CN110133080B - 血红蛋白电化学检测组合物以及血红蛋白电化学传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种血红蛋白电化学检测组合物，包括缓冲溶液、电解质、多糖、电子媒介体、第一表面活性剂以及第二表面活性剂，所述电子媒介体为氧化态的电子媒介体，所述第一表面活性剂能够裂解红细胞，所述第二表面活性剂能够溶解脂类，所述第二表面活性剂的亲油性大于所述第一表面活性剂的亲油性。本发明还公开了一种血红蛋白电化学传感器，包括绝缘性基板、附着在所述绝缘性基板上的电极及以及覆盖在所述电极上的反应试剂膜，所述反应试剂膜是将所述的血红蛋白电化学检测组合物经干燥形成。

Description

血红蛋白电化学检测组合物以及血红蛋白电化学传感器

技术领域

本发明涉及血红蛋白检测领域，特别是涉及一种血红蛋白电化学检测组合物以及血红蛋白电化学传感器。

背景技术

血红蛋白检测一般是抽取静脉血进行检测，目前有通过光化学的方法来进行血红蛋白检测，这种方法需要的血量较大，而且需要定量采取。

生物传感器，是一种利用生物活性物质选择性识别目标物质并将其浓度或含量转换为电信号进行检测的仪器。电化学生物传感器已经被广泛应用于体外诊断领域。电化学生物传感器可以通过采集指尖血进行检测，采血量少，而且不需要定量采集血液。电化学生物传感器的反应试剂通常包括酶(也有一些无酶传感器)、电子传递介体、缓冲液、表面活性剂等。由于电化学传感器的采血量及反应试剂量很少，反应敏感，如果利用电化学生物传感器检测血液中的血红蛋白含量时，由于血液成分的复杂性，尤其是血液中存在的血脂也可能会与反应试剂反应，极易造成血红蛋白测试结果的偏差。

发明内容

基于此，有必要针对血脂对血红蛋白检测干扰的问题，提供一种血红蛋白电化学检测组合物以及血红蛋白电化学传感器。

一种血红蛋白电化学检测组合物，包括缓冲溶液、电解质、多糖、电子媒介体、第一表面活性剂以及第二表面活性剂，所述电子媒介体为氧化态的电子媒介体，所述第一表面活性剂能够裂解红细胞，所述第二表面活性剂能够溶解脂类，所述第二表面活性剂的亲油性大于所述第一表面活性剂的亲油性。

在其中一个实施例中，所述第一表面活性剂选自Triton-x-100和季铵盐中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述第一表面活性剂在所述血红蛋白电化学检测组合物中的浓度为50mg/ml～150mg/ml。

在其中一个实施例中，所述第一表面活性剂在所述血红蛋白电化学检测组合物中的浓度为50mg/ml～100mg/ml。

在其中一个实施例中，所述第二表面活性剂具有胆酸基团。

在其中一个实施例中，所述第二表面活性剂为3-[3-(胆酰胺丙基)二甲氨基]丙磺酸内盐。

在其中一个实施例中，所述第二表面活性剂在所述血红蛋白电化学检测组合物中的浓度为1mg/ml～50mg/ml。

在其中一个实施例中，所述第二表面活性剂在所述血红蛋白电化学检测组合物中的浓度为1mg/ml～10mg/ml。

在其中一个实施例中，所述氧化态的电子媒介体选自有机电子媒介体或无机电子媒介体，所述有机电子媒介体选自氧化态的醌、氧化态的醌衍生物和二茂铁中的一种或多种，所述无机电子媒介体选自铁氰化物和钌盐中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述缓冲溶液选自Tris、4-羟乙基哌嗪乙磺酸、TES及磷酸缓冲盐中的一种或多种，所述缓冲溶液在所述血红蛋白电化学检测组合物中的浓度为0.1mg/ml～20mg/ml，所述电解质选自氯化钠、氯化钾及硫酸钠中的一种或多种，所述电解质在所述血红蛋白电化学检测组合物中的浓度为0.1mg/ml～10mg/ml，所述多糖选自海藻酸钠、海藻糖、甘露醇、山梨醇、蔗糖、淀粉及纤维素中的一种或多种，所述多糖在所述血红蛋白电化学检测组合物中的浓度为0.1mg/ml～10mg/ml。

