CN105606682A - 一种基于纸基电化学装置的测定葡萄糖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于纸基电化学装置的测定葡萄糖的方法，包括如下步骤：(1)以滤纸作为纸基基板的检测平台，铅笔手工绘制电极，以石墨作为电极材料，检测平台包括两个区域，检测区和酶区，每一区域都有一个圆形的亲水区域，亲水区域以外的是疏水区域；(2)根据葡萄糖氧化酶氧化反应的原理，以二茂铁甲酸作为电子媒介体，安培法测定葡萄糖，检测平台可在干扰物存在下灵敏测定葡萄糖；将待测样品加入检测平台可进行实际样品中血糖浓度的检测。本发明的纸基电化学分析系统是一种新的电化学装置，其制作简单，成本低，可用于许多应用领域，包括临床诊断的便携式、一次性的分析设备，食品质量控制和环境监测等。
Description
技术领域
本发明涉及生物技术检测领域领域，具体涉及一种基于纸基电化学装置的测定葡萄糖的方法。
背景技术
葡萄糖(Glucose)是自然界分布最广且最为重要的一种单糖，也是人体重要营养成分和主要的热量来源之一，所以血糖必须保持一定的水平才能维持体内各器官和组织的需要；低血糖给患者带来极大的危害，轻者引起记忆力减退、反应迟钝、痴呆、昏迷，重者危及生命，高血糖则会引起大血管病变，血糖异常还会导致其他新陈代谢疾病及其并发症，严重危害人体健康；因此，血糖的检测对于临床上快速诊断相关疾病，生物体新陈代谢研究及相关药物的研发等方面都有着非常重要的意义；常用的检测葡萄糖的方法有电化学发光法、荧光法、比色法等，这些传统的方法具有灵敏度高，重现性好的优点。
然而，这些方法也普遍存在仪器价格昂贵、运行费用高、不易携带等缺点，在连续监测及现场测定等方面受到很大限制，达不到样品分析中快速、简便、实时分析的要求，因此，设计一种简单、准确、快速、灵敏、易操作的葡萄糖检测方法引起了许多研究者的兴趣。
发明内容
本发明的目的提供一种基于纸基电化学装置的测定葡萄糖的方法，解决上述现有技术问题中的一个或者多个。
根据本发明的一种基于纸基电化学装置的测定葡萄糖的方法，包括如下步骤：
(1)以滤纸作为纸基基板的检测平台，铅笔手工绘制电极，以石墨作为电极材料，检测平台包括两个区域，检测区和酶区，每一部分都有一个圆形的亲水区域，周围是疏水区域；
(2)根据葡萄糖氧化酶氧化反应的原理，以二茂铁甲酸作为电子媒介体，安培法测定葡萄糖，检测平台可在干扰物存在下灵敏测定葡萄糖；将待测样品加入检测平台可进行实际样品中血糖浓度的检测。
本发明提供一种基于纸基电化学装置的测定葡萄糖的方法，纸基电化学分析系统是一种新的电化学装置，其制作简单，成本低，可用于许多应用领域，包括临床诊断的便携式、一次性的分析设备，食品质量控制和环境监测等。
在一些实施方式中，步骤(1)中的纸基基板的检测平台和电极模板的制作方法如下：
(1)利用Photoshop软件按照步骤(1)的要求进行绘制；
(2)将绘制好的图形模板打印在滤纸上，然后将滤纸置于烘箱中，烘箱的温度设置为150摄氏度，时间为2小时；其目的是将打印区域的蜡渗透到滤纸中间层，形成疏水区域，滤纸白色部分为亲水区域；而后将滤纸烘干，将模板剪下；
(3)以6B铅笔为电极材料，在制作好的纸基基板的检测区绘制出三电极体系，三电极的尺寸要求为：工作电极的宽为3mm，长为6mm，在亲水区的长为2mm，对电极和参比电极的宽为2mm，长为6mm，在亲水区的长为2mm。
在一些实施方式中，步骤(2)中血糖浓度的检测方法为，首先将待测血样样品离心、沉淀，然后预留上清液，然后取10ul上清液滴到检测平台的检测区，再将检测平台连接CHI1230B电化学工作站，利用安培法可进行实际样品中血糖浓度的检测。
在一些实施方式中，步骤(2)中的媒介体与葡萄糖氧化酶酶的修饰及分析操作步骤如下：
