葡萄糖生物传感器的制备和应用
基于氧化石墨烯构筑葡萄糖生物传感器的研究
李钊
基于氧化石墨烯构筑葡萄糖生物传感器的研究
基于氧化石墨烯构筑葡萄糖生物传感器的研究
李 钊 指导老师：周喜斌 地理与环境科学学院 环境工程
摘要：本文主要介绍了葡萄糖生物传感器的发展，酶修饰电极的方法和氧化石墨烯构筑的新型葡萄 糖生物传感器三个部分，在前人的工作的基础上，我们进行了第三代葡萄糖生物传感器的实验，利 用新型纳米材料石墨烯的衍生物—氧化石墨烯构筑了灵敏度高，稳定性好的传感器。葡萄糖氧化酶 修饰的玻碳电极通过循环伏安法对进行电化学表征，同时新型葡萄糖生物传感器对不同浓度的葡萄 糖进行了检测。因此，我们得出了基于氧化石墨烯构筑的葡萄糖生物传感器在实际应用上拥有一个 良好地发展前景。
（1） （2） （3）
FADH 2 GOX blueMB FAD GOX colorlessMBH 2 colorlessMBH 2 blueMB+2H 2e（1）反应与第一代相同，GOx 氧化葡萄糖的主要成 分是 FAD （2） 亚甲基蓝 （blueMB） 能够氧化 FADH2， 同时获得氢离子(3)MBH2 在电极的氧化作用下，将电 子传递于电极表面，形成了响应电流。
学
年
论
文
题
目：
基于氧化石墨烯构筑 葡萄糖生物传感器的研究
学 专
院： 业：
地理与环境科学学院 环境工程 2014 年 李 钊 201075050114 周喜斌
毕业年限： 学生姓名： 学 号：
指导教师：
目录
摘要： ........................................................................................................................................ 1 1 引言 ......................................................................................................................................... 1 2 电化学葡萄糖生物传感器 .................................................................................................... 2 2.1 第一代葡萄糖生物传感器 .............................................................................................. 2 2.2 第二代葡萄糖生物传感器 .............................................................................................. 3 2.2.1 电子媒介体 ............................................................................................................... 3 2.3 第三代葡萄糖生物传感器 ............................................................................................. 3 3 葡萄糖氧化酶在电极表面的固定 ........................................................................................ 5 4 基于氧化石墨烯构建葡萄糖生物传感器 ............................................................................ 6 4.1 氧化石墨烯的制备 .......................................................................................................... 6 4.2 玻碳电极的修饰 .............................................................................................................. 7 4.3 葡萄糖生物传感器的构建方法 ...................................................................................... 7 4.4 酶修饰的电极的谱图表征 .............................................................................................. 8 5 葡萄糖生物传感器的应用 .................................................................................................... 9 6 结论与展望 .......................................................................................................................... 10 参考文献 .................................................................................................................................. 11 致谢 .......................................................................................................................................... 11
