铜硫化物/镍硫化物复合微花结构增强型无酶葡萄糖生物传感器的制备与性能研究

为解决传统酶基葡萄糖传感器受环境因素影响大、成本高的问题，研究人员开发了基于CuS/Ni3S4复合微花结构（RMFs）的无酶电化学生物传感器。该传感器通过一步水热法合成，具有2.5 μM的低检测限（LOD）、5秒快速响应及双线性检测范围（0-5 mM），灵敏度达303.85 μA/mM·cm2，为糖尿病监测提供了低成本、高稳定性的解决方案。

　　

糖尿病是全球威胁5亿患者生命的慢性疾病，血糖监测的精准性与便捷性直接影响治疗效率。传统酶基传感器虽占据市场主导地位，却易受温度、pH值影响且成本高昂。而无酶传感器虽能规避这些缺陷，但面临材料催化活性不足、线性范围窄等挑战。如何通过纳米材料设计突破性能瓶颈，成为研究者关注的焦点。

为解决这一问题， Shiraz University的研究团队创新性地将铜硫化物（CuS）微花结构（MFs）与镍硫化物（Ni₃S₄）纳米颗粒复合，开发出具有分级结构的无酶葡萄糖传感器。研究通过简单的溶剂热-水热两步法构建CuS/Ni₃S₄增强型微花（RMFs），利用扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）确认其形貌与晶型，并通过循环伏安法（CV）和计时电流法（CA）评估电化学性能。该成果发表于《Chemosphere》，为低成本、环境友好型血糖监测技术提供了新思路。

材料与方法
研究采用溶剂热法合成CuS微花，通过水热法负载Ni₃S₄纳米颗粒形成RMFs。使用SEM观察三维形貌，XRD分析晶体结构，电化学工作站测试CV和CA曲线，以0.1M NaOH为电解液评估葡萄糖氧化性能。

形貌与结构表征
SEM显示CuS MFs为直径10 μm的均一花状结构，经Ni₃S₄修饰后表面形成均匀纳米颗粒（图2A-D）。XRD证实CuS/Ni₃S₄复合物成功合成，无杂质相。

电化学性能
CV曲线显示RMFs在葡萄糖氧化中呈现显著电流响应。CA测试表明传感器具有双线性范围（0-1 mM和1-5 mM），灵敏度分别达303.85和164.85 μA/mM·cm²，LOD低至2.5 μM，响应时间<5秒，且对干扰物（如抗坏血酸）表现出高选择性。

结论与意义
该研究通过CuS/Ni₃S₄复合材料的协同效应，实现了葡萄糖氧化催化活性的显著提升。相较于纯CuS传感器，Ni₃S₄修饰使灵敏度提高11%，LOD降低16.7%。其环境友好的制备工艺、优异的检测性能，为大规模生产无酶传感器提供了可能，尤其适合资源有限地区的糖尿病管理。作者团队特别指出，这种分级结构设计策略可拓展至其他过渡金属硫化物的传感器开发中。