Detección de glucosa electroquímica no enzimática sensible basada en NiO poroso hueco

Resumen

Los óxidos de metales de transición (TMO) han atraído la atención de una extensa investigación como materiales electrocatalíticos prometedores. A pesar del bajo costo y la alta estabilidad, la actividad electrocatalítica de los TMO aún no puede satisfacer los requisitos de las aplicaciones. Inspirado en la cinética, el diseño de estructura porosa hueca se considera una estrategia prometedora para lograr un rendimiento electrocatalítico superior. En este trabajo, se construyó una arquitectura porosa hueca de NiO cúbico (NiO HPA) mediante el principio de coordinación de grabado y precipitación (CEP) seguido de postcalcinación. Al utilizarse para detectar glucosa, el electrodo NiO HPA exhibe una actividad electrocatalítica excepcional en términos de alta sensibilidad (1323 μA mM ⁻¹ cm ⁻² ) y límite de detección bajo (0,32 μM). La excelente actividad electrocatalítica se puede atribuir a una gran superficie específica (SSA), canales de difusión ordenados y una tasa de transferencia de electrones acelerada derivada de las características porosas huecas únicas. Los resultados demuestran que el NiO HPA podría tener aplicaciones prácticas en el diseño de sensores de glucosa no enzimáticos. La construcción de arquitectura porosa hueca proporciona una estrategia de nanoingeniería eficaz para electrocatalizadores de alto rendimiento.

Antecedentes

La detección de glucosa con un proceso rápido, preciso y de bajo costo es importante para la bioquímica clínica, el análisis farmacéutico, la industria alimentaria y el monitoreo ambiental [1, 2, 3]. Entre las numerosas técnicas, la detección electroquímica ha sido considerada como uno de los enfoques más convenientes debido a su alta sensibilidad, bajo costo y atractivo límite de detección inferior [4, 5, 6]. Sin embargo, los sensores electroquímicos basados en glucosa oxidasa comunes están restringidos por el inconveniente de una estabilidad insuficiente que se origina en la naturaleza de las enzimas [7, 8, 9]. Para abordar estos problemas, se recomendaron electrocatalizadores abundantes en la tierra basados en TMO debido a su menor costo, estabilidad fisicoquímica y electroactividad redox [10, 11, 12]. Sin embargo, la actividad electrocatalítica general de los TMO convencionales aún está lejos de los requisitos de las aplicaciones. Sigue siendo un desafío diseñar racionalmente electrocatalizadores TMO de alta actividad para la glucosa.

Generalmente, el proceso de la cinética juega un papel decisivo en la actividad electrocatalítica de los materiales electrocatalíticos establecidos. Inspirándose en la íntima conexión entre la cinética y las microestructuras, se puede lograr una actividad electrocatalítica mejorada mediante la ingeniería de microestructuras, incluida la superficie, la estructura de los poros y las características de la arquitectura [13, 14]. La estructura porosa ofrece una gran superficie específica (SSA) y proporciona cantidades de sitios activos. Además, la estructura porosa también proporciona suficientes canales de difusión para analitos y productos intermedios, que son beneficiosos para el proceso de transporte masivo [15, 16]. Por otro lado, las estructuras huecas que combinan capas funcionales y huecos internos pueden ofrecer un área de contacto electrolito-electrodo más grande y reducir la longitud tanto para el transporte de masa como para el transporte de electrones [17]. Además, las cavidades internas disponibles evitan eficazmente la agregación de nanopartículas electroactivas y se adaptan al cambio de volumen y la tensión estructural acompañados de mediciones repetidas [18]. En conclusión, los electrocatalizadores TMO de alta actividad se pueden adquirir mediante el diseño de una arquitectura porosa hueca.

