JNT 纳米技术杂志》 1687 - 9511 1687 - 9503 Hindawi出版公司 10.1155 / 2016/9454830 9454830 研究文章 非酶的葡萄糖生物传感器基于TiO沉积的银纳米颗粒2纳米管 李 郑 1、2、3 2 3 张 勇 4 叶 同时 1 郭 Meiqing 1、3 3 陈 京 1 陈 Weiyi 2、3 3 Thundat 托马斯。 1 学院力学 太原理工大学 太原030024 中国 tyut.edu.cn 2 应用力学研究所和生物医学工程 太原理工大学 太原030024 中国 tyut.edu.cn 3 山西省重点实验室的材料强度和结构的影响 太原理工大学 太原030024 中国 tyut.edu.cn 4 学术事务办公室 太原理工大学 太原030024 中国 tyut.edu.cn 2016年 19 6 2016年 2016年 17 09年 2015年 07年 12 2015年 13 12 2015年 2016年 版权©2016郑李et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

在目前的研究中,非酶的葡萄糖生物传感器是由沉淀Ag纳米颗粒(Ag-NPs)使用伪造TiO原位化学还原方法2纳米管由阳极氧化合成过程。电极的结构、形态和力学行为被扫描电子显微镜和nanoindentation检查。发现Ag-NPs仍TiO的内外2纳米管的长度和直径是1.2 μ米和120 nm。被构造成一个电极构成的非酶的生物传感器对葡萄糖氧化。的electrocatalytic属性准备电极对葡萄糖氧化进行了循环伏安法(CVs)和微分脉冲伏安法(第一项)。与裸TiO相比2和Ag-fresh TiO2纳米管,Ag-TiO2/ (500°C)纳米管从循环伏安法表现出最好的电化学性能(CVs)的结果。微分脉冲伏安法(第一项)结果显示,在+ 0.03 V,电极对葡萄糖氧化的敏感性 3.69 米 一个 ⁎ c 米 - - - - - - 2 ⁎ 米 米 - - - - - - 1 与线性范围从20毫米到190毫米和24的检出限 μ米(signal-to-voice比3)。此外,非酶的葡萄糖传感器表现出良好的选择性、稳定性和可重复性。

 1。介绍

血糖检测具有重要意义在食品的应用过程中,临床医学,生物学( 1- - - - - - 3]。特别是准确葡萄糖测定糖尿病患者可以非常有效的检测和治疗糖尿病的 4]。葡萄糖氧化酶(上帝)分析方法是第一步,也是最常用的方法为葡萄糖检测在临床试验 5, 6]。然而,神的实体是酶容易不活跃和变性,导致酶电极的稳定性和可重复性差 7, 8]。

非酶的葡萄糖生物传感器可以避免这个问题,因为直接催化氧化葡萄糖电极表面( 9- - - - - - 11]。为了增加特定的表面区域,提高质量输运能力,这些电极可以用纳米材料等基质碳纳米管(碳纳米管) 12),纳米线( 13[],介孔结构 14]等等和装饰与Pt等精神纳米颗粒( 15)、镍( 16],Ag) [ 17),和铜 18]。

TiO2纳米管已被越来越多的关注在化学反应和生物传感器领域,因为他们很好地结合奈米结构,大的表面积性质,热稳定性、化学惰性和无毒性 19, 20.]。最近,银掺杂TiO2纳米复合材料结构吸引了太多的关注,不仅因为TiO2与理想的电子是一种很有前途的材料,但也因为Ag)显示一些独特的活动相比,化学和生物传感与其他贵金属如俄文和Pt ( 19]。然而,electrocatalytic Ag)掺杂TiO的活动2纳米管尚未受到密集的报告。

