Pt-M/C纳米复合材料的可控合成及无酶型生物电化学传感器构建

Glucose is one of the clinically important biomarkers, as it plays an important role in maintaining normal physiological activities of living systems. Analysis and detection of glucose is of great important to human health, in terms of diagnosis, treatment, and control of disease. Therefore, research on glucose sensors is highly topical in the field of chemical and biological sensors. In this project, we will synthesis Pt-M nanoparticles (including binary alloy and Ptshell-Mcore structure materials, where M = Sn、Ni、Co、Pd, etc.), and disperse the nanoparticles uniformly on a nano-carbon (carbon nanotubes, graphene, and porous carbon) matrix. Then, we will prepare Pt-M/C modified electrode using the methods of adsorption or bonding. Finally, using this electrode, a non-enzymatic electrochemical biosensor will be built, which is based on the interaction between the Pt-M nanoparticles and the nano-carbon matrix, to detect glucose, hydrogen peroxide, and glutamate. The need to make use of the affinity of enzymes to traditional electrochemical sensors can be avoided in this non-enzymatic electrochemical biosensor, because time, temperature, and the pH value can change the activity of the enzymes in the traditional sensor. The stability and sensitivity can also be significantly increased in the non-enzymatic electrochemical biosensor. Thus, the project is also a useful exploration of the non-enzymatic sensor.

葡萄糖是主要的生命过程特征化合物,它的分析与检测对人类的健康以及疾病的诊断、治疗和控制有着重要意义，因此葡萄糖传感器的研究一直为化学与生物传感器研究的热点。本项目拟合成Pt-M(包括二元合金和核壳型结构Ptshell-Mcore，M=Sn、Ni、Co、Pd等)纳米粒子，并把这些纳米粒子均匀负载于纳米碳材料上（碳纳米管、石墨烯、多孔碳），然后采用吸附、键合等方法将其固载到电极表面，制备Pt-M/C修饰电极。在此基础上系统的研究催化剂结构（包括金属种类、形成方式、金属含量、催化剂的形态及大小和载体的类型）对催化性能（催化能力、抗毒化、抗干扰等）影响的关系，并探索其催化机理。利用Pt-M纳米粒子的催化活性及与基体碳纳米材料的协同作用，构建无酶生物电化学传感器（测定葡萄糖、过氧化氢、谷氨酸等），这些研究对疾病的诊断以及预防，以及无酶传感器的发展具有十分重要的意义。

葡萄糖是主要的生命过程特征化合物,它的分析与检测对人类的健康以及疾病的诊断、治疗和控制有着重要意义，因此葡萄糖传感器的研究一直为化学与生物传感器研究的热点。. 本项目合成二元合金Pt-M (M=Fe,Co,Ni,Sn等)和核壳结构Ptshell-Mcore（M=Fe,Ni,Co,Cu等)纳米粒子，并制备Pt-M/C修饰电极。在此基础上系统的研究催化剂结构（包括金属种类、合成方法、金属含量、催化剂的形貌及大小和载体的类型）对催化性能（催化能力、抗毒化、抗干扰等）影响的关系，并探索其催化机理。. 研究结果表明该类物质大大降低了贵金属Pt的含量（与合金相比，核壳结构降低的程度更高），同时催化性能得到了显著提高。主要表现在：①可用于检测葡萄糖。能催化葡萄糖氧化，并且氧化峰值电流与葡萄糖的浓度成正比，检测线宽（0.1-30mM）, 同时对Uric acid, Ascorbic Acid, Acetamidophenol等有较强的抗干扰能力，长期稳定性和重复性能好，并可用于实际样品的检测；②同时也可用于小分子（过氧化氢、多巴胺、甲醛）的催化；③对氧还原具有较好（与纯Pt比较）的催化性能和稳定性，能应用于质子交换膜燃料电池阴极催化剂；④在上述研究的基础上，进一步研究碳材料对纳米材料催化性能的研究。. 研究成果主要以论文的形式发表。在本项目资助下，在国外学术期刊上发表相关的SCI论文11篇，会议文章6篇，专利一项;资助培养硕士研究生5人;多人次参加国内学术会议。. 该项目利用Pt-M及Ptshell-Mcore纳米粒子的催化活性及与基体碳纳米材料的协同作用，构建无酶生物电化学传感器（测定葡萄糖、过氧化氢、多巴胺、甲醛、氧分子等），这些研究对疾病的诊断以及预防，以及无酶传感器的发展具有十分重要的意义。