一种同时快速检测血液中糖化血红蛋白和糖化血清蛋白的
方法
技术领域
背景技术
[0002] 糖尿病是一种由胰岛素分泌
缺陷所引起的慢性代谢
疾病。长期的高血糖会带来各种各样的
风险，例如会造成不同器官和组织的并发症，包括心脏、大脑、血管、眼睛和神经末梢等。人们大多通过测量血糖来判断糖尿病，然而血糖
水平受多种因素的影响，例如天气、食物等，需要经常检测，十分麻烦。
[0003] 糖化血红蛋白(Glycosylated hemoglobin，HbA1c)是一种稳定的糖化产物，它通过血红蛋白和
碳水化合物之间的非酶不可逆反应形成。HbA1c浓度与
血糖浓度成比例，但是因为糖基化不会改变血红蛋白的
氨基酸序列，所以它的值不会受到运动或者食物摄取的影响，能够在120天内保持几乎不变。因此，HbA1c的值可以反映糖尿病患者长期的血糖水平。然而，单独检测HbA1c会导致把糖尿病病程短于3个月的患者遗漏掉。
[0004] 糖化血清蛋白(Glycosylated serum protein，GSP)是
葡萄糖和血清
白蛋白或
蛋白质分子N末端酶法产生的糖化产物。血清白蛋白的
半衰期约为21天，并且不受血糖浓度的影响。因此，GSP可以反映1-2周的平均血糖水平。同时，GSP还可显示2-3周内的血糖控制水平。因此，GSP检测是HbA1c检测的有效补充。同时检测HbA1c和GSP可以有效地筛查和监测糖尿病，这将会在未来的应用中产生巨大潜
力。
[0005] 目前在临床和实验室检测中，已经有许多方法能够确定HbA1c浓度，包括国际临床化学和实验医学联合会推荐的高效液相色谱
串联电喷雾质谱法或者高效液相色谱串联毛细管
电泳法。这些方法根据其原则可以分为两类。其中一类是基于糖基化和非糖基化血红蛋白的电荷不同，例如离子交换色谱法和电泳法。另一类方法，例如免疫法，亲和层析法和酶法等，都是基于糖化血红蛋白的结构不同。近年来，HbA1c的及时检测方法也在不断发展，目前主要依赖于纸层析色谱法。同时，一些能够快速检测HbA1c的仪器也在不断开发，与实验室检测方法相比，及时检测法拥有一些优势，比如操作方便、前处理时间短等，这些都有助于帮助患者及时确定糖尿病的进展情况。
[0006] 对于GSP浓度的测量，过去人们大多依赖于硝基四氮唑蓝比色法(nitrobluetetrazalium，NBT)和葡萄糖苯脎分光光度法(glucose phenylosazone，GPS)。
其中，NBT方法灵敏度高，抗干扰能力强，但是因为污染物容易被
吸附在自动生化分析仪的管道上，所以该方法容易引起污染。GPS方法具有较好的特异性，不污染分析仪，但该技术需要昂贵的检测
试剂，在临床应用中比较难以实现。现如今通过使用酶和特异性的
染色单体反应，也有人提出了定性或定量的GSP检测方法。这些方法非常准确，但仅限于实验室实验，不能快速简单地提供实时分析结果。现如今及时的GSP检测方法尚未开发，因此，我们需要研究能够实现低成本，并且拥有高灵敏度和良好的准确性的方法。
[0007] 果糖缬氨酸(Fructose valine，FV)是HbA1c或GSP蛋白
水解消化后都会产生的氮末端水解产物。通过测定FV浓度，可以检测血液中HbA1c和GSP浓度。而FV可以被果糖氨基酸
氧化酶(Fructosyl amino acid oxidase，FAOD)氧化，产生H2O2。因此，HbA1c和GSP浓度可以通过检测H2O2浓度间接测量。
[0008] PB是一种具有优良性质的蓝色染料，它的可逆性、化学
稳定性和催化性能都十分良好并且PB膜可以通过简单的
电沉积在
