用于酶传感器的外层制造技术

本申请公开了一种用于测量溶液中分析物的浓度的平面酶传感器，所述传感器包括支撑导电材料的电极层的电绝缘材料的基板。所述基板和电极层具有设置在其上的多个层，所述多个层包括酶层和覆盖所述酶层的微孔外层，其中所述外层包含防水性聚合物(例如，聚乙酸乙烯酯或丙烯酸酯共聚物)的连续相、嵌入所述连续相中的蛋白质(例如，酶)，以及可能的聚四氟乙烯颗粒。所述酶和所述聚四氟乙烯颗粒向所述外膜提供受控的孔隙度。

The outer layer of an enzyme sensor

The present application discloses a planar enzyme sensor for measuring the concentration of an analyte in a solution, and the sensor includes a substrate for an electrically insulating material supporting an electrode layer of a conductive material. The substrate and the electrode layer have a plurality of layers arranged on it, and the plurality of layers includes an enzyme layer and a microporous outer layer covering the enzyme layer, wherein the outer layer contains a waterproofing polymer (for example, polyvinyl acetate or acrylate copolymer), a protein embedded in the continuum (for example, an enzyme), and an enzyme. Able polytetrafluoroethylene particles. The enzyme and the polytetrafluoroethylene particles provide controlled porosity to the outer membrane.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于酶传感器的外层
本专利技术涉及用于测量溶液中分析物浓度的平面酶传感器。
技术介绍
分析物传感器诸如生物传感器包括使用生物元件将基体中的化学分析物转化成可检测信号的装置。有许多类型的生物传感器用于检测各种各样的分析物。在各种类型的生物传感器中，电化学生物传感器通常基于分析物的酶催化氧化。该酶插置并固定化在两个膜之间，其中第一膜或外膜与待测定的样品接触，并允许分析物和氧气从样品通向酶，同时限制蛋白质、红血细胞和其它大分子通过，并且第二膜与传感器电极的面相靠近，并允许过氧化氢通向电极，同时阻碍分子量大于约250g/mol的干扰物质例如抗坏血酸、对乙酰氨基酚和水杨酸通过。在实施过程中，包含分析物和氧气两者的待测定样品与第一膜或外膜的外面接触。样品扩散通过该膜与经固定化的酶接触导致氧气消耗反应，并且所得的过氧化氢扩散通过第二膜或内膜与传感器电极接触导致电流形成，该电流然后可通过常规方法读取。然而，如现有技术中进行的分析物测定在具有高浓度分析物的溶液(如通常例如在未稀释的全血或血清中发现的那样)，或者当可用于传感器的酶本质上具有低转化率或易受到样品中抑制剂的影响，或对于具有低氧气浓度的样品的情况下缺乏准确性。为了获得一致和准确的测量，尤其是当待测定的样品具有高浓度的分析物时，外膜就厚度、孔径和孔分布而言必须具有高度的均匀性。US5,696,314公开了包含固定化酶层和微孔层的酶传感器。