Détection du glucose électrochimique non enzymatique sensible basée sur du NiO poreux creux

Contexte

La détection du glucose avec un processus rapide, précis et peu coûteux est importante pour la biochimie clinique, l'analyse pharmaceutique, l'industrie alimentaire et la surveillance environnementale [1,2,3]. Parmi les nombreuses techniques, la détection électrochimique a été considérée comme l'une des approches les plus pratiques en raison de sa sensibilité élevée, de son faible coût et de sa limite de détection inférieure attrayante [4,5,6]. Cependant, les capteurs électrochimiques courants à base de glucose oxydase sont limités par l'inconvénient d'une stabilité insuffisante provenant de la nature des enzymes [7,8,9]. Pour résoudre ces problèmes, des électrocatalyseurs abondants sur terre basés sur des TMO ont été recommandés en raison de leur coût inférieur, de leur stabilité physico-chimique et de leur électroactivité redox [10,11,12]. Cependant, l'activité électrocatalytique globale des TMO classiques est encore loin des exigences des applications. La conception rationnelle d'électrocatalyseurs TMO hautement actifs pour le glucose reste un défi.

Généralement, le processus de cinétique joue un rôle décisif dans l'activité électrocatalytique pour les matériaux électrocatalytiques établis. Inspirée par le lien intime entre la cinétique et les microstructures, une activité électrocatalytique améliorée peut être obtenue par l'ingénierie des microstructures, y compris la surface, la structure des pores et les caractéristiques de l'architecture [13, 14]. La structure poreuse offre une grande surface spécifique (SSA) et fournit des quantités de sites actifs. De plus, la structure poreuse offre également suffisamment de canaux de diffusion pour l'analyte et les produits intermédiaires, qui sont bénéfiques pour le processus de transport de masse [15, 16]. D'autre part, les structures creuses combinant des coques fonctionnelles et des vides internes peuvent offrir une plus grande surface de contact électrolyte-électrode et réduire la longueur pour le transport de masse et d'électrons [17]. De plus, les cavités internes disponibles empêchent efficacement l'agrégation des nanoparticules électroactives et s'adaptent au changement de volume et à la contrainte structurelle accompagnés de mesures répétées [18]. En conclusion, des électrocatalyseurs TMO hautement actifs peuvent être acquis grâce à la conception d'une architecture poreuse creuse.

En tant qu'oxyde de métal de transition typique, NiO a été signalé comme un catalyseur efficace pour l'électrooxydation du glucose en raison du couple redox de Ni ³⁺ /Ni ²⁺ en milieu alcalin, impliquant des applications potentielles dans le capteur de glucose électrochimique. Dans ce travail, NiO HPA cubique a été construit à travers un Cu₂ Méthode de gravure coordonnée et de précipitation (CEP) sur un modèle en O et post-calcination. La structure poreuse creuse fournit un grand SSA, des vides intérieurs bien définis, des canaux de transfert ordonnés abondants et une efficacité de transfert d'électrons élevée. Utilisée pour détecter le glucose, l'électrode NiO HPA présente une sensibilité plus élevée et une limite de détection inférieure par rapport à l'électrode NiO HPA brisée (NiO BHPA), démontrant les avantages de l'architecture poreuse creuse. Cette stratégie facile pour construire une architecture poreuse creuse fournit une méthode valable dans le développement de nanomatériaux hautement efficaces pour les capteurs électrochimiques.

Expérimental

Matériaux

CuCl₂ ·2H₂ O, NiCl₂ ·6H₂ O, Na₂ S₂ O₃ ·5H₂ O, polyvinylpyrrolidone (PVP, M _w =40 000), et NaOH ont été achetés auprès de Chengdu Kelong. Glucose (Glu.), lactose (Lact.), saccharose (Sucr.), fructose (Fruc.), acide L-ascorbique (AA), acide urique (UA) et solution de Nafion (5 % en poids dans un mélange d'aliphatiques inférieurs alcools et eau) ont été achetés auprès de Sigma-Aldrich sans autre purification.