电极上进行修饰。现如今PB膜被广泛应用于H2O2
传感器，它对H2O2在有氧系统中电催化具有较高的灵敏度和选择性。
发明内容
[0009] 本发明的目的是为了克服目前
现有技术检测血液中糖化血红蛋白和糖化血清蛋白的方法中存在的检测成本高、灵敏度低、准确性差、以及血红蛋白和血清蛋白不能同时检测造成的检测便捷性差等问题，提供了一种同时快速检测血液中糖化血红蛋白和糖化血清蛋白的方法，可快速同时准确的检测血红蛋白和血清蛋白的含量，且该方法灵敏度高，不会对分析仪器造成污染，检测成本低。
[0010] 所述的一种同时快速检测血液中糖化血红蛋白和糖化血清蛋白的方法，其特征在于包括以下方法步骤：
[0011] (1)制备FAOD/PB-DSPE电极，包括以下步骤：
[0012] (a)采用丝网印刷依次将碳黑、
银墨、Ag/AgCl墨和绝缘油墨在
基板上印刷，每次印刷后进行烘箱干燥，得DSPE电极；
[0013] (b)将步骤(a)所得DSPE电极与
恒电位仪连接，DSPE电极置于K3[Fe(CN)6]、FeCl3、KCl和HCl的混合溶液中，开启恒电位仪沉积，再在-0.5V～1V的变化电位范围以50mV/s的扫描速度循环扫描，即得PB-DSPE电极；
[0014] (c)将步骤(b)所得PB-DSPE电极室温干燥后，在其表面滴加FAOD的Tris-HCl水溶液进行修饰，干燥得FAOD/PB-DSPE电极；
[0015] (2)配制标准溶液：配制HbA1c和GSP的标准
磷酸盐缓冲水溶液，其浓度均分别为0.1mmol/L，0.5mmol/L，1.0mmol/L，1.5mmol/L和2.0mmol/L；
[0016] (3)制作标准曲线：以步骤(1)制得FAOD/PB-DSPE电极与恒电位仪连接，在同一恒定检测条件下，检测步骤(2)配制的不同浓度的HbA1c和GSP的标准溶液的响应
电流，以检测的响应电流为Y值，溶液的浓度为X值，分别绘制HbA1c和GSP的标准曲线，计算HbA1c和GSP的回归方程；
[0017] (4)准备待测溶液：取
血液样本用生理盐水稀释、离心分离，分离出血清和红细胞；移取血清和红细胞分别加入到不同的含有蛋白酶的试管中，充分震荡，得血清试样和红细胞试样；
[0018] (5)测定血液中HbA1c和GSP的含量：将2个步骤(1)制FAOD/PB-DSPE电极与恒电位仪连接，形成双通道电极检测通道，在与步骤(3)相同的检测条件下，同时将步骤4)中的血清试样和红细胞试样进样至双通道电极检测通道中，检测血清试样中GSP和红细胞试样中HbA1c的响应电流Y，分别代入回归方程，计算得到的两个X值分别为血清试样中GSP的浓度、红细胞试样中HbA1c的浓度，从而得出血液样本中的HbA1c和GSP的含量。
[0019] 所述的一种同时快速检测血液中糖化血红蛋白和糖化血清蛋白的方法，其特征在于制备FAOD/PB-DSPE电极的步骤(b)中K3[Fe(CN)6]、FeCl3、KCl和HCl的浓度分别为1.8-2.2mmol/L、1.8-2.2mmol/L、0.08-0.12mol/L和8-12mmol/L，K3[Fe(CN)6]且FeCl3的浓度相同，优选为2mmol/L、2mmol/L、0.1mol/L和10mmol/L。
[0020] 所述的一种同时快速检测血液中糖化血红蛋白和糖化血清蛋白的方法，其特征在于步骤(b)中扫描圈数为10-15圈，优选为12圈。
[0021] 所述的一种同时快速检测血液中糖化血红蛋白和糖化血清蛋白的方法，其特征在于步骤(b)中沉积电位为0.3-0.5V，优选为0.4V，沉积时间为280-320s，优选为300s。
