本發(fā)明涉及基于PEDOT-rGO-Ni(OH)₂復(fù)合納米材料的無(wú)酶葡萄糖傳感器電極的制備方法，屬于電化學(xué)分析技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

葡萄糖傳感器由于具有靈敏度高、選擇性好、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在食品、環(huán)境、生物和臨床醫(yī)學(xué)檢測(cè)中具有十分重要的作用。目前廣泛應(yīng)用的是有酶葡萄糖傳感器。然而，有酶葡萄糖傳感器的穩(wěn)定性受溫度、溶液pH和溶解氧等因素的影響，在一定程度上制約了其使用。因此，制備性能優(yōu)越的無(wú)酶型電化學(xué)葡萄糖傳感器具有十分重要的意義，成為當(dāng)今電化學(xué)傳感器的研究熱點(diǎn)之一。

目前，貴金屬納米材料，如鉑和金等被廣泛用于無(wú)酶葡萄糖傳感器的研制。如孫京華等人研制了一種基于石墨烯/納米金改性電極(Gr-Au/GC)的無(wú)酶葡萄糖傳感器，并用于葡萄糖含量檢測(cè)(中國(guó)發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)?01410529977.2)。楊晨等研制了基于鈀納米材料的非酶葡萄糖傳感器用于葡萄糖檢測(cè)(中國(guó)發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)?01210508595.2)。郭美卿等人公開(kāi)了一種Pt納米花微型針式無(wú)酶葡萄糖傳感器電極及其制備方法(中國(guó)發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)?01310141232.4)。雖然上述貴金屬電極對(duì)直接檢測(cè)葡萄糖表現(xiàn)出高的催化活性，但其電極表面容易吸附化學(xué)反應(yīng)中間體使電極活性降低，導(dǎo)致其在檢測(cè)過(guò)程中穩(wěn)定性較差。此外，電極材料的成本較高。

與貴金屬納米材料相比，鎳基納米材料因具有良好的電催化活性、生物相容性及低成本，成為構(gòu)建高性能無(wú)酶葡萄糖傳感器的理想材料。孫京華等人將水熱法制備的氫氧化鎳溶膠懸涂于FTO電極上制備了無(wú)酶葡萄糖傳感器，其檢出限為3μmol·L^-1(中國(guó)發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)?01210091638.1)。Huang等通過(guò)水熱法制備了Ni(OH)₂/3DGF無(wú)酶葡萄糖傳感器，其檢測(cè)范圍為1μmol·L^-1～1.17mmol·L^-1，檢出限為0.34μmol·L^-1(Zhan B B,Liu C B,Chen H P,Shi H X,Wang L H,Chen P,Huang W,Dong X C,Free-standing electrochemical electrode based on Ni(OH)₂/3D graphene foam for nonenzymatic glucose detection,Nanoscale,2014,6,7424～7429)。

石墨烯由于具有良好的導(dǎo)電性、大的比表面積和好的生物相容性而備受關(guān)注。在傳感器中引入石墨烯可縮短響應(yīng)時(shí)間，降低檢出限，提高傳感器的穩(wěn)定性。Li等將通過(guò)油浴加熱制備出RGO-Ni(OH)₂，將其滴涂到玻碳電極上制備了無(wú)酶葡萄糖傳感器，其檢測(cè)范圍為2μmol·L^-1～3.1mmol·L^-1，檢出限為0.6μmol·L^-1(Zhang Y,Xu F G,Sun Y J,Shi Y,Wen Z W,Li Z,Assembly of Ni(OH)₂nanoplates onreduced graphene oxide:a two dimensional nanocomposite for enzyme-free glucose sensing,J.Mater.Chem.,2011,21,16949～16954)。

