丝素蛋白微针电极及其制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种丝素蛋白微针电极，包括丝素蛋白微针本体和铂丝电极部，丝素蛋白微针本体包括基底和均匀植列于该基底一侧表面的多个实心针体，丝素蛋白微针本体干态下硬度高但吸收液体后形成若干用于葡萄糖通过的孔道，所述丝素蛋白微针本体的成分包括丝素蛋白、多元醇和葡萄糖氧化酶；铂丝电极部由所述实心针体内部向远离该实心针体的方向延伸出基底，铂丝电极部包括由内向外依次设置的铂丝本体、催化剂层和载体层；催化剂层为葡萄糖氧化酶层，载体层为丝素蛋白层。本发明专利技术制备方法简单、成本低廉、检测范围宽、生物相容性好，且电极稳定性高。

Silk fibroin microneedle electrode and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
丝素蛋白微针电极及其制备和应用
本专利技术涉及酶生物传感器
，尤其涉及一种丝素蛋白微针电极及其制备和应用。
技术介绍
近几十年来，血糖检测技术得到了迅猛发展，更多快捷、安全的检测技术被提出并应用。微创血糖仪的检测精度虽不及静脉血测定精度，但因方便易用，在家庭日常血糖管理中发挥着重要作用。然而，反复的有创伤检测，使患者面临身体和精神的双重压力，这使得血糖监测管理的执行度受到极大影响，进而使患者血糖水平产生较大波动，并且无法长时间检测，难以实现24小时监测。近些年来血糖监测传感器的制作，大多数都是基体的表面涂层和基体与媒介体的结合。这样的制作方法虽然能一定程度上的检测血糖的浓度，但与人体结合会产生一定的不适。而丝素蛋白是一种生物相容性良好，可降解，并具备优异的物理机械性能的生物医学材料，有望作为一种致敏性小、刺入能力强的微针基材电极。这使得传感器可以实现小型化，在植入和使用时不会给患者带来很大痛苦，而且植入后的传感器工作区域与创口组织直接接触，不容易造成细胞粘附和炎症发应。目前检测血糖传感器大致分为三种，有创检测、微创检测和无创检测。有创检测是采用静脉抽血并进行分析的方法。抽血后可以对血液进行电化学或者光化学检测，是目前最传统同时也是最准确的血糖检测方法。但是该方法需要患者反复抽血，给病人带来了极大的痛苦，大多数人不愿意这么测试。微创检测技术以人体体液(尤其是组织液)代替血液进行研究。获取体液的方法需要穿透皮肤，目前主要有透过皮肤植入型检测技术和组织液透皮抽取型检测技术两种。微创检测的测量效果较理想并且对患者不会造成直接伤害，但是该方法对材料的要求较高，成本问题不容忽视。无创血糖检测方法是指在完全不对人体造成伤害的条件下进行检测，可供测量的部位有手指、手臂、眼球、耳垂等。技术有拉曼光谱检测法和代谢热整合法等，但在检测时受到光、热和湿度影响导致不稳定而影响测量结果。在本专利申请前，中国专利技术专利(CN105301086A)公开了一种葡萄糖氧化酶生物传感器的制备方法及其应用。该生物传感器包括有一基体电极，其感应端包覆孔雀石绿薄膜，膜上修饰有葡萄糖修饰酶。利用电聚合的方法将孔雀石绿溶液修饰在电极表面，形成一种载体薄膜，在薄膜表面滴加葡萄糖氧化酶溶液，在酶溶液中混合戊二醛、全氟高分子聚合物磺酸盐阳离子交换剂使葡萄糖氧化酶更加稳固的与孔雀石绿薄膜交联在一起，形成一种对葡萄糖有特定响应的薄膜。但其采用的玻碳电极使用前需要抛光、活化，且表面性质不稳定、易引入氮、氧基团，电化学催化性质也会随之改变，故而导致检测的不准确性。中国专利技术专利(CN105866226A)公开了一种葡萄糖氧化酶生物传感器的制备及使用方法，采用碳毡为基体电极，碳毡电极检测端表面固定葡萄糖氧化酶与有机染料的混合物(物理吸附)，制成葡萄糖氧化酶生物传感器，用于对葡萄糖进行定量分析。