[0022] 所述的一种同时快速检测血液中糖化血红蛋白和糖化血清蛋白的方法，其特征在于FAOD的Tris-HCl水溶液的滴加量为
覆盖整个电极的工作面。
[0023] 所述的一种同时快速检测血液中糖化血红蛋白和糖化血清蛋白的方法，其特征在于所述步骤(3)中检测条件为：
电压为-0.5～0.4V，以50～150mV/s的速度扫描，反应时间为4～6min。
[0024] 所述的一种同时快速检测血液中糖化血红蛋白和糖化血清蛋白的方法，其特征在于所述步骤(4)中，生理盐水的体积是血液样本的体积的50倍。
[0025] 所述的一种同时快速检测血液中糖化血红蛋白和糖化血清蛋白的方法，其特征在于所述步骤(4)中，血清试样和红细胞试样中蛋白酶的浓度均为0.2mg/mL。
[0026] 所述的一种同时快速检测血液中糖化血红蛋白和糖化血清蛋白的方法，其特征在于制备FAOD/PB-DSPE电极的步骤(c)中，Tris-HCl水溶液的pH值为8.0，Tris的浓度为1mg/mL。
[0027] 本发明过程的原理是：血液样本通过离心分离成两层，即红细胞层和血清层，其中红细胞层中包含HbA1c，而血清层中则包含GSP。如方程式(1)所示，HbA1c和GSP中氮的糖基化末端都可以通过蛋白酶水解生成FV。因此，在红细胞和血清中都加入蛋白酶，使其中HbA1c和GSP水解生成FV。FV可以通过FAOD的特定催化氧化生成H2O2。本发明制备FAOD/PB-DSPE电极，电位扫描时，溶液中Fe3+和Fe(CN)63-向电极表扩散，当Fe3+被还原成Fe2+时，Fe2+在电极表面便会与Fe(CN)63-反应，生成PB膜；利用PB-修饰双通道丝网印刷电极(DSPE)，建立了H2O2浓度与响应电流的线性关系，从而检测HbA1c和GSP浓度。在PB膜中，有两种
电子转移途径，即高自旋Fe3+/2+和低自旋Fe(CN)63-/4-存在，其中高自旋Fe3+/2+在PB电子转移中具有重要的催化作用。H2O2在溶液中可以迅速发生还原反应，诱导PB-Fe2+氧化为PB-Fe3+，而PB-Fe3+在溶液中又能迅速还原为PB-Fe2+，产生还原电流。因此，随着H2O2浓度的增加，还原电流逐渐增加。随着PB的电子转移，在双通道中可以观察到不同的H2O2浓度所产生的不同的电流
信号。
[0028]
[0029] 本发明相对于现有技术，取得的有益效果是：
[0030] 1)本发明的方法所用检测试剂成本低，检测过程不会污染检测仪器，操作方法便捷性好，适于推广应用；
[0031] 2)本发明的方法可快速同时准确的检测血液样本中血红蛋白和血清蛋白的含量，且检测准确性高，其DSPE还能与小型便携式智能恒电位仪相结合，该方法在多方面的应用中均具有巨大的潜力。
附图说明
[0032] 图1a为DSPE电极(A)的SEM图；
[0033] 图1b为PB-DSPE电极(B)的SEM图；
[0035] 图3为0mmol/L H2O2(a)和5mmol/L H2O2(b)的磷酸盐缓冲溶液的对比循环伏安图；
[0036] 图4为0mmol/LFV(a)和有2mmol/LFV(b)的磷酸盐缓冲溶液的对比循环伏安图；
[0037] 图5为不同FAOD修饰量的电极下的响应电流；
[0038] 图6为不同pH值的磷酸盐缓冲溶液的响应电流；
[0039] 图7为不同扫描速率下的响应电流图；
[0040] 图8为不同反应时间下的响应电流图。
具体实施方式
[0041] 下面结合具体
实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
