CN105181771B - 一种高灵敏度葡萄糖传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高灵敏葡萄糖传感器，包括：包括基板、配置在基板上的电极系统和配置在电极系统上的试剂层；所述电极系统包括具有引线部的工作电极和具有引线部的对电极；所述基板的一侧的顶部上面设有检测部，位于检测部的电极上配置有试剂层，所述试剂层包括N掺杂石墨烯、羧基化碳纳米管和葡萄糖氧化酶。本发明提出的高灵敏度葡萄糖传感器，其稳定好，用于葡萄糖的检测选择性好，响应时间短，灵敏度高。

Description

一种高灵敏度葡萄糖传感器
技术领域
本发明涉及葡萄糖传感器技术领域，尤其涉及一种高灵敏度葡萄糖传感器。
背景技术
糖尿病是仅次于癌症、心血管病的第三大危险疾病，是世界性的多发病和常见病。因此对人体血液中葡萄糖含量的准确快速的测定，对于糖尿病的前期诊断和治疗有着十分重要的意义。葡萄糖生物传感器是一种能够简单快捷的检测人体血液中葡萄糖浓度的方法，越来越受到科研工作者的广泛关注。但是，现有的葡萄糖传感器存在响应时间长，重现性差，选择性及稳定性不是很好的缺陷，不能满足现在社会发展的需要。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种高灵敏度葡萄糖传感器，其稳定好，用于葡萄糖的检测选择性好，响应时间短，灵敏度高。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种高灵敏葡萄糖传感器，包括基板、配置在基板上的电极系统和配置在电极系统上的试剂层；所述电极系统包括具有引线部的工作电极和具有引线部的对电极；所述基板的一侧的顶部上面设有检测部，位于检测部的电极上配置有试剂层，所述试剂层包括N掺杂石墨烯、羧基化碳纳米管和葡萄糖氧化酶，所述试剂层按照以下工艺进行制备：S1、按重量份在100-200份质量分数为40-50％的氧化石墨烯溶液中加入120-150份Tris试剂并搅拌均匀，调节pH值为碱性后加入20-50份多巴胺，搅拌反应10-20h，反应结束后以8000-10000r/min 的转速离心10-15min，用去离子水洗涤后进行真空干燥，然后在氩气保护下进行热处理得到N掺杂石墨烯，其中，热处理的温度为 900-1000℃，热处理的时间为0.5-1.5h；S2、按重量份将2-5份碳纳米管加入200-300份质量分数为30-45wt％的硫酸溶液中，搅拌 40-55h，然后加热至60-85℃反应0.3-0.9h，然后经洗涤、抽滤、干燥得到羧基化碳纳米管；S3、将位于检测部的基体电极浸入浓度为 0.01-0.05mol/L的N掺杂石墨烯溶液中，浸泡10-20min，洗涤后浸入0.01-0.05mol/L的羧基化碳纳米管溶液中浸泡20-50min，洗涤后自然晾干，浸入10-15mM的EDC/NHS溶液中活化1-2.5h，洗涤、干燥后浸入葡萄糖氧化酶的壳聚糖分散液中，在5-10℃下浸泡3-8h，洗涤、干燥。
优选的，所述工作电极为玻碳电极、铂电极、金电极、银电极、镍电极、钯电极中的一种。
优选的，所述基板的材料为玻璃、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯中的一种。
优选的，所述S3中，葡萄糖氧化酶的壳聚糖分散液中葡萄糖氧化酶的浓度为5-10mg/ml。
本发明中，制备了N掺杂石墨烯、羧基化碳纳米管，然后浸入电极，将N掺杂石墨烯和羧基化碳纳米管自组装在了电极的表面，其过程简单，然后浸入葡萄糖氧化酶的壳聚糖分散液固定葡萄糖氧化酶，其结合力强，固定的葡萄糖氧化酶在使用过程中不易脱落，得到的葡萄糖传感器稳定性好，用于葡萄糖的检测选择性好，响应时间短，灵敏度高。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种高灵敏葡萄糖传感器，包括基板、配置在基板上的电极系统和配置在电极系统上的试剂层；所述电极系统包括具有引线部的工作电极和具有引线部的对电极；所述基板的一侧的顶部上面设有检测部，位于检测部的电极上配置有试剂层；
