一种可重复使用的柔性酶葡萄糖传感器

本发明涉及一种可重复使用的柔性酶葡萄糖传感器。

背景技术：

1、葡萄糖是人体最重要的碳水化合物。根据世卫组织，大约有340万人死于高血糖，目前全世界有1.43亿人患有糖尿病。生物流体中葡萄糖的异常(较高)水平会导致一些严重的并发症，例如失明、心脏病、高血压和肾衰竭。因此，葡萄糖传感器在糖尿病诊断，食品工业和生物技术中具有重要作用。持续监测血糖水平对其诊断和治疗是十分必要的。

2、虽然近年来电化学葡萄糖传感器大量出现，但是这些新型材料在检测葡萄糖时表现出一定的缺点，如无酶葡萄糖传感器的氧化选择性并没有酶电极传感器的选择性好，当样品中存在大量的抗坏血酸和尿素时也会有相应的响应电流。同时由于葡萄糖氧化酶容易失活，所以传感器的稳定性也是酶传感器的挑战。

技术实现思路

1、基于上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供一种具有高灵敏度和稳定性的可重复使用的柔性酶葡萄糖传感器。

2、为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种可重复使用的柔性酶葡萄糖传感器，其特点在于：所述柔性酶葡萄糖传感器包括柔性基底和配置在柔性基底上的电极系统；所述电极系统包括工作电极、对电极和参比电极；在所述工作电极上修饰有功能层，所述功能层由β-环糊精/羧基碳纳米管复合材料与金纳米粒子相互交错、支撑而成；在所述功能层上还修饰有壳聚糖固定化酶。

4、进一步地，所述功能层是首先通过滴涂法将β-环糊精和羧基碳纳米管的混合溶液修饰在工作电极表面，再使用电沉积法将金纳米粒子修饰在羧基碳纳米管上，从而获得。

5、进一步地，所述壳聚糖固定化酶是通过在功能层上滴涂葡萄糖氧化酶与壳聚糖的混合溶液而形成。

6、进一步地，所述β-环糊精/羧基碳纳米管复合材料中羧基碳纳米管和β-环糊精的质量比为1：0.3-3。

7、进一步地，所述柔性基底采用聚对苯二甲酸乙二醇酯pet。

8、进一步地：所述对电极和所述工作电极通过在柔性基底上印刷导电碳浆而形成，所述参比电极通过在柔性基底上印刷导电银浆而形成。

9、进一步地，所述工作电极的修饰方法为：

10、步骤1、将β-环糊精和羧基碳纳米管加入到乙醇溶液中，超声混合均匀，所得混合溶液滴涂在活化后的工作电极表面，干燥后再滴加nafion乙醇混合溶液，形成β-环糊精/羧基碳纳米管复合材料修饰的工作电极。由于环糊精和羧基碳纳米管复合材料是亲水性的，沉积金时使用的是金酸溶液，为防止在沉积过程复合材料脱落，所以滴加nafion，可以形成选择性透过膜不影响沉积的同时也解决了材料脱落的问题。

11、步骤2、将步骤1所得β-环糊精/羧基碳纳米管复合材料修饰的工作电极在氯金酸溶液中进行电沉积，使羧基碳纳米管上修饰金纳米粒子，获得包含β-环糊精/羧基碳纳米管复合材料与金纳米粒子多级结构的电极材料；氯金酸溶液的浓度为3～5mm，电沉积的电压范围在-0.3～-0.05v之间，沉积时间范围在10～60min之间。

12、步骤3、将葡萄糖氧化酶分散到壳聚糖溶液中并超声分散均匀，然后将所得混合溶液滴涂在步骤2制备的电极表面，即得到修饰后的工作电极。壳聚糖溶液的ph值在4.2～6.3之间、质量浓度为0.1～1.0％，所得混合溶液中葡萄糖氧化酶的浓度为15～30mg/ml。

13、与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

14、1、本发明将β-环糊精、羧基碳纳米管与金纳米粒子引入工作电极中，β-环糊精分散的羧基碳纳米管提供了更多的活性位点，同时金纳米粒子对羧基具有亲和性，使更多的金纳米粒子沉积在电极表面，提高了传感过程的电子转移速率和导电性。

15、2、β-环糊精-羧基碳纳米管-金纳米粒子-壳聚糖复合材料可起到承载酶、增强或保持酶活性、增加电子传递性能等作用，提高了传感器的灵敏度和稳定性，以使传感器可重复使用。利用本发明制备的电化学葡萄糖传感器能够特异性检测葡萄糖，能排除干扰物质尿素和抗坏血酸对葡萄糖检测的影响，且可重复使用，即使在2个月内使用多次，其电流响应仍然保持良好。

技术特征：

1.一种可重复使用的柔性酶葡萄糖传感器，其特征在于：所述柔性酶葡萄糖传感器包括柔性基底和配置在柔性基底上的电极系统；所述电极系统包括工作电极、对电极和参比电极；在所述工作电极上修饰有功能层，所述功能层由β-环糊精/羧基碳纳米管复合材料与金纳米粒子相互交错、支撑而成；在所述功能层上还修饰有壳聚糖固定化酶。

2.根据权利要求1所述的柔性酶葡萄糖传感器，其特征在于：所述功能层是首先通过滴涂法将β-环糊精和羧基碳纳米管的混合溶液修饰在工作电极表面，再使用电沉积法将金纳米粒子修饰在羧基碳纳米管上，从而获得。

3.根据权利要求1所述的柔性酶葡萄糖传感器，其特征在于：所述壳聚糖固定化酶是通过在功能层上滴涂葡萄糖氧化酶与壳聚糖的混合溶液而形成。

4.根据权利要求1或2所述的柔性酶葡萄糖传感器，其特征在于：所述β-环糊精/羧基碳纳米管复合材料中羧基碳纳米管和β-环糊精的质量比为1：0.3-3。

5.根据权利要求1所述的柔性酶葡萄糖传感器，其特征在于：所述柔性基底采用聚对苯二甲酸乙二醇酯pet。

6.根据权利要求1所述的柔性酶葡萄糖传感器，其特征在于：所述对电极和所述工作电极通过在柔性基底上印刷导电碳浆而形成，所述参比电极通过在柔性基底上印刷导电银浆而形成。

7.根据权利要求1所述的柔性酶葡萄糖传感器，其特征在于，所述工作电极的修饰方法为：

8.根据权利要求7所述的柔性酶葡萄糖传感器，其特征在于：步骤2中，氯金酸溶液的浓度为3～5mm，电沉积的电压范围在-0.3～-0.05v之间，沉积时间范围在10～60min之间。

9.根据权利要求7所述的柔性酶葡萄糖传感器，其特征在于：步骤3中，壳聚糖溶液的ph值在4.2～6.3之间、质量浓度为0.1～1.0％，所得混合溶液中葡萄糖氧化酶的浓度为15～30mg/ml。

技术总结
本发明公开了一种可重复使用的柔性酶葡萄糖传感器，其包括柔性基底和配置在柔性基底上的电极系统；电极系统包括工作电极、对电极和参比电极；在工作电极上修饰有功能层，功能层由β‑环糊精/羧基碳纳米管复合材料与金纳米粒子相互交错、支撑而成；在功能层上还修饰有壳聚糖固定化酶。利用本发明制备的传感器能够特异性检测葡萄糖，排除干扰物质尿素和抗坏血酸对葡萄糖检测的影响，且可重复使用。

技术研发人员：徐颖,潘婷,陈鹏鹏,曾少华,周艺峰,聂王焰
受保护的技术使用者：安徽大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14