基于纳米碳管的葡萄糖生物传感器的研究的开题报告
基于纳米碳管的葡萄糖生物传感器的研究的开题报
告
一、研究背景与意义
葡萄糖作为人体的一种重要能源，能够为机体提供必要的营养物质。
然而，高血糖可以导致糖尿病等各种疾病的发生，因此对葡萄糖的监测
和控制具有重要意义。
传统的葡萄糖检测方法需要昂贵的仪器和复杂的
操作流程，对于实时监测难度较大。
基于纳米技术的葡萄糖生物传感器
可以将检测过程简化，并且具有快速、高灵敏度和高选择性的优点，因
此在医疗和健康领域有着广泛的应用前景。
本研究计划基于纳米碳管技术研究一种新型的葡萄糖生物传感器，
实现对葡萄糖的高灵敏度检测。
二、研究内容
1. 纳米碳管材料的制备
采用化学气相沉积法制备高质量的纳米碳管材料。
2. 生物传感器的制备及性能测试
将葡萄糖氧化酶通过化学修饰的方法固定在纳米碳管表面，制备葡
萄糖生物传感器。
通过电化学测试等方法对传感器的灵敏度和选择性进
行测试。
3. 优化传感器性能
针对传感器灵敏度和选择性不足等问题，进一步优化传感器性能。
三、研究进展
目前，已经实现了纳米碳管材料的制备，并开始进行生物传感器的
制备和性能测试。
预计在未来的研究中，将会进一步优化生物传感器的
性能，并开展相关应用研究。
四、结论与展望
本研究计划将基于纳米碳管技术研究一种新型的葡萄糖生物传感器，旨在实现对葡萄糖的高灵敏度检测。
本研究具有重要意义和广阔的应用
前景，有望为人类健康和医疗领域带来不小的贡献。
葡萄糖检测传感器的制备和性能优化
葡萄糖检测传感器的制备和性能优化近年来，随着生活水平的提高和社会进步的不断推进，人们的生活质量越来越高，在这种情况下，保持身体健康成为了人们非常重视的问题，而葡萄糖的监测显然是人们常常需要关注的问题。
当前的葡萄糖检测技术存在许多的局限和不足之处，这也为人们研发更加快速、准确、方便的葡萄糖检测传感器提供了巨大的潜力与发展机遇。
一、葡萄糖检测传感器的制备：葡萄糖检测传感器是一种常用的化学分析方法，其制备需要选取合适的纳米材料，并通过一系列化学反应实现材料的修饰。
以下是葡萄糖检测传感器的制备流程：1. 选择纳米材料。
目前，常用作葡萄糖检测传感器的纳米材料包括金纳米棒、量子点、二维纳米材料等，不同的纳米材料具有不同的性质和特点，需要根据具体情况选择合适的纳米材料。
2. 材料修饰。
针对不同的纳米材料，需要采用不同的化学方法实现其表面的修饰。
例如，金纳米棒可以通过修饰其表面的胶乳层来实现对葡萄糖的高灵敏度检测。
3. 制备电极。
传感器的电极部分需要制备，一般来说，用玻碳电极或金电极作为基底，在其表面制备上葡萄糖检测所需的纳米材料以进行检测。
4. 构建传感器。
将上述制备的材料进行整合，通过电化学沉积方法，在制备的电极上浸入葡萄糖样品，然后以计时、计量方式获取检测结果并与标准曲线对照，从而完成整个传感器的制备。
二、葡萄糖检测传感器的性能优化:传感器中的纳米材料类型和性质、电极制备的质量等等都会影响检测传感器的性能，因此，仅仅制备出传感器还不够，还需要对其进行性能优化，提高其精度、灵敏度、稳定性等等。
1. 优化材料选择。
材料的选择是实现传感器性能优化的重要一步，不同种类的纳米材料在性能表现中也会有所不同。
要根据具体应用需求，选择出合适的纳米材料进行制备和修饰。
2. 优化电极制备。
传感器中的电极制备质量直接决定了检测信号的强弱程度，应当对制备工艺进行有效的优化。
例如，可以通过控制电极沉积时间、改变电解液制备方式等方法来优化电极制备。
生物传感器的制备及应用
生物传感器的制备及应用[摘要]生物传感器是一门由生物、化学、物理、医学、电子技术等多种学科互相渗透成长起来的高新技术。
因其具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、在复杂的体系中进行在线连续监测,特别是它的高度自动化、微型化与集成化的特点,从最先提出生物传感器的设想至今,其在近几十年获得蓬勃而迅速的发展。
在国民经济的各个部门如食品、制药、化工、临床检验、生物医学、环境监测等方面有广泛的应用前景。
特别是分子生物学与微电子学、光电子学、微细加工技术及纳米技术等新学科、新技术结合,正改变着传统医学、环境科学动植物学的面貌。
[关键词]生物传感器应用纳米材料一、生物传感器的原理生物传感器主要是由生物识别和信号分析两部分组成的生物识别部分是由具有分子识别能力的生物敏感识别元件构成,包括细胞、生物素、酶、抗体及核酸等[1]。
信号分析部分通常又叫做换能器,它们的工作原理一般是根据物质电化学、光学、质量、热量、磁性等。
物理化学性质将被分析物与生物识别元件之间反应的信号转变成易检测、量化的另一种信号,比如电信号、焚光信号等,再经过信号读取设备的转换过程,最终得到可以对分析物进行定性或定量检测的数据。
生物传感器识别和检测待测物的一般反应过程为:首先,待测物分子与识别元素接触;然后,识别元素把待测物分子从样品中分离出来;接着,转换器将识别反应相应的信号转换成可分析的化学或物理信号;最后,使用现代分析仪器对输出的信号进行相应的转换,将输出信号转化为可识别的信号。
生物传感器的各个部分包括分析装置、仪器和系统也由此构成。
