CN118150661A - 一种乳酸检测电化学生物传感器及乳酸浓度测定方法 - Google Patents
一种乳酸检测电化学生物传感器及乳酸浓度测定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118150661A CN118150661A CN202410285718.3A CN202410285718A CN118150661A CN 118150661 A CN118150661 A CN 118150661A CN 202410285718 A CN202410285718 A CN 202410285718A CN 118150661 A CN118150661 A CN 118150661A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lactic acid
- layer
- electrode
- electrochemical biosensor
- detection
- 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.)
- Pending
Links
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 169
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 title claims abstract description 85
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 title claims abstract description 85
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 59
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229920000663 Hydroxyethyl cellulose Polymers 0.000 claims abstract description 6
- 239000004354 Hydroxyethyl cellulose Substances 0.000 claims abstract description 6
- 210000003743 erythrocyte Anatomy 0.000 claims abstract description 6
- 235000019447 hydroxyethyl cellulose Nutrition 0.000 claims abstract description 6
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 83
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M Lactate Chemical compound CC(O)C([O-])=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 13
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 12
- 102000003855 L-lactate dehydrogenase Human genes 0.000 claims description 11
- 108700023483 L-lactate dehydrogenases Proteins 0.000 claims description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- -1 potassium ferricyanide Chemical compound 0.000 claims description 7
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000005515 coenzyme Substances 0.000 claims description 5
- VWWQXMAJTJZDQX-UYBVJOGSSA-N flavin adenine dinucleotide Chemical compound C1=NC2=C(N)N=CN=C2N1[C@@H]([C@H](O)[C@@H]1O)O[C@@H]1CO[P@](O)(=O)O[P@@](O)(=O)OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)CN1C2=NC(=O)NC(=O)C2=NC2=C1C=C(C)C(C)=C2 VWWQXMAJTJZDQX-UYBVJOGSSA-N 0.000 claims description 5
- 235000019162 flavin adenine dinucleotide Nutrition 0.000 claims description 5
- 239000011714 flavin adenine dinucleotide Substances 0.000 claims description 5
- 229940093632 flavin-adenine dinucleotide Drugs 0.000 claims description 5
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 claims description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 4
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 4
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims description 4
