用于葡萄糖无酶分析的高比表面积电化学传感界面的构建

The rapid and reliable detection of blood sugar guarantees the timely prevention and treatment of diabetes. In recent years, nonenzymatic glucose analysis based on the direct electrochemical oxidation of glucose on an electrode surface has drawn increasing attention and interest. In comparison with traditional enzyme electrodes, enzymeless glucose sensors have a few attractive advantages including sufficient long-term stability, high reliability, good reproducibility, and simple production and storage, while at present the unsatisfactory sensitivity seriously limits their developments and applications. Considering the potential electrocatalytic activity of Pt, a precious metal, towards glucose, here we plan to combine the synergistic catalytic effect of Pt-based alloys and porous nanomaterials with high surfaces, and assemble novel electrode interfaces based on porous Pt alloys to enhance the properties of enzyme-free glucose sensors, especially the sensitivity, and finally fabricate new nonenzymatic electrochemical sensors with high sensitivity, good selectivity and stable performance for glucose analysis.

血糖的快速可靠检测是及时预防和治疗糖尿病的重要保障。近年来，基于直接电化学氧化的无酶葡萄糖分析研究受到密切关注。与传统的酶电极相比，无酶葡萄糖传感器具有稳定性好、准确度高、结果可重复、制作简单、易保存等诸多优势，有望发展成为更为实用的血糖检测装置，但目前其欠佳的灵敏度限制了它的开发与应用。课题基于贵金属铂对葡萄糖具有良好的电催化活性，结合多元铂基合金的协同催化效应和多孔纳米材料的大催化表面，构建新型的多孔铂基合金电化学分析界面，以改善无酶葡萄糖传感器的灵敏度等检测性能，制备具有灵敏度高、选择性好、性能稳定的无酶葡萄糖传感器。研究对于开发实用的血糖检测装置具有重要意义。

糖尿病已成为一个危害人类身心健康的全球性问题，血糖的快速可靠检测成为及时预防和治疗糖尿病的重要保障。相比酶电极，无酶电化学传感器因其稳定性好、结果可重复、制作工艺简单、干扰因素少、易保存等优势，近年来在葡萄糖的检测研究中备受关注，但欠佳的灵敏度和选择性大大限制了其商业开发与应用。构建高活性和高稳定性的电化学传感界面成为当前实现高效无酶血糖检测的重要途径。项目基于各种微/纳米材料构建了多种无酶电化学传感界面，用于葡萄糖、过氧化氢（H2O2）等的检测。研究包括：（1）基于贵金属铂构建了多种新型铂基合金葡萄糖电化学分析界面，并利用碳纳米管等纳米材料构建了其他多种电化学传感界面，这些传感界面能有效改善对葡萄糖的无酶分析性能；制备得到的无酶葡萄糖传感器具有灵敏度高、选择性好、性能稳定等优异性能，可用于实际血样中葡萄糖的检测。（2）H2O2的检测对于葡萄糖的分析具有重要参考价值，项目构建了多种铂基合金纳米材料以及碳纳米管等碳系纳米材料的电化学传感界面，能够有效电催化还原H2O2；得到的传感器具有线性范围较宽、灵敏度高和检测限较低等优良性能，可应用于实际样品中H2O2的检测。（3）基于多种纳米材料，拓展研究了用于超氧阴离子自由基（O2•−）检测的电化学传感器，对O2•−表现出优异的检测性能，且实现了对活细胞释放的O2•−的检测。.总之，项目从电化学传感器的应用角度出发，利用各种微/纳米结构和材料构建了多种无酶电化学传感界面，用于葡萄糖等的高灵敏度、高选择性和高稳定性检测；得到的传感器具有良好的抗干扰能力和长期稳定性，可用于实际样品的分析。项目的研究成果为血糖的电化学无酶检测提供了一些新的实验技术和方法；为体内无酶电化学血糖检测的研究建立基础，具有重要的研究意义。项目研究成果在国际期刊上发表SCI收录论文15篇，包括综述论文1篇(Analytical Methods, 2016, 8, 1755–1764)；已授权中国发明专利1项（201410298706.0）。培养博士研究生1人，硕士研究生3人。