[发明专利]氧化铜-石墨烯纳米复合物修饰电极的制备方法及修饰电极在测定葡萄糖中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用氧化铜-石墨烯纳米复合物修饰玻碳电极的制备以及将其作为葡萄糖电化学传感器应用于临床上血糖的快速测定，属电化学分析检测技术领域。

背景技术

碳材料是一种应用广泛的神奇材料，其中既包括世界上最硬的金刚石，也含有最软的石墨。近二十年来，碳纳米材料的研究一直是科技创新的前沿。2004年，英国科学家发现了由碳原子以sp²杂化连接的单原子层构成的新型二维原子晶体—石墨烯，堪称目前最理想的二维纳米材料。石墨烯是由一层密集的晶体点阵上的碳原子组成，其厚度仅为0.35 nm，是世界上最薄的二维材料。石墨烯表现出许多优异的性质：机械强度高，可达130 Gpa，是钢的100多倍；载流子迁移率达15000 cm² V^?1 s^?1，是目前已知的具有最高迁移率的锑化铟材料的两倍；热导率可达5000 W m^?1 K^?1，是金刚石的3倍；此外，它还具有室温量子霍尔效应及室温铁磁性等特殊性质。

作为电极材料，石墨烯具有比表面积大，导电性好，稳定性高等良好的电化学性能。它能负载大量的纳米粒子、生物分子或芳香环分子，易于进一步修饰改性。在本方法中利用电沉积方法制备了氧化铜-石墨烯纳米复合材料，制备了高灵敏度的葡萄糖电化学传感器。

血糖是指血液中的葡萄糖，人体中血糖浓度通常维持在4~6毫摩尔。葡萄糖的浓度水平可以作为代谢调节（通过胰岛素和胰高血糖素来调节）的信号。血糖浓度失调会导致多种疾病，最常见是糖尿病。因此，临床上快速，准确的测定血糖含量，对糖尿病的检查和治疗控制都非常重要。

临床上，血糖的测定有葡萄糖氧化酶法，邻甲苯胺法，福林—吴氏法等。在葡萄糖传感器的研究上，电化学方法由于其分析速度快、成本低、灵敏度高等优点受到普遍关注。葡萄糖电化学传感器根据有无酶的使用可将其分为有酶和非酶两种。由于酶活性受周围环境影响较大，近年来，非酶葡萄糖传感器的研究备受关注。随着纳米材料制备技术的发展，各种纳米多孔结构、纳米管阵列、纳米颗粒等都被用于非酶葡萄糖电化学传感器的研制。例如，铜、镍及其氧化物等金属纳米粒子本身对糖具有催化氧化的性能，能够提高传感器在葡萄糖检测中的选择性和稳定性，因而被广泛用于制备非酶葡萄糖电化学传感器。石墨烯作为是一类新型碳材料，在葡萄糖电化学生物传感器制备中的应用研究也开始受到人们的重视。到目前为止，还没有将二者的复合物作为敏感材料制备葡萄糖传感器。

发明内容

本发明的目的是提供氧化铜-石墨烯纳米材料修饰玻碳电极的制备方法及其作为葡萄糖电化学传感器在检测过程中的使用方法。

本发明作为一种氧化铜-石墨烯纳米材料修饰玻碳电极的制备方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：

a. 玻碳电极的预处理：首先将玻璃态碳电极即玻碳电极分别用1.0，0.3，0.05 μm Al₂O₃抛光粉对所述玻碳电极依次进行打磨抛光，抛光至镜面，然后依次用超纯水、稀硝酸溶液、无水乙醇及超纯水超声清洗干净，晾干待用。

b. 氧化铜-石墨烯纳米复合材料修饰电极的制备：首先，利用改进的Hummers方法通过石墨的氧化、剥离、化学还原等步骤制备石墨烯。具体步骤如下：在冰水浴中装配好反应瓶，加入适量的浓硫酸，搅拌下加入一定量的石墨粉和适量的硝酸钠的固体混合物，再分次加入适量的高锰酸钾，控制反应温度不超过20 oC，搅拌反应一段时间，然后升温到35 oC，继续搅拌30 min，再缓慢加入一定量的去离子水，搅拌20 min后，加入适量双氧水还原残留的氧化剂，使溶液变为亮黄色。趁热过滤，并用质量比为5%的HC1溶液和超纯水洗涤直到滤液中无硫酸根被检测到为止。最后将滤饼置于60 oC的真空干燥箱中充分干燥，得到氧化石墨；

称取一定量的氧化石墨分散到200 mL的水中，常温下超声剥离40 min，得到棕色均一的悬浮液，在5000 rpm下离心5 min后，弃去未剥离的残渣，向该分散液中加入适量的水合肼，得到的混合液搅拌5 min。然后水浴加热到100 oC，在搅拌下保温24小时。过滤并洗涤三次后，将滤饼在60 oC的真空干燥箱中干燥过夜后，得到黑色的疏水性的粉末即石墨烯，常温下保存；