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 claims description 3
- BAWFJGJZGIEFAR-NNYOXOHSSA-N NAD zwitterion Chemical compound NC(=O)C1=CC=C[N+]([C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](COP([O-])(=O)OP(O)(=O)OC[C@@H]3[C@H]([C@@H](O)[C@@H](O3)N3C4=NC=NC(N)=C4N=C3)O)O2)O)=C1 BAWFJGJZGIEFAR-NNYOXOHSSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 3
- KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N ferrocene Chemical compound [Fe+2].C=1C=C[CH-]C=1.C=1C=C[CH-]C=1 KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000845 maltitol Substances 0.000 claims description 3
- 235000010449 maltitol Nutrition 0.000 claims description 3
- VQHSOMBJVWLPSR-WUJBLJFYSA-N maltitol Chemical group OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]([C@H](O)CO)O[C@H]1O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H]1O VQHSOMBJVWLPSR-WUJBLJFYSA-N 0.000 claims description 3
- 229940035436 maltitol Drugs 0.000 claims description 3
- ZPIRTVJRHUMMOI-UHFFFAOYSA-N octoxybenzene Chemical compound CCCCCCCCOC1=CC=CC=C1 ZPIRTVJRHUMMOI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims description 3
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims description 3
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims description 3
- 150000003304 ruthenium compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims 1
- 229950006238 nadide Drugs 0.000 claims 1
- 229930027945 nicotinamide-adenine dinucleotide Natural products 0.000 claims 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 abstract description 51
- 239000008280 blood Substances 0.000 abstract description 51
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 abstract description 7
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 abstract description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 101710088194 Dehydrogenase Proteins 0.000 abstract description 5
- 102000004316 Oxidoreductases Human genes 0.000 abstract 1
- 108090000854 Oxidoreductases Proteins 0.000 abstract 1
- 238000005534 hematocrit Methods 0.000 description 16
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 210000004185 liver Anatomy 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 208000010444 Acidosis Diseases 0.000 description 2
- 208000001380 Diabetic Ketoacidosis Diseases 0.000 description 2
- 108010073450 Lactate 2-monooxygenase Proteins 0.000 description 2
- 206010027417 Metabolic acidosis Diseases 0.000 description 2
- LCTONWCANYUPML-UHFFFAOYSA-N Pyruvic acid Chemical compound CC(=O)C(O)=O LCTONWCANYUPML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010040047 Sepsis Diseases 0.000 description 2
- 239000013504 Triton X-100 Substances 0.000 description 2
