CN110887884B - 一种柔性电化学葡萄糖传感器及其制备方法 - Google Patents

一种柔性电化学葡萄糖传感器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柔性电化学葡萄糖传感器及其制备方法，属于传感器技术领域。本发明CeO2/MnO2空心纳米球作为电催化介质，采用季铵盐壳聚糖作为水凝胶基体材料。对CeO2/MnO2空心纳米球的表面进行羧基修饰，通过共价键连接于自愈合导电水凝胶上，同时通过静电作用将GOx加载到水凝胶中，最后在水凝胶外包裹一层聚合物。通过此法，不仅能有效防止GOx与电催化介质的泄露，制备的水凝胶传感器对葡萄糖检测具有宽线性范围，快速响应和高灵敏度的特点，同时解决了现有葡萄糖传感器涂层体易损耗、涂层致密、涂层与电极间附着力差等问题。

Description

一种柔性电化学葡萄糖传感器及其制备方法
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种柔性电化学葡萄糖传感器的及其制备方法。
背景技术
近几十年来，全球糖尿病和糖耐量受损的患者数逐年显著上升，国际糖尿病联合会(IDF)预测，到2045年，全球糖尿病患者人数将增至6.29亿。常规的治疗糖尿病的治疗方法为口服或皮下注射降糖药，用药剂量可能与患者即时的血糖水平不匹配。用药剂量过高或用药剂量不足，都有可能导致致死性低血糖或酮症酸中毒。因此，对于严重的糖尿病患者，采用连续血糖监测***(CGMS)对其血糖水平进行实时准确的监测，从而精确的进行胰岛素给药，就显得十分必要。
CGMS的关键部件是葡萄糖传感器。虽然目前葡萄糖的测量方法多种多样，但电化学分析因为其响应速度快、检测范围广、可定量分析等特点而成为应用最广泛的方法。目前的葡萄糖电化学传感器通过将葡萄糖氧化酶(GOx)和电催化介质涂覆在电极表面制备。这种方法制备的葡萄糖电化学传感器，涂层致密，传感反应主要发生在涂层的外表面，降低了传感器的效率。此外，由于GOx和电催化介质是通过物理作用固定在电极表面，在使用过程中容易渗出，同时涂层脆性大，使用过程可能碎裂，会导致传感器的失效。因为，传感涂层通过物理作用(如范德华力和静电力)固定在电极表面，相互作用力较弱，涂层不稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种柔性电化学葡萄糖传感器及其制备方法，以解决现有葡萄糖传感器涂层内葡萄糖氧化酶和电催化介质易损耗容易渗出、涂层致密导致传感器监测效率低，以及涂层与电极间附着力差等关键难题。
为简化描述，本发明中对以下术语进行缩写简化：
GOx：葡萄糖氧化酶；
Cbs：碳纳米粒子(碳球)；
MOx：羧基化CeO2/MnO2空心纳米球；
OD：氧化葡聚糖；
QCS：季铵盐壳聚糖。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种柔性电化学葡萄糖传感器的制备方法，包括：制备CeO2/MnO2空心纳米球并对其进行羧基化处理，将得到的羧基化CeO2/MnO2空心纳米球与氧化葡聚糖和季铵盐壳聚糖反应制得预凝胶溶液，向预凝胶溶液中加入葡萄糖氧化酶后涂覆在处理过的电极表面，制得柔性电化学葡萄糖传感器。
本发明采用CeO2/MnO2空心纳米球作为电催化介质，采用季铵盐壳聚糖作为水凝胶基体材料制备水凝胶。该水凝胶具有亲水性的三维网络结构，利于葡萄糖的渗透和富集，可以增强葡萄糖与GOx的接触，拓宽检测范围，提高灵敏度和响应速度。同时利用水凝胶的自愈合性能避免传感器因物理损伤而失效。本发明对CeO2/MnO2空心纳米球的表面进行羧基修饰，在电催化介质(CeO2/MnO2空心纳米球)表面引入-COOH与水凝胶共价交联，防止其渗出。GOx则通过强静电力作用接枝在CeO2/MnO2纳米球表面，由于没有共价交联作用，GOx在水凝胶中能够保持良好的生物活性。此外，制备的CeO2/MnO2纳米球为空心形貌，比表面积大，为酶提供了更多的附着位点，提高了传感器的整体性能。同时，水凝胶传感层以共价键和电极材料结合，可有效防止水凝胶传感层在使用过程中与电极的分离。
