- 文献综述(或调研报告):
糖尿病已经成为 21 世纪全球最重要的健康问题之一。糖尿病的日常血糖管理关乎着数亿患者的正常生活。连续血糖监测仪正成为糖尿病慢病管理的重要手段之一,可以实时、准确地探测血糖浓度,并控制胰岛素注射剂量[1]。为了更好的实现这些目标,需要研制具有高灵敏度、快响应速度、大线性范围及高稳定性的葡萄糖生物传感器[2]。
近年来,随着材料学、生物学及电化学等学科的快速发展,电化学传感技术取得了长足进步,大量的新型电化学传感器先后被报道。在生物医学领域,传统的检测方法因检测周期长、灵敏度低、操作繁琐,在临床应用中受到限制。因此,开发快速简单、灵敏度高、特异性好的检测方法具有重大科学意义与应用价值。作为一种新型的检测手段,电化学生物传感器已广泛应用于生物医学与药学筛选等领域[3]。
电化学传感技术的核心是传感器。传感器是由活性识别物质和信号转换器组成的检测装置,它将感受到的信息按一定规律转换为电信号的信息输出,从而将信息转换成可测量信号[4]。
电化学生物传感器主要分为生物分子识别元件和信号转换元件两部分。生物分子识别元件由具有分子识别功能的生物敏感膜(如酶、微生物、组织、抗体抗原、核酸和细胞等)组成,用于检测样品中是否含有待测物质。识别元件检测到的信号进一步由信号转换元件转换为可测量的电化学信号。根据可测量电化学信号的不同可分为电导型电化学生物传感器、电位型电化学生物传感器、电流型电化学生物传感器与阻抗型电化学传感器等。其中,电导型电化学生物传感器是测量溶液中一对电极间的电导变化;电位型电化学生物传感器是测量工作电极与参比电极间的电位变化;电流型电化学生物传感器是在恒电压条件下测量通过电化学池的电流;而阻抗型电化学传感器则是测量交流电势与电信号的比值随正弦频率的变化[5]。
通过对生物大分子进行分析检测可以了解生物体生命活动的机理获取生命过程中的生物和化学信息并对于疾病的临床诊断与治疗具有十分重要的意义。电极及其表面固定化技术决定了电化学生物传感器的性能和应用价值。电极承担着电化学反应和电信号传递的重要作用电极材料、表面修饰和电极尺寸都将极大地影响着电极的检测能力。不管是哪种固定化方法都要保持生物功能分子的活性和传感器的稳定性。因此对于电化学生物传感器来说基体电极的选择和生物敏感元件在电极表面的固定化是构建传感器的关键所在。丝网印刷碳电极 (SPCE)是一次性使用的电极具有价格低廉、简单、制备快速、可批量生产、不需要预处理且易于实现商品化等诸多优点它的使用不仅可以使电化学生物传感器变得更加简单而且可以避免电极表面的交叉污染同时也可以增加即时检测的可能性。SPCE 可以为很多应用领域提供一次性芯片所以越来越引起人们的兴趣[6]。
同时,石墨烯作为一种新型纳米材料具有导电性好、比表面积大、机械性能佳等优异特性,在电化学生物传感器领域展现出良好的应用前景[7]。但是,石墨烯纳米材料在电化学生物传感器应用中存在易团聚、难分散、成膜结构致密等问题[8]。
碳纳米管(CNT)已被结合到用于生物分子的电化学传感器中[9]。它以独特的方式结合了高导电性,高化学稳定性和极高的机械强度,可以增加电活性表面积,增强电子转移并促进分子的吸附[10]。
基于葡萄糖电化学氧化原理的葡萄糖传感器可以直接以电信号监测葡萄糖浓度能够辅助
