本發(fā)明屬于生物傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種探針載體和葡萄糖探針及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

隨著人們生活水平的提高，糖尿病發(fā)病率呈逐年升高且有年輕化趨勢，已成為僅次于心血管病、癌癥的第三大疾病，而體內(nèi)血糖濃度的實時監(jiān)測對于糖尿病的診斷和控制是至關(guān)重要的，因此許多研究使用具有巨大潛力的納米技術(shù)來取代傳統(tǒng)的有酶型葡萄糖傳感器以期待提高葡萄糖生物傳感器的性能。過渡金屬氧化物、硫化物、磷化物等納米材料逐步有了深入的研究。其中，尖晶石型nico2o4作為一種混合型過渡金屬氧化物相對單金屬氧化物具有較高的催化活性、抗干擾能力和導(dǎo)電性等，然而nico2o4低的固有導(dǎo)電率阻礙了其實際應(yīng)用，與導(dǎo)電性好的基底材料復(fù)合是提高它們導(dǎo)電性的主要方法之一。而納米多孔金作為一種三維納米多孔金屬因具有較好的導(dǎo)電性和較高的比表面積而在傳感器上表現(xiàn)出了獨有的優(yōu)勢。但是傳統(tǒng)用純金線或金箔做的多孔金具有非常昂貴的價格而不能工業(yè)化生產(chǎn)以及純金較低的機械強度使其無法作為可植入人體進行實時監(jiān)測體內(nèi)葡萄糖濃度的電極載體材料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種植入式探針載體和植入式葡萄糖探針及其制備方法與應(yīng)用。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種探針載體，包括不銹鋼針和包覆不銹鋼針的納米金層；所述納米金層的表層具有三維連續(xù)納米孔道結(jié)構(gòu)。

一種葡萄糖探針，包括權(quán)利要求1所述的植入式探針載體和nico2o4納米片，所述nico2o4納米片僅負載于納米金層表層的三維連續(xù)納米孔道結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁，與納米金層形成異質(zhì)結(jié)。

一種葡萄糖探針的制備方法，包括以下步驟：

(1)取不銹鋼針，電鍍15μm～20μm厚的納米金層。

(2)將無水zncl2在60℃水浴條件下溶解在苯甲醇中，得到濃度為1.5m的zncl2/ba電解液；

(3)以步驟1獲得的探針為工作電極，zn片為對電極，zn線為參比電極，組裝成三電極電化學體系，在120℃條件下進行掃描循環(huán)電化學刻蝕，電化學窗口：-0.72v～1.88v，掃描速率：10mv/s，經(jīng)過40圈合金/去合金化循環(huán)過程，金層表面得到刻蝕，表面形成多孔結(jié)構(gòu)。

(4)將步驟3處理后的探針依次利用丙酮、乙醇和去離子水清洗，然后再在硝酸溶液里(硝酸和去離子水體積比為1:4)浸泡，最后用去離子水清洗干凈。

(5)將co(no3)2·6h2o和ni(no3)2·6h2o分別以10mm、5mm充分溶解在去離子水中，攪拌均勻作為電解液，對步驟4處理后的探針進行電沉積，沉積電壓為-0.8v(vs.sce)，電沉積420s后在納米金層的孔結(jié)構(gòu)表面上得到ni/co雙金屬氫氧化物；

(6)將步驟5中所得樣品在馬弗爐中以1℃/min升溫速率升溫到300℃，保溫2h，冷卻到室溫即得到一次性納米多孔金針/nico2o4異質(zhì)結(jié)電極材料。

進一步地，所述生物傳感器以植入式探針為工作電極，pt片為對電極，sce為參比電極，利用循環(huán)伏安法對葡萄糖濃度進行測試。

上述技術(shù)方案帶來的有益效果在于：本發(fā)明通過改進傳統(tǒng)的電極結(jié)構(gòu)，用不銹鋼針來取代金線等內(nèi)部的不起催化作用的金來大大減少電極的成本，增強電極的機械強度，這樣就可以使多孔金電極工業(yè)化生產(chǎn)，同時，納米金層的表層具有三維連續(xù)納米孔道結(jié)構(gòu)不僅提供的高比表面積，且極利于不同活性材料的表面負載。

另一方面，本發(fā)明通過電沉積及退火后處理的方式使混合型金屬氧化物與納米多孔金三維納米孔道結(jié)構(gòu)內(nèi)形成異質(zhì)結(jié)，通過控制反應(yīng)條件，成功地將nico2o4納米片沉積在三維連續(xù)納米孔道內(nèi)表面，并保持三維納米多孔結(jié)構(gòu)和孔道外壁原有的金活性位點，提高其比表面積及導(dǎo)電性，增強其電子和溶質(zhì)傳輸能力，使其電催化性能得到改善，表現(xiàn)出了高催化活性、抗干擾性好、響應(yīng)快、線性范圍寬等優(yōu)越性能。

附圖說明

圖1、納米多孔金針新型結(jié)構(gòu)載體及其與nico2o4納米片復(fù)合電極材料的制備過程，其中：a)金針(外層電鍍上約15μm厚金層的不銹鋼針)；b)納米多孔金針；c)納米多孔金針/鈷酸鎳復(fù)合結(jié)構(gòu)材料

圖2、納米多孔金針截面掃描電鏡圖，插圖：多孔金針直徑表征

圖3、微結(jié)構(gòu)和成分表征,其中：a)多孔金掃描電鏡圖；b)多孔金/nico2o4掃描電鏡圖；c)多孔金/nico2o4復(fù)合材料投射電鏡圖；d)nico2o4的選區(qū)電子衍射圖；

