CN105266826A - 皮下组织介入式针状葡萄糖传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种传感器，特别涉及一种皮下组织介入式针状葡萄糖传感器及其制备方法。包括基座，所述的基座的底部设有工作电极、对电极和参比电极，所述的工作电极、对电极和参比电极形成分体式针状三电极体系。皮下组织介入式针状葡萄糖传感器及其制备方法结构紧凑，提高操作性能，提升使用寿命。

Description

皮下组织介入式针状葡萄糖传感器及其制备方法

技术领域

本发明是一种传感器，特别涉及一种皮下组织介入式针状葡萄糖传感器及其制备方法。

背景技术

糖尿病是一种全球范围内的严重危害人类健康的常见内分泌代谢疾病。近年来全球糖尿病患病率呈现明显上升趋势。对于糖尿病患者而言，血糖监测至关重要，必须要根据血糖高低制定相应治疗方案。由于影响人体血糖水平的因素很多，血糖有较大波动，传统单点血糖测量存在明显不足，不能获得准确全面的获得血糖信息，无法制定科学的个性化治疗方案，导致患者血糖波动，频繁出现高、低血糖，影响患者健康，严重时甚至危及生命。

针对上述问题，近年来国内外公司研究开发出能够连续测量血糖的生物传感器，如美国专利US7153265提及生物传感器，该传感器埋植在皮下组织，连续监测组织液葡萄糖。国内专利如CN200410101080.6提及皮下植入式生物传感器。

当前用于连续葡萄糖监测的生物传感器，基本都是利用葡萄糖氧化酶，该酶具有对葡萄糖高选择性的特点。

考虑到植入可行性和工作稳定性，皮下植入传感器体积要求尽可能小，这样植入时痛感较小，植入后引起人体排斥反应也会较小，有利于传感器正常工作。当前用于人体植入葡萄糖微型传感器有两类，一类是需要导针植入传感器，基材一般为微型塑料片，除去作为载体的部分，还需要考虑电路导体引线排布，因而传感器体积较大，植入过程痛感较强，传感器的有效传感面积非常有限，会导致灵敏度较低，信噪比不佳，植入后稳定性不好。传感器工作电压一般在0.5V(Ag/AgCL参比)以上，在此电位上人体内小分子干扰物包括抗坏血酸、儿茶酚胺等会被氧化从而产生干扰信号，严重影响准确性。对此有些传感器在设计上增加一层高分子膜来阻挡干扰物，这往往导致传感器灵敏度下降，影响整体性能。此外传感器葡萄糖氧化酶氧化酶活性会随工作时间延长损失，酶活损失到一定程度，传感器无法正常工作，通常人体植入时间一般在72小时。

未使用的葡萄糖氧化酶传感器，酶的活性会随保存时间衰减，活性损失到一定程度，传感器就不能提供稳定可用的信号，无法使用，因此葡萄糖氧化酶传感器都有有效期，一般有效期仅有6个月，使用不便。

不需要导针植入传感器，基材一般为金属，虽然电极有效面积得到提升，但是产品稳定性差，工艺流程非常规，无法实现大规模工业生产。

此外上述两种传感器都需要考虑电路导通问题，需要设计比较复杂的电路结构，需要设计非通用细小电路引线以及微型接插结构，而这些结构往往可靠性不佳，会出现引线或接插件故障引起的断路问题，从而导致传感器无法正常工作。

发明内容

本发明主要是解决现有技术中葡萄糖氧化酶固定量不足，灵敏度不高，稳定性不高，催化效率不佳，抗干扰能力差等不足，提出一种传感器，该传感器检测灵敏度高，抗干扰能力强，稳定性好结构紧凑度高，传感器体积小，有效面积大，相应信号高，抗干扰性能好，有效期长，可以比较好的解决电路导通问题，稳定可靠，容易大批量工业生产的皮下组织介入式针状葡萄糖传感器及其制备方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种皮下组织介入式针状葡萄糖传感器，包括基座，所述的基1的底部设有工作电极、对电极和参比电极，所述的工作电极、对电极和参比电极4形成分体式针状三电极体系；

所述的工作电极包括工作基材，所述的工作基材的外表面覆有工作惰性金属层，所述的工作惰性金属层的外表面覆有工作催化层，所述的工作催化层的外表面覆有工作内改性层，所述的工作内改性层的外表面覆有酶层，所述的酶层的外表面覆有工作中改性层，所述的工作中改性层的外表面覆有工作高分子层，所述的工作高分子层的外表面覆有工作外改性层，所述的工作外改性层的外表面覆有工作亲水层；

所述的对电极包括对对基材，所述的对基材的外表面覆有惰性金属层，所述的惰性金属层的外表面覆有催化层，所述的催化层的外表面覆有对内改性层，所述的对内改性层的外表面覆有对高分子层，所述的对高分子层的外表面覆有对外改性层，所述的对外改性层的外表面覆有对亲水层；

