本發(fā)明涉及生物傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種可用于角膜接觸式生物傳感器中的薄膜生物電極。
背景技術(shù)：
：生物電極是生物傳感器的核心部件，通過酶參與的氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生陽極與陰極之間的電勢差并驅(qū)動(dòng)電流通過外部電路，實(shí)現(xiàn)對底物濃度的檢測，在醫(yī)療、食品、環(huán)保等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。大多數(shù)酶的氧化還原反應(yīng)活性中心位于生物大分子的內(nèi)部，難以實(shí)現(xiàn)電子從反應(yīng)活性中心向電極表面的直接傳導(dǎo)，為解決這一問題，多種電子媒介材料被應(yīng)用于生物電極表面的修飾，如碳納米管、導(dǎo)電聚合物、石墨烯等。這類材料往往親水性差，導(dǎo)致氧化還原酶在材料表面的吸附和形狀改變，從而造成酶的失活。因此，新型載體材料仍在不斷被研究開發(fā)，用以改善電子傳導(dǎo)性能的同時(shí)提高酶的穩(wěn)定性，最終提高生物電極的靈敏性和穩(wěn)定性。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：要解決的技術(shù)問題：本發(fā)明提出了一種在聚甲基丙烯酸羥乙酯或硅水凝膠表面制備的薄膜生物電極，采用具有2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸膽堿單元和碳納米管或石墨烯單元的聚合物，碳納米管或石墨烯作為電子傳遞媒介材料，2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸膽堿單元可防止酶在載體材料表面吸附變形。本發(fā)明可提高生物傳感器的靈敏度和穩(wěn)定性，特別適用于角膜接觸式生物傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用。技術(shù)方案：一種薄膜生物電極，所述的電極包括有：一PHEMA或硅水凝膠層為底層，逐層裝一AT-PMBV層，一PVA層，一PMBV-CNT(GR)層，一PVA-GOx層，一PMBV層，其中PHEMA是聚甲基丙烯酸羥乙酯，AT-PMBV是端基帶有疊氮基團(tuán)的PMBV，PVA是聚乙烯醇，PMBV-CNT(GR)是端基帶有碳納米管（石墨烯）的PMBV，PVA-GOx是聚乙烯醇與葡萄糖氧化酶的交聯(lián)物，GOx是葡萄糖氧化酶的縮寫，PMBV是2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸膽堿、甲基丙烯酸丁酯、乙烯基苯硼酸的共聚物。所述的薄膜生物電極的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：一PHEMA或硅水凝膠層裝填在底層，逐層裝一AT-PMBV層，一PVA層，一PMBV-CNT(GR)層，一PVA-GOx層，一PMBV層。所述的薄膜生物電極，其中，所述的PMBV-CNT(GR)層與PVA-GOx層可根據(jù)需要構(gòu)筑1層或n層，其中n＞1。所述的薄膜生物電極，其中，所述的AT-PMBV層可通過疊氮基團(tuán)與甲基或硅甲基的在紫外光誘導(dǎo)下的反應(yīng)制備，具體實(shí)施方法為用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的AT-PMBV水溶液浸潤PHEMA或硅水凝膠的表面，使用波長250-300nm的紫外光以50mW/cm2的強(qiáng)度輻照1min，使用蒸餾水洗去未鍵合的聚合物即得。所述的薄膜生物電極，其中，所述的PVA層、PMBV-CNT(GR)層、PVA-GOx層、PMBV層可通過苯硼酸基團(tuán)與聚乙烯醇相鄰羥基的鍵合制備，具體實(shí)施方法為依次使用PVA、PMBV-CNT(GR)、PVA-GOx、PMBV的0.5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的水溶液浸潤薄膜電極表面，每層浸潤時(shí)間為30min，并用蒸餾水潤洗除去未鍵合的聚合物即得。有益效果：本發(fā)明制備的薄膜生物電極將碳納米管或石墨烯結(jié)合在水凝膠薄膜中，為電子從酶的反應(yīng)活性中心傳導(dǎo)的媒介，提高了生物電極的靈敏性，同時(shí)使用帶有2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸膽堿基團(tuán)的聚合物，能夠防止酶在材料表面的吸附變形，保持酶的長期活性，提高電極的穩(wěn)定性，另外其厚度在數(shù)十納米，與基材結(jié)合穩(wěn)定，并具有良好的柔軟性、透氣和透水性，表層的PMBV具有良好的生物親和性，特別適于在角膜接觸式生物傳感器中的應(yīng)用。附圖說明圖1是本發(fā)明的薄膜生物電極的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明中PMVB的結(jié)構(gòu)式圖。圖3是本發(fā)明中AT-PMBV的結(jié)構(gòu)式圖。圖4是本發(fā)明中PMBV-CNT的結(jié)構(gòu)式圖。圖5是本發(fā)明中PMBV-GR的結(jié)構(gòu)式圖。圖6是本發(fā)明中PVA-GOx的結(jié)構(gòu)式圖。具體實(shí)施方式實(shí)施例1一種薄膜生物電極，由以下步驟制備而成：（1）使用質(zhì)量百分比為0.5%的AT-PMBV浸潤PHEMA基材表面，使用285nm的紫外光以50mW/cm2的強(qiáng)度輻照1min，用蒸餾水潤洗基片；（2）使用質(zhì)量百分比為0.5%的PVA浸潤基片30min，用蒸餾水潤洗基片；（3）使用質(zhì)量百分比為0.5%的PMBV-CNT浸潤基片30min，用蒸餾水潤洗基片；（4）使用質(zhì)量百分比為0.5%的PVA-GOx浸潤基片30min，用蒸餾水潤洗基片；（5）使用質(zhì)量百分比為0.5%的PMBV浸潤基片30min，用蒸餾水潤洗基片，完成制備。實(shí)施例2（1）使用質(zhì)量百分比為0.5%的AT-PMBV浸潤硅水凝膠基材表面，使用285nm的紫外光以50mW/cm2的強(qiáng)度輻照1min，用蒸餾水潤洗基片；（2）使用質(zhì)量百分比為0.5%的PVA浸潤基片30min，用蒸餾水潤洗基片；（3）使用質(zhì)量百分比為1%的PMBV-CNT浸潤基片5min，再以蒸餾水潤洗1min，然后以1000rpm的轉(zhuǎn)速甩除表面蒸餾水；（4）使用質(zhì)量百分比為1%的PVA-GOx浸潤基片5min，再以蒸餾水潤洗1min，然后以1000rpm的轉(zhuǎn)速甩除表面蒸餾水；（5）重復(fù)步驟3和4完成2個(gè)循環(huán)；（6）使用質(zhì)量百分比為0.5%的PMBV浸潤基片30min，用蒸餾水潤洗基片，完成制備。實(shí)施例3（1）使用質(zhì)量百分比為0.5%的AT-PMBV浸潤硅水凝膠基材表面，使用285nm的紫外光以50mW/cm2的強(qiáng)度輻照1min，用蒸餾水潤洗基片；（2）使用質(zhì)量百分比為0.5%的PVA浸潤基片30min，用蒸餾水潤洗基片；（3）使用質(zhì)量百分比為1%的PMBV-CNT浸潤基片5min，再以蒸餾水潤洗1min，然后以1000rpm的轉(zhuǎn)速甩除表面蒸餾水；（4）使用質(zhì)量百分比為1%的PVA-GOx浸潤基片5min，再以蒸餾水潤洗1min，然后以1000rpm的轉(zhuǎn)速甩除表面蒸餾水；（5）重復(fù)步驟3和4完成3個(gè)循環(huán)；（6）使用質(zhì)量百分比為0.5%的PMBV浸潤基片30min，用蒸餾水潤洗基片，完成制備。實(shí)施例4（1）使用質(zhì)量百分比為0.5%的AT-PMBV浸潤硅水凝膠基材表面，使用285nm的紫外光以50mW/cm2的強(qiáng)度輻照1min，用蒸餾水潤洗基片；（2）使用質(zhì)量百分比為0.5%的PVA浸潤基片30min，用蒸餾水潤洗基片；（3）使用質(zhì)量百分比為1%的PMBV-CNT浸潤基片5min，再以蒸餾水潤洗1min，然后以1000rpm的轉(zhuǎn)速甩除表面蒸餾水；（4）使用質(zhì)量百分比為1%的PVA-GOx浸潤基片5min，再以蒸餾水潤洗1min，然后以1000rpm的轉(zhuǎn)速甩除表面蒸餾水；（5）重復(fù)步驟3和4完成4個(gè)循環(huán)；（6）使用質(zhì)量百分比為0.5%的PMBV浸潤基片30min，用蒸餾水潤洗基片，完成制備。實(shí)施例5（1）使用質(zhì)量百分比為0.5%的AT-PMBV浸潤硅水凝膠基材表面，使用285nm的紫外光以50mW/cm2的強(qiáng)度輻照1min，用蒸餾水潤洗基片；（2）使用質(zhì)量百分比為0.5%的PVA浸潤基片30min，用蒸餾水潤洗基片；（3）使用質(zhì)量百分比為1%的PMBV-CNT浸潤基片5min，再以蒸餾水潤洗1min，然后以1000rpm的轉(zhuǎn)速甩除表面蒸餾水；（4）使用質(zhì)量百分比為1%的PVA-GOx浸潤基片5min，再以蒸餾水潤洗1min，然后以1000rpm的轉(zhuǎn)速甩除表面蒸餾水；（5）重復(fù)步驟3和4完成5個(gè)循環(huán)；（6）使用質(zhì)量百分比為0.5%的PMBV浸潤基片30min，用蒸餾水潤洗基片，完成制備。在25℃條件下，將本發(fā)明實(shí)施例5的薄膜生物電極作為陽極裝置，并將陽極置于10mmol/L葡萄糖底物培養(yǎng)液中進(jìn)行測試，從電極浸入溶液開始計(jì)時(shí)，電流達(dá)到0.95A穩(wěn)定值時(shí)需時(shí)間t，并以1/t(s-1)作為電化學(xué)響應(yīng)速率，經(jīng)測定，電極響應(yīng)速率>0.100S1，且電極的功率密度>4.5mW/cm2。從電極浸入溶液開始計(jì)時(shí)，保持反應(yīng)底物濃度，電流與峰值電流的比例作為酶的存活率，以酶的存活率降到80%所需時(shí)間作為電極的有效工作壽命，結(jié)果如下表所示：實(shí)驗(yàn)時(shí)間/天024681012141618存活率/%10097.1494.6892.1989.7487.2585.2283.0780.9379.06由上表可知，本發(fā)明的薄膜電極的有效工作壽命>16天，穩(wěn)定性佳，同時(shí)具有良好的生物親和性，適于在角膜接觸式生物傳感器中的應(yīng)用。當(dāng)前第1頁1 2 3