Como óxido de metal de transición típico, se informó que el NiO es un catalizador eficaz para la electrooxidación de glucosa debido al par redox de Ni ³⁺ / Ni ²⁺ en medio alcalino, lo que implica aplicaciones potenciales en el sensor de glucosa electroquímico. En este trabajo, se construyó NiO HPA cúbico mediante un Cu ₂ Método de grabado y precipitación de coordinación (CEP) con plantilla O y postcalcinación. La estructura porosa hueca proporciona SSA grande, huecos interiores bien definidos, abundantes canales de transferencia ordenados y alta eficiencia de transferencia de electrones. Al utilizarse para detectar glucosa, el electrodo NiO HPA presenta una mayor sensibilidad y un límite de detección más bajo en comparación con el NiO HPA roto (NiO BHPA), lo que demuestra las ventajas de la arquitectura porosa hueca. Esta sencilla estrategia para construir una arquitectura porosa hueca proporciona un método válido en el desarrollo de nanomateriales altamente eficientes para sensores electroquímicos.

Experimental

Materiales

CuCl ₂ · 2H ₂ O, NiCl ₂ · 6H ₂ O, Na ₂ S ₂ O ₃ · 5H ₂ O, polivinilpirrolidona (PVP, M _w =40.000), y el NaOH se adquirió en Chengdu Kelong. Glucosa (Glu.), Lactosa (Lact.), Sacarosa (Sucr.), Fructosa (Fruc.), Ácido L-ascórbico (AA), ácido úrico (UA) y solución de Nafion (5% en peso en una mezcla de alifáticos inferiores alcoholes y agua) se adquirieron de Sigma-Aldrich sin purificación adicional.

Síntesis de Cu ₂ O Plantilla

El Cu ₂ cúbico O plantillas se sintetizaron de acuerdo con nuestro trabajo anterior [19]. En este procedimiento típico, se añadieron gota a gota 20 ml de NaOH (2 M) a 200 ml de CuCl ₂ · 2H ₂ O (10 mM) con agitación a 55ºC. Después de 0,5 h, se introdujeron gota a gota 4 ml de AA (0,6 M) en la solución anterior. La suspensión se envejeció adicionalmente durante 3 horas y se lavó con agua varias veces mediante centrifugación. El patrón XRD y las imágenes SEM y TEM se muestran en el archivo adicional 1:Figura S1.

Síntesis de NiO HPA

NiO HPA se sintetizó mediante un método CEP. Primero, Cu ₂ O (10 mg) y NiCl ₂ · 6H ₂ Se dispersaron O (3 mg) en 10 ml de disolvente mixto de etanol-agua (relación de volumen =1:1) durante 7 min mediante ultrasonidos. Luego, se añadió PVP (0,33 g) a la solución con agitación vigorosa durante 30 min. Cuatro mililitros de Na ₂ S ₂ O ₃ (1 M) se introdujo en el sistema; la reacción se llevó a cabo a temperatura ambiente durante 3 h hasta que el color de la suspensión cambió de rojo a verde claro. El Ni (OH) ₂ El precursor se lavó varias veces con etanol-agua caliente y se secó a temperatura ambiente. Finalmente, se obtuvo sucesivamente NiO HPA en atmósfera de aire a 400 ° C durante 2 h con una rampa lenta de 1 ° C / min. NiO BHPA se obtuvo mediante un fuerte tratamiento ultrasónico de NiO HPA durante 2 h.

Caracterizaciones de materiales

La composición y estructura de los productos se caracterizaron por difracción de rayos X (XRD, Rigaku D / Max-2400). La composición se analizó adicionalmente mediante espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS, ESCALAB250Xi) con los picos de C 1s a 284,8 eV como patrón interno. Las morfologías y microestructuras de los productos se observaron utilizando microscopio electrónico de barrido de emisión de campo (FESEM, FEI Quanta 250, Zeiss Gemini 500) y microscopio electrónico de transmisión de alta resolución (HRTEM, FEI F20). Se aplicó Brunauer-Emmett-Teller (BET, Belsort-max) para analizar el área de superficie específica y la estructura de los poros.

