本发明涉及葡萄糖检测，特别涉及一种基于激光诱导石墨烯的聚合物薄膜柔性葡萄糖检测工作电极。
背景技术：
1、葡萄糖对于人体而言，是生命必需化合物之一，为人体的生命活动提供能量来源。近年来，社会经济飞速发展，人们的生活水平不断提高，糖尿病的发病率也在逐年攀升。糖尿病是由于胰岛素不足而导致人体体液中葡萄糖含量过高的一种慢性疾病，目前尚未能够得到完全根治，它会导致严重的并发症，包括视网膜病变、肾功能衰竭、心血管疾病等，严重威胁人类建康。
2、因此，灵敏可靠的葡萄糖浓度监测对糖尿病管理尤为重要，其结果有助于评估糖尿病患者糖代谢紊乱程度，防止并减少并发症的发生。目前，指端采血血糖检测是医院最常用的检测方式，准确度也最高，但却只能提供单点检测，并且采血方式给患者带来较大痛楚和心理压力。而连续动态血糖监测系统能够实现血糖水平的长期监测，更有利于发现血糖动态变化与其他疾病的关系，也能够为临床医生选择药物、判断疗效、制定合理的饮食结构提供最科学的依据。作为连续血糖监测系统的核心部件，葡萄糖生物传感器电极的性能直接决定了连续血糖监测系统的性能和使用寿命。
3、常见的葡萄糖检测传感器通常使用不锈钢硬针和其他金属丝作为传感器的基底，这些基底具有良好的导电性能，但却存在杨氏模量较高，植入体内生物相容性较差，更容易出现蛋白包裹，炎症反应等缺陷。柔性基底的硬度小，对周围细胞力学响应的扰动较小，患者佩戴的异物感更小，具备良好的发展前景。激光诱导石墨烯技术为柔性基底传感器制作提供了新的思路，激光雕刻技术能够实现非接触、高精度、高度自动化、图案化制造，激光诱导石墨烯拥有多孔的网络结构并具有良好的导电性，在生物传感器领域具有广阔的发展空间。
4、现有的动态血糖仪在皮肤表面佩戴或者皮下组织植入葡萄糖传感器，通过电化学方法检测葡萄糖氧化过程中生成的过氧化氢，实现血糖浓度的持续监测。而人体体液成分复杂，除了含有葡萄糖以外通常还含有较多的干扰物质。有在体内自发形成的内源性干扰物：如尿酸、抗坏血酸、多巴胺等；也有从体外摄入（如药物、药物代谢产物及其他营养物质）的外源性干扰物质：如退烧药中的对乙酰氨基酚等。虽然葡萄糖氧化酶的选择性，可以屏蔽绝大部分的干扰物影响，但是过氧化氢的电化学检测需要较高的检测电位，导致组织液中的电化学活性物质也会发生氧化还原反应产生电流，对体液中的葡萄糖检测带来较大的干扰，影响测量的准确性。
5、综上，葡萄糖传感器的抗干扰能力是其重要性能之一，需要研究一种能够持续监测体内葡萄糖浓度，且选择性良好、抗干扰能力强的可植入柔性葡萄糖传感电极。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种基于激光诱导石墨烯的聚合物薄膜柔性葡萄糖检测工作电极，能有效过滤体液中的常见干扰物质，具有较大的葡萄糖检测线性范围。
2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种基于激光诱导石墨烯的聚合物薄膜柔性葡萄糖检测工作电极，由下至上依次包括柔性基底，石墨烯导电层，催化层，抗干扰层，葡萄糖氧化酶层，扩散抑制层；
4、抗干扰层为聚吡咯膜层；
5、扩散抑制层为改性聚氯乙烯膜层。
