一种无酶的电位型葡萄糖传感器及其检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生化分析测试技术领域，具体设及一种高选择性的、无酶的电位型葡 萄糖传感器及其检测方法。
【背景技术】
[0002] 糖类在人体的生命活动中具有重要的生理意义，异常的血糖类浓度常被作为代谢 素乱的标志，因而血糖的检测具有重要的意义。在临床分析及实际操作中，血糖检测一般借 助血糖仪完成。血糖仪利用葡萄糖氧化酶识别并催化氧化葡萄糖产生电活性过氧化氨，使 用小型化的电极检测过氧化氨的氧化还原电流即间接实现了葡萄糖的检测。虽然该类传感 器通常具有较好的选择性及灵敏度，但是由于酶易变性（极易受环境条件如温度、抑等的 影响），该类传感器的稳定性较差。发展一种无酶的葡萄糖传感器将有助于改善该一现状。
[0003] 棚酸可W与顺式二醇形成环状的棚酸醋，利用该个性质，棚酸可W作为识别元件 用于构建葡萄糖的无酶型传感器。近年来发展了很多基于棚酸的葡萄糖传感器，该类传感 器除了使用棚酸的衍生物作为葡萄糖的识别分子外，通常还需要一个报告分子来传导识别 过程；虽然有些传感器不需要该类报告分子，但是其所使用的谱学信号读出手段多需要借 助于复杂的光学设备，因而操作繁琐、成本较高，不适于葡萄糖的简单、快速检测。发展一种 简易、快速的无酶型葡萄糖传感器依然是一个挑战。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种简单、快速的无酶电位型葡萄糖传感器及其检测方 法。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0006] 一种无酶的电位型葡萄糖传感器，
[0007] 使用含有两个棚酸基团的棚酸衍生物作为葡萄糖的识别分子，W季锭盐渗杂的聚 合物作为电极；
[0008] 所述棚酸衍生物为[亚甲基-二化1-苯氨基甲基-2, 1-苯基）]二棚酸、[亚甲 基-二（丙氨基甲基-2,1-苯基）]二棚酸或亚甲基-二巧，10-慈甲氨基甲基-2,1-苯 基）]二棚酸。
[0009] 上述衍生物可按下述参考文献1-5中的记载制备获得。
[0010] 利用识别分子的棚酸基团在阴离子交换剂渗杂的聚合物膜上引起的阴离子电位 响应，识别分子中两个棚酸基团在空间位置上和葡萄糖的两对顺式二醇结构匹配，其与葡 萄糖形成1:1的共价结合产物；指示棚酸衍生物与葡萄糖的分子识别过程，进而实现葡萄 糖的电位检测。
[0011] 所述电位型葡萄糖传感器需由聚合物膜电极传导电位信号，聚合物膜电极由=部 分构成；膜基体、增塑剂及阴离子交换剂；膜基体可W为聚氯己締、聚氨醋、娃橡胶、醋酸纤 维、聚丙締酷胺、聚甲基丙締酸-甲基丙締酸二甲氨基己醋；增塑剂可W为邻硝基苯辛離、 邻苯二甲酸二辛醋、邻苯二甲酸二了醋、邻苯二甲酸二异了醋、己二酸二辛醋、癸二酸二辛 醋；阴离子交换剂可W为=十二烧基一甲基氯化锭、四十二烧基氯化锭、立十二烧基一甲基 漠化锭、四十二烧基漠化锭。
[001引一种无酶的电位型葡萄糖传感器的应用，利用识别元件在聚合物膜电极上引起阴 离子的电位响应，进而定性/定量的检测葡萄糖。
[0013] 所述检测过程为：
[0014] (1) W聚合物膜电极为工作电极、饱和甘隶电极为参比电极进行电位检测；
[0015] (2)记录工作电极在抑为8. 0的50mM磯酸缓冲溶液中的初始电位值，向该溶液中 加入1(T5M的棚酸衍生物，记录电位值至电位稳定；
[0016] (3)向上述溶液中分别加入葡萄糖溶液储备液，使溶液中的葡萄糖浓度分别为 1〇-3、1〇- 25、1〇-2、1〇-15及1〇-11，记录电位的变化情况；
[0017] (4) W不同浓度葡萄糖产生的电位信号变化值为纵坐标，葡萄糖浓度为横坐标绘 制标准工作曲线；
