１ ３ ６ ６
应 用 化 学 第 ２ ９卷
－ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｅ ：Ｈ Ｏ Ｈ＋ ＋２ ｅ → Ｏ ２ ２ ２ ＋２
（ ２ ）
１ ． １ ． ２ 第二代葡萄糖生物传感器 第二代生物传感器是用小分子的电子媒介体（ 如二茂铁及其衍生
１ ８ ］ １ ９ ］ ２ ０ ２ １ ］ 物［ 、 苯醌类 ［ 和纳米材料 ［ 等） 代替氧传递酶与电极之间的电子通道， 通过媒介体的电流变化大
糖尿病已成为一个社会健康问题， 它是由代谢紊乱引起的。正常人体血液中葡萄糖的含量范围为 ４ ４～ ６ ６ｍ ｍ ｏ ｌ ／ Ｌ （ ８ ０～ １ ２ ０ｍ ｇ ／ ｄ Ｌ ） ， 血糖浓度过高会导致高血糖症或胰岛素不足， 进而引起糖尿病。因 此， 在各个领域（ 如医学、 环境监测以及食品分析） 中寻求一种快速、 可靠和廉价的葡萄糖检测方法极其 重要。本文以检测方法中是否存在酶， 对葡萄糖检测方法分类进行综述， 并对葡萄糖的检测方法的发展 趋势进行了展望。
摘 要 葡萄糖生物传感器以其灵敏度高、 选择性好、 反应速度快以及稳定性好等优点吸引了许多研究者的 关注。本文将已发表的一些葡萄糖检测方法分为两类： 葡萄糖酶生物传感器检测方法与无酶葡萄糖生物传感 器检测方法， 简要介绍了这 ２种检测方法的一些研究进展， 并对葡萄糖检测方法的发展前景进行了展望。 关键词 葡萄糖， 酶， 无酶， 生物传感器， 检测方法 中图分类号： Ｏ ６ ５ ２ 文献标识码： Ａ 文章编号： １ ０ ０ ０ ０ ５ １ ８ （ ２ ０ １ ２ ） １ ２ １ ３ ６ ４ ０ ７ ： １ ０ ． ３ ７ ２ ４ ／ Ｓ Ｐ ． Ｊ ． １ ０ ９ ５ ． ２ ０ １ ２ ． ２ ０ ４ ４ ３ Ｄ Ｏ Ｉ
， ｂ ｂ ， ｃ 杨秀云 ａ 梁 凤 ａ 张 巍 ｂ 胡连哲 ｂ Ｍ Ａ Ｊ Ｅ Ｅ ＤＳ ａ ａ ｄ ａ ｔ 李云辉 ａ 徐国宝 ｂ
ａ （ 长春理工大学 化学与环境工程学院 长春 １ ３ ０ ０ ２ ２ ； ｂ ｃ 中国科学院长春应用化学研究所， 电分析化学重点实验室 长春 １ ３ ０ ０ ２ ２ ； 中国科学院大学 北京 １ ０ ０ ０ ４ ９ ）
１ ． １ ． １ 第一代葡萄糖生物传感器 第一代葡萄糖生物传感器是基于氧分子为电子接受体， 通过测定氧 的减少量或葡萄糖氧化酶氧化葡萄糖所产生过氧化氢的生成量， 直接或间接检测底物含量的传感器。 反应如式（ １ ） 和（ ２ ） 所示。 Ｅ ｎ ｚ ｙ ｍ ｅｌ ａ ｙ ｅ ｒ ：Ｇ Ｏ ｘ ｌ ｕ ｃ ｏ ｓ ｅ→ ｇ ｌ ｕ ｃ ｏ ｎ ｏ ｌ ａ ｃ ｔ ｏ ｎ ｅ＋Ｇ Ｏ ｘ （ ｏ ｘ ） ＋ｇ （ ｒ ｅ ｄ ） Ｇ Ｏ ｘ Ｏ ｘ Ｏ → Ｇ （ ｒ ｅ ｄ ） ＋Ｏ ２ （ ｏ ｘ ） ＋Ｈ ２ ２ （ １ ）
［ ３ ］ 自从 １ ９ ６ ２年 Ｃ ｌ ａ ｒ ｋ 与Ｌ ｙ ｏ ｎ ｓ 首次将葡萄糖酶与铂电极结合， 实现了固化酶技术用于实时检测人
体血液中的葡萄糖含量， 提出了葡萄糖酶传感器这个初步概念之后， 电化学方法已受到了广泛的关注。
４ ］ １ ９ ９ ５年， Ｋ ａ ｙ ａ ｋ ｉ ｎ 等［ 利用普鲁士蓝电催化过氧化氢并与葡萄糖氧化酶结合， 间接测定了葡萄糖浓度。 ５ ］ ２ ０ ０ ３年， Ｖ ａ ｇ ｏ 等［ 利用新型双金属卟啉薄膜电催化分子氧和过氧化氢的还原， 进而间接检测了葡萄糖 ６ ］ 的含量。而卟啉及其衍生物特别是金属卟啉化合物对生物分子可进行有效的识别 ［ 。２ ０ ０ ５年， Ｚ ｈ ａ ｏ ７ ］ 等［ 通过层层自组装方法将多层薄膜有机聚合物与普鲁士蓝纳米粒子以及葡萄糖氧化酶结合（ Ｐ Ｄ Ｄ Ａ／
第 １ ２期