6、本发明通过在柔性葡萄糖检测工作电极中设置聚吡咯膜层用作选择透过性层，能够有效排除体液中的抗坏血酸、尿酸、多巴胺和对乙酰氨基酚等常见的电化学物质的干扰；同时在最外层设置扩散抑制层，减少葡萄糖向电极的扩散，从而使柔性工作电极具有较大的葡萄糖浓度检测线性范围。
7、作为优选，聚吡咯膜层是电极在吡咯电解液中恒电位沉积形成，沉积电压为0.45-0.65v，沉积时间为200-350s。
8、作为优选，吡咯电解液组成为：0.1mol/l的吡咯单体， 0.05mol/l的苯乙烯磺酸钠，余量0.01mol/l的pbs缓冲液。
9、作为优选，改性聚氯乙烯膜层的制备方法为：
10、（1）恒温水浴中配置扩散抑制膜溶液，然后将电极浸没在扩散抑制膜溶液中6-8秒取出，30-35℃环境中干燥8-10小时形成聚氯乙烯膜层；扩散抑制膜溶液组成为：质量分数为1%-5%的pvc，质量分数为3%-5%的纳米sio2，余量为溶剂二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺；
11、（2）将聚氯乙烯膜层用去离子水清洗干净，然后置于30±1℃的三甲胺溶液中反应4小时季铵化；
12、（3）将季铵化的聚氯乙烯膜层用去离子水清洗干净，浸入5%的盐酸溶液中室温转型1小时形成季铵盐，完成转型后用去离子水清洗干净，然后浸入0.01mol/l的pbs溶液中浸泡30分钟，形成改性聚氯乙烯膜层。
13、改性聚氯乙烯膜层能够减少葡萄糖向电极的扩散，扩大工作电极葡萄糖响应的线性范围，同时能够延缓葡萄糖氧化酶的流失。
14、选择挥发速度较慢的二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺等有机溶液作为扩散抑制膜的溶剂。避免扩散抑制层成膜过程中膜液浓度变化剧烈，出现针孔等形貌缺陷，影响对葡萄糖的扩散抑制作用。挥发速度较慢的溶剂在成膜时不会发生膜液浓度的急剧变化，有利于形成厚度均匀的扩散抑制层，提升传感器的一致性。
15、pvc单独成膜时亲水性能差，成膜效果不理想，使用纳米sio2颗粒作为制备pvc膜的添加剂，可以增强聚氯乙烯外膜的亲水性，提升传感器的生物相容性。
16、进一步地，本发明对聚氯乙烯外膜进行季铵化接枝改性，选用三甲胺（tma）作为改性剂，与pvc分子中的c-cl键反应实现原位接枝改性，将亲水季铵基团接枝到pvc膜表面。因为季铵基团的亲水作用，可以进一步提高pvc膜的亲水能力；同时，依靠季铵基团在膜孔周围的接枝造成修饰和围堵效应，从而缩小了膜孔，提升膜对溶质的截留能力，因此减小了葡萄糖向膜内的扩散作用，提升pvc膜的扩散抑制能力。
17、作为优选，三甲胺溶液浓度为2.8mol/l。随着tma浓度的增加、反应温度的升高、反应时间的加长，会使得膜表面及孔道修饰的季铵基团增多，膜孔减小。为了保证葡萄糖能够能够透过pvc膜，膜孔不宜过小，为了抑制葡萄糖向膜内的快速扩散作用，膜孔不宜过大，故所述tma溶液浓度选择为2.8mol/l，反应温度30±1℃，反应4小时。
18、作为优选，所述石墨烯导电层是在柔性基底上通过激光雕刻加工而成，激光雕刻的激光雕刻机参数设置为：雕刻模式，强度3-6.6w，速度为200-400mm/s。
19、作为优选，所述柔性基底为pi膜或是pei膜。
