תודה שביקרת ב-Nature.com.אתה משתמש בגרסת דפדפן עם תמיכת CSS מוגבלת.לקבלת החוויה הטובה ביותר, אנו ממליצים להשתמש בדפדפן מעודכן (או להשבית את מצב תאימות ב-Internet Explorer).בנוסף, כדי להבטיח תמיכה שוטפת, אנו מציגים את האתר ללא סגנונות ו-JavaScript.
חקרנו את ההשפעה של שטח פנים ספציפי על התכונות האלקטרוכימיות של NiCo2O4 (NCO) לזיהוי גלוקוז.ננו-חומרי NCO עם שטח פנים ספציפי מבוקר הופקו על ידי סינתזה הידרותרמית עם תוספים, וגם נוצרו ננו-מבנים בהרכבה עצמית עם קיפוד, מחט אורן, טרמלה ופרחים כמו מורפולוגיה.החידוש בשיטה זו טמון בשליטה שיטתית של נתיב התגובה הכימית על ידי הוספת תוספים שונים במהלך הסינתזה, מה שמוביל להיווצרות ספונטנית של מורפולוגיות שונות ללא הבדלים במבנה הגבישי ובמצב הכימי של היסודות המרכיבים.בקרה מורפולוגית זו של ננו-חומרי NCO מובילה לשינויים משמעותיים בביצועים האלקטרוכימיים של גילוי גלוקוז.בשילוב עם אפיון החומר, נדון הקשר בין שטח פנים ספציפי וביצועים אלקטרוכימיים לזיהוי גלוקוז.עבודה זו עשויה לספק תובנה מדעית לגבי כוונון שטח הפנים של ננו-מבנים הקובע את הפונקציונליות שלהם עבור יישומים פוטנציאליים בחיישני גלוקוז ביו.
רמות הגלוקוז בדם מספקות מידע חשוב על המצב המטבולי והפיזיולוגי של הגוף1,2.לדוגמה, רמות חריגות של גלוקוז בגוף יכולות להיות אינדיקטור חשוב לבעיות בריאות חמורות, כולל סוכרת, מחלות לב וכלי דם והשמנה3,4,5.לכן, מעקב קבוע אחר רמות הסוכר בדם חשוב מאוד לשמירה על הבריאות.למרות שדווחו סוגים שונים של חיישני גלוקוז המשתמשים בזיהוי פיזיקוכימי, רגישות נמוכה וזמני תגובה איטיים נותרו מחסומים למערכות ניטור רציפות של גלוקוז6,7,8.בנוסף, לחיישני גלוקוז אלקטרוכימיים פופולריים כיום המבוססים על תגובות אנזימטיות עדיין יש מגבלות מסוימות למרות היתרונות שלהם של תגובה מהירה, רגישות גבוהה והליכי ייצור פשוטים יחסית9,10.לכן, סוגים שונים של חיישנים אלקטרוכימיים לא אנזימטיים נחקרו בהרחבה כדי למנוע דנטורציה של אנזים תוך שמירה על היתרונות של חיישנים ביו-כימיים אלקטרוכימיים9,11,12,13.
לתרכובות מתכת מעבר (TMCs) יש פעילות קטליטית מספיק גבוהה ביחס לגלוקוז, מה שמרחיב את היקף היישום שלהן בחיישני גלוקוז אלקטרוכימיים13,14,15.עד כה הוצעו עיצובים רציונליים שונים ושיטות פשוטות לסינתזה של TMS כדי לשפר עוד יותר את הרגישות, הסלקטיביות והיציבות האלקטרוכימית של גילוי גלוקוז16,17,18.לדוגמה, תחמוצות מתכות מעבר חד-משמעיות כגון תחמוצת נחושת (CuO)11,19, תחמוצת אבץ (ZnO)20, תחמוצת ניקל (NiO)21,22, תחמוצת קובלט (Co3O4)23,24 ותחמוצת צריום (CeO2) 25 היא פעיל אלקטרוכימית ביחס לגלוקוז.ההתקדמות האחרונה בתחמוצות מתכות בינאריות כגון ניקל קובלטאט (NiCo2O4) לזיהוי גלוקוז הוכיחה השפעות סינרגיות נוספות במונחים של פעילות חשמלית מוגברת26,27,28,29,30.בפרט, בקרת קומפוזיציה ומורפולוגיה מדויקת ליצירת TMS עם ננו-מבנים שונים יכולים להגביר ביעילות את רגישות הזיהוי בשל שטח הפנים הגדול שלהם, לכן מומלץ מאוד לפתח TMS מבוקר מורפולוגיה לשיפור זיהוי הגלוקוז20,25,30,31,32, 33.34, 35.
כאן אנו מדווחים על ננו-חומרים NiCo2O4 (NCO) עם מורפולוגיות שונות לזיהוי גלוקוז.ננו-חומרי NCO מתקבלים בשיטה הידרותרמית פשוטה תוך שימוש בתוספים שונים, תוספים כימיים הם אחד מגורמי המפתח בהרכבה עצמית של ננו-מבנים של מורפולוגיות שונות.חקרנו באופן שיטתי את ההשפעה של מש"קים עם מורפולוגיות שונות על הביצועים האלקטרוכימיים שלהם לזיהוי גלוקוז, כולל רגישות, סלקטיביות, גבול זיהוי נמוך ויציבות לטווח ארוך.
