CN103524734A - 一种聚吡咯-f127纳米复合材料及其在制备用于全血检测的电化学传感器中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种聚吡咯-F127纳米复合材料及其应用，该材料可直接应用于全血检测的电化学传感器。本发明制备出具有良好血液相容性的聚吡咯-F127纳米复合材料并将其修饰在电极表面，设计出新颖的能够直接检测全血中葡萄糖浓度的电化学传感器，实现了纳米复合材料生化分析方面的应用以及生物传感器全血检测技术。该方法避免了血液中常见干扰物质的影响，具有检测范围宽，重现性好，结果准确等优点，同时全血检测避免了血液的处理以及较长的分析时间，具有一定的临床应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种可直接应用于全血检测的电化学传感器。它通过制备出具有良好血液相容性的聚吡咯-F127纳米复合材料并将其修饰在电极表面，设计出新颖的能够直接检测全血中葡萄糖浓度的电化学传感器，实现了生物传感器全血检测的可能。
技术背景
正常血液化学成分，包括蛋白质、脂类、糖类、非蛋白氮、无机盐，以及其他物质如胆红素、酮体、酶、激素和维生素等。这些成分的浓度，反映了机体内各种代谢的状况。对于健康机体来说，各种化学物质都有一定的正常值。如果在正常值范围之外，增多或减少，指示着机体内某种物质代谢的失常，即病理状态。因此，血液化学成分的测定对于临床诊断疾病，判断预后和制定防治措施建立科学依据，有着非常重要的意义。比如糖尿病患者频繁的血糖检测、肝病患者的血常规检测，甚至血液检查也是查出早期癌症的重要手段，通过检测血液中各种肿瘤标志物指标是否升高可发现、鉴别各种恶性肿瘤。综合近年来国内外文献报道，目前血液检测样品的处理与检测，主要包括两种，一种是血清检测，通过离心分离出血清，再进行检测；另一种是取血样后直接在全血中进行检测。血清检测有着繁琐的样品处理过程，从取血到检测耗时较长，血液成分的新陈代谢发生变化从而不能作为实时检测的依据，同时血清检测需要离心设备这就大大限制了广泛使用的可能；而全血检测同样也存在弊端，采血时由于过度挤压导致组织液的混入污染样品，影响检测结果。
目前世界上许多国家都在投入巨额资金来发展“生物传感器平台（Biosensor Platform）”这种新型治疗诊断技术。它作为将诊断和治疗疾病结合在一起的新兴疗法，既可以降低疾病诊断和医学临床的费用与复杂性，同时还具备提供监测疾病发展和药品疗效成果的能力。这个技术更被医学界视为未来疾病疗程的主流。此外，随着生物传感器技术的不断进步，必然要求不断降低产品成本，提高灵敏度、稳定性和延长寿命。这些特性的改善可以加速生物传感器市场化、商品化的进程。
但当传统的传感器直接与血液接触以检测其中成分时，会因蛋白质、血细胞及微生物吸附等引起表面污染，从而降低灵敏度和使用寿命，因此减小或阻止传感器的表面污染极为重要。在以往的研究中，由于受学科知识所限，制备并使用传感器的大多数分析化学领域研究者没有将传感器表面的抗凝血技术应用作为研究重点，而是选择了血液样品的离心分离处理，以减小传感器电极表面的生物污染，但是这样的生化分析过程存在检测误差比较大，灵敏度不高，同时需要专门的离心设备，这些对于在线快速监测都存在很大的不便。
随着现代学科交叉机制的发展，利用一些具有抗生物污垢性的材料对传感器的表面进行修饰来解决这个应用于全血中的生物传感器表面生物污染的关键科学问题已成为当今生物传感器研究领域的热点。目前已有大量关于利用金属纳米粒子以及碳纳米管改善生物酶蛋白与传感器的结合状况的研究报道。金属纳米粒子具有高比表面积、高活性、强吸附力及高催化效率等优异特性，可在增加酶蛋白的吸附量和稳定性的同时提高酶蛋白的催化活性，使酶蛋白电极的电流响应灵敏度得到大幅度的提高。但是无论是金属纳米粒子，还是碳纳米管，都会对血浆中重要凝血因子纤维蛋白原表现出非特异性吸附行为，从而造成电极表面的生物污垢。
本发明通过制备一种具有抗生物污垢性的聚吡咯-F127纳米复合材料并修饰在传感器的表面，利用其能防止血液成分在对电极表面的非特异性吸附同时又能防止生物污垢的性能，解决了传统传感器直接应用于血液检测所遇到的表面生物污染问题的同时，此类新型生物传感器的电极响应灵敏度也将大大提高，值得作进一步的探索研究。
发明内容
针对上述技术背景中所提及的电化学传感器全血检测的必要和重要性，本发明目的在于提供一种具有抗生物污垢性的聚吡咯-F127纳米复合材料的制备技术，并将其修饰在电极表面，设计出新颖的能够直接检测全血中葡萄糖浓度的电化学传感器，实现了生物传感器全血检测的可能。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种聚吡咯-F127纳米复合材料，是通过下述方法制得：将F127充分溶解于去离子水中，加入FeCl3·6H2O（0.9g），快速搅拌下后用加入吡咯试剂，0～5℃反应6h后转入透析袋（MWCO=14400）中透析，以去除Fe3+、Fe2+和过量的F127，最终得到黑色的聚吡咯-F127纳米复合材料。
聚吡咯-F127纳米复合材料在制备用于全血检测的电化学传感器中的应用。