通过本发明的制备方法，不仅能有效防止GOx与电催化介质的泄露，制备的水凝胶传感器对葡萄糖检测具有宽线性范围，快速响应和高灵敏度的特点，同时解决了现有葡萄糖传感器涂层体易损耗、涂层致密、涂层与电极间附着力差等问题。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述制备方法还包括：在涂覆含有葡萄糖氧化酶的预凝胶溶液之后，在电极表面涂覆封装剂。
通过在水凝胶外再包覆一层亲水性良好且不影响葡萄糖分子渗透的封装剂，在保证葡萄糖分子透过的同时，防止GOx和CeO2/MnO2纳米球的渗出。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，制备CeO2/MnO2空心纳米球包括：以葡萄糖为碳源在150-200℃下采用水热法制备粒径为500-1000nm的碳纳米粒子，然后以碳纳米粒子为模板并且以Ce3+化合物和MnO4 -化合物为原料在碳纳米粒子上沉积得到CeO2与MnO2，然后在250℃以上烧结，制得CeO2/MnO2空心纳米球。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，对CeO2/MnO2空心纳米球进行羧基化处理的化合物是两端分别含有羧基和粘结基团的化合物。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述氧化葡聚糖是通过高碘酸盐氧化葡聚糖而得，季铵盐壳聚糖是通过2,3-环氧丙基三甲基氯化铵在壳聚糖分子上引入季铵盐离子而得。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述预凝胶溶液的具体制备过程包括：以N-羟基琥珀酰亚胺和1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺为交联剂，将羧基化CeO2/MnO2空心纳米球与季铵盐壳聚糖溶液在室温下快速搅拌10-14h，然后加入氧化葡聚糖溶液制得。
以N-羟基琥珀酰亚胺与1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺为交联剂，将羧基化的CeO2/MnO2空心纳米球共价连接在季铵盐壳聚糖分子链上，同时，氧化葡聚糖与壳聚糖通过席夫碱反应，形成可逆的亚胺键。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述电极表面的处理方式为：对电极表面进行等离子处理，然后采用含有氨基的三乙氧基硅烷处理。
使用等离子处理电极表面，引入羟基，然后使用含氨基的三乙氧基硅烷处理，引入氨基，用以与水凝胶中的羧基反应，将水凝胶以共价键的方式连接到电极上，避免水凝胶层从电极上脱落，所使用的含有氨基的三乙氧基硅烷以氨基作为端基。含有氨基的三乙氧基硅烷包括3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基(二乙氧基)甲基硅烷。适用的电极材料包括氧化铟锡(ITO)与金属电极。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述制备方法包括以下具体步骤：
(1)制备CeO2/MnO2空心纳米球
将葡萄糖水溶液在高压釜内于160-200℃下反应10-14h，得到碳纳米粒子；将碳纳米粒子于乙醇中超声分散后加入Ce3+化合物和聚乙烯吡咯烷酮的水溶液，在室温下搅拌1.5-2.5h后于70-80℃反应3.5-4.5h，得到C@CeO2纳米球；
本发明采用特定的160-200℃制备碳纳米粒子，避免因温度过低葡萄糖无法分解重结晶；加入Ce3+化合物和聚乙烯吡咯烷酮的水溶液后选择在70-80℃反应，使得Ce3+被氧化并且的到粒径合适的纳米粒子。
将C@CeO2纳米球加入至MnO4 -化合物溶液中超声分散，在70-90℃下反应3.5-4.5h，冷却至室温后，抽滤，清洗，干燥，在270-280℃下退火处理1.5-2.5h，制得CeO2/MnO2空心纳米球；
本发明在特定70-90℃下进行分散既保证反应的充分进行又能够获得合适的沉积速度，使得沉积层适中；并且，在进行退火处理时选择特定温度270-280℃，不仅能诱导CeO2结晶，形成晶区，还能烧蚀掉中间的碳纳米球模板，形成空心结构。
