专利名称：一种葡萄糖检测传感器及其制备和使用方法
技术领域：
本发明涉及一种简便、快速、特异性的葡萄糖检测传感器及其制备和使用方法。
背景技术：
糖尿病是一种世界性流行疾病，四十岁以上的中年人患染率特别高，在日本，四十岁以上的人口中糖尿病患者占近10%。形成糖尿病的原因是身体中不能产生足够的胰岛素或细胞不回应胰岛素使人体产生很高的血糖，其并发症较多，包括心血管疾病、肾功能衰竭、失明等。因此，实现对人体血液中葡萄糖浓度简便、快速、特异性的检测对于治疗和控制糖尿病具有重要意义。其中，具有高灵敏度的葡萄糖检测材料和方法是血糖检测的重要研究部分。目前应用于检测葡萄糖的方法主要酶学比色法和电化学方法，最近在葡萄糖氧化酶和电极表面之间直接电子转移的电化学分析方法越来越弓I起人们的关注，但是该方法存在两个有待解决的问题首先，由于蛋白质绝缘外壳的存在使酶的电子转移变得困难；其次，直接吸附在电极表面的酶容易变性和失活，以上均不利于实现对葡萄糖简便、快速、特异性的检测。本发明基于一步电沉积法制备的葡萄糖检测传感器，使用电化学分析法实现了对葡萄糖简便、快速、特异性的检测。
发明内容
本发明的目的是提供一种简便、快速、环保的葡萄糖检测传感器及其一步电沉积制备的方法和使用方法。一种葡萄糖检测传感器，包括石墨烯、壳聚糖和葡萄糖氧化酶沉积修饰的玻碳电极为工作电极，钼片为对电极，甘汞电极为参比电极的三电极体系。所述的石墨烯、壳聚糖和葡萄糖氧化酶沉积修饰的玻碳电极的制备方法如下5mg 20mg氧化石墨加入到5mL 20mL O. 2wt%的壳聚糖溶液中，超声振荡3h 4h，获得氧化石墨烯-壳聚糖溶液；磁力揽拌速率200rpm 500rpm条件下，5mL 10mT, 4mg/mT, 10mg/mL葡萄糖氧化酶溶液和氧化石墨烯-壳聚糖溶液混合均匀，形成氧化石墨烯-壳聚糖-葡萄糖氧化酶溶液；氧化石墨烯-聚壳糖-葡萄糖氧化酶溶液在以玻碳电极为工作电极，钼片为对电极，甘汞电极为参比电极的三电极体系下，进行恒电位法电沉积，获得石墨烯、壳聚糖和葡萄糖氧化酶沉积修饰的玻碳电极。所述的恒电位法电沉积条件为沉积电位-O. 5V -I. 5V，沉积时间300s 500s。所述的玻碳电极在进行恒电位法电沉积前经过预处理玻碳电极在电沉积之前预先在麂皮上以O. 3 μ m和O. 05 μ m氧化铝粉末的糊状液抛光成“镜面”，用去离子水冲洗干净后分别用乙醇、超纯水超声波各清洗5min lOmin。将预处理后的玻碳电极经过以下过程后再进行恒电位法电沉积pH值为6 9、浓度为O. 02mol/L O. IOmoI/L的磷酸缓冲液中，于-O. 6V +0. 6V扫描电压之间，以O. 05V/S O. 2V/S扫描速度扫描2 8圈，直至获得的循环伏安曲线上一对氧化还原峰的电位差在 60mV 90mV ；恒电位法电沉积在磁力搅拌速率200rpm 500rpm条件下进行。上述的葡萄糖检测传感器的制备方法将石墨烯、壳聚 糖和萄糖氧化酶沉积修饰的玻碳电极作为工作电极，钼片作为对电极，甘汞电极作为参比电极，构成三电极体系，所述的石墨烯、壳聚糖和萄糖氧化酶沉积修饰的玻碳电极的制备方法如下(I) 5mg 20mg氧化石墨加入到5mL 20mL O. 2wt%的壳聚糖溶液中，超声振荡3h 4h，获得氧化石墨烯-壳聚糖溶液；磁力揽拌速率200rpm 500rpm条件下，5mL IOmL 4mg/mL 10mg/mL葡萄糖氧化酶溶液和氧化石墨烯-壳聚糖溶液混合均匀，形成氧化石墨烯-壳聚糖-葡萄糖氧化酶溶液；(2)玻碳电极在电沉积之前预先在麂皮上以O. 3 μ m和O. 05 μ m氧化铝粉末的糊状液抛光成“镜面”，用去离子水冲洗干净后分别用乙醇、超纯水超声波各清洗5min IOmin ；然后将玻碳电极经过以下过程后再进行恒电位法电沉积pH值为6 9、浓度为O. 02mol/L O. IOmoI/L的磷酸缓冲液中，于-O. 6V +0. 6V扫描电压之间，以O. 05V/s O. 2V/s扫描速度扫描2 8圈，直至获得的循环伏安曲线上一对氧化还原峰的电位差在6OmV 90mV ；(3)在磁力搅拌速率200rpm 500rpm条件下,步骤(I)得到的氧化石墨烯-壳聚糖-葡萄糖氧化酶溶液；在以步骤(2)处理得到的玻碳电极为工作电极，钼片为对电极，甘汞电极为参比电极的三电极体系中，使用电化学工作站进行恒电位法电沉积，沉积条件为沉积电位-O. 5V -1. 