Detecção eletroquímica não enzimática sensível de glicose baseada em NiO poroso oco

Resumo

Os óxidos de metal de transição (TMOs) têm atraído muitas pesquisas como materiais eletrocatalíticos promissores. Apesar do baixo custo e da alta estabilidade, a atividade eletrocatalítica dos TMOs ainda não pode satisfazer os requisitos das aplicações. Inspirado na cinética, o projeto de estrutura porosa oca é considerado uma estratégia promissora para atingir um desempenho eletrocatalítico superior. Neste trabalho, a arquitetura cúbica porosa oca de NiO (NiO HPA) foi construída através do princípio de corrosão coordenada e precipitação (CEP) seguido de pós-calcinação. Sendo empregado para detectar glicose, o eletrodo NiO HPA exibe excelente atividade eletrocatalítica em termos de alta sensibilidade (1323 μA mM ⁻¹ cm ⁻² ) e limite de detecção baixo (0,32 μM). A excelente atividade eletrocatalítica pode ser atribuída à grande área de superfície específica (SSA), canais de difusão ordenados e taxa de transferência de elétrons acelerada derivada das características porosas ocas únicas. Os resultados demonstram que o NiO HPA pode ter aplicações práticas no projeto de sensores de glicose não enzimáticos. A construção de arquitetura porosa oca fornece uma estratégia de nanoengenharia eficaz para eletrocatalisadores de alto desempenho.

Histórico

A detecção de glicose com um processo rápido, preciso e de baixo custo é importante para a bioquímica clínica, análises farmacêuticas, indústria de alimentos e monitoramento ambiental [1,2,3]. Dentre as inúmeras técnicas, a detecção eletroquímica tem sido considerada uma das abordagens mais convenientes devido à sua alta sensibilidade, baixo custo e atraente limite de detecção inferior [4,5,6]. No entanto, os sensores eletroquímicos baseados em glicose oxidase comuns são restringidos pela desvantagem da estabilidade insuficiente originada da natureza das enzimas [7,8,9]. Para resolver esses problemas, eletrocatalisadores abundantes em terra baseados em TMOs foram recomendados devido ao seu menor custo, estabilidade físico-química e eletroatividade redox [10,11,12]. No entanto, a atividade eletrocatalítica geral dos TMOs convencionais ainda está longe dos requisitos das aplicações. Ainda é um desafio projetar racionalmente eletrocatalisadores de TMO de alta atividade para glicose.

Geralmente, o processo de cinética desempenha um papel decisivo na atividade eletrocatalítica para materiais eletrocatalíticos estabelecidos. Inspirado pela conexão íntima entre cinética e microestruturas, a atividade eletrocatalítica melhorada pode ser alcançada pela engenharia de microestruturas, incluindo área de superfície, estrutura de poros e recursos de arquitetura [13, 14]. A estrutura porosa oferece grande área de superfície específica (SSA) e fornece quantidades de sítios ativos. Além disso, a estrutura porosa também fornece canais de difusão suficientes para analito e produtos intermediários, que são benéficos para o processo de transporte de massa [15, 16]. Por outro lado, estruturas ocas combinando cascas funcionais e vazios internos podem oferecer maior área de contato eletrólito-eletrodo e reduzir o comprimento para transporte de massa e elétron [17]. Além disso, as cavidades internas disponíveis impedem efetivamente a agregação de nanopartículas eletroativas e acomodam a mudança de volume e a deformação estrutural acompanhadas de medições repetidas [18]. Em conclusão, eletrocatalisadores TMO de alta atividade podem ser adquiridos através do projeto de arquitetura porosa oca.

Como um óxido de metal de transição típico, NiO foi relatado como um catalisador eficiente para eletrooxidação de glicose devido ao par redox de Ni ³⁺ / Ni ²⁺ em meio alcalino, implicando em aplicações potenciais em sensor eletroquímico de glicose. Neste trabalho, NiO HPA cúbico foi construído através de um Cu ₂ Método O-modelado de ataque de coordenação e precipitação (CEP) e pós-calcinação. A estrutura oca porosa fornece grandes SSA, vazios internos bem definidos, canais de transferência ordenados abundantes e alta eficiência de transferência de elétrons. Por ser empregado para detectar glicose, o eletrodo NiO HPA apresenta maior sensibilidade e menor limite de detecção quando comparado ao NiO HPA quebrado (NiO BHPA), demonstrando vantagens da arquitetura oca porosa. Esta estratégia fácil de construir arquitetura porosa oca fornece um método válido no desenvolvimento de nanomateriais altamente eficientes para sensores eletroquímicos.

