Manipulación de la temperatura de sulfuración para sintetizar una película de nanoesferas de α-NiS para la conservación a largo plazo de sensores de glucosa no enzimáticos

un Tres CV en la imagen:la curva roja mostraba el CV de ITO desnudo; las curvas naranja y verde eran los CV de las películas de α-NiS a diferentes temperaturas de recocido (300 y 500 ° C). Recuadro:CV de ITO desnudo / vidrio. b CV de nano-NiS / ITO en NaOH 0.1 M con diferentes concentraciones de glucosa:(α) 0 μM, (β) 2 μM, (γ) 7 μM, (δ) 10 μM, (ε) 15 μM, (ζ) 20 µM, (η) 30 µM y (θ) 35 µM. Recuadro:arriba a la izquierda:gráfico de la corriente máxima de oxidación frente a la concentración de glucosa; abajo:CV de la película de Ni y la película de nanohojas de Ni. c La película de nanoesferas de α-NiS se evaluó mediante amperometría en NaOH 0.1 M con diferentes concentraciones de glucosa:(α) 1 μM, (β) 2 μM, (γ) 7 μM, (δ) 10 μM, (ε) 15 μM, (ζ) 20 µM, (η) 22 µM, (θ) 25 µM, (ι) 30 µM y (κ) 35 µM. Recuadro:arriba a la izquierda:gráfico de las respuestas actuales frente a las concentraciones de glucosa; abajo:respuesta cronoamperométrica de NiS / ITO en NaOH 0,1 M con glucosa 2 µM y en presencia de dopamina, ácido úrico y ácido láctico 2 µM a un potencial aplicado de 0,6 V CC. d Gráficos de Nyquist de la película de nanolamina de níquel, la película de nanoesfera de α-NiS y las películas de α-NiS a diferentes temperaturas de recocido (300 y 500 ° C) en KCl 0,1 M que contiene Fe (CN) 1,5 mM ₆ ^{3− / 4−} . e CV de nano-NiS / ITO en Krebs con diferentes concentraciones de glucosa:(α) 0 μM y (β) 20 μM. Recuadro:arriba a la izquierda:CV de ITO / vidrio desnudo. f La película de nanoesferas de α-NiS se evaluó mediante amperometría en tampón de Krebs con diferentes concentraciones de glucosa:(α) 0 μM, (β) 10 μM, (γ) 20 μM, (δ) 30 μM y (ε) 40 μM. Recuadro:superior:gráfico de las respuestas actuales frente a las concentraciones de glucosa

De acuerdo con la fórmula anterior (1), consideramos que cuanto más e ^- aniones que teníamos en una solución, el valor de corriente más grande se mostró en un potenciostato. Había tres curvas en la Fig. 3a. La curva CV roja del ITO desnudo se mostró en el recuadro de la Fig. 3a. Las curvas CV naranja y verde fueron la reacción redox de las películas de α-NiS a diferentes temperaturas de recocido (300 y 500 ° C). Observamos que las curvas CV no tenían potenciales de reducción negativos en la Fig. 3a. También encontramos que dos películas de α-NiS no tenían ninguna respuesta actual a diferentes concentraciones de glucosa. Como se ve en la Fig.3b, mostró que la película de la nanoesfera de α-NiS se evaluó mediante mediciones de CV en una solución de NaOH 0.1 M con diferentes concentraciones de glucosa (2, 7, 10, 15, 20, 30 y 35 μM) en una velocidad de escaneo de 20 mVs ⁻¹ . Obviamente, vimos el potencial redox de la película de nanoesferas de α-NiS en la Fig. 3b. Las curvas redox similares de la película nano-NiS se encontraron en el otro artículo [8]. Los investigadores (Padmanathan et al.2015) informaron que la explicación del mecanismo de reacción fueron las dos ecuaciones redox. (2) y (3) sobre la detección de glucosa en la película nano-NiS. Las dos ecuaciones se muestran a continuación [8]:

Como se ve en la Fig. 3b, los diferentes valores de corriente de los picos de oxidación se cambiaron a 0,6 V obviamente. Observamos que una línea de puntos tenía una relación lineal sobre las diferentes respuestas actuales de los picos de oxidación contra diferentes concentraciones de glucosa en el recuadro (izquierda) de la Fig. 3b. Las curvas de CV para la película de nanolamina de níquel y la película de níquel también se muestran en el recuadro (parte inferior) de la Fig. 3b. Las respuestas actuales de la curva CV para la película de nanolamina de níquel fueron más grandes que la película de Ni de 0 a 0,8 V en el recuadro (parte inferior) de la Fig. 3b. Consideramos que usamos la película de nanohojas de níquel como un precursor en el proceso de síntesis de la película de nanoesferas de α-NiS, y teníamos más oportunidades de obtener respuestas de corriente más grandes en la curva CV. La Figura 3c mostró que las diferentes respuestas de corriente de la película de nanoesferas de α-NiS fueron para detectar glucosa a diferentes concentraciones (1, 2, 7, 10, 15, 20, 22, 25, 30 y 35 μM) por amperometría. Observamos las diferentes respuestas actuales de las concentraciones de glucosa de 1 a 35 µM con una relación lineal que tiene un coeficiente de correlación de 0,99 en el recuadro (izquierda) de la Fig. 3c. Fue descrito por:

El valor de sensibilidad se estimó en 8,4 μA μM ⁻¹ cm ⁻² para la Eq. (4). En el recuadro (parte inferior) de la Fig. .3c. Demostramos que nuestra película de nanoesferas de α-NiS era un sensor de glucosa no enzimático en NaOH 0,1 M con capacidad antiinterferente hacia la dopamina, el ácido úrico y el ácido láctico.

Con respecto a los resultados electroquímicos en las películas de nanoesferas de α-NiS, consideramos que solo una muestra de 400 ° C mostró muchas nanopartículas pequeñas y una estructura porosa en la superficie de la película de nanoesferas de α-NiS en la Fig. 2c. Las nanopartículas más pequeñas y la estructura porosa se depositaron en la superficie de la película de la nanoesfera de α-NiS, por lo que la película de la nanoesfera proporcionó un área de superficie más grande y respuestas más altas en la detección electroquímica. Observamos que las muestras se recocieron a 400 ° C durante 4 h con las respuestas actuales a concentraciones bajas de glucosa. Solo una muestra de 400 ° C que tuvo una buena respuesta de glucosa se debió a muchas nanopartículas pequeñas y una estructura porosa en la superficie de la película de nanoesferas de α-NiS.

La figura 3d mostró que la espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) de películas de α-NiS se detectaba en una solución de KCl 0,1 M (que contenía Fe (CN) ₆ 1,5 mM ^{3− / 4−} ). Observamos que Warburg ( W ) la impedancia de la película de nanoesferas de α-NiS era mayor que la de otras dos películas de α-NiS. Los elementos del modelo EIS de la película de nanoesferas α-NiS fueron R _s =133 Ω, R _ct =42,1 Ω, C _d =22,1 μF y W =11,7 kΩ. La impedancia electroquímica de la película de nanolaminas de Ni también se mostró en la Fig. 3d, y tenía el valor de impedancia más bajo en estos patrones. También calculamos los valores de nuestro sensor de glucosa no enzimático para estabilidad, desviación estándar (SD) de estabilidad y reutilización (ver Tabla 1). A partir de los valores de la SD de estabilidad en la Tabla 1, observamos que el valor de estabilidad promedio (0.011 mA / min) de la medición 14 veces fue mayor que el valor de estabilidad promedio (0.006 mA / min) de la medición 13 veces. Creíamos que el valor numérico de reutilización era aproximadamente 13 (SD ≤ 0,002 mA / min).

Después de finalizar la medición del comportamiento electroquímico de la muestra de NiS en NaOH 0,1 M, también examinamos muchos artículos para determinar una condición fisiológica. Esos investigadores utilizaron diferentes soluciones, como solución salina tamponada con fosfato (PBS), tampón de unión a anexina V, solución aECF y tampón de Krebs para la aplicación de cultivo celular [17, 18, 19, 20, 21]. Algunos investigadores seleccionaron tampón de Krebs como tampón de cultivo celular a baja concentración de glucosa [20, 21]. El rango lineal de nuestra película de nanoesferas de α-NiS para detectar la consagración de glucosa baja fue de 1 a 35 μM en NaOH 0.1 M, por lo que tuvo un significado práctico para nosotros que usar nuestro sensor para detectar la consagración de glucosa baja en tampón de Krebs para una condición fisiológica . La película de nanoesferas de α-NiS se utilizó para detectar glucosa a diferentes concentraciones en tampón de Krebs. Usamos nuestra película de nanoesferas de α-NiS para detectar las diferentes concentraciones de glucosa (0 y 20 μM) por voltamograma cíclico (CV) en tampón de Krebs (115 mM NaCl, 2 mM KCl, 25 mM NaHCO ₃ , MgCl ₂ 1 mM , CaCl ₂ 2 mM , Albúmina de suero bovino al 0,25% [pH 7,4]; equilibrado con 5% de CO ₂ , ajustado a pH 7,4 con NaOH 0,01 M) [20]. Como se ve en el recuadro de la Fig. 3e, mostraba la curva CV de fondo de la ITO desnuda. La Figura 3e también mostró las curvas CV del electrodo de NiS / ITO en tampón de Krebs que contiene 0 y 20 µM de glucosa. Observamos las curvas CV con diferentes respuestas de corriente cercanas a 0,6 V obviamente. Como se ve en la Fig.3f, la película de la nanoesfera de α-NiS se evaluó mediante amperometría en tampón de Krebs (ajustado a pH 7,4 con NaOH 0,01 M) para detectar diferentes concentraciones de glucosa:(α) 0 μM, (β) 10 μM, (γ ) 20 µM, (δ) 30 µM y (ε) 40 µM. La figura insertada muestra el gráfico de la corriente máxima de oxidación frente a la concentración de glucosa. En el recuadro (superior) de la Fig. 3f se mostró una curva de la respuesta amperométrica que demostraba una relación lineal con un coeficiente de correlación de 0,99. Fue descrito por I [μAcm ⁻² ] =0,0004 [glucosa] μM + 0.0638.

