以柔性导电碳布为电极基底的无酶葡萄糖检测系统

摘要： 为了实现人体葡萄糖的自我监测，设计了以MSP430单片机为控制核心的葡萄糖检测系统。以导电碳布为基底，构建了柔性葡萄糖传感电极，以贴合人体皮肤；电极上负载聚苯胺和纳米金，代替葡萄糖氧化酶增加了电极的稳定性和灵敏度；上位机使用智能手机应用程序，可随时读取人体葡萄糖指数。结果表明，该系统表现出优秀的测量电流的响应，葡萄糖的检测范围为0.5 mM~1.5 mM，相关系数R2为0.995 4，可完成人体的葡萄糖检测。

0 引言

随着人们生活水平的提高，糖尿病已成为威胁人类健康的世界性流行性疾病^[1]。糖尿病会导致机体的损伤和组织器官的功能障碍，是一种终生性疾病，不可根治^[2]。由于糖尿病患者的血糖水平需要严格地实时控制，因此患者的自我监测具有非常重要的意义^[3]。

检测葡萄糖的方法有光学传感法、比色法、电化学传感法等，其中电化学传感法具有成本低、响应速度快、检测限高等特点，成为检测葡萄糖的标准^[4]。传统的人体葡萄糖检测大多需要采集静脉血，通过电化学法将血糖氧化反应产生的电信号转换为血糖预测值，这种方法能快速且准确地测出人体血糖浓度。然而，痛苦的采血过程和高昂的血液检测成本，不仅给患者带来感染风险，也增加了患者的经济负担^[5]。相比之下，人体汗液更易采集，且文献研究表明，汗液分析物与血液分析物水平之间存在临床相关性，因此可以使用人体汗液中的葡萄糖含量来估算血糖^[6]。

电极及其负载物为电化学传感器的核心。目前多为硬质电极，然而硬质电极不能贴合人体皮肤，检测汗液并不方便，因此需要柔性电极。碳布具有良好的电子传输能力和极好的机械强度，且作为电极基体可以促进在电极材料上电解质的扩散，因此可被用作电化学柔性传感电极材料^[7-9]。电极的负载物可以提高电极检测灵敏度，尤为重要。目前，葡萄糖传感器多使用葡萄糖氧化酶为负载，虽然修饰酶以后可以明显提高电极的选择性和灵敏度，但是酶的成本高、固定化过程复杂、易失活而不稳定，因此酶负载电极的应用较为狭窄^[10]。近年来，纳米技术在分析和诊断领域应用广泛，纳米材料的合成及应用取得了较大进展^[11]。贵金属及其合金具有良好的生物相容性、稳定性，在使用中可以克服催化葡萄糖的自毒化作用，并且电极表面呈现出优异的介导能力，因此常用来代替酶而负载在电化学传感电极上，已成为市场主导^[12-13]。其中，纳米金由于小尺寸效应、催化活性、易修饰等独特特性，成为广泛关注的热点^[14]。

基于这种形势，设计了以MSP430单片机为控制核心、以柔性导电碳布为基底、以聚苯胺和纳米金为负载物的无酶葡萄糖传感器，用来检测汗液中的葡萄糖含量。