血糖监测在食品、医药和生物科学领域内都具有重要的意义，对于糖尿病患者来说更为重要，精准、快速的血糖检测可以有效地预防和治疗糖尿病，从而减缓病患的痛楚。光电化学酶葡萄糖传感器具有灵敏度高、设备简单、响应速度快等特点，是目前临床检测葡萄糖浓度的一种极具应用潜力的分析方法。然而，葡萄糖氧化酶在固定化过程中容易失活变性，导致传感器的稳定性差，致使其实际应用受到较大的限制。故新型无酶光电化学葡萄糖传感器的发展为糖尿病患者的精确血糖监测提供了新思路。无酶光电化学葡萄糖传感器，基于光照条件下，在电极表面直接催化氧化葡萄糖分子进而检测其浓度避免了上述酶传感器的不足。构建具有高的光电催化氧化活性的电极是无酶光电化学葡萄糖传感器的关键。BiVO₄具有较小的带隙（～2.4 eV）、独特的电子能带结构和良好的稳定性，是目前有发展前景的可见光驱动光电催化剂材料之一。但是还未见有用于生物传感器的研究报道。

图1.（a）通过固相烧结法制备非酶的光电化学葡萄糖传感器；（b）BiVO₄电极材料的能带结构；（c-e）BiVO₄电极表面葡萄糖分子的Langmuir吸附行为

图2. 光电化学测试结果表明BiVO₄电极具备很好的光电催化氧化活性，具备很好的稳定性、选择性、重复性和重现性

鉴于此，北京航空航天大学物理学院郝维昌教授课题组通过固相烧结法制备了基于以BiVO₄纳米多孔薄膜为电极的非酶光电化学葡萄糖传感器（图 1a）。所制备的BiVO₄电极材料的光生空穴显示出较强的氧化能力，在可见光照射下，吸附在BiVO₄电极表面的葡萄糖分子被光生空穴氧化，导致光电流增加（图 1b）。此外电极表面葡萄糖分子的吸附行为与经典的Langmuir吸附模型相吻合（图 1c-d）。由光电化学测试的结果可知，BiVO₄修饰的电极具备很好的光电催化氧化活性，构建的传感器对葡萄糖的线性检测范围为0–5 mM，相关系数为0.997，最低检测限为 0.13 μmol/L (S/N=3)。。我们的研究表明BiVO₄修饰的电极在可见光下具备很好的光电催化氧化活性，构建的非酶光电化学葡萄糖传感器具有良好的选择性、稳定性、重复性和重现性（图 2）。此外，该传感器可以应用于人类血清样品的测试并与现有方法进行了对比。该研究为葡萄糖浓度的检测提供了新的研究思路。近日，该项工作以“A non-enzymatic photoelectrochemical glucose sensor based on BiVO₄ electrode under visible light”为题，发表于Sensors and Actuators B: Chemical（2019, 291，34-41）。文章的第一作者是北京航空航天大学物理学院博士生王姗。详细链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400519305805

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