所述的参比电极包括参比基材，所述的参比基材的外表面覆有参比惰性金属层，所述的参比惰性金属层的外表面覆有银/氯化银层，所述的银/氯化银层的外表面覆有参比内改性层，参比内改性层的外表面覆有参比高分子层，所述的参比高分子层的外表面覆有参比外改性层，所述的参比外改性层外覆有参比亲水层。

作为优选，所述的工作电极为酶电极，所述的对电极为铂黑电极，所述的参比电极为Ag/AgCl电极。

皮下组织介入式针状葡萄糖传感器的制备方法，按以下步骤进行：

(1)、工作电极的制备：

工作电极包括工作基材、工作惰性金属层、工作催化层、工作内改性层、酶层、工作中改性层、工作高分子层、工作外改性层、工作亲水层；

工作电极外形尺寸，直径0.22-0.3mm以下，长度6mm以下；

其制备方法如下：

①、工作基材的材质为金属或非金属；

②、工作惰性金属层通过电镀、溅射的方法制备；

③、工作催化层为铂黑，可以通过电镀的方法制备；

④、改性层所用溶液：溶剂为乙醇或四氢呋喃，溶质为硅烷，浓度为1-10％，该层可以通过涂布或浸渍方法制备，主要用于提高不同相邻功能层之间结合力，改善电极性能；这里所述的改性层包括工作内改性层、工作中改性层和工作外改性层；

⑤、工作酶层所用酶溶液含有：5-10％葡萄糖氧化酶、人重组白蛋白、1-5％纳米金和PVB，这里所述的PVB指聚乙烯醇缩丁醛；

纳米金利用AOT/环己烷体系形成的反胶束体系中制备，AOT是指琥玻酸二异辛脂璜酸钠，通过柠檬酸钠还原氯金酸盐水溶液，调节水、电解质、表面活性剂的浓度比例，水、电解质、表面活性剂的总浓度比例5-15％，制备不同直径的纳米金颗粒；制备纳米金颗粒直径在5-30nm；

所用酶溶液制备过程如下：在磷酸盐缓冲液中加入葡萄糖氧化酶和人重组白蛋白，葡萄糖氧化酶加入量为每毫升50-100毫克，人重组白蛋白加入量为每毫升50-100毫克，溶解充分后，再加入纳米金粒子进行混匀，纳米金粒子加入量为每毫升1-5毫克，然后加入1-5毫克的PVB，混合均匀；

可以通过浸渍、涂布的方式将酶溶液转移到工作电极上，浸渍时间为5-15分钟；然后用5-20％的戊二醛溶液将转移到工作电极的葡萄糖氧化酶交联固定，交联温度为25-35摄氏度，采用液相浸渍交联或气相交联，交联时间为30-60min；

由于纳米金具有良好的生物相容性，可以较长时间植入人体内，而不引起不良反应；

纳米金有良好的导电性，可以提高酶电极的灵敏度，缩短酶电极对葡萄糖响应时间，延长酶电极使用寿命；

葡萄糖氧化酶电极氧化葡萄糖的反应由两步酶反应组成：

D-glucose+GOD(FAD)→glucose-lactone+GOD(FADH₂)

GOD(FADH₂)+O₂→GOD(FAD)+H₂O₂

glucose-lactone+H₂O→glucose-acid

上述过程中，还原态葡萄糖氧化酶GOD(FADH₂)稳定性较差，较容易发生结构改变，无法被氧化变成常态葡萄糖氧化酶，这是常见葡萄糖氧化酶电极酶活丧失的原因之一；而在酶层加入纳米金颗粒后，纳米金颗粒具有从环境吸收电子的特性，可以迅速将还原态葡萄糖氧化酶GOD(FADH₂)氧化成稳态葡萄糖氧化酶GOD(FAD)，减少电极反应过程中还原态葡萄糖氧化酶GOD(FADH₂)的数量以及存在时间，减少酶活性损失，延长电极寿命；此外纳米金颗粒加入还大幅度提高酶电极响应应速度，缩短酶电极相应时间，改善了皮下葡萄糖传感器测量时信号延迟，提高实时监测准确度；

葡萄糖氧化酶交联完成后，工作电极外层需要制备一层高分子外膜，用以提供传感器植入人体所需生物相容性，提高体内性能；可以通过浸渍、涂布的方式在电极固定一层高分子膜，所用到高分子材料是硅橡胶聚合物、聚氨酯、聚亚安酯、聚乙二醇中的一种或几种混合；

⑥、改性层所用溶液：浓度为1-10％硅烷，溶剂为乙醇或四氢呋喃该层可以通过涂布或浸渍方法制备；

⑦、工作高分子层所用溶液：溶剂为乙醇或四氢呋喃，溶质为聚氨酯、聚碳酸酸、聚乙二醇、聚乙烯醇材料中的一种或是若干种，浓度为1-10％，可以通过涂布或浸渍方法制备；

工作高分子层制备需要先将高分子材料溶解在具有较强极性的有机溶剂中，有机溶剂为四氢呋喃或四氢呋喃，不管采用涂布还是浸渍的方式进行，不可避免要与酶层接触，而极性溶液会导致葡萄糖氧化酶活性损失，纳米金具有较大的比表面积，表面可以吸附较大量葡萄糖氧化酶，阻止有机溶剂与葡萄糖氧化酶活性中心接触，从而减少酶活性损失，延长电极寿命；