Mediciones electroquímicas

Todas las mediciones electroquímicas se realizaron en NaOH 0,1 M en la estación de trabajo electroquímica μIII Autolab. Una configuración de tres electrodos con electrodo de carbono vítreo modificado con NiO HPA (o NiO BHPA) (GCE, Ф =3 mm) como electrodos de trabajo y Ag / AgCl (en KCl saturado) y electrodo de disco de platino ( Ф =2 mm) como electrodo de referencia y contraelectrodo, respectivamente. Normalmente, el GCE se pulía con una suspensión de alúmina (3, 0,5 y 0,05 µm). Luego, el NiO HPA (10 mg) se disolvió en una mezcla de 0,1 ml de Nafion y 0,9 ml de agua destilada. Finalmente, se vertieron 5 μl de la mezcla en el GCE pretratado (70,77 μg / cm ² ) y se secan a temperatura ambiente. También se preparó GCE modificado con NiO BHPA en las mismas condiciones para verificar las ventajas del NiO HPA. Los electrodos modificados se midieron mediante voltamperometría cíclica (CV), cronoamperometría (CA) y espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) para evaluar su actividad electrocatalítica. Las mediciones de EIS se llevaron a cabo en el rango de frecuencia entre 0,01 y 100 kHz con una amplitud de perturbación de 5 mV frente al potencial de círculo abierto.

Resultados y discusión

Caracterizaciones

Como se muestra en la Fig. 1a, los picos de difracción ubicados en 37.21 °, 43.27 °, 62.87 ° y 75.42 ° corresponden a (111), (200), (220) y (311) facetas de NiO cúbico centrado en las caras ( JCPDS.no 47-1049) [20]. No hay otros picos de difracción, lo que indica la pureza de los productos. Se empleó además XPS para analizar la composición del elemento y el estado de oxidación de NiO HPA. El espectro de la encuesta (Fig. 1b) demuestra picos de O 1s y Ni 2p a 531,5 y 855,7 eV, respectivamente, revelando los elementos principales de los productos. En el espectro de Ni 2p (Fig. 1c, consulte las líneas de ajuste en el archivo adicional 1:Tabla S1), dos picos principales ubicados en 855,8 eV (Ni 2p _3/2 ) y 873,5 eV (Ni 2p _1/2 ) con una separación de energía de espín de 17,7 eV, que es la característica de la fase NiO [21]. Los picos de satélite de Ni 2p _3/2 y Ni 2p _1/2 se sitúan en torno a 861,5 y 880,0 eV, respectivamente. De la Fig. 1d (consulte las líneas de ajuste en el archivo adicional 1:Tabla S2), el pico de ajuste de O1 a 529,8 eV es el enlace Ni-O en las especies Ni-OH. El pico de O2 a una energía de unión de 831,3 eV suele asociarse con oxígeno quimisorbido, hidroxilos y oxígeno reticular poco coordinado. El pico de O3 a 532,7 eV es la multiplicidad de agua absorbida física y químicamente en la superficie o cerca de ella [22,23,24]. El análisis de XPS y XRD confirma la preparación exitosa de NiO.

un Patrón XRD de NiO HPA preparado. Espectros XPS para los productos b encuesta, c Ni 2p y d O 1s

