[發(fā)明專利]一種雙金屬中心導(dǎo)電納米材料葡萄糖傳感及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210572540.1
• 申請(qǐng)日: 2022-05-24
• 公開（公告）號(hào): CN114778645A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡雪豐;張婕妤;王云兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/327
• 分類號(hào): G01N27/327;G01N27/48
• 代理公司: 成都正德明志知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51360
• 代理人: 萬雪松

本發(fā)明公開了一種雙金屬中心導(dǎo)電納米葡萄糖傳感及其制備方法和應(yīng)用。其包括連接有雙金屬中心氧化還原配體的導(dǎo)電納米材料，以及與其共價(jià)交聯(lián)的葡萄糖氧化酶。制備方法為：將連接有雙金屬中心氧化還原配體的導(dǎo)電納米材料、葡萄糖氧化酶以及交聯(lián)劑溶液混合，于20～45℃交聯(lián)即可。本發(fā)明方案能夠增加了媒介的電子轉(zhuǎn)移速率，從而克服目前有線酶技術(shù)當(dāng)中的氧效應(yīng)，利用本發(fā)明提供的材料制備的葡萄糖傳感器能夠特異性檢測(cè)葡萄糖，且其穩(wěn)定電流信號(hào)與葡萄糖濃度線性相關(guān)系數(shù)高，能排除干擾物質(zhì)對(duì)乙酰氨基酚對(duì)葡萄糖檢測(cè)的影響。因此，本發(fā)明涉及的基于雙金屬中心氧化還原配體修飾的導(dǎo)電納米材料葡萄糖傳感材料在葡萄糖智能監(jiān)測(cè)上具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于葡萄糖智能監(jiān)測(cè)專用材料及應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙金屬中心導(dǎo)電納米葡萄糖傳感及其制備方法和在葡萄糖智能監(jiān)測(cè)和糖尿病管理上的應(yīng)用。

背景技術(shù)

目前商品化的連續(xù)性血糖檢測(cè)儀(CGMS)都是采用基于酶反應(yīng)的電化學(xué)方法，實(shí)時(shí)將葡萄糖濃度轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。這類CGMS產(chǎn)品都包含葡萄糖氧化酶，葡萄糖氧化酶能夠特異性識(shí)別葡萄糖，對(duì)生物體內(nèi)其他糖類不敏感。目前市售的CGMS所使用的技術(shù)可分為第一代酶技術(shù)和第二代有線酶技術(shù)。

第一代酶技術(shù)是通過檢測(cè)葡萄糖氧化過程中產(chǎn)生的過氧化氫的濃度來間接檢測(cè)葡萄糖濃度，所使用的工作電極通常為貴金屬電極。過氧化氫的生成需要消耗氧氣，而人體血液中的氧氣濃度(0.2～0.3mM)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于血液中葡萄糖濃度(5～10mM)，因此需要在葡萄糖傳感器表面覆蓋一層特殊設(shè)計(jì)的能夠同時(shí)控制氧氣和葡萄糖通量的生物相容性外膜。這類外膜材料結(jié)構(gòu)復(fù)雜，比如專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N201080053713.4、CN201080062485.7、CN201980030243.0等專利申請(qǐng)文件就公開了類似的技術(shù)。此外，產(chǎn)生的過氧化氫在傳感層的擴(kuò)散方向是不受限制的，只有擴(kuò)散到電極表面的過氧化氫才能產(chǎn)生電流用于傳感，因此對(duì)電極的制備工藝提出很高的要求。另外，通常第一代酶技術(shù)使用的檢測(cè)電位都在0.4V以上。在該電位，一些干擾物質(zhì)，比如抗壞血酸、對(duì)乙酰氨基酚都會(huì)被氧化，產(chǎn)生干擾電流。因此，基于第一代酶技術(shù)的CGMS的有效工作時(shí)間通常為7天到10天不等。

第二代有線酶技術(shù)是通過人工合成媒介體替代氧氣，實(shí)現(xiàn)葡萄糖氧化酶和電極之間的電子傳遞。電子媒介體通過一個(gè)長的柔性鏈接枝到聚合物的側(cè)鏈，具體技術(shù)詳情如公開號(hào)為US6605200 B1的美國專利申請(qǐng)文件。葡萄糖氧化酶的氧化還原中心FAD被一層較厚的絕緣層包裹，帶有長柔性鏈的媒介體可以實(shí)現(xiàn)與FAD的有效接觸，將電子轉(zhuǎn)移出來。并通過快速還原和快速氧化形成電子或空穴等載流子，通過自交換來傳導(dǎo)電流。還原的媒介體與氧化的媒介體碰撞，還原的媒介體轉(zhuǎn)移電子，或者氧化的媒介體轉(zhuǎn)移空穴。盡管在理論上，電子或空穴也可以通過在固定位置的媒介體之間跳躍而傳播，但在氧化還原水凝膠中很少見到固態(tài)物理的trap-trap跳變現(xiàn)象。長柔性鏈的媒介體轉(zhuǎn)移電子速度比短鏈的媒介體快，這是因?yàn)殚L柔性鏈增大了被栓系的媒介體的位移幅度，顯著增加接觸碰撞頻率。

此外，專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200980139400.8的專利申請(qǐng)文件中，通過調(diào)整合成媒介體的配體合成了不同氧化還原電位的電子媒介體，這些電子媒介體氧化還原電位一般都是小于0.3V，提高了CGMS的抗干擾能力。雖然人工合成媒介體替代了氧氣，實(shí)現(xiàn)葡萄糖氧化酶和電極之間進(jìn)行的電子傳遞，但是氧氣仍然會(huì)與葡萄糖氧化酶發(fā)生電子傳遞。所以氧氣和人工合成媒介體會(huì)存在一個(gè)競(jìng)爭關(guān)系。所以，在CN113521399 A、US6932894 B2等文獻(xiàn)中，制備了一種生物相容性外膜來減少氧氣向傳感層的滲透，同時(shí)還要控制葡萄糖向傳感層的通量。通過此外膜，減少了氧氣的干擾。但是氧氣作為一種溶解在體液里的小分子，仍然會(huì)在微溶漲的孔隙中隨著水分子擴(kuò)散到傳感層，與電子媒介體競(jìng)爭轉(zhuǎn)移葡萄糖氧化酶的電子。若提高膜的交聯(lián)度，減少氧氣的流入，雖然進(jìn)一步提高了CGMS的檢測(cè)范圍，但是靈敏度會(huì)下降，檢測(cè)的電流值受外界的干擾也會(huì)變大。

目前報(bào)道的CGMS電子媒介體均使用單一金屬中心，最常用的是基于金屬鋨的電子介體材料，電子轉(zhuǎn)移速率慢，抗干擾能力弱，且傳感性能可能受氧氣濃度影響，對(duì)外膜的要求高。

發(fā)明內(nèi)容