一种用于全血检测的电化学传感器，是传感器的表面修饰有聚吡咯-F127纳米复合材料。
所述用于全血检测的电化学传感器通过下述方法制备：
（1）制备聚吡咯-F127纳米复合材料，
（2）将聚吡咯-F127纳米复合材料修饰到传感器表面。使用时，在已修饰聚吡咯-F127纳米复合材料的表面固定待测指标相对应的酶，用于检测全血样品，电极表面发生氧化还原反应，产生电化学信号，并通过差分脉冲伏安法进行定量检测。
例如，若检测血糖指标，在已修饰聚吡咯-F127纳米复合材料的表面固定葡萄糖氧化酶，由于全血中有葡萄糖的存在，电极表面发生氧化还原反应，产生电化学信号，并通过差分脉冲伏安法进行定量检测。
通过凝血实验，补体激活和血小板激活对聚吡咯-F127纳米复合材料的血液相容性进行评价。实验表明聚吡咯-F127纳米复合材料具有良好的血液相容性，极大地延长了凝血时间，同时补体激活和血小板激活实验也表明了聚吡咯-F127纳米复合材料不会引进激活反应，具有良好的血液相容性。利用微量移液器准确量取8μl的聚吡咯-F127纳米复合材料修饰于工作电极表面，再在电极表面固定葡萄糖氧化酶，用差分脉冲伏安法进行电化学检测。
附图说明
图1聚吡咯-F127纳米复合材料透射电镜数据（吡咯试剂50μl）。
图2聚吡咯-F127纳米复合材料透射电镜数据（吡咯试剂100μl）。
图3聚吡咯-F127纳米复合材料的血液相容性评价图。
图4修饰了聚吡咯-F127纳米复合材料的电化学传感器的线性图。
图5是未添加F127的聚吡咯材料与本发明聚吡咯-F127纳米复合材料的实物照片。
具体实施方法
以下实施例用以说明本发明，而非限定其范围。
实施例1制备出聚吡咯-F127纳米复合材料（吡咯试剂50μl）。
将F127（1.5g）充分溶解于去离子水（30ml）中，加入称量好的FeCl3·6H2O（0.9g），快速搅拌下后用加入吡咯试剂（50μl），0～5℃反应6h后转入透析袋（MWCO=14400）中透析，以去除Fe3+、Fe2+和过量的F127，最终得到黑色的聚吡咯-F127纳米复合材料。电镜结果见图1。
另制备未添加F127作为分散剂的聚吡咯材料为对比，见图5其中瓶a为未添加F127作为分散剂的聚吡咯材料，瓶a为未添加F127作为分散剂的聚吡咯材料，瓶b为聚吡咯-F127纳米复合材料。由图可知，未添加F127的聚吡咯纳米粒子均沉淀到瓶底，无法进行下一步的修饰电极。而添加了F127的聚吡咯纳米粒子分散性很好。
实施例2制备出聚吡咯-F127纳米复合材料（吡咯试剂100μl）。
将F127（1.5g）充分溶解于去离子水（30ml）中，加入称量好的FeCl3·6H2O（0.9g），快速搅拌下后用加入吡咯试剂（100μl），0～5℃反应6h后转入透析袋（MWCO=14400）中透析，以去除Fe3+、Fe2+和过量的F127，最终得到黑色的聚吡咯-F127纳米复合材料。电镜结果见图2。
实施例3测定聚吡咯-F127纳米复合材料的血液相容性并将其修饰在电极表面，设计出能够直接检测全血中葡萄糖浓度的电化学传感器。
通过凝血实验，补体激活和血小板激活对聚吡咯-F127纳米复合材料的血液相容性进行评价。血液实验结果见图3。从图3可见，聚吡咯-F127纳米复合材料具有良好的血液相容性，极大地延长了凝血时间，同时补体激活和血小板激活实验也表明了聚吡咯-F127纳米复合材料不会引进激活反应，具有良好的血液相容性。
利用微量移液器准确量取8μl的实施例1的聚吡咯-F127纳米复合材料修饰于工作电极表面，再在电极表面固定葡萄糖氧化酶，用差分脉冲伏安法进行电化学检测。实验结果如图4所示。该方法对葡萄糖的检测范围宽（0.2-20mM），检测限达到3.13×10-5M。检测实例见表1。
表1 修饰了聚吡咯-F127纳米复合材料的电化学传感器的全血检测数据。
并且该传感器具有很好的抗干扰性能，可以保存15天不失去活性。用实施例2的聚吡咯-F127纳米复合材料修饰的工作电极进行检测，也显示了同样的抗干扰性能。
Claims (4)
1.一种聚吡咯-F127纳米复合材料，其特征在于通过下述方法制得：将F127充分溶解于去离子水中，加入FeCl3·6H2O，快速搅拌下后用加入吡咯试剂，0～5℃反应6h后转入透析袋MWCO=14400中透析，以去除Fe3+、Fe2+和过量的F127，最终得到黑色的聚吡咯-F127纳米复合材料。
2.聚吡咯-F127纳米复合材料在制备用于全血检测的电化学传感器中的应用。
3.如权利要求3所述的应用，其特征在于是制备用于全血中葡萄糖检测的电化学传感器。
4.一种用于全血检测的电化学传感器，其特征在于传感器的电极表面修饰有权利要求1所述的聚吡咯-F127纳米复合材料。
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| CN102181145A (zh) * | 2011-02-24 | 2011-09-14 | 南京师范大学 | 一种PluronicF127-聚氨酯微多孔薄膜及其制备方法和应用 |
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