随着人们生活水平的提高，糖尿病患者日益增多，《柳叶刀》（The Lancet）于2023年6月最新发表的研究估计，预计到2050年将有13亿人罹患糖尿病，血糖监测需求者也与日俱增。

连续血糖监测（Continuous Glucose Monitoring CGM）是一项新兴技术，可以为糖尿病患者提供更完整的血糖水平监测图。安培血糖测试通常需要氧化还原介质来促进电荷从酶转移到电极，由于它们潜在的毒性以及长期稳定性等问题，这在CGM中并不理想。直接电子转移（Direct Electron Transfer  DET）将消除这种需要，因此引起了研究者们的极大兴趣。然而到目前为止，大多数基于DET的葡萄糖生物传感器的研究都是使用葡萄糖氧化酶（Glucose Oxidase Gox），但是由于GOx氧依赖性导致其结果有争议。

Part.01 背景介绍

来自波兰的研究者Alexey Tarasov在Electrochimica Acta发表文章题为“Electron transfer from FAD-dependent glucose dehydrogenase to single-sheet graphene electrodes”，研究实验中就使用了对氧不敏感的葡萄糖脱氢酶（Glucose Dehydrogenase GDH）来克服这个问题。

文章中，作者为了实现直接电子转移，将葡萄糖脱氢酶GDH通过短芘连接剂(< 1nm)固定在高质量单层石墨烯电极表面。即使没有氧化还原介质，生物传感器对葡萄糖也有强烈反应，这意味着直接的电子转移。不同表面上的对照测量进一步证实了该反应是酶特异性的。通过测量葡萄糖与常规二价铁甲醇（ferrocenemethanol）介质以及还未开发的氧化还原介质硝基苯胺（nitrosoaniline）的反应来测定固定化酶的活性。同时，作者对血液中潜在的干扰素抗坏血酸的影响也进行了评估。该研究首次应用了单层石墨烯电极从氧不敏感酶(GDH)中实现DET，突出了这种装置在CGM应用中的潜力。

Part.02 研究内容

研究人员设置了以单片石墨烯为WE，金平面电极为CE，块状Ag/AgCl为RE的玻璃基板微流控三电极电化学装置，将PDMS微流体通道置于顶部。

图1 微流控装置和葡萄糖生物传感器途径

应用GDH的三种不同葡萄糖生物传感器途径，如图1所示：路径1是直接电子转移（DET）；路径2是用二价铁甲醇作为介质的电子转移（MET）；路径3用亚硝基苯胺衍生物作为介质的电子转移（MET）。

接着，作者在实验中构建了特异性葡萄糖生物传感器所进行的表面功能化和酶固定化方案，如图2所示：

图2 表面功能化和酶固定化方案

为了进一步研究DET途径，并确保芘连接物不会促进葡萄糖氧化，研究人员用芘涂覆的石墨烯进行了葡萄糖校准测量。石墨烯/PBA-NHS/GDH电极上GDH产生的DET，结果如图3所示，与空白对照相比，成功检测到在构建的石墨烯电极上葡萄糖脱氢酶发生了直接电子转移。

图3 直接电子转移检测

另外，本篇文章对血液中潜在干扰素抗坏血酸（Ascorbic acid AA）的影响也进行了评估。如图4结果所示，抗坏血酸在电极上发生氧化反应相比于对照来讲，被极大的降低了。因此文章中构建的葡萄糖生物传感器能有效降低血液中的抗坏血酸的干扰。

图4 抗坏血酸AA的干扰检测

Part.03 研究发现

本次研究中，实验人员首次将氧不敏感的葡萄糖脱氢酶（FAD-GDH）固定在高质量单层石墨烯电极表面，构建石墨烯/PBA-NHS/GDH电极，实现了即使没有氧化还原介质，生物传感器对葡萄糖也有强烈反应，从而实现了电子直接转移。展示了该装置在血糖持续监测中的潜在应用，为广大的糖尿病患者带去福音。

Part.04 相关产品

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