专利名称：均匀的复合式触媒/酶结构及其制备方法与应用的制作方法
技术领域：
本发明是与一种触媒/酶结构及其制备方法有关，特别是与一种均勻结构的复合式触媒/酶结构及其制备方法与应用有关，此方法可以应用于相当广泛的领域，其可以应用于有机分子检测器或生物传感器(如微型生物传感器)的基材固定化等等。
背景技术：
请参照
图1，其绘示一种生物传感器的基本结构的示意图。生物传感器的基本结构主要是由生物感测元件(Biological recognition element、Biorec印tor) 11、信号换能器(Signal transducer) 12及信号处理器(Signal processor) 13这三个部份所组成。其感测原理是当具有生物化学特异性的生物感测元件11与待测物质15结合或反应后，其所产生的物理或化学变化，可以经过信号换能器12而将变化量转化成有意义的电子信号，再通过信号处理器13来将此信号放大并且记录，以方便后续定性及定量分析。生物传感器中可用来作为感测元素的生物材料一般可略分为五大类(a)酶 (Enzymes)、(b)抗体(Antibody)和抗原(Antigen)、(c)核酸(Nucleic acids)、(d)感受体(Receptors), (e)组织部分(Cell organelle)或是个体细胞。而利用不同生物感测材料所制备的生物传感器是有其各自的优缺点，在众多的生物感测材料中，最早且最常被使用的是酶。一般而言，酶都具有专一性(即一种酶只能催化某一特定基质)、可重复利用、易受热与酸碱影响等特性。酶可与特定的待测物互相结合，此催化行为即可应用于生物传感器。随着全球经济发展逐渐提升，人类在生活与饮食方面也大幅改变，并且国民主要的死亡原因之一已经从急性传染病逐渐被由慢性病所取代。在众多慢性病当中，又以糖尿病为国民高盛行的疾病；根据96年行政院卫生署所公布的国人十大死因，糖尿病高居第四名。虽然现今的医学技术日新月异，但目前尚未找出能将糖尿病完全根除的治疗方法。假使糖尿病病情无法控制得当，其所伴随的诸多的并发症，除了会消耗更多的社会医疗资源，也会影响病患本身与家人生活品质。借助性能卓越的生物传感器来监控人体中的血糖浓度， 做到适当的追踪管理，则可以预防或减缓并发症的发生，并达到早期发现早期治疗的目的。 而微型生物传感器能够提供一个简易量测且携带方便的测量平台，让使用者能够随身携带以便于监测其待测物质的浓度。其中，可用来监控糖尿病的生物传感器具有许多种组合方式，也就是说各种类型生物分子在搭配适合的信号转能器下，皆能作为分析葡萄糖的感测元件。长期以来许多研究是通过利用将葡萄糖氧化酶固定于电化学式葡萄糖生物传感器上，来探讨葡萄糖的感测分析，因此葡萄糖氧化酶(Glucose Oxidase ；GODx)是最常被应用在于此研究上的选择。葡萄糖氧化酶是一种含有两个相似的二次单元的糖蛋白质所组成，而此二次单元的蛋白质是由二硫基所连结，其在每一个次单元中都含有一个黄素腺嘌呤双核苷酸 (Flavin adenine dinucleotide, FAD)为互补群，FAD的分子结构如下所示。
权利要求
1.一种复合式触媒酶薄膜结构，其包括均勻混合与分布的多个触媒粒子和多个酶分子，其中这些酶分子用于催化一生物分子反应，这些触媒粒子用于催化一电化学物质反应。
2.根据权利要求1所述的复合式触媒酶薄膜结构，其特征在于，这些酶分子与这些触媒粒子，是利用一电泳沉积法在一适当电泳沉积条件下，同时沉积而固定于一基材表面。
