基于TiO₂/CNTs納米復合物增敏作用電致化學發(fā)光法檢測葡萄糖的研究

王永紅+李發(fā)良+王元清+吳順+何曉曉+王柯敏

摘 要 利用二氧化鈦/碳納米管（TiO₂/CNTs）納米復合物對魯米諾電致化學發(fā)光信號的增敏作用發(fā)展了一種檢測葡萄糖的方法。通過溶膠-凝膠法合成TiO₂/CNTs納米復合物，將其修飾在玻碳電極表面后，發(fā)現(xiàn)其能夠很好地增強反應體系的電致化學發(fā)光強度，H₂O₂能與魯米諾發(fā)生反應產(chǎn)生電致化學發(fā)光信號，結合葡萄糖在葡萄糖氧化酶作用下所產(chǎn)生的H₂O₂對發(fā)光體系具有良好的響應特性， 可以實現(xiàn)葡萄糖的檢測。本方法檢測葡萄糖的線性范圍為1.0×107～5.0×10 6 mol/L，檢出限為5.2×10 8 mol/L。本研究為葡萄糖的檢測提供了一種靈敏、快速、簡便、經(jīng)濟的方法。同時，TiO₂/CNTs納米復合物修飾電極為電致化學發(fā)光信號增強提供了一種新材料。

關鍵詞 TiO₂/CNTs納米復合物； 魯米諾； 電致化學發(fā)光法； 葡萄糖

1 引 言

葡萄糖是生命活動中不可缺少的碳水化合物，也是人體新陳代謝的重要營養(yǎng)物質(zhì)。許多的慢性疾病比如心血管疾病、高血糖、肥胖癥、糖尿病都與葡萄糖密切相關 [1，2]。因此，葡萄糖含量檢測對于評估人體健康狀況具有非常重要的意義[3]。葡萄糖氧化酶對葡萄糖具有高的選擇性和靈敏度，常被用于制備各種生物傳感器， 以滿足葡萄糖檢測的需要[4～7]。魯米諾作為一種典型的有機發(fā)光試劑，具有氧化電位低、價格低廉以及發(fā)光范圍寬等優(yōu)點，被廣泛用于構建電致化學發(fā)光傳感器[8～11]。當葡萄糖氧化酶與葡萄糖發(fā)生催化反應時，可以產(chǎn)生過氧化氫； 當溶液中有過氧化氫存在時，給工作電極施加合適的電壓即可誘發(fā)魯米諾的電致化學發(fā)光（ECL），并且發(fā)光強度與催化產(chǎn)生的過氧化氫的量成正比。因此，通過間接檢測過氧化氫含量可用于電致化學發(fā)光法檢測葡萄糖含量。

納米材料由于其粒徑尺寸及結構不同而表現(xiàn)出非常優(yōu)良獨特的催化性質(zhì)，可以有效增敏電致化學發(fā)光信號[12～14]。同時，納米材料大的比表面積、良好的生物親和性、特異的光學特性和高的催化活性，使其在電致化學發(fā)光研究領域應用非常廣泛 [15～17]。作為一種新型納米材料，碳納米管（CNTs）由于具有良好的傳熱性能、導電性能、大的比表面積等特性，已經(jīng)成為一種優(yōu)良的電極修飾材料，被廣泛應用于化學生物傳感器[18，19〗。納米二氧化鈦（TiO₂）是一種應用前景廣闊的半導體材料，其良好的光敏、氣敏、壓敏等特性，特別是光催化特性，使得TiO₂在化學生物傳感領域同樣具有非常重要的應用[20，21]。利用納米材料的特性可以活化電極表面，增大信號響應，降低檢出限，提高檢測靈敏度，目前，利用納米復合物增敏魯米諾電致化學發(fā)光用于葡萄糖等物質(zhì)檢測的研究卻報道相對較少。

本研究利用碳納米管良好的導電能力和TiO₂光催化特性，發(fā)展了一種靈敏、簡單、快速的電致化學發(fā)光方法。TiO₂/CNTs納米復合物修飾在玻碳電極表面后不僅能增加電極的表面區(qū)域，而且能加快溶液與電極表面之間的電子傳遞速率。因此，結合葡萄糖與葡萄糖氧化酶作用產(chǎn)生的H₂O₂對魯米諾電致化學發(fā)光體系良好的響應特性以及納米復合物信號的增敏作用，可實現(xiàn)葡萄糖的靈敏檢測。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

Labram-010激光拉曼散射光譜（法國JY公司）； 高倍透射電子顯微鏡（TEM，日本電子光學研究所）； 高速離心機（日本Hitachi公司）； MPI-E型電致化學發(fā)光分析系統(tǒng)（西安瑞邁分析儀器有限公司）； 玻碳電極（=3 mm，天津艾達恒晟科技發(fā)展有限公司）作為工作電極、鉑絲電極作為對電極、Ag/AgCl電極作為參比電極形成三電極體系。

C16H36O i（國藥集團化學試劑有限公司）； CNTs（深圳市納米港有限公司）； 魯米諾（Fluka公司）； 葡萄糖與葡萄糖氧化酶（上海生工生物工程股份有限公司）； 乙醇，H₂O₂等（北京鼎國公司）。實驗用水均為超純水（18.2 MΩ cm），其它試劑均為國產(chǎn)分析純。

2.2 TiO₂/CNTs納米復合物的合成

TiO₂/CNTs納米復合物采用改進的溶膠-凝膠法[20]合成，使用C16H36O i和羧基化處理的CNTs作為起始原料，無水乙醇為溶劑。將2.5 mL C16H36O i和0.25 mL冰醋酸溶解在11.0 mL無水乙醇中，磁力攪拌30 min；將75 mg CNTs加入到上述溶液中，攪拌混勻；逐滴加入0.072 mL HNO3和0.4 mL水于上述混合液，磁力攪拌反應2～3 h，直到形成均一的膠溶液。膠溶液在室溫下老化2天，然后分別用無水乙醇和超純水清洗3次，離心，收集沉淀，在60 ℃的烘箱中干燥24 h后得到干凝膠，隨后將其研磨成粉末，置于450 ℃馬弗爐中煅燒2 h，得到TiO₂/CNTs納米復合物。

2.3 TiO₂/CNTs納米復合物修飾電極的制備及其對葡萄糖濃度的響應

電極修飾之前，首先用0.3和0.05 μm的氧化鋁粉進行拋光處理，再分別用水、乙醇和水各超聲5 min，最后用水沖洗干凈以及氮氣吹干。為獲得TiO₂/CNTs納米復合物修飾的玻碳電極，取10 μL 0.05 mg/mL TiO₂/CNTs納米復合物的乙醇分散液滴加于預處理過的玻碳電極表面，在室溫下自然晾干，得TiO₂/CNTs納米復合物修飾的玻碳電極。endprint