專利名稱：用于葡萄糖感測的含有納米纖維膜的組合物及使用該組合物制備非酶葡萄糖生物傳感器 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于葡萄糖感測的組合物，所述組合物是將納米纖維膜分散在有 機(jī)溶劑(如丙酮)中制得的，所述納米纖維膜是將含有主聚合物(如聚偏二氟乙烯、聚丙 腈等)和具有胺和硼酸基團(tuán)的功能聚合物(如聚氨基苯硼酸)的混合物進(jìn)行電紡絲而制 得。本發(fā)明還涉及一種基于電紡納米纖維膜，用所述組合物制備非酶葡萄糖生物傳感器的 方法。
背景技術(shù)：
糖尿病是一種因胰島素不足導(dǎo)致的代謝障礙，表現(xiàn)為血糖濃度超出80_120mg/ dL(4. 4-6. 6mM)的正常范圍值[Ann. Intern. Med. 2007,146, ITC1-15]。糖尿病可引起 如神經(jīng)病變、腎臟病變以及視網(wǎng)膜病變的并發(fā)癥，這些并發(fā)癥分別導(dǎo)致心臟病、腎衰或失 明[Klonoff DC. Noninvasive blood glucose monitoring，Diabetes Care 1997 ；20 433-437]。因此，為了治療糖尿病，對于糖尿病患者來說非常重要的是在一天中多次進(jìn)行 自我監(jiān)測來控制他們的血糖水平。事實(shí)上，葡萄糖生物傳感器約占全部生物傳感器市場的 85%。如此巨大的市場需求使得糖尿病成為用于發(fā)展新的生物傳感設(shè)想的疾病模型。用于葡萄糖分析的多種方法，包括電化學(xué)法、近紅外光譜法、旋光法等已在文獻(xiàn) 中有 艮道[Yokowama, K. , Sode, K. , Tamiya, E. , Karube, I. Anal. Chim. Acta (1989), 218, 137 ；Rabinovitch, B. ， March, W. F. ， Adams, R. L. Diabetes Care (1982) ,5,254 ；G. Μ.， Moses, R. G. , Gan, I. Ε. Τ. , Blair, S. C. Diabetes Res. Clin. Pract. (1988), 4,177 ;D_Auria, S. , Dicesare, N. , Gryczynski, Ζ. , Gryczynski, I. ；Rossi, M. ；Lakowicz, J. R. Biochem. Biophys. Res. Commun. (2000), 274, 727] 最常用的血糖測定技術(shù)是基于酶的方法。電化學(xué)葡萄糖監(jiān)測對于改善糖尿病患者的生活做出了很大的貢獻(xiàn)。盡管在電化學(xué) 葡萄糖生物傳感器的發(fā)展上取得了令人印象深刻的進(jìn)步，但是對于獲得高度穩(wěn)定的、無酶 的以及可靠的葡萄糖監(jiān)測裝置仍存在許多挑戰(zhàn)和障礙。近期的一篇綜述對過去五十年的發(fā) 展進(jìn)行了總結(jié)[J. Wang, Chem. Rev. 2008，108,814 825]。通常，采用電化學(xué)生物傳感器進(jìn)行葡萄糖檢測是基于過氧化氫的電化學(xué)氧化反應(yīng) 來實(shí)現(xiàn)的，過氧化氫是葡萄糖在陽極電位(>+0. 6V，相對于Ag/AgCl)進(jìn)行酶催化的氧化反 應(yīng)而產(chǎn)生的[J. Wang, N. Naser, L. Anges, W. Hui，L. Chen,，Anal. Chem. 64 (1992) 1285-1288]。 然而，在此相對高的電位，可能存在來自于其它可氧化的物質(zhì)的干擾，如抗壞血酸、尿酸 和對乙酰氨基酚。基于葡萄糖氧化酶(GOx)的葡萄糖裝置采用氧作為生理學(xué)上的電子 受體，但是氧壓的波動(dòng)和氧的化學(xué)計(jì)量限制使這種裝置產(chǎn)生誤差。