バインダーの合理的な設計

Scientific Reports volume 5、記事番号: 10617 (2015) この記事を引用

金属酸化物と貴金属の一次元ナノ複合材料は、それぞれ貴金属と金属酸化物から受け継いだ良好な導電性と高い触媒活性により、非酵素的グルコース検出に優れた性能を発揮すると期待されていました。 概念実証として、ユニークな一次元ナノカリフラワー構造を持つ金と酸化銅 (Au/CuO) 複合材料を合成しました。 合成方法の性質により、Au または CuO を所定の位置に保持するために外部バインダーは必要ありませんでした。 私たちの知る限り、これは非酵素的グルコースセンサーを製造するためにバインダーフリーのスタイルで金属酸化物と貴金属を組み合わせた最初の試みです。 大きな電気化学活性表面積と高い電解質接触面積を備えた Au/CuO ナノカリフラワーは、Au の良好な導電性と CuO の高い電極触媒活性により、広い直線範囲と良好な安定性と再現性を備えたグルコースの高感度検出を約束します。

血中のグルコースレベルを正確に検出することは、糖尿病管理における臨床診断に不可欠です1、2、3、4。 従来、グルコース濃度は、電極表面に固定化された高選択性グルコースオキシダーゼ (GOx) によってグルコースが酵素的に酸化され、その後生成された電子または反応生成物である過酸化水素 (H2O2) が測定される電流測定システムによって監視されます。グルコースの濃度を決定します5、6、7、8。 酵素の性質上、GOx ベースのグルコース センサーは選択性を備えていますが、酵素の精製、固定化、変性からの保護に伴う固有の欠点により、その用途は依然として限定されています。 さらに、GOx の深く埋め込まれたフラビン基 (FAD) 酸化還元中心と電極表面との間の距離が長いため、システムが複雑になり、サンプル中に特定の電子シャトルが存在する必要があり、これがおそらくこの方法の感度を制限する最大の障壁となっています 9、 10. この目的を達成するために、グルコースの非酵素的直接電気触媒検出は、電子伝達シャトルのないセンサー、したがって高い感度と再現性を約束するため、最近大きな関心を集めている 11,12。

グルコースの非酵素的電極触媒検出を成功させるには、電極触媒に高い導電性と触媒活性が必要です。 貴金属13、14、15、金属酸化物16、17、18、炭素材料19、20、21、メソポーラス合金22、ポリマー23、24を含む、グルコース検出における電極触媒の候補材料のすべての中で、貴金属材料と金属酸化物材料は優れた特徴を持っています。彼ら自身。 最近、ナノロッド 25、ナノワイヤー 26、ナノチューブ 27、28、樹枝状材料 29、メソポーラス材料 30、31 などのさまざまなナノ構造が、その高い表面積、効率的な電荷分離などにより、多くの用途に有益であるため、大きな注目を集めています。 一次元ナノ構造を作製するための合成方法の中で、陽極酸化はその多用途性、ワンステップ、低コスト、さらに重要なことに、金属基板と陽極酸化ナノ構造間のシームレスな接続により際立っており、そのようにして調製されたナノ構造は文字通り理想的な電極となります。高い導電性32、33、34、35。 一般に、従来の電気化学的非酵素的センシングプロセスでは、電極触媒はナノ粒子の形で調製され、通常は絶縁性で電気化学的に不活性である特定のポリマーバインダーの助けを借りて導電性基板上に固定化されます。 従来のシステムにポリマーバインダーが存在すると、必然的に直列抵抗が増加し、触媒活性部位がブロックされ、電解質の拡散が妨げられ、最終的には電極触媒活性が大幅に低下し、センサーの性能が低下します。 上述の理由により、陽極酸化された一次元ナノ構造は、従来のシステムの問題に対する合理的な解決策となり得る。