(2)羧基化处理
将CeO2/MnO2空心纳米球以及两端分别含有羧基和粘结基团的化合物加入至PBS缓冲溶液，然后调节pH至7-8，在室温下通入氮气搅拌5-8h，离心，洗涤，得到羧基化CeO2/MnO2空心纳米球；
(3)制备氧化葡聚糖和季铵盐壳聚糖
将高碘酸盐水溶液和葡聚糖水溶液在避光、室温条件下搅拌3.5-4.5h，然后加入乙二醇搅拌1.5-2.5h，透析和冻干，得到氧化葡聚糖；
将壳聚糖溶于乙酸溶液中，加入2,3-环氧丙基三甲基氯化铵在50-60℃下反应16-20h，然后将反应产物以4000-4400rpm的转速离心25-35min，取上清液进行减压过滤，将滤液进行透析和冻干，得到季铵盐壳聚糖；
(4)制备预凝胶溶液
将羧基化CeO2/MnO2空心纳米球与含有1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺的季铵盐壳聚糖溶液混合，在室温下快速搅拌10-14h，然后加入氧化葡聚糖溶液，得到预凝胶溶液；
(5)涂覆预凝胶溶液
将电极依次在乙醇和去离子水中超声清洗，然后用等离子体在空气中以25-35W的功率、180-220mtorr的压力对电极表面活化处理3-6min；将表面活化后的电极在60-80℃下的含有氨基的三乙氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡50-70min，然后用乙醇清洗并用氮气吹干；
将预凝胶溶液涂在电极表面，再涂覆葡萄糖氧化酶和封装剂溶液，然后紫外光下照射，得到柔性电化学葡萄糖传感器。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述Ce3+化合物为：CeCl3、CeBr3、Ce(NO3)3或其水合物，MnO4 -化合物为：KMnO4、NaMnO4或Mg(MnO4)2；
两端分别含有羧基和粘结基团的化合物为：3,4-二羟基苯甲酸，3,4-二羟基苯乙酸或3,4-二羟基苯丙酸；
含有氨基的三乙氧基硅烷为：3-氨基丙基三乙氧基硅烷或3-氨丙基(二乙氧基)甲基硅烷；
封装剂为：聚邻苯二酚、醋酸纤维素、PVA-SBQ或全氟磺酸。
上述的制备方法制备得到的柔性电化学葡萄糖传感器。
本发明具有以下有益效果：
本发明采用CeO2/MnO2空心纳米球作为电催化介质，采用季铵盐壳聚糖作为水凝胶基体材料。对CeO2/MnO2空心纳米球的表面进行羧基修饰，通过共价键连接于自愈合导电水凝胶上，同时通过静电作用将GOx加载到水凝胶中，最后在水凝胶外包裹一层聚合物。通过此法，不仅能有效防止GOx与电催化介质的泄露，制备的水凝胶传感器对葡萄糖检测具有宽线性范围，快速响应和高灵敏度的特点，同时解决了现有葡萄糖传感器涂层体易损耗、涂层致密、涂层与电极间附着力差等问题。
本发明使用的原料均为普通商业产品，来源易得，降低了生产成本。本发明过程简单、易操作，未使用有机溶剂，工艺流程绿色环保。本发明制备的传感凝胶，具有自愈合功能，可以避免使用过程中因凝胶破碎导致的传感器失效。本发明采用多重封装与交联技术，可以有效防止GOx与电催化介质的泄露。
本发明制备的柔性电化学葡萄糖传感器，具有亲水性的三维网络结构，利于葡萄糖的渗透和富集，可以增强葡萄糖与GOx的接触，同时使用空心纳米球作为电催化介质，显著提高电子传导效率，因此可以拓宽检测范围，提高灵敏度和响应速度。
附图说明
图1为合成的CeO2/MnO2空心纳米球的示意图及相应的FESEM和TEM照片。
图2为QCS-MOx-OD自愈合水凝胶的合成示意图。
图3为柔性PET/QCS-MOx-OD/GOx/PVA-SBQ葡萄糖电化学传感器的结构示意图。
图4为柔性PET/QCS-MOx-OD/GOx/PVA-SBQ葡萄糖电化学传感器的实物图。
图5为QCS-MOx-OD水凝胶的自愈合性能，左图为QCS-MOx-OD水凝胶的原始状态，中图为QCS-MOx-OD水凝胶被切为两段的状态，右图为在室温下2h后QCS-MOx-OD水凝胶完全自愈合的状态。
图6为不同方法制备的水凝胶浸提液的浊度图。
图7中：
a)为在不同扫描速率(50-500mV s-1)下在0.1M PBS(pH＝7.4)中加入1mM葡萄糖后，PET/QCS-MOx-OD/GOx电极的循环伏安图；
