[發(fā)明專利]基于兩性離子水凝膠多孔酶膜修飾的電化學生物傳感器

有效

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• 申請日: 2020-07-14
• 公開（公告）號: CN111855778B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發(fā)明（設計）人: 栗大超;李成成;蒲治華
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327;G01N27/48;A61B5/1468;A61B5/145
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程小艷

本發(fā)明公開一種基于兩性離子水凝膠多孔酶膜修飾的電化學生物傳感器，包括柔性基底層，分別設置在所述柔性基底層上的參比電極、用于測量生物分子的工作電極、對電極和用于連接外部設備的信號線；工作電極由自下而上的柔性基底層、基底電極金屬、導電納米顆粒(7)、普魯士藍以及水凝膠多孔酶膜構成。采用兩性離子水凝膠對酶進行固定，制備一種兩性離子水凝膠多孔酶膜，并利用兩性離子基團締合的極性和帶電基團增強電極與凝膠電解質(zhì)之間的界面粘合性。最終，提高電化學生物傳感器對目標分子的整體檢測性能。

技術領域

本發(fā)明涉及電化學傳感器領域，具體涉及一種基于兩性離子水凝膠酶膜修飾的電化學生物傳感器。

技術背景

基于酶的電化學生物傳感器是最常用的生物傳感平臺，酶電化學生物傳感器是由固定化酶和電極組合構建而成，利用酶的高度專一性和催化性，將酶作為電化學生物傳感器的敏感元件實現(xiàn)生物分子的高靈敏監(jiān)測。但酶電化學生物傳感器測定目標分子水平可能受到酶的不動性及其催化活性的影響，在測量過程中會受到周圍因素的干擾(如溫度、pH值和機械摩擦)。近年來人們不斷嘗試開發(fā)各種材料用于酶傳感器中酶的固定，以提高酶電化學生物傳感器的性能。

固定化酶和電極組合構建仍存在諸多難點，對構建方法進行改進，在保證其靈敏度和選擇性的同時。其一，提高酶的負載量；其二，有效促進目標分子的擴散及其與酶的交互，進而有效的加快目標分子的反應效率；其三，還要酶在有無目標分子的條件下都要保持活性，以提高整個電化學生物傳感器的使用壽命，最終實現(xiàn)電化學生物傳感器整體性能的提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要采用一種固定化酶技術，并將其應用于電化學生物傳感器整體性能的提高。

兩性離子聚合物是一種帶電荷的聚合物，在重復單元中帶有獨特的兩性離子基團，通常表現(xiàn)出很高的保水能力。將其作為酶的固定化載體，對于提高酶的負載量、穩(wěn)定性等有諸多優(yōu)勢?；诖?，我們采用兩性離子水凝膠對酶進行固定，制備一種兩性離子水凝膠多孔酶膜，并利用兩性離子基團締合的極性和帶電基團增強電極與凝膠電解質(zhì)之間的界面粘合性。最終，提高電化學生物傳感器對目標分子的整體檢測性能。

本發(fā)明所采用的技術方案是：基于兩性離子水凝膠多孔酶膜修飾的電化學生物傳感器，包括柔性基底層(5)，分別設置在所述柔性基底層(5)上的參比電極(1)、用于測量生物分子的工作電極(2)、對電極(3)和用于連接外部設備的信號線(4)；

工作電極(2)由自下而上的柔性基底層(5)、基底電極金屬(6)、導電納米顆粒(7)、普魯士藍(8)以及水凝膠多孔酶膜(9)構成；

水凝膠多孔酶膜層(9)的制備方法是：

首先將兩性離子聚合物單體溶于氯化鈉溶液中；

然后將交聯(lián)劑亞甲基雙丙烯酰胺加入單體溶液中，并在冰水浴條件下超聲處理；

將過熱引發(fā)劑過硫酸銨、催化劑四甲基二胺和生物酶加入上述混合液中并輕輕的搖勻，然后再在室溫下光聚合；

將得到的水凝膠酶膜在-20℃的冰箱內(nèi)冷凍數(shù)小時，然后取出解凍數(shù)小時，循環(huán)數(shù)次；

結束后，將水凝膠酶膜在磷酸緩沖液中洗滌，期間多次更換磷酸緩沖液，洗去沒有反應的單體/多余的鹽、及低聚物雜質(zhì)，由此得到兩性離子水凝膠多孔酶膜。

亞甲基雙丙烯酰胺濃度為40％(w/v),將1％(單體摩爾百分數(shù))亞甲基雙丙烯酰胺加入單體溶液中。

所述電化學生物傳感器用于檢測人體體液中的生物分子。

所述柔性基底層(5)不限于聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷、聚對苯二甲酸乙二醇酯的柔性薄膜。

所述電極信號線(4)采用金、銀、銅等導電材料。

所述兩性離子聚合物的單體包括但不限于羧酸甜菜堿、磺酸甜菜堿、硫酸酯甜菜堿。