Kiitos vierailustasi Nature.comissa.Käytät selainversiota, jossa on rajoitettu CSS-tuki.Parhaan kokemuksen saamiseksi suosittelemme käyttämään päivitettyä selainta (tai poistamaan Yhteensopivuustila käytöstä Internet Explorerissa).Lisäksi jatkuvan tuen varmistamiseksi näytämme sivuston ilman tyylejä ja JavaScriptiä.
Tutkimme ominaispinta-alan vaikutusta NiCo2O4:n (NCO) sähkökemiallisiin ominaisuuksiin glukoosin havaitsemiseksi.NCO-nanomateriaaleja, joilla on kontrolloitu ominaispinta-ala, on tuotettu hydrotermisellä synteesillä lisäaineilla, ja on myös valmistettu itsekokoontuvia nanorakenteita, joissa on siili-, männynneula-, tremella- ja kukkamainen morfologia.Tämän menetelmän uutuus piilee kemiallisen reaktion polun systemaattisessa hallinnassa lisäämällä erilaisia ​​lisäaineita synteesin aikana, mikä johtaa erilaisten morfologioiden spontaanin muodostumiseen ilman eroja alkuaineiden kiderakenteessa ja kemiallisessa tilassa.Tämä NCO-nanomateriaalien morfologinen hallinta johtaa merkittäviin muutoksiin glukoosin havaitsemisen sähkökemiallisessa suorituskyvyssä.Materiaalin karakterisoinnin yhteydessä keskusteltiin ominaispinta-alan ja glukoosin havaitsemisen sähkökemiallisen suorituskyvyn välisestä suhteesta.Tämä työ voi tarjota tieteellistä tietoa nanorakenteiden pinta-alan virityksestä, joka määrittää niiden toimivuuden mahdollisiin sovelluksiin glukoosibiosensoreissa.
Verensokeriarvot antavat tärkeää tietoa kehon metabolisesta ja fysiologisesta tilasta1,2.Esimerkiksi kehon epänormaalit glukoositasot voivat olla tärkeä indikaattori vakavista terveysongelmista, mukaan lukien diabetes, sydän- ja verisuonitaudit ja liikalihavuus3,4,5.Siksi säännöllinen verensokeritason seuranta on erittäin tärkeää hyvän terveyden ylläpitämisen kannalta.Vaikka erilaisia ​​fysikaalis-kemiallisia havaitsemismenetelmiä käyttäviä glukoosiantureita on raportoitu, alhainen herkkyys ja hitaat vasteajat ovat edelleen esteitä jatkuville glukoosinvalvontajärjestelmille6,7,8.Lisäksi tällä hetkellä suosituilla entsymaattisiin reaktioihin perustuvilla sähkökemiallisilla glukoosiantureilla on edelleen joitain rajoituksia huolimatta niiden eduista nopeasta vasteesta, korkeasta herkkyydestä ja suhteellisen yksinkertaisista valmistusmenetelmistä9,10.Siksi erityyppisiä ei-entsymaattisia sähkökemiallisia antureita on tutkittu laajasti entsyymien denaturoitumisen estämiseksi säilyttäen samalla sähkökemiallisten biosensorien edut9,11,12,13.
Siirtymämetalliyhdisteillä (TMC) on riittävän korkea katalyyttinen aktiivisuus glukoosin suhteen, mikä laajentaa niiden käyttöaluetta sähkökemiallisissa glukoosiantureissa13,14,15.Toistaiseksi erilaisia ​​rationaalisia suunnitelmia ja yksinkertaisia ​​menetelmiä TMS:n synteesiin on ehdotettu parantamaan edelleen glukoosin havaitsemisen herkkyyttä, selektiivisyyttä ja sähkökemiallista stabiilisuutta16, 17, 18.Esimerkiksi yksiselitteiset siirtymämetallioksidit, kuten kuparioksidi (CuO)11,19, sinkkioksidi (ZnO)20, nikkelioksidi (NiO)21,22, kobolttioksidi (Co3O4)23,24 ja ceriumoksidi (CeO2) 25 ovat sähkökemiallisesti aktiivinen glukoosin suhteen.Binäärimetallioksidien, kuten nikkelikobaltaatin (NiCo2O4) glukoosin havaitsemiseen liittyvät viimeaikaiset edistysaskeleet ovat osoittaneet lisää synergistisiä vaikutuksia lisääntyneen sähköisen aktiivisuuden muodossa26,27,28,29,30.Erityisesti tarkka koostumus ja morfologian hallinta TMS:n muodostamiseksi erilaisilla nanorakenteilla voi tehokkaasti lisätä havaitsemisherkkyyttä niiden suuren pinta-alan vuoksi, joten on erittäin suositeltavaa kehittää morfologiaohjattu TMS glukoosin havaitsemisen parantamiseksi20,25,30,31,32, 33.34, 35.
Tässä raportoimme NiCo2O4 (NCO) nanomateriaaleja, joilla on eri morfologiat glukoosin havaitsemiseen.NCO-nanomateriaalit saadaan yksinkertaisella hydrotermisellä menetelmällä erilaisilla lisäaineilla, kemialliset lisäaineet ovat yksi avaintekijöistä eri morfologioiden nanorakenteiden itsekokoamisessa.Tutkimme systemaattisesti eri morfologioiden omaavien NCO:iden vaikutusta niiden sähkökemialliseen suorituskykyyn glukoosin havaitsemisessa, mukaan lukien herkkyys, selektiivisyys, alhainen havaitsemisraja ja pitkän aikavälin stabiilius.