5V，沉积时间300s 500s ;石墨烯、壳聚糖和葡萄糖氧化酶被一步电沉积在玻碳电极表面上，获得石墨烯、壳聚糖和葡萄糖氧化酶沉积修饰的玻碳电极。上述的葡萄糖检测传感器的使用方法用磷酸缓冲液制备葡萄糖样品溶液；此后，再以石墨烯、壳聚糖和葡萄糖氧化酶沉积修饰的玻碳电极为工作电极，钼片为对电极，甘汞电极为参比电极的三电极体系下，使用电化学工作站；采用电流-时间响应工作方式，对不同标准浓度的葡萄糖进行检测，制作标准工作曲线，从而实现对葡萄糖的测定。上述使用方法中具体是将4mL 20mL、pH值为5 8、浓度为O. 03mol/L O. 20mol/L的磷酸缓冲液与4mmol 20mmol的葡萄糖混合,制备浓度为lmol/L的葡萄糖样品溶液；然后每次取O. 8 μ L I. 2 μ L上述制备好的lmol/L的葡萄糖样品溶液，连续加入到4mL 6mL、pH值为5 8、浓度为O. 03mol/L O. 20mol/L的磷酸缓冲液中进行测定；检测时，在磁力搅拌速率150rpm 400rpm条件下进行。检测条件为运用电压范围为O. 2V O. 7V。本发明原理如下之所以葡萄糖氧化酶可以在玻碳电极表面发生氧化还原反应，是因为其含有活性中心-黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)。在一定电压下，FAD可以得到两个电子将葡萄糖氧化为葡萄糖内酯，自身被还原为FADH2 ;还原态的FADH2又可以失去两个电子，重新被O2分子氧化为FAD。最后，通过对反应中产生的H2O2进行电化学检测，从而实现对葡萄糖特异性的定量分析(其机理如图2所示)。pH值为6 9、浓度为O. 02mol/L O. IOmoI/L的磷酸缓冲液用作支持电解液。电流-时间曲线在磁力搅拌速率150rpm 400rpm下，电压于+0. 2V +1. OV下检测电位测定修饰电极对葡萄糖溶液的响应电流。图3 :A，连续加入O. 2mM葡萄糖在石墨烯-壳聚糖-葡萄糖氧化酶修饰的玻碳电极上的电流响应图；B，加入不同浓度的葡萄糖可引起图谱上电流值发生改变 。干扰离子对本方法检测葡萄糖影响不大(如表I所示)。表I可能的干扰物对葡萄糖检测的影响
权利要求
1.一种葡萄糖检测传感器，其特征在于，包括石墨烯、壳聚糖和葡萄糖氧化酶沉积修饰的玻碳电极为工作电极，钼片为对电极，甘汞电极为参比电极的三电极体系。
2.根据权利要求I所述的葡萄糖检测传感器，其特征在于，所述的石墨烯、壳聚糖和葡萄糖氧化酶沉积修饰的玻碳电极的制备方法如下 .5mg 20mg氧化石墨加入到5mL 20mL O. 2wt%的壳聚糖溶液 中，超声振荡3h 4h,获得氧化石墨烯-壳聚糖溶液； 磁力搅拌速率200rpm 500rpm条件下，5mL IOmL 4mg/mL 10mg/mL葡萄糖氧化酶溶液和氧化石墨烯-壳聚糖溶液混合均匀，形成氧化石墨烯-壳聚糖-葡萄糖氧化酶溶液； 氧化石墨烯-聚壳糖-葡萄糖氧化酶溶液在以玻碳电极为工作电极，钼片为对电极，甘汞电极为参比电极的三电极体系下，进行恒电位法电沉积，获得石墨烯、壳聚糖和葡萄糖氧化酶沉积修饰的玻碳电极。
3.根据权利要求2所述的葡萄糖检测传感器，其特征在于，恒电位法电沉积条件为沉积电位-O. 5V -I. 5V，沉积时间300s 500s。
4.根据权利要求2所述的葡萄糖检测传感器，其特征在于，玻碳电极在进行恒电位法电沉积前经过预处理 玻碳电极在电沉积之前预先在麂皮上以O. 3 μ m和O. 05 μ m氧化铝粉末的糊状液抛光成“镜面”，用去离子水冲洗干净后分别用乙醇、超纯水超声波各清洗5min lOmin。
5.根据权利要求4所述的葡萄糖检测传感器，其特征在于，将预处理后的玻碳电极经过以下过程后再进行恒电位法电沉积pH值为6 9、浓度为O. 02mol/L O. 10mol/L的磷酸缓冲液中，于-O. 6V +0. 6V扫描电压之间，以O. 05V/s 02V/s扫描速度扫描2 8圈，直至获得的循环伏安曲线上一对氧化还原峰的电位差在60mV 90mV ； 恒电位法电沉积在磁力搅拌速率200rpm 500rpm条件下进行。
