一種糖尿病生物傳感器
2024-04-14 21:54:05 2
1.本發明涉及生物傳感器技術領域，具體涉及一種糖尿病生物傳感器。
背景技術：
2.生化檢驗的指標是各類疾病的重要診斷指標，可以反映出人體代謝情況及受損程度，為治療提供參考依據，同時隨著人們生活方式和飲食習慣的改變，我國糖尿病發病率也呈上升趨勢，據最新文獻顯示，我國糖尿病患病率已達15.6％，生化監測中對血糖的監測也成為了較為常見的項目，而血糖控制的前提便是對血糖水平進行準確的檢測，故而選擇合適的血糖檢測儀器和檢測方法尤為重要。
3.生物傳感器由兩個主要部分組成即生物識別元件和信號轉換器，生物識別元件是指具有分子識別能力，能與待測物質發生特異性反應的生物活性物質，如酶、抗原、抗體、核酸、細胞、組織等。信號轉換器主要功能是將生物識別作用轉換為可以檢測的信號，目前常用的有電化學、光學、熱和質量分析幾種方法。其中，電化學方法就是一種最為理想的檢測方法。
4.血糖監測的方法也在不斷優化，目前主要的血糖監測器包括快速血糖儀和生化儀，醫院中主要採用全自動生化對血糖進行檢測。然而，現有的血糖檢測儀存在靈敏度低、無法注射藥液等缺陷。
技術實現要素：
5.針對現有技術中存在的問題，本發明提供了一種糖尿病生物傳感器，該糖尿病生物傳感器能夠連續動態監測血糖濃度，並根據血糖濃度，實時自動調節胰島素的注射量，以穩定糖尿病患者體內血糖濃度。
6.為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：
7.一種糖尿病生物傳感器，該生物傳感器包括多孔聚合物膜，所述多孔聚合物膜兩側均設置有不透水膜，其中一側的所述不透水膜上設置有第一電極，另一側的所述不透水膜上設置有第二電極，所述第一電極與第二電極表面均設置有酶層，所述酶層表面設置有酶保護層。
8.優選的，所述多孔聚合物膜採用介孔聚合物製成，所述介孔聚合物為聚甲基丙烯酸縮水甘油酯與聚乙二醇的混合物、或者聚乙烯醇。
9.優選的，所述不透水膜選自商用膜或自製而成；
10.當不透水膜選自商用膜時，在一個商用膜基底上採用旋轉塗布法或浸塗法製作多孔聚合物膜，在多孔聚合物膜的另一側貼合不透水膜，並乾燥；
11.當不透水膜為自製膜時，採用製作不透水膜的聚合物水溶液旋轉塗布形成第一層不透水膜，之後進行乾燥；然後旋轉塗布另一層不透水膜聚合物液體，之後進行乾燥，然後再進行酶層設置過程；
12.酶層和保護層的製造方法，可採用在電極上滴加酶層和保護層液體覆蓋整體電
極、或者旋轉塗布酶層和保護層液體覆蓋整體電極、或者列印酶層和保護層液體在電極的部分或整體。
13.優選的，所述多孔聚合物膜的長度為0.5mm-15mm，多孔聚合物膜的寬度為100μm-2mm，多孔聚合物膜的厚度為100μm-1mm。
14.優選的，所述不透水膜採用聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚氨酯、熱塑性聚氨酯、聚醯亞胺、玻璃纖維、絲素蛋白、殼聚糖、聚乳酸、矽膠、橡膠、乳膠、熱塑性彈性體、全氟乙烯丙烯共聚物製成。
15.優選的，所述第一電極為工作電極；第二電極為參比電極/對電極，第一電極與第二電極共同組成雙電極體系組成的雙電極體系；
16.雙電極體系採用微納加工法或絲網印刷法製成：
17.雙電極體系的微納加工方法如下：
18.(1)工作電極：微納加工方法蒸鍍或者濺射，得到納米層的金或者鉑，然後在上面電鍍產生普魯士藍層，得到了金/普魯士藍電極，或者鉑/普魯士藍電極；
19.(2)參比/對電極：濺射、或者蒸鍍產生銀電極，然後在氯化鐵溶液中部分銀通過化學反應生成氯化銀，得到了銀/氯化銀電極；
20.雙電極體系的絲網印刷法如下：
21.(1)工作電極：絲網印刷金複合漿料、鉑複合漿料、碳複合漿料；
22.(2)參比/對電極：絲網印刷銀/氯化銀複合漿料。
23.優選的，所述第一電極採用碳複合材料、或金複合材料、或鉑複合材料製成，所述第二電極採用銀/氯化銀製成。
