Stabile, riproducibile e legante

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 18945 (2022) Citare questo articolo

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I sensori di glucosio non enzimatici nucleo-guscio sono generalmente fabbricati mediante approcci di sintesi chimica seguiti da un processo di immobilizzazione basato su leganti. Qui, abbiamo introdotto un nuovo approccio per sintetizzare direttamente il nucleo-guscio di Au@Cu e i suoi ossidi Au@CuxO su un elettrodo FTO per il rilevamento non enzimatico del glucosio. La deposizione fisica da vapore del film sottile di Au seguita dalla ricottura termica è stata utilizzata per fabbricare nanonuclei di Au sull'elettrodo. I gusci di Cu sono stati depositati selettivamente sui nuclei di Au utilizzando un metodo di elettrodeposizione. Inoltre, Au@Cu2O e Au@CuO sono stati sintetizzati tramite ricottura post termica dell'elettrodo Au@Cu. Questo approccio privo di leganti e di crescita selettiva ha il merito di un'elevata attività di elettroossidazione grazie al miglioramento della capacità di trasferimento degli elettroni e alla fornitura di siti più attivi sulla superficie. Le misurazioni elettrochimiche indicano l'attività superiore dell'elettrodo Au@Cu2O per l'ossidazione del glucosio. L'elevata sensibilità di 1601 μAcm−2 mM−1 e un limite di rilevamento basso di 0,6 μM vengono raggiunti per l'elettrodo superiore. Inoltre, il sensore indica una notevole riproducibilità e fornisce risultati accurati per il rilevamento del glucosio nei sieri umani. Inoltre, questo approccio di sintesi può essere utilizzato per la fabbricazione rapida, altamente controllabile e precisa di molte strutture nucleo-guscio regolando la deposizione elettrochimica e i parametri del trattamento termico.

Il rilevamento affidabile, rapido ed economico della glicemia rappresenta una sfida significativa a causa della crescente diffusione del diabete mellito in tutto il mondo1,2. Il rilevamento sensibile del glucosio è importante anche per il monitoraggio di alimenti, farmaci e ambiente3,4,5. Notevoli sforzi sono stati dedicati allo sviluppo di sensori enzimatici del glucosio con elevata sensibilità e selettività6,7,8,9. Tuttavia, ci sono alcune limitazioni da superare, tra cui il costo elevato, la complicata procedura di immobilizzazione degli enzimi e la bassa stabilità degli enzimi10,11,12.

Attualmente, i sensori di glucosio non enzimatici altamente sensibili con tempi di risposta rapidi, basso costo ed elevata stabilità hanno attirato grande attenzione13,14,15. A causa dell'elevata area superficiale e delle proprietà elettrocatalitiche migliorate, varie nanostrutture di metalli e ossidi metallici sono state ampiamente utilizzate nella fabbricazione di sensori di glucosio non enzimatici16,17,18,19. Tuttavia, alcune limitazioni degli elettrodi costruiti con monomateriale ne ostacolano l’applicazione pratica nei sensori del glucosio. Ad esempio, i metalli nobili come Ag, Pt e Au hanno mostrato un’eccellente attività catalitica ma hanno sofferto di alcuni svantaggi, tra cui costi elevati, avvelenamento superficiale e bassa selettività20,21. D’altro canto, gli ossidi di metalli di transizione come Cu2O, CuO, NiO e Co2O3 sono più interessati a causa del loro basso costo, abbondanza ed elevata stabilità22,23,24,25. Tuttavia, la loro scarsa conduttività elettrica e capacità di trasferimento di carica rappresentano problemi impegnativi nelle loro applicazioni21,26. Di conseguenza, l’utilizzo di ossidi metallici modificati con nanoparticelle metalliche27,28,29,30 e strutture ibride nucleo-guscio metallo/ossido metallico18,31,32,33 sembrano fornire un miglioramento significativo nelle prestazioni di rilevamento del glucosio. Tra le varie nanostrutture, i core-shell di ossido di rame Au@copper sono un candidato promettente per il rilevamento del glucosio poiché l'eccellente capacità di trasferimento di carica di Au e l'attività elettrocatalitica superiore degli ossidi di rame si integrano con nuove proprietà sinergiche34,35.

La sintesi delle strutture del nucleo del guscio viene generalmente effettuata mediante metodi in fase di soluzione seguiti dalla loro immobilizzazione su un elettrodo di supporto. Comprende la riduzione degli ioni metallici in presenza di semi centrali e additivi che dirigono la forma. Questo approccio ostacola l'attività elettrocatalitica a causa della presenza di tensioattivi e additivi leganti. Di conseguenza, altri metodi di fabbricazione, in particolare quelli basati sulla deposizione diretta di strutture nucleo-guscio su un substrato conduttivo, sono più interessati36,37,38.