[发明专利]在线监测用葡萄糖氧化酶丝网印刷电极及其制备方法

说明书

本发明提供了在线监测用葡萄糖氧化酶丝网印刷电极及其制备方法。该电极以化学沉积法制备的普鲁士蓝掺杂的碳基丝网印刷电极为电化学换能器件，修饰以固定化的葡萄糖氧化酶层形成酶生物传感器。该电极可有效避免发酵液中复杂成分带来的干扰，具有可重复使用、信号重现性好的特点，因而能够满足常规发酵在线分析的要求。本发明采用丝网印刷工艺进行化学修饰电极的制作，以提高其重现性并使该电极能够用于批量生产。此外，本发明所使用的酶固定化方法简单，使用纤维素滤纸、玻璃纤维素滤纸等简单材料即可达到有效限制酶制剂流失的目的，适合批量生产酶电极的修饰并有足够长的酶活力寿命。

技术领域

本发明涉及一种在线监测用葡萄糖氧化酶丝网印刷电极及其制备方法，属于生物传感器及电分析化学测试技术领域。

背景技术

生物传感器是一种以化学或物理传感器为基底换能器件，通过特定的生物活性器件的修饰形成的可用于对特定物质进行定性或定量分析的传感元件，在工业、医疗、环境、军事等重要领域有广泛应用。由酶修饰获得的电流型生物传感器适用范围广、原材料品种繁多、生产制造简易、传感性能可靠、使用便捷简单、响应快速省时，是生物传感器领域中的重要组成部分。

工业化生产过程中，往往需要对发酵过程中的反应底物的浓度变化进行实时监测，这要求为发酵领域提供一种廉价、使用方便、分析结果可靠的在线检测方法及设备。葡萄糖是一种极为常见的发酵原料，对其浓度进行在线实时监测在工业生产中具有重要意义。

发酵过程中的实时监测面临诸多较为棘手的问题，如：便捷自动化的在线取样、有效避免取样及分析过程中可能造成的生物污染、较长期保证传感器的稳定性能等。迄今，美国专利商标局公布的专利中，有关生物传感器的专利近12,000项，其中约6,000项与葡萄糖的分析测试有关；欧洲专利局公布近10,000项，其中逾700项与葡萄糖分析检测直接相关；中国专利局公布约600项生物传感领域的专利，其中不足20项与葡萄糖的分析检测直接相关。上述专利中，尚未见到面向工业发酵过程中葡萄糖在线分析检测的报道。

面向市场的葡萄糖生物传感器，正面临或难以多次、重复进行分析测试，或难以批量、工业化生产等问题。同时，发酵液的成分通常较为复杂，电流型酶生物传感器往往难以避免其中非目标检测组分的干扰。这些都是阻碍葡萄糖生物传感器进入工业发酵过程在线分析的主要困难。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种适于工业化生产及工业生产实际应用的酶传感器电极。该电极以固定化的葡萄糖氧化酶作为其生物活性元件，以普鲁士蓝修饰的丝网印刷电极片为电化学换能元件构成。同时提供该酶传感器电极的电化学基底电极、固定化酶及完整酶电极的制作方法及使用方法。通过与在线取样系统的联用，本发明适于发酵过程中的葡萄糖在线分析测试要求。

本发明技术方案如下：

1）普鲁士蓝掺杂的介体型过氧化氢丝网印刷电极制作：

配制含等摩尔浓度K₃Fe(CN)₆和KCl的水溶液，以盐酸调节其pH在1.0-2.5范围内，在快速搅拌条件下向其中逐滴加入1-1.33倍体积含等摩尔浓度的FeCl₃水溶液，充分反应后以4000 rpm离心分离获得深蓝色物质即普鲁士蓝；置于烘箱内于95℃烘干至恒重，再于同一烘箱内于100℃-150℃下烘制0.5-2h，得到活化的普鲁士蓝，干燥器内冷却后以研钵研细成颗粒待用；称取普鲁士蓝颗粒0.05g，配和入1mL N,N-二甲基甲酰胺以研钵研细，随后加入3g导电碳浆 和2mL导电碳浆专用溶剂精细研磨20min使物料充分混匀，制成普鲁士蓝掺杂的碳基导电油墨；

取厚度为0.5 mm的聚氯乙烯基片，以1 mol/L NaOH溶液浸泡处理4 h后洗净晾干；制作普鲁士蓝掺杂丝网印刷电极：

（1）首先，在洗净的聚氯乙烯基片上以导电碳浆印制导线及两个电极，印刷完成后，置于90℃的烘箱内使有机溶剂充分挥发；