Syntetisoimme NCO-nanomateriaaleja (lyhennettynä UNCO, PNCO, TNCO ja FNCO), joiden mikrorakenteet ovat samanlaisia ​​kuin merisiilit, männyn neulaset, tremella ja kukat.Kuvassa 1 esitetään UNCO:n, PNCO:n, TNCO:n ja FNCO:n eri morfologiat.SEM-kuvat ja EDS-kuvat osoittivat, että Ni, Co ja O olivat jakautuneet tasaisesti NCO-nanomimateriaaleissa, kuten on esitetty kuvissa 1 ja 2. S1 ja S2, vastaavasti.KuvassaKuvat 2a, b esittävät edustavia TEM-kuvia NCO-nanomateriaaleista, joilla on erilainen morfologia.UNCO on itsekokoontuva mikropallo (halkaisija: ~5 µm), joka koostuu nanolangoista, joissa on NCO-nanohiukkasia (keskimääräinen partikkelikoko: 20 nm).Tämän ainutlaatuisen mikrorakenteen odotetaan tarjoavan suuren pinta-alan elektrolyyttien diffuusion ja elektronien kuljetuksen helpottamiseksi.NH4F:n ja urean lisääminen synteesin aikana johti paksumpaan neulamaiseen mikrorakenteeseen (PNCO), joka oli 3 µm pitkä ja 60 nm leveä ja joka koostui suuremmista nanopartikkeleista.HMT:n lisääminen NH4F:n sijasta johtaa tremello-tyyppiseen morfologiaan (TNCO), jossa on ryppyisiä nanolevyjä.NH4F:n ja HMT:n käyttöönotto synteesin aikana johtaa vierekkäisten ryppyjen nanoarkkien aggregoitumiseen, mikä johtaa kukkamaiseen morfologiaan (FNCO).HREM-kuvassa (kuva 2c) näkyy erilliset hilanauhat, joiden tasojen väliset etäisyydet ovat 0,473, 0,278, 0,50 ja 0,237 nm, jotka vastaavat (111), (220), (311) ja (222) NiCo2O4-tasoja, s 27 .NCO-nanomateriaalien valittu alueelektronidiffraktiokuvio (SAED) (kuvassa 2b) vahvisti myös NiCo2O4:n monikiteisen luonteen.Korkeakulmaisen rengasmaisen pimeän kuvantamisen (HAADF) ja EDS-kartoituksen tulokset osoittavat, että kaikki elementit ovat jakautuneet tasaisesti NCO-nanomateriaalissa, kuten kuvassa 2d.
Kaaviokuva kontrolloidun morfologian omaavien NiCo2O4-nanorakenteiden muodostumisprosessista.Lisäksi esitetään kaavioita ja SEM-kuvia eri nanorakenteista.
NCO-nanomateriaalien morfologinen ja rakenteellinen karakterisointi: (a) TEM-kuva, (b) TEM-kuva SAED-kuvion kanssa, (c) hila-erotettu HRTEM-kuva ja vastaavat HADDF-kuvat Ni:stä, Co:sta ja O:sta (d) NCO-nanomimateriaaleissa..
Eri morfologioita omaavien NCO-nanomateriaalien röntgendiffraktiokuviot on esitetty kuvissa 1 ja 2.3a.Diffraktiohuiput kohdissa 18,9, 31,1, 36,6, 44,6, 59,1 ja 64,9° osoittavat tasoja (111), (220), (311), (400), (511) ja (440) NiCo2O4, vastaavasti, joilla on kuutio spinellirakenne (JCPDS No. 20-0781) 36. NCO-nanomateriaalien FT-IR-spektrit on esitetty kuvissa 1-1.3b.Kaksi voimakasta värähtelykaistaa alueella 555 ja 669 cm–1 vastaavat metallista (Ni ja Co) happea, joka on peräisin NiCo2O437-spinellin tetraedrisistä ja oktaedrisistä asennoista.NCO-nanomateriaalien rakenteellisten ominaisuuksien ymmärtämiseksi paremmin Raman-spektrit saatiin kuvan 3c mukaisesti.Neljä huippua, jotka havaittiin kohdilla 180, 459, 503 ja 642 cm-1, vastaavat NiCo2O4-spinellin Raman-tiloja F2g, E2g, F2g ja A1g.XPS-mittauksia suoritettiin NCO-nanomateriaalien alkuaineiden pintakemiallisen tilan määrittämiseksi.Kuvassa3d näyttää UNCO:n XPS-spektrin.Ni 2p:n spektrissä on kaksi päähuippua, jotka sijaitsevat sitoutumisenergioissa 854,8 ja 872,3 eV, jotka vastaavat Ni 2p3/2:ta ja Ni 2p1/2:ta, ja kaksi värähtelysatelliittia vastaavasti 860,6 ja 879,1 eV.Tämä osoittaa, että NCO:ssa on Ni2+- ja Ni3+-hapetustilat.Huiput noin 855,9 ja 873,4 eV ovat Ni3+:lle ja huiput noin 854,2 ja 871,6 eV ovat Ni2+:lle.Samoin kahden spin-kiertoradan dupletin Co2p-spektri paljastaa Co2+:lle ja Co3+:lle tyypilliset piikit arvoilla 780,4 (Co 2p3/2) ja 795,7 eV (Co 2p1/2).Huiput 796,0 ja 780,3 eV vastaavat Co2+:a ja huiput arvoilla 794,4 ja 779,3 eV vastaavat Co3+:aa.On huomattava, että metalli-ionien (Ni2+/Ni3+ ja Co2+/Co3+) moniarvoinen tila NiCo2O4:ssä edistää sähkökemiallisen aktiivisuuden kasvua37,38.Ni2p- ja Co2p-spektrit UNCO:lle, PNCO:lle, TNCO:lle ja FNCO:lle osoittivat samanlaisia ​​​​tuloksia, kuten kuvassa 2 on esitetty.S3.Lisäksi kaikkien NCO-nanomateriaalien O1s-spektrit (kuva S4) osoittivat kaksi huippua arvoilla 592,4 ja 531,2 eV, jotka liittyivät tyypillisiin metalli-happi- ja happisidoksiin NCO-pinnan hydroksyyliryhmissä39.Vaikka NCO-nanomateriaalien rakenteet ovat samankaltaisia, lisäaineiden morfologiset erot viittaavat siihen, että jokainen lisäaine voi osallistua eri tavalla kemiallisiin reaktioihin NCO:n muodostamiseksi.Tämä säätelee energeettisesti edullisia ydintymis- ja rakeiden kasvuvaiheita, mikä säätelee hiukkaskokoa ja agglomeroitumisastetta.Siten erilaisten prosessiparametrien, mukaan lukien lisäaineet, reaktioaika ja lämpötila synteesin aikana, ohjausta voidaan käyttää mikrorakenteen suunnittelussa ja NCO-nanomateriaalien sähkökemiallisen suorituskyvyn parantamisessa glukoosin havaitsemiseen.