该方法采用物理吸附，牢固性不强，浸泡时间过长，容易脱落，导致传感器不稳定。铂丝是常用的电极材料，普鲁士蓝、纳米金可用来修饰铂丝电极，制成铂丝葡萄糖传感器(化学传感器,2004,24(2):57-61)。在电聚合制备普鲁士蓝膜修饰铂丝电极基础上，引入纳米粒子，采用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为辅助固酶膜基质制成一种新型铂丝基体的葡萄糖传感器。但是由于铂丝表面光滑，造成修饰它的普鲁士蓝、纳米金在测量的过程中容易脱落，造成测量的不准确。微针用于葡萄糖传感器也有相关的研究，用空心微针阵列制作出连续监测葡萄糖传感器(传感器与微系统,2015,34(1):97-100)。空心微针基体在针尖通孔处的内外表面淀积Ti/Pt的薄膜。但该方法制电极基体表面沉积形成的导电薄膜，易脱落，另外人体跟不锈钢微针容易产生过敏反应。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种丝素蛋白微针电极及其制备和应用，本专利技术制备方法简单、成本低廉、检测范围宽、生物相容性好，且电极稳定性高。本专利技术的第一个目的是提供一种丝素蛋白微针电极的制备方法，包括以下步骤：(1)将丝素蛋白水溶液、多元醇水溶液和葡萄糖氧化酶混匀后得到混合溶液，所述混合溶液中，丝素蛋白、多元醇和葡萄糖氧化酶的质量比为100:10～30:0.5～5；(2)将所述混合溶液浇注于含有多个针状微孔阵列的模具中，浇注完毕后脱除模具内溶液中的气泡，然后将预处理后的铂丝的一端插入微孔中，干燥后脱模，得到所述丝素蛋白微针电极；其中，铂丝的预处理包括以下步骤：将铂丝在1～5mol/L强碱溶液中煮沸20～30分钟，然后在10～15mol/L强酸溶液中煮沸10～30分钟，水洗铂丝后在30～50℃且80～100KHz条件下超声波震荡0.1～0.5h，然后将铂丝依次在10mg/mL葡萄糖氧化酶水溶液和30mg/mL丝素蛋白水溶液中浸泡1～5分钟。进一步地，在步骤(1)中，先将20～100mg/mL的丝素蛋白水溶液:50～100mg/mL的多元醇水溶液按照体积比为5:0.2～2混匀，然后向其中加入葡萄糖氧化酶。进一步地，在步骤(1)中，混合溶液中葡萄糖氧化酶的浓度为2mg/mL～10mg/mL。进一步地，在步骤(1)中，所述多元醇为山梨醇、赤藓糖醇和木糖醇中的一种或几种。进一步地，在步骤(2)中，将模具在真空度为0.09MPa～0.1MPa条件下脱除气泡。进一步地，在步骤(2)中，所述针状微孔阵列中各微针在竖直方向的高度为400～600μm。进一步地，在步骤(2)中，在温度为20～30℃且相对湿度为50～70％的条件下干燥5～20h。进一步地，在步骤(2)中，铂丝的长度为6～9mm，直径为0.006～0.01mm。本专利技术的第二个目的是提供一种采用上述方法所制备的丝素蛋白微针电极，包括丝素蛋白微针本体和铂丝电极部(3)，所述丝素蛋白微针本体包括基底(10)和均匀植列于该基底(10)一侧表面的多个实心针体(11)，所述丝素蛋白微针本体干态下硬度高但吸收液体后形成若干用于葡萄糖通过的孔道，所述丝素蛋白微针本体的成分包括丝素蛋白、多元醇和葡萄糖氧化酶；所述铂丝电极部(3)由所述实心针体(11)内部向远离该实心针体(11)的方向延伸出所述基底(10)，所述铂丝电极部(3)包括由内向外依次设置的铂丝本体(30)、催化剂层(31)和载体层(32)；所述催化剂层(31)为葡萄糖氧化酶层，所述载体层(32)为丝素蛋白层。进一步地，铂丝电极部(3)沿所述实心针体(11)的轴线设置。