[001引 （5)按照（1)-(3)的步骤对实际样品进行测试，根据标准工作曲线计算样品中葡 萄糖的浓度值。
[0019] 本发明所具有的优点：本发明所使用含有两个棚酸基团的棚酸衍生物和葡萄糖形 成1+1的复合物，实现对葡萄糖的选择性识别及检测，其结合能力高于对其结构类似物的 结合能力，保证了对葡萄糖检测的高选择性；棚酸基团可W在阴离子交换剂渗杂的聚合物 膜上产生阴离子电位响应，因而可W直接用于指示葡萄糖的浓度，大大简化了分析测试的 过程及步骤、减少了所用试剂的种类；聚合物膜电位型传感技术不需要依赖复杂的仪器设 备，同时电极制作简单、成本低廉、易于小型化，非常适合于临床及日常应用。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明的检测原理图。
[002U 图2为[亚甲基-二化1-苯氨基甲基-2,1-苯基）]二棚酸的核磁谱图。
[002引图3为本发明实施例提供的不同抑条件下电极对ImM葡萄糖（，）及果糖（。）的 响应情况图。
[0023] 图4为本发明实施例提供的不同浓度葡萄糖电极的实时电位响应曲线及标准工 作曲线图。
[0024] 图5为本发明实施例提供的电极的可逆性实验图。
[0025] 图6为本发明实施例提供的不同浓度的葡萄糖（，）及其在果糖（0,1mM)与半乳 糖（0,1mM)存在条件下的电位响应图。
【具体实施方式】
[0026] 使用含有两个棚酸基团的棚酸衍生物作为葡萄糖的识别分子，同时利用棚酸基团 在阴离子交换剂渗杂的聚合物膜上引起的阴离子电位响应指示分子识别过程，可W实现对 葡萄糖的高选择性识别；利用棚酸基团在阴离子交换剂渗杂的聚合物膜上引起的阴离子电 位响应，可W指示棚酸衍生物与葡萄糖的分子识别过程，进而实现葡萄糖的电位检测；葡萄 糖的结构类似物如果糖和半乳糖等W及血液中存在的阴离子不干扰葡萄糖的检测。通过加 入适当的掩蔽剂，血液中阴离子对电位信号的干扰可w被有效消除。检测原理见图1。
[0027] 实施例1
[00測本发明W [亚甲基-二化1-苯氨基甲基-2,1-苯基）]二棚酸（其核磁谱图见 图2)为识别分子检测葡萄糖为例，其可按照文献5中的记载制备获得。其操作步骤如下：
[0029] (1)聚合物膜电极的制备
[0030] 称取196mg聚氯己締、196mg邻硝基苯辛離、4. 54mg S十二烧基甲基氯化锭溶于 3. 5mL四氨快喃中，揽拌均匀后倒入固定在玻璃板上的内径为3. 5cm的玻璃环中。待四氨快 喃挥发完毕后，使用打孔器将膜切割为内径为3mm的小圆片并粘贴到底部套有PVC管的移 液枪枪头上。使用lOmM的化C1溶液作为内充液及活化液活化电极，待用。
[0031] (2)抑条件的优化
[0032] 分别配制pH值为6. 0、7. 4、8. 0、9. 0的磯酸缓冲溶液中，W聚合物膜电极为指示电 极、饱和甘隶电极为参比电极，记录初始电位值。使用二甲亚讽配制[亚甲基-二（3,1-苯 氨基甲基-2, 1-苯基）]二棚酸储备液，向上述磯酸缓冲溶液中加入二棚酸储备液，使[亚 甲基-二化1-苯氨基甲基-2,1-苯基）]二棚酸的最终浓度为1(T 5M，记录电位值。加入 上述溶液，使[亚甲基-二化1-苯氨基甲基-2, 1-苯基）]二棚酸的最终浓度为50 uM，记 录电位值。而后再向上述溶液中分别加入不同浓度的葡萄糖及果糖，W电位变化值为纵坐 标，糖浓度为横坐标作图。实验结果见图3。
[0033] (3)葡萄糖的电位检测
[0034] 使用二甲亚讽配制[亚甲基-二化1-苯氨基甲基-2,1-苯基）]二棚酸储备液， 向抑为8. 0的磯酸缓冲溶液中加入上述溶液，使[亚甲基-二化1-苯氨基甲基-2, 1-苯 基）]二棚酸的最终浓度为lO^M，记录电位值。待电位稳定后，向溶液中加入不同浓度的葡 萄糖溶液，继续记录电位值。实验结果见图4。
