CN101566637A - 一种用于检测人体唾液酒精浓度的生物传感器 - Google Patents

一种用于检测人体唾液酒精浓度的生物传感器 Download PDF

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郭希山
刘孔绚
陈珠丽
王东亭
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一种用于检测人体唾液酒精浓度的生物传感器，其特征在于：作为工作电极的第一叉指碳电极(2)和作为对电极的第二叉指碳电极(3)以及叉指碳电极引线(4)采用丝网印刷技术将导电碳浆印刷在基底(1)上，置于100～150℃的烘箱内热固化；将上述基底(1)置于室温下老化2～3天，在第一叉指碳电极(2)和第二叉指碳电极(3)上修饰一层亲水膜，先后滴加铁氰化钾溶液，乙醇脱氢酶以及辅酶溶液，纳米金颗粒溶液，在室温下干燥制成反映区域(6)。同现有技术比较，本发明的优点是：1)添加电子传递剂提高传感器灵敏度；2)修饰纳米金颗粒提高传感灵敏度；3)叉指结构提高电流信号强度；4)传感器响应迅速；5)唾液用量少且无需预处理。

Description

一种用于检测人体唾液酒精浓度的生物传感器
技术领域
本发明涉及一种生物传感器，特别涉及一种用于检测人体唾液酒精浓度的生物传感器。
背景技术
随着现代汽车运输业的迅猛发展，拥有机动车驾驶执照的人员数量迅猛增长，交通事故频繁发生。世界卫生组织的事故调查显示，大约50％～60％的交通事故与酒后驾驶有关，酒后驾驶已经被列为车祸致死的主要原因。目前在酒精浓度测试技术上主要有抽血送检式和呼吸式两种，抽血送检式过程繁琐，费时费力；呼吸式设备昂贵，成本较高，同时存在干扰较多，精度不高等缺点。长期一来，一直没有一种简便、快速、准确和定量检测机动车驾驶员饮酒程度的仪器。本发明即为这种仪器提供了一种高效、准确、快捷、低成本的酒精浓度生物传感器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于检测人体唾液酒精浓度的生物传感器。本传感器采用纳米金颗粒进行修饰，同时采用叉指电极结构以提高传感器的灵敏度，具有操作方便、准确、快速、低成本等优点。适用于检测驾驶员是否酒后驾车，或者酿酒行业中酒精浓度的检测。
一种用于检测人体唾液酒精浓度的生物传感器，包括PVC基底1，作为工作电极的第一叉指碳电极2，作为对电极的第二叉指碳电极3，叉指碳电极引线4，绝缘保护层5，反应区域6，其特征在于：作为工作电极的第一叉指碳电极2和作为对电极的第二叉指碳电极3以及叉指碳电极引线4采用丝网印刷技术将导电碳浆印刷在PVC基底1上，之后将PVC基底1置于100～150℃的烘箱内热固化30～45min；采用丝网印刷技术将常规绝缘胶印制在叉指碳电极引线4上，置于100～150℃的烘箱内热固化30～45min，形成绝缘保护层5；将上述PVC基底1置于室温下老化2～3天，在第一叉指碳电极2和第二叉指碳电极3上采用羧甲基纤维素CMC修饰一层亲水膜，先后滴加作为电子传递剂的铁氰化钾溶液5ul，乙醇脱氢酶以及辅酶NADH溶液5ul，纳米金颗粒溶液1ul，铁氰化钾溶液中铁氰化钾的质量浓度为8～40g/L，乙醇脱氢酶以及辅酶溶液中含有乙醇脱氢酶为4～5个活性单位，纳米金颗粒溶液中纳米金颗粒的质量浓度为20～60g/L，在室温下干燥制成反应区域6，以上溶液均采用磷酸盐溶液作为缓冲液，pH为7.0～8.0。纳米金颗粒直径为15～30nm。磷酸盐溶液选用磷酸钾溶液、磷酸钠溶液中的一种。
同现有技术比较，本发明具有以下突出优点：1)以铁氰化钾作为酶促反应中的电子传递剂，在200～300mv工作电压，电子能快速有效地到达电极，从而显著提高生物传感器对酒精浓度的响应灵敏度；2)纳米金颗粒具有电催化能力，极大地提高了传感器的灵敏度；3)采用叉指电极结构设计，如同用多个电极进行测试，提高电流信号的强度；4)传感器响应迅速，最快检测时间仅须20秒；5)所用的唾液仅为10ul，且无需对唾液进行预处理。
附图说明
图1为一种用于检测人体唾液酒精浓度的生物传感器的结构示意图。
