石墨烯修飾的乳酸生物傳感器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物傳感器領(lǐng)域，具體設(shè)及一種石墨締修飾的乳酸生物傳感器及其制 備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 乳酸是糖類代謝的中間產(chǎn)物。血液中乳酸的含量檢測能掲示某些疾病的嚴(yán)重程 度，當(dāng)人體組織缺氧或者患有某些肝臟疾病，就會引起血液中乳酸濃度的增加。血液中乳 酸的含量檢測還能幫助指導(dǎo)運動員進(jìn)行合理訓(xùn)練，人體血液中正常的乳酸濃度是1. 2~ 2. 7mmol/l，但激烈運動后濃度可W達(dá)到25mmol/L。W上特性使得乳酸可W作為臨床和運動 醫(yī)學(xué)中的相關(guān)指示，因此快速、簡便、準(zhǔn)確的測定血液中的乳酸含量是非常重要的。
[0003] 乳酸生物傳感器一般為電流型酶傳感器，采用乳酸氧化酶作為生物敏感物質(zhì)，W 人工電子傳遞劑如鐵氯化鐘來增強傳感器的響應(yīng)電流。
[0004] 近年來，絲網(wǎng)印刷技術(shù)成為大規(guī)模生產(chǎn)電流型酶傳感器的主要技術(shù)之一。通過絲 網(wǎng)印刷技術(shù)可W廉價地在塑料基板上制作基底電極，極大地方便了電流型酶傳感器的生 產(chǎn)。同時，絲網(wǎng)印刷技術(shù)的引入，能夠讓工作電極、對電極和參比電極同時集成在很小的范 圍內(nèi)，通常只需要一滴溶液便可W進(jìn)行分析檢測，運使得采樣量大大縮減。
[0005] 在生物傳感器的應(yīng)用中，蛋白質(zhì)或酶的活性中屯、和電極可W被看作一對電子受 體-供體，因此只有當(dāng)活性中屯、處于電極表面足夠近的區(qū)域時，才能發(fā)生直接電子轉(zhuǎn)移。但 是，對多數(shù)氧化還原蛋白質(zhì)或酶，其活性中屯、通常被包埋在非導(dǎo)電的蛋白結(jié)構(gòu)中，阻礙了電 子的轉(zhuǎn)移，從而影響了生物傳感器的準(zhǔn)確度和靈敏度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供了一種石墨締修飾的乳酸生物傳感器及其制備方法，該乳酸生物傳感 器不依賴于電子傳遞劑、成本低、靈敏度高、抗干擾性好，可W快速而準(zhǔn)確測量人體血清中 的乳酸含量。
[0007] 一種石墨締修飾的乳酸生物傳感器，包括： 陽00引 基板；
[0009] 平行設(shè)置于所述基板上的參比電極、對電極和工作電極；
[0010] 包覆于所述參比電極、對電極和工作電極的部分表面上的絕緣層，所述絕緣層與 所述參比電極、對電極和工作電極的裸露部分圍成反應(yīng)腔，其特征在于，所述的工作電極包 括碳糊導(dǎo)線、石墨締層和酶液層，所述石墨締層覆蓋在碳糊導(dǎo)線的反應(yīng)區(qū)上；
[0011] 所述的酶液層結(jié)合在石墨締層上，并且所述的酶液層中包含乳酸氧化酶和酶活性 添加劑。
[0012] 由于石墨締具有優(yōu)異的電子傳遞性能，本發(fā)明將酶液層結(jié)合到石墨締層上后，利 用石墨締充當(dāng)電極表面和酶的氧化還原中屯、的導(dǎo)電元件，從而實現(xiàn)電流型酶傳感器的直接 電子傳遞，提高了整個乳酸生物傳感器的靈敏度高，并且抗干擾性好，可W快速而準(zhǔn)確測量 人體血清中的乳酸含量。
[0013] 作為優(yōu)選，所述的石墨締層的材料為簇基石墨締或氧化石墨締。運兩種石墨締價 格便宜，并且具有較好的電子傳遞性能。
[0014] 所述的酶活性添加劑包括增活劑和/或?；顒?br>[0015] 所述的增活劑采用巧離子、巧樣酸或鄰苯二甲酸緩沖液；
[0016] 所述的保活劑為海藻糖、殼聚糖和牛血清白蛋白中的至少一種。增活劑的加入有 利于提高乳酸生物傳感器的靈敏度，?；顒┑募尤胧谷樗嵘飩鞲衅鞲阌诒４妗?br>[0017] 水合滲透性能也是影響所述的乳酸生物傳感器性能的重要參數(shù)，作為優(yōu)選，所述 的酶液層中還包含親水高分子；
[0018] 所述的親水高分子包括簇甲基纖維素、十二烷基苯橫酸鋼、TritonX-100、聚乙締 醇、聚乙締化咯燒酬、明膠及其衍生物、十二烷基=甲基漠化錠中的至少一種。運些親水高 分子可W有效地提高酶液層的水合滲透性能，進(jìn)一步提高檢測速率和靈敏度。
[0019] 作為優(yōu)選，所述的參比電極由銀導(dǎo)線和鍛于其表面的氯化銀鍛層組成，所述的氯 化銀鍛層位于反應(yīng)腔內(nèi)；