6.权利要求1-5任一项所述的葡萄糖检测传感器的制备方法，其特征在于， 将石墨烯、壳聚糖和萄糖氧化酶沉积修饰的玻碳电极作为工作电极，钼片作为对电极，甘汞电极作为参比电极，构成三电极体系，所述的石墨烯、壳聚糖和萄糖氧化酶沉积修饰的玻碳电极的制备方法如下 (1)5mg 20mg氧化石墨加入到5mL 20mL O. 2wt%的壳聚糖溶液中，超声振荡3h .4h，获得氧化石墨烯-壳聚糖溶液； 磁力搅拌速率200rpm 500rpm条件下，5mL IOmL 4mg/mL 10mg/mL葡萄糖氧化酶溶液和氧化石墨烯-壳聚糖溶液混合均匀，形成氧化石墨烯-壳聚糖-葡萄糖氧化酶溶液； (2)玻碳电极在电沉积之前预先在麂皮上以0.3 μ m和0. 05 μ m氧化铝粉末的糊状液抛光成“镜面”，用去离子水冲洗干净后分别用乙醇、超纯水超声波各清洗5min IOmin ;然后将玻碳电极经过以下过程后再进行恒电位法电沉积PH值为6 9、浓度为0. 02mol/L .0.IOmoI/L的磷酸缓冲液中，于-0. 6V +0. 6V扫描电压之间，以0. 05V/s 02V/s扫描速度扫描2 8圈,直至获得的循环伏安曲线上一对氧化还原峰的电位差在60mV 90mV ； (3)在磁力搅拌速率200rpm 500rpm条件下，步骤(I)得到的氧化石墨烯-壳聚糖-葡萄糖氧化酶溶液；在以步骤(2)处理得到的玻碳电极为工作电极，钼片为对电极，甘汞电极为参比电极的三电极体系中，使用电化学工作站进行恒电位法电沉积，沉积条件为沉积电位-O. 5V -1. 5V，沉积时间300s 500s ;石墨烯、壳聚糖和葡萄糖氧化酶被一步电沉积在玻碳电极表面上，获得石墨烯、壳聚糖和葡萄糖氧化酶沉积修饰的玻碳电极。
7.权利要求1-5任一项所述的葡萄糖检测传感器的使用方法，其特征在于， 用磷酸缓冲液制备葡萄糖样品溶液；此后，再以石墨烯、壳聚糖和葡萄糖氧化酶沉积修饰的玻碳电极为工作电极，钼片为对电极，甘汞电极为参比电极的三电极体系下，使用电化学工作站；采用电流-时间响应工作方式，对不同标准浓度的葡萄糖进行检测，制作标准工作曲线，从而实现对葡萄糖的测定。
8.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于， 将4mL 20mL、pH值为5 8、浓度为O. 03mol/L O. 20mol/L的憐酸缓冲液与4mmol 20mmol的葡萄糖混合,制备浓度为lmol/L的葡萄糖样品溶液； 每次取O. 8 μ L I. 2 μ L上述制备好的lmol/L的葡萄糖样品溶液，连续加入到4mL 6mL、pH值为5 8、浓度为O. 03mol/L O. 20mol/L的磷酸缓冲液中进行测定。
9.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于， 检测时，在磁力搅拌速率150rpm 400rpm条件下进行。
10.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于， 检测条件为运用电压范围为O. 2V O. 7V。
全文摘要
本发明公开了一种葡萄糖检测传感器及其制备和使用方法，该传感器包括石墨烯、壳聚糖和葡萄糖氧化酶沉积修饰的玻碳电极为工作电极，铂片为对电极，甘汞电极为参比电极的三电极体系。检测时以石墨烯、壳聚糖和葡萄糖氧化酶沉积修饰的玻碳电极为工作电极，铂片为对电极，甘汞电极为参比电极的三电极体系下，使用电化学工作站，对葡萄糖含量进行测定。与传统方法相比，具有更高灵敏度和特异性，检测限低至4.0×10-7mol/L；同时，葡萄糖传感器制备简单、性能稳定且可重复利用、样品检测时间短、操作方便。
文档编号G01N27/36GK102636540SQ20121011643
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者刘承斌, 杨善丽, 梁杰生, 罗胜联, 路珍珍 申请人:湖南大学