(a) Röntgendiffraktiokuviot, (b) FTIR- ja (c) NCO-nanomateriaalien Raman-spektrit, (d) Ni 2p:n ja Co 2p:n XPS-spektrit UNCO:lta.
Mukautettujen NCO-nanomateriaalien morfologia liittyy läheisesti alkufaasien muodostumiseen, jotka on saatu kuviossa S5 kuvatuista erilaisista lisäaineista.Lisäksi juuri valmistettujen näytteiden röntgen- ja Raman-spektrit (kuvat S6 ja S7a) osoittivat, että erilaisten kemiallisten lisäaineiden käyttö johti kristallografisiin eroihin: Ni- ja Co-karbonaattihydroksideja havaittiin pääasiassa merisiileissä ja männyn neularakenteessa, kun taas mm. Tremellan ja kukan muodossa olevat rakenteet osoittavat nikkeli- ja kobolttihydroksidien läsnäolon.Valmistettujen näytteiden FT-IR- ja XPS-spektrit on esitetty kuvissa 1 ja 2. S7b-S9 tarjoavat myös selkeän todisteen edellä mainituista kristallografisista eroista.Valmistettujen näytteiden materiaaliominaisuuksista käy selväksi, että lisäaineet osallistuvat hydrotermisiin reaktioihin ja tarjoavat erilaisia ​​reaktioreittejä erilaisten morfologioiden alkufaasien saamiseksi40,41,42.Yksiulotteisista (1D) nanolangoista ja kaksiulotteisista (2D) nanolevyistä koostuvien eri morfologioiden itsekokoonpano selittyy alkufaasien (Ni- ja Co-ionien sekä funktionaalisten ryhmien) erilaisella kemiallisella tilalla. jota seuraa kiteen kasvu42, 43, 44, 45, 46, 47. Jälkilämpökäsittelyn aikana eri alkufaasit muunnetaan NCO-spinelliksi säilyttäen samalla ainutlaatuisen morfologiansa, kuten kuvioissa 1 ja 2 esitetään. 2 ja 3a.
NCO-nanomateriaalien morfologiset erot voivat vaikuttaa sähkökemiallisesti aktiiviseen pinta-alaan glukoosin havaitsemiseksi ja siten määrittää glukoosisensorin yleiset sähkökemialliset ominaisuudet.N2 BET -adsorptio-desorptio-isotermiä käytettiin arvioimaan NCO-nanomateriaalien huokoskoko ja ominaispinta-ala.KuvassaKuva 4 esittää eri NCO-nanomateriaalien BET-isotermejä.BET-ominaispinta-ala UNCO:lle, PNCO:lle, TNCO:lle ja FNCO:lle arvioitiin vastaavasti 45 303, 43 304, 38 861 ja 27 260 m2/g.UNCO:lla on suurin BET-pinta-ala (45,303 m2 g-1) ja suurin huokostilavuus (0,2849 cm3 g-1), ja huokoskokojakauma on kapea.NCO-nanomateriaalien BET-tulokset on esitetty taulukossa 1. N2-adsorptio-desorptio-käyrät olivat hyvin samankaltaisia ​​kuin tyypin IV isotermiset hystereesisilmukat, mikä osoitti, että kaikilla näytteillä oli mesohuokoinen rakenne48.Mesohuokoisten UNCO:iden, joilla on suurin pinta-ala ja suurin huokostilavuus, odotetaan tarjoavan lukuisia aktiivisia paikkoja redox-reaktioihin, mikä parantaa sähkökemiallista suorituskykyä.
BET-tulokset kohteille (a) UNCO, (b) PNCO, (c) TNCO ja (d) FNCO.Sisäosa näyttää vastaavan huokoskokojakauman.
Eri morfologioita omaavien NCO-nanomateriaalien sähkökemialliset redox-reaktiot glukoosin havaitsemiseksi arvioitiin CV-mittauksilla.KuvassaKuva 5 esittää NCO-nanomateriaalien CV-käyrät 0,1 M NaOH-emäksisessä elektrolyytissä 5 mM glukoosin kanssa ja ilman sitä skannausnopeudella 50 mVs-1.Glukoosin puuttuessa redox-huiput havaittiin jännitteillä 0,50 ja 0,35 V, mikä vastaa hapettumista, joka liittyy M–O:iin (M: Ni2+, Co2+) ja M*-O-OH (M*: Ni3+, Co3+).käyttämällä OH-anionia.5 mM glukoosin lisäämisen jälkeen redox-reaktio NCO-nanomateriaalien pinnalla lisääntyi merkittävästi, mikä saattaa johtua glukoosin hapettumisesta glukonolaktoniksi.Kuva S10 esittää redox-huippuvirrat skannausnopeuksilla 5–100 mV s-1 0,1 M NaOH-liuoksessa.On selvää, että redox-huippuvirta kasvaa skannausnopeuden kasvaessa, mikä osoittaa, että NCO-nanomateriaaleilla on samanlainen diffuusioohjattu sähkökemiallinen käyttäytyminen 50, 51.Kuten kuvasta S11 näkyy, UNCO:n, PNCO:n, TNCO:n ja FNCO:n sähkökemiallisen pinta-alan (ECSA) arvioidaan olevan 2,15, 1,47, 1,2 ja 1,03 cm2, vastaavasti.Tämä viittaa siihen, että UNCO on hyödyllinen sähkökatalyyttisessä prosessissa, mikä helpottaa glukoosin havaitsemista.
(a) UNCO-, (b) PNCO-, (c) TNCO- ja (d) FNCO-elektrodien CV-käyrät ilman glukoosia ja täydennettynä 5 mM glukoosilla skannausnopeudella 50 mVs-1.
