CN112932477A - 植于活鱼眼球巩膜组织间液内的血糖传感器及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种植于活鱼眼球巩膜组织间液内的血糖传感器及制备方法，以解决现有技术中将血糖传感器植入鱼体很难稳定、实时地测量活鱼体内血糖浓度的问题。血糖传感器包括：传感器基材以及与传感器基材电连接的无线传输装置，传感器基材包括工作电极和参比电极，在工作电极一端部设置为感应腔，从工作电极另一端部至感应腔之间覆设有绝缘层，在绝缘层外表面包裹有参比电极；参比电极由绝缘层外表的铜丝以及覆盖铜丝的银/氯化银浆层构成；在工作电极的感应腔外表面覆设全氟磺酸高分子膜，在全氟磺酸高分子膜外表面覆设葡萄糖氧化酶层。本血糖传感器具有灵敏的血糖检测准确度及便携性，在植入活鱼眼球巩膜组织间液内监测血糖有很好稳定性。

Description

植于活鱼眼球巩膜组织间液内的血糖传感器及制备方法

本申请是申请日为2015年10月19日、申请号为201510680579.5、发明名称为《植于活鱼眼球巩膜组织间液内的血糖传感器及制备方法》的分案申请，申请人为中国农业大学。

技术领域

本发明涉及生物电化学检测技术，尤其涉及一种植于活鱼眼球巩膜组织间液内的血糖传感器及制备方法。

背景技术

鲜活鱼因其味道鲜美，营养价值高，富含优质蛋白、维生素及微量元素受到了广大消费者的青睐。活鱼血糖水平是反映活鱼在运输过程中应激水平的重要指标。实时无线监测获取活鱼的血糖水平是不断改进鲜活鱼保活运输技术和装备的参考依据；同时，借助生物传感技术和无线通讯技术，微创植于鱼体内，实时监测活鱼在运输过程中各阶段不同应激血糖水平也是进一步优化保活运输流程重要信息获取技术。但是，血糖传感器直接被植入活鱼体内，传感器感应部位会出现血蛋白凝聚的情况，从而降低或抑制了传感器感应电流输出。因此直接将传感器植入鱼体很难稳定、实时地测量活鱼体内血糖浓度。

发明内容

本发明提供一种植于活鱼眼球巩膜组织间液内的血糖传感器及制备方法，用于解决现有技术中将血糖传感器植入鱼体很难稳定、实时地测量活鱼体内血糖浓度的问题。

为了解决上述问题：

一方面，本发明所述一种植于活鱼眼球巩膜组织间液内的血糖传感器，包括：传感器基材，以及与所述传感器基材电连接用于传输电流信号的无线传输装置，其中，所述传感器基材包括工作电极和参比电极，在所述工作电极的一端部设置为感应腔，从所述工作电极的另一端部至感应腔之间的工作电极表面覆设有绝缘层，在绝缘层外表面包裹有参比电极；

所述参比电极由间隔螺旋绕于绝缘层外表的铜丝，以及覆盖铜丝而铺设的银/氯化银浆层构成；在所述工作电极的感应腔外表面覆设有全氟磺酸高分子膜，在所述全氟磺酸高分子膜的外表面覆设有葡萄糖氧化酶层。

进一步地，在所述参比电极的外表面设置有绝缘热收缩管。

进一步地，所述的工作电极为铂铱工作电极，工作电极外表面的绝缘层为聚四氟乙烯层。

进一步地，在所述工作电极的感应腔外端覆设有环氧树脂层。

进一步地，所述无线传输装置包括电化学信号放大器、无线传输模块以及板载天线，其中，所述电化学信号放大器通过电极导线分别与工作电极、参比电极电连接；所述无线传输模块与电化学信号放大器电连接；所述板载天线与无线传输模块电连接。

进一步地，所述环氧树脂层的直径为0.175mm-0.2mm，长度为 0.3mm-0.4mm。

进一步地，所述全氟磺酸高分子膜的长度为1mm-1.1mm。

进一步地，所述环氧树脂层的直径为0.175mm，长度为0.3mm。

进一步地，所述全氟磺酸高分子膜的长度为1mm。

另一方面，本发明所述一种血糖传感器的制备方法，包括以下步骤：

采取铂铱合金材料制作成工作电极，将制作而成的工作电极的一端部设置为感应腔，并将从所述工作电极的另一端部至感应腔之间的工作电极表面覆设有聚四氟乙烯层；

在上述工作电极的聚四氟乙烯层区域上以间隔螺旋方式缠绕铜丝，并以银/氯化银浆层覆盖铜丝形成参比电极；

将感应腔的外端涂上环氧树脂层，对从感应腔的外端至聚四氟乙烯层之间的感应腔所剩区域表面涂5％―6％全氟磺酸型聚合物溶液，风干后形成全氟磺酸高分子膜；

将覆有全氟磺酸高分子膜的工作电极浸泡在含有2.5-3mg葡萄糖氧化酶和溶解有5-7mg牛血清白蛋白的浓度为0.1mol/L的0.25-3ml磷酸盐缓冲液中 10-15分钟后，在空气中风干，该过程重复至少两次；