3.根据权利要求1所述的复合式触媒酶薄膜结构，其特征在于，催化该生物分子反应的这些酶分子，是与生物分子反应形成过氧化氢。
4.根据权利要求3所述的复合式触媒酶薄膜结构，其特征在于，这些酶分子是选自葡萄糖氧化酶、苹果酸氧化酶、六碳糖氧化酶、胆固醇氧化酶、芳基醇氧化酶、L-古洛糖酸内酯氧化酶、半乳糖氧化酶、六环糖氧化酶、L-山梨糖氧化酶、吡哆醇4-氧化酶、甲醇氧化酶、(S)-2-羟基酸氧化酶、蜕皮激素氧化酶、胆碱氧化酶、二级醇氧化酶、4-羟基扁桃酸氧化酶、长链乙醇氧化酶、甘油-3-磷酸氧化酶(glycerol-3-phosphate oxidase ；EC 1. 1. 3. 21)、维他命Bl氧化酶、羟基锡酸锌氧化酶、N-酰基己糖胺氧化酶、聚乙烯醇氧化酶、 内酯氧化酶、香荚兰醇氧化酶、核苷氧化酶、D-甘露糖醇氧化酶、木糖醇氧化酶、纤维二糖脱氢酶、甲酸脱氢酶、乙醛氧化酶、丙酮酸氧化酶、草酸氧化酶、乙醛酸氧化酶、丙酮酸氧化酶 (CoA-乙酰化)、芳基醛氧化酶、视黄醛氧化酶、ABA醛氧化酶、酮戊二酸脱氢酶(琥珀酰基转换)；、二氢乳清酸氧化酶、粪卟啉原氧化酶、芳基-辅酶A氧化酶、二氢尿嘧啶氧化酶、四氢小檗碱氧化酶、色氨酸α，β-氧化酶、PQQ合成酶、L-半乳糖酸内酯氧化酶、芳基-辅酶 A脱氢酶(acyl-CoA dehydrogenase ；EC 1. 3. 99. 3)、二氢乳清酸脱氢酶、D-天冬氨酸氧化酶、L-氨基酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶、胺基氧化酶(含类黄素)、哆醛5'-磷酸合成酶、 胺基氧化酶(含铜)、D-谷氨酸盐氧化酶、乙醇胺氧化酶、腐胺氧化酶、L-谷氨酸盐氧化酶、 环己胺氧化酶、蛋白质-离氨基酸6-氧化酶、L-离氨基酸氧化酶、D-谷氨酸盐(D-天冬氨酸)氧化酶、L-天冬氨酸氧化酶、甘氨酸氧化酶、L-离氨基酸6-氧化酶、胺基脱氢酶、FMN 还原酶、肌氨酸氧化酶、N-甲基-L胺基酸氧化酶、N6-甲基-离氨基酸氧化酶、(S)-6-羟基烟酸氧化酶、￠)-6-羟基烟酸氧化酶、L-甲基呱啶、二甲基甘氨酸氧化酶、多胺氧化酶、 DHBP氧化酶、三甲胺脱氢酶、L-六氢吡啶羧酸脱氢酶、细胞分裂素脱氢酶、NAD (P)H氧化酶、 NAD(P)H脱氢酶(对苯三酮)、亚硝酸还原酶、硝基烷氧化酶、尿酸氧化酶、3-硝基丙酸甲酯氧化酶、二氢硫辛酰脱氢酶、亚硫酸盐氧化酶、硫醇氧化酶、谷胱甘肽氧化酶(glutathione oxidase ；EC 1. 8. 3. 3)、甲硫醇氧化酶、烯化半胱胺酸氧化酶、3_羟邻氨苯甲酸氧化酶、雷福霉素-B氧化酶、NADH过氧化物酶、2-硝基丙烷加双氧酶、赖胺酸2-单加氧酶、乳酸2-单加氧酶、荧光素4-单加氧酶(ATP水解化)、苯丙氨酸2-单加氧酶、clavaminate合成酶、石脑油精1，2-双加氧酶、4-胺基苯甲酸乙酯1-单加氧酶、烷醛单加氧酶、苯丙胺酸4-单加氧酶、邻胺苯甲酸钠3-单加氧酶、单酚单加氧酶、7-胆留烯醇氧化酶、超氧化物歧化酶、超氧化物还原酶、黄嘌呤脱氢酶、黄嘌呤氧化酶、6-羟基烟碱脱氢酶、香荔枝碱酶、二磷酸核酮糖羧化酶所组成的群组。
5.根据权利要求1所述的复合式触媒酶薄膜结构，其特征在于，催化该电化学物质反应的这些触媒粒子，是与过氧化氢进行一电化学氧化还原反应。