NCO-nanomateriaalien sähkökemiallista suorituskykyä glukoosin havaitsemiseen tutkittiin ja tulokset on esitetty kuvassa 6. Glukoosiherkkyys määritettiin CA-menetelmällä lisäämällä asteittain erilaisia ​​glukoosipitoisuuksia (0,01–6 mM) 0,1 M NaOH-liuoksessa 0,5 °C:ssa. V 60 s välein.Kuten kuvassa näkyy.Kuvissa 6a–d NCO-nanomateriaalien herkkyydet vaihtelevat välillä 84,72 - 116,33 µA mM-1 cm-2 korkeilla korrelaatiokertoimilla (R2) 0,99 - 0,993.Glukoosipitoisuuden ja NCO-nanomateriaalien nykyisen reaktion välinen kalibrointikäyrä on esitetty kuvassa.S12.NCO-nanomateriaalien laskennalliset havaitsemisrajat (LOD) olivat välillä 0,0623–0,0783 µM.CA-testin tulosten mukaan UNCO osoitti suurinta herkkyyttä (116,33 μA mM-1 cm-2) laajalla havaintoalueella.Tämä voidaan selittää sen ainutlaatuisella merisiilimäisellä morfologialla, joka koostuu mesohuokoisesta rakenteesta, jolla on suuri ominaispinta-ala ja joka tarjoaa enemmän aktiivisia paikkoja glukoosilajeille.Taulukossa S1 esitetty NCO-nanomateriaalien sähkökemiallinen suorituskyky vahvistaa tässä tutkimuksessa valmistettujen NCO-nanomateriaalien erinomaisen sähkökemiallisen glukoosin havaitsemissuorituskyvyn.
UNCO (a), PNCO (b), TNCO (c) ja FNCO (d) elektrodien CA-vasteet, joissa glukoosia on lisätty 0,1 M NaOH-liuokseen 0,50 V:lla. Sisäosat näyttävät NCO-nanomateriaalien virtavasteiden kalibrointikäyrät: (e) ) UNCO:n, (f) PNCO:n, (g) TNCO:n ja (h) FNCO:n KA-vasteet lisäten asteittain 1 mM glukoosia ja 0,1 mM häiritseviä aineita (LA, DA, AA ja UA).
Glukoosin havaitsemisen häiriöntorjuntakyky on toinen tärkeä tekijä glukoosin selektiivisessä ja herkässä havaitsemisessa häiritsevien yhdisteiden avulla.KuvassaKuvat 6e–h osoittavat NCO-nanomateriaalien häiriönestokyvyn 0,1 M NaOH-liuoksessa.Yleiset häiritsevät molekyylit, kuten LA, DA, AA ja UA, valitaan ja lisätään elektrolyyttiin.NCO-nanomateriaalien nykyinen vaste glukoosiin on ilmeinen.Nykyinen vaste UA:lle, DA:lle, AA:lle ja LA:lle ei kuitenkaan muuttunut, mikä tarkoittaa, että NCO-nanomateriaalit osoittivat erinomaista selektiivisyyttä glukoosin havaitsemisessa niiden morfologisista eroista huolimatta.Kuva S13 näyttää NCO-nanomateriaalien stabiilisuuden tutkittuna CA-vasteella 0,1 M NaOH:ssa, jossa 1 mM glukoosia lisättiin elektrolyyttiin pitkäksi aikaa (80 000 s).UNCO:n, PNCO:n, TNCO:n ja FNCO:n nykyiset vasteet olivat 98,6 %, 97,5 %, 98,4 % ja 96,8 % alkuperäisestä virrasta lisättynä 1 mM glukoosia 80 000 sekunnin jälkeen.Kaikki NCO-nanomateriaalit osoittavat stabiileja redox-reaktioita glukoosilajien kanssa pitkän ajan kuluessa.Erityisesti UNCO-virtasignaali ei vain säilyttänyt 97,1 % alkuperäisestä virrastaan, vaan myös morfologiansa ja kemialliset sidosominaisuudet 7 päivän ympäristön pitkäaikaisen stabiilisuustestin jälkeen (kuvat S14 ja S15a).Lisäksi UNCO:n toistettavuus ja toistettavuus testattiin kuvan S15b, c mukaisesti.Toistettavuuden ja toistettavuuden laskettu suhteellinen standardipoikkeama (RSD) oli 2,42 % ja 2,14 %, mikä viittaa mahdollisiin sovelluksiin teollisuuslaatuisena glukoosianturina.Tämä osoittaa UNCO:n erinomaisen rakenteellisen ja kemiallisen stabiilisuuden hapettavissa olosuhteissa glukoosin havaitsemiseksi.
On selvää, että NCO-nanomateriaalien sähkökemiallinen suorituskyky glukoosin havaitsemiseen liittyy pääasiassa hydrotermisellä menetelmällä lisäaineilla valmistetun alkuvaiheen rakenteellisiin etuihin (kuva S16).Suuripinta-alaisessa UNCO:ssa on enemmän sähköaktiivisia kohtia kuin muissa nanorakenteissa, mikä auttaa parantamaan aktiivisten materiaalien ja glukoosihiukkasten välistä redox-reaktiota.UNCO:n mesohuokoinen rakenne voi helposti altistaa enemmän Ni- ja Co-kohtia elektrolyytille glukoosin havaitsemiseksi, mikä johtaa nopeaan sähkökemialliseen vasteeseen.Yksiulotteiset nanolangat UNCO:ssa voivat edelleen lisätä diffuusionopeutta tarjoamalla lyhyempiä kuljetusreittejä ioneille ja elektroneille.Yllä mainittujen ainutlaatuisten rakenteellisten ominaisuuksien vuoksi UNCO:n sähkökemiallinen suorituskyky glukoosin havaitsemisessa on parempi kuin PNCO:n, TNCO:n ja FNCO:n.Tämä osoittaa, että ainutlaatuinen UNCO-morfologia, jolla on suurin pinta-ala ja huokoskoko, voi tarjota erinomaisen sähkökemiallisen suorituskyvyn glukoosin havaitsemiseen.
Ominaispinta-alan vaikutusta NCO-nanomateriaalien sähkökemiallisiin ominaisuuksiin tutkittiin.NCO-nanomateriaaleja, joilla oli erilainen ominaispinta-ala, saatiin yksinkertaisella hydrotermisellä menetelmällä ja erilaisilla lisäaineilla.Eri lisäaineet osallistuvat synteesin aikana erilaisiin kemiallisiin reaktioihin ja muodostavat erilaisia ​​alkufaaseja.Tämä on johtanut erilaisten nanorakenteiden itsekokoonpanoon, joiden morfologiat ovat samanlaisia ​​kuin siili, männyn neula, tremella ja kukka.Myöhempi jälkilämmitys johtaa spinellirakenteen omaavien kiteisten NCO-nanomateriaalien samanlaiseen kemialliseen tilaan säilyttäen samalla niiden ainutlaatuisen morfologian.Eri morfologian pinta-alasta riippuen NCO-nanomateriaalien sähkökemiallinen suorituskyky glukoosin havaitsemiseen on parantunut huomattavasti.Erityisesti merisiilimorfologiaa sisältävien NCO-nanomateriaalien glukoosiherkkyys nousi arvoon 116,33 µA mM-1 cm-2 korkealla korrelaatiokertoimella (R2) 0,99 lineaarisella alueella 0,01-6 mM.Tämä työ voi tarjota tieteellisen perustan morfologiselle suunnittelulle ominaispinta-alan säätämiseksi ja ei-entsymaattisten biosensorisovellusten sähkökemiallisen suorituskyvyn parantamiseksi.
