一種電位型葡萄糖識別元件及其檢測葡萄糖的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于葡萄糖分析測試技術領域，具體涉及一種高選擇性的、無酶的電位型 葡萄糖識別元件及其檢測葡萄糖的方法。
【背景技術】
[0002] 糖類在人體的生命活動中具有重要的生理意義，血液中不正常的糖類含量與代謝 紊亂有緊密的關系，因而血糖水平常作為疾病如糖尿病、心腦血管疾病及肥胖癥的標志。同 時，血糖也是術后臨床護理中經常檢測的項目，非常需要一種簡便易行的檢測方法。傳統(tǒng)的 糖類檢測方法如血糖儀一般需要借助于葡萄糖氧化酶，雖然這類傳感器通常具有較好的選 擇性及靈敏度，但是由于葡萄糖氧化酶的不穩(wěn)定性，極易受環(huán)境條件如溫度、PH等的影響， 所以這類傳感器穩(wěn)定性較差。發(fā)展一種無酶的葡萄糖傳感器將有助于改善這一現(xiàn)狀。
[0003] 硼酸可以與順式二醇形成環(huán)狀的硼酸酯，利用這個性質，硼酸可以作為識別元件 用于構建糖的無酶傳感器。近幾十年已經有很多基于硼酸的葡萄糖傳感器被報道出來，這 類傳感器除了使用硼酸基團作為葡萄糖的識別元件，還需要另一個基團來報告識別過程； 同時信號讀出多需要復雜的光學設備，操作較繁瑣。利用硼酸基因作為識別元件，發(fā)展一種 簡便的葡萄糖傳感器依然是一個挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種高選擇性的、無酶的電位型葡萄糖識別元件及其檢測 葡萄糖的方法。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：
[0006] -種電位型葡萄糖傳感器，傳感器為以所述含有雙硼酸基團的硼酸衍生物作為識 別元件，以季銨鹽摻雜的聚合物作為膜電極。
[0007] 所述識別元件在季銨鹽摻雜的聚合物膜電極上引起陰離子電位響應，識別元件中 雙硼酸基團與葡萄糖發(fā)生寡聚作用，引起電位的變化，進而定性/定量的檢測葡萄糖。
[0008] 所述識別元件為無機硼酸、有機硼酸或硼酸衍生物。
[0009] 所述硼酸衍生物為含有兩個硼酸基因的親脂性硼酸衍生物。
[0010] 所述含有兩個硼酸基因的親脂性硼酸衍生物為4, 4' -聯(lián)苯二硼酸、4, 4' -苯二硼 酸、9, 9-二辛基芴-2, 7-二硼酸、9, 9-二己基芴-2, 7-二硼酸、9, 9-雙十二烷基芴-2, 7-二 硼酸或[9, 9-雙（2-乙基己基）-9H-芴-2, 7-二基]二硼酸。
[0011] 所述聚合物膜電極由膜基體、增塑劑及陰離子交換劑構成；膜基體為聚氯乙烯、 聚氨酯、硅橡膠、醋酸纖維、聚丙烯酰胺或聚甲基丙烯酸-甲基丙烯酸二甲氨基乙酯；增塑 劑為鄰硝基苯辛醚、鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二異丁酯、己二酸 二辛酯或癸二酸二辛酯；陰離子交換劑為三十二烷基一甲基氯化銨、四十二烷基氯化銨、 三十二烷基一甲基溴化銨或四十二烷基溴化銨。
[0012] -種電位型葡萄糖傳感器的應用，利用識別元件在聚合物膜電極上引起陰離子的 電位響應，進而定性/定量的檢測葡萄糖。
[0013] 檢測過程包括以下步驟：
[0014] (1)在pH為7. 4的PBS緩沖溶液中加入50 μ M的識別元件，記錄電位值至電位穩(wěn) 定；
[0015] (2)向上述溶液中加入不同濃度的葡萄糖溶液，記錄電位的變化情況，繪制標準工 作曲線；
[0016] (3)根據不同濃度葡萄糖的電位響應值，計算葡萄糖的濃度值。
[0017] 幾種具體識別元件的結構式如下：
[0019] 本發(fā)明檢測原理：利用硼酸基團與順式二醇的共價結合作用，含有兩個硼酸基團 的硼酸衍生物識別元件可以和含有兩個順式二醇基團的葡萄糖形成環(huán)狀和線性的寡聚硼 酸酯，其它單糖如果糖及半乳糖等只含有一個順式二醇基團，因而不能形成寡聚物。利用硼 酸與葡萄糖反應前后的電位變化，即可實現(xiàn)葡萄糖的高選擇性檢測。
[0020] 本發(fā)明所具有的優(yōu)點：本發(fā)明通過選擇合適的雙硼酸作為識別元件，利用硼酸與 葡萄糖的寡聚反應，降低了葡萄糖識別體的設計難度，同時提高了檢測的選擇性；利用硼酸 基團本身的電位響應，本發(fā)明不需要借助于其它信號報告分子或基團，簡化了傳感器設計。 與傳統(tǒng)的檢測方法相比，本發(fā)明不需要進行復雜的識別元件，同時操作簡便，可以實現(xiàn)葡萄 糖的高選擇性無酶電位檢測。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明的檢測原理。
[0022] 圖2為本發(fā)明實施例提供的以4, 4' -苯二硼酸為識別元件檢測葡萄糖的電位曲 線。
[0023] 圖3為本發(fā)明實施例提供的以4, 4' -聯(lián)苯二硼酸為識別元件檢測葡萄糖的電位曲 線。
