本發(fā)明涉及傳感器，尤其是涉及一種電化學(xué)酶傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、糖尿病是一種威脅人類健康和生命的世界性慢性病，血糖監(jiān)測是糖尿病診療的前提和基礎(chǔ)，因此電化學(xué)酶傳感器一直是電化學(xué)傳感器中一個特別關(guān)注的焦點。傳統(tǒng)的電化學(xué)酶傳感器多為“柔性基底+電極+含酶導(dǎo)電水凝膠”的多層結(jié)構(gòu)，當(dāng)傳感器隨皮膚發(fā)生形變時，易導(dǎo)致水凝膠破裂而產(chǎn)生酶泄漏，同時水凝膠隨體液累積易發(fā)生溶脹而導(dǎo)致酶泄露，而傳統(tǒng)的傳感器通常將酶固定在工作電極表面，酶催化反應(yīng)空間小，固定酶載量低，酶泄露和酶失活嚴(yán)重影響了測量準(zhǔn)確度，縮短了傳感器的使用壽命。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種電化學(xué)酶傳感器。

2、本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題在于提供上述電化學(xué)酶傳感器的制備方法。

3、本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

4、一種電化學(xué)酶傳感器，包括柔性基底(1)、柔性封裝層(2)、工作電極(3)、參比電極(4)和對電極(5)，所述工作電極(3)、傳感器參比電極(4)和傳感器對電極(5)并列排布在柔性基底(1)和柔性封裝層(2)中間，所述柔性基底(1)是第一導(dǎo)電水凝膠采用熱聚合進行固化后形成的，所述柔性封裝層(2)是第二導(dǎo)電水凝膠采用熱聚合進行固化后形成的。

5、上述電化學(xué)酶傳感器中：

6、所述柔性基底(1)和柔性封裝層(2)用于進行溶液中待測物質(zhì)催化反應(yīng)；

7、所述工作電極(3)用于測量溶液中待測物質(zhì)濃度；

8、所述參比電極(4)用于在溶液中保持相對穩(wěn)定電勢；

9、所述對電極(5)用于輔助工作電極進行待測物質(zhì)濃度檢測。

10、上述柔性基底和柔性封裝層的形狀以及厚度可以任意變換以滿足不同的應(yīng)用環(huán)境的要求，同樣的，上述的三個電極的形狀以及厚度也可以匹配柔性基底和柔性封裝層的尺寸而變化。

11、優(yōu)選的，上述電化學(xué)酶傳感器，所述第一導(dǎo)電水凝膠和第二導(dǎo)電水凝膠為相同材料水凝膠，為內(nèi)部呈現(xiàn)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的共聚物多孔水凝膠，其中分散有納米顆粒固定化酶，所述納米顆粒固定化酶是以al2o3納米顆粒作為固定化載體且在其表面修飾有酶。

12、優(yōu)選的，上述電化學(xué)酶傳感器，所述酶為葡萄糖氧化酶、葡萄糖脫氫酶或過氧化氫酶。

13、優(yōu)選的，上述電化學(xué)酶傳感器，所述al2o3納米顆粒直徑為10-20nm，所述納米顆粒固定化酶的尺寸為15-25nm。

14、優(yōu)選的，上述電化學(xué)酶傳感器，所述水凝膠是由下述方法制備得到的：

15、(1)以al2o3納米顆粒乳濁液為乳化劑，加入酶溶液，采用冰水浴法，振蕩制備負(fù)載酶的納米顆粒固定化酶溶液；

16、(2)將甜菜堿單體溶于羧基化纖維素納米纖維溶液中，加入交聯(lián)劑后將溶液在冰水浴條件下進行超聲，再將交聯(lián)催化劑和熱引發(fā)劑加入溶液中，置于冰水浴中攪拌得到兩性離子聚合物溶液；

17、(3)將納米顆粒固定化酶溶液加入兩性離子聚合物溶液中，置于冰水浴中攪拌混合得到水凝膠溶液，將水凝膠溶液注入模具，經(jīng)熱水浴條件聚合制得高載酶量的多孔催化水凝膠。

18、上述水凝膠的制備方法中，使用磺酸甜菜堿構(gòu)造抗溶脹兩性離子水凝膠，使用羧基化纖維素納米纖維調(diào)節(jié)水凝膠的孔徑。

19、優(yōu)選的，上述電化學(xué)酶傳感器，所述步驟(1)中al2o3納米顆粒乳濁液濃度為0.1～5mg/ml，酶溶液濃度為10～50mg/ml；所述冰水浴溫度為-10～0℃，搖床振蕩轉(zhuǎn)速為100～200r/min，振蕩時間為15～45min。

20、優(yōu)選的，上述電化學(xué)酶傳感器，所述步驟(1)中al2o3納米顆粒乳濁液和酶溶液的體積比為1:1。

21、優(yōu)選的，上述電化學(xué)酶傳感器，所述步驟(2)中羧基化纖維素納米纖維溶液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)1％～10％羧基化纖維素納米纖維溶液，所述甜菜堿單體為甜菜堿單體活性物含量為94％～98％的粉末；所述交聯(lián)劑為亞甲基雙丙烯酰胺，催化交聯(lián)劑為四甲基乙二胺，熱引發(fā)劑為過硫酸銨；所述超聲時間為30～60min，冰水浴溫度為-10～0℃，攪拌速度為300～450rpm，攪拌時間為3～15min。

