CN109596569A

CN109596569A - 一种低浓度葡萄糖检测芯片及其制备方法

Info

Publication number: CN109596569A
Application number: CN201811559595.9A
Authority: CN
Inventors: 杨勇; 刘璐; 吴晓静; 张慧琴; 杨艺哲; 朱思伟; 袁小聪
Original assignee: Nankai University
Current assignee: Nankai University
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2019-04-09

Abstract

一种低浓度葡萄糖检测芯片及其制备方法。本发明首次提出了一种低浓度葡萄糖检测芯片的制备方法，采用氧化还原石墨烯分散液、壳聚糖溶液和葡萄糖氧化酶溶液配制出功能化石墨烯溶液，将其旋涂在玻璃基底上，获得功能化石墨烯基底的葡萄糖检测芯片。利用光学检测系统可实现低浓度的葡萄糖溶液中，葡萄糖含量的检测。该芯片可用于人体汗液、唾液等组织液中糖含量的快速检测，为人体血糖监测提供了一种便捷的新途径。

Description

一种低浓度葡萄糖检测芯片及其制备方法

技术领域

本发明属于生物医学检测技术领域，主要解决低浓度葡萄糖含量的检测。

背景技术

血糖是人体的一项重要生理指标，对血糖值的测量对于治疗疾病和观察疾病都具有重要意义。现有的测量方式主要通过验血的方法，这种方法采血过程麻烦，病人有痛苦。

近期的研究发现，人体的某些体液(诸如：汗液、唾液等)中存在与血糖有对应关系的葡萄糖，通过测量这些体液中的葡萄糖的含量，间接可以估算出人体的血糖值。但这些体液中的葡萄糖含量往往远小于实际血液中的葡萄糖含量，所以很多现有的葡萄糖检测仪器无法对低浓度的葡萄糖进行检测。

发明内容

本发明目的是解决现有仪器无法对低浓度的葡萄糖进行检测的问题，提供一种高灵敏度低浓度葡萄糖检测芯片及其制备方法。该芯片为人体血糖监测提供了一种便捷的新途径。

本发明技术方案

1、低浓度葡萄糖检测芯片，该芯片制备的具体步骤如下：

第1、将氧化还原石墨烯分散液、壳聚糖溶液和葡萄糖氧化酶溶液，按照体积比4:1:1的比例混合，制备出功能化石墨烯溶液。

其中：氧化还原石墨烯分散液的浓度为1mg/mL，壳聚糖溶液的浓度为0.5wt％，葡萄糖氧化酶溶液的浓度为10mg/mL。

第2、选取材料折射率与光学检测装置的棱镜相同的玻璃基底，其厚度约为1～3mm，横向尺寸小于棱镜斜边尺寸。玻璃基底经过清洗，并在其表面羟基化。

第3、将玻璃基底固定在匀胶机上，将第1步制备的功能化石墨烯溶液滴在玻璃基底表面，经过旋涂，在玻璃基底表面得到一层液膜。

第4、放置洁净空气中风干，得到所述的低浓度葡萄糖检测芯片。

第5、风干后在玻璃基底表面得到的功能化石墨烯薄膜厚度为100～500nm。

2、葡萄糖检测过程如下：

步骤1、在光学测量装置中，在棱镜的斜边表面涂与棱镜折射率相同的折射率匹配液。

步骤2、将葡萄糖检测芯片的玻璃表面(功能化石墨烯薄膜的背面)与棱镜涂有折射率匹配液的表面贴合，确保两表面之间没有气泡；

步骤3、取3～50μL需要检测的含有葡萄糖的样品，滴在葡萄糖检测芯片表面(带有功能化石墨烯薄膜的一面)，测量探测器输出值变化量。

步骤4、与标定后的测量曲线进行比较，判断样品中的葡萄糖含量。

3、检测装置的标定过程如下：

步骤1、分别配制多种含已知浓度的葡萄糖样品，分别取相同量的葡萄糖样品，采用上述2中的步骤1～3，进行检测，记录下不同浓度葡萄糖时测量到的探测器输出值变化量。

步骤2、绘制不同浓度葡萄糖与探测器输出值变化量的关系曲线，并拟合出测量曲线。

本发明的优点和有益效果：

本发明首次提出了一种高灵敏度、低浓度葡萄糖检测芯片。通过测量人体中某些体液(诸如：汗液、唾液等)中的葡萄糖含量，间接估算出血糖的实际值。该芯片检测方法同传统的采血测量方法相比，大大减少了病人的痛苦，采样过程十分方便。

同现有类似通过体液测量血糖的方法相比，本发明由于采用了基于石墨烯折射率传感的方法，大幅地提高了探测灵敏度。基于石墨烯折射率传感技术利用了石墨烯材料的偏振选择吸收特性，现有的研究结果表明，该方法可以实现10^-8RIU(RIU折射率单位)的高灵敏检测。本发明首次提出了可利用石墨烯折射率传感技术的葡萄糖检测芯片的制备方法，并给出测量和标定过程。该芯片为人体血糖监测提供了一种便捷、高效的新手段。