סיננתזנו ננו-חומרי NCO (בקיצור UNCO, PNCO, TNCO ו- FNCO בהתאמה) עם מבנים מיקרוניים הדומים לקיפודי ים, מחטי אורן, טרמלה ופרחים.איור 1 מציג את המורפולוגיות השונות של UNCO, PNCO, TNCO ו- FNCO.תמונות SEM ותמונות EDS הראו כי Ni, Co ו-O הופצו באופן שווה בננו-חומרי ה-NCO, כפי שמוצג באיורים 1 ו-2. S1 ו-S2, בהתאמה.על איור.2a,b מציגים תמונות TEM מייצגות של ננו-חומרי NCO עם מורפולוגיה מובהקת.UNCO היא מיקרוספרה בהרכבה עצמית (קוטר: ~5 מיקרומטר) המורכבת מננו-חוטים עם ננו-חלקיקים NCO (גודל חלקיקים ממוצע: 20 ננומטר).מבנה מיקרו ייחודי זה צפוי לספק שטח פנים גדול כדי להקל על דיפוזיה של אלקטרוליטים והובלת אלקטרונים.התוספת של NH4F ואוריאה במהלך הסינתזה הביאה למיקרו-מבנה עבה יותר (PNCO) באורך 3 מיקרומטר וברוחב של 60 ננומטר, המורכב מננו-חלקיקים גדולים יותר.התוספת של HMT במקום NH4F גורמת למורפולוגיה דמוית טרמלו (TNCO) עם ננו-סדינים מקומטים.ההחדרה של NH4F ו-HMT במהלך הסינתזה מובילה להצטברות של גליונות ננו מקומטים סמוכים, וכתוצאה מכך נוצרת מורפולוגיה דמוית פרח (FNCO).תמונת HREM (איור 2c) מציגה פסי סורג ברורים עם מרווחים בין-מישוריים של 0.473, 0.278, 0.50 ו-0.237 ננומטר, המקבילים למישורי (111), (220), (311) ו-(222) NiCo2O4, s s 27 .דפוס דיפרקציית אלקטרונים בשטח נבחר (SAED) של ננו-חומרי NCO (מוכנס באיור 2b) אישר גם את הטבע הפולי-גבישי של NiCo2O4.התוצאות של הדמיה כהה טבעתית בזווית גבוהה (HAADF) ומיפוי EDS מראות שכל האלמנטים מפוזרים באופן שווה בננו-חומר ה-NCO, כפי שמוצג באיור 2d.
המחשה סכמטית של תהליך היווצרות ננו-מבנים NiCo2O4 עם מורפולוגיה מבוקרת.מוצגות גם תמונות סכמטיות ו-SEM של ננו-מבנים שונים.
אפיון מורפולוגי ומבני של ננו-חומרים של NCO: (א) תמונת TEM, (ב) תמונת TEM יחד עם דפוס SAED, (ג) תמונת HRTEM שנפתרה בגרימת ותמונות HADDF מתאימות של Ni, Co ו-O ב-(ד) ננו-חומרי NCO..
דפוסי עקיפה של קרני רנטגן של ננו-חומרי NCO של מורפולוגיות שונות מוצגות באיורים.3א.שיאי העקיפה ב-18.9, 31.1, 36.6, 44.6, 59.1 ו-64.9 מעלות מציינים את המישורים (111), (220), (311), (400), (511) ו-(440) NiCo2O4, בהתאמה, שיש להם מעוקב מבנה ספינל (JCPDS מס' 20-0781) 36. ספקטרום FT-IR של ננו-חומרי ה-NCO מוצגים באיורים.3ב.שתי רצועות רטט חזקות באזור שבין 555 ל-669 ס"מ-1 תואמות לחמצן מתכתי (Ni ו-Co) הנמשך מהמיקום הטטרהדרלי והאוקטהדרלי של הספינל NiCo2O437, בהתאמה.כדי להבין טוב יותר את המאפיינים המבניים של ננו-חומרי NCO, התקבלו ספקטרות ראמאן כפי שמוצג באיור 3c.ארבעת הפסגות שנצפו ב-180, 459, 503 ו-642 ס"מ-1 תואמות את מצבי ה-Raman F2g, E2g, F2g ו-A1g של הספינל NiCo2O4, בהתאמה.מדידות XPS בוצעו כדי לקבוע את המצב הכימי של פני השטח של יסודות בננו-חומרי NCO.על איור.3D מציג את ספקטרום XPS של UNCO.לספקטרום של Ni 2p יש שני שיאים עיקריים הממוקמים באנרגיות קישור של 854.8 ו-872.3 eV, המקבילים ל-Ni 2p3/2 ו-Ni 2p1/2, ושני לוויינים רטט ב-860.6 ו-879.1 eV, בהתאמה.זה מצביע על קיומם של מצבי חמצון Ni2+ ו- Ni3+ ב-NCO.שיאים סביב 855.9 ו-873.4 eV הם עבור Ni3+, ושיאים סביב 854.2 ו-871.6 eV הם עבור Ni2+.באופן דומה, ספקטרום ה-Co2p של שני כפולות ספין-מסלול חושף שיאים אופייניים ל-Co2+ ו-Co3+ ב-780.4 (Co 2p3/2) ו-795.7 eV (Co 2p1/2).פסגות ב-796.0 ו-780.3 eV תואמות ל-Co2+, ושיאים ב-794.4 ו-779.3 eV תואמים ל-Co3+.יש לציין שהמצב הרב-ערכי של יוני מתכת (Ni2+/Ni3+ ו-Co2+/Co3+) ב-NiCo2O4 מקדם עלייה בפעילות האלקטרוכימית37,38.ספקטרום Ni2p ו-Co2p עבור UNCO, PNCO, TNCO ו-FNCO הראו תוצאות דומות, כפי שמוצג באיור.S3.בנוסף, ספקטרום ה-O1s של כל ננו-חומרי ה-NCO (איור S4) הראו שני פסגות ב-592.4 ו-531.2 eV, אשר היו קשורים לקשרי מתכת-חמצן וחמצן טיפוסיים בקבוצות ההידרוקסיל של פני השטח של NCO, בהתאמה39.למרות שהמבנים של ננו-חומרי ה-NCO דומים, ההבדלים המורפולוגיים בתוספים מצביעים על כך שכל תוסף עשוי להשתתף באופן שונה בתגובות הכימיות ליצירת NCO.זה שולט על שלבי הגרעין וגדילת הגרעינים הטובים מבחינה אנרגטית, ובכך שולט בגודל החלקיקים ובמידת הצבירה.לפיכך, ניתן להשתמש בבקרה של פרמטרים שונים של תהליך, לרבות תוספים, זמן תגובה וטמפרטורה במהלך הסינתזה, לתכנון המיקרו-מבנה ולשיפור הביצועים האלקטרוכימיים של ננו-חומרי NCO לזיהוי גלוקוז.
