【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电化学生物传感器领域，具体涉及一种基于高分子聚合物人工电子介体的电化学生物传感器及其制备方法。
技术介绍
1、生物传感器将分析化学和生物学的技术及方法结合在一起，是一种利用生物因子或生物学原理，以生物活性单元(如酶、抗体、核酸、细胞等)作为生物敏感元件，对被测物具有高度选择性，能产生与被测物浓度成比例的分析信号的检测器。它通过各种物理、化学型信号表达出来，从而得出被测物的浓度。由于生物传感器具有选择性好、灵敏度高、分析速度快等优点，可以进行在线甚至活体分析，可在医学及工农业等其他领域广泛地应用于检测分析。生物传感器通常由分子识别部分(生物敏感元件)和转换部分(换能器)组成，其工作原理如图1所示，其中，生物敏感元件由对被测定物质具有高选择性分子识别功能的膜(也称“生物敏感膜”)构成；换能器则能把生物敏感元件上进行的生化反应中消耗或生成的化学物质或产生的光、热等转变为电信号，然后对所得电信号进行滤波去噪等处理后，在仪器上显示或记录下来。
2、随着生物技术的迅速发展和广泛应用，能够实时、在线获取各种生化信息的生物传感器显得越来越重要。要实现生化信息的传感，首先要能够高灵敏、高选择地识别被测对象，如各种与生命活动密切相关的离子、气体、有机分子以及生物大分子等。对于简单的离子、分子，可以利用天然的或人工合成的载体，如放线菌素、冠醚、杯芳烃等，通过一些较为简单的物理、化学手段制成敏感膜，完成高灵敏选择性识别。但是对于很多有机物、生物大分子，则需要相应的酶、抗原、抗体甚至生物组织才能完成识别。如何将这些生物活性单元固
3、酶作为一种生物催化剂，能在常温常压的温和条件下高效地催化反应，并且具有很高的专一性，常被制成固定化酶，广泛地用于生物传感器的构建。生物酶传感器的催化研究经历了三个发展阶段即以氧为中继体的电催化(第一代生物传感器)、基于人工媒介体的电催化(第二代生物传感器)和直接电催化(第三代生物传感器)。
4、以葡萄糖传感器为例，第一代氧电极葡萄糖传感器以氧作为电子媒介体，这类酶电极的响应信号与氧分压或溶氧有关，而且通常利用的是生成的h2o2在电极上的电氧化的输出信号来指示底物浓度。但此类传感器易受溶解o2的影响，o2浓度改变直接造成电流信号的起伏，在溶解o2相对贫乏时，电流响应值降低。而第三代直接电催化葡萄糖传感器实现了电子直接在酶与电极之间传递，不与氧及各类电子受体作用，无需电子媒介体，也不受其它外加干扰物质影响，且固定过程相对简便。但在实际条件下，通常酶蛋白活性中心被包裹在蛋白分子内部，难与电极表面接触，并且氧化还原型酶(如葡萄糖氧化酶)吸附于在电极表面后容易发生结构变化导致其变性或失活，这就导致了在实际中此类传感器仅停留于实验室研究阶段。
5、相比之下，第二代人工媒介体葡萄糖传感器的设计更为简便，通过采用电子媒介体代替第一代的溶解氧的方法，以改善、提高电子传递效率。电子媒介体通常选用氧化还原性物质，且需具有优良的电催化活性，能够实现酶与电极间的电子传递。第二代人工媒介体葡萄糖传感器的电子转移机理反应方程如下：
6、溶液中：c6h12o6+(gox)ox→(gox)red+c6h12o7
7、(gox)red+(介体)ox→(gox)ox+(介体)red
8、电极上：(介体)red→(介体)ox+ne-
9、制作此类传感器时，最初是将电子媒介体加入到底物溶液中，降低了工作电位，减少干扰。采用媒介体可促进酶活性中心到电极之间的电子传输，减弱杂质干扰。酶的活性中心通常被包裹在酶分子蛋白壳内部，与电极表面发生电子传递过程较难。引入电子媒介体后，由于电子媒介体的活动自由度高，其可在酶与电极间传递，间接增加了两者的接触机会，提高了检测灵敏度。但它不能循环使用，且不适于特殊环境下(活体检测)操作。故目前多是将其修饰于电极上。
10、电子媒介体在电极上的固定很关键，电子媒介体的流失会对传感器的灵敏度影响很大。现有固定方法有多种：一类是将电子媒介体吸附、电聚合于电极上，然后再固定酶上去；一类是将电子媒介体、酶同基质或聚合物一起固定于电极、不同的酶、媒介体、电极，固定的方法不同，效果也不同。在实际条件下，通常酶蛋白活性中心被包裹在酶蛋白分子内部，难与电极表面接触。
11、目前用于生物传感器研究的电子媒介体多为小分子媒介体，主要包括：亚铁氰化钾、二茂铁及其衍生物；染料类如亚甲基绿、亚甲基蓝、麦尔多拉蓝、靛酚类等；醌及其衍生物；四硫富瓦希(ttf)及其衍生物和导电有机盐等。对于小分子媒介体，它可以游离在蛋白质分子的活性位点附近，在接收到分析物氧化还原过程中产生的电子后从酶蛋白分子的肽链空隙中穿过转移到电极表面，完成电子传递过程，但这种传递方式往往会有较大的电子损耗。因此，在使用小分子媒介体时也常将小分子媒介体插入或键合到高分子载体的链上，由于它的高分子链间的互相缠绕或交联可防止流失，但也有可能造成电子转移速率过慢，使响应时间延长。
技术实现思路