⑧、工作亲水层所用溶液：溶剂为水和乙醇混合物，混合比例为1:1～1:2，溶质为聚乙二醇、聚丙二醇一种或两种混合，浓度为1-15％；

(2)、对电极的制备：

对电极包括对基材、对惰性金属层、对催化层、对内改性层、对高分子层、对外改性层、对亲水层；

对电极外形尺寸，直径0.22-0.3mm，长度8mm以下；

其制备方法与工作电极基本相同，不需制备酶层；

(3)、参比电极的制备：

参比电极包括参比基材、参比惰性金属层、银/氯化银层、参比内改性层、参比高分子层、参比外改性层、参比亲水层；

对电极外形尺寸，直径0.22-0.3mm，长度8mm以下；

参比基材、参比惰性金属层制备方法与工作电极相同，参比惰性金属层制备完成后，通过电镀、真空溅射的方法制备银层，氯化后，制备银/氯化银层，制备参比高分子层和参比亲水层；

由上述三电极组成传感器，植入人体皮下组织。

本发明采取传感器制备方法，没有任何非通用电路引线以及微型接插结构，传感器本身就在柔性线路上，从根本上解决了电路导通问题，可以实现长期稳定信号采集，不会出现由于电路断路引起故障。

本发明采用分体式针状三电极体系，工作电极用酶电极，对电极用铂黑电极，参比电极用Ag/AgCl电极，相比于常见两电极体系(酶电极+Ag/AgCl电极)，参比Ag/AgCl电极上几乎没有电流通过，参比电极电位稳定，有利于提高工作电极稳定性和可靠性，此外参比电极AgCl不消耗，有利于传感器人体长期植入。与一体式三电极体系相比，传感器有效工作面积得到大幅度提升，响应信号增加，信噪比提高，极大提高传感器性能。

此外在工作电极上增加纳米金颗粒，由于纳米金颗粒的对电极的改性，系统可在为0.3V电压以下(相对Ag/AgCl)正常工作，相比常见传感器系统0.5-0.7V(相对Ag/AgCl)工作电压，有较大幅度下降，由此一来常见人体内小分子干扰物包括抗坏血酸、儿茶酚胺等不会被氧化从而产生干扰信号，大幅度提高传感器准确性，降低制备工艺复杂程度，有利于大批量生产。

因此，本发明提供的皮下组织介入式针状葡萄糖传感器及其制备方法，结构紧凑，提高操作性能，提升使用寿命。

附图说明

图1是本发明中的结构示意图；

图2是本发明中工作电极的剖视结构示意图；

图3本发明中对电极的剖视结构示意图；

图4本发明中参比电极的剖视结构示意图；

图5是本发明的传感器在溶液中测试性能的表格图；

图6是本发明的传感器在溶液中测试性能的性能图；

图7是本发明植入人体后传感器性能图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，一种皮下组织介入式针状葡萄糖传感器，包括基座1，所述的基座1的底部设有工作电极2、对电极3和参比电极4，所述的工作电极2、对电极3和参比电极4形成分体式针状三电极体系；

所述的工作电极2包括工作基材5，所述的工作基材5的外表面覆有工作惰性金属层6，所述的工作惰性金属层6的外表面覆有工作催化层7，所述的工作催化层7的外表面覆有工作内改性层8，所述的工作内改性层8的外表面覆有酶层9，所述的酶层9的外表面覆有工作中改性层10，所述的工作中改性层10的外表面覆有工作高分子层11，所述的工作高分子层11的外表面覆有工作外改性层12，所述的工作外改性层12的外表面覆有工作亲水层13；

所述的对电极3包括对对基材14，所述的对基材14的外表面覆有惰性金属层15，所述的惰性金属层15的外表面覆有催化层16，所述的催化层16的外表面覆有对内改性层17，所述的对内改性层17的外表面覆有对高分子层18，所述的对高分子层18的外表面覆有对外改性层19，所述的对外改性层19的外表面覆有对亲水层20；

所述的参比电极4包括参比基材21，所述的参比基材21的外表面覆有参比惰性金属层22，所述的参比惰性金属层22的外表面覆有银/氯化银层23，所述的银/氯化银层23的外表面覆有参比内改性层24，参比内改性层24的外表面覆有参比高分子层25，所述的参比高分子层25的外表面覆有参比外改性层26，所述的参比外改性层26外覆有参比亲水层27。

