植入式生物传感器及制备方法技术

本申请涉及生物传感器领域，提供了一种植入式生物传感器及制备方法，其中植入式生物传感器包括绝缘基板、多个导线、与导线电连接并绝缘设置的工作电极和参比电极、设置在工作电极上的反应酶，和可选的对电极及可选的扩散限制膜。其中工作电极包括电子介体型催化活化膜，其包含导电油墨和分散于导电油墨中的电子介体，该电子介体型催化活化膜不包含酶。本申请还公开了上述传感器的制备方法。与现有技术相比，本申请所公开的植入式生物传感器在工作过程中电子传递效果更好、具有较低反应电位、抗干扰物能力强，同时还能克服第二代生物传感技术存在的酶活性低、电子介体迁移等风险。电子介体迁移等风险。电子介体迁移等风险。

【技术实现步骤摘要】
植入式生物传感器及制备方法


[0001]本申请涉及生物传感器领域，特别涉及一种植入式生物传感器及制备方法。

技术介绍

[0002]基于酶的电化学传感器，是将分析物在对应酶催化作用下的生化反应信号转换为可测量的物理信号，例如电信号，而电信号的大小或强弱依赖于分析物的浓度，从而实现对分析物浓度的测量，有时也称该类传感器为生物传感器。
[0003]这种生物传感器广泛用于临床，环境，农业和生物技术应用中的分析物检测。可以在临床中测定人体液中测量的分析物包括例如葡萄糖，乳酸，胆固醇，胆红素和氨基酸等。在诸如人体血液或组织间液中分析物的检测对于许多疾病的诊断和监测很重要。
[0004]由于许多重要生物分析物的生化反应都涉及电子转移（例如，葡萄糖与葡萄糖氧化酶的反应），通过电信号检测分析物浓度的生物传感器，例如安培型（电流型）生物传感器，因此引起了研究者的特别关注。在安培型葡萄糖生物传感器的示例中，葡萄糖通过葡萄糖氧化酶催化的反应被体液中的氧气氧化，该反应生成葡糖酸内酯和过氧化氢，然后过氧化氢被电氧化形成与体液中的葡萄糖浓度相关的电信号。
[0005]基于上述生物传感器技术的发展，以葡萄糖浓度检测领域为例，形成了至少两代生物传感技术。
[0006]第一代生物传感技术，是通过电化学方法检测葡萄糖在葡萄糖氧化酶催化氧化过程中生成的过氧化氢来间接地对葡萄糖进行监测。
[0007]由于电化学方法检测过氧化氢对电极的要求非常苛刻，只有铂或铂合金等极少数几种材料能用于这类葡萄糖生物传感器的制作，这就大大地增加了植入式持续葡萄糖监测系统的传感器的成本。
[0008]另外，过氧化氢的电化学检测要求较高的检测电位，例如，以铂或铂合金为基材的生物传感器，对过氧化氢的检测电位为500 mV ~700 mV，如此高的检测电位大大地降低了植入式生物传感器的抗干扰能力，特别是对常用的退烧药如乙酰氨基酚的抗干扰能力。
[0009]第二代生物传感技术，是通过在葡萄糖生物传感器中引入氧化还原媒介体来实现对葡萄糖进行直接的电化学检测。与普通的蛋白质分子不同，葡萄糖氧化酶的分子量较大（约160KDa），其催化活性中心的立体结构非常复杂而且位于葡萄糖氧化酶的内部，并被各种肽链深深地包裹着，因此，葡萄糖氧化酶不能直接与电极进行电子交换。
[0010]已有研究学者发现在葡萄糖生物传感器的酶层中引入电子介体（如二茂铁衍生物、酞菁盐等），葡萄糖氧化酶可以通过这些电子介体实现与电极进行电子交换，不需要也不会生成过氧化氢。基于此，葡萄糖的检测可以在较低的电位下实现，从而大大地提高了植入式持续葡萄糖监测系统的抗干扰能力，特别是对常用的退烧药如乙酰氨基酚的抗干扰能力。
[0011]由于这类葡萄糖监测系统是通过电子介体对葡萄糖进行直接的电化学检测，其灵敏度也得到了显著的改善。
[0012]在酶层中引入电子介体，会导致酶层的整体稳定性比较差。受限于对酶性能的影响，一方面，交联可能导致酶活性的降低；另一方面，不可以在酶层中添加油性的耐水性树脂材料，所以对电子的固定能力比较差；此外，由于电子介体大多数为小分子物质，存在从植入式生物传感器中迁移渗出的风险，给植入式生物传感器的性能带来相当多的不确定性。