将工作电极感应腔浸入到25％―30％戊二醛溶液中浸泡5h―6h；

将一电化学信号放大器通过电极导线分别与工作电极、参比电极电连接；

将一无线传输模块与上述电化学信号放大器电连接；

将一板载天线与上述无线传输模块电连接。

由上述可以得知：本发明中采用全氟磺酸高分子膜和葡萄糖氧化酶层之间具有优良的导电性能，可以提高血糖传感器的检测效率。借助于戊二醛交联剂的作用，将酶分子有效固定且寿命长。另外，全氟磺酸高分子膜较薄，具有选择透过性，降低了物质传输阻力和电极的电阻，可大大提高工作电极的利用率。同时全氟磺酸高分子膜在吸水以后可以让氢离子通过，对阳离子具有高的选择渗透性但对阴离子具有排斥作用，对电极起到一定的保护效果。本血糖传感器在参比电极方面，利用旋绕式的铜丝可以用较好的感应到生物电信号，便于后续的电流信号传输。

附图说明

图1为本发明实施例1所述血糖传感器的结构示意图；

图2为图1中工作电极端部的结构示意图；

图3为本发明实施例2所述血糖传感器的结构示意图

图4为活鱼眼球巩膜组织间液中血糖浓度变化与传感器输出电流的相关性图；

图5为鱼体血液和眼球巩膜组织间液(ESIF)血糖浓度的相关性图。

图中：1、工作电极；2、聚四氟乙烯层；3、银/氯化银浆层；4、铜丝；5、电极导线；6、电化学信号放大器；7、无线传输模块；8、板载天线；9、全氟磺酸高分子膜；10、葡萄糖氧化酶层；11、环氧树脂层；12、绝缘热收缩管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1和图2示出了本发明实施例1所述一种植于活鱼眼球巩膜组织间液内的血糖传感器，包括：传感器基材，以及与所述传感器基材电连接用于传输电流信号的无线传输装置，其中，所述传感器基材包括工作电极1和参比电极，在所述工作电极的一端部设置为感应腔，从所述工作电极的另一端部至感应腔之间的工作电极表面覆设的绝缘层为聚四氟乙烯层2，在绝缘层外表面包裹有参比电极。所述参比电极由间隔螺旋绕于绝缘层外表的铜丝4，以及覆盖铜丝而铺设的银/氯化银浆层3构成；在所述工作电极的感应腔外表面覆设有全氟磺酸高分子膜9，在所述全氟磺酸高分子膜的外表面覆设有葡萄糖氧化酶层10。

在所述工作电极的感应腔外端覆设有环氧树脂层11，对从感应腔的外端至聚四氟乙烯层之间的感应腔所剩区域表面覆设有全氟磺酸高分子膜9。环氧树脂层具有抗污染能力，对传感器具有一定的防护作用。其中，所述的环氧树脂层的直径可为0.175mm-0.2mm，长度为0.3mm-0.4mm。所述的全氟磺酸高分子膜的长度为1mm-1.1mm。

所述无线传输装置包括电化学信号放大器6、无线传输模块7以及板载天线8，其中，所述电化学信号放大器通过电极导线5分别与工作电极、参比电极电连接；所述无线传输模块与电化学信号放大器电连接；所述板载天线与无线传输模块电连接。

上述的血糖传感器在使用过程中通过微创技术植入活鱼眼球巩膜组织间液内，工作电极感应腔上的葡萄糖氧化酶层与眼球巩膜组织间液中的血糖发生生物电化学反应，反应产生的微弱电流通过电化学信号放大器放大处理后将有效电流信息以无线传输方式传出。

由于根据多次实验结果确定了鱼眼球巩膜组织间液血糖与传感器输出电流的关系图以及归结所得出的关系式。如图4为一实验过程中得到的多次结果所制作出的关系图。根据图4总结出一线性回归关系式为： Y＝5.414+0.05962X，其中，相关系数为R＝0.994，X是葡萄糖浓度，Y是传感器输出电流。因此，有上述的关系式依据传感器输出电流可以估算出鱼眼球巩膜组织间液内的葡萄糖浓度。从生物角度来看，由于鱼眼球巩膜组织间液内的葡萄糖浓度和鱼体内葡萄糖浓度是密切相关的，如图5所示，其关系同样可以用线性回归方式表示为Y＝-0.2996+0.9439X，其中，相关系数为 R＝0.961，测试的样本点N＝111个，X是鱼体血糖浓度，Y是眼球巩膜组织间液中的血糖浓度。因此，有上述的关系式便可以估算出鱼体血糖浓度。

本实施例中采用全氟磺酸高分子膜和葡萄糖氧化酶层之间具有优良的导电性能提高血糖传感器的检测效率。借助于戊二醛交联剂的作用,将酶分子有效固定且寿命长。另外，全氟磺酸高分子膜较薄，具有选择透过性，降低了物质传输阻力和电极的电阻，可大大提高工作电极的利用率。同时全氟磺酸高分子膜在吸水以后可以让氢离子通过，对阳离子具有高的选择渗透性但对阴离子具有排斥作用，对电极起到一定的保护效果。本血糖传感器在参比电极方面，利用旋绕式的铜丝可以用较好的感应到生物电信号，便于后续的电流信号传输。

