本發(fā)明涉及電化學(xué)傳感器，具體涉及一種含有自組裝改性硅酸鎂鋁的傳感層及其傳感器和制備方法。

背景技術(shù)：

1、目前，糖尿病在我國已經(jīng)成為繼心血管疾病和癌癥之后第三大致死疾病，中國糖尿病患者將近1.3億位居全球第一，且糖尿病患病率呈倍數(shù)增長。糖尿病是一種遺傳因素和環(huán)境因素長期共同作用所致的慢性、全身性、代謝性疾病，以血漿葡萄糖水平升高為特征。其主要是因?yàn)轶w內(nèi)胰島素分泌不足或者作用障礙引起的糖、脂肪、蛋白質(zhì)代謝紊亂而影響正常生理活動(dòng)的一種疾病。

2、目前主要的測試血糖方法是用體外葡萄糖監(jiān)測試紙來采集指尖血，患者每日需要多次扎破手指才能知道某一時(shí)刻的血糖值，這種做法無法體現(xiàn)血糖實(shí)時(shí)濃度變化和趨勢(shì)變化，也會(huì)對(duì)患者造成身體傷害。而持續(xù)葡萄糖監(jiān)測系統(tǒng)能在使用時(shí)間內(nèi)實(shí)時(shí)顯示用戶血糖變化，使用方式更加快捷輕便，為患者和醫(yī)護(hù)診療提供詳細(xì)的血糖數(shù)據(jù)支持。持續(xù)葡萄糖監(jiān)測系統(tǒng)的電化學(xué)反應(yīng)原理，是通過固定在傳感器上的生物酶，如葡萄糖氧化酶，經(jīng)植入到皮下組織中，測量組織液中的葡萄糖濃度。葡萄糖氧化酶測量的電信號(hào)，通過cgms的發(fā)射器或接收器，以及算法處理，將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為葡萄糖濃度，顯示到顯示器或者軟件里，形成葡萄糖監(jiān)測圖。

3、葡萄糖電化學(xué)傳感器需要有較高的準(zhǔn)確性才能滿足實(shí)時(shí)監(jiān)控血糖需求，這對(duì)傳感器初始靈敏度的一致性和穩(wěn)定性是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)，所以保證傳感層的一致性在葡萄糖電化學(xué)傳感器批量生產(chǎn)過程中十分重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問題，提供一種團(tuán)聚現(xiàn)象少，穩(wěn)定性高，一致性高、滴涂面積較好控制的傳感層及其傳感器以及其制備方法。

2、本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)其目的，采用的技術(shù)方案是：

3、本發(fā)明的第一方面提供一種含有自組裝改性硅酸鎂鋁的傳感層，用于制備電化學(xué)傳感器，所述電化學(xué)傳感器包括柔性電極，所述傳感層是通過在柔性電極的工作電極上接枝有親水性有機(jī)高分子聚合物而得到的改性層上滴涂與所述改性層能夠自組裝改性的傳感層溶液形成；

4、所述傳感層溶液包括氧化還原聚合物、工具酶、交聯(lián)劑a、硅酸鎂鋁，氧化還原聚合物:工具酶:交聯(lián)劑a:硅酸鎂鋁的質(zhì)量比為15～40:20～45:5～30:1～10。

5、優(yōu)選地，所述親水性有機(jī)高分子聚合物選自聚烯丙基胺、聚乙二醇、聚乙烯亞胺、聚酰胺-胺樹狀聚合物、聚(l-賴氨酸)中的一種或多種；

6、所述氧化還原聚合物為含有過渡金屬的氧化還原聚合物，所述過渡金屬包括釕、銠、鋨；

7、所述工具酶選自葡萄糖脫氫酶、葡萄糖氧化酶、尿酸酶、乳酸氧化酶、膽固醇氧化酶；

8、所述交聯(lián)劑a選自1，4-丁二醇二縮水甘油醚，聚(二甲基硅氧烷)-二縮水甘油醚、戊二醛、聚乙二醇二縮水甘油醚、四環(huán)氧丙基-4，4-二氨基二苯甲烷或丙三醇三縮水甘油醚中的一種或多種；優(yōu)選交聯(lián)劑a為mw＝200da-5000da的聚乙二醇二縮水甘油醚，優(yōu)選mw＝400da。

9、優(yōu)選地，所述氧化還原聚合物:工具酶:交聯(lián)劑a:硅酸鎂鋁的質(zhì)量比為35～40:20～35:20～30:4～10，優(yōu)選為35～40:25～35:25～30:5～10，更優(yōu)選為39:31:25:5；

10、所述傳感層溶液中氧化還原聚合物的濃度為2～5mg/ml，優(yōu)選2～4.5mg/ml，更優(yōu)選為3.0～4.5mg/ml。

11、本發(fā)明的第二方面提供一種傳感層的制備方法，所述傳感層為上述任一項(xiàng)所述的含有自組裝改性硅酸鎂鋁的傳感層，所述制備方法包括如下步驟：

12、s1、在柔性電極的工作電極上利用等離子體引發(fā)接枝親水性有機(jī)高分子聚合物得到改性層；

13、s2、將傳感層溶液滴涂至所述改性層上，交聯(lián)固化后得到所述傳感層。

14、上述的傳感層的制備方法，所述在柔性電極的工作電極上利用等離子體引發(fā)接枝親水性有機(jī)高分子聚合物得到改性層包括：

15、將柔性電極用空氣等離子體處理后，將柔性電極浸泡在濃度為25～40mg/ml且溫度為35～40℃的親水性有機(jī)高分子聚合物水溶液中浸泡14～20小時(shí)后，用純化水浸泡電極20～30小時(shí)后取出晾干30～40分鐘，在柔性電極的工作電極上形成所述改性層。

16、上述的傳感層的制備方法，所述將傳感層溶液滴涂至所述改性層上，交聯(lián)固化后得到所述傳感層包括如下步驟：

17、s2.1、配制傳感層溶液：采用溶劑a配制氧化還原聚合物、工具酶、交聯(lián)劑a、硅酸鎂鋁的混合溶液，充分混勻后得到傳感層溶液；所述溶劑a為hepes緩沖液或者tes緩沖液；優(yōu)選所述hepes緩沖液的濃度為5～20mmol/l，ph為7.5～8.2；

18、s2.2、制備傳感層：將配制的傳感層溶液滴涂至步驟s1得到的改性層表面，在溫度為20～30℃下交聯(lián)固化20～28小時(shí)后得到所述傳感層。

19、本發(fā)明的第三方面提供一種電化學(xué)傳感器，包括：柔性電極，所述柔性電極包括基材、工作電極、對(duì)電極以及參比電極，其中，

20、所述工作電極和所述對(duì)電極分別設(shè)置于所述基材的兩側(cè)，所述對(duì)電極的遠(yuǎn)離所述基材的一側(cè)設(shè)置有電介質(zhì)層，所述工作電極的遠(yuǎn)離所述基材一側(cè)設(shè)置所述參比電極，所述工作電極與所述參比電極之間設(shè)有所述電介質(zhì)層，所述參比電極的遠(yuǎn)離所述工作電極的一側(cè)設(shè)置有所述電介質(zhì)層；

21、所述工作電極的表面具有未設(shè)置電介質(zhì)層和參比電極的裸露部，在所述裸露部的表面依次涂覆有改性層和傳感層；

22、還包括限制擴(kuò)散層，所述限制擴(kuò)散層包裹傳感層以及電介質(zhì)層、參比電極、對(duì)電極的裸露部；

23、所述改性層和傳感層是上述任一項(xiàng)中所述的改性層和傳感層或是根據(jù)上述任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的改性層和傳感層。

24、優(yōu)選地，上述的電化學(xué)傳感器，

25、所述限制擴(kuò)散層源自含氮雜環(huán)基團(tuán)的聚合物和交聯(lián)劑b；

26、所述含氮雜環(huán)基團(tuán)的聚合物選自聚乙烯吡啶、聚乙烯吡咯、聚乙烯吡啶-苯乙烯共聚物、磺酸基修飾的聚乙烯吡啶-苯乙烯共聚物中的一種或多種；

27、所述交聯(lián)劑b選自三縮水甘油基對(duì)氨基苯酚、聚乙二醇二縮水甘油醚、四環(huán)氧丙基-4,4'-二氨基二苯甲烷、三(4-羥基苯基)甲烷三縮水甘油醚、丙三醇三縮水甘油醚中的一種或多種；優(yōu)選交聯(lián)劑b為mw＝200da-5000da的聚乙二醇二縮水甘油醚，優(yōu)選mw＝200da；

28、含氮雜環(huán)基團(tuán)的聚合物和交聯(lián)劑b的質(zhì)量比為7～9.9:0.1～3，優(yōu)選為9:1。

29、本發(fā)明的第四方面提供一種上述的電化學(xué)傳感器的制備方法，包括如下步驟：

30、s3、將步驟s2得到的帶有傳感層的柔性電極在限制擴(kuò)散層外膜溶液中浸凃，取出后在20～35℃溫度下固化，形成限制擴(kuò)散層，得到所述電化學(xué)傳感器。

31、優(yōu)選地，所述步驟s3包括如下步驟：

32、s3.1、配制限制擴(kuò)散層外膜溶液：以溶劑b作為溶劑，制備含氮雜環(huán)基團(tuán)的聚合物和交聯(lián)劑b的混合液，得到限制擴(kuò)散層外膜溶液；所述溶劑b為tes緩沖液，或者為無水乙醇和hepes緩沖液的混合液，優(yōu)選溶劑b由無水乙醇和hepes緩沖液按照體積比2～10:1混合得到，所述hepes緩沖液的濃度為5～20mmol/l，ph為7.5～8.2；限制擴(kuò)散層外膜溶液中含氮雜環(huán)基團(tuán)的聚合物的濃度為40～80mg/ml，優(yōu)選為50～70mg/ml；

33、s3.2、制備限制擴(kuò)散層：將步驟s2得到的帶有傳感層的柔性電極在限制擴(kuò)散層外膜溶液中浸凃多次，優(yōu)選2～5次，每次間隔6～20分鐘，完成后在20～35℃溫度下固化40～55小時(shí)，形成限制擴(kuò)散層，得到所述電化學(xué)傳感器。

34、所述氧化還原聚合物為化學(xué)結(jié)構(gòu)式(i)所示的化合物：

35、

36、式(i)中，r1和r2各自獨(dú)立的表示連接鍵，且r1和r2相同或不同；

37、m表示過渡金屬；

38、l1、l2、l3、l4、l5和l6各自獨(dú)立地表示配體，所述配體為雜環(huán)，并且通過所述雜環(huán)的雜原子與m配位結(jié)合；

39、x表示自組裝基團(tuán)；

40、y表示陰離子，

41、a表示整數(shù)；b表示陰離子的個(gè)數(shù)，為自然數(shù)；其中，b>a+1；

42、n、m以及r表示自然數(shù)，且n、m以及r之和為20以上；

43、e、g以及f表示整數(shù)；

44、所述自組裝基團(tuán)選自取代基取代或未取代的如下基團(tuán)中的一種：

45、

46、其中，c和d是1-16的整數(shù)；

47、所述自組裝基團(tuán)的取代基選自芐溴基、芐氯基、-f、-cl、-br、-i、-no2、-cooh、-so3h、-nh2、-oh、碳原子數(shù)為1-6的烷氧基或碳原子數(shù)為1-6的烷基中的一種。

48、本發(fā)明的有益效果是：

49、首先將親水性有機(jī)高分子聚合物接枝在工作電極表面，親水性有機(jī)高分子聚合物會(huì)與硅酸鎂鋁進(jìn)行自組裝復(fù)合，硅酸鎂鋁片層結(jié)構(gòu)間吸附親水性有機(jī)高分子聚合物，并且兩者間存在氫鍵結(jié)合作用，兩組分的自組裝會(huì)使硅酸鎂鋁的表面更加光滑。復(fù)合改性后的硅酸鎂鋁具有優(yōu)異的凝膠性能和流變性，能讓傳感層溶液滴涂在電極表面具有一致的浸潤角，可以有效減少酶和氧化還原聚合物之間的團(tuán)聚現(xiàn)象，避免顆粒之間形成較大的顆粒聚集體，傳感層表面均勻平鋪，確保滴涂面積的一致性，能夠得到均勻分散的傳感層，具有較好的成膜效果，從而減小酶活性的損失，提高傳感器的一致性、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。傳感器上的限制擴(kuò)散層具有生物相容性，可以拓寬傳感器的可監(jiān)測范圍，降低非特異吸附蛋白干擾，提高傳感器的使用時(shí)效性和穩(wěn)定性。