生物传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种简单结构的生物传感器，用于快速并精密地测量样品基质，而不会明显受样品中的肽影响。测量样品溶液中所含基质的生物传感器包括一个或多个绝缘基板（１）；一对电极，包括在基板（１）上设置的工作电极（２）和对电极（３）；以及包含氧化还原酶和电子介体的测量试剂（１１）。样品溶液含有肽，工作电极（２）包括一种金属，并且至少工作电极（２）的一部分表面覆盖有含有至少一个硫原子的有机化合物的薄膜（１０）。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于测量样品中所含基质的生物传感器。作为定量样品中所含组分的一种示例性的方法，此处描述了一种定量葡萄糖的方法。β-D-葡萄糖氧化酶(本文以下称作“GOx”)是专门用于催化葡萄糖氧化的酶。在含有GOx和葡萄糖的反应溶液中存在氧分子，当葡萄糖氧化时，氧被还原，从而产生过氧化氢。使用氧电极或过氧化氢电极，氧或过氧化氢被分别还原或氧化，并且测量通过的电流量。氧的减少量和过氧化氢的增加量与葡萄糖的量成比例。产生的电流量与氧的减少量和过氧化氢的增加量成比例。因此，上述测量方法实现了葡萄糖的定量(例如，参见A.P.F.Turner等，生物传感器，原理及应用(Biosensors，Fundamentals andApplications)，Oxford University Press，1987)。氧和过氧化氢调节反应中产生的电子从酶到电极的转移，并被称为“电子介体”。当用氧和过氧化氢作为电子介体时，可能产生测量误差，因为每个样品具有不同的氧含量。为了解决这个问题，已经发展了一种使用合成的氧化还原化合物作为电子介体的测量方法。通过在样品中溶解规定量的电子介体，可以实现带有较小误差的稳定测量。还可通过将电子介体与GOx一起装载到电极上，并且由此在几乎干燥的状态下使电子介体与电极系统结合在一起的方法来形成传感元件。最近，已经发展了一种基于这种技术的一次性葡萄糖传感器，该传感器引起了很大的关注。这种传感器的一个代表性的实例是日本专利第2517153号中描述的生物传感器。使用一次性葡萄糖传感器，通过将样品溶液简单引入可分开地偶合在测量装置上的传感元件中，就能够容易地测量葡萄糖的含量。传感器的测量误差还可能是由样品中所含不同于待测量基质的物质的影响所引起的。例如，在使用血液作为样品的生物传感器的情况下，测量误差可能按下述情况发生。包括血液中所含的血细胞或蛋白质的肽被吸附到电极的表面。这降低了电极反应中涉及的电极的有效面积。因此，降低了对应于葡萄糖氧化的电流，引起测量误差。电流的降低程度取决于肽的吸附程度。肽的吸附程度取决于样品中肽的浓度。因此，很难预测电流降低的程度从而补偿误差。产生上述测量误差的物质称作“干扰物质”。为了削除干扰物质的影响，使用了各种测量方法。例如，美国专利第6033866号公开了一种在电极上提供血细胞分离过滤器，使得血细胞被高效地完全去除的方法。然而，该方法使传感器的结构变得复杂，并且因为血细胞的分离需要时间而阻碍了快速定量。在日本专利第2517153号描述的传感器中，电极表面用亲水聚合物如羧甲基纤维素覆盖，从而阻止了干扰物质如血细胞的吸附。由于这种结构，该传感器实现了快速测量。但是，该方法不能完全阻止干扰物质吸附到电极的表面。原因是因为用来覆盖电极的亲水聚合物在与样品溶液接触时会溶解，这样，样品中的干扰物质就能够接近电极的表面了。已知分子中含有至少一个硫原子的化合物能够强烈地吸附到许多过渡金属的表面上，形成一层非常薄的薄膜(超薄薄膜)(例如，参见M.J.Weaver等，J.Am.Chem.Soc.106(1984)，6107-6108)。在这些化合物中，硫醇和二硫化物能化学吸附到贵金属的表面，并与贵金属原子形成强的键。在J.Am.Chem.Soc.105(1983)，4481-4483和109(1987)，3559-3568中，R.G.Nuzzo和D.L.Allara已经阐明了这些化合物能形成硫醇盐化合物的超薄薄膜，该薄膜由自组装、组织并且稠密堆积的单分子形成。覆盖有这种超薄薄膜的贵金属可以用作电极。甚至在与任何常用溶剂接触时，这种覆盖层也不会溶解或剥离。