中国结合医学2023年6期

普鲁士蓝纳米粒子对于葡萄糖快速检测的研究

郭诗琦 王守强 吴拥军 郭红超 王艺琳通讯作者

（郑州大学公共卫生学院，河南 郑州 450001）

【摘 要】 目的 合成普鲁士蓝纳米颗粒（Prussian blue, PB），构建便携、灵敏的葡萄糖纸基比色传感器，用于检测葡萄糖。

方法 使用共沉淀法合成PB，通过检测滤纸片红绿蓝色彩值（Red, green and blue, RGB）考察葡萄糖传感器的检测性能。结果 成功合成了PB纳米颗粒，制作出了高效的葡萄糖纸基比色传感器。可在智能手机的帮助下有效检测0.10 mM～1.00 mM浓度的葡萄糖。

【关键词】：普鲁士蓝 滤纸 葡萄糖检测 比色法

【中图分类号】R113 【中图分类号】A

1 前言

葡萄糖作为生物细胞的代谢产物，是生物的主要能量来源。人体内葡萄糖浓度异常与许多疾病相关，其测定在临床诊断中备受关注。随着现代社会的发展，糖尿病发病率一直居高不下，还有年轻化的趋势，因此构建无创便捷的葡萄糖检测新方法取代传统血糖检测对于糖尿病发病人群来说更为重要。

葡萄糖是人体汗液中的一种重要组成成分[1]，近年来，一些简易的汗液传感器也被广泛报道，为无创生物标志物监测提供了一种新方法[2,3]。葡萄糖在富氧条件下会被葡萄糖氧化酶（Glucose oxidase, GOD）氧化并产生H2O2[4]，本研究利用PB的类酶活性[5]，催化H2O2氧化3,3',5,5'-四甲基联苯胺（3,3',5,5'-Tetramethylbenzidine, TMB）产生颜色变化，以此构建基于显色的快速便携的葡萄糖比色传感器。

2 材料与方法

2.1 主要试剂

K4[Fe(CN)6]，Fe(NO3)3·9H2O，PBS缓冲液，葡萄糖，壳聚糖，GOD，TMB。

2.2 实验方法

2.2.1 PB的合成

将1 mol K4[Fe(CN)6]溶于20 mL 水中获得溶液A。1 mol Fe(NO3)3·9H2O溶于20 mL 水中获得溶液B。60 ℃恒温搅拌，将溶液B滴缓慢加入溶液A中，持续10 min。在混合过程中，溶液立刻变成了亮蓝色。溶液混合完毕后持续反应5 min，然后停止加热继续搅拌30 min冷却至室温。离心洗涤，冷冻干燥。

2.2.2  葡萄糖传感器的构建

在直径为6毫米滤纸片上滴加2.5 μL 1.0 mg/mL壳聚糖溶液、 2.5 μL GOD溶液、2.5 μL PB溶液和2.5 μL TMB溶液，置于通风橱晾干。滴加6.6 μL不同浓度的葡萄糖溶液后置入37 ℃恒温箱孵育10 min取出，终止反应。使用应用软件（Color Grab）对采集到的图像进行颜色分析，以定量测定葡萄糖传感器的颜色变化，读出葡萄糖传感器红绿蓝色彩值（Red, green and blue, RGB）。如图1所示[6]

图1葡萄糖传感器制作示意图

3 结果和讨论

在滤纸上滴加壳聚糖，促进酶在纸上均匀分布。GOD、PB和TMB层层沉积在壳聚糖功能化的滤纸上，构建纸基葡萄糖比色传感器。为了准确评估传感器的性能，使用手机软件（Color Grab）系统收集纸张颜色，并在一个包含R、G和B值的模型中定量呈现。其中，B值的变化最为显著，故以B值作为读数来拟合校准曲线。当葡萄糖浓度从0增加到0.60 mM时，可以从图像中观察到明显的颜色变化（图2）。使用基于智能手机的系统进行分析，结果表明，在0.10至1.00 mM范围内，B值与葡萄糖浓度之间具有线性关系（图3），葡萄糖传感器的检测限计算为71 μM。

（注：从左至右浓度依次为0、0.01、0.10、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00、1.50和2.00 mM）。

图3葡萄糖浓度与B值变化值的线性关系

4 总结

综上所述，本文构建了一种基于滤纸和PB的快速便捷检测葡萄糖的比色传感器，通过借助智能手机，可以定量分析葡萄糖导致的比色变化，以测定葡萄糖浓度。所制备的传感器装置容量为6.6 μL，检测限为71 μM。这项工作为人体汗液葡萄糖分析提供了一种有价值的途径，也为基于滤纸的传感器设备在临床诊断中的应用开辟机会。 

参考文献

[1] Moyer J, Wilson D, Finkelshtein I, et al. Diabetes Technology & Therapeutics, 2012, 14(5): 398~402.

[2] Yuanjing L, Mallika B, Hnin Y Y N, et al. Advanced Functional Materials, 2019, 29(33): 1902521.

[3] Gang X, Jing H, Xiaodie C, et al. Cellulose, 2019, 26(7): 4553~4562.

[4] Lin Y Q, Hu L L, Yin L, et al. Sensors and Actuators B: Chemical, 2015, 210: 513~518.

[5] Danfeng J, Zhenyu C, Jingmeng P, et al. Sensors and Actuators B: Chemical, 2016, 228: 679~687.