有關(guān)如何克服缺氧的 策略很少[Wang，J. ；Mo, J. W. ；Li, S. F. ；Porter, J. Anal. Chim. Acta(2001) ,441,183 ； D ' Costa, Ε. ；Higgins, I.，Turner, Α. P. Biosensors (1986), 2，71]。創(chuàng)新的方法學(xué)也 已被應(yīng)用于建立和修整GOx氧化還原中心和電極表面之間的電接觸，從而提高電子傳遞 [Pishko，Μ. V.，Katakis，I.，Lindquist，S. Ε.，Ye, L，Gregg，B. Α.，Heller，A. Angew.Chem. , Int. Ed. (1990), 29,82 ；Riklin, A. , Katz, Ε. , ffillner, I. , Stocker, Α. , Buckmann, Α. F. Nature(1995)，376,672]。最近，研究集中在除去介質(zhì)和開發(fā)具有接近酶的氧化還原電位的低操作電位的無 試劑葡萄糖生物傳感器。在這種情況下，電子經(jīng)由酶的活性位點(diǎn)直接從葡萄糖轉(zhuǎn)移至電極。 不存在介質(zhì)是這種第三代生物傳感器的最大優(yōu)點(diǎn)，并且具有非常高的選擇性(歸功于很低 的操作電位)。納米技術(shù)的發(fā)展激發(fā)了納米材料在生物分析化學(xué)中的應(yīng)用。對于高效生物傳感器的制備來說，用于分散傳感材料的底物基質(zhì)(substrate matrix)的選擇決定了傳感器的性能。非常期望的是使用在水溶液和非水溶液中具有高表 面積、適宜孔隙率、高熱穩(wěn)定性、化學(xué)惰性、以及極小的或可忽略的溶脹的底物。電紡纖維膜 滿足獲得傳感器電極的改善性能的許多需求。電紡纖維材料的主要優(yōu)點(diǎn)有設(shè)計(jì)靈活性、在 氣體和液體流經(jīng)束狀纖維時(shí)的尺寸穩(wěn)定性、高表面積、操作安全、易于按比例放大以及可重 復(fù)使用。電紡納米纖維材料的高表面積-體積比適于改善生物傳感器的特性。生物分子可 被固定在電紡膜表面上。然而，當(dāng)纖維網(wǎng)片置于溶液中時(shí)，電紡纖維表面的分子趨于溶出。 因此，通過利用能結(jié)合生物分子/酶的額外的功能性材料使得纖維網(wǎng)片內(nèi)生物分子/酶的 溶出最小化是很重要的。葡萄糖的含量測定是通過電流測量實(shí)現(xiàn)的，是通過GOx-電化學(xué)還原反應(yīng)將三價(jià) 鐵陽離子還原為二價(jià)鐵，并隨后在帶狀絲網(wǎng)印刷碳糊電極上被電氧化而進(jìn)行的[Kyvik， K. 0. , Traulsen, J. , Reinholdt, B. , Froland, Α.Diabetes Res.Clin. Pract. (1990), 10,8590]。家庭式血糖監(jiān)測器利用含有電化學(xué)電池的塑膠條或紙條，并且含有PQQGDH、 NAD-GDH、FAD-GDH或GOx以及氧化還原介質(zhì)。這些葡萄糖監(jiān)測器可以采用電流分析法、計(jì) 時(shí)電流法或庫倫分析法?；诿傅钠咸烟莻鞲衅髟诿阜€(wěn)定性、氧依賴性、介質(zhì)的作用、酶的溶出等方面存在 許多問題。GOx在pH 2以下和pH 8以上很快失去活性，并且在溫度高于40°C時(shí)迅速變質(zhì) [R. Wilson, A. P. F. Turner, Biosens. Bioelectron. 7 (1992) 165]。相對高或相對低的濕度會(huì) 對傳感器的儲(chǔ)藏和使用造成負(fù)面影響。由于存在以上問題，需要開發(fā)無酶葡萄糖傳感器。