附图说明

图1是葡萄糖检测芯片的制备流程；

图2光学检测装置示意图；

图3使用本发明芯片绘制的测量曲线。

图中，1、激光器，2、1/4波片，3、第一反射镜，4、棱镜，5、第二反射镜，6、偏振分光棱镜，7、第三反射镜，8、平衡探测器，9、葡萄糖检测芯片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

实施例1：

一、低浓度葡萄糖检测芯片的制备

第一、采用物理法高温氧化还原法获得的石墨烯分散液，单片直径0.5～5μm，厚度0.8nm，单层率80％，纯度99wt％，浓度1mg/mL，分散剂为水。

第二、配制壳聚糖溶液，重量百分比为0.5wt％，配制溶剂为去离子水。

第三、配制葡萄糖氧化酶溶液，质量体积比为10mg/mL，配制溶剂为去离子水。

第四、取40μL的1mg/mL的氧化还原石墨烯分散液，取10μL的0.5wt％的壳聚糖溶液，取10μL的10mg/mL的葡萄糖氧化酶溶液。三种溶液充分混合，滴在玻璃基底上，玻璃基底采用BK7玻璃(折射率为1.517，其厚度约为1～3mm，横向尺寸小于棱镜斜边尺寸)，浸润30s，然后启动匀胶机进行旋涂。

第五、旋涂分三步：a、以200r/min旋涂90s。b、以500r/min旋涂30s。c、以1200r/min旋涂30s。

第六、在洁净大气环境中静置30分钟进行风干，获得葡萄糖检测芯片，其表面的功能化石墨烯薄膜厚度约为300nm。

二、检测装置的标定(测量曲线的绘制)

实验测量光路如图2所示，将葡萄糖检测芯片安装在棱镜(材料为BK7玻璃)表面，它们之间加入折射率为1.517的折射率匹配油，图中激光器1输出为功率10mw，波长532nm的线偏振光，经过1/4波片2后转换为圆偏振光。输出光线经过第一反射镜3反射，以临界角入射到棱镜4的葡萄糖检测芯片9，反射光经过第二和第三反射镜5、7以及偏振分光棱镜6后分为P光和S光，由平衡探测器8进行接收。在葡萄糖检测芯片9表面滴上以下配制的不同浓度的葡萄糖样品，葡萄糖浓度的变化会使芯片表面的折射率产生变化，导致P光和S光的光强产生变化，使平衡探测器的输出电压产生变化。

分别配制已知葡萄糖浓度的测试样品，其浓度分别为：0.01mg/dL，0.1mg/dL，0.2mg/dL，0.5mg/dL，1mg/dL，5mg/dL，10mg/dL，50mg/dL，100mg/dL，200mg/dL，300mg/dL，400mg/dL。每次测量使用一个葡萄糖检测芯片，由于每片葡萄糖检测芯片是严格按照相同工艺条件下制备的，每片葡萄糖检测芯片具有相同的性质。分别测量加入不同浓度葡萄糖时平衡探测器的输出电压值，绘制出葡萄糖浓度与输出电压之间的关系曲线，见图3。

三、葡萄糖检测

实验一

配制已知浓度为100mg/dL的待检测葡萄糖样品，在葡萄糖检测芯片表面滴上所述待检测的葡萄糖样品，测量平衡探测器的输出电压产生的变化量为0.405V，标准差0.00248V，根据图3给出的测量曲线确定需要检测的葡萄糖样品浓度为104.896mg/dL±5.266。

实验二

配制已知浓度为0.01mg/dL的待检测葡萄糖样品，在葡萄糖检测芯片表面滴上所述待检测的葡萄糖样品，测量平衡探测器的输出电压产生的变化量为0.268V，标准差0.00226V，根据图3给出的测量曲线确定需要检测的葡萄糖样品浓度为0.0292mg/dL±0.00883。

Claims

1.一种低浓度葡萄糖检测芯片的制备方法，其特征在于该芯片制备的具体步骤如下：

第1、将氧化还原石墨烯分散液、壳聚糖溶液和葡萄糖氧化酶溶液，按照体积比4:1:1的比例混合，制备出功能化石墨烯溶液；

其中：氧化还原石墨烯分散液的浓度为1mg/mL，壳聚糖溶液的浓度为0.5wt％，葡萄糖氧化酶溶液的浓度为10mg/mL；

第2、选取材料折射率与光学检测装置的棱镜相同的玻璃基底，经过清洗，并在其表面羟基化；

第3、将玻璃基底固定在匀胶机上，将第1步制备的功能化石墨烯溶液滴在玻璃基底表面，经过旋涂，在玻璃基底表面得到一层液膜；

第4、放置洁净空气中风干，得到所述的低浓度葡萄糖检测芯片；

2.根据权利要求1所述的低浓度葡萄糖检测芯片的制备方法，其特征在于，所述玻璃基底为BK7玻璃，折射率为1.517，其厚度为1～3mm，横向尺寸小于棱镜斜边尺寸。

3.根据权利要求1或2所述的低浓度葡萄糖检测芯片的制备方法，其特征在于，所述的旋涂分三步：a、以200r/min旋涂90s；b、以500r/min旋涂30s；c、以1200r/min旋涂30s。

4.一种权利要求1所述方法制备的低浓度葡萄糖检测芯片。