[发明专利]一种光纤生物传感器探头薄膜材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤生物传感器探头薄膜材料及其制备方法，特别涉及具有催化和光敏特性于一体的多功能复合光学生物传感膜材料及其制备方法。该光纤生物传感器探头特别适用于血糖的检测。

背景技术

光纤传感器具有很多独特的优点，代表了新一代传感器的发展趋势，在许多领域具有广泛和重要的应用前景。光纤生物传感器是光纤传感器中的一大类，其探头可以感知待测生物物质，并产生相应的光信号，再经过光电转换装置转化成电信号输出。由于光纤生物传感器具有探头直径小、信息传输容量大、能量损耗低、抗干扰能力强、响应快、成本低、使用方便、可实时在线检测等优点，近年来一直是国内外的研究热点。

很多情况下，生物体系发生生物化学反应后其光学性能发生变化，通过检测该变化可实现对生物待测量的检测。由于生物化学反应必须在特定生物酶的催化下才能发生，故基于酶催化的光纤生物传感器具有十分广泛和重要的用途。光学生物传感材料是制备光纤生物传感器的关键技术之一，其性能直接决定传感器的性能。目前基于酶催化的光纤生物传感器探头由分离的酶膜和光敏膜两部分组成，酶催化效应需通过较长距离扩散才能到达光敏膜，造成传感器响应慢、精度低、稳定性差等问题，这对生物参量浓度的在线检测非常不利，因为很难获得某一时刻待测物的准确浓度值。如文献，Desheng Jiang，Er Liu，XingChen，Huang Jun，Design and properties study on fiber optic glucose biosensor[J].Chineseoptics letter，2003，1(2)：107～109.。

目前光纤生物传感器探头复合传感薄膜材料的研究也有很多的报道。而目前多功能光纤生物传感复合敏感膜材料的制备还处于初级阶段，如文献，张德庆等，新型光纤葡萄糖复合敏感膜的研究，武汉理工大学学报，2008，30(8)：1～4。他们以正硅酸乙脂为主要原料，甲酰胺为控制干燥剂，采用密闭老化成膜法，研制了包埋钉化合物荧光指示剂以Ru(bpy)₃Cl₂和葡萄糖氧化酶(GOD)的溶胶-凝胶多功能光纤生物传感材料，设计出了荧光猝灭型光纤血糖传感器，采用锁相放大技术，该传感膜对葡萄糖溶液浓度具有较好的线性关系，线性检测范围为100～700mg/dl，响应时间小于30s。但是这种生物传感器具有局限性：(1)采用溶胶-凝胶技术仅仅对葡萄糖氧化酶进行包埋固定，酶容易渗漏。由于酶的催化性能直接影响传感器的性能，这种酶固定化方法就会大幅度降低传感器的灵敏度和精确性；(2)溶胶-凝胶传感膜中的酶活性和稳定性有待于进一步提高。(3)采用单纯包埋法固定酶，酶的数量可以保证，但酶的排列顺序是杂乱无章，这也影响酶的催化活性。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，制备出Fe₃O₄@SiO₂(SiO₂包覆Fe₃O₄核壳型纳米粒子)磁性纳米复合粒子，生物酶固定在上述复合粒子表面，本发明选择与Fe₃O₄@SiO₂纳米粒子固定化酶具有很好相容性的正硅酸乙酯-无水乙醇-催化剂体系，采用纳米复合技术制备出同时含有生物酶和光敏剂并集催化和光敏特性于一体的多功能纳米复合光学生物传感膜材料。

实现本发明目的的技术方案：

一种光纤生物传感器探头薄膜材料，该薄膜材料为具有催化和光敏特性于一体的多功能复合光学生物传感膜，其特征是，该薄膜材料由Fe₃O₄@SiO₂磁性纳米复合粒子、生物活性酶、荧光物质和溶胶-凝胶制成，生物活性酶固定在Fe₃O₄@SiO₂磁性纳米复合粒子上，固定化生物活性酶和荧光物质被包埋在溶胶-凝胶网格中，其中Fe₃O₄@SiO₂磁性纳米复合粒子与溶胶-凝胶的体积比为1∶1，所述的生物活性酶为葡萄糖氧化酶，所述的荧光物质为Ru(bpy)₃Cl₂荧光指示剂，所述的溶胶-凝胶是由正硅酸乙酯、0.05mol/L盐酸及甲酰胺按体积比为8∶4∶1混合得到的溶胶-凝胶。

本发明的一种光纤生物传感器探头薄膜材料的制备方法，包括如下步骤：

1)、载体的合成：