[发明专利]基于微电极生物传感技术的植物在线葡萄糖检测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及电化学领域，具体地说，涉及一种基于微电极生物传感技术的植物在线葡萄糖检测方法及装置。

背景技术

葡萄糖为单糖，是含醛基的已糖。它广泛存在于植物体内，是一些糖类(如蔗糖、麦芽糖、淀粉、纤维素等)的主要组成成分，是植物体内的主要能源物质。葡萄糖是光合作用的产物，又是呼吸作用的底物，它为植物的生长发育提供能量，并能增强植物抗逆性。葡萄糖的代谢是整个植物代谢的中心，它沟通了蛋白质、脂类及次级产物等的代谢。

目前在植物生理研究中，葡萄糖检测多采用比色法，DNS试剂还原糖测定法，液相色谱法等。这类方法需对植物材料进行离体取样，通过检测浸提液中葡萄糖浓度推算出植株体内的含量，对样品提取纯度要求较高，其样品处理复杂且耗时长，且获得的是植物体内某一时刻的浓度，无法进行动态分析、长期跟踪监测。

为了实现对植物生长发育和环境适应性研究，需进行活体原位动态的检测，目前市场上的葡萄糖活体检测产品主要针对动物或人体，由于植物体具有叶片薄、组织液少、茎秆木质化等特点，上述检测产品无法直接应用于植物体，因此亟待开发针对植物组织的葡萄糖在线检测方法及装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于微电极生物传感技术的植物在线葡萄糖检测方法及装置。

为了实现本发明目的，本发明的一种基于微电极生物传感技术的植物在线葡萄糖检测方法，该方法是将葡萄糖氧化酶微电极插入待测植物组织中(约5-20mm)，连接电化学工作站进行循环伏安扫描，实现对植物组织进行在线葡萄糖检测。

前述的方法，还包括检测前选取若干浓度的葡萄糖标准溶液进行微电极检测，根据葡萄糖浓度与电流关系获得微电极检测葡萄糖工作曲线，并利用已知标准浓度的葡萄糖溶液对微电极和电化学工作站进行校正的步骤。

上述方法中涉及的葡萄糖氧化酶微电极，所述微电极长5-8cm，其尖端部分长3-10mm；所述微电极的基底电极材料为硅片，所述微电极具有三电极体系，包含Ag/AgCl参比电极，铂对电极以及由葡萄糖氧化酶修饰的金工作电极。

其中，硅片基底1的尖端上顺次设置有金工作电极2、Ag/AgCl参比电极3、铂对电极4；硅片基底的另一端较宽，其上设置连接元件5，分别对应于上述三个电极。(图1)

硅片基底的长度为4～6cm，厚度为0.5～2mm，尖端部分长度为3～20mm；响应时间最短为30s，最低检测限为0.06mmol/L，线性范围为0.01-10mmol/L，葡萄糖溶液浓度与响应峰电流的线性相关性系数为0.997。

检测时，用电化学工作站连接微电极阵列中的连接元件5，通过电化学工作站循环伏安法检测电流，再将电流数据换算为浓度数据。

采用蚀刻技术和电沉积技术在硅片基底1上制备所述微电极(微电极阵列)，制备方法包括以下步骤：

1)通过电化学沉积将微电极导电部分分别修饰成镀铂对电极、Ag/AgCl参比电极以及镀金工作电极；

2)用金相砂纸打磨镀金工作电极至光滑，用去离子水并超声洗净；

3)然后将微电极置于0.5M硫酸溶液中于-0.2～1.6V条件下进行循环伏安扫描得到标准的循环伏安谱图，表明电极表面已干净；

4)配制10mML-半胱氨酸溶液，滴涂于镀金工作电极表面，在室温、湿度100％条件下修饰至少18h，然后用去离子水洗净，得到修饰的金电极；

5)将粒径为8～20nm的纳米金溶胶与碳纳米管分散液超声混合配制含8-20％纳米金的碳纳米管分散液，将分散液滴涂于步骤4)修饰的金电极上，在室温、湿度100％条件下修饰至少18h，然后用去离子水洗净，得到修饰的金电极；

6)将葡萄糖氧化酶超声溶解在浓度50～80％的壳聚糖溶液中，制成葡萄糖氧化酶浓度为0.1～2mol/L的溶液，将所述溶液滴涂于步骤5)修饰的金电极上，在2～5℃、湿度100％下修饰至少24h，然后用去离子水洗净，得到由葡萄糖氧化酶修饰的金工作电极，于2～5℃储存。

采用上述方法制备的微电极中包含的金工作电极的修饰结构示意图见图2。

本发明进一步提供用于实现上述基于微电极生物传感技术的植物在线葡萄糖检测方法的装置，所述装置包括电化学工作站以及所述的葡萄糖氧化酶微电极，二者之间通过导线连接。