CN2662241Y - 生物传感器用的生物酶电极 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种生物传感器用的生物酶电极，它是由工作电极(1)、对电极(2)、载体(3)、覆盖电极表面的绝缘体(4)和反应器(5)构成，反应器(5)是由在工作电极(1)下端的高分子累积膜(6)、纳米颗粒(7)、基质包埋酶层(8)、酶(9)和保护层(10)组成，本实用新型综合应用高分子聚合物累积膜技术、包埋酶技术和纳米技术，具有抗干扰、使用寿命长、灵敏度高及测量范围宽的特点。
Description
技术领域
本实用新型要求保护的技术方案涉及通过测试电化学变量分析材料的生物化学电极，具体说是一种生物传感器用的生物酶电极。
背景技术
生物传感器是近几十年内发展起来的一种新的传感器技术，已在临床诊断、工业控制、食品和药物分析(包括生物药物开发)、环境分析、军事领域及生物技术和生物芯片等方面得到广阔的应用。但目前市售的葡萄糖、胆固醇等生物传感器用的生物酶电极存在着干扰电流、使用寿命短(酶层易脱落)及测定精度低等缺点。Decher G等人曾提出静电自组装形成高分子聚合物累积膜(亦称聚电解质复合膜，简称PEM膜)，可以阻挡一些干扰物质(Makromol.Chem.Macromol.Symp.[J]，1991，46：321-327；Ber.Bunsen-Ges.Phys.Chem.[J]，1991，95(11)：1403-1434；Thin Solid Films[J]，1992，210-211：831-835)。Hoshi T等人利用聚丙烯胺(PAA)、聚乙烯亚胺(PEI)、聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)、聚磺化乙烯(PVS)、聚磺化苯乙烯(PSS)等形成PEM膜(Hoshi T，Saiki H，Kuwazawa S，Tsuchiya C，Chen Q，Anzai J.ANALYTICAL CHEMISTRY，73(21)：5310-5315 NOV 1 2001)，Ram MK等人还用叠层技术制备胆固醇生物传感器。实验结果表明某些PEM膜对干扰物如尿酸、抗坏血酸等有显著的阻挡作用，克服了干扰电流的存在。CN 1186115、CN 1211620公开了一种凝胶包埋酶制备生物传感器的方法，延长了生物传感器的使用寿命。Gu HY(ANALYTICAL LETTERS，35(4)：647-661 2002)和Kossek，Sebastian(Journal of theElectrochemical Society v 143 n 12 Dec 1996 Electrochemical Soc Inc p 3890-38950013-4651)等人设计了用于电化学生物传感器的纳米金电极，以提高测试的灵敏度。但上述改进都只是一方面的，效果也是单一的。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：综合应用高分子聚合物累积膜技术、包埋酶技术和纳米技术，提供一种抗干扰、使用寿命长、灵敏度高及测量范围宽的生物传感器用的生物酶电极。
本实用新型解决该技术问题所采用的技术方案是：本实用新型的生物传感器用的生物酶电极是由工作电极(1)、对电极(2)、载体(3)、覆盖电极表面的绝缘体(4)和反应器(5)构成，反应器(5)是由在工作电极(1)下端覆盖在电极基体上的高分子累积膜(6)、纳米颗粒(7)、基质包埋酶层(8)、酶(9)和保护层(10)组成，长条形的工作电极(1)和对电极(2)印制在载体(3)上，载体的大小为长40mm、宽7mm、厚0.2mm，工作电极(1)下端为矩形，对电极(2)下端也为矩形，工作电极(1)和对电极(2)上端与载体(3)的一侧宽边相齐，在工作电极(1)下端矩形部分用高分子化合物制备形成高分子累积膜(6)，紧接着是涂覆基质包埋酶层(8)，纳米颗粒(7)被包嵌在高分子累积膜(6)中、或被包嵌在基质包埋酶层(8)中、或同时被包嵌在高分子累积膜(6)和基质包埋酶层(8)中，最后涂覆保护层(10)，由此形成反应器(5)，在距工作电极(1)和对电极(2)上端4mm和下端矩形以上的中间部分覆盖电极表面的绝缘体(4)。