Ni(NO3)2 6H2O, Co(NO3)2 6H2O, urea, heksametyleenitetraamiini (HMT), ammoniumfluoridi (NH4F), natriumhydroksidi (NaOH), d-(+)-glukoosi, maitohappo (LA), dopamiinihydrokloridi ( DA), L-askorbiinihappo (AA) ja virtsahappo (UA) ostettiin Sigma-Aldrichilta.Kaikki käytetyt reagenssit olivat analyyttistä laatua ja niitä käytettiin ilman lisäpuhdistusta.
NiCo2O4 syntetisoitiin yksinkertaisella hydrotermisellä menetelmällä, jota seurasi lämpökäsittely.Lyhyesti: 1 mmol nikkelinitraattia (Ni(NO3)2∙6H2O) ja 2 mmol kobolttinitraattia (Co(NO3)2∙6H2O) liuotettiin 30 ml:aan tislattua vettä.NiCo2O4:n morfologian säätelemiseksi lisäaineita, kuten ureaa, ammoniumfluoridia ja heksametyleenitetramiinia (HMT) lisättiin selektiivisesti yllä olevaan liuokseen.Koko seos siirrettiin sitten 50 ml:n teflonilla vuorattuihin autoklaaviin ja saatettiin hydrotermiseen reaktioon konvektiouunissa 120 °C:ssa 6 tunnin ajan.Luonnollisen huoneenlämpötilaan jäähdyttämisen jälkeen syntynyt sakka sentrifugoitiin ja pestiin useita kertoja tislatulla vedellä ja etanolilla ja kuivattiin sitten yön yli 60 °C:ssa.Sen jälkeen juuri valmistettuja näytteitä kalsinoitiin 400 °C:ssa 4 tuntia ympäröivässä ilmakehässä.Kokeiden yksityiskohdat on lueteltu lisätietotaulukossa S2.
Röntgendiffraktioanalyysi (XRD, X'Pert-Pro MPD; PANalytical) suoritettiin käyttämällä Cu-Ka-säteilyä (λ = 0,15418 nm) 40 kV:lla ja 30 mA:lla kaikkien NCO-nanomateriaalien rakenteellisten ominaisuuksien tutkimiseksi.Diffraktiokuviot tallennettiin kulmien alueella 2θ 10–80° askeleella 0,05°.Pintamorfologiaa ja mikrorakennetta tutkittiin käyttämällä kenttäemissiopyyhkäisyelektronimikroskooppia (FESEM; Nova SEM 200, FEI) ja pyyhkäisevää transmissioelektronimikroskooppia (STEM; TALOS F200X, FEI) energiaa dispersiivisellä röntgenspektroskopialla (EDS).Pinnan valenssitilat analysoitiin röntgenfotoelektronispektroskopialla (XPS; PHI 5000 Versa Probe II, ULVAC PHI) käyttäen Al Ka ​​-säteilyä (hν = 1486,6 eV).Sitoutumisenergiat kalibroitiin käyttämällä C1s-piikkiä 284,6 eV:ssä vertailuna.Näytteiden valmistuksen jälkeen KBr-hiukkasille rekisteröitiin Fourier-muunnos-infrapunaspektrit (FT-IR) aaltolukualueella 1500–400 cm–1 Jasco-FTIR-6300-spektrometrillä.Raman-spektrit saatiin myös käyttämällä Raman-spektrometriä (Horiba Co., Japani) ja He-Ne-laseria (632,8 nm) virityslähteenä.Brunauer-Emmett-Teller (BET; BELSORP mini II, MicrotracBEL, Corp.) käytti BELSORP mini II -analysaattoria (MicrotracBEL Corp.) matalan lämpötilan N2-adsorptio-desorptio-isotermien arvioimiseksi ominaispinta-alan ja huokoskokojakauman arvioimiseksi.
Kaikki sähkökemialliset mittaukset, kuten syklinen voltammetria (CV) ja kronoamperometria (CA), suoritettiin PGSTAT302N potentiostaatilla (Metrohm-Autolab) huoneenlämpötilassa käyttäen kolmen elektrodin järjestelmää 0,1 M NaOH-vesiliuoksessa.Lasimaiseen hiilielektrodiin (GC) perustuvaa työelektrodia, Ag/AgCl-elektrodia ja platinalevyä käytettiin vastaavasti työelektrodina, vertailuelektrodina ja vastaelektrodina.CV:t tallennettiin välillä 0 - 0,6 V eri pyyhkäisynopeuksilla 5 - 100 mV s-1.ECSA:n mittaamiseksi CV suoritettiin alueella 0,1-0,2 V eri pyyhkäisynopeuksilla (5-100 mV s-1).Selvitä näytteen CA-reaktio glukoosille 0,5 V jännitteellä sekoittaen.Käytä herkkyyden ja selektiivisyyden mittaamiseen 0,01–6 mM glukoosia, 0,1 mM LA:ta, DA:ta, AA:ta ja UA:ta 0,1 M NaOH:ssa.UNCO:n toistettavuus testattiin käyttämällä kolmea erilaista elektrodia, joita oli täydennetty 5 mM glukoosilla optimaalisissa olosuhteissa.Toistettavuus tarkistettiin myös tekemällä kolme mittausta yhdellä UNCO-elektrodilla 6 tunnin sisällä.
Kaikki tässä tutkimuksessa tuotetut tai analysoidut tiedot sisältyvät tähän julkaistuun artikkeliin (ja sen lisätietotiedostoon).
