[发明专利]一种基于乙醇氧化酶的电化学乙醇传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于乙醇氧化酶的电化学乙醇传感器及其制备方法，该传感器中具有三个电极，在工作电极上覆盖乙醇氧化酶膜层，乙醇氧化酶将样品气体中的乙醇选择性氧化成乙醛，乙醛在工作电极上氧化电流与乙醇的浓度成线性关系。乙醇氧化酶层的酶催化层没有导电性，为电化学惰性层，有关酶的全部反应与电化学传感器工作电极的电流没有直接关系。酶的催化反应产物扩散到工作电极，进一步发生反应，产生电化学电流，电流与乙醇的浓度成线性关系。本发明涉及的传感器的工作电极为低活性的材料。该乙醇传感器的响应时间短，测试结果准确，对其他有机气体没有明显的响应，但对乙醇具有极高的选择性和灵敏度，其更能够适应复杂环境下乙醇检测的需要。

技术领域

本发明涉及酒精检测领域，其使用了生物酶催化制剂的电化学乙醇传感器，具体涉及一种基于乙醇氧化酶的电化学乙醇传感器及其制备方法。

背景技术

血液中酒精浓度检测现在不仅作为控制和惩罚酒驾的执法手段，在需要高度精神集中的岗位，如：吊车司机、哨所、火车司机、飞机驾驶员、煤矿工人、钢厂炉前操作工、医生等等，酒精检测也得到广泛的应用。目前最简洁的血液中酒精浓度检测是呼气酒精浓度检测。呼气浓度检测与血液酒精浓度关系密切。

目前市场上流行的酒精测试传感器，共有三种方案：半导体式酒精传感器方案、电化学酒精传感器方案、红外线酒精传感器方案，除此之外还有比色法等。其中，电化学法相对精确作为执法手段被广泛应用，半导体酒精检测仪主要用于个人检测。

目前市场上通用的电化学酒精传感器基本上是以燃料电池型酒精传感器为主，它是利用醇类化合物在贵金属电极上发生电化学氧化反应，产生氧化电流，电流的强度与乙醇的浓度直接相关。由于使用燃料电池原理，传感器的工作电极的催化剂活性非常高，这就使得这种传感器的选择性不是很好。

传感器的设计者必须在传感器的选择性和灵敏度之间作适当的取舍。

酒精检测的主要应用是酒驾检测。被测者口腔气体环境非常复杂，尤其对于饮酒者而言，除了可能的口腔内的残留食物腐败变质之外，被测者是否吸烟，是否有口腔疾病，是否有肠胃疾病等等，都对口腔气体环境有很大的影响。

因此如何从口腔气体中将酒精区别出来，就是酒精传感器的核心任务。提高选择性就成了这种传感器的核心难题。

为了解决酒精检测的各种问题，专利CN101634641提出在电化学传感器的工作电极中引入酶的方法，这种方法利用了酶的高活性和高选择性，但是，由于酶是直接加入到电极中，因此电极的工作特性中含有酶的氧化特性，酶的寿命无法保证。专利CN102944597也是面对了同样的问题，尽管他们使用了高分子电解质、石墨烯等等，由于酶是直接加入到工作电极上的，因此酶有被破坏的风险。

专利JP2007225444，JPH0196552等将酶的技术用来制备燃料电池型测酒传感器，这种传感器所面对的问题比上述专利的问题要大，这主要是由于燃料电池型传感器的两个电极都使用相对活性较高的电化学催化剂，这首先使得使用酶的好处不明显，酶本身也更容易被破坏。

尽管目前各种各样的关于酒精传感器的报道很多，使用酶制剂的形式也多种多样，但是都不出上述两种方法的范畴。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于乙醇氧化酶的电化学乙醇传感器及其制备方法。本发明的目的是通过以下技术方案来实现：