[发明专利]一种葡萄糖氧化酶纳米胶囊传感器及其制备和应用

说明书

一种葡萄糖氧化酶纳米胶囊传感器及其制备和应用，酶基生物传感器在生物医疗、生命健康、食品安全、环境安全、食品发酵等领域具有广阔的应用前景，目前限制其商品化的主要因素是酶传感器的稳定性有待进一步提高。本发明提供了一种高稳定性酶传感器的制备方法及应用，即基于酶分子纳米胶囊制备酶传感器的方法。该酶纳米胶囊传感器的制备主要包括以下步骤：首先，利用原位自由基聚合法制备酶单分子纳米胶囊(或酶多分子纳米胶囊)；然后将上述酶分子纳米胶囊用于制备酶纳米胶囊传感器。该酶传感器的优势在于其热稳定性、有机溶剂耐受性、存储和使用寿命等得到了明显提高。本发明所得到的酶纳米胶囊传感器在人体可穿戴设备、生物医疗、分析检测、食品发酵等多个领域具有巨大市场应用潜力。

技术领域

本发明属于生物传感器和分析检测领域，具体涉及一种基于酶纳米胶囊包括葡萄糖氧化酶纳米胶囊的传感器及其制备方法与在葡萄糖检测和人体可穿戴设备等领域的应用。

背景技术

血糖检测是糖尿病诊断、治疗和管理的基础。目前全球糖尿病患者4.2亿人以上，2015年仅中国糖尿病患者人数就高达1.09亿人。血糖仪和血糖试纸(即酶基电化学葡萄糖传感器)的全球市场容量高达200多亿美元。目前市售血糖试纸主要有两种：一种是葡萄糖氧化酶(GOx)电极测量法，此种试纸占主导地位，通过检测血糖试纸上血液中氧气浓度的变化来指示血糖浓度，优点是对葡萄糖具有专一选择性，缺点是存储稳定性较差(一般为3个月之内，试纸从容器中取出后要在5分钟之内使用完毕)，测量重现性差(约15％误差)。另一种是葡萄糖脱氢酶电极测量法，优点是易保存稳定性较好，缺点是血液中的木糖、麦芽糖、半乳糖等会产生干扰。1997-2009年间，美国食品药品监督局(FDA)接到至少13起致命报告，美国FDA曾经连续3次发出缺陷警告，使用葡萄糖脱氢酶(GDH-PQQ)技术的血糖仪或试纸，可能会造成治疗过程中异常的低血糖、昏迷甚至是死亡。为解决血糖试纸(葡萄糖传感器)存在的存储稳定性、测量准确性和重复性方面的问题，包括众多跨国公司在内的国内外科学家仍在不懈的努力。

血糖试纸存在的问题也是酶基生物传感器存在的一些共性问题。从国内外来看，酶基生物传感器研究的一个主要焦点就集中在如何进一步提高传感器的长期稳定性、测量准确性和重复性等关键科学问题上，这也是限制酶基生物传感器发展的关键共性问题。在传统的酶电极(包括血糖试纸)上，一般是利用生物相容性聚合物或纳米材料等将酶通过物理包埋或化学交联的方式固定在酶电极上，传统的酶电极制备方法并没有有效改变酶作为生物活性分子容易失活的现状，所以如何进一步提高酶分子和传感器的稳定性和使用寿命是要解决的第一个核心问题，这也是研究者永远不懈的追求。特别是近年来随着可穿戴设备的兴起，对酶传感器的稳定性提出了更高的要求。传统的血糖试纸都是一次性可拋型，并不能满足人体可穿戴设备对酶传感器稳定性和可重复使用性的要求。提高酶传感器的稳定性等关键性能，解决传统的血糖试纸存在的问题，并满足人体可穿戴设备对传感器稳定性等性能的需求，已迫在眉睫。