Experimental

Materiais

CuCl ₂ · 2H ₂ O, NiCl ₂ · 6H ₂ O, Na ₂ S ₂ O ₃ · 5H ₂ O, polivinilpirrolidona (PVP, M _w =40.000), e NaOH foram adquiridos de Chengdu Kelong. Glicose (Glu.), Lactose (Lact.), Sacarose (Sucr.), Frutose (Fruc.), Ácido L-ascórbico (AA), ácido úrico (UA) e solução de Nafion (5% em peso na mistura de alifático inferior álcoois e água) foram adquiridos da Sigma-Aldrich sem purificação adicional.

Síntese de Cu ₂ O Modelo

O Cu cúbico ₂ O templates foram sintetizados de acordo com nosso trabalho anterior [19]. Neste procedimento típico, 20 mL de NaOH (2 M) foram adicionados gota a gota em 200 mL de CuCl ₂ · 2H ₂ O (10 mM) sob agitação a 55 ° C. Após 0,5 h, 4 mL de AA (0,6 M) foram introduzidos gota a gota na solução anterior. A suspensão foi posteriormente envelhecida durante 3 h e lavada com água várias vezes por centrifugação. O padrão de XRD e as imagens SEM e TEM são mostrados no arquivo adicional 1:Figura S1.

Síntese de NiO HPA

NiO HPA foi sintetizado por um método CEP. Primeiro, Cu ₂ O (10 mg) e NiCl ₂ · 6H ₂ O (3 mg) foram dispersos em 10 mL de solvente misto de etanol-água (proporção de volume =1:1) por 7 min por ultrassom. Em seguida, PVP (0,33 g) foi adicionado à solução com agitação vigorosa durante 30 min. Quatro mililitros de Na ₂ S ₂ O ₃ (1 M) foi inserido no sistema; a reacção prosseguiu à temperatura ambiente durante 3 h até que a cor da suspensão mudou de vermelho para verde claro. O Ni (OH) ₂ o precursor foi lavado várias vezes com etanol-água quente e seco à temperatura ambiente. Finalmente, NiO HPA foi obtido sucessivamente sob uma atmosfera de ar a 400 ° C por 2 h com uma taxa de rampa lenta de 1 ° C / min. NiO BHPA foi obtido por meio de tratamento ultra-sônico forte de NiO HPA por 2 h.

Caracterizações de materiais

A composição e estrutura dos produtos foram caracterizadas por difração de raios X (XRD, Rigaku D / Max-2400). A composição foi posteriormente analisada por espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS, ESCALAB250Xi) com os picos C 1s em 284,8 eV como padrão interno. As morfologias e microestruturas dos produtos foram observadas usando microscópio eletrônico de varredura por emissão de campo (FESEM, FEI Quanta 250, Zeiss Gemini 500) e microscópio eletrônico de transmissão de alta resolução (HRTEM, FEI F20). Brunauer-Emmett-Teller (BET, Belsort-max) foi aplicado para analisar a área de superfície específica e a estrutura de poros.

Medições eletroquímicas

Todas as medições eletroquímicas foram operadas em NaOH 0,1 M em uma estação de trabalho eletroquímica Autolab μIII. Uma configuração de três eletrodos com eletrodo de carbono vítreo modificado de NiO HPA (ou NiO BHPA) (GCE, Ф =3 mm) como os eletrodos de trabalho e Ag / AgCl (em KCl saturado) e eletrodo de disco de platina ( Ф =2 mm) como eletrodo de referência e contra eletrodo, respectivamente. Normalmente, GCE foi polido com pasta de alumina (3, 0,5 e 0,05 μm). Em seguida, o NiO HPA (10 mg) foi dissolvido em uma mistura de 0,1 mL de Nafion e 0,9 mL de água destilada. Finalmente, 5 μL da mistura foram despejados no GCE pré-tratado (70,77 μg / cm ² ) e seco à temperatura ambiente. O GCE modificado com NiO BHPA também foi preparado sob as mesmas condições para verificar as vantagens do NiO HPA. Os eletrodos modificados foram medidos por voltametria cíclica (CV), cronoamperometria (CA) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) para avaliar sua atividade eletrocatalítica. As medições EIS foram realizadas na faixa de frequência entre 0,01–100 kHz com uma amplitude de perturbação de 5 mV versus o potencial de círculo aberto.

