一种静电纺丝葡萄糖探测膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于生物传感器领域，涉及葡萄糖探测组件，特别是指一种静电纺丝葡萄糖探测膜及其制备方法。包括具备生物相容性的静电纺丝元件以及与该静电纺丝元件固定结合的葡萄糖氧化酶，该静电纺丝元件包括复数个由生物相容性材料制成的静电纺丝纤维，所述葡萄糖氧化酶固定结合于各静电纺丝纤维，所述静电纺丝纤维的材质采用聚乙烯醇；本发明专利技术利用热交联或戊二醛蒸汽交联制备工艺，以使得葡萄糖氧化酶与静电纺丝元件产生较好的固定连接效果，大幅提升探测灵敏度。

Electrospinning glucose detection membrane and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种静电纺丝葡萄糖探测膜及其制备方法
本专利技术属于生物传感器领域，涉及葡萄糖探测组件，特别是指一种静电纺丝葡萄糖探测膜及其制备方法。
技术介绍
生物传感器是一种由固定化的生物敏感材料作识别元件如酶、抗体、抗原微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质，适当的理化换能器以及信号放大装置等构成的分析工具或系统，是一种用以探测生物体内、外环境化学物质或特异性交互作用后产生回应的一种装置。其中，葡萄糖传感器是许多生物感测器的研究重点，其应用范围广泛，从具有医疗用途的血糖检测装置，到食品分析应用领域，同时它也提供了研发新型生物传感器的技术平台。由于现代人饮食过量又缺乏运动，使得糖尿病的发病率不断攀升。据估计2018年全国糖尿病患者数为1.14亿人；约每10个人中就有1个糖尿病患者。而目前诊断糖尿病主要依据血糖值高低，患者可以借此控制血糖，因此便携性生物传感器显得格外重要，此类传感器优点在于无需昂贵复杂的仪器设备，同时具有快速的信号反应，加上电化学法的便利性有助于普及化，所以成为现今研究发展的热门课题。目前，用来进行葡萄糖探测的主要方式为葡萄糖检测试纸，该葡萄糖感测试纸一般为层状组织，其包含一基材以及固定铺设在该基材上的一电极、一阻绝层、一检测层、一附着层及一亲水层，该葡萄糖感检测试纸的检测层接触待测液体之后，其探测结果的电信号由电极传导而出。然而，现有技术中常规的检测层一般采用传统高分子薄膜的制造方式制成，其一般具有平滑的表面结构，使其比表面积受到限制而使其感测灵敏度不佳，通过该电极传导而出的电信号相当微弱，使葡萄糖传感器的检测结果可能出错，造成误诊，更因为需要经常重测而因此影响使用的便捷性。
技术实现思路
为解决现有技术中葡萄糖检测技术灵敏度不佳、容易造成误诊、使用不便等技术问题，本专利技术提供一种静电纺丝葡萄糖探测膜及其制备方法，利用静电纺丝聚乙烯醇制作了一种具有高比表面积的纳米纤维膜，大幅提升葡萄糖生物检测灵敏度。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种静电纺丝葡萄糖探测膜，包括静电纺丝元件及与静电纺丝元件固定结合的葡萄糖氧化酶；其中静电纺丝元件为包含复数个由生物相容性材料制成的静电纺丝纤维；其中生物相容性材料为聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或聚氧化乙烯；所述固定结合指葡萄糖氧化酶与静电纺丝元件以热处理交联或以戊二醛蒸汽交联而产生的交联结合。所述的静电纺丝葡萄糖探测膜的制备方法，步骤如下：（1）以生物相容性材料为原料制备纺丝液，通过静电纺丝方法制备静电纺丝元件；（2）将步骤（1）制备的静电纺丝元件置于葡萄糖氧化酶溶液中进行拉涂；（3）经步骤（2）处理的静电纺丝元件，经交联工艺，静电纺丝元件中的纺丝纤维与葡萄糖氧化酶交联，得到静电纺丝葡萄糖探测膜。所述步骤（1）中纺丝液中生物相容性材料的质量体积比为12-18%。所述步骤（2）中葡萄糖氧化酶溶液的质量体积比为20%，温度为36-60℃，时间为45min。所述步骤（3）中交联工艺为热处理交联或戊二醛蒸汽交联，其中热处理交联温度130℃-160℃，时间60min，戊二醛蒸汽交联的温度设置为25℃，时间设置在10-60min。所述的静电纺丝葡萄糖探测膜的制备方法，步骤如下：a.将葡萄糖氧化酶与生物相容性材料混合制备纺丝液，通过静电纺丝工艺制备静电纺丝纤维膜；b.利用交联工艺将步骤a的静电纺丝纤维膜中的静电纺丝纤维和葡萄糖氧化酶进行交联反应。所述步骤a中葡萄糖氧化酶与生物相容性材料的质量比为（6-9）：10，其中生物相容性材料的质量体积比为12-18%。所述步骤b中交联工艺为热处理交联或戊二醛蒸汽交联；其中热处理交联温度130℃-160℃，时间60min；戊二醛蒸汽交联的温度设置为25℃，时间设置在10-60min。静电纺丝的工艺参数为：温度25℃，湿度20%-30%，工作电压15kv，工作距离12cm，溶液流速0.5mL/h。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术利用静电纺丝法制备生物相容性材料的纳米纤维，并将其应用于葡萄糖生物传感器，提供了一种生物传感器的全新加工和制备工艺。实验结果证明无论是混合纺织的静电纺丝制备工艺所制造的静电纺丝葡萄糖探测膜或以拉涂法工艺制造的静电纺丝葡萄糖探测膜均比传统聚乙烯醇片体具有更高的探测灵敏性。静电纺丝葡萄糖感测膜具有以下特性：以145℃-155℃热处理交联，具有1.8μA/mM-2.0μA/mM的葡萄糖浓度对应感应电流灵敏度；或以蒸汽交联，交联时间5-15min时，具有8.0μA/mM-8.5μA/mM的葡萄糖浓度对应感应电流灵敏度。本申请制备的纤维状探测薄膜有助于感测灵敏度的提高，使得本专利技术具备非常高的实用性，能够解决现有技术的诸多缺点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为通过拉涂法制备在不同温度下生产的静电纺丝葡萄糖探测膜中葡萄糖浓度对应感应电流的关系图。图2为通过拉涂法制备的静电纺丝葡萄糖探测膜中温度对于探测膜灵敏度的关系图。图3为聚乙烯醇与葡萄糖氧化酶混合纺织后以热处理交联固定结合的灵敏度对于温度的关系图。图4为葡萄糖氧化酶与聚乙烯醇混合纺织的静电纺丝纤维的蒸气交联时间对于探测灵敏度关系图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术静电纺丝葡萄糖探测膜的实施例为包括一具备生物相容性的静电纺丝元件以及与所述静电纺丝元件固定结合的一葡萄糖氧化酶。所述静电纺丝元件的结构形状不限定，可以是片体、块体或线状物等；所述静电纺丝元件包含复数个采用由生物相容性材料制成的静电纺丝纤维，所述葡萄糖氧化酶固定结合于各静电纺丝纤维。所述固定结合方式，具体是指将葡萄糖氧化酶以物理性或化学性方法结合于所述静电纺丝元件的表面或内部的一部分，以使得静电纺丝葡萄糖探测膜与不同含量的葡萄糖接触时，能产生不同的电子或化学信号。以下简述利用葡萄糖氧化酶感测葡萄糖含量的化学反应机理：葡萄糖氧化酶GOx可与葡萄糖glucose进行酶反应，还原态酶再与氧气进行电子转移生成H2O2。通过检测H2O2生成量进而估算葡萄糖含量。葡萄糖氧化酶的双核酸腺嘌呤黄素FAD虽然具有电化学活性中心，但双核酸腺嘌呤黄素FAD粒径约为25nm，且易被蛋白质高分子包围于内部，很难直接进行电子传递，必须藉由较小分子快速地进出酶层传递电子促使其反应，因此利用氧作为电子媒介物检测，其反应过程如下：（1）glucose+GOx(O×)→gluconicaci本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种静电纺丝葡萄糖探测膜，其特征在于：包括静电纺丝元件及与静电纺丝元件固定结合的葡萄糖氧化酶；其中静电纺丝元件为包含复数个由生物相容性材料制成的静电纺丝纤维；其中生物相容性材料为聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或聚氧化乙烯；所述固定结合指葡萄糖氧化酶与静电纺丝元件以热处理交联或以戊二醛蒸汽交联而产生的交联结合。/n

