CN105223253A - 一种基于乙醇氧化酶的电化学乙醇传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于乙醇氧化酶的电化学乙醇传感器及其制备方法，该传感器中具有三个电极，在工作电极上覆盖乙醇氧化酶膜层，乙醇氧化酶将样品气体中的乙醇选择性氧化成乙醛，乙醛在工作电极上氧化电流与乙醇的浓度成线性关系。乙醇氧化酶层的酶催化层没有导电性，为电化学惰性层，有关酶的全部反应与电化学传感器工作电极的电流没有直接关系。酶的催化反应产物扩散到工作电极，进一步发生反应，产生电化学电流，电流与乙醇的浓度成线性关系。本发明涉及的传感器的工作电极为低活性的材料。该乙醇传感器的响应时间短，测试结果准确，对其他有机气体没有明显的响应，但对乙醇具有极高的选择性和灵敏度，其更能够适应复杂环境下乙醇检测的需要。

Description

一种基于乙醇氧化酶的电化学乙醇传感器及其制备方法

技术领域

本发明涉及酒精检测领域，其使用了生物酶催化制剂的电化学乙醇传感器，具体涉及一种基于乙醇氧化酶的电化学乙醇传感器及其制备方法。

背景技术

血液中酒精浓度检测现在不仅作为控制和惩罚酒驾的执法手段，在需要高度精神集中的岗位，如：吊车司机、哨所、火车司机、飞机驾驶员、煤矿工人、钢厂炉前操作工、医生等等，酒精检测也得到广泛的应用。目前最简洁的血液中酒精浓度检测是呼气酒精浓度检测。呼气浓度检测与血液酒精浓度关系密切。

目前市场上流行的酒精测试传感器，共有三种方案：半导体式酒精传感器方案、电化学酒精传感器方案、红外线酒精传感器方案，除此之外还有比色法等。其中，电化学法相对精确作为执法手段被广泛应用，半导体酒精检测仪主要用于个人检测。

目前市场上通用的电化学酒精传感器基本上是以燃料电池型酒精传感器为主，它是利用醇类化合物在贵金属电极上发生电化学氧化反应，产生氧化电流，电流的强度与乙醇的浓度直接相关。由于使用燃料电池原理，传感器的工作电极的催化剂活性非常高，这就使得这种传感器的选择性不是很好。

传感器的设计者必须在传感器的选择性和灵敏度之间作适当的取舍。

酒精检测的主要应用是酒驾检测。被测者口腔气体环境非常复杂，尤其对于饮酒者而言，除了可能的口腔内的残留食物腐败变质之外，被测者是否吸烟，是否有口腔疾病，是否有肠胃疾病等等，都对口腔气体环境有很大的影响。

因此如何从口腔气体中将酒精区别出来，就是酒精传感器的核心任务。提高选择性就成了这种传感器的核心难题。

为了解决酒精检测的各种问题，专利CN101634641提出在电化学传感器的工作电极中引入酶的方法，这种方法利用了酶的高活性和高选择性，但是，由于酶是直接加入到电极中，因此电极的工作特性中含有酶的氧化特性，酶的寿命无法保证。专利CN102944597也是面对了同样的问题，尽管他们使用了高分子电解质、石墨烯等等，由于酶是直接加入到工作电极上的，因此酶有被破坏的风险。

专利JP2007225444，JPH0196552等将酶的技术用来制备燃料电池型测酒传感器，这种传感器所面对的问题比上述专利的问题要大，这主要是由于燃料电池型传感器的两个电极都使用相对活性较高的电化学催化剂，这首先使得使用酶的好处不明显，酶本身也更容易被破坏。

尽管目前各种各样的关于酒精传感器的报道很多，使用酶制剂的形式也多种多样，但是都不出上述两种方法的范畴。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于乙醇氧化酶的电化学乙醇传感器及其制备方法。本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种基于乙醇氧化酶的电化学乙醇传感器，包括基片以及设置于基片上的支持电解质层、对电极、参比电极以及工作电极，所述工作电极与对电极和参比电极之间均隔离开来，所述工作电极上覆盖有乙醇氧化酶层，所述乙醇氧化酶层为将乙醇氧化酶担载在(由电绝缘性的生物活性材料构成的)电绝缘性的生物活性层上所得，所述工作电极和乙醇氧化酶层之间设有辅助扩散层，所述辅助扩散层分别与乙醇氧化酶层和工作电极之间均形成部分互穿网络结构，并紧密结合；乙醇在乙醇氧化酶作用下生成乙醛，乙醛通过辅助扩散层快速扩散到所述工作电极表面，产生电化学电流，该电流与乙醇的浓度呈线性关系。

