합리적인 바인더 설계

Scientific Reports 5권, 기사 번호: 10617(2015) 이 기사 인용

금속산화물과 귀금속의 1차원 나노복합체는 귀금속과 금속산화물에서 각각 물려받은 우수한 전도성과 높은 촉매 활성으로 인해 비효소적 포도당 검출에 탁월한 성능을 나타낼 것으로 기대되었습니다. 개념 증명으로 우리는 독특한 1차원 나노콜리플라워 구조를 갖는 금과 산화구리(Au/CuO) 복합체를 합성했습니다. 합성 방법의 특성으로 인해 Au 또는 CuO를 제자리에 유지하는 데 외부 바인더가 필요하지 않았습니다. 우리가 아는 한, 이는 비효소 포도당 센서를 제조하기 위해 바인더 없는 스타일로 금속 산화물과 귀금속을 결합하려는 첫 번째 시도입니다. 큰 전기화학적 활성 표면과 높은 전해질 접촉 면적을 가진 Au/CuO 나노 콜리플라워는 Au의 우수한 전기 전도성과 CuO의 높은 전기촉매 활성으로 인해 우수한 안정성과 재현성을 갖춘 넓은 선형 범위와 고감도 포도당 검출을 약속합니다.

당뇨병 관리1,2,3,4의 임상 진단에는 혈액 내 포도당 수치의 정확한 검출이 필수적입니다. 전통적으로 포도당 농도는 전류측정 시스템으로 모니터링되는데, 전극 표면에 고정된 선택성이 높은 포도당 산화효소(GOx)에 의해 포도당이 효소적으로 산화되고, 생성된 전자 또는 반응 생성물인 과산화수소(H2O2)가 후속적으로 측정됩니다. 포도당5,6,7,8의 농도를 결정합니다. 효소의 특성상 GOx 기반 포도당 센서는 선택성을 가지고 있지만 효소 정제, 고정화 및 변성 방지와 관련된 고유한 단점으로 인해 적용이 여전히 제한적입니다. 더욱이, GOx의 깊게 박힌 플라빈 그룹(FAD) 산화환원 중심과 전극 표면 사이의 거리가 멀기 때문에 시스템이 복잡해지고 특정 전자 셔틀이 샘플에 존재해야 합니다. 이는 틀림없이 이 방법의 감도를 제한하는 가장 큰 장벽입니다9, 10. 이를 위해, 포도당의 비효소적 직접 전기촉매 검출은 전자 전달 셔틀이 없는 센서와 그에 따른 높은 감도 및 반복성을 보장하므로 최근 상당한 관심을 불러일으켰습니다11,12.

포도당의 성공적인 비효소 전기촉매 검출을 위해서는 전기촉매에 대한 높은 전도성과 촉매 활성이 필요합니다. 귀금속13,14,15, 금속 산화물16,17,18, 탄소 재료19,20,21, 메조포러스 합금22 및 폴리머23,24를 포함하여 포도당 검출에 사용되는 모든 전기촉매 후보 물질 중에서 귀금속 및 금속 산화물 물질이 구별되었습니다. 그들 자신. 최근에는 나노막대, 나노와이어, 나노튜브, 수지상 및 메조다공성 물질과 같은 다양한 나노구조가 높은 표면적, 효율적인 전하 분리 등으로 인해 상당한 주목을 받아 왔으며 이는 많은 응용 분야에 유용합니다. 1차원 나노구조를 제조하기 위한 합성 방법 중에서 양극산화는 다용도성, 단일 단계, 저비용, 그리고 더 중요하게는 금속 기판과 양극산화된 나노구조 사이의 매끄러운 연결로 인해 두드러집니다. 높은 전도성32,33,34,35. 일반적으로 기존의 전기화학적 비효소적 감지 공정에서 전기촉매는 나노입자 형태로 제조된 다음 일반적으로 절연성이고 전기화학적으로 비활성인 특정 고분자 바인더의 도움으로 전도성 기판에 고정됩니다. 기존 시스템에 고분자 바인더가 존재하면 필연적으로 직렬 저항이 증가하고 촉매 활성 부위를 차단하며 전해질 확산을 방해하여 궁극적으로 전기 촉매 활성이 크게 감소하고 센서 성능이 저하됩니다. 위에서 언급한 이유로 양극산화 처리된 1차원 나노구조는 기존 시스템의 문제에 대한 합리적인 해결책이 될 수 있습니다.