葡萄糖和胰岛素的耦合电化学检测与糖尿病初步分型研究
发布时间：2021-09-08 13:58
糖尿病是当前威胁全球人类健康的最主要的非传染性疾病之一,其慢性并发症所致的死亡率在不断增加,给社会经济和公共医疗带来了巨大的负担。机体内血糖和胰岛素水平是糖尿病诊断和胰岛细胞功能评价的基本指标,二者的联合检测对于糖尿病诊断和分型、胰岛β细胞储备功能评估等问题具有重要意义,因此开发一种能够实现血糖和胰岛素耦合检测的便携式、商业化诊断设备将具有广泛的应用前景。本论文基于此问题,依据电化学检测原理,并结合机器学习分类算法,对血糖和胰岛素耦合检测问题进行了深入研究,并根据所测血糖和胰岛素浓度值,提出了可用于糖尿病初步诊断和分型的理论预测模型。具体工作如下:（1）深入挖掘血糖和胰岛素电化学检测原理,搭建了电化学测量分析平台,选择丝网印刷电极作为传感部件,并采用氢氧化镍和电沉积技术对工作电极进行修饰。通过扫描电镜对电极修饰效果进行表征,对修饰电极进行电化学阻抗谱实验,结果表明修饰电极具有良好的电活性,可用于葡萄糖与胰岛素的定量检测。（2）设计葡萄糖与胰岛素的电化学检测方案。从葡萄糖与胰岛素的生物结构出发,结合电化学原理,采用循环伏安法和时间电流法对葡萄糖与胰岛素溶液的浓度的进行测定。实验证明,上述...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国近几十年糖尿病患病人数的增长率曲线[5]
凳毙钥煞治?????胶偷闶剑?唇峁固匦钥煞治?笮?分析仪和便携式检测仪，按照对人体的伤害程度则可分为有创、微创和无创三种类型[16]。采用的主要检测原理有化学比色法、葡萄糖氧化酶电极测量法、葡萄糖脱氢酶电极测量法和电化学法等。武汉大学的何治柯教授[17]采用光刻法制备了一维和二维纸芯片，利用化学发光的方法实现了在纸芯片上检测葡萄糖，并得到了较好的线性范围和检出限。韩国国立全北大学JoongHeeLee等人[18]通过纳米杂交技术制作了一种掺杂石墨烯的合成纳米金材料，并用于修饰电化学电极，电极制备过程如图1-2所示。对葡萄糖的检测结果证明该电极具有较宽的动态检测范围和较好的选择性，但该方法成本高，电极制备过程复杂。爱尔兰梅努特大学CarmelB.Breslin等人[19]将金纳米粒子修饰在碳纳米管表面，并将这种复合材料浇铸在玻碳电极或者丝网印刷电极上，用于在中性环境下检测葡萄糖，但方法成本较高，灵敏度低，普适性较差。印度韦洛尔理工大学AndrewsNirmalaGrace等人[20]提出利用CuO–N掺杂石墨烯材料修饰电极，构建的电化学检测系统可实现有干扰物存在下的葡萄糖检测，目前仅在碱性环境下具有较好的检测效果。图1-2纳米金葡萄糖检测电极制备示意图[18]1.2.2胰岛素检测的研究现状以往的胰岛素检测主要采用放射免疫测定(Radioimmunoassay，RIA)，酶联免疫吸附测定(EnzymeLinkedImmunoSorbentAssay，ELISA)和液相色谱质谱(LiquidChromatographyMassSpectrometry，LC-MS)等方法[6]835。随着生物传感器的快速发展，已开发出不同的生物传感策略用于胰岛素检测，包括表面等离子体共振、电化学发光、荧光、微流体装置、电化学等，这些策略的实施仅需简单的仪器设备，样品消耗量低，不损坏检测体系，能够实现快速分析，检测
畚?-4-体采用葡萄糖氧化酶进行标记，待测胰岛素样品与一定浓度的抗体溶液进行免疫反应，未结合的GOx抗体结合物捕获在固定有胰岛素的玻璃板上，通过库仑法检测已结合的胰岛素-胰岛素抗体即可得知样品中所含胰岛素的含量。中国科学院蔡林涛等人[22]构建了一种新的荧光能量转移模型，可用于检测复杂人血浆中的胰岛素含量。该模型使用近红外量子点和氧化的碳纳米颗粒作为能量供体和受体，传感器可以直接在人血浆中检测胰岛素，且不会产生光学干扰。清华大学化学生物实验室[23]使用碳纳米管来辅助胰岛素检测，其检测过程如图1-3b)所示。原始碳纳米管的生物相容性和固有电导率使它们成为实现胰岛素直接电化学和电催化的优良生物传感平台，这种方法可以实现无需电极改性的胰岛素检测，并可以反复参与生物循环。a)利用免疫学检测胰岛素的原理图[21]b)碳纳米管辅助检测胰岛素过程[23]图1-3胰岛素检测原理图1.2.3血糖与胰岛素耦合检测的研究现状葡萄糖和胰岛素检测技术的发展虽然相对独立，但由于二者耦合测定在糖尿病临床诊断中的需求越来越大，相关学科的交叉研究也越来越多，因此近年来国内外研究团队也尝试研究了可用于葡萄糖和胰岛素耦合检测的技术和装置。日本先进科学研究所SuguruShiohara等人[24]提出了一种基于自动化的小型免疫测定系统，该系统具有可批量制造、成本低和即用即抛等特点，用于测量全血样品中的葡萄糖和胰岛素。微芯片由简单的微型隔膜泵和丝网印刷电极组成。芯片能够执行免疫分析的整个程序，包括样品的装载、清洗和试剂的装载。不仅适用于糖尿病患者，也适用于一般人群。亚利桑那州立大学的JosephWang等人[25]描述了一种双标记生物免疫测定传感器芯片，集成了基于酶和抗体的检测方法，可同时进行葡萄糖和胰岛素的?