进一步地，所述电绝缘性的生物活性层包括水解明胶层、琼脂层、纤维素衍生物层、聚丙烯酸酯层、聚丙烯酰胺层、聚丙烯酸钠层、聚邻苯二甲酸乙二醇酯层、聚对苯二甲酸丁二醇酯层、甲壳素衍生物层以及硅藻土层中的至少一种。

进一步地，所述工作电极的材料为钌、镍、钽、石墨、锡及铟中的一种或几种或全部的混合物。该工作电极的材料中不含有贵金属材料，该贵金属材料包括铂、钯。

进一步地，所述辅助扩散层由疏水的多孔的高分子材料构成。所述多孔的高分子材料包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯以及硅橡胶中的至少一种。

进一步地，所述支持电解质层为高分子固体电解质层，以避免电解液污染乙醇氧化酶层，造成酶层失活。所述高分子固体电解质层包括全氟磺酸离子交换树脂、聚苯乙烯磺酸/盐固体电解质、磺化聚丙烯、磺化聚醚砜、聚乙烯磺酸钾以及聚丙烯酸钠中的至少一种。

进一步地，所述工作电极的厚度不小于0.3mm。所述辅助扩散层的厚度不大于乙醇氧化酶膜的厚度。所述乙醇氧化酶层与工作电极之间没有交集。所述对电极与工作电极之间的距离为1.0～3.0mm，保持相对较近的距离。

进一步地，所述参比电极能够通过参比电极盐桥或鲁金毛细管将(该参比电极)连接到靠近工作电极的地方。

一种所述的基于乙醇氧化酶的电化学乙醇传感器的制备方法，所述方法包括以下步骤：①电极的制备：在基片的一端设置工作电极、对电极和参比电极，并在该基片上设置支持电解质层；②辅助扩散层的制备：在工作电极上印制或喷涂辅助扩散层的浆料得到设置于工作电极上的辅助扩散层，所述辅助扩散层的浆料为用辅助材料将多孔的高分子材料调制而成的浆料；所述多孔的高分子材料包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯以及硅橡胶中的至少一种；③乙醇氧化酶层的制备：将乙醇脱氢酶用辅助试剂调和后，与电绝缘性的生物活性材料混合，加入氧化型辅酶I，在25℃下短时间混合后得到混合液，将该混合液温度调整到4℃附近待用；所述电绝缘性的生物活性材料包括水解明胶、琼脂、纤维素衍生物、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚邻苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、甲壳素衍生物以及硅藻土中的至少一种。所述步骤②干燥后，将所述混合液设置于辅助扩散层上，阴干后待用；具体设置方法包括两种，分别为：A.单独制膜：将所述混合液在玻璃板上铺展成膜，然后裁剪成需要的形状和大小，覆盖在设有辅助扩散层的工作电极上；B.将所述混合液植被到已经制备了辅助扩散层的工作电极上，所述植被包括喷涂、涂覆、覆盖、移印或丝网印刷；④引出导线：将上述制备好的传感器印制引出导线，即为所述的乙醇传感器；⑤校正：将传感器进行校验；⑥储存：将校验后的传感器用真空包装后保持。

进一步地，步骤②中所述所述的辅助材料包括聚丙烯酸丁酯、松油醇、司班80、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、异丙醇以及水中的几种。步骤③中所述辅助试剂包括焦磷酸缓冲溶液、聚乙烯醇、乙醇水溶液中的至少一种。

进一步地，所述基片包括多孔的硝化纤维素基片、多孔聚氯乙烯基片、纸基片或玻璃基片。

本发明提供了一种基于乙醇氧化酶的电化学乙醇传感器及其制备方法，其主要具有的有益效果：通过本发明中传感器的结构以及其制备方法使得该电化学乙醇传感器的响应时间短，测试结果准确，对氨气、胺类气体、含硫有机气体没有明显的响应，但对乙醇具有极高的选择性和灵敏度，其更能够适应复杂环境下乙醇检测的需要，如酒驾检测、饮酒检测等等。