24.優選的，所述酶層與固定劑固定於第一電極表面，固定劑為戊二醛、或殼聚糖、或全氟磺酸樹脂；
25.所述酶保護層為聚合物複合材料或者多層材料，聚合物複合材料為聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氨酯中的一種或多種。
26.優選的，所述酶層直接添加於第一電極表面；
27.所述酶保護層與酶層之間設置有固定劑層，酶保護層為多層材料，多層材料為戊二醛、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氨酯中的一種或多種。
28.本發明的有益效果為：
29.多孔聚合物膜具有多孔洞特點，便於藥物液體穿透，而多孔聚合物膜兩側的不透水膜具有不透水的特性，多孔聚合物膜、不透水膜、第一電極以及第二電極共同組成一個夾心傳感器，能夠檢測皮下組織液中的葡萄糖濃度，使得葡萄糖在葡萄糖氧化酶的作用下生成過氧化氫。在工作電極(相對於參比電極/對電極)上施加恆定的電壓，過氧化氫在工作電極上產生電子得失後，產生電流信號變化，被電路板或晶片檢測，從而使得該生物傳感器能夠對血糖濃度進行快速、連續測量。此外，該生物傳感器還能夠作為儲存藥物的器具，便於使用該生物傳感器向血糖濃度高的患者體內注射胰島素，以控制血糖水平。
附圖說明
30.圖1是本發明實施例1的整體結構示意圖；
31.圖2是本發明實施例3的整體結構示意圖；
32.圖3、4、5、6均是本發明實施例1的流程圖；
33.圖7是本發明實施例6的流程圖；
34.圖8本發明實施例7的流程圖；
35.圖9本發明實施例8的流程圖；
36.圖10本發明實施例9的流程圖。
37.圖中：1、多孔聚合物膜；2、不透水膜；3、第一電極；4、第二電極；5、酶層；6、酶保護層；7、固定劑層。
具體實施方式
38.為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
39.實施例1
40.如圖1、圖3和圖5所示，本實施例公開了一種糖尿病生物傳感器，該生物傳感器包括多孔聚合物膜1，多孔聚合物膜1兩側均設置有不透水膜2，其中一側的不透水膜2上設置有第一電極3，另一側的不透水膜2上設置有第二電極4，第一電極3表面設置有酶層5，酶層5表面設置有酶保護層6。酶層5與固定劑混合於第一電極3表面，固定劑為戊二醛。酶保護層6為聚合物複合材料或者多層材料，聚合物複合材料為聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氨酯中的一種或多種。
41.在本實施例中，多孔聚合物膜1採用如聚甲基丙烯酸縮水甘油酯與聚乙二醇的混合物、或者聚乙烯醇的介孔聚合物製成，多孔聚合物膜1和不透水膜2均可採用旋轉塗或浸塗法布法製造而成，不透水膜2亦可選自市售產品。其中，多孔聚合物膜1的長度為0.5mm-15mm，多孔聚合物膜1的寬度為100μm-2mm，多孔聚合物膜1的厚度為100μm-1mm。
42.不透水膜2採用聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚氨酯、熱塑性聚氨酯、聚醯亞胺、玻璃纖維、絲素蛋白、殼聚糖、聚乳酸、矽膠、橡膠、乳膠、熱塑性彈性體、全氟乙烯丙烯共聚物製成，具有不透水的特性，使得孔聚合物膜、不透水膜2、第一電極3以及第二電極4共同組成一個夾心傳感器。
43.具體的，不透水膜2選自商用膜或自製而成。
44.圖5和圖6中，當不透水膜2選自商用膜時，在一個商用膜基底上採用旋轉塗布法或浸塗法製作多孔聚合物膜1，在多孔聚合物膜1的另一側貼合不透水膜，並乾燥；
45.當不透水膜2為自製膜時，採用製作不透水膜2的聚合物水溶液旋轉塗布形成第一層不透水膜2，之後進行乾燥；然後旋轉塗布另一層不透水膜2聚合物液體，之後進行乾燥，然後再進行酶層5設置過程；
