CN106124587B - 一种薄膜生物电极 - Google Patents

一种薄膜生物电极 Download PDF

Info

Publication number
CN106124587B
CN106124587B CN201610447052.2A CN201610447052A CN106124587B CN 106124587 B CN106124587 B CN 106124587B CN 201610447052 A CN201610447052 A CN 201610447052A CN 106124587 B CN106124587 B CN 106124587B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pmbv
layers
pva
cnt
gox
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610447052.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106124587A (zh
Inventor
李子寅
林晓杰
邬苏东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SUZHOU LINGKET NEW MATERIALS CO., LTD.
Original Assignee
Suzhou Aibomaier New Material Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Aibomaier New Material Co Ltd filed Critical Suzhou Aibomaier New Material Co Ltd
Priority to CN201610447052.2A priority Critical patent/CN106124587B/zh
Publication of CN106124587A publication Critical patent/CN106124587A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106124587B publication Critical patent/CN106124587B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements

Abstract

本发明公开了一种薄膜生物电极，包括有：一PHEMA或硅水凝胶层为底层，一AT‑PMBV层，一PVA层，一PMBV‑CNT(GR)层，一PVA‑GOx层，一PMBV层，AT‑PMBV层可通过叠氮基团与甲基或硅甲基的在紫外光诱导下的反应制备，PVA层、PMBV‑CNT(GR)层、PVA‑GOx层、PMBV层可通过苯硼酸基团与聚乙烯醇相邻羟基的键合制备。本发明的薄膜生物电极灵敏性高，稳定性佳，同时具有良好的柔软性、透气和透水性，表层的PMBV具有良好的生物亲和性，特别适于在角膜接触式生物传感器中的应用。

