一種定向碳納米管修飾的全血葡萄糖生物傳感器的製作方法

2023-09-22 15:36:45 2

專利名稱：一種定向碳納米管修飾的全血葡萄糖生物傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種生物傳感器，特別涉及一種定向碳納米管修飾的全血葡萄糖生物傳感器。
背景技術：
定向碳納米管修飾的全血葡萄糖生物傳感器是一種利用生物分子作為敏感元件來快速、準確、方便地測量血液等液體中葡萄糖含量的生物傳感器，應用這種傳感器測量人體血液中葡萄糖含量用於揭示糖尿病的嚴重程度，用於指導糖尿病患者正確服用降糖藥物和監控血糖水平，用於測量運動員葡萄糖的濃度，可以科學地控制運動員訓練強度，達到最佳訓練效果。
中國專利CN 99249332.3中，提出一種葡萄糖氧化酶的固定方法，使用納米二氧化鈦膏狀物固定葡萄糖氧化酶，並用作電子中介體，該發明可多次使用，但沒有就多次使用過程中酶活性保持、酶體脫落的問題提出解決方案；二氧化鈦在此處的使用並不是因其電子傳遞效果而是更多地關注了它對酶體的粘附固定作用，單就電子中介體而言，不比鐵氰化鉀優良，解決不了電極靈敏度不夠、準確性不高的問題。中國專利CN 1219676A介紹了一種一次性雙電子中介體雙酶生物傳感器，用來檢測血液中的膽固醇、葡萄糖等，但這種傳感器需要氧的參與，容易受血液中氧含量變化的幹擾。

發明內容
本發明的目的在於提供一種定向碳納米管修飾的全血葡萄糖生物傳感器，通過在底板上沉積Co粒子和在電極上定向生長碳納米管來提高反應層中電子到達電極的速度，降低生物傳感器的工作電壓，顯著提高全血生物傳感器對葡萄糖濃度的響應靈敏度。
一種定向碳納米管修飾的全血葡萄糖生物傳感器，包括底板1、電極2、腔體3、反應層4、蓋板5，其特徵在於底板1是其表面經陽極氧化處理形成Al2O2絕緣層的鋁板，且採用電化學方法在Al2O3絕緣層的縱向微孔內沉積作為定向碳納米管生長起催化作用的Co粒子；電極2是用真空濺射法在底板1上形成的Au電極，腔體3是用塑料薄膜覆蓋在電極2周圍圍成的，在其一個側壁上開有一個進樣用的毛細孔3a，反應層4布置在腔體3內，其底層是用作第二電子中介體的定向碳納米管層4a，該定向碳納米管層採用化學氣相沉積法得到，定向生長時間為5分鐘，超聲切斷時間為4～8小時，其上層滴加葡萄糖氧化酶以及作為第一電子中介體用的試劑、穩定劑、緩衝液組成的混合物4b，並乾燥；蓋板5是覆蓋在腔體3上的塑料薄膜，其上開有一個通氣孔；反應層4中含葡萄糖氧化酶1～2個活力單位，試劑選用鐵氰化鉀、亞甲基蘭、普魯士蘭中的一種，其含量為40～200ug，穩定劑選用海藻糖、甲殼素、絲素蛋白、牛血清白蛋白中的一種，其含量為20～80ug，緩衝液為磷酸緩衝液，其PH值為6.0～7.0，含量為60～240ug。
同現有技術比較，本發明具有如下突出優點1)以反應層中修飾的定向碳納米管作為第二電子中介體，同時利用第一電子中介體鐵氰化鉀的還原物亞鐵氰化鉀將電子傳遞給碳納米管，在較低的工作電壓下，電子能快速有效地到達電極，從而顯著提高全血生物傳感器對葡萄糖濃度的響應靈敏度；2)定向碳納米管可以有效的提高酶的活性，促使反應快速進行；3)定向碳納米管中的納米管道可有效地存儲結晶水，有利於提高酶的保存期和穩定性；4)傳感器的工作電壓由500mv降為300mv；5)腔體的進樣孔位於傳感器的側翼，手指夾持電極 兩側時不會引起傳感器變形，吸入腔體內的血液量穩定，所用的血液量僅為2μl，且無需對血樣進行預處理。