Synthèse de Cu₂ Modèle O

Le Cu₂ cubique Les modèles O ont été synthétisés selon nos travaux antérieurs [19]. Dans cette procédure typique, 20 ml de NaOH (2 M) ont été ajoutés goutte à goutte dans 200 mL de CuCl₂ ·2H₂ O (10 mM) sous agitation à 55 °C. Après 0,5 h, 4 ml d'AA (0,6 M) ont été introduits goutte à goutte dans la solution ci-dessus. La suspension a été encore vieillie pendant 3 h et lavée à l'eau plusieurs fois par centrifugation. Le modèle XRD et les images SEM et TEM sont présentés dans le fichier supplémentaire 1 :Figure S1.

Synthèse de NiO HPA

NiO HPA a été synthétisé par une méthode CEP. Tout d'abord, Cu₂ O (10 mg) et NiCl₂ ·6H₂ O (3 mg) ont été dispersés dans 10 mL de solvant mixte éthanol-eau (rapport en volume  = 1 : 1) pendant 7 min par ultrasons. Ensuite, du PVP (0,33 g) a été ajouté à la solution sous agitation vigoureuse pendant 30 min. Quatre millilitres de Na₂ S₂ O₃ (1 M) a été déposé dans le système ; la réaction s'est déroulée à température ambiante pendant 3 h jusqu'à ce que la couleur de la suspension passe du rouge au vert clair. Le Ni(OH)₂ le précurseur a été lavé plusieurs fois avec de l'éthanol-eau tiède et séché à température ambiante. Enfin, NiO HPA a été successivement obtenu sous atmosphère d'air à 400 °C pendant 2 h avec une vitesse de rampe lente de 1 °C/min. NiO BHPA a été obtenu par un traitement ultrasonique puissant de NiO HPA pendant 2 h.

Caractérisation des matériaux

La composition et la structure des produits ont été caractérisées par diffraction des rayons X (XRD, Rigaku D/Max-2400). La composition a ensuite été analysée par spectroscopie photoélectronique aux rayons X (XPS, ESCALAB250Xi) avec les pics C 1s à 284,8 eV comme étalon interne. Les morphologies et microstructures des produits ont été observées au microscope électronique à balayage à émission de champ (FESEM, FEI Quanta 250, Zeiss Gemini 500) et au microscope électronique à transmission haute résolution (HRTEM, FEI F20). Brunauer-Emmett-Teller (BET, Belsort-max) a été appliqué pour analyser la surface spécifique et la structure des pores.

Mesures électrochimiques

Toutes les mesures électrochimiques ont été effectuées dans 0,1 M de NaOH sur le poste de travail électrochimique μIII Autolab. Une configuration à trois électrodes avec une électrode de carbone vitreux modifié NiO HPA (ou NiO BHPA) (GCE, Ф = 3 mm) comme électrodes de travail et Ag/AgCl (en KCl saturé) et électrode à disque de platine (Ф = 2 mm) comme électrode de référence et contre-électrode, respectivement. En règle générale, le GCE était poli avec une suspension d'alumine (3, 0,5 et 0,05 μm). Ensuite, le NiO HPA (10 mg) a été dissous dans un mélange de 0,1 ml de Nafion et 0,9 ml d'eau distillée. Enfin, 5 μL du mélange ont été déposés sur le GCE prétraité (70,77 μg/cm ² ) et séché à température ambiante. NiO BHPA-modifié GCE a également été préparé dans les mêmes conditions pour vérifier les avantages de NiO HPA. Les électrodes modifiées ont été mesurées par voltamétrie cyclique (CV), chronoampérométrie (CA) et spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) pour évaluer son activité électrocatalytique. Les mesures EIS ont été effectuées sur la plage de fréquences comprise entre 0,01 et 100 kHz avec une amplitude de perturbation de 5 mV par rapport au potentiel en cercle ouvert.

