[發(fā)明專利]在線監(jiān)測用葡萄糖氧化酶絲網印刷電極及其制備方法

有效

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• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN107238645B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發(fā)明（設計）人: 李一葦;史建國;楊俊慧;孟慶軍;馬耀宏;楊艷
• 申請（專利權）人: 山東省科學院生物研究所
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327;G01N27/48;C12Q1/00
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 張世靜

本發(fā)明提供了在線監(jiān)測用葡萄糖氧化酶絲網印刷電極及其制備方法。該電極以化學沉積法制備的普魯士藍摻雜的碳基絲網印刷電極為電化學換能器件，修飾以固定化的葡萄糖氧化酶層形成酶生物傳感器。該電極可有效避免發(fā)酵液中復雜成分帶來的干擾，具有可重復使用、信號重現性好的特點，因而能夠滿足常規(guī)發(fā)酵在線分析的要求。本發(fā)明采用絲網印刷工藝進行化學修飾電極的制作，以提高其重現性并使該電極能夠用于批量生產。此外，本發(fā)明所使用的酶固定化方法簡單，使用纖維素濾紙、玻璃纖維素濾紙等簡單材料即可達到有效限制酶制劑流失的目的，適合批量生產酶電極的修飾并有足夠長的酶活力壽命。

技術領域

本發(fā)明涉及一種在線監(jiān)測用葡萄糖氧化酶絲網印刷電極及其制備方法，屬于生物傳感器及電分析化學測試技術領域。

背景技術

生物傳感器是一種以化學或物理傳感器為基底換能器件，通過特定的生物活性器件的修飾形成的可用于對特定物質進行定性或定量分析的傳感元件，在工業(yè)、醫(yī)療、環(huán)境、軍事等重要領域有廣泛應用。由酶修飾獲得的電流型生物傳感器適用范圍廣、原材料品種繁多、生產制造簡易、傳感性能可靠、使用便捷簡單、響應快速省時，是生物傳感器領域中的重要組成部分。

工業(yè)化生產過程中，往往需要對發(fā)酵過程中的反應底物的濃度變化進行實時監(jiān)測，這要求為發(fā)酵領域提供一種廉價、使用方便、分析結果可靠的在線檢測方法及設備。葡萄糖是一種極為常見的發(fā)酵原料，對其濃度進行在線實時監(jiān)測在工業(yè)生產中具有重要意義。

發(fā)酵過程中的實時監(jiān)測面臨諸多較為棘手的問題，如：便捷自動化的在線取樣、有效避免取樣及分析過程中可能造成的生物污染、較長期保證傳感器的穩(wěn)定性能等。迄今，美國專利商標局公布的專利中，有關生物傳感器的專利近12,000項，其中約6,000項與葡萄糖的分析測試有關；歐洲專利局公布近10,000項，其中逾700項與葡萄糖分析檢測直接相關；中國專利局公布約600項生物傳感領域的專利，其中不足20項與葡萄糖的分析檢測直接相關。上述專利中，尚未見到面向工業(yè)發(fā)酵過程中葡萄糖在線分析檢測的報道。

面向市場的葡萄糖生物傳感器，正面臨或難以多次、重復進行分析測試，或難以批量、工業(yè)化生產等問題。同時，發(fā)酵液的成分通常較為復雜，電流型酶生物傳感器往往難以避免其中非目標檢測組分的干擾。這些都是阻礙葡萄糖生物傳感器進入工業(yè)發(fā)酵過程在線分析的主要困難。

發(fā)明內容

為了解決以上技術問題，本發(fā)明提供了一種適于工業(yè)化生產及工業(yè)生產實際應用的酶傳感器電極。該電極以固定化的葡萄糖氧化酶作為其生物活性元件，以普魯士藍修飾的絲網印刷電極片為電化學換能元件構成。同時提供該酶傳感器電極的電化學基底電極、固定化酶及完整酶電極的制作方法及使用方法。通過與在線取樣系統(tǒng)的聯(lián)用，本發(fā)明適于發(fā)酵過程中的葡萄糖在線分析測試要求。

本發(fā)明技術方案如下：

1）普魯士藍摻雜的介體型過氧化氫絲網印刷電極制作：

配制含等摩爾濃度K₃Fe(CN)₆和KCl的水溶液，以鹽酸調節(jié)其pH在1.0-2.5范圍內，在快速攪拌條件下向其中逐滴加入1-1.33倍體積含等摩爾濃度的FeCl₃水溶液，充分反應后以4000 rpm離心分離獲得深藍色物質即普魯士藍；置于烘箱內于95℃烘干至恒重，再于同一烘箱內于100℃-150℃下烘制0.5-2h，得到活化的普魯士藍，干燥器內冷卻后以研缽研細成顆粒待用；稱取普魯士藍顆粒0.05g，配和入1mL N,N-二甲基甲酰胺以研缽研細，隨后加入3g導電碳漿 和2mL導電碳漿專用溶劑精細研磨20min使物料充分混勻，制成普魯士藍摻雜的碳基導電油墨；

取厚度為0.5 mm的聚氯乙烯基片，以1 mol/L NaOH溶液浸泡處理4 h后洗凈晾干；制作普魯士藍摻雜絲網印刷電極：

（1）首先，在洗凈的聚氯乙烯基片上以導電碳漿印制導線及兩個電極，印刷完成后，置于90℃的烘箱內使有機溶劑充分揮發(fā)；