附图说明

下面根据附图对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施例所述的基于乙醇氧化酶的电化学乙醇传感器的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例所述的一种基于乙醇氧化酶的电化学乙醇传感器及其制备方法。下面以具体实验案例为例来说明具体实施方式，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

一种基于乙醇氧化酶的电化学乙醇传感器，包括基片以及设置于基片上的支持电解质层4、对电极5、参比电极7以及工作电极3，所述工作电极3与对电极5和参比电极7之间均隔离开来，所述工作电极3上覆盖有乙醇氧化酶层1，所述乙醇氧化酶层1为将乙醇氧化酶担载在(由电绝缘性的生物活性材料构成的)电绝缘性的生物活性层上所得，所述工作电极3和乙醇氧化酶层1之间设有辅助扩散层2，所述辅助扩散层2与乙醇氧化酶层1和工作电极3之间均形成部分互穿网络结构，并紧密结合；乙醇在乙醇氧化酶作用下生成乙醛，乙醛通过辅助扩散层快速扩散到所述工作电极表面，产生电化学电流，该电流与乙醇的浓度呈线性关系。

作为进一步优选的实施方式，上述电绝缘性的生物活性材料为水解明胶、琼脂、纤维素衍生物、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚邻苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、甲壳素衍生物以及硅藻土中的至少一种。这些主要由电绝缘性的生物活性材料具有生物活性，强调没有导电性。

作为进一步优选的实施方式，上述工作电极3为钌电极、镍电极、钽电极、石墨电极、氧化锡电极或氧化锡/氧化铟复合氧化物电极。所述工作电极的材料中优选不含有贵金属材料，该贵金属材料包括铂、钯。

作为进一步优选的实施方式，上述辅助扩散层2由疏水的多孔的高分子材料构成。更优选地，所述多孔的高分子材料包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯以及硅橡胶中的至少一种。

作为进一步优选的实施方式，上述支持电解质层4为高分子固体电解质层，以避免电解液污染乙醇氧化酶层，造成酶层失活。更优选地，所述高分子固体电解质层包括全氟磺酸离子交换树脂、聚苯乙烯磺酸/盐固体电解质、磺化聚丙烯、磺化聚醚砜、聚乙烯磺酸钾以及聚丙烯酸钠中的至少一种。

作为进一步优选的实施方式，上述工作电极3的厚度不小于0.3mm。所述辅助扩散层4的厚度不大于乙醇氧化酶膜的厚度。

作为进一步优选的实施方式，所述乙醇氧化酶层1与工作电极3之间没有交集。

作为进一步优选的实施方式，上述的对电极5与工作电极3之间的距离一般为1.0～3.0mm，保持相对较近的距离，优选为2mm。

作为进一步优选的实施方式，上述的参比电极7能够通过参比电极盐桥6或鲁金毛细管6将(该参比电极7)连接到靠近工作电极的地方。

实施例2

一种所述的基于乙醇氧化酶的电化学乙醇传感器的制备方法，所述方法包括以下步骤：①电极的制备：在基片的一端设置工作电极、对电极和参比电极，并在该基片上设置支持电解质层；该支持电解质层4为高分子固体电解质层，以避免电解液污染乙醇氧化酶层，造成酶层失活，更优选地，所述高分子固体电解质层包括全氟磺酸离子交换树脂、聚苯乙烯磺酸/盐固体电解质、磺化聚丙烯、磺化聚醚砜、聚乙烯磺酸钾以及聚丙烯酸钠中的至少一种；②辅助扩散层的制备：在工作电极上印制或喷涂辅助扩散层的浆料得到设置于工作电极上的辅助扩散层，所述辅助扩散层的浆料为用辅助材料将多孔的高分子材料调制而成的浆料；所述多孔的高分子材料包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯以及硅橡胶中的至少一种；所述的辅助材料包括聚丙烯酸丁酯、松油醇、司班80、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、异丙醇以及水中的几种。③乙醇氧化酶层的制备：将乙醇脱氢酶用辅助试剂调和后，与电绝缘性的生物活性材料混合，加入氧化型辅酶I，在25℃下短时间混合后得到混合液，将该混合液温度调整到4℃附近待用；所述电绝缘性的生物活性材料包括水解明胶、琼脂、纤维素衍生物、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚邻苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、甲壳素衍生物以及硅藻土中的至少一种。待所述步骤②干燥后，将所述混合液设置于辅助扩散层上，阴干后待用；具体设置方法包括两种，分别为：A.单独制膜：将所述混合液在玻璃板上铺展成膜，然后裁剪成需要的形状和大小，覆盖在设有辅助扩散层的工作电极上；B.将所述混合液植被到已经制备了辅助扩散层的工作电极上，所述植被包括喷涂、涂覆、覆盖、移印或丝网印刷；所述辅助试剂包括pH＝8.8的焦磷酸缓冲溶液、聚乙烯醇、乙醇水溶液中的至少一种。④引出导线：将上述制备好的传感器印制引出导线；⑤校正；⑥储存：将校验后的传感器用真空包装后保持。

作为进一步优选的实施方式，上述基片包括多孔的硝化纤维素基片、多孔聚氯乙烯基片、纸基片或玻璃基片。

实施例3：乙醇传感器的制备方法

①在长45mm，宽10mm的多孔的硝化纤维素基片上设置支持电解质层，并在该多孔的硝化纤维素基片的一端印制导电炭黑电极作为工作电极和对电极，同时印制银-氯化银电极作为参比电极。

在参比电极上，工作电极和对电极之间，印制电解质层(非支持电解质)，其主要成分为：聚胺脂水凝胶层，其中含有KCl0.1M。

②在工作电极上印制辅助扩散层的浆料，其主要成份为乳液状的聚四氟乙烯和辅助材料；其中，乳液状的聚四氟乙烯(清除表面活性剂)100g，辅助材料为聚丙烯酸丁酯5g、松油醇25ml、司班800.05g、邻苯二甲酸二丁酯0.05g、邻苯二甲酸二辛酯0.10g、聚乙烯醇缩丁醛5g以及聚乙烯醇(1788)2g。通过丝网印刷法印制在电极表面。

③步骤②中所制备的辅助扩散层干燥后，在其上印制乙醇氧化酶层，该乙醇氧化酶层的浆料的成份为乙醇脱氢酶、氧化型辅酶Ⅰ和辅助试剂，其中，乙醇脱氢酶0.1ml(0.25U/ml),27nmol/L的氧化型辅酶Ⅰ，辅助试剂为pH为8.8的焦磷酸缓冲液和聚乙烯醇(1788)。具体地，

通过丝网印刷的方式印制在工作电极上，阴干后待用。

④将上述制备好的基片印制引出导线。

⑤校正：将传感器用25ppm乙醛空气混合气体校验；

⑥储存：将校验后的传感器用真空包装后保持。

实施例4：乙醇传感器的具体制备方法

①在长45mm，宽10mm的多孔的多孔聚氯乙烯基片上设置支持电解质层，并在该多孔的硝化纤维素基片的一端印制导电炭黑电极作为工作电极和对电极，同时印制银-氯化银电极作为参比电极。

在参比电极上，工作电极和对电极之间，印制电解质层(非支持电解质)，其主要成分为：聚丙烯酸酯凝胶层，其中含有KCl0.5M。

②在工作电极上印制辅助扩散层的浆料，其主要成份为乳液状的聚四氟乙烯和辅助材料；其中，乳液状的聚四氟乙烯(清除表面活性剂)100g，辅助材料为聚甲基丙烯酸甲酯1g、异丙醇25ml、水10毫升、司班800.05g以及聚乙烯醇(1788)2g。通过丝网印刷法印制在电极表面。

③步骤②中所制备的辅助扩散层干燥后，在其上喷涂乙醇氧化酶层，该乙醇氧化酶层的浆料的成份为乙醇脱氢酶、氧化型辅酶Ⅰ和辅助试剂，其中，乙醇脱氢酶0.1ml(0.25U/ml),27nmol/L的氧化型辅酶Ⅰ，辅助试剂为pH为65％乙醇水溶液和聚乙烯醇(1788)。通过丝网印刷的方式印制在工作电极上，阴干后待用。

④将上述制备好的基片印制引出导线。

⑤校正：将传感器用25ppm乙醛空气混合气体校验；

⑥储存：将校验后的传感器用真空包装后保持。

实施例5：乙醇传感器的具体制备方法

①在长45mm，宽10mm的多孔的硝化纤维素基片上设置支持电解质层，并在该多孔的硝化纤维素基片的一端印制导电炭黑电极作为工作电极和对电极，同时印制银-氯化银电极作为参比电极。

在参比电极上，工作电极和对电极之间，印制电解质层(非支持电解质)，其主要成分为：聚胺脂水凝胶层，其中含有KCl0.1M。

②在工作电极上印制辅助扩散层的浆料，其主要成份为乳液状的聚四氟乙烯和辅助材料；其中，乳液状的聚四氟乙烯(清除表面活性剂)100g，辅助材料为聚甲基丙烯酸甲酯1g、异丙醇25ml、水10毫升、司班800.05g以及聚乙烯醇(1788)2g。通过丝网印刷法印制在电极表面。

③步骤②中所制备的辅助扩散层干燥后，在其上喷涂乙醇氧化酶层，该乙醇氧化酶层的浆料的成份为乙醇脱氢酶、氧化型辅酶Ⅰ和辅助试剂，其中，乙醇脱氢酶0.1ml(0.25U/ml),27nmol/L的氧化型辅酶Ⅰ，辅助试剂为pH为65％乙醇水溶液和聚乙烯醇(1788)。通过丝网印刷的方式印制在工作电极上，阴干后待用。

④将制备好的基片在相对湿度95％RH(25℃，1atm环境下)，将基片老化24～72小时。然后阴干备用。

⑤校正：将传感器用25ppm乙醛空气混合气体校验；

⑥储存：将校验后的传感器用真空包装后保持。

实施例6：乙醇传感器的具体制备方法

①在长40mm，宽8mm的纸基片上设置支持电解质层，并在该纸基片的一端印制钌电极作为工作电极、对电极和参比电极。

在参比电极上，工作电极和对电极之间，印制电解质层，其主要成分为：二氧化硅和饱和氯化钾的混合物。

②在工作电极上印制辅助扩散层的浆料，其主要成份为乳液状的聚四氟乙烯和辅助材料；其中，乳液状的聚四氟乙烯100g，辅助材料为聚甲基丙烯酸甲酯1g、异丙醇25ml、水10毫升、司班800.05g以及聚乙烯醇(1788)2g。通过丝网印刷法印制在电极表面。

③步骤②中所制备的辅助扩散层干燥后，在其上喷涂乙醇氧化酶层，该乙醇氧化酶层的浆料的成份为乙醇脱氢酶、氧化型辅酶Ⅰ和辅助试剂，其中，乙醇脱氢酶0.1ml(0.25U/ml),27nmol/L的氧化型辅酶Ⅰ，辅助试剂为pH为65％乙醇水溶液和聚乙烯醇(1788)。通过丝网印刷的方式印制在工作电极上，阴干后待用。

④将制备好的基片在相对湿度95％RH(25℃，1atm环境下)，将基片老化24～72小时。然后阴干备用。

⑤校正：将传感器用25ppm乙醛空气混合气体校验；

⑥储存：将校验后的传感器用真空包装后保持。

实施例7：乙醇传感器的具体制备方法

①在长40mm，宽8mm的玻璃基片上设置支持电解质层，并在该玻璃基片的一端印制氧化锡与石墨烯的混合物电极作为工作电极、对电极和参比电极。

在参比电极上，工作电极和对电极之间，覆盖电解质层，其主要成分为全氟磺酸聚合物(Nafion)高分子材料。

②在工作电极上覆盖辅助扩散层材料，其主要成份为多孔PVDF膜(即聚偏二氟乙烯)，其辅助材料为聚甲基丙烯酸甲酯、异丙醇、水以及司班80。

③步骤②中所制备的辅助扩散层干燥后，在其上喷涂乙醇氧化酶层，该乙醇氧化酶层的浆料的成份为乙醇脱氢酶、氧化型辅酶Ⅰ和辅助试剂；具体地，乙醇脱氢酶0.1ml(0.25U/ml)用pH为8.8的焦磷酸缓冲液调和后，与电绝缘性的生物活性材料混合，并加入27nmol/L的氧化型辅酶Ⅰ；然后通过丝网印刷的方式印制在工作电极上，阴干后待用。这里的电绝缘性的生物活性材料可以为水解明胶、琼脂、纤维素衍生物、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚邻苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、甲壳素衍生物以及硅藻土中的任意一种。