所述的工作电极2为酶电极，所述的对电极3为铂黑电极，所述的参比电极(4)为Ag/AgCl电极。

皮下组织介入式针状葡萄糖传感器的制备方法，按以下步骤进行：

(1)、工作电极的制备：

工作电极包括工作基材、工作惰性金属层、工作催化层、工作内改性层、酶层、工作中改性层、工作高分子层、工作外改性层、工作亲水层；

工作电极外形尺寸，直径0.22mm，长度6mm以下；

其制备方法如下：

①、工作基材的材质为金属或非金属；

②、工作惰性金属层通过电镀、溅射的方法制备；

③、工作催化层为铂黑，可以通过电镀的方法制备；

④、改性层所用溶液：溶剂为乙醇或四氢呋喃，溶质为硅烷，浓度为1-10％，该层可以通过涂布或浸渍方法制备，主要用于提高不同相邻功能层之间结合力，改善电极性能；这里所述的改性层包括工作内改性层、工作中改性层和工作外改性层；

⑤、工作酶层所用酶溶液含有：5％葡萄糖氧化酶、人重组白蛋白、1％纳米金和PVB，这里所述的PVB指聚乙烯醇缩丁醛；

纳米金利用AOT/环己烷体系形成的反胶束体系中制备，AOT是指琥玻酸二异辛脂璜酸钠，通过柠檬酸钠还原氯金酸盐水溶液，调节水、电解质、表面活性剂的浓度比例，水、电解质、表面活性剂的总浓度比例5％，制备不同直径的纳米金颗粒；制备纳米金颗粒直径在5nm；

所用酶溶液制备过程如下：在磷酸盐缓冲液中加入葡萄糖氧化酶和人重组白蛋白，葡萄糖氧化酶加入量为每毫升50-100毫克，人重组白蛋白加入量为每毫升50毫克，溶解充分后，再加入纳米金粒子进行混匀，纳米金粒子加入量为每毫升1毫克，然后加入1毫克的PVB，混合均匀；

可以通过浸渍、涂布的方式将酶溶液转移到工作电极上，浸渍时间为5分钟；然后用5％的戊二醛溶液将转移到工作电极的葡萄糖氧化酶交联固定，交联温度为25摄氏度，采用液相浸渍交联或气相交联，交联时间为30min；

由于纳米金具有良好的生物相容性，可以较长时间植入人体内，而不引起不良反应；

纳米金有良好的导电性，可以提高酶电极的灵敏度，缩短酶电极对葡萄糖响应时间，延长酶电极使用寿命；

葡萄糖氧化酶电极氧化葡萄糖的反应由两步酶反应组成：

D-glucose+GOD(FAD)→glucose-lactone+GOD(FADH₂)

GOD(FADH₂)+O₂→GOD(FAD)+H₂O₂

glucose-lactone+H₂O→glucose-acid

上述过程中，还原态葡萄糖氧化酶GOD(FADH₂)稳定性较差，较容易发生结构改变，无法被氧化变成常态葡萄糖氧化酶，这是常见葡萄糖氧化酶电极酶活丧失的原因之一；而在酶层加入纳米金颗粒后，纳米金颗粒具有从环境吸收电子的特性，可以迅速将还原态葡萄糖氧化酶GOD(FADH₂)氧化成稳态葡萄糖氧化酶GOD(FAD)，减少电极反应过程中还原态葡萄糖氧化酶GOD(FADH₂)的数量以及存在时间，减少酶活性损失，延长电极寿命；此外纳米金颗粒加入还大幅度提高酶电极响应应速度，缩短酶电极相应时间，改善了皮下葡萄糖传感器测量时信号延迟，提高实时监测准确度；

葡萄糖氧化酶交联完成后，工作电极外层需要制备一层高分子外膜，用以提供传感器植入人体所需生物相容性，提高体内性能；可以通过浸渍、涂布的方式在电极固定一层高分子膜，所用到高分子材料是硅橡胶聚合物、聚氨酯、聚亚安酯、聚乙二醇中的一种或几种混合；

⑥、改性层所用溶液：浓度为1％硅烷，溶剂为乙醇或四氢呋喃该层可以通过涂布或浸渍方法制备；

⑦、工作高分子层所用溶液：溶剂为乙醇或四氢呋喃，溶质为聚氨酯、聚碳酸酸、聚乙二醇、聚乙烯醇材料中的一种或是若干种，浓度为1％，可以通过涂布或浸渍方法制备；

工作高分子层制备需要先将高分子材料溶解在具有较强极性的有机溶剂中，有机溶剂为四氢呋喃或四氢呋喃，不管采用涂布还是浸渍的方式进行，不可避免要与酶层接触，而极性溶液会导致葡萄糖氧化酶活性损失，纳米金具有较大的比表面积，表面可以吸附较大量葡萄糖氧化酶，阻止有机溶剂与葡萄糖氧化酶活性中心接触，从而减少酶活性损失，延长电极寿命；

⑧、工作亲水层所用溶液：溶剂为水和乙醇混合物，混合比例为1:1～1:2，溶质为聚乙二醇、聚丙二醇一种或两种混合，浓度为1％；

(2)、对电极的制备：

对电极包括对基材、对惰性金属层、对催化层、对内改性层、对高分子层、对外改性层、对亲水层；

对电极外形尺寸，直径0.22mm，长度8mm以下；

其制备方法与工作电极基本相同，不需制备酶层；

(3)、参比电极的制备：

参比电极包括参比基材、参比惰性金属层、银/氯化银层、参比内改性层、参比高分子层、参比外改性层、参比亲水层；

对电极外形尺寸，直径0.22mm，长度8mm以下；

参比基材、参比惰性金属层制备方法与工作电极相同，参比惰性金属层制备完成后，通过电镀、真空溅射的方法制备银层，氯化后，制备银/氯化银层，制备参比高分子层和参比亲水层；