一种血红蛋白电化学传感器，包括绝缘性基板、附着在所述绝缘性基板上的电极及以及覆盖在所述电极上的反应试剂膜，所述反应试剂膜是将所述的血红蛋白电化学检测组合物经干燥形成。

本发明通过在血红蛋白电化学检测组合物中加入能够裂解红细胞的第一表面活性剂，将红细胞中的血红蛋白暴露，血红蛋白上结合有+2价铁离子，利用+2价铁元素和氧化态的电子媒介体的氧化还原反应产生电子，从而根据产生的电流输出信号来检测血红蛋白的浓度。由于表面活性剂同时具有亲水基团和疏水基团，血液中的脂类能够与所述第一表面活性剂结合从而占用所述第一表面活性剂，本发明通过在所述血红蛋白电化学检测组合物中加入所述第二表面活性剂，所述第二表面活性剂的亲油性大于所述第一表面活性剂，从而所述第二表面活性剂能够优先与血红蛋白检测样本中的脂类结合，将所述脂类占用，使脂类不能够与所述血红蛋白电化学检测组合物中的所述第一表面活性剂等其他反应试剂反应，使红细胞裂解彻底，从而提高血红蛋白的检测精度。

附图说明

图1为本发明一实施例的血红蛋白电化学传感器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明的血红蛋白电化学检测组合物以及血红蛋白电化学传感器进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种血红蛋白电化学检测组合物，包括缓冲溶液、电解质、多糖、电子媒介体、第一表面活性剂以及第二表面活性剂，所述电子媒介体为氧化态的电子媒介体，所述第一表面活性剂能够裂解红细胞，所述第二表面活性剂能够溶解脂类，所述第二表面活性剂的亲油性大于所述第一表面活性剂的亲油性。

本发明实施例通过在血红蛋白电化学检测组合物中加入能够裂解红细胞的第一表面活性剂，将红细胞中的血红蛋白暴露，血红蛋白上结合有+2价铁元素，利用+2价铁元素和氧化态的电子媒介体的氧化还原反应产生电子，从而根据产生的电流输出信号来检测血红蛋白的浓度。由于表面活性剂同时具有亲水基团和疏水基团，血液中的脂类能够与所述第一表面活性剂结合从而占用所述第一表面活性剂，本发明实施例通过在所述血红蛋白电化学检测组合物中加入所述第二表面活性剂，所述第二表面活性剂的亲油性大于所述第一表面活性剂，从而所述第二表面活性剂能够优先与血红蛋白检测样本中的脂类结合，将所述脂类占用，使脂类不能够与所述血红蛋白电化学检测组合物中的所述第一表面活性剂等其他反应试剂反应，使红细胞裂解彻底，从而提高血红蛋白的检测精度。

表面活性剂具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列。表面活性剂要呈现特有的界面活性，必须使疏水基和亲水基之间有一定的平衡。亲水亲油平衡值(Hydrophile-Lipophile Balance)，简称HLB值，表示表面活性剂的亲水疏水性能。HLB值越大，亲水性越强，HLB值越小，亲油性(即疏水性)越强。

