- 文献综述(或调研报告):
第一代含酶传感器以氧气为电子受体,在有氧环境中,通过辅酶FAD给葡萄糖氧化酶进行催化,葡萄糖的浓度通过氧气消耗量来计算。但是空气中的氧气容易对其造成干扰,因此可靠性较差[1]。第二代含酶传感器改为以电子介体为电子受体,不再受氧气干扰,即是通过过渡金属、醌及其衍生物、导电有机盐等分子导电体将酶反应过程中产生的电子通过快速氧化还原,从酶的反应中心转移到电极表面,但是由于其氧化态易溶于水,易扩散到被检物中,导致这种传感器稳定性差[2]。为了克服第二代含酶传感器中电子介体易扩散的问题,第三代含酶传感器通过直接将酶固定在电极表面,在保证灵敏度的前提下提高了稳定性[1]。虽然含酶传感器经过了数十年的发展已十分成熟,但是它始终有容易受pH值、温度等环境因素影响的缺陷,而且的固定步骤复杂、检测结果的重现性和稳定性比较低,因此寻找合适的非酶材料,开发新一代葡萄糖无酶传感器变得十分关键。
无酶葡萄糖传感器依靠非酶电化学催化剂实现,非酶电化学催化剂目前主要有金属-金属氧化物非均相纳米复合物、金属、合金、碳基配合物等。Burke[3],提出了“初期吸附水合氧化物介体”模型(IHOAM),重点研究水合氧化物层在葡萄糖无酶电催化过程中的重要性。根据这一理论,葡萄糖在电极表面的氧化可以分三步:首先,葡萄糖分子吸附在金属原子(M)表面;然后表面形成羟基自由基(),最后M[]将葡萄糖氧化为葡萄糖酸()。
无酶葡萄糖传感器从开始的催化性能一般、灵敏度低、选择性差的裸铂(Pt)电极无酶传感器[4]发展到后来的修饰电极无酶传感器。目前常用于无酶传感器的电极材料主要有碳纳米材料、纳米复合材料、过渡金属粒子、过渡族金属氧化物及硫化物等。纳米粒子由于其比表面积大、表面活性高,导致其具有许多异于宏观粒子的特点,如表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等[5]。按照所使用纳米材料在三维空间上的尺寸,可以将其分为以下几类:
1)零维纳米材料修饰电极
纳米颗粒具有非常大的比表面积和表面活性能,在电化学传感器上得到了广泛的应用。目前常用的纳米颗粒主要有纳米二氧化硅、Au、Ag、Pt等贵金属颗粒、碳量子点、纳米金属氧化物及硫化物等。非金属的纳米颗粒催化原理,主要是其巨大的比表面积为反应提供丰富的电离子传输通道;而含有金属的纳米颗粒,则是其加速了表面电荷的传递过程。
2)一维纳米材料修饰电极
部分一维纳米材料因其出色的电化学性能而受到了广泛的关注。目前常用的主要有碳纳米管(CNTs)、硅纳米线、聚苯胺纳米线、氧化锌(ZnO)纳米棒。由于纳米棒和纳米线的制备方法尚存在诸多不足,产量极低,因此其在传感器领域的应用并不广泛。
3)二维纳米材料修饰电极
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