本申請(qǐng)涉及生物傳感器，特別是涉及一種電極及其制備方法、電極組件和生物傳感器。

背景技術(shù)：

1、葡萄糖是臨床診斷、代謝調(diào)節(jié)的重要物質(zhì)，因此，對(duì)葡萄糖的檢測(cè)尤為重要。比如，糖尿病是一種長(zhǎng)期慢性疾病，如何有效控制糖尿病的發(fā)展已成為目前備受關(guān)注的研究難題。血糖檢測(cè)結(jié)果對(duì)于評(píng)估糖尿病患者糖代謝紊亂的程度、制定降糖方案、反映降糖治療效果并指導(dǎo)治療方案的調(diào)整具有重要意義。因此，發(fā)展具有高精度及高準(zhǔn)確性的血糖檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)于糖尿病的診斷與治療具有重要意義。

2、近年來(lái)，植入式葡萄糖持續(xù)檢測(cè)系統(tǒng)(cgms)為成千上萬(wàn)的糖尿病患者提供了一種全方位調(diào)控血糖的工具。傳統(tǒng)cgms均是基于葡萄糖氧化酶的高選擇性和高效催化性能，采用電化學(xué)方法對(duì)葡萄糖進(jìn)行檢測(cè)。但是傳統(tǒng)的cgms存在成本高、檢測(cè)電位高、存在重金屬離子泄露風(fēng)險(xiǎn)，且會(huì)受到抗壞血酸、尿酸和對(duì)乙酰氨基苯酚等還原性物質(zhì)的顯著干擾。而且目前使用的cgms均為單一電化學(xué)信號(hào)輸出，在使用過(guò)程中隨著機(jī)體蛋白、細(xì)胞等生物質(zhì)在傳感器表面的非特異性吸附，導(dǎo)致傳感器檢測(cè)靈敏度和準(zhǔn)確性逐步下降、使用壽命縮短。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，有必要提供一種簡(jiǎn)便易得，能夠避免還原性物質(zhì)的干擾，提高檢測(cè)靈敏度和精度，且可以產(chǎn)生雙電化學(xué)響應(yīng)信號(hào)的電極及其制備方法、電極組件和生物傳感器。

2、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N電極，包括：電極本體以及形成于所述電極本體表面的復(fù)合層；所述復(fù)合層上負(fù)載有仿生催化劑；所述復(fù)合層具有交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成所述交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的材料包括葡萄糖氧化酶、導(dǎo)電材料和交聯(lián)劑，所述導(dǎo)電材料含有氨基官能團(tuán)。

3、在一些實(shí)施方式中，負(fù)載所述仿生催化劑的方式包括：所述導(dǎo)電材料與所述仿生催化劑之間形成π-π堆積作用、靜電相互作用及氫鍵中的一種或多種。

4、在一些實(shí)施方式中，所述仿生催化劑包括金屬卟啉及金屬酞菁中的一種或多種。

5、在一些實(shí)施方式中，所述交聯(lián)劑包括醛類(lèi)交聯(lián)劑、含環(huán)氧基團(tuán)的交聯(lián)劑、n,n-亞甲基雙丙烯酰胺及京尼平中的一種或多種。

6、在一些實(shí)施方式中，所述導(dǎo)電材料包括導(dǎo)電聚合物及氨基功能化無(wú)機(jī)導(dǎo)電材料中的一種或多種。

7、在一些實(shí)施方式中，所述復(fù)合層具有以下特征中的至少一項(xiàng)：

8、1)所述仿生催化劑與所述葡萄糖氧化酶的質(zhì)量比為(0.5～2)：1；

9、2)所述葡萄糖氧化酶、所述導(dǎo)電材料與所述交聯(lián)劑的質(zhì)量比為1：(0.05～0.5)：(0.05～0.5)。

10、在一些實(shí)施方式中，所述電極還包括擴(kuò)散限制膜，所述擴(kuò)散限制膜設(shè)置于所述復(fù)合層背離所述電極本體的一側(cè)。

11、第二方面，本申請(qǐng)還提供一種如第一方面所述的電極的制備方法，包括以下步驟：

12、將包括所述仿生催化劑、所述葡萄糖氧化酶、所述導(dǎo)電材料和所述交聯(lián)劑的分散液涂覆于所述電極本體表面，以在所述電極本體的表面形成所述復(fù)合層。