在一实施例中，所述第一表面活性剂可以选自Triton-x-100和季铵盐中的一种或多种。所述第一表面活性剂裂解红细胞的细胞膜的能力强，同时能够有助于所述血红蛋白电化学检测组合物的分散均匀性。在一实施例中，所述第一表面活性剂在所述血红蛋白电化学检测组合物中的浓度可以为50mg/ml～150mg/ml。所述第一表面活性剂的浓度不宜过大，避免对血红蛋白电化学检测传感器的材料(例如亲水膜和双面胶)造成腐蚀。该浓度范围基本不会破坏电化学检测仪器的材料，并且在该浓度范围所述表面活性剂可以将红细胞彻底裂解，从而能够准确测定检测样本中的血红蛋白含量。优选的，所述第一表面活性剂在所述血红蛋白电化学检测组合物中的浓度可以为50mg/ml～100mg/ml。在该浓度范围内，所述表面活性剂能够将红细胞彻底裂解，并且完全不会腐蚀电化学检测仪器的材料。从而所述血红蛋白电化学检测组合物制备的电化学传感器可以多次重复使用，通过进行多次重复检测，提高血红蛋白检测结果准确性。

在一实施例中，所述第二表面活性剂可以具有胆酸基团。所述胆酸基团具有类固醇结构，与所述血液中的脂类，如胆固醇等具有相似的结构。虽然所述第一表面活性剂同时具有亲水基团和疏水基团，但所述第二表面活性剂对血液脂类的结合能力更强，所述血红蛋白电化学检测组合物同时存在所述第一表面活性剂和所述第二表面活性剂时，具有胆酸基团的所述第二表面活性剂能够优先与脂类结合，优先将脂类水解和吸收，从而避免血液中的脂类对所述血红蛋白电化学检测组合物中的有限的所述第一表面活性剂的占用，使所述第一表面活性剂可以全部裂解红细胞。具有所述胆酸基团的所述第二表面活性剂以及裂解红细胞的所述第一表面活性剂均具有高亲和性，使所述血红蛋白电化学检测组合物的组分能够共溶，提高所述血红蛋白电化学检测组合物以及所述血红蛋白电化学检测组合物进一步干燥形成的反应试剂膜的均一性，从而提高血红蛋白检测的精确性。

在一实施例中，所述具有胆酸基团的第二表面活性剂可以为3-[3-(胆酰胺丙基)二甲氨基]丙磺酸内盐。

在一实施例中，所述第二表面活性剂在所述血红蛋白电化学检测组合物中的浓度可以为1mg/ml～50mg/ml。优选的，所述第二表面活性剂在所述血红蛋白电化学检测组合物中的浓度可以为1mg/ml～10mg/ml。由于所述第二表面活性剂的亲油性强，所述第二表面活性剂的浓度不宜过大，避免所述血红蛋白电化学检测组合物出现分层而混合不均匀。

所述氧化态的电子媒介体与血红蛋白上结合的二价铁离子发生氧化还原反应，同时所述氧化态的电子媒介体将氧化还原反应过程中的电子捕获，以电流的形式输出。在一实施例中，所述氧化态的电子媒介体可以选自有机电子媒介体或无机电子媒介体，所述有机电子媒介体可以选自氧化态的醌、氧化态的醌衍生物和二茂铁中的一种或多种，所述无机电子媒介体可以选自铁氰化物和钌盐中的一种或多种。优选的，所述氧化态的电子媒介体可以为铁氰化物，铁氰化物与血红蛋白上结合的二价铁离子之间的氧化还原反应能够进行更快。

所述缓冲溶液在所述血红蛋白电化学检测组合物中起到缓冲作用，用于维持所述血红蛋白电化学检测组合物的PH相对稳定性。在一实施例中，在所述血红蛋白电化学检测组合物中，所述缓冲溶液的浓度可以为0.1mg/ml～20mg/ml。所述缓冲溶液可以选自Tris、4-羟乙基哌嗪乙磺酸(HEPES)、TES及磷酸缓冲盐溶液(PBS)中的一种或多种。优选的，所述缓冲溶液的PH值可以为5～9，在该范围内，使得血红蛋白电化学检测组合物更稳定，氧化还原反应进行更迅速，更有利于血红蛋白的检测准确性。优选的，所述缓冲溶液为PH为5～9的Tris缓冲溶液。Tris缓冲溶液不会对血红蛋白检测过程中的电信号造成干扰。