- 229920004890 Triton X-100 Polymers 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 2
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 238000000589 high-performance liquid chromatography-mass spectrometry Methods 0.000 description 2
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 2
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229940101270 nicotinamide adenine dinucleotide (nad) Drugs 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 208000013223 septicemia Diseases 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 2
- 238000012549 training Methods 0.000 description 2
- 206010009192 Circulatory collapse Diseases 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 206010021143 Hypoxia Diseases 0.000 description 1
- LCTONWCANYUPML-UHFFFAOYSA-M Pyruvate Chemical compound CC(=O)C([O-])=O LCTONWCANYUPML-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 208000001647 Renal Insufficiency Diseases 0.000 description 1
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006538 anaerobic glycolysis Effects 0.000 description 1
- 230000000386 athletic effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 206010008118 cerebral infarction Diseases 0.000 description 1
- 208000026106 cerebrovascular disease Diseases 0.000 description 1
- 238000004737 colorimetric analysis Methods 0.000 description 1
- 208000029078 coronary artery disease Diseases 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 210000000805 cytoplasm Anatomy 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000007884 disintegrant Substances 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000001506 fluorescence spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 230000004153 glucose metabolism Effects 0.000 description 1
- 230000034659 glycolysis Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000007954 hypoxia Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000002563 ionic surfactant Substances 0.000 description 1
- 210000003734 kidney Anatomy 0.000 description 1
- 201000006370 kidney failure Diseases 0.000 description 1
- 230000003907 kidney function Effects 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000003908 liver function Effects 0.000 description 1
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 description 1
- 230000037323 metabolic rate Effects 0.000 description 1
- 210000001087 myotubule Anatomy 0.000 description 1
- 230000036314 physical performance Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000003223 protective agent Substances 0.000 description 1
- 230000002685 pulmonary effect Effects 0.000 description 1
- 229940076788 pyruvate Drugs 0.000 description 1