１ ０ ］ 此外， 纳米粒子也可以与膜材料结合进而改进生物传感器的性能。１ ９ ９ ２年， Ｃ ｒ ｕ ｍ ｂ ｌ ｉ ｓ ｓ 等［ 最先利
用气相沉积方法将金纳米粒子与辣根过氧化酶（ Ｈ Ｒ Ｐ ） 结合， 结果表明， 金纳米粒子具有很好的电子转 移性能， 可更好地促进电极和 Ｈ Ｒ Ｐ之间的电子转移， 为理想化生物传感器的发展提供了有益的思路。
１ ］ 得葡萄糖的含量 ［ 。 ２ ］ 。葡萄糖酶可分为葡萄糖氧化酶（ Ｇ Ｏ ｘ ） 最近几年， 采用固化酶的方法检测葡萄糖已得到广泛研究［
和葡萄糖脱氢酶（ Ｇ Ｄ Ｈ ） ， 而采用葡萄糖氧化酶测定葡萄糖浓度已成为一种广泛、 有效的方法。此外， 酶 生物传感器按能量转换方式可分为电化学酶生物传感器、 光化学酶生物传感器以及其它生物传感器。 １ ． １ 电化学酶生物传感器
Ｐ Ｓ Ｓ ／ （ Ｐ Ｐ Ｂ ／ Ｇ Ｏ ｘ ） ） 测定了葡萄糖的含量， 该方法中普鲁士蓝充当电子传递的接受体（ 媒介体） 的作用。 ｎ
８ ］ ２ ０ ０ ７年， Ｋ ｏ ｈ ｍ ａ 等［ 将二茂铁衍生物（ Ｆ ｃ Ｃ Ｏ Ｏ Ｈ ） 和锇的衍生物［ Ｏ ｓ （ ｂ ｐ ｙ ） ］ Ｃ ｌ 与葡萄糖氧化酶结合， 利 ３ ２ ９ ］ 用交流阻抗对葡萄糖进行了电化学传感检测。 ２ ０ １ １年， Ｈ ｕ等 ［ 采用选择性的硼去保护化方法， 将葡萄
小来检测待测底物的浓度， 反应如式（ ３ ） 、 （ ４ ） 和（ ５ ） 所示。 Ｅ ｎ ｚ ｙ ｍ ｅｌ ａ ｙ ｅ ｒ ：Ｇ Ｏ Ｄ ｌ ｕ ｃ ｏ ｓ ｅ→ Ｇ Ｏ Ｄ ｌ ｕ ｃ ｏ ｎ ｏ ｌ ａ ｃ ｔ ｏ ｎ ｅ （ ｏ ｘ ） ＋ｇ （ ｒ ｅ ｄ ） ＋ｇ Ｍｏ ｄ ｉ ｆ ｉ ｅ ｄｌ ａ ｙ ｅ ｒ ：Ｇ Ｏ Ｄ Ｏ Ｄ Ｈ → Ｇ （ ｒ ｅ ｄ ） ＋Ｍ （ ｏ ｘ ） （ ｏ ｘ ） ＋Ｍ （ ｒ ｅ ｄ ） ＋２ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｅ ：Ｍ（ ｅ → Ｍ（ ｒ ｅ ｄ ） ｏ ｘ ） ＋ｎ 第二代葡萄糖生物传感器电子转移机理如图 ３所示。 该传感器由于使用了电子媒介体， 可有效地促 进电子转移， 因此， 克服了第一代生物传感器溶解氧 浓度不稳定性和测定过氧化氢时常伴随干扰的不
１ ７ ］ ２ ０ ０ ８年， Ｗａ ｎ ｇ［ 依据电子转移的机制不同， 将电化学葡萄糖传感器分为三代： 第一代、 第二代和
第三代葡萄糖生物传感器， 其中第一代和第二代传感器分别采用天然氧、 人工的氧化还原中介体作为电 子接受体， 而第三代传感器则在电极和葡萄糖氧化酶之间直接进行电子转移， 如图 ２所示。
图２ 采用天然氧辅助因子（ Ａ ） 、 人工氧化还原媒介体（ Ｂ ） 、 电极和 Ｇ Ｏ ｘ 之间直接电子转移（ Ｃ ） 的三代电流型
１ ７ ］ 葡萄糖酶电极 ［
Ｆ ｉ ｇ ． ２ Ｔ ｈ ｒ ｅ ｅｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ａ ｍ ｐ ｅ ｒ ｏ ｍ ｅ ｔ ｒ ｉ ｃｅ ｎ ｚ ｙ ｍ ｅｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｇ ｌ ｕ ｃ ｏ ｓ ｅｂ ａ ｓ ｅ ｄｏ ｎｔ ｈ ｅｕ ｓ ｅｏ ｆ ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｏ ｘ ｙ ｇ ｅ ｎｃ ｏ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ
糖酶与对氨基苯硼酸频哪醇酯结合， 制得了碳糊电极， 进而电化学检测了葡萄糖以及葡萄糖酶的含量。
