一种含有自组装改性硅酸镁铝的传感层及其传感器和制备方法与流程

本发明涉及电化学传感器，具体涉及一种含有自组装改性硅酸镁铝的传感层及其传感器和制备方法。

背景技术：

1、目前，糖尿病在我国已经成为继心血管疾病和癌症之后第三大致死疾病，中国糖尿病患者将近1.3亿位居全球第一，且糖尿病患病率呈倍数增长。糖尿病是一种遗传因素和环境因素长期共同作用所致的慢性、全身性、代谢性疾病，以血浆葡萄糖水平升高为特征。其主要是因为体内胰岛素分泌不足或者作用障碍引起的糖、脂肪、蛋白质代谢紊乱而影响正常生理活动的一种疾病。

2、目前主要的测试血糖方法是用体外葡萄糖监测试纸来采集指尖血，患者每日需要多次扎破手指才能知道某一时刻的血糖值，这种做法无法体现血糖实时浓度变化和趋势变化，也会对患者造成身体伤害。而持续葡萄糖监测系统能在使用时间内实时显示用户血糖变化，使用方式更加快捷轻便，为患者和医护诊疗提供详细的血糖数据支持。持续葡萄糖监测系统的电化学反应原理，是通过固定在传感器上的生物酶，如葡萄糖氧化酶，经植入到皮下组织中，测量组织液中的葡萄糖浓度。葡萄糖氧化酶测量的电信号，通过cgms的发射器或接收器，以及算法处理，将电信号转化为葡萄糖浓度，显示到显示器或者软件里，形成葡萄糖监测图。

3、葡萄糖电化学传感器需要有较高的准确性才能满足实时监控血糖需求，这对传感器初始灵敏度的一致性和稳定性是一项巨大的挑战，所以保证传感层的一致性在葡萄糖电化学传感器批量生产过程中十分重要。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对上述问题，提供一种团聚现象少，稳定性高，一致性高、滴涂面积较好控制的传感层及其传感器以及其制备方法。

2、本发明为了实现其目的，采用的技术方案是：

3、本发明的第一方面提供一种含有自组装改性硅酸镁铝的传感层，用于制备电化学传感器，所述电化学传感器包括柔性电极，所述传感层是通过在柔性电极的工作电极上接枝有亲水性有机高分子聚合物而得到的改性层上滴涂与所述改性层能够自组装改性的传感层溶液形成；

4、所述传感层溶液包括氧化还原聚合物、工具酶、交联剂a、硅酸镁铝，氧化还原聚合物:工具酶:交联剂a:硅酸镁铝的质量比为15～40:20～45:5～30:1～10。

5、优选地，所述亲水性有机高分子聚合物选自聚烯丙基胺、聚乙二醇、聚乙烯亚胺、聚酰胺-胺树状聚合物、聚(l-赖氨酸)中的一种或多种；

6、所述氧化还原聚合物为含有过渡金属的氧化还原聚合物，所述过渡金属包括钌、铑、锇；

7、所述工具酶选自葡萄糖脱氢酶、葡萄糖氧化酶、尿酸酶、乳酸氧化酶、胆固醇氧化酶；

8、所述交联剂a选自1，4-丁二醇二缩水甘油醚，聚(二甲基硅氧烷)-二缩水甘油醚、戊二醛、聚乙二醇二缩水甘油醚、四环氧丙基-4，4-二氨基二苯甲烷或丙三醇三缩水甘油醚中的一种或多种；优选交联剂a为mw＝200da-5000da的聚乙二醇二缩水甘油醚，优选mw＝400da。

9、优选地，所述氧化还原聚合物:工具酶:交联剂a:硅酸镁铝的质量比为35～40:20～35:20～30:4～10，优选为35～40:25～35:25～30:5～10，更优选为39:31:25:5；