Mergenthaler, P., Lindauer, U., Dienel, GA & Meisel, A. Sokeri aivoille: Glukoosin rooli fysiologisessa ja patologisessa aivotoiminnassa. Mergenthaler, P., Lindauer, U., Dienel, GA & Meisel, A. Sokeri aivoille: Glukoosin rooli fysiologisessa ja patologisessa aivotoiminnassa.Mergenthaler, P., Lindauer, W., Dinel, GA ja Meisel, A. Sokeri aivoille: glukoosin rooli fysiologisessa ja patologisessa aivotoiminnassa.Mergenthaler P., Lindauer W., Dinel GA ja Meisel A. Glukoosi aivoissa: glukoosin rooli fysiologisissa ja patologisissa aivojen toiminnoissa.Neurologian suuntaukset.36, 587–597 (2013).
Gerich, JE, Meyer, C., Woerle, HJ & Stumvoll, M. Munuaisten glukoneogeneesi: Sen merkitys ihmisen glukoosin homeostaasissa. Gerich, JE, Meyer, C., Woerle, HJ & Stumvoll, M. Munuaisten glukoneogeneesi: Sen merkitys ihmisen glukoosin homeostaasissa.Gerich, JE, Meyer, K., Wörle, HJ ja Stamwall, M. Munuaisten glukoneogeneesi: sen merkitys ihmisen glukoosin homeostaasissa. Gerich, JE, Meyer, C., Woerle, HJ & Stumvoll, M. 肾糖异生：它在人体葡萄糖稳态中的重要性. Gerich, JE, Meyer, C., Woerle, HJ & Stumvoll, M. 鈥糖异生: Sen merkitys ihmiskehossa.Gerich, JE, Meyer, K., Wörle, HJ ja Stamwall, M. Munuaisten glukoneogeneesi: sen merkitys glukoosin homeostaasissa ihmisillä.Diabetes Care 24, 382–391 (2001).
Kharroubi, AT & Darwish, HM Diabetes mellitus: vuosisadan epidemia. Kharroubi, AT & Darwish, HM Diabetes mellitus: vuosisadan epidemia.Harroubi, AT ja Darvish, HM Diabetes mellitus: vuosisadan epidemia.Harrubi AT ja Darvish HM Diabetes: tämän vuosisadan epidemia.World J. Diabetes.6 850 (2015).
Brad, KM et ai.Diabetes mellituksen esiintyvyys aikuisilla diabetestyypin mukaan – USA.rosvo.Mortal Weekly 67, 359 (2018).
Jensen, MH et ai.Ammattimainen jatkuva glukoosin seuranta tyypin 1 diabeteksessa: hypoglykemian retrospektiivinen havaitseminen.J. The Science of Diabetes.teknologiaa.7, 135–143 (2013).
Witkowska Nery, E., Kundys, M., Jeleń, PS & Jönsson-Niedziółka, M. Elektrokemiallinen glukoosin tunnistus: onko vielä parantamisen varaa? Witkowska Nery, E., Kundys, M., Jeleń, PS & Jönsson-Niedziółka, M. Elektrokemiallinen glukoosin tunnistus: onko vielä parantamisen varaa?Witkowska Neri, E., Kundis, M., Eleni, PS ja Jonsson-Nedzulka, M. Glukoositasojen sähkökemiallinen määritys: onko vielä parantamisen mahdollisuuksia? Witkowska Nery, E., Kundys, M., Jeleń, PS & Jönsson-Niedziółka, M. 电化学葡萄糖传感：还有改进的余地吗？ Witkowska Nery, E., Kundys, M., Jeleń, PS & Jönsson-Niedziółka, M. 电视化葡萄糖传感：是电视的余地吗？Witkowska Neri, E., Kundis, M., Eleni, PS ja Jonsson-Nedzulka, M. Glukoositasojen sähkökemiallinen määritys: onko parannusmahdollisuuksia?peräaukko Kemiallinen.11271–11282 (2016).
Jernelv, IL et ai.Katsaus optisiin menetelmiin jatkuvaan glukoosin seurantaan.Käytä spektriä.54, 543–572 (2019).
Park, S., Boo, H. & Chung, TD Sähkökemialliset ei-entsymaattiset glukoosianturit. Park, S., Boo, H. & Chung, TD Sähkökemialliset ei-entsymaattiset glukoosianturit.Park S., Bu H. ja Chang TD Sähkökemialliset ei-entsymaattiset glukoosianturit.Park S., Bu H. ja Chang TD Sähkökemialliset ei-entsymaattiset glukoosianturit.peräaukko.Chim.-lehteä.556, 46–57 (2006).
Harris, JM, Reyes, C. & Lopez, GP Yleisiä syitä glukoosioksidaasin epävakauteen in vivo -biosensoinnissa: lyhyt katsaus. Harris, JM, Reyes, C. & Lopez, GP Yleisiä syitä glukoosioksidaasin epävakauteen in vivo -biosensoinnissa: lyhyt katsaus.Harris JM, Reyes S. ja Lopez GP Yleiset syyt glukoosioksidaasin epävakaudelle in vivo -biosensoritestissä: lyhyt katsaus. Harris, JM, Reyes, C. & Lopez, GP 体内生物传感中葡萄糖氧化酶不稳定的常见原因：简要囂 Harris, JM, Reyes, C. & Lopez, GPHarris JM, Reyes S. ja Lopez GP Yleiset syyt glukoosioksidaasin epävakaudelle in vivo -biosensoritestissä: lyhyt katsaus.J. The Science of Diabetes.teknologiaa.7, 1030–1038 (2013).
Diouf, A., Bouchikhi, B. & El Bari, N. Ei-entsymaattinen sähkökemiallinen glukoosianturi, joka perustuu molekyylipainotettuun polymeeriin ja sen käyttö syljen glukoosin mittaamiseen. Diouf, A., Bouchikhi, B. & El Bari, N. Ei-entsymaattinen sähkökemiallinen glukoosianturi, joka perustuu molekyylipainotettuun polymeeriin ja sen käyttö syljen glukoosin mittaamiseen.Diouf A., Bouchihi B. ja El Bari N. Ei-entsymaattinen sähkökemiallinen glukoosianturi, joka perustuu molekyylipainotettuun polymeeriin ja sen sovellus syljen glukoositason mittaamiseen. Diouf A., Bouchikhi, B. & El Bari, N.应用. Diouf, A., Bouchikhi, B. & El Bari, N. Ei-entsyymi sähkökemiallinen glukoosianturi, joka perustuu molekyylipainopolymeeriin ja sen käyttö syljen glukoosin mittaamiseen.Diouf A., Bouchihi B. ja El Bari N. Ei-entsymaattiset sähkökemialliset glukoosianturit, jotka perustuvat molekyylipainotettuihin polymeereihin ja niiden käyttö syljen glukoositason mittaamiseen.alma mater -tiedeprojekti S. 98, 1196–1209 (2019).