【技术特征摘要】
1.一种静电纺丝葡萄糖探测膜，其特征在于：包括静电纺丝元件及与静电纺丝元件固定结合的葡萄糖氧化酶；其中静电纺丝元件为包含复数个由生物相容性材料制成的静电纺丝纤维；其中生物相容性材料为聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或聚氧化乙烯；所述固定结合指葡萄糖氧化酶与静电纺丝元件以热处理交联或以戊二醛蒸汽交联而产生的交联结合。


2.权利要求1所述的静电纺丝葡萄糖探测膜的制备方法，其特征在于，步骤如下：
（1）以生物相容性材料为原料制备纺丝液，通过静电纺丝方法制备静电纺丝元件；
（2）将步骤（1）制备的静电纺丝元件置于葡萄糖氧化酶溶液中进行拉涂；
（3）经步骤（2）处理的静电纺丝元件，经交联工艺，使静电纺丝元件中的纺丝纤维与葡萄糖氧化酶交联，得到静电纺丝葡萄糖探测膜。


3.根据权利要求2所述的静电纺丝葡萄糖探测膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中纺丝液中生物相容性材料的质量体积比为12-18%。


4.根据权利要求2所述的静电纺丝葡萄糖探测膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中葡萄糖氧化酶溶液的质量体积比为20%，温度为36-60℃，时间为45min。


5.根据权利要求2所述的静电纺丝葡萄糖探测膜的制备方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志景，王川川，任聪，马志伟，刘俊桃，陈晓培，杨新玲，王建玲，
申请(专利权)人：河南牧业经济学院，
类型：发明
国别省市：河南;41