由上述三电极组成传感器，植入人体皮下组织。

实施例2：皮下组织介入式针状葡萄糖传感器的制备方法，按以下步骤进行：

(1)、工作电极的制备：

工作电极包括工作基材、工作惰性金属层、工作催化层、工作内改性层、酶层、工作中改性层、工作高分子层、工作外改性层、工作亲水层；

工作电极外形尺寸，直径0.25mm，长度6mm以下；

其制备方法如下：

①、工作基材的材质为金属或非金属；

②、工作惰性金属层通过电镀、溅射的方法制备；

③、工作催化层为铂黑，可以通过电镀的方法制备；

④、改性层所用溶液：溶剂为乙醇或四氢呋喃，溶质为硅烷，浓度为1-10％，该层可以通过涂布或浸渍方法制备，主要用于提高不同相邻功能层之间结合力，改善电极性能；这里所述的改性层包括工作内改性层、工作中改性层和工作外改性层；

⑤、工作酶层所用酶溶液含有：7％葡萄糖氧化酶、人重组白蛋白、3％纳米金和PVB，这里所述的PVB指聚乙烯醇缩丁醛；

纳米金利用AOT/环己烷体系形成的反胶束体系中制备，AOT是指琥玻酸二异辛脂璜酸钠，通过柠檬酸钠还原氯金酸盐水溶液，调节水、电解质、表面活性剂的浓度比例，水、电解质、表面活性剂的总浓度比例10％，制备不同直径的纳米金颗粒；制备纳米金颗粒直径在20nm；

所用酶溶液制备过程如下：在磷酸盐缓冲液中加入葡萄糖氧化酶和人重组白蛋白，葡萄糖氧化酶加入量为每毫升80毫克，人重组白蛋白加入量为每毫升80毫克，溶解充分后，再加入纳米金粒子进行混匀，纳米金粒子加入量为每毫升3毫克，然后加入3毫克的PVB，混合均匀；

可以通过浸渍、涂布的方式将酶溶液转移到工作电极上，浸渍时间为10分钟；然后用10％的戊二醛溶液将转移到工作电极的葡萄糖氧化酶交联固定，交联温度为30摄氏度，采用液相浸渍交联或气相交联，交联时间为50min；

由于纳米金具有良好的生物相容性，可以较长时间植入人体内，而不引起不良反应；

纳米金有良好的导电性，可以提高酶电极的灵敏度，缩短酶电极对葡萄糖响应时间，延长酶电极使用寿命；

葡萄糖氧化酶电极氧化葡萄糖的反应由两步酶反应组成：

D-glucose+GOD(FAD)→glucose-lactone+GOD(FADH₂)

GOD(FADH₂)+O₂→GOD(FAD)+H₂O₂

glucose-lactone+H₂O→glucose-acid

上述过程中，还原态葡萄糖氧化酶GOD(FADH₂)稳定性较差，较容易发生结构改变，无法被氧化变成常态葡萄糖氧化酶，这是常见葡萄糖氧化酶电极酶活丧失的原因之一；而在酶层加入纳米金颗粒后，纳米金颗粒具有从环境吸收电子的特性，可以迅速将还原态葡萄糖氧化酶GOD(FADH₂)氧化成稳态葡萄糖氧化酶GOD(FAD)，减少电极反应过程中还原态葡萄糖氧化酶GOD(FADH₂)的数量以及存在时间，减少酶活性损失，延长电极寿命；此外纳米金颗粒加入还大幅度提高酶电极响应应速度，缩短酶电极相应时间，改善了皮下葡萄糖传感器测量时信号延迟，提高实时监测准确度；

葡萄糖氧化酶交联完成后，工作电极外层需要制备一层高分子外膜，用以提供传感器植入人体所需生物相容性，提高体内性能；可以通过浸渍、涂布的方式在电极固定一层高分子膜，所用到高分子材料是硅橡胶聚合物、聚氨酯、聚亚安酯、聚乙二醇中的一种或几种混合；

⑥、改性层所用溶液：浓度为1-10％硅烷，溶剂为乙醇或四氢呋喃该层可以通过涂布或浸渍方法制备；

⑦、工作高分子层所用溶液：溶剂为乙醇或四氢呋喃，溶质为聚氨酯、聚碳酸酸、聚乙二醇、聚乙烯醇材料中的一种或是若干种，浓度为5％，可以通过涂布或浸渍方法制备；

工作高分子层制备需要先将高分子材料溶解在具有较强极性的有机溶剂中，有机溶剂为四氢呋喃或四氢呋喃，不管采用涂布还是浸渍的方式进行，不可避免要与酶层接触，而极性溶液会导致葡萄糖氧化酶活性损失，纳米金具有较大的比表面积，表面可以吸附较大量葡萄糖氧化酶，阻止有机溶剂与葡萄糖氧化酶活性中心接触，从而减少酶活性损失，延长电极寿命；

