CN100483122C - 一种定向碳纳米管修饰的全血乳酸生物传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种定向碳纳管修饰的全血乳酸生物传感器，其特征是底板上沉积一层Co粒子，作为生长定向碳纳米管的催化剂，反应层的底层是作为第二电子中介体的定向碳纳米管，其上层是L-乳酸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：本传感器对乳酸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乳酸生物传感器

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乳酸生物传感器。

背景技术

定向碳纳米管修饰的全血乳酸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乳酸含量的生物传感器，应用这种传感器来测量人体血液中乳酸含量用于揭示某些疾病的严重程度，如用于指导糖尿病患者适当服用降糖灵，过量服用降糖灵会引起糖酵解，使乳酸含量升高，引起酸中毒，危及患者生命；用于测量运动员乳酸的浓度，可以科学地控制运动员训练强度，达到最佳训练效果；在食品科学中可以通过检测乳酸的浓度，确定食品的新鲜程度。目前对乳酸的测量主要采用大型生化分析仪器，价格十分昂贵。所述的乳酸含量是指L-乳酸含量。

在电流型生物传感器中有人采用单一电子中介体加氧化酶的方式研制成一次性L-乳酸生物传感器[1]，该传感器由PVC底板、电极、腔体、反应层、腔体盖板组成，其中电极及电极引线采用单一材料制作，反应层是羧甲基纤维素、L-乳酸氧化酶、铁氰化钾(电子传导体)、缓冲液组成的反应层，腔体的进样孔开在电极另一端。该传感器的缺陷是：加在电极引线上的电压较高，为0.5v，抗干扰能力欠佳，其原因是铁氰化钾直接在碳电极表面的氧化还原特性较差，需要提高电压来得到较好的响应电流。中国专利CN1219676A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

一种定向碳纳米管修饰的全血乳酸生物传感器，包括底板1，电极2，腔体3，反应层4，盖板5，其特征在于：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，反应层的底层4a用作第二电子中介体的定向碳纳米管层，定向碳纳米管层是利用电化学方法在Al₂0₃绝缘层纵向微孔内沉积Co粒子作为催化剂，并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，反应层的上层4b是滴加L-乳酸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，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L-乳酸氧化酶500～1000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，含量为60～240ug，其pH值为6.0～7.0。上述底板1是其表面经阳极氧化处理形成Al₂O₃绝缘层的铝板。

同现有技术比较，本发明具有如下突出优点：1)在反应层中的1定向碳纳米管作为第二电子中介体使得亚铁氰化钾(第一中介体铁氰化钾的还原形式)很容易将电子传递给定向碳纳米管，定向碳纳米管又能在较低电压作用下快速地将电子传递给电极，从而显著提高L-乳酸浓度的响应灵敏性；2)同时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的存储结晶水，有利于酶的长期保存和稳定性；4)应用本传感器测量血液中L-乳酸含量时，加在电极上的电压为300mv，而现有技术施加的电压为0.5v；5)腔体的进样孔位于传感器侧翼，进样时手指夹持电极两侧不会引起传感器变形，避免吸入腔体内血液量的改变；6)本传感器需要的血样极少，只需2μl，而且测量时不需要对血样进行预处理。

附图说明

图1为定向碳纳米管修饰的全血乳酸生物传感器的结构图。

图2为定向碳纳米管修饰的全血乳酸生物传感器的部件俯视图。

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。表明加入电子第二中介体碳纳米管后，铁氰化钾反应的可逆性得到改善，亚铁氰化钾很容易将电子传递给碳纳米管。

图4为本传感器对血液中L-乳酸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。表明加入定向碳纳米管后，传感器的响应灵敏度得到提高和改善。

具体实施方式

实施例1：

一种定向碳纳米管修饰的全血乳酸生物传感器，底板1是其表面经阳极氧化处理形成Al₂O₃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4a是用作第二电子中介体的定向碳纳米管层，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4b滴加L-乳酸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，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L-乳酸氧化酶500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乳酸生物传感器，底板1是其表面经阳极氧化处理形成Al₂O₃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4a是用作第二电子中介体的定向碳纳米管层，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4b滴加L-乳酸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，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L-含乳酸氧化酶1000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。

参考文献

[1]Nobuo Shimojo，Keiichi Naka，Harumi Uenoyama，et，al，Electrochemical Assay Systemwith Sing-leUse Electrode Strip for Measuring Lactate in Whole Blood，ClinicalChemistry，Vol，39，No，11，1993

Claims (1)

1.一种定向碳纳米管修饰的全血乳酸生物传感器，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Al₂O₃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，反应层的底层(4a)为第二电子中介体的定向碳纳米管层，定向碳纳米管层是利用电化学方法在Al₂O₃绝缘层纵向微孔内沉积的Co粒子作为催化剂，并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，反应层的上层(4b)是滴加L-乳酸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，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L-乳酸氧化酶500～1000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，含量为60～240ug，其pH值为6.0～7.0。

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