一种用于生化分析的纸基电极检测平台及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于生化分析的纸基电极检测平台及其制备方法，所述用于生化分析的纸基电极检测平台，以可降解纸材为基底材料，基底材料上印制碳电极，在碳电极表面固定电子传递介质和识别分子层，得到完全可降解的全新纸基电极检测平台。所制备的可降解的纸基电极检测平台通过电化学测试表明与其塑料基材电极具有同样良好的电化学性能。基于完全可降解的纸基电极检测平台用于检测葡萄糖，具有灵敏度高、检测时间短、差异性小、稳定性好等优点。
【专利说明】
一种用于生化分析的纸基电极检测平台及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于生物传感技术领域，尤其涉及一种用于生化分析的纸基电极检测平台及其制备方法。
【背景技术】
[0002]目前，可丢弃式的塑料基生物电极试片在医疗诊断、食品检测和环境检测等领域都有重要的应用。特别是在医疗诊断领域用于检测糖尿病患者的血糖时，由于其便携、方便，价格低廉等优点应用广泛。据2008年的调查，全世界一年就约有60亿片的塑料基血糖试片被消耗。根据国际糖尿病联盟的调查统计结果显示，到2013年全世界的糖尿病患病数量约有3.82亿人数。根据国际糖尿病联盟的建议每位糖尿病患者每天至少利用血糖试片测量四次血糖。这就产生了大量的医疗废弃物需要被处理。而目前这些可丢弃的生物传感器都是基于塑料基底(如PC，PVC和PET)的而制备的，大量使用后的医疗废弃物的主要处理主要是埋于地下或者燃烧处理，塑料基底埋于地下很难被降解燃烧处理后，也会产生大量的污染物。纤维素是一种天然可降解的有机物，自然界中来源广泛、储量丰富，据估计，通过光合作用每年合成的纤维素的到111?112吨。除了来源广泛、储量丰富之外，最重要的是，纤维素还是一种天然生物可降解，生物相容性好，可循环再生的一种材料。而且，还具有适当的机械力学性能，质量轻，柔软，便于携带，非常适合于制备分析检测设备。
[0003]然而目前所有的纸基分析设备大都是基于呈色法制备的试片，基于电化学原理的电化学全纸基试片属于技术空白。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种用于生化分析的纸基电极检测平台及其制备方法，旨在解决目前所有的纸基分析设备大都是基于呈色法制备的试片，基于电化学原理的电化学全纸基试片属于技术空白的问题。
[0005]本发明是这样实现的，一种用于生化分析的纸基电极检测平台的制备方法，所述用于生化分析的纸基电极检测平台的制备方法是以可降解纸材为基底材料，基底材料上印有碳电极，在碳电极的工作区域固定上电子传递介质和识别分子，得到可降解的纸基电极检测平台。
[0006]进一步，通过丝网印刷技术制备碳电极，并移入烘箱中进行固化，得到纸基材碳电极。
[0007]进一步，配制浓度为50毫摩尔每升的铁氰化钾溶液，滴加20?50yL的溶液在碳电极表面，并放在25 °C-30 °C的烘箱中，保存1?30分钟。
[0008]进一步，将活性为10K国际单位的葡萄糖氧化酶溶液，配入到含有0.05克每升的羧甲基纤维素钠的50毫摩尔每升的磷酸缓冲液中，滴加20?50此的溶液在碳电极表面，并放在25 °C-30 °C的烘箱中，保存1?30分钟，制备出纸基电极试片。
[0009]本发明所述用于生化分析的纸基电极检测平台，从上而下由四部分组成，分别为:识别分子层、电子传递介质层、碳电极、纸基材；
所述纸基材基底上印制有碳电极，碳电极通过丝网印刷技术制备而成;碳电极的一端放置有电子传递介质层，电子传递介质是通过物理吸附的作用固定在碳电极表面，目的是用来传递识别分子与电极之间的电子转移；电子传递介质层上放置有识别分子层，识别分子也是利用物理吸附的作用固定在碳电极表面，用来与待测物质发生反应。
[0010]进一步，所述纸基材的材料为纤维素纸。
[0011]进一步，所述纸基电极检测平台是在所述基底材料上的梳状指叉式碳电极所构成。