13、在一些實(shí)施方式中，所述制備方法還包括在所述復(fù)合層背離所述電極本體的一側(cè)形成擴(kuò)散限制膜的步驟。

14、在一些實(shí)施方式中，制備所述分散液的步驟包括：

15、將所述仿生催化劑與所述導(dǎo)電材料混于溶劑中并進(jìn)行超聲處理，制備混合液；

16、將所述混合液與所述葡萄糖氧化酶和所述交聯(lián)劑混合并進(jìn)行反應(yīng)，以使所述導(dǎo)電材料、所述葡萄糖氧化酶和所述交聯(lián)劑之間形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，制備所述分散液。

17、在一些實(shí)施方式中，所述分散液具有以下特征中的至少一項(xiàng)：

18、1)所述仿生催化劑的濃度為0.5mg/ml～10mg/ml；

19、2)所述葡萄糖氧化酶的濃度為1mg/ml～5mg/ml；

20、3)所述導(dǎo)電材料的濃度為0.05mg/ml～2.5mg/ml；

21、4)所述交聯(lián)劑的濃度為0.05mg/ml～2.5mg/ml。

22、第三方面，本申請(qǐng)進(jìn)一步提供一種電極組件，包括工作電極、對(duì)電極和參比電極，所述工作電極為第一方面所述的電極。

23、第四方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N生物傳感器，包括第三方面所述的電極組件。

24、本申請(qǐng)?zhí)峁┑碾姌O，在電極本體上修飾復(fù)合層，從而能夠檢測(cè)機(jī)體中葡萄糖的濃度。葡萄糖氧化酶和氨基功能化的導(dǎo)電材料在交聯(lián)劑交聯(lián)作用下形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，確保形成均勻的復(fù)合層；復(fù)合層中的導(dǎo)電材料可以與仿生催化劑之間形成非共價(jià)鍵作用而穩(wěn)定負(fù)載于復(fù)合層上，從而可以避免仿生催化劑發(fā)生泄漏；復(fù)合層中的導(dǎo)電材料可以加速仿生催化劑與電極本體間的電子傳遞速率，提升傳感器檢測(cè)性能。仿生催化劑可以對(duì)機(jī)體中的氧氣進(jìn)行催化還原。隨著機(jī)體中葡萄糖濃度的增加，在葡萄糖氧化酶的催化作用下，葡萄糖被氧化為葡萄糖酸內(nèi)酯，并伴隨著氧氣被還原為過(guò)氧化氫，過(guò)氧化氫又能夠進(jìn)一步被仿生催化劑催化還原。本申請(qǐng)發(fā)現(xiàn)，仿生催化劑對(duì)氧氣和過(guò)氧化氫的催化還原可以使生物傳感器對(duì)葡萄糖產(chǎn)生雙電化學(xué)響應(yīng)信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)消耗的氧氣和生成的過(guò)氧化氫，從而定量機(jī)體中葡萄糖的濃度。由此構(gòu)建的比率型電化學(xué)生物傳感器相較于傳統(tǒng)單一電化學(xué)信號(hào)檢測(cè)模式，雙電化學(xué)響應(yīng)信號(hào)可互相作為內(nèi)參，因而受到外界環(huán)境擾動(dòng)影響更小，可以避免cgms長(zhǎng)期使用過(guò)程中機(jī)體蛋白和細(xì)胞污染造成的靈敏度下降問(wèn)題，從而提升了對(duì)葡萄糖的檢測(cè)準(zhǔn)確性和靈敏度，延長(zhǎng)了生物傳感器的使用壽命。

