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CN110814358B - 一种具有血糖检测特性的Ag-Cu纳米合金制备方法及其应用 - Google Patents

一种具有血糖检测特性的Ag-Cu纳米合金制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有血糖检测特性的Ag‑Cu纳米合金制备方法及其应用，采用水热法制备石墨烯负载的Ag6Cu4、Ag5Cu5纳米颗粒，由AgNO3、CuSO4、NaBH4、Na3C6H5O7·2H2O和氧化石墨烯经水热反应制得，其结构为球形。采用三电极测试方法，以饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极，铂片电极作为对电极，氧化石墨烯负载的Ag‑Cu纳米合金颗粒修饰的玻碳电极(GCE)作为工作电极。在弱碱性环境下，依托电化学工作站测定工作电极在不同扫速和不同血糖浓度下的伏安曲线。本发明采用水热法，工艺流程简单，成本低。Ag‑Cu纳米合金材料表现出优良的电化学特性和化学稳定性，可用于血糖浓度的测定。

Description

一种具有血糖检测特性的Ag-Cu纳米合金制备方法及其应用
技术领域
本发明属于金属纳米材料技术领域，具体涉及一种具有血糖检测特性的Ag-Cu纳米合金制备方法及其应用。
背景技术
葡萄糖(glucose)又称血糖，是自然界分布最广，且最为重要的一种单糖，广泛应用于食品工业及医疗领域。葡萄糖在生物学领域具有重要地位，是活细胞的能量来源和新陈代谢的中间产物。葡萄糖很容易吸收进入血液，且对脑部正常功能极为重要。血糖中的葡萄糖浓度是衡量人体健康的标准之一，若浓度过高，可能导致肥胖和糖尿病，若浓度过低可能为低血糖症或胰岛素休克的征兆。对葡萄糖的检测，特别是对生物体葡萄糖的实时监测具有十分重要的意义、目前对葡萄糖的检测已经有大量的研究，主要有色谱法，光谱法及电化学法。相较于传统的分析方法，电化学分析预处理过程简单，测量操作便捷，电化学检测时间短，甚至可以实现实时监测。多元纳米合金相较于单元纳米颗粒表现出更为优异的电化学性能，Ag-Cu纳米合金具有优良的催化、光、电、表面等离子体共振以及表面增强拉曼散射等特性。2016年Nanda发现甘油转换为丙二醇的速度在用含银5％的铜基催化剂时明显加快了，且铜与银的浸渍顺序影响着催化剂的物理化学性能。Jin在2015年以泡沫镍为基底，采用电沉积法合成了一种具有树枝状形貌的Ag-Cu电催化剂。通过循环伏安线性扫描法和旋转圆盘电极极化法对催化剂在碱性溶液中的氧化还原反应(ORR)的催化性和对碳酸盐离子的耐受性能进行了评价。纳米颗粒制备常采用电沉积方法制备，这种方法容易导致无机盐的沉淀速率难以控制，合成的物质难以均一。
发明内容
针对上述存在技术问题，本发明的目的在于提供一种具有血糖检测特性的Ag-Cu纳米合金制备方法，并将其用于修饰玻碳电极分析检测血糖。
为达到上述目的，本发明具体通过以下技术方案实现：
一种具有血糖检测特性的Ag-Cu纳米合金制备方法，包括以下步骤：
1)将AgNO3、CuSO4和柠檬酸钠溶液混合，得到溶液A；
2)在氩气环境中向溶液A中加入NaBH4溶液，磁力搅拌得到溶液B；
3)溶液B避光静置，加入氧化石墨烯的超声分散溶液，搅拌均匀移至高压釜中保持4～5h；
4)冷却至室温后，离心分离得到黑色的纳米粉体。
进一步的，步骤(1)中Ag离子和Cu离子的摩尔比为1:1～3:2。
进一步的，步骤(2)中所述的NaBH4溶液浓度为1mmol/L。
进一步的，步骤(3)中所述的高压釜的条件为150℃～160℃。
在本发明的另一方面，提供了上述方法制备得到的Ag-Cu纳米合金在检测血糖浓度中的应用。
优选的，利用Ag-Cu纳米合金检测血糖浓度的方法，包括以下步骤：
1)以无水乙醇作为溶剂，分别加入石墨烯负载的Ag-Cu纳米粉体和Nafion溶液，超声分散得到修饰液；
2)将玻碳电极打磨成镜面，进行超声清洗，红外灯光下烘干；
3)置于铁氰化钾表征液中进行CV扫描，保证氧化峰与还原峰电位差在80mV以内，水洗烘干；
4)将修饰液均匀涂抹于玻碳电极之上，置于红外灯光下烘干；