其中，所述基板的材料为聚苯乙烯；所述工作电极为玻碳电极；所述试剂层按照以下工艺进行制备：
S1、按重量份在100份质量分数为50％的氧化石墨烯溶液中加入 120份Tris试剂并搅拌均匀，调节pH值为碱性后加入50份多巴胺，搅拌反应10h，反应结束后以10000r/min的转速离心10min，用去离子水洗涤后进行真空干燥，然后在氩气保护下进行热处理得到N掺杂石墨烯，其中，热处理的温度为1000℃，热处理的时间为0.5h；
S2、按重量份将5份碳纳米管加入200份质量分数为45wt％的硫酸溶液中，搅拌40h，然后加热至85℃反应0.3h，然后经洗涤、抽滤、干燥得到羧基化碳纳米管；
S3、将位于检测部的基体电极浸入浓度为0.05mol/L的N掺杂石墨烯溶液中，浸泡10min，洗涤后浸入0.05mol/L的羧基化碳纳米管溶液中浸泡20min，洗涤后自然晾干，浸入15mM的EDC/NHS溶液中活化1h，洗涤、干燥后浸入葡萄糖氧化酶的壳聚糖分散液中，在10℃下浸泡3h，洗涤、干燥。
实施例2
一种高灵敏葡萄糖传感器，包括基板、配置在基板上的电极系统和配置在电极系统上的试剂层；所述电极系统包括具有引线部的工作电极和具有引线部的对电极；所述基板的一侧的顶部上面设有检测部，位于检测部的电极上配置有试剂层；
其中，所述基板的材料为聚乙烯；所述工作电极为金电极；所述试剂层按照以下工艺进行制备：
S1、按重量份在170份质量分数为43％的氧化石墨烯溶液中加入 140份Tris试剂并搅拌均匀，调节pH值为碱性后加入35份多巴胺，搅拌反应18h，反应结束后以9000r/min的转速离心14min，用去离子水洗涤后进行真空干燥，然后在氩气保护下进行热处理得到N掺杂石墨烯，其中，热处理的温度为950℃，热处理的时间为1.2h；
S2、按重量份将3份碳纳米管加入280份质量分数为36wt％的硫酸溶液中，搅拌52h，然后加热至67℃反应0.8h，然后经洗涤、抽滤、干燥得到羧基化碳纳米管；
S3、将位于检测部的基体电极浸入浓度为0.04mol/L的N掺杂石墨烯溶液中，浸泡13min，洗涤后浸入0.035mol/L的羧基化碳纳米管溶液中浸泡28min，洗涤后自然晾干，浸入14mM的EDC/NHS溶液中活化1.6h，洗涤、干燥后浸入葡萄糖氧化酶的壳聚糖分散液中，在9℃下浸泡5h，洗涤、干燥；其中，在S3中，葡萄糖氧化酶的壳聚糖分散液中葡萄糖氧化酶的浓度为10mg/ml。
实施例3
一种高灵敏葡萄糖传感器，包括基板、配置在基板上的电极系统和配置在电极系统上的试剂层；所述电极系统包括具有引线部的工作电极和具有引线部的对电极；所述基板的一侧的顶部上面设有检测部，位于检测部的电极上配置有试剂层；
其中，所述基板的材料为聚丙烯；所述工作电极为铂电极；所述试剂层按照以下工艺进行制备：
S1、按重量份在200份质量分数为40％的氧化石墨烯溶液中加入 150份Tris试剂并搅拌均匀，调节pH值为碱性后加入20份多巴胺，搅拌反应20h，反应结束后以8000r/min的转速离心15min，用去离子水洗涤后进行真空干燥，然后在氩气保护下进行热处理得到N掺杂石墨烯，其中，热处理的温度为900℃，热处理的时间为1.5h；
S2、按重量份将2份碳纳米管加入300份质量分数为30wt％的硫酸溶液中，搅拌55h，然后加热至60℃反应0.9h，然后经洗涤、抽滤、干燥得到羧基化碳纳米管；
S3、将位于检测部的基体电极浸入浓度为0.01mol/L的N掺杂石墨烯溶液中，浸泡20min，洗涤后浸入0.01mol/L的羧基化碳纳米管溶液中浸泡50min，洗涤后自然晾干，浸入10mM的EDC/NHS溶液中活化2.5h，洗涤、干燥后浸入葡萄糖氧化酶的壳聚糖分散液中，在5℃下浸泡8h，洗涤、干燥；其中，在S3中，葡萄糖氧化酶的壳聚糖分散液中葡萄糖氧化酶的浓度为5mg/ml。
