银纳米线与钴氧化物协同增强的柔性葡萄糖传感器：高灵敏度与低电压检测新策略

针对传统金属葡萄糖传感器导电性、生物相容性和稳定性不足的问题，本研究通过将银纳米线（AgNWs）与ZIF-67衍生的Co3O4复合，开发出柔性AgNWs/Co3O4/ACC电极。该传感器在0.2 V低电压下实现2.542 mA·mM-1·cm-2的高灵敏度及1.025 μM的低检测限，并通过DFT理论揭示了Ag-葡萄糖的强电子相互作用，为可穿戴医疗设备提供了新思路。

　　

糖尿病是全球威胁人类健康的慢性代谢疾病，2021年国际糖尿病联盟数据显示全球患者已达5.37亿。血糖监测是糖尿病管理的关键，但传统酶基传感器因酶稳定性差、寿命短而受限，非酶电极又面临导电性不足和纳米颗粒团聚等问题。银纳米线（AgNWs）虽具有优异导电性和生物相容性，但单独使用时葡萄糖电氧化动力学缓慢；钴氧化物（Co₃O₄）虽催化性能良好，但工作电压过高易干扰检测。如何开发兼具高灵敏度、低电压响应和柔性特性的传感器成为研究难点。

为解决这一难题，国内研究人员在《Surfaces and Interfaces》发表研究，提出将AgNWs与ZIF-67衍生的Co₃O₄协同整合于活性碳布（ACC）基底，通过简单滴铸法制备柔性葡萄糖传感器。该设计利用AgNWs的三维网络结构提升电子传输效率，Co₃O₄的多孔特性增加活性位点，最终实现低电压（0.2 V）下的高灵敏度检测，并通过密度泛函理论（DFT）揭示了Ag与葡萄糖的强电子相互作用机制。

关键技术方法包括：1）ZIF-67热转化法制备多孔Co₃O₄；2）AgNWs/Co₃O₄复合材料的溶液法合成；3）ACC基底的酸活化处理；4）电化学性能测试（CV、EIS等）；5）DFT计算分析电子转移机制。

材料与表征
SEM显示AgNWs（直径约100 nm）在ACC上形成三维导电网络，ZIF-67衍生的Co₃O₄保留十二面体多孔结构（图2a-f）。XRD证实Co₃O₄的成功合成，XPS显示AgNWs与Co₃O₄间的电子转移。

电化学性能
AgNWs/Co₃O₄/ACC电极在0.2 V低电压下灵敏度达2.542 mA·mM^-1·cm^-2，检测限低至1.025 μM，优于纯AgNWs/ACC（灵敏度1.132 mA·mM^-1·cm^-2）。EIS表明复合材料的电荷转移电阻（R_ct）降低80%，证实协同效应提升导电性。

DFT理论验证
计算显示葡萄糖吸附后Ag的d轨道电子态密度（DOS）显著变化，吸附能达-16.37 kcal·mol^-1，O_葡萄糖的p轨道与Ag发生强电子耦合，阐明高灵敏度的原子级机制。

实际应用测试
在商业人血清中回收率达96.9-103.5%，抗干扰实验显示对尿酸、抗坏血酸等物质的选择性响应。

研究结论表明，AgNWs/Co₃O₄/ACC通过材料协同与结构设计，解决了低电压检测的灵敏度与选择性矛盾。其意义在于：1）为柔性可穿戴设备提供高性能传感方案；2）DFT理论指导了金属-葡萄糖相互作用机制；3）简单滴铸法适合规模化生产。该成果推动非酶葡萄糖传感器向低功耗、高精度方向发展，对个性化医疗具有重要价值。