b)为用于葡萄糖检测的PET/QCS-MOx-OD/GOx电极的相应校准曲线；
c)为在0.1M PBS(pH＝7.4)中以100mV s-1的扫描速率加入不同浓度的葡萄糖后，PET/QCS-MOx-OD/GOx电极的循环伏安图；
d)为0.6V的阳极峰值电流与葡萄糖浓度的线性相关性。
图8中：
a)为PET/QCS-MOx-OD/GOx电极的电流曲线，在0.1M PBS(pH＝7.4)中，在0.6V的施加电势下，在恒定搅拌下连续添加葡萄糖(0.05μM-20mM)。
b)为从PET/QCS-MOx-OD/GOx电极获得的电流对葡萄糖浓度的图。插图显示葡萄糖浓度范围为1-111mM的线性校准曲线。
图9为PET/QCS-MOx-OD/GOx电极在0.1M PBS(pH＝7.4)中添加不同分析物(1mM葡萄糖，0.1mM UA，0.1mM AA，0.1mM NaCl和0.1mM DA)的Amperometic响应)在0.6V。
图10中：
a)为在丝网印刷电路上构建葡萄糖传感器的示意图。
b)和c)为构建的葡萄糖传感器的照片。
d)柔性传感器对0.6V电解质中重复加入4mM和8mM葡萄糖的反应。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
一种柔性电化学葡萄糖传感器的制备方法，包括以下步骤：
将0.56mM/mL的葡萄糖水溶液在Teflon内衬的不锈钢高压釜中于180℃反应12h，制备碳球(Cbs)；
将0.1g的Cbs分散于15mL乙醇中，超声1h后，加入25mL含Ce(NO3)3·6H2O(12mM)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP，3.6mg/mL)的水溶液，在室温下搅拌2h，75℃反应4h，制备C@CeO2纳米球；
将0.1g的C@CeO2纳米球加入25mL的KMnO4(32mM)溶液中，超声30min分散均匀，然后在80℃反应4h。冷却至室温后，通过抽滤分离得到纳米球，分别用乙醇和去离子水清洗后，在60℃干燥1h，然后在275℃的空气中退火2h，制备CeO2/MnO2空心纳米球(如图1所示)；
将12mL NaIO4水溶液(72mg/mL)滴加到10mL的葡聚糖水溶液(10wt％)中，避光在室温搅拌4h，加入223μL的乙二醇然后再搅拌2h，经过透析和冻干后得到OD；
将1g壳聚糖溶于36mL乙酸溶液(1wt％)，再加入1.41g氯化缩水甘油三甲基铵(GTMAC)，在55℃下反应18h。然后，将反应产物以4200rpm离心30分钟，取上清液进行减压过滤。将滤液进行透析、冻干后得到QCS；
将10mg CeO2/MnO2纳米球和60mg 3,4-二羟基苯乙酸加入到10mL PBS缓冲溶液(pH＝7.4)中，再用1M的NaOH将溶液的pH调到7-8。然后，将溶液在室温下通氮搅拌6h，离心得到固体沉淀，经乙醇和去离子水冲洗后得到MOx。然后，加入10μL的1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺(EDC，7.2mM)、10μL的N-羟基琥珀酰亚胺(NHS，28.8mM)，150μL的QCS溶液，将混合物在室温下快速搅拌12h。最后，再加入30μL的的OD溶液，以形成QCS-MOx-OD水凝胶的预凝胶(如图2所示)；
将PET电极(0.6cm×4cm)依次在乙醇和去离子水中超声清洗，然后用等离子体在空气中以30W的功率、200mtorr的压力对电极表面进行活化处理5min。之后，将表面活化的电极浸泡在70℃下的2％的(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷(APTES)乙醇溶液中60min。用乙醇清洗得到的PET/APTES电极表面以除去未成键的APTES，并用氮气吹干。然后,将20μL QCS-MOx-OD水凝胶的预凝胶涂在PET/APTES电极表面,再将5μL的PVA-SBQ和5μL的GOx(10mg/mL)溶液涂在QCS-MOx-OD水凝胶的预凝胶上，在365nm的紫外光下照射1min后，得到柔性的PET/QCS-MOx-OD/GOx/PVA-SBQ葡萄糖电化学传感器(如图3和图4所示)。
