微流控芯片电化学葡萄糖检测方法研究

论文摘要

糖尿病是影响人类健康的常见病,以高血糖为主要标志。监测血糖浓度是糖尿病诊断和治疗过程中的一个重要组成部分。理想的葡萄糖生物传感器应该具有选择性高、速度快、操作简便、成本低等特点,微型化和便携化是其发展的一个重要方向。微流控芯片分析技术的出现为生物传感器的小型化及试样与试剂消耗的降低提供了新的发展契机。本论文对生物传感器,特别是葡萄糖生物传感方法的研究现状进行了综述,对其存在的问题进行了分析,提出采用毛细管微酶反应器与微流控芯片电化学检测池连用的方法实现通常以修饰电极法进行葡萄糖检测的可能性。基于微流控芯片电化学池建立了一个流动葡萄糖检测系统。首先利用吸附、共价键合、凝胶包埋、交联等固定化酶方法,将葡萄糖氧化酶（GOD）固定在石英毛细管内壁（i.d.250μm）,制成毛细管微酶反应器,与微流控芯片电化学检测池连接,实现了对少量葡萄糖溶液的流动测定。固定化酶表观米氏常数（Km）为15.24 mmol/L,在0.5～10.0 mmol/L范围内呈现良好的线性（R=0.9976）,检出限0.25 mmol/L （S/N=3）,相对标准偏差（RSD）为2.8%（n=9）。通过壳聚糖的引入增强了葡萄糖氧化酶的固定化性能,Cu2+、Pb2+、Cd2+、Cr3+四种重金属离子对酶的抑制作用明显缓解,固定化酶的表观米氏常数Km=10.94 mmol/Lo该电化学葡萄糖传感系统在0.25～10.0 mmol/L范围内呈现良好的线性（R=0.9988）,检出限为0.1 mmol/L （S/N=3）, RSD=4.2%（n=9）。对血浆样品中的葡萄糖进行了测定,取得了96～106%的高回收率,与市售血糖仪测定结果无显著性差异（P=95%）。本论文亦在所建立的检测系统中引入电子传递媒介体对苯醌以降低抗坏血酸对葡萄糖测定过程的干扰作用。对苯醌浓度0.01 mol/L时,该法在0.2～3.0 mmol/L内的线性相关系数为0.9982,‘相对标准偏差RSD=4.1%（n=11）。用该方法测定了血浆中葡萄糖的浓度,加标回收率在96～102%之间,与市售血糖仪测定结果进行了比较无显著性差异（P=95%）。该系统具有小型、连续、样品用量少以及分析速度快等特点,通过系统优化有可能成为新型葡萄糖电化学检测系统,并在生产过程监测及诊断和治疗中得到应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 引言
• 1.1 微流控芯片
• 1.1.1 微流控芯片概述
• 1.1.2 微流控芯片分析系统的优点
• 1.1.3 微流控芯片检测方法
• 1.2 生物传感器
• 1.2.1 生物传感器概述
• 1.2.2 生物传感器原理
• 1.2.3 生物传感器分类
• 1.2.4 生物传感器酶的固定化
• 1.2.5 生物传感器的应用
• 1.3 论文工作目的及设计思想
• 第二章 微流控芯片葡萄糖电化学检测方法建立
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 仪器与试剂
• 2.2.2 微流控芯片葡萄糖传感器制备
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 微流控芯片电解池电极性质
• 2.3.2 微流控芯片葡萄糖生物传感器的电极行为
• 2.3.3 葡萄糖传感器系统工作条件优化
• 2.3.4 传感器工作范围
• 2.3.5 米氏常数
• 2.3.6 石英毛细管酶反应器稳定性
• 2.3.7 重金属离子对葡萄糖氧化酶的抑制
• 2.4 小结
• 第三章 毛细管微反应器酶固载方法的改进
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 仪器与试剂
• 3.2.2 微流控电化学检测池及石英毛细管固定化酶反应器制备
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 循环伏安扫描
• 3.3.2 系统工作条件优化
• 3.3.3 传感器工作范围
• 3.3.4 米氏常数
• 3.3.5 石英毛细管固定化酶反应器稳定性
• 3.3.6 回收率实验
• 3.3.7 金属离子对葡萄糖氧化酶的抑制
• 3.3.8 实际样品检测
• 3.4 小结
• 第四章 对苯醌电子传递媒介体的葡萄糖检测方法
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 仪器与试剂
• 4.2.2 微流控电化学检测器及石英毛细管固定化酶反应器制备
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 工作条件优化
• 4.3.2 葡萄糖生物传感器工作范围
• 4.3.3 石英毛细管酶反应器稳定性
• 4.3.4 加标回收率
• 4.3.5 抗坏血酸影响
• 4.3.6 实际样品检测
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