上述報(bào)道或采用滴涂、懸涂方法將水熱法、油浴法制備的Ni(OH)₂修飾到電極表面，或?qū)⑹┖蚇i(OH)₂復(fù)合材料修飾到電極表面。這些方法合成溫度相對(duì)較高，耗時(shí)較長(zhǎng)，電極易被污染，影響了所制備無(wú)酶葡萄糖傳感器的實(shí)用性。電沉積方法制備傳感器修飾電極具有工藝靈活、簡(jiǎn)單方便、耗時(shí)較短、成本低、重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)。因此，利用電沉積法制備無(wú)酶葡萄糖傳感器電極，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有葡萄糖傳感器的不足，提供一種工藝簡(jiǎn)單、性能優(yōu)越的基于PEDOT-rGO-Ni(OH)₂復(fù)合納米材料的無(wú)酶葡萄糖傳感器電極的制備方法，其主要包括以下步驟：

(1)依次用0.3、0.05μm的α-Al₂O₃粉拋光處理玻碳電極至鏡面，然后依次用二次蒸餾水、無(wú)水乙醇、二次蒸餾水超聲清洗2min，自然干燥；

(2)采用改進(jìn)的Hummers法制備氧化石墨，然后離心分離、干燥，再按每克氧化石墨用二次蒸餾水300～350mL置氧化石墨于蒸餾水中，超聲剝離2～4h，離心除去不溶性雜質(zhì)，并稀釋至氧化石墨烯(GO)的濃度為2mg·mL^-1，得到GO分散液A；

(3)將A與導(dǎo)電聚合物單體(EDOT)按體積比為500:1混合，磁力攪拌2h，得到導(dǎo)電聚合物單體-氧化石墨烯(EDOT-GO)分散液B；

(4)以預(yù)處理后的玻碳電極為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極、鉑絲電極為對(duì)電極構(gòu)成三電極系統(tǒng)，在分散液B中，選擇電位窗口為-1.5V～1.1V，采用循環(huán)伏安法電沉積10～15圈，然后用二次蒸餾水洗滌、自然干燥工作電極，得到導(dǎo)電聚合物-還原氧化石墨烯(PEDOT-rGO)修飾電極；

(5)以步驟(4)所制備的PEDOT-rGO修飾電極為工作電極，在0.1mol·L^-1的Ni(NO₃)₂溶液中，選擇沉積電位為-0.8V～-1.1V，采用恒電位法電沉積100s～500s，然后用二次蒸餾水洗滌、自然干燥工作電極，得到導(dǎo)電聚合物-還原氧化石墨烯-氫氧化鎳(PEDOT-rGO-Ni(OH)₂)修飾電極，即無(wú)酶葡萄糖傳感器電極；

(6)應(yīng)用電化學(xué)工作站，以步驟(5)制備的PEDOT-rGO-Ni(OH)₂修飾電極為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，鉑絲電極為對(duì)電極構(gòu)成三電極系統(tǒng)，攪拌下，在0.1mol·L^-1的氫氧化鈉溶液中，控制工作電位為0.55V，待背景電流穩(wěn)定后，測(cè)定修飾電極對(duì)于葡萄糖響應(yīng)的電流-時(shí)間曲線。

該方法制備的無(wú)酶葡萄糖傳感器電極可直接用于葡萄糖的檢測(cè)，且響應(yīng)迅速、穩(wěn)定性好、重現(xiàn)性好、抗干擾能力強(qiáng)，檢出限低(0.6μmol·L^-1)，檢測(cè)范圍寬(2μmol·L^-1～7.8mmol·L^-1)。

附圖說(shuō)明

圖1a、b為PEDOT-rGO、PEDOT-rGO-Ni(OH)₂修飾電極的SEM照片。

圖2為Ni(OH)₂、PEDOT-rGO、PEDOT-rGO-Ni(OH)₂修飾電極在含有0、0.5mmol·L^-1葡萄糖的0.1mol·L^-1的NaOH溶液中的循環(huán)伏安曲線。

