CN107543847A - 一种抗干扰电化学传感器及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗干扰电化学传感器及其测试方法。抗干扰电化学传感器包括电极基板和绝缘基板，此外还包括绝缘盖板，电极基板上设有工作电极和参考电极，绝缘基板上开设有样品孔，生物化学试剂涂敷在所述绝缘盖板上。测试时，先使待测样品液中的干扰物在工作电极上被消耗，然后再通过将绝缘盖板上的生物化学试剂与待测样品液接触，使生物化学试剂与待测样品液中的目标分析物发生化学反应并生成反应产物，反应产物再在工作电极上发生电化学反应，从而在时间上将干扰物与反应产物的电化学电流信号分开，实现抗干扰的目的。

Description

一种抗干扰电化学传感器及其测试方法

技术领域

本发明涉及一种测定液体样品中目标分析物浓度的电化学传感器。

背景技术

电化学传感器被应用于液体样品中目标分析物浓度的测定，其中基于酶生物分子的电化学生物传感器是应用最为广泛的电化学传感器之一，已商品化的血糖、血酮、血脂和血肌酐电化学传感器都属于该类传感器。该类传感器通常是将酶生物分子固定在工作电极上，通过检测目标分析物的酶催化氧化或还原电流而实现对目标分析物的定量测定。

然而在液体样品中往往含有目标分析物以外的化学物质，如血液样品中的扑热息痛、抗坏血酸、胆红素、多巴胺、龙胆酸、左旋多巴、尿酸等，该类化学物质也会在工作电极上发生氧化或还原反应，影响目标分析物的电流响应，从而影响传感器的测量精度。因此，降低或消除干扰物，提高电化学传感器的抗干扰能力，对提高电化学传感器的测量准确度具有重要意义。

目前，降低或消除干扰物的方法主要有以下几种：(1)在工作电极表面覆盖一层带负电高分子薄膜( 如Nafion)，利用静电排斥原理阻碍各种带负电的干扰物( 如抗坏血酸和尿酸) 到达电极表面；(2) 在工作电极表面修饰一层尺寸选择薄膜，利用薄膜的尺寸选择效应排除部分大分子量的干扰物在工作电极发生电化学反应；(3) 采用具有低氧化还原电位的电子介体，降低施加在工作电极的工作电压，降低干扰物在电极上的电化学反应；(4) 在电化学传感器中增加第二工作电极，将第二工作电极上测得的干扰电流从工作电极的电流信号中扣除，消除干扰。尽管上述这些方法在电化学传感器的干扰消除上具有一定的作用，但存在单一方法只能消除部分干扰物、电极加工工艺复杂等缺点。因此，发展新的具有广泛抗干扰能力的电化学传感器具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的抗干扰电化学传感器及其测试方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术手段是：本发明抗干扰电化学传感器包括电极基板和绝缘基板，所述电极基板上设有工作电极和参考电极，所述绝缘基板上开设有样品孔，并且，还包括绝缘盖板，生物化学试剂涂敷在所述绝缘盖板上。

进一步地，本发明所述绝缘盖板与绝缘基板活动连接，使得绝缘盖板活动后，生物化学试剂能够与待测样品液接触。

进一步地，本发明所述电极基板上还设有辅助电极。

进一步地，本发明所述样品孔内填充有亲水膜。

进一步地，本发明所述生物化学试剂为葡萄糖氧化酶、变旋酶、葡萄糖脱氢酶、乳酸氧化酶、尿酸氧化酶、胆固醇氧化酶、磷脂酶、氨基酸酶、辣根过氧化物酶、β-羟丁酸脱氢酶等酶中的任一种或几种。

使用本发明抗干扰电化学传感器对待测样品液进行测试的方法包括：记录工作电极上的电流信号；待工作电极上的电流信号稳定后，使绝缘盖板上的生物化学试剂与样品孔内的待测样品液接触并发生化学反应，记录反应产物在工作电极上的电流信号，对该电流信号进行积分，得到反应产物的电荷量，并利用反应产物的电荷量计算得到待测样品液中目标分析物的浓度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明将生物化学试剂涂敷在绝缘盖板上，而不是按现有技术的方法涂敷在工作电极上。本发明由此先使待测样品液中的干扰物在工作电极上被消耗，然后再将绝缘盖板上的生物化学试剂与待测样品液接触，使生物化学试剂与待测样品液中的目标分析物发生化学反应并生成反应产物，反应产物再在工作电极上发生电化学反应，从而在时间上将干扰物与反应产物的电化学电流信号分开，实现抗干扰的目的。

（2）由于本发明将生物化学试剂涂敷在绝缘盖板而非工作电极上，因而在生物化学试剂与待测样品液接触前只有干扰物在工作电极上发生电化学反应直至完全消耗，无需额外的聚合物涂层，无需添加具有低氧化还原电位的电子介体，无需增加第二工作电极，因而具有干扰物基本完全消除、成本低、电极结构简洁等优点。

（3）由于本发明中的干扰物与反应产物的电化学电流信号分开，获得的反应产物的电荷量与目标分析物之间具有很好的线性关系，因此本发明传感器的测量准确度得到大大的提高。

附图说明

图1为本发明抗干扰电化学传感器的一种实施方式的结构示意图；

图2为本发明测试过程中电流信号与积分电荷量曲线；

图3为本发明测得的葡萄糖浓度与电荷量的线性关系曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的说明。

