基于TiO₂/CNTs納米復合物增敏作用電致化學發光法檢測葡萄糖的研究

王永紅+李發良+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光信號的增敏作用發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，發現其能夠很好地增強反應體系的電致化學發光強度，H₂O₂能與魯米諾發生反應產生電致化學發光信號，結合葡萄糖在葡萄糖氧化酶作用下所產生的H₂O₂對發光體系具有良好的響應特性， 可以實現葡萄糖的檢測。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、經濟的方法。同時，TiO₂/CNTs納米復合物修飾電極為電致化學發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物質。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光試劑，具有氧化電位低、價格低廉以及發光范圍寬等優點，被廣泛用于構建電致化學發光傳感器[8～11]。當葡萄糖氧化酶與葡萄糖發生催化反應時，可以產生過氧化氫； 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魯米諾的電致化學發光（ECL），并且發光強度與催化產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出非常優良獨特的催化性質，可以有效增敏電致化學發光信號[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，已經成為一種優良的電極修飾材料，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光用于葡萄糖等物質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，發展了一種靈敏、簡單、快速的電致化學發光方法。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生的H₂O₂對魯米諾電致化學發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型電致化學發光分析系統（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