Description

一种薄膜生物电极
技术领域
本发明涉及生物传感器领域，具体涉及一种可用于角膜接触式生物传感器中的薄膜生物电极。
背景技术
生物电极是生物传感器的核心部件，通过酶参与的氧化还原反应产生阳极与阴极之间的电势差并驱动电流通过外部电路，实现对底物浓度的检测，在医疗、食品、环保等领域有着重要的应用。
大多数酶的氧化还原反应活性中心位于生物大分子的内部，难以实现电子从反应活性中心向电极表面的直接传导，为解决这一问题，多种电子媒介材料被应用于生物电极表面的修饰，如碳纳米管、导电聚合物、石墨烯等。这类材料往往亲水性差，导致氧化还原酶在材料表面的吸附和形状改变，从而造成酶的失活。因此，新型载体材料仍在不断被研究开发，用以改善电子传导性能的同时提高酶的稳定性，最终提高生物电极的灵敏性和稳定性。
发明内容
要解决的技术问题：本发明提出了一种在聚甲基丙烯酸羟乙酯或硅水凝胶表面制备的薄膜生物电极，采用具有2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱单元和碳纳米管或石墨烯单元的聚合物，碳纳米管或石墨烯作为电子传递媒介材料，2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱单元可防止酶在载体材料表面吸附变形。本发明可提高生物传感器的灵敏度和稳定性，特别适用于角膜接触式生物传感器领域的应用。
技术方案：一种薄膜生物电极，所述的电极包括有：一PHEMA或硅水凝胶层为底层，逐层装一AT-PMBV层，一PVA层，一PMBV-CNT(GR)层，一PVA-GOx层，一PMBV层，其中PHEMA是聚甲基丙烯酸羟乙酯，AT-PMBV是端基带有叠氮基团的PMBV，PVA是聚乙烯醇，PMBV-CNT(GR)是端基带有碳纳米管（石墨烯）的PMBV，PVA-GOx是聚乙烯醇与葡萄糖氧化酶的交联物，GOx是葡萄糖氧化酶的缩写，PMBV是2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱、甲基丙烯酸丁酯、乙烯基苯硼酸的共聚物。
所述的薄膜生物电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：一PHEMA或硅水凝胶层装填在底层，逐层装一AT-PMBV层，一PVA层，一PMBV-CNT(GR)层，一PVA-GOx层，一PMBV层。
所述的薄膜生物电极，其中，所述的PMBV-CNT(GR)层与PVA-GOx层可根据需要构筑1层或n层，其中n＞1。
所述的薄膜生物电极，其中，所述的AT-PMBV层可通过叠氮基团与甲基或硅甲基的在紫外光诱导下的反应制备，具体实施方法为用质量分数为0.5%的AT-PMBV水溶液浸润PHEMA或硅水凝胶的表面，使用波长250-300nm的紫外光以50mW/cm2的强度辐照1min，使用蒸馏水洗去未键合的聚合物即得。
所述的薄膜生物电极，其中，所述的PVA层、PMBV-CNT(GR)层、PVA-GOx层、PMBV层可通过苯硼酸基团与聚乙烯醇相邻羟基的键合制备，具体实施方法为依次使用PVA、PMBV-CNT(GR)、PVA-GOx、PMBV的0.5%质量分数的水溶液浸润薄膜电极表面，每层浸润时间为30min，并用蒸馏水润洗除去未键合的聚合物即得。
有益效果：本发明制备的薄膜生物电极将碳纳米管或石墨烯结合在水凝胶薄膜中，为电子从酶的反应活性中心传导的媒介，提高了生物电极的灵敏性，同时使用带有2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱基团的聚合物，能够防止酶在材料表面的吸附变形，保持酶的长期活性，提高电极的稳定性，另外其厚度在数十纳米，与基材结合稳定，并具有良好的柔软性、透气和透水性，表层的PMBV具有良好的生物亲和性，特别适于在角膜接触式生物传感器中的应用。
附图说明
图1 是本发明的薄膜生物电极的结构示意图。
图2是本发明中PMVB的结构式图。
图3是本发明中AT-PMBV的结构式图。
图4是本发明中PMBV-CNT的结构式图。
图5是本发明中PMBV-GR的结构式图。
图6是本发明中PVA-GOx的结构式图。
具体实施方式
实施例1
