《電子技術(shù)應(yīng)用》
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以柔性導(dǎo)電碳布為電極基底的無酶葡萄糖檢測系統(tǒng)
2020年電子技術(shù)應(yīng)用第6期
路 瑤，王文廉
中北大學(xué) 儀器科學(xué)與動(dòng)態(tài)測試教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原030051
摘要： 為了實(shí)現(xiàn)人體葡萄糖的自我監(jiān)測，設(shè)計(jì)了以MSP430單片機(jī)為控制核心的葡萄糖檢測系統(tǒng)。以導(dǎo)電碳布為基底，構(gòu)建了柔性葡萄糖傳感電極，以貼合人體皮膚；電極上負(fù)載聚苯胺和納米金，代替葡萄糖氧化酶增加了電極的穩(wěn)定性和靈敏度；上位機(jī)使用智能手機(jī)應(yīng)用程序，可隨時(shí)讀取人體葡萄糖指數(shù)。結(jié)果表明，該系統(tǒng)表現(xiàn)出優(yōu)秀的測量電流的響應(yīng)，葡萄糖的檢測范圍為0.5 mM~1.5 mM，相關(guān)系數(shù)R2為0.995 4，可完成人體的葡萄糖檢測。
中圖分類號(hào)： TP274
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.191422
中文引用格式： 路瑤，王文廉. 以柔性導(dǎo)電碳布為電極基底的無酶葡萄糖檢測系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2020，46(6)：101-104.
英文引用格式： Lu Yao，Wang Wenlian. Enzyme-free glucose detection system based on flexible conductive carbon cloth[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(6)：101-104.
Enzyme-free glucose detection system based on flexible conductive carbon cloth
Lu Yao，Wang Wenlian
Key Laboratory of Instrumentation Science & Dynamic Measurement, Ministry of Education，North University of China， Taiyuan 030051，China
Abstract： In order to realize the self-monitoring of human glucose, a glucose detection system based on MSP430 microcontroller was designed. Based on a conductive carbon cloth, a flexible glucose sensing electrode was constructed to fit the human skin; polyaniline and gold nanoparticles were loaded on the electrode, which increased the stability and sensitivity of the electrode instead of glucose oxidase; the host computer used a smartphone application to read the body′s glucose index at any time. The results showed that the system showed excellent response of measuring current, the detection range of glucose was 0.5 mM~1.5 mM, and the correlation coefficient R2 was 0.995 4. The system could complete the detection of glucose in human body.
Key words : MSP430 microcontroller；flexible conductive carbon cloth；glucose detection system；nano-gold；polyaniline

0 引言

    隨著人們生活水平的提高，糖尿病已成為威脅人類健康的世界性流行性疾病[1]。糖尿病會(huì)導(dǎo)致機(jī)體的損傷和組織器官的功能障礙，是一種終生性疾病，不可根治[2]。由于糖尿病患者的血糖水平需要嚴(yán)格地實(shí)時(shí)控制，因此患者的自我監(jiān)測具有非常重要的意義[3]。

    檢測葡萄糖的方法有光學(xué)傳感法、比色法、電化學(xué)傳感法等，其中電化學(xué)傳感法具有成本低、響應(yīng)速度快、檢測限高等特點(diǎn)，成為檢測葡萄糖的標(biāo)準(zhǔn)[4]。傳統(tǒng)的人體葡萄糖檢測大多需要采集靜脈血，通過電化學(xué)法將血糖氧化反應(yīng)產(chǎn)生的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為血糖預(yù)測值，這種方法能快速且準(zhǔn)確地測出人體血糖濃度。然而，痛苦的采血過程和高昂的血液檢測成本，不僅給患者帶來感染風(fēng)險(xiǎn)，也增加了患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[5]。相比之下，人體汗液更易采集，且文獻(xiàn)研究表明，汗液分析物與血液分析物水平之間存在臨床相關(guān)性，因此可以使用人體汗液中的葡萄糖含量來估算血糖[6]。

    電極及其負(fù)載物為電化學(xué)傳感器的核心。目前多為硬質(zhì)電極，然而硬質(zhì)電極不能貼合人體皮膚，檢測汗液并不方便，因此需要柔性電極。碳布具有良好的電子傳輸能力和極好的機(jī)械強(qiáng)度，且作為電極基體可以促進(jìn)在電極材料上電解質(zhì)的擴(kuò)散，因此可被用作電化學(xué)柔性傳感電極材料[7-9]。電極的負(fù)載物可以提高電極檢測靈敏度，尤為重要。目前，葡萄糖傳感器多使用葡萄糖氧化酶為負(fù)載，雖然修飾酶以后可以明顯提高電極的選擇性和靈敏度，但是酶的成本高、固定化過程復(fù)雜、易失活而不穩(wěn)定，因此酶負(fù)載電極的應(yīng)用較為狹窄[10]。近年來，納米技術(shù)在分析和診斷領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，納米材料的合成及應(yīng)用取得了較大進(jìn)展[11]。貴金屬及其合金具有良好的生物相容性、穩(wěn)定性，在使用中可以克服催化葡萄糖的自毒化作用，并且電極表面呈現(xiàn)出優(yōu)異的介導(dǎo)能力，因此常用來代替酶而負(fù)載在電化學(xué)傳感電極上，已成為市場主導(dǎo)[12-13]。其中，納米金由于小尺寸效應(yīng)、催化活性、易修飾等獨(dú)特特性，成為廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)[14]。

    基于這種形勢，設(shè)計(jì)了以MSP430單片機(jī)為控制核心、以柔性導(dǎo)電碳布為基底、以聚苯胺和納米金為負(fù)載物的無酶葡萄糖傳感器，用來檢測汗液中的葡萄糖含量。




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作者信息:

路  瑤，王文廉

(中北大學(xué) 儀器科學(xué)與動(dòng)態(tài)測試教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原030051)

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