如图1所示，作为一种实施方式，本发明抗干扰电化学传感器可包括电极基板100、绝缘基板200和绝缘盖板300。电极基板100上设置工作电极101、参考电极102。绝缘基板200上开设样品孔201。将绝缘基板200固定在电极基板100上，从而使样品孔201内可盛装待测样品液。样品孔201与工作电极101、参考电极102相匹配，以使样品孔201内的待测样品液能够与工作电极101、参考电极102相接触。生物化学试剂301涂敷在绝缘盖板300上。可使绝缘盖板300与绝缘基板200活动连接，使得绝缘盖板300活动（例如翻转）后，绝缘盖板300上的生物化学试剂能够与待测样品液接触。当然，也可使绝缘盖板300与绝缘基板200相互独立，仅当需要将绝缘盖板300上的生物化学试剂能够与待测样品液反应时，才将两者解除。

测试时，将工作电极101、参考电极102连接到电化学检测仪上，电化学检测仪在工作电极101、参考电极102之间加载工作电压，将待测样品液置于样品孔201内，使待测样品液与工作电极101、参考电极102接触。待测样品液中的干扰物在工作电极101上发生电化学反应，此时记录工作电极101上的电流信号。当工作电极101上的电流信号达到稳定时，表明干扰物基本被完全消耗，干扰物电流信号如图2所示，判断电流信号达到稳定的方法可以是根据操作人员的经验，也可以根据一定时间段内电流信号的变化不明显（如30秒内电流信号变化小于5%）来进行判断。在干扰物基本被完全消耗后，再将涂敷在绝缘盖板300上的生物化学试剂301与待测样品液接触并与待测样品液中的目标分析物进行反应，反应产物在工作电极101上发生电化学反应，此时记录反应产物在工作电极101上的电流信号，目标分析物的电流信号如图2所示；对该目标分析物的电流信号进行积分，得到反应产物的电荷量，并利用反应产物的电荷量计算得到待测样品液中目标分析物的浓度。

由于干扰物在生物化学试剂301与待测样品液接触前就被消耗，反应产物的电荷量不包含干扰物在工作电极101上的电流信号，使得反应产物的电荷量与目标分析物之间具有很好的线性关系（参见图3），可见，本发明传感器的测量准确度得到大大的提高。

将绝缘盖板300与绝缘基板200活动连接可使本发明传感器在结构上一体化，使得绝缘盖板300活动（例如翻转、转动或滑动）后，生物化学试剂301能够与样品孔201内的待测样品液接触。

作为本发明的一种优选的活动连接方式，如图1所示，绝缘盖板300的侧边可与绝缘基板200侧边活动连接，通过翻转绝缘盖板300即可使生物化学试剂301与样品孔201内的待测样品液接触。

为了提高工作电极101与参考电极102之间的电压稳定性，电极基板100上还可增加设置辅助电极103。

为了提高待测样品液在样品孔201内的均匀分布，样品孔201内可填充有亲水膜。

在本发明中，根据目标分析物的不同，生物化学试剂301可以为葡萄糖氧化酶、变旋酶、葡萄糖脱氢酶、乳酸氧化酶、尿酸氧化酶、胆固醇氧化酶、磷脂酶、氨基酸酶、辣根过氧化物酶、β-羟丁酸脱氢酶等酶中的任一种或几种。生物化学试剂301可作为反应物与目标分析物发生化学反应而生成反应产物，生物化学试剂301亦可作为催化剂催化目标分析物发生化学反应而生成反应产物。

作为本实施方式的一个实施例，其目标分析物为葡萄糖，生物化学试剂301为葡萄糖氧化酶与变旋酶的组合。在本实施例中，对含0.5 mM抗坏血酸的待测样品液、含0.5 mM尿酸的待测样品液、含0.5 mM对乙酰氨基酚的待测样品液分别进行了测试。结果表明，本发明传感器对抗坏血酸、尿酸、对乙酰氨基酚的消除效率达到98%以上。本实施例对葡萄糖浓度分别为1、4、8、16、24 mM的待测样品液进行了测试，结果表明；其葡萄糖浓度与电荷量具有很好线性关系（如图3所示），相对误差小于5%。本实施例的测试结果表明：待测样品液中的干扰物基本完全消除，获得的反应产物的电荷量与目标分析物之间具有很好的线性关系，本发明传感器的测量准确度得到大大的提高。

Claims (6)

1.一种抗干扰电化学传感器，包括电极基板和绝缘基板，所述电极基板上设有工作电极和参考电极，所述绝缘基板上开设有样品孔，其特征在于：还包括绝缘盖板，生物化学试剂涂敷在所述绝缘盖板上。

2.根据权利要求1所述的抗干扰电化学传感器，其特征是：所述绝缘盖板与绝缘基板活动连接，使得绝缘盖板活动后，生物化学试剂能够与待测样品液接触。

3.根据权利要求1或2所述的抗干扰电化学传感器，其特征是：所述电极基板上还设有辅助电极。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的抗干扰电化学传感器，其特征是：所述样品孔内填充有亲水膜。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的抗干扰电化学传感器，其特征是：所述生物化学试剂为葡萄糖氧化酶、变旋酶、葡萄糖脱氢酶、乳酸氧化酶、尿酸氧化酶、胆固醇氧化酶、磷脂酶、氨基酸酶、辣根过氧化物酶、β-羟丁酸脱氢酶等酶中的任一种或几种。

6.一种使用权利要求1至5中任一项的抗干扰电化学传感器对待测样品液进行测试的方法，其特征是，包括：记录工作电极上的电流信号；待工作电极上的电流信号稳定后，使绝缘盖板上的生物化学试剂与样品孔内的待测样品液接触并发生化学反应，记录反应产物在工作电极上的电流信号，对该电流信号进行积分，得到反应产物的电荷量，并利用反应产物的电荷量计算得到待测样品液中目标分析物的浓度。