Zhang, Yu et ai.Herkkä ja selektiivinen ei-entsymaattinen glukoosin havaitseminen CuO-nanolankojen perusteella.Sens. Actuators B Chem., 191, 86–93 (2014).
Mu, Y., Jia, D., He, Y., Miao, Y. & Wu, HL Nano-nikkelioksidilla modifioidut ei-entsymaattiset glukoosianturit, joilla on parannettu herkkyys sähkökemiallisen prosessistrategian avulla suurella potentiaalilla. Mu, Y., Jia, D., He, Y., Miao, Y. & Wu, HL Nano-nikkelioksidilla modifioidut ei-entsymaattiset glukoosianturit, joilla on parannettu herkkyys sähkökemiallisen prosessistrategian avulla suurella potentiaalilla. Mu, Y., Jia, D., He, Y., Miao, Y. & Wu, HL Неферментативные датчики глюкозы, модифицированные нанооксидом ностью благодаря стратегии электрохимического процесса при высоком потенциале. Mu, Y., Jia, D., He, Y., Miao, Y. & Wu, HL Ei-entsymaattiset glukoosianturit, jotka on modifioitu nikkelin nanooksidilla ja joiden herkkyys on parannettu korkean potentiaalin sähkökemiallisen prosessistrategian avulla. Mu, Y., Jia, D., He, Y., Miao, Y. & Wu, HL 纳米氧化镍改性非酶促葡萄糖传感器，通过高电位纳米氧化镍改性非酶促葡萄糖传感器，通过高电位了灵敏度. Mu, Y., Jia, D., He, Y., Miao, Y. & Wu, HL Nanooksidinikkelimuunnos 非酶节能糖节糖合物，可以高电位sähkökemiallisen teknologian strategian parantamiseksi Mu, Y., Jia, D., He, Y., Miao, Y. & Wu, HL Nano-NiO модифицированный неферментативный датчик глюглосты с повентавильносту я высокопотенциальной стратегии электрохимического процесса. Mu, Y., Jia, D., He, Y., Miao, Y. & Wu, HL Nano-NiO modifioitu ei-entsymaattinen glukoosianturi, jonka herkkyys on parannettu korkean potentiaalin sähkökemiallisen prosessistrategian avulla.biologinen anturi.bioelektroniikka.26, 2948–2952 (2011).
Shamsipur, M., Najafi, M. & Hosseini, MRM Erittäin parannettu glukoosin sähköhapetus nikkeli(II)oksidilla/moniseinäisellä hiilinanoputkella modifioidulla lasimaisella hiilielektrodilla. Shamsipur, M., Najafi, M. & Hosseini, MRM Erittäin parannettu glukoosin sähköhapetus nikkeli(II)oksidilla/moniseinäisellä hiilinanoputkella modifioidulla lasimaisella hiilielektrodilla.Shamsipur, M., Najafi, M. ja Hosseini, MRM Erittäin parannettu glukoosin sähköhapetus lasimaisella hiilielektrodilla, joka on modifioitu nikkeli(II)oksidilla/moniseinäisillä hiilinanoputkilla.Shamsipoor, M., Najafi, M. ja Hosseini, MRM Erittäin parannettu glukoosin sähköhapetus lasimaisissa hiilielektrodeissa, jotka on modifioitu nikkeli(II)oksidi/monikerroksisilla hiilinanoputkilla.Bioelectrochemistry 77, 120–124 (2010).
Veeramani, V. et ai.Huokoisen hiilen ja nikkelioksidin nanokomposiitti, jossa on paljon heteroatomeja, entsyymivapaana ja herkänä sensorina glukoosin havaitsemiseen.Sens. Actuators B Chem.221, 1384–1390 (2015).
Marco, JF et ai.Nikkelikobaltaatin NiCo2O4:n karakterisointi, joka on saatu eri menetelmillä: XRD, XANES, EXAFS ja XPS.J. Solid State Chemistry.153, 74-81 (2000).
Zhang, J., Sun, Y., Li, X. & Xu, J. NiCo2O4-nanohihnan valmistus kemiallisella yhteissaostusmenetelmällä ei-entsymaattista glukoosin sähkökemiallista sensoria varten. Zhang, J., Sun, Y., Li, X. & Xu, J. NiCo2O4-nanohihnan valmistus kemiallisella yhteissaostusmenetelmällä ei-entsymaattista glukoosin sähkökemiallista sensoria varten. Zhang, J., Sun, Y., Li, X. & Xu, J еского сенсора глюкозы. Zhang, J., Sun, Y., Li, X. & Xu, J. NiCo2O4-nanohihnan valmistus kemiallisella kerrostusmenetelmällä ei-entsymaattista sähkökemiallista glukoosianturisovellusta varten. Zhang, J., Sun, Y., Li, X. & Xu, J. 通过化学共沉淀法制备NiCo2O4 纳米带用于非非酶促葡萄甦电 Zhang, J., Sun, Y., Li, X. & Xu, J. Through chemistry 共沉激法光容NiCo2O4 nano如这些非话能生能糖系统电影电.Zhang, J., Sun, Y., Li, X. ja Xu, J. Preparation of NiCo2O4 nanoribbons kemiallisella saostusmenetelmällä glukoosin ei-entsymaattisen sähkökemiallisen anturin käyttöä varten.J. Seosten liitokset.831, 154796 (2020).