25、而且本申請(qǐng)?zhí)峁┑纳飩鞲衅髂軌驅(qū)崿F(xiàn)極低電位下葡萄糖的檢測(cè)，可以避免抗壞血酸(aa)、尿酸(ua)和對(duì)乙酰氨基苯酚(ap)等還原性物質(zhì)的干擾，從而進(jìn)一步提升了生物傳感器的檢測(cè)準(zhǔn)確性。而且對(duì)葡萄糖的檢測(cè)上限至少可以達(dá)到30mm，可以廣泛滿(mǎn)足各領(lǐng)域(比如血糖檢測(cè)領(lǐng)域)所需的葡萄糖檢測(cè)濃度需求。

技術(shù)特征：

1.一種電極，其特征在于，包括：電極本體以及形成于所述電極本體表面的復(fù)合層；所述復(fù)合層上負(fù)載有仿生催化劑；所述復(fù)合層具有交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成所述交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的材料包括葡萄糖氧化酶、導(dǎo)電材料和交聯(lián)劑，所述導(dǎo)電材料含有氨基官能團(tuán)。

2.如權(quán)利要求1所述的電極，其特征在于，負(fù)載所述仿生催化劑的方式包括：所述導(dǎo)電材料與所述仿生催化劑之間形成π-π堆積作用、靜電相互作用及氫鍵中的一種或多種。

3.如權(quán)利要求1所述的電極，其特征在于，所述仿生催化劑包括金屬卟啉及金屬酞菁中的一種或多種。

4.如權(quán)利要求1所述的電極，其特征在于，所述交聯(lián)劑包括醛類(lèi)交聯(lián)劑、含環(huán)氧基團(tuán)的交聯(lián)劑、n,n-亞甲基雙丙烯酰胺及京尼平中的一種或多種。

5.如權(quán)利要求1所述的電極，其特征在于，所述導(dǎo)電材料包括導(dǎo)電聚合物及氨基功能化無(wú)機(jī)導(dǎo)電材料中的一種或多種。

6.如權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述的電極，其特征在于，所述復(fù)合層具有以下特征中的至少一項(xiàng)：

7.如權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述的電極，其特征在于，還包括擴(kuò)散限制膜，所述擴(kuò)散限制膜設(shè)置于所述復(fù)合層背離所述電極本體的一側(cè)。

8.如權(quán)利要求1～7任一項(xiàng)所述的電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

9.如權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，還包括以下步驟：在所述復(fù)合層背離所述電極本體的一側(cè)形成擴(kuò)散限制膜。

10.如權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，制備所述分散液的步驟包括：

11.如權(quán)利要求8～10任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述分散液具有以下特征中的至少一項(xiàng)：

12.一種電極組件，其特征在于，包括工作電極、對(duì)電極和參比電極，所述工作電極為權(quán)利要求1～7任一項(xiàng)所述的電極。

13.一種生物傳感器，其特征在于，包括權(quán)利要求12所述的電極組件。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及生物傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種電極及其制備方法、電極組件和生物傳感器。電極包括：電極本體以及形成于電極本體表面的復(fù)合層；復(fù)合層上負(fù)載有仿生催化劑；復(fù)合層具有交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的材料包括葡萄糖氧化酶、導(dǎo)電材料和交聯(lián)劑，導(dǎo)電材料含有氨基官能團(tuán)。本申請(qǐng)?zhí)峁┑碾姌O簡(jiǎn)便易得，能夠避免還原性物質(zhì)的干擾，從而能夠提高生物傳感器的檢測(cè)靈敏度和精度，且可以產(chǎn)生雙電化學(xué)響應(yīng)信號(hào)。

技術(shù)研發(fā)人員：吳文濤,胡賢龍,李文澤,馬夢(mèng)思
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢聯(lián)影智融醫(yī)療科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19