糖尿病是一個(gè)全球性的健康問題，可對(duì)心臟、腎臟和其他器官造成慢性損害。因此，監(jiān)測(cè)血液中葡萄糖的濃度對(duì)糖尿病患者的臨床診斷和日常護(hù)理具有重要意義。隨著電化學(xué)生物傳感器的快速發(fā)展，電化學(xué)葡萄糖傳感器可簡(jiǎn)單并迅速地測(cè)定血糖，因而已經(jīng)成為了一大研究熱點(diǎn)。

汗液中含有多種代謝產(chǎn)物，并且其組成與血液基本一致。因此，汗液中生化標(biāo)記物（例如葡萄糖、鈉鉀離子、乳酸等）的指標(biāo)濃度，可以很好地反映出血液中生化指標(biāo)的變化。此外，由于汗液易于獲得，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)葡萄糖濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。因此，汗液可穿戴傳感器是無創(chuàng)傳感器中研究最為廣泛的，目前已經(jīng)取得了一些令人鼓舞的成果。然而，復(fù)雜生物環(huán)境下的非特異性吸附和生物污染會(huì)導(dǎo)致生物傳感器靈敏度降低、響應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)、檢測(cè)誤差擴(kuò)大，甚至使傳感器失效。因此，迫切需要開發(fā)能夠有效抵抗復(fù)雜生物樣品非特異性吸附的抗污染生物傳感器。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期，中電科芯片技術(shù)（集團(tuán)）有限公司以及上海大學(xué)的研究人員利用3,4-乙烯二氧噻吩（EDOT）-磷酸膽堿（PC）與一定比例的羥基功能化3,4-乙烯二氧噻吩（EDOT-OH）共聚，并和葡萄糖氧化酶（GOx）一起電沉積到金（Au）片上，構(gòu)建了基于葡萄糖氧化酶的電化學(xué)葡萄糖傳感器。葡萄糖氧化酶電沉積在導(dǎo)電高分子中，與導(dǎo)電聚合物直接接觸，當(dāng)葡萄糖被氧化后，產(chǎn)生的電子可以直接被導(dǎo)電聚合物捕獲，使得制備的葡萄糖傳感器具有顯著的抗蛋白粘附的效果，從而進(jìn)一步呈現(xiàn)出良好的葡萄糖檢測(cè)性能。相關(guān)研究成果以“一種抗生物污染的導(dǎo)電高分子葡萄糖傳感器”為題發(fā)表在《傳感器與微系統(tǒng)》期刊上。

圖1 基于葡萄糖氧化酶的電化學(xué)葡萄糖傳感器的制備

功能化導(dǎo)電聚合物表面的抗粘附性能測(cè)試

為了考察EDOT-PC/EDOT-OH的不同共聚比例對(duì)葡萄糖傳感器抗牛血清蛋白（BSA）粘附性能的影響，研究人員使用石英晶體微天平（QCM），并利用空白芯片為對(duì)照，進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如圖2所示，與EDOT-PC/EDOT-OH共聚體（EDOT-PC-co-EDOT-OH）相比，空白芯片的諧振頻率下降了30 Hz左右，說明該芯片表面粘附了大量蛋白。而隨著EDOT-PC單體比例的不斷升高，葡萄糖傳感器的諧振頻率下降的程度越來越小，說明EDOT-PC-co-EDOT-OH抗蛋白粘附效果越來越好，并證明EDOT-PC具有良好的抗蛋白粘附作用。在EDOT-PC單體含量達(dá)到80%時(shí)，諧振頻率下降程度最?。ǖ陀? Hz）。因此，在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中，研究人員均采用了此共聚比例。