(א) דפוסי עקיפה של קרני רנטגן, (ב) FTIR ו-(ג) ספקטרום ראמאן של ננו-חומרי NCO, (ד) ספקטרום XPS של Ni 2p ו-Co 2p מ-UNCO.
המורפולוגיה של ננו-חומרי ה-NCO המותאמים קשורה קשר הדוק להיווצרות השלבים הראשוניים המתקבלים מתוספים שונים המתוארים באיור S5.בנוסף, ספקטרום רנטגן ורמאן של דגימות טריות שהוכנו (איורים S6 ו-S7a) הראו שהמעורבות של תוספים כימיים שונים הביאה להבדלים קריסטלוגרפיים: הידרוקסידים קרבונטיים Ni ו-Co נצפו בעיקר בקיפודי ים ובמבנה מחטי אורן, בעוד שכמו מבנים בצורת טרמלה ופרח מעידים על נוכחות של הידרוקסידים של ניקל וקובלט.ספקטרום FT-IR ו-XPS של הדגימות המוכנות מוצגות באיורים 1 ו-2. S7b-S9 מספקים גם ראיות ברורות להבדלים הקריסטלוגרפיים שהוזכרו לעיל.מתכונות החומר של הדגימות המוכנות, מתברר כי תוספים מעורבים בתגובות הידרותרמיות ומספקים מסלולי תגובה שונים להשגת שלבים ראשוניים עם מורפולוגיות שונות40,41,42.ההרכבה העצמית של מורפולוגיות שונות, המורכבות מננו-חוטים חד-ממדיים (1D) וננו-גליונות דו-מימדיים (2D), מוסברת על ידי המצב הכימי השונה של השלבים ההתחלתיים (יוני Ni ו-Co, כמו גם קבוצות פונקציונליות), ואחריו צמיחת גבישים42, 43, 44, 45, 46, 47. במהלך עיבוד פוסט-תרמי, השלבים ההתחלתיים השונים מומרים לספינל NCO תוך שמירה על המורפולוגיה הייחודית שלהם, כפי שמוצג באיורים 1 ו-2. 2 ו-3a.
הבדלים מורפולוגיים בננו-חומרי NCO יכולים להשפיע על שטח הפנים הפעיל מבחינה אלקטרוכימית לזיהוי גלוקוז, ובכך לקבוע את המאפיינים האלקטרוכימיים הכוללים של חיישן הגלוקוז.נעשה שימוש באיזותרם ספיחה-פיזור N2 BET כדי להעריך את גודל הנקבוביות ושטח הפנים הספציפי של ננו-חומרי ה-NCO.על איור.4 מציג איזותרמיות BET של ננו-חומרים שונים של NCO.שטח הפנים הספציפי של BET עבור UNCO, PNCO, TNCO ו- FNCO נאמד ב-45.303, 43.304, 38.861 ו-27.260 m2/g, בהתאמה.ל-UNCO יש את שטח הפנים ה-BET הגבוה ביותר (45.303 m2 g-1) ואת נפח הנקבוביות הגדול ביותר (0.2849 cm3 g-1), ופיזור גודל הנקבוביות צר.תוצאות ה-BET עבור ננו-חומרי ה-NCO מוצגות בטבלה 1. עקומות ספיחה-ספיחה של N2 היו דומות מאוד ללולאות היסטרזה איזותרמיות מסוג IV, מה שמצביע על כך שלכל הדגימות היה מבנה מזופורי48.UNCOs מזופוריים עם שטח הפנים הגבוה ביותר ונפח הנקבוביות הגבוה ביותר צפויים לספק אתרים פעילים רבים לתגובות חיזור, מה שיוביל לשיפור הביצועים האלקטרוכימיים.
תוצאות BET עבור (א) UNCO, (ב) PNCO, (ג) TNCO ו-(ד) FNCO.התוספת מציגה את התפלגות גודל הנקבוביות המתאימה.
תגובות החיזור האלקטרוכימיות של ננו-חומרי NCO עם מורפולוגיות שונות לזיהוי גלוקוז הוערכו באמצעות מדידות CV.על איור.5 מציג עקומות CV של ננו-חומרי NCO באלקטרוליט אלקליין 0.1 M NaOH עם ובלי 5 mM גלוקוז בקצב סריקה של 50 mVs-1.בהיעדר גלוקוז, נצפו שיאי חיזור ב-0.50 ו-0.35 V, התואמים לחמצון הקשור ל-M–O (M: Ni2+, Co2+) ו-M*-O-OH (M*: Ni3+, Co3+).באמצעות אניון OH.לאחר הוספה של 5 מ"מ גלוקוז, תגובת החיזור על פני השטח של ננו-חומרי ה-NCO עלתה משמעותית, מה שעשוי להיות בגלל חמצון של גלוקוז לגלוקונולקטון.איור S10 מציג את שיא זרמי החיזור בקצבי סריקה של 5-100 mV s-1 בתמיסת 0.1 M NaOH.ברור שזרם החיזור שיא גדל עם הגדלת קצב הסריקה, מה שמצביע על כך שלננו-חומרים NCO יש התנהגות אלקטרוכימית מבוקרת דיפוזיה דומה50,51.כפי שמוצג באיור S11, שטח הפנים האלקטרוכימי (ECSA) של UNCO, PNCO, TNCO ו- FNCO מוערך ב-2.15, 1.47, 1.2 ו-1.03 סמ"ר, בהתאמה.זה מצביע על כך ש-UNCO שימושי לתהליך האלקטרוקטליטי, ומקל על זיהוי גלוקוז.
עקומות קורות חיים של (א) UNCO, (ב) PNCO, (ג) TNCO ו-(ד) אלקטרודות FNCO ללא גלוקוז ובתוספת של 5 mM גלוקוז בקצב סריקה של 50 mVs-1.
