基于电化学生物传感器的血红蛋白定量检测系统及其检测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电分析化学传感技术领域，具体是涉及一种基于电化学生物传感器的血红蛋白定量检测系统及其检测方法。
【背景技术】
[0002]电分析化学(Electroanalytical Chemistry)是仪器分析的一个重要的分支，它是以测量某一化学体系或试样的电响应为基础建立起来的一类分析方法。它把测定的对象构成一个化学电池的组成部分，通过测量电池的某些物理量，如电位、电流、电导或电量等，求得物质的含量或测定某些电化学性质。
[0003]血红蛋白(Hb)是脊椎动物红细胞内的呼吸蛋白，是血液中运输氧气的主要物质，在生物体内起到传输氧气、分解H202、传递电子等与氧和能量代谢有关的重要活动，在一切生命活动中起着关键作用。血红蛋白的相对分子质量约为67000，其分子具有四级结构，是由两条α和两条β多肽链构成的四聚体，每个肽链上各结合有一个血红素分子，且相互接近，形成近似球形的血红蛋白分子，直径为55nm。对血红蛋白的研究多集中在其结构、输氧功能及其与电极之间的电子转移过程和机理。
[0004]由于血红蛋白的空间结构庞大，电活性中心不容易暴露，而且易于吸附在电极表面而使固体电极表面钝化，同时其过电位较高，在电极上电子转移速率很慢，难以得到有效的电化学信号，而且其相对分子质量较大，溶液中的浓度一般较低，产生的氧化还原电流较小，其电信号易被充电电流、残余电流等背景电流所掩盖，如在玻碳电极上就无明显的电化学信号，所以早期以各种裸电极对其进行研究和测定并不成功。但由于蛋白质与电极之间的电子转移在某种程度上类似于生物体中蛋白质分子之间的电子转移过程，所以对蛋白质与电极之间的电子转移的直接电化学研究越来越受到重视。本领域技术人员利用裸银电极为工作电极，报道了血红蛋白在裸银电极上的直接电化学行为及分析应用。在+0.4?-0.2V(vs.SCE)电位范围内于pH 4.5的0.1moI/ LHOAc2Na0Ac缓冲溶液中，血红蛋白会产生一对灵敏的氧化还原峰，氧化峰峰电位Ep，a为+0.26V，还原峰峰电位Ep，c为+0.01V，峰电位之差A E为+0.25V。该峰与血红素的循环伏安图一致，说明血红蛋白电极反应过程的实质是血红蛋白中的血红素在电极上发生了电子得失反应，而不受肽链的影响；动力学研究表明电极反应的电子转移数η为0.94，表观电子传递速率常数ka为0.032s-l;峰电流与血红蛋白的浓度关系可用于血红蛋白的测定，线性范围为2.0 X 10-7?2.0 X 10-6mol/L。为了改善血红蛋白电极反应的可逆性，加速其在电极上交换电子的速率，活化其氧化还原中心，急需一种促进剂来加快血红蛋白的电极反应过程。
[0005]本领域技术人员对血红蛋白在氯化四甲基铵促进下于裸银电极上的直接电化学行为进行了研究。在pH 5.0的0.3mol/L Na0Ac2H0Ac缓冲溶液中，于+0.4?-0.1V范围循环扫描，血红蛋白产生一对氧化还原峰。当有氯化四甲基铵存在时，峰电位之差为0.14V(扫描速度10mV/S)。动力学研究表明，该反应为单电子转移反应，转移系数α为0.60，电极反应速率常数k为0.103s-l.而且氧化峰电流与血红蛋白浓度在2.0 X 10-7?1.5 X 10-5mol/L范围内有良好的线性关系，可用于血红蛋白的测定。本领域技术人员则利用十二烷基硫酸钠(SDS)做为促进剂，在pH 5.5的HOAc2NaOAc缓冲溶液中，SDS的加入使Hb的氧化峰明显增大，且峰形对称，可直接用于Hb的分析测定，在5.0 X 10-7?5.0 X 10_6mol/L范围内氧化峰电流与其浓度呈正比，可用于人血清中Hb的测定。其它一些阳离子和非离子表面活性剂如氯化四丁基铵、氯化十四烷基吡啶、氯化十六烷基吡啶、氯化十四烷基二甲基苄基铵、溴化十六烷基三甲基铵、乳化剂0P、TritonX2100等均能促进Hb在电极上的反应，其原因是表面活性剂与血红蛋白相互作用形成复合物而使Hb的多肽链伸展开来，其疏水结构被打开使电活性中心暴露而加快了电子转移的速率。