⑧、工作亲水层所用溶液：溶剂为水和乙醇混合物，混合比例为1:1～1:2，溶质为聚乙二醇、聚丙二醇一种或两种混合，浓度为10％；

(2)、对电极的制备：

对电极包括对基材、对惰性金属层、对催化层、对内改性层、对高分子层、对外改性层、对亲水层；

对电极外形尺寸，直径0.25mm，长度8mm以下；

其制备方法与工作电极基本相同，不需制备酶层；

(3)、参比电极的制备：

参比电极包括参比基材、参比惰性金属层、银/氯化银层、参比内改性层、参比高分子层、参比外改性层、参比亲水层；

对电极外形尺寸，直径0.25mm，长度8mm以下；

参比基材、参比惰性金属层制备方法与工作电极相同，参比惰性金属层制备完成后，通过电镀、真空溅射的方法制备银层，氯化后，制备银/氯化银层，制备参比高分子层和参比亲水层；

由上述三电极组成传感器，植入人体皮下组织。

实施例3：皮下组织介入式针状葡萄糖传感器的制备方法，按以下步骤进行：

(1)、工作电极的制备：

工作电极包括工作基材、工作惰性金属层、工作催化层、工作内改性层、酶层、工作中改性层、工作高分子层、工作外改性层、工作亲水层；

工作电极外形尺寸，直径0.3mm，长度6mm以下；

其制备方法如下：

①、工作基材的材质为金属或非金属；

②、工作惰性金属层通过电镀、溅射的方法制备；

③、工作催化层为铂黑，可以通过电镀的方法制备；

④、改性层所用溶液：溶剂为乙醇或四氢呋喃，溶质为硅烷，浓度为1-10％，该层可以通过涂布或浸渍方法制备，主要用于提高不同相邻功能层之间结合力，改善电极性能；这里所述的改性层包括工作内改性层、工作中改性层和工作外改性层；

⑤、工作酶层所用酶溶液含有：10％葡萄糖氧化酶、人重组白蛋白、5％纳米金和PVB，这里所述的PVB指聚乙烯醇缩丁醛；

纳米金利用AOT/环己烷体系形成的反胶束体系中制备，AOT是指琥玻酸二异辛脂璜酸钠，通过柠檬酸钠还原氯金酸盐水溶液，调节水、电解质、表面活性剂的浓度比例，水、电解质、表面活性剂的总浓度比例15％，制备不同直径的纳米金颗粒；制备纳米金颗粒直径在30nm；

所用酶溶液制备过程如下：在磷酸盐缓冲液中加入葡萄糖氧化酶和人重组白蛋白，葡萄糖氧化酶加入量为每毫升100毫克，人重组白蛋白加入量为每毫升100毫克，溶解充分后，再加入纳米金粒子进行混匀，纳米金粒子加入量为每毫升5毫克，然后加入5毫克的PVB，混合均匀；

可以通过浸渍、涂布的方式将酶溶液转移到工作电极上，浸渍时间为15分钟；然后用20％的戊二醛溶液将转移到工作电极的葡萄糖氧化酶交联固定，交联温度为35摄氏度，采用液相浸渍交联或气相交联，交联时间为60min；

由于纳米金具有良好的生物相容性，可以较长时间植入人体内，而不引起不良反应；

纳米金有良好的导电性，可以提高酶电极的灵敏度，缩短酶电极对葡萄糖响应时间，延长酶电极使用寿命；

葡萄糖氧化酶电极氧化葡萄糖的反应由两步酶反应组成：

D-glucose+GOD(FAD)→glucose-lactone+GOD(FADH₂)

GOD(FADH₂)+O₂→GOD(FAD)+H₂O₂

glucose-lactone+H₂O→glucose-acid

上述过程中，还原态葡萄糖氧化酶GOD(FADH₂)稳定性较差，较容易发生结构改变，无法被氧化变成常态葡萄糖氧化酶，这是常见葡萄糖氧化酶电极酶活丧失的原因之一；而在酶层加入纳米金颗粒后，纳米金颗粒具有从环境吸收电子的特性，可以迅速将还原态葡萄糖氧化酶GOD(FADH₂)氧化成稳态葡萄糖氧化酶GOD(FAD)，减少电极反应过程中还原态葡萄糖氧化酶GOD(FADH₂)的数量以及存在时间，减少酶活性损失，延长电极寿命；此外纳米金颗粒加入还大幅度提高酶电极响应应速度，缩短酶电极相应时间，改善了皮下葡萄糖传感器测量时信号延迟，提高实时监测准确度；

葡萄糖氧化酶交联完成后，工作电极外层需要制备一层高分子外膜，用以提供传感器植入人体所需生物相容性，提高体内性能；可以通过浸渍、涂布的方式在电极固定一层高分子膜，所用到高分子材料是硅橡胶聚合物、聚氨酯、聚亚安酯、聚乙二醇中的一种或几种混合；

⑥、改性层所用溶液：浓度为10％硅烷，溶剂为乙醇或四氢呋喃该层可以通过涂布或浸渍方法制备；

⑦、工作高分子层所用溶液：溶剂为乙醇或四氢呋喃，溶质为聚氨酯、聚碳酸酸、聚乙二醇、聚乙烯醇材料中的一种或是若干种，浓度为10％，可以通过涂布或浸渍方法制备；

工作高分子层制备需要先将高分子材料溶解在具有较强极性的有机溶剂中，有机溶剂为四氢呋喃或四氢呋喃，不管采用涂布还是浸渍的方式进行，不可避免要与酶层接触，而极性溶液会导致葡萄糖氧化酶活性损失，纳米金具有较大的比表面积，表面可以吸附较大量葡萄糖氧化酶，阻止有机溶剂与葡萄糖氧化酶活性中心接触，从而减少酶活性损失，延长电极寿命；

⑧、工作亲水层所用溶液：溶剂为水和乙醇混合物，混合比例为1:1～1:2，溶质为聚乙二醇、聚丙二醇一种或两种混合，浓度为15％；

(2)、对电极的制备：

对电极包括对基材、对惰性金属层、对催化层、对内改性层、对高分子层、对外改性层、对亲水层；

对电极外形尺寸，直径0.3mm，长度8mm以下；

其制备方法与工作电极基本相同，不需制备酶层；

(3)、参比电极的制备：

参比电极包括参比基材、参比惰性金属层、银/氯化银层、参比内改性层、参比高分子层、参比外改性层、参比亲水层；

对电极外形尺寸，直径0.3mm，长度8mm以下；

参比基材、参比惰性金属层制备方法与工作电极相同，参比惰性金属层制备完成后，通过电镀、真空溅射的方法制备银层，氯化后，制备银/氯化银层，制备参比高分子层和参比亲水层；

由上述三电极组成传感器，植入人体皮下组织。

Claims (3)

1.一种皮下组织介入式针状葡萄糖传感器，其特征在于：包括基座(1)，所述的基座(1)的底部设有工作电极(2)、对电极(3)和参比电极(4)，所述的工作电极(2)、对电极(3)和参比电极(4)形成分体式针状三电极体系；

所述的工作电极(2)包括工作基材(5)，所述的工作基材(5)的外表面覆有工作惰性金属层(6)，所述的工作惰性金属层(6)的外表面覆有工作催化层(7)，所述的工作催化层(7)的外表面覆有工作内改性层(8)，所述的工作内改性层(8)的外表面覆有酶层(9)，所述的酶层(9)的外表面覆有工作中改性层(10)，所述的工作中改性层(10)的外表面覆有工作高分子层(11)，所述的工作高分子层(11)的外表面覆有工作外改性层(12)，所述的工作外改性层(12)的外表面覆有工作亲水层(13)；

所述的对电极(3)包括对对基材(14)，所述的对基材(14)的外表面覆有惰性金属层(15)，所述的惰性金属层(15)的外表面覆有催化层(16)，所述的催化层(16)的外表面覆有对内改性层(17)，所述的对内改性层(17)的外表面覆有对高分子层(18)，所述的对高分子层(18)的外表面覆有对外改性层(19)，所述的对外改性层(19)的外表面覆有对亲水层(20)；

所述的参比电极(4)包括参比基材(21)，所述的参比基材(21)的外表面覆有参比惰性金属层(22)，所述的参比惰性金属层(22)的外表面覆有银/氯化银层(23)，所述的银/氯化银层(23)的外表面覆有参比内改性层(24)，参比内改性层(24)的外表面覆有参比高分子层(25)，所述的参比高分子层(25)的外表面覆有参比外改性层(26)，所述的参比外改性层(26)外覆有参比亲水层(27)。

2.根据权利要求1所述的皮下组织介入式针状葡萄糖传感器，其特征在于：所述的工作电极(2)为酶电极，所述的对电极(3)为铂黑电极，所述的参比电极(4)为Ag/AgCl电极。

3.根据权利要求1或2所述的皮下组织介入式针状葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：

(1)、工作电极的制备：

工作电极包括工作基材、工作惰性金属层、工作催化层、工作内改性层、酶层、工作中改性层、工作高分子层、工作外改性层、工作亲水层；

工作电极外形尺寸，直径0.22-0.3mm，长度6mm以下；

其制备方法如下：

①、工作基材的材质为金属或非金属；

②、工作惰性金属层通过电镀、溅射的方法制备；

③、工作催化层为铂黑，可以通过电镀的方法制备；

④、改性层所用溶液：溶剂为乙醇或四氢呋喃，溶质为硅烷，浓度为1-10％，该层可以通过涂布或浸渍方法制备，主要用于提高不同相邻功能层之间结合力，改善电极性能；这里所述的改性层包括工作内改性层、工作中改性层和工作外改性层；