图2为本传感器的循环伏安法曲线图。图中横坐标为扫描电压，纵坐标为反应电流。M表示未用纳米金颗粒修饰的传感器循环伏安法曲线的还原曲线，M′表示未用纳米金颗粒修饰的传感器循环伏安法曲线的氧化曲线，N表示采用纳米金颗粒修饰的传感器循环伏安法曲线的还原曲线，N′表示采用纳米金颗粒修饰的传感器循环伏安法曲线的氧化曲线。可见修饰纳米金颗粒能够显著增强传感器的氧化还原特性，提高传感器的性能。
图3为恒电位法测定不同浓度酒精溶液的反应电流-反应时间响应曲线。图中横坐标为反应时间，纵坐标为反应电流。A表示酒精浓度100mmol/L的反应电流-反应时间响应曲线，B表示酒精浓度10mmol/L的反应电流-反应时间响应曲线，C酒精浓度1mmol/L的反应电流-反应时间响应曲线。可见传感器对不同浓度的酒精溶液具有较好的区分度。
图4为传感器对不同酒精浓度的电流响应的线性拟合直线。图中横坐标为酒精溶液浓度，纵坐标为响应电流。可见传感器对不同浓度酒精溶液检测的线性度较好。
具体实施方式
实施例1：
一种用于检测人体唾液酒精浓度的生物传感器，包括PVC基底1，作为工作电极的第一叉指碳电极2，作为对电极的第二叉指碳电极3，叉指碳电极引线4，绝缘保护层5，反应区域6，其特征在于：作为工作电极的第一叉指碳电极2和作为对电极的第二叉指碳电极3以及叉指碳电极引线4采用丝网印刷技术将导电碳浆印刷在PVC基底1上，之后将PVC基底1置于100℃的烘箱内热固化45min；采用丝网印刷技术将常规绝缘胶印制在叉指碳电极引线4上，置于100℃的烘箱内热固化45min，形成绝缘保护层5；将上述PVC基底1置于室温下老化2天，在第一叉指碳电极2和第二叉指碳电极3上采用CMC修饰一层亲水膜，先后滴加作为电子传递剂的铁氰化钾溶液5ul，乙醇脱氢酶以及辅酶溶液5ul，纳米金颗粒溶液1ul，铁氰化钾溶液中铁氰化钾的质量浓度为10g/L，乙醇脱氢酶以及辅酶溶液中含有乙醇脱氢酶为5个活性单位，纳米金颗粒溶液中纳米金颗粒的质量浓度为60g/L，在室温下干燥制成反应区域6，以上溶液均采用磷酸钠溶液作为缓冲液，pH为7.0。纳米金颗粒直径为15nm。
用恒电位法对该传感器性能进行实验，结果表明，该传感器工作区间为1～150mmol/L，灵敏度11nA/mmol L-1。对10mmol/L的酒精溶液进行10次重复实验，表明误差小于10％。
实施例2：
一种用于检测人体唾液酒精浓度的生物传感器，包括PVC基底1，作为工作电极的第一叉指碳电极2，作为对电极的第二叉指碳电极3，叉指碳电极引线4，绝缘保护层5，反应区域6，其特征在于：作为工作电极的第一叉指碳电极2和作为对电极的第二叉指碳电极3以及叉指碳电极引线4采用丝网印刷技术将导电碳浆印刷在PVC基底1上，之后将PVC基底1置于150℃的烘箱内热固化30min；采用丝网印刷技术将常规绝缘胶印制在叉指碳电极引线4上，置于150℃的烘箱内热固化30min，形成绝缘保护层5；将上述PVC基底1置于室温下老化3天，在第一叉指碳电极2和第二叉指碳电极3上采用CMC修饰一层亲水膜，先后滴加作为电子传递剂的铁氰化钾溶液5ul，乙醇脱氢酶以及辅酶溶液5ul，纳米金颗粒溶液1ul，铁氰化钾溶液中铁氰化钾的质量浓度为40g/L，乙醇脱氢酶以及辅酶溶液中含有乙醇脱氢酶为5个活性单位，纳米金颗粒溶液中纳米金颗粒的质量浓度为60g/L，在室温下干燥制成反应区域6，以上溶液均采用磷酸钾溶液作为缓冲液，pH为8.0。纳米金颗粒直径为30nm。
实施例3：
一种用于检测人体唾液酒精浓度的生物传感器，包括PVC基底1，作为工作电极的第一叉指碳电极2，作为对电极的第二叉指碳电极3，叉指碳电极引线4，绝缘保护层5，反应区域6，其特征在于：作为工作电极的第一叉指碳电极2和作为对电极的第二叉指碳电极3以及叉指碳电极引线4采用丝网印刷技术将导电碳浆印刷在PVC基底1上，之后将PVC基底1置于125℃的烘箱内热固化40min；采用丝网印刷技术将常规绝缘胶印制在叉指碳电极引线4上，置于125℃的烘箱内热固化40min，形成绝缘保护层5；将上述PVC基底1置于室温下老化2.5天，在第一叉指碳电极2和第二叉指碳电极3上采用CMC修饰一层亲水膜，先后滴加作为电子传递剂的铁氰化钾溶液5ul，乙醇脱氢酶以及辅酶溶液5ul，纳米金颗粒溶液1ul，铁氰化钾溶液中铁氰化钾的质量浓度为30g/L，乙醇脱氢酶以及辅酶溶液中含有乙醇脱氢酶为5个活性单位，纳米金颗粒溶液中纳米金颗粒的质量浓度为40g/L，在室温下干燥制成反应区域6，以上溶液均采用磷酸钠溶液作为缓冲液，pH为7.5。纳米金颗粒直径为20nm。