生物传感器中的识别元素决定了传感器的特异性,是生物定性识别的决定因素;识别元素与待测分子的亲合力,以及换能器和检测仪表的精密度,在很大程度上决定了传感器的灵敏度和响应速度。
二、生物传感器的分类根据所用换能器和监测物理量、化学量和生物量可分为电化学生物传感器[2]、光学生物传感器[3]和压电生物传感器[4]等。
葡萄糖生物传感器研究概况
葡萄糖生物传感器研究概况葡萄糖是动物和植物体内碳水化合物的主要组成部分，因此葡萄糖的定量测定在生物化学、临床化学和食品分析中都占有很重要的位置。
1954年Clark的氧电极分析方法使活体组织氧分压的无损测量成为可能，由此打开了生物传感器这一研究领域。
50多年来各国科研人员对生物传感器的研究和发展使得葡萄糖传感器在食品分析、发酵控制、临床检验等诸多方面得到应用并发挥了重要的作用。
本文对葡萄糖生物传感器的分类、原理及发展概况等作一简要概述。
1.概念生物传感器是用来侦测生体内或生体外的环境化学物质或与之起特异性交互作用后产生响应的一种装置，Gronow将其定义为“使用固定化的生物分子结合换能器”[1]。
它利用生物化学和电化学反映原理，将生化反应信号转换为电信号，通过对电信号进行放大和转换，进而测量被测物质及其浓度[2]，是一种集现代生物技术与先进的电子技术于一体的高科技产品。
生物传感器可用于探索揭示生命系统中信息的产生、存储、传输、加工、转换和控制等基本规律，探讨应用于人类经济活动的基本方法。
葡萄糖传感器是生物传感器领域研究最多、商品化最早的生物传感器[3]，为葡萄糖氧化酶，GOD）经固化后于氧电极组成成。
这一生物传感器可在非常短的响应时间（glucose oxidase内完成对葡萄糖的测定，其线性范围为0～30mg?dL-1，能稳定使用22d，测定的相对标准偏差小于1.2。
2.分类关于葡萄糖生物传感器的分类，不同的研究方向，有不同的分类方法，主要有以下三种分类。
一是根据生物传感器中分子识别元件即敏感元件划分为：酶传感器（enzyme sensor），微生）），组织传感器（tis-suesensor物传感器（microbial sensor），细胞传感器（original sensor和免疫传感器（immunolsensor）。
二是根据生物传感器的换能器即信号转换器分类，如：生物电极（bioelectrode）传感器，半），热生物传），光生物传感器（optical biosensor导体生物传感器（semi conduct biosensor）等。
新型葡萄糖生物传感器的构筑、机理及应用研究
新型葡萄糖生物传感器的构筑、机理及应用研究【摘要】：葡萄糖是动植物体内碳水化合物的主要组成部分,葡萄糖的定量测定在临床化学、生物化学和食品分析中都占有很重要的地位,葡萄糖的分析与检测方法一直是研究的热点之一。
随着人们生活水平的提高和老年人口的增加,糖尿病发病率呈上升趋势,已成为仅次于心血管病和癌症的第三大危险疾病,其诊断和治疗已成为了医学界面临的重大课题。
因此,快速、准确、方便地检测血糖含量,从而有效地对糖尿病进行监测和治疗变得越来越重要。
之前,人们已经为葡萄糖的检测做出了很多重要的研究。
在已有检测方法中,生物传感器由于具有灵敏度高、重现性好、操作简便等优点,在各种检测方法中扮演着重要的角色。
它的工作原理是基于对固定在特定载体上的葡萄糖氧化酶(GOx)催化氧化葡萄糖时产生的过氧化氢电流的检测。
因此,葡萄糖氧化酶的固定化是传感器制备过程中最关键的步骤之一纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于1-100纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料,是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域。
纳米材料具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应,并由此产生出许多特殊性质。
由于纳米材料特有的光、电、磁、催化等性能,引起了凝聚态物理界、化学界及材料科学界的科学工作者的极大关注。
因此,纳米材料在太阳能电池、催化、电子信息技术及传感器材料等方面有着深入的研究和广阔的应用前景,其中传感器是纳米材料可能利用的最有前途的领域之一。
纳米材料奇异的特性,使得生物传感器的灵敏度、检测限和响应范围等性能指标得到了很大的提升。
纳米材料为生物传感器的发展带来了新的契机,创造了更为广阔的空间。
本论文通过链接反应(ClickReaction)、聚酰胺胺(PAMAM)和聚多巴胺膜对葡萄糖氧化酶进行固定化,并利用水热法合成了树叶状CuO纳米材料、ZnO/Au复合纳米材料和纳米WO3,并将其应用于葡萄糖生物传感器的研究与应用。
通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X-射线衍射光谱、电子衍射光谱和紫外可见分光光度法对合成的纳米材料形貌和组成进行表征,利用循环伏安法、交流阻抗、安培检测法等对葡萄糖的含量进行了检测和分析。
生物传感器的制备与检测应用
生物传感器的制备与检测应用生物传感器是一种利用生物学作用和生物生理反应将使用者获取的信息转变成可用的电信号的装置。
生物传感器具有很强的检测灵敏度和分析能力，已经广泛应用于生物医学、环境保护和食品安全等各个领域。
本文将介绍生物传感器的制备与检测应用。
一、生物传感器的制备生物传感器需要通过生物分子和电子器件的集成，将特定的分子种类、浓度和生物反应转化为电信号。
因此，生物传感器的制备核心在于选择和吸附生物分子，建立高灵敏度和特异性的生物反应，并将其转化为电子信号。
1.生物分子的选择生物分子的选择需要考虑到分子的特异性、亲和力和灵敏度等因素。