22、優(yōu)選的，上述電化學(xué)酶傳感器，所述甜菜堿單體為磺酸甜菜堿或磷酸酯甜菜堿。

23、優(yōu)選的，上述電化學(xué)酶傳感器，所述步驟(3)中納米顆粒固定化酶溶液和兩性離子聚合物溶液的體積比為0.1-10：1，所述冰水浴溫度為-10～0℃，攪拌速度為300～450rpm，攪拌時間為3～15min；所述熱水浴溫度為30～40℃，聚合時間為24～36h。

24、優(yōu)選的，上述電化學(xué)酶傳感器，所述柔性基底(1)和柔性封裝層(2)的厚度分別為500μm。

25、優(yōu)選的，上述電化學(xué)酶傳感器，所述工作電極(3)的形狀為圓形，所述參比電極(4)為中心角度不超過45°的小圓環(huán)形，且該小圓環(huán)形的小圓弧半徑大于工作電極(3)的半徑，所述對電極(5)為中心角度超過180°的大圓環(huán)形，且該大圓環(huán)形的小圓弧半徑和大圓弧半徑與參比電極(4)的尺寸一致，所述工作電極(3)位于參比電極(4)和對電極(5)之間形成的圓形空間內(nèi)。

26、優(yōu)選的，上述電化學(xué)酶傳感器，所述工作電極(3)、參比電極(4)和對電極(5)分別通過工作電極條形導(dǎo)線(6a)、參比電極條形導(dǎo)線(6b)和對電極條形導(dǎo)線(6c)與外部檢測設(shè)備相連，其中，工作電極條形導(dǎo)線(6a)與工作電極(3)相連，參比電極條形導(dǎo)線(6b)與參比電極(4)相連，對電極條形導(dǎo)線(6c)與對電極(5)相連。

27、優(yōu)選的，上述電化學(xué)酶傳感器，所述工作電極條形導(dǎo)線(6a)、參比電極條形導(dǎo)線(6b)和對電極條形導(dǎo)線(6c)的材料是導(dǎo)電材料金、銀、銅或鉑。

28、優(yōu)選的，上述電化學(xué)酶傳感器，所述工作電極(3)和對電極(5)的材料是惰性導(dǎo)電材料碳。

29、優(yōu)選的，上述電化學(xué)酶傳感器，所述參比電極(4)的材料是銀/氯化銀。

30、上述各材料的混合比例可根據(jù)需求按比例增加或減少。

31、上述電化學(xué)酶傳感器的制備方法，通過澆注、絲網(wǎng)印刷和轉(zhuǎn)印三種技術(shù)加工而成，具體步驟如下：

32、a)裁剪、清洗用于印刷的薄膜基底，清洗絲網(wǎng)印刷臺，并稀釋印刷油墨以備用；

33、b)將薄膜基底貼附于絲網(wǎng)印刷臺上，固定作電極和對電極印刷網(wǎng)版，刮刀下壓打印一層惰性導(dǎo)電材料，通過高溫固化后得到工作電極(3)和對電極(5)；

34、c)更換為參比電極印刷網(wǎng)版，刮刀下壓打印一層銀/氯化銀，高溫固化后得到參比電極(4)；

35、d)取第一導(dǎo)電水凝膠澆注到柔性基底的模具中，采用熱聚合的方法進行固化，清洗后得到柔性基底(1)；

36、e)將在薄膜基底上燒結(jié)后的電極結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)印到柔性基底(1)上；

37、f)將工作電極條形導(dǎo)線(6a)、參比電極條形導(dǎo)線(6b)和對電極條形導(dǎo)線(6c)用絕緣膠帶包裹，并用環(huán)氧膠將工作電極(3)、參比電極(4)和對電極(5)分別與導(dǎo)線進行連接；

38、g)將第二導(dǎo)電水凝膠澆注到轉(zhuǎn)印電極結(jié)構(gòu)后的柔性基底(1)上，采用熱聚合進行固化后形成柔性封裝層(2)，完成整個電化學(xué)酶傳感器的制備。

39、優(yōu)選的，上述電化學(xué)酶傳感器的制備方法，制備得到的電化學(xué)酶傳感器的電極區(qū)域和電極外的導(dǎo)線被柔性基底(1)和柔性封裝層(2)覆蓋，導(dǎo)線區(qū)域與待測溶液絕緣。

40、本發(fā)明的有益效果是：

41、所述電化學(xué)酶傳感器，大體積導(dǎo)電水凝膠能承受更多的液體累積，由于整個水凝膠體透氣性好且大面積接觸空氣，液體的持續(xù)揮發(fā)能進一步提升承液量；使用具有高生物兼容性和超親水性的兩性離子水凝膠構(gòu)造所提含酶水凝膠，使水分子能夠從酶的疏水區(qū)域被拉開，維持酶的活性；使用磺酸甜菜堿構(gòu)造抗溶脹兩性離子水凝膠，避免表皮傳感器工作時隨體液累積水凝膠溶脹而發(fā)生酶泄露；使用羧基化纖維素納米纖維調(diào)節(jié)水凝膠的孔徑，使其具有更大的比表面積，提升酶的載量，最終從提升承液量、減緩酶失活、避免酶泄露和提升酶載量四個方面延長電化學(xué)酶傳感器使用壽命。