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金属有机框架/卟啉/多壁碳纳米管复合材料检测糖尿病人葡萄糖的实验探索
发布时间:2020-12-17     作者:axc   分享到:

糖尿病是以高血糖为特征且严重危害人类健康的一种代谢性疾病,血液中葡萄糖( GL) 含量是临床确诊糖尿病的唯一标准, 因此葡萄糖传感器的研究备受关注。

本文利用钴卟啉( Co-TCPP) 的催化性能、 多壁碳纳米管( MWCNTs) 的良好导电性和金属有机框架( Co-MOFs) 的高密度活性位点, 制备了 Co-TCPP/MWCNTs@ Co-MOFs 复合材料, 并将其用于构筑葡萄糖非酶传感器,通过电化学实验研究了不同修饰电极对葡萄糖检测的差异. 实验结果表明, 该复合材料传感器对葡萄糖具有较好的响应, 其检出限为 0. 28 滋mol/L, 线性范围为 1 ~ 400 滋mol/L.

采用循环伏安法对不同复合材料电催化氧化GL 的电化学性能进行了评价如图1示出了不同修饰电极在 0. 1 mol/L 的 NaOH 和含有 5 mmol/L GL的 0. 1 mol/L NaOH 中的循环伏安曲线.对于裸玻碳电极[ 图 1( A) ] 与 Co-TCPP@ Co-MOFs 修饰电极[ 图 1( B) ] , 加入葡萄糖前后裸玻碳电极无明显变化, 而 Co-TCPP@ Co-MOFs 电极在电压>0. 5 V时阳极电流迅速增加, 表明 Co-TCPP@ Co-MOFs 对葡萄糖具有较好的电催化活性, 但其峰电流较弱,表明 Co-TCPP@ Co-MOFs 修饰电极活性位点利用率不高. 而 MWCNTs@ Co-MOFs[ 图 1( C) ] 和 Co-TCPP/MWCNTs@ Co-MOFs[ 图 1( D) ] 修饰电极表现出较强的峰电流响应, 特别是后者对葡萄糖具有更高的电催化活性, 这是因为 MWCNTs 能将 Co-MOFs 的活性位点和 Co-TCPP 的催化性能充分利用; 且MWCNTs 能加速电子传递, 起到电化学响应信号收集与放大的作用. 图 1( A) ~ ( C) 中插图分别为MWCNTs, Co-TCPP 和 Co-TCPP/MWCNTs 的 CV 曲线, 可见它们对葡萄糖的电化学氧化均表现出较弱的催化性能.

图1   image.png

为了研究 Co-TCPP/MWCNTs@ Co-MOFs 修饰电极对葡萄糖检测的抗干扰性能, 使用 I-t 电化学技术对可能存在的干扰物质如金属离子、 多巴胺( DA) 、 尿酸( UA) 和抗坏血酸( AA) 进行了考察. 分别依次加入 100 倍浓度的Ca 2+ , Cd 2+ , Hg 2+ , Fe 3+ , DA, UA 和 AA, 由图 5( B) 可知所加物质对葡萄糖的检测无明显影响, 说明复合材料修饰电极具有良好的抗干扰性和选择性.对 Co-TCPP/MWCNTs@ Co-MOFs 修饰电极在 1 mmol/L[ 图 6( A) ] 和 100 mmol/L[ 图 6( B) ] 葡萄糖溶液中的稳定性进行了考察, 工作电压为 0. 67 V. 由图 6 可见, 在高浓度和低浓度葡萄糖下电流响应几乎无变化, 表明 Co-TCPP/MWCNTs@ Co-MOFs 修饰电极具有良好的稳定性. 由相同电极在 5 mmol/L葡萄糖中 平行测 定 5 次, 其相 对标准偏 差 ( RSD) 小于 3. 1% . 该结果说明 Co-TCPP/MWCNTs @Co-MOFs 修饰电极同样具有较好的重现性.

图2 image.png


结论:

将 MWCNTs 嵌入到 Co-MOFs 中, 增加了 MOFs 材料的活性位点且改善了 MOFs 的导电性, 并利用金属卟啉在生物体内的生理催化作用和 Co-MOFs 的协同作用, 制备了可用于检测葡萄糖的新型复合材料 Co-TCPP/MWCNTs@ Co-MOFs.

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