基于单针三电极的动态血糖传感器研制

研制了一种基于单根空心微针的新型植入式葡萄糖传感器,用于对人体血糖变化趋势进行连续监测.单根空心微针由结构相同的两个沿轴向磨去半边的不锈钢针管通过绝缘胶粘结而成,其分别作为传感器的工作电极与辅助电极;参比电极是置于该微针通孔之中的Ag/AgCl细丝;葡萄糖氧化酶( GOD)置于针尖的通孔处.测试结果表明:传感器的线性范围为3~22 mmol/L,灵敏度为1. 11μA/mmol/L,响应时间为10 s,且具有较好的抗干扰性.     

计算机模拟优化的葡萄糖传感器阵列

介绍一种可植入的葡萄糖传感器阵列的设计和计算机模拟优化。葡萄糖传感器采用固定葡萄糖氧化酶层的氧电极和氧参比电极。考虑到葡萄糖传感器的使用寿命，本设计采用氧电极阵列。用计算机对氧电极阵列的氧电极排列的间距和相互影响进行了计算机模拟优化。考虑到葡萄糖传感器在体植入环境的氧浓度较低，而葡萄糖浓度较高，所以采用特殊的膜的结构，以提高葡萄糖传感器的测量范围，并用计算机模拟优化了膜的结构尺寸。     

用于无创检测皮下葡萄糖的新型生物传感器研究

以无创检测人体血糖为应用需求,采用高灵敏度锇氧化还原聚合物修饰在薄膜电极上,并通过戊二醛交联法固定酶分子制备成新型生物传感器。实验结果表明:在0~700μmol/L的葡萄糖标准浓度范围内,传感器灵敏度为23.955 nA/(μmol.L-1),最低检测限为0.3μmol/L,相关系数为0.999;在标准皮下葡萄糖浓度0~19mmol/L浓度范围内,被抽取出的葡萄糖电流响应值与皮下葡萄糖的浓度成线性关系,线性相关系数为0.994,灵敏度为4.03 nA/(mmol.L-1);单只传感器对100μmol/L葡萄糖检测的精度为4.07%(n=10),不同传感器之间对100μmol/L葡萄糖测量的精度为3.22%(n=10),在4℃条件下,传感器的寿命可达450 d。     

基于多电极的混合溶液中糖组分检测系统设计及应用研究

糖类是人体必需的能量物质,但过量摄入糖也容易导致多种疾病.所以许多研究人员对某一种糖的定量检测探究了多种不同的方法.然而在自然状态下,糖类并不是单一存在的.本文提出了一种可以在混合糖类溶液中测定各糖类浓度的电化学传感器.本文采用传统的三电极体系,采用Ag/AgCl(饱和KCl)电极作为参比电极,铂片电极作为对电极,工作电极分别采用泡沫镍电极、铜膜电极和铜片电极三种电极.采用伏安循环法(CV)和电流时间法(i-t)检测了混合溶液的电化学响应,混合溶液含不同浓度和比例的葡萄糖、果糖和蔗糖,并采用梯度提升树(GBDT)通过对检测数据进行分析和建模来实现定量检测.结果证明本传感器具有较好的检测效果,检测范围为0.25 mmol/mL～4.76 mmol/mL,平均误差为4.49％.本方法具有响应速度快、检测方便、灵敏度高等优点.为混合溶液中糖类含量的检测提供了一种新的思路.     

基于螺旋型铂铱合金电极的植入式葡萄糖生物传感器

采用螺旋型铂铱合金电极设计,旨在提高植入式葡萄糖生物传感器的葡萄糖氧化酶担载量并增大工作电极的电化学活性面积.以扫描电镜(SEM)观察聚氨酯(Polyurethane,PU)半透膜的形貌,采用循环伏安法(CV)和计时电流法(I-T)考察PU涂覆厚度、PU含量以及酶含量等参数对传感器电化学性能的影响,结果表明:所制备的螺旋型传感器灵敏度在20 nA/(mmol/L)~30 nA/(mmol/L),可在人体生理条件范围内线性检测(2 mmol/L~30 mmol/L)葡萄糖浓度,并且具有良好的重现性、稳定性和选择性,符合电极长期植入式需求,有望作为今后糖尿病患者血糖连续监测的关键器件.     

电化学CO气体传感器及其敏感特性

介绍了电化学CO气体传感器的结构,辅助电极、Ag/AgCl参比电极的制作以及工作电极的修饰和制作方法,研究了该传感器对CO气体的敏感特性。实验结果显示:活化处理后的Pt溶胶修饰的Pt丝微电极对CO气体有良好的敏感特性,CO氧化峰尖锐、峰形良好,在低浓度范围内,其峰电流与CO的浓度成良好的线性关系,表明此传感器适于定量检测CO的浓度。     

PAMAM-SiO2复合纳米颗粒增强的葡萄糖传感器

将PAMAM-SiO2复合纳米颗粒和葡萄糖氧化酶通过壳聚糖-SiO2溶胶-凝胶固定于普鲁士蓝修饰的工作电极表面,然后以自制铂片电极为对电极、甘汞电极为参比电极,组成三电极体系,测定电镀废水中重金属离子的浓度.考察了电极的选择、葡萄糖氧化酶的固定量、复合颗粒的修饰量、温度、缓冲溶液的pH值、扫描速率等因素对葡萄糖传感器响应信号的影响.实验结果表明:选用铂盘电极、葡萄糖氧化酶固定量为4.9 U、添加浓度为1.5mmol/L纳米复合颗粒3.5 μL、在25℃、pH 6.64、扫描速率为20mV/s的条件下进行测量,响应电流最大.检测Hg2+时,传感器的线性响应范围为2.5-22.5μmol/L,检出限为2.5×10-5mol/L,相关系数为O.97(n=9).     

基于有机-无机杂化材料和铂电极的葡萄糖氧化酶电极的研究

在制备由聚乙烯醇和二氧化硅溶胶凝胶掺杂而成的有机-无机杂化材料的基础上,将葡萄糖氧化酶用此杂化材料包埋固定在铂盘电极上,利用修饰电极对过氧化氢的电催化还原特性,制得了高性能的安培型葡萄糖氧化酶电极.此酶电极可以在0.05 V(vs SCE)下对葡萄糖进行测定,有效地消除了抗坏血酸和尿素的干扰.最适pH值为7.0,载酶量为6%.在选定的工作条件下,此酶电极的灵敏度和线性范围分别为211 nA/mmol·L-1和0.1～4.0 mmol·L-1,平均响应时间为2.8 s左右.     

基于碳纳米管修饰丝网印刷碳糊电极的葡萄糖和尿酸生物传感器

在丝网印刷碳糊电极上利用吸附法固定葡萄糖氧化酶或尿酸酶,并用碳纳米管进行修饰,铁氰化钾作为电子传递剂,制作用于测量人体血浆中葡萄糖和尿酸浓度的生物传感器.葡萄糖传感器的响应时间仅为5 s,响应电流范围为1.2～30μA,线性测量范围为1～33.3 mM,尿酸传感器响应时间为和电流范围分别为50 s,0.7～14μA,线形测量范围是2～20 mg/dL.用碳纳米管修饰酶电极,改善了电极表面条件,加快了电极反应速度,并提高了传感器的灵敏度.通过碳纳米管修饰电极,葡萄糖传感器的灵敏度从0.333 8μA/mM提高到0.843 2μA/mM,尿酸传感器的灵敏度从0.402 8μA/(mg/dL)提高到0.713 8μA/(mg/dL).     

基于电流型生物传感器的手持式多参数生化检测仪

通过物理吸附的方法将酶或一定的电子媒介体固定在工作电极上,制作了能识别一系列生化参数的电流型生物传感器,利用微弱信号采集技术,结合高性能微转换器和微控制器,设计制作了配合该系列传感器使用的多通道检测微仪表,以葡萄糖、乳酸和血色素溶液检测进行示范,说明了该检测仪具有多参数测量的功能,并能很方便地通过改变测量程序,实现对传感器特性的研究,该系统对葡萄糖溶液的检测,测量范围为1～25 mmol/L, 线性相关系数为0.989;对乳酸溶液的检测,测量范围为1～15 mmol/L,线性相关系数达到0.988.对血色素的测量,在浓度0～20 g/dL范围内与仪表测量的电流值具有较好的线性相关性.     

用于血糖无创检测的葡萄糖传感器研究

研制一种新型葡萄糖传感器,初步实现用于反离子电渗透技术提取皮下组织液的葡萄糖的浓度测量。用铁氰化钾作为电子媒介体,固定在聚环氧乙烷凝胶里的葡萄糖氧化酶与溶液中的葡萄糖催化氧化生成葡萄糖酸和亚铁氰化钾,通过检测该反应产生的氧化还原电流的大小来计算葡萄糖溶液的浓度。新型葡萄糖传感器的检测浓度范围2～22 mmol/L内线性度较好,传感器的一致性测试表明:同一传感器多次测量的偏差不超过2%,反应时间较短,接近于1 s。     

基于葡萄糖氧化酶-空壳钯修饰的新型葡萄糖传感器

制备了空壳钯纳米粒子,通过TEM对其空壳结构进行了表征。将空壳钯纳米粒子和葡萄糖氧化酶（GOD）修饰在玻碳电极（GC）表面,构建了新型的葡萄糖传感器。空壳钯纳米粒子对过氧化氢（H202）具有良好的催化还原作用,通过检测酶反应产生的H202可检测葡萄糖的浓度。在-0．3V工作电位下,在2．5×10＾－5mol／L到2．7...     

壳聚糖／葡萄糖氧化酶复合膜结合静电自组装技术制备葡萄糖生物传感器的研究

该文利用壳聚糖(chitosan,CS)结合静电自组装方法固定葡萄糖氧化酶(glucose oxidase,GOx)制备了复合膜修饰的酶电极,构建了一种新型的葡萄糖生物传感器,实验结果表明随着(CS/GOx)薄膜层数增加,产生的氧化电流升高,可以通过增加组装次数提高酶电极中GOx的量.实验得到(CS/GOx)6、(CS/GOx)9和(CS/GOx)12响应时间分别为6.4 s、8.5 s和13.0 s,线性浓度范围为7×10-4～1.3×10-2mol/L、4.2×10-4～1.6×10-2mol/L、1.4×10-4～1.9×10-2mol/L.传感器的工作曲线表明增加GOx的层数可以提高传感器的灵敏度,但同时延长了响应时间.     

基于小波去噪的神经网络软测量在血糖浓度估计中的应用

由于皮下间隙液葡萄糖的易测性和测量过程中传感器感染血液的低风险性, 皮下间隙液一直是血糖监测的首选位置. 但皮下间隙液葡萄糖浓度的变化总是滞后于血糖浓度的变化, 而且测量过程中会引入噪声, 不能准确地估测血糖值, 针对这一问题提出了一种基于小波去噪的神经网络软测量方法. 该方法先对与血糖相关的一些辅助变量进行去噪处理, 然后用来训练神经网络, 建立血糖软测量模型. 通过对1号、2号成年人采集的仿真数据进行实验, 结果表明, 运用该方法得到的测量结果比皮下间隙液葡萄糖值具有更小的均方根误差、更好的信噪比、以及更小的测量延时.     

A genetic programming-based regression for extrapolating a blood glucose-dynamics model from interstitial glucose measurements and their first derivatives

This paper illustrates the development and the applicability of an Evolutionary Computation approach to enhance the treatment of Type-1 diabetic patients that necessitate insulin injections. In fact, being such a disease associated to a malfunctioning pancreas that generates an insufficient amount of insulin, a way to enhance the quality of life of these patients is to implement an artificial pancreas able to artificially regulate the insulin dosage. This work aims at extrapolating a regression model, capable of estimating the blood glucose (BG) through interstitial glucose (IG) measurements and their numerical first derivatives. Such an approach represents a viable preliminary stage in building the basic component of this artificial pancreas. In particular, considered the high complexity of the reciprocal interactions, an evolutionary-based strategy is outlined to extrapolate a mathematical relationship between BG and IG and its derivative. The investigation is carried out about the accuracy of personalized models and of a global relationship model for all of the subjects under examination. The discovered models are assessed through a comparison with other models during the experiments on personalized and global data.     

一种低功耗无创血糖仪设计与性能测试

结合反离子电渗抽取原理,设计了一款基于MSP430F1611芯片的低功耗血糖仪,配合自制的三电极葡萄糖传感器,实现对组织液葡萄糖的无创抽取和低浓度葡萄糖的检测.该仪表采用MSP430F1611作为主芯片,对其它功能模块进行了低功耗设计,在3.7 V工作电压下最大工作电流降低至17.31 mA.设计了模拟实验和动物实验验证了该仪表的反离子电渗抽取和对低浓度葡萄糖的检测能力.仪表在模拟皮肤电阻阻抗小于80 kΩ时,可实现恒流抽取,当大于80 kΩ时,可实现恒压抽取.动物实验结果表明,可进行反离子电渗和检测.在葡萄糖浓度5~200 μmol/L范围内,仪表的响应电流与葡萄糖浓度呈现良好的线性关系,线性相关系数为0.9979,检测灵敏度达到15.619 nA(μmol/L)-1.仪表为动物实验研究奠定基础.     

无创血糖检测中不同葡萄糖浓度的介电- 频率响应特性研究

无创血糖检测技术具有无痛感、不易感染和可连续监测等优点,是血糖检测技术发展的重要 方向。为了研究在不同频率下、不同葡萄糖浓度对介电特性的影响,该文首先以不同葡萄糖浓度的 水溶液为研究对象,探索了 500 kHz～5 MHz 频率范围内不同葡萄糖浓度水溶液的介电-频率特性。 研究表明,葡萄糖水溶液在 500 kHz～5 MHz 的响应特性与高频下的响应特性不同。在该频段下,当 葡萄糖浓度不变时,水溶液的复介电常数的实部和虚部随着频率的增大而减小;当频率不变时,水 溶液的复介电常数的实部和虚部随着葡萄糖浓度的增大而减小。其次,该文还通过对复介电常数测量 值进行二阶 Debye 模型拟合,并对 Debye 模型中的参数进行了二次多项式拟合。拟合的决定系数均 高于 0.93,最终得出了葡萄糖浓度为 0～16% 水溶液的复介电常数在不同葡萄糖浓度和频率下的相关 函数,量化了葡萄糖水溶液的复介电常数与葡萄糖浓度及频率的关系。最后,通过建立包含皮肤、血 液、肌肉的无创血糖检测模型,并采用基于时域有限差分法对模型进行仿真分析。结果表明,接收电 极 2 与 3 之间的电压差值随着葡萄糖浓度的增加而线性增大,为基于 500 kHz～5 MHz 频率范围内的 无创血糖检测提供了一定的理论基础。     

Evaluation of amperometric glucose biosensors based on glucose oxidase encapsulated within enzymatically synthesized polyaniline and polypyrrole

In this article potential and suitability of enzymatically synthesized conducting polymers polyaniline (PANI) and polypyrrole (PPY) for fabrication of enzymatic amperometric glucose biosensors were evaluated. The polymerisation of these polymers was induced by catalytic activity of glucose oxidase (GOx) from Penicillium vitale cross-linked by glutaraldehyde (GA) on the graphite rod electrode (GOx-electrode) surface. The main precursors for initiation of polymerisation reactions were hydrogen peroxide as an initiator of polymerisation reaction and β-d-gluconic acid as a medium, which reduced the pH towards acidic one is the most suitable for the formation of PANI and PPY. During the polymerisation reactions the immobilized GOx was self-encapsulated within formed PANI or PPY layers in order to form GOx/PANI- and GOx/PPY-modified electrodes (GOx/PANI-electrode and GOx/PPY-electrode, respectively). Kinetic properties of GOx, which is acting as a biocatalyst in GOx/PANI- and GOx/PPY-electrodes, were studied and results were compared with GOx-electrode. The results show that in both GOx/PANI- and GOx/PPY-electrodes self-encapsulated GOx exhibited different parameters of catalysed reaction kinetics due to increasing diffusion limitations if compared with that of the GOx-electrode and it allowed the detection of glucose in a wider concentration interval. Moreover, both GOx/PANI- and GOx/PPY-electrodes exhibited good operational stability and reproducibility of analytical signal. The electrochemical characteristics of formed PANI and PPY in the GOx/PANI- and GOx/PPY-electrodes were also determined. In addition, the influence of temperature, pH and common interfering compounds on the steady-state current response of modified electrodes were investigated and discussed.