④～⑥：步骤同实施例1。

实施例8：乙醇传感器的具体制备方法

①在长40mm，宽8mm的玻璃基片上设置支持电解质层，并在该玻璃基片的一端印制氧化锡与石墨烯的混合物电极作为工作电极、对电极和参比电极。

在参比电极上，工作电极和对电极之间，覆盖电解质层，其主要成分为全氟磺酸聚合物(Nafion)高分子材料。

②在工作电极上印制辅助扩散层的浆料，其主要成份为乳液状的聚四氟乙烯和辅助材料；其中，乳液状的聚四氟乙烯100g，辅助材料为聚甲基丙烯酸甲酯1g、异丙醇25ml、水10毫升、司班800.05g以及聚乙烯醇(1788)2g。通过丝网印刷法印制在电极表面。

③步骤②中所制备的辅助扩散层干燥后，在其上喷涂乙醇氧化酶层，该乙醇氧化酶层的浆料的成份为乙醇脱氢酶、氧化型辅酶Ⅰ和辅助试剂；具体地，乙醇脱氢酶0.1ml(0.25U/ml)用pH为8.8的焦磷酸缓冲液调和后，与电绝缘性的生物活性材料混合，并加入27nmol/L的氧化型辅酶Ⅰ；然后通过丝网印刷的方式印制在工作电极上，阴干后待用。这里的电绝缘性的生物活性材料可以为水解明胶、琼脂、纤维素衍生物、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚邻苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、甲壳素衍生物以及硅藻土中的任意一种。

④～⑥：步骤同实施例1。

实施例9

通过本发明中传感器的结构以及其制备方法使得该电化学乙醇传感器的输出电流与样品气体中的酒精浓度呈线性关系，传感器响应速度小于5秒，对于105ppm乙醇空气混合气体，传感器输出信号大于50nA。传感器对氨气、胺类气体、含硫有机气体没有明显的响应。对95％RH(25℃，1atm条件下)的水蒸气的响应小于20nA。因此该传感器能够完全满足呼气中酒精浓度检测的需求。

具体实施时，在该三电极的电化学气体传感器的工作电极上面覆盖一层乙醇氧化酶层，利用低催化活性工作电极对多数气体不敏感，而对酶催化的产物乙醛相对敏感，利用这一特性实现乙醇的选择性检测。且本发明涉及的传感器的工作电极为低活性的材料，如钌、镍、钽、石墨、氧化锡等等及它们的混合物。借助乙醇氧化酶高度的选择性反应，本传感器对乙醇具有极高的选择性和灵敏度，更适应复杂环境下乙醇检测的需要，如酒驾检测、饮酒检测等等。

本发明的电化学乙醇传感器具有三个电极，在工作电极上覆盖乙醇氧化酶层，利用乙醇氧化酶将样品气体中的乙醇选择性氧化成乙醛，乙醛在传感器工作电极上氧化电流与乙醇的浓度成线性关系。其中乙醇氧化酶层覆盖在工作电极上面，该酶催化层没有导电性，为电化学惰性层，有关酶的全部反应与电化学传感器工作电极的电流没有直接关系。酶的催化反应产物扩散到工作电极，进一步发生反应，产生电化学电流，这个电流与乙醇的浓度成线性关系。本发明涉及的传感器的工作电极为低活性的材料，如钌、镍、钽、石墨以及氧化锡中的一种或它们几种或全部的混合物。借助乙醇氧化酶高度的选择性反应，本传感器对乙醇具有极高的选择性和灵敏度，更适应复杂环境下乙醇检测的需要，如酒驾检测、饮酒检测等等。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于乙醇氧化酶的电化学乙醇传感器，包括基片以及设置于基片上的支持电解质层、对电极、参比电极以及工作电极，所述工作电极与对电极和参比电极之间均隔离开来，其特征在于：所述工作电极上覆盖有乙醇氧化酶层，所述乙醇氧化酶层为将乙醇氧化酶担载在电绝缘性的生物活性层上所得，所述工作电极和乙醇氧化酶层之间设有辅助扩散层，所述辅助扩散层分别与乙醇氧化酶层和工作电极之间均形成部分互穿网络结构，并紧密结合；乙醇在乙醇氧化酶作用下生成乙醛，乙醛通过辅助扩散层快速扩散到所述工作电极表面，产生电化学电流，该电流与乙醇的浓度呈线性关系。