Las morfologías de Ni (OH) ₂ precursor (archivo adicional 1:Figura S2) y NiO HPA (Fig. 2) fueron claramente observados por SEM y TEM. Las imágenes SEM (Fig. 2a, b) del NiO obtenido presentan una característica cúbica uniforme con una longitud de borde de aproximadamente 600 nm. De la Fig. 2c, se observa claramente que la capa rugosa de NiO HPA consiste en cantidades de partículas finas interconectadas. Como se muestra en la Fig. 2d, el borde de los productos de NiO es negro y el interior es translúcido. Combinando con las observaciones de SEM en la Fig. 2a-c, se pueden confirmar las características huecas cúbicas de los productos de NiO. Como se muestra en la Fig. 2e, el grosor de la capa del cubo es de aproximadamente 40 nm, que es más delgado que el del Ni (OH) ₂ precursor (aproximadamente 60 nm). La contracción del espesor de la cáscara se atribuye a la pérdida de H ₂ O en el precursor después del tratamiento térmico. En la Fig. 2f, el espaciado de las franjas de celosía adyacentes marcadas es de aproximadamente 0,21 y 0,24 nm, respectivamente, correspondientes a las facetas (200) y (111) de NiO. Los anillos de difracción de electrones de área seleccionada (SAED) pueden indexarse a (111), (200) y (220) facetas de NiO por dentro y por fuera, lo que concuerda bien con los resultados de XRD [25]. Además, las imágenes de mapeo elemental en la Fig. 2g exhiben una distribución rica en superficie de Ni y O. Como se muestra en la Fig. 2h, el perfil EDX de barrido lineal demuestra la distribución uniforme cerca de la superficie de O y Ni, reconfirmando la arquitectura hueca. NiO HPA proporcionaría suficientes sitios activos y abundantes canales de difusión, que favorecen el proceso de transferencia de masa de electrolitos y glucosa. Además, la capa delgada de NiO HPA aparentemente acorta la distancia de transferencia de electrones y acelera la velocidad de transferencia, dotando al NiO HPA de una actividad electrocatalítica prometedora.

un - c SEM y d , e Imágenes TEM de NiO HPA. f La imagen HRTEM de NiO HPA. g Las imágenes de mapeo STEM y EDX de un cubo NiO HPA. h Los espectros EDX de barrido lineal de un cubo NiO HPA

Para comprender el mecanismo de formación relevante, el precipitado preparado a los 0, 10, 20, 30 y 180 min se recogió y se observó mediante TEM. Como se muestra en la Fig. 3a, el sólido cúbico Cu ₂ El cristal O tiene una longitud de borde de aproximadamente 600 nm. Con la introducción de S ₂ O ₃ ²⁻ , el grabado coordinado de Cu ₂ O ocurre preferentemente en la esquina debido a una mayor intensidad de difusión [26]. A medida que avanza la reacción, el Cu ₂ interior Las plantillas O se encogen significativamente a una estructura similar a un octaedro hasta que se eliminan por completo. Como se observa en la Fig. 3b, el color del sistema de reacción gradualmente se vuelve poco profundo y los precipitados de color verde claro se generan al mismo tiempo. En combinación con los resultados de TEM, la ruta general de CEP y el mecanismo de formación se ilustraron en la Fig. 3c. El mecanismo CEP se puede describir de la siguiente manera:(i) Cu ⁺ prefiere formar [Cu ₂ soluble (S ₂ O ₃ ²⁻ ) _x ] ^{2 - 2 x} complejo a través de la combinación con S ₂ O ₃ ²⁻ (reacción (1)) y simultáneamente OH ^- en lanzamiento; (ii) La hidrolización parcial de S ₂ O ₃ ²⁻ promueve el suministro de OH ^- (reacción (2)). (iii) Las reacciones (1) y (2) impulsan sincrónicamente la reacción (3) de izquierda a derecha, lo que facilita la formación de Ni (OH) ₂ concha [27]. En cuanto a los factores cinéticos, la tasa de grabado de Cu ₂ O depende de la difusión de S ₂ O ₃ ²⁻ del exterior al espacio interno y la tasa de crecimiento de Ni (OH) ₂ shell está correlacionado con el transporte de OH ^- de interior a exterior [28]. Control sincrónico de la velocidad de grabado hacia Cu ₂ O y tasa de precipitación de Ni (OH) ₂ cáscara conduce a la formación de Ni (OH) hueco bien definido ₂ precursor. El NiO HPA se obtiene finalmente mediante la postcalcinación de Ni (OH) ₂ precursor.

