技术摘要：
本发明提供的电化学发光（ECL）传感器是用羧基化石墨烯负载的Au@Ag核壳纳米粒子开发的。基于ECL的实验结果，我们发现COOH‑G/@Au@Ag纳米复合材料对葡萄糖具有良好的电催化能力，因此构建了葡萄糖电化学发光（ECL）传感器。当葡萄糖浓度范围在0.005至1500µM之间变化时，  全部
背景技术：
石墨烯是一种由紧密堆积的单层碳原子形成的二维薄层结构，由于其电子迁移速 度快，比表面积大(理论比表面积约为～2600m2g-1)，以及优越的化学和机械性能[1]，因此 在电化学传感器和生物传感器的研究领域引起了广泛关注。它是具有蜂窝状晶格的二维材 料[2]。由于它的高电导率和大的比表面积，使其具有很高的生物分子负荷，这使其在电化 学生物传感研究中得到了广泛的探索与应用[3]。然而，简单的石墨烯具有惰性表面，这意 味着高的化学稳定性和与介质相对较弱的相互作用。另外，石墨烯片之间具有很强的范德 华力和静电力，因此很容易产生聚集[4]。它很难分散在水和普通有机溶剂中，并且具有很 强的疏水性，这不仅给石墨烯的进一步研究带来了一定的困难，而且限制了其在许多领域 的应用与发展[5]。因此，研究人员对石墨烯的修饰进行了功能化，通过引入了特定的官能 团以赋予它们新的功能，同时最大限度地保留了石墨烯本身的优异性能[6]。羧化石墨烯 (COOH-G)具有大量极性氧基团，因此在COOH-G层与层之间会产生高化学性和亲水活性，这 使得COOH-G具有可以横向拉伸的单原子层结构。另外，增加的亲水性促进了电化学改性，这 使COOH-G可用作纳米颗粒的载体材料，并可直接应用于电化学应用[7]。 贵金属纳米晶体材料具有独特而新颖的光学，电学，磁学和催化特性，因此具有很 强的吸引力，并且引起了越来越多的关注[8]。通过控制反应条件我们可以调节其尺寸，形 态和结构以改善表面催化性能，贵金属纳米颗粒可用于催化剂、传感器、医学检测和成像等 领域。诸如金(Au)[9]，铂(Pt)[10]，钯(Pd)[11]和银(Ag)[12]等单一贵金属纳米材料具有 很强的导电性和高的催化性能[13]。双贵金属纳米结构充分利用了电子耦合效应和协同催 化性能，使其在保持有效识别能力的同时，纳米结构还具有增加的比表面积和增强的灵敏 度。然而，由于双贵金属纳米粒子由于较大的表面能而在制备过程中容易形成团聚，因此如 何提高稳定性是主要挑战。COOH-G的单层原子结构会在存在褶皱的情况下降低表面自由 能。另外，羧基官能团增加了层间距离并因此提高了COOH-G的稳定性。随着COOH-G沟状表面 上贵金属纳米颗粒的减少，它不仅保留了复合材料的有效催化和导电性，而且整体稳定性 得到了极大的提高，在传感领域具有广阔的应用前景。 众所周知，血清测试已成为监测和诊断各种医学状况的常规方法[14]。葡萄糖是 植物和动物中碳水化合物的主要成分，是日常生活中必不可少的物质之一[15]。血液中的 葡萄糖水平已被用于诊断糖尿病或低血糖症。除了要求糖尿病患者进行血糖监测外，控制 血糖水平对于非糖尿病急诊患者也很重要[16-18]。葡萄糖的检测方法很多，包括3、5-二硝 基水杨酸(DNS)，高效液相色谱法(HPLC)，碘量法和电化学法。在这些方法中，电化学发光 (ECL)是电化学和化学发光的组合产物，显示出高灵敏度，低背景信号，良好的选择性和空 3 CN 111595917 A 说　明　书 2/11 页 间控制能力。ECL生物传感器作为一种有效的分析工具，可以准确监测实际样品(主要是血 液)中的葡萄糖含量[19-21]。用电化学传感器检测目标分子是一种有效而简单的检测方 法。作为电化学技术与光谱技术之间的结合，与其他检测系统相比，ECL具有独特的优势，例 如化学发光和荧光[22-24]。在ECL实验中，中间体在电极上形成，在反应过程中，这些中间 体经历高能电子转移反应，形成激发态并发光[25-26]。特别地，基于鲁米诺的生物传感器 在生物分析中起着越来越重要的作用。这是因为重要的生物代谢分子H2O2具有较低的氧化 电位和较高的发光量子产率，从而极大地改善了鲁米诺的排放[27-30]。ECL电化学传感器 在疾病诊断和治疗领域中发挥着越来越重要的作用。 [1]X .Qiao ,X .H .Wei ,Y .Q .Hao ,Y .T.Zhang ,M .T.Xu ,B.X .Ye ,Alloy-structured  Au-Co  bimetallic  nanoparticles-decorated  graphene  oxide  as  an  efficient  electrochemiluminescence  sensing  platform  for  sensitive  detection  of  glucose  in  human  serum,Mater.Lett.236(2019)476-479. [2]J.M.Yan,X.B.Zhang,A.Tomoki,H.Masatake,Q.Xu,One-step  seeding  growth  of  magnetically  recyclable  Au@Co  core-shell  nanoparticles:highly  efficient  catalyst  for  hydrolytic  dehydrogenation  of  ammonia  borane,J.Am.Chem.Soc.132 (2010)5326-5327. [3]Y.K.Lee,M.J.Kim,Z.H.Kim,S.H.Han,One-step  synthesis  of  Au@Pd  core- shell  nanooctahedron,J.Am.Chem.Soc.131(2009)17036-17037. [4]Y .Veera  Manohara  Reddy ,B .Sravani ,D .M .Fernandes ,C .Madhuri , L.Subramanyam  Sarma ,G.Madhavi,Facile  one  pot  synthesis  of  bimetallic  