[发明专利]一种碳纳米管修饰的血糖生物传感器

说明书

技术领域

本发明属于生物传感器的研制领域，具体是指一种碳纳米管修饰、以吡咯并喹啉醌为辅酶的葡萄糖脱氢酶血糖生物传感器及其制备方法。

背景技术

随着我国进入信息化社会，人口结构趋于老龄化，人们对健康的关注日益加强，人民生活水平逐年提高，糖尿病的患病率也随之提高，在中国13个地区总患病率为0.67％，大城市约1％左右，40岁以后患病率显著升高。使用葡萄糖氧化酶作为催化剂的葡萄糖传感器准确度受测量现场的大气氧气压强、浓度和血液样本中氧含量的影响。

1991年日本NEC的Iijima教授研制出同轴管状的纳米级分子碳结构——碳纳米管(CNTs)，在全世界引起了广泛的关注.碳纳米管是由石墨碳原子层卷曲而成的碳管，有单壁碳纳米管(SWNTs)和多壁碳纳米管(MWNTs)之分，前者是由单层石墨片卷积而成，后者是由多层石墨片卷积而成的，两端由碳原子的五边形封顶。碳纳米管优良的电学和机械性能吸引越来越多的研究者将其应用于传感器领域。目前已有报道用碳纳米管修饰玻碳、石墨、金刚石、钽电极等实现对葡萄糖、抗体、氧等物质的检测。使用碳纳米管修饰电极一方面可以增大电极表面积，另一方面可以加速电子传递速率，从而提高传感器的响应和灵敏度。

丝网印刷属于孔版印刷，是将丝织物、合成纤维织物或金属丝网绷在网框上，采用手工刻漆膜或光化学制版的方法制作丝网印版。现代丝网印刷技术，则是利用感光材料通过照相制版的方法制作丝网印版(使丝网印版上图文部分的丝网孔为通孔，而非图文部分的丝网孔被堵住)。印刷时通过刮板的挤压，使油墨通过图文部分的网孔转移到承印物上，形成与原稿一样的图文。丝网印刷设备简单、操作方便，印刷、制版简易且成本低廉，适应性强。薄膜蒸涂技术成膜利用高温蒸发或等离子溅射的原理，使蒸涂材料堆积在基板表面形成薄膜，与丝网印刷相比，成膜均匀，但价格较高。

发明专利申请200510049284.4公开了一种定向碳纳米管修饰的全血葡萄糖生物传感器，其特征是反应层的底层是作为第二电子中介体的定向碳纳米管，其上层是葡萄糖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。该技术方案就是采用葡萄糖氧化酶作为催化剂的，其准确度受测量现场的大气氧气压强、浓度和血液样本中的氧气含量的影响，测量结果不稳定，适用性不高。

发明内容

本发明提供了一种不受大气和样本中氧含量影响、成本低、灵敏度高的用于测量葡萄糖浓度的碳纳米管修饰的以吡咯并喹啉醌为辅酶的葡萄糖脱氢酶的血糖生物传感器。

一种碳纳米管修饰的血糖生物传感器，包括基底、三电极系统、绝缘层，三电极系统周围形成有反应腔体，反应腔体内设有反应层，反应腔体上覆盖有盖板，所述的反应层包含碳纳米管、酶和电子传递剂，所述的酶采用以吡咯并喹啉醌为辅酶的葡萄糖脱氢酶。

所述的三电极系统由参比电极、工作电极、对电极组成，工作电极和对电极与引线接触；所述的参比电极采用银/氯化银、碳、金、铂或钛；所述的对电极和工作电极采用碳、金、铂或钛。

所述的反应层内还包含酶活性添加剂，酶活性添加剂包括增活剂和保活剂，所述的增活剂采用钙离子或柠檬酸、邻苯二甲酸等缓冲液，所述的保活剂采用海藻糖、壳聚糖、牛血清白蛋白的一种。

所述的反应层还包含亲水性高分子，包括羧甲基纤维素、十二烷基苯磺酸钠、Triton X-100、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、明胶及其衍生物、十六烷基三甲基溴化铵的一种或几种。

所述的电子传递剂选用铁氰化钾、二茂铁及其衍生物、亚甲基兰、普鲁士兰、N-甲基吡咯烷酮中的一种。

采用柠檬酸或邻苯二甲酸等缓冲液、氯化钠溶液以保证稳定的参比电极电位。

所述的反应腔体一侧开有用于进样的毛细孔。

本发明还提供了一种上述生物传感器的制备方法。

一种制备上述血糖生物传感器的方法，包括以下步骤：

第一步，采用丝网印刷方法或薄膜蒸涂技术在聚丙烯或其他高分子材料基底上形成三电极系统，制得传感器电极基底；

第二步，将碳纳米管溶在浓硫酸和浓硝酸混合溶液中超声振荡，过滤洗涤呈中性后，获得碳纳米管的稳定悬浮液；

第三步，将制得的碳纳米管悬浮液滴加于电极基底的反应腔内，进行避光干燥；

第四步，将酶、电子传递剂、酶保活剂和氯化钠按一定浓度溶解在缓冲液中，制得酶溶液；

第五步，将制得的酶溶液滴加在电极基底的反应腔内，避光干燥，在反应腔体上覆盖盖板，即制得生物传感器。