技术实现思路

[0013]针对上述现有植入式生物传感器存在的问题之一，本申请提供了一种植入式生物传感器及制备方法。
[0014]根据本申请公开的第一方面，提供了一种植入式生物传感器，包括：绝缘基板，位于绝缘基板上彼此绝缘的多个导线，与导线电连接并绝缘设置的工作电极和参比电极，设置在工作电极上的反应酶，可选的，与导线电连接的对电极，对电极与工作电极及参比电极均绝缘设置，和可选的，扩散限制膜，扩散限制膜覆盖反应酶。扩散限制膜一方面可以控制到达反应酶的葡萄糖浓度，使扩散限制膜的两侧葡萄糖浓度维持在一个固定浓度差，进而使反应酶在饱和之前能够检测较高的葡萄糖浓度；另一方面可以控制反应酶中可能存在的溶出物进入生物体；第三方面，扩散限制膜允许氧透过。
[0015]其中，工作电极包括电子介体型催化活化膜，电子介体型催化活化膜包含导电油墨和分散于其中的电子介体，电子介体型催化活化膜不包含反应酶，即在电子介体型催化活化膜内不发生酶促反应。
[0016]作为优选的方案，工作电极为电子介体型催化活化膜，即电子介体型催化活化膜作为工作电极。电子介体型催化活化膜包含导电油墨和分散于其中的电子介体，电子介体型催化活化膜不包含反应酶，即在电子介体型催化活化膜内不发生酶促反应。
[0017]其中，参比电极具有已知和恒定的电极电位，为工作电极提供并保持一个固定的参比电势，例如银/氯化银电极。
[0018]其中，对电极与工作电极组成回路，使工作电极上电流畅通，以保证在工作电极上的反应发生。
[0019]作为优选的方案，植入式生物传感器还包含覆盖多个导线表面的绝缘层。
[0020]作为优选的方案，电子介体为二茂铁衍生物、酞菁钴、酞菁铜、酞菁铁和硫堇中的至少一种。
[0021]进一步地，作为更优选的方案，相对于所述导电油墨的重量为100重量%计，电子介体含量为0.5~20重量%。
[0022]作为优选的方案，电子介体型催化活化膜根据ISO10993《生物相容性测试》在可沥滤物中未检出电子介体。具体的，在50℃下，将本申请公开的植入式生物传感器在极性溶剂或者非极性溶剂中浸提72h，应用气相色谱
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质谱联用法（GC
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MS）、液相色谱
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质谱联用法（LC
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MS）、电感耦合等离子体
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质谱联用法（ICP
‑
MS）等分析方法进行检测，在结果中未检出电子介体。
[0023]作为优选的方案，反应酶为葡萄糖氧化酶，植入式生物传感器为植入式葡萄糖传
感器。
[0024]作为优选的方案，反应酶中不包含所述电子介体，本申请公开的植入式生物传感器是通过电化学方法检测分析物在酶催化作用下生成的产物含量来间接地对分析物浓度进行监测。
[0025]作为优选的方案，传感器为过氧化氢敏感型传感器。
[0026]进一步地，作为更优选的方案，相对于银/氯化银作为参比电极，传感器对过氧化氢的检测电位为
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200 mV ~+200mV。
[0027]作为优选的方案，所述传感器包括扩散限制膜，扩散限制膜为非氧扩散限制性膜，即允许氧透过并限制其他某一类分子透过的膜。透过扩散限制膜的氧可以参与或促进分析物在酶催化下的反应。
[0028]作为优选的方案，传感器包括多个工作电极，相应地，每个工作电极上设置不同的反应酶，这样可以实现对不同反应物的含量进行检测。
[0029]作为优选的方案，导线和与之电连接的电极材质相同，即多个导线中的一个导线与工作电极材质相同，该导线的一部分作为工作电极，例如，将电子介体型催化活化膜设置（印刷）在绝缘基板表面，其一部分可作为导线，一部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.植入式生物传感器及制备方法一种植入式生物传感器，其特征在于，包括：绝缘基板，及位于所述绝缘基板上彼此绝缘的多个导线，与所述导线电连接并绝缘设置的工作电极和参比电极，设置在所述工作电极上的反应酶，可选的，与所述导线电连接的对电极，所述对电极与所述工作电极及所述参比电极均绝缘设置，和可选的，扩散限制膜，所述扩散限制膜覆盖所述反应酶；所述工作电极包括电子介体型催化活化膜，所述电子介体型催化活化膜包含导电油墨和分散于所述导电油墨中的电子介体，所述电子介体型催化活化膜不包含所述反应酶。2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述电子介体为二茂铁衍生物、酞菁钴、酞菁铜、酞菁铁和硫堇中的至少一种。3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：相对于所述导电油墨的重量为100重量%计，所述电子介体含量为0.5~20重量%。4.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述电子介体型催化活化膜根据ISO10993《生物相容性测试》在可沥滤物中未检出所述电子介体。5.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述反应酶为葡萄糖氧化酶。6.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述反应酶中不包含所述电子介体。7.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述传感器为过氧化氢敏感型传感器。8. 根据权利要求7所述的传感器，其特征在于：相对于银/氯化银作为参比电极，所述传感器对过氧化氢的检测电位为
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200 mV ~+200mV。9.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述传感器包括扩散限制膜，所述扩散限制膜为非氧扩散性限制膜。10.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述传感器包括多...

【专利技术属性】
技术研发人员：程荣恩，钱成，刘佳梅，周静，
申请(专利权)人：苏州百孝医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：