一种薄膜生物电极，由以下步骤制备而成：（1）使用质量百分比为0.5%的AT-PMBV浸润PHEMA基材表面，使用285nm的紫外光以50mW/cm2的强度辐照1min，用蒸馏水润洗基片；（2）使用质量百分比为0.5%的PVA浸润基片30min，用蒸馏水润洗基片；（3）使用质量百分比为0.5%的PMBV-CNT浸润基片30min，用蒸馏水润洗基片；（4）使用质量百分比为0.5%的PVA-GOx浸润基片30min，用蒸馏水润洗基片；（5）使用质量百分比为0.5%的PMBV浸润基片30min，用蒸馏水润洗基片，完成制备。
实施例2
（1）使用质量百分比为0.5%的AT-PMBV浸润硅水凝胶基材表面，使用285nm的紫外光以50mW/cm2的强度辐照1min，用蒸馏水润洗基片；（2）使用质量百分比为0.5%的PVA浸润基片30min，用蒸馏水润洗基片；（3）使用质量百分比为1%的PMBV-CNT浸润基片5min，再以蒸馏水润洗1min，然后以1000rpm的转速甩除表面蒸馏水；（4）使用质量百分比为1%的PVA-GOx浸润基片5min，再以蒸馏水润洗1min，然后以1000rpm的转速甩除表面蒸馏水；（5）重复步骤3和4完成2个循环；（6）使用质量百分比为0.5%的PMBV浸润基片30min，用蒸馏水润洗基片，完成制备。
实施例3
（1）使用质量百分比为0.5%的AT-PMBV浸润硅水凝胶基材表面，使用285nm的紫外光以50mW/cm2的强度辐照1min，用蒸馏水润洗基片；（2）使用质量百分比为0.5%的PVA浸润基片30min，用蒸馏水润洗基片；（3）使用质量百分比为1%的PMBV-CNT浸润基片5min，再以蒸馏水润洗1min，然后以1000rpm的转速甩除表面蒸馏水；（4）使用质量百分比为1%的PVA-GOx浸润基片5min，再以蒸馏水润洗1min，然后以1000rpm的转速甩除表面蒸馏水；（5）重复步骤3和4完成3个循环；（6）使用质量百分比为0.5%的PMBV浸润基片30min，用蒸馏水润洗基片，完成制备。
实施例4
（1）使用质量百分比为0.5%的AT-PMBV浸润硅水凝胶基材表面，使用285nm的紫外光以50mW/cm2的强度辐照1min，用蒸馏水润洗基片；（2）使用质量百分比为0.5%的PVA浸润基片30min，用蒸馏水润洗基片；（3）使用质量百分比为1%的PMBV-CNT浸润基片5min，再以蒸馏水润洗1min，然后以1000rpm的转速甩除表面蒸馏水；（4）使用质量百分比为1%的PVA-GOx浸润基片5min，再以蒸馏水润洗1min，然后以1000rpm的转速甩除表面蒸馏水；（5）重复步骤3和4完成4个循环；（6）使用质量百分比为0.5%的PMBV浸润基片30min，用蒸馏水润洗基片，完成制备。
实施例5
（1）使用质量百分比为0.5%的AT-PMBV浸润硅水凝胶基材表面，使用285nm的紫外光以50mW/cm2的强度辐照1min，用蒸馏水润洗基片；（2）使用质量百分比为0.5%的PVA浸润基片30min，用蒸馏水润洗基片；（3）使用质量百分比为1%的PMBV-CNT浸润基片5min，再以蒸馏水润洗1min，然后以1000rpm的转速甩除表面蒸馏水；（4）使用质量百分比为1%的PVA-GOx浸润基片5min，再以蒸馏水润洗1min，然后以1000rpm的转速甩除表面蒸馏水；（5）重复步骤3和4完成5个循环；（6）使用质量百分比为0.5%的PMBV浸润基片30min，用蒸馏水润洗基片，完成制备。
在25℃条件下，将本发明实施例5的薄膜生物电极作为阳极装置，并将阳极置于10mmol/L葡萄糖底物培养液中进行测试，从电极浸入溶液开始计时，电流达到0.95A稳定值时需时间t，并以1/t(s-1)作为电化学响应速率，经测定，电极响应速率>0.100S1，且电极的功率密度>4.5 mW/cm2。
从电极浸入溶液开始计时，保持反应底物浓度，电流与峰值电流的比例作为酶的存活率，以酶的存活率降到80%所需时间作为电极的有效工作寿命，结果如下表所示：
实验时间/天 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
存活率/% 100 97.14 94.68 92.19 89.74 87.25 85.22 83.07 80.93 79.06
由上表可知，本发明的薄膜电极的有效工作寿命>16天，稳定性佳，同时具有良好的生物亲和性，适于在角膜接触式生物传感器中的应用。