$$ {\ mathrm {Cu}} _ 2 \ mathrm {O} + x {\ mathrm {S}} _ 2 {\ mathrm {O}} _ 3 ^ {2 -} + {\ mathrm {H}} _ 2 \ mathrm { O} \ to {\ left [{\ mathrm {Cu}} _ 2 {\ left ({\ mathrm {S}} _ 2 {\ mathrm {O}} _ 3 \ right)} _ x \ right]} ^ {2-2x } +2 {\ mathrm {O} \ mathrm {H}} ^ {-} $$ (1) $$ {\ mathrm {S}} _ 2 {\ mathrm {O}} _ 3 ^ {2 -} + {\ mathrm {H}} _ 2 \ mathrm {O} \ rightleftharpoons {\ mathrm {H} \ mathrm {S}} _ 2 {\ mathrm {O}} _ 3 ^ {2 -} + {\ mathrm {O} \ mathrm {H }} ^ {-} $$ (2) $$ {\ mathrm {Ni}} ^ {+} + 2 {\ mathrm {OH}} ^ {-} \ to \ mathrm {Ni} {\ left (\ mathrm {OH} \ right)} _ 2 $$ (3)

un Imágenes TEM de los productos monitorizados en diferentes tiempos de reacción. b Fotografías ópticas de la suspensión a diferentes tiempos de reacción después de la adición del grabador. c Ilustración esquemática del mecanismo de crecimiento propuesto de NiO HPA

El área de superficie y la porosidad de NiO HPA y NiO BHPA (archivo adicional 1:Figura S3) también se caracterizaron por el método BET. NiO HPA posee SSA de 27,08 m ² / gy un volumen de poros de 0,087 cm ³ / g (Fig. 4a), que es mucho más grande que los materiales de NiO reportados [29]. En cuanto a la distribución del tamaño de los poros, NiO HPA presenta principalmente una distribución concentrada en torno a los 7 nm, que está relacionada con los canales ordenados entre las nanopartículas de NiO. El SSA grande y los canales ordenados pueden mejorar eficazmente la absorción del analito y el proceso de transporte de masa, lo que conduce a una actividad electrocatalítica mejorada. El SSA y el volumen de poros de la muestra rota son 5,24 m ² / gy 0,078 cm ³ / g (Fig. 4b), respectivamente, que es mucho más pequeño que los de NiO HPA. Esto se puede atribuir al colapso de la estructura hueca original después del tratamiento ultrasónico. En particular, no se observa una distribución de poros concentrada para NiO BHPA (recuadro de la Fig. 4b), lo que indica la destrucción completa de los canales de difusión ordenados. La disminución de SSA y la destrucción de los canales de difusión ordenados son adversos para la cinética, lo que puede resultar en una actividad electrocatalítica deficiente. En consecuencia, NiO HPA posee microestructuras beneficiosas para la electrocatálisis en comparación con las muestras rotas.

N ₂ isotermas de adsorción-desorción de a NiO HPA y b NiO BHPA. Recuadro de a y b son la distribución de tamaño de poro correspondiente, respectivamente

Rendimiento electroquímico

La Figura 5a muestra los CV de los electrodos NiO HPA y NiO BHPA con y sin glucosa 1 mM. Un par de picos bien definidos ubicados a 0,48 y 0,38 V se investigan claramente en la curva III, que están relacionados con Ni ²⁺ / Ni ³⁺ pareja redox. La corriente máxima redox de la curva III es obviamente más alta que la de la curva I. Esto está relacionado con el colapso de la arquitectura hueca y la disminución de SSA. Tras la adición de glucosa, las respuestas de la corriente se observan claramente en ambos electrodos (curva II y IV). El electrodo NiO HPA exhibe una respuesta de corriente más alta que la del electrodo NiO BHPA. Además, el potencial de inicio de la electrooxidación de la glucosa en el electrodo NiO HPA (0,43 V) es menor que el del electrodo NiO BHPA (0,46 V), lo que revela una mayor actividad electrocatalítica. La alta actividad electrocatalítica se atribuye a grandes cantidades de sitios activos, estructura de poros ordenada y alta tasa de transferencia de electrones proporcionada por la estructura porosa hueca. La electrooxidación de glucosa en el electrodo NiO HPA es impulsada por Ni ²⁺ / Ni ³⁺ par redox en medio alcalino de acuerdo con las siguientes reacciones [30, 31]:

$$ \ mathrm {NiO} \ to {\ mathrm {Ni}} ^ {2 +} + {\ mathrm {O}} ^ {2-} $$ (4) $$ {\ mathrm {Ni}} ^ { 2 +} + {\ mathrm {OH}} ^ {-} \ to {\ mathrm {Ni}} ^ {3 +} + {e} ^ {-} $$ (5) $$ {\ mathrm {Ni} } ^ {3 +} + \ mathrm {glucosa} \ to {\ mathrm {Ni}} ^ {2 +} + \ mathrm {gloconic} \ \ mathrm {acid} $$ (6)

un CV de electrodo NiO BHPA (I, II) y NiO HPA (III, IV) con (II, IV) y sin (I, III) la presencia de glucosa 1 mM en NaOH 0,1 M a una velocidad de exploración de 50 mV / s. b Nyquist diagrama el EIS y el circuito equivalente de NiO HPA y NiO BHPA en una solución de NaOH 0,1 M. c CV del electrodo de NiO HPA a varias velocidades de exploración en NaOH 0,1 M con glucosa 1 mM y d la relación entre la corriente máxima y la raíz cuadrada de las velocidades de escaneo

Como se muestra arriba, OH ^- juega un papel importante en la reacción electrocatalítica. Obviamente, el medio alcalino acelera el redox de Ni ²⁺ / Ni ³⁺ en comparación con el medio neutro (archivo adicional 1:Figura S4), lo que conduce a una mayor actividad electrocatalítica.

Los gráficos de Nyquist de los electrodos NiO HPA y NiO BHPA se muestran en la Fig. 5b. Cada gráfico se caracteriza por un semicírculo en la región de alta frecuencia y una línea recta en la región de baja frecuencia. Generalmente, la intersección en el eje real representa la resistencia de la solución ( R _s ), que se compone de resistencia intrínseca, resistencia iónica y resistencia de contacto. El diámetro del semicírculo relacionado con la resistencia a la transferencia de electrones está representado por R _ct . Como se muestra en el archivo adicional 1:Tabla S3, el electrodo NiO HPA exhibe R más pequeño _s y R _ct que NiO BHPA. Los hechos pueden atribuirse a la beneficiosa cinética de transferencia de electrones derivada de la característica hueca. La pendiente del gráfico de impedancia en el rango de baja frecuencia corresponde a la impedancia de Warburg ( Z _w ), que representa la resistencia difusiva [32]. Está claro que NiO HPA favorece la cinética de difusión; sin embargo, el NiO BHPA dificulta la difusión del electrolito. Esto se puede atribuir a la destrucción de los canales de difusión ordenados después del ultrasonido. Sobre la base de las discusiones de EIS anteriores, el electrodo NiO HPA es más beneficioso para la cinética de transferencia de electrones y masa en comparación con la muestra rota, lo que implica las ventajas de NiO HPA como electrocatalizador de glucosa.

La cinética del electrodo de NiO HPA se determinó a partir de los CV con diferentes velocidades de exploración en una solución de glucosa 1 mM (Fig. 5c). Como se muestra en la Fig. 5d, las corrientes pico anódica y catódica son proporcionales a la raíz cuadrada de las velocidades de exploración, lo que demuestra un proceso dinámico controlado por difusión típico. Además, no se observa un cambio significativo positivo / negativo para el pico anódico / catódico, lo que implica una cinética de difusión sin obstáculos originada a partir de la estructura porosa hueca.