所述电解质在所述血红蛋白电化学检测组合物中用于传导电子和导电。在一实施例中，在所述血红蛋白电化学检测组合物中，所述电解质的浓度可以为0.1mg/ml～10mg/ml。在该浓度范围内，可以使所述血红蛋白电化学检测组合物中与血红蛋白相关的电化学反应速度加快，并且使电化学反应进行更稳定，提高检测重复性。所述电解质可以选自氯化钠、氯化钾及硫酸钠中的一种或多种。优选的，所述电解质为氯化钠。

所述多糖在所述血红蛋白电化学检测组合物中的作用是减少负溶解的速率，提高检测精密度。在一实施例中，在所述血红蛋白电化学检测组合物中，所述多糖浓度可以为0.1mg/ml～10mg/ml。所述多糖可以选自海藻酸钠、海藻糖、甘露醇、山梨醇、蔗糖、淀粉及纤维素中的一种或多种。优选的，所述多糖为海藻酸钠。

请参阅图1，本发明实施例还提供一种血红蛋白电化学传感器，包括绝缘性基板100、附着在所述绝缘性基板100上的电极110以及覆盖在所述电极110上的反应试剂膜，所述反应试剂膜是将所述的血红蛋白电化学检测组合物经干燥形成。

优选的，所述血红蛋白电化学传感器包括间隔层200和亲水层300，所述亲水层300、间隔层200和所述绝缘性基板100自上而下叠加设置。所述亲水层300、间隔层200和所述绝缘性基板100之间可以围成凹陷的反应池101，所述反应试剂膜可以设置于所述反应池101内的所述绝缘性基板100的表面。所述间隔层200可以为双面胶层。

实施例1

配置血红蛋白电化学检测组合物：血红蛋白电化学检测组合物组分为：水1000ml，10g Tris-Hcl，10g氯化钠，50g Triton X-100,10g海藻糖以及25g铁氰化钾。

提供设置有电极110的绝缘基板100。绝缘基板100上设置有血样测量反应区，采用丝网印刷的方式在反应区形成工作电极110和参比电极110。将配置好的血红蛋白电化学检测组合物点在反应区内，将工作电极110覆盖。将设置有血红蛋白电化学检测组合物的绝缘基板100在50℃下烘干，使血红蛋白电化学检测组合物形成反应试剂膜。

将设置有烘干后的反应试剂膜的电极110用双面胶和亲水膜粘结好，钢滚压实后形成血红蛋白电化学传感器试纸。将血红蛋白电化学传感器试纸用滚刀切割，或者冲床冲成每个电化学传感器试纸尺寸为35mm×6mm。

将血红蛋白电化学传感器试纸插到测试的仪器上自动开机，分别在虹吸的吸倒处加入血红蛋白的含量为4mg/dl；10mg/dl；20mg/dl的全血标准品。三种全血标准品中的脂类含量为：胆固醇＜50mg/dl；甘油三脂＜50mg/dl。

选用300mv电压，而且是工作电极110相对于参比电极110的电压为正300mv，并在室温条件下测量样本中血红蛋白的含量。每个浓度的全血标准品分别进行50次重复性实验，测试出的电流值CV(变异系数)均为3％-5％范围内，每个浓度的测试平均值如下表1所示。

表1全血中的血红蛋白检测结果

实施例2

实施例2与实施例1基本相同，区别仅在于，三种全血标准品中的脂类含量为：胆固醇>300mg/dl；甘油三脂>100mg/dl。

每个浓度的全血标准品分别进行50次重复性实验，测试出的电流值CV(变异系数)均为5％-10％范围内，每个浓度的测试平均值如下表2所示。

表2高血脂全血中的血红蛋白检测结果

实施例3

实施例3与实施例1基本相同，区别仅在于，血红蛋白电化学检测组合物中还含有1g的3-[3-(胆酰胺丙基)二甲氨基]丙磺酸内盐，即血红蛋白电化学检测组合物组分为：水1000ml，10g Tris-Hcl，10g氯化钠，50g Triton X-100,1g3-[3-(胆酰胺丙基)二甲氨基]丙磺酸内盐，10g海藻糖以及25g铁氰化钾。三种全血标准品中的脂类含量为：胆固醇>300mg/dl；甘油三脂>100mg/dl。

