一种柔性高灵敏宽范围的葡萄糖传感器及其制备方法

：本发明属于生物化学传感器，具体涉及一种柔性高灵敏宽范围的葡萄糖传感器及其制备方法。

背景技术

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背景技术：

1、在大多数的葡萄糖传感器中，由于葡萄糖氧化酶对葡萄糖分子具有良好的选择性和较高的特异性，所以常被应用于葡萄糖检测中。酶型传感器检测葡萄糖原理主要是基于将对被检测物质敏感的生物酶电极表面修饰，将化学信号转化为电信号，实现对葡萄糖的专一检测。例如基于oect的酶型电化学生物传感器对鼠脑透析液中葡萄糖的特异性检测。

2、第一代传感器通过监测酶促反应期间产生的反应物或产物(氧气或过氧化氢)的浓度波动来检测葡萄糖。第一代酶葡萄糖传感器主要存在两个问题，第一是检测环境中电活性共存物质的干扰，第二是依赖自然氧气作为电子受体产生的检测限制。鉴于第一代酶葡萄糖传感器存在自然氧的依赖性问题，科研工作者考虑采取新的策略解决这一问题——使用人造电子媒介来代替氧气，这种电子媒介体可以实现酶的氧化还原中心与电极表面的电子转移，这就是第二代酶葡萄糖传感器。

3、第二代传感器被用于检测溶液中的葡萄糖浓度，通过电子媒介将酶促反应过程中损失的电子转移到电极表面。然而，这种媒介物往往表现出稳定性问题和潜在的健康危害，随后可能导致酶活性降低和过电位水平升高。

4、随着研究的不断深入，科研工作者们希望不利用中间媒介体，而是基于接近酶的氧化还原电位开发出无试剂的酶葡萄糖生物传感器，实现酶与电极间直接的电子传递，这就是第三代酶葡萄糖传感器。

5、与前几代相比，第三代传感器在活性中心和电极表面之间采用了直接的电子转移，而不需要中介物来促进这种转移。由于酶-电极的直接电子转移，这种设计允许在较低的电压下操作，这与葡萄糖氧化酶的自然还原电位相一致。因此，由于经历氧化的干扰减少，该传感器倾向于表现出卓越的选择性。不过只有一些分子量相对较低的蛋白能在金属酶电极上观测到电子的直接传递，高分子量酶的电活性中心深埋在分子内部，使得酶与电极间难以进行直接电子传递，所以第三代电化学酶传感器的制作有一定难度。因此，商业上使用的葡萄糖传感器仍以第二代为主。基于此，本申请设计了一种柔性的葡萄糖传感器，以电子媒介体和具有催化作用的金属氧化物增加了酶的灵敏度并拓宽了传感器的测量范围。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种柔性高灵敏宽范围的葡萄糖传感器及其制备方法。

2、本发明采用以下技术方案：

3、(一)本发明提供一种柔性高灵敏宽范围的葡萄糖传感器的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将tio2空心球与石墨烯于乙醇中超声溶解，随后烘干并研磨，最后进行煅烧，得到功能化纳米空心复合材料；

5、s2、将功能化纳米空心复合材料和导电聚合物分散到壳聚糖溶液中，得到混合液a，随后将混合液a与葡萄糖氧化酶溶液混合，得到功能化混合溶液；

6、s3、将柔性微电极进行活化后，向工作电极滴涂普鲁士蓝溶液并室温晾干，随后向工作电极滴涂酞菁锌无水乙醇溶液并室温晾干，最后向工作电极滴涂s2所制备的功能化混合溶液并室温晾干，得到葡萄糖传感器。

7、进一步的，s1中，所述tio2空心球的制备方法为：将钛酸四丁酯溶解在无水乙醇中，接着与碳球溶液混合，室温反应一段时间，反应结束后，将所得产物离心并清洗，烘干后备用；钛酸四丁酯溶解在无水乙醇中的浓度为0.5-8％w/v，进一步的为3-7％w/v，最优为6-7％w/v；钛酸四丁酯溶液与碳球溶液混合体积比为1:1；室温反应时间为24h；清洗方法为用水和乙醇各冲洗3次。

8、进一步的，s1中，所述tio2空心球与石墨烯的重量比为20:1-5:1，进一步的为10:1-5:1，最优的为6.7:1；超声时间为1h以上；烘干温度为80℃；所述煅烧温度为450℃-550℃，最优为500℃；升温速度为3-6℃/min，进一步的为4-6℃/min，最优的为5℃/min；煅烧时间为3h。