圖3為PEDOT-rGO-Ni(OH)₂修飾電極對(duì)葡萄糖的電流-時(shí)間響應(yīng)曲線。

圖4為PEDOT-rGO-Ni(OH)₂修飾電極對(duì)葡萄糖和干擾物質(zhì)多巴胺(DA)、抗壞血酸(AA)、尿酸(UA)的電流-時(shí)間響應(yīng)曲線。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)施實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但并不作為本發(fā)明的限定。

實(shí)施實(shí)例1

(1)依次用0.3，0.05μm的α-Al₂O₃粉拋光處理玻碳電極至鏡面，然后依次用二次蒸餾水、無(wú)水乙醇和二次蒸餾水超聲清洗2min，自然干燥；

(2)將2.25g高錳酸鉀和0.375g石墨粉溶于50mL，體積比為9:1的H₂SO₄/H₃PO₄混合液中，然后將上述混合物置于微波反應(yīng)儀中，控制攪拌速度為1900r·min^-1，用功率密度為8kW·m^-2的微波輻射30min，自然冷卻至室溫后倒入50mL水結(jié)成的冰中，在磁力攪拌的條件下向混合物中加入0.5mL 30％的H₂O₂和10mL 30％的HCl溶液，離心分離、干燥，得到氧化石墨，稱取0.0905g氧化石墨于30mL二次蒸餾水中，超聲剝離4h，離心除去不溶性雜質(zhì)，并稀釋至GO的濃度為2mg·mL^-1，得到GO分散液A；

(3)取5mL分散液A和10μL EDOT于玻璃容器中，磁力攪拌2h，得到EDOT-GO分散液B；

(4)以預(yù)處理后的玻碳電極為工作電極、飽和甘汞電極為參比電極、鉑絲電極為對(duì)電極構(gòu)成三電極系統(tǒng)，在分散液B中，選擇電位窗口為-1.5V～1.1V，采用循環(huán)伏安法電沉積10圈，并用二次蒸餾水洗滌、自然干燥工作電極，得到PEDOT-rGO修飾電極，其SEM照片見(jiàn)圖1a；

(5)以步驟(4)所制備的PEDOT-rGO修飾電極為工作電極、飽和甘汞電極為參比電極、鉑絲電極為對(duì)電極構(gòu)成三電極系統(tǒng)，在0.1mol·L^-1的Ni(NO₃)₂溶液中，選擇沉積電位為-0.8V，采用恒電位法電沉積300 s，然后用二次蒸餾水洗滌并自然干燥工作電極，得到PEDOT-rGO-Ni(OH)₂修飾電極，即無(wú)酶葡萄糖傳感器電極，其SEM照片見(jiàn)圖1b。

實(shí)施實(shí)例2

(1)按照實(shí)施實(shí)例1中步驟(1)對(duì)玻碳電極進(jìn)行預(yù)處理；

(2)按照實(shí)施實(shí)例1中步驟(2)所述制備氧化石墨，然后稱取0.0605g氧化石墨于20mL二次蒸餾水中，超聲剝離2h，離心除去不溶性雜質(zhì)，并稀釋至GO的濃度為2mg·mL^-1，得到GO分散液A；

(3)取5mL分散液A和10μL EDOT于玻璃容器中，磁力攪拌2h，得到EDOT-GO分散液B；

(4)以預(yù)處理后的玻碳電極為工作電極、飽和甘汞電極為參比電極、鉑絲電極為對(duì)電極構(gòu)成三電極系統(tǒng)，在分散液B中，選擇電位窗口為-1.5V～1.1V，采用循環(huán)伏安法電沉積13圈，并用二次蒸餾水洗滌、自然干燥工作電極，得到PEDOT-rGO修飾電極；

(5)以步驟(4)所制備的PEDOT-rGO修飾電極為工作電極、飽和甘汞電極為參比電極、鉑絲電極為對(duì)電極構(gòu)成三電極系統(tǒng)，在0.1mol·L^-1的Ni(NO₃)₂溶液中，選擇沉積電位為-0.9V，采用恒電位法電沉積200s，并用二次蒸餾水洗滌、自然干燥工作電極，得到PEDOT-rGO-Ni(OH)₂修飾電極，即無(wú)酶葡萄糖傳感器電極。