- 229940107700 pyruvic acid Drugs 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 206010040560 shock Diseases 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000002798 spectrophotometry method Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
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
- G01N27/3271—Amperometric enzyme electrodes for analytes in body fluids, e.g. glucose in blood
-
- 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
- G01N27/307—Disposable laminated or multilayered electrodes
-
- 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
- G01N27/308—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells at least partially made of carbon
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Hematology (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Abstract
本发明公开了一种乳酸检测电化学生物传感器，该传感器从下至上依次包括基底层、电极层、绝缘层、试剂层和样本层，其中试剂层由缓冲体系、羟乙基纤维素、崩解剂、表面活性剂、电子媒介体、乳酸脱氢酶以及其它添加稳定剂按比例混合构成。本发明还公开了一种乳酸浓度测定方法，使用上述乳酸检测电化学生物传感器进行测定。本发明提供的乳酸检测电化学生物传感器使用乳酸脱氢酶作为反应识别酶，替代常用的乳酸氧化酶，避免了氧分压对测试结果的影响；同时本发明的电极层采用多电极结构，通过对血液红细胞压积和进样量进行检测，减少了血液乳酸检测的误差，大幅度提高了乳酸检测的准确性。
Description
技术领域
本发明属于生物检测技术领域，具体涉及一种乳酸检测电化学生物传感器及乳酸浓度测定方法。
背景技术
乳酸是葡萄糖无氧代谢的产物，主要由葡萄糖通过糖酵解途径在细胞质中由丙酮酸代谢生成。血液乳酸浓度是反映生物体是否缺氧的敏感标志，也是一些疾病发生发展的重要指标。例如，当呼吸衰竭或循环衰竭时，可引起组织缺氧，而缺氧可导致体内乳酸含量增高；由于血液乳酸只能通过肝脏、肾脏代谢清除，尤其是肝脏具有强大的清除血液乳酸的能力，因此，如果肝脏、肾脏功能发生障碍，血液乳酸水平会出现不同程度的升高；当发生休克、糖尿病酮症酸中毒、肺功能不全、败血症、恶性肿瘤、冠心病、脑梗死等疾病时，也伴随着血液乳酸含量的增高。血液乳酸水平还可提示潜在疾病的严重程度，研究表明，在高乳酸血症中，乳酸水平较低者存活率达65％，而乳酸水平较高(＞10.5mmol/L)者存活率仅30％。此外，乳酸的测定还可用于血气分析时无法解释的代谢酸中毒(如无明显肾功能衰竭、糖尿病酮症酸中毒、败血症等)，若同时伴有乳酸水平升高，表明该代谢性酸中毒可能是乳酸引起的。因此，对血液乳酸浓度的准确测定对于人体健康评估具有重要意义。
血液乳酸浓度也是运动医学中运动员身体机能状况与运动训练状态评定的关键参数。一方面，在运动过程中，血液乳酸的变化反映了运动时动用的能量系统与肌纤维的代谢速率的变化，反映了机体无氧酵解供能的最大能力，可以作为评估机体有氧代谢能力高低的重要指标；另一方面，通过检测血液乳酸水平，可以有效控制运动员的训练负荷、判断运动性疲劳、了解体能恢复情况。
传统乳酸检测方法包括比色法、分光光度法、荧光法、高效液相色谱法和液相色谱-质谱法，上述检测方法或操作繁琐，或需要昂贵的检测设备。乳酸生物传感器通过乳酸酶与乳酸之间的特异性识别作用，将两者的反应信号转化成电信号，反应过程中产生的电信号响应值与血液中的乳酸浓度成正相关，从而实现对乳酸浓度的定量检测，其不需要样品制备，能够快速、简便、可靠地定量测定血液中的乳酸，具有广阔的应用前景。中国专利CN112240900A、CN113311033A和CN114965629A公开的乳酸传感器使用的酶均为乳酸氧化酶，其缺陷是检测时需要消耗氧气，因此易受血液中氧气浓度的干扰，造成检测结果有较大的误差。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种使用乳酸脱氢酶作为反应识别酶，且结构设计合理、反应试剂组分优化、检测精度和准确性高的乳酸检测电化学生物传感器及乳酸浓度测定方法。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
本发明一方面提供了一种乳酸检测电化学生物传感器，至少包括：
基底层；
位于基底层上的电极层，所述电极层包括用于反应测试的电极结构以及连接电极结构和仪器的导线；
位于电极层上的绝缘层，所述绝缘层上设有暴露所述电极结构工作部分的反应窗口；
覆盖在所述反应窗口上的试剂层；
以及位于所述绝缘层和试剂层上的样本层，所述样本层上设有与所述反应窗口位置相对应的缺口；
所述试剂层中的试剂组分按重量百分比构成如下：
缓冲体系15％-20％；羟乙基纤维素8％-13％；崩解剂5％-12％；表面活性剂7％-12％；电子媒介体10％-18％；乳酸脱氢酶8％-18％；其它添加稳定剂8％-17％。
在本发明的一个优选实施方式中，所述电极结构包括红细胞压积检测电极、工作电极、对电极、进样检测电极和开机电极；
所述反应窗口包括第一窗口和第二窗口，所述第一窗口暴露所述红细胞压积检测电极的工作部分，所述第二窗口暴露所述工作电极、对电极和进样检测电极的工作部分；
所述试剂层覆盖在所述反应窗口的第二窗口上。