【参考文献】：
期刊论文
[1]糖尿病防治健联体的构建与实施[J]. 白书忠,徐卸古,田京发,吴非,张慧洋. 中华健康管理学杂志. 2019(01)
[2]我国1型糖尿病的流行病学研究与疾病负担[J]. 翁建平. 中国科学:生命科学. 2018(08)
[3]纳米金-Nafion修饰金电极电化学阻抗法测定人端粒DNA[J]. 胡晓琴,冯荣荣,高楼军,李晓霞. 分析试验室. 2015(12)
[4]糖尿病分型的争议[J]. 侯凌. 中国实用儿科杂志. 2015(10)
[5]基于纳米RuOx的微型电化学胰岛素传感器[J]. 王君,周洁,许迎科,王慷慨,王菊,刘涌,刘清君,王平. 电子科技大学学报. 2015(01)
[6]急性胰腺炎血糖、血清胰岛素及C肽水平检测意义[J]. 严爱芬,周蒙滔,吴坚敏. 中国现代医生. 2014(16)
[7]关于糖尿病的新诊断标准与分型[J]. 齐丽艳. 求医问药(下半月). 2013(01)
[8]纳米镍修饰TiO2纳米管电极检测胰岛素[J]. 张云怀,董西哲,肖鹏,何辉超,李小玲. 应用化学. 2012(08)
[9]聚中性红/纳米二氧化硅复合修饰电极直接测定抗坏血酸[J]. 郑兰梅,周跃明,梁喜珍,胡军,谢名龙. 分析试验室. 2012(04)
[10]血糖检测方法的研究现状[J]. 王阳,张松,杨琳. 北京生物医学工程. 2011 (05)
博士论文
[1]新型电化学传感器的构建及其在环境检测中的应用[D]. 杨善丽.湖南大学 2014
硕士论文
[1]用于汗液中葡萄糖和乳酸含量分析的柔性电极电化学传感器[D]. 王裕生.浙江大学 2019
[2]MEMS血糖传感器的微弱信号检测技术研究[D]. 郗洪柱.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3390910
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国近几十年糖尿病患病人数的增长率曲线[5]
凳毙钥煞治?????胶偷闶剑?唇峁固匦钥煞治?笮?分析仪和便携式检测仪，按照对人体的伤害程度则可分为有创、微创和无创三种类型[16]。采用的主要检测原理有化学比色法、葡萄糖氧化酶电极测量法、葡萄糖脱氢酶电极测量法和电化学法等。武汉大学的何治柯教授[17]采用光刻法制备了一维和二维纸芯片，利用化学发光的方法实现了在纸芯片上检测葡萄糖，并得到了较好的线性范围和检出限。韩国国立全北大学JoongHeeLee等人[18]通过纳米杂交技术制作了一种掺杂石墨烯的合成纳米金材料，并用于修饰电化学电极，电极制备过程如图1-2所示。对葡萄糖的检测结果证明该电极具有较宽的动态检测范围和较好的选择性，但该方法成本高，电极制备过程复杂。爱尔兰梅努特大学CarmelB.Breslin等人[19]将金纳米粒子修饰在碳纳米管表面，并将这种复合材料浇铸在玻碳电极或者丝网印刷电极上，用于在中性环境下检测葡萄糖，但方法成本较高，灵敏度低，普适性较差。印度韦洛尔理工大学AndrewsNirmalaGrace等人[20]提出利用CuO–N掺杂石墨烯材料修饰电极，构建的电化学检测系统可实现有干扰物存在下的葡萄糖检测，目前仅在碱性环境下具有较好的检测效果。图1-2纳米金葡萄糖检测电极制备示意图[18]1.2.2胰岛素检测的研究现状以往的胰岛素检测主要采用放射免疫测定(Radioimmunoassay，RIA)，酶联免疫吸附测定(EnzymeLinkedImmunoSorbentAssay，ELISA)和液相色谱质谱(LiquidChromatographyMassSpectrometry，LC-MS)等方法[6]835。随着生物传感器的快速发展，已开发出不同的生物传感策略用于胰岛素检测，包括表面等离子体共振、电化学发光、荧光、微流体装置、电化学等，这些策略的实施仅需简单的仪器设备，样品消耗量低，不损坏检测体系，能够实现快速分析，检测
