基于纳米多孔材料的葡萄糖传感器的相关研究
摘要：脱合金纳米多孔金属是一类具有机械刚性、导电性和高耐蚀性等性能的功能材料。同时具有多孔网络结构，其特征尺寸可以在几纳米至几微米的范围内调整。经过和表面化学技术结合，可以发挥更多功能，比如在多相催化、电催化、燃料电池技术、生物分子传感和等离子体激元学等方面具有巨大的应用潜力。本文总结了其中一些领域的最新进展，着重讨论了纳米多孔材料的微观结构、催化性质。在化学检测和生物分子诊断的高性能仪器应用中，它们有望成为高活性、稳定且经济实用的底物。
关键词：纳米多孔 脱合金 葡萄糖传感器
- 前言
糖尿病是新陈代谢紊乱导致的一种世界级疑难病，葡萄糖检测研究十分重要，准确可靠的葡萄糖测定方法便是重要医疗传感装置(如血糖监测器)诊断响应的基础。目前葡萄糖传感器包括有酶 (基于葡萄糖氧化酶) 型[1][2][3]和无酶 (基于电化学氧化)[4][5][6][7] 型.其中氧化酶型葡萄糖传感器是基于利用酶将目标分析物转化为电化学可检测产品，但其对酶固定化的要求严格，大多数会受到环境条件的严重影响，例如温度、酸碱度、湿度和有毒化学品[1][8]，且寿命有限。因此，开发一种简单、高灵敏度和选择性的无酶葡萄糖传感器是至关重要的，也在工业应用和理论研究领域都引起了相当大的关注。
无酶葡萄糖传感器的性能受电极材料影响很大，纳米多孔金属作为一类新的具有代表性的功能材料，在电化学领域有着广泛的应用催化作用、传感器和超级电容器由于它们独特的物理和化学性质[9][10][11][12]。脱合金成分腐蚀涉及从前体合金中选择性溶解一种或多种成分的技术已经成为制造纳米多孔金属的最有效方法之一[13][14]无酶葡萄糖传感器的性能受电极材料影响很大，本文将根据电极材料不同对近年来基于纳米多孔材料的无酶葡萄糖传感器的发展进行概述。
- 基于贵金属及其纳米材料构建的无酶葡萄糖传感器
贵金属、过渡金属及其合金是葡萄糖检测中替代酶的理想候选催化剂，较早被应用于葡萄糖检测研究，其反应原理也较为清晰。近年来，具有双连续网络结构和可调特征尺寸的纳米多孔金属被证明在某些催化反应中非常活跃。其中，铂和金应用广泛。对于葡萄糖氧化过程，金属Pt电极具有良好催化活性、金属Au电极具有显著的生物相容性。但是贵金属电极也有一定局限性，成本较高且电极表面在反应过程容易吸附中间产物而降低测定灵敏度和稳定性并且Cl-会引起电极中毒、丧失对葡萄糖的电催化活性。
针对这些不足，Park等[15]利用电化学沉积法将Pt修饰在经C16EO8表面浸润的Au电极， C16EO8被 洗脱后得到表面粗糙度70的介孔Pt电极，修饰后的电极表面积增大600倍。测定中的共存Cl-浓度达到0.15M时灵敏度（9.6mu;A·mM-1·cm-2）较好，操作电位为0.4 V vsAg/AgCl时的选择性、选择范围为0-10mM，相关系数为0.999。
另外，可以对电极表面进行修饰。葡萄糖的催化氧化过程受动力学控制，电极表面粗糙度的影响：粗糙度越高，反应速度越快，其中电极表观几何面积是主要影响因素。研究人员通过各种方法的纳米修饰，旨在提高电极表面粗糙度，使得电极对葡萄糖的灵敏度和选择性变高。Zhou等[16] 优化了Martin法、采用化学镀手段制备出Au纳米管修饰多孔氧化铝电极，表面粗糙度达到155.7，显著大于未修饰纯Au电极表粗糙度3.4，有共存干扰物质时，测定中有较高灵敏度、稳定性和响应。
3 基于碳纳米材料构建的无酶葡萄糖传感器
