[發明專利]一種類皮膚的超薄柔性葡萄糖測量傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 201710903637.5
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107727723A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 馮雪;陳毅豪;魯思淵;陸炳衛
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙)11360
• 代理人: 王巖

技術領域

本發明涉及生物傳感器技術，具體涉及一種類皮膚的超薄柔性葡萄糖測量傳感器及其制備方法。

背景技術

葡萄糖是動物和植物體內碳水化合物的主要組成部分，因此葡萄糖的定量測定在生物化學、臨床化學和食品分析中都占有很重要的位置。1954年Clark的氧電極分析方法使活體組織氧分壓的無損測量成為可能，由此打開了生物傳感器這一研究領域。50多年來各國科研人員對生物傳感器的研究和發展使得葡萄糖傳感器在食品分析、發酵控制、臨床檢驗等諸多方面得到應用并發揮了重要的作用。本文對葡萄糖生物傳感器的分類、原理及發展概況等作一簡要概述。葡萄糖傳感器是生物傳感器領域研究最多、商品化最早的生物傳感器，為葡萄糖氧化酶(glucose oxidase，GOD)經固化后于氧電極組成成。酶具有高選擇性，高親和力，在較溫和條件下也能對底物反應起催化作用，因此被選為生物傳感器中首選的生物活性物質。酶傳感器因為多由固定化酶和電化學裝置(電極)組合構建而成，所以又稱為酶電極(enzyme electrode)。將GOD固定在能透過葡萄糖和氧的薄膜上，然后固定在氧電極的前端，當溶液中存在著葡萄糖時，葡萄糖在通過固定化酶膜時被GOD氧化。在反應發生過程中需要消耗氧氣，而這種消耗量可用氧電極測定到，因此能夠以此檢查葡萄糖含量。但是大氣中氧氣分壓的變化，會導致溶液中溶解氧濃度產生變化，從而影響測定的準確性，這是酶電極葡萄糖生物傳感器在應用時要解決的問題。

經典葡萄糖氧化酶傳感器是采用過氧化氫電極作為基礎電極，通過檢測H2O2的產生量，進而檢測血清中的葡萄糖含量。其優點是，葡萄糖濃度與產生的H2O2有當量關系，不受血液中氧濃度變化的影響。采用過氧化氫作為基礎電極的生物傳感器是最早的生物傳感器。

從1962年第一個生物傳感器的誕生開始，葡萄糖傳感器在整個生物傳感器發展過程中的各個階段都占有重要的地位。在商品化方面，葡萄糖生物傳感器的應用是其它任何生物傳感器所不能比擬的，現在全世界每年用于血糖測試的酶電極產量已達到數十億支。在發酵工業中，葡萄糖傳感器也已廣泛應用于原料分析和遠程控制等。在研究領域，與其他生物傳感器相比，葡萄糖傳感器發表論文的比例一直占據首位。近年來，納米生物傳感器及DNA生物傳感器的研究報道迅速增加，但葡萄糖生物傳感器在整個傳感器研究報道的比例沒有大的變化。這是因為許多新型生物傳感器的研究同葡萄糖傳感器有關。

發明內容

針對以上現有技術中存在的問題，本發明提出了一種類皮膚的超薄柔性葡萄糖測量傳感器及其制備方法，用于檢測皮膚表面存在的葡萄糖濃度。

本發明的一個目的在于提出一種類皮膚的超薄柔性葡萄糖測量傳感器。

本發明的類皮膚的超薄柔性葡萄糖測量傳感器包括：柔性薄膜基底、絕緣支持層、粘結層、對電極、工作電極和固定了葡萄糖氧化酶的殼聚糖膜；其中，在基板上形成轉印層，在轉印層上形成絕緣支持層，在絕緣支持層上形成粘結層，在粘結層上形成導電層；表面刻蝕導電層至絕緣支持層的上表面，在導電層形成對電極的圖案和工作電極的圖案，對電極的圖案和工作電極的圖案之間絕緣，在工作電極的圖案上形成普魯士藍薄膜，工作電極的圖案及其上形成的普魯士藍薄膜構成工作電極，對電極的圖案作為對電極；在工作電極上形成固定了葡萄糖氧化酶的殼聚糖膜；絕緣支持層、粘結層、對電極、工作電極和固定了葡萄糖氧化酶的殼聚糖膜構成多層結構；多層結構從轉印層上剝離，轉印到柔性薄膜基底上；對電極和工作電極分別通過導線連接至電化學工作站或者測量電路；固定了葡萄糖氧化酶的殼聚糖膜粘貼在皮膚表面，皮膚表面的葡萄糖在葡萄糖氧化酶的作用下產生過氧化氫，過氧化氫與積普魯士藍薄膜發生催化反應，生成水和自由電子，自由電子產生的數量與葡萄糖的濃度成正比，自由電子通過普魯士藍薄膜傳遞到電化學工作站或者測量電路形成反應電流，電化學工作站在測量模式下或者采用測量電路測量反應產生的電流，從而得到葡萄糖的濃度。

對電極和工作電極的厚度為100nm～1cm，對電極和工作電極具有可彎曲和折疊的特性。本發明的對電極和工作電極的厚度小，易于將葡萄糖測量傳感器與皮膚貼合，保證了工作電極能夠與皮膚表面緊密貼合。工作電極和對電極的形狀為平面電極、插指電極或絲狀電極。絲狀電極是指工作電極和對電極分別為一根金屬絲，或者表面電鍍、電化學沉積、氣相沉積、磁控濺射了導電物質層的有機物材料細絲。