Стабильный, воспроизводимый и связующий

Том 12 научных докладов, Номер статьи: 18945 (2022) Цитировать эту статью

1084 доступа

2 цитаты

Подробности о метриках

Неферментативные сенсоры глюкозы ядро-оболочка обычно изготавливаются методами химического синтеза с последующим процессом иммобилизации на основе связующего вещества. Здесь мы представили новый подход к прямому синтезу ядра-оболочки Au@Cu и его оксидов Au@CuxO на FTO-электроде для неферментативного обнаружения глюкозы. Физическое осаждение тонкой пленки Au из паровой фазы с последующим термическим отжигом использовалось для изготовления наносердцев Au на электроде. Оболочки Cu были выборочно нанесены на ядра Au методом электроосаждения. Кроме того, Au@Cu2O и Au@CuO были синтезированы путем посттермического отжига электрода Au@Cu. Этот метод селективного выращивания, не содержащий связующих веществ, имеет преимущество высокой активности электроокисления благодаря улучшению способности переноса электронов и обеспечению большего количества активных центров на поверхности. Электрохимические измерения указывают на превосходную активность электрода Au@Cu2O в окислении глюкозы. Для превосходного электрода достигаются высокая чувствительность 1601 мкАм-2 мМ-1 и низкий предел обнаружения 0,6 мкМ. Кроме того, датчик демонстрирует замечательную воспроизводимость и обеспечивает точные результаты обнаружения глюкозы в сыворотке крови человека. Более того, этот подход к синтезу можно использовать для быстрого, хорошо контролируемого и точного изготовления многих структур ядро-оболочка путем регулирования параметров электрохимического осаждения и термической обработки.

Надежное, быстрое и экономически эффективное определение уровня глюкозы в крови является серьезной проблемой из-за растущей во всем мире заболеваемости сахарным диабетом1,2. Чувствительное обнаружение глюкозы также важно для мониторинга пищевых продуктов, лекарств и окружающей среды3,4,5. Заметные усилия были направлены на разработку ферментативных сенсоров глюкозы с высокой чувствительностью и селективностью6,7,8,9. Однако есть некоторые ограничения, которые необходимо преодолеть, включая высокую стоимость, сложную процедуру иммобилизации ферментов и низкую стабильность ферментов10,11,12.

В настоящее время большое внимание привлекают высокочувствительные неферментативные сенсоры глюкозы с быстрым временем отклика, низкой стоимостью и высокой стабильностью13,14,15. Благодаря большой площади поверхности и улучшенным электрокаталитическим свойствам различные наноструктуры металлов и оксидов металлов широко используются при изготовлении неферментативных сенсоров глюкозы16,17,18,19. Однако некоторые ограничения электродов, изготовленных из мономатериала, препятствуют их практическому применению в сенсорах глюкозы. Например, благородные металлы, такие как Ag, Pt и Au, продемонстрировали превосходную каталитическую активность, но имели некоторые недостатки, включая высокую стоимость, поверхностное отравление и низкую селективность20,21. С другой стороны, оксиды переходных металлов, такие как Cu2O, CuO, NiO и Co2O3, вызывают больший интерес из-за их низкой стоимости, распространенности и высокой стабильности22,23,24,25. Однако их плохая электропроводность и способность к переносу заряда являются сложными проблемами при их применении21,26. Соответственно, использование оксидов металлов, модифицированных наночастицами металлов27,28,29,30 и гибридных структур ядро-оболочка металл/оксид металлов18,31,32,33, по-видимому, обеспечивает значительное улучшение показателей восприятия глюкозы. Среди различных наноструктур ядро-оболочка Au@медного оксида является многообещающим кандидатом для обнаружения глюкозы, поскольку превосходная способность Au к переносу заряда и превосходная электрокаталитическая активность оксидов меди объединяются с новыми синергетическими свойствами34,35.

Синтез структур ядро-оболочка обычно осуществляют растворофазными методами с последующей их иммобилизацией на опорном электроде. Он включает в себя восстановление ионов металлов в присутствии сердцевины затравки и добавок, придающих форму. Недостатком этого подхода является замедление электрокаталитической активности из-за присутствия поверхностно-активных веществ и связующих добавок. Соответственно, больший интерес вызывают другие методы изготовления, особенно те, которые основаны на прямом нанесении структур ядро-оболочка на проводящую подложку36,37,38.