5)将三电极系统置于血清中，进行电化学检测。
进一步的，所述的超声清洗具体为分别用丙酮、HNO3、NaOH溶液和超纯水清洗。
进一步的，所述的电化学检测具体为：于-0.7～0.7V电位范围之间，以200mV/s的扫速条件下，记录峰电流在血糖浓度为0.5～5.0mmol/L范围内的循环伏安曲线。
本发明的有益效果为：
1)使用水热法制备，基于Ag-Cu纳米合金，利用电化学方法检测血糖浓度，操作简单，可重复性强；
2)在电化学检测过程中，选用玻碳电极为三电极系统的修饰电极，其修饰界面的可改造性大，测量范围广，响应灵敏度高，且成本较低；
3)基于石墨烯优异的导电性能，利用均一的氧化石墨烯分散液提供载体，有效增强修饰电极的导电性。
附图说明
图1为石墨烯负载Ag5Cu5的TEM电镜图；
图2为石墨烯负载Ag6Cu4的TEM电镜图；
图3为石墨烯负载Ag5Cu5不同扫描速率的优化曲线；
图4为石墨烯负载Ag5Cu5不同浓度血糖溶液的CV图；
图5为石墨烯负载Ag6Cu4不同浓度血糖溶液的CV图；
图6为石墨烯负载Ag6Cu4和Ag5Cu5氧化峰峰电流与血糖浓度的关系图。
具体实施方式
下面将结合本发明具体的实施例，对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)配制0.01mmol/L的AgNO3、CuSO4溶液，按照摩尔比Ag:Cu＝5:5的比例取适量的溶液，并加入质量分数1％的柠檬酸钠溶液3mL作为稳定剂，最后制得Ag5Cu5溶液100mL；
(2)在充满氩气的密闭环境中，向步骤(1)所配制的溶液中加入3mL浓度为1mmol/L的NaBH4溶液，磁力搅拌20min，得到均匀溶液；
(3)溶液避光静置1h，缓慢搅拌溶液，同时加入3mL浓度为0.01mmol/L的氧化石墨烯的超声分散溶液，搅拌均匀后停止搅拌；
(4)将步骤(3)所得混合液转移至高压釜中，并在160℃下保持4h；
(5)将高压釜冷却至室温，用高速离心机(7500转速)将溶液中金属纳米颗粒分离出来，分别用去离子和无水乙醇洗涤3遍，室温下真空干燥；
(6)各取0.5mg氧化石墨烯负载Ag5Cu5纳米粉体样品，溶于1ml的无水乙醇，制成Ag5Cu5溶液；
(7)向所得溶液加入10ul的10wt％的Nafion溶液，超声分散20分钟，得到分散均一的修饰溶液；
(8)将玻碳电极在2000Cw的金相砂纸上打磨去除表面残余物质，在干、湿麂皮垫上按照“倒8字画法”依次用0.3和0.05μmα-Al2O3抛光粉打磨成镜面，依次分别在丙酮、HNO3(1:1,v/v)、NaOH(1M)和超纯水中超声清洗5min后放置于红外灯光下烘干；
(9)于铁氰化钾表征液中进行CV扫描，保证氧化峰与还原峰电位差在80mV以内，检查电极表面是否清洁，三次水洗烘干；
(10)利用移液枪取15ul的修饰溶液，分3-4次均匀滴涂于玻碳电极之上，标记为GCE/Ag5Cu5NPs,置于红外灯光下烘干；
(11)将三电极系统置于处理好的血清中，于-0.7～0.7V电位范围之间，以200mV/s的扫速条件下，记录峰电流在血糖浓度为0.5～5.0mmol/L范围内的循环伏安曲线。
实施例2
(1)配制0.01mmol/L的AgNO3、CuSO4溶液，按照摩尔比Ag:Cu＝6:4的比例取适量的溶液，并加入质量分数1％的柠檬酸钠溶液3mL作为稳定剂，最后制得Ag6Cu4溶液100mL；
(2)在充满氩气的密闭环境中，向步骤(1)所配制的溶液中加入3mL浓度为1mmol/L的NaBH4溶液，磁力搅拌20min，得到均匀溶液；
(3)溶液避光静置1h，缓慢搅拌溶液，同时加入3mL浓度为0.01mmol/L的氧化石墨烯的超声分散溶液，搅拌均匀后停止搅拌；
(4)将步骤(3)所得混合液转移至高压釜中，并在160℃下保持4h；
(5)将高压釜冷却至室温，用高速离心机(7500转速)将溶液中金属纳米颗粒分离出来，分别用去离子和无水乙醇洗涤3遍，室温下真空干燥。
(6)各取0.5mg氧化石墨烯负载Ag6Cu4纳米粉体样品，溶于1ml的无水乙醇，制成Ag6Cu4溶液；
(7)向所得溶液加入10ul的10wt％的Nafion溶液，超声分散20分钟，得到分散均一的修饰溶液；
