Conception rationnelle du classeur

Scientific Reports volume 5, Numéro d'article : 10617 (2015) Citer cet article

Les nanocomposites unidimensionnels d'oxyde métallique et de métal noble devaient présenter des performances supérieures pour la détection non enzymatique du glucose en raison de leur bonne conductivité et de leur activité catalytique élevée héritées respectivement du métal noble et de l'oxyde métallique. Comme preuve de concept, nous avons synthétisé un composite d'or et d'oxyde de cuivre (Au/CuO) avec une structure unique de nanochou-fleurs unidimensionnelle. En raison de la nature de la méthode de synthèse, aucun liant étranger n’était nécessaire pour maintenir Au ou CuO en place. À notre connaissance, il s’agit de la première tentative consistant à combiner un oxyde métallique et un métal noble dans un style sans liant pour fabriquer un capteur de glucose non enzymatique. Les nanochous-fleurs Au/CuO dotés d'une grande surface active électrochimique et d'une zone de contact électrolytique élevée promettraient une large plage linéaire et une détection très sensible du glucose avec une bonne stabilité et reproductibilité en raison de sa bonne conductivité électrique de l'Au et de sa forte activité électrocatalytique du CuO.

Une détection précise du taux de glucose dans le sang est essentielle pour le diagnostic clinique du contrôle du diabète1,2,3,4. Traditionnellement, la concentration de glucose est surveillée par un système ampérométrique, dans lequel le glucose est oxydé enzymatiquement par une glucose oxydase (GOx) hautement sélective immobilisée sur la surface de l'électrode et les électrons ainsi générés ou le produit de réaction, le peroxyde d'hydrogène (H2O2), sont ensuite mesurés afin de déterminer la concentration du glucose5,6,7,8. De par la nature de l'enzyme, le capteur de glucose basé sur GOx possède une sélectivité, mais son application est encore limitée en raison des inconvénients inhérents associés à la purification de l'enzyme, à son immobilisation et à sa protection contre la dénaturation. De plus, la grande distance entre le centre rédox du groupe flavine (FAD) profondément intégré de GOx et la surface de l'électrode complique le système et nécessite la présence de certaines navettes électroniques dans les échantillons, ce qui est sans doute la plus grande barrière qui limite la sensibilité de cette méthode9, dix. À cette fin, la détection électrocatalytique directe et non enzymatique du glucose a récemment suscité un intérêt considérable car elle promet un capteur sans transfert d'électrons et donc une sensibilité et une répétabilité élevées11,12.

Pour une détection électrocatalytique non enzymatique réussie du glucose, une conductivité et une activité catalytique élevées sont nécessaires pour l’électrocatalyseur. Parmi tous les matériaux candidats pour l'électrocatalyseur dans la détection du glucose, notamment les métaux nobles13,14,15, les oxydes métalliques16,17,18, les matériaux carbonés19,20,21, les alliages mésoporeux22 et les polymères23,24, les métaux nobles et les oxydes métalliques se distinguent eux-mêmes. Récemment, diverses nanostructures, telles que les nanorod25, les nanofils26, les nanotubes27,28, les dendritiques29 et les matériaux mésoporeux30,31, ont reçu une attention particulière en raison de leur surface spécifique élevée, de leur séparation efficace des charges, etc., qui sont bénéfiques pour de nombreuses applications. Parmi les méthodes de synthèse permettant de fabriquer des nanostructures unidimensionnelles, l'anodisation se distingue par sa polyvalence, sa connexion en une seule étape, son faible coût et, surtout, sa connexion transparente entre le substrat métallique et les nanostructures anodisées, ce qui fait littéralement des nanostructures ainsi préparées une électrode idéale avec conductivité élevée32,33,34,35. Généralement, dans un procédé de détection électrochimique non enzymatique classique, les électrocatalyseurs sont préparés sous forme de nanoparticules puis immobilisés sur des substrats conducteurs à l'aide de certains liants polymères, généralement isolants et électrochimiquement inactifs. La présence de liants polymères dans les systèmes conventionnels augmente inévitablement la résistance série, bloque les sites autrement catalytiquement actifs et empêche la diffusion de l'électrolyte, conduisant finalement à une activité électrocatalytique considérablement réduite et à de mauvaises performances des capteurs. Pour les raisons mentionnées ci-dessus, les nanostructures anodisées unidimensionnelles peuvent constituer une solution rationnelle au problème des systèmes conventionnels.