[发明专利]一种金属纳米片负载的掺硼金刚石微阵列电极、其制备方法及在葡萄糖传感器中的应用

说明书

本发明提供一种金属纳米片负载的掺硼金刚石微阵列电极、其制备方法及在葡萄糖传感器中的应用。本发明利用纳秒脉冲激光加工的方法，快速实现了掺硼金刚石微阵列电极制备，并在微阵列电极表面进一步负载金属纳米片以获得更加开放、灵敏、选择性的表面，制备成本低、耗时短、效率高、利于电极的大面积工业化制备；所制备的金属纳米片负载的掺硼金刚石微阵列电极在葡萄糖传感应用中表现出了优异的综合性能，包括检测线性范围为0～2mM，高灵敏度(灵敏度2119μA mM^‑1cm^‑2)，快速的响应时间，极低的检测限(0.2μM)，良好的循环周期性、稳定性和抗干扰性能，有望在苛刻环境中得到重要应用。

技术领域

本发明涉及一种金属纳米片负载的掺硼金刚石微阵列电极、其制备方法及在葡萄糖传感器中的应用，属于金刚石表面微加工技术和生物传感器技术领域。

背景技术

碳基材料如石墨烯、碳纳米管、掺硼金刚石(BDD)等，由于其优良的导电性，生物相容性和易于功能化，被广泛应用于电子器件、生物传感、电化学催化、超级电容器等领域。其中，BDD作为唯一的宽带隙半导体，具有化学稳定性高、不易被污染、背景电流小、电化学窗口宽、信噪比高等优点，被认为是最理想的电极材料。基于以上优异特性，目前BDD在肾上腺素和利多卡因的同时检测、药物的实时跟踪、难降解有毒有机废水处理及电化学有机合成等领域均有广泛报道。

BDD应用于葡萄糖传感器已有文献报道。如，中国专利文献CN111562297A公开了一种基于碳材料/掺硼金刚石复合电极的非酶生物传感器及其制备方法和应用，所述碳材料/掺硼金刚石复合电极包括衬底、设置于衬底表面的掺硼金刚石层，以及设置于掺硼金刚石层表面的碳材料，所述碳材料选自微晶石墨，碳纳米管，碳纳米纤维，石墨烯中的至少一种，所述掺硼金刚石薄膜为表面多孔结构结构，同时表面还修饰有镍钠米颗粒。但此发明中碳材料和表面多孔结构的制备是利用镍原位热催化的气相沉积法，表面结构无序且制备成本高、制备时间长。

为了加快扩散传质和电子转移、提高反应的灵敏度和效率，当前掺硼金刚石正朝着微电极、微阵列电极的趋势发展。目前报道的金刚石微纳结构制备的方法主要包括模板法、电子束光刻法(EBL)、电感耦合反应离子刻蚀法(ICP-RIE)及聚焦离子束刻蚀法(FIB)等，但这几种方法通常涉及光刻技术或等离子蚀刻工艺，需要昂贵的设备，且加工速率慢、效率低，不利于电极的大面积工业化制备。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种金属纳米片负载的掺硼金刚石微阵列电极、其制备方法及在葡萄糖传感器中的应用。本发明利用纳秒脉冲激光加工的方法，快速实现了掺硼金刚石微阵列电极制备，并在微阵列电极表面进一步负载金属纳米片以获得更加开放、灵敏、选择性的表面，制备成本低、耗时短、效率高、利于电极的大面积工业化制备；所制备的金属纳米片负载的掺硼金刚石微阵列电极在葡萄糖传感应用中表现出了优异的综合性能，且有望在苛刻环境中得到重要应用。

本发明的技术方案如下：

一种金属纳米片负载的掺硼金刚石微阵列电极，所述电极为掺硼金刚石微阵列电极表面负载金属纳米片；所述掺硼金刚石微阵列电极是掺硼金刚石表面设置有圆形或线形微阵列；所述金属纳米片是由花簇状颗粒组成。

根据本发明优选的，所述掺硼金刚石微阵列电极为长方体；圆形或线形微阵列位于掺硼金刚石微阵列电极长和宽组成的一个面；圆形微阵列由圆锥形凹坑组成，横向或纵向相邻凹坑之间的间隔为20-50μm，凹坑的直径为20-50μm，凹坑的最大深度为50-100μm；线性微阵列是由条状沟壑组成，横向或纵向相邻沟壑之间的间隔为20-50μm，条状沟壑宽度为20-50μm，条状沟壑深度为50-100μm。

根据本发明优选的，圆形或线形微阵列充分布满掺硼金刚石微阵列电极表面。

根据本发明优选的，所述金属纳米片的厚度为10-30nm；花簇状纳米颗粒的直径为1-5μm；花簇状纳米颗粒负载整个掺硼金刚石微阵列电极的具有微阵列结构的一面。