[0006]人血清中血红蛋白含量的测定是临床检测的一个重要内容，正常人血液中血红蛋白的含量在100?200g/L范围之内。若血红蛋白的含量降低则有可能是各种原因造成的贫血，而其含量相对增多则主要是由于大量体液和血浆丢失所致，因此对血红蛋白含量的准确测定具有非常实际的意义。
[0007]目前市面上针对血红蛋白的检测方法，常用硫酸铜沉淀法、氰化高铁血红蛋白测定法、沙利酸化血红蛋白检测法和十二烷基硫酸钠血红蛋白测定法等，这些方法或者结果误差较大，或者对测试试剂质量要求很高，或者对所涉及的仪器有较高的要求，故而基本上只能用于中心实验室内专业人士操作使用，不利于广大用户的自我监测。
【发明内容】
[0008]有鉴于此，有必要提供一种基于电化学生物传感器的血红蛋白定量检测系统及其检测方法，解决现有系统及方法的误差较大，对测试试剂质量要求很高，对所涉及的仪器要求较高，不利于市场普及的问题。
[0009]—种基于电化学生物传感器的血红蛋白定量检测系统，包括:具有试制座的便携式检测仪器、电极装置以及待测样品溶液收容器，所述电极装置的连接端插设于试制座内，所述电极装置的反应端插设于所述待测样品溶液收容器的腔体中；所述电极装置包括电极本体以及设于电极本体上的三电极结构体，所述三电极结构体包括并排设于电极本体上的工作电极(WE)、参比电极(RE)以及对电极(CE)，所述工作电极(WE)、参比电极(RE)及对电极(CE)的反应端均设于所述电极本体的同一端侧的反应区域上，以供反应区域浸于待测样本溶液中对待测样品溶液进行检测。
[0010]优选地，所述电极本体的反应区域上设有用于虹吸所述待测样品溶液的包裹层，所述包裹层内具有虹吸腔体。
[0011]优选地，其特征在于，所述包裹层包括设于反应区域两侧的第一亲水吸片，跨设于两所述第一亲水吸片的第二亲水吸片，以供所述第一亲水吸片和第二亲水吸片包裹的反应区域上形成有两端开口的槽状虹吸腔体。
[0012]优选地，所述第二亲水吸片的宽度对应所述电极本体的宽度设置，所述第二亲水吸片的长度延伸至靠近所述电极本体的试制座的连接端，以供三电极结构体工作区域不与外界接触。
[0013]优选地，所述电极本体的表面设有加快电化学响应信号的反应层，所述反应物层为金纳米微粒层、碳纳米微粒层、亚甲基蓝层、柳堇层及其衍生物层中的任意一种。
[0014]—种基于电化学生物传感器的血红蛋白定量检测方法，其特征在于，包括如下步骤:步骤(I)，使用样本预处理液对待测样本溶液进行预处理;步骤(2)，将具有三电极结构体的电极装置与便携式检测仪器对应插接，然后将电极装置的反应区域端浸入预处理后的待测样本溶液中进行反应；步骤(3)，反应完成后，便携式检测仪器根据测试信号值，并对比信号-浓度关系表，作出测试所得的血红蛋白浓度值。
[0015]优选地，在步骤(I)中，样本处理液为含有0.2-0.0Imo 1/1的ph 4.0-5.5的醋酸钠缓冲液，含有0.01%~2% (w/w)的十二烷基硫酸钠，含有0.02%~5% (w/w)的的Triton X-100，含有0.01%-2% (w/w)的脱脂奶粉，含有0.01%-1 %(w/w)的CTAB中的任意一种。
[0016]优选地，步骤(2)中，所述电极本体为裸电极;或所述电极本体为经反应物质修饰处理后的裸电极以加快电化学响应信号。
[0017]优选地，所述反应物质为金纳米微粒、碳纳米微粒、亚甲基蓝、柳堇及其衍生物中的任意一种;所述修饰处理的方式为共价键合、吸附法、表面自组装、聚合物薄膜法中的任意一种。
[0018]优选地，所述的内置信号-浓度关系表内置或者通过芯片卡