例如，在葡萄糖传感器中，需要选择的分子是葡萄糖氧化酶和辅酶，而在DNA传感器中，需要选择的是核酸酶和DNA分子。
2.生物反应的建立生物反应需要考虑物种的特异性和互相作用的协同性。
例如，在葡萄糖传感器中，需要将葡萄糖作为底物加到葡萄糖氧化酶中，生成的过氧化物酶进行电化学反应，最终产生电信号。
而在DNA传感器中，需要通过DNA的特异性结合来放大电信号。
因此，在生物反应建立中，需要考虑到反应步骤、反应机制和缓冲液的组成等多种因素。
3.电子信号转化电子信号转化需要选择相应的电子器件，例如电化学传感器、场效应晶体管等。
在葡萄糖传感器中，电子信号通常转化为电子流或电压信号。
在DNA传感器中，电子信号通常通过电荷耦合效应进行转化。
二、生物传感器的检测应用生物传感器的应用主要涉及生命科学、环境保护和食品安全等多个领域。
下面将介绍生物传感器在这些领域的应用。
1.生命科学生物传感器在生命科学领域的应用主要集中在细胞和蛋白质的检测中。
例如，通过融合蛋白的识别和量化特异性，可以检测一系列细胞和生物分子中的代谢产物、酶和蛋白质等。
通过细胞和蛋白质的检测，可以获取有关生物体的信息，从而进一步研究其生物学特性和生理功能。
2.环境保护生物传感器在环境污染检测和监测中的应用已经日益广泛。
例如，将各种物质嵌入到环境传感器中，可以对环境中的化学物质、气体和污染物等进行检测。
生物传感器的制备及其应用研究
生物传感器的制备及其应用研究生物传感器是一种通过生物分子和电化学或光学技术相结合的技术，可以用于检测生物分子的工具。
它们可应用于医学、环境监测、食品保障等多个领域，其作用越来越引起人们的重视。
本文将介绍生物传感器的制备及其应用研究，并对其未来发展进行展望。
一、生物传感器的制备生物传感器的制备包括以下三个关键步骤：生物材料的选择、传感器体系的设计、以及信号读取和解释。
生物材料的选择是生物传感器制备的第一步，它要求选择具有可靠性、特异性、稳定性、可重复性并且能够与信号转换器电极材料良好匹配的生物分子。
例如，葡萄糖传感器需要使用葡萄糖氧化酶，而DNA传感器需要合适的DNA蛋白质结构。
还需要考虑材料来源、配制过程等。
传感器体系的设计包括电极材料选择、反应容器的设计和材料等多方面因素的考虑。
其中，电极材料选择非常关键，需要考虑电子传导性能、化学稳定性、生物相容性等因素。
信号读取和解释是生物传感器制备的最后一个步骤。
采用不同的信号转换器，如电化学或光学传递，读取反应过程中的信号。
随着科技发展，有许多新的信号转换器被加入到生物传感器研究中。
二、生物传感器的应用研究生物传感器的应用研究包括生物医药、环境监测、食品安全等领域。
1. 生物医药领域生物传感器在医学领域被广泛应用，用于检测生物分子和药物。
例如，葡萄糖传感器可以通过葡萄糖含量检测糖尿病患者体内糖的含量，并帮助医生调节病人的用药剂量。
除此之外，还有其他生物传感器检测制成药物中的有效成分含量，以及检测细菌、病毒等病原体。
2. 环境监测领域生物传感器可用于检测环境中的污染物和重金属物。
例如，还原菌的生物传感器可以检测土壤中的污染物。
植物细胞用于生物传感器的制备，可以用于检测气体中的有害物质。
此外，生物传感器还可以用于监测自来水中有害物质含量等。
3. 食品安全领域从农田到餐桌，生物传感器可以用于食品安全的各个阶段。
例如，抗原和抗体用于制备生物传感器，可以检测生鲜食品中的有害菌和病毒。
葡萄糖传感器的制备及其应用研究
葡萄糖传感器的制备及其应用研究随着现代医药科技不断发展，人们对于生命健康的关注也日益升温，各种医疗设备和技术也得到了广泛的应用。
其中，葡萄糖传感器就是一种应用广泛的医疗设备。
接下来，本文将从制备、应用两个方面探究葡萄糖传感器的研究现状及其未来发展。
一、制备葡萄糖传感器的研究现状1. 葡萄糖传感器的基本原理葡萄糖传感器是一种用于检测体内葡萄糖含量的设备，其基本原理是通过选择性的反应，将体内的葡萄糖含量转化为电信号，并输出到监测器上，以达到实时检测的目的。
目前，葡萄糖传感器主要分为两种，一种是经皮植入式葡萄糖传感器，另一种是便携式葡萄糖传感器。
两种传感器在制备上的难度与复杂性都有很大的区别。
2. 制备经皮植入式葡萄糖传感器的研究现状经皮植入式葡萄糖传感器是一种特殊的葡萄糖监测设备，可以持续监测血糖水平，因此被广泛应用于糖尿病患者的管理和治疗。
制备经皮植入式葡萄糖传感器的关键在于传感器的材料选择，以及与体内组织的相容性问题。
目前，研究人员主要采用各种生物相容性强的材料，如聚乳酸酸甘油酯、聚乙烯醇等，同时在传感器表面涂覆选择性敏感材料，使其只对葡萄糖发生反应。
3. 制备便携式葡萄糖传感器的研究现状便携式葡萄糖传感器是一种可以带在身上，通过血液采集后即可进行检测的葡萄糖监测设备，被广泛应用于家庭和日常生活中的葡萄糖监测。
与经皮植入式葡萄糖传感器相比，便携式葡萄糖传感器的制备相对简单。
制备工艺主要包括对电极、传感器结构、膜层、检测系统等关键部件的组装和优化。
目前，研究人员还在探索使用柔性材料和微型化工艺，以进一步提高便携式葡萄糖传感器的性能。
二、葡萄糖传感器的应用研究1. 葡萄糖传感器在糖尿病患者管理中的应用葡萄糖传感器在糖尿病患者管理中的应用已经非常普遍。
通过实时监测血糖水平，可以及时调整药物治疗方案，从而有效控制血糖水平，减少糖尿病后遗症和糖尿病并发症的发生。
2. 葡萄糖传感器在食品生产中的应用随着人们对食品安全的日益关注，葡萄糖传感器也逐渐被应用于食品生产中。
葡萄糖传感器课件
葡萄糖传感器的应用领域
01
02
03
04
医疗领域
用于监测糖尿病患者血糖水平 ，帮助医生制定治疗方案。
食品工业
用于检测食品中葡萄糖含量， 控制食品加工过程和产品质量
。
环境监测
用于检测水体、土壤中葡萄糖 含量，评估环境质量。
其他领域
如生物工程、发酵工程等，可 用于研究生物代谢过程和生物