许多方法被开发制造Ag)掺杂TiO的大小不同2溶胶-凝胶法等纳米管,“湿”化学和陶瓷的方法。然而,干燥、加热或高温退火是制备过程中旋转 21, 22]。为了修改TiO2Ag纳米颗粒的纳米管低温多元醇的方法。多元醇的过程是使用二甘醇等多元醇( 23和甘油 24)作为溶剂和还原剂反应可以有助于纳米结构的形成。在Ag)+从硝酸银离子(AgNO3)可以减少金属Ag)。成功Ag纳米颗粒沉积在TiO的表面2。而且比表面积会大大增加了银纳米颗粒沉积在TiO2纳米管。所以TiO2纳米管装饰着银纳米粒子具有独特的优势为非酶的葡萄糖传感器。

在这部作品中,Ag纳米颗粒沉积成功TiO表面2通过多元醇的过程。扫描电子显微镜(SEM)和nanoindentation用于表征。此外,electrocatalytic Ag-TiO的活动2电极也评估了循环伏安法(CVs)和微分脉冲伏安法(第一项)。

 2。实验 2.1。试剂

钛板( 15 米 米 ∗ 10 米 米 ∗ 1 米 米 )是由天津报业公司,中国。所有其他的化学物质,包括甘油、氟化铵(NH)4F),硼氢化钠(NaBH4),硝酸银(AgNO3),钠2HPO4,不2阿宝4H3阿宝4、聚(乙烯吡咯烷酮(PVP))和氯化钾,均为分析纯,且作为收到。0.1米磷酸缓冲溶液(PBS)准备使用Na2HPO4和不2阿宝4被雇佣为支持电解质。所需的解决方案是调整pH值为0.1 M氢氧化钠或0.1 H3阿宝4。所有水溶液制备与化学试剂级和双重蒸馏水。

 2.2。装置

CH的所有进行电化学测量仪器660 e电化学工作站(ChenHua仪器有限公司、上海、中国)。扫描电子显微镜(FE−SEM、日立S−4800)被用来确定样品的形态和成分。美国Nanoindentation (NanoIndenter G200)被用来确定机械性能。所有测量在室温下进行。

 2.3。合成TiO 2 <子> < /订阅>钛衬底上纳米管阵列

在使用之前,钛箔与砂纸抛光400 #,600 #,800 #,直到表面光滑,仍然没有划痕,然后在酒精和双重蒸馏水超声清洗10分钟,最终分别和干空气中。然后,床单被用作钛衬底电极与Pt电极作为阴极。样本阳极氧化膜在水/甘油(1:1 Vol. %)包含0.3 NH的混合物4F的潜在30 V 3 h。最后,做好准备TiO2纳米管电极退火在500°C (10°C /分钟)在氮气气氛下2 h。

 2.4。Ag纳米颗粒的制备在TiO 2 <子> < /订阅>纳米管

在TiO Ag纳米颗粒2纳米管是由下面的过程。首先,1毫升AgNO3(0.04米)和10毫升PVP(0.01米)和搅拌冰浴后50毫升水添加到解决方案。然后,1毫升NaHB4(0.06米)和布朗颜色将被迅速下降到解决方案,通过搅拌10分钟。最后,above-prepared TiO2纳米管(500°C)是完全沉浸在这个电解质在静态条件下7 h,随后双退却后水和清洗风干,然后Ag-TiO2/ (500°C)。

 2.5。描述Ag-TiO Electrocatalytic属性的<子> 2 < /订阅>纳米管电极

与传统的三电极进行电化学测量系统。准备的电极(TiO2,Ag-TiO2和Ag-TiO2/ (500°C))作为工作电极铂电极作为辅助电极,饱和甘汞电极作为参比电极(SCE)在所有情况下。

 3所示。结果和讨论 3.1。形貌、组成和结构分析

初纺TiO的形态2纳米管,Ag-fresh TiO2,Ag-TiO2/ (500°C)被描绘在图 1。图 1(一)清楚表明准备的垂直对齐TiO2纳米管阵列直径120纳米,长度为1.2 μ米。这是明显的从图 1 (b)命令和均匀分布Ag纳米颗粒的平均直径20 nm优先形成非晶态TiO的外口2纳米管。纳米管退火后在500°C, Ag纳米颗粒沉积在他们在同样的方法(见图 1 (c))。一些Ag纳米颗粒分散在毛孔开口和显示一个比这更密集分布在图 1 (b),而一些沉积到碳纳米管,如箭头所示。可以推测,在500°C促进Ag纳米管退火管表面形成,和electrocatalytic属性也改善,因稍后讨论。