1、为解决第二代生物传感器采用小分子媒介体在转移过程中存在较大电子损耗，以及电子转移速率过慢、响应时间过长的问题，本专利技术公开一种基于高分子聚合物人工电子介体的电化学生物传感器，其中的生物敏感膜由高分子聚合物人工电子介体-生物酶复合制剂在工作电极上修饰形成。进一步，本专利技术还公开上述电化学生物传感器的制备方法。本专利技术公开的电化学生物传感器可用于乏氧条件下组织间液中生物分析物的连续监测。
2、本专利技术的第一方面公开一种基于高分子聚合物人工电子介体的电化学生物传感器，包括：基底层；形成于基底层上的电极层，所述电极层至少包括工作电极和对电极；修饰于工作电极上的生物敏感膜，所述生物敏感膜的材料为高分子聚合物人工电子介体-生物酶复合制剂；所述高分子聚合物人工电子介体-生物酶复合制剂中包括含有过渡金属的高分子聚合物人工电子介体络合物、生物酶和人工电子介体-酶复合交联剂；所述高分子人工电子介体络合物以过渡金属元素为中心，枝接联吡啶、氯原子、甲酯衍生化合物基团。
3、作为一种可选方案，所述过渡金属为锇、钌、铁或者铜。
4、作为一种可选方案，所述电极层通过丝网印刷工艺刷制于基底层上。
5、作为一种可选方案，所述工作电极和对电极为碳电极。
6、作为一种可选方案，所述电极层还包括参比电极。
7、作为一种可选方案，所述参比电极的材料为银/氯化银。
8、作为一种可选方案，所述生物敏感膜表面包覆有阳离子聚合物外膜交联剂。
9、作为一种可选方案，所述阳离子聚合物外膜交联剂采用全氟磺酸溶液或戊二醛溶液配制而成。
10、作为一种可选方案，所述基底层为柔性结构；所述基底层为pet膜、pi膜、pdms膜中的任意一种。
11、作为一种可选方案，还包括用于避免外界串扰的绝缘保护层，所述绝缘保护层为光固化本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于高分子聚合物人工电子介体的电化学生物传感器，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的电化学生物传感器，其特征在于，所述过渡金属为锇、钌、铁或者铜。
3.如权利要求1所述的电化学生物传感器，其特征在于，所述电极层通过丝网印刷工艺刷制于基底层上。
4.如权利要求1所述的电化学生物传感器，其特征在于，所述工作电极和对电极为碳电极。
5.如权利要求1所述的电化学生物传感器，其特征在于，所述电极层还包括参比电极。
6.如权利要求5所述的电化学生物传感器，其特征在于，所述参比电极的材料为银/氯化银。
7.如权利要求1所述的电化学生物传感器，其特征在于，所述生物敏感膜表面包覆有阳离子聚合物外膜交联剂。
8.如权利要求7所述的电化学生物传感器，其特征在于，所述阳离子聚合物外膜交联剂采用全氟磺酸溶液或戊二醛溶液配制而成。
9.如权利要求1至8任意一项所述的电化学生物传感器，其特征在于，所述基底层为柔性结构；所述基底层为PET膜、PI膜、PDMS膜中的任意一种。
10.如权利要求
11.一种制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1至10中任意一项所述的基于高分子聚合物人工电子介体的电化学生物传感器，包括：
12.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述含有过渡金属的高分子人工电子介体络合物的合成方法包括：
13.如权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述氯化物铵为氯化锇铵、氯化钌铵、氯化铁铵或者氯化铜铵；
14.如权利要求11至13任意一项所述的制备方法，其特征在于，还包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于高分子聚合物人工电子介体的电化学生物传感器，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的电化学生物传感器，其特征在于，所述过渡金属为锇、钌、铁或者铜。
3.如权利要求1所述的电化学生物传感器，其特征在于，所述电极层通过丝网印刷工艺刷制于基底层上。
4.如权利要求1所述的电化学生物传感器，其特征在于，所述工作电极和对电极为碳电极。
5.如权利要求1所述的电化学生物传感器，其特征在于，所述电极层还包括参比电极。
6.如权利要求5所述的电化学生物传感器，其特征在于，所述参比电极的材料为银/氯化银。
7.如权利要求1所述的电化学生物传感器，其特征在于，所述生物敏感膜表面包覆有阳离子聚合物外膜交联剂。
8.如权利要求7所述的电化学生物传感器，其特征在于，所述阳离子聚合物外膜交联剂采用全氟磺酸溶液或戊二醛溶液配制...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘挺睿，蒋钰琳，叶海航，徐长顺，叶潼，李欣，
申请(专利权)人：中国科学技术大学苏州高等研究院，
类型：发明
国别省市：
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