La selectividad, reproducibilidad y estabilidad del electrodo NiO HPA

Para obtener un potencial de trabajo optimizado, se tomaron en consideración la respuesta actual de glucosa y la interferencia de AA bajo diferentes potenciales y los datos se muestran en la Fig. 6a. A partir de los datos estadísticos de la figura 6b, se seleccionó 0,6 V por el hecho de que el electrodo de NiO HPA muestra una respuesta de corriente máxima a la glucosa y una interferencia mínima a AA a 0,6 V. La figura 6c muestra las respuestas amperométricas típicas de NiO HPA y NiO BHPA hacia diferentes concentración de glucosa a 0,6 V. Se observan claramente respuestas de corriente notables para los dos electrodos, y las respuestas de corriente aumentan a medida que aumenta la concentración de glucosa. La Figura 6d presenta la relación entre las corrientes de respuesta y la concentración de glucosa para los electrodos NiO HPA y NiO BHPA. El electrodo NiO HPA presenta un rango lineal de 0,32 a 1100 μM con una sensibilidad de 1323 μA mM ⁻¹ cm ⁻² , que es más alto que el del electrodo de NiO BHPA (753 μA mM ⁻¹ cm ⁻² ). Además, el límite de detección (LOD) del electrodo NiO HPA (0,32 μM) es mucho más bajo que el del NiO BHPA (14,2 μM). Para manifestar las ventajas de NiO HPA, el rendimiento del electrodo NiO HPA se comparó con otros electrodos de detección de glucosa basados en NiO informados en la Tabla 1. Se encuentra que el electrodo NiO HPA presenta una actividad electrocatalítica satisfactoria hacia la glucosa en términos de alta sensibilidad y bajo LOD , lo que indica aplicaciones potenciales en sensores electroquímicos de glucosa. Esto se atribuye esencialmente a los abundantes sitios activos, una cinética de transporte de masa más rápida y una cinética de transferencia de electrones acelerada derivada de la arquitectura hueca altamente porosa.

un Respuesta amperométrica del electrodo NiO HPA a diferentes potenciales con la adición de glucosa 0,1 mM y AA 0,01 mM. b La corriente de respuesta de glucosa y AA a diferentes potenciales. c Electrodo de CA de NiO HPA y NiO BHPA a 0,6 V con la sucesiva adición de glucosa. d La relación entre la corriente de respuesta y la concentración de glucosa

La selectividad es un indicador importante para evaluar el rendimiento de los sensores de glucosa. Algunos compuestos que se oxidan fácilmente, como Lact., Sucr., Fruc., UA y AA, coexistían normalmente con la glucosa en la sangre humana. En particular, el nivel fisiológico de estas especies interferentes es más o menos una décima parte de la concentración de glucosa [33]. Por tanto, se evaluó la selectividad del electrodo de NiO HPA introduciendo 0,01 mM por encima de las especies interferentes durante la medición amperométrica hacia glucosa 0,1 mM. Como se muestra en la Fig. 7a, no se observa una interferencia grave para Lact., Sucr., Fruc. Y UA. Las principales especies de interferencia AA sólo exhiben una corriente de interferencia del 8,7% hacia la glucosa. Además, la segunda adición de glucosa 50 µM todavía retiene aproximadamente (89 ± 0,2)% de su respuesta original, lo que indica un excelente rendimiento antiinterferente. La excelente selectividad podría atribuirse al efecto repelente electrostático entre el electrodo NiO HPA y las especies interferentes. El electrodo de NiO HPA se cargaría negativamente en NaOH 0,1 M porque el pH del electrolito está por encima del punto isoeléctrico del NiO [34]. Además, las principales especies que interfieren (AA) pierden fácilmente protones en una solución alcalina y poseen una capa cargada negativamente [35]. La repulsión electrostática entre la capa de interferente y el electrodo de NiO HPA conduce a una selectividad mejorada. La estabilidad del electrodo NiO HPA se estimó midiendo sus respuestas de corriente hacia glucosa 0,1 mM durante 30 días. En la Fig. 7b, la respuesta actual aún retiene el 83,13% de su respuesta inicial después de 30 días, revelando una excelente estabilidad a largo plazo del electrodo NiO HPA a temperatura ambiente. La respuesta de corriente del electrodo NiO HPA hacia la glucosa 0,1 mM es estable durante un tiempo de operación de 2000 s con una pérdida del 9,82% de su respuesta original. Los cinco electrodos NiO HPA preparados de forma independiente exhiben una RSD aceptable de 3,12% para respuestas de corriente hacia glucosa 0,1 mM a 0,6 V. Además, las respuestas de corriente para un mismo electrodo de NiO HPA hacia glucosa 0,1 mM se midieron diez veces y las respuestas de corriente muestran una RSD de 2,36%, demostrando una reproducibilidad notable. El electrodo NiO HPA expresa alta sensibilidad, excelente estabilidad y notable reproducibilidad, lo que lo hace atractivo para aplicaciones prácticas.

