石墨烯修饰的乳酸生物传感器及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物传感器领域，具体设及一种石墨締修饰的乳酸生物传感器及其制 备方法。
【背景技术】
[0002] 乳酸是糖类代谢的中间产物。血液中乳酸的含量检测能掲示某些疾病的严重程 度，当人体组织缺氧或者患有某些肝脏疾病，就会引起血液中乳酸浓度的增加。血液中乳 酸的含量检测还能帮助指导运动员进行合理训练，人体血液中正常的乳酸浓度是1. 2~ 2. 7mmol/l，但激烈运动后浓度可W达到25mmol/L。W上特性使得乳酸可W作为临床和运动 医学中的相关指示，因此快速、简便、准确的测定血液中的乳酸含量是非常重要的。
[0003] 乳酸生物传感器一般为电流型酶传感器，采用乳酸氧化酶作为生物敏感物质，W 人工电子传递剂如铁氯化钟来增强传感器的响应电流。
[0004] 近年来，丝网印刷技术成为大规模生产电流型酶传感器的主要技术之一。通过丝 网印刷技术可W廉价地在塑料基板上制作基底电极，极大地方便了电流型酶传感器的生 产。同时，丝网印刷技术的引入，能够让工作电极、对电极和参比电极同时集成在很小的范 围内，通常只需要一滴溶液便可W进行分析检测，运使得采样量大大缩减。
[0005] 在生物传感器的应用中，蛋白质或酶的活性中屯、和电极可W被看作一对电子受 体-供体，因此只有当活性中屯、处于电极表面足够近的区域时，才能发生直接电子转移。但 是，对多数氧化还原蛋白质或酶，其活性中屯、通常被包埋在非导电的蛋白结构中，阻碍了电 子的转移，从而影响了生物传感器的准确度和灵敏度。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种石墨締修饰的乳酸生物传感器及其制备方法，该乳酸生物传感 器不依赖于电子传递剂、成本低、灵敏度高、抗干扰性好，可W快速而准确测量人体血清中 的乳酸含量。
[0007] 一种石墨締修饰的乳酸生物传感器，包括： 阳00引 基板；
[0009] 平行设置于所述基板上的参比电极、对电极和工作电极；
[0010] 包覆于所述参比电极、对电极和工作电极的部分表面上的绝缘层，所述绝缘层与 所述参比电极、对电极和工作电极的裸露部分围成反应腔，其特征在于，所述的工作电极包 括碳糊导线、石墨締层和酶液层，所述石墨締层覆盖在碳糊导线的反应区上；
[0011] 所述的酶液层结合在石墨締层上，并且所述的酶液层中包含乳酸氧化酶和酶活性 添加剂。
[0012] 由于石墨締具有优异的电子传递性能，本发明将酶液层结合到石墨締层上后，利 用石墨締充当电极表面和酶的氧化还原中屯、的导电元件，从而实现电流型酶传感器的直接 电子传递，提高了整个乳酸生物传感器的灵敏度高，并且抗干扰性好，可W快速而准确测量 人体血清中的乳酸含量。
[0013] 作为优选，所述的石墨締层的材料为簇基石墨締或氧化石墨締。运两种石墨締价 格便宜，并且具有较好的电子传递性能。
[0014] 所述的酶活性添加剂包括增活剂和/或保活剂；
[0015] 所述的增活剂采用巧离子、巧樣酸或邻苯二甲酸缓冲液；
[0016] 所述的保活剂为海藻糖、壳聚糖和牛血清白蛋白中的至少一种。增活剂的加入有 利于提高乳酸生物传感器的灵敏度，保活剂的加入使乳酸生物传感器更便于保存。
[0017] 水合渗透性能也是影响所述的乳酸生物传感器性能的重要参数，作为优选，所述 的酶液层中还包含亲水高分子；
[0018] 所述的亲水高分子包括簇甲基纤维素、十二烷基苯横酸钢、TritonX-100、聚乙締 醇、聚乙締化咯烧酬、明胶及其衍生物、十二烷基=甲基漠化锭中的至少一种。运些亲水高 分子可W有效地提高酶液层的水合渗透性能，进一步提高检测速率和灵敏度。