圖2 電化學(xué)葡萄糖傳感器功能化導(dǎo)電聚合物表面的抗粘附性測(cè)試

葡萄糖傳感器的電化學(xué)性能

在該研究中，研究人員取含有80% EDOT-PC單體的沉積液與10 g/L的葡萄糖氧化酶共沉積在金片上，構(gòu)建出葡萄糖傳感器。在-0.600 V ~ 1.046 V電壓下，采用三電極體系，用循環(huán)伏安法進(jìn)行電化學(xué)聚合，其聚合曲線如圖3（a）所示。隨后，研究人員選取了第1圈、第5圈、第10圈以及第15圈的聚合曲線進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果顯示，隨著圈數(shù)的不斷增加，氧化電流也隨之升高，說明導(dǎo)電聚合物的厚度在逐漸增加，與此同時(shí)，沉積在聚合物中的葡萄糖氧化酶也就越多。在0.75 V的電壓下，將不同聚合圈數(shù)的傳感器浸沒于同一葡萄糖濃度（5 mmol/L）的PBS溶液中進(jìn)行電化學(xué)檢測(cè)，結(jié)果如圖3（b）所示。隨著聚合圈數(shù)的增加，檢測(cè)到葡萄糖傳感器的電流變化強(qiáng)度也隨之增加，但是，當(dāng)聚合圈數(shù)過多時(shí)，會(huì)導(dǎo)致聚合物不穩(wěn)定，容易從金片上脫落，因此，選擇了15圈作為最優(yōu)聚合圈數(shù)。

圖3 葡萄糖傳感器的電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

葡萄糖傳感器的電化學(xué)響應(yīng)

在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，研究人員用計(jì)時(shí)電流法評(píng)估了葡萄糖傳感器對(duì)葡萄糖的響應(yīng)。在0.75 V的電壓下，對(duì)不同濃度的葡萄糖（0.05 mmol/L ~ 21 mmol/L）進(jìn)行檢測(cè)，其檢測(cè)結(jié)果如圖4所示。從圖4（a）中可以看出，葡萄糖濃度越高，基于EDOT-PC-co-EDOT-OH構(gòu)建的葡萄糖傳感器的電流響應(yīng)越大，且該傳感器有著較寬的線性范圍（0.05 mmol/L ~ 21 mmol/L）。此外，由圖4（b）可知，該傳感器對(duì)葡萄糖濃度響應(yīng)的相關(guān)系數(shù)（R2）非常接近1，進(jìn)一步說明該電化學(xué)傳感器對(duì)葡萄糖有著良好的響應(yīng)。

圖4 電化學(xué)葡萄糖傳感器對(duì)不同濃度葡萄糖的電化學(xué)響應(yīng)

電化學(xué)葡萄糖傳感器的抗蛋白粘附性能

最后，為了進(jìn)一步證明該葡萄糖傳感器能夠用于實(shí)際汗液中的葡萄糖檢測(cè)，研究人員配制了含有1 g/L牛血清蛋白的葡萄糖（10 mmol/L）PBS溶液作為檢測(cè)液，在0.75 V的電壓下，進(jìn)行傳感器抗蛋白粘附性能的測(cè)試。同時(shí)，利用未含牛血清蛋白的同濃度葡萄糖PBS溶液作為對(duì)照組，比較了該電化學(xué)葡萄糖傳感器對(duì)添加了牛血清蛋白和未添加牛血清蛋白的葡萄糖溶液的響應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度。響應(yīng)結(jié)果如圖5所示，從圖中可以看出，在添加葡萄糖溶液后，傳感器在2種狀態(tài)下均有著明顯的信號(hào)響應(yīng)，在界面穩(wěn)定之后，二者響應(yīng)信號(hào)幾乎一致，說明傳感器具有良好的抗蛋白粘附性能。

圖5 葡萄糖傳感器抗蛋白粘附性能測(cè)試

綜上所述，該研究利用共沉積法將葡萄糖氧化酶包裹在EDOT-PC-co-EDOT-OH的三維網(wǎng)絡(luò)里，共同沉積到金片上，構(gòu)建出電化學(xué)葡萄糖傳感器。該方法能夠使得葡萄糖氧化酶和導(dǎo)電聚合物直接接觸，進(jìn)行快速的電子傳遞。該傳感器不僅對(duì)葡萄糖有著良好的電化學(xué)響應(yīng)（0.05 mmol/L ~ 21 mmol/L），且當(dāng)EDOT-PC與EDOT-OH單體物質(zhì)的量比為4:1時(shí)，傳感器具有優(yōu)異的抗蛋白粘附效果。因此，該電化學(xué)葡萄糖傳感器可滿足在汗液中檢測(cè)葡萄糖的需求，并為柔性可穿戴汗液傳感器的構(gòu)建提供了一定技術(shù)基礎(chǔ)。

審核編輯：劉清