[0020] 所述的對電極為碳糊電極。
[0021] 作為優(yōu)選，所述的反應(yīng)腔的開口覆蓋有親水層，所述的親水層上開設(shè)有用于進(jìn)樣 的毛細(xì)孔。待測液滴在該毛細(xì)孔上，即可進(jìn)行測量。
[0022] 本發(fā)明還提供了一種所述的乳酸生物傳感器的制備方法，包括W下步驟：
[0023] (1)采用絲網(wǎng)印刷方法或薄膜蒸涂技術(shù)在基板上形成一根銀導(dǎo)線和兩根碳糊導(dǎo) 線；
[0024] (2)在銀導(dǎo)線和碳糊導(dǎo)線上覆蓋帶有開口的絕緣層，開口部分形成反應(yīng)腔；
[0025] (3)采用電鍛的方法在銀導(dǎo)線的裸露表面上鍛上氯化銀形成參比電極；
[00%] (4)將石墨締懸濁液滴加在一根碳糊導(dǎo)線的裸露表面上，避光干燥后得到石墨締 層；
[0027] 妨步驟（4)得到的石墨締層在氯化鋼溶液中進(jìn)行電化學(xué)還原，并在活化液中進(jìn) 行活化；
[0028] (6)將酶溶液滴加在活化后的石墨締層上，避光干燥得到工作電極；
[0029] (7)在絕緣層的表面進(jìn)一步覆蓋上親水層，得到所述的乳酸生物傳感器。
[0030] 該制備方法操作簡便，乳酸生物傳感器的性能容易控制，便于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0031] 步驟巧）中，所述的氯化鋼溶液的濃度為0. 1~0. 3M，所述的活化液為簇基活化 液。
[0032] 步驟化）中，所述的酶溶液采用點涂的方法滴加在所述的石墨締層上。
[0033] 同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0034] 1、本發(fā)明生物傳感器采用還原石墨締修飾電極，其中石墨締充當(dāng)電極表面和乳酸 氧化酶的氧化還原中屯、的導(dǎo)電元件，從而實現(xiàn)乳酸氧化酶傳感器的直接電子傳遞，大大降 低電子傳遞劑引入的檢測干擾。
[0035] 2、將乳酸氧化酶通過共價結(jié)合的方式固定在石墨締上，防止了乳酸氧化酶在反應(yīng) 過程脫落污染待測液。
[0036] 3、采用絲網(wǎng)印刷電極作為基底電極，實現(xiàn)傳感器的微型化和集成化，便于攜帶，操 作簡便。
[0037] 4、采用S電極結(jié)構(gòu)，可W有效避免電化學(xué)交互反應(yīng)，S電極結(jié)構(gòu)中，參比電極與對 電極分開，在工作電極表面生成的氨氧根離子在對電極上被氧化，避免了氨氧根對電極環(huán) 境的污染，延長傳感器的使用壽命。
【附圖說明】
[0038] 圖1為本發(fā)明生物傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039] 圖2為圖1所示的生物傳感器的A-A剖面圖； W40] 圖3為圖1所示的生物傳感器的B-B剖面圖；
[0041] 圖4為圖1所示的生物傳感器的C-C剖面圖；
[0042] 圖5為實施例1所得乳酸傳感器對乳酸的循環(huán)伏安曲線W及其對應(yīng)的電流-濃度 校正曲線；
[0043] 圖6為修飾了石墨締的乳酸傳感器和未修飾的乳酸傳感器對乳酸溶液的電流-濃 度響應(yīng)曲線對比圖。
【具體實施方式】
[0044] 如圖1所示，本發(fā)明的石墨締修飾的乳酸生物傳感器，包括基板1、位于基板1上的 參比電極2、對電極3和工作電極4。參比電極2、工作電極4和對電極3相互平行設(shè)置在基 板1上，參比電極2位于工作電極4 一側(cè)，對電極3位于工作電極4另一側(cè)。 W45] 圖2是圖1所示的生物傳感器的A-A剖面圖，即對電極3的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所 示，對電極3由碳糊導(dǎo)線3a和碳糊電極3b組成。
[0046] 圖3是圖1所示的生物傳感器的B-B剖面圖，即工作電極4的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3 所示，工作電極4由碳糊導(dǎo)線4曰、石墨締層4b和酶液層4c組成。
[0047] 圖4是圖1所示的生物傳感器的C-C剖面圖，即參比電極似的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖 4所示，參比電極2由銀導(dǎo)線2a和鍛有銀/氯化銀電極化組成。