图3所示本发明实施例2所述的一种植于活鱼眼球巩膜组织间液内的血糖传感器。本实施例相比实施例1不同之处在于：在所述参比电极的外表面设置有绝缘热收缩管12。绝缘热收缩管可防止组织间液对传感器部件的侵蚀损坏。

实施例4所述一种血糖传感器的制备方法，包括以下步骤：

采取铂铱合金材料制作成工作电极，将制作而成的工作电极的一端部设置为感应腔，并将从所述工作电极的另一端部至感应腔之间的工作电极表面覆设有聚四氟乙烯层；

在上述工作电极的聚四氟乙烯层区域上以间隔螺旋方式缠绕铜丝，并以银/氯化银浆层覆盖铜丝形成参比电极；

将感应腔的外端涂上环氧树脂层，对从感应腔的外端至聚四氟乙烯层之间的感应腔所剩区域表面涂5％-6％全氟磺酸型聚合物溶液，风干后形成全氟磺酸高分子膜；

将覆有全氟磺酸高分子膜的工作电极浸泡在含有2.5-3mg葡萄糖氧化酶和溶解有5-7mg牛血清白蛋白的浓度为0.1mol/L的0.25-3ml磷酸盐缓冲液中 10-15分钟后，在空气中风干，该过程重复至少两次；

将工作电极感应腔浸入到25％-30％戊二醛溶液中浸泡5h-6h；

将一电化学信号放大器通过电极导线分别与工作电极、参比电极电连接；

将一无线传输模块与上述电化学信号放大器电连接；

将一板载天线与上述无线传输模块电连接。

通过上述步骤用于制备植于活鱼眼球巩膜组织间液内的血糖传感器。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1.一种植于活鱼眼球巩膜组织间液内的血糖传感器，其特征在于，包括：传感器基材，以及与所述传感器基材电连接用于传输电流信号的无线传输装置，其中，所述传感器基材包括工作电极和参比电极，在所述工作电极的一端部设置为感应腔，从所述工作电极的另一端部至感应腔之间的工作电极表面覆设有绝缘层，在绝缘层外表面包裹有参比电极；

所述参比电极由间隔螺旋绕于绝缘层外表的铜丝，以及覆盖铜丝而铺设的银/氯化银浆层构成；在所述工作电极的感应腔外表面覆设有全氟磺酸高分子膜，在所述全氟磺酸高分子膜的外表面覆设有葡萄糖氧化酶层；

在所述工作电极的感应腔外端覆设有环氧树脂层；所述环氧树脂层的直径为0.175mm-0.2mm，长度为0.3mm-0.4mm；

所述全氟磺酸高分子膜的长度为1mm-1.1mm。

2.根据权利要求1所述的血糖传感器，其特征在于，在所述参比电极的外表面设置有绝缘热收缩管。

3.根据权利要求1所述的血糖传感器，其特征在于，所述的工作电极为铂铱工作电极，工作电极外表面的绝缘层为聚四氟乙烯层。

4.根据权利要求1所述的血糖传感器，其特征在于，所述无线传输装置包括电化学信号放大器、无线传输模块以及板载天线，其中，所述电化学信号放大器通过电极导线分别与工作电极、参比电极电连接；所述无线传输模块与电化学信号放大器电连接；所述板载天线与无线传输模块电连接。

5.根据权利要求1所述的血糖传感器，其特征在于，所述环氧树脂层的直径为0.175mm，长度为0.3mm。

6.根据权利要求1所述的血糖传感器，其特征在于，所述全氟磺酸高分子膜的长度为1mm。

7.一种血糖传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

采取铂铱合金材料制作成工作电极，将制作而成的工作电极的一端部设置为感应腔，并将从所述工作电极的另一端部至感应腔之间的工作电极表面覆设有聚四氟乙烯层；

在上述工作电极的聚四氟乙烯层区域上以间隔螺旋方式缠绕铜丝，并以银/氯化银浆层覆盖铜丝形成参比电极；

将感应腔的外端涂上环氧树脂层，对从感应腔的外端至聚四氟乙烯层之间的感应腔所剩区域表面涂5％-6％全氟磺酸型聚合物溶液，风干后形成全氟磺酸高分子膜；所述环氧树脂层的直径为0.175mm-0.2mm，长度为0.3mm-0.4mm；所述全氟磺酸高分子膜的长度为1mm-1.1mm；

将覆有全氟磺酸高分子膜的工作电极浸泡在含有2.5-3mg葡萄糖氧化酶和溶解有5-7mg牛血清白蛋白的浓度为0.1mol/L的0.25-3ml磷酸盐缓冲液中10-15分钟后，在空气中风干，该过程重复至少两次；

将工作电极感应腔浸入到25％-30％戊二醛溶液中浸泡5h-6h；

将一电化学信号放大器通过电极导线分别与工作电极、参比电极电连接；

将一无线传输模块与上述电化学信号放大器电连接；

将一板载天线与上述无线传输模块电连接。

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