(8)将玻碳电极在2000Cw的金相砂纸上打磨去除表面残余物质，在干、湿麂皮垫上按照“倒8字画法”依次用0.3和0.05μm α-Al2O3抛光粉打磨成镜面，依次分别在丙酮、HNO3(1:1,v/v)、NaOH(1M)和超纯水中超声清洗5min后放置于红外灯光下烘干；
(9)于铁氰化钾表征液中进行CV扫描，保证氧化峰与还原峰电位差在80mV以内，检查电极表面是否清洁，三次水洗烘干；
(10)利用移液枪取15ul的修饰溶液，分3-4次均匀滴涂于玻碳电极之上，标记为GCE/Ag6Cu4NPs,置于红外灯光下烘干；
(11)将三电极系统置于处理好的血清中，于-0.7～0.7V电位范围之间，以200mV/s的扫速条件下，记录峰电流在血糖浓度为0.5～5.0mmol/L范围内的循环伏安曲线。
实施例3
为了验证氧化石墨烯负载Ag5Cu5纳米合金修饰电极对对血糖浓度检测的显著作用，按照上述氧化石墨烯负载Ag5Cu5纳米合金的制备方法制备了氧化石墨烯负载Ag6Cu4纳米合金，为特别说明的步骤与上述制备方法相同，不同之处在于：Ag、Au所占比例不同，分别为Ag5Cu5及Ag6Cu4。
实施例1制得的氧化石墨烯负载Ag5Cu5纳米合金的透射电镜如图1所示，实施例2制得的氧化石墨烯负载Ag6Cu4纳米合金的透射电镜如图2所示，所得的纳米合金为球形结构。
Ag-Cu球形纳米合金检测血糖浓度，具体方法为：将得到的Ag-Cu纳米合金修饰溶液滴附在玻碳电极表面并烘干，制得修饰电极，优化血清中血糖浓度及扫描速率，优化结果如图3所示。以优化后的扫描速度在不同浓度的血清中测定循环伏安曲线。
检测结果如图4和图5所示，可知：在电位为-0.7～0.7V范围内、扫描速率为200mV/s，测试其CV曲线，氧化石墨烯负载Ag5Cu5纳米合金修饰电极时，血糖浓度为0.5mmol/L时氧化峰电流已大于3*10-4A，当电极在血糖浓度为5mmol/L时，氧化峰电流更是接近于8*10-4A，如图6所示，氧化峰响应电流的大小与血糖浓度线性关系好，拟合得出线性方程为：Y＝-3E-12X2+E-4X+2E-4。Ag6Cu4纳米颗粒修饰的玻碳电极在血糖浓度为5mmol/L时氧化峰电流仅为1.6*10-4A，表明氧化石墨烯负载Ag5Cu5纳米合金对血糖浓度检测具有较高的选择性及灵敏度。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种具有血糖检测特性的Ag-Cu纳米合金制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将AgNO3、CuSO4和柠檬酸钠溶液混合，得到溶液A；其中，Ag离子和Cu离子的摩尔比为1:1~3:2；
2）在氩气环境中向溶液A中加入浓度为1 mmol/LNaBH4溶液，磁力搅拌得到溶液B；
3）溶液B避光静置，加入氧化石墨烯的超声分散溶液，搅拌均匀移至150℃~160℃高压釜中保持4~5h；
4）冷却至室温后，离心分离得到黑色的纳米粉体。
2.权利要求1所述的制备方法制备得到的Ag-Cu纳米合金在检测血糖浓度中的应用。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：
1）以无水乙醇作为溶剂，分别加入氧化石墨烯负载的Ag-Cu纳米粉体和Nafion溶液，超声分散得到修饰液；
2）将玻碳电极打磨成镜面，进行超声清洗，红外灯光下烘干；
3）置于铁氰化钾表征液中进行CV扫描，保证氧化峰与还原峰电位差在80 mV以内，水洗烘干；
4）将修饰液均匀涂抹于玻碳电极之上，置于红外灯光下烘干；
5）将三电极系统置于血清中，进行电化学检测。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述的超声清洗具体为分别用丙酮、HNO3、NaOH溶液和超纯水清洗。
5.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述的电化学检测具体为：于-0.7～0.7 V电位范围之间，以200 mV/s的扫速条件下，记录峰电流在血糖浓度为0.5～5.0 mmol/L范围内的循环伏安曲线。
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