TiO的扫描电镜图像2(一)Ag-TiO2(b)和Ag-TiO2(500°C) (C)纳米管。插图:TiO的剖视图2。

 3.2。Nanoindentation属性

nanoindentation技术近年来被广泛用于医学材料的硬度和弹性模量测量,尤其是在植入设备( 25]。样品的(TiO的描述2,Ag-fresh TiO2和Ag-TiO2/ (500°C)纳米管)纳米机械特性。观察图 2,Ag-TiO的位移2/ (500°C)纳米管是最短的,TiO2纳米管是最长的贷款选择时是一样的。很容易找出Ag-TiO2/ (500°C)纳米管是最困难的原因可以归因于两个方面。与nonannealed样本相比,高硬度Ag-TiO观察2/ (500°C)纳米管可以是由于更高的硬度的锐钛矿和金红石阶段退火样品在500°C。nonannealed样品的硬度结果和退火样品类似的声明在早期研究[ 26]。此外,它可能是归因于Ag纳米颗粒的沉积。纳米管的内外连接与Ag-NPs强化空空间,导致固定的硬度增强。

特征荷载与nanoindentation TiO的深度2,Ag-TiO2,Ag-TiO2纳米管(500°C)。

 3.3。Electrocatalytic葡萄糖氧化制备电极

CVs是用来调查Ag-TiO的催化活动2/ (500°C)电极。图 3显示初纺TiO的CVs2纳米管,Ag-fresh TiO2纳米管,Ag-TiO2/ (500°C)纳米管电极的存在和缺乏葡萄糖由0.5米和0.1米的中性PBS,分别。几乎没有目前TiO的增加2和Ag-TiO2纳米管与葡萄糖添加数据 3(一个)和 3 (b)是观察到的,这证明了TiO吗2纳米管和Ag-TiO2碳纳米管电极表现出葡萄糖而Ag-TiO没有electrocatalytic氧化活性2/ (500°C)电极显示一对氧化还原峰与阳极和阴极峰电位定位在+ 0.03 V和−0.3 V从图 3 (c),这可以归因于葡萄糖的氧化,表明Ag-TiO2/ (500°C)拥有强大的催化活性电极对葡萄糖。有两个可能的解释这一结果。第一个可能性是依从性相对较弱的Ag纳米粒子到nonannealed nanotubular表面。另一种可能性是少量的银钛TiO沉淀Ag)获得的纳米颗粒2/ 500°C纳米管,这表明Ag)不仅是沉积也可以TiO的掺杂2纳米管。Ag-TiO的晶体结构变形状态密度增加2/ 500°C涂层,促进迁移的运营商,和增强的催化活性( 19]。

CVs TiO的2(一)Ag-TiO2(b)和Ag-TiO2(500°C) (C)电极在0.1中性PBS(红色线)或没有葡萄糖(黑线)0.2米。

图 4显示CVs Ag-TiO2/ (500°C)纳米管电极葡萄糖由0.5米和0.1米的中性PBS, 0.1 H2所以4和0.1 M氢氧化钠。观察图 4CVs,相比之下,在0.1 H2所以4和0.1 M氢氧化钠,CVs Ag-TiO2在PBS / (500°C)纳米管电极表现出两个氧化峰与葡萄糖的氧化有关,这表明优秀的电化学行为。

CVs的Ag-TiO2(500°C)纳米管电极葡萄糖由0.5米和0.1米中性PBS, 0.1 H2所以4和0.1 M氢氧化钠。

图 5显示Ag-TiO CVs2/ (500°C)空白溶液中纳米管电极和葡萄糖0.5米0.12 M氯化钠的存在和不存在的0.12支持的氯化钠0.12中性PBS。氯离子是常见的干扰离子优先吸收表面上的电极,导致中毒和失去electrocatalytic财产。观察图 5在空白的PBS溶液,CVs被氢吸附/解吸特征峰在负电位和双平面层地区积极的潜力。0.5添加葡萄糖后,一个明显的氧化还原峰出现−0.3 V至+ 0.03 V,证明优秀electrocatalytic氧化能力,而在氯离子的存在,Cl离子下降到解决方案时,氧化还原峰消失和葡萄糖的氧化抑制,这可能归因于Cl的吸附- - - - - -优先与葡萄糖相比。

