[发明专利]乳酸生物传感器

说明书

本发明属于生物传感器技术领域，具体涉及一种乳酸生物传感器，包括基体、碳工作电极、碳对电极、参比电极和乳酸传感膜，所述碳工作电极为氨基化的石墨印刷电极，所述乳酸传感膜由建立电子传递网络的乳酸氧化酶经双功能化学交联剂化学交联后在碳工作电极表面形成，所述建立电子传递网络的乳酸氧化酶由电化学活化的乳酸氧化酶经羧基化的纳米材料修饰制得。本发明采用乳酸氧化酶的电化学活化技术，使得乳酸氧化酶可以和电极进行直接的电子交换，能够提高乳酸动态检测的灵敏度、准确性、重现性、稳定性、专一性和抗干扰能力，并延长植入式持续乳酸监测系统的使用寿命，同时大大地降低乳酸生物传感器的成本。

技术领域

本发明属于生物传感器技术领域，具体涉及一种乳酸生物传感器。

背景技术

乳酸是葡萄糖在人体内无氧代谢过程中的最终产物，血液中乳酸的含量与一些疾病有直接的关系。其准确监测对于危重病人和手术患者的健康评估有重要意义。另外，在缺氧或过度疲劳状态下，乳酸会在人体内大量堆积。例如，人体血液中乳酸的正常值是1.2-2.7mmol/L，但在剧烈运动之后，人血液中的乳酸可以高达25mmol/L。因此，乳酸在体液和组织中的含量有效地反映人体局部组织是否缺氧或运动是否超负荷。若无法及时将其代谢，将会导致乳酸中毒，出现低血压、神志不清、木僵及昏迷等症状，甚至产生永久损伤。通过监测人体血液中的乳酸，可以科学地规划运动员的训练强度，达到最佳训练效果。市场上常用的乳酸检测仪是通过采集受试者指尖毛细血管里的血来实现的，若要较准确地监测乳酸浓度的变化，就必须非常频繁地采集指血，这给受试者带来很大的心理负担。因此，新的乳酸检测技术，特别是乳酸的动态持续检测技术，实现乳酸持续检监测，将会在生理健康和运动科学中起到非常的积极作用。

上世纪末发展起来的人工氧化还原媒介体技术(Acc.Chem.Res.23(1990)128-134)，目前已被广泛应用于生物传感器，特别是葡萄糖的动态持续检测，例如雅培糖尿病护理的FreeStyle Libre，此项技术也被应用到乳酸的动态持续检测中(美国专利US99149952)。由于这类检测是通过人工氧化还原媒介体对乳酸进行电化学检测，其灵敏度得到了显著的改善，但其线性范围和稳定性有待改善。另一方面其复杂的制作工艺、高成本、有限的线性范围和低稳定性给它的应用推广和商品化带来很多困难。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供了一种乳酸生物传感器，采用乳酸氧化酶的电化学活化技术，使得乳酸氧化酶可以和电极进行直接的电子交换(乳酸氧化酶的直接电化学)，能够提高乳酸动态检测的灵敏度、准确性、重现性、稳定性、专一性和抗干扰能力，并延长植入式持续乳酸监测系统的使用寿命，同时大大地降低乳酸生物传感器的成本。

按照本发明的技术方案，所述乳酸生物传感器，包括基体、碳工作电极、碳对电极、参比电极和乳酸传感膜，所述碳工作电极为氨基化的石墨印刷电极，所述乳酸传感膜由建立电子传递网络的乳酸氧化酶经双功能化学交联剂化学交联后在碳工作电极表面形成，所述建立电子传递网络的乳酸氧化酶由电化学活化的乳酸氧化酶经羧基化的纳米材料修饰制得。

进一步的，所述电化学活化的乳酸氧化酶由氧化还原小分子共价键合到乳酸氧化酶上制得。

进一步的，所述氧化还原小分子为带有游离氨基的金属络合物，所述金属为铜、铁、镍、钌和锇中的至少一种。

进一步的，所述双功能化学交联剂为戊二醛、1,4-丁二醇二缩水甘油醚、聚(二甲基硅氧烷)-二缩水甘油醚、四环氧丙基-4、4-二氨基二苯甲烷、聚乙二醇二縮水甘油醚或4-(2,3-环氧丙氧基)-N,N-二(2,3-环氧丙基)苯胺。

进一步的，所述羧基化的纳米材料为带有游离羧基的碳纳米管、金属纳米材料、导电玻璃纳米材料、导电高分子、纳米碳或石墨烯。

进一步的，所述乳酸传感膜的制备方法如下，

S1：将1-10mg/mL的乳酸氧化酶在含有3-8mol/L的盐酸胍的PBS缓冲溶液中于4℃培养8-24h，将乳酸氧化酶充分展开；