一种无酶的电位型葡萄糖传感器及其检测方法技术

本发明专利技术属于生化分析测试技术领域，具体涉及一种高选择性的、无酶的电位型葡萄糖传感器及其检测方法。使用含有两个硼酸基团的硼酸衍生物作为葡萄糖的识别分子，以季铵盐掺杂的聚合物作为电极；使用本发明专利技术对全血样品中的葡萄糖浓度进行检测，所得结果与市售血糖仪的结果一致。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生化分析测试
，具体涉及一种高选择性的、无酶的电位型葡萄糖传感器及其检测方法。
技术介绍
糖类在人体的生命活动中具有重要的生理意义，异常的血糖类浓度常被作为代谢紊乱的标志，因而血糖的检测具有重要的意义。在临床分析及实际操作中，血糖检测一般借助血糖仪完成。血糖仪利用葡萄糖氧化酶识别并催化氧化葡萄糖产生电活性过氧化氢，使用小型化的电极检测过氧化氢的氧化还原电流即间接实现了葡萄糖的检测。虽然这类传感器通常具有较好的选择性及灵敏度，但是由于酶易变性(极易受环境条件如温度、pH等的影响)，这类传感器的稳定性较差。发展一种无酶的葡萄糖传感器将有助于改善这一现状。硼酸可以与顺式二醇形成环状的硼酸酯，利用这个性质，硼酸可以作为识别元件用于构建葡萄糖的无酶型传感器。近年来发展了很多基于硼酸的葡萄糖传感器，这类传感器除了使用硼酸的衍生物作为葡萄糖的识别分子外，通常还需要一个报告分子来传导识别过程；虽然有些传感器不需要这类报告分子，但是其所使用的谱学信号读出手段多需要借助于复杂的光学设备，因而操作繁琐、成本较高，不适于葡萄糖的简单、快速检测。发展一种简易、快速的无酶型葡萄糖传感器依然是一个挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种简单、快速的无酶电位型葡萄糖传感器及其检测方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种无酶的电位型葡萄糖传感器，使用含有两个硼酸基团的硼酸衍生物作为葡萄糖的识别分子，以季铵盐掺杂的聚合物作为电极；所述硼酸衍生物为[亚甲基-二(3,1-苯氨基甲基-2,1-苯基)]二硼酸、[亚甲基-二(丙氨基甲基-2,1-苯基)]二硼酸或亚甲基-二(9,10-蒽甲氨基甲基-2,1-苯基)]二硼酸。上述衍生物可按下述参考文献1-5中的记载制备获得。利用识别分子的硼酸基团在阴离子交换剂掺杂的聚合物膜上引起的阴离子电位响应，识别分子中两个硼酸基团在空间位置上和葡萄糖的两对顺式二醇结构匹配，其与葡萄糖形成1:1的共价结合产物；指示硼酸衍生物与葡萄糖的分子识别过程，进而实现葡萄糖的电位检测。所述电位型葡萄糖传感器需由聚合物膜电极传导电位信号，聚合物膜电极由三部分构成：膜基体、增塑剂及阴离子交换剂；膜基体可以为聚氯乙烯、聚氨酯、硅橡胶、醋酸纤维、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸-甲基丙烯酸二甲氨基乙酯；增塑剂可以为邻硝基苯辛醚、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异丁酯、己二酸二辛酯、癸二酸二辛酯；阴离子交换剂可以为三十二烷基一甲基氯化铵、四十二烷基氯化铵、三十二烷基一甲基溴化铵、四十二烷基溴化铵。一种无酶的电位型葡萄糖传感器的应用，利用识别元件在聚合物膜电极上引起阴离子的电位响应，进而定性/定量的检测葡萄糖。所述检测过程为：(1)以聚合物膜电极为工作电极、饱和甘汞电极为参比电极进行电位检测；(2)记录工作电极在pH为8.0的50mM磷酸缓冲溶液中的初始电位值，向该溶液中加入10-5M的硼酸衍生物，记录电位值至电位稳定；(3)向上述溶液中分别加入葡萄糖溶液储备液，使溶液中的葡萄糖浓度分别为10-3、10-2.5、10-2、10-1.5及10-1M，记录电位的变化情况；(4)以不同浓度葡萄糖产生的电位信号变化值为纵坐标，葡萄糖浓度为横坐标绘制标准工作曲线；(5)按照(1)-(3)的步骤对实际样品进行测试，根据标准工作曲线计算样品中葡萄糖的浓度值。本专利技术所具有的优点：本专利技术所使用含有两个硼酸基团的硼酸衍生物和葡萄糖形成1+1的复合物，实现对葡萄糖的选择性识别及检测，其结合能力高于对其结构类似物的结合能力，保证了对葡萄糖检测的高选择性；硼酸基团可以在阴离子交换剂掺杂的聚合物膜上产生阴离子电位响应，因而可以直接用于指示葡萄糖的浓度，大大简化了分析测试的过程及步骤、减少了所用试剂的种类；聚合物膜电位型传感技术不需要依赖复杂的仪器设备，同时电极制作简单、成本低廉、易于小型化，非常适合于临床及日常应用。附图说明图1为本专利技术的检测原理图。图2为[亚甲基-二(3,1-苯氨基甲基-2,1-苯基)]二硼酸的核磁谱图。图3为本专利技术实施例提供的不同pH条件下电极对1mM葡萄糖(■)及果糖(○)的响应情况图。图4为本专利技术实施例提供的不同浓度葡萄糖电极的实时电位响应曲线及标准工作曲线图。图5为本专利技术实施例提供的电极的可逆性实验图。图6为本专利技术实施例提供的不同浓度的葡萄糖(■)及其在果糖(0.1mM)与半乳糖(0.1mM)存在条件下的电位响应图。具体实施方式使用含有两个硼酸基团的硼酸衍生物作为葡萄糖的识别分子，同时利用硼酸基团在阴离子交换剂掺杂的聚合物膜上引起的阴离子电位响应指示分子识别过程，可以实现对葡萄糖的高选择性识别；利用硼酸基团在阴离子交换剂掺杂的聚合物膜上引起的阴离子电位响应，可以指示硼酸衍生物与葡萄糖的分子识别过程，进而实现葡萄糖的电位检测；葡萄糖的结构类似物如果糖和半乳糖等以及血液中存在的阴离子不干扰葡萄糖的检测。通过加入适当的掩蔽剂，血液中阴离子对电位信号的干扰可以被有效消除。检测原理见图1。实施例1本专利技术以[亚甲基-二(3,1-苯氨基甲基-2,1-苯基)]二硼酸(其核磁谱图见图2)为识别分子检测葡萄糖为例，其可按照文献5中的记载制备获得。其操作步骤如下：(1)聚合物膜电极的制备称取196mg聚氯乙烯、196mg邻硝基苯辛醚、4.54mg三十二烷基甲基氯化铵溶于3.5mL四氢呋喃中，搅拌均匀后倒入固定在玻璃板上的内径为3.5cm的玻璃环中。待四氢呋喃挥发完毕后，使用打孔器将膜切割为内径为3mm的小圆片并粘贴到底部套有PVC管的移液枪枪头上。使用10mM的NaCl溶液作为内充液及活化液活化电极，待用。(2)pH条件的优化 分别配制pH值为6.0、7.4、8.0、9.0的磷酸缓冲溶液中，以聚合物膜电极为指示电极、饱和甘汞电极为参比电极，记录初始电位值。使用二甲亚砜配制[亚甲基-二(3,1-苯氨基甲基-2,1-苯基)]二硼酸储备液，向上述磷酸缓冲溶液中加入二硼酸储备液，使[亚甲基-二(3,1-苯氨基甲基-2,1-苯基)]二硼酸的最终浓度为10-5M，记录电位值。加入上述溶液，使[亚甲基-二(3,1-苯氨基甲基-2,1-苯基)]二硼酸的最终浓度为50μM，记录电位值。而后再向上述溶液中分别加入不同浓度的葡萄糖及果糖，以电位变化值为纵坐标，糖浓度为横坐标作图。实验结果见图3。(3)葡萄糖的电位检测使用二甲亚砜配制[亚甲基-二(3,1-苯氨基甲基-2,1-苯基)]二硼酸储备液，向pH为8.0的磷酸缓冲溶液中加入上述溶液，使[亚甲基-二(3,1-苯氨基甲基-2,1-苯基)]二硼酸的最终浓度为10-5M，记录电位值。待电位稳定后，向溶液中加入不同浓度的葡萄糖溶液，继续记录电位值。实验结果见图4。(4)电极可逆性测试使用10Mm的盐酸溶液(含10％(体积分数)的乙醇)冲洗电极2×3分钟，测试电极对10-5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无酶的电位型葡萄糖传感器，其特征在于：使用含有两个硼酸基团的硼酸衍生物作为葡萄糖的识别分子，以季铵盐掺杂的聚合物作为电极；所述硼酸衍生物为[亚甲基‑二(3,1‑苯氨基甲基‑2,1‑苯基)]二硼酸、[亚甲基‑二(丙氨基甲基‑2,1‑苯基)]二硼酸或亚甲基‑二(9,10‑蒽甲氨基甲基‑2,1‑苯基)]二硼酸。