[0019] 作为优选，所述的参比电极由银导线和锻于其表面的氯化银锻层组成，所述的氯 化银锻层位于反应腔内；
[0020] 所述的对电极为碳糊电极。
[0021] 作为优选，所述的反应腔的开口覆盖有亲水层，所述的亲水层上开设有用于进样 的毛细孔。待测液滴在该毛细孔上，即可进行测量。
[0022] 本发明还提供了一种所述的乳酸生物传感器的制备方法，包括W下步骤：
[0023] (1)采用丝网印刷方法或薄膜蒸涂技术在基板上形成一根银导线和两根碳糊导 线；
[0024] (2)在银导线和碳糊导线上覆盖带有开口的绝缘层，开口部分形成反应腔；
[0025] (3)采用电锻的方法在银导线的裸露表面上锻上氯化银形成参比电极；
[00%] (4)将石墨締悬浊液滴加在一根碳糊导线的裸露表面上，避光干燥后得到石墨締 层；
[0027] 妨步骤（4)得到的石墨締层在氯化钢溶液中进行电化学还原，并在活化液中进 行活化；
[0028] (6)将酶溶液滴加在活化后的石墨締层上，避光干燥得到工作电极；
[0029] (7)在绝缘层的表面进一步覆盖上亲水层，得到所述的乳酸生物传感器。
[0030] 该制备方法操作简便，乳酸生物传感器的性能容易控制，便于工业化生产。
[0031] 步骤巧）中，所述的氯化钢溶液的浓度为0. 1~0. 3M，所述的活化液为簇基活化 液。
[0032] 步骤化）中，所述的酶溶液采用点涂的方法滴加在所述的石墨締层上。
[0033] 同现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0034] 1、本发明生物传感器采用还原石墨締修饰电极，其中石墨締充当电极表面和乳酸 氧化酶的氧化还原中屯、的导电元件，从而实现乳酸氧化酶传感器的直接电子传递，大大降 低电子传递剂引入的检测干扰。
[0035] 2、将乳酸氧化酶通过共价结合的方式固定在石墨締上，防止了乳酸氧化酶在反应 过程脱落污染待测液。
[0036] 3、采用丝网印刷电极作为基底电极，实现传感器的微型化和集成化，便于携带，操 作简便。
[0037] 4、采用S电极结构，可W有效避免电化学交互反应，S电极结构中，参比电极与对 电极分开，在工作电极表面生成的氨氧根离子在对电极上被氧化，避免了氨氧根对电极环 境的污染，延长传感器的使用寿命。
【附图说明】
[0038] 图1为本发明生物传感器的结构示意图；
[0039] 图2为图1所示的生物传感器的A-A剖面图； W40] 图3为图1所示的生物传感器的B-B剖面图；
[0041] 图4为图1所示的生物传感器的C-C剖面图；
[0042] 图5为实施例1所得乳酸传感器对乳酸的循环伏安曲线W及其对应的电流-浓度 校正曲线；
[0043] 图6为修饰了石墨締的乳酸传感器和未修饰的乳酸传感器对乳酸溶液的电流-浓 度响应曲线对比图。
【具体实施方式】
[0044] 如图1所示，本发明的石墨締修饰的乳酸生物传感器，包括基板1、位于基板1上的 参比电极2、对电极3和工作电极4。参比电极2、工作电极4和对电极3相互平行设置在基 板1上，参比电极2位于工作电极4 一侧，对电极3位于工作电极4另一侧。 W45] 图2是图1所示的生物传感器的A-A剖面图，即对电极3的结构示意图，如图2所 示，对电极3由碳糊导线3a和碳糊电极3b组成。
[0046] 图3是图1所示的生物传感器的B-B剖面图，即工作电极4的结构示意图，如图3 所示，工作电极4由碳糊导线4曰、石墨締层4b和酶液层4c组成。
[0047] 图4是图1所示的生物传感器的C-C剖面图，即参比电极似的结构示意图，如图 4所示，参比电极2由银导线2a和锻有银/氯化银电极化组成。