金屬納米材料構(gòu)建的無酶過氧化氫傳感器的研究進展

童裕佳 吳益華 白紅艷

摘 要：文章主要介紹金屬納米材料構(gòu)建的無酶過氧化氫傳感器。無酶法克服了介質(zhì)、pH、溫度、時間等因素對酶的活性以及靈敏度的影響。

關(guān)鍵詞：H2O2；無酶；傳感器；檢測

1 概述

過氧化氫（H2O2）被廣泛應(yīng)用于化工、印染、食品等行業(yè)。H2O2也是生物體系中一種重要的物質(zhì)，因此H2O2的檢測具有重要的意義。電化學(xué)法檢測H2O2主要采用電流型生物傳感法。生物傳感法又分為酶法和無酶法。酶法具有高選擇性和靈敏度，但酶易受外界因素（溫度、介質(zhì)、溫度、濕度等）影響，因此，無酶法備受關(guān)注。

2 金屬納米材料構(gòu)建的無酶H2O2傳感器

2.1 貴金屬納米粒子構(gòu)建的無酶H2O2傳感器

金屬納米材料，特別是貴金屬納米材料，具有多重氧化態(tài)和吸附特性，具有較高的催化活性。Pt、Pd、Au、Ag由于具有較高的催化活性，均可構(gòu)建無酶H2O2傳感器。傳感器性能會受到電極材料、材料修飾方法及納米材料形貌的影響。采用Pt納米粒子修飾的玻碳電極（GCE）比ITO檢測限低2個數(shù)量級。PdNPs/MWCNTs/Nafion修飾GCE相對于PdNPs修飾GCE對H2O2的檢測具有更寬的線性范圍。金納米粒子的形貌會影響H2O2的靈敏度[1]。GCE表面的金納米微球（AuNSs）和金納米棒（AuNRs）的比例為1：3和1：5時，對H2O2檢測的靈敏度分別為 54.53μ AmM-1和58.51μAmM-1，均比金納米粒子修飾GCE（11.13 μAmM-1）高很多。

2.2 雙金屬納米粒子構(gòu)建的無酶H2O2傳感器

近年來，雙金屬納米材料相對于單一金屬納米材料既具有較高的催化活性，又具有納米材料獨特的性能，因此引起人們廣泛的興趣。AuAg、AuPt、AuPd、PtPd[2，3]、PtSe、PtIr、PdRh可用于構(gòu)建無酶H2O2傳感器。啞鈴型PtPd/Fe3O4納米復(fù)合材料構(gòu)建的無酶H2O2傳感器[2]，對H2O2的還原具有較高的催化性能，與PtPd納米粒子構(gòu)建的無酶H2O2傳感器[3]相比，PtPd/Fe3O4具有更低的檢測限，可能是PtPd納米粒子與Fe3O4納米材料協(xié)同作用的結(jié)果。

2.3 金屬氧化物納米粒子構(gòu)建的無酶H2O2傳感器

金屬氧化物納米材料是新型半導(dǎo)體材料，因其納米顆粒的粒徑極小、比表面積極大，而表現(xiàn)出截然不同于其他材料特性，在光學(xué)、電子學(xué)、傳感器、特殊催化、染料敏化太陽能電池等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。MnO2[4]、TiO2[5]、CO3O4[6]、CuO[7，8]和Cu2O可以構(gòu)建無酶H2O2傳感器。但大多數(shù)金屬氧化物納米粒子基于H2O2的電催化氧化，因此具有較高的檢測電位。MnO2與磷酸雙酯復(fù)合膜電極[4]、TiO2/MWNTs修飾電極[5]、CO3O4修飾電極[6]對H2O2檢測電位分別為0.65V（vs. SCE）；0.4V（vs. Ag/AgCl）；0.42V（vs. SCE）。檢測電位過高會影響實際生物樣品的分析。基于CuO納米材料修飾電極檢測電位較低，分別為0.1V（vs. Ag/AgCl）[7]和-0.3V（vs. SCE）[8]，因為CuO對H2O2既有氧化作用，又有還原作用。CuO更適合構(gòu)建無酶H2O2傳感器。

3 結(jié)束語

貴金屬、雙金屬和金屬氧化物納米材料構(gòu)建的無酶H2O2傳感器對H2O2的檢測具有操作方便、快速，靈敏度高，穩(wěn)定性高，重現(xiàn)性好，抗干擾能力強等優(yōu)點。當(dāng)然，也存在一些缺點，例如檢測受到空間限制，不能實時監(jiān)測。

感謝浙江省嘉興學(xué)院南湖學(xué)院院內(nèi)科研重點課題項目：半導(dǎo)體納米材料的可控合成及其在無酶電化學(xué)傳感器中的應(yīng)用（N41472001-10）項目的資助。

參考文獻

[1]Won YH， Huh K. Au nanospheres and nanorods for enzyme-free electrochemical biosensor applications[J]. Biosensors and Bioelectronics， 2011（26）：4514-4519.

[2]Sun XL， Guo SJ， etal. Dumbbell-like PtPd-Fe3O4 nanoparticles for enhanced electrochemical detecti on of H2O2[J]. Nano Letters， 2012（12）：4859-4863.

[3]Niu XH， Chen C， etal. Novel snowflake-like Pt-Pd bimetallic clusters on screen-printed gold nanofilm electrode for H2O2 and glucose sensing[J]. Biosensors and Bioelectronics， 2012（36）：262-266.

[4]Yao SJ， Xu JH， etal. A highly sensitive hydrogen peroxide amperometric sensor based on MnO2 nanoparticles and dihexadecyl hydrogen phosphate composite film[J]. Analytica Chimica Act， 2006（557）：78-84.

[5]J iang L C， Zhang W D. Electrodeposition of TiO2 nanoparticles on multiwalled carbon nanotube arrays for hydrogen peroxide sensing[J]. Electroanalysis， 2009（21）：988 -993.

[6]Hou CT， Xu Q， etal. Metal-organic framework templated synthesis of CO3O4 nanoparticles for direct glucose and H2O2 detection[J]. Analyst， 2012（137）：5803-5808.

[7]Weng SH， Zheng YJ， etal. CuO nanoleaf electrode： facile preparation and nonenzymatic sensor applications[J]. Microchimica Acta， 2013（180）：371-378.

[8]Miao XM， Yuan R， etal. Direct electrocatalytic reduction of hydrogen peroxide based on Nafion and copper oxide nanoparticles modified Pt electrode[J]. Journal of Electroanalytical Chemistry， 2008（612）：157-163.

作者簡介：白紅艷（1982-），女，遼寧葫蘆島人，嘉興學(xué)院教師，講師，碩士學(xué)位，研究方向為納米材料的制備與生物傳感研究。