一种定量检测无酶葡萄糖电化学传感器电极区pH值的比色法

技术领域

本发明涉及电化学传感器领域，更具体地说，涉及无酶葡萄糖电化学传感器电极区pH值的测定方法。

背景技术

体液中葡萄糖浓度的检测为疾病的监测提供了重要的数据支撑。葡萄糖检测的电化学传感器主要包括基于葡萄糖氧化酶或葡萄糖脱氢酶的电化学传感器和基于纳米材料的无酶电化学传感器。与酶基葡萄糖电化学传感器相比，无酶葡萄糖电化学传感器克服了酶工作受环境温度、湿度和pH值影响较大，保质期短的问题。但是，无酶葡萄糖电化学传感器中纳米材料除少数可以在中性pH下检测(Biosensors and Bioelectronics,2020(165):112331)外，大部分需要在0.1～0.5M NaOH溶液中检测(RSC Advances,2016(6),84893)，其检测所需要的pH值远高于生理pH值(pH 3～8)(IEEE Sensors Journal,2021(21):14522-14539)，难以直接用于活体原位检测。

研究表明，电解体液过程中，在阴极表面产生OH

发明内容

为了改进现有技术的缺陷，本发明提供了一种定量检测无酶葡萄糖电化学传感器电极区pH值的比色法，其优势在于定量检测传感器电极区的pH值，且能实现一定的空间分辨；对强碱性环境pH定量检测，为设计强碱性环境提供了检测方法和数据支撑。

本发明的技术方案是：

一种定量检测无酶葡萄糖电化学传感器电极区pH值的比色法，其特征在于：

将百里酚蓝溶液滴加在无酶葡萄糖电化学传感器的电极区(或检测区)内，避光干燥；在电极区内滴加待测溶液，在阴极和阳极之间施加电压，百里酚蓝作为酸碱指示剂可对电解电极区的酸碱度进行显色，通过观察电化学传感器的阳极区和/或阴极区的颜色对阳极区和/或阴极区的pH值进行确定，或通过读取阴极区RGB数值对阴极区的pH值进行定量检测。

RGB色彩模式，RGB即是代表红、绿、蓝三个通道的颜色数值。

所述的百里酚蓝溶液的化学成分包括百里酚蓝、PEG 400、有机酸、乙醇和水；其中，百里酚蓝的浓度为1～3mmol/L，PEG 400的浓度为60～80mg/mL，有机酸的浓度为0～0.1mmol/L，乙醇与水的体积比为0.7～0.9。

所述的避光干燥的时间为2～12h。

所述电化学传感器的电极区(或检测区)的面积为6～100mm

所述的施加电压为0.5～10V，施加电压的时间为5s～5min。

所述的无酶葡萄糖电化学传感器的基材为多孔材料，包括纸基或多孔聚合物薄膜中的一种或二种以上。

所述的有机酸为强酸，可在乙醇/水的溶剂环境中电离出H

本发明提供一种定量检测无酶葡萄糖电化学传感器电极区pH值的比色法，即百里酚蓝比色法。将百里酚蓝指示剂固定在传感区域内，指示电解后不同区域的pH值变化。本发明的百里酚蓝比色法具有以下优点：在电解水溶液的传感器中，同时对阴极区和阳极区的pH值进行测定；对于电解水产生的OH