圖1為定向碳納米管修飾的全血葡萄糖生物傳感器的結構示意圖。
圖2為定向碳納米管修飾的全血葡萄糖生物傳感器的部件俯視圖，圖中陰影部分為Co粒子。
圖3為電極的循環伏安曲線圖，圖中A為本傳感器的循環伏安曲線，B為現有傳感器的循環伏安曲線。表明有作為第二電子中介體的定向碳納米管的存在，改善了鐵氰化鉀反應的可逆性，亞鐵氰化鉀很容易將電子傳遞給定向碳納米管。
圖4為本傳感器對血液中葡萄糖含量的電流響應關係圖，圖中C為本傳感器電流響應關係，D為現有傳感器的電流響應關係。表明有定向碳納米管的存在，傳感器的響應靈敏度得到顯著提高和改善。
具體實施例方式
實施例1一種定向碳納米管修飾的全血葡萄糖生物傳感器，底板1是其表面經陽極氧化處理形成Al2O2絕緣層的鋁板，且採用電化學方法在Al2O3絕緣層的縱向微孔內沉積作為定向碳納米管生長起催化作用的Co粒子；電極2是用真空濺射法在底板1上形成的Au電極，腔體3是用塑料薄膜覆蓋在電極2周圍圍成的，在其一個側壁上開有一個進樣用的毛細孔3a，反應層4布置在腔體3內，其底層是用作第二電子中介體的定向碳納米管層4a，該定向碳納米管層採用化學氣相沉積法得到，定向生長時間為5分鐘，超聲切斷時間為4小時，其上層滴加葡萄糖氧化酶以及作為第一電子中介體的試劑、穩定劑、緩衝液組成的混合物4b，並乾燥；蓋板5是覆蓋在腔體3上的塑料薄膜，其上開有一個通氣孔。反應層4中含葡萄糖氧化酶1個活力單位，試劑選用鐵氰化鉀、亞甲基蘭、普魯士蘭中的一種，其含量為40ug，穩定劑選用海藻糖、甲殼素、絲素蛋白、牛血清白蛋白中的一種，其含量為20ug，緩衝液為磷酸緩衝液，其PH值為6.0，含量為60ug。沉積的Co粒子是用濃度為60g/l的CoSO4·7H2O溶液和濃度為3.5g/l的H3BO3溶液配成電解液，控制其配比，使電解液PH值為3.1，採用電化學法將Co粒子沉積在Al2O3絕緣層上。
實施例2一種定向碳納米管修飾的全血葡萄糖生物傳感器，底板1是其表面經陽極氧化處理形成Al2O2絕緣層的鋁板，且採用電化學方法在Al2O3絕緣層的縱向微孔內沉積作為定向碳納米管生長起催化作用的Co粒子；電極2是用真空濺射法在底板1上形成的Au電極，腔體3是用塑料薄膜覆蓋在電極2周圍圍成的，在其一個側壁上開有一個進樣用的毛細孔3a，反應層4布置在腔體3內，其底層是用作第二電子中介體的定向碳納米管層4a，該定向碳納米管層採用化學氣相沉積法得到，定向生長時間為5分鐘，超聲切斷時間為8小時，其上層滴加葡萄糖氧化酶以及作為第一電子中介體的試劑、穩定劑、緩衝液組成的混合物4b，並乾燥；蓋板5是覆蓋在腔體3上的塑料薄膜，其上開有一個通氣孔。反應層4中含葡萄糖氧化酶2個活力單位，試劑選用鐵氰化鉀、亞甲基蘭、普魯士蘭中的一種，其含量為200ug，穩定劑選用海藻糖、甲殼素、絲素蛋白、牛血清白蛋白中的一種，其含量為80ug，緩衝液為磷酸緩衝液，其PH值為7.0，含量為240ug。沉積的Co粒子是用濃度為60g/l的CoSO4·7H2O溶液和濃度為3.5g/l的H3BO3溶液配成電解液，控制其配比，使電解液PH值為3.7，採用電化學法將Co粒子沉積在Al2O3絕緣層上。
權利要求
1.一種定向碳納米管修飾的全血葡萄糖生物傳感器，包括底板(1)、電極(2)、腔體(3)、反應層(4)、蓋板(5)，其特徵在於底板(1)是其表面經陽極氧化處理形成Al2O2絕緣層的鋁板，且採用電化學方法在Al2O3絕緣層的縱向微孔內沉積作為定向碳納米管生長起催化作用的Co粒子；電極(2)是用真空濺射法在底板(1)上形成的Au電極，腔體(3)是用塑料薄膜覆蓋在電極(2)周圍圍成的，在其一個側壁上開有一個進樣用的毛細孔(3a)，反應層(4)布置在腔體(3)內，其底層是用作第二電子中介體的定向碳納米管層(4a)，該定向碳納米管層採用化學氣相沉積法得到，定向生長時間為5分鐘，超聲切斷時間為4～8小時，其上層滴加葡萄糖氧化酶以及作為第一電子中介體的試劑、穩定劑、緩衝液組成的混合物(4b)，並乾燥；蓋板(5)是覆蓋在腔體(3)上的塑料薄膜，其上開有一個通氣孔；反應層(4)中含葡萄糖氧化酶1～2個活力單位，試劑選用鐵氰化鉀、亞甲基蘭、普魯士蘭中的一種，其含量為40～200ug，穩定劑選用海藻糖、甲殼素、絲素蛋白、牛血清白蛋白中的一種，其含量為20～80ug，緩衝液為磷酸緩衝液，其PH值為6.0～7.0，含量為60～240ug。
全文摘要
本發明提供了一種定向碳納米管修飾的全血葡萄糖生物傳感器，其特徵是反應層的底層是作為第二電中介體的定向碳納米管，其上層是葡萄糖氧化酶以及用作第一電子中介體的試劑、穩定劑、緩衝液組成的混合物。同現有技術比較，本發明的優點是本傳感器對葡萄糖濃度的響應靈敏度顯著提高，傳感器的工作電壓從500mv降低到300mv，所用的血樣是無需經過預處理的全血，且用血量只需2μl。
文檔編號G01N27/26GK1648649SQ20051004928
公開日2005年8月3日 申請日期2005年1月31日 優先權日2005年1月31日
發明者陳裕泉, 潘敏, 陳文菊, 陳金霞 申請人:浙江大學