进一步地，实心针体(11)为高度在400～600μm的针状结构。本专利技术的第三个目的是保护上述丝素蛋白微针电极在制备检测葡萄糖浓度的传感器中的应用。采用电化学法检测葡萄糖浓度时，体液中的葡萄糖通过丝素蛋白微针本体溶胀后形成的孔道进入实心针体内部，实心针体和铂丝电极中的葡萄糖氧化酶与葡萄糖反应产生H2O2，H2O2经铂的催化分解产生的电流，通过检测电流值，可以获得血液中葡萄糖浓度。葡萄糖的浓度和生成H2O2的量之间正相关，电流大小与H2O2浓度呈正比，故与葡萄糖浓度也存在当量关系，可通过检测产生电流的大小来反映被检测葡萄糖的浓度。本专利技术的原理是：丝素蛋白微针电极中葡萄糖氧化酶的浓度是固定的，为了防止葡萄糖氧化酶溶失，需要制备不溶性的微针；为了促使血液中的葡萄糖快速进入微针，需要提供大量的微孔道给葡萄糖扩散，因此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种丝素蛋白微针电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将丝素蛋白水溶液、多元醇水溶液和葡萄糖氧化酶混匀后得到混合溶液，所述混合溶液中，丝素蛋白、多元醇和葡萄糖氧化酶的质量比为100:10～30:0.5～5；(2)将所述混合溶液浇注于含有多个针状微孔阵列的模具中，浇注完毕后脱除模具内溶液中的气泡，然后将预处理后的铂丝的一端插入微孔中，干燥后脱模，得到所述丝素蛋白微针电极；其中，铂丝的预处理包括以下步骤：将铂丝在1～5mol/L强碱溶液中煮沸20～30分钟，然后在10～15mol/L强酸溶液中煮沸10～30分钟，水洗铂丝后在30～50℃且80～100KHz条件下超声波震荡0.1～0.5h，然后将铂丝依次在10mg/mL葡萄糖氧化酶水溶液和30mg/mL丝素蛋白水溶液中浸泡1～5分钟。

【技术特征摘要】
1.一种丝素蛋白微针电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将丝素蛋白水溶液、多元醇水溶液和葡萄糖氧化酶混匀后得到混合溶液，所述混合溶液中，丝素蛋白、多元醇和葡萄糖氧化酶的质量比为100:10～30:0.5～5；(2)将所述混合溶液浇注于含有多个针状微孔阵列的模具中，浇注完毕后脱除模具内溶液中的气泡，然后将预处理后的铂丝的一端插入微孔中，干燥后脱模，得到所述丝素蛋白微针电极；其中，铂丝的预处理包括以下步骤：将铂丝在1～5mol/L强碱溶液中煮沸20～30分钟，然后在10～15mol/L强酸溶液中煮沸10～30分钟，水洗铂丝后在30～50℃且80～100KHz条件下超声波震荡0.1～0.5h，然后将铂丝依次在10mg/mL葡萄糖氧化酶水溶液和30mg/mL丝素蛋白水溶液中浸泡1～5分钟。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，先将20～100mg/mL的丝素蛋白水溶液与50～100mg/mL的多元醇水溶液按照体积比为5:0.2～2混匀，然后向其中加入葡萄糖氧化酶，使得到的混合溶液中葡萄糖氧化酶的浓度为2～10mg/mL。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述多元醇为山梨醇、赤藓糖醇和木糖醇中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢神州，赵亮，姜福建，温壮壮，朱明枚，
申请(专利权)人：南通纺织丝绸产业技术研究院，苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32