[0042] 实施例1：
[0043] 制备FAOD/PB-DSPE电极，其方法步骤如下：
[0044] (a)将碳黑、银墨、Ag/AgCl墨和绝缘油墨，在丝网印刷网版模板上依次印刷，每次印刷后进行烘箱干燥，得DSPE电极(该印刷工艺为常规技术，
专利号为Zl201410475619.8，名称为“原位电化学-表面增强拉曼
光谱芯片及其生产方法”已公开)，对所得DSPE电极进行表征，其扫描电镜SEM图如图1a所示；
[0045] (b)将步骤(a)所得DSPE电极与恒电位仪连接后，将DSPE电极置于含有2mmol/LK3[Fe(CN)6]、2mmol/L FeCl3、0.1mol/L KCl和10mmol/LHCl的混合水溶液中，开启恒电位仪，通过计时电流法进行电化学沉积，在固定电位的0.4V，的条件下沉积300s；其后通过循环
伏安法在-0.5V～1V的变化电位范围以50mV/s的扫描速度循环扫描12圈，即得PB-DSPE电极，对所得PB-DSPE电极进行表征，其扫描电镜SEM图如图1b所示；
[0046] (c)将步骤(b)所得PB-DSPE电极干燥后，在其表面添加4μl浓度为10mg/mLFAOD的Tris-HCl水溶液，烘箱干燥，即得
[0047] FAOD/PB-DSPE电极；其中，Tris-HCl水溶液的pH值为8.0，Tris的浓度为1mg/mL；
[0048] 从图1a和图1b可以看出，相对于DSPE电极SEM图，PB-DSPE电极的SEM图中显示有粒子的形态且分布均匀，由此说明PB-DSPE电极中PB膜沉积在DSPE电极表面，且其粒径大约为5μm，PB膜在DSPE电极表面沉积均匀。
[0049] 本实施例还采用
循环伏安法识别了PB膜，测定条件如步骤(b)所示，测定结果如图2所示，从图中可以看出，PB膜有一堆可逆的氧化还原峰，并且随着电沉积的增加，响应电流不断增加，原因是当进行电位扫描时，溶液中Fe3+和Fe(CN)63-向电极表面扩散。在800mV到
400mV的电位范围内，Fe3+被还原为Fe2+，Fe2+与Fe(CN)63-在电极表面发生反应，形成PB膜。当电位小于400mV的时候，Fe(CN)63-也开始被还原为Fe(CN)64-。当电位小于-300mV时，电极表面的Fe3+和Fe(CN)63-几乎全被还原，需要扩散到溶液中，重新氧化生成Fe3+和Fe(CN)63-，以便下一轮还原反应生成PB。但是当PB膜形成较厚的时候，电荷的扩散速率收到限制，图中经过12次扫描后，其响应电流的强度几乎不变，说明PB膜已经生成达到稳定，由图2可以确定形成了PB膜，且其稳定性好。
[0050] 实施例2：
[0051] 取实施例1方法中步骤(b)取得的PB-DSPE电极，与恒电位仪连接，将PB-DSPE电极分别置于磷酸盐缓冲液和含有5mmol/L H2O2的磷酸盐缓冲液中，采用循环伏安法测定上述两个
电解溶液中的响应电流，测定时扫描速率为100mV/s，作用时间为5min；其结果如图3所示；
[0052] 从图3可以看出，相对于磷酸盐缓冲液，含有5mmol/L H2O2的磷酸盐缓冲液作为电解溶液时，PB的还原电流明显增加，这说明H2O2可以被诱导产生还原电流，H2O2的含量与产生的还原电流存在一定的关系，因此可以根据产生的还原电流测定待测液中的H2O2含量。
[0053] 实施例3：
[0054] 将实施例1制备的FAOD/PB-DSPE电极，与恒电位仪连接，将所述电极分别置于磷酸盐缓冲液和含有2mmol/L FV的磷酸盐缓冲液中，采用循环伏安法测定上述两个电解溶液中的响应电流，测定时扫描速率为100mV/s，作用时间为5min；其结果如图4所示；
[0055] 从图4可以看出，相对于磷酸盐缓冲液，含有2mmol/L FV的磷酸盐缓冲液作为电解溶液时，还原电流明显增加，这说明FV在测定电流过程中被诱导产生了还原电流，FV的含量与产生的还原电流存在一定的关系，因此可以根据产生的还原电流测定待测液中的FV含量。
[0056] 结合实施例2和实施例3，产生PB还原电流增大的原因可能是：在测定过程中，FV被FAOD催化产生H2O2，PB作为电子媒介体，H2O2能够诱导PB-Fe2+氧化为PB-Fe3+，使得PB-Fe3+还原为PB-Fe2+的还原电流增大，产生还原电流，因此可根据产生的还原电流间接测定溶液中FV或H2O2的含量。
[0057] 实施例4：
[0058] 考察PB-DSPE电极上修饰不同含量的FAOD的影响：
[0059] 制备FAOD/PB-DSPE电极，制备方法同实施例1，但是与实施例1不同的是，步骤(c)中，添加FAOD的量分别为1、2、3和5μL；
[0060] 上述制备的FAOD/PB-DSPE电极和实施例1制备的电极，分别与恒电位仪连接，采用循环伏安法，测定待测溶液中的响应电流，测定时扫描速率为100mV/s，作用时间为5min；根据响应电流的强度确定电极中FAOD的最佳添加量；所述待测溶液为：含有2mmol/LFV的磷酸盐缓冲液，其中磷酸盐缓冲液的浓度为0.05mol/L，PH值为7.5；测定结果如图5所示；
[0061] 从图5可以看出，随着修饰FAOD的量增加，响应电流逐渐增加，但是修饰FAOD的量从4μL到5μL的时候，电流响应增加的十分缓慢。因此，从节约成本上考虑，FAOD/PB-DSPE电极上FAOD的最佳修饰量为4μL。
[0062] 实施例5：
[0063] 考察待测溶液的PH值得影响：
[0064] 选择调节PH值分别为6.0、6.5、7、7.5和8.0的0.05mol/L磷酸盐缓冲液中，添加FV，使FV在缓冲溶液中的浓度为2mmol/L，形成待测溶液；
[0065] 实施例1制备的FAOD/PB-DSPE电极与恒电位仪连接，采用循环伏安法测定上述待测溶液的响应电流，测定时扫描速率为100
[0066] mV/s，作用时间为5min；测定结果如图6所示；
[0067] 从图6中可以看出，在pH 7.5时发现的最大响应电流，而pH 8.0响应电流大幅度降低，因此待测溶液的PH值为7.5时为最适宜PH值。
[0068] 实施例6：
[0069] 考察扫描速率的影响：
[0070] 实施例1制备的FAOD/PB-DSPE电极与恒电位仪连接，采用循环伏安法测定待测溶液的响应电流，所述待测溶液为：含有2mmol/L FV的磷酸盐缓冲液，其中磷酸盐缓冲液的浓度为0.05mol/L，PH值为7.5；
[0071] 测定过程中，扫描速率分别为10mV/s，50mV/s，100mV/s，150mV/s和200mV/s，反应时间为5min，结果如图7所示；
[0072] 从图7可以看出，随着扫描速率的增加，电流强度不断增大，在200mV/s时电流响应达到最大值。但是当扫描速率超过100mV/s时，还原峰开始偏离平衡态，曲线峰值发生倾斜，这是因为扫描速率过快，电子转移速度跟不上离子扩散到溶液中的速度，峰产生滞后所造成。这个现象会对实验结果造成误差，因此最佳扫描速率为100mV/s。
[0073] 实施例7：
[0074] 考察电解反应时间的影响：
[0075] 实施例1制备的FAOD/PB-DSPE电极与恒电位仪连接，采用循环伏安法测定待测溶液的响应电流，所述待测溶液为：含有2mmol/L FV的磷酸盐缓冲液，其中磷酸盐缓冲液的浓度为0.05mol/L，PH值为7.5；
[0076] 测定过程中，扫描速率为100mV/s，反应时间分别为0、1、2、3、4、5和6min，结果如图8所示；
[0077] 从图8可以看出，随着作用时间的延长，电流强度逐渐增大。这一现象表明表明，FAOD催化FV需要足够的时间。然而，反应时间为5min后，电流响应发生的变化开始变得缓慢，因此从节约时间的因素考虑，反应时间为5min为最佳反应时间。
[0078] 实施例8：
[0079] 制作HbA1c和GSP的标准曲线：
[0080] 配制HbA1c和GSP的标准溶液，其浓度分别为：0.1mmol/L，0.5mmol/L，1.0mmol/L，1.5mmol/L和2.0mmol/L；
[0081] 实施例1制备的FAOD/PB-DSPE电极与恒电位仪连接，采用循环伏安法测定上述标准溶液的响应电流，测定时扫描速率为100mV/s，作用时间为5min；
[0082] 测定结果为：上述浓度范围内，HbA1c和GSP的标准溶液的浓度与响应电流成线性相关的关系；以相应电流为i，HbA1c和GSP的浓度表示为C；其中，HbA1c的线性回归方程为i＝22.47C+79.09，相关系数为0.9962。GSP的线性回归方程为i＝19.78C+79.48,相关系数为0.9885；这些结果表明，本文所设计的检测方法对HbA1c和GSP具有很高的敏感性，并且所得
检测限为0.1mmol/L，能够符合国家标准WST461-2015。
[0083] 实施例9本实施例采用本发明制得的FAOD/PB/DSPE电极，结合小型便携式智能恒电位仪，分别检测了2例糖尿病人和1例正常人的HbA1c和GSP，将测出的响应电流代入实施例8所得的线性回归方程，计算其对HbA1c和GSP的浓度，结果如表1所示。
[0084] 表1 HbA1c和GSP的实际样品测试
[0085]
[0086] 通过本发明的方法，同时能检测出HbA1c和GSP的数据，且HbA1c数据与医院所测HbA1c数据相匹配。GSP暂无医院所测结果，从本发明的结果显示，该方法所测GSP的值与GSP的浓度呈正比关系。
[0087] 实施例10：
[0088] 验证本发明方法的准确性：
[0089] 待测溶液为：取健康人的血液，将血液用生理盐水稀释，分离出血清和红细胞，再在血清和红细胞中分别加入FV，配成含有0.1mmol/L，0.5mmol/L，1.0mmol/L，1.5mmol/L和2.0mmol/L浓度FV的阴性血液样本；
[0090] 使用2个实施例1制备的FAOD/PB-DSPE电极与恒电位仪连接，形成双通道电极检测通道，将上述待测溶液分别平均分为两部分，采用循环伏安法，通过双通道电极检测通道，同时检测两部分待测液中HbA1c和GSP的含量，测定时扫描速率为100mV/s，作用时间为5min；
[0091] 本实施例直接测定红细胞中的HbA1c和血清中的GSP的含量，测定结果分别如表2和表3所示；
[0092] 表2红细胞中的HbA1c的检测结果表
[0093]
[0094]
[0095] 表3血清中的GSP的检测结果表
[0096]
[0097]
[0098] 从表2和表3可以看出，HbA1c的回收率为77.5％～112.6％，RSD<2.32％(n＝5)；GSP的回收率为76.7％～109.1％，RSD<2.46％(n＝5)；该方法符合标准要求，并具有较高的精确性和准确性。