Resultados e discussão

Caracterizações

Como mostrado na Fig. 1a, os picos de difração localizados em 37,21 °, 43,27 °, 62,87 ° e 75,42 ° correspondem a (111), (200), (220) e (311) facetas de NiO cúbico centrado na face ( JCPDS.no.47-1049) [20]. Não há outros picos de difração, indicando a pureza dos produtos. O XPS foi posteriormente empregado para analisar a composição do elemento e o estado de oxidação do NiO HPA. O espectro da pesquisa (Fig. 1b) demonstra picos de O 1s e Ni 2p em 531,5 e 855,7 eV, respectivamente, revelando os principais elementos dos produtos. No espectro de Ni 2p (Fig. 1c, consulte as linhas de ajuste no arquivo adicional 1:Tabela S1), dois picos principais localizados em 855,8 eV (Ni 2p _3/2 ) e 873,5 eV (Ni 2p _1/2 ) com uma separação spin-energia de 17,7 eV são claramente investigados, que é a característica da fase NiO [21]. Os picos de satélite de Ni 2p _3/2 e Ni 2p _1/2 estão localizados em torno de 861,5 e 880,0 eV, respectivamente. Da Fig. 1d (ver linhas de ajuste no arquivo adicional 1:Tabela S2), o pico de ajuste de O1 em 529,8 eV é a ligação Ni – O em espécies Ni – OH. O pico de O2 em uma energia de ligação de 831,3 eV geralmente está associado ao oxigênio quimicamente absorvido, hidroxilas e oxigênio sub-coordenado da rede. O pico de O3 em 532,7 eV é a multiplicidade de água fisi e quimicamente absorvida na / próximo à superfície [22,23,24]. As análises de XPS e XRD confirmam o sucesso da preparação de NiO.

a Padrão de XRD de NiO HPA preparado. Espectros XPS para os produtos b pesquisa, c Ni 2p e d O 1s

As morfologias de Ni (OH) ₂ precursor (arquivo adicional 1:Figura S2) e NiO HPA (Fig. 2) foram claramente observados por SEM e TEM. As imagens SEM (Fig. 2a, b) de NiO como obtido apresentam característica cúbica uniforme com um comprimento de borda de cerca de 600 nm. A partir da Fig. 2c, é claramente observado que a casca rugosa do NiO HPA consiste em quantidades de partículas finas interconectadas. Conforme mostrado na Fig. 2d, a borda dos produtos NiO é preta e o interior é translúcido. Combinando com as observações SEM na Fig. 2a-c, as características cúbicas dos produtos de NiO podem ser confirmadas. Conforme exibido na Fig. 2e, a espessura da casca do cubo é de cerca de 40 nm, que é mais fina do que Ni (OH) ₂ precursor (cerca de 60 nm). O encolhimento da espessura da casca é atribuído à perda de H ₂ O no precursor após o tratamento térmico. Na Fig. 2f, o espaçamento para franjas de rede adjacentes marcadas são cerca de 0,21 e 0,24 nm, respectivamente, correspondendo a (200) e (111) facetas de NiO. Os anéis de difração de elétrons de área selecionada (SAED) podem ser indexados em (111), (200) e (220) facetas de NiO dentro e fora, o que concorda bem com os resultados de XRD [25]. Além disso, as imagens de mapeamento elementar na Fig. 2g exibem uma distribuição rica em superfície de Ni e O. Como mostrado na Fig. 2h, o perfil de EDX de varredura de linha demonstra a distribuição uniforme perto da superfície de O e Ni, reconfirmando a arquitetura oca. NiO HPA forneceria sítios ativos suficientes e canais de difusão abundantes, que favorecem o processo de transferência de massa para eletrólito e glicose. Além disso, a fina camada de NiO HPA aparentemente encurta a distância de transferência de elétrons e acelera a taxa de transferência, dotando NiO HPA com atividade eletrocatalítica promissora.

