Estável, reprodutível e aglutinante

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 18945 (2022) Citar este artigo

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Os sensores de glicose não enzimáticos core-shell são geralmente fabricados por abordagens de síntese química seguidas por um processo de imobilização baseado em aglutinante. Aqui, introduzimos uma nova abordagem para sintetizar diretamente o núcleo-concha de Au@Cu e seus óxidos Au@CuxO em um eletrodo FTO para detecção de glicose não enzimática. A deposição física de vapor do filme fino de Au seguida de recozimento térmico tem sido usada para fabricar nanonúcleos de Au no eletrodo. As cascas de Cu foram depositadas seletivamente nos núcleos de Au usando um método de eletrodeposição. Além disso, Au@Cu2O e Au@CuO foram sintetizados via recozimento pós-térmico do eletrodo Au@Cu. Esta abordagem de crescimento seletivo e livre de aglutinantes tem o mérito de alta atividade de eletrooxidação devido à melhoria da capacidade de transferência de elétrons e ao fornecimento de locais mais ativos na superfície. As medições eletroquímicas indicam a atividade superior do eletrodo Au@Cu2O para a oxidação da glicose. A alta sensibilidade de 1601 μAcm−2 mM−1 e um baixo limite de detecção de 0,6 μM são alcançados para o eletrodo superior. Além disso, o sensor indica notável reprodutibilidade e fornece resultados precisos para detecção de glicose em soros humanos. Além disso, esta abordagem de síntese pode ser usada para fabricação rápida, altamente controlável e precisa de muitas estruturas núcleo-casca, ajustando a deposição eletroquímica e os parâmetros de tratamento térmico.

A detecção confiável, rápida e econômica da glicose no sangue é um desafio significativo devido ao crescente diabetes mellitus1,2 em todo o mundo. A detecção sensível de glicose também é importante para monitoramento de alimentos, medicamentos e ambiente3,4,5. Esforços notáveis ​​têm sido dedicados ao desenvolvimento de sensores enzimáticos de glicose com alta sensibilidade e seletividade6,7,8,9. No entanto, existem algumas limitações a serem superadas, incluindo alto custo, procedimento complicado de imobilização de enzimas e baixa estabilidade das enzimas10,11,12.

Atualmente, sensores de glicose não enzimáticos altamente sensíveis, com tempo de resposta rápido, baixo custo e alta estabilidade têm atraído grande atenção13,14,15. Devido à alta área de superfície e propriedades eletrocatalíticas aprimoradas, várias nanoestruturas de metal e óxido metálico têm sido consideravelmente utilizadas na fabricação de sensores de glicose não enzimáticos16,17,18,19. No entanto, algumas limitações dos eletrodos construídos com um único material obstruem sua aplicação prática em sensores de glicose. Por exemplo, metais nobres como Ag, Pt e Au exibiram excelente atividade catalítica, mas sofreram algumas desvantagens, incluindo alto custo, envenenamento de superfície e baixa seletividade20,21. Por outro lado, os óxidos de metais de transição como Cu2O, CuO, NiO e Co2O3 são mais interessantes devido ao seu baixo custo, abundância e alta estabilidade22,23,24,25. No entanto, sua baixa condutividade elétrica e capacidade de transferência de carga são questões desafiadoras em suas aplicações21,26. Consequentemente, o uso de óxidos metálicos modificados com nanopartículas metálicas27,28,29,30 e estruturas híbridas de núcleo-casca de metal/óxido metálico18,31,32,33 parecem fornecer uma melhoria significativa no desempenho da detecção de glicose. Entre várias nanoestruturas, os núcleos de óxido de cobre Au@ são candidatos promissores para a detecção de glicose, uma vez que a excelente capacidade de transferência de carga do Au e a atividade eletrocatalítica superior dos óxidos de cobre se integram a novas propriedades sinérgicas34,35.

A síntese de estruturas de casca de núcleo é geralmente realizada pelos métodos de fase de solução seguidos por sua imobilização em um eletrodo de suporte. Inclui a redução de íons metálicos na presença de sementes de núcleo e aditivos de direcionamento de forma. Esta abordagem sofre por dificultar a atividade eletrocatalítica devido à existência de surfactante e aditivos de ligação. Consequentemente, outros métodos de fabricação, especialmente aqueles baseados na deposição direta de estruturas núcleo-casca em um substrato condutor, são mais interessantes36,37,38.