[0012]进一步，所述电子传递介质层为铁氰化钾、对苯醌、次甲基蓝或甲基二茂铁。
[0013]进一步，所述识别分子层为酶，抗体，DNA，适配体或细胞。
[0014]本发明的另一目的在于，制备一种具有绿色、环保，生物可降解的纸基电极检测平台，包含所述用于生化分析的纸基电极检测平台的制备方法。
[0015]本发明提供的用于生化分析的纸基电极检测平台及其制备方法，以纸材作为基底材料，通过丝网印刷技术制备碳电极，并固定适宜的识别分子，制备出完全可降解的全新纸基电极检测平台；所制备的完全可降解的纸基电极检测平台通过电化学测试表明与其塑料基材电极具有同样良好的电化学性能。开发完全可降解的电化学纸基试片，对于解决目前商用的塑料基电极试片的废弃物的处理问题具有重要的意义，为解决塑料基检测试片的废弃物处理解决提供了新的思路和方法。本发明利用纸材为基底材料，通过丝网印刷技术能够制备出具有优异电化学性能的完全可降解的纸基电化学检测平台；基于可降解的纸基电化学检测平台，固定适宜的铁氰化钾和葡萄糖氧化酶制备全新葡萄糖纸基试片，并能够准确的用来检测一定浓度范围内的葡萄糖溶液，对于制备完全可降解的纸基血糖试片具有重要的意义，也为解决塑料基血糖试片的废弃物处理问题提供了新的思路和方法。本发明用于检测葡萄糖溶液时，具有灵敏度高(2.07 μΑ cm—2)，检测时间短(小于40 S)，差异性小(相对标准偏差小于4.26 %，N=5)以及稳定性好(保存在4°C的环境中，31天之后仍有93.9%的初始电流的响应)等优点;完全利用纸材开发制备一种完全可降解的纸基电极检测平台，对解决目前大量使用难降解的塑料基电极试片所造成的废弃物的处理问题具有重要的意义。本发明方法制备工艺简单，成本低，为解决难降解的塑料基电极试片的废弃物污染问题提供了新的方法和解决途径。本发明的基于纸基电极检测平台用于检测葡萄糖，在一定浓度范围内其响应电流与葡萄糖浓度呈现良好的线性关系，并具有高灵敏度，检测时间短，差异性小以及稳定性好等优点；本发明表明纸基电极检测平台能够取代目前塑料基检测试片，为解决塑料基检测试片的废弃物处理解决提供了新的方法。
【附图说明】
[0016]图1是本发明实施例提供的用于生化分析的纸基电极检测平台的制备方法流程图。
[0017]图2是本发明实施例提供的用于生化分析的纸基电极检测平台结构示意图；
图中:1、识别分子层;2、电子传递介质层;3、碳电极;4、纸基材。
[0018]图3是本发明实施例提供的用于检测葡萄糖的线性范围以及灵敏度示意图。
[0019]图4是本发明实施例提供的纸基电极检测平台用来检测葡萄糖的Clarke误差分析图。
[0020]
【具体实施方式】
[0021]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0022]下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
[0023]如图1所示，本发明实施例的用于生化分析的纸基电极检测平台的制备方法包括以下步骤:
SlOl:以完全可降解的纸材为基底材料，通过丝网印刷技术制备碳电极，并移入烘箱中进行固化，得到全新的纸基材碳电极；
S102:配制电子传递介质溶液，并将其滴加在碳电极表面进行固定；
S103:将识别分子配入到磷酸缓冲液中，并将其滴加固定在电极表面的工作区域，制备出完全可降解的全新纸基电极检测平台。
[0024]如图2所示，本发明实施例的用于生化分析的纸基电极检测平台主要由:识别分子层1、电子传递介质层2、碳电极3、纸基材4组成。
[0025]纸基材4上印制有碳电极3，碳电极3的一端放置有电子传递介质层2，电子传递介质层2上放置有识别分子层I。
[0026]下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。
[0027]实施例1:
(1)以完全可降解的纤维素纸为基底材料，通过丝网印刷技术制备碳电极，并移入烘箱中进行固化，得到全新的纸基材碳电极；