在本发明的一个优选实施方式中，所述乳酸脱氢酶以烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)和/或黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)为辅酶传递电子。
在本发明的一个优选实施方式中，所述乳酸脱氢酶的活性为100U/mg到400U/mg。
在本发明的一个优选实施方式中，所述电子媒介体选自钌化合物、铁氰化钾、二茂铁中的一种或几种的组合。
在本发明的一个优选实施方式中，所述崩解剂为聚乙烯吡咯烷酮，所述表面活性剂为聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-100)，所述其它添加稳定剂为麦芽糖醇。
在本发明的一个优选实施方式中，所述基底层的材质为聚对苯二甲酸二乙酯，所述绝缘层的材质为聚丙烯酸树脂。
在本发明的一个优选实施方式中，所述电极层的电极结构的材质为碳基导电材料和/或贵金属导电材料，所述导线的材质为碳基导电材料和/或贵金属导电材料。
在本发明的一个优选实施方式中，所述样本层包括双面胶层和覆盖在所述双面胶层上的亲水膜层。
本发明另一方面还提供了一种乳酸浓度测定方法，使用上述的乳酸检测电化学生物传感器进行测定。
具体地，该乳酸浓度测定方法可按以下步骤进行：
步骤1，将传感器插入测试仪器后，进样检测电极与开机电极形成通路，启动测试仪器；
步骤2，吸取血液样本后，当对电极和工作电极形成通路且电流达到设定的阈值时，记录时间为t1，在设定的时间△t内，工作电极和进样检测电极形成通路且电流达到设定的阈值时，记录时间为t2(t2＜t1+△t)，若t2＞t1+△t，表明吸取的血液样本不足，仪器会报错；
步骤3，在红细胞压积检测电极和对电极之间施加交流电压，测试血液样本的阻抗值，由阻抗值换算出血液样本的红细胞压积；
步骤4，阻抗测试完毕后，在对电极和工作电极之间施加直流电压，测试血液样本的乳酸电流值；
步骤5，根据血液样本的红细胞压积，对血液样本的乳酸电流值使用特定的数学计算方程进行相应的补偿校正，然后换算出乳酸浓度值。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的乳酸检测电化学生物传感器使用的酶为乳酸脱氢酶，替代常用的乳酸氧化酶，从根本上避免了氧分压对测试结果的影响，使得传感器使用样本扩展为毛细血管血和静脉血液，将产品应用场景扩大到医院、家庭等。
(2)本发明的乳酸检测电化学生物传感器电极层由多电极构成，其中绝缘层第一窗口限定红细胞压积检测电极，精确控制传感器的电极面积，并通过暴露的窗口与血样接触，提高了红细胞压积检测的准确性。通过获得准确的红细胞压积可以对乳酸测试电流进行补偿，得出准确的血液乳酸值，大幅度提高了乳酸检测的准确度。
(3)本发明的乳酸检测电化学生物传感器增加了进样检测电极，当血液进样不足时，仪器将会报错。进样检测功能有效的减少了因进样不足造成的测试偏差。
(4)本发明提供的乳酸检测电化学生物传感器为便携式医疗器械，可以在极少的血液样本用量下(1微升以内)实现乳酸检测，且检测时间不超过30秒，极大的改善了传统的生化仪检测弊端，且其检测准确性可以对标生化仪结果。
附图说明
图1为本发明实施例的乳酸检测电化学生物传感器分层分解结构示意图；
图2为本发明实施例的乳酸检测电化学生物传感器测试的乳酸电流平均值与生化仪测试值的线性图。
图中：1、基底层；2、电极层；21、红细胞压积检测电极；22、工作电极；23、对电极；24、进样检测电极；25、开机电极；3、绝缘层；31、第一窗口；32、第二窗口；4、试剂层；5、样本层；51、缺口。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案更加清楚完整，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本领域技术人员在理解本发明的技术方案基础上进行修改或等同替换，而未脱离本发明技术方案的精神和范围，都属于本发明保护的范围。
如无特殊说明，本发明实施例中所涉及的试剂、材料均为市售产品，均可以通过商业渠道购买获得。
实施例1
如图1所示，本实施例的乳酸检测电化学生物传感器，包括基底层1、电极层2、绝缘层3、试剂层4以及样本层5。其中，基底层1的材质为绝缘性材质，优选为聚对苯二甲酸二乙酯。
电极层2通过丝网印刷至基底层1上，包括用于反应测试的电极结构以及连接电极结构和仪器的导线。电极层2中的电极结构包括红细胞压积检测电极21、工作电极22、对电极23、进样检测电极24和开机电极25。其中，进样检测电极24和开机电极25连通，用于开机启动测试仪器；红细胞压积检测电极21用于测试血液样本的阻抗值，间接换算出血液样本的红细胞压积；工作电极22用于测试血样样本的乳酸电流值；进样检测电极24与工作电极22配合，用于检测吸取的血液样本是否足量。电极层2的电极材质包括碳基导电材料和贵金属导电材料，优选为碳、银/氯化银、黄金、钯或铱，导线的材质也包括碳基导电材料和贵金属导电材料，优选为碳、黄金、钯或铱。
绝缘层3位于电极层2上，在绝缘层3上开设有暴露电极结构工作部分的反应窗口，包括暴露红细胞压积检测电极21工作部分的第一窗口31，以及暴露工作电极22、对电极23和进样检测电极24工作部分的第二窗口32。通过在绝缘层3设置第一窗口31，可精确控制电极的工作面积，使血液样本与电极的工作部分直接接触，提高红细胞压积测试的准确度；通过在绝缘层3设置被试剂层4覆盖的第二窗口32，可有效控制反应区域试剂的一致性，提高传感器的精度。绝缘层的材质优选为聚丙烯酸树脂。
试剂层4覆盖在绝缘层3反应窗口的第二窗口32上，与电极层2的工作电极22、对电极23和进样检测电极24的工作部分接触。试剂层4中的试剂包括乳酸脱氢酶、电子媒介体、缓冲体系、羟乙基纤维素、崩解剂、表面活性剂和其它添加稳定剂，各组分按比例配置完成后充分搅拌，使固体充分溶解分散均匀，形成均相的粘稠液体。该层用于特异性识别血液样本中的乳酸分子，将乳酸脱氢酶与乳酸之间的反应信号转化为电化学信号，用于后续乳酸浓度的测定。
样本层5覆盖在绝缘层3和试剂层4上，并且在与绝缘层3的反应窗口相对应的位置开设有缺口51，构成传感器的进样区域。样本层5由双面胶层和亲水膜层组成，其中，双面胶层的材质优选为为改性丙烯酸，亲水膜层的材质优选为聚对苯二甲酸二乙酯。