与现有技术相比，本发明方法中百里酚蓝比色法具有如下优点：

1、本发明方法中百里酚蓝比色法可以定量检测电极区的pH值，且能对阴极区和阳极区的酸碱度进行指示，具有一定的空间分辨率。

2、本发明方法中百里酚蓝比色法在阴极区指示的pH范围可扩展至12～13.7，为pH达到13.0才能工作的纳米材料的工作环境的确立提供了检测方法和数据支撑。

3、本发明方法中百里酚蓝比色法可应用至其它电化学传感器，用于检测电解水溶液过程中，不同电极区的pH值。

附图说明

图1为实验室自制的蜡印纸基。

图2为百里酚蓝比色法对高pH检测的线性范围。

图3a为负载了百里酚蓝的传感器；图3b电解后电极区的显色结果。1-阴极区，2-阳极区。

具体实施方式

实施例1

一种定量检测无酶葡萄糖电化学传感器电极区pH值的比色法，即百里酚蓝比色法。百里酚蓝溶液的化学成分包括百里酚蓝、对甲基苯磺酸、PEG 400、乙醇和水。百里酚蓝的浓度为2mM，对甲基苯磺酸的浓度为0.09M，PEG 400浓度为70mg/mL，乙醇与水的体积比为0.8。图1显示的是实验室自制的蜡印纸基，即以Whatman滤纸为基底材料，在纸基的一侧表面进行蜡印，在除中间直径4mm的圆形以外的边长1.4cm正方形区域进行蜡印，构建得到直径4mm的圆形亲水区。取1μL百里酚蓝溶液滴加在直径4mm亲水区上，避光干燥12h。配置浓度分别为0.01、0.05、0.1、0.5、1、5M NaOH溶液，对应的pH值分别为12.0、12.7、13.0、13.7、14.0和14.7。取1μL NaOH溶液滴加在亲水区内，静置1min后，用Epson扫描仪对纸基进行扫描，并用Photoshop读取亲水区的RGB值。经过分析发现，B值与浓度存在较好的线性关系。以B值对pH进行线性拟合，得到拟合曲线如图2所示。线性范围为pH 12.0～13.7，R

实施例2

百里酚蓝溶液组成如实施例1所述，与其区别在于：甲基苯磺酸的浓度为0M。百里酚蓝溶液的化学成分包括百里酚蓝、PEG 400、乙醇和水。百里酚蓝的浓度为2mM，PEG 400浓度为70mg/mL，乙醇与水的体积比为0.8。

电化学传感器的构建：在实施例1制备的蜡印纸基蜡印一侧表面的亲水区内的相对二侧印刷宽度1mm、长度3mm的电极，两电极沿亲水区的边缘呈中心对称排列，电极材料均为碳电极，并于二碳电极上设置与电极连接的银线作为引出线，传感器的结构如图3a所示。

取1μL百里酚蓝溶液滴加在直径4mm亲水区上，避光干燥12h。

分别将二个碳电极通过银引出线连接至直流电源的正极和负极。在电化学传感器的亲水区滴加1μL 0.1M NaCl溶液后，施加8V电压电解20s。用手机对施加电压后的印刷电极的亲水区背面进行拍照获得彩色照片，排除电极对显色结果的影响。如图3b所示，阴极区和阳极区分别为蓝色和粉红色。百里酚蓝溶液的变色范围为1.2～2.89(由黄色变为粉红色)和8.0～9.6(由黄色变为蓝色)。从显色结果来看，电化学传感器电解NaCl溶液后，阴极区为碱性，阳极区为酸性。图3b显示酸性区域大于碱性区域，这是由于H

实施例3

如实施例2所述的百里酚蓝比色法用于对纸基电化学传感器在不同电解条件下阴极区pH值进行定量测定，与其区别在于：亲水区印刷电极一个为银电极，作为阳极；另一个为碳电极，作为阴极。分别将二个电极连接至直流电源的正极和负极；测试时电解电压分别为3、5、8V，电解时间为1min。用Epson扫描仪对纸基(印刷电极一侧的背面)亲水区进行扫描获得彩色图片，并用Photoshop读取图片阴极区的B值，读取的结果分别为112.3、137.2和142.6。将读取的B值代入实施例1的拟合方程，计算得到阴极区pH值分别为12.2、12.9和13.1。

实施例4

如实施例3所述的百里酚蓝比色法，可用于对多孔聚合物薄膜基电化学传感器在不同电解条件下阴极区pH值进行定量测定。

如实施例3所述的百里酚蓝比色法，可对基于多孔聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜的电化学传感器不同电解条件下阴极区pH值定量测定。采用丝网印刷的方式在多孔PET薄膜一侧表面上相对二侧印刷宽度1mm、长度3mm的银电极和碳电极。其中，银电极作为阳极，碳电极作为阴极。两个电极均通过银引线连接至电源的正负极。进一步，在除中间直径4mm的圆形以外的1.2×1.4cm矩形区域进行绝缘层印刷，获得直径4mm的检测区。分别将银电极和碳电极接入直流电源的正极和负极，测试时电解电压为8V，电解时间为30s。用Epson扫描仪对PET膜(印刷电极一侧的背面)检测区进行扫描获得彩色图片，并用Photoshop读取图片阴极区的B值，读取的结果分别为141.3。将读取的B值代入实施例1的拟合方程，计算得到阴极区pH值为13.1。

本发明不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文公开的一般原理和新颖特点相一致的最宽范围。凡依据本发明设计思想所做的任何无创造性劳动的改变都在本发明的保护范围之内。