介入式電化學(xué)血糖監(jiān)測(cè)傳感器的研究.pdf

1、隨著人們生活水平的提高和老年人口的增加，糖尿病發(fā)病率呈上升趨勢(shì)，已成為僅次于心血管病和癌癥的第三大危險(xiǎn)疾病。動(dòng)態(tài)血糖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)連續(xù)地監(jiān)測(cè)血糖濃度，控制胰島素釋放，有效減少和降低胰島素依賴性的糖尿病患者低血糖癥和高血糖癥的并發(fā)癥的發(fā)生。
　　目前皮下植入式的連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)傳感器植入后僅能有效工作幾天，3-5天后，傳感器的靈敏度和線性度下降，基線也有較大的漂移。植入式傳感器在體內(nèi)的失效主要是由以下幾個(gè)原因造成的:1.炎癥反應(yīng)、排異

2、反應(yīng)引起的生物污染，這是由于傳感器的生物相容性造成的，該過(guò)程中，免疫細(xì)胞貼附在傳感器表面，一方面影響葡萄糖的擴(kuò)散，同時(shí)消耗傳感器周?chē)钠咸烟?，另一方面，免疫?xì)胞分泌水解蛋白酶和自由基，對(duì)傳感器造成損壞。2.酶失效，這是由傳感器本身的性能不穩(wěn)定造成的，如酶流失，酶失活，酶活性受到抑制等。
　　本文針對(duì)植介入式葡萄糖傳感器壽命較短的問(wèn)題，重點(diǎn)從傳感器的結(jié)構(gòu)和性能設(shè)計(jì)兩個(gè)方面入手，改善了植介入式葡萄糖傳感器壽命。論文的主要工作內(nèi)容和創(chuàng)新

3、如下:
　　1.使用多孔納米金對(duì)葡萄糖氧化酶進(jìn)行固定化。通過(guò)將金基底電極浸泡在NaOH溶液中，施加方波電壓，利用金在NaOH溶液中的氧化還原過(guò)程中產(chǎn)生的氣體對(duì)電極表面進(jìn)行重建，形成多孔納米金結(jié)構(gòu)。對(duì)表面重建的條件進(jìn)行優(yōu)化，包括重建的雙向電壓，重建時(shí)間等，得到結(jié)構(gòu)疏松，孔洞均勻的多孔納米金電極。在金電極表面電沉積鉑納米顆粒，提高電極的催化性能，探索了鍍鉑時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)傳感器靈敏度的影響，得到了優(yōu)化的鍍鉑條件。
　　2.首次提出了利

4、用生物相容性可降解材料聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)涂覆層來(lái)提高傳感器的壽命。材料涂覆在傳感器外層的一半?yún)^(qū)域。未涂覆降解材料的部分傳感器的靈敏度隨著時(shí)間變化慢慢降低，而涂覆了降解材料的部分傳感器在初始時(shí)靈敏度幾乎為零，隨著材料的降解，初始被覆蓋的酶被釋放出來(lái)，代替已經(jīng)失活或者流失的酶參與催化反應(yīng)，由此形成酶釋放的接力機(jī)制，提高傳感器的穩(wěn)定性。涂覆有該降解材料的傳感器在37℃PBS中浸泡25天之后仍保持有75％的靈敏度，比未包裹降解材

5、料的傳感器壽命有很大提高。
　　3.引入導(dǎo)電聚合物聚苯胺，利用其納米纖維網(wǎng)絡(luò)的巨大比表面積和多孔特性，提高酶的固定量。利用聚苯胺納米纖維固定酶制作成的傳感器的靈敏度為4uAmM-1 cm-2，線性度可達(dá)0-14 mM，基本可滿足高血糖病人的測(cè)量需求。該傳感器在模擬人體環(huán)境37℃血清中浸泡44天之后仍保留45％的靈敏度，比現(xiàn)有文獻(xiàn)中報(bào)道的傳感器在血清中的壽命有很大的提高。在基于聚苯胺的傳感器的基礎(chǔ)上，涂覆PLGA可降解材料后，傳感器

6、在37℃血清中浸泡44天之后仍保留80％的靈敏度，基本能滿足植入體內(nèi)的壽命要求。
　　4.使用不銹鋼基底的電極替代金電極，從而滿足傳感器植入的硬度要求，優(yōu)化了在不銹鋼基底上的工藝條件，如電沉積鉑的時(shí)間與電壓，聚合聚苯胺納米纖維的時(shí)間和電流等，并在不同的工作電壓下測(cè)試了優(yōu)化后的傳感器的靈敏度，線性度，抗干擾性等參數(shù)，并選擇了最佳的工作電壓。在不銹鋼基底上制作的傳感器在0.6 V的工作電壓下，靈敏度約為1 uA mM-1 cm-2，線

7、性度為0-25 mM，對(duì)尿酸，抗壞血酸和醋氨酚有較好的抗干擾性。
　　5.對(duì)三電極系統(tǒng)進(jìn)行封裝，并在體外血清中施加電壓連續(xù)測(cè)試24小時(shí)，觀測(cè)其穩(wěn)定性，結(jié)果顯示，在連續(xù)測(cè)試的情況下，傳感器24小時(shí)的信號(hào)波動(dòng)為100nA，相當(dāng)于1mM的葡萄糖濃度變化引起的電流變化值，信號(hào)的波動(dòng)可以通過(guò)指尖采血進(jìn)行校準(zhǔn)。將電極植入大鼠體內(nèi)，植入后第6天和第11天對(duì)植入電極進(jìn)行在體測(cè)試，結(jié)果顯示，傳感器的電流變化能跟隨體內(nèi)血糖濃度的變化，并且傳感器在第6