如图1所示，通过水热法制备的Cbs核的尺寸均匀，直径约为700nm。在带负电的Cbs上沉积CeO2后，Cbs@CeO2球的表面变得粗糙和多孔，这使得KMnO4溶液扩散到CeO2层中，通过Kirkendall效应，形成中空核壳结构的Cbs@CeO2/MnO2纳米球。退火除去Cbs后，CeO2/MnO2空心纳米球的尺寸为500nm。
制备的QCS-MOx-OD水凝胶具有良好的自愈合性能，如图5所示，当QCS-MOx-OD水凝胶被切成两段之后，在室温下接触2h，水凝胶就能够完全愈合。因此，基于QCS-MOx-OD水凝胶制备的柔性PET/QCS-MOx-OD/GOx/PVA-SBQ葡萄糖电化学传感器具有一定的自修复性能，在使用中不易发生机械损坏。另外，QCS-MOx-OD水凝胶是通过QCS上的氨基和电催化介质CeO2/MnO2纳米球上的羧基共价交联，使CeO2/MnO2纳米球固定于水凝胶中。稳定性测试结果表明，相比于简单的物理包埋，本发明中的电催化介质CeO2/MnO2纳米球在水凝胶更为稳定，不易渗漏。将QCS-MOx-OD水凝胶(共价结合)与在PBS中浸泡30天都几乎没有CeO2/MnO2纳米球渗漏，而将相同含量的MOx以物理结合的方式引入水凝胶，在PBS中浸泡7天以上，就有大量MOx释放的PBS中，所以浊度值显著上升(图6)。
制备的柔性PET/QCS-MOx-OD/GOx/PVA-SBQ葡萄糖电化学传感器上的水凝胶具有亲水性的三维网络结构，利于葡萄糖的渗透和富集，能够增强葡萄糖与GOx的接触，拓宽检测范围，提高灵敏度和响应速度。传感器上的电催化介质CeO2/MnO2纳米球为空心形貌，比表面积大，为酶提供了更多的附着位点，提高了传感器的整体性能。制备的PET/QCS-MOx-OD/GOx葡萄糖传感器的阳极电流随着扫描速率的增加而线性增加(图7a，b)，并且该葡萄糖传感器的电流与葡萄糖浓度呈良好的线性关系(R2＝0.9931)，在固定扫描速率为100mV s-1的条件下，浓度线性范围为1mM至111mM(图7c，d)。
图8中的i-t曲线显示PET/QCS-MOx-OD/GOx传感器的氧化电流增加并在加入葡萄糖后3秒内达到稳态。当加入电解质中的葡萄糖浓度在1mM至20mM之间变化时，峰值电流显示出良好的线性(R2＝0.9929)。如图8b的插图所示，用于葡萄糖检测的电极电流的线性范围为1mM至111mM。用于葡萄糖检测的LOD计算为32.4μM(S/N＝3)。如表1所示，与文献中报道的大多数传感器相比，本申请的PET/QCS-MOx-OD/GOx电极具有更宽的线性范围，更低的LOD和更高的灵敏度。本申请的电极的巨大性能是由于CeO2/MnO2中空纳米球的独特结构，GOx的温和固定策略和如上所述的水凝胶的渗透性。此外，干扰物维生素C(AA)，多巴胺(DA)，尿素(UA)和NaCl不能诱导PET/QCS-MOx-OD/GOx电极的明显响应，表明对葡萄糖的检测具有很强的抗干扰能力(图9)。
实施例2：
一种柔性电化学葡萄糖传感器的制备方法，包括以下步骤：
将0.56mM/mL的葡萄糖水溶液在Teflon内衬的不锈钢高压釜中于180℃反应12h，制备碳球(Cbs)；
将0.1g的Cbs分散于15mL乙醇中，超声1h后，加入25mL含Ce(NO3)3·6H2O(12mM)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP，3.6mg/mL)的水溶液，在室温下搅拌2h，75℃反应4h，制备C@CeO2纳米球；
将0.1g的C@CeO2纳米球加入25mL的KMnO4(32mM)溶液中，超声30min分散均匀，然后在80℃反应4h。冷却至室温后，通过抽滤分离得到纳米球，分别用乙醇和去离子水清洗后，在60℃干燥1h，然后在275℃的空气中退火2h，制备CeO2/MnO2空心纳米球(如图1所示)；
将12mL NaIO4水溶液(72mg/mL)滴加到10mL的葡聚糖水溶液(10wt％)中，避光在室温搅拌4h，加入223μL的乙二醇然后再搅拌2h，经过透析和冻干后得到OD；
将1g壳聚糖溶于36mL乙酸溶液(1wt％)，再加入1.41g氯化缩水甘油三甲基铵(GTMAC)，在55℃下反应18h。然后，将反应产物以4200rpm离心30分钟，取上清液进行减压过滤。将滤液进行透析、冻干后得到QCS；
