1。3。2 葡萄糖电化学传感器简介

电化学传感器是生物电化学传感器之中的一种，跟其他生物传感器相比较，其以 低检测限、相应速度快、造价低等优势成为葡萄糖传感器行业的研究热门。电化学检 测大概可以分为两种，电压式与电流式，广泛应用于电化学检测领域。电压式传感器 的工作方式是利用参比电极与工作电极在电流为零的条件下的差值进行检测的，工作 电极的电压随着葡萄糖浓度的变化而变化，此类葡萄糖传感器检测葡萄糖的浓度为 10μM 甚至更高。电流式葡萄糖传感器的工作方式是通过施加连续的片电压而得到对 应的电流值，葡萄糖的浓度与该电流值成线性关系，这种方法的检出限跟电压式葡萄 糖传感器相似。在实际检测应用中，主要采用的是电流式葡萄糖传感器。电流式葡萄 糖传感器又主要分为基于酶的葡萄糖电化学传感器和无酶葡萄糖电化学传感器。 1。3。3 基于酶的葡萄糖电化学传感器

19 世纪 60 年代初期人们发现了基于酶的葡萄糖电化学传感器。当时 Clark 等人 发表了在氧气存在的条件下，GOx 催化氧化葡萄糖的方法，该方法是通过检测氧的 消耗量来计算葡萄糖浓度。为了探究不同条件下氧气含量不同的问题，Updike 与 Hicks 进一步的改善了利用氧气来检测葡萄糖的生物传感器，他们把 GOx 固定于凝胶中的 氧化电极上，他们利用这种方法，第一次能够检测出生物体液中的葡萄糖浓度。1973 年，成功研制出第一个电流式酶传感器[12]，该传感器不是通过测量高度变化不稳定的 氧还原电流来检测葡萄糖含量，而是通过分析检测阳极上产生的 H2O2 以达到定量分 析葡萄糖的浓度。基于酶的葡萄糖电化学传感器是利用 GOx 来检测葡萄糖含量，与 其他酶相比较，GOx 拥有更好的选择性、稳定性、灵敏度。因此，1992 年 Wilson 与 Turner 的综述中将 GOx 作为制备基于酶的葡萄糖传感器的理想选择[11]。GOx 的关键 部分是黄基素团与葡萄糖发生的氧化还原反应。在这个反应过程中，葡萄糖中的半缩 醛结构在 GOx 的氧化下形成酯基于葡萄糖分子内部，这便是葡萄糖内酯。然而，氧 化还原的中心有一部分被较厚的蛋白质层紧紧的包围起来，导致该结构会阻碍电子传 递到该氧化活性中心，同时也导致电子传递的机制更加的复杂。迄今为止，共有三种 方法可以令黄素基团发生氧化还原反应，分别为：通过还原氧气、与电子媒介反应、 直接与电极发生氧化反应将 FADH2 氧化为 FAD。此三种方法分别对应第一代、第二 代、第三代酶葡萄糖电化学传感器的原理。后面两代的电化学传感器都是对第一代电 化学传感器做的改进，这中间包括检测机理以及工艺等方面。第一代酶葡萄糖传感器

主要存在一些缺陷，无法避免血液中的一些电化学活性物质的干扰并且需要借助游离 的氧气作为催化媒介。第二代酶葡萄糖传感器在使用媒介上依旧存在一些问题，但与 第一代氧气相比，第二代传感器中使用的媒介与 GOx 反应快，然而溶解在反应溶液 中的氧气会与媒介发生竞争关系，导致系统检测效率下降，还会产生过多的 H2O2。 在实际应用中，媒介体还可能会与血液中的其他干扰物质发生反应，这就导致影响检 测分析的精确度以及检测效率。第三代酶葡萄糖传感器实现了 GOx 跟电极间直接进 行电子的传递，不再需要媒介体。不借助媒介体进行电子传递进一步提高了第三代传 感器的灵敏度以及选择性能。综上所述，基于酶的葡萄糖传感器的缺点是非常明显的， 抗干扰能力差、稳定性差、成本高、寿命短，这使得基于酶的葡萄糖电化学传感器的 实用性随之降低[4]。