清洗3min。實(shí)際電化學(xué)制備操作的執(zhí)行，工作人員可以將處理好的玻碳電極浸入到石墨烯分散液中，控制好電位情況，當(dāng)沉積60s之后，工作人員需要取出電極，再用水進(jìn)行清洗操作。此時(shí)，控制電位的位置集中在-0.2V位置處，沉積時(shí)間為60s，在取出電極之后，還要用水清洗干凈，并在室溫條件下進(jìn)行干燥處理，從而得到真正的石墨烯基葡萄糖生物傳感器。

三、石墨烯基葡萄糖生物傳感器的電化學(xué)制備應(yīng)用

3.1修飾電極的電化學(xué)性質(zhì)

實(shí)際電極電化學(xué)性質(zhì)的修飾，應(yīng)該以電化學(xué)交流阻抗和循環(huán)伏安法為主，讓電化學(xué)行為得到有效展示。例如，在實(shí)際反映過(guò)程中，裸的玻碳電極表面出現(xiàn)可逆的氧化還原反映之后，循環(huán)伏安曲線將會(huì)出現(xiàn)明顯的氧化還原峰。當(dāng)電極表面的石墨烯得到修飾之后，其實(shí)際導(dǎo)電性和較大的表面積將會(huì)催化氧化還原反映的進(jìn)行，進(jìn)而導(dǎo)致石墨烯修飾電極交流阻抗下降幅度進(jìn)一步提升。另外，石墨烯片層之中還滲透一些良好的金納米粒子，可以將電極表面的導(dǎo)電性和電催化性能進(jìn)行有效修飾，進(jìn)而避免出現(xiàn)明顯的電子阻抗降低問(wèn)題，氧化還原峰電流也會(huì)得到明顯增加。盡管實(shí)際裝置之中還存在較多的導(dǎo)電分子，但實(shí)際修飾層能夠?qū)﹄娮愚D(zhuǎn)移起到一個(gè)限制作用，進(jìn)而導(dǎo)致電極阻抗的進(jìn)一步擴(kuò)大。

3.2修飾電極對(duì)普通糖的電化學(xué)響應(yīng)

為了將傳感器對(duì)葡萄糖電化學(xué)特性影響程度呈現(xiàn)出來(lái)，工作人員可以在修飾電極之中加入空白和含有葡萄糖的PBS溶液，進(jìn)而將循環(huán)伏安行為呈現(xiàn)出來(lái)。另外，相關(guān)研究人員也要清楚的認(rèn)識(shí)到，空白PBS之中并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的氧化還原峰，但在該體系之中加入葡萄糖之后，整條伏安曲線將會(huì)展示出一對(duì)還原峰和氧化峰，由于主體研究主要是依靠低電位進(jìn)行，容易受到抗壞血酸和尿酸的干擾。為此，在電位范圍的確定上，應(yīng)該以-0.05到0.15V范圍為主，為后續(xù)差分脈沖伏安掃描工作的執(zhí)行創(chuàng)造有利條件。從以往研究過(guò)程中也能夠看出，當(dāng)葡萄糖濃度集中在5到500umol/L時(shí)，整個(gè)傳感器的電流響應(yīng)和濃度將會(huì)呈現(xiàn)出線性關(guān)系，該種模式下所得到的靈敏度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他類(lèi)型的葡萄糖生物傳感器。

3.3重現(xiàn)性和穩(wěn)定性保持

在實(shí)際工作開(kāi)展過(guò)程中，工作人員可以分不同批次開(kāi)展葡萄糖生物傳感器制備操作，并開(kāi)展有效的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液檢測(cè)操作，此種情況之下，主體還原峰電流響應(yīng)偏差將會(huì)低于3%，從這里也可以看出，該種傳感器能夠表現(xiàn)出極強(qiáng)的重現(xiàn)性特點(diǎn)。當(dāng)電極在適當(dāng)條件下保存一段時(shí)間之后，工作人員可以將其取出，放到葡萄糖溶液之中，之后按照上述方法對(duì)還原峰電流進(jìn)行檢測(cè)，最終得到的結(jié)果為整個(gè)電化學(xué)響應(yīng)變化值比之前下降5%，從這里也可以看出，該類(lèi)傳感器在長(zhǎng)期保存的情況下，能夠做到穩(wěn)定性有效延續(xù)。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，石墨烯基葡萄糖生物傳感器在應(yīng)用過(guò)程中，不僅能夠?qū)⒖茖W(xué)環(huán)保特點(diǎn)呈現(xiàn)出來(lái)，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)單層石墨烯和納米金厚度的全面控制操作。實(shí)踐研究表明，石墨烯/金復(fù)合材料能夠展示出良好的分散性，而且對(duì)于葡萄糖還能展示出有效的電催化效果，強(qiáng)化主體傳感器的靈敏度。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪洪溟，朱凌岳.石墨烯在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用的研究進(jìn)展[J].化學(xué)工程師，2019，33（07）：69-72+35.

[2]姜哲，于飛，馬杰.石墨烯基吸附劑的設(shè)計(jì)及其對(duì)水中抗生素的去除[J].物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2019，35（07）：709-724.