實(shí)施實(shí)例3

(1)按照實(shí)施實(shí)例1中步驟(1)對(duì)玻碳電極進(jìn)行預(yù)處理；

(2)按照實(shí)施實(shí)例2中步驟(2)所述制備GO分散液A；

(3)按照實(shí)施實(shí)例2中步驟(3)所述制備EDOT-GO分散液B；

(4)以預(yù)處理后的玻碳電極為工作電極、飽和甘汞電極為參比電極、鉑絲電極為對(duì)電極構(gòu)成三電極系統(tǒng)，在分散液B中，選擇電位窗口為-1.5V～1.1V，采用循環(huán)伏安法電沉積15圈，并用二次蒸餾水洗滌、自然干燥工作電極，得PEDOT-rGO修飾電極；

(5)以步驟(4)所制備的PEDOT-rGO修飾電極作為工作電極、飽和甘汞電極為參比電極、鉑絲電極為對(duì)電極構(gòu)成三電極系統(tǒng)，在0.1mol·L^-1的Ni(NO₃)₂溶液中，選擇沉積電位為-1.1V，采用恒電位法電沉積500s，并用二次蒸餾水洗滌、自然干燥工作電極，得PEDOT-rGO-Ni(OH)₂修飾電極，即無(wú)酶葡萄糖傳感器電極。

實(shí)施實(shí)例4

電化學(xué)測(cè)試。

(1)分別以Ni(OH)₂、PEDOT-rGO、PEDOT-rGO-Ni(OH)₂修飾電極為工作電極、飽和甘汞電極為參比電極、鉑絲電極為對(duì)電極構(gòu)成三電極系統(tǒng)，分別在含有0和0.5mmol·L^-1葡萄糖的0.1mol·L^-1的氫氧化鈉溶液中，控制掃描速率為100mV·s^-1，測(cè)定循環(huán)伏安曲線，見(jiàn)圖2。由圖2可以看出，PEDOT-rGO-Ni(OH)₂修飾電極對(duì)葡萄糖具有良好的催化氧化作用。

(2)以PEDOT-rGO-Ni(OH)₂修飾電極作為工作電極、飽和甘汞電極為參比電極、鉑絲電極為對(duì)電極構(gòu)成三電極系統(tǒng)，攪拌下，在0.1mol·L^-1的氫氧化鈉溶液中，控制工作電位為0.55V，待背景電流穩(wěn)定后，測(cè)定修飾電極對(duì)于葡萄糖響應(yīng)的電流-時(shí)間曲線，見(jiàn)圖3。由圖3可以看出，PEDOT-rGO-Ni(OH)₂修飾電極對(duì)葡萄糖檢測(cè)響應(yīng)迅速，加入葡萄糖后在很短時(shí)間內(nèi)就可達(dá)電流平衡。PEDOT-rGO-Ni(OH)₂修飾電極對(duì)葡萄糖的檢測(cè)范圍為2μmol·L^-1～7.8mmol·L^-1，檢出限為0.6μmol·L^-1。

(3)以PEDOT-rGO-Ni(OH)₂修飾電極為工作電極、飽和甘汞電極為參比電極、鉑絲電極為對(duì)電極構(gòu)成三電極系統(tǒng)，攪拌下，在0.1mol·L^-1的氫氧化鈉溶液中，控制工作電位為0.55V，待背景電流穩(wěn)定后，測(cè)定修飾電極對(duì)于葡萄糖以及干擾物質(zhì)多巴胺(DA)、抗壞血酸(AA)和尿酸(UA)響應(yīng)的電流-時(shí)間曲線，見(jiàn)圖4。由圖4可以看出，PEDOT-rGO-Ni(OH)₂修飾電極具有良好的抗干擾能力。