钴基不锈钢电极电化学发光检测葡萄糖：一种高灵敏度生物传感新策略

本研究针对传统葡萄糖传感器成本高、操作复杂等问题，创新性地利用钴基不锈钢电极（Co-ss）耦合电化学发光（ECL）技术，开发了一种高灵敏度、宽线性范围（0.005-5 mM）的葡萄糖检测方法。通过优化pH值、酶反应条件及电极催化性能，实现了蜂蜜样本中葡萄糖的精准测定（与HPLC结果一致），为生物医学检测和食品分析提供了经济高效的新方案。

　　

血糖监测是糖尿病管理的核心环节，但现有检测技术常面临成本高、抗干扰能力弱等问题。尤其在食品工业中，蜂蜜等复杂基质样本的葡萄糖检测更易受其他糖类干扰。传统电极材料如铂、金虽性能优异，但高昂成本限制其广泛应用。如何开发兼具高灵敏度、稳定性和经济性的新型传感器，成为研究者亟待突破的难题。

中国科学院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室的研究团队独辟蹊径，将医用级钴基不锈钢（Co-ss）这一具有优异生物相容性的合金材料首次引入电化学发光（ECL）领域。通过系统研究电极对鲁米诺-过氧化氢（luminol-H₂O₂）体系的催化机制，结合葡萄糖氧化酶（GOD_x）的专一性转化，构建出新型葡萄糖检测平台。该成果发表于《Biodiversity Data Journal》，为生物传感领域提供了材料创新的典范。

研究团队采用三项关键技术：1）通过线性伏安扫描优化钴基电极在碳酸盐缓冲液（CBS，pH 11.5）中的ECL响应条件；2）利用酶促反应动力学调控，确定葡萄糖转化为H₂O₂的最佳pH（7.5）和GOD_x浓度（5 U/mL）；3）结合循环伏安法（CV）和ECL信号分析，建立浓度-信号数学模型。所有实验均采用市售蜂蜜样本进行方法验证。

研究结果揭示：

3.1 钴基电极的ECL特性

对比传统304不锈钢电极，钴基电极使luminol-H₂O₂体系的ECL强度提升3倍，氧化峰电位稳定在0.86 V。扫描速率实验证实反应受扩散控制（R²>0.99），电极表面钴元素显著促进活性氧（ROS）生成。

3.3 葡萄糖检测机制

通过"酶转化-ECL放大"级联反应（Scheme 2）：葡萄糖经GOD_x氧化生成H₂O₂，后者在电极表面产生活性氧物种，进而激发luminol发光。该设计巧妙规避了复杂样本的直接干扰。

3.5 分析性能

在0.005-5 mM范围内呈现优异线性（I_ECL=3500.6C+889.55），检测限低至5 μM。连续8次测试的相对标准偏差（RSD）仅3.7%，且抗干扰实验显示50 μM果糖/蔗糖不产生显著影响（误差<5%）。

3.7 实际应用

对两种市售蜂蜜的检测结果（3.79 mM和3.33 mM）与高效液相色谱（HPLC）数据高度吻合（p>0.05），验证了方法的可靠性。

这项研究开创性地将医用合金材料转化为高性能生物传感器件，其意义体现在三方面：首先，钴基不锈钢电极的成本仅为贵金属电极的1/10，但性能媲美改性电极；其次，宽达三个数量级的线性范围使其适用于从体液到食品的多样化检测场景；最后，该方法为其他基于H₂O₂信号的生物分子检测提供了普适性平台。正如通讯作者Guobao Xu教授团队强调的，这项技术突破不仅推动了ECL检测的实用化进程，更开辟了工业材料在分析化学中的跨界应用新思路。