每个浓度的全血标准品分别进行50次重复性实验，测试出的电流值CV(变异系数)均为3％-5％范围内，每个浓度的测试平均值如下表3所示。

表3高血脂全血中的血红蛋白检测结果

实施例1-3的测定结果说明：

当血液中有血脂浓度较低时，用TritonX-100为第一表面活性剂的时候，50mg/ml的Triton X-100可以完全把红细胞裂解，电流梯度明显。

当血液中有高浓度的脂类的时候，50mg/ml的Triton X-100可以完全把红细胞裂解会有部分与血脂结合，消耗了部分Triton X-100，从而不能将红细胞完全裂解，使血红蛋白检测受到影响，测试结果不准确。

当血液中有高浓度的脂类的时候，在血红蛋白电化学检测组合物中同时加入3-[3-(胆酰胺丙基)二甲氨基]丙磺酸内盐，3-[3-(胆酰胺丙基)二甲氨基]丙磺酸内盐可以有效地优先与血脂结合，使第一表面活性剂不与血脂结合，因此第一表面活性剂对红细胞的裂解不受影响，测试结果准确。

实施例4

实施例4与实施例1基本相同，区别仅在于，将Triton X-100替换为等质量的季铵盐。

每个浓度的全血标准品分别进行50次重复性实验，测试出的电流值CV(变异系数)均为1％-3％范围内，每个浓度的测试平均值如下表4所示。

表4全血中的血红蛋白检测结果

实施例5

实施例5与实施例2基本相同，区别仅在于，将Triton X-100替换为等质量的季铵盐。

每个浓度的全血标准品分别进行50次重复性实验，测试出的电流值CV(变异系数)均为8％-12％范围内，每个浓度的测试平均值如下表4所示。

表5高血脂全血中的血红蛋白检测结果

实施例6

实施例6与实施例3基本相同，区别仅在于，将Triton X-100替换为等质量的季铵盐。

每个浓度的全血标准品分别进行50次重复性实验，测试出的电流值CV(变异系数)均为3％-5％范围内，每个浓度的测试平均值如下表6所示。

表6高血脂全血中的血红蛋白检测结果

实施例4-6的测定结果说明：

当血液中有血脂浓度较低时，用季铵盐为第一表面活性剂的时候，50mg/ml的季铵盐可以完全把红细胞裂解，电流梯度明显。

当血液中有高浓度的脂类的时候，50mg/ml的季铵盐可以完全把红细胞裂解会有部分与血脂结合，消耗了部分季铵盐，从而不能将红细胞完全裂解，使血红蛋白检测受到影响，测试结果不准确。

当血液中有高浓度的脂类的时候，在血红蛋白电化学检测组合物中同时加入3-[3-(胆酰胺丙基)二甲氨基]丙磺酸内盐，3-[3-(胆酰胺丙基)二甲氨基]丙磺酸内盐可以有效地优先与血脂结合，使第一表面活性剂不与血脂结合，因此第一表面活性剂对红细胞的裂解不受影响，测试结果准确。

对比例1

对比例1与实施例3基本相同，区别仅在于，将Triton X-100替换为等质量的吐温80。

每个浓度的全血标准品分别进行50次重复性实验，测试出的电流值CV(变异系数)均为10％-200％范围内，每个浓度的测试平均值如下表7所示。

表7全血中的血红蛋白检测结果

对比例1测定结果表明，吐温80和3-[3-(胆酰胺丙基)二甲氨基]丙磺酸内盐为表面活性剂时检测结果完全没有梯度，说明吐温80的破红细胞能力不达标。

对比例2

对比例2与实施例2基本相同，区别仅在于，血红蛋白电化学检测组合物中TritonX-100为200g。即血红蛋白电化学检测组合物组分为：水1000ml，10g Tris-Hcl，10g氯化钠，200g Triton X-100,10g海藻糖以及25g铁氰化钾。三种全血标准品中的脂类含量为：胆固醇>300mg/dl；甘油三脂>100mg/dl。