הביצועים האלקטרוכימיים של ננו-חומרי NCO לגילוי גלוקוז נחקרו והתוצאות מוצגות באיור 6. רגישות לגלוקוז נקבעה בשיטת CA על ידי הוספה שלב של ריכוזים שונים של גלוקוז (0.01-6 mM) בתמיסת 0.1 M NaOH ב-0.5 V עם מרווח של 60 שניות.כפי שמוצג באיור.6a-d, ננו-חומרי NCO מראים רגישויות שונות הנעות בין 84.72 ל-116.33 µA mM-1 cm-2 עם מקדמי מתאם גבוהים (R2) מ-0.99 עד 0.993.עקומת הכיול בין ריכוז הגלוקוז לתגובה הנוכחית של ננו-חומרי NCO מוצגת באיור.S12.גבולות הגילוי המחושבים (LOD) של ננו-חומרי NCO היו בטווח של 0.0623-0.0783 מיקרומטר.על פי תוצאות בדיקת CA, UNCO הראה את הרגישות הגבוהה ביותר (116.33 μA mM-1 cm-2) בטווח זיהוי רחב.ניתן להסביר זאת על ידי מורפולוגיה ייחודית דמוית קיפוד ים, המורכבת ממבנה מזופורי עם שטח פנים ספציפי גדול המספק אתרים פעילים רבים יותר למיני גלוקוז.הביצועים האלקטרוכימיים של ננו-חומרי ה-NCO המוצגים בטבלה S1 מאשרים את הביצועים המצוינים של זיהוי גלוקוז אלקטרוכימיים של ננו-חומרי ה-NCO שהוכנו במחקר זה.
תגובות CA של אלקטרודות UNCO (a), PNCO (b), TNCO (c) ו-FNCO (d) עם גלוקוז שהתווסף לתמיסת 0.1 M NaOH ב-0.50 V. המשקעים מציגים עקומות כיול של תגובות זרם של ננו-חומרי NCO: (ה ) תגובות KA של UNCO, (f) PNCO, (g) TNCO, ו-(ח) FNCO עם תוספת שלב של 1 מ"מ גלוקוז ו-0.1 מ"מ חומרים מפריעים (LA, DA, AA ו-UA).
יכולת אנטי-הפרעות של גילוי גלוקוז היא גורם חשוב נוסף בזיהוי סלקטיבי ורגיש של גלוקוז על ידי תרכובות מפריעות.על איור.6e–h מציגים את יכולת האנטי-הפרעות של ננו-חומרי NCO בתמיסת 0.1 M NaOH.מולקולות מפריעות נפוצות כגון LA, DA, AA ו-UA נבחרות ומתווספות לאלקטרוליט.התגובה הנוכחית של ננו-חומרי NCO לגלוקוז ברורה.עם זאת, התגובה הנוכחית ל-UA, DA, AA ו-LA לא השתנתה, מה שאומר שננו-חומרי ה-NCO הראו סלקטיביות מצוינת לזיהוי גלוקוז ללא קשר להבדלים המורפולוגיים שלהם.איור S13 מציג את היציבות של ננו-חומרי NCO שנבדקו על ידי תגובת CA ב-0.1 M NaOH, כאשר 1 מM גלוקוז נוספה לאלקטרוליט למשך זמן רב (80,000 שניות).התגובות הנוכחיות של UNCO, PNCO, TNCO ו-FNCO היו 98.6%, 97.5%, 98.4% ו-96.8%, בהתאמה, מהזרם ההתחלתי עם תוספת של 1 mM גלוקוז נוסף לאחר 80,000 שניות.כל הננו-חומרים של NCO מציגים תגובות חיזור יציבות עם מיני גלוקוז לאורך תקופה ארוכה.בפרט, אות הזרם של UNCO לא רק שמר על 97.1% מהזרם ההתחלתי שלו, אלא גם שמר על תכונות המורפולוגיה והקשר הכימי שלו לאחר בדיקת יציבות סביבתית ארוכת טווח של 7 ימים (איורים S14 ו-S15a).בנוסף, נבדקו יכולת השחזור והשחזור של UNCO כפי שמוצג באיור S15b, c.סטיית התקן היחסית (RSD) המחושבת של יכולת השחזור והחזרה הייתה 2.42% ו-2.14%, בהתאמה, מה שמצביע על יישומים פוטנציאליים כחיישן גלוקוז בדרגה תעשייתית.זה מצביע על היציבות המבנית והכימית המעולה של UNCO בתנאי חמצון לזיהוי גלוקוז.
ברור שהביצועים האלקטרוכימיים של ננו-חומרי NCO לזיהוי גלוקוז קשורים בעיקר ליתרונות המבניים של השלב הראשוני שהוכן בשיטה ההידרותרמית עם תוספים (איור S16).לשטח הפנים הגבוה של UNCO יש יותר אתרים אלקטרואקטיביים מאשר ננו-מבנים אחרים, מה שעוזר לשפר את תגובת החיזור בין החומרים הפעילים לחלקיקי הגלוקוז.המבנה המזופורי של UNCO יכול בקלות לחשוף יותר אתרי Ni ו-Co לאלקטרוליט כדי לזהות גלוקוז, וכתוצאה מכך תגובה אלקטרוכימית מהירה.ננו-חוטים חד-ממדיים ב-UNCO יכולים להגביר עוד יותר את קצב הדיפוזיה על ידי מתן נתיבי הובלה קצרים יותר ליונים ואלקטרונים.בגלל התכונות המבניות הייחודיות שהוזכרו לעיל, הביצועים האלקטרוכימיים של UNCO לזיהוי גלוקוז עדיפים על אלו של PNCO, TNCO ו- FNCO.זה מצביע על כך שהמורפולוגיה הייחודית של UNCO עם שטח הפנים וגודל הנקבוביות הגבוהים ביותר יכולה לספק ביצועים אלקטרוכימיים מצוינים לזיהוי גלוקוז.