高分子累积膜(6)是利用聚阳离子高分子化合物聚丙烯胺(PAA)、聚乙烯亚胺(PEI)、聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)中的至少一种和聚阴离子高分子化合物聚磺化乙烯(PVS)、聚磺化苯乙烯(PSS)中的至少一种形成的2～15层聚电解质复合膜(PEM膜)。
纳米颗粒(7)选用纳米金颗粒、纳米银颗粒、纳米二氧化硅颗粒、纳米铜颗粒中的一种或几种，其颗粒大小范围在8～50nm。
纳米颗粒(7)被包嵌在高分子累积膜(6)中、或被包嵌在基质包埋酶层(8)中、或同时被包嵌在高分子累积膜(6)和基质包埋酶层(8)中。
基质包埋酶层(8)选用聚二烯丙基二甲基氯化铵1～6层、或聚乙烯吡咯烷酮1层、或明胶1层、或伴刀豆蛋白1层。
酶(9)选用葡萄糖氧化酶、或乳酸氧化酶、或胆固醇氧化酶。
基质包埋酶层(8)和酶(9)是交替吸附的，酶(9)被包埋在基质包埋酶层(8)中，当基质包埋酶层(8)选用聚二烯丙基二甲基氯化铵并多层包埋时，是一层挨一层的。
保护层(10)是含1％～2％醋酸纤维素的丙酮溶液制成的薄膜。
本实用新型的有益效果是：利用高分子化合物制备的多层PEM膜，对干扰物如尿酸、抗坏血酸等有显著的阻挡作用，克服了干扰电流的存在；用聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚乙烯吡咯烷酮和明胶与氧化酶进行微包埋，增加了酶的吸附量并且延长了酶存活的时间，因而缩短了传感器的感应时间且延长了其使用寿命；累积膜中加入纳米颗粒来缩短响应时间，提高了传感器的感应度，克服了随着累积膜增加，响应时间增长的难题；采用1％～2％醋酸纤维素的丙酮溶液制成的薄膜作保护层，可以提高生物传感器测量的线性范围。本实用新型的生物传感器用的生物酶电极使生物传感器整体水平得到根本的改善。
附图说明
图1是本实用新型生物酶电极的正视图。
图2是本实用新型生物酶电极的反应器的立体透视示意图。
图3是本实用新型生物酶电极的反应器的横切面示意图。
图4是本实用新型生物酶电极的工作电极和对电极正视图。
图中，1.工作电极，2.对电极，3.载体，4.覆盖电极表面的绝缘体，5.反应器，6.高分子累积膜，7.纳米颗粒，8.基质包埋酶层，9.酶，10.保护层。
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
具体实施方式
图1表明工作电极(1)和对电极(2)用喷涂法印制在由聚碳酸酯做成的载体(3)上，它们的面上涂有一层聚碳酸酯的覆盖电极表面的绝缘体(4)。工作电极(1)和对电极(2)是一对可以互变的阴阳极。在工作电极(1)的下端有反应器(5)。
图2和图3表明紧贴工作电极(1)的基体的是反应器(5)中的2～15层高分子累积膜(6)，紧接着是交替吸附的基质包埋酶层(8)和酶(9)，纳米颗粒(7)被同时被包嵌在高分子累积膜(6)和基质包埋酶层(8)中。
图4表明工作电极(1)和对电极(2)形状，它们都是用金、碳、铂、或银制成的薄膜。
实施例1
将金箔按图4所示的形状用喷涂法印制在由聚碳酸酯做成的载体上形成工作电极和对电极的基体。载体的大小为长40mm、宽7mm、厚0.2mm。工作电极和对电极的外边长35mm、内边长32mm、上端1mm，工作电极下端矩形部分宽3.5mm、高3mm，对电极下端矩形部分宽2mm、高3mm。工作电极和对电极上端与载体的一侧宽边相齐。在工作电极下端矩形部分用聚丙烯胺(PAA)和聚磺化乙烯(PVS)交替形成15层聚电解质复合膜(PEM膜)，紧接着是用聚二烯丙基二甲基氯化铵和葡萄糖氧化酶交替吸附的6层基质包埋酶层，8～50nm的纳米金颗粒被同时被包嵌在15层聚电解质复合膜和6层聚二烯丙基二甲基氯化铵和葡萄糖氧化酶的基质包埋酶层中，最后涂覆含1％～2％醋酸纤维素的丙酮溶液制成的保护层薄膜，由此形成反应器。在距工作电极和对电极上端4mm和下端矩形以上的中间部分覆盖一层聚碳酸酯绝缘体。至此制成一个生物传感器用的生物酶电极。
实施例2-4
分别用碳、铂、或银形成工作电极和对电极的基体，其它与实施例1相同。
实施例5