畚?-4-体采用葡萄糖氧化酶进行标记，待测胰岛素样品与一定浓度的抗体溶液进行免疫反应，未结合的GOx抗体结合物捕获在固定有胰岛素的玻璃板上，通过库仑法检测已结合的胰岛素-胰岛素抗体即可得知样品中所含胰岛素的含量。中国科学院蔡林涛等人[22]构建了一种新的荧光能量转移模型，可用于检测复杂人血浆中的胰岛素含量。该模型使用近红外量子点和氧化的碳纳米颗粒作为能量供体和受体，传感器可以直接在人血浆中检测胰岛素，且不会产生光学干扰。清华大学化学生物实验室[23]使用碳纳米管来辅助胰岛素检测，其检测过程如图1-3b)所示。原始碳纳米管的生物相容性和固有电导率使它们成为实现胰岛素直接电化学和电催化的优良生物传感平台，这种方法可以实现无需电极改性的胰岛素检测，并可以反复参与生物循环。a)利用免疫学检测胰岛素的原理图[21]b)碳纳米管辅助检测胰岛素过程[23]图1-3胰岛素检测原理图1.2.3血糖与胰岛素耦合检测的研究现状葡萄糖和胰岛素检测技术的发展虽然相对独立，但由于二者耦合测定在糖尿病临床诊断中的需求越来越大，相关学科的交叉研究也越来越多，因此近年来国内外研究团队也尝试研究了可用于葡萄糖和胰岛素耦合检测的技术和装置。日本先进科学研究所SuguruShiohara等人[24]提出了一种基于自动化的小型免疫测定系统，该系统具有可批量制造、成本低和即用即抛等特点，用于测量全血样品中的葡萄糖和胰岛素。微芯片由简单的微型隔膜泵和丝网印刷电极组成。芯片能够执行免疫分析的整个程序，包括样品的装载、清洗和试剂的装载。不仅适用于糖尿病患者，也适用于一般人群。亚利桑那州立大学的JosephWang等人[25]描述了一种双标记生物免疫测定传感器芯片，集成了基于酶和抗体的检测方法，可同时进行葡萄糖和胰岛素的?
【参考文献】：
期刊论文
[1]糖尿病防治健联体的构建与实施[J]. 白书忠,徐卸古,田京发,吴非,张慧洋. 中华健康管理学杂志. 2019(01)
[2]我国1型糖尿病的流行病学研究与疾病负担[J]. 翁建平. 中国科学:生命科学. 2018(08)
[3]纳米金-Nafion修饰金电极电化学阻抗法测定人端粒DNA[J]. 胡晓琴,冯荣荣,高楼军,李晓霞. 分析试验室. 2015(12)
[4]糖尿病分型的争议[J]. 侯凌. 中国实用儿科杂志. 2015(10)
[5]基于纳米RuOx的微型电化学胰岛素传感器[J]. 王君,周洁,许迎科,王慷慨,王菊,刘涌,刘清君,王平. 电子科技大学学报. 2015(01)
[6]急性胰腺炎血糖、血清胰岛素及C肽水平检测意义[J]. 严爱芬,周蒙滔,吴坚敏. 中国现代医生. 2014(16)
[7]关于糖尿病的新诊断标准与分型[J]. 齐丽艳. 求医问药(下半月). 2013(01)
[8]纳米镍修饰TiO2纳米管电极检测胰岛素[J]. 张云怀,董西哲,肖鹏,何辉超,李小玲. 应用化学. 2012(08)
[9]聚中性红/纳米二氧化硅复合修饰电极直接测定抗坏血酸[J]. 郑兰梅,周跃明,梁喜珍,胡军,谢名龙. 分析试验室. 2012(04)
[10]血糖检测方法的研究现状[J]. 王阳,张松,杨琳. 北京生物医学工程. 2011 (05)
博士论文
[1]新型电化学传感器的构建及其在环境检测中的应用[D]. 杨善丽.湖南大学 2014
硕士论文
[1]用于汗液中葡萄糖和乳酸含量分析的柔性电极电化学传感器[D]. 王裕生.浙江大学 2019
[2]MEMS血糖传感器的微弱信号检测技术研究[D]. 郗洪柱.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3390910
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