a - c SEM e d , e Imagens TEM de NiO HPA. f A imagem HRTEM de NiO HPA. g As imagens de mapeamento STEM e EDX de um cubo NiO HPA. h Os espectros EDX de varredura de linha de um cubo NiO HPA

A fim de compreender o mecanismo de formação relevante, os precipitados preparados aos 0, 10, 20, 30 e 180 min foram coletados e observados por TEM. Como mostrado na Fig. 3a, o sólido cúbico Cu ₂ O cristal O tem um comprimento de borda de cerca de 600 nm. Com a introdução de S ₂ O ₃ ²⁻ , a gravação coordenada de Cu ₂ O ocorre preferencialmente no canto devido à maior intensidade de difusão [26]. Conforme a reação prossegue, o interior Cu ₂ Os modelos O encolhem significativamente para uma estrutura semelhante a um octaedro até que sejam completamente removidos. Conforme observado na Fig. 3b, a cor do sistema de reação torna-se gradualmente rasa e os precipitados verdes claros são gerados ao mesmo tempo. Combinado com os resultados do TEM, a rota geral do CEP e o mecanismo de formação foram ilustrados na Fig. 3c. O mecanismo do CEP pode ser descrito como segue:(i) Cu ⁺ prefere formar solúvel [Cu ₂ (S ₂ O ₃ ²⁻ ) _x ] ^{2 - 2 x} complexo por meio da combinação com S ₂ O ₃ ²⁻ (reação (1)) e simultaneamente OH ^- é libertado; (ii) A hidrólise parcial de S ₂ O ₃ ²⁻ promove o fornecimento de OH ^- (reação (2)). (iii) As reações (1) e (2) conduzem sincronizadamente a reação (3) da esquerda para a direita, facilitando a formação de Ni (OH) ₂ shell [27]. Com relação aos fatores cinéticos, a taxa de corrosão de Cu ₂ O depende da difusão de S ₂ O ₃ ²⁻ do exterior para o espaço interno e a taxa de crescimento de Ni (OH) ₂ shell está correlacionado ao transporte de OH ^- do interior para o exterior [28]. Controle sincronizado da taxa de corrosão para Cu ₂ O e taxa de precipitação de Ni (OH) ₂ casca leva à formação de Ni (OH) oco bem definido ₂ precursor. NiO HPA é finalmente obtido através da pós-calcinação de Ni (OH) ₂ precursor.
$$ {\ mathrm {Cu}} _ 2 \ mathrm {O} + x {\ mathrm {S}} _ 2 {\ mathrm {O}} _ 3 ^ {2 -} + {\ mathrm {H}} _ 2 \ mathrm { O} \ to {\ left [{\ mathrm {Cu}} _ 2 {\ left ({\ mathrm {S}} _ 2 {\ mathrm {O}} _ 3 \ right)} _ x \ right]} ^ {2-2x } +2 {\ mathrm {O} \ mathrm {H}} ^ {-} $$ (1) $$ {\ mathrm {S}} _ 2 {\ mathrm {O}} _ 3 ^ {2 -} + {\ mathrm {H}} _ 2 \ mathrm {O} \ rightleftharpoons {\ mathrm {H} \ mathrm {S}} _ 2 {\ mathrm {O}} _ 3 ^ {2 -} + {\ mathrm {O} \ mathrm {H }} ^ {-} $$ (2) $$ {\ mathrm {Ni}} ^ {+} + 2 {\ mathrm {OH}} ^ {-} \ para \ mathrm {Ni} {\ left (\ mathrm {OH} \ right)} _ 2 $$ (3)

a Imagens TEM dos produtos monitorados em diferentes tempos de reação. b Fotografias ópticas da suspensão em diferentes tempos de reação após a adição do condicionador. c Ilustração esquemática do mecanismo de crescimento proposto de NiO HPA

