[發明專利]一種富氧納米生物酶電極、傳感器裝置及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201811033877.5
• 申請日: 2018-09-05
• 公開（公告）號: CN108872344B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 封心建;唐鶴鳴
• 申請（專利權）人: 賽特世紀（蘇州）生物科技有限公司
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 侯小鋒

本發明提供了一種富氧納米生物酶電極、傳感器裝置及其制備方法和應用，該富氧納米生物酶電極在電極基體上修飾有富氧功能的空心結構納米材料、過氧化氫的催化劑顆粒和與待測物對應的氧化酶。本申請所提供的富氧納米生物酶電極及裝置，具有寬的檢測線性范圍，高的靈敏度以及良好的抗干擾性能，并且可以批量生產。這種優勢主要來源于本發明采用的具有儲氧功能的空心結構材料。

技術領域

本發明涉及電極材料制備以及電化學檢測技術領域，具體而言，涉及一種富氧納米生物酶電極材料、傳感器裝置及其制備方法和應用。

背景技術

葡萄糖是世界性的公共健康問題，已成為僅次于心血管病即癌癥的危險疾病。如今，全球糖尿病患者已高達3億人次，其中，需要實時控制血糖濃度的糖尿病重癥患者也高達一億人次。因此，在日常生活中對實現對糖尿病患者血糖準確快速地檢測具有十分重要的意義。自1962年起，Leland Clark首先提出用酶電極測量葡萄糖的理論模型以來，葡萄糖傳感器的研究就從未停止過。現如今，電流型葡萄糖傳感器主要分為三代，分別是以氧氣為電子媒介體的第一類葡萄糖傳感器；以人工合成的電子媒介體替代氧氣作為酶反應電子受體的第二類葡萄糖傳感器；以及無媒介體，使酶與電極間進行直接電子轉移的第三類葡萄糖傳感器。第一類葡萄糖傳感器以氧氣為天然受體，綠色環保，無毒無污染。但是由于存在以下缺點，使得其沒有得到廣泛應用：

1)葡萄糖傳感器響應信號受待測溶液中氧氣溶解度的影響。氧氣濃度不足使得葡萄糖檢測線性范圍受限；

2)待測溶液中氧氣含量波動，導致傳感器檢測準確性受限；

3)過氧化氫的檢測通常需要在0.6V的高電位下進行，然而在該電位下大多數內源性干擾物質(抗壞血酸、尿酸等)和還原性藥物(對乙酰氨基酚、乙酰水楊酸等)同樣能在電極上氧化，從而對葡萄糖響應信號產生干擾，影響葡萄糖檢測準確性。

為了避免第一類葡萄糖傳感器在實際應用中的上述問題，現有技術中，大多的葡萄糖傳感器都采用基于人工合成電子媒介體的第二類葡萄糖傳感器。這類傳感器避免存在以下許多問題：

1)目前的電子媒介體主要包括導電有機鹽、醌及其衍生物、染料、二茂鐵及其衍生物等。這些電子媒介體對人體有一定的毒性，并且易從電極上脫落，穩定性差。

2)電子媒介體會與氧氣爭奪電子，產生氧干擾，進而影響葡萄糖傳感器檢測準確性，尤其無法針對低濃度葡萄糖溶液進行檢測。

現有技術中，采用三相富氧電極解決上述問題，采用了一端接觸待測液體，另一端接觸有氧氣體體系，然而這種兩電極或者三電極體系雖然可以持續測量，但是電極結構難以器件化生產，并保證檢測的一致性，不便于操作和攜帶，無法滿足人們日常需要和大批量生產。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種富氧納米生物酶電極，以解決上述問題，所述的富氧納米生物酶電極，在電極基體上修飾有空心結構體、所述空心結構體內部具有一個或多個空氣或富氧腔體，該電極增加了富氧空心結構體，空心結構體中富含氧氣，在測量過程中氧氣擴散到電極表面，實現在測量瞬間的恒定且充足的氧氣供給。并且該電極結構不需要和大氣等含氧氣的氣相接觸，即可實現恒定充足的氧氣供給，在使用過程中更加方便靈活，具有易于器件化，可以批量生產等優點。

本發明的第二目的在于提供一種所述的富氧納米生物酶電極的制備方法的制備方法，該方法方便、簡單、易于大批量生產和制備。

本發明的第三目的在于提供一種富氧納米生物酶傳感器裝置，該裝置是一種電化學檢測裝置，采用兩電極或者三電極體系，其中富氧納米生物酶電極作為工作電極，同時作為陰極使用，具有更加寬廣的檢測限，更加高的靈敏度、良好的選擇性和準確性。

本發明的第四目的在于提供一種富氧納米生物酶傳感器系統，該系統還包括顯示系統，可以有效的、實時讀取測得的電流信號，方便隨身攜帶使用。