20、作为优选，催化层是将电极在镀铂液中，恒电位沉积形成，沉积电压为-1.5～-2.5v，沉积时间为400-600s，所述镀铂液的组成为：盐酸0.5mol/l、氯铂酸2.5mg/ml、乙酸铅1.85mg/ml。催化层用于催化葡萄糖氧化酶层与葡萄糖反应产生的过氧化氢形成电流信号。
21、作为优选，所述葡萄糖氧化酶层的制备方法为：将葡萄糖氧化酶的壳聚糖溶液滴涂在抗干扰层上，干燥固化成膜。
22、作为优选，葡萄糖氧化酶的壳聚糖溶液组成为：葡萄糖氧化酶10mg/ml，壳聚糖10mg/ml，余量为体积分数为1%的冰醋酸。
23、本发明的有益效果是：
24、（1）制备操作简单，成本低廉，可实现电极图案设计和批量制造。
25、（2）葡萄糖氧化酶与壳聚糖交联固定于催化层表面，增强酶的附着力，降低酶的脱落。
26、（3）聚吡咯膜层，一方面有效阻挡干扰物质的进入对葡萄糖检测造成较大影响，另一方面增加葡萄糖反应的电子传导速率，提高传感器的检测灵敏度。
27、（4）利用聚氯乙烯与sio2共混形成扩散抑制层，并在pvc膜表面接枝季铵亲水基团，降低葡萄糖向电极的扩散速率，扩大葡萄糖检测的线性范围，减少葡萄糖氧化酶的流失，提高传感器寿命。
1.一种基于激光诱导石墨烯的聚合物薄膜柔性葡萄糖检测工作电极，其特征在于：由下至上依次包括柔性基底，石墨烯导电层，催化层，抗干扰层，葡萄糖氧化酶层，扩散抑制层；
2.根据权利要求1所述的基于激光诱导石墨烯的聚合物薄膜柔性葡萄糖检测工作电极，其特征在于：聚吡咯膜层是电极在吡咯电解液中恒电位沉积形成，沉积电压为0.45-0.65v，沉积时间为200-350s。
3.根据权利要求2所述的基于激光诱导石墨烯的聚合物薄膜柔性葡萄糖检测工作电极，其特征在于：吡咯电解液组成为：0.1mol/l的吡咯单体， 0.05mol/l的苯乙烯磺酸钠，余量0.01mol/l的pbs缓冲液。
4.根据权利要求1所述的基于激光诱导石墨烯的聚合物薄膜柔性葡萄糖检测工作电极，其特征在于：改性聚氯乙烯膜层的制备方法为：
5.根据权利要求4所述的基于激光诱导石墨烯的聚合物薄膜柔性葡萄糖检测工作电极，其特征在于：三甲胺溶液浓度为2.8mol/l。
6.根据权利要求1所述的基于激光诱导石墨烯的聚合物薄膜柔性葡萄糖检测工作电极，其特征在于：所述石墨烯导电层是在柔性基底上通过激光雕刻加工而成，激光雕刻的激光雕刻机参数设置为：雕刻模式，强度3-6.6w，速度为200-400mm/s。
7.根据权利要求1或6所述的基于激光诱导石墨烯的聚合物薄膜柔性葡萄糖检测工作电极，其特征在于：所述柔性基底为pi膜或是pei膜。
8.根据权利要求1所述的基于激光诱导石墨烯的聚合物薄膜柔性葡萄糖检测工作电极，其特征在于：催化层是将电极在镀铂液中，恒电位沉积形成，沉积电压为-1.5～-2.5v，沉积时间为400-600s，所述镀铂液的组成为：盐酸0.5mol/l、氯铂酸2.5mg/ml、乙酸铅1.85mg/ml。
9.根据权利要求1所述的基于激光诱导石墨烯的聚合物薄膜柔性葡萄糖检测工作电极，其特征在于：所述葡萄糖氧化酶层的制备方法为：将葡萄糖氧化酶的壳聚糖溶液滴涂在抗干扰层上，干燥固化成膜。
10.根据权利要求9所述的基于激光诱导石墨烯的聚合物薄膜柔性葡萄糖检测工作电极，其特征在于：葡萄糖氧化酶的壳聚糖溶液组成为：葡萄糖氧化酶10mg/ml，壳聚糖10mg/ml，余量为体积分数为1%的冰醋酸。
