一种含酶生物传感器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种含酶生物传感器及其制备方法和应用，制备方法为：将包裹了生物酶的

【技术实现步骤摘要】
一种含酶生物传感器及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于生物传感器件领域，涉及一种含酶生物传感器及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]随着社会的发展和人们生活水平的提高，实时监测人体生物标志物的传感器越来越引起人们的重视，该类传感器可以将基于生物标志物浓度变化的生化响应信号转化为电信号，在临床和生活中应用广泛
。
可通过该类传感器在临床中测量生物标志物，包括：葡萄糖
、
乳酸盐
、
肾上腺素
、
尿素
、
氨基酸
、
多巴胺等
。
[0003]该类传感器检测生物标志物的反应中涉及到电子转移，因此至少包含一个工作电极，工作电极的表面具有含酶敏感材料
。
[0004]壳聚糖是一种良好保持酶活的材料，添加壳聚糖可以延长生物酶活性；
PEDOT:PSS
具备良好的离子
‑
电子导电性，常作为电子传输层使用；二茂铁是一种良好的电子传输媒介，添加二茂铁可以提高电子传输效率，因此，壳聚糖
、PEDOT:PSS、
二茂铁常被用于制备含酶敏感材料
。
[0005]文献
1《Sens.Actuators B Chem.2022,373:132703.》
中是利用生物友好的壳聚糖作为
PEDOT:PSS
的交联剂和酶活保存剂，实现了
PEDOT:PSS
的低温固化及很高的酶活性保存率
(94
％
)
，同时证明了该体系具有较低的电子转移阻抗
。
然而，如图1所示，该体系中的壳聚糖不具备电活性，因此生物酶需要在氧气的参与下催化底物产生双氧水，双氧水再进一步扩散到电极材料中被氧化产生传感电流
。
在可穿戴传感器的实际使用场景中，传感器芯片贴敷到皮肤表面，氧气很难扩散进敏感层，导致实际使用环境受限
。
[0006]文献
2《A fully inkjet
‑
printed disposable glucose sensor on paper[J].npj Flexible Electronics,2018,2(1):30.》
公开了一种同时含有壳聚糖
、
二茂铁
、PEDOT:PSS、
生物酶的含酶生物传感器，其在纸基上通过喷墨打印一层
PEDOT:PSS
作为电子传导层，随后在
PEDOT:PSS
表面吸附一层生物酶，并进一步将小分子二茂铁混合壳聚糖涂敷在酶层之上，最终使用全氟磺酸作为封装层得到最终的传感器的工作电极，但是该传感器的电子传输效率较低，稳定性较差，在
4℃
的储存条件下，其传感性能在
14
天储存期后就开始衰减，一个月的储存期后只剩
80
％左右的初始传感性能
(
信噪比
)。
可能的原因是：
1)
游离的二茂铁与酶之间的结合距离太远，降低了一部分电子传输效率；
2)
游离的二茂铁无法保证其在使用过程中的稳定性，会从电极表面迁移出去；
3)
壳聚糖是一种绝缘材料，同样会降低电子传输效率；
4)PEDOT:PSS
自身的强酸性及强负电性，会导致生物酶失活
(
因此它常常作为电子传导层，而少用与酶共混的案例
)
，同样会降低电子传输效率；
5)PEDOT、
壳聚糖和生物传感的酶是层层组装，这样无法保证酶和
PEDOT
之间的紧密链接
(
酶层存在厚度，酶层内部的分子离导电的
PEDOT
距离较远
)。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种含酶生物传感器及其制备
方法和应用
。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种含酶生物传感器的制备方法，将包裹了生物酶的
CS
‑
Fc(
壳聚糖
‑
二茂铁
)
作为固化稳定剂，在工作电极表面对
PEDOT:PSS(
聚
(3,4
‑
乙烯二氧噻吩
):
聚苯乙烯磺酸盐
)
进行固化交联形成含酶敏感材料后，将工作电极
、
对电极和参比电极进行组装，得到含酶生物传感器；
[0010]生物酶为氧化还原酶；
[0011]CS
‑
Fc
的结构式如下：
[0012][0013]式中，
R
为
L1为
‑
(CH2)
a
‑
、
‑
NH
‑
CO
‑
(CH2)
a
‑
、
‑
CO
‑
NH
‑
(CH2)
a
‑
、
‑
COO
‑
(CH2)
a
‑
、
‑
OCO
‑
(CH2)
a
‑
、
‑
O
‑
(CH2)
a
‑
、
‑
(CH2)
a
‑
(CH2‑
O
‑
CH2)
b
‑
，其中
a、b
为正整数，且
0≤a≤6
，
0≤b≤6
；
n、m
为正整数，且
50≤n≤8000
，
10≤m≤7500。
[0014]本专利技术先用
CS
‑
Fc
将生物酶包裹，再加入
PEDOT:PSS
构筑导电网络，利用其优良的导电性，获得高效的电子传输效率，由于先用
CS
‑
Fc
将生物酶包裹，因此一方面能够阻止
PEDOT:PSS
对酶的伤害，构筑稳定的酶活环境，另一方面使得
Fc
与生物酶距离较近，可进一步提高电子转移效率
。
[0015]壳聚糖是自然界唯一大量存在的氨基功能化多糖，它具备良好的生物相容性，并且在大多数条件下具有良好的离子导电性
。
同时，壳聚糖的氨基可以于
PEDOT:PSS
的磺酸根产生静电作用
。
利用这种静电作用，就可以实现对
PEDOT:PSS
的固化交联，使其在液相中保持稳定状态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种含酶生物传感器的制备方法，其特征在于，将包裹了生物酶的
CS
‑
Fc
作为固化稳定剂，在工作电极表面对
PEDOT:PSS
进行固化交联形成含酶敏感材料后，将工作电极
、
对电极和参比电极进行组装，得到含酶生物传感器；生物酶为氧化还原酶；
CS
‑
Fc
的结构式如下：式中，
R
为
L1为
‑
(CH2)
a
‑
、
‑
NH
‑
CO
‑
(CH2)
a
‑
、
‑
CO
‑
NH
‑
(CH2)
a
‑
、
‑
COO
‑
(CH2)
a
‑
、
‑
OCO
‑
(CH2)
a
‑
、
‑
O
‑
(CH2)
a
‑
、
‑
(CH2)
a
‑
(CH2‑
O
‑
CH2)
b
‑
，其中
a、b
为正整数，且
0≤a≤6
，
0≤b≤6
；
n、m
为正整数，且
50≤n≤8000
，
10≤m≤7500。2.
根据权利要求1所述的一种含酶生物传感器的制备方法，其特征在于，生物酶为葡萄糖氧化酶
、
漆酶
、
尿酸氧化酶
、
乳酸氧化酶
、
过氧化氢酶和尿素酶中的一种以上
。3.
根据权利要求1所述的一种含酶生物传感器的制备方法，其特征在于，工作电极的表面含酶敏感材料的厚度为
0.2
‑
10
μ
m。4.
根据权利要求1‑3任一项所述的一种含酶生物传感器的制备方法，其特征在于，具体过程为：首先将
CS
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱波，潘齐超，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：