Claims (3)

1.一种薄膜生物电极，其特征在于：所述的电极包括有：一PHEMA或硅水凝胶层（1），一AT-PMBV层（2），一PVA层（3），一PMBV-CNT/ GR层（4），一PVA-GOx层（5），一PMBV层（6），其中PHEMA是聚甲基丙烯酸羟乙酯，AT-PMBV是端基带有叠氮基团的PMBV，PVA是聚乙烯醇，PMBV-CNT/GR是端基带有碳纳米管/石墨烯的PMBV，PVA-GOx是聚乙烯醇与葡萄糖氧化酶的交联物，GOx是葡萄糖氧化酶的缩写，PMBV是2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱、甲基丙烯酸丁酯、乙烯基苯硼酸的共聚物，所述PMBV-CNT/GR是PMBV-CNT或PMBV-GR中的任意一种；
所述的一种薄膜生物电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：一 PHEMA或硅水凝胶层（1）装填在底层，逐层装一AT-PMBV层（2），一PVA层（3），一PMBV-CNT/GR 层（4），一PVA-GOx层（5），一PMBV层（6）。
2.如权利要求1所述的一种薄膜生物电极，其特征在于，所述的AT-PMBV层（2）通过叠氮基团与甲基或硅甲基的在紫外光诱导下的反应制备，具体实施方法为用质量分数为0 .5%的AT-PMBV水溶液浸润PHEMA或硅水凝胶的表面，使用波长250-300nm的紫外光以50mW/cm2的强度辐照1min，使用蒸馏水洗去未键合的聚合物即得。
3.如权利要求1所述的一种薄膜生物电极，其特征在于，所述的PVA层（3）、PMBV-CNT/GR层（4）、PVA-GOx层（5）、PMBV层（6）通过苯硼酸基团与聚乙烯醇相邻羟基的键合制备，具体实施方法为依次使用PVA、PMBV-CNT/GR、PVA-GOx、PMBV的0 .5%质量分数的水溶液浸润薄膜电极表面，每层浸润时间为30min，并用蒸馏水润洗除去未键合的聚合物即得。
CN201610447052.2A 2016-06-21 2016-06-21 一种薄膜生物电极 Active CN106124587B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610447052.2A CN106124587B (zh) 2016-06-21 2016-06-21 一种薄膜生物电极

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610447052.2A CN106124587B (zh) 2016-06-21 2016-06-21 一种薄膜生物电极

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106124587A CN106124587A (zh) 2016-11-16
CN106124587B true CN106124587B (zh) 2018-11-30

Family

ID=57471009

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610447052.2A Active CN106124587B (zh) 2016-06-21 2016-06-21 一种薄膜生物电极

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106124587B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108969883B (zh) * 2017-05-31 2021-12-28 李宇光 石墨烯生物电康体芯片的制作方法及应用
CN107510455B (zh) * 2017-08-22 2019-10-25 北京大学 一种角膜电极及其制备方法与应用
CN109860592B (zh) * 2018-12-25 2021-01-29 上海力信能源科技有限责任公司 一种含硼分子修饰的镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法
CN110204742A (zh) * 2019-07-15 2019-09-06 吉林大学 一种仿眼角膜的高强度电响应润滑水凝胶及其制备方法
JP2023516785A (ja) * 2020-04-16 2023-04-20 三諾生物伝感股▲フン▼有限公司 生体適合性膜、その製造方法及び埋め込み型バイオセンサー