CVs的Ag-TiO2(500°C)纳米管电极在空白的解决方案中,0.5米的葡萄糖和氯化钠0.12米和0.5米的存在葡萄糖没有氯化钠由0.12米和0.1米的存在中性PBS。

根据吸附理论提出的王et al。 27),它可以推断,当没有氯离子溶液中,葡萄糖分子吸附Ag-TiO表面2/ (500°C)纳米管电极首先,形成葡萄糖中间体。在潜在的扫描逐渐从−0.3 V至+ 0.03 V,中间体氧化导致电流增加。潜在/ + 0.03 V时,表面的氧化中间体被吸收,覆盖电极和减少电流的活跃的网站。当存在大量的氯离子,中毒Ag-TiO2/ (500°C)纳米管电极没有electrocatalytic属性。

 3.4。测量电流的性能Ag-TiO 2 <子> < /订阅> / (500°C)纳米管电极对葡萄糖氧化

微分脉冲伏安法(第一项)是用来确定传感器输出在不同葡萄糖浓度。图 6提出了水流和葡萄糖浓度变化之间的关系。对葡萄糖制备电极表现出线性感应,从20毫米到190毫米不等,相关系数为0.9993。电极灵敏度计算从校准曲线的斜率 3.69 米 一个 ∗ c 米 - - - - - - 2 ∗ 米 米 - - - - - - 1 的检出限24 μM。

校准曲线的测量电流的响应Ag-TiO2(500°C)纳米管电极葡萄糖。

抗坏血酸(AA)、尿酸(UA)、蔗糖、果糖、多巴胺、乙醇、和对乙酰氨基酚(AAP)是常见的干扰生物分子与人类血液中葡萄糖共存。评估Ag-TiO的选择性2/ (500°C)纳米管电极,当前对乙醇的反应,果糖,AAP检查。如图 7,这是观察到的响应信号乙醇,对葡萄糖果糖,AAP微不足道的决心。良好的选择性的非酶的传感器与所使用的适当的工作潜力。

电活性化合物的影响(乙醇、果糖和AAP) 5.0毫米葡萄糖的反应。

的重现性和稳定性Ag-TiO的响应电流2/ (500°C)纳米管电极进行了研究。10个不同的Ag-TiO的测量电流的响应2/ (500°C)纳米管电极1.0毫米葡萄糖独立测试。如图 8相对标准偏差(RSD)为1.5%连续10测量,揭示可以制备方法是可再生的。长期稳定的研究通过测量葡萄糖溶液,和电极是储存在室温下。图 9显示响应电流保持大约92%的初始值30天后,展示Ag-TiO的稳定性好2/ (500°C)基于纳米管电极的非酶的葡萄糖生物传感器。

目前10个不同的Ag-TiO的响应21.0毫米(500°C)纳米管电极葡萄糖在PBS (7.0)。

Ag-TiO的电流响应2(500°C)纳米管电极10毫米葡萄糖后存储为不同天。

 4所示。结论

在这个工作中,一个简单而有效的方法来准备Ag纳米颗粒沉积在TiO的表面2纳米管。TiO Ag)沉积和退火过程2纳米管更有利于艰难的应用条件。电化学结果表明Ag-TiO做好准备2/ (500°C)纳米管电极具有优良的electrocatalytic性能。所构造的非酶的葡萄糖生物传感器表现出良好的选择性、稳定性和重现性。因为简单的制备方法和良好的催化性能,这种材料具有潜在的应用在催化和传感器领域。

 相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

 确认

作者欣然承认金融支持自然科学基金(批准号51301117和51301117)和自然科学基金会山西省的年轻科学家,中国(批准号2013021003 - 1和2013021013 - 5)。

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