将10mg CeO2/MnO2纳米球和60mg 3,4-二羟基苯乙酸加入到10mL PBS缓冲溶液(pH＝7.4)中，再用1M的NaOH将溶液的pH调到7-8。然后，将溶液在室温下通氮搅拌6h，离心得到固体沉淀，经乙醇和去离子水冲洗后得到MOx。然后，加入10μL的1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺(EDC，7.2mM)、10μL的N-羟基琥珀酰亚胺(NHS，28.8mM)，150μL的QCS溶液，将混合物在室温下快速搅拌12h。最后，再加入30μL的的OD溶液，以形成QCS-MOx-OD水凝胶的预凝胶(如图2所示)；
将金电极(三电极打印芯片)依次在乙醇和去离子水中超声清洗，然后用等离子体在空气中以30W的功率、200mtorr的压力对电极表面进行活化处理5min。之后，将表面活化的电极浸泡在70℃下的2％的(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷(APTES)乙醇溶液中60min。用乙醇清洗得到的PET/APTES电极表面以除去未成键的APTES，并用氮气吹干。然后,将20μLQCS-MOx-OD水凝胶的预凝胶涂在PET/APTES电极表面,再将5μL的PVA-SBQ和5μL的GOx(10mg/mL)溶液涂在QCS-MOx-OD水凝胶的预凝胶上，在365nm的紫外光下照射1min后，得到柔性的PET/QCS-MOx-OD/GOx/PVA-SBQ葡萄糖电化学传感器(如图3和图4所示)。
除了在PET/ITO电极上构建外，QCS-MOx-OD水凝胶还可以使用相同的表面改性策略连接在金表面上，因此本申请在柔性三电极丝网印刷芯片上组装了葡萄糖传感器(图10a、b)。传感器可以通过信号转换连接器连接到电化学工作站(图10c)，并用于葡萄糖的电流电流响应测量。如图10d所示，当在电解质中依次添加4mM(正常血糖水平)和8mM(高血糖症)的葡萄糖溶液时，阳极电流相应地增加并呈现阶梯形状。在葡萄糖用完之后，再次连续加入4mM和8mM葡萄糖溶液导致另一轮阶梯信号，表明在葡萄糖检测中具有良好的再现性。由于该芯片传感器在结构和形态上类似于商业CGMS传感器，因此结果显示出临床应用的潜力。
本发明实施例制得的传感器和先前报道的用于葡萄糖检测的传感***的分析性能的比较见表1。
表1
Figure BDA0002330220740000121
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种柔性电化学葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，包括：制备CeO2/MnO2空心纳米球并对其进行羧基化处理，将得到的羧基化CeO2/MnO2空心纳米球与氧化葡聚糖和季铵盐壳聚糖反应制得预凝胶溶液，向所述预凝胶溶液中加入葡萄糖氧化酶后涂覆在处理过的电极表面，制得柔性电化学葡萄糖传感器，所述CeO2/MnO2空心纳米球的制备方法包括：以葡萄糖为碳源在150-200℃下采用水热法制备粒径为500-1000nm的碳纳米粒子，然后以所述碳纳米粒子为模板并且以Ce3+化合物和MnO4 -化合物为原料在所述碳纳米粒子上沉积得到CeO2与MnO2，然后在250℃以上烧结，制得CeO2/MnO2空心纳米球。
2.根据权利要求1所述的柔性电化学葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：在涂覆含有葡萄糖氧化酶的预凝胶溶液之后，在电极表面涂覆封装剂。
3.根据权利要求1或2所述的柔性电化学葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，对所述CeO2/MnO2空心纳米球进行羧基化处理的化合物是两端分别含有羧基和粘结基团的化合物。
4.根据权利要求1或2所述的柔性电化学葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，所述氧化葡聚糖是通过高碘酸盐氧化葡聚糖而得，所述季铵盐壳聚糖是通过2,3-环氧丙基三甲基氯化铵在壳聚糖分子上引入季铵盐离子而得。
