一種電位型葡萄糖識(shí)別元件及其檢測(cè)葡萄糖的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于葡萄糖分析測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高選擇性的、無酶的電位型 葡萄糖識(shí)別元件及其檢測(cè)葡萄糖的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 糖類在人體的生命活動(dòng)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(guān)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(biāo)志。同 時(shí)，血糖也是術(shù)后臨床護(hù)理中經(jīng)常檢測(cè)的項(xiàng)目，非常需要一種簡便易行的檢測(cè)方法。傳統(tǒng)的 糖類檢測(cè)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(gè)性質(zhì)，硼酸可以作為識(shí)別元件 用于構(gòu)建糖的無酶?jìng)鞲衅鳌＝鼛资暌呀?jīng)有很多基于硼酸的葡萄糖傳感器被報(bào)道出來，這 類傳感器除了使用硼酸基團(tuán)作為葡萄糖的識(shí)別元件，還需要另一個(gè)基團(tuán)來報(bào)告識(shí)別過程； 同時(shí)信號(hào)讀出多需要復(fù)雜的光學(xué)設(shè)備，操作較繁瑣。利用硼酸基因作為識(shí)別元件，發(fā)展一種 簡便的葡萄糖傳感器依然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)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(shí)別元件及其檢測(cè) 葡萄糖的方法。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)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(tuán)的硼酸衍生物作為識(shí) 別元件，以季銨鹽摻雜的聚合物作為膜電極。
[0007] 所述識(shí)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(yīng)，識(shí)別元件中 雙硼酸基團(tuán)與葡萄糖發(fā)生寡聚作用，引起電位的變化，進(jìn)而定性/定量的檢測(cè)葡萄糖。
[0008] 所述識(shí)別元件為無機(jī)硼酸、有機(jī)硼酸或硼酸衍生物。
[0009] 所述硼酸衍生物為含有兩個(gè)硼酸基因的親脂性硼酸衍生物。
[0010] 所述含有兩個(gè)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(gòu)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(yīng)用，利用識(shí)別元件在聚合物膜電極上引起陰離子的 電位響應(yīng)，進(jìn)而定性/定量的檢測(cè)葡萄糖。
[0013] 檢測(cè)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)工 作曲線；
[0016] (3)根據(jù)不同濃度葡萄糖的電位響應(yīng)值，計(jì)算葡萄糖的濃度值。
[0017] 幾種具體識(shí)別元件的結(jié)構(gòu)式如下：
[0019] 本發(fā)明檢測(cè)原理：利用硼酸基團(tuán)與順式二醇的共價(jià)結(jié)合作用，含有兩個(gè)硼酸基團(tuán) 的硼酸衍生物識(shí)別元件可以和含有兩個(gè)順式二醇基團(tuán)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(gè)順式二醇基團(tuán)，因而不能形成寡聚物。利用硼 酸與葡萄糖反應(yīng)前后的電位變化，即可實(shí)現(xiàn)葡萄糖的高選擇性檢測(cè)。
[0020] 本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明通過選擇合適的雙硼酸作為識(shí)別元件，利用硼酸與 葡萄糖的寡聚反應(yīng)，降低了葡萄糖識(shí)別體的設(shè)計(jì)難度，同時(shí)提高了檢測(cè)的選擇性；利用硼酸 基團(tuán)本身的電位響應(yīng)，本發(fā)明不需要借助于其它信號(hào)報(bào)告分子或基團(tuán)，簡化了傳感器設(shè)計(jì)。 與傳統(tǒng)的檢測(cè)方法相比，本發(fā)明不需要進(jìn)行復(fù)雜的識(shí)別元件，同時(shí)操作簡便，可以實(shí)現(xiàn)葡萄 糖的高選擇性無酶電位檢測(cè)。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明的檢測(cè)原理。
[0022] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的以4, 4' -苯二硼酸為識(shí)別元件檢測(cè)葡萄糖的電位曲 線。
[0023] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的以4, 4' -聯(lián)苯二硼酸為識(shí)別元件檢測(cè)葡萄糖的電位曲 線。
[0024] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的以4, 4' -聯(lián)苯二硼酸為識(shí)別元件檢測(cè)葡萄糖的標(biāo)準(zhǔn)工 作曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 實(shí)施例1
[0026] 本發(fā)明以4, 4' -苯二硼酸為識(shí)別元件檢測(cè)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(nèi)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(nèi)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(nèi)充液及活化液活化電極，待用。
[0029] (2)葡萄糖的電位檢測(cè)
[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(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。
[0031] 實(shí)施例2
[0032] 本發(fā)明以4, 4' -聯(lián)苯二硼酸為探針檢測(cè)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(nèi)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(nèi)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(nèi)充液及活化液活化電極，待用。
[0035] (2)葡萄糖的電位檢測(cè)
[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(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3,繪制的標(biāo)準(zhǔn)工 作曲線見圖4。
【主權(quán)項(xiàng)】
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(tuán)的硼酸衍 生物作為識(shí)別元件，以季銨鹽摻雜的聚合物作為膜電極。2. 按權(quán)利要求1所述的電位型葡萄糖傳感器，其特征在于：所述識(shí)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(yīng)，識(shí)別元件中雙硼酸基團(tuán)與葡萄糖發(fā)生寡聚作 用，引起電位的變化，進(jìn)而定性/定量的檢測(cè)葡萄糖。3. 按權(quán)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(shí)別元件為無機(jī) 硼酸、有機(jī)硼酸或硼酸衍生物。4. 按權(quán)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(gè)硼酸基因的親脂性硼酸衍生物。5. 按權(quán)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(gè)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(quán)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(gòu)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(quán)利要求1所述的電位型葡萄糖傳感器的應(yīng)用，其特征在于： 利用識(shí)別元件在聚合物膜電極上引起陰離子的電位響應(yīng)，進(jìn)而定性/定量的檢測(cè)葡萄 糖。
【專利摘要】本發(fā)明屬于葡萄糖分析測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高選擇性的、無酶的電位型葡萄糖檢測(cè)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(yīng)，使用含有雙硼酸基團(tuán)的硼酸衍生物作為探針，當(dāng)該探針與葡萄糖發(fā)生寡聚作用后，會(huì)引起電位的進(jìn)一步下降，其它單糖因?yàn)椴荒芎驮撎结樞纬晒丫畚镆蚨鴽]有明顯的電位下降。使用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對(duì)葡萄糖的高選擇、無酶電位檢測(cè)。
【IPC分類】G01N27/26
【公開號(hào)】CN105319247
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410380589
【發(fā)明人】秦偉, 李龍
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所
【公開日】2016年2月10日
【申請(qǐng)日】2014年8月4日