A área superficial e a porosidade do NiO HPA e NiO BHPA (Arquivo adicional 1:Figura S3) também foram caracterizadas pelo método BET. NiO HPA possui SSA de 27,08 m ² / ge um volume de poro de 0,087 cm ³ / g (Fig. 4a), que é muito maior do que os materiais NiO relatados [29]. Em relação à distribuição do tamanho dos poros, o NiO HPA apresenta principalmente uma distribuição concentrada em torno de 7 nm, que está relacionada aos canais ordenados entre as nanopartículas de NiO. Os grandes canais SSA e ordenados podem melhorar efetivamente a absorção do analito e o processo de transporte de massa, levando a uma atividade eletrocatalítica aprimorada. O SSA e o volume de poro da amostra quebrada são 5,24 m ² / ge 0,078 cm ³ / g (Fig. 4b), respectivamente, que é muito menor do que aqueles de NiO HPA. Isso pode ser atribuído ao colapso da estrutura oca original após o tratamento ultrassônico. Notavelmente, nenhuma distribuição concentrada de poros é observada para NiO BHPA (inserção da Fig. 4b), indicando destruição completa dos canais de difusão ordenados. A diminuição da SSA e a destruição dos canais de difusão ordenados são adversos para a cinética, o que pode resultar em baixa atividade eletrocatalítica. Consequentemente, NiO HPA possui microestruturas benéficas para eletrocatálise em comparação com as amostras quebradas.

N ₂ isotermas de adsorção-dessorção de a NiO HPA e b NiO BHPA. Inserção de a e b são a distribuição de tamanho de poro correspondente, respectivamente

Desempenho eletroquímico

A Figura 5a mostra os CVs dos eletrodos NiO HPA e NiO BHPA com e sem glicose 1 mM. Um par de picos bem definidos localizados em 0,48 e 0,38 V são claramente investigados na curva III, que estão relacionados a Ni ²⁺ / Ni ³⁺ casal redox. A corrente de pico redox da curva III é obviamente maior do que a da curva I. Isso está relacionado ao colapso da arquitetura oca e à diminuição da SSA. Após a adição de glicose, as respostas de corrente são claramente observadas em ambos os eletrodos (curva II e IV). O eletrodo NiO HPA exibe uma resposta de corrente mais alta do que o eletrodo NiO BHPA. Além disso, o potencial de início de eletrooxidação da glicose no eletrodo NiO HPA (0,43 V) é menor do que no eletrodo NiO BHPA (0,46 V), revelando maior atividade eletrocatalítica. A alta atividade eletrocatalítica é atribuída a grandes quantidades de sítios ativos, estrutura de poros ordenada e alta taxa de transferência de elétrons fornecida pela estrutura porosa oca. A eletrooxidação de glicose no eletrodo NiO HPA é conduzida por Ni ²⁺ / Ni ³⁺ par redox em meio alcalino de acordo com as seguintes reações [30, 31]:
$$ \ mathrm {NiO} \ to {\ mathrm {Ni}} ^ {2 +} + {\ mathrm {O}} ^ {2-} $$ (4) $$ {\ mathrm {Ni}} ^ { 2 +} + {\ mathrm {OH}} ^ {-} \ to {\ mathrm {Ni}} ^ {3 +} + {e} ^ {-} $$ (5) $$ {\ mathrm {Ni} } ^ {3 +} + \ mathrm {glicose} \ to {\ mathrm {Ni}} ^ {2 +} + \ mathrm {glocônico} \ \ mathrm {ácido} $$ (6)

a CVs de eletrodo NiO BHPA (I, II) e NiO HPA (III, IV) com (II, IV) e sem (I, III) a presença de glicose 1 mM em NaOH 0,1 M a uma taxa de varredura de 50 mV / s. b Nyquist diagramas EIS e circuito equivalente de NiO HPA e NiO BHPA em solução de NaOH 0,1 M. c CVs do eletrodo NiO HPA em várias taxas de varredura em NaOH 0,1 M com glicose 1 mM e d a relação entre a corrente de pico e a raiz quadrada das taxas de varredura

Como mostrado acima, OH ^- desempenha um papel importante na reação eletrocatalítica. Obviamente, o meio alcalino acelera a redox de Ni ²⁺ / Ni ³⁺ em comparação com o meio neutro (arquivo adicional 1:Figura S4), levando a uma maior atividade eletrocatalítica.