46.酶層5和保護層的製造方法，可採用在電極上滴加酶層5和保護層液體覆蓋整體電極、或者旋轉塗布酶層5和保護層液體覆蓋整體電極、或者列印酶層5和保護層液體在電極的部分或整體。
47.第一電極3為工作電極，第二電極4為參比電極/對電極，第二電極4同時具有參比電極和對電極的功能，第一電極3和第二電極4共同組成雙電極體系組成的雙電極體系。
48.在本實施例中，雙電極體系採用微納加工方法製成，步驟如下：
49.(1)工作電極：微納加工方法蒸鍍或者濺射，得到納米層的金或者鉑，然後在上面電鍍產生普魯士藍層，得到了金/普魯士藍電極，或者鉑/普魯士藍電極；
50.(2)參比/對電極：濺射、或者蒸鍍產生銀電極，然後在氯化鐵溶液中部分銀通過化學反應生成氯化銀，得到了銀/氯化銀電極。
51.其中，第一電極3採用碳複合材料、或金複合材料、或鉑複合材料製成，第二電極4採用銀/氯化銀製成。
52.多孔聚合物膜1具有多孔洞特點，便於藥物液體穿透，而多孔聚合物膜1兩側的不透水膜2具有不透水的特性，多孔聚合物膜1、不透水膜2、第一電極3以及第二電極4共同組成一個夾心傳感器，能夠檢測皮下組織液中的葡萄糖濃度。葡萄糖在葡萄糖氧化酶的作用下生成過氧化氫，在工作電極上(相對於參比電極/對電極)施加恆定的電壓，過氧化氫在工作電極上產生電子得失後，產生工作電極上電流信號變化，被電路板或晶片檢測，從而使得該生物傳感器能夠對血糖濃度進行快速、連續測量。此外，該生物傳感器還能夠作為注射藥物的器具，便於使用該生物傳感器向血糖濃度高的患者體內注射胰島素，以控制血糖水平。
53.實施例2
54.本實施例與實施例1之間的區別僅在於：雙電極體系採用絲網印刷法製成，步驟如下：
55.(1)工作電極：絲網印刷金複合漿料、或鉑複合漿料、或碳複合漿料；
56.(2)參比/對電極：絲網印刷銀/氯化銀複合漿料。
57.實施例3
58.如圖2、4、6、8、10所示，本實施例與實施例1之間的區別僅在於：酶層5直接添加於第一電極3表面，酶保護層6與酶層5之間設置有固定劑層7，酶保護層6為多層材料，多層材料為戊二醛、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氨酯中的一種或多種。
59.實施例4
60.本實施例基於實施例1，公開了一種糖尿病生物傳感器在其它疾病中的應用，採用此方法對其它需要注射藥劑的疾病進行注射。
61.實施例5
62.本實施例與實施例1之間的區別僅在於：固定劑選用殼聚糖或全氟磺酸樹脂。
63.實施例6
64.圖7中，本實施例公開了一種糖尿病生物傳感器的製作方法，包括如下步驟：在不透水膜表面採用微納加工方法或絲網印刷方法製作第一和第二電極，之後進行乾燥，採用旋轉塗布法或浸塗法製作多孔聚合物膜，之後進行乾燥，旋轉塗布另一層不透水膜聚合物液體，之後進行乾燥，在第一電極表面固定酶層與固定劑混合物，在酶層表面固定酶保護層。
65.實施例7
66.圖8中，本實施例公開了一種糖尿病生物傳感器的製作方法，與實施例6相比，區別僅在於：最後兩個步驟替換為：在第一電極表面固定酶層，在酶層表面固定固定劑層，在固定劑層表面固定酶保護層。
67.實施例8
68.圖9中，本實施例公開了一種糖尿病生物傳感器的製作方法，包括如下步驟：旋轉塗布不透水膜聚合物的液體，乾燥後獲得不透水膜，旋轉塗布多孔膜聚合物液體，乾燥後獲得多孔膜，旋轉塗布不透水膜聚合物的液體，乾燥後獲得另外一層不透水膜，在不透水膜表面採用微納加工方法或絲網印刷法製作第一和第二電極，在第一電極表面固定酶層與固定劑混合物，在酶層表面固定酶保護層。
69.實施例9
70.圖10中，公開了一種糖尿病生物傳感器的製作方法，與實施例8相比，區別僅在於：最後兩個步驟替換為：在第一電極表面固定酶層，在酶層表面固定固定劑層，在固定劑層表面固定酶保護層。
71.以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。