[0035] (4)电极可逆性测试
[0036] 使用lOMm的盐酸溶液（含10% (体积分数）的己醇）冲洗电极2X3分钟，测试 电极对1(T5M[亚甲基-二化1-苯氨基甲基-2,1-苯基）]二棚酸的电位响应。实验结果 见图5。
[0037] 妨选择性考察
[003引记录不同浓度的葡萄糖（I )及其在果糖（0,1mM)与半乳糖（0,1mM)存在条件下 的电位响应。实验结果见图6。
[0039] 做实际样品测试
[0040] 使用该传感器与市售血糖仪对全血样品中的血糖浓度进行检测，检测结果见表1。
[0041] 表 1
[0042]
【主权项】
1. 一种无酶的电位型葡萄糖传感器，其特征在于： 使用含有两个硼酸基团的硼酸衍生物作为葡萄糖的识别分子，以季铵盐掺杂的聚合物 作为电极； 所述硼酸衍生物为[亚甲基-二（3, 1-苯氨基甲基-2, 1-苯基）]二硼酸、[亚甲基-二 (丙氨基甲基-2, 1-苯基）]二硼酸或亚甲基-二（9, 10-蒽甲氨基甲基-2, 1-苯基）]二硼 酸。
2. 按权利要求1所述的无酶的电位型葡萄糖传感器，其特征在于：利用识别分子的硼 酸基团在阴离子交换剂掺杂的聚合物膜上引起的阴离子电位响应，识别分子中两个硼酸基 团在空间位置上和葡萄糖的两对顺式二醇结构匹配，其与葡萄糖形成1:1的共价结合产 物；指示硼酸衍生物与葡萄糖的分子识别过程，进而实现葡萄糖的电位检测。
3. 按权利要求1或2所述的无酶的电位型葡萄糖传感器，其特征在于：所述电位型葡 萄糖传感器需由聚合物膜电极传导电位信号，聚合物膜电极由三部分构成：膜基体、增塑剂 及阴离子交换剂；膜基体可以为聚氯乙烯、聚氨酯、硅橡胶、醋酸纤维、聚丙烯酰胺、聚甲基 丙烯酸-甲基丙烯酸二甲氨基乙酯；增塑剂可以为邻硝基苯辛醚、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯 二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异丁酯、己二酸二辛酯、癸二酸二辛酯；阴离子交换剂可以为 三十二烷基一甲基氯化铵、四十二烷基氯化铵、三十二烷基一甲基溴化铵、四十二烷基溴化 铵。
4. 一种权利要求1所述的无酶的电位型葡萄糖传感器的应用，其特征在于：利用识别 元件在聚合物膜电极上引起阴离子的电位响应，进而定性/定量的检测葡萄糖。
5. 按权利要求4所述的无酶的电位型葡萄糖传感器的应用，其特征在于：所述检测过 程为： (1) 以聚合物膜电极为工作电极、饱和甘汞电极为参比电极进行电位检测； (2) 记录工作电极在pH为8. 0的50mM磷酸缓冲溶液中的初始电位值，向该溶液中加入 l〇_5M的硼酸衍生物，记录电位值至电位稳定； (3) 向上述溶液中分别加入葡萄糖溶液储备液，使溶液中的葡萄糖浓度分别为10' 10_2 5、10_2、10_15及10 1，记录电位的变化情况； (4) 以不同浓度葡萄糖产生的电位信号变化值为纵坐标，葡萄糖浓度为横坐标绘制标 准工作曲线； (5) 按照（1)_(3)的步骤对实际样品进行测试，根据标准工作曲线计算样品中葡萄糖 的浓度值。
【专利摘要】本发明属于生化分析测试技术领域，具体涉及一种高选择性的、无酶的电位型葡萄糖传感器及其检测方法。使用含有两个硼酸基团的硼酸衍生物作为葡萄糖的识别分子，以季铵盐掺杂的聚合物作为电极；使用本发明对全血样品中的葡萄糖浓度进行检测，所得结果与市售血糖仪的结果一致。
【IPC分类】G01N27-26, G01N27-416
【公开号】CN104597090
【申请号】CN201410753275
【发明人】秦伟, 李龙, 陈红朵
【申请人】中国科学院烟台海岸带研究所
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月10日