10、所述传感层溶液中氧化还原聚合物的浓度为2～5mg/ml，优选2～4.5mg/ml，更优选为3.0～4.5mg/ml。

11、本发明的第二方面提供一种传感层的制备方法，所述传感层为上述任一项所述的含有自组装改性硅酸镁铝的传感层，所述制备方法包括如下步骤：

12、s1、在柔性电极的工作电极上利用等离子体引发接枝亲水性有机高分子聚合物得到改性层；

13、s2、将传感层溶液滴涂至所述改性层上，交联固化后得到所述传感层。

14、上述的传感层的制备方法，所述在柔性电极的工作电极上利用等离子体引发接枝亲水性有机高分子聚合物得到改性层包括：

15、将柔性电极用空气等离子体处理后，将柔性电极浸泡在浓度为25～40mg/ml且温度为35～40℃的亲水性有机高分子聚合物水溶液中浸泡14～20小时后，用纯化水浸泡电极20～30小时后取出晾干30～40分钟，在柔性电极的工作电极上形成所述改性层。

16、上述的传感层的制备方法，所述将传感层溶液滴涂至所述改性层上，交联固化后得到所述传感层包括如下步骤：

17、s2.1、配制传感层溶液：采用溶剂a配制氧化还原聚合物、工具酶、交联剂a、硅酸镁铝的混合溶液，充分混匀后得到传感层溶液；所述溶剂a为hepes缓冲液或者tes缓冲液；优选所述hepes缓冲液的浓度为5～20mmol/l，ph为7.5～8.2；

18、s2.2、制备传感层：将配制的传感层溶液滴涂至步骤s1得到的改性层表面，在温度为20～30℃下交联固化20～28小时后得到所述传感层。

19、本发明的第三方面提供一种电化学传感器，包括：柔性电极，所述柔性电极包括基材、工作电极、对电极以及参比电极，其中，

20、所述工作电极和所述对电极分别设置于所述基材的两侧，所述对电极的远离所述基材的一侧设置有电介质层，所述工作电极的远离所述基材一侧设置所述参比电极，所述工作电极与所述参比电极之间设有所述电介质层，所述参比电极的远离所述工作电极的一侧设置有所述电介质层；

21、所述工作电极的表面具有未设置电介质层和参比电极的裸露部，在所述裸露部的表面依次涂覆有改性层和传感层；

22、还包括限制扩散层，所述限制扩散层包裹传感层以及电介质层、参比电极、对电极的裸露部；

23、所述改性层和传感层是上述任一项中所述的改性层和传感层或是根据上述任一项所述的制备方法制备得到的改性层和传感层。

24、优选地，上述的电化学传感器，

25、所述限制扩散层源自含氮杂环基团的聚合物和交联剂b；

26、所述含氮杂环基团的聚合物选自聚乙烯吡啶、聚乙烯吡咯、聚乙烯吡啶-苯乙烯共聚物、磺酸基修饰的聚乙烯吡啶-苯乙烯共聚物中的一种或多种；

27、所述交联剂b选自三缩水甘油基对氨基苯酚、聚乙二醇二缩水甘油醚、四环氧丙基-4,4'-二氨基二苯甲烷、三(4-羟基苯基)甲烷三缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚中的一种或多种；优选交联剂b为mw＝200da-5000da的聚乙二醇二缩水甘油醚，优选mw＝200da；

28、含氮杂环基团的聚合物和交联剂b的质量比为7～9.9:0.1～3，优选为9:1。

29、本发明的第四方面提供一种上述的电化学传感器的制备方法，包括如下步骤：

30、s3、将步骤s2得到的带有传感层的柔性电极在限制扩散层外膜溶液中浸凃，取出后在20～35℃温度下固化，形成限制扩散层，得到所述电化学传感器。

31、优选地，所述步骤s3包括如下步骤：

32、s3.1、配制限制扩散层外膜溶液：以溶剂b作为溶剂，制备含氮杂环基团的聚合物和交联剂b的混合液，得到限制扩散层外膜溶液；所述溶剂b为tes缓冲液，或者为无水乙醇和hepes缓冲液的混合液，优选溶剂b由无水乙醇和hepes缓冲液按照体积比2～10:1混合得到，所述hepes缓冲液的浓度为5～20mmol/l，ph为7.5～8.2；限制扩散层外膜溶液中含氮杂环基团的聚合物的浓度为40～80mg/ml，优选为50～70mg/ml；