為開發(fā)出實(shí)用的非酶葡萄糖傳感器，合適的電催化劑已被應(yīng)用于其中。用重金 屬，如Tl，Pb，Bi，或WO3修飾的鉬表面對于葡萄糖氧化表現(xiàn)出催化活性W.Kokkinidis， N.Xonoglou, Bioelectrochem. Bioenerg. 14(1985)375 ；G.Wittstock, A. Strubing, R. Szargan, G. Werner, J. Electroanal. Chem. 444 (1998) 61 ；X. Zhang, K. -Y. Chan, J. -K. You, Z. -G. Lin, A. C. C. Tseung, J. Electroanal. Chem. 430 (1997) 147]。然而，催化氧化反應(yīng)限于 酸性或堿性條件。非酶葡萄糖傳感器已利用納米多孔鉬制備[S. Park,T. D. Chung, H. C. Kim, Anal. Chem.，(2003)，75，3046 ；H. Boo, S. Park, B. Ku, Y. Kim, J. H. Park, H. C. Kim, T. D. Chung, J. Am. Chem. Soc, Q004)，1 ，4524]。到目前為止，大部分非酶葡萄糖傳感器不具有葡萄糖 識別單位。最近，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)證明了基于電紡納米多孔功能膜的非酶葡萄糖傳 胃 i 的 $ ffl 個(gè)生[K. M. Manesh, P. Santhosh, A. Gopalan, Kwang-Pill Lee, Analytical Biochemistry，2007，360，189]。基于聚偏二氟乙烯(PVdF)和聚氨基苯硼酸 (poly(aminophenylboronic acid),PAPBA)的復(fù)合電紡納米纖維膜的新的傳感器電極在涂 布有氧化銦錫(ITO)的玻璃板上制備得到。納米纖維膜的葡萄糖感測能力被評定，并且從結(jié)果可以看到，PVdF/PAPBA-NFM對于葡萄糖檢測顯示了很好的線性響應(yīng)，當(dāng)葡萄糖濃度范 圍在1到15mM時(shí)，響應(yīng)時(shí)間小于6秒。通過電紡絲過程制備的PVdF/PAPBANFM使葡萄糖 的檢測即使在存在其他碳水化合物的情況下仍具有高選擇性和高靈敏度，并且可以忽略干 擾，具有可重復(fù)性以及儲(chǔ)存穩(wěn)定性。納米纖維膜的優(yōu)秀性能歸因于它較大的表面積和適于 葡萄糖感測的活性位點(diǎn)?；陔娂從さ钠咸烟莻鞲衅鲗τ谠诹鲃?dòng)流體中進(jìn)行葡萄糖感測是 理想的。然而，通過在電極(ITO)表面直接沉積電紡PVdF/PAPBA-NFM制備生物傳感器的過 程存在以下問題，即很難控制表面的厚度和均勻性。因此，需要開發(fā)一種簡單有效的制備非酶葡萄糖傳感器的方法，該方法利用作為 葡萄糖感測材料的電紡PVdF/PAPBA，該材料具有很好的敏感性、選擇性和穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
為了滿足上述需求，本發(fā)明的發(fā)明人通過采用將電紡PVdF/PAPBA-NFM分散在丙 酮等溶劑中，并在電極上沉積溶液的方法，有效地改進(jìn)了非酶葡萄糖傳感器的制備過程。發(fā) 明人沒有采用在PVdF/PAPBA-NFM混合物的電紡絲過程中將PVdF/PAPBA-NFM混合物直接沉 積在電極表面的方法。在下文中，將進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明。一方面，本發(fā)明涉及一種用于葡萄糖感測的組合物，所述組合物含有一種材料，所 述材料是將納米纖維膜溶解在溶劑中獲得的，所述納米纖維膜是通過電紡絲含有聚偏二氟 乙烯和聚氨基苯硼酸的混合物制得的。