除PEM膜为聚丙烯胺(PAA)和聚磺化乙烯(PVS)和聚磺化苯乙烯(PSS)交替形成的10层聚电解质复合膜之外，其它与实施例1相同。
实施例6
除PEM膜为聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)和聚乙烯亚胺(PEI)和聚磺化乙烯(PVS)和聚磺化苯乙烯(PSS)形成的4层聚电解质复合膜之外，其它与实施例1相同。
实施例7
除PEM膜为聚丙烯胺(PAA)、聚乙烯亚胺(PEI)、聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)、聚磺化乙烯(PVS)和聚磺化苯乙烯(PSS)形成的2层聚电解质复合膜之外，其它与实施例1相同。
实施例8-13
分别用纳米银颗粒、纳米二氧化硅颗粒、纳米铜颗粒、混合的纳米金颗粒和纳米二氧化硅颗粒、混合的纳米金颗粒和纳米二氧化硅颗粒和纳米铜颗粒、混合的纳米金颗粒和纳米二氧化硅颗粒和纳米铜颗粒和纳米银颗粒，替换纳米金颗粒，其它与实施例1相同。
实施例14-18
除聚二烯丙基二甲基氯化铵和葡萄糖氧化酶的基质包埋酶层分别为2、3、4、5、6层之外，其它与实施例1相同。
实施例19-21
除基质包埋酶层中的聚二烯丙基二甲基氯化铵分别换用聚乙烯吡咯烷酮1层、或明胶1层、或伴刀豆蛋白1层之外，其它与实施例1相同。
实施例22-23
除将葡萄糖氧化酶换用乳酸氧化酶、或胆固醇氧化酶之外，其它与实施例1相同。
实施例24
除只将纳米金颗粒被包嵌在15层聚电解质复合膜中之外，其它与实施例1相同。
实施例25
除只将纳米金颗粒被包嵌在6层聚二烯丙基二甲基氯化铵和葡萄糖氧化酶的基质包埋酶层中之外，其它与实施例1相同。
Claims (7)
1.生物传感器用的生物酶电极，是由工作电极(1)、对电极(2)、载体(3)、覆盖电极表面的绝缘体(4)和反应器(5)构成，其特征在于：反应器(5)是由在工作电极(1)下的高分子累积膜(6)、纳米颗粒(7)、基质包埋酶层(8)、酶(9)和保护层(10)组成，长条形的工作电极(1)和对电极(2)印制在载体(3)上，载体的大小为长40mm、宽7mm、厚0.2mm，工作电极(1)下端为矩形，对电极(2)下端也为矩形，工作电极(1)和对电极(2)上端与载体(3)的一侧宽边相齐，在工作电极(1)下端矩形部分用高分子化合物制备形成高分子累积膜(6)，紧接着是涂覆基质包埋酶层(8)，纳米颗粒(7)被包嵌在高分子累积膜(6)中、或被包嵌在基质包埋酶层(8)中、或同时被包嵌在高分子累积膜(6)和基质包埋酶层(8)中，最后涂覆保护层(10)，由此形成反应器(5)，在距工作电极(1)和对电极(2)上端4mm和下端矩形以上的中间部分是覆盖电极表面的绝缘体(4)。
2.根据权利要求1所述的生物传感器用的生物酶电极，其特征在于：高分子累积膜(6)是利用聚阳离子高分子化合物聚丙烯胺、聚乙烯亚胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵中的至少一种和聚阴离子高分子化合物聚磺化乙烯、聚磺化苯乙烯中的至少一种形成的2～15层聚电解质复合膜。
3.根据权利要求1所述的生物传感器用的生物酶电极，其特征在于：纳米颗粒(7)选用纳米金颗粒、纳米银颗粒、纳米二氧化硅颗粒、纳米铜颗粒中的一种或几种，其颗粒大小范围在8～50nm。
4.根据权利要求1所述的生物传感器用的生物酶电极，其特征在于：基质包埋酶层(8)选用聚二烯丙基二甲基氯化铵1～6层、或聚乙烯吡咯烷酮1层、或明胶1层、或伴刀豆蛋白1层。
5.根据权利要求1所述的生物传感器用的生物酶电极，其特征在于：酶(9)选用葡萄糖氧化酶、或乳酸氧化酶、或胆固醇氧化酶。
6.根据权利要求1所述的生物传感器用的生物酶电极，其特征在于：基质包埋酶层(8)和酶(9)是交替吸附的，酶(9)被包埋在基质包埋酶层(8)中，当基质包埋酶层(8)选用聚二烯丙基二甲基氯化铵并多层包埋时，是一层挨一层的。
7.根据权利要求1所述的生物传感器用的生物酶电极，其特征在于：保护层(10)是含1％～2％醋酸纤维素的丙酮溶液制成的薄膜。
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