[0024] 圖4為本發(fā)明實施例提供的以4, 4' -聯(lián)苯二硼酸為識別元件檢測葡萄糖的標準工 作曲線。
【具體實施方式】
[0025] 實施例1
[0026] 本發(fā)明以4, 4' -苯二硼酸為識別元件檢測葡萄糖為例。其操作步驟如下：
[0027] (1)聚合物膜電極的制備
[0028] 稱取196mg聚氯乙烯、196mg鄰硝基苯辛醚、4. 54mg三十二烷基甲基氯化銨溶于 3. 5mL四氫呋喃中，攪拌均勻后倒入固定在玻璃板上的內徑為3. 5cm的玻璃環(huán)中。待四氫呋 喃揮發(fā)完畢后，使用打孔器將膜切割為內徑為3mm的小圓片并粘貼到底部套有PVC管的移 液槍槍頭上。使用IOmM的NaCl溶液作為內充液及活化液活化電極，待用。
[0029] (2)葡萄糖的電位檢測
[0030] 使用二甲亞砜配制50mM的4, 4' -苯二硼酸，而后加入至pH為7. 4的PBS緩沖溶 液中，使4, 4' -苯二硼酸的最終濃度為50 μ M，記錄電位值。待電位穩(wěn)定后，向溶液中加入不 同濃度的葡萄糖溶液，繼續(xù)記錄電位值。實驗結果見圖2。
[0031] 實施例2
[0032] 本發(fā)明以4, 4' -聯(lián)苯二硼酸為探針檢測葡萄糖為例。其操作步驟如下：
[0033] (1)聚合物膜電極的制備
[0034] 稱取196mg聚氯乙烯、196mg鄰硝基苯辛醚、5. 76mg四十二烷基氯化銨溶于3. 5mL 四氫呋喃中，攪拌均勻后倒入固定在玻璃板上的內徑為3. 5cm的玻璃環(huán)中。待四氫呋喃揮 發(fā)完畢后，使用打孔器將膜切割為內徑為3mm的小圓片并粘貼到底部套有PVC管的移液槍 槍頭上。使用IOmM的NaCl溶液作為內充液及活化液活化電極，待用。
[0035] (2)葡萄糖的電位檢測
[0036] 使用二甲亞砜配制50mM的4, 4' -聯(lián)苯二硼酸，而后加入至pH為7. 4的PBS緩沖 溶液中加入上述溶液，使4, 4' -聯(lián)苯二硼酸的最終濃度為50 μ M，記錄電位值。待電位穩(wěn)定 后，向溶液中加入不同濃度的葡萄糖溶液，繼續(xù)記錄電位值。實驗結果見圖3,繪制的標準工 作曲線見圖4。
【主權項】
1. 一種電位型葡萄糖傳感器，其特征在于：傳感器為以所述含有雙硼酸基團的硼酸衍 生物作為識別元件，以季銨鹽摻雜的聚合物作為膜電極。2. 按權利要求1所述的電位型葡萄糖傳感器，其特征在于：所述識別元件在季銨鹽摻 雜的聚合物膜電極上引起陰離子電位響應，識別元件中雙硼酸基團與葡萄糖發(fā)生寡聚作 用，引起電位的變化，進而定性/定量的檢測葡萄糖。3. 按權利要求1或2所述的電位型葡萄糖傳感器，其特征在于：所述識別元件為無機 硼酸、有機硼酸或硼酸衍生物。4. 按權利要求3所述的電位型葡萄糖傳感器，其特征在于：所述硼酸衍生物為含有兩 個硼酸基因的親脂性硼酸衍生物。5. 按權利要求4所述的電位型葡萄糖傳感器，其特征在于：所述含有兩個硼酸基因的 親脂性硼酸衍生物為4, 4' -聯(lián)苯二硼酸、4, 4' -苯二硼酸、9, 9-二辛基芴-2, 7-二硼酸、 9,9_二己基芴-2, 7-二硼酸、9,9_雙十二烷基芴-2, 7-二硼酸或[9,9_雙（2-乙基己 基）-9H-芴-2, 7-二基]二硼酸。6. 按權利要求1或2所述的電位型葡萄糖傳感器，其特征在于：所述聚合物膜電極 由膜基體、增塑劑及陰離子交換劑構成；膜基體為聚氯乙烯、聚氨酯、硅橡膠、醋酸纖維、聚 丙烯酰胺或聚甲基丙烯酸-甲基丙烯酸二甲氨基乙酯；增塑劑為鄰硝基苯辛醚、鄰苯二甲 酸二辛酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二異丁酯、己二酸二辛酯或癸二酸二辛酯；陰 離子交換劑為三十二烷基一甲基氯化銨、四十二烷基氯化銨、三十二烷基一甲基溴化銨或 四十二烷基溴化銨。7. -種權利要求1所述的電位型葡萄糖傳感器的應用，其特征在于： 利用識別元件在聚合物膜電極上引起陰離子的電位響應，進而定性/定量的檢測葡萄 糖。
【專利摘要】本發(fā)明屬于葡萄糖分析測試技術領域，具體涉及一種高選擇性的、無酶的電位型葡萄糖檢測方法。具體是，硼酸可以在季銨鹽摻雜的聚合物膜電極上引起陰離子電位響應，使用含有雙硼酸基團的硼酸衍生物作為探針，當該探針與葡萄糖發(fā)生寡聚作用后，會引起電位的進一步下降，其它單糖因為不能和該探針形成寡聚物因而沒有明顯的電位下降。使用本發(fā)明可以實現(xiàn)對葡萄糖的高選擇、無酶電位檢測。
【IPC分類】G01N27/26
【公開號】CN105319247
【申請?zhí)枴緾N201410380589
【發(fā)明人】秦偉, 李龍
【申請人】中國科學院煙臺海岸帶研究所
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2014年8月4日