作為人體健康的重要指標(biāo)之一，葡萄糖的檢測一直是研究熱點。傳統(tǒng)的葡萄糖檢測主要以血液中的葡萄糖為檢測對象，其優(yōu)勢在于待測物濃度較高，是臨床診斷的金標(biāo)準(zhǔn)。但是，血糖檢測的有創(chuàng)取樣方式既會給患者帶來痛苦，又會增加感染的風(fēng)險。

相比之下，汗液中的葡萄糖檢測的采集過程具有無創(chuàng)的優(yōu)點，而且與血液樣本相比，干擾物更少。在檢測方法方面，傳統(tǒng)的葡萄糖檢測方法多基于葡萄糖氧化酶，這種方法具有靈敏度高、選擇性好的優(yōu)點，但由于酶的使用易受環(huán)境溫度、pH值以及濕度等條件的影響，限制了其應(yīng)用。因此，許多研究者致力于開發(fā)穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、檢測限低的電化學(xué)無酶葡萄糖傳感器。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院的研究人員基于電沉積技術(shù)開發(fā)了一種簡便易操作的三電極制備技術(shù)，利用此技術(shù)可在印刷電路板上原位合成三電極。利用此電極檢測葡萄糖濃度，單次檢測所需樣品量約為10 μL~20 μL，線性檢測范圍為50 μmol/L~500 μmol/L，檢出限為20 μmol/L。該研究近期以“基于電沉積微型三電極的汗液葡萄糖無酶檢測”為題發(fā)表于《分析化學(xué)》期刊。

圖1 使用電沉積法制備的三電極，用于葡萄糖檢測：（A）以電路板的金屬基底作為工作電極進(jìn)行電沉積；（B）葡萄糖在工作電極表面電催化氧化；（C）三電極實物圖

工作電極制備條件優(yōu)化

在三電極體系中，對檢測性能起決定性作用的是工作電極。該研究選擇使用電沉積方法制備的金電極作為工作電極。影響電沉積效果的主要因素是電沉積時間和電流。為了確定合適的電鍍時長，研究人員制備了4組工作電極，并通過能譜儀進(jìn)行表面元素分析，以確定不同沉積條件下電極表面金元素的比例。

如圖2所示，當(dāng)電沉積時間超過2 h后，電極表面金原子比例增長速度明顯下降，因此選擇電沉積時間為2 h。為了選擇合適的沉積電流，采用5 μA、10 μA、15 μA和20 μA的電流制備工作電極，觀察電極表面形貌。如圖3所示，隨著電流增大，沉積的金顆粒粒徑逐漸增大，表面粗糙程度增加，這有助于增多反應(yīng)位點，但也會削弱金膜的結(jié)合力，易在清洗、擦拭、反應(yīng)過程中脫落。

通過循環(huán)伏安法檢測葡萄糖溶液，發(fā)現(xiàn)使用5 μA電流制備的工作電極穩(wěn)定性較差，靈敏度低。鑒于采用其它3個電流制備的工作電極靈敏度類似，為了兼顧靈敏度與耐磨性，選擇沉積電流為10 μA。

圖2 工作電極表面沉積的金原子比例隨沉積時間變化曲線

圖3 不同沉積電流制備的工作電極的表面形貌：（A）5 μA；（B）10 μA；（C）15 μA；（D）20 μA

工作電極檢測性能驗證

在優(yōu)化條件下制備得到金電極，將其與鉑絲電極、棒狀A(yù)g/AgCl電極組成三電極體系，使用循環(huán)伏安法對葡萄糖溶液進(jìn)行檢測。結(jié)果如圖4A所示，循環(huán)伏安曲線在0.2 V~0.3 V處有明顯的氧化峰，并且峰電流大小與葡萄糖濃度正相關(guān)，表明所制備的金電極可用于較高濃度葡萄糖的測定。

與血糖相比，汗液中的葡萄糖具有濃度低、雜質(zhì)少、pH值低等特性。為了檢測汗液中的葡萄糖，需要進(jìn)一步驗證工作電極對低濃度葡萄糖的檢測性能。如圖4B所示，選擇葡萄糖的濃度范圍為0~2 mmol/L，使用所制備的工作電極與商用參比電極、對電極進(jìn)行檢測。檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)電流大小與葡萄糖濃度顯著相關(guān)，表明所制備的金電極可用于低濃度的葡萄糖檢測。

圖4 以電沉積金電極為工作電極檢測不同濃度的葡萄糖溶液：（A）使用循環(huán)伏安法檢測不同濃度的葡萄糖溶液；（B）計時電流法檢測葡萄糖時輸出電流隨濃度的變化情況

電沉積三電極體系的抗干擾性和重現(xiàn)性

為了考察電沉積三電極的抗干擾性能，配制0.1 mmol/L葡萄糖PBS溶液作為分析樣品，分別加入乳酸（LA）、尿酸（UA）、對乙酰氨基酚（AP）和抗壞血酸（AA）作為干擾物質(zhì)，使用三電極體系進(jìn)行檢測。如圖5所示，這些干擾物對葡萄糖檢測結(jié)果的影響較小，說明三電極體系檢測葡萄糖具有良好的抗干擾性能。

此外，為了檢驗電沉積三電極的重現(xiàn)性，使用其對1 mmol/L葡萄糖PBS溶液進(jìn)行30次連續(xù)檢測，響應(yīng)電流相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為4.4%，說明此三電極具有良好的重現(xiàn)性。

圖5 干擾物對葡萄糖檢測的影響

電沉積三電極體系檢測人工汗液中葡萄糖濃度

為了考察該三電極體系對汗液中葡萄糖的檢測性能，以人工汗液為溶劑，配制不同濃度的葡萄糖溶液，將三電極外接電化學(xué)工作站進(jìn)行計時電流法檢測。如圖6所示，使用電沉積三電極體系檢測人工汗液中葡萄糖所得電流與葡萄糖濃度成線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R=0.99，線性檢測范圍為50 μmol/L~500 μmol/L，檢出限為20 μmol/L。因此，該研究所制備的微型三電極對人工汗液中的葡萄糖具有良好的檢測性能，可用于監(jiān)測汗液中葡萄糖濃度。

圖6 響應(yīng)電流與人工汗液中葡萄糖濃度的關(guān)系曲線

綜上所述，基于電沉積技術(shù)，研究人員在電路板上原位制備了具有電化學(xué)傳感性能的微型三電極，此電極對人工汗液中的葡萄糖具有良好的檢測性能，線性檢測范圍為50 μmol/L~500 μmol/L，檢出限為20 μmol/L，在實時監(jiān)測汗液中葡萄糖濃度方面具有良好的應(yīng)用前景。

審核編輯：劉清