一種用于生化分析的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于生化分析的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)及其制備方法，所述用于生化分析的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)，以可降解紙材為基底材料，基底材料上印制碳電極，在碳電極表面固定電子傳遞介質(zhì)和識(shí)別分子層，得到完全可降解的全新紙基電極檢測(cè)平臺(tái)。所制備的可降解的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)通過(guò)電化學(xué)測(cè)試表明與其塑料基材電極具有同樣良好的電化學(xué)性能。基于完全可降解的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)用于檢測(cè)葡萄糖，具有靈敏度高、檢測(cè)時(shí)間短、差異性小、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種用于生化分析的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于生物傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于生化分析的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，可丟棄式的塑料基生物電極試片在醫(yī)療診斷、食品檢測(cè)和環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。特別是在醫(yī)療診斷領(lǐng)域用于檢測(cè)糖尿病患者的血糖時(shí)，由于其便攜、方便，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用廣泛。據(jù)2008年的調(diào)查，全世界一年就約有60億片的塑料基血糖試片被消耗。根據(jù)國(guó)際糖尿病聯(lián)盟的調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，到2013年全世界的糖尿病患病數(shù)量約有3.82億人數(shù)。根據(jù)國(guó)際糖尿病聯(lián)盟的建議每位糖尿病患者每天至少利用血糖試片測(cè)量四次血糖。這就產(chǎn)生了大量的醫(yī)療廢棄物需要被處理。而目前這些可丟棄的生物傳感器都是基于塑料基底(如PC，PVC和PET)的而制備的，大量使用后的醫(yī)療廢棄物的主要處理主要是埋于地下或者燃燒處理，塑料基底埋于地下很難被降解燃燒處理后，也會(huì)產(chǎn)生大量的污染物。纖維素是一種天然可降解的有機(jī)物，自然界中來(lái)源廣泛、儲(chǔ)量豐富，據(jù)估計(jì)，通過(guò)光合作用每年合成的纖維素的到111?112噸。除了來(lái)源廣泛、儲(chǔ)量豐富之外，最重要的是，纖維素還是一種天然生物可降解，生物相容性好，可循環(huán)再生的一種材料。而且，還具有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械力學(xué)性能，質(zhì)量輕，柔軟，便于攜帶，非常適合于制備分析檢測(cè)設(shè)備。
[0003]然而目前所有的紙基分析設(shè)備大都是基于呈色法制備的試片，基于電化學(xué)原理的電化學(xué)全紙基試片屬于技術(shù)空白。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種用于生化分析的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)及其制備方法，旨在解決目前所有的紙基分析設(shè)備大都是基于呈色法制備的試片，基于電化學(xué)原理的電化學(xué)全紙基試片屬于技術(shù)空白的問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種用于生化分析的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)的制備方法，所述用于生化分析的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)的制備方法是以可降解紙材為基底材料，基底材料上印有碳電極，在碳電極的工作區(qū)域固定上電子傳遞介質(zhì)和識(shí)別分子，得到可降解的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)。
[0006]進(jìn)一步，通過(guò)絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備碳電極，并移入烘箱中進(jìn)行固化，得到紙基材碳電極。
[0007]進(jìn)一步，配制濃度為50毫摩爾每升的鐵氰化鉀溶液，滴加20?50yL的溶液在碳電極表面，并放在25 °C-30 °C的烘箱中，保存1?30分鐘。
[0008]進(jìn)一步，將活性為10K國(guó)際單位的葡萄糖氧化酶溶液，配入到含有0.05克每升的羧甲基纖維素鈉的50毫摩爾每升的磷酸緩沖液中，滴加20?50此的溶液在碳電極表面，并放在25 °C-30 °C的烘箱中，保存1?30分鐘，制備出紙基電極試片。
[0009]本發(fā)明所述用于生化分析的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)，從上而下由四部分組成，分別為:識(shí)別分子層、電子傳遞介質(zhì)層、碳電極、紙基材；
所述紙基材基底上印制有碳電極，碳電極通過(guò)絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備而成;碳電極的一端放置有電子傳遞介質(zhì)層，電子傳遞介質(zhì)是通過(guò)物理吸附的作用固定在碳電極表面，目的是用來(lái)傳遞識(shí)別分子與電極之間的電子轉(zhuǎn)移；電子傳遞介質(zhì)層上放置有識(shí)別分子層，識(shí)別分子也是利用物理吸附的作用固定在碳電極表面，用來(lái)與待測(cè)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。
[0010]進(jìn)一步，所述紙基材的材料為纖維素紙。
[0011]進(jìn)一步，所述紙基電極檢測(cè)平臺(tái)是在所述基底材料上的梳狀指叉式碳電極所構(gòu)成。
[0012]進(jìn)一步，所述電子傳遞介質(zhì)層為鐵氰化鉀、對(duì)苯醌、次甲基藍(lán)或甲基二茂鐵。
[0013]進(jìn)一步，所述識(shí)別分子層為酶，抗體，DNA，適配體或細(xì)胞。
[0014]本發(fā)明的另一目的在于，制備一種具有綠色、環(huán)保，生物可降解的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)，包含所述用于生化分析的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)的制備方法。
[0015]本發(fā)明提供的用于生化分析的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)及其制備方法，以紙材作為基底材料，通過(guò)絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備碳電極，并固定適宜的識(shí)別分子，制備出完全可降解的全新紙基電極檢測(cè)平臺(tái)；所制備的完全可降解的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)通過(guò)電化學(xué)測(cè)試表明與其塑料基材電極具有同樣良好的電化學(xué)性能。開(kāi)發(fā)完全可降解的電化學(xué)紙基試片，對(duì)于解決目前商用的塑料基電極試片的廢棄物的處理問(wèn)題具有重要的意義，為解決塑料基檢測(cè)試片的廢棄物處理解決提供了新的思路和方法。本發(fā)明利用紙材為基底材料，通過(guò)絲網(wǎng)印刷技術(shù)能夠制備出具有優(yōu)異電化學(xué)性能的完全可降解的紙基電化學(xué)檢測(cè)平臺(tái)；基于可降解的紙基電化學(xué)檢測(cè)平臺(tái)，固定適宜的鐵氰化鉀和葡萄糖氧化酶制備全新葡萄糖紙基試片，并能夠準(zhǔn)確的用來(lái)檢測(cè)一定濃度范圍內(nèi)的葡萄糖溶液，對(duì)于制備完全可降解的紙基血糖試片具有重要的意義，也為解決塑料基血糖試片的廢棄物處理問(wèn)題提供了新的思路和方法。本發(fā)明用于檢測(cè)葡萄糖溶液時(shí)，具有靈敏度高(2.07 μΑ cm—2)，檢測(cè)時(shí)間短(小于40 S)，差異性小(相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于4.26 %，N=5)以及穩(wěn)定性好(保存在4°C的環(huán)境中，31天之后仍有93.9%的初始電流的響應(yīng))等優(yōu)點(diǎn);完全利用紙材開(kāi)發(fā)制備一種完全可降解的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)，對(duì)解決目前大量使用難降解的塑料基電極試片所造成的廢棄物的處理問(wèn)題具有重要的意義。本發(fā)明方法制備工藝簡(jiǎn)單，成本低，為解決難降解的塑料基電極試片的廢棄物污染問(wèn)題提供了新的方法和解決途徑。本發(fā)明的基于紙基電極檢測(cè)平臺(tái)用于檢測(cè)葡萄糖，在一定濃度范圍內(nèi)其響應(yīng)電流與葡萄糖濃度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，并具有高靈敏度，檢測(cè)時(shí)間短，差異性小以及穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明表明紙基電極檢測(cè)平臺(tái)能夠取代目前塑料基檢測(cè)試片，為解決塑料基檢測(cè)試片的廢棄物處理解決提供了新的方法。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的用于生化分析的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)的制備方法流程圖。
[0017]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的用于生化分析的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:1、識(shí)別分子層;2、電子傳遞介質(zhì)層;3、碳電極;4、紙基材。
[0018]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的用于檢測(cè)葡萄糖的線性范圍以及靈敏度示意圖。
[0019]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)用來(lái)檢測(cè)葡萄糖的Clarke誤差分析圖。
[0020]
【具體實(shí)施方式】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的用于生化分析的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)的制備方法包括以下步驟:
SlOl:以完全可降解的紙材為基底材料，通過(guò)絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備碳電極，并移入烘箱中進(jìn)行固化，得到全新的紙基材碳電極；
S102:配制電子傳遞介質(zhì)溶液，并將其滴加在碳電極表面進(jìn)行固定；
S103:將識(shí)別分子配入到磷酸緩沖液中，并將其滴加固定在電極表面的工作區(qū)域，制備出完全可降解的全新紙基電極檢測(cè)平臺(tái)。
[0024]如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的用于生化分析的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)主要由:識(shí)別分子層1、電子傳遞介質(zhì)層2、碳電極3、紙基材4組成。
[0025]紙基材4上印制有碳電極3，碳電極3的一端放置有電子傳遞介質(zhì)層2，電子傳遞介質(zhì)層2上放置有識(shí)別分子層I。
[0026]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步的描述。
[0027]實(shí)施例1:
(1)以完全可降解的纖維素紙為基底材料，通過(guò)絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備碳電極，并移入烘箱中進(jìn)行固化，得到全新的紙基材碳電極；
(2)配制濃度為50毫摩爾每升的鐵氰化鉀溶液，滴加20~50此的溶液在碳電極表面，并放在25 °C-30 °C的烘箱中，保存1?30分鐘；
(3)將活性為10K國(guó)際單位的葡萄糖氧化酶溶液，配入到含有0.05克每升的羧甲基纖維素鈉的50暈?zāi)柮可牧姿峋彌_液中，滴加20?50 yL的溶液在碳電極表面，并放在25°C~30°C的烘箱中，保存10~30分鐘，制備出完全可降解的檢測(cè)葡萄糖的全新紙基電極試片。
[0028]所制備的全新紙基電極檢測(cè)平臺(tái)的示意圖，如圖2所示。
[0029]下面結(jié)合實(shí)驗(yàn)對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用效果作詳細(xì)的描述。
[0030](I)將制備好的全新的檢測(cè)葡萄糖的紙基電極試片，滴加不同濃度的葡萄糖溶液在紙基電極試片的工作區(qū)域，通過(guò)CHI 400電化學(xué)工作站利用計(jì)時(shí)電流法檢測(cè)響應(yīng)電流與葡萄糖濃度之間的關(guān)系，如圖3所示。其結(jié)果說(shuō)明具有較高的靈敏度(2.07 μΑ cm—2)，并且全新的紙基電極試片在用于檢測(cè)葡萄糖時(shí)具有較短的檢測(cè)時(shí)間(小于40 S)，以及較小的差異性(相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于4.26 %4=5)，保存在4°(:的環(huán)境中，具有較好的穩(wěn)定性(31天之后仍有93.9%的初始電流的響應(yīng))。
[0031 ] (2)滴加不同濃度的葡萄糖溶液，根據(jù)線性關(guān)系曲線，作出檢測(cè)葡萄糖準(zhǔn)確性的Clarke誤差分析圖，如圖4所示。圖4中，測(cè)量66個(gè)檢測(cè)葡萄糖的樣本點(diǎn)，其所有的樣本點(diǎn)全部都落在了臨床準(zhǔn)確區(qū)(A區(qū))，且變異系數(shù)小于11.4%，說(shuō)明制備出來(lái)的紙基電極試片用于檢測(cè)葡萄糖是非常準(zhǔn)確的，在檢測(cè)葡萄糖時(shí)完全符合ISO 15197-2013標(biāo)準(zhǔn)。
[0032]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于生化分析的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)的制備方法，其特征在于，所述用于生化分析的紙基電極檢測(cè)平臺(tái):以可降解紙材為基底材料，基底材料上印有碳電極，將電子傳遞介質(zhì)和識(shí)別分子，通過(guò)滴涂法的方式固定在紙基材碳電極的表面，得到完全可降解的全新紙基電極檢測(cè)平臺(tái)。2.如權(quán)利要求1所述的用于生化分析的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)的制備方法，其特征在于，通過(guò)絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備碳電極，并移入烘箱中進(jìn)行固化，得到紙基材碳電極。3.如權(quán)利要求1所述的用于生化分析的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)的制備方法，其特征在于，配制濃度為50毫摩爾每升的鐵氰化鉀溶液，滴加20?50 yL的溶液在碳電極表面，并放在25°030°C的烘箱中，保存10~30分鐘。4.如權(quán)利要求1所述的用于生化分析的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)的制備方法，其特征在于，將活性為10 K國(guó)際單位的葡萄糖氧化酶溶液，配入到含有0.05克每升的羧甲基纖維素鈉的50毫摩爾每升的磷酸緩沖液中，滴加20?50 yL的溶液在碳電極表面，并放在25°C~30°C的烘箱中，保存10~30分鐘，制備出紙基電極試片。5.—種如權(quán)利要求1所述用于生化分析的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)的制備方法制備的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)，其特征在于，所述紙基電極檢測(cè)平臺(tái)由:識(shí)別分子層、電子傳遞介質(zhì)層、碳電極、紙基材組成； 所述紙基材上放置有碳電極，碳電極的一端放置有電子傳遞介質(zhì)層，電子傳遞介質(zhì)層上放置有識(shí)別分子層。6.如權(quán)利要求5所述的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)，其特征在于，所述紙基材的材料為纖維素紙。7.如權(quán)利要求6所述的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)，其特征在于，所述紙基電極檢測(cè)平臺(tái)是在所述基底材料上的梳狀指叉式碳電極所構(gòu)成。8.如權(quán)利要求5所述的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)，其特征在于，所述電子傳遞介質(zhì)層為鐵氰化鉀、對(duì)苯醌、次甲基藍(lán)或甲基二茂鐵。9.如權(quán)利要求5所述的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)，其特征在于，所述識(shí)別分子層為酶，抗體，DNA，適配體或細(xì)胞。10.—種檢測(cè)葡萄糖的生化方法，其特征在于，包含權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述用于生化分析的紙基電極檢測(cè)平臺(tái)的制備方法。
【文檔編號(hào)】G01N27/26GK105954331SQ201610285084
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月4日
【發(fā)明人】劉仁材
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院大學(xué)