un La respuesta actual del electrodo NiO HPA a la adición secuencial de glucosa 50 μM y especies interferentes 5 μM a un potencial aplicado de 0,6 V. El recuadro son los datos estadísticos de la corriente de interferencia. b Estabilidad a largo plazo del electrodo NiO HPA para glucosa 0,1 mM. El recuadro es la estabilidad del electrodo NiO HPA con el tiempo de funcionamiento. c Respuestas actuales de cinco electrodos NiO HPA hacia glucosa 0,1 mM. d Diez mediciones de un electrodo de NiO HPA hacia glucosa 0,1 mM

Detección de glucosa en suero humano

Se aplicó además un electrodo NiO HPA para detectar el nivel de glucosa en sangre humana, y los resultados se compararon con un equipo médico (Tabla 2). Las muestras de suero fueron proporcionadas por un hospital local y diluidas con electrolitos alcalinos antes de las mediciones [36, 37]. Se registró la corriente de respuesta medida a 0,6 V para calcular la concentración de glucosa correspondiente según la ecuación de trabajo. El electrodo NiO HPA muestra una RSD de 2,85% hacia la detección de glucosa. Además, el electrodo NiO HPA presenta una recuperación acreditada entre 92 y 102%, demostrando una excelente practicabilidad en la determinación de glucosa en suero humano.

Conclusiones

En resumen, hemos fabricado con éxito un electrocatalizador NiO HPA para glucosa mediante un método CEP. El NiO HPA ofrece SSA grande, estructura de poros ordenada y ruta de transferencia electrónica corta, que son beneficiosas para la cinética electrocatalítica. Como electrodo de detección de glucosa no enzimático, NiO HPA exhibe una mayor sensibilidad de 1323 μA mM ⁻¹ cm ⁻² y un LOD más bajo de 0.32 μM en comparación con NiO BHPA. En términos de selectividad, se investiga menos del 8,7% de interferencia para las especies interferentes comunes. Simultáneamente, el electrodo NiO HPA retiene el 89,02% de su respuesta original después de 30 días. Además, el NiO HPA diseñado se aplicó con éxito para detectar glucosa en suero humano. NiO HPA presenta estabilidad y practicidad acreditadas en comparación con los equipos médicos. El diseño de arquitectura porosa hueca allana un camino altamente eficiente para obtener electrocatalizadores de glucosa de bajo costo y alto rendimiento.

Deposición de capa atómica de nanopelículas de óxido de indio para transistores de película delgada Fabricación, caracterización y actividad biológica de sistemas de nanoportación de avermectina con diferentes tamaños de partículas

Nanomateriales

Materiales poliméricos

Biologicos

Teñir

Especias