传感器开发等。
02
清洁传感器
使用前，请用清水清洁传感器表面，确保没有杂质或污垢。
检查电池或电源
确保设备电池或电源充足，以保证测量过程的准确性。
使用步骤
开启设备
插入传感器
打开您的设备，进入相应的葡萄糖测量模 式。
将葡萄糖传感器插入设备的对应插槽，确 保紧密连接。
等待校准
开始测量
设备会自动进行校准，等待校准完成后再 进行测量。
稳定性问题
长时间使用后，葡萄糖传感器 的性能可能会发生变化，需要 定期校准。
成本高
目前葡萄糖传感器的制造成本 较高，限制了其广泛应用。
个体差异
不同个体对葡萄糖的吸收和代 谢存在差异，可能导致传感器
读数存在误差。
改进方向
提高准确性
通过改进传感器技术和生物兼容性， 提高葡萄糖传感器的准确性。
增强稳定性
时监测提供了可能。
高灵敏度
现代葡萄糖传感器具有 很高的灵敏度，可以检 测到低浓度的葡萄糖。
便携性
随着技术的发展，葡萄 糖传感器越来越小型化
，方便携带。
无创检测
与传统的采血检测相比 ，葡萄糖传感器无创、 无痛，减轻了患者的痛
苦。
缺点
准确性问题
由于传感器技术、生物兼容性 等因素，葡萄糖传感器的准确
LB膜制备及其在葡萄糖生物传感器中的应用
图 １ 水 面上 的单分 子油 膜
样取 向时， 油酸就在水面上铺展成了不溶的单分 子膜 。
在水 面上可铺展 形成单分 子膜 的分 子通常都是类似油 酸这 样既含 有亲水 基头部又含有亲油基 尾巴的两亲分
子 １ ２ １ 。
１ 单分子膜 的形成原理 油 酸是 怎么在 水面形成 单分 子层 的呢？ 这 要从油
括说明 Ｈ 、 Ｄ 、 Ｔ ： 三者之 间的关 系。 简单 地说 ， Ｈ ２ 、 Ｄ 和Ｔ ， 就 是三种不同的物质 。 如果 硬要用 一个概 念来 表 达Ｈ 、 Ｄ 、 Ｔ 三者之间的关 系的话 ， 这个概 念就一定是
一
包括 Ｈ Ｄ 、 Ｈ Ｔ 、 Ｄ Ｔ 三种分子。 ②对于氧元素来说， ： Ｏ 、 。 ； ｏ 、 ； ｏ ： 之间是互为同素异核体的关 系， ｏ 与 ｏ ：
参考文献：
［ １ ］ 中国社会科学院语言研究所词典编辑室编 ． 现代汉语词典 （ 第
二版 ） ［ Ｍ１ ． 北京： 商务 印书馆 出版 ， １ ９ ９ ３ ： １ １ ５ ２ ￣ １ １ ５ ３ ．
种气 体 的物 理性 质不 同， 但它们 的化 学性质 近乎完 全 相 同。由这 些特点可知 ， 同素异核 体是指 由同种元 素的 不 同核素形成的组成和结 构相 似的单质。 在此 ， 笔者特 用两个 实例来进 一步说 明—下 同素异 核体 的含义及 其
３ Ｈ 、 Ｄ 、 Ｔ ２ 互为 “ 同素异核体”
与同素异形体 的区别。 ①对于氢 元素来说 ， 互为同素异 核体 的氢气单质并不只是 Ｈ 、 Ｄ 、 三种分子， 还应该
既然 Ｈ 、 Ｄ ： 和Ｔ ： 之 间不是互 为 同素异 形体 的关 系， 那 么， 它们三者之 间究竟是 什么关 系呢？ 从 现有 的 化 学概 念来说 ， 目前 还没有哪 一个概 念能够 准 确地概
基于谷胱甘肽组装的葡萄糖生物传感器的构建方法
基于谷胱甘肽组装的葡萄糖生物传感器的构建方法在这个科技日新月异的时代，生物传感器的研究受到了广泛的关注。
其中，基于谷胱甘肽组装的葡萄糖生物传感器是一种极具前景的生物传感器。
谷胱甘肽，简称GSH，是一种抗氧化剂，在人体内具有重要的生理功能。
同时，GSH还具有优异的生物相容性和生物稳定性，因此得到了广泛的应用。
在基于GSH组装的葡萄糖生物传感器中，首先需要合成GSH膜。
这一步的关键在于选择合适的衬底材料。
常用的衬底材料有石墨电极、金电极和银电极等。
其中，石墨电极具有较低的偏振电位和较高的比表面积，因此是常用的衬底材料。
接下来，需要通过电化学方法将GSH膜成功地组装到衬底材料上。
具体的，首先将衬底材料放入高纯度的电解质溶液中，然后通过电化学方法将GSH膜组装到衬底材料上。
在这一过程中，控制电流密度是十分重要的。
如果电流密度过大，可能会导致GSH膜的不均匀组装；如果电流密度过小，则可能会导致组装速率慢，时间延长。
为了保证GSH膜的均匀组装和较快的组装速率，在进行电化学膜组装时，通常需要对电流密度进行适当的调节。
这可以通过使用不同的电解质浓度、不同的电极材料、不同的电极表面积以及不同的电极间距来实现。
此外，在进行电化学膜组装时，还需要注意控制溶液pH值。
通常来说，GSH 膜的组装效果较好的pH值范围在5-9之间。
如果pH值过低或过高，则可能会导致GSH膜的不均匀组装或组装速率变慢。
在电化学膜组装过程中，还可以使用添加剂来改善GSH膜的组装效果。
例如，可以使用聚合物添加剂来增加GSH膜的附着能力，或使用抗剪切剂来增强GSH 膜的剪切强度。
总的来说，成功地将GSH膜组装到衬底材料上需要对电流密度、pH值以及添加剂等因素进行适当的控制。
除了电化学方法之外，还有其他的方法可以用来组装GSH膜。
例如，可以使用光热法将GSH膜组装到衬底材料上。
在光热法中，首先需要将衬底材料浸涂上GSH溶液，然后使用紫外光照射衬底材料，使GSH溶液中的GSH分子聚合在衬底材料上形成膜。
葡萄糖生物传感器的进展过程及研究成果[文献综述]
![葡萄糖生物传感器的进展过程及研究成果[文献综述]](https://img.taocdn.com/s3/m/08dda8201ed9ad51f11df237.png)
文献综述葡萄糖生物传感器的进展过程及研究成果摘要：总结了葡萄糖生物传感器研究的发展过程；阐述了第一代经典葡萄糖酶电极、第二代传递介体传感器及第三代直接传感器的原理和特性，并介绍了其它类型的葡萄糖传感器技术及产品，部分产品在医学上的应用。
最后，总结和展望了葡萄糖生物传感器研究及应用的发展趋势。
关键词：葡萄糖；生物传感器；医学领域；进展引言：葡萄糖传感器是生物传感器领域研究最多、商品化最早的生物传感器。