此處，所述溶劑還可以含有添加劑。本發(fā)明用于葡萄糖感測的組合物對于制備非酶葡萄糖生物傳感器是有用的，并且 特征在于，所述組合物是用作為葡萄糖感測的活性材料的電紡聚偏二氟乙烯(PVdF)和聚 氨基苯硼酸(PAPBA)來制備的，葡萄糖感測的靈敏度、選擇性以及穩(wěn)定性在本發(fā)明的發(fā)明 人此前的研究中已有論證。優(yōu)選地，在本發(fā)明組合物中含有的PVdF和PAPBA的重量比為 90-99% 10-1%。而且，因?yàn)楸景l(fā)明組合物是用電紡PVdF/PABA來制備的，所以其具有通過電紡絲 制備的納米纖維膜的通性(例如，較大的表面積)，因此被有利地應(yīng)用作生物傳感器。本發(fā)明組合物的特征在于它是通過將電紡絲制備的PVdF/PABA納米纖維膜分散 在適當(dāng)?shù)娜軇┲兄频玫?。所述溶劑可以是選自鹽酸、硫酸、二甲基甲酰胺、二乙醚、丙酮、氯 仿、甲醇、異丙醇、甲基乙基酮、四氫呋喃、甲苯、苯和二甲苯中的一種，或兩種或更多種混合 物，但是本發(fā)明的范圍不限于上述溶劑。優(yōu)選地，所述溶劑是丙酮。用于分散電紡納米纖維膜的溶劑可以為了各種目的而含有多種現(xiàn)有技術(shù)中已知 的成膜聚合物作為添加劑，所述目的例如是提高組合物中納米纖維膜的耐熱性以及耐化學(xué) 性，或者是提高生物傳感器制備過程中的性能。另一方面，本發(fā)明涉及一種制備基于納米纖維膜的非酶葡萄糖生物傳感器的方 法，所述方法包括以下步驟(i)電紡絲含有聚偏二氟乙烯和聚氨基苯硼酸的混合物來制 備電紡納米纖維膜；(ii)將步驟(i)中獲得的所述電紡納米纖維膜分散在溶劑中來制備用 于葡萄糖感測的組合物；以及(iii)將步驟(ii)中獲得的葡萄糖感測組合物沉積在電極 上。此處，步驟(i)中的溶劑還可以含有添加劑。步驟(i)和(ii)用于制備本發(fā)明用于葡萄糖感測的組合物，所述組合物在被分散于合適的溶劑后，可直接用于制備葡萄糖生物傳感器。具體地，步驟⑴可以依據(jù)任一制備電紡PVdF/PABA納米纖維膜或?qū)⒌驼扯染酆?物紡成纖維形式的常規(guī)工藝實(shí)施。在將聚合物溶解于溶劑中制備粘性紡絲溶液的過程中， 以及在預(yù)先確定的電壓和紡絲距離下電紡紡絲溶液的過程中，溶劑種類和濃度以及紡絲距 離、電壓和方法可依據(jù)組合物的預(yù)期用途，在多種方法中選取和更改。可用于步驟(ii)中 的溶劑如前所述。在步驟(i)和步驟(ii)中得到的用于葡萄糖感測的組合物可以依據(jù)現(xiàn)有技術(shù) 中已知的任何方法沉積在電極上。具體地，沉積組合物的方法的例子包括旋涂法(spin coating)、浸涂法、輥涂法、篩涂法、噴涂法、旋鑄法(spin casting)、流涂法、絲網(wǎng)印刷、噴 墨涂法以及滴涂法。用于制備本發(fā)明生物傳感器的電極可以是任何用于電流測量的常規(guī)的或絲網(wǎng)印 刷的電極。電極的例子包括但不限于，ITO電極和aiO/iTO電極。圖1示意性地顯示制造本發(fā)明的基于電紡納米纖維膜的非酶葡萄糖生物傳感器 的過程。通過在溶劑中分散電紡PVdF/PAPBA制備的本發(fā)明組合物用于葡萄糖感測時(shí)保持 了很好的靈敏性、選擇性和穩(wěn)定性，因此能被有效地用于制備生物傳感器。根據(jù)本發(fā)明，在電紡絲PVdF/PAPBA-FM過程中直接在電極上沉積PVdF/PAPBA_FM 的現(xiàn)有的不便且復(fù)雜的方法得到了改善，并且提供了一種以簡單有效的方式制備生物傳感 器的方法。此外，本發(fā)明的制備方法還具有以下優(yōu)點(diǎn)，即可以制備用于葡萄糖感測的精密生 物傳感器，具有較高的加工重復(fù)性，并且在商業(yè)上易于應(yīng)用。


