一种无试剂型电化学葡萄糖生物传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种无试剂型电化学葡萄糖生物传感器的制备方法，属于生物传感器技术领域，包括如下步骤：(1)壳聚糖溶液配置；(2)金电极表面的预处理；(3)电沉积普鲁士蓝膜；(4)激活普鲁士蓝膜，制备Au/PB电极；(5)制备Au/PB/CS电极；(6)制备Au/PB/AuNPs

【技术实现步骤摘要】
一种无试剂型电化学葡萄糖生物传感器及其制备方法


[0001]本专利技术属于生物传感器
，具体涉及一种无试剂型电化学葡萄糖生物传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]糖尿病是一种以高血糖为特征的代谢性疾病，如果不及时治疗则会引起许多的并发症。糖尿病的并发症有急性并发症和慢性并发症两种。急性并发症包括糖尿病酮症酸中毒，非酮症高渗性昏迷或死亡。慢性并发症包括心脑血管病变、糖尿病肾病、糖尿病足和糖尿病性视网膜病变等，严重影响患者生活质量。对于已经不幸罹患糖尿病的患者而言，他们迫切需要一种全面的早期发现糖尿病的方法，以对人类健康造成不利影响的疾病进行风险评估、诊断和进一步管理。
[0003]同时，根据国际糖尿病联合会(International Diabetes Federation，IDF)2019年发布的最新数据显示，全球约有6亿的成年人患有糖尿病，约占总人口的十分之一，中国作为人口大国，成年人患糖尿病人数也有1.16亿，约占全球患病人数的1/4。因此为了实现糖尿病早期监测和日益增长的检测需求，在过去几年中，许多葡萄糖检测的策略得到了广泛的研究。其中，基于葡萄糖氧化酶(Glucose Oxidase，GOx)的电化学生物传感器特别被认为是一个可行的方式，该类传感器在对血糖检测方面具有操作简单，使用方便等优点，因此逐渐成为血糖检测的主流方式。
[0004]电化学生物传感器是当代分析科学的重要研究方向之一，电化学生物传感器是一种以固定化的生物敏感材料为识别元件，以电化学电极为信号转换器，经电化学工作站信号放大装置输出，产生电化学特征检测信号从而实现对某些分子检测的分析系统。其中，生物敏感材料是生物传感器的核心部分，直接影响传感器的性能。目标底物分子在传感界面通过生物敏感材料的识别作用，与分析物反应后经信号转换器得到电化学信号，其产生的电化学信号与被检测物浓度有关，最终实现对被分析物质的检测。电化学生物传感器具有灵敏度高、选择性好、设备简单、价格低廉、易微型化等特点。
[0005]将纳米技术与电化学传感技术相结合，发展出的新型纳米电化学传感器具有更好的稳定性、灵敏度及选择性等性能，从而在生物及医疗技术研究、食品生产及安全监测、制药工业及药物检测、临床检测、环境分析等领域都表现出了巨大的市场价值和应用前景。
[0006]电化学葡萄糖检测通常是在溶解氧存在条件下，通过葡萄糖氧化酶与葡萄糖发生反应生成过氧化氢，可通过在高电位氧化进行检测生成的过氧化氢从而达到检测葡萄糖的目的。但是，有毒的副产物过氧化氢可能会降低生物传感器的长期稳定性；另外，在如此高的氧化电位下，生物体液中的许多物质(如，抗坏血酸、多巴胺、尿酸等)也会被同时氧化产生信号，从而引起干扰电流。因此，如何抑制和避免非测试物质的干扰，提高测试物质的选择性，一直是研究重点。为了过氧化氢的还原催化，最广泛的是一种方式是采用过氧化物酶，例如辣根过氧化物酶(Horseradish Peroxidase，HRP)；另一种方式是采用“人工过氧化氢酶”普鲁士蓝(Prussian Blue，PB)修饰电极来催化还原过氧化氢，它可以很容易的附着
在各种电极上并作为一种无机导电膜去代替溶液中的电子转移介质，然后通过直接产生电化学信号实现无试剂的电化学生物传感器制作；并且普鲁士蓝具有价格低廉，对过氧化氢检测的高灵敏性和较好的稳定性等优点。
[0007]辣根过氧化物酶(HRP)的催化能力是由于具有铁血红素基团电活性中心。使用辣根过氧化物酶的缺点是，第一，它在溶液中的稳定性不好；第二，其价格比较高会增加生物传感器的制造成本。鲁士蓝的缺点是，第一，由于普鲁士蓝是铁和六氰合铁的络合物，其中的铁离子在pH值大于6.4的情况下会发生水解形成Fe(OH)3，使得Fe(II)
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CN
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Fe(III)键的破坏，所以会导致催化剂活性的逐渐丧失，第二，普鲁士蓝的还原形式普鲁士白(Prussian white，PW)是水溶性的，会扩散远离电极表面。由此可见，虽然普鲁士蓝对于催化过氧化氢是一种理想的电子媒介体，但其在中性或碱性环境中不稳定，大大影响了其在生物分子检测领域的应用，非常有必要找到一种合适的方法来提高普鲁士蓝膜在中性pH中的检测效果。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是针对现有的问题，提供了一种无试剂型电化学葡萄糖生物传感器及其制备方法。
[0009]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0010]一种无试剂型电化学葡萄糖生物传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0011](1)壳聚糖溶液配置：