微孔层被设计成限制分析物到达固定化酶层的速率，同时提供良好的氧气输送，使得氧气在发生于酶层的反应中不用做速率限制试剂。微孔层包括聚合物粉末、矿物粉末、聚合物粘结剂和至少一种表面活性剂。US2005/0009130A1公开了用于酶基传感器的可浇铸扩散膜。该膜包含分散在聚合物材料中的聚合物材料和孔形成颗粒。聚合物材料通常选自非水溶性聚合物，如聚氨酯、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、聚乙烯酯以及例如丁二烯和苯乙烯的共聚物。孔形成颗粒通常是稳定的颗粒，其具有固有和限定的孔隙度，例如无机颗粒和有机颗粒，如硅藻土、硅胶、纤维素、沉淀石膏、高岭土、玻璃、硅藻土等。DE102004003793A1公开了具有改善的贮存稳定性的电化学生物传感器。其包含具有例如嵌入其中的酶的水性聚合物分散体(诸如聚乙酸乙烯酯、丙烯酸酯共聚物(例如乙酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯的共聚物))的第一层以及薄防水性可渗透覆盖层的第二(外)层的两层膜。EP1282417B1公开了用于制备生物传感器(尤其是肌酸酐传感器)的方法，在该方法中于第一步骤中将第一酶与表面活性物质联合施用到工作电极，并且在随后的步骤中以化学方式在其上固定化第二酶。现有技术的膜对于分析物的通过通常具有高可渗透性，或者具有不均匀分布的可渗透孔隙度，尤其是在具有高浓度分析物、低浓度氧气的样品或者当可用于传感器的酶本质上具有低转化速率的情况下，与经固定化的酶接触的分析物的量整体或局部超过可用氧气的量。因此，氧气浓度(而非分析物浓度)是反应的速率限制组分，使得分析物测定的准确性被破坏。具体实施方式本专利技术人已出人意料地发现，水性聚合物分散体中作为孔形成剂的酶和其它蛋白质提供了外膜，所述外膜就分析物渗透性、孔隙度均匀性、厚度和使用稳定性而言具有较高的再现性。本专利技术的一个方面涉及平面酶传感器，参阅权利要求1。本专利技术的另一方面涉及用于制备酶传感器的方法，参阅权利要求11。附图说明图1示出参考实施例1中的详细描述的平面酶传感器的构造。具体实施方式本专利技术涉及用于测定溶液诸如生物学来源的样品中各种分析物的平面酶传感器领域。典型的分析物为胆固醇、蔗糖、谷氨酸盐、乙醇、抗坏血酸、果糖、丙酮酸盐、铵、亚硝酸盐、硝酸盐、苯酚、NADH、葡萄糖、乳酸盐、肌酸、肌酸酐、人血清白蛋白、IgG和血红蛋白(例如，糖化血红蛋白，HbA1c)。术语“平面”应理解为与传统棒状电极相反。本文所述的平面酶传感器通常可用作多用途酶传感器。当在本文中使用时，术语“多用途”旨在表示传感器，其在分析物测量后通过用缓冲液冲洗再生，从而将电流恢复到基线值并使传感器准备好用于测定新的样品阵列。当在本文中使用时，术语“生物学来源的样品”旨在表示取自生理流体的液体样品。本文的例示性示例为类似血液(例如全血、血浆、血清、血液级分等)、尿液、透析液和胸膜的那些。酶传感器如上所述，本专利技术特别提供用于测量溶液诸如生物学来源的样品中的分析物浓度的平面酶传感器。传感器包括支撑导电材料的电极层的电绝缘材料的基板，其中基板和电极层具有设置在其上的多个层，并且其中多个层至少包括：(a)酶层；和(b)覆盖酶层的微孔外层。外层包含(i)防水性聚合物的连续相和(ii)嵌入所述连续相中的蛋白质。外层还可包含(iii)聚合物颗粒。一般来讲，酶传感器的特征在于具有能够将分析物转化成可在电极处检测到的物质的酶层。本文所述的酶传感器可适于各种各样的分析物，尤其是酶底物和/或共底物。此类酶底物的示例为胆固醇、蔗糖、谷氨酸盐、乙醇、抗坏血酸、果糖、丙酮酸盐、铵、亚硝酸盐、硝酸盐、苯酚、NADH、葡萄糖、乳酸盐、HbA1c、肌酸和肌酸酐。特别要关注的是葡萄糖、乳酸盐、乙醇、肌酸和肌酸酐。因此，酶传感器的示例为肌酸酐传感器(即，由肌酸酐传感器和肌酸传感器组成的双传感器装置)、葡萄糖传感器、乳酸盐传感器等。基板和电极基板和电极可根据常规方法提供，例如在US7,195,697中公开的那样以及如实施例1所述的用于肌酸酐传感器的那样。