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，預計到2050年將有13億人罹患糖尿病，血糖監(jiān)測需求者也與日俱增。

連續(xù)血糖監(jiān)測（Continuous Glucose Monitoring CGM）是一項新興技術，可以為糖尿病患者提供更完整的血糖水平監(jiān)測圖。安培血糖測試通常需要氧化還原介質來促進電荷從酶轉移到電極，由于它們潛在的毒性以及長期穩(wěn)定性等問題，這在CGM中并不理想。直接電子轉移（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氧依賴性導致其結果有爭議。

Part.01 背景介紹

來自波蘭的研究者Alexey Tarasov在Electrochimica Acta發(fā)表文章題為“Electron transfer from FAD-dependent glucose dehydrogenase to single-sheet graphene electrodes”，研究實驗中就使用了對氧不敏感的葡萄糖脫氫酶（Glucose Dehydrogenase GDH）來克服這個問題。

文章中，作者為了實現直接電子轉移，將葡萄糖脫氫酶GDH通過短芘連接劑(< 1nm)固定在高質量單層石墨烯電極表面。即使沒有氧化還原介質，生物傳感器對葡萄糖也有強烈反應，這意味著直接的電子轉移。不同表面上的對照測量進一步證實了該反應是酶特異性的。通過測量葡萄糖與常規(guī)二價鐵甲醇（ferrocenemethanol）介質以及還未開發(fā)的氧化還原介質硝基苯胺（nitrosoaniline）的反應來測定固定化酶的活性。同時，作者對血液中潛在的干擾素抗壞血酸的影響也進行了評估。該研究首次應用了單層石墨烯電極從氧不敏感酶(GDH)中實現DET，突出了這種裝置在CGM應用中的潛力。

Part.02 研究內容

研究人員設置了以單片石墨烯為WE，金平面電極為CE，塊狀Ag/AgCl為RE的玻璃基板微流控三電極電化學裝置，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是直接電子轉移（DET）；路徑2是用二價鐵甲醇作為介質的電子轉移（MET）；路徑3用亞硝基苯胺衍生物作為介質的電子轉移（MET）。

接著，作者在實驗中構建了特異性葡萄糖生物傳感器所進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

為了進一步研究DET途徑，并確保芘連接物不會促進葡萄糖氧化，研究人員用芘涂覆的石墨烯進行了葡萄糖校準測量。石墨烯/PBA-NHS/GDH電極上GDH產生的DET，結果如圖3所示，與空白對照相比，成功檢測到在構建的石墨烯電極上葡萄糖脫氫酶發(fā)生了直接電子轉移。

圖3 直接電子轉移檢測

另外，本篇文章對血液中潛在干擾素抗壞血酸（Ascorbic acid AA）的影響也進行了評估。如圖4結果所示，抗壞血酸在電極上發(fā)生氧化反應相比于對照來講，被極大的降低了。因此文章中構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

Part.03 研究發(fā)現

本次研究中，實驗人員首次將氧不敏感的葡萄糖脫氫酶（FAD-GDH）固定在高質量單層石墨烯電極表面，構建石墨烯/PBA-NHS/GDH電極，實現了即使沒有氧化還原介質，生物傳感器對葡萄糖也有強烈反應，從而實現了電子直接轉移。展示了該裝置在血糖持續(xù)監(jiān)測中的潛在應用，為廣大的糖尿病患者帶去福音。

Part.04 相關產品

金普諾安可提供葡萄糖脫氫酶，本產品來源于微生物，催化葡萄糖脫氫生成葡萄糖酸，具有比活性高、產量高等優(yōu)勢。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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