(2)配制浓度为50毫摩尔每升的铁氰化钾溶液，滴加20~50此的溶液在碳电极表面，并放在25 °C-30 °C的烘箱中，保存1?30分钟；
(3)将活性为10K国际单位的葡萄糖氧化酶溶液，配入到含有0.05克每升的羧甲基纤维素钠的50晕摩尔每升的磷酸缓冲液中，滴加20?50 yL的溶液在碳电极表面，并放在25°C~30°C的烘箱中，保存10~30分钟，制备出完全可降解的检测葡萄糖的全新纸基电极试片。
[0028]所制备的全新纸基电极检测平台的示意图，如图2所示。
[0029]下面结合实验对本发明的应用效果作详细的描述。
[0030](I)将制备好的全新的检测葡萄糖的纸基电极试片，滴加不同浓度的葡萄糖溶液在纸基电极试片的工作区域，通过CHI 400电化学工作站利用计时电流法检测响应电流与葡萄糖浓度之间的关系，如图3所示。其结果说明具有较高的灵敏度(2.07 μΑ cm—2)，并且全新的纸基电极试片在用于检测葡萄糖时具有较短的检测时间(小于40 S)，以及较小的差异性(相对标准偏差小于4.26 %4=5)，保存在4°(:的环境中，具有较好的稳定性(31天之后仍有93.9%的初始电流的响应)。
[0031 ] (2)滴加不同浓度的葡萄糖溶液，根据线性关系曲线，作出检测葡萄糖准确性的Clarke误差分析图，如图4所示。图4中，测量66个检测葡萄糖的样本点，其所有的样本点全部都落在了临床准确区(A区)，且变异系数小于11.4%，说明制备出来的纸基电极试片用于检测葡萄糖是非常准确的，在检测葡萄糖时完全符合ISO 15197-2013标准。
[0032]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种用于生化分析的纸基电极检测平台的制备方法，其特征在于，所述用于生化分析的纸基电极检测平台:以可降解纸材为基底材料，基底材料上印有碳电极，将电子传递介质和识别分子，通过滴涂法的方式固定在纸基材碳电极的表面，得到完全可降解的全新纸基电极检测平台。2.如权利要求1所述的用于生化分析的纸基电极检测平台的制备方法，其特征在于，通过丝网印刷技术制备碳电极，并移入烘箱中进行固化，得到纸基材碳电极。3.如权利要求1所述的用于生化分析的纸基电极检测平台的制备方法，其特征在于，配制浓度为50毫摩尔每升的铁氰化钾溶液，滴加20?50 yL的溶液在碳电极表面，并放在25°030°C的烘箱中，保存10~30分钟。4.如权利要求1所述的用于生化分析的纸基电极检测平台的制备方法，其特征在于，将活性为10 K国际单位的葡萄糖氧化酶溶液，配入到含有0.05克每升的羧甲基纤维素钠的50毫摩尔每升的磷酸缓冲液中，滴加20?50 yL的溶液在碳电极表面，并放在25°C~30°C的烘箱中，保存10~30分钟，制备出纸基电极试片。5.—种如权利要求1所述用于生化分析的纸基电极检测平台的制备方法制备的纸基电极检测平台，其特征在于，所述纸基电极检测平台由:识别分子层、电子传递介质层、碳电极、纸基材组成； 所述纸基材上放置有碳电极，碳电极的一端放置有电子传递介质层，电子传递介质层上放置有识别分子层。6.如权利要求5所述的纸基电极检测平台，其特征在于，所述纸基材的材料为纤维素纸。7.如权利要求6所述的纸基电极检测平台，其特征在于，所述纸基电极检测平台是在所述基底材料上的梳状指叉式碳电极所构成。8.如权利要求5所述的纸基电极检测平台，其特征在于，所述电子传递介质层为铁氰化钾、对苯醌、次甲基蓝或甲基二茂铁。9.如权利要求5所述的纸基电极检测平台，其特征在于，所述识别分子层为酶，抗体，DNA，适配体或细胞。10.—种检测葡萄糖的生化方法，其特征在于，包含权利要求1-4任意一项所述用于生化分析的纸基电极检测平台的制备方法。
【文档编号】G01N27/26GK105954331SQ201610285084
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】刘仁材
【申请人】中国科学院大学