⑤、工作酶层所用酶溶液含有：5-10％葡萄糖氧化酶、人重组白蛋白、1-5％纳米金和PVB，这里所述的PVB指聚乙烯醇缩丁醛；

纳米金利用AOT/环己烷体系形成的反胶束体系中制备，AOT是指琥玻酸二异辛脂璜酸钠，通过柠檬酸钠还原氯金酸盐水溶液，调节水、电解质、表面活性剂的浓度比例，水、电解质、表面活性剂的总浓度比例5-15％，制备不同直径的纳米金颗粒；制备纳米金颗粒直径在5-30nm；

所用酶溶液制备过程如下：在磷酸盐缓冲液中加入葡萄糖氧化酶和人重组白蛋白，葡萄糖氧化酶加入量为每毫升50-100毫克，人重组白蛋白加入量为每毫升50-100毫克，溶解充分后，再加入纳米金粒子进行混匀，纳米金粒子加入量为每毫升1-5毫克，然后加入1-5毫克的PVB，混合均匀；

可以通过浸渍、涂布的方式将酶溶液转移到工作电极上，浸渍时间为5-15分钟；然后用5-20％的戊二醛溶液将转移到工作电极的葡萄糖氧化酶交联固定，交联温度为25-35摄氏度，采用液相浸渍交联或气相交联，交联时间为30-60min；

由于纳米金具有良好的生物相容性，可以较长时间植入人体内，而不引起不良反应；

纳米金有良好的导电性，可以提高酶电极的灵敏度，缩短酶电极对葡萄糖响应时间，延长酶电极使用寿命；

葡萄糖氧化酶电极氧化葡萄糖的反应由两步酶反应组成：

D-glucose+GOD(FAD)→glucose-lactone+GOD(FADH₂)

GOD(FADH₂)+O₂→GOD(FAD)+H₂O₂

glucose-lactone+H₂O→glucose-acid

上述过程中，还原态葡萄糖氧化酶GOD(FADH₂)稳定性较差，较容易发生结构改变，无法被氧化变成常态葡萄糖氧化酶，这是常见葡萄糖氧化酶电极酶活丧失的原因之一；而在酶层加入纳米金颗粒后，纳米金颗粒具有从环境吸收电子的特性，可以迅速将还原态葡萄糖氧化酶GOD(FADH₂)氧化成稳态葡萄糖氧化酶GOD(FAD)，减少电极反应过程中还原态葡萄糖氧化酶GOD(FADH₂)的数量以及存在时间，减少酶活性损失，延长电极寿命；此外纳米金颗粒加入还大幅度提高酶电极响应应速度，缩短酶电极相应时间，改善了皮下葡萄糖传感器测量时信号延迟，提高实时监测准确度；

葡萄糖氧化酶交联完成后，工作电极外层需要制备一层高分子外膜，用以提供传感器植入人体所需生物相容性，提高体内性能；可以通过浸渍、涂布的方式在电极固定一层高分子膜，所用到高分子材料是硅橡胶聚合物、聚氨酯、聚亚安酯、聚乙二醇中的一种或几种混合；

⑥、改性层所用溶液：浓度为1-10％硅烷，溶剂为乙醇或四氢呋喃该层可以通过涂布或浸渍方法制备；

⑦、工作高分子层所用溶液：溶剂为乙醇或四氢呋喃，溶质为聚氨酯、聚碳酸酸、聚乙二醇、聚乙烯醇材料中的一种或是若干种，浓度为1-10％，可以通过涂布或浸渍方法制备；

工作高分子层制备需要先将高分子材料溶解在具有较强极性的有机溶剂中，有机溶剂为四氢呋喃或四氢呋喃，不管采用涂布还是浸渍的方式进行，不可避免要与酶层接触，而极性溶液会导致葡萄糖氧化酶活性损失，纳米金具有较大的比表面积，表面可以吸附较大量葡萄糖氧化酶，阻止有机溶剂与葡萄糖氧化酶活性中心接触，从而减少酶活性损失，延长电极寿命；

⑧、工作亲水层所用溶液：溶剂为水和乙醇混合物，混合比例为1:1～1:2，溶质为聚乙二醇、聚丙二醇一种或两种混合，浓度为1-15％；

(2)、对电极的制备：

对电极包括对基材、对惰性金属层、对催化层、对内改性层、对高分子层、对外改性层、对亲水层；

对电极外形尺寸，直径0.22-0.3mm，长度8mm以下；

其制备方法与工作电极基本相同，不需制备酶层；

(3)、参比电极的制备：

参比电极包括参比基材、参比惰性金属层、银/氯化银层、参比内改性层、参比高分子层、参比外改性层、参比亲水层；

对电极外形尺寸，直径0.22-0.3mm，长度8mm以下；

参比基材、参比惰性金属层制备方法与工作电极相同，参比惰性金属层制备完成后，通过电镀、真空溅射的方法制备银层，氯化后，制备银/氯化银层，制备参比高分子层和参比亲水层；

由上述三电极组成传感器，植入人体皮下组织。