具有纳米多孔结构的胶体以及用于非酶葡萄糖感测的装置和系统制造方法及图纸

本发明专利技术的发明专利技术名称为具有纳米多孔结构的胶体以及用于非酶葡萄糖感测的装置和系统。本公开涉及一种包含许多分散在液体中的纳米颗粒团簇的胶体组合物，由所述胶体形成的纳米多孔层，包括所述纳米多孔层的葡萄糖氧化电极，以及包括所述葡萄糖氧化电极的葡萄糖传感装置、设备和系统。本公开还涉及一种制备所述胶体组合物、所述纳米多孔层、所述葡萄糖氧化电极以及所述葡萄糖传感装置和系统的方法。此外，本公开还涉及用于连续葡萄糖监测(CGM)和血糖监测(BGM)的装置、系统和方法。系统和方法。系统和方法。

【技术实现步骤摘要】
具有纳米多孔结构的胶体以及用于非酶葡萄糖感测的装置和系统
[0001]本申请为国际申请号为PCT/US2018/065838、国际申请日为2018年12月14日、专利技术名称为“具有纳米多孔结构的胶体以及用于非酶葡萄糖感测的装置和系统”的PCT申请于2020年05月14日进入中国国家阶段后申请号为201880073713.7的中国国家阶段专利申请的分案申请。

技术介绍


[0002]本公开涉及葡萄糖感测。
[0003]相关技术的论述
[0004]在医疗保健行业，人们对改善感测和监测血糖水平的技术非常感兴趣。如今，大多数葡萄糖传感器使用电化学方法。大多数(如果不是全部的话)电化学传感器使用基于酶的电化学传感器。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一方面提供一种胶体组合物，其包含：许多分散在液体中的纳米颗粒团簇，其中每一团簇包含许多纳米颗粒，这些纳米颗粒聚集在一起形成具有纳米尺寸或微米尺寸长度的不规则形主体，其中单独的纳米颗粒具有大致椭圆形或球形的离散主体，其直径为约2nm至约5nm，其中颗粒间间隙在各团簇内的相邻纳米颗粒之间形成且具有约0.5nm至约2nm的颗粒间间隙距离。
[0006]在上述胶体组合物中，颗粒间间隙通常可分布遍及各团簇。组合物可大体上不含表面活性剂。所述液体可包含水，其中所述胶体组合物可包含以100重量份其中所含的纳米颗粒计，量小于2重量份的表面活性剂。胶体组合物中所含的纳米颗粒以胶体组合物的总重量计的量可介于约0.01wt％与约2wt％之间。胶体组合物中所含的纳米颗粒以胶体组合物的总重量计的量可介于约0.01wt％与约1wt％之间。
[0007]仍在上述胶体组合物中，纳米颗粒主要可由选自由以下组成的组中的至少一种制成：铂(Pt)、金(Au)、钯(Pd)、铑(Rh)、钛(Ti)、钌(Ru)、锡(Sn)、镍(Ni)、铜(Cu)、铟(In)、铊(Tl)、锆(Zr)、铱(Ir)及上述元素各自的一种或多种氧化物。纳米颗粒主要可由铂(Pt)制成，其中颗粒间间隙通常可分布遍及各团簇，其中胶体组合物可包含以100重量份其中所含的纳米颗粒计，量小于1重量份的表面活性剂，其中胶体组合物中所含的纳米颗粒以胶体组合物的总重量计的量可介于约0.1wt％与约1wt％之间。
[0008]本专利技术的另一方面提供一种制备纳米多孔层的方法。所述方法包括：将上述胶体组合物分配到衬底上；使所分配的胶体组合物经受干燥以使得在所分配的组合物中所含的团簇沉积在衬底上且还彼此堆叠以提供在衬底上的纳米多孔层，其中纳米多孔层包括由彼此堆叠的各团簇所形成的不规则形主体，其中不规则形主体包括局部聚集在一起的许多纳
米颗粒和在不规则形主体中的相邻纳米颗粒之间形成的颗粒间间隙，其中不规则形主体互连以提供不规则形主体的三维互连网络，其中不规则形空间在不规则形主体的相邻部分之间形成并且是纳米尺寸或微米尺寸的。
[0009]在上述方法中，纳米颗粒可大致呈椭圆形或球形，具有约2nm至约5nm的直径。颗粒间间隙可具有约0.5nm至约2nm的颗粒间间隙距离。不规则形空间可互连以提供不规则形空间的三维互连网络。胶体组合物可以预定量分配以形成具有介于约100与约2500之间的粗糙度系数的纳米多孔层。纳米多孔层可包含以100重量份其中所含的纳米颗粒计，量小于0.5重量份的表面活性剂。