圖1所示為制備基于PVdF/PAPBA-NFM膜的葡萄糖傳感器電極的過程。圖2 (a)為直接沉積在ITO表面的電紡PVdF/PAPBA膜的FESEM圖像，圖(b)和圖 (c)為在不同區(qū)域記錄的電紡PVdF/PAPBA膜的FESEM圖像。圖3所示為電紡PVdF-PAPBA膜(a)和原始的PAPBA (b)的紫外可見光譜。圖4所示為PVdF/PABA-FM對葡萄糖的電流測量響應(yīng)，圖4中插圖是電極的濃 度-電流圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合具體的例子進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明。然而，可以理解，這些例子僅作為 舉例，并不解釋為對本發(fā)明范圍的限制。實(shí)施例1 化學(xué)物質(zhì)3-氨基苯硼酸、PVdF和葡萄糖為分析純并且以收到時(shí)原樣使用。葡萄糖水溶液在 于磷酸緩沖鹽(PH 7)中進(jìn)行電流測量試驗(yàn)時(shí)新鮮制備。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，ITO涂布板的表 面用丙酮脫脂并進(jìn)一步用蒸餾水漂洗。整個(gè)實(shí)驗(yàn)中都使用雙蒸水。實(shí)施例2 制備電紡PVdF-PAPBA復(fù)合膜2-1 制備 PAPBA聚(3-氨基苯硼酸)(PAPBA)是在5°C使用過硫酸銨作為氧化劑氧化聚合3_氨基苯硼酸(50mM，在IM HCl中)來制備的。PAPBA為稍黑的綠色沉淀物，過濾，水洗，干燥。2-2 制備電紡PVdF-PAPBA纖維膜將足夠量的PVdF (8g)和PAPBA (0. 25g)溶解于N，N- 二甲基甲酰胺/丙酮混合物 中以得到復(fù)合溶液。將復(fù)合溶液在流速為lmL/h、電勢差為25kV下進(jìn)行電紡絲。將鋁箔包 裹在收集筒的表面。在鋁箔上收集復(fù)合膜。2-3 制備電紡PVdF-PAPBA傳感器電極將電紡PVdF-PAPBA膜溶解于丙酮中，并且用聚合物Nafion溶液滴涂在合適電極 (ΙΤ0或玻碳電極等)的表面上。2-4 用于葡萄糖檢測的電流測量研究采用Iviumstat電化學(xué)界面(荷蘭)進(jìn)行電化學(xué)試驗(yàn)。對于電化學(xué)試驗(yàn)，含有電 紡PVdF-PAPBA的標(biāo)準(zhǔn)單室電化學(xué)電池作為工作電極，Ag/AgCl和鉬分別作為參考電機(jī)和輔 助電極。在電紡PVdF-PAPBA修飾的電極上對各種濃度的葡萄糖進(jìn)行電流測量研究。電位 設(shè)置在0. 30V,并且在連續(xù)加入50 μ L葡萄糖(0. IM PBS, pH = 7. 0)后記錄電流-時(shí)間曲 線。傳感器電極的背景電流響應(yīng)被允許達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)背景電流穩(wěn)定時(shí)，將葡萄糖溶液 注入電解池，并測量其響應(yīng)值。實(shí)施例3 =PVdFZPAPBA和葡萄糖傳感器的制備具有良好的傳感器特性的材料的三個(gè)基本條件是靈敏度、選擇性和機(jī)械穩(wěn)定性。 用于制備電化學(xué)傳感器電極的成分應(yīng)該滿足以上三個(gè)要求。此外，傳感器電極的制備過程 應(yīng)可重現(xiàn)，并且能夠以簡單方式應(yīng)用于商業(yè)目的。在本發(fā)明中，制備了用于葡萄糖的電紡PVdF/PAPBA纖維膜(PVdF/PAPBA_FM)電 極。重要的是要注意到，傳感器電極在制備時(shí)無需任何酶或額外的介質(zhì)。因此，發(fā)明人目的 在于消除介質(zhì)和開發(fā)無試劑葡萄糖生物傳感器，并且這種傳感器具有接近酶的氧化還原電 位的低操作電位。在這種情況下，電子經(jīng)由酶的活性位點(diǎn)直接從葡萄糖轉(zhuǎn)移到電極。