[发明专利]一种酶-高分子阵列涂层微芯片快速检测葡萄糖的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种酶‑高分子阵列涂层微芯片快速检测葡萄糖的方法及其应用。利用甲氧基聚乙二醇醛与葡萄糖氧化酶和辣根过氧化物酶缩聚反应生成酶‑高分子共聚物，将其化学沉积到微芯片上制成酶‑高分子阵列涂层微芯片。在其微芯片上加入待测溶液后，根据溶液颜色变化可判断是否含有葡萄糖，根据吸光度值可定量判断葡萄糖的浓度，完成1次样品检测仅需30秒的时间。可以检测葡萄糖浓度≥0.05mmol·Lsupgt;‑1/supgt;的样品，单次测量误差在8％以内。与现有的葡萄糖检测方法，本发明检测方法简便快捷、进样量少、稳定性强、专一性好、误差小、检测时间短，并且能完成较低浓度葡萄糖的检测。在医学、食品、药品和化学工业等领域具有良好应用前景。

技术领域

本发明属于分析检测技术领域，具体涉及一种酶-高分子阵列涂层微芯片的制备方法及其在葡萄糖检测中的应用。

背景技术

葡萄糖作为常用的食品、化工和医药原料以及人体的最基本元素，其作用和用途十分广泛。因此葡萄糖检测技术被广泛需要于食品安全、化学工业和临床医学等领域(见Jiang,L.C.，Biosensors and Bioelectronics,2010,(25):1402-1407[J]；见Fu,Y.，Materials ScienceEngineering C,2019,105,110120[J])。目前常见的葡萄糖检测方法有葡萄糖检测试纸、传统仪器检测法和生物传感器法(见王晴晴，江苏大学，2018[D])。葡萄糖检测试纸是将天然酶溶液直接喷洒在试纸表面制得的，而酶脆弱的天然结构对环境变化比较敏感，使得使用天然酶构建的试纸在实际使用时，酶活力已下降许多，也对储存条件有更高的要求；传统的仪器检测也面临着设备昂贵，操作复杂，耗时较长，使用不便等困难。相比之下，生物传感器法因其稳定性好、检测速度较快、灵敏度较高、结果直观性好成为了日益兴起的新方法(见Demming,S.，Sensors,2014,14,15749-15759[J])。

目前市面上最常见的葡萄糖检测方法即血糖仪法就是一种生物传感器法，将新鲜血液滴加到血糖试纸上放入检测区即可简单快速的得到结果。大部分的血糖仪都是基于电化学原理，依据电子的转移来准确定量葡萄糖。然而这类血糖仪有着电化学传感器普遍存在的诸多问题，如制备步骤繁琐，装置复杂，对多组分的复杂样品检测专一性差，且误差较大(单次测量误差10～20％)，因此在实际应用中受到限制。而基于光学原理设计的血糖仪又存在显色试剂见光易分解的问题。并且市售血糖仪是专为血糖检测设计的仪器，符合人血糖浓度要求，较为贴近正常人的空腹血糖浓度范围(3～6mmol·L^-1)，超过该范围就测不准，难以实现较低浓度的葡萄糖检测。由此可见，虽然血糖仪已经是成熟的商业产品，但在实际检测葡萄糖时，仍存在装置复杂、专一性差、试纸储存条件高、误差较大和检测限较高等问题。

随着芯片实验室(见Yager,P.，Nature,2006,442,412-418[J])概念的提出，更小的进样量、更快的检测速度、更简单的装置和便携等优点，使其非常适合用在检测领域。因此将葡萄糖检测与微芯片技术相结合的研究有着良好前景。目前，在某种便携纸制品上负载特异性酶构建的纸基微芯片被广泛研究。例如Sanghyo Kim等人，利用蜡印刷方法设计了一种带自校准功能的色谱纸，用于检测葡萄糖(见Sanghyo Kim，Analytica Chimica Acta,2019[J])；Changming Li等人，在纸基体上原位生长酶-无机杂化物以减少微芯片制备时酶的不必要浪费(见Changming Li，Biosensors and Bioelectronics,2018,99,603-611[J])；SiriwanTeepoo等人，设计了一种能同时检测多物质的纸基微芯片，借助图像分析仪器检测葡萄糖(见SiriwanTeepo，Talanta,2020,207,120302[J])。然而以上这些研究将酶固载在纸基上，样品溶液需浸湿纸基，通过毛细作用才能到达检测区，与酶和显色剂反应而后进行显色测量(见Ahmed,S.，Biosensors and Bioelectronics,2016,77,249-263[J])，此过程比较耗时，需5～10分钟显色时间。