典型的基板是氧化铝、玻璃、二氧化硅、印刷电路板、塑料膜和纸材的那些，并且典型的电极由聚合物，玻璃和金属如金、铂、钯、银(氯化物)和碳制得。干扰物去除层电极可任选地覆盖有干扰物去除层(即，电极与酶层之间的层)，其功能是防止血液中可能的电化学干扰物在电极处被氧化。该层应允许过氧化氢通过，但不允许较大分子通过。可能的干扰物可为例如抗坏血酸或对乙酰氨基酚。可能的干扰物去除层的示例是乙酸纤维素、乙酸丁酸盐纤维素和聚(邻-苯二胺)。酶层酶层包含至少一种酶。酶层可例如包含氧化酶诸如葡萄糖氧化酶、乳酸氧化酶、肌氨酸氧化酶或胆固醇氧化酶。酶层还可包含酶混合物，诸如例如酶级联，其使得可以对不能直接被检测到的分析物诸如例如肌酸酐进行检测。肌酸酐不能通过简单的酶进行酶促氧化，而是需要若干酶步骤来生成可通过测量电流的方法检测到的分析物衍生物。用于检测和/或测定肌酸酐的合适的酶级联体系可包括例如肌酸酐氨基水解酶(简称“肌酸酐酶”或“CA”)、肌酸脒基水解酶(简称“肌酸酶”或“CI”)和肌氨酸氧化酶(简称“SO”)。在一些实施方案中，酶层包含聚合物基体，至少一种酶被嵌入所述基体中。应当理解，酶层自己的酶必须能够将分析物转化成可检测的物质。因此，即使外层包含能够转化分析物的酶，酶层不应缺少此酶，因为转化成可检测的物质应尽可能接近电极进行，以便提供高灵敏度和线性度。外层用于平面酶传感器的外层(扩散膜)与例如常规酶传感器上的径迹蚀刻的扩散限制膜就通过层/膜的孔隙度、形态和扩散机制方面有很大不同。在径迹蚀刻的膜中，孔径比分析物尺寸大得多。此处分析物和相关物质如葡萄糖、乳酸盐、肌酸酐和H2O2的扩散系数大致类似于纯水性介质中的扩散系数。假定本文所述的平面酶传感器的外层由多个较小且均匀分布的孔组成，在这些孔中进行水和物质(包括分析物)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量溶液中分析物的浓度的平面酶传感器，所述传感器包括支撑导电材料的电极层的电绝缘材料的基板，所述基板和电极层具有设置在其上的多个层，所述多个层至少包括：a.包含至少一种酶的酶层；b.覆盖所述酶层的微孔外层，所述外层包含(i)防水性聚合物的连续相和(ii)嵌入所述连续相中的蛋白质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.27 DK PA2015007551.一种用于测量溶液中分析物的浓度的平面酶传感器，所述传感器包括支撑导电材料的电极层的电绝缘材料的基板，所述基板和电极层具有设置在其上的多个层，所述多个层至少包括：a.包含至少一种酶的酶层；b.覆盖所述酶层的微孔外层，所述外层包含(i)防水性聚合物的连续相和(ii)嵌入所述连续相中的蛋白质。2.根据权利要求1所述的传感器，其中嵌入所述连续相中的所述蛋白质是酶。3.根据权利要求2所述的传感器，其中所述酶选自水解酶。4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中形成所述外层的所述连续相的所述防水性聚合物选自聚乙酸乙烯酯以及丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯的共聚物。5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中所述微孔外层还包含嵌入所述连续相中的聚合物颗粒。6.根据权利要求5所述的传感器，其中所述聚合物颗粒选自聚四氟乙烯(PTFE)颗粒。7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中所述酶层包含肌氨酸氧化酶和肌酸酶，并且其中所述外层中的所述蛋白质为肌酸酶。8.根据前...

【专利技术属性】
技术研发人员：T克亚尔，TS汉森，LD克劳森，
申请(专利权)人：雷迪奥米特医学公司，
类型：发明
国别省市：丹麦,DK