不存 在任何介質(zhì)是這種第三代生物傳感器的主要優(yōu)勢，并且可以獲得較高的選擇性(歸功于其 較低的操作電位)。必須要注意的是，作用于人血液的非酶葡萄糖傳感器的商業(yè)化是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性 的任務(wù)。未來關(guān)于非酶葡萄糖傳感器的研究，基于第三代非酶葡萄糖傳感器，需要一次性的 試條用于測定人血糖水平。此外，傳感器材料必須通過簡單步驟加載于裝置上，以便于與復(fù) 雜的工程微流控芯片相連接。最終，用該傳感器材料將制備具有多重用途的便攜式血糖儀。此處，相比于制備基于金屬或合金的非酶葡萄糖傳感器的復(fù)雜步驟，可采用簡單 的方法用于非酶葡萄糖傳感器的制備[CD. Garcia, CS. Henry, Anal. Chem.，(2003),75, 4778 ；J. -S. Ye, Y. Wen, W. D. Zhang, L. M. Gan, G. Q. Xu, F. -S. Shen, Electrochem. Commun., (2004) ,6,66 ；H. Boo, S. Park, B. Ku, Y. Kim, J. H. Park, H. C Kim, T. D. Chung, J. Am. Chem. Soc. (2004)，126,4524 ；Y. Sun, H. Buck, Τ. E. Mallouk，Anal. Chem.，(2001) ,73,1599]。納米多孔 金屬電極是在酸化環(huán)境中脫合金制備得到，并且傳感器材料已制備。在早前的報(bào)告中，本發(fā) 明的發(fā)明人用電紡PVdF/PAPBA-FM電極進(jìn)行葡萄糖檢測獲得了較好的靈敏度、選擇性和穩(wěn) 定性。然而，在進(jìn)行電紡絲過程中直接在電極上沉積PVdF/PAPBA-FMs的電極制備過程是復(fù) 雜且難處理的。
在本發(fā)明中使用了用于進(jìn)行葡萄糖檢測中靈敏度、選擇性和穩(wěn)定性的測試的傳感 器材料和電紡PVdF/PAPBA，并且電紡PVdF/PAPBA-FM溶解于合適的溶劑中并與添加劑混 合。PVdF/PAPBA-FM溶液適于流延(cast)在任何常規(guī)的或絲網(wǎng)印刷的電極表面。在本發(fā)明中，嘗試使用了多種水溶劑，如鹽酸或硫酸，以及非水溶劑，如DMF、二乙 醚、丙酮、氯仿、甲醇、四氫呋喃、甲苯、苯和二甲苯等。在這些溶劑中，選擇了在制備可溶液 加工的(solution processable)PVdF-PAPBA電紡非織造纖維方面是最有效的丙酮。分散 的纖維隨后被流延在ITO表面上以形成薄膜。圖1所示為制備PVdF/PAPBA-FM膜葡萄糖傳 感器電極的過程。制備的電極是穩(wěn)定的。在現(xiàn)有技術(shù)中，開發(fā)了基于電位分析法的利用聚合物涂層的非酶葡萄糖傳感器 [E. Shoji, M. S. Freund, J. Am. Chem. Soc, (2001), 123, 3383. ；E. Shoji, M. S. Freund, J. Am. Chem. Soc, (2002)，124，12486.]。在整個(gè)聚合物膜中形成的電化學(xué)電位對于導(dǎo)電聚合物的 PKa值是靈敏的，這是由于硼酸-二醇的絡(luò)合作用造成的。這個(gè)系統(tǒng)實(shí)際上像預(yù)期的一樣工 作，并且為無酶的電位測定葡萄糖傳感器提供了新的機(jī)會(huì)。然而，對于葡萄糖選擇性的缺乏 限制了開發(fā)的非酶葡萄糖傳感器的實(shí)際應(yīng)用。通常，氯離子連同氨基苯硼酸一起加入，使氨 基苯硼酸的SP3-雜化的硼酸基轉(zhuǎn)化為SP2-雜化的硼基團(tuán)，以實(shí)現(xiàn)葡萄糖分子的羥基化。然 而，這樣的過程不適于制備在葡萄糖或血清分析時(shí)必須的水性緩沖條件下穩(wěn)定的電極。