CN1648649A - 一种定向碳纳米管修饰的全血葡萄糖生物传感器 - Google Patents

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陈裕泉
潘敏
陈文菊
陈金霞
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Zhejiang University ZJU
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Zhejiang University ZJU
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    • 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
    • G01N27/3272—Test elements therefor, i.e. disposable laminated substrates with electrodes, reagent and channels

Abstract

本发明提供了一种定向碳纳米管修饰的全血葡萄糖生物传感器，其特征是反应层的底层是作为第二电中介体的定向碳纳米管，其上层是葡萄糖氧化酶以及用作第一电子中介体的试剂、稳定剂、缓冲液组成的混合物。同现有技术比较，本发明的优点是：本传感器对葡萄糖浓度的响应灵敏度显著提高，传感器的工作电压从500mv降低到300mv，所用的血样是无需经过预处理的全血，且用血量只需2μl。

Description

一种定向碳纳米管修饰的全血葡萄糖生物传感器
技术领域
本发明涉及一种生物传感器，特别涉及一种定向碳纳米管修饰的全血葡萄糖生物传感器。
背景技术
定向碳纳米管修饰的全血葡萄糖生物传感器是一种利用生物分子作为敏感元件来快速、准确、方便地测量血液等液体中葡萄糖含量的生物传感器，应用这种传感器测量人体血液中葡萄糖含量用于揭示糖尿病的严重程度，用于指导糖尿病患者正确服用降糖药物和监控血糖水平，用于测量运动员葡萄糖的浓度，可以科学地控制运动员训练强度，达到最佳训练效果。
中国专利CN 99249332.3中，提出一种葡萄糖氧化酶的固定方法，使用纳米二氧化钛膏状物固定葡萄糖氧化酶，并用作电子中介体，该发明可多次使用，但没有就多次使用过程中酶活性保持、酶体脱落的问题提出解决方案；二氧化钛在此处的使用并不是因其电子传递效果而是更多地关注了它对酶体的粘附固定作用，单就电子中介体而言，不比铁氰化钾优良，解决不了电极灵敏度不够、准确性不高的问题。中国专利CN 1219676A介绍了一种一次性双电子中介体双酶生物传感器，用来检测血液中的胆固醇、葡萄糖等，但这种传感器需要氧的参与，容易受血液中氧含量变化的干扰。
发明内容
本发明的目的在于提供一种定向碳纳米管修饰的全血葡萄糖生物传感器，通过在底板上沉积Co粒子和在电极上定向生长碳纳米管来提高反应层中电子到达电极的速度，降低生物传感器的工作电压，显著提高全血生物传感器对葡萄糖浓度的响应灵敏度。
一种定向碳纳米管修饰的全血葡萄糖生物传感器，包括底板1、电极2、腔体3、反应层4、盖板5，其特征在于：底板1是其表面经阳极氧化处理形成Al2O2绝缘层的铝板，且采用电化学方法在Al2O3绝缘层的纵向微孔内沉积作为定向碳纳米管生长起催化作用的Co粒子；电极2是用真空溅射法在底板1上形成的Au电极，腔体3是用塑料薄膜覆盖在电极2周围围成的，在其一个侧壁上开有一个进样用的毛细孔3a，反应层4布置在腔体3内，其底层是用作第二电子中介体的定向碳纳米管层4a，该定向碳纳米管层采用化学气相沉积法得到，定向生长时间为5分钟，超声切断时间为4～8小时，其上层滴加葡萄糖氧化酶以及作为第一电子中介体用的试剂、稳定剂、缓冲液组成的混合物4b，并干燥；盖板5是覆盖在腔体3上的塑料薄膜，其上开有一个通气孔；反应层4中含葡萄糖氧化酶1～2个活力单位，试剂选用铁氰化钾、亚甲基兰、普鲁士兰中的一种，其含量为40～200ug，稳定剂选用海藻糖、甲壳素、丝素蛋白、牛血清白蛋白中的一种，其含量为20～80ug，缓冲液为磷酸缓冲液，其PH值为6.0～7.0，含量为60～240ug。
同现有技术比较，本发明具有如下突出优点：1)以反应层中修饰的定向碳纳米管作为第二电子中介体，同时利用第一电子中介体铁氰化钾的还原物亚铁氰化钾将电子传递给碳纳米管，在较低的工作电压下，电子能快速有效地到达电极，从而显著提高全血生物传感器对葡萄糖浓度的响应灵敏度；2)定向碳纳米管可以有效的提高酶的活性，促使反应快速进行；3)定向碳纳米管中的纳米管道可有效地存储结晶水，有利于提高酶的保存期和稳定性；4)传感器的工作电压由500mv降为300mv；5)腔体的进样孔位于传感器的侧翼，手指夹持电极  两侧时不会引起传感器变形，吸入腔体内的血液量稳定，所用的血液量仅为2μl，且无需对血样进行预处理。
附图说明
图1为定向碳纳米管修饰的全血葡萄糖生物传感器的结构示意图。
图2为定向碳纳米管修饰的全血葡萄糖生物传感器的部件俯视图，图中阴影部分为Co粒子。
图3为电极的循环伏安曲线图，图中A为本传感器的循环伏安曲线，B为现有传感器的循环伏安曲线。表明有作为第二电子中介体的定向碳纳米管的存在，改善了铁氰化钾反应的可逆性，亚铁氰化钾很容易将电子传递给定向碳纳米管。
图4为本传感器对血液中葡萄糖含量的电流响应关系图，图中C为本传感器电流响应关系，D为现有传感器的电流响应关系。表明有定向碳纳米管的存在，传感器的响应灵敏度得到显著提高和改善。
具体实施方式
实施例1：
一种定向碳纳米管修饰的全血葡萄糖生物传感器，底板1是其表面经阳极氧化处理形成Al2O2绝缘层的铝板，且采用电化学方法在Al2O3绝缘层的纵向微孔内沉积作为定向碳纳米管生长起催化作用的Co粒子；电极2是用真空溅射法在底板1上形成的Au电极，腔体3是用塑料薄膜覆盖在电极2周围围成的，在其一个侧壁上开有一个进样用的毛细孔3a，反应层4布置在腔体3内，其底层是用作第二电子中介体的定向碳纳米管层4a，该定向碳纳米管层采用化学气相沉积法得到，定向生长时间为5分钟，超声切断时间为4小时，其上层滴加葡萄糖氧化酶以及作为第一电子中介体的试剂、稳定剂、缓冲液组成的混合物4b，并干燥；盖板5是覆盖在腔体3上的塑料薄膜，其上开有一个通气孔。反应层4中含葡萄糖氧化酶1个活力单位，试剂选用铁氰化钾、亚甲基兰、普鲁士兰中的一种，其含量为40ug，稳定剂选用海藻糖、甲壳素、丝素蛋白、牛血清白蛋白中的一种，其含量为20ug，缓冲液为磷酸缓冲液，其PH值为6.0，含量为60ug。沉积的Co粒子是用浓度为60g/l的CoSO4·7H2O溶液和浓度为3.5g/l的H3BO3溶液配成电解液，控制其配比，使电解液PH值为3.1，采用电化学法将Co粒子沉积在Al2O3绝缘层上。
实施例2：
一种定向碳纳米管修饰的全血葡萄糖生物传感器，底板1是其表面经阳极氧化处理形成Al2O2绝缘层的铝板，且采用电化学方法在Al2O3绝缘层的纵向微孔内沉积作为定向碳纳米管生长起催化作用的Co粒子；电极2是用真空溅射法在底板1上形成的Au电极，腔体3是用塑料薄膜覆盖在电极2周围围成的，在其一个侧壁上开有一个进样用的毛细孔3a，反应层4布置在腔体3内，其底层是用作第二电子中介体的定向碳纳米管层4a，该定向碳纳米管层采用化学气相沉积法得到，定向生长时间为5分钟，超声切断时间为8小时，其上层滴加葡萄糖氧化酶以及作为第一电子中介体的试剂、稳定剂、缓冲液组成的混合物4b，并干燥；盖板5是覆盖在腔体3上的塑料薄膜，其上开有一个通气孔。反应层4中含葡萄糖氧化酶2个活力单位，试剂选用铁氰化钾、亚甲基兰、普鲁士兰中的一种，其含量为200ug，稳定剂选用海藻糖、甲壳素、丝素蛋白、牛血清白蛋白中的一种，其含量为80ug，缓冲液为磷酸缓冲液，其PH值为7.0，含量为240ug。沉积的Co粒子是用浓度为60g/l的CoSO4·7H2O溶液和浓度为3.5g/l的H3BO3溶液配成电解液，控制其配比，使电解液PH值为3.7，采用电化学法将Co粒子沉积在Al2O3绝缘层上。