[0012]分别用天平准确称量0.5g和1g壳聚糖溶解在稀盐酸中，并用氢氧化钾溶液调节pH到6.0，制备质量分数为0.5％和1％的CS溶液；
[0013](2)金电极表面的预处理：
[0014]用1200目的Carbimet型金相砂纸和1.0、0.3mm、0.05mmγ－氧化铝粉依次将裸金电极抛光至镜面，用超纯水冲洗后，分别用氢氧化钾溶液、无水乙醇和超纯水分别超声处理5min，以实现对金电极表面的清洗；
[0015](3)电沉积普鲁士蓝膜：
[0016]将清洗干净的裸金电极浸入生长液中，然后施加一个恒电位进行电沉积，获得普鲁士蓝膜；电沉积一段时间是为了控制电极上PB的含量，使其不至于因沉积时间过长导致PB层厚度太大从而减低电子传输速率；
[0017](4)激活普鲁士蓝膜，制备Au/PB电极：
[0018]电沉积后，将电极用超纯水彻底清洗后转移到支持电解质溶液中，
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0.05～0.35V的电位范围内以50mv/s的扫描速率进行CV激活，直到出现稳的的CV曲线，然后将电极用超纯水清洗后在65℃干燥30min，得到Au/PB电极；
[0019](5)制备Au/PB/CS电极：
[0020]取6ul质量分数为0.5％的CS溶液滴到Au/PB电极表面，在室温下干燥成膜，制得Au/PB/CS电极；在一定温度下干燥一段时间是为了获得稳定的PB结构；
[0021](6)制备Au/PB/AuNPs
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CS电极：
[0022]取等量质量分数为0.05mg/ml直径为20nm的金纳米粒子(AuNPs)溶液和质量分数为1％的壳聚糖(CS)溶液混合并超声处理15min后得到质量分数为0.5％的AuNPs
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CS溶液，
取6ul的AuNPs
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CS溶液滴到Au/PB电极表面，在室温下干燥成膜，制得Au/PB/AuNPs
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CS电极；将金纳米粒子和壳聚糖混合溶液进行超声处理，是为了使溶液充分混合；
[0023](7)制备Au/PB/GOx
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AuNPs
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CS生物传感器：
[0024]将葡萄糖氧化酶(GOx)溶解在AuNPs
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CS溶液中并超声处理15min，制得0.5mg/ml的GOx<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无试剂型电化学葡萄糖生物传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)壳聚糖溶液配置：分别用天平准确称量0.5g和1g壳聚糖溶解在稀盐酸中，并用氢氧化钾溶液调节pH到6.0，制备质量分数为0.5％和1％的CS溶液；(2)金电极表面的预处理：用1200目的Carbimet型金相砂纸和1.0、0.3mm、0.05mmγ－氧化铝粉依次将裸金电极抛光至镜面，用超纯水冲洗后，分别用氢氧化钾溶液、无水乙醇和超纯水分别超声处理5min，以实现对金电极表面的清洗；(3)电沉积普鲁士蓝膜：将清洗干净的裸金电极浸入生长液中，然后施加一个恒电位进行电沉积，获得普鲁士蓝膜；(4)激活普鲁士蓝膜，制备Au/PB电极：电沉积后，将电极用超纯水彻底清洗后转移到支持电解质溶液中，
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0.05～0.35V的电位范围内以50mv/s的扫描速率进行CV激活，直到出现稳的的CV曲线，然后将电极用超纯水清洗后在65℃干燥30min，得到Au/PB电极；(5)制备Au/PB/CS电极：取6ul质量分数为0.5％的CS溶液滴到Au/PB电极表面，在室温下干燥成膜，制得Au/PB/CS电极；(6)制备Au/PB/AuNPs
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CS电极：取等量质量分数为0.05mg/ml直径为20nm的金纳米粒子溶液和质量分数为1％的壳聚糖溶液混合并超声处理15min后得到质量分数为0.5％的AuNPs
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CS溶液，取6ul的AuNPs
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CS溶液滴到Au/PB电极表面，在室温下干燥成膜，制得Au/PB/AuNPs

【专利技术属性】
技术研发人员：李宗原，王竹卿，刘童，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：