葡萄糖生物传感器的发展基于两个方面的技术基础：第一，葡萄糖是动物和植物体内碳水化合物的主要组成部分，葡萄糖的定量测定在生物化学、临床化学和食品分析中都占有很重要的位置，其分析方法的研究一直引起人们的关注。
特别是临床检验中对血糖分析技术的需求，促进了葡萄糖酶分析方法建立；第二，1954年，Clark建立了氧电极分析方法。
1956年又对极谱式氧电极进行了重大改进，使使活体组织氧分压的无损测量成为可能，并首次提出了氧电极与酶的电化学反应理论。
根据Clark电极理论，自20世纪60年代开始，各国科学家纷纷开始葡萄糖传感器的研究。
经过近半个世纪的努力，葡萄糖传感器的研究和应用已有了很大的发展，在食品分析、发酵控制、临床检验等方面发挥着重要的作用[1]。
1 经典葡萄糖酶电极1962年，Clark和Lyon发表了第一篇关于酶电极的论文[2]。
1967年Updik和Hicks首次研制出以铂电极为基体的葡萄糖氧化酶（GOD）电极。
用于定量检测血清中的葡萄糖含量[3]。
这标志着第一代生物传感器的诞生。
该方法中葡萄糖氧化酶固定在透析膜和氧穿透膜中间，形成一个“三明治”的结构，再将此结构附着在铂电极的表面。
在施加一定电位的条件下，通过检测氧气的减少量来确定葡萄糖的含量。
由于大气中氧气分压的变化，会导致溶液中溶解氧浓度的变化，从而影响测定的准确性[4]。
为了避免氧干扰，1970年，Clark对其设计的装置进行改进后，可以较准确地测定H 2O2的产生量，从而间接测定葡萄糖的含量[5]。
葡萄糖传感器及其制备方法、应用[发明专利]
![葡萄糖传感器及其制备方法、应用[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/3d7d9830a31614791711cc7931b765ce05087a34.png)
专利名称：葡萄糖传感器及其制备方法、应用专利类型：发明专利
发明人：高志强
申请号：CN202210262656.5
申请日：20220317
公开号：CN114609213A
公开日：
20220610
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了葡萄糖生物传感器及其制备方法、应用，葡萄糖传感器的制备方法包括如下步骤：A）、三嵌段聚合物的制备：B）、三嵌段聚合物的涂布。
本发明使用含有生物相容性基团的三嵌段聚合物制备出选择性滲透膜，具有非常小的温度系数，将其应用于动态血糖仪上，可以有效且精确地对葡萄糖进行调控，并利用葡萄糖传感器的阻抗进行原位温度校正。
申请人：苏州中星医疗技术有限公司
地址：215000 江苏省苏州市高新区富春江路188号2号楼502室
国籍：CN
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代理人：范晴
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基于生物传感器的葡萄糖监测系统设计与开发
基于生物传感器的葡萄糖监测系统设计与开发葡萄糖监测是对糖尿病患者进行血糖水平监测的关键。
随着技术的进步，基于生物传感器的葡萄糖监测系统的设计和开发成为了解决糖尿病患者血糖监测需求的重要途径。
本文将介绍基于生物传感器的葡萄糖监测系统设计和开发的关键技术和挑战，并探讨其在临床实践中的应用前景。
首先，基于生物传感器的葡萄糖监测系统设计和开发需要解决传感器的灵敏度、选择性和稳定性等关键技术问题。
传感器的灵敏度是指它对血液中葡萄糖浓度变化的检测能力，而选择性则是指传感器只对葡萄糖做出响应，不受其他物质的干扰。
稳定性是指传感器在长时间使用过程中保持性能不变的能力。
为了解决这些问题，研究人员已经提出了许多创新的传感器设计，其中包括应用纳米材料、功能化修饰和生物催化等方法。
其次，基于生物传感器的葡萄糖监测系统还需要解决数据采集、传输和处理等技术问题。
数据采集是指从传感器中获取血糖水平的信息，传输是将获取的数据传输到监测设备或移动终端，而处理是对数据进行分析和存储。
为了实现高效的数据采集、传输和处理，研究人员已经提出了无线传输技术、云计算和大数据分析等方法，从而提高了监测系统的实时性和准确性。
此外，基于生物传感器的葡萄糖监测系统还需要考虑使用者的舒适性和便携性。
传统的葡萄糖监测方法通常需要进行血液抽取，这对患者来说可能会引起不适，同时也不方便在日常生活中进行监测。
因此，研究人员已经提出了一些非侵入式监测方法，如透皮传感器和光学传感器，以减少对患者的不适，并提高监测的便携性和持续性。
基于生物传感器的葡萄糖监测系统在临床实践中已经取得了显著的成果。
首先，它可以提供患者实时血糖水平的监测数据，帮助患者更好地了解自己的糖尿病情况，并进行个性化的治疗和管理。
其次，它可以提供医生对患者血糖水平的监测数据，帮助医生制定更有效的治疗方案和预防措施。
此外，基于生物传感器的葡萄糖监测系统还可以提供实时警报和远程监护功能，帮助患者和医生及时发现和处理血糖异常情况。
基于氧化石墨烯构筑葡萄糖生物传感器的研究_图文.
李钊基于氧化石墨烯构筑葡萄糖生物传感器的研究图 12 GOx/RGO/GCE 不同扫速图 13 GOx/RGO/GCE 不同 pH 值图 10 是氧化石墨烯修饰在电极上之后，经过电化学还原的循环伏安曲线。
图 11 a、b 和 c 曲线分别为裸玻碳电极、电还原氧化石墨烯修饰玻碳电极和葡萄糖氧化酶在修饰电极上的循环伏安曲线。
图 12 是在0.01—1.0V/S 的扫速下酶修饰电极的循环伏安曲线。
图 13 是在不同 pH 值下，酶修饰电极的循环伏安曲线。
5 葡萄糖生物传感器的应用葡萄糖广泛存在于自然之中，在人类的身体中，周围的动物体内，各种食物里等等，可以得知我们对此非常依赖，所以对葡萄糖的有效控制也是必须的。