实施例4
一种高灵敏葡萄糖传感器，包括基板、配置在基板上的电极系统和配置在电极系统上的试剂层；所述电极系统包括具有引线部的工作电极和具有引线部的对电极；所述基板的一侧的顶部上面设有检测部，位于检测部的电极上配置有试剂层；
其中，所述基板的材料为玻璃；所述工作电极为银电极；所述试剂层按照以下工艺进行制备：
S1、按重量份在120份质量分数为47％的氧化石墨烯溶液中加入 130份Tris试剂并搅拌均匀，调节pH值为碱性后加入40份多巴胺，搅拌反应15h，反应结束后以8500r/min的转速离心12min，用去离子水洗涤后进行真空干燥，然后在氩气保护下进行热处理得到N掺杂石墨烯，其中，热处理的温度为980℃，热处理的时间为0.8h；
S2、按重量份将4.5份碳纳米管加入220份质量分数为42wt％的硫酸溶液中，搅拌47h，然后加热至82℃反应0.6h，然后经洗涤、抽滤、干燥得到羧基化碳纳米管；
S3、将位于检测部的基体电极浸入浓度为0.02mol/L的N掺杂石墨烯溶液中，浸泡17min，洗涤后浸入0.025mol/L的羧基化碳纳米管溶液中浸泡40min，洗涤后自然晾干，浸入12mM的EDC/NHS溶液中活化2.1h，洗涤、干燥后浸入葡萄糖氧化酶的壳聚糖分散液中，在6℃下浸泡7h，洗涤、干燥；其中，葡萄糖氧化酶的壳聚糖分散液中葡萄糖氧化酶的浓度为8mg/ml。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高灵敏葡萄糖传感器，其特征在于，包括基板、配置在基板上的电极系统和配置在电极系统上的试剂层；所述电极系统包括具有引线部的工作电极和具有引线部的对电极；所述基板的一侧的顶部上面设有检测部，位于检测部的电极上配置有试剂层，所述试剂层包括N掺杂石墨烯、羧基化碳纳米管和葡萄糖氧化酶，所述试剂层按照以下工艺进行制备：
S1、按重量份在100-200份质量分数为40-50％的氧化石墨烯溶液中加入120-150份Tris试剂并搅拌均匀，调节pH值为碱性后加入20-50份多巴胺，搅拌反应10-20h，反应结束后以8000-10000r/min的转速离心10-15min，用去离子水洗涤后进行真空干燥，然后在氩气保护下进行热处理得到N掺杂石墨烯，其中，热处理的温度为900-1000℃，热处理的时间为0.5-1.5h；
S2、按重量份将2-5份碳纳米管加入200-300份质量分数为30-45wt％的硫酸溶液中，搅拌40-55h，然后加热至60-85℃反应0.3-0.9h，然后经洗涤、抽滤、干燥得到羧基化碳纳米管；
S3、将位于检测部的基体电极浸入浓度为0.01-0.05mol/L的N掺杂石墨烯溶液中，浸泡10-20min，洗涤后浸入0.01-0.05mol/L的羧基化碳纳米管溶液中浸泡20-50min，洗涤后自然晾干，浸入10-15mM的EDC/NHS溶液中活化1-2.5h，洗涤、干燥后浸入葡萄糖氧化酶的壳聚糖分散液中，在5-10℃下浸泡3-8h，洗涤、干燥。
2.根据权利要求1所述高灵敏葡萄糖传感器，其特征在于，所述工作电极为玻碳电极、铂电极、金电极、银电极、镍电极、钯电极中的一种。
3.根据权利要求1所述高灵敏葡萄糖传感器，其特征在于，所述基板的材料为玻璃、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯中的一种。
4.根据权利要求1所述高灵敏葡萄糖传感器，其特征在于，所述S3中，葡萄糖氧化酶的壳聚糖分散液中葡萄糖氧化酶的浓度为5-10mg/ml。
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