圖4、不同沉積時間下的掃描電鏡圖及對應(yīng)的cv曲線。

圖5、葡萄糖傳感性能表征，其中：(a)ss/nico2o4、au/nico2o4和npg/nico2o4復(fù)合電極i-t曲線；(b)校準曲線；(c)抗干擾性能測試；(d)血清檢測曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明范圍。

實施例1：本實施例制備一種探針載體，具體包括以下步驟：

a、將直徑約為300μm的金針(外層電鍍上約15μm厚金層的不銹鋼針)依次利用丙酮、乙醇和去離子水清洗，干燥后作為工作電極待用。

b、將無水zncl2在60℃水浴條件下溶解在苯甲醇中得到濃度為1.5m的zncl2/ba電解液；

c、分別以金針為工作電極，zn片為對電極，zn線為參比電極，組裝成三電極電化學體系，在120℃條件下進行掃描循環(huán)電化學刻蝕(電化學窗口：-0.72v～1.88v，掃描速率：10mv/s)，經(jīng)過40圈合金/去合金化循環(huán)過程，便得到由外到內(nèi)依次是多孔金層、實體金層、不銹鋼的一次性納米多孔金針微電極新型載體；

d、將所得一次性多孔金針依次利用丙酮、乙醇和去離子水清洗，然后再在硝酸溶液里(硝酸和去離子水體積比為1:4)浸泡，最后用去離子水清洗干凈。

圖2為多孔金針表征圖，從圖中可看出多孔金針長和直徑大約為3.5cm和0.3mm，金層厚度約15μm，表層的納米多孔金層約1.5μm厚，得到的金針具很好的韌性。從圖3a中可以看出，表面粗糙具有三維連續(xù)納米孔道結(jié)構(gòu)，經(jīng)測試，其孔道直徑在60-400nm之間，與實體金針相比大大提高了其比表面積。

實施例2：本實施例采用實施例1制備出的一次性納米多孔金針制備npg/nico2o4異質(zhì)結(jié)電極材料，包括以下步驟:

a、將以濃度比例為2:1的co(no3)2·6h2o和ni(no3)2·6h2o充分溶解在去離子水中，濃度分別為10mm、5mm，攪拌均勻作為電解液；

b、用自制金屬板將一定長度的權(quán)利要求1所述的一次性納米多孔金針固定在所配溶液中，使其能夠充分接觸電解溶液,在-0.8v(vs.sce)電位下，電沉積420s后在納米多孔金針上得到ni/co雙金屬氫氧化物；

c、將b中所得樣品在馬弗爐中以1℃/min升溫速率升溫到300℃，保溫2h，冷卻到室溫即得到一次性納米多孔金針/nico2o4異質(zhì)結(jié)電極材料。

圖3為對本發(fā)明所制備材料的微結(jié)構(gòu)及成分表征，從a)和b)掃描圖可看出多孔金為表面粗糙的三維連續(xù)納米孔道結(jié)構(gòu)，與實體金針相比大大提高了其比表面積，nico2o4以納米片的形式與多孔金形成異質(zhì)結(jié)，這樣就既可以提高nico2o4的導(dǎo)電性，又可以提高其比表面積，c)多孔金/nico2o4復(fù)合材料透射電鏡圖，說明多孔金與nico2o4很好的接觸，形成異質(zhì)結(jié)，有利于提高nico2o4的導(dǎo)電性。d)nico2o4的選區(qū)電子衍射圖，進一步證實所制備材料為nico2o4。

不同電沉積時間下得到的多孔金針/nico2o4異質(zhì)結(jié)電極材料的掃描見圖4，從圖中可以看出，在沉積300s時，只有少量的nico2o4納米片在多孔金內(nèi)壁上生長，420s時制備得到的產(chǎn)物具有雜化表面，nico2o4納米片僅負載于納米金層表層的三維連續(xù)納米孔道結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁，因此，該材料同時具有金活性位點和nico2o4活性位點；隨著沉積時間的增加，nico2o4納米片逐漸增多，到達540s時，納米片已經(jīng)把多孔金納米孔道全部封閉，甚至全面覆蓋金活性位點；從圖4的cv曲線可以看出，420s時制備得到的雜化表面對于電化學活性面積的提高具有極大的幫助。

實施例3：本實施例用納米多孔金針/nico2o4異質(zhì)結(jié)電極材料(沉積時間為420s)作為葡萄糖生物傳感器的應(yīng)用，主要步驟如下：

a、分別以納米多孔金針/nico2o4異質(zhì)結(jié)電極材料為工作電極，pt片為對電極，sce為參比電極，組裝成三電極電化學體系進行測試；

b、循環(huán)伏安測試時，電化學窗口選為-0.2v～0.55v,掃速為50mv/s；i-t曲線電壓選為0.45v，背景電流經(jīng)過10min達到穩(wěn)態(tài)后，用移液槍不斷添加不同濃度葡萄糖溶液和血清進行攪拌測試，得到不同葡萄糖濃度下電流響應(yīng)值即階梯曲線和校正曲線；

c、在0.45v下，用移液槍不斷添加干擾物質(zhì)(麥芽糖、果糖、木糖、甘露糖、乳糖、蔗糖、氯化鈉、抗壞血酸、尿素、ap、尿酸、多巴胺)進行攪拌干擾性測試。

圖5為葡萄糖傳感性能表征，從a)和b)中可看出npg/nico2o4異質(zhì)結(jié)電極比ss/nico2o4和au/nico2o4電極的靈敏度及線性范圍都明顯增加，主要原因是納米多孔金針高導(dǎo)電性和比表面積。從c)和d)圖可看出npg/nico2o4異質(zhì)結(jié)電極具有好的抗干擾性能、重復(fù)性和穩(wěn)定性。