关于葡萄糖的检测有很多种方法，例如，光谱中的紫外光谱和红外光谱，色谱中的液相色谱和色谱质谱联用等等。
光谱和色谱对葡萄糖有良好地检测精度，但是这些检测设备的占地面积大和价格昂贵，也只能为大型医院和检测机构而采用。
然而家庭和个体需要一种快速，方便的检测设备，这样就使得小型化和便携化传感器的应用得到了发展。
如何使传感器能够接近于色谱的精确和高灵敏分析，在葡萄糖传感器方面，酶修饰电极构建传感器开始进入人们的研究范畴。
酶具有比任何无机、有机和络合催化剂高出很多倍的催化性能，而且酶的无毒性大大去除了直接检测人体的风险性，利用葡萄糖氧化酶对葡萄糖的良好催化，从而可以达到葡萄糖检测的准确性，高效性，快速化和无害化[8]。
新型葡萄糖生物传感器是纳米材料氧化石墨烯修饰电极而设计的传感器，在利用纳米材料的优异性能下，去实现第三代直接电子转移葡萄糖生物传感器。
直接电子转移葡萄糖生物传感器的应用会将葡萄糖检测的水平提升到另一个高度，将会扩大葡萄传感器在葡萄糖检测中应用范围。
这种传感器不仅可以满足于家庭和个体的需要，而且可以应 9李钊基于氧化石墨烯构筑葡萄糖生物传感器的研究用于医院和检测机构的快速检测治疗。
第三代葡萄糖传感器的成功研制和应用可以证明氧化石墨烯能够帮助葡萄糖氧化酶在电极间进行直接的电化学反应和电子转移，在电化学传感和分析方面能够起到引导和激励的作用。
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葡萄糖生物传感器的制备和应用一、实验目的学习和掌握国内外数据库查询综合运用的方法。
二、实验方法原理由于葡萄糖测定在医疗诊断、发酵工业中占有相当重要地位, 如何快速准确地测定这一问题一直是重要的研究课题，所以葡萄糖传感器是生物传感器领域研究最多、商品化最早的生物传感器。
通过图书馆馆藏数据库，掌握国内外数据库查询综合运用方法，查找与本实验相关的资料信息，初步了解生物传感器的原理，应用以及发展。
找出自己感兴趣的葡萄糖生物传感器的制备方法，设计实验方案。
三、实验步骤1、进入华南农业大学图书馆主页，点击网络数据库，如CNKI期刊、博士、硕士论文全文库等，进入检索界面。
2、分析实验题目，确定检索主题词，编写检索式。
3、查询生物传感器的原理，应用及发展。
4、查询葡萄糖生物传感器设计原理、制作步骤、性能测试指标。
5、以一种感兴趣的方法设计实验方案，写出能进行实验的报告。
四、结果处理1、生物传感器的原理：(1)生物功能物质的分子识别：生物传感器的原理以生物功能物质的分子识别为基础。
例如，酶是一种高效生物催化剂，其比一般催化剂高106～1010倍，且一般都在常温常压下进行。
此外，酶还具有高度的专一性(它只对特定物质进行选择性催化)。
酶催化反应可表示为：酶+底物酶·底物中间复合物—→产物+酶形成中间复合物是其专一性与高效率的原因所在。
由于酶分子具有一定的空间构型，只有当作用物的结构与酶的一定部位上的构型互相吻合时，它才能与酶结合进而受酶的催化。
酶的分子空间构型是它进行分子识别的基础。
图1表示酶的分子识别功能。
抗体的分子识别功能与酶类似。
细胞器、微生物及动物组织等是分子集合体，结构比较复杂，其识别功能亦复杂。
图1 酶的分子识别功能(2)生物传感器工作原理：按照受体学说，细胞的识别作用是由于嵌合于细胞膜表面的受体与外界的配位体发生了共价结合，通过细胞膜通透性的改变，诱发了一系列电化学过程。
膜反应所产生的变化再分别通过电极、半图2 生物传感器原理导体器件、热敏电阻、光电二极管或声波检测器等转换成电信号，如图2所示。
生物传感器的结构是多种多样的，但一般都是由固定化“功能”物质与传感器组合而成。
2、生物传感器应用：生物传感器广泛地使用于环境监测、生物化学分析、临床检验、军事医学等领域。
酶、微生物和组织传感器等催化型传感器一般可以连续地检测mmol-umol 范围内相应的代射物的变化；抗体（或抗原）、外源性凝集素、受体及核酸传感器等亲和型传感器则被用作检测umol-pmol含量范围的激素、甾体、药物、微生物毒素、癌症标志物及病毒。
近年来利用抗体或DNA/RNA探针制作的传感器通过酶的放大作用可检测到pmol-amol数量级的样品成分。
3、生物传感器发展：1962 年Clark 和Lyons 首次把嫁接酶法和离子敏感氧电极技术结合, 创制了测定葡萄糖含量的酶电极, 开创了生物传感器的先河。
5 年后Updike 和Hicks 制成了固定化酶电极———这是生物传感器的首次问世。
70 年代相继出现了电流型和电位型微生物电极、组织电极、线粒体电极。
80 年代, 利用生物反应中的光效应、热效应、场效应和质量变化而开发的生物传感器蓬勃发展, 开始了生物电子学传感器的新时代。
我国的生物传感器就始于这一时期:1988 年梁逸曾将其全面系统地介绍给了国内化学界。
进入90 年代, 较大规模的研究工作在全国开展, 学术专著在近年也已出版10 余种, 每年有越来越多的研究报告发表。
虽然我国生物传感器某些研究项目处于国际领先地位, 但目前国内尚无真正商品化生物传感器面市, 总体研究水平与国际上还有一段差距。
到目前为止, 生物传感器大致经历了 3 个发展阶段: 第一代生物传感器是由固定了生物成分的非活性基质膜( 透析膜或反应膜) 和电化学电极所组成; 第二代生物传感器是将生物成分直接吸附或共价结合到转换器的表面, 而无需非活性的基质膜,测定时不必向样品中加入其他试剂; 第三代生物传感器是把生物成分直接固定在电子元件上, 他们可以直接感知和放大界面物质的变化, 从而把生物识别和信号的转换处理结合在一起。
生物传感器的发展前景将十分广阔，主要表现为以下三个方面。
