[发明专利]一种基于聚合物-碳纳米管无酶葡萄糖传感器的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于双亲性聚合物改性的碳纳米管杂化体为载体，负载金属纳米催化剂粒子，并将其应用于制作葡萄糖传感器的方法。该方法包括聚合物‑碳纳米管杂化体的制备、无酶葡萄糖传感器的构建两大步骤。利用双亲性大分子的组装驱动力实现大分子与碳纳米管一步共组装，制备出聚合物‑碳纳米管杂化体。此杂化体具有优异的稳定性的同时，综合了两种材料的优点，具有良好的导电性和较大的表面积；因此，将其用作电极修饰材料，能有效负载具有催化活性的金属纳米粒子，制得稳定性好、灵敏度高、检测范围宽的无酶葡萄糖传感器。此外，该无酶葡萄糖传感器易于集成应用于微电子器件，可有望用于生物医药、生命健康等领域。

技术领域

本发明涉及电化学传感器领域以及大分子自组装领域，尤其是涉及一种基于双亲性聚合物改性的碳纳米管杂化体为载体，负载金属纳米催化剂粒子，并将其应用于制作无酶葡萄糖传感器的方法。

背景技术

糖尿病是世界范围内日益严重的健康问题，可能伴随着多种严重的并发症。根据世界健康组织的报道，目前世界上约有0.35亿人受糖尿病困扰。大量证据表明，糖尿病患者血液中葡萄糖含量高于正常水平，而在另一方面，尿液中排泄出葡萄糖也可以反映出严重的肾脏疾病，因此，准确检测体液中葡萄糖的含量将尤为重要。目前检测葡萄糖的方法有：色谱法、光谱法和电化学方法等，而葡萄糖传感器具有小型化，低成本，快速等优点。因此，葡萄糖传感器在糖尿病的监测与控制中扮演着重要的角色。目前应用最为广泛的葡萄糖传感器为基于酶催化的传感器，然而，由于酶本身容易受到温度、pH、湿度以及化学物质的影响，这就使得葡萄糖酶传感器的稳定性和重复利用率比较差。因此，发展一种快速，简单，可靠的无酶葡萄糖传感器具有重要的实际意义。

碳纳米管，是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米级，轴向尺寸为微米量级，管两端基本封口)的一维量子材料，具有较大的比表面积，较高的化学稳定性，较强的吸附能力和优良的导电性。因此碳纳米管作为电化学反应电极的修饰剂时，表现出非凡的电子迁移支持能力，并且在水溶液和非水溶液中都有较好的电化学和化学稳定性。

金属纳米材料由于其具有较高的比表面积以及更高的催化活性，受到人们的广泛关注。利用纳米技术，有望改进传感器的敏感性、检测范围和响应时间。通常用于葡萄糖传感器的金属电极材料有Pt、Au、Rd、Ru等贵金属以及NiO、MnO2、CoO、ZnO、CuO等过渡金属氧化物。然而纳米材料的催化活性强烈的依赖于自身的尺寸及其在载体上的分布，因此选择合适的载体对于提高传感器的催化性能比较重要。

为了充分利用这两种纳米材料，人们进一步尝试了利用碳纳米管作为支撑金属纳米催化剂的模板，但由于碳纳米管的特殊结构致使其溶解性欠佳、易缠结团聚等。需要对CNTs进行表面改性，通过共价或非共价作用来获得均匀分散的纳米颗粒，可以提高碳管在各种有机溶剂中的分散性和与高分子基体的相容性，从而增强复合材料的性能。

双亲性聚合物由亲、疏水链段有规或无规地排列而形成，因此在选择性溶剂中可进行自组装，形成各种形状，如球状、棒状、碗状、囊泡等的纳米级结构，且具有表面活性性质。在双亲性聚合物自组装过程中，若能利用碳纳米管与聚合物间的π-π作用、氢键作用或亲疏水作用破坏碳纳米管之间的分子间作用力，有望获得均匀稳定的碳纳米管分散体，从而使得碳纳米管在无酶传感器领域具有更为广泛的应用。

发明内容