CN1204397C - 全血葡萄糖生物传感器 - Google Patents
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Abstract
一种全血葡萄糖生物传感器，其特征是：腔体(3)是在电极(2)周围覆盖塑料薄膜形成的，其上有一个与腔体相通的毛细孔，反应层(4)包含羧甲基纤维素CMC层(4a)，作为第二电子中介体的修饰碳纳米管层(4b)，由葡萄糖氧化酶、作为第一电子中介体的试剂、稳定剂、缓冲液组成的混合物层(4c)，羧甲基纤维素CMC层、修饰碳纳米管层、混合物层依次叠加在腔体内。同现有技术比较，本发明具有如下突出优点：1)在反应层中修饰碳纳米管作为第二电子中介体，显著提高葡萄糖浓度的响应灵敏性；2)测量血液中葡萄糖含量时，加在电极上的电压为300mv，而现有技术施加的电压为0.5v；3)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；4)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。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物传感器，特别涉及一种全血葡萄糖生物传感器。
背景技术
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99249332.3中，提出一种葡萄糖氧化酶的固定新方法，使用纳米二氧化钛膏状物固定葡萄糖氧化酶，并作电子中介体，该发明可多次使用，但没有就多次使用过程中酶活的保持、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的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、腔体盖板5，反应层4布置在腔体3内，其特征在于：电极2是用丝网印刷技术在底板1上印刷的碳电极，电极引线2a是用丝网印刷在底板1上印刷的银引线；腔体3是在电极2周围覆盖塑料薄膜形成的，其上有一个与腔体相通的横向进样孔，该进样孔是毛细孔，反应层4包含羧甲基纤维素CMC层4a，作为第二电子中介体的修饰碳纳米管层4b，葡萄糖氧化酶、作为第一电子中介体的试剂、稳定剂、缓冲液组成的混合物层4c，羧甲基纤维素CMC层4a、修饰碳纳米管层4b、混合物层4c依次叠加在碳电极上，且逐层分别干燥；混合物层4c中的试剂选用铁氰化钾、亚甲基兰、普鲁士兰中的一种，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，含量为20～80ug；缓冲液为磷酸缓冲液，其PH值为6.0～7.0，其含量为60～240ug；腔体盖板5上开有一个通气孔；羧甲基纤维素CMC层4a中羧甲基纤维素CMC含量为10～40ug；修饰有-COOH、-OH的碳纳米管层4b，修饰有-COOH、-OH的碳纳米管的含量为4～20ug；反应层(4)中含葡萄糖氧化酶1～2个活力单位。
同现有技术比较，本发明具有如下突出优点：1)在反应层中的修饰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碳纳米管，碳纳米管在较低电压作用下即能快速地将电子传递给电极，从而显著提高葡萄糖浓度的响应灵敏性；2)同时碳纳米管可以有效的提高酶的活性，促使反应快速进行；3)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葡萄糖含量时，加在电极上的电压为300mv；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为全血葡萄糖生物传感器的结构示意图。
图2为底板1、电极2、电极引线2a、腔体3、腔体盖板5的俯视图。
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。表明加入碳纳米管后，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：
一种全血葡萄糖生物传感器，如图1所示，应用丝网印刷技术分别在PVC底板1上制成厚膜碳电极2和银质电极引线2a，在碳电极2周围覆盖塑料薄膜形成腔体3，向腔体内点入2μl浓度为5mg/ml的CMC溶液，溶液经60℃烘箱干燥后，形成CMC层4a；点加2μl修饰碳纳米管悬浮液，其浓度为2mg/ml，经60℃烘箱干燥后，形成碳纳米管层4b，再点加2μl混合液，成分为葡萄糖氧化酶500个活力单位/ml、铁氰化钾50mg/ml、海藻素20mg/ml、PH值为6.0浓度为0.2M的磷酸缓冲液，经干燥箱干燥后形成混合物层4c，随后在腔体2上覆盖一层塑料薄膜确定腔体3的体积，该体积为2μl，此处的塑料薄膜即为腔体盖板5，其上开有通气孔。
实施例2：
一种全血葡萄糖生物传感器，如图1所示，应用丝网印刷技术分别在PVC底板1上制成厚膜碳电极2和银质电极引线2a，在碳电极2周围覆盖塑料薄膜形成腔体3，向腔体内点入2μl浓度为20mg/ml的羧甲基纤维素溶液，溶液经60℃烘箱干燥后，形成CMC层4a；点加2μl修饰碳纳米管悬浮液，其浓度为6mg/ml，经60℃烘箱干燥后，形成碳纳米管层4b，再点加2μl混合液，成分为葡萄糖氧化酶1000个活力单位/ml、铁氰化钾50mg/ml、牛血清白蛋白40mg/ml、PH值为7.0浓度为0.4M的磷酸缓冲液，经干燥箱干燥后形成混合物层4c，随后在腔体3上覆盖一层塑料薄膜，作为腔体盖板5，腔体3的体积为2μl，腔体盖板5上开有通气孔。
Claims (4)
1.一种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)、腔体盖板(5)，反应层(4)布置在腔体(3)内，其特征在于：电极(2)是用丝网印刷在底板(1)上的碳电极，电极引线(2a)是用丝网印刷在底板(1)上制成的银引线；腔体(3)是在电极(2)周围覆盖塑料薄膜形成的，其上有一个与腔体相通的横向进样孔，该进样孔是毛细孔，反应层(4)包含羧甲基纤维素CMC层(4a)，作为第二电子中介体的修饰碳纳米管层(4b)，和由葡萄糖氧化酶、作为第一电子中介体的试剂、稳定剂、缓冲液组成的混合物所构成的混合物层(4c)，羧甲基纤维素CMC层(4a)、修饰碳纳米管层(4b)、混合物层(4c)依次叠加在碳电极上，且逐层分别干燥；混合物层(4c)中的试剂选用铁氰化钾、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，其含量为60～240ug；腔体盖板(5)上开有一个通气孔。
2.根据权利要求1所述的生物传感器，其特征在于：羧甲基纤维素CMC层(4a)中羧甲基纤维素CMC含量为10～40ug。
3.根据权利要求1所述的生物传感器，其特征在于：修饰有-COOH、-OH的碳纳米管层(4b)中修饰有-COOH、-OH的碳纳米管的含量为4～20ug。
4.根据权利要求1所述的生物传感器，其特征在于：反应层(4)中含葡萄糖氧化酶1～2个活力单位。
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