【儀表網 研發(fā)快訊】葡萄糖檢測和實時連續(xù)監(jiān)測，對于糖尿病等疾病的診斷和預防以及制糖和發(fā)酵過程中的可控生產至關重要。在這一過程中，以葡萄糖氧化酶(Gox)、普魯士藍(PB)、電極為核心的葡萄糖生物傳感設備頗具前景。近日，中國科學院過程工程研究所生化工程國家重點實驗室開發(fā)出具有鄰域納米結構的新型三維(3D)介孔生物傳感膜，提高了葡萄糖生物傳感設備中傳感區(qū)域面積、PB利用率以及底物對傳感區(qū)域可及性，具有優(yōu)異的靈敏度和長期穩(wěn)定性。相關研究成果發(fā)表在《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)上。
 

　　由于PB形成速率快且極易團聚，使其在電極上的合成和分布難以控制，導致PB高密度無序堆積，形成傳感區(qū)域面積小、PB利用率低且空間位阻大的逐層分布傳感結構，傳感靈敏度低且穩(wěn)定性差。
 

　　針對上述問題，萬印華團隊以單寧酸-3-氨丙基三乙氧基硅烷-鐵(TA-APTES-Fe)三元涂層作為結構導向劑，調控PB的固定化位置和組裝速率，分別通過配位和共價作用將PB和GOx相鄰固定在3D介孔碳納米管(CNTs)膜電極中，制備出具有鄰域納米結構的介孔生物傳感膜。與逐層縱向分布的生物傳感器相比，新型傳感膜將傳感區(qū)域從2D平面擴展到3D介孔膜電極中，從而提高了PB的利用率以及葡萄糖和過氧化氫(H2O2)對傳感區(qū)域的可及性。同時，這一結構拉近了級聯傳感單元間的距離，從而縮短H2O2到達傳感界面的擴散距離，有效抑制H2O2向主體溶液中的擴散，降低其無效耗散。實驗數據表明，在流通模式下，新型傳感膜的靈敏度高達31.2 μA mM-1，可穩(wěn)定連續(xù)監(jiān)測蔗汁中的葡萄糖濃度長達8小時無電流響應漂移。
 

　　針對生物傳感器污染問題，該團隊基于PB的pH響應多酶活性，提出了利用GOx-PB級聯反應依次產生微氣泡和芬頓氧化來模擬“疏松-降解”膜清潔過程。原位產生的微氣泡帶來的剪切作用有助于疏松膜表面污染層，進而增加自由基對污染物的可及性，從而實現被污染的生物傳感膜的自清潔。
 

　　研究工作得到國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學基金的支持。
 

　　圖1.受細胞膜上電子傳遞鏈結構啟發(fā)，開發(fā)具有鄰域納米結構的三維介孔生物傳感膜示意圖。
 

圖2.生物傳感膜“疏松-降解自清潔機制”示意圖。