葡萄糖生物传感器研究概况魏吟秋(厦门大学附属第一医院药学部福建厦门361003)【中图分类号】R318【文献标识码】A【文章编号】2095-1752(2012)21-0084-02葡萄糖是动物和楨物体内碳水化合物的主要组成部分，因此葡萄糖的定量测定在生物化学、临床化学和食品分析中都占有很重要的位置。1954年Clark的氧电极分析方法使活体组织氧分压的无损测量成为可能，由此打开了生物传感器这一研究领域。50多年来各国科研人员对生物传感器的研究和发展使得葡萄糖传感器在食品分析、发酵控制、临床检验等诸多方面得到应用并发挥了重要的作用。木文对葡萄糖生物传感器的分类、原理及发展概况等作一简要概述。1.概念生物传感器是用来侦测生体内或生体外的环境化学物质或与之起特异性交互作用后产生响应的一种装置，Gronow将其定义为“使用固定化的生物分子结合换能器”[1]。它利用生物化学和电化学反映原理，将生化反应信号转换为电信号，通过对电信号进行放大和转换，进而测量被测物质及其浓度[2],是一种集现代生物技术与先进的电子技术于一体的高科技产品。生物传感器可用于探索揭示生命系统中信息的产生、存储、传输、加工、转换和控制等基木规律,探讨应用于人类经济活动的基木方法。葡萄糖传感器是生物传感器领域研究最多、商品化最早的生物传感器[3】，为葡萄糖氧化酶(glucoseoxidase，GOD)经固化后于氧电极组成成。这一牛.物传感器可在非常短的响应时间内完成对葡萄糖的测定，其线性范围为0〜30mg?dL-l,能稳定使用22d,测定的相对标准偏差小于1.2。2.分类关于葡萄糖生物传感器的分类，不同的研究方向，有不同的分类方法,主要有以下三种分类。一是根据生物传感器中分子识别元件即敏感元件划分为.•酶传感器(enzymesensor),微生物传感器(microbialsensor),细胞传感器(originalsensor),组织传•感器(tis-suesensor)和免疫恃感器(immunolsensor)。二是根据生物传感器的换能器即信号转换器分类，如：生物电极(bioelectrode)传感器，半导体生物传感器(semiconductbiosensor),光生物传感器(opticalbiosensor)，热生物传感器(calorimetricbiosensor)，压电晶体生物俾感器(piezoelectricbiosensor)等。三是以被测目标与分子识别元件的相互作用方式进行分类有生物亲合型生物传感器和代谢型生物传感器［4】。本文按照葡萄糖生物传感器中分子识别元件进行分类，主要奋酶电极葡萄糖生物传感器、燃料电池型葡萄糖生物传感器、光学葡萄糖传感器、微型酶电极生物传感器、微生物传感器、丝网印刷传感器。2.1酶电极葡萄糖生物传感器酶具有高选择性，高亲和力，在较温和条件下也能对底物反应起催化作用，因此被选为生物传感器中首选的生物活性物质。酶传感器因为多由固定化酶和电化学装置(电极)组合构建而成，所以又称为酶电极(enzymeelectrode)。将GOD固定在能透过葡萄糖和氧的薄膜上，然后固定在氧电极的前端，当溶液中存在着葡萄糖吋，葡萄糖在通过固定化酶膜吋被GOD氧化。在反应发生过程中需要消耗氧气，而这种消耗量可用氧电极测定到，因此能够以此检查葡萄糖含量。但是大气中氧气分压的变化，会导致溶液中溶解氧浓度产生变化，从而影响测定的准确性［5】，这是酶电极葡萄糖生物传感器在应用时要解决的问题。自从1962年Clark等［6】第一次提出酶电极这个概念后，经过50多年三个阶段的研究，酶电极葡萄糖生物传感器得到了很人的发展。2.1.1第一阶段：经典葡萄糖酶电极的葡萄糖生物传感器经典葡萄糖氧化酶传感器是采用过氧化氢电极作为基础电极，通过检测H2O2的产生量，进而检测血清中的葡萄糖含量。其优点是，葡萄糖浓度与产生的H2O2有当量关系，不受血液中氧浓度变化的影响［7］。采用过氧化氢作为基础电极的生物传感器是最早的生物传感器。目前，以过氧化氢为基础电极的测定仪己经冇各种型号的商品面世并在许多国家不同行业被普遍应用。我国的生物传感器研究起步较晚，第一台葡萄糖生物传感器于1986年研制成功，商品化产品主要是SBA葡萄糖生物传感器。该传感器选用固定化葡萄糖氧化酶与过氧化氢电极构成酶电极葡萄糖生物传感分析仪，每次进样量25μL，进样后20s可测出样品中葡萄糖含量，在10〜1000mol?L-l范...