2.根据权利要求1所述的基于乙醇氧化酶的电化学乙醇传感器，其特征在于：所述电绝缘性的生物活性层包括水解明胶层、琼脂层、纤维素衍生物层、聚丙烯酸酯层、聚丙烯酰胺层、聚丙烯酸钠层、聚邻苯二甲酸乙二醇酯层、聚对苯二甲酸丁二醇酯层、甲壳素衍生物层以及硅藻土层中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的基于乙醇氧化酶的电化学乙醇传感器，其特征在于：所述工作电极的材料为钌、镍、钽、石墨、锡及铟中的一种或几种的混合物。

4.根据权利要求3所述的基于乙醇氧化酶的电化学乙醇传感器，其特征在于：所述工作电极的材料中不含有贵金属材料，该贵金属材料包括铂、钯。

5.根据权利要求1所述的基于乙醇氧化酶的电化学乙醇传感器，其特征在于：所述辅助扩散层由疏水的多孔的高分子材料构成；所述多孔的高分子材料包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯以及硅橡胶中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的基于乙醇氧化酶的电化学乙醇传感器，其特征在于：所述支持电解质层为高分子固体电解质层，以避免电解液污染乙醇氧化酶层，造成酶层失活；所述高分子固体电解质层包括全氟磺酸离子交换树脂、聚苯乙烯磺酸/盐固体电解质、磺化聚丙烯、磺化聚醚砜、聚乙烯磺酸钾以及聚丙烯酸钠中的至少一种。

7.根据权利要求4所述的基于乙醇氧化酶的电化学乙醇传感器，其特征在于：所述工作电极的厚度不小于0.3mm；所述辅助扩散层的厚度不大于乙醇氧化酶膜的厚度；所述对电极与工作电极之间的距离为1.0～3.0mm。

8.根据权利要求1所述的基于乙醇氧化酶的电化学乙醇传感器，其特征在于：所述参比电极能够通过参比电极盐桥或鲁金毛细管将连接到靠近工作电极的地方。

9.一种权利要求1～8中任一项所述的基于乙醇氧化酶的电化学乙醇传感器的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

①电极的制备：在基片的一端设置工作电极、对电极和参比电极，并在该基片上设置支持电解质层；

②辅助扩散层的制备：在工作电极上印制或喷涂辅助扩散层的浆料得到设置于工作电极上的辅助扩散层，所述辅助扩散层的浆料为用辅助材料将多孔的高分子材料调制而成的浆料；所述多孔的高分子材料包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯以及硅橡胶中的至少一种；

③乙醇氧化酶层的制备：将乙醇脱氢酶用辅助试剂调和后，与电绝缘性的生物活性材料混合，加入氧化型辅酶I，在25℃下短时间混合后得到混合液，将该混合液温度调整到4℃附近待用；所述电绝缘性的生物活性材料包括水解明胶、琼脂、纤维素衍生物、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚邻苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、甲壳素衍生物以及硅藻土中的至少一种。

所述步骤②干燥后，将所述混合液设置于辅助扩散层上，阴干后待用；具体设置方法包括两种，分别为：

A.单独制膜：将所述混合液在板上铺展成膜，然后裁剪成需要的形状和大小，覆盖在设有辅助扩散层的工作电极上；

B.将所述混合液植被到已经制备了辅助扩散层的工作电极上，所述植被包括喷涂、涂覆、覆盖、移印或丝网印刷；

④引出导线：将上述制备好的传感器印制引出导线，即为所述的乙醇传感器；

⑤校正：校验上述制备好的传感器；

⑥储存：将校验后的传感器用真空包装后保持。

10.根据权利要求9所述的基于乙醇氧化酶的电化学乙醇传感器的制备方法，其特征在于：所述基片包括多孔的硝化纤维素基片、多孔聚氯乙烯基片、纸基片或玻璃基片。