5.根据权利要求1或2所述的柔性电化学葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，所述预凝胶溶液的具体制备过程包括：
以N-羟基琥珀酰亚胺和1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺为交联剂，将羧基化CeO2/MnO2空心纳米球与季铵盐壳聚糖溶液在室温下快速搅拌10-14h，然后加入氧化葡聚糖溶液制得。
6.根据权利要求1或2所述的柔性电化学葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，所述电极表面的处理方式为：对电极表面进行等离子处理，然后采用含有氨基的三乙氧基硅烷处理。
7.根据权利要求1所述的柔性电化学葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下具体步骤：
(1)制备CeO2/MnO2空心纳米球
将葡萄糖水溶液在高压釜内于160-200℃下反应10-14h，得到碳纳米粒子；将所述碳纳米粒子于乙醇中超声分散后加入Ce3+化合物和聚乙烯吡咯烷酮的水溶液，在室温下搅拌1.5-2.5h后于70-80℃反应3.5-4.5h，得到C@CeO2纳米球；
将所述C@CeO2纳米球加入至MnO4 -化合物溶液中超声分散，在70-90℃下反应3.5-4.5h，冷却至室温后，抽滤，清洗，干燥，在270-280℃下退火处理1.5-2.5h，制得CeO2/MnO2空心纳米球；
(2)羧基化处理
将所述CeO2/MnO2空心纳米球以及两端分别含有羧基和粘结基团的化合物加入至PBS缓冲溶液，然后调节pH至7-8，在室温下通入氮气搅拌5-8h，离心，洗涤，得到羧基化CeO2/MnO2空心纳米球；
(3)制备氧化葡聚糖和季铵盐壳聚糖
将高碘酸盐水溶液和葡聚糖水溶液在避光、室温条件下搅拌3.5-4.5h，然后加入乙二醇搅拌1.5-2.5h，透析和冻干，得到氧化葡聚糖；
将壳聚糖溶于乙酸溶液中，加入2,3-环氧丙基三甲基氯化铵在50-60℃下反应16-20h，然后将反应产物以4000-4400rpm的转速离心25-35min，取上清液进行减压过滤，将滤液进行透析和冻干，得到季铵盐壳聚糖；
(4)制备预凝胶溶液
将所述羧基化CeO2/MnO2空心纳米球与含有1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺的季铵盐壳聚糖溶液混合，在室温下快速搅拌10-14h，然后加入氧化葡聚糖溶液，得到预凝胶溶液；
(5)涂覆预凝胶溶液
将电极依次在乙醇和去离子水中超声清洗，然后用等离子体在空气中以25-35W的功率、180-220mtorr的压力对电极表面活化处理3-6min；将表面活化后的电极在60-80℃下的含有氨基的三乙氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡50-70min，然后用乙醇清洗并用氮气吹干；
将所述预凝胶溶液涂在电极表面，再涂覆葡萄糖氧化酶和封装剂溶液，然后紫外光下照射，得到柔性电化学葡萄糖传感器。
8.根据权利要求7所述的柔性电化学葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，
所述Ce3+化合物为：CeCl3、CeBr3、Ce(NO3)3或其水合物，所述MnO4 -化合物为：KMnO4、NaMnO4或Mg(MnO4)2；
所述两端分别含有羧基和粘结基团的化合物为：3,4-二羟基苯甲酸，3,4-二羟基苯乙酸或3,4-二羟基苯丙酸；
所述含有氨基的三乙氧基硅烷为：3-氨基丙基三乙氧基硅烷或3-氨丙基(二乙氧基)甲基硅烷；
所述封装剂为：聚邻苯二酚、醋酸纤维素、PVA-SBQ或全氟磺酸。
9.权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到的柔性电化学葡萄糖传感器。
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