隨著人們生活水平的提高，糖尿病患者日益增多，《柳葉刀》（The Lancet）于2023年6月最新發(fā)表的研究估計(jì)，預(yù)計(jì)到2050年將有13億人罹患糖尿病，血糖監(jiān)測(cè)需求者也與日俱增。

連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)（Continuous Glucose Monitoring CGM）是一項(xiàng)新興技術(shù)，可以為糖尿病患者提供更完整的血糖水平監(jiān)測(cè)圖。安培血糖測(cè)試通常需要氧化還原介質(zhì)來(lái)促進(jìn)電荷從酶轉(zhuǎn)移到電極，由于它們潛在的毒性以及長(zhǎng)期穩(wěn)定性等問(wèn)題，這在CGM中并不理想。直接電子轉(zhuǎn)移（Direct Electron Transfer ?DET）將消除這種需要，因此引起了研究者們的極大興趣。然而到目前為止，大多數(shù)基于DET的葡萄糖生物傳感器的研究都是使用葡萄糖氧化酶（Glucose Oxidase Gox），但是由于GOx氧依賴性導(dǎo)致其結(jié)果有爭(zhēng)議。

Part.01 背景介紹

來(lái)自波蘭的研究者Alexey Tarasov在Electrochimica Acta發(fā)表文章題為“Electron transfer from FAD-dependent glucose dehydrogenase to single-sheet graphene electrodes”，研究實(shí)驗(yàn)中就使用了對(duì)氧不敏感的葡萄糖脫氫酶（Glucose Dehydrogenase GDH）來(lái)克服這個(gè)問(wèn)題。

文章中，作者為了實(shí)現(xiàn)直接電子轉(zhuǎn)移，將葡萄糖脫氫酶GDH通過(guò)短芘連接劑(< 1nm)固定在高質(zhì)量單層石墨烯電極表面。即使沒(méi)有氧化還原介質(zhì)，生物傳感器對(duì)葡萄糖也有強(qiáng)烈反應(yīng)，這意味著直接的電子轉(zhuǎn)移。不同表面上的對(duì)照測(cè)量進(jìn)一步證實(shí)了該反應(yīng)是酶特異性的。通過(guò)測(cè)量葡萄糖與常規(guī)二價(jià)鐵甲醇（ferrocenemethanol）介質(zhì)以及還未開(kāi)發(fā)的氧化還原介質(zhì)硝基苯胺（nitrosoaniline）的反應(yīng)來(lái)測(cè)定固定化酶的活性。同時(shí)，作者對(duì)血液中潛在的干擾素抗壞血酸的影響也進(jìn)行了評(píng)估。該研究首次應(yīng)用了單層石墨烯電極從氧不敏感酶(GDH)中實(shí)現(xiàn)DET，突出了這種裝置在CGM應(yīng)用中的潛力。

Part.02 研究?jī)?nèi)容

研究人員設(shè)置了以單片石墨烯為WE，金平面電極為CE，塊狀A(yù)g/AgCl為RE的玻璃基板微流控三電極電化學(xué)裝置，將PDMS微流體通道置于頂部。

圖1 微流控裝置和葡萄糖生物傳感器途徑

應(yīng)用GDH的三種不同葡萄糖生物傳感器途徑，如圖1所示：路徑1是直接電子轉(zhuǎn)移（DET）；路徑2是用二價(jià)鐵甲醇作為介質(zhì)的電子轉(zhuǎn)移（MET）；路徑3用亞硝基苯胺衍生物作為介質(zhì)的電子轉(zhuǎn)移（MET）。

接著，作者在實(shí)驗(yàn)中構(gòu)建了特異性葡萄糖生物傳感器所進(jìn)行的表面功能化和酶固定化方案，如圖2所示：

圖2 表面功能化和酶固定化方案

為了進(jìn)一步研究DET途徑，并確保芘連接物不會(huì)促進(jìn)葡萄糖氧化，研究人員用芘涂覆的石墨烯進(jìn)行了葡萄糖校準(zhǔn)測(cè)量。石墨烯/PBA-NHS/GDH電極上GDH產(chǎn)生的DET，結(jié)果如圖3所示，與空白對(duì)照相比，成功檢測(cè)到在構(gòu)建的石墨烯電極上葡萄糖脫氫酶發(fā)生了直接電子轉(zhuǎn)移。

圖3 直接電子轉(zhuǎn)移檢測(cè)

另外，本篇文章對(duì)血液中潛在干擾素抗壞血酸（Ascorbic acid AA）的影響也進(jìn)行了評(píng)估。如圖4結(jié)果所示，抗壞血酸在電極上發(fā)生氧化反應(yīng)相比于對(duì)照來(lái)講，被極大的降低了。因此文章中構(gòu)建的葡萄糖生物傳感器能有效降低血液中的抗壞血酸的干擾。

圖4 抗壞血酸AA的干擾檢測(cè)

Part.03 研究發(fā)現(xiàn)

本次研究中，實(shí)驗(yàn)人員首次將氧不敏感的葡萄糖脫氫酶（FAD-GDH）固定在高質(zhì)量單層石墨烯電極表面，構(gòu)建石墨烯/PBA-NHS/GDH電極，實(shí)現(xiàn)了即使沒(méi)有氧化還原介質(zhì)，生物傳感器對(duì)葡萄糖也有強(qiáng)烈反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)了電子直接轉(zhuǎn)移。展示了該裝置在血糖持續(xù)監(jiān)測(cè)中的潛在應(yīng)用，為廣大的糖尿病患者帶去福音。

Part.04 相關(guān)產(chǎn)品

金普諾安可提供葡萄糖脫氫酶，本產(chǎn)品來(lái)源于微生物，催化葡萄糖脫氫生成葡萄糖酸，具有比活性高、產(chǎn)量高等優(yōu)勢(shì)。依賴的輔酶為FAD，較其他輔酶如NAD及PQQ具有更好的穩(wěn)定性和底物專一性。

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