(1)在已经设计好的检测平台的检测区滴加5微升浓度为20毫摩尔每升的二茂铁甲酸，酶区滴加5微升浓度为10毫克每毫升的葡萄糖氧化酶；
(2)将滤纸沿对折线折叠，使检测区与酶区连接触，之后再将检测平台与电化学工作站进行连接。
在一些实施方式中，进行样品检测时，首先配制1、3、5、7、10、12毫摩尔每升浓度的葡萄糖标准溶液，pH＝7.4的磷酸盐缓冲液作为电解质溶液；随后将设计好的纸基基板的检测平台与CHI1230B电化学电化学工作站连接，取10微升葡萄糖标准溶液滴加到检测区的中间亲水区域，如图3所示，在0.4V的电位下作时间电流扫描曲线，时间为50秒，得到1、3、5、7、10、12毫摩尔每升浓度的葡萄糖溶液的扫描曲线；在数据处理时，取0秒与20秒两个时间点所对应的电流值，用0秒的电流值减20秒的电流值，得到两点电流的差值，根据每个标准溶液的浓度与其对应的两点的电流差值，可以计算出二者的线性关系，从而获得标准曲线；在检测血样中的葡萄糖时，取10ul待测样品作安培曲线，然后取安培曲线上0秒与20秒的电流值，得到两点的电流差值，利用获得的工作曲线线性方程，可得到样品中血糖的浓度。
Photoshop软件来自AdobeSystems公司，
烘箱RT-600来自无锡市普瑞达实验装备有限公司，
6B铅笔采用中华铅笔厂生产。
石墨是一种非常好的导电材料,而且其价格较其他一些常规导电材料低廉，稳定性也优于其他一些常规电极材料，因此将石墨与纸结合，构建一次性纸基电化学分析装置具有低成本、便携性等优点；而高度发达的基础设施印刷行业，使得这种纸基分析装置的生产经济又具有可发展性；以纸张为研究基板，通过手工绘制铅笔电极，构建三电极体系，制作一个完整的电化学分析检测装置，这种石墨纸基电化学系统制作简单，价格便宜，易操作，稳定性好。
石墨纸基电化学装置具有以下独特的优点：
1.纸和石墨的价格都相对低廉，易得；
2.多孔结构的滤纸主要由纤维素构成，可以支持电解液，需要的样品量少，仅数微升；
3.纸能为葡萄糖氧化酶提供一个生物相容性的环境从而较好的保持酶的活性；
4.石墨电极具有相对稳定的电化学特性。
作为一次性电极，它可以在每次测定时能够提供洁净的表面，另外，价格低廉的石墨电极，避免了昂贵的仪器和维修费用，同时，它的制作简单，可以大批量地生产。
本发明构建的纸基电化学传感装置，不仅避免了抗坏血酸、尿酸、多巴胺对葡萄糖测定的干扰，而且提高了检测的灵敏度及重现性，与现有的电化学传感器相比，本发明具有制作简单、成本低廉的优点，分析检测迅速，方便，可以为临床分析提供参考依据。
在分析化学的发展中，图案化滤纸的研究为发展便携式分析仪器的研究提供了更广阔的思路；滤纸拥有吸收性好、柔软易操作、便携、成本低廉等特点，是一种理想的用于构建分析系统的材料，纸主要由纤维素构成，具有多孔、亲水的性能，在其表面含有大量的羧基和羟基等亲水基团，可以吸附比自身重量大得多的水分；另外，纸还具有造价低，质量轻，便于携带等优点，与聚合物、玻璃等基底板相比，其最大的优点是使用后能够被生物降解，对环境无害，而石墨是一种非常好的导电材料，而且其价格较其他一些常规导电材料低廉，稳定性也优于其他一些常规电极材料；因此将石墨与纸结合，构建一次性石墨纸基电极检测分析装置具有低成本、便携性等优点。
附图说明
图1为本发明的一种基于纸基电化学装置的测定葡萄糖的方法的石墨纸基基板的电极模型图；
图2为本发明的图1中的A的局部放大图；
图3为本发明分析装置中两个区域负载媒介体和葡萄糖氧化酶的示意图；
图4为本发明的测定葡萄糖的分析操作示意图；
图5为利用检测平台测定不同浓度的葡萄糖标准溶液的安培扫描曲线图；
图6为根据图5中得到的葡萄糖浓度与电流差值标准曲线线性关系图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明进行进一步详细的说明。