【技术特征摘要】
1.一种无酶的电位型葡萄糖传感器，其特征在于：
使用含有两个硼酸基团的硼酸衍生物作为葡萄糖的识别分子，以季铵
盐掺杂的聚合物作为电极；
所述硼酸衍生物为[亚甲基-二(3,1-苯氨基甲基-2,1-苯基)]二硼酸、
[亚甲基-二(丙氨基甲基-2,1-苯基)]二硼酸或亚甲基-二(9,10-蒽甲氨
基甲基-2,1-苯基)]二硼酸。
2.按权利要求1所述的无酶的电位型葡萄糖传感器，其特征在于：利
用识别分子的硼酸基团在阴离子交换剂掺杂的聚合物膜上引起的阴离子电
位响应，识别分子中两个硼酸基团在空间位置上和葡萄糖的两对顺式二醇
结构匹配，其与葡萄糖形成1:1的共价结合产物；指示硼酸衍生物与葡萄
糖的分子识别过程，进而实现葡萄糖的电位检测。
3.按权利要求1或2所述的无酶的电位型葡萄糖传感器，其特征在于：
所述电位型葡萄糖传感器需由聚合物膜电极传导电位信号，聚合物膜电极
由三部分构成：膜基体、增塑剂及阴离子交换剂；膜基体可以为聚氯乙烯、
聚氨酯、硅橡胶、醋酸纤维、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸-甲基丙烯酸二甲
氨基乙酯；增塑剂可以为邻硝基苯辛醚、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸

【专利技术属性】
技术研发人员：秦伟，李龙，陈红朵，
申请(专利权)人：中国科学院烟台海岸带研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37