נחקרה ההשפעה של שטח פנים ספציפי על המאפיינים האלקטרוכימיים של ננו-חומרי NCO.ננו-חומרי NCO בעלי שטח פנים ספציפי שונה התקבלו בשיטה הידרותרמית פשוטה ותוספים שונים.תוספים שונים במהלך הסינתזה נכנסים לתגובות כימיות שונות ויוצרים שלבים ראשוניים שונים.זה הוביל להרכבה עצמית של ננו-מבנים שונים עם מורפולוגיות דומות לקיפוד, מחט האורן, הטרמלה והפרח.לאחר חימום לאחר מכן מוביל למצב כימי דומה של ננו-חומרי NCO הגבישיים עם מבנה ספינל תוך שמירה על המורפולוגיה הייחודית שלהם.בהתאם לשטח הפנים של מורפולוגיה שונה, הביצועים האלקטרוכימיים של ננו-חומרי NCO לזיהוי גלוקוז שופרו מאוד.בפרט, הרגישות לגלוקוז של ננו-חומרי NCO עם מורפולוגיה של קיפודי ים עלתה ל-116.33 µA mM-1 cm-2 עם מקדם מתאם גבוה (R2) של 0.99 בטווח הליניארי של 0.01-6 mM.עבודה זו עשויה לספק בסיס מדעי להנדסה מורפולוגית כדי להתאים שטח פנים ספציפי ולשפר עוד יותר את הביצועים האלקטרוכימיים של יישומי ביו-חיישן שאינם אנזימטיים.
Ni(NO3)2 6H2O, Co(NO3)2 6H2O, אוריאה, הקסמתילנטטרמין (HMT), אמוניום פלואוריד (NH4F), נתרן הידרוקסיד (NaOH), d-(+)-גלוקוז, חומצת חלב (LA), דופמין הידרוכלוריד ( DA), L-ascorbic acid (AA) וחומצת שתן (UA) נרכשו מסיגמא-אלדריץ'.כל הריאגנטים ששימשו היו בדרגה אנליטית והשתמשו בהם ללא טיהור נוסף.
NiCo2O4 סונתז בשיטה הידרותרמית פשוטה ולאחר מכן טיפול בחום.בקצרה: 1 ממול של ניטראט ניקל (Ni(NO3)2∙6H2O) ו-2 ממול של חנקתי קובלט (Co(NO3)2∙6H2O) הומסו ב-30 מ"ל מים מזוקקים.על מנת לשלוט במורפולוגיה של NiCo2O4, תוספים כגון אוריאה, אמוניום פלואוריד והקסמתילנטטרמין (HMT) נוספו באופן סלקטיבי לתמיסה הנ"ל.לאחר מכן הועברה כל התערובת לאוטוקלאב מרופד בטפלון של 50 מ"ל והועברה לתגובה הידרותרמית בתנור הסעה ב-120 מעלות צלזיוס למשך 6 שעות.לאחר קירור טבעי לטמפרטורת החדר, המשקע שהתקבל בוצע בצנטריפוגה ונשטף מספר פעמים עם מים מזוקקים ואתנול, ולאחר מכן יובש במשך הלילה ב-60 מעלות צלזיוס.לאחר מכן, דגימות שהוכנו טריות סולחנו ב-400 מעלות צלזיוס למשך 4 שעות באווירה הסביבה.פרטי הניסויים מפורטים בטבלת המידע המשלים S2.
ניתוח עקיפה של קרני רנטגן (XRD, X'Pert-Pro MPD; PANalytical) בוצע באמצעות קרינת Cu-Kα (λ = 0.15418 ננומטר) ב-40 kV ו-30 mA כדי לחקור את המאפיינים המבניים של כל ננו-חומרי ה-NCO.דפוסי עקיפה נרשמו בטווח הזוויות 2θ 10-80° עם צעד של 0.05°.מורפולוגיה ומיקרו-מבנה פני השטח נבדקו באמצעות מיקרוסקופיה אלקטרונית סורקת פליטת שדה (FESEM; Nova SEM 200, FEI) ומיקרוסקופיה סורקת תמסורת אלקטרונית (STEM; TALOS F200X, FEI) עם ספקטרוסקופיה של אנרגיה מפזרת רנטגן (EDS).מצבי הערכיות של פני השטח נותחו באמצעות ספקטרוסקופיה פוטואלקטרון-רנטגן (XPS; PHI 5000 Versa Probe II, ULVAC PHI) באמצעות קרינת Al Kα (hν = 1486.6 eV).אנרגיות הקישור כיוולו באמצעות שיא C 1 s ב-284.6 eV כהתייחסות.לאחר הכנת הדגימות על חלקיקי KBr, ספקטרום פורייה אינפרא אדום (FT-IR) תועדו בטווח מספרי הגל 1500-400 ס"מ-1 בספקטרומטר Jasco-FTIR-6300.ספקטרום ראמאן התקבלו גם באמצעות ספקטרומטר ראמאן (Horiba Co., יפן) עם לייזר He-Ne (632.8 ננומטר) כמקור העירור.Brunauer-Emmett-Teller (BET; BELSORP mini II, MicrotracBEL, Corp.) השתמשה בנתח BELSORP mini II (MicrotracBEL Corp.) כדי למדוד איזותרמיות ספיחה-פירוק N2 בטמפרטורה נמוכה כדי להעריך שטח פנים ספציפי וחלוקת גודל הנקבוביות.
כל המדידות האלקטרוכימיות, כגון וולטמטריה מחזורית (CV) וכרונואמפרומטריה (CA), בוצעו על פוטנטיוסטט PGSTAT302N (Metrohm-Autolab) בטמפרטורת החדר באמצעות מערכת שלוש אלקטרודות בתמיסה מימית של 0.1 M NaOH.אלקטרודה עובדת המבוססת על אלקטרודת פחמן זגוגית (GC), אלקטרודת Ag/AgCl וצלחת פלטינה שימשו כאלקטרודת העבודה, אלקטרודת הייחוס ואלקטרודת הנגד, בהתאמה.קורות חיים נרשמו בין 0 ל-0.6 וולט בקצבי סריקה שונים של 5-100 mV s-1.כדי למדוד ECSA, CV בוצע בטווח של 0.1-0.2 V בקצבי סריקה שונים (5-100 mV s-1).רכשו את תגובת ה-CA של הדגימה עבור גלוקוז ב-0.5 V תוך ערבוב.כדי למדוד רגישות וסלקטיביות, השתמש ב-0.01-6 מ"מ גלוקוז, 0.1 מ"מ LA, DA, AA ו-UA ב-0.1 מ"ל NaOH.יכולת השחזור של UNCO נבדקה באמצעות שלוש אלקטרודות שונות בתוספת של 5 מ"מ גלוקוז בתנאים אופטימליים.יכולת החזרה נבדקה גם על ידי ביצוע שלוש מדידות עם אלקטרודת UNCO אחת בתוך 6 שעות.