Résultats et discussion

Caractérisations

Comme le montre la figure 1a, les pics de diffraction situés à 37,21°, 43,27°, 62,87° et 75,42° correspondent aux facettes (111), (200), (220) et (311) de NiO cubique à faces centrées ( JCPDS.no.47-1049) [20]. Il n'y a pas d'autres pics de diffraction, indiquant la pureté des produits. XPS a en outre été utilisé pour analyser la composition des éléments et l'état d'oxydation de NiO HPA. Le spectre d'étude (Fig. 1b) montre des pics O 1s et Ni 2p à 531,5 et 855,7 eV, respectivement, révélant les principaux éléments des produits. Dans le spectre Ni 2p (Fig. 1c, voir les lignes d'ajustement dans le fichier supplémentaire 1 :Tableau S1), deux pics majeurs situés à 855,8 eV (Ni 2p_3/2 ) et 873,5 eV (Ni 2p_1/2 ) avec une séparation spin-énergie de 17,7 eV sont clairement étudiées, ce qui est la caractéristique de la phase NiO [21]. Les pics satellites de Ni 2p_3/2 et Ni 2p_1/2 sont situés à environ 861,5 et 880,0 eV, respectivement. D'après la figure 1d (voir les lignes d'ajustement dans le fichier supplémentaire 1 :tableau S2), le pic d'ajustement de O1 à 529,8 eV est la liaison Ni-O dans les espèces Ni-OH. Le pic d'O2 à une énergie de liaison de 831,3 eV est généralement associé à l'oxygène chimisorbé, aux hydroxyles et à l'oxygène du réseau sous-coordonné. Le pic d'O3 à 532,7 eV est la multiplicité d'eau physi- et chimisorbée sur/près de la surface [22,23,24]. L'analyse des XPS et XRD confirme la réussite de la préparation de NiO.

un Modèle XRD de NiO HPA préparé. Spectres XPS pour les produits b sondage, c Ni 2p, et d O 1s

Les morphologies de Ni(OH)₂ précurseur (Fichier supplémentaire 1 :Figure S2) et NiO HPA (Fig. 2) ont été clairement observés par SEM et MET. Les images SEM (Fig. 2a, b) de NiO tel qu'obtenu présentent une caractéristique cubique uniforme avec une longueur de bord d'environ 600 nm. À partir de la figure 2c, il est clairement observé que la coque rugueuse de NiO HPA est constituée de quantités de fines particules interconnectées. Comme le montre la figure 2d, la bordure des produits NiO est noire et l'intérieur est translucide. En combinant les observations SEM des Fig. 2a–c, les caractéristiques creuses cubiques des produits NiO peuvent être confirmées. Comme le montre la figure 2e, l'épaisseur de la coque du cube est d'environ 40 nm, ce qui est plus mince que celui de Ni(OH)₂ précurseur (environ 60 nm). Le rétrécissement de l'épaisseur de la coque est attribué à la perte de H₂ O dans le précurseur après traitement thermique. Sur la figure 2f, l'espacement des franges de réseau adjacentes marquées est d'environ 0,21 et 0,24 nm, respectivement, correspondant aux facettes (200) et (111) de NiO. Les anneaux de diffraction électronique à zone sélectionnée (SAED) peuvent être indexés sur les facettes (111), (200) et (220) de NiO à l'intérieur et à l'extérieur, ce qui concorde bien avec les résultats de la DRX [25]. De plus, les images de cartographie élémentaire de la figure 2g présentent une distribution riche en surface de Ni et O. Comme le montre la figure 2h, le profil EDX à balayage linéaire démontre la distribution uniforme près de la surface de O et Ni, confirmant à nouveau l'architecture creuse. NiO HPA fournirait suffisamment de sites actifs et des canaux de diffusion abondants, qui favorisent le processus de transfert de masse pour l'électrolyte et le glucose. De plus, la couche mince de NiO HPA raccourcit apparemment la distance de transfert des électrons et accélère le taux de transfert, conférant à NiO HPA une activité électrocatalytique prometteuse.