需要说明的是，试剂层4中的试剂按重量百分比构成如下：
缓冲体系15％-20％；羟乙基纤维素8％-13％；崩解剂5％-12％；表面活性剂7％-12％；电子媒介体10％-18％；乳酸脱氢酶8％-18％；其它添加稳定剂8％-17％。
其中，乳酸脱氢酶的酶活性在100～400U/mg之间，乳酸脱氢酶上结合有辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)或黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)。当试剂层4中的乳酸脱氢酶接触到血液样本中的乳酸后，可将乳酸氧化成丙酮酸，同时释放出电子，这些电子首先传递给辅酶，再通过辅酶传递给电子媒介体，获得电子后的还原态电子媒介体在200-500mV直流电压下发生氧化还原反应，由还原态电子媒介体变成氧化态电子媒介体，同时释放出电子并被电极捕获检测，得到电流值，从而完成整个电化学反应过程。作为优选，电子媒介体选自钌化合物、铁氰化钾、二茂铁中的一种或几种的组合。
需要说明的是，本实施例中，羟乙基纤维素发挥聚合物支架的作用，有助于酶的分散和稳定，同时增强试剂层4的附着性。优选地，崩解剂选用聚乙烯吡咯烷酮，其在血液进样时可促进干燥的试剂层4及时崩解分散，改善试剂层4在血液中的分散速率，在反应区快速构筑均匀液相的反应体系；表面活性剂选用聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-100)，其作为两性表面活性剂，可以增加试剂层4的亲水性，提高血液样本的填充速率；其它添加稳定剂包括麦芽糖醇，其作为酶的保护剂，可以提高乳酸传感器的稳定性。
进一步地，使用本实施例中乳酸检测电化学生物传感器测定乳酸浓度的测试方法如下：
步骤1，将传感器插入测试仪器后，进样检测电极24与开机电极25形成通路，启动测试仪器；
步骤2，吸取血液样本后，当对电极23和工作电极22形成通路且电流达到设定的阈值时，记录时间为t1，在设定的时间△t内，工作电极22和进样检测电极24形成通路且电流达到设定的阈值时，记录时间为t2(t2＜t1+△t)，若t2＞t1+△t，表明吸取的血液样本不足，仪器会报错；
步骤3，在红细胞压积检测电极21和对电极23之间施加交流电压，测试血液样本的阻抗值，由阻抗值换算出血液样本的红细胞压积；
步骤4，阻抗测试完毕后，在对电极23和工作电极22之间施加直流电压，测试血液样本的乳酸电流值；
步骤5，根据血液样本的红细胞压积，对血液样本的乳酸电流值使用特定的数学计算方程进行相应的补偿校正，然后换算出乳酸浓度值。
其中，在红细胞压积检测电极21和对电极23之间施加的交流电压为200-500mV，频率为20-100Hz；在对电极23和工作电极22之间施加的直流电压为200-500mV。
实施例2
使用实施例1中的乳酸检测电化学生物传感器及乳酸浓度测试方法对7份不同乳酸浓度的血液样本在室温下进行测试。测试时先将静脉血液样本的红细胞压积调整到42％±2％，将血液氧分压调整到氧饱和，每个浓度梯度的血液样本重复测试5次，分别读取乳酸电流值和浓度值，各取平均值。
通过表1测试结果可知，乳酸检测电化学生物传感器对不同浓度梯度的血液样本测试值的变异系数(CV)均在5.5％以内，且测试结果与生化仪测试结果相比，偏差(Bias)百分率不超过±10％，精密度完全符合行业要求。
表1：乳酸检测电化学生物传感器测试数据
以每个浓度梯度血液样本测试的乳酸电流平均值为横坐标，以生化仪测试的乳酸浓度值为纵坐标作线性拟合，建立的校准曲线如图2所示。从图2可见，线性拟合的相关系数平方(R2)可达0.985，具有良好的拟合度，可知传感器对乳酸测定具有较好的灵敏度。
Claims (10)
1.一种乳酸检测电化学生物传感器，至少包括：
基底层(1)；
位于基底层上(1)的电极层(2)，所述电极层(2)包括用于反应测试的电极结构以及连接电极结构和仪器的导线；
位于电极层(2)上的绝缘层(3)，所述绝缘层(3)上设有暴露所述电极结构工作部分的反应窗口；
覆盖在所述反应窗口上的试剂层(4)；
以及位于所述绝缘层(3)和试剂层(4)上的样本层(5)，所述样本层(5)上设有与所述反应窗口位置相对应的缺口(51)；
其特征在于，所述试剂层(4)中的试剂组分按重量百分比构成如下：
缓冲体系15％-20％；羟乙基纤维素8％-13％；崩解剂5％-12％；表面活性剂7％-12％；电子媒介体10％-18％；乳酸脱氢酶8％-18％；其它添加稳定剂8％-17％。
2.根据权利要求1所述的乳酸检测电化学生物传感器，其特征在于，所述电极结构包括红细胞压积检测电极(21)、工作电极(22)、对电极(23)、进样检测电极(24)和开机电极(25)；
所述反应窗口包括第一窗口(31)和第二窗口(32)，所述第一窗口(31)暴露所述红细胞压积检测电极(21)的工作部分，所述第二窗口(32)暴露所述工作电极(22)、对电极(23)和进样检测电极(24)的工作部分；
所述试剂层(4)覆盖在所述反应窗口的第二窗口(32)上。
3.根据权利要求1或2所述的乳酸检测电化学生物传感器，其特征在于，所述乳酸脱氢酶以烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和/或黄素腺嘌呤二核苷酸为辅酶传递电子。
4.根据权利要求3所述的乳酸检测电化学生物传感器，其特征在于，所述乳酸脱氢酶的活性为100U/mg到400U/mg。
5.根据权利要求4所述的乳酸检测电化学生物传感器，其特征在于，所述电子媒介体选自钌化合物、铁氰化钾、二茂铁中的一种或几种的组合。
6.根据权利要求5所述的乳酸检测电化学生物传感器，其特征在于，所述崩解剂为聚乙烯吡咯烷酮，所述表面活性剂为聚乙二醇辛基苯基醚，所述其它添加稳定剂为麦芽糖醇。
7.根据权利要求1或2所述的乳酸检测电化学生物传感器，其特征在于，所述基底层(1)的材质为聚对苯二甲酸二乙酯，所述绝缘层(3)的材质为聚丙烯酸树脂。
8.根据权利要求7所述的乳酸检测电化学生物传感器，其特征在于，所述电极层(2)的电极结构的材质为碳基导电材料和/或贵金属导电材料，所述导线的材质为碳基导电材料和/或贵金属导电材料。