２ ０ １ ２ ０ ９ ２ ８收稿， ２ ０ １ ２ １ ０ １ ０修回 ２ １ １ ７ ５ １ ２ ６ ） 、 吉林省科技厅（ ２ ０ １ １ ０ ５ ０ ５ １ ） ， 巴基斯坦、 木尔坦、 巴豪丁扎卡利亚大学的学院发展项目（ Ｐ Ｆ ／ Ｃ ｏ ｎ ｔ ． ／ 国家自然科学基金（ ） 资助 ２ ５ ０ ／ Ａ ｄ ｍ ｉ ｎ ／ ５ ３ ９ ８ 通讯联系人： 徐国宝， 研究员；Ｔ ｅ ｌ ／ Ｆ ａ ｘ ： ０ ４ ３ １ ８ ５ ２ ６ ２ ７ ４ ７ ；Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ： ｇ ｕ ｏ ｂ ａ ｏ ｘ ｕ ＠ｃ ｉ ａ ｃ ． ｊ ｌ ． ｃ ｎ ；研究方向： 电化学分析， 电化学发光， 纳米材料 电化学
萄糖的含量， 如图 １所示。
１ ６ ］ 图１ 石墨烯与葡萄糖包裹在多孔聚吡咯基体内示意图 ［ ［ １ ６ ］ Ｆ ｉ ｇ ． １ Ｓ ｃ ｈ ｅ ｍ ａ ｔ ｉ ｃｉ ｌ ｌ ｕ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｆ ｏ ｒ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｅ ｎ ｅ Ｇ Ｏ Ｄｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｐ ｐ ｅ ｄｗ ｉ ｔ ｈ ｉ ｎａｐ ｏ ｒ ｏ ｕ ｓ Ｐ ｐ ｙｍ ａ ｔ ｒ ｉ ｘ
１ １ ］ 随后， 冷鹏 ［ 利用核微孔膜作为媒介体， 将金纳米粒子引入到葡萄糖生物传感器中， 结果表明， 金纳米
粒子对葡萄糖氧化酶活性以及传感器灵敏度的提高均具有很好的作用。随后， 碳纳米管（ Ｃ Ｎ Ｔ ） 、 碳纳米 角（ Ｃ Ｎ Ｈ ） 以及石墨烯等纳米材料也逐渐被用到生物传感器中。
１ ２ ］ ２ ０ ０ ９年， Ｒ ａ ｋ ｈ ｉ 等［ 采用 Ｇ Ｏ ｘ 与金纳米粒子、 Ｍ ＷＣ Ｎ Ｔ结合（ Ｇ Ｏ Ｄ／ Ａ ｕ Ｍ ＷＣ Ｎ Ｔ ／ Ｎ ａ ｆ ｉ ｏ ｎ ） 检测葡萄糖 １ ３ ］ 含量。Ｌ ｉ ｎ 等［ 采用一步法合成了银纳米粒子， 并将其与碳纳米管和壳聚糖结合得到聚合物膜， 将其与 １ ４ ］ Ｇ Ｏ ｘ 和Ｈ Ｒ Ｐ二者结合（ Ｇ Ｏ ｘ ／ Ｈ Ｒ Ｐ ／ Ａ ｇ ／ Ｃ Ｎ Ｔ ／ Ｃ ｈ ／ Ｉ Ｔ Ｏ ） 检测葡萄糖和过氧化氢的含量。２ ０ ０ ８年， Ｌ ｉ ｕ等 ［
第２ ９卷 第 １ ２期 ２ ０ １ ２年 １ ２月
应用化学 Ｃ Ｈ Ｉ Ｎ Ｅ Ｓ ＥＪ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ ＬＯ ＦＡ Ｐ Ｐ Ｌ Ｉ Ｅ ＤＣ Ｈ Ｅ Ｍ Ｉ Ｓ Ｔ Ｒ Ｙ
Ｖ ｏ ｌ ． ２ ９Ｉ ｓ ｓ ． １ ２ Ｄ ｅ ｃ ． ２ ０ １ ２
葡萄糖生物传感器检测方法的研究进展
［ １ ７ ］ （ Ａ ） ，ａ ｒ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ｉ ａ ｌ ｒ ｅ ｄ ｏ ｘｍ ｅ ｄ ｉ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ （ Ｂ ） ，ａ ｎ ｄｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎＧ Ｏ ｘａ ｎ ｄｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｅ （ Ｃ ）
２ ３ ］ 干扰以及由媒介体引起的复杂性与局限性 ［ 。但该传感器供体和受体对的空间分离是关键性的挑战。