Saraf, M., Natarajan, K. & Mobin, SM Monitoimiset huokoiset NiCo2O4-nanosauvat: Herkkä entsyymitön glukoosin havaitseminen ja superkondensaattoriominaisuudet impedanssispektroskooppisilla tutkimuksilla. Saraf, M., Natarajan, K. & Mobin, SM Monitoimiset huokoiset NiCo2O4-nanosauvat: Herkkä entsyymitön glukoosin havaitseminen ja superkondensaattoriominaisuudet impedanssispektroskooppisilla tutkimuksilla. Saraf, M., Natarajan, K. & Mobin, SMMonitoimiset huokoiset NiCo2O4-nanosauvat: herkkä entsyymitön glukoosin havaitseminen ja superkondensaattoriominaisuudet impedanssispektroskooppisilla tutkimuksilla.Saraf M, Natarajan K ja Mobin SM Monitoimiset huokoiset NiCo2O4-nanosauvat: herkkä entsyymitön glukoosin havaitseminen ja superkondensaattorien karakterisointi impedanssispektroskopialla.Uusi J. Chem.41, 9299–9313 (2017).
Zhao, H., Zhang, Z., Zhou, C. & Zhang, H. NiCo2O4-nanojohtimiin ankkuroitujen NiMoO4-nanolevyjen morfologian ja koon virittäminen: optimoitu ydin-kuorihybridi korkean energiatiheyden asymmetrisille superkondensaattoreille. Zhao, H., Zhang, Z., Zhou, C. & Zhang, H. NiCo2O4-nanojohtimiin ankkuroitujen NiMoO4-nanolevyjen morfologian ja koon virittäminen: optimoitu ydin-kuorihybridi korkean energiatiheyden asymmetrisille superkondensaattoreille.Zhao, H., Zhang, Z., Zhou, K. ja Zhang, H. NiCo2O4-nanojohtimiin ankkuroitujen NiMoO4-nanolevyjen morfologian ja koon virittäminen: optimoitu hybridisydänkuori asymmetrisille superkondensaattoreille, joilla on korkea energiatiheys. Zhao, H., Zhang, Z., Zhou, C. & Zhang, H. 调整固定在NiCo2O4 纳米线上的NiMoO4 纳米片阆形态和尺叏对称超级电容器的优化核-壳混合体. Zhao, H., Zhang, Z., Zhou, C. & Zhang, H. NiCo2O4-nanolangoihin immobilisoitujen NiMoO4-nanolevyjen morfologian ja koon virittäminen: ydin-kuorihybridien optimointi korkean energiatiheyden asymmetristen superkondensaattorien rungolle.Zhao, H., Zhang, Z., Zhou, K. ja Zhang, H. NiCo2O4-nanolangoihin immobilisoitujen NiMoO4-nanolevyjen morfologian ja koon virittäminen: optimoitu ydin-kuorihybridi korkean energiatiheyden omaavien epäsymmetristen superkondensaattorien runkoon.Hae surffausta.541, 148458 (2021).
Zhuang Z. et ai.Ei-entsymaattinen glukoosianturi, jonka herkkyys on suurempi, perustuu kuparielektrodeihin, jotka on modifioitu CuO-nanolangoilla.analyytikko.133, 126–132 (2008).
Kim, JY et ai.ZnO-nanosauvojen pinta-alan viritys glukoosiantureiden suorituskyvyn parantamiseksi.Sens. Actuators B Chem., 192, 216–220 (2014).
Ding, Y., Wang, Y., Su, L., Zhang, H. & Lei, Y. NiO–Ag-nanokuitujen, NiO-nanokuitujen ja huokoisen Ag:n valmistus ja karakterisointi: kohti erittäin herkän ja selektiivisen ei-kuitujen kehittämistä -entsymaattinen glukoosianturi. Ding, Y., Wang, Y., Su, L., Zhang, H. & Lei, Y. NiO–Ag-nanokuitujen, NiO-nanokuitujen ja huokoisen Ag:n valmistus ja karakterisointi: kohti erittäin herkän ja selektiivisen ei-kuitujen kehittämistä -entsymaattinen glukoosianturi.Ding, Yu, Wang, Yu, Su, L, Zhang, H. ja Lei, Yu.NiO-Ag-nanokuitujen, NiO-nanokuitujen ja huokoisen Ag:n valmistus ja karakterisointi: Kohti erittäin herkän ja selektiivisen entsymaattisen glukoosisensorin kehittämistä. Ding, Y., Wang, Y., Su, L., Zhang, H. & Lei, Y. NiO-Ag 纳米纤维、NiO 纳米纤维和多孔Ag 的制和愦敟表徐：择性非-酶促葡萄糖传感器. Ding, Y., Wang, Y., Su, L., Zhang, H. & Lei, Y. NiO-Ag促葡萄糖传感器.Ding, Yu, Wang, Yu, Su, L, Zhang, H. ja Lei, Yu.NiO-Ag-nanokuitujen, NiO-nanokuitujen ja huokoisen hopean valmistus ja karakterisointi: Kohti erittäin herkkää ja selektiivistä ei-entsymaattista glukoosia stimuloivaa sensoria.J. Alma mater.Kemiallinen.20, 9918–9926 (2010).
Cheng, X. et ai.Hiilihydraattien määritys kapillaarivyöhykeelektroforeesilla amperometrisellä detektiolla nanonikkelioksidilla modifioidulla hiilitahnaelektrodilla.elintarvikekemia.106, 830–835 (2008).
Casella, IG Kobolttioksidiohutkalvojen elektrodipinnoitus karbonaattiliuoksista, jotka sisältävät Co(II)-tartraattikomplekseja.J. Electroanal.Kemiallinen.520, 119–125 (2002).
Ding, Y. et ai.Electrospun Co3O4 nanokuidut herkkää ja selektiivistä glukoosin havaitsemista varten.biologinen anturi.bioelektroniikka.26, 542–548 (2010).
Fallatah, A., Almomtan, M. & Padalkar, S. Ceriumoksidipohjaiset glukoosibiosensorit: Morfologian ja taustalla olevan substraatin vaikutus biosensorin suorituskykyyn. Fallatah, A., Almomtan, M. & Padalkar, S. Ceriumoksidipohjaiset glukoosibiosensorit: Morfologian ja taustalla olevan substraatin vaikutus biosensorin suorituskykyyn.Fallata, A., Almomtan, M. ja Padalkar, S. Ceriumoksidipohjaiset glukoosibiosensorit: morfologian ja pääsubstraatin vaikutukset biosensorin suorituskykyyn.Fallata A, Almomtan M ja Padalkar S. Ceriumipohjaiset glukoosibiosensorit: morfologian ja ydinmatriisin vaikutukset biosensorin suorituskykyyn.ACS on tuettu.Kemiallinen.hanke.7, 8083–8089 (2019).