每个浓度的全血标准品分别进行50次重复性实验，测试出的电流值CV(变异系数)均为10％-200％范围内，每个浓度的测试平均值如下表8所示。

表8高血脂全血中的血红蛋白检测结果

对比例2的测定结果说明用Triton X-100为第一表面活性剂的时候，200mg/ml的Triton X-100可以完全把红细胞裂解，电流梯度虽然明显，但重复性差。由于Triton X-100表面活性性能比较强，对双面胶也有腐蚀作用，导致试纸重复性变差，放置一段时间后，性能更差，所以不符合试纸要求。

综上所述，当血液中有血脂浓度较高时，在所述血红蛋白电化学检测组合物中，如果不加入第二表面活性剂，仅加入第一表面活性剂不能够准确测定血红蛋白含量。所述第一表面活性剂和所述第二表面活性剂必须配合使用，才能够使得所述血红蛋白电化学检测组合物达到更准确、重复性能更高的测定血液中血红蛋白含量的效果。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种血红蛋白电化学检测组合物，其特征在于，包括缓冲溶液、电解质、多糖、电子媒介体、第一表面活性剂以及第二表面活性剂，所述电子媒介体为氧化态的电子媒介体，所述第一表面活性剂能够裂解红细胞，所述第二表面活性剂能够溶解脂类，所述第二表面活性剂的亲油性大于所述第一表面活性剂的亲油性；所述第一表面活性剂选自Triton-x-100和季铵盐中的一种或多种，所述第二表面活性剂为3-[3-(胆酰胺丙基)二甲氨基]丙磺酸内盐；所述第一表面活性剂在所述血红蛋白电化学检测组合物中的浓度为50mg/ml～150mg/ml；所述第二表面活性剂在所述血红蛋白电化学检测组合物中的浓度为1mg/ml～50mg/ml。

2.根据权利要求1所述的血红蛋白电化学检测组合物，其特征在于，所述第一表面活性剂在所述血红蛋白电化学检测组合物中的浓度为50mg/ml～100mg/ml。

3.根据权利要求1所述的血红蛋白电化学检测组合物，其特征在于，所述第二表面活性剂在所述血红蛋白电化学检测组合物中的浓度为1mg/ml～10mg/ml。

4.根据权利要求1-3任一项所述的血红蛋白电化学检测组合物，其特征在于，所述氧化态的电子媒介体选自有机电子媒介体或无机电子媒介体，所述有机电子媒介体选自氧化态的醌、氧化态的醌衍生物和二茂铁中的一种或多种，所述无机电子媒介体选自铁氰化物和钌盐中的一种或多种。

5.根据权利要求1-3任一项所述的血红蛋白电化学检测组合物，其特征在于，所述缓冲溶液选自Tris、4-羟乙基哌嗪乙磺酸、TES及磷酸缓冲盐中的一种或多种，所述缓冲溶液在所述血红蛋白电化学检测组合物中的浓度为0.1mg/ml～20mg/ml，所述电解质选自氯化钠、氯化钾及硫酸钠中的一种或多种，所述电解质在所述血红蛋白电化学检测组合物中的浓度为0.1mg/ml～10mg/ml，所述多糖选自海藻酸钠、海藻糖、甘露醇、山梨醇、蔗糖、淀粉及纤维素中的一种或多种，所述多糖在所述血红蛋白电化学检测组合物中的浓度为0.1mg/ml～10mg/ml。

6.一种血红蛋白电化学传感器，其特征在于，包括绝缘性基板、附着在所述绝缘性基板上的电极以及覆盖在所述电极上的反应试剂膜，所述反应试剂膜是将权利要求1-5任一项所述的血红蛋白电化学检测组合物经干燥形成。

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