在 葡萄糖感測的動(dòng)態(tài)條件下，有可能從PAPBA膜移除F—離子。從傳感器基體中溶出F—離子的 結(jié)果是，葡萄糖傳感器的靈敏度在長期使用后會(huì)明顯降低。在水性體系的分析過程中氟離 子將從傳感器環(huán)境中溶出。PVdF/PAPBA-FM膜傳感器具有穩(wěn)定的環(huán)境，并且不存在氟離子溶出的有關(guān)問題。在 PVdF/PAPBA-FM膜中，PAPBA鏈與PVdF的機(jī)械穩(wěn)定的基質(zhì)交聯(lián)。電紡絲條件對這樣的分子 相互作用是有利的。對葡萄糖的靈敏度是由于PVdF的C-F基團(tuán)與PAPBA的胺或亞胺基團(tuán) 間的相互作用引起的。在本發(fā)明中，PVdF具有C-F基團(tuán)，并且復(fù)合物中相互連接的形態(tài)使 氟原子極為接近硼原子，并最終有利于葡萄糖絡(luò)合。因此，伴隨著氟源從傳感器基體中溶出 所帶來的問題在本發(fā)明中是可以忽略的。圖加所示為在ITO表面直接沉積電紡PVdF/PAPBA纖維的FESEM圖像，并且電紡 PVdF/PAPBA膜通過在合適的溶劑中分散電紡PVdF/PAPBA膜以及流延溶液來制備。重要的 是，電紡PVdF/PAPBA膜具有帶有聚合物層的互相連接的纖維(圖2b)。電紡PVdF/PAPBA膜 具有互相連接的形態(tài)(圖加)。纖維扭曲并且互鎖。纖維在形態(tài)上處于扁平狀，并且與原始 的PVdF的直徑(大約300nm)相比具有減小的直徑(大約IOOnm)。在適當(dāng)?shù)娜軇┲蟹稚?電紡PVdF/PAPBA膜以及流延溶液得到的電紡PVdF/PAPBA膜與直接沉積在ITO表面上的電 紡PVdF/PAPBA纖維的FESEM圖像的比較，可清楚地看到電紡PVdF/PAPBA膜的纖維形態(tài)被 保持。然而，電紡PVdF膜是剛性的和整齊的，具有可忽略的纖維間扭曲。在滴涂材料上觀 察到的纖維組織的直徑大約為lOOnm。電紡PVdF/PAPBA膜的納米纖維形態(tài)提供了大的表面積和葡萄糖感測特性。電紡 PVdF/PAPBA復(fù)合物的相互連接網(wǎng)狀形態(tài)歸因于PAPBA的NH2基團(tuán)和PVdF的C-F基團(tuán)的分子 間相互作用。PVdF和PAPBA的分子間相互作用可從CF2伸縮(streching)譜帶和CF2搖擺 (wagging)譜帶相對于單獨(dú)的PVdF譜帶的位移中明顯看出。在PVdF/PAPBA_NFM的FTHR 光譜中，對應(yīng)于醌式亞胺的伸縮譜帶( 1600cm-1)的譜帶的存在，表明PAPBA處于自摻雜狀態(tài)。在電紡PVdF/PAPBA膜中PABA的存在通過紫外-可見光譜得到證實(shí)。電紡 PVdF-PAPBA膜的紫外-可見光譜見圖3所示。PVdF-PAPBA膜的紫外-可見光譜顯示了 在310nm和530nm附近的兩個(gè)光帶。這些帶歸因于pi-pi*躍遷和PAPBA的極化譜帶 (polaronic band)。這進(jìn)一步從原始的PABA和PVdF的紫外-可見光譜得到證實(shí)。值得注 意的是原始的PVdF在紫外-可見區(qū)域不存在任何峰。PAPBA的紫外可見光譜在310nm和 530nm附近顯示有譜帶。在電紡PVdF/PAPBA膜和原始PAPBA中可以發(fā)現(xiàn)相似的光譜特征。電流分析是一種用于測定溶液中分析物與響應(yīng)電流的比例關(guān)系的電化學(xué)技術(shù)。電 流測定技術(shù)在測定溶液濃度方面是一種重要的技術(shù)。而且，該技術(shù)也是一種快速、簡單以及 可靠的技術(shù)。圖4所示是在0. 30V操作電位下在磷酸緩沖溶液(pH = 7)中連續(xù)添加ImM葡萄 糖獲得的PVdF/PAPBA-FM的電流-時(shí)間曲線。當(dāng)背景電流變得穩(wěn)定時(shí)，將葡萄糖加入電解 質(zhì)(磷酸緩沖液)中。