基于聚苯胺稳定碘化铜纳米颗粒的非酶葡萄糖传感系统开发与物联网集成应用研究

本研究针对酶基葡萄糖传感器稳定性差、成本高的问题，开发了聚苯胺稳定γ-CuI纳米颗粒(PSCI)非酶传感器。通过原位聚合法合成4-12 nm立方相CuI，在0.1 M NaOH中表现出0.14 mA·mM-1 ·cm-2 的灵敏度。集成Arduino Uno R4 Wi-Fi模块实现实时监测，在人工唾液中回收率达98-101.5%，为便携式血糖监测提供了新策略。

　　

血糖监测是糖尿病管理的核心环节，传统酶基传感器虽选择性优异，却面临酶易失活、成本高昂等瓶颈。近年来，非酶传感器因稳定性好、成本低等优势成为研究热点，其中铜基材料因其独特的电催化性能备受关注。然而，碘化铜(CuI)在葡萄糖传感中的应用研究仍属空白，且现有传感器多缺乏便携式集成方案。针对这些挑战，研究人员开展了一项创新性研究，成果发表在《Biochemical Engineering Journal》上。

研究团队采用改良的原位聚合法，通过铜离子诱导苯胺氧化同步构建Cu(I)-聚苯胺中间体，再与碘化钾反应获得聚苯胺稳定γ-CuI纳米颗粒(PSCI)。利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)证实了4-12 nm立方相CuI的形成。电化学测试采用三电极体系，结合Arduino Uno R4 Wi-Fi开发了具有物联网功能的传感系统。

材料表征与合成机制部分显示，XRD证实产物为立方相γ-CuI（空间群F-43m），晶胞参数6.0838 ?。TEM显示纳米颗粒均匀分布在聚合物基质中，XPS中Cu 2p_3/2
（932.25 eV）和I 3d_5/2
（619.2 eV）峰证实了CuI的形成。拉曼光谱在121 cm^-1
处的特征峰进一步验证了γ-CuI结构。

电化学葡萄糖传感部分揭示了催化机制：在碱性条件下，CuI先转化为Cu(OH)₂
，再氧化为催化活性中心CuOOH，后者将葡萄糖氧化为葡萄糖酸。循环伏安显示Cu(II)/Cu(III)氧化峰位于0.4-0.6 V，电流响应与葡萄糖浓度（0-9 mM）呈线性关系（R²
=0.99），灵敏度达0.14 mA·mM^-1
·cm^-2
。计时电流法显示6秒快速响应，对抗坏血酸、尿酸等干扰物表现出优异选择性。

微控制器传感系统部分显示，基于电位法的传感器在2-12 mM范围内呈现23 mV/mM的灵敏度，响应时间11秒。六次重复实验相对标准偏差(RSD)仅2.7%，5小时漂移率0.113 mV/h。集成ESP32-S3模块的物联网系统实现了ThingSpeak平台数据实时传输，在人工唾液测试中回收率达98-101.5%。

该研究创新性地将聚合物稳定纳米材料与物联网技术结合，解决了传统传感器稳定性与便携性的矛盾。虽然电极重复使用性有待提升，但为开发低成本、可穿戴血糖监测设备提供了新思路。未来通过表面修饰优化，这种基于CuI的传感系统有望拓展至其他生物标志物检测领域。