Pd-Ag/ reduced  graphene  oxide  nanocomposite  as  an  electrochemical  sensor  for  sensitive  detection  of  anti-hypotensive  drug ,ColloidsSurf .,A  546(2018)293- 300. [5]N .S .Anuar ,W .J .Basirun ,MagajiLadan ,Md .Shalauddin ,M .S .Mehmood , Fabrication  of  platinum  nitrogen-doped  graphene  nanocomposite  modified  electrode  for  the  electrochemical  detection  of  acetaminophen,Sensor  Actuat  B- Chem266(2018)375-383. [6]Y .M .Fu ,D.Huang ,C .G .Li ,L .N .Zou ,B.X .Ye ,Graphene  blended  with  SnO2  and  Pd-Ptnanocages  for  sensitive  non-enzymatic  electrochemical  detection  of  H2O2  released  from  living  cells,Anal.Chim.Acta1014(2018)10-18. [7]D.D.Chen,X.M.Zhuang ,J.Zhai,Y.Y.Zheng,H.Lu,L.X.Chen,Preparation  of  highly  sensitive  Pt  nanoparticles-carbon  quantum  dots/ionic  liquid  functionalized  graphene  oxide  nanocomposites  and  application  for  H2O2  detection,Sensor  Actuat  B-Chem255(2018)1500-1506. [ 8 ] X .L .H u o ,N .Z h a n g ,J .J .X u ,H .Y .C h e n ,U l t r a s e n s i t i v e  electrochemiluminescence  immunosensor  with  wide  linear  range  based  on  a  multiple  amplification  approach,Electrochem.Commun.98(2018)33-37. [9]M .Lee ,D .Kim ,Non-enzymatic  carbohydrates  detection  based  on  Au  modified  MWCNT  field-effect  transistor,Mater.Lett.169(2016)257-261. 4 CN 111595917 A 说　明　书 3/11 页 [10]Y .Y .Zhang ,C.Zhang ,D.Zhang ,M .Ma ,W .Z.Wang ,Q .Chen ,Nano-assemblies  consisting  of  Pd/Pt  nanodendrites  and  poly(diallyldimethylammonium  chloride)- coated  reduced  graphene  oxide  on  glassy  carbon  electrode  for  hydrogen  peroxide  sensors,Mater.Sci.Eng.C  58(2016)1246-1254. [11]F.X.Jiang ,R.R.Yue,Y.K.Du,J.K.Xu,P.Yang ,A  one-pot‘green’synthesis  of  Pd-decorated  PEDOT  nanospheres  for  nonenzymatic  hydrogen  peroxide  sensing, Biosens.Bioelectron.44(2013)127-131. [12]M .T .Tajabadi ,W .J .Basirun ,F .Lorestani ,R .Zakaria ,S .Baradaran , Y.M.Amin,M.R.Mahmoudian,M.Rezayi,M.Sookhakian,Nitrogen-doped  graphene-silver  nanodendrites  for  the  non-enzymatic  detection  of  hydrogen  peroxide , Electrochim.Acta151(2015)126-133. [13]M .Liu ,D .Wang ,C .L .Liu ,R .Liu ,H .J .Li ,C .S .Zhang ,Battery-triggered  open  wireless  electrochemiluminescence  in  a  microfluidic  cloth-based  bipolar  device,Sensor  Actuat  B-Chem246(2017)327-335. [14]D .Wang ,C .L .Liu ,Y .Liang ,Y .Su ,Q .P .Shang ,C .S .Zhang ,A  simple  and  sensitive  paper-based  bipolar  electrochemiluminescence  biosensor  for  detection  of  oxidase-substrate  biomarkers  in  serum ,J .ElectrochemL .Soc .165 (2018)B361-B369. [15]D.Wang ,Y.Liang ,Y.Su,Q.P.Shang ,C.S.Zhang ,Sensitivity  enhancement  of  cloth-based  closed  bipolar  electrochemiluminescence  glucose  sensor  via  electrode  decoration  with  chitosan/multi-walled  carbon  nanotubes/graphene  quantum  dots-gold  nanoparticles,Biosens.Bioelectron.130(2019)55-64. [16]J .J .Xu ,P .Y .Huang ,Y .Qin ,D .C .Jiang ,H .Y .Chen ,Analysis  of  intracellular  glucose  at  single  cells  using  electrochemiluminescence  imaging, Anal.Chem.88(2016)4609-4612. [ 1 7 ] F .S a l e h n i a ,M .H o s s e i n i ,M .R .G a n j a l i ,E n h a n c e d  electrochemiluminescence  of  luminol  by  an  in  situ  silver  nanoparticle- decorated  graphene  dot  for  glucose  analysis,Anal  Methods-UK  10(2018)508-514. [18]J .J .Jiang ,D .Chen ,X .Z .Du ,Ratiometric  electrochemiluminescence  sensing  platform  for  sensitive  glucose  detection  based  on  in  situ  generation  and  conversion  of  coreactants,Sensor  Actuat  B-Chem  251(2017)256-263. [19]I.Dez,M.Pusa ,S.Kulmala,H.Jiang,A.Walther,A.S.Goldmann,Axel  H.E.M  ller,O.Ikkala,Robin  H.A.Ras,Color  tunability  and  electrochemiluminescence  of  silver  nanoclusters,Angew  Chem.Int  Edit.48(2009)2122-2125. [ 2 0 ] H .F .S h a ,Y .Z h a n g ,Y .F .W a n g ,H .K e ,X .X i o n g ,N .Q .J i a , Electrochemiluminescence  resonance  energy  transfer  biosensor  between  the  glucose  functionalized  MnO2  and  g-C3N4nanocomposites  for  ultrasensitive  detection  of  concanavalin  A,Biosens.Bioelectron.124-125(2018)59-65. [ 2 1 ] G .L i u ,C .M a ,B .K .J i n ,Z .X .C h e n ,F .L .C h e n g ,J .J .Z h u , 5 CN 111595917 A 说　明　书 4/11 页 Electrochemiluminescence  investigation  of  glucose  transporter  4  expression  at  skeletal  muscle  cells  surface  based  on  a  graphene  hydrogel  electrode , Anal.Chem.91(2019)3021-3026. [22]G .Chang ,H .H .Shu ,Q .W .Huang ,Munetaka  Oyama ,K .Ji ,X .Liu ,Y .B .He , Synthesis  of  highly  dispersed  Pt  nanoclusters  anchored  graphene  composites  and  their  application  for  non-enzymatic  glucose  sensing ,Electrochim.Acta157 (2015)149-157. [23]H .Cheng ,Z .Y .Zhou ,Y .Q .Li ,W .Y .Huang ,J .Feng ,T .F .Tang ,L .J .Li , Electrochemiluminescence  sensor  based  on  electrospun  three-dimensional  carbon  nanofibers  for  the  detection  of  difenidol  hydrochloride ,Sensors-Basel  19 (2019)3315-3327. [24]F .M .Zuo ,C .Zhang ,H .Zhang ,X .R .Tan ,S .H .Chen ,R .Yuan ,A  solid-state  electrochemiluminescence  biosensor  for  Con  A  detection  based  on  CeO2@Ag  nanoparticles  modified  graphene  quantum  dots  as  signal  probe,Electrochim.Acta  294(2019)76-83. [25]X .Q .Zhu ,Q .F .Zhai ,W .L .Gu ,J .Li ,E .K .Wang ,High-sensitivity  electrochemiluminescence  probe  with  molybdenum  carbides  as  nanocarriers  forα- fetoprotein  sensing,Anal.Chem.89(2017)12108-12114. [26]S.R .Chinnadayyala ,J .Park,Hien  Thi  Ngoc  Le,M.Santhosh,A.N.Kadam , S.B.Cho,Recent  advances  in  microfluidic  paper-based  electrochemiluminescence  a n a l y t i c a l  d e v i c e s  f o r  p o i n t - o f - c a r e  t e s t i n g  a p p l i c a t i o n s , Biosens.Bioelectron.126(2019)68-81. [ 2 7 ] H .Z ha ng ,Q .Y .L u ,F .M .Z u o ,R .Y ua n ,S .H .C h e n ,A  s a nd w i c h  electrochemiluminescent  biosensor  based  on  enzymatic  reaction  to  in  situ  generate  coreactant  of  conjugated  polymer  for  Con  A  detection,Sensor  Actuat  B-Chem241(2017)887-894. [28]Y .Z.Wang ,H .Zhong ,X .R .Li ,G .Q .Liu,K .Yang ,M .Ma ,L .L .Zhang ,J .Z.Yin , Z.P.Cheng,J.K.Wang,Nonenzymatic  electrochemiluminescence  glucose  sensor  based  on  quenching  effect  on  luminol  using  attapulgite–TiO2,Sensor  Actuat  B-Chem  230(2016)449-455. [29]F .F .Jia ,H .Zhong ,W .G .Zhang ,X .R .Li ,G .Y .Wang ,J .Song ,Z .P .Cheng , J.Z.Yin,L.P.Guo,A  novel  nonenzymatic  ECL  glucose  sensor  based  on  perovskite  LaTiO3-Ag0.1  nanomaterials,SensorActuat  B-Chem212(2015)174-182. [30]P .Y .Ran ,J .Y .Song ,F .J .Mo ,J .L .Wu ,P .K .Liu ,Y .Z .Fu ,Nitrogen-doped  g r a p h e n e  q u a n t u m  d o t s  c o a t e d  w i t h  g o l d  n a n o p a r t i c l e s  f o r  electrochemiluminescent  glucose  detection  using  enzymatically  generated  hydrogen  peroxide  as  a  quencher,Microchim.Acta  186(2019)276-282. [31]M.Vesali-Naseh,Y.Mortazavi,A.A.Khodadadi,P.Parsaeian,A.A  Moosavi- Movahedi ,Plasma  thiol-functionalized  carbon  nanotubes  decorated  with  gold  6 CN 111595917 A 说　明　书 5/11 页 nanoparticles  for  glucosebiosensor,Sensor  Actuat  B-Chem  188(2013)488–495. [32]C .W .Kung ,Y .H .Cheng ,K .C .Ho ,Single  layer  of  nickel  hydroxide  nanoparticles  covered  on  a  porousNi  foam  and  its  application  for  highly  sensitive  non-enzymatic  glucose  sensor,Sensor  Actuat  B-Chem  204(2014)159–166. [33]C.Ye ,X .Zhong ,R .Yuan ,Y.Q.Chai ,A  novel  ECL  biosensor  based  on  C60  embedded  in  tetraoctylammoniumbromide  for  the  determination  of  glucose,Sensor  Actuat  B-Chem199(2014)101–107. [34]M .M .Guo ,X .L .Yin ,C .H .Zhou ,Y .Xia ,W .Huang ,Z .L .Li ,Ultrasensitive  nonenzymatic  sensing  of  glucose  on  Ni(OH)2-coatednanoporous  gold  film  with  two  pairs  of  electron  mediators,Electrochim.Acta142(2014)351–358.
技术实现要素：
本发明采用两步还原法来合成载有Au@Ag核壳纳米粒子的COOH-G。纳米复合材料 将AuNPs和AgNPs的出色的电催化活性和电导率与石墨烯材料的大比表面积相结合，因此该 化合物具有更好的电子电导率，进而提高了在支持电解质溶液中电极表面与分析物之间的 电子转移速率。在此基础上，构建了具有COOH-G/Au@Ag纳米复合材料的无酶ECL生物传感 器，并将其用于检测葡萄糖。 一种纳米复合物电化学传感器，是指负载有COOH-G/Au@Ag材料的电极。 在一个实施方式中，所述的COOH-G/Au@Ag材料，是指在羧基化石墨烯的表面依次 包覆有金和银的纳米粒子。 上述的纳米复合物电化学传感器的制备方法，包括如下步骤： 对玻碳电极表面进行打磨； 配制COOH-G/Au@Ag材料的悬浮液，加至破碳电极的表面，干燥后，即得。 在一个实施方式中，所述的COOH-G/Au@Ag材料的悬浮液的浓度为1mg  mL-1。 上述的纳米复合物电化学传感器在用于对含有葡萄糖的溶液的检测中的应用。 在一个实施方式中，所述的检测是指电化学发光法。 在一个实施方式中，所述的溶液中含有1mM的葡萄糖。 在一个实施方式中，检测中的扫描速率25-300nmV  s-1。 在一个实施方式中，检测中的鲁米诺含量控制在0.1至0 .6mM之间，优选0.1至 0.4mM。 有益效果 采用两步还原法合成了一种新型的COOH-G/Au@Ag纳米材料。基于这种纳米材料， 制备了一种操作简便，方便，低消耗的新型无酶ECL传感器。大的催化表面积和快速的电子 转移速率显示了对葡萄糖非常好的电催化氧化性能。此外，我们的传感器不仅具有良好的 可重复性和广泛的线性范围，而且还具有可接受的灵敏度和稳定性。制备的用于检测真实 血清中葡萄糖的传感器是可行的，其在临床诊断领域中的应用前景广阔。 附图说明 图1.(A)(B)(C)COOH-G/Au@Ag的SEM图像，(D)COOH-G/Au@Ag的TEM图像 7 CN 111595917 A 说　明　书 6/11 页 图2.COOH-G/Au@Ag的EDX表征 图3.COOH-G/Au@Ag纳米复合材料的SEM-EDS映射图像 图4.检测过程EIS曲线。其中，(A)有和没有葡萄糖的裸露GCE(a，b)和有和没有葡 萄糖的COOH-G/Au@Ag修饰的GCE(c，d)的IECL/E曲线。插图：裸露的GCE(a，b)不含或含葡萄 糖，以及COOH-G/Au@Ag修饰的GCE(c，d)不含或含葡萄糖的CV曲线。(B)裸露GCE，COOH-G- GCE，COOH-G/Au@Ag-GCE的EIS曲线 图5.(A)影响COOH-G/Au@Ag量对化学发光的影响；(B)pH条件的影响；(C)鲁米诺浓 度对化学发光的影响；(D)扫描速率的影响。 图6.ECL传感器的干扰能力(a-p：葡萄糖，甘氨酸，抗坏血酸，尿素，Na ，Fe3 ，Mn2 ， Cu2 ，I-，Zn2 ，SO 2- 2 4 ，Pb ，多巴胺，丙氨酸，麦芽糖，果糖) 图7.是检测过程中的性能曲线，其中(A)在不同的葡萄糖浓度下，在COOH-G/Au@Ag 修饰的GCE上鲁米诺的IECL/E曲线(a：0.005μM，b：0.01μM，c：0.05μM，d：0.1μM，e：0.5μM，f：1μ M，g：3μM，h：5μM，i：8μM，j：10μM，k：30μM，l：50μM，m：100μM，n：500μM，o：800μM，p：1000μM，q： 1500μM)插图：在用COOH-G/Au@Ag复合材料修饰的电极上，进行重复的ECL发射以及连续的 CV扫描(B)葡萄糖浓度(0.005-1500μM)之间的线性关系。插图：葡萄糖浓度(0.005-10μM)之 间的线性关系。