甚至当覆盖层由稠密堆积的分子形成时，只要覆盖层足够薄就几乎观察不到电极界面的IR电位降。因此，电化学活性化合物的电极反应能够以满意方式进行。I.Willner等公开了使用硫醇和二硫化物单分子薄膜作为将酶共价地固定到电极上的锚(参见I.Willner等，J.Am.Chem.Soc.114(1992)，10965)。图3(B)所示为I.Willner等公开的单分子薄膜的结构。图3(B)中，“E”代表酶，“S-N”表示形成单分子薄膜的硫醇和二硫化物的结构(“S”代表硫，“N”代表氮)，E和N间的之字形线表示共价键。现有技术并没有公开硫醇和二硫化物单分子薄膜具有阻止干扰物质吸附的作用。为了解决上述问题，本专利技术用于测量样品溶液中所含基质的生物传感器包括一个或多个绝缘基板；包含设置在基板上的一对电极(一个工作电极和一个对电极)的电极系统；以及包含氧化还原酶和电子介体的测量试剂。样品溶液含有肽，工作电极包括金属，而且工作电极至少有部分表面被含有至少一个硫原子的有机化合物的薄膜所覆盖。本专利技术涉及用于测量样品溶液中所含基质的生物传感器，该传感器包括绝缘基板、设置在该绝缘基板上的工作电极和对电极，以及包含氧化还原酶和电子介体的测量试剂。样品溶液含有肽，工作电极包括金属，而且工作电极至少有部分表面被含有至少一个硫原子的有机化合物的薄膜所覆盖。生物传感器可以进一步包括参比电极。对电极至少有部分表面被含有至少一个硫原子的有机化合物的薄膜所覆盖。含有至少一个硫原子的有机化合物可以是硫醇化合物、二硫化物、或硫醇盐化合物。含有至少一个硫原子的有机化合物可以是由下面通式(1)、(2)或(3)表示的化合物HS-(CH2)n-X 通式(1)X-(CH2)n-S-S-(CH2)n-X 通式(2)-S-(CH2)n-X 通式(3)式中n表示1-10的整数，X表示氨基、羧基、羟基、甲基、氨苄基、羧基苄基、或苯基。优选地，含有至少一个硫原子的有机化合物可以在工作电极的表面上形成基本上是单分子的薄膜。工作电极的1/30至1/3的面积可被含有至少一个硫原子的有机化合物所覆盖。金属可包括金、钯、或铂。氧化还原酶可选自以下组中葡萄糖氧化酶、幽门喹啉醌相关葡糖脱氢酶、烟碱酰胺腺嘌呤二核苷酸相关葡糖脱氢酶、烟碱酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸盐相关葡糖脱氢酶、以及胆固醇氧化酶。电子介体可以是铁氰酸离子。测量用试剂可以进一步包括pH缓冲剂。本专利技术还涉及一种生物传感器，其包括绝缘基板、设置在绝缘基板上的一对电极，至少一对电极之一包含金属，而且至少一个电极的部分表面被含有至少一个硫原子的有机化合物薄膜所覆盖。含有肽的样品溶液和氧化还原酶之间的反应在电子介体存在的情况下被定量。氧化还原酶和电子介体可以在含有至少一个硫原子的有机化合物薄膜中提供。本专利技术还涉及测量含肽样品溶液中所含基质的生物传感器。该生物传感器包括绝缘基板，基板上包括一对电极以及与两个电极相连的导线，至少该一对电极之一包括含有至少一个硫原子的有机化合物薄膜，该薄膜在至少一个电极的至少部分表面形成；还包括设置在基板上的带有裂缝的隔离层；以及设置在裂缝上提供的具有气孔的覆盖层。该裂缝可以形成样品溶液的供给通道，并且裂缝的开口端形成了样品的供给口。本专利技术生物传感器可以进一步包括一层在两个电极上提供的测量试剂。测量试剂层可以包括pH缓冲剂。图2是附图说明图1中所示生物传感器的部分垂直截面图。图1和2中显示的标记代表如下元件。1基板；2工作电极；3对电极；4和5导线；6裂缝；7隔离层；8气孔；9覆盖层；10含有至少一个硫原子的有机化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量样品溶液中所含基质的生物传感器，该生物传感器包括：绝缘基板、在基板上设置的工作电极和对电极、以及含有氧化还原酶和电子介体的测量试剂，其中：样品溶液含有肽，工作电极包括金属，并且工作电极的至少一部分表面用含有至少一个硫原子的有机化合物的薄膜覆盖。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：中南贵裕，池田信，吉冈俊彦，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]