33、s3.2、制备限制扩散层：将步骤s2得到的带有传感层的柔性电极在限制扩散层外膜溶液中浸凃多次，优选2～5次，每次间隔6～20分钟，完成后在20～35℃温度下固化40～55小时，形成限制扩散层，得到所述电化学传感器。

34、所述氧化还原聚合物为化学结构式(i)所示的化合物：

35、

36、式(i)中，r1和r2各自独立的表示连接键，且r1和r2相同或不同；

37、m表示过渡金属；

38、l1、l2、l3、l4、l5和l6各自独立地表示配体，所述配体为杂环，并且通过所述杂环的杂原子与m配位结合；

39、x表示自组装基团；

40、y表示阴离子，

41、a表示整数；b表示阴离子的个数，为自然数；其中，b>a+1；

42、n、m以及r表示自然数，且n、m以及r之和为20以上；

43、e、g以及f表示整数；

44、所述自组装基团选自取代基取代或未取代的如下基团中的一种：

45、

46、其中，c和d是1-16的整数；

47、所述自组装基团的取代基选自苄溴基、苄氯基、-f、-cl、-br、-i、-no2、-cooh、-so3h、-nh2、-oh、碳原子数为1-6的烷氧基或碳原子数为1-6的烷基中的一种。

48、本发明的有益效果是：

49、首先将亲水性有机高分子聚合物接枝在工作电极表面，亲水性有机高分子聚合物会与硅酸镁铝进行自组装复合，硅酸镁铝片层结构间吸附亲水性有机高分子聚合物，并且两者间存在氢键结合作用，两组分的自组装会使硅酸镁铝的表面更加光滑。复合改性后的硅酸镁铝具有优异的凝胶性能和流变性，能让传感层溶液滴涂在电极表面具有一致的浸润角，可以有效减少酶和氧化还原聚合物之间的团聚现象，避免颗粒之间形成较大的颗粒聚集体，传感层表面均匀平铺，确保滴涂面积的一致性，能够得到均匀分散的传感层，具有较好的成膜效果，从而减小酶活性的损失，提高传感器的一致性、稳定性和准确性。传感器上的限制扩散层具有生物相容性，可以拓宽传感器的可监测范围，降低非特异吸附蛋白干扰，提高传感器的使用时效性和稳定性。

技术特征：

1.一种含有自组装改性硅酸镁铝的传感层，用于制备电化学传感器，所述电化学传感器包括柔性电极，其特征在于：所述传感层是通过在柔性电极的工作电极上接枝有亲水性有机高分子聚合物而得到的改性层上滴涂与所述改性层能够自组装改性的传感层溶液形成；

2.根据权利要求1所述的传感层，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的传感层，其特征在于：

4.一种传感层的制备方法，所述传感层为权利要求1至3任一项所述的含有自组装改性硅酸镁铝的传感层，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述在柔性电极的工作电极上利用等离子体引发接枝亲水性有机高分子聚合物得到改性层包括：

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述将传感层溶液滴涂至所述改性层上，交联固化后得到所述传感层包括如下步骤：

7.一种电化学传感器，其特征在于，包括：柔性电极，所述柔性电极包括基材、工作电极、对电极以及参比电极，其中，

8.根据权利要求7所述的电化学传感器，其特征在于：

9.一种权利要求7或8所述的电化学传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s3包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种含有自组装改性硅酸镁铝的传感层及其传感器和制备方法，本发明的含有自组装改性硅酸镁铝的传感层，是通过在柔性电极的工作电极上接枝有亲水性有机高分子聚合物而得到的改性层上滴涂与改性层能够自组装改性的传感层溶液形成；传感层溶液包括氧化还原聚合物、工具酶、交联剂A、硅酸镁铝，氧化还原聚合物:工具酶:交联剂A:硅酸镁铝的质量比为15～40:20～45:5～30:1～10。本发明将亲水性有机高分子聚合物接枝在工作电极表面，亲水性有机高分子聚合物会与硅酸镁铝进行自组装复合，复合改性后的硅酸镁铝具有优异的凝胶性能和流变性，具有较好的成膜效果，能够提高传感器的一致性、稳定性和准确性。

技术研发人员：佟振浩,方凯,刘翔,崔瑞,王娟
受保护的技术使用者：江西司托迈医疗科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5