un –c SEM et d , e Images MET de NiO HPA. f L'image HRTEM de NiO HPA. g Les images cartographiques STEM et EDX d'un cube NiO HPA. h Les spectres EDX à balayage linéaire d'un cube NiO HPA

Afin de comprendre le mécanisme de formation pertinent, les précipités préparés à 0, 10, 20, 30 et 180 min ont été collectés et observés par MET. Comme le montre la figure 3a, le solide cubique Cu₂ Le cristal O a une longueur de bord d'environ 600 nm. Avec l'introduction de S₂ O₃ ²⁻ , la gravure de coordination de Cu₂ O se produit préférentiellement au coin en raison d'une intensité de diffusion plus élevée [26]. Au fur et à mesure de la réaction, le Cu₂ intérieur Les gabarits O rétrécissent considérablement jusqu'à une structure de type octaèdre jusqu'à ce qu'ils soient complètement supprimés. Comme observé sur la figure 3b, la couleur du système réactionnel devient progressivement peu profonde et les précipités vert clair sont générés en même temps. Combiné avec les résultats MET, la route globale du CEP et le mécanisme de formation ont été illustrés sur la figure 3c. Le mécanisme CEP peut être décrit comme suit :(i) Cu ⁺ préfère former du [Cu₂ soluble (S₂ O₃ ²⁻ ) _x ] ^2 − 2x complexe par la combinaison avec S₂ O₃ ²⁻ (réaction (1)) et simultanément OH ⁻ est libérée; (ii) L'hydrolyse partielle de S₂ O₃ ²⁻ favorise la fourniture d'OH ⁻ (réaction (2)). (iii) Les réactions (1) et (2) entraînent de manière synchrone la réaction (3) de gauche à droite, facilitant la formation de Ni(OH)₂ coquille [27]. Concernant les facteurs cinétiques, la vitesse de gravure de Cu₂ O dépend de la diffusion de S₂ O₃ ²⁻ de l'extérieur vers l'espace intérieur et le taux de croissance de Ni(OH)₂ shell est corrélé au transport de OH ⁻ de l'intérieur vers l'extérieur [28]. Contrôle synchrone de la vitesse de gravure vers Cu₂ O et taux de précipitation de Ni(OH)₂ coquille conduit à la formation de Ni(OH)₂ creux bien défini précurseur. NiO HPA est finalement obtenu par post calcination de Ni(OH)₂ précurseur.

un Images MET des produits suivis à différents temps de réaction. b Photographies optiques de la suspension à différents temps de réaction après ajout d'agent de gravure. c Illustration schématique du mécanisme de croissance proposé de NiO HPA

La surface et la porosité de NiO HPA et NiO BHPA (Fichier supplémentaire 1 :Figure S3) ont également été caractérisées par la méthode BET. NiO HPA possède une SSA de 27,08 m ² /g et un volume de pores de 0,087 cm ³ /g (Fig. 4a), ce qui est beaucoup plus grand que les matériaux NiO rapportés [29]. Concernant la distribution de la taille des pores, NiO HPA présente principalement une distribution concentrée à environ 7 nm, qui est liée aux canaux ordonnés entre les nanoparticules de NiO. Le grand SSA et les canaux ordonnés peuvent améliorer efficacement l'absorption de l'analyte et le processus de transport de masse, conduisant à une activité électrocatalytique améliorée. La SSA et le volume des pores de l'échantillon brisé sont de 5,24 m ² /g et 0,078 cm ³ /g (Fig. 4b), respectivement, ce qui est beaucoup plus petit que ceux de NiO HPA. Cela peut être attribué à l'effondrement de la structure creuse d'origine après un traitement aux ultrasons. Notamment, aucune distribution de pores concentrée n'est observée pour NiO BHPA (encadré de la figure 4b), indiquant une destruction complète des canaux de diffusion ordonnés. La diminution de la SSA et la destruction des canaux de diffusion ordonnés sont défavorables à la cinétique, ce qui peut entraîner une mauvaise activité électrocatalytique. En conséquence, NiO HPA possède des microstructures bénéfiques pour l'électrocatalyse par rapport aux échantillons cassés.