[0010]本专利技术的另一方面提供一种制备胶体组合物的方法。所述方法包括：提供液体组合物，其包含金属离子、表面活性剂和溶剂，其中表面活性剂处于界定亲水空间的反胶束相中；向液体组合物中添加还原剂以使金属离子发生还原，这形成了包含金属纳米颗粒和表面活性剂的第一胶体，其中金属纳米颗粒连同表面活性剂的反胶束相一起分散于第一胶体中；及从第一胶体中除去表面活性剂以提供包含分散在液体中的许多团簇的第二胶体，其中每一团簇包含聚集在一起的许多纳米颗粒以形成具有纳米尺寸或微米尺寸长度的不规则形主体。
[0011]在上述制备方法中，可不向液体组合物施加电势以供其中金属离子的还原。表面活性剂可以是能够形成各向同性反胶束相的非离子型表面活性剂。单独的纳米颗粒可具有大致椭圆形或球形的离散主体，具有约2nm至约5nm的直径，其中颗粒间间隙可在各团簇内的相邻纳米颗粒之间形成且具有约0.5nm至约2nm的颗粒间间隙距离。除去表面活性剂将大量表面活性剂从第一胶体中除去以使得第二胶体大体上不含表面活性剂。除去表面活性剂将大量表面活性剂从第一胶体中除去以使得第二胶体含有以100重量份其中所含的纳米颗粒计，量小于1重量份的表面活性剂。
[0012]仍在上述制备方法中，除去表面活性剂可包括：离心第一胶体；及从离心组合物中收集底部部分。除去表面活性剂还可包括多次重复一系列的离心及收集。除去表面活性剂还可包括在离心之前向第一胶体中添加酸或碱。除去表面活性剂还可包括多次重复一系列以下操作：添加、离心及收集。第二胶体中所含的纳米颗粒以组合物的总重量计的量可介于约10wt％与约40wt％之间。纳米颗粒主要可由选自由以下组成的组中的至少一种制成：铂(Pt)、金(Au)、钯(Pd)、铑(Rh)、钛(Ti)、钌(Ru)、锡(Sn)、镍(Ni)、铜(Cu)、铟(In)、铊(Tl)、锆(Zr)、铱(Ir)及上述金属各自的一种或多种氧化物。纳米颗粒主要可由铂(Pt)制成，其中颗粒间间隙通常可分布遍及各团簇，其中组合物可包含以100重量份其中所含的纳米颗粒计，量小于2重量份的表面活性剂，其中组合物中所含的纳米颗粒以组合物的总重量计的量可介于约0.1wt％与约2wt％之间。
[0013]本专利技术的另一方面提供一种制备纳米多孔层的方法。此方法包括上述制备胶体组合物的方法以提供第二胶体；将第二胶体分配于衬底上；使所分配的第二胶体经受干燥以使得在所分配的组合物中所含的团簇沉积在衬底上且还彼此堆叠以提供在衬底上的纳米多孔层，其中纳米多孔层包括由彼此堆叠的各团簇形成的不规则形主体，其中不规则形主体包括局部聚集在一起的许多纳米颗粒和在不规则形主体中的相邻纳米颗粒之间形成的颗粒间间隙。不规则形主体互连以提供不规则形主体的三维互连网络，其中不规则形空间在不规则形主体的相邻部分之间形成且是纳米尺寸或微米尺寸的，其中不规则形空间互连
以提供不规则形空间的三维互连网络。
[0014]在上述制造纳米多孔层的方法中，纳米颗粒可呈大致椭圆形或球形，具有约2nm至约5nm的直径，其中颗粒间间隙具有约0.5nm至约2nm的颗粒间间隙距离。胶体组合物可以预定量分配以形成具有介于约100与约2500之间的粗糙度系数的纳米多孔层。纳米多孔层可包含以100重量份其中所含的纳米颗粒计小于0.1重量份的表面活性剂。
[0015]本专利技术的另一方面提供一种纳米多孔结构，其包括：不规则形主体，其包括局部聚集在一起的许多纳米颗粒和在不规则形主体中的相邻纳米颗粒之间形成的颗粒间间隙，其中纳米颗粒可呈大致椭圆形或球形，具有约2nm至约5nm的直径，其中颗粒间间隙具有约0.5nm至约2nm的颗粒间间隙距离，其中不规则形主体可互连以提供不规则形主体的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米多孔层，其包含：包括许多纳米颗粒的不规则形主体的沉积物，所述纳米颗粒具有大致椭圆形或球形形状，其长度在介于2nm与5nm之间的范围内，其中相邻的不规则形主体彼此邻接，同时在它们之间形成未占据空间，其中相邻的不规则形主体进一步邻接其它的不规则形主体，形成不规则形主体的三维互连网络，其中所述相邻的不规则形主体之间的未占据空间与由其它不规则形主体所形成的其它未占据空间连接，形成不规则形空间的三维互连网络，所述不规则形空间的三维互连网络被提供在所述不规则形主体的三维互连网络外，其中，在所述不规则形主体的三维互连网络内，至少一部分所述纳米颗粒彼此相邻而其间无中间纳米颗粒且以其间的颗粒间纳米孔彼此分开，其中所述纳米多孔层包含在所述不规则形主体的三维互连网络内的所述颗粒间纳米孔，且还包含在所述不规则形主体的三维互连网络外的所述不规则形空间的三维互连网络。