摘 要

糖尿病是一组以持续长时间的高血糖为特征的代谢性疾病。如果不及时治疗，糖尿病会导致多种并发症。可靠便捷的血糖检测是及时预防、发现和治疗糖尿病的重要保障手段。在葡萄糖的检测中以电化学分析方法最常见。在本研究中，通过低速化学合成法和氢氧化钠腐蚀可以制得纳米立方氢氧化钴颗粒。通过SEM拍摄，表征出所制备的CoFe粉体的表面形貌为规则的立方晶型以及粒径大小为500nm；对所制备的铁氰化钴纳米立方颗粒进行XRD、FTIR等材料性质的表征，并将先前制得的纳米立方氢氧化钴颗粒配制成溶液，滴到金电极表面，作为电极材料构建葡萄糖无酶传感器。测试该种材料的电化学性能以及其对葡萄糖检测的性能，展望其未来在血糖检测领域的应用。

关键词：无酶传感器 纳米立方颗粒 氢氧化钴材料 血糖检测

Biosensor of Nano-cubic Cobalt Hydroxide Preparing Based on PB Template Method

Abstract

Diabetes mellitus is a group of metabolic diseases characterized by persistent high blood sugar. If left untreated, diabetes can cause multiple complications. Reliable and convenient blood glucose testing is an important safeguard to prevent, discovery and treat diabetes in a timely manner. Electrochemical analysis is the most common method for the monitoring of glucose. In this study, nano-cubic cobalt hydroxide particles can be prepared by low-speed chemical synthesis plus sodium hydroxide corrosion. The surface morphology of the prepared CoFe powders present a regular cubic crystal shape and particle size of 500 nm characterized by SEM photographs; XRD and FTIR of the prepared CoFe nanocubic particles was also characterized. And, the previously prepared nanocubic cobalt hydroxide particles were formulated into a solution and dropped onto the surface of a gold electrode to construct a glucose-free enzyme sensor as an electrode material. The electrochemical properties of the material were tested as well as its performance on glucose monitoring, and its application in the field of blood glucose monitoring was prospected.

Keywords: Non-enzymatic Sensor; Nano-cubic particles; Cobalt Hydroxide-based Material; Glucose monitoring

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 3

1.1研究背景 3

1.2生物传感器 4

1.2.1酶电极传感器 4

1.2.2葡萄糖传感器 5

1.2.3无酶电化学传感器 7

1.3氢氧化钴材料 8

1.3.1氢氧化钴简介 8

1.3.2纳米立方氢氧化钴颗粒 9

1.3.3纳米技术在生物传感器上的应用 9

1.4本文的研究目的和内容 10

第二章 实验部分 11

2.1 实验所需试剂与仪器设备 11

2.1.1 实验试剂 11

2.1.2 实验仪器设备 11

2.2纳米立方氢氧化钴的制备 11

2.3 CoFe粉体的表征方法 13

2.3.1场发射扫描电子显微镜（FESEM） 13

2.3.2 X射线衍射分析（XRD） 13

2.3.3 傅式转换红外线光谱分析（FTIR） 13

2.4 电化学性能测试 13

2.4.1循环伏安法（CV） 13

2.4.2 计时电流法 14

第三章 结果与讨论 15

3.1纳米立方铁氰化钴颗粒形貌表征 15

3.2纳米立方铁氰化钴颗粒表面相结构分析 16

3.3 纳米立方铁氰化钴颗粒的FTIR表征 16

3.4电化学性能 17

第四章 结论与展望 20

4.1 结论 20

4.2 研究工作展望 20

参考文献 22

致谢 24

第一章 绪论

1.1研究背景

众所周知，糖尿病是一种常见病和高发病，我们本研究致力于构建糖尿病的预防和治疗中用于血糖检测的新型钴基纳米材料无酶传感器。糖尿病^[1][2]这种代谢性疾病是以持续、长时间不正常的高血糖为特征。人体内血糖的正常值约为空腹时3.9-6.1毫摩尔/升。胰岛素的分泌缺陷或其生物作用受到损伤，或两因素的协同作用是高血糖症状的成因。多尿，多饮，多食都是糖尿病会带给患者的不适症状。如果不及时地进行干预和治疗，糖尿病还会导致多种并发症的发生。其中急性并发症可能包括糖尿病酮症酸中毒，高渗性高血糖状态甚至直接死亡；严重的长期并发症包括了慢性肾脏疾病，心血管疾病，中风，足部溃疡和眼睛损伤。

目前，日益增长的患病人数已加剧这一疾病成为危害人类健康的全球性问题。根据趋势患病比率将会继续上升。糖尿病使患者早期死亡的风险至少增加了一倍。从2012年到2015年，每年大约有150万至500万人死于糖尿病。2014年，糖尿病花费的全球经济成本保守估计为6,120亿美元。而在美国，2012年因糖尿病造成的医疗花费高达2450亿美元。尽管凭借当今医学技术水平很难做到彻底治愈糖尿病，但是可靠又便捷的血糖检测是及时预防、发现和治疗糖尿病的重要保障手段。自1980年以来，1型糖尿病和2型糖尿病管理的主要目标是一天几次根据HBGM（糖尿病或低血糖患者家庭血糖监测）指导，尽可能地使患者血液中的葡萄糖浓度保持在接近正常值的水平。其益处包括降低由高血糖引起的长期并发症的发生率和严重程度，以及降低低血糖的短期潜在威胁生命的并发症的发生率。目前，科研界对于血糖检测的研究热点正是我们发现将纳米材料优良的性能巧妙整合到电化学传感器材料的分子运作中，而本论文中的研究对象——无酶电化学传感器不仅具有传统电化学传感器

的一般优点，还具备了稳定性好，抗干扰能力强等特点，在临床血糖检测领域具有着一定的优势。

1.2生物传感器

生物传感器在我们的日常生活中已十分普及，各种便携的临床医用和生活用血糖仪，用于疾病监测的生物传感针和生物芯片，用于环境监测（水质、大气）和食品检测的传感器，甚至在刑侦和军事领域都能见到它的身影。生物传感器^[5][6]是一种将待检测的生物组分与物理化学检测器相结合，用于检测分析物含量的生物物质分析装置。其对生物物质敏感并能在与分析物相互结合的同时产生各种化学作用，或能够识别生物衍生物质或仿生组分。这些固定化的生物敏感材料作为识别元件也可以通过生物工程学创建。负责转换信号的换能器或检测器元件主要以物理化学方式工作：光学，压电，热电，电化学，电化学发光、热重分析等物理化学反应，由分析物与生物元素的相互作用产生，以便于对被检测分析物的测量和量化。生物传感器的读取器设备具有相关的电子或信号处理器，主要负责以对用户友好的方式显示结果。这有时候会占据整个传感器设备中最昂贵的部分，但可以创建出包含换能器和敏感元件（全息传感器）的用户友好型显示器。为了适应应用于不同领域的生物传感器的不同工作原理，读取器部分通常是定制设计和制造的。

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