La Figura 4 mostró los espectros de fluorescencia y absorción UV / Visible / NIR. Registramos la absorción UV / Visible / NIR de las películas de α-NiS en el rango espectral de 300-800 nm (Fig. 4a-c) para diferentes temperaturas de recocido (300, 400 y 500 ° C). Para determinar la brecha de energía ( E _g ) de las nanoesferas, la siguiente dependencia del coeficiente de absorción ( α ) en la ecuación de energía de fotones [22]:

donde E _g era la brecha de energía, A era la constante que tenía valores separados para diferentes transiciones, hν era la energía del fotón, y m fue un exponente que asumió los valores 1/2, 3/2, 2 y 3 que estaban interrelacionados con la naturaleza de la transición electrónica. Fue responsable de la absorbancia. Mostró el ( αhν ) ² contra hν grafica en el recuadro de la Fig. 4a-c. Cuando m =1/2, estos espectros de absorción de películas de α-NiS permitieron los valores adecuados para la transición directa. Como se ve en el recuadro de la Fig. 4a-c, estimamos tres brechas de energía ( E _g ) valores (1,08, 1,8 y 0,66 eV) de las películas de α-NiS. Usamos líneas de puntos para ajustar las curvas de 0.6 a 2.8 eV en el recuadro de la Fig. 4a-c. Como se ve en el recuadro de la Fig. 4a-c, también observamos que la brecha de energía más alta ( E _g ) de película de nanoesfera de α-NiS fue de aproximadamente 1,8 eV a la temperatura de recocido de 400 ° C. Este estudio también utilizó equipo de fluorescencia para investigar las propiedades ópticas de las muestras. Investigadores anteriores se centraron en los espectros de fluorescencia de las partículas de α-NiS que estaban influenciadas por las diferentes fases, formas, estructuras y la relación superficie / volumen [23]. Como se ve en la Fig. 4d, observamos los espectros de fluorescencia de películas de α-NiS que tienen emisiones ultravioleta a diferentes temperaturas de recocido (300, 400 y 500 ° C). Los espectros PL de las muestras mostraron los picos de emisión nítidos a 448 nm y los picos de emisión a 369 nm (excitados en λ _ex =277 nm) [23, 24]. De acuerdo con los resultados sobre las propiedades ópticas de nuestras películas de α-NiS, consideramos que diferentes temperaturas de recocido tenían la posibilidad de obtener un tamaño de grano diferente en la película de NiS. Con respecto a las nanopartículas que exhiben confinamiento cuántico, el aumento de tamaño de las nanopartículas influyó en la disminución de la banda prohibida con la temperatura de 400 a 500 ° C [25]. Las propiedades ópticas del NiS cambiaron con diferentes tamaños de grano, por lo que las propiedades ópticas del NiS cambiaron significativamente con diferentes temperaturas [25]. Las diferentes propiedades ópticas de la película de NiS de manera significativa con diferentes temperaturas deberían deberse a que exhibe un efecto de tamaño, disminuyendo el tamaño de partícula influenciado en la banda prohibida.

Espectros de absorción UV / Visible / NIR y ( αhν ) ² versus hν trazar en los recuadros de figuras para sintetizar películas de α-NiS en a 300, b 400 y c 500 ° C. d Los espectros de fluorescencia de las películas de α-NiS se fabricaron a diferentes temperaturas de recocido (300, 400 y 500 ° C durante 4 h)

Consideramos enfocar el análisis HR-TEM en una película de nanoesferas de α-NiS porque obtuvimos muchas nanoesferas de α-NiS para los sensores de glucosa no enzimáticos a la temperatura de recocido de 400 ° C. Como se ve en la Fig. 5, observamos que las nanoesferas de α-NiS se templaron a 400 ° C durante 4 h. La información sobre la microestructura de la nanoesfera de α-NiS preparada se obtuvo mediante HR-TEM. La Figura 5a, b reveló imágenes HR-TEM de las nanoesferas. El diámetro de la nanoesfera era de 150 a 250 nm. La imagen de la Figura 5c HR-TEM también mostró franjas de celosía claras con un espacio intermedio de 0,7786 nm que correspondían a la distancia entre dos planos adyacentes (101) de la nanoesfera α-NiS. La Figura 5d mostró un patrón SAED de la nanoesfera, y las manchas del anillo de difracción se indexaron a (101) de la nanoestructura de α-NiS.

un - c Imágenes HR-TEM de la nanoesfera α-NiS. d El patrón SAED de la nanoesfera α-NiS se recoció a 400 ° C durante 4 h