2.权利要求1所述的纳米多孔层，其中在所述不规则形主体的三维互连网络内的至少一部分所述颗粒间纳米孔包含尺寸范围介于0.5nm与3nm之间的间隙。3.权利要求1所述的纳米多孔层，其中所述不规则形空间的三维互连网络的至少一部分所述不规则形空间包含尺寸范围介于100nm与500nm之间的间隙。4.权利要求1所述的纳米多孔层，其中所述颗粒间纳米孔通常分布遍及所述不规则形主体的三维互连网络内，其中所述不规则形空间的三维互连网络的所述未占据空间通常分布遍及所述纳米多孔层中。5.权利要求1所述的纳米多孔层，其中所述颗粒间纳米孔大体上在所述不规则形主体的三维互连网络内互连且进一步连接到所述不规则形空间的三维互连网络上。6.权利要求1所述的纳米多孔层，其中所述纳米多孔层在其中不包含有机分子或如果有的话包含以100重量份所述沉积物计，量小于0.5重量份的有机分子。7.权利要求1所述的纳米多孔层，其中所述纳米多孔层具有介于100与2500之间的粗糙度系数。8.一种葡萄糖传感电极，其包括：包括导电表面的衬底；和在所述导电表面上形成的权利要求1至7中任一项所述的纳米多孔层。9.权利要求8所述的葡萄糖传感电极，其中所述葡萄糖传感电极不包含葡萄糖特异性酶。10.权利要求8所述的葡萄糖传感电极，其中所述纳米多孔层在其中不包含有机分子或包含以100重量份所述沉积物计，量小于0.5重量份的有机分子。11.权利要求8所述的葡萄糖传感电极，其中所述衬底包括导电金属层和形成于所述导电金属层上的导电碳层，其中所述衬底包括提供所述导电表面的导电或半导电材料。12.权利要求8所述的葡萄糖传感电极，其中当在接触含葡萄糖的液体的所述葡萄糖传感电极与参比电极之间施加0.2
‑
0.45V的偏置电压时，所述葡萄糖传感电极被配置来使所述纳米多孔层中的葡萄糖氧化且被配置
来产生电流，所述电流是由葡萄糖氧化单独产生的葡萄糖氧化电流与由含葡萄糖的液体同所述葡萄糖传感电极的其它电化学相互作用产生的背景电流的总和，其中当所述含葡萄糖的液体含有浓度为4
‑
20mM(72
‑
360mg/dL)的葡萄糖时，在稳态下，所述葡萄糖氧化电流处在高于10nA/mMcm2的水平下。13.权利要求8所述的葡萄糖传感电极，其还包括：形成于所述纳米多孔层上的电解质离子阻挡层；和形成于所述电解质离子阻挡层上的生物相容性层，其中，当接触含有葡萄糖、Na
+
、K
+
、Ca
2+
、Cl
‑
、PO
43
‑
和CO
32
‑
的液体时，所述电解质离子阻挡层被配置来抑制所述液体中所含的Na
+
、K
+
、Ca
2+
、Cl
‑
、PO
43
‑
和CO
32
‑
向所述纳米多孔层扩散，以使得在所述电解质离子阻挡层上面与所述电解质离子阻挡层下面之间存在Na
+
、K
+
、Ca
2+
、Cl
‑
、PO
43
‑
和CO
32
‑
的组合浓度的大体不连续性。14.权利要求13所述的葡萄糖传感电极，其中在所述电解质离子阻挡层之下的所述组合浓度大于在所述电解质离子阻挡层之上的所述组合浓度的0％且小于其10％。15.权利要求13所述的葡萄糖传感电极，其中所述电解质离子阻挡层包括多孔的疏水性聚合物层，其被配置来限制Na
+
、K
+
、Ca
2+
、Cl
‑
、PO
43
‑
和CO
32
‑
迁移穿过其中，而不限制葡萄糖分子迁移穿过其中。16.权利要求13所述的葡萄糖传感电极，其中所述电解质离子阻挡层包含选自由以下组成的组中的至少一种：聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)(PHEMA)和聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：H，
申请(专利权)人：UXN有限公司，
类型：发明
国别省市：