9.根据权利要求8所述的乳酸检测电化学生物传感器，其特征在于，所述样本层(5)包括双面胶层和覆盖在所述双面胶层上的亲水膜层。
10.一种乳酸浓度测定方法，其特征在于，使用权利要求1-9中任一项所述的乳酸检测电化学生物传感器进行测定。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410285718.3A CN118150661A (zh) | 2024-03-13 | 2024-03-13 | 一种乳酸检测电化学生物传感器及乳酸浓度测定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410285718.3A CN118150661A (zh) | 2024-03-13 | 2024-03-13 | 一种乳酸检测电化学生物传感器及乳酸浓度测定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118150661A true CN118150661A (zh) | 2024-06-07 |
Family
ID=91286200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410285718.3A Pending CN118150661A (zh) | 2024-03-13 | 2024-03-13 | 一种乳酸检测电化学生物传感器及乳酸浓度测定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118150661A (zh) |
-
2024
- 2024-03-13 CN CN202410285718.3A patent/CN118150661A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2016203268B2 (en) | Reagent composition for biosensor and biosensor having the same | |
| JP4988059B2 (ja) | 迅速な電気化学的分析のための方法および装置 | |
| US8083925B2 (en) | Analyte determination methods and devices | |
| US9829460B2 (en) | Biosensor system, sensor chip, and method of measuring analyte concentration in blood sample | |
| KR20070073904A (ko) | 확산 장벽층 내 농도 측정 | |
| US10996187B2 (en) | Method for simultaneously detecting glucose concentration and percentage of glycated hemoglobin in single test strip | |
| JP2022508884A (ja) | カチオン性電解質濃度およびクレアチニン濃度ならびにそれらの比率の定量的決定のための手段 | |
| JP2014528086A (ja) | 生体液中の乳酸の測定 | |
| CN114235925A (zh) | 一种抗干扰电化学尿酸试纸及其制备方法 | |
| Cha et al. | Origin of Low Detection Limit and High Selectivity of Roche Accu‐Chek Test Strips that Enables Measurement of Tear Glucose Levels | |
| KR101573721B1 (ko) | 전기화학적 바이오센서용 산화환원반응 시약조성물 및 이를 이용한 바이오센서 | |
| CN108896635A (zh) | 一种β-羟丁酸电化学传感器 | |
| KR101740034B1 (ko) | 베타-히드록시부틸레이트 검출을 위한 산화환원 시약 조성물, 및 상기시약 조성물을 포함하는 전기화학적 바이오센서 | |
| US10329684B2 (en) | Method for forming an optical test sensor | |
| CN118150661A (zh) | 一种乳酸检测电化学生物传感器及乳酸浓度测定方法 | |
| TW201719161A (zh) | 用於補償基於測試條的極化效應的樣本相關測量之系統及方法 | |
| CN114354709A (zh) | 电化学法检测尿液总胆汁酸试剂盒及其应用 | |
| CN208795691U (zh) | 一种β-羟丁酸电化学传感器 | |
| CN1460852A (zh) | 一种多功能血液检测芯片 | |
| Chen et al. | Disposable glucose test strip for whole blood with integrated sensing/diffusion-limiting layer | |
| CN219590235U (zh) | 一种具有红细胞压积校正功能的血糖尿酸测试纸 | |
| CN114858886A (zh) | 一种电化学生物传感器 | |
| Gillan et al. | Flexible and Printed Electronics | |
| UA151118U (uk) | Портативний вольтамперометричний нанокомпозитний сенсор для кількісного визначення нікотинамідаденіндинуклеотиду, l-лактату та лактатдегідрогенази | |
| US20120080327A1 (en) | Method for evaluating oxidation stress and use of the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |