一种葡萄糖传感器及其制备方法

本发明属于生物传感器领域，尤其涉及一种实时无创体表检测血糖的葡萄糖传感器及其制备方法。

背景技术：

1、糖尿病是一种全球范围内的慢性疾病，其特征是体内血糖水平长期偏高，可能导致一系列严重的健康并发症，如心血管疾病、肾脏病、视网膜病变和神经损伤等。有效的血糖管理是糖尿病治疗的关键，通过实时监测血糖水平，糖尿病患者可以及时调整饮食、运动和药物治疗方案，维持血糖在目标范围内，预防并发症的发生。

2、传统的血糖监测方法主要依赖于指尖采血，通过血糖仪进行测量。然而，这种方法存在一定的局限性，如需要频繁刺破皮肤，可能引起疼痛和感染风险，同时对患者的依从性也构成挑战。随着科技的进步，无创或微创的血糖监测技术应运而生，旨在提供更为便捷和舒适的监测手段。

3、反离子电渗法(reverse iontophoresis)是一种基于电化学原理的无创检测技术，通过在皮肤表面施加微弱电流，驱动组织间隙液(interstitial fluid,isf)中的葡萄糖迁移到皮肤表面，然后进行检测。由于isf中的葡萄糖浓度与血糖浓度高度相关，反离子电渗法能够提供可靠的血糖水平信息，适用于实时监测。

4、相比于其他无创监测方法，反离子电渗法具有独特的优势。首先，该方法能够避免传统血糖监测中的疼痛和感染风险，显著提高患者的依从性。其次，反离子电渗法能够实现连续和实时的血糖监测，为患者和医疗专业人员提供及时的血糖数据，便于糖尿病管理和治疗方案的优化。此外，该技术还具有较高的灵敏度和特异性，能够准确反映血糖水平的变化。

5、近年来，随着材料科学和电化学技术的发展，反离子电渗法在血糖监测领域展现出巨大的应用潜力。通过优化电极材料和电化学检测方法，可以进一步提高该技术的检测精度和稳定性，为糖尿病患者提供更为高效和便捷的血糖监测手段。

技术实现思路

1、本发明为解决上述技术问题提供一种实时无创体表检测血糖的葡萄糖传感器及其制备方法。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种葡萄糖传感器，所述葡萄糖传感器包括基底，设置在所述基底上的工作电极，所述工作电极的表面依次设置有金纳米粒子层、染料层以及设置在所述染料层表面的第一水凝胶层，所述第一水凝胶层包括聚丙烯酰胺和聚乙烯醇形成的交联骨架以及分散在所述骨架中的葡萄糖氧化酶和mxene材料。

4、优选的，所述葡萄糖传感器还包括设置在所述基底上的参比电极及对电极，所述参比电极及对电极的表面分别设置有第二水凝胶层，所述第二水凝胶层包括聚丙烯酰胺和聚乙烯醇形成的交联骨架以及分散在所述骨架中的mxene材料。

5、优选的，所述染料层的材料选自普鲁士蓝。

6、优选的，所述mxene材料为ti3c2ohx或者ti3c2fx。

7、优选的，所述mxene材料为单片层mxene材料。

8、所述的葡萄糖传感器的制备方法，包括如下步骤：

9、通过盐酸与氟化锂的刻蚀作用制作单片层mxene的分散液；

10、将单片层mxene的分散液与聚丙烯酰胺、聚乙烯醇交联制作水凝胶前体；

11、通过计时电流法和循环伏安法先后在工作电极表面沉积金纳米粒子和染料，形成金纳米粒子层和染料层；

12、在水凝胶前体中加入葡萄糖氧化酶，得到第一水凝胶；

13、将所述第一水凝胶成胶前滴于所述染料层表面，形成第一水凝胶层。

14、优选的，所述水凝胶前体的制备步骤为：将丙烯酰胺单体、n,n'-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵溶解于聚乙烯醇溶液，然后加入四甲基乙二胺即得，所述聚乙烯醇与丙烯酰胺单体的质量比为1:10-1:14，n,n'-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵与聚乙烯醇的质量比为0.04-0.06:0.06-0.08:1。

15、优选的，所述水凝胶前体中mxene的浓度为0.5-2.5mg/ml，更优选为2-2.5mg/ml。

16、优选的，沉积金纳米粒子的时间为600～1200s。

17、优选的，沉积染料的沉积圈数为30～40圈。

18、与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

19、1.本发明使用新型高导电材料提升了水凝胶的导电性，有效降低了水凝胶的电阻，提升其检测能力，与传统指尖血方法检测范围在mmol/l相比，检测能力达到μmol/l级别。

20、2.传统的血糖监测依赖于穿刺采血的方式，给患者带来疼痛和感染的风险。本发明使用反离子电渗方法无创地检测组织间隙液中的葡萄糖，避免了传统方法需要刺破皮肤的弊端。

21、3.相比传统血糖监测方法，本发明无需进行穿刺，使得患者可以随时进行血糖监测，满足了实时监测血糖的需求。同时，由于无需取样，也减少了频繁检测血糖的困难。

技术特征：

1.一种葡萄糖传感器，其特征在于，所述葡萄糖传感器包括基底，设置在所述基底上的工作电极，所述工作电极的表面依次设置有金纳米粒子层、染料层以及设置在所述染料层表面的第一水凝胶层，所述第一水凝胶层包括聚丙烯酰胺和聚乙烯醇形成的交联骨架以及分散在所述骨架中的葡萄糖氧化酶和mxene材料。

2.如权利要求1所述的葡萄糖传感器，其特征在于，所述葡萄糖传感器还包括设置在所述基底上的参比电极及对电极，所述参比电极及对电极的表面均设置有第二水凝胶层，所述第二水凝胶层包括聚丙烯酰胺和聚乙烯醇形成的交联骨架以及分散在所述骨架中的mxene材料。

3.如权利要求1所述的葡萄糖传感器，其特征在于，所述染料层的材料选自普鲁士蓝。

4.如权利要求1或2所述的葡萄糖传感器，其特征在于，所述mxene材料为ti3c2ohx或者ti3c2fx。

5.如权利要求1或2所述的葡萄糖传感器，其特征在于，所述mxene材料为单片层mxene材料。

6.如权利要求1所述的葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述水凝胶前体的制备步骤为：将丙烯酰胺单体、n,n'-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵溶解于聚乙烯醇溶液，然后加入四甲基乙二胺即得，所述聚乙烯醇与丙烯酰胺单体的质量比为1:10-1:14，n,n'-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵与聚乙烯醇的质量比为0.04-0.06:0.06-0.08:1。

8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述水凝胶前体中mxene的浓度为2.0-2.5mg/ml。

9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，沉积金纳米粒子的时间为600～1200s。

10.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，沉积染料的沉积圈数为30～40圈。

技术总结本发明提供一种葡萄糖传感器及其制备方法。所述葡萄糖传感器包括基底，设置在所述基底上的工作电极，所述工作电极的表面依次设置有金纳米粒子层、染料层以及设置在所述染料层表面的第一水凝胶层，所述第一水凝胶层包括聚丙烯酰胺和聚乙烯醇形成的交联骨架以及分散在所述骨架中的葡萄糖氧化酶和MXene材料。本发明的葡萄糖传感器使用新型高导电材料提升了水凝胶的导电性，有效降低了水凝胶的电阻，提升其检测能力，与传统指尖血方法检测范围在mMol/L相比，检测能力达到μMol/L级别。技术研发人员：陈月月,李兆祥受保护的技术使用者：首都医科大学技术研发日：技术公布日：2024/9/12