כל הנתונים שנוצרו או נותחו במחקר זה נכללים במאמר שפורסם (ובקובץ המידע המשלים שלו).
Mergenthaler, P., Lindauer, U., Dienel, GA & Meisel, A. Sugar for the brain: תפקידו של גלוקוז בתפקוד המוח הפיזיולוגי והפתולוגי. Mergenthaler, P., Lindauer, U., Dienel, GA & Meisel, A. Sugar for the brain: תפקידו של גלוקוז בתפקוד המוח הפיזיולוגי והפתולוגי.Mergenthaler, P., Lindauer, W., Dinel, GA and Meisel, A. Sugar for the brain: תפקידו של גלוקוז בתפקוד המוח הפיזיולוגי והפתולוגי.Mergenthaler P., Lindauer W., Dinel GA ו- Meisel A. גלוקוז במוח: תפקידו של גלוקוז בתפקודי מוח פיזיולוגיים ופתולוגיים.מגמות בנוירולוגיה.36, 587–597 (2013).
Gerich, JE, Meyer, C., Woerle, HJ & Stumvoll, M. Gluconeogenesis של הכליה: חשיבותו בהומאוסטזיס של גלוקוז אנושי. Gerich, JE, Meyer, C., Woerle, HJ & Stumvoll, M. Gluconeogenesis של הכליה: חשיבותו בהומאוסטזיס של גלוקוז אנושי.Gerich, JE, Meyer, K., Wörle, HJ and Stamwall, M. Renal gluconeogenesis: חשיבותו בהומאוסטזיס של גלוקוז באדם. 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: חשיבותו בגוף האדם.Gerich, JE, Meyer, K., Wörle, HJ and Stamwall, M. Renal gluconeogenesis: חשיבותו בהומאוסטזיס של גלוקוז בבני אדם.Diabetes Care 24, 382–391 (2001).
Kharroubi, AT & Darwish, HM סוכרת: מגפת המאה. Kharroubi, AT & Darwish, HM סוכרת: מגפת המאה.Harroubi, AT ו-Darvish, HM סוכרת: מגפת המאה.Harrubi AT ו-Darvish HM סוכרת: המגיפה של המאה הזו.World J. Diabetes.6, 850 (2015).
בראד, KM et al.שכיחות סוכרת אצל מבוגרים לפי סוג סוכרת - ארה"ב.שׁוֹדֵד.Mortal Weekly 67, 359 (2018).
Jensen, MH et al.ניטור גלוקוז רציף מקצועי בסוכרת מסוג 1: זיהוי רטרוספקטיבי של היפוגליקמיה.י. מדע הסוכרת.טֶכנוֹלוֹגִיָה.7, 135–143 (2013).
Witkowska Nery, E., Kundys, M., Jeleń, PS & Jönsson-Niedziółka, M. חישת גלוקוז אלקטרוכימית: האם יש עדיין מקום לשיפור? Witkowska Nery, E., Kundys, M., Jeleń, PS & Jönsson-Niedziółka, M. חישת גלוקוז אלקטרוכימית: האם יש עדיין מקום לשיפור?Witkowska Neri, E., Kundis, M., Eleni, PS and Jonsson-Nedzulka, M. קביעה אלקטרוכימית של רמות גלוקוז: האם יש עדיין הזדמנויות לשיפור? 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 and Jonsson-Nedzulka, M. קביעה אלקטרוכימית של רמות גלוקוז: האם יש הזדמנויות לשיפור?פי הטבעת כימית.11271–11282 (2016).
Jernelv, IL et al.סקירת שיטות אופטיות לניטור גלוקוז מתמשך.החל ספקטרום.54, 543–572 (2019).
Park, S., Boo, H. & Chung, TD חיישני גלוקוז אלקטרוכימיים שאינם אנזימטיים. Park, S., Boo, H. & Chung, TD חיישני גלוקוז אלקטרוכימיים שאינם אנזימטיים.Park S., Bu H. ו-Chang TD חיישני גלוקוז אלקטרוכימיים שאינם אנזימטיים.Park S., Bu H. ו-Chang TD חיישני גלוקוז אלקטרוכימיים שאינם אנזימטיים.פִּי הַטַבַּעַת.צ'ים.מגזין.556, 46–57 (2006).
Harris, JM, Reyes, C. & Lopez, GP סיבות נפוצות לאי יציבות גלוקוז אוקסידאז בחישה ביולוגית in vivo: סקירה קצרה. Harris, JM, Reyes, C. & Lopez, GP סיבות נפוצות לאי יציבות גלוקוז אוקסידאז בחישה ביולוגית in vivo: סקירה קצרה.Harris JM, Reyes S., and Lopez GP סיבות נפוצות לאי יציבות גלוקוז אוקסידאז במבחן ביו-חיישן in vivo: סקירה קצרה. 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：简要回顾。 Harris, JM, Reyes, C. & Lopez, GPHarris JM, Reyes S., and Lopez GP סיבות נפוצות לאי יציבות גלוקוז אוקסידאז במבחן ביו-חיישן in vivo: סקירה קצרה.י. מדע הסוכרת.טֶכנוֹלוֹגִיָה.7, 1030–1038 (2013).
Diouf, A., Bouchikhi, B. & El Bari, N. חיישן גלוקוז אלקטרוכימי לא אנזימטי המבוסס על פולימר מוטבע מולקולרית ויישומו במדידת גלוקוז ברוק. Diouf, A., Bouchikhi, B. & El Bari, N. חיישן גלוקוז אלקטרוכימי לא אנזימטי המבוסס על פולימר מוטבע מולקולרית ויישומו במדידת גלוקוז ברוק.Diouf A., Bouchihi B. and El Bari N. חיישן גלוקוז אלקטרוכימי לא אנזימטי המבוסס על פולימר מוטבע מולקולרית ויישומו למדידת רמת הגלוקוז ברוק. Diouf, A., Bouchikhi, B. & El Bari, N.应用. Diouf, A., Bouchikhi, B. & El Bari, N. חיישן גלוקוז אלקטרוכימי שאינו אנזים המבוסס על פולימר החתמה מולקולרית ויישומו במדידת גלוקוז ברוק.Diouf A., Bouchihi B. and El Bari N. חיישני גלוקוז אלקטרוכימיים לא אנזימטיים המבוססים על פולימרים מוטבעים מולקולרית ויישומם למדידת רמת הגלוקוז ברוק.פרויקט מדעי עלמא ס' 98, 1196–1209 (2019).
ג'אנג, יו ועוד.זיהוי גלוקוז רגיש וסלקטיבי שאינו אנזימטי המבוסס על ננו-חוטי CuO.Sens. Actuators B Chem., 191, 86–93 (2014).
Mu, Y., Jia, D., He, Y., Miao, Y. & Wu, HL חיישני גלוקוז לא אנזימטיים שעברו שינויים בננו ניקל אוקסיד עם רגישות מוגברת באמצעות אסטרטגיית תהליך אלקטרוכימי בפוטנציאל גבוה. Mu, Y., Jia, D., He, Y., Miao, Y. & Wu, HL חיישני גלוקוז לא אנזימטיים שעברו שינויים בננו ניקל אוקסיד עם רגישות מוגברת באמצעות אסטרטגיית תהליך אלקטרוכימי בפוטנציאל גבוה. Mu, Y., Jia, D., He, Y., Miao, Y. & Wu, HL. ю благодаря стратегии электрохимического процесса при высоком потенциале. Mu, Y., Jia, D., He, Y., Miao, Y. & Wu, HL חיישני גלוקוז לא אנזימטיים ששונו עם ננואוקסיד ניקל עם רגישות מוגברת באמצעות אסטרטגיית תהליך אלקטרוכימי בעל פוטנציאל גבוה. Mu, Y., Jia, D., He, Y., Miao, Y. & Wu, HL.了灵敏度. Mu, Y., Jia, D., He, Y., Miao, Y. & Wu, HL שינוי ננו-אוקסיד ניקל 非酶节能糖节糖合物，可以高电位手有高电位手有高电位手敏我序 טכנולוגיה לשיפור אסטרטגיית הטכנולוגיה האלקטרוכימית。 Mu, Y., Jia, D., He, Y., Miao, Y. & Wu, HL. Nano-NiO потенциальной стратегии электрохимического процесса. Mu, Y., Jia, D., He, Y., Miao, Y. & Wu, HL חיישן גלוקוז לא אנזימטי שונה עם ננו-NiO עם רגישות מוגברת על ידי אסטרטגיית תהליך אלקטרוכימי בעל פוטנציאל גבוה.חיישן ביולוגי.ביו-אלקטרוניקה.26, 2948–2952 (2011).
Shamsipur, M., Najafi, M. & Hosseini, MRM אלקטרואוקסידציה משופרת מאוד של גלוקוז באלקטרודת פחמן זגוגית שעברה תחמוצת ניקל (II) / ננו-צינורית פחמן רב-קירות. Shamsipur, M., Najafi, M. & Hosseini, MRM אלקטרואוקסידציה משופרת מאוד של גלוקוז באלקטרודת פחמן זגוגית שעברה תחמוצת ניקל (II) / ננו-צינורית פחמן רב-קירות.Shamsipur, M., Najafi, M. and Hosseini, MRM אלקטרואוקסידציה משופרת מאוד של גלוקוז על אלקטרודת פחמן מזכוכית ששונתה עם תחמוצת ניקל(II)/ננו-צינורות פחמן רב-קירות.Shamsipoor, M., Najafi, M., and Hosseini, MRM אלקטרואוקסידציה משופרת מאוד של גלוקוז על אלקטרודות פחמן זגוגיות ששונו עם ננו-צינורות פחמן מסוג ניקל(II) או פחמן רב-שכבתי.ביו-אלקטרוכימיה 77, 120–124 (2010).
Veeramani, V. et al.ננו מרוכב של פחמן נקבובי וניקל אוקסיד עם תכולה גבוהה של הטרואטומים כחיישן רגישות גבוהה נטול אנזים לזיהוי גלוקוז.Sens. Actuators B Chem.221, 1384–1390 (2015).
Marco, JF et al.אפיון ניקל קובלטאט NiCo2O4 המתקבל בשיטות שונות: XRD, XANES, EXAFS ו-XPS.J. כימיה של מצב מוצק.153, 74–81 (2000).
Zhang, J., Sun, Y., Li, X. & Xu, J. ייצור של ננו-חגורת NiCo2O4 על ידי שיטת משקעים משותפים כימיים ליישום חיישן אלקטרוכימי לא אנזימטי של גלוקוז. Zhang, J., Sun, Y., Li, X. & Xu, J. ייצור של ננו-חגורת NiCo2O4 על ידי שיטת משקעים משותפים כימיים ליישום חיישן אלקטרוכימי לא אנזימטי של גלוקוז. Zhang, J., Sun, Y., Li, X. & Xu, J го сенсора глюкозы. Zhang, J., Sun, Y., Li, X. & Xu, J. ייצור של ננו-חגורת NiCo2O4 על ידי שיטת השקיעה כימית ליישום חיישן גלוקוז אלקטרוכימי לא אנזימטי. Zhang, J., Sun, Y., Li, X. & Xu, J. Zhang, J., Sun, Y., Li, X. & Xu, J. דרך הכימיה 共沉激法光容NiCo2O4 nano如这些非话能生能糖系统甽影电彆影电彆影电彆Zhang, J., Sun, Y., Li, X. ו-Xu, J. הכנת סרטי ננו של NiCo2O4 בשיטת משקעים כימית ליישום חיישן אלקטרוכימי לא אנזימטי של גלוקוז.J. מפרקים של סגסוגות.831, 154796 (2020).
Saraf, M., Natarajan, K. & Mobin, SM ננורודים נקבוביים רב-תכליתיים של NiCo2O4: זיהוי גלוקוז רגיש ללא אנזימים ומאפייני קבל-על עם חקירות ספקטרוסקופיות עכבה. Saraf, M., Natarajan, K. & Mobin, SM ננורודים נקבוביים רב-תכליתיים של NiCo2O4: זיהוי גלוקוז רגיש ללא אנזימים ומאפייני קבל-על עם חקירות ספקטרוסקופיות עכבה. Saraf, M., Natarajan, K. & Mobin, SMננורודים נקבוביים רב-תכליתיים של NiCo2O4: זיהוי גלוקוז רגיש ללא אנזימים ותכונות קבל-על עם מחקרים ספקטרוסקופיים עכבה.Saraf M, Natarajan K, ו-Mobin SM ננורודים נקבוביים רב-תכליתיים של NiCo2O4: זיהוי ואפיון גלוקוז רגיש ללא אנזימים של קבלי-על באמצעות ספקטרוסקופיה עכבה.New J. Chem.41, 9299–9313 (2017).
Zhao, H., Zhang, Z., Zhou, C. & Zhang, H. כוונון המורפולוגיה והגודל של ננו-גליונות NiMoO4 המעוגנים על ננו-חוטי NiCo2O4: ההיברידית האופטימלית של ליבה-קליפה עבור קבלי-על אסימטריים בצפיפות אנרגיה גבוהה. Zhao, H., Zhang, Z., Zhou, C. & Zhang, H. כוונון המורפולוגיה והגודל של ננו-גליונות NiMoO4 המעוגנים על ננו-חוטי NiCo2O4: ההיברידית האופטימלית של ליבה-קליפה עבור קבלי-על אסימטריים בצפיפות אנרגיה גבוהה.Zhao, H., Zhang, Z., Zhou, K. and Zhang, H. כוונון המורפולוגיה והגודל של גליונות ננו NiMoO4 המעוגנים על ננו-חוטי NiCo2O4: מעטפת ליבה היברידית אופטימלית עבור קבלי-על אסימטריים עם צפיפות אנרגיה גבוהה. Zhao, H., Zhang, Z., Zhou, C. & Zhang, H.称超级电容器的优化核-壳混合体. Zhao, H., Zhang, Z., Zhou, C. & Zhang, H. כוונון המורפולוגיה והגודל של גליונות ננו NiMoO4 המקובעים על ננו-חוטי NiCo2O4: אופטימיזציה של היברידיות ליבה-קליפה לגוף של קבלי-על אסימטריים בצפיפות אנרגיה גבוהה.Zhao, H., Zhang, Z., Zhou, K. and Zhang, H. כוונון המורפולוגיה והגודל של גליונות ננו NiMoO4 המקובעים על ננו-חוטי NiCo2O4: היברידית ליבה-קליפה מותאמת לגוף של קבלי-על אסימטריים עם צפיפות אנרגיה גבוהה.הגש בקשה לגלישה.541, 148458 (2021).
Zhuang Z. et al.חיישן גלוקוז לא אנזימטי עם רגישות מוגברת המבוסס על אלקטרודות נחושת ששונו עם ננו-חוטי CuO.מְנַתֵחַ.133, 126–132 (2008).
קים, JY et al.כוונון שטח פני השטח של ננורוד ZnO לשיפור הביצועים של חיישני גלוקוז.Sens. Actuators B Chem., 192, 216–220 (2014).
Ding, Y., Wang, Y., Su, L., Zhang, H. & Lei, Y. הכנה ואפיון של ננו-סיביות NiO–Ag, ננו-סיביות NiO ו-Ag נקבוביות: לקראת פיתוח של אי רגיש וסלקטיבי במיוחד חיישן גלוקוז אנזימטי. Ding, Y., Wang, Y., Su, L., Zhang, H. & Lei, Y. הכנה ואפיון של ננו-סיביות NiO–Ag, ננו-סיביות NiO ו-Ag נקבוביות: לקראת פיתוח של אי רגיש וסלקטיבי במיוחד חיישן גלוקוז אנזימטי.Ding, Yu, Wang, Yu, Su, L, Zhang, H., and Lei, Yu.הכנה ואפיון של ננו-סיבי NiO-Ag, ננו-סיבים של NiO ו-Ag נקבובי: לקראת פיתוח חיישן גלוקוז רגיש מאוד וסלקטיבי-אנזימטי. Ding, Y., Wang, Y., Su, L., Zhang, H. & Lei, Y. NiO-Ag.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., and Lei, Yu.הכנה ואפיון של ננו-סיבי NiO-Ag, ננו-סיביים של NiO וכסף נקבובי: לקראת חיישן מגרה גלוקוז רגיש וסלקטיבי מאוד.י' עלמא מטר.כִּימִי.20, 9918–9926 (2010).
Cheng, X. et al.קביעת פחמימות על ידי אלקטרופורזה של אזור נימי עם זיהוי אמפרומטרי על אלקטרודת משחת פחמן ששונתה בננו תחמוצת ניקל.כימיה של מזון.106, 830–835 (2008).
Casella, IG Electrodeposition של סרטים דקים של תחמוצת קובלט מתמיסות קרבונט המכילות Co(II)-Tartrate Complexes.J. Electroanal.כִּימִי.520, 119–125 (2002).
דינג, י. ועוד.ננו-סיבי Co3O4 Electrospun לזיהוי גלוקוז רגיש וסלקטיבי.חיישן ביולוגי.ביו-אלקטרוניקה.26, 542–548 (2010).
Fallatah, A., Almomtan, M. & Padalkar, S. ביו-חיישני גלוקוז מבוססי תחמוצת צריום: השפעת המורפולוגיה והמצע הבסיסי על ביצועי החיישן הביולוגי. Fallatah, A., Almomtan, M. & Padalkar, S. ביו-חיישני גלוקוז מבוססי תחמוצת צריום: השפעת המורפולוגיה והמצע הבסיסי על ביצועי החיישן הביולוגי.Fallata, A., Almomtan, M. and Padalkar, S. Biosensors מבוססי תחמוצת גלוקוז: השפעות של מורפולוגיה ומצע עיקרי על ביצועי biosensor.Fallata A, Almomtan M, ו-Padalkar S. ביו-חיישנים מבוססי צריום: השפעות של מורפולוגיה ומטריצת הליבה על ביצועי החיישן הביולוגי.ACS נתמך.כִּימִי.פּרוֹיֶקט.7, 8083–8089 (2019).