如图1至图2中所示，一种基于纸基电化学装置的测定葡萄糖的方法，包括如下步骤：
(1)以滤纸作为纸基基板的检测平台，铅笔手工绘制电极，以石墨作为电极材料，检测平台包括两个部分，检测区和酶区，每一部分都有一个圆形的亲水区域，亲水区域以外的是疏水区域；
(2)根据葡萄糖氧化酶氧化反应的原理，安培法测定葡萄糖，检测平台可在干扰物存在下灵敏测定葡萄糖，并获得工作曲线。在血样检测中，首先将待测样品离心、沉淀，然后预留上清液，然后取10ul上清液滴到平台的检测区域，再将检测平台连接电化学工作站，利用安培法可进行实际样品中血糖浓度的检测。
步骤(1)中的纸基基板的检测平台和电极模板的制作方法如下：
(1)利用Photoshop软件按照要求进行绘制，图形的样式如上图所示；
(2)将绘制好的图形模板打印在滤纸上，然后将滤纸置于烘箱中，烘箱的温度设置为150摄氏度，时间为2小时；其目的是将打印区域的蜡渗透到滤纸中间层，形成疏水区，滤纸白色部分为亲水区；而后将滤纸烘干，将模板剪下；
(3)以6B铅笔为电极材料，在制作好的纸基基板的检测区绘制出三电极体系，三电极的尺寸要求为：工作电极的宽为3mm，长为6mm，在亲水区域的长为2mm，对电极和参比电极的宽为2mm，长为6mm，在亲水区域的长为2mm，其中，以亲水区域圆心为基准上下对应的两个为对电极和参比电极，剩余的为工作电极。
步骤(2)中的媒介体与酶的修饰及分析操作步骤如下：
如图3中所示，(1)在已经设计好的检测平台的检测区滴加5微升浓度为20毫摩尔每升的二茂铁甲酸，酶区滴加5微升浓度为10毫克每毫升的葡萄糖氧化酶；
如图4中所示，(2)将滤纸沿对折线折叠，使检测区与酶区接触，之后再将检测平台与电化学工作站进行连接；
进行样品检测时，首先配制1、3、5、7、10、12毫摩尔每升浓度的葡萄糖标准溶液，pH＝7.4的磷酸盐缓冲液作为电解质溶液；随后将设计好的纸基基板的检测平台与CHI1230B电化学电化学工作站连接，取10微升葡萄糖标准溶液滴加到检测区的中间亲水区域，如图5所示，在0.4V的电位下作时间电流扫描曲线，时间为50秒，得到1、3、5、7、10、12毫摩尔每升浓度的葡萄糖溶液的扫描曲线；如图6中所示，在数据处理时，取0秒与20秒两个时间点所对应的电流值，用0秒的电流值减20秒的电流值，得到两点电流的差值，根据每个标准溶液的浓度与其对应的两点的电流差值，可以计算出二者的线性关系，从而获得标准曲线；在检测血样中的葡萄糖时，取10ul待测样品作安培曲线，然后取安培曲线上0秒与20秒的电流值，得到两点的电流差值，利用获得的工作曲线线性方程，可得到样品中血糖的浓度。
石墨是一种非常好的导电材料,而且其价格较其他一些常规导电材料低廉，稳定性也优于其他一些常规电极材料。因此将石墨与纸结合，构建一次性纸基电化学分析装置具有低成本、便携性等优点；而高度发达的基础设施印刷行业，使得这种纸基分析装置的生产经济又具有可发展性；以纸张为研究基板，通过手工绘制铅笔电极，构建三电极体系，制作一个完整的电化学分析检测装置，这种石墨纸基电化学系统制作简单，价格便宜，易操作，稳定性好。
石墨纸基电化学装置具有以下独特的优点：1.纸和石墨的价格都相对低廉，易得。2.多孔结构的滤纸主要由纤维素构成，可以支持电解液，需要的样品量少，仅数微升。3.纸能为葡萄糖氧化酶提供一个生物相容性的环境从而较好的保持酶的活性。4.石墨电极具有相对稳定的电化学特性。
作为一次性电极，它可以在每次测定时能够提供洁净的表面，另外，价格低廉的石墨电极，避免了昂贵的仪器和维修费用，同时，它的制作简单，可以大批量地生产。
本发明提供的一种基于纸基电化学装置的测定葡萄糖的方法，纸基电化学分析系统是一种新的电化学装置，其制作简单，成本低，可用于许多应用领域，包括临床诊断的便携式、一次性的分析设备，食品质量控制和环境监测等。