Claims (2)

1.一种用于检测人体唾液酒精浓度的生物传感器，包括PVC基底(1)，作为工作电极的第一叉指碳电极(2)，作为对电极的第二叉指碳电极(3)，叉指碳电极引线(4)，绝缘保护层(5)，反应区域(6)，其特征在于：作为工作电极的第一叉指碳电极(2)和作为对电极的第二叉指碳电极(3)以及叉指碳电极引线(4)采用丝网印刷技术将导电碳浆印刷在PVC基底(1)上，之后将PVC基底(1)置于100～150℃的烘箱内热固化30～45min；采用丝网印刷技术将绝缘胶印制在叉指碳电极引线(4)上，置于100～150℃的烘箱内热固化30～45min，形成绝缘保护层(5)；将上述PVC基底(1)置于室温下老化2～3天，在第一叉指碳电极(2)和第二叉指碳电极(3)上采用羧甲基纤维素CMC修饰一层亲水膜，先后滴加作为电子传递剂的铁氰化钾溶液5ul，乙醇脱氢酶以及辅酶溶液5ul，纳米金颗粒溶液1ul，铁氰化钾溶液中铁氰化钾的质量浓度为8～40g/L，乙醇脱氢酶以及辅酶溶液中含有乙醇脱氢酶为4～5个活性单位，纳米金颗粒溶液中纳米金颗粒的质量浓度为20～60g/L，在室温下干燥制成反应区域(6)，以上溶液均采用磷酸盐溶液作为缓冲液，pH为7.0～8.0，磷酸盐溶液采用磷酸钾溶液或磷酸钠溶液中的一种。
2.根据权利要求1所述的生物传感器，其特征在于：纳米金颗粒直径为15～30nm。
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