[发明专利]一种电学与光学联用尿液分析生化装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物传感器用功能材料，尤其是涉及一种电学与光学联用尿液分析生化装置及其制造方法。

背景技术

生物传感器技术是近年发展起来的一个非常活跃的工程技术研究领域，其高度自动化、微型化与集成化的特点，减少了对使用者环境和技术的要求，在医学领域为基础医学研究及临床诊断提供了一种快速简便的新型方法，可广泛应用于体液中的微量蛋白、小分子有机物(如葡萄糖、抗生素、氨基酸、胆固醇和乳酸等各种物质的体内浓度)、核酸等多种生化指标检验，成为研究的热点。1967年Updik和Hicks首次研制出以铂电极为基体的葡萄糖氧化酶(GOD)电极，用于定量检测血清中的葡萄糖含量(S.J.Updike，G.P.licks.The Enzyme Electrode[J].Nature，1967，214(5092)：986-988)。M.D.Marazuela等人报道了采用钌等过渡金属络合物的荧光猝灭效应制备的胆固醇光学生物传感器，可在0.15～3.0Mm范围内实现对血样中游离胆固醇的动态检测(M.D.Marazuela et al.Free cholesterol fiber-optic biosensor for serum samples with simplex optimization.Biosensors & Bioelectronics[J].1997，12(3)：233-240)。王酉等人(王酉等.基于碳纳米管修饰丝网印刷碳糊电极的葡萄糖和尿酸生物传感器.传感技术学报[J].2006，19(5)：2080-2083)在丝网印刷碳糊电极上利用吸附法固定葡萄糖氧化酶或尿酸酶，并用碳纳米管进行修饰，铁氰化钾作为电子传递剂，制作用于测量人体血浆中葡萄糖和尿酸浓度的生物传感器，可测范围达1～33.3mM葡萄糖和2～20mg/dL尿酸。

目前，生物传感器主要由分子识别元件(感受器)和信号转换器(换能器)两部分组成。按信号转换器的原理，生物传感器可分为电化学生物传感器和光学生物传感器等。电化学传感器研究历史较为悠久，技术较为成熟，电化学生物传感器具有检测范围广、检测极限低和可在浑浊液体中检测等突出的优点，得到了广泛的应用。光学生物传感器随着上世纪90年代光纤技术的发展而逐渐兴起，成为研究的热点。光学生物传感器具有无须参比电极，生物兼容性好，抗干扰能力强和灵敏度高等电化学传感器所不具有的优点，但其检测范围和极限等特性不如电化学生物传感器。本专利把两者结合使用，弥补彼此的不足，互相校正，相辅相成，这是之前文献所没有报道的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电学与光学联用尿液分析生化装置及其制造方法。

本发明的技术方案是采用多孔氧化铝箔酶电极作为敏感元件构造电化学生物传感器，采用溶胶凝胶法制备联吡啶钌荧光猝灭的光学生物酶传感膜作为敏感元件构造光学生物传感器，并把两者整合为一套装置，同时检测人体体液的各项指标。

所述电学与光学联用尿液分析生化装置设有尿液反应池、LED光源、光纤光谱仪、单片机和显示电路；在尿液反应池中设有光学生物传感器、电化学生物传感器和pH计，在尿液反应池上端设有尿液入口，在尿液反应池底部设有尿液出口，在尿液反应池的保护套下端设有电化学生物传感器的修饰电极和对比电极；所述光学生物传感器采集LED光源，所述光学生物传感器的光学信号输出端与光纤光谱仪输入端口连接，光纤光谱仪的电流信号输出端与单片机的输入端口连接，电化学生物传感器的电学信号输出端与单片机的输入端口连接，pH计的pH值输出端与单片机的输入端口连接；单片机的输出端口与显示电路的输入端连接。

所述电学与光学联用尿液分析生化装置的制造方法包括以下步骤：

(1)基于聚吡咯/铂纳米绒毛修饰多孔氧化铝箔电极的制备

1)在氧化铝箔表面磁控溅射一层纳米金，之后浸入含有1～5mmol/L铂氯酸的0.1～0.8mol/L的硫酸溶液中，待电极表面完全变黑后取出用去离子水和乙酸反复淋洗，得到铂纳米绒毛修饰电极A。

2)将10～50U含酶量的添加适量戊二醛和牛血清白蛋白的酶液滴加于A表面，待其自然晾干后制得电学生物传感器电极；

(2)基于联吡啶钌荧光猝灭反应的光学生物传感膜的制备

1)正硅酸乙酯和去离子水以摩尔比1∶(2～6)的比例混合，添加pH＝2的盐酸溶液调节pH值，搅拌1～3h至混合液变澄清，得溶胶B₁；

2)将溶胶B₁和联吡啶钌水溶液以体积比(10～1)∶1的比例混合，搅拌均匀，得溶胶B₂；