Claims (1)

1.一种定向碳纳米管修饰的全血葡萄糖生物传感器，包括底板(1)、电极(2)、腔体(3)、反应层(4)、盖板(5)，其特征在于：底板(1)是其表面经阳极氧化处理形成Al2O2绝缘层的铝板，且采用电化学方法在Al2O3绝缘层的纵向微孔内沉积作为定向碳纳米管生长起催化作用的Co粒子；电极(2)是用真空溅射法在底板(1)上形成的Au电极，腔体(3)是用塑料薄膜覆盖在电极(2)周围围成的，在其一个侧壁上开有一个进样用的毛细孔(3a)，反应层(4)布置在腔体(3)内，其底层是用作第二电子中介体的定向碳纳米管层(4a)，该定向碳纳米管层采用化学气相沉积法得到，定向生长时间为5分钟，超声切断时间为4～8小时，其上层滴加葡萄糖氧化酶以及作为第一电子中介体的试剂、稳定剂、缓冲液组成的混合物(4b)，并干燥；盖板(5)是覆盖在腔体(3)上的塑料薄膜，其上开有一个通气孔；反应层(4)中含葡萄糖氧化酶1～2个活力单位，试剂选用铁氰化钾、亚甲基兰、普鲁士兰中的一种，其含量为40～200ug，稳定剂选用海藻糖、甲壳素、丝素蛋白、牛血清白蛋白中的一种，其含量为20～80ug，缓冲液为磷酸缓冲液，其PH值为6.0～7.0，含量为60～240ug。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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