N₂ isothermes d'adsorption-désorption de a NiO HPA et b NiO BHPA. Encart de a et b sont la distribution de taille de pores correspondante, respectivement

Performances électrochimiques

La figure 5a montre les CV des électrodes NiO HPA et NiO BHPA avec et sans glucose 1 mM. Une paire de pics bien définis situés à 0,48 et 0,38 V sont clairement étudiés dans la courbe III, qui sont liés à Ni ²⁺ /Ni ³⁺ couple redox. Le courant de crête redox de la courbe III est évidemment supérieur à celui de la courbe I. Ceci est lié à l'effondrement de l'architecture creuse et à la diminution de la SSA. Lors de l'ajout de glucose, des réponses en courant sont clairement observées sur les deux électrodes (courbes II et IV). L'électrode NiO HPA présente une réponse en courant plus élevée que celle de l'électrode NiO BHPA. De plus, le potentiel d'apparition de l'électrooxydation du glucose sur l'électrode NiO HPA (0,43 V) est inférieur à celui de l'électrode NiO BHPA (0,46 V), révélant une activité électrocatalytique plus élevée. L'activité électrocatalytique élevée est attribuée à de grandes quantités de sites actifs, à une structure de pores ordonnée et à un taux de transfert d'électrons élevé fourni par la structure poreuse creuse. L'électrooxydation du glucose sur l'électrode NiO HPA est pilotée par Ni ²⁺ /Ni ³⁺ couple redox en milieu alcalin selon les réactions suivantes [30, 31] :

un CV des électrodes NiO BHPA (I, II) et NiO HPA (III, IV) avec (II, IV) et sans (I, III) la présence de 1 mM de glucose dans 0,1 M de NaOH à une vitesse de balayage de 50 mV/s. b Diagrammes de Nyquist EIS et circuit équivalent de NiO HPA et NiO BHPA dans une solution de NaOH 0,1 M. c CV de l'électrode NiO HPA à différentes vitesses de balayage dans 0,1 M de NaOH avec 1 mM de glucose et d la relation entre le courant de crête et la racine carrée des taux de balayage

Comme indiqué ci-dessus, OH ⁻ joue un rôle important dans la réaction électrocatalytique. Evidemment, le milieu alcalin accélère le redox du Ni ²⁺ /Ni ³⁺ par rapport au milieu neutre (Fichier supplémentaire 1 :Figure S4), ce qui entraîne une activité électrocatalytique plus élevée.

Les tracés de Nyquist des électrodes NiO HPA et NiO BHPA ont été affichés sur la figure 5b. Chaque tracé est caractérisé par un demi-cercle dans la région des hautes fréquences et une ligne droite dans la région des basses fréquences. Généralement, l'interception sur l'axe réel représente la résistance de la solution (R _s ), qui se compose d'une résistance intrinsèque, d'une résistance ionique et d'une résistance de contact. Le diamètre du demi-cercle lié à la résistance de transfert d'électrons est représenté par R _ct . Comme indiqué dans le fichier supplémentaire 1 :Tableau S3, l'électrode NiO HPA présente un R plus petit _s et R _ct que NiO BHPA. Les faits peuvent être attribués à la cinétique de transfert d'électrons bénéfique dérivée de la caractéristique creuse. La pente du tracé d'impédance dans la gamme des basses fréquences correspond à l'impédance de Warburg (Z _w ), qui représente la résistance diffusive [32]. Il est clair que NiO HPA favorise la cinétique de diffusion; cependant, le NiO BHPA entrave la diffusion de l'électrolyte. Ceci peut être attribué à la destruction des canaux de diffusion ordonnés après ultrasons. Sur la base des discussions EIS ci-dessus, l'électrode NiO HPA est plus bénéfique pour la cinétique de transfert d'électrons et de masse par rapport à l'échantillon cassé, ce qui implique les avantages de NiO HPA en tant qu'électrocatalyseur pour le glucose.

La cinétique de l'électrode NiO HPA a été déterminée à partir des CV avec différentes vitesses de balayage dans une solution de glucose 1 mM (Fig. 5c). Comme le montre la figure 5d, les courants de crête anodique et cathodique sont proportionnels à la racine carrée des taux de balayage, démontrant un processus dynamique typique contrôlé par la diffusion. De plus, aucun décalage positif/négatif significatif n'est observé pour le pic anodique/cathodique, ce qui implique une cinétique de diffusion sans entrave provenant de la structure poreuse creuse.

La sélectivité, la reproductibilité et la stabilité de l'électrode NiO HPA

Pour obtenir un potentiel de travail optimisé, la réponse actuelle du glucose et l'interférence de l'AA ont été prises en compte sous différents potentiels et les données ont été affichées sur la figure 6a. D'après les données statistiques de la figure 6b, 0,6 V a été sélectionné par le fait que l'électrode NiO HPA présente une réponse de courant maximale au glucose et une interférence minimale à l'AA à 0,6 V. La figure 6c affiche les réponses ampérométriques typiques de NiO HPA et NiO BHPA vers différents concentration de glucose à 0,6 V. Des réponses de courant notables sont clairement observées pour les deux électrodes, et les réponses de courant augmentent avec l'augmentation de la concentration de glucose. La figure 6d présente la relation entre les courants de réponse et la concentration de glucose pour les électrodes NiO HPA et NiO BHPA. L'électrode NiO HPA présente une plage linéaire de 0,32 à 1100 μM avec une sensibilité de 1323 μA mM ⁻¹ cm ⁻² , qui est supérieur à celui de l'électrode NiO BHPA (753 μA mM ⁻¹ cm ⁻² ). De plus, la limite de détection (LOD) de l'électrode NiO HPA (0,32 μM) est bien inférieure à celle de NiO BHPA (14,2 μM). Pour manifester les avantages de NiO HPA, les performances de l'électrode NiO HPA ont été comparées à d'autres électrodes de détection de glucose à base de NiO signalées dans le tableau 1. Il a été constaté que l'électrode NiO HPA présente une activité électrocatalytique satisfaisante vis-à-vis du glucose en termes de sensibilité élevée et de faible LOD. , indiquant des applications potentielles dans les capteurs de glucose électrochimiques. Ceci est essentiellement attribué aux sites actifs abondants, à une cinétique de transport de masse plus rapide et à une cinétique de transfert d'électrons accélérée dérivée de l'architecture creuse très poreuse.

un Réponse ampérométrique de l'électrode NiO HPA à différents potentiels avec l'ajout de 0,1 mM de glucose et 0,01 mM d'AA. b Le courant de réponse du glucose et de l'AA à différents potentiels. c CA de NiO HPA et NiO BHPA électrode à 0,6 V avec ajout successif de glucose. d La relation entre le courant de réponse et la concentration de glucose

La sélectivité est un indicateur important pour évaluer les performances des capteurs de glucose. Certains composés facilement oxydés, tels que Lact., Sucr., Fruc., UA et AA coexistaient normalement avec le glucose dans le sang humain. Notamment, le niveau physiologique de ces espèces interférentes est plus ou moins un dixième de la concentration en glucose [33]. Ainsi, la sélectivité de l'électrode NiO HPA a été évaluée en introduisant 0,01 mM au-dessus des espèces interférentes lors de la mesure ampérométrique vers 0,1 mM de glucose. Comme le montre la figure 7a, aucune interférence grave n'est observée pour Lact., Sucr., Fruc. et UA. Les principales espèces interférentes AA ne présentent que 8,7% de courant d'interférence vers le glucose. De plus, la deuxième addition de 50 μM de glucose conserve encore environ (89 ± 0,2) % de sa réponse d'origine, ce qui indique d'excellentes performances anti-interférences. La sélectivité exceptionnelle pourrait être attribuée à l'effet répulsif électrostatique entre l'électrode NiO HPA et les espèces interférentes. L'électrode NiO HPA serait chargée négativement dans 0,1 M de NaOH car le pH de l'électrolyte est supérieur au point isoélectrique de NiO [34]. De plus, la principale espèce interférente (AA) perd facilement des protons en solution alcaline et possède une couche chargée négativement [35]. La répulsion électrostatique entre la coque de l'électrode interférente et NiO HPA conduit à une sélectivité améliorée. La stabilité de l'électrode NiO HPA a été estimée en mesurant ses réponses actuelles à 0,1 mM de glucose sur 30 jours. Sur la figure 7b, la réponse actuelle conserve encore 83,13 % de sa réponse initiale après 30 jours, révélant une excellente stabilité à long terme de l'électrode NiO HPA à température ambiante. La réponse actuelle de l'électrode NiO HPA vers 0,1 mM de glucose est stable sur une durée de fonctionnement de 2000 s avec une perte de 9,82 % de sa réponse d'origine. Les cinq électrodes NiO HPA préparées indépendamment présentent un RSD acceptable de 3,12 % pour les réponses de courant vers 0,1 mM de glucose à 0,6 V. De plus, les réponses de courant pour une même électrode NiO HPA vers 0,1 mM de glucose ont été mesurées dix fois et les réponses actuelles affichent un RSD de 2,36 %, démontrant une reproductibilité remarquable. L'électrode NiO HPA exprime une sensibilité élevée, une excellente stabilité et une reproductibilité remarquable, ce qui la rend attrayante pour les applications pratiques.

un La réponse actuelle de l'électrode NiO HPA à l'addition séquentielle de 50 μM de glucose et de 5 μM d'espèces interférentes à un potentiel appliqué de 0,6 V. L'encart contient les données statistiques du courant d'interférence. b Stabilité à long terme de l'électrode NiO HPA pour du glucose 0,1 mM. L'encart est la stabilité de l'électrode NiO HPA avec le temps de fonctionnement. c Réponses actuelles de cinq électrodes NiO HPA vers 0,1 mM de glucose. d Dix mesures d'une électrode NiO HPA vers 0,1 mM de glucose

Détection de glucose dans le sérum humain

Une électrode NiO HPA a ensuite été appliquée pour détecter le niveau de glucose dans le sang humain, et les résultats ont été comparés avec un équipement médical (tableau 2). Les échantillons de sérums ont été fournis par un hôpital local et dilués avec des électrolytes alcalins avant les mesures [36, 37]. Le courant de réponse mesuré à 0,6 V a été enregistré pour calculer la concentration de glucose correspondante selon l'équation de travail. L'électrode NiO HPA montre un RSD de 2,85% vers la détection du glucose. De plus, l'électrode NiO HPA présente une récupération accréditée entre 92 et 102%, démontrant une excellente praticabilité dans la détermination du glucose dans le sérum humain.

Conclusions

En résumé, nous avons fabriqué avec succès un électrocatalyseur NiO HPA pour le glucose grâce à une méthode CEP. Le NiO HPA offre une grande SSA, une structure de pores ordonnée et une courte voie de transfert électronique, qui sont bénéfiques pour la cinétique électrocatalytique. En tant qu'électrode de détection de glucose non enzymatique, NiO HPA présente une sensibilité plus élevée de 1323 μA mM ⁻¹ cm ⁻² et un LOD inférieur de 0,32 μM par rapport au NiO BHPA. En terme de sélectivité, moins de 8,7% d'interférences sont étudiées pour les espèces interférentes communes. Simultanément, l'électrode NiO HPA conserve 89,02 % de sa réponse d'origine après 30 jours. De plus, le NiO HPA conçu a été appliqué avec succès pour détecter le glucose dans le sérum humain. NiO HPA présente une stabilité et une praticabilité accréditées par rapport aux équipements médicaux. La conception de l'architecture poreuse creuse ouvre un moyen très efficace d'obtenir des électrocatalyseurs à faible coût et hautes performances pour le glucose.