9、进一步的，s1中，所述碳球溶液的配制方法为：将碳球溶解于无水乙醇中使其浓度为0.6％w/v，并在其中加入1％v/v去离子水，得到碳球溶液，现用现配。

10、进一步的，s2中，所述混合液a中，功能化纳米空心复合材料浓度为0.1-3mg/ml，进一步的为0.2-2mg/ml，最优的为0.5-1mg/ml；所述导电聚合物浓度为0-3mg/ml，进一步的为0.1-2mg/ml，最优的为0.5-1mg/ml；所述混合液a与葡萄糖氧化酶溶液的混合体积比为1:1-5:1，进一步的为2:1-4:1，最优的为3:1。

11、进一步的，s2中，所述壳聚糖溶液的配制方法为：将壳聚糖在搅拌的作用下溶解于0.2m乙酸溶液中，4°冷藏保存；所述壳聚糖溶液中，壳聚糖浓度为1％w/v；所述葡萄糖氧化酶溶液的配制方法为：将葡萄糖氧化酶于ph＝5.8的0.1m pbs缓冲液中溶解，4°冷藏保存；所述葡萄糖氧化酶溶液中，葡萄糖氧化酶的浓度为10mg/ml。

12、进一步的，s2中，所述导电聚合物为聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯和聚乙炔中的一种或一种以上，进一步的为聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯中的一种或一种以上。

13、进一步的，s3中，所述柔性微电极以碳材料为工作电极，以银/氯化银为参比电极，以碳电极为辅助电极，以pet材料为基底，采用丝网印刷的方式制备，电极尺寸为12*34mm；其中，工作电极的直径为4mm，厚度为0.3mm；电极活化方法为：将电极片在1mol/l的氢氧化钠溶液中伏安循环10次(-0.3～0.6v，0.1v/s)，随后将电极冲洗干净。

14、进一步的，s3中，普鲁士蓝溶液、酞菁锌无水乙醇溶液和功能化混合溶液的滴涂量均为2μl；所述普鲁士蓝溶液中，溶剂为0.1m kcl/hcl溶液，普鲁士蓝浓度为0-10mm，进一步的为0-5mm，最优的为2.5mm；所述酞菁锌无水乙醇溶液中，酞菁锌浓度为0-8mg/ml，进一步的为0-4mg/ml，最优的为2-3mg/ml。

15、(二)本发明还提供一种柔性高灵敏宽范围的葡萄糖传感器，由以上所述的制备方法制备而成。

16、本发明的有益效果：

17、本发明设计了一种柔性的葡萄糖传感器，以tio2空心球与石墨烯制备功能化纳米空心复合材料，并与导电聚合物、葡萄糖氧化酶溶液和壳聚糖溶液制备成功能化混合溶液，向工作电极依次滴涂普鲁士蓝溶液、酞菁锌无水乙醇溶液和功能化混合溶液并室温晾干以制备葡萄糖传感器。本发明以电子媒介体和具有催化作用的金属氧化物增加了酶的灵敏度，并拓宽了传感器的测量范围。

技术特征：

1.一种柔性高灵敏宽范围的葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的柔性高灵敏宽范围的葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的柔性高灵敏宽范围的葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，

4.根据权利要求2所述的柔性高灵敏宽范围的葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的柔性高灵敏宽范围的葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的柔性高灵敏宽范围的葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的柔性高灵敏宽范围的葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的柔性高灵敏宽范围的葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，

9.根据权利要求1所述的柔性高灵敏宽范围的葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，

10.权利要求1～9任意一项所述的制备方法制备的柔性高灵敏宽范围的葡萄糖传感器。

技术总结
本发明提供一种柔性高灵敏宽范围的葡萄糖传感器，其制备方法为：将TiO2空心球与石墨烯于乙醇中超声溶解，烘干并研磨、煅烧，得到功能化纳米空心复合材料；将功能化纳米空心复合材料和导电聚合物分散到壳聚糖溶液中，得到混合液A，随后将混合液A与葡萄糖氧化酶溶液混合，得到功能化混合溶液；将柔性微电极活化后，向工作电极滴涂普鲁士蓝溶液并室温晾干，随后向工作电极滴涂酞菁锌无水乙醇溶液并室温晾干，最后向工作电极滴涂功能化混合溶液并室温晾干，得到葡萄糖传感器。本发明以电子媒介体和具有催化作用的金属氧化物制备葡萄糖传感器，增加了酶的灵敏度，并拓宽了传感器的测量范围。

技术研发人员：林晓霞,胡小红,刘宇,乔世杰,邬晨浈,庞娟
受保护的技术使用者：金陵科技学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15