測量連續(xù)添加葡萄糖后的電流響應(yīng)值?？捎^測到連續(xù)添加葡萄糖后 增加的電流響應(yīng)值(圖4)。在PVdF/PAPBA-FM電極上的電流連續(xù)地增加，當(dāng)連續(xù)添加葡萄 糖濃度至15mM時(shí)電流達(dá)到穩(wěn)定值。響應(yīng)時(shí)間只有6秒，該時(shí)間低于其他已報(bào)道的葡萄糖傳 感器。圖4中插圖所示為葡萄糖濃度相對電流的標(biāo)準(zhǔn)曲線。葡萄糖濃度范圍在l_15mM時(shí)， 靈敏度為l.S^iAmT1，電流響應(yīng)呈線性。因此，與其他葡萄糖傳感器相比，該纖維膜顯示了 對葡萄糖較高的靈敏度。如前所述，本發(fā)明提供了一種制備基于電紡納米纖維膜的非酶葡萄糖生物傳感器 的有效的方法。根據(jù)本發(fā)明，該非酶葡萄糖生物傳感器可以廣泛地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域用于臨 床診斷。
權(quán)利要求
1.一種用于葡萄糖感測的組合物，所述組合物包含一種材料，所述材料是將納米纖維 膜分散在溶劑中得到的，所述納米纖維膜是將含有聚偏二氟乙烯和聚氨基苯硼酸的混合物 電紡絲而制得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述聚偏二氟乙烯和聚氨基苯硼酸的重量比為 90-99% 10-1%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述溶劑還含有添加劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述溶劑是選自鹽酸、硫酸、二甲基甲酰胺、二 乙醚、丙酮、氯仿、甲醇、異丙醇、甲基乙基酮、四氫呋喃、甲苯、苯和二甲苯中的一種或幾種。
5.一種制備基于納米纖維膜的非酶葡萄糖生物傳感器的方法，所述方法包括以下步驟(i)將含有聚偏二氟乙烯和聚氨基苯硼酸的混合物電紡絲來制備電紡納米纖維膜； ( )將步驟(i)中得到的所述電紡納米纖維膜分散在溶劑中，以制備用于葡萄糖感測 的組合物；以及(iii)將步驟(ii)中得到的葡萄糖感測組合物沉積在電極上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述步驟(i)中的聚偏二氟乙烯和聚氨基苯硼酸 的重量比為90-99%: 10-1%。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述步驟(ii)中的溶劑還含有添加劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述步驟(ii)中的溶劑是選自鹽酸、硫酸、二甲基 甲酰胺、二乙醚、丙酮、氯仿、甲醇、異丙醇、甲基乙基酮、四氫呋喃、甲苯、苯和二甲苯中的一 種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于葡萄糖感測的組合物，所述組合物是通過在丙酮等溶劑中分散納米纖維膜所得到，所述納米纖維膜是將含有聚偏二氟乙烯和聚氨基苯硼酸的混合物進(jìn)行電紡絲制得。本發(fā)明還公開了一種基于電紡納米纖維膜制備非酶葡萄糖生物傳感器的方法，所述電紡納米纖維膜是通過在電極上沉積組合物得到。
文檔編號G01N33/49GK102112873SQ200880130680
公開日2011年6月29日 申請日期2008年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月29日
發(fā)明者李光必, 桑德拉姆·科馬西·桑姆嘉, 艾揚(yáng)格·高普蘭·阿南達(dá) 申請人:慶北大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力團(tuán)