以上所述仅是本发明的优选方式，应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干相似的变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于纸基电化学装置的测定葡萄糖的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)以滤纸作为纸基基板的检测平台，铅笔手工绘制电极，以石墨作为电极材料，检测平台包括两个区域，检测区和酶区，每一区域都有一个圆形的亲水区域，亲水区域以外的是疏水区域；
(2)根据葡萄糖氧化酶氧化反应的原理，以二茂铁甲酸作为电子媒介体，安培法测定葡萄糖，检测平台可在干扰物存在下灵敏测定葡萄糖；将待测样品加入检测平台可进行实际样品中血糖浓度的检测。
2.根据权利要求1所述的一种基于纸基电化学装置的测定葡萄糖的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的纸基基板的检测平台和电极模板的制作方法如下，
(1)利用Photoshop软件按照步骤(1)的要求进行绘制；
(2)将绘制好的图形模板打印在滤纸上，然后将滤纸置于烘箱中，烘箱的温度设置为150摄氏度，时间为2小时；将打印区域的蜡渗透到滤纸中间层，形成疏水区域，滤纸白色部分为亲水区域；而后将滤纸烘干，将模板剪下。
(3)以6B铅笔为电极材料，在制作好的纸基基板的检测区绘制出三电极体系，三电极的尺寸要求为：工作电极的宽为3mm，长为6mm，在亲水区的长为2mm，对电极和参比电极的宽为2mm，长为6mm，在亲水区的长为2mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于纸基电化学装置的测定葡萄糖的方法，其特征在于，步骤(2)中血糖浓度的检测方法为，首先将待测血样样品离心、沉淀，然后预留上清液，然后取10ul上清液滴到检测平台的检测区，再将检测平台连接CHI1230B电化学工作站，利用安培法可进行实际样品中血糖浓度的检测。
4.根据权利要求1所述的一种基于纸基电化学装置的测定葡萄糖的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的二茂铁甲酸媒介体与葡萄糖氧化酶的修饰及分析操作步骤如下：
(1)在已经设计好的检测平台的检测区滴加5微升浓度为20毫摩尔每升的二茂铁甲酸，酶区滴加5微升浓度为10毫克每毫升的葡萄糖氧化酶；
(2)将滤纸沿对折线折叠，使检测区与酶区接触，之后再将检测平台与CHI1230B电化学工作站进行连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于纸基电化学装置的测定葡萄糖的方法，其特征在于，进行样品检测时，首先配制1、3、5、7、10、12毫摩尔每升浓度的葡萄糖标准溶液，pH＝7.4的磷酸盐缓冲液作为电解质溶液；随后将设计好的纸基基板的检测平台与CHI1230B电化学工作站连接，取10微升葡萄糖标准溶液滴加到检测区的中间亲水区域，在0.4V的电位下作时间电流扫描，时间为50秒，得到1、3、5、7、10、12毫摩尔每升浓度的葡萄糖溶液的扫描曲线；在数据处理时，取0秒与20秒两个时间点所对应的电流值，用0秒的电流值减20秒的电流值，得到两点电流的差值，根据每个标准溶液的浓度与其对应的两点的电流差值，可以计算出二者的线性关系，从而获得标准曲线；在检测血样中的葡萄糖时，取10ul待测样品作安培曲线，然后取安培曲线上0秒与20秒的电流值，得到两点的电流差值，利用获得的工作曲线线性方程，可得到样品中血糖的浓度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160525 |