①微型化：实现生物传感器微型化有两条途径，一是采用微型半导体装置——场效应管(FETs)和超大规模集成电路，二是采用光电子技术和光导纤维;②多功能化：即研制能够同时测定多成分的生物传感器以及模拟味觉的传感器;③智能化：具有“传感”与“识别”的综合功能，即所谓智能生物传感器。
4、葡萄糖生物传感器设计原理：葡萄糖生物传感器的发展基于两个方面的技术基础:第一,葡萄糖是动物和植物体内碳水化合物的主要组成部分, 葡萄糖的定量测定在生物化学、临床化学和食品分析中都占有很重要的位置,其分析方法的研究一直引起人们的关注。
特别是临床检验中对血糖分析技术的需求,促进了葡萄糖酶分析方法建立;第二,1954 年,Clark 建立了氧电极分析方法。
1956 年又对极谱式氧电极进行了重大改进,使活体组织氧分压的无损测量成为可能,并首次提出了氧电极与酶的电化学反应理论。
根据Clark 电极论,自20 世纪60 年代开始,各国科学家纷纷开始葡萄糖传感器的研究。
5、葡萄糖生物传感器制作步骤：1992 年, Koopal 等将聚吡咯(PPy) 微管用于固定化GOD。
其方法是通过模板合成法,将吡咯聚合在金属电极刻蚀膜上,接着,让GOD 牢固地吸附在聚咯微管内构成GODPPPy 传感器。
所用的径迹刻蚀膜通常由聚酯和聚碳酸酯构成, GOD 在微管内保持生物活性。
由于聚吡咯、聚噻吩等共轭的聚合导电物质能在径迹刻蚀膜孔中形成微管,有人认为这种结构能把酶氧化还原活性中心与电极连接起来,由此制成的生物传感器具有选择性好、灵敏度高的特点。
Koopal 等把这一方法进一步改进,采用均匀的乳胶微粒作为聚吡咯和酶固定时所依附的多孔基体材料,由此制成的葡萄糖生物传感器对葡萄糖测定的线性响应范围为1～60mmolPL 。
一个具体的例子是：将一定量GOD的加入温度为35℃, 最终浓度为5%明胶, pH 6.8, 0.02MPB溶液(磷酸盐缓冲液)中, 搅拌均匀。
取50μL上述混合液加到Teflon膜上, 均匀地涂φ10mm的酶膜, 在室温下干操。
干后用2%戊二醛, pH 6.8，0.02MPB的溶液作用5min。
然后用PB溶液洗去多余的戊二醛。
将制成的酶膜置于4℃冰箱中保存。
取制成的酶膜用橡皮圈固定到氧电极上, Teflon膜紧贴氧电极上即可。
6、葡萄糖生物传感器性能测试指标包括：稳定性(d) 、应答时间(min) 、测定范围(mg·L-1)、测定精度、工作寿命（t）等。
7、设计实验方案：（一）传感器制备（1）基础电极制备传感器采用三电极系统,包括薄膜金工作电极和对电极,Ag|AgCl参比电极。
电极的制备方法：首先通过溅射工艺在柔性塑料基片上溅射镍铬|金(10 nm | 100nm)电极层,去除掩膜后,得到金工作电极(面积为0.85 cm2) 、对电极和金参比电极。
然后采用丝网印刷技术在金参比电极上丝印银和氯化银的混合浆料, 120 ℃烘箱中干燥后即得到Ag|AgCl参比电极。
利用此种方法制备传感器基础电极比较简单,且可以小批量制备,由于采用的电极基底为柔性塑料,成本低,因此非常有利于实用化。
（2）氧化还原聚合物的修饰取氧化还原聚合物8μL (中心配体为锇离子,通过亲水性的交联剂聚乙二醇二缩水甘油醚耦合辣根过氧化酶(Horseradish peroxidase, HRP) ) ,滴涂在制备好的金工作电极表面,室温中过夜交联后,用去离子水冲洗,室温晾干后备用。
（3）酶的固定化戊二醛交联法。
取配制好的GOD 溶液30μL 滴加到传感器电极表面,室温放置3 h使之发生交联,然后用去离子水冲洗后,放置4 ℃冰箱保存备用。
溶液中GOD浓度为1 U /μL,戊二醛为0.5 % (质量分数) ,BSA浓度为1% (质量分数)。
（二）传感器性能测试（1）所有电化学分析实验均在10 mL电解池(内有磁子)中进行,测试底液为0.01M PBS(pH = 7.4) ,工作电位为0.0 V ( vs.Ag|AgCl参比电极) 。
在测试葡萄糖动态实时电流响应时,磁子一直在电解池中匀速搅拌。
在测试葡萄糖干法电流响应时,首先在静止状态下检测传感器的背景稳态电流,然后加入100mol的葡萄糖母液,搅拌60 s,以使被测物葡萄糖均匀充满整个溶液,然后停止搅拌,记录静置溶液中的稳态电流。
实验温度为25 ℃。
（2）通过传感器在不同温度条件下对几种葡萄糖浓度的响应值测定其最佳工作温度范围；测定溶液pH对传感器的影响，找出传感器工作最佳的pH值；用该传感器分别对两种不同浓度的葡萄糖进行测定，来得到该传感器的精密度；分别用3种方法考查传感器的工作寿命, 如工作天数、可测定次数和接触葡萄糖溶液的持续时间。
五、分析讨论通过完成本实验，我再次熟悉了国内外数据库查询的基本方法，同时针对一个具体的主题学习和掌握国内外数据库查询综合运用的方法。
通过资料信息的查询，我对生物传感器原理，应用及发展有了大体的了解，知道了生物传感器是用生物活性材料（酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等）与物理化学换能器有机结合的一门交叉学科, 是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法, 也是物质分子水平的快速、微分析方法。
在未来知识经济发展中, 生物传感器技术必将是介于信息和生物技术之间的新增长点, 在临床诊断、工业控制、食品和药物分析包括生物药物研究开发、环境保护以及生物技术、生物芯片等研究中有着广泛的应用前景。
在了解了相关知识后，简单借鉴设计了“葡萄糖生物传感器的制备和应用”的实验方案，对葡萄糖生物传感器有了较为深刻的理解。
总而言之，经过本实验的演练，我学会并熟习了科学研究前的必经阶段——查找文献。
我也知道踏着前人的脚步，才能把前方的路走得更加稳当。
学习和掌握国内外数据库查询综合运用的方法，将在我们以后的技术创新中发挥重要的作用。