Gráficos de Nyquist de eletrodos NiO HPA e NiO BHPA foram exibidos na Fig. 5b. Cada gráfico é caracterizado por um semicírculo na região de alta frequência e uma linha reta na região de baixa frequência. Geralmente, a interceptação no eixo real representa a resistência da solução ( R _s ), que é composto de resistência intrínseca, resistência iônica e resistência de contato. O diâmetro do semicírculo relacionado à resistência de transferência de elétrons é representado por R _ct . Conforme mostrado no arquivo adicional 1:Tabela S3, eletrodo NiO HPA exibe R menor _s e R _ct do que NiO BHPA. Os fatos podem ser atribuídos à cinética de transferência de elétrons benéfica derivada da característica oca. A inclinação do gráfico de impedância na faixa de baixa frequência corresponde à impedância de Warburg ( Z _w ), que representa a resistência difusiva [32]. É claro que o NiO HPA favorece a cinética de difusão; entretanto, o NiO BHPA impede a difusão do eletrólito. Isso pode ser atribuído à destruição dos canais de difusão ordenados após ultrassom. Com base nas discussões EIS acima, o eletrodo NiO HPA é mais benéfico para a cinética de transferência de massa e elétron em comparação com a amostra quebrada, implicando nas vantagens do NiO HPA como um eletrocatalisador para glicose.

A cinética do eletrodo NiO HPA foi determinada a partir dos CVs com diferentes taxas de varredura em solução de glicose 1 mM (Fig. 5c). Conforme representado na Fig. 5d, as correntes de pico anódico e catódico são proporcionais à raiz quadrada das taxas de varredura, demonstrando um processo dinâmico controlado por difusão típico. Além disso, nenhuma mudança positiva / negativa significativa é observada para o pico anódico / catódico, implicando uma cinética de difusão desimpedida originada da estrutura porosa oca.

Seletividade, reprodutibilidade e estabilidade do eletrodo NiO HPA

Para obter o potencial de trabalho otimizado, a resposta atual da glicose e a interferência do AA foram levadas em consideração sob diferentes potenciais e os dados foram exibidos na Fig. 6a. A partir dos dados estatísticos na Fig. 6b, 0,6 V foi selecionado pelo fato de que o eletrodo NiO HPA exibe uma resposta de corrente máxima para glicose e interferência mínima para AA em 0,6 V. A Figura 6c exibe as respostas amperométricas típicas de NiO HPA e NiO BHPA para diferentes concentração de glicose em 0,6 V. Respostas de corrente notáveis são claramente observadas para os dois eletrodos, e as respostas de corrente aumentam com o aumento da concentração de glicose. A Figura 6d apresenta a relação entre as correntes de resposta e a concentração de glicose para os eletrodos NiO HPA e NiO BHPA. O eletrodo NiO HPA apresenta uma faixa linear de 0,32 a 1100 μM com uma sensibilidade de 1323 μA mM ⁻¹ cm ⁻² , que é maior do que o eletrodo NiO BHPA (753 μA mM ⁻¹ cm ⁻² ) Além disso, o limite de detecção (LOD) do eletrodo NiO HPA (0,32 μM) é muito menor do que o do NiO BHPA (14,2 μM). Para manifestar as vantagens do NiO HPA, o desempenho do eletrodo NiO HPA foi comparado com outros eletrodos de detecção de glicose baseados em NiO relatados na Tabela 1. Verificou-se que o eletrodo NiO HPA apresenta atividade eletrocatalítica satisfatória em relação à glicose em termos de alta sensibilidade e baixo LOD , indicando potenciais aplicações em sensores eletroquímicos de glicose. Isso é essencialmente atribuído aos locais ativos abundantes, cinética de transporte de massa mais rápida e cinética de transferência de elétrons acelerada derivada da arquitetura oca altamente porosa.

a Resposta amperométrica do eletrodo NiO HPA em diferentes potenciais com a adição de 0,1 mM de glicose e 0,01 mM de AA. b A resposta atual de glicose e AA em diferentes potenciais. c CA do eletrodo NiO HPA e NiO BHPA a 0,6 V com adição sucessiva de glicose. d A relação entre a corrente de resposta e a concentração de glicose

A seletividade é um indicador importante para avaliar o desempenho dos sensores de glicose. Alguns compostos facilmente oxidáveis, como Lact., Sucr., Fruc., UA e AA normalmente coexistiam com a glicose no sangue humano. Notavelmente, o nível fisiológico dessas espécies interferentes é mais ou menos um décimo da concentração de glicose [33]. Assim, a seletividade do eletrodo NiO HPA foi avaliada pela introdução de 0,01 mM acima das espécies interferentes durante a medição amperométrica para 0,1 mM de glicose. Conforme mostrado na Fig. 7a, nenhuma interferência severa é observada para Lact., Sucr., Fruc. E UA. As principais espécies interferentes AA exibem apenas 8,7% de corrente de interferência em relação à glicose. Além disso, a segunda adição de 50 μM de glicose ainda retém cerca de (89 ± 0,2)% de sua resposta original, indicando excelente desempenho anti-interferência. A excelente seletividade pode ser atribuída ao efeito de repulsão eletrostática entre o eletrodo NiO HPA e as espécies interferentes. O eletrodo NiO HPA seria carregado negativamente em NaOH 0,1 M porque o pH do eletrólito está acima do ponto isoelétrico de NiO [34]. Além disso, as principais espécies interferentes (AA) são fáceis de perder prótons em solução alcalina e possuem uma camada carregada negativamente [35]. A repulsão eletrostática entre o invólucro do interferente e o eletrodo NiO HPA leva a uma maior seletividade. A estabilidade do eletrodo NiO HPA foi estimada medindo suas respostas de corrente para glicose 0,1 mM ao longo de 30 dias. Na Fig. 7b, a resposta de corrente ainda retém 83,13% de sua resposta inicial após 30 dias, revelando excelente estabilidade de longo prazo do eletrodo NiO HPA à temperatura ambiente. A resposta de corrente do eletrodo NiO HPA para glicose 0,1 mM é estável ao longo de um tempo de operação de 2.000 s, com uma perda de 9,82% de sua resposta original. Os cinco eletrodos NiO HPA preparados independentemente exibem um RSD aceitável de 3,12% para respostas de corrente para glicose 0,1 mM a 0,6 V. Além disso, as respostas de corrente para um mesmo eletrodo NiO HPA para glicose 0,1 mM foram medidas dez vezes e as respostas de corrente exibem um RSD de 2,36%, demonstrando reprodutibilidade notável. O eletrodo NiO HPA expressa alta sensibilidade, excelente estabilidade e reprodutibilidade notável, tornando-o atraente para aplicações práticas.

a A resposta atual do eletrodo NiO HPA à adição sequencial de 50 μM de glicose e 5 μM de espécies interferentes com um potencial aplicado de 0,6 V. A inserção é os dados estatísticos da corrente de interferência. b Estabilidade de longo prazo do eletrodo NiO HPA para glicose 0,1 mM. A inserção é a estabilidade do eletrodo NiO HPA com o tempo de execução. c Respostas atuais de cinco eletrodos NiO HPA para glicose 0,1 mM. d Dez medições de um eletrodo NiO HPA para glicose 0,1 mM

Detecção de glicose em soro humano

O eletrodo NiO HPA foi posteriormente aplicado para detectar o nível de glicose no sangue humano, e os resultados foram comparados com um equipamento médico (Tabela 2). As amostras de soros foram fornecidas por um hospital local e diluídas com eletrólitos alcalinos antes das medições [36, 37]. A corrente de resposta medida em 0,6 V foi registrada para calcular a concentração de glicose correspondente de acordo com a equação de trabalho. O eletrodo NiO HPA mostra um RSD de 2,85% na detecção de glicose. Além disso, o eletrodo NiO HPA apresenta recuperação credenciada entre 92 e 102%, demonstrando excelente praticidade na determinação de glicose em soro humano.

Conclusões

Em resumo, fabricamos com sucesso um eletrocatalisador NiO HPA para glicose por meio de um método CEP. O NiO HPA oferece SSA grande, estrutura de poros ordenada e rota de transferência eletrônica curta, que são benéficas para a cinética eletrocatalítica. Como um eletrodo de detecção de glicose não enzimático, NiO HPA exibe maior sensibilidade de 1323 μA mM ⁻¹ cm ⁻² e menor LOD de 0,32 μM em comparação com NiO BHPA. Em termos de seletividade, menos de 8,7% de interferência é investigada para as espécies interferentes comuns. Simultaneamente, o eletrodo NiO HPA retém 89,02% de sua resposta original após 30 dias. Além disso, o NiO HPA projetado foi aplicado com sucesso para detectar glicose no soro humano. NiO HPA apresenta estabilidade e praticidade comprovadas em relação a equipamentos médicos. O projeto da arquitetura oca porosa abre uma maneira altamente eficiente de se obter eletrocatalisadores de baixo custo e alto desempenho para glicose.

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