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1727882A (zh) * 2004-07-28 2006-02-01 生命扫描有限公司 用于基于电化学的传感器的电子交换聚合物
DE102005042669A1 (de) * 2005-09-08 2007-03-15 Kurt-Schwabe-Institut für Meß- und Sensortechnik e.V. Mehrparameter-Sensormesssystem
CN101971012A (zh) * 2007-12-20 2011-02-09 雅培医护站股份有限公司 用于传感的固定化生物层的形成
CN102725629A (zh) * 2009-10-01 2012-10-10 美敦力迷你迈德公司 具有干扰抑制隔膜的分析物传感器装置及其制造和使用方法
CN105680056A (zh) * 2016-01-19 2016-06-15 苏州蔻美新材料有限公司 一种微生物燃料电池的阳极装置的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1727882A (zh) * 2004-07-28 2006-02-01 生命扫描有限公司 用于基于电化学的传感器的电子交换聚合物
DE102005042669A1 (de) * 2005-09-08 2007-03-15 Kurt-Schwabe-Institut für Meß- und Sensortechnik e.V. Mehrparameter-Sensormesssystem
CN101971012A (zh) * 2007-12-20 2011-02-09 雅培医护站股份有限公司 用于传感的固定化生物层的形成
CN102725629A (zh) * 2009-10-01 2012-10-10 美敦力迷你迈德公司 具有干扰抑制隔膜的分析物传感器装置及其制造和使用方法
CN105680056A (zh) * 2016-01-19 2016-06-15 苏州蔻美新材料有限公司 一种微生物燃料电池的阳极装置的制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Fabrication of polymeric electron-transfer mediator/enzyme hydrogel multilayer on an Au electrode in a layer-by-layer process;Ziyin Li;《Biosensors and Bioelectronics》;20120208;第191-196页 *
Temporal and spatially controllable cell encapsulation using a water-soluble phospholipid polymer with phenylboronic acid moiety;Tomohiro Konno等;《Biomeaterials》;20070109;第1770-1777页 *
The effect of the encapsulation of bacteria in redox phospholipid polymer hydrogels on electron transfer efficiency in living cell-based devices;Xiaojie Lin 等;《Biomaterials》;20120828;第8221-8227页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN106124587A (zh) 2016-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106124587B (zh) 一种薄膜生物电极
Miyake et al. Self-regulating enzyme− nanotube ensemble films and their application as flexible electrodes for biofuel cells
Paul et al. Modification of carbon felt anode with graphene oxide-zeolite composite for enhancing the performance of microbial fuel cell
Liang et al. Direct electron transfer glucose biosensor based on glucose oxidase self-assembled on electrochemically reduced carboxyl graphene
Zhang et al. Electrocatalytic oxidation of NADH on graphene oxide and reduced graphene oxide modified screen-printed electrode
Katz et al. Magnetic field effects on bioelectrocatalytic reactions of surface-confined enzyme systems: enhanced performance of biofuel cells
Aulenta et al. Characterization of an electro-active biocathode capable of dechlorinating trichloroethene and cis-dichloroethene to ethene
Ng et al. Reduced graphene oxide anodes for potential application in algae biophotovoltaic platforms
Wang et al. Signal-on photoelectrochemical biosensor for microRNA detection based on Bi2S3 nanorods and enzymatic amplification
Ammam et al. Micro-biofuel cell powered by glucose/O2 based on electro-deposition of enzyme, conducting polymer and redox mediators: Preparation, characterization and performance in human serum
CN103954669B (zh) 一种酶电极、酶生物传感器及其制备方法和应用
Nien et al. Encapsulating benzoquinone and glucose oxidase with a PEDOT film: application to oxygen-independent glucose sensors and glucose/O2 biofuel cells
Wei et al. Enhanced electrochemical performance at screen-printed carbon electrodes by a new pretreating procedure
Katz Biofuel cells with switchable power output
Pankratova et al. Three-dimensional graphene matrix-supported and thylakoid membrane-based high-performance bioelectrochemical solar cell
Gokoglan et al. Paper based glucose biosensor using graphene modified with a conducting polymer and gold nanoparticles
JP2013502050A5 (zh)
CN108878940B (zh) 一种电活性生物膜的成膜方法及其应用
Teng et al. Direct electron transfer of Horseradish peroxidase on porous structure of screen-printed electrode
Ardhaoui et al. Plasma functionalized carbon electrode for laccase-catalyzed oxygen reduction by direct electron transfer
Tseng et al. Solution‐deposited and Patternable conductive polymer thin‐film electrodes for microbial bioelectronics
Sandeep et al. Electrochemical detection of L-dopa using crude Polyphenol oxidase enzyme immobilized on electrochemically reduced RGO-Ag nanocomposite modified graphite electrode
Zhang et al. Electrochemical characteristics of Shewanella loihica on carbon nanotubes-modified graphite surfaces
Fukushi et al. Fabrication and characterization of glucose fuel cells with a microchannel fabricated on flexible polyimide film
Bunea et al. Micropatterned carbon-on-quartz electrode chips for photocurrent generation from thylakoid membranes

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20191127

Address after: High tech Zone Suzhou city Jiangsu province 215000 Chuk Yuen Road No. 209

Patentee after: SUZHOU LINGKET NEW MATERIALS CO., LTD.

Address before: Zhujiang Road Wuzhong District Mudu town of Suzhou city in Jiangsu province 215000 No. 368 Technology Park Room 2211

Patentee before: Suzhou Aibomaier New Material Co., Ltd.

TR01 Transfer of patent right