6.根据权利要求5所述的复合式触媒酶薄膜结构，其特征在于，用于催化过氧化氢的氧化还原的这些触媒粒子，包括一单一金属元素M、一二元金属M-X、一单一金属氧化物 MOy、一二元金属氧化物MOy-XOy、一金属-金属氧化物复合材料M-MOy、或选自前述类型的组合，其中，y是小于3且这些触媒粒子包括该二元金属与该二元金属氧化物，且其金属元素摩尔比是大于0小于100%，且这些触媒粒子的一平均粒径是介于约0. 5纳米至约100 微米之间，而M与X是选自由锂(Li)、钠(Na)、镁(Mg)、铝(Al)、钾(K)、钙(Ca)、铬(Cr)、 锰(Mn)、铁 0 )、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Si)、镓(Ga), II (Sr)、钇(Y)、锆(Zr).fg (Nb)、钼(Mo)、钌(Ru)、铑(1 )、钯(Pd)、银(Ag)、镉(Cd)、铟(In)、锡(Sn)、钡(Ba)、镧(La、 铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥 (Tm)、镏(Lu)、钽(Ta)、钨(W)、锇(Os)、铱(Ir)、钼(Pt)、金(Au)、铅(Pb)、祕(Bi)所组成的群组。
7.根据权利要求1所述的复合式触媒酶薄膜结构，其特征在于，这些触媒材料粒子是多个钼铱(PtIr)纳米触媒粒子，这些酶分子是多个葡萄糖氧化酶分子。
8.—种微型传感器电极的制备方法，包括提供一基材；提供一电泳溶液，其包括多个触媒粒子和多个酶分子；以及利用一电泳沉积法在一适当电泳沉积条件下，同时将这些触媒粒子和这些酶分子沉积于该基材的表面，以于该基材的表面形成一复合式触媒酶薄膜，其中该薄膜包括均勻混合的这些触媒粒子和这些酶分子。
9.根据权利要求8所述的微型传感器电极的制备方法，其特征在于，这些触媒粒子是多个钼铱(PtIr)纳米金属触媒粒子，这些酶分子是多个葡萄糖氧化酶分子。
10.根据权利要求9所述的微型传感器电极的制备方法，其特征在于，所提供的该电泳溶液包括一 PH值缓冲水溶液、这些钼铱(PtIr)纳米金属触媒粒子、这些葡萄糖氧化酶分子，以及一具亲水性离子交换官能基的化合物。
11.根据权利要求10所述的微型传感器电极的制备方法，其是借助一定电压法 (Potentiostatic Method)(Galvanostatic Method),B^ 电位/电流来进行电泳沉积。
12.—种微型生物传感器，其包括有一生物感测元件，其与一待测物质结合或反应后，会产生一物理/化学变化值，其中该生物感测元件具有一工作电极，该工作电极包括一基材和形成于该基材表面的一复合式触媒酶薄膜，且该薄膜包括均勻混合和分布的多个触媒粒子和多个酶分子，其中这些酶分子用于催化一生物分子反应，而这些触媒粒子用于催化一电化学物质反应；一信号转能器，其是将该物理/化学变化值转化成一电子信号；以及一信号处理器，其是接收和处理该信号转能器所产生的该电子信号。
全文摘要
本发明提出一种均匀的复合式触媒/酶结构及其制备方法与应用，该复合式触媒/酶结构及其制备方法是利用一电泳沉积法在一适当电泳沉积条件下，同时沉积固定多个触媒粒子与酶分子，以于一复合式触媒酶薄膜形成一基材表面。该薄膜包括均匀混合与分布的多个用于催化生物分子反应的酶分子，以及用于催化电化学物质反应的触媒材料。此复合式结构可用来作为微型传感器的生物感测元件中的一工作电极。
文档编号C25D13/04GK102192938SQ20101014755
公开日2011年9月21日 申请日期2010年3月19日 优先权日2010年3月19日
发明者刘炯权, 叶旻鑫, 周照胜, 张士浤, 黄炳照 申请人:黄炳照