本发明专利技术的实施方案提供了可用于葡萄糖传感器中的元件群以及用于制造和使用此类葡萄糖传感器的方法。在本发明专利技术的典型实施方案中，该传感器是用于糖尿病患者的葡萄糖传感器，其包括由层状堆叠材料形成的分析物感测膜，该层状堆叠材料包括设置在电极上方的纤维二糖脱氢酶组合物，该电极进一步涂覆有由乙酸纤维素组合物形成的分析物调节层。组合物形成的分析物调节层。组合物形成的分析物调节层。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含直接电子转移酶的葡萄糖生物传感器以及制备和使用它们的方法
[0001]本专利技术涉及用于可植入医疗装置(诸如用于处置糖尿病的葡萄糖传感器)的方法和材料。
技术介绍
[0002]传感器用于监测各种环境中的多种化合物，包括体内分析物。人体内分析物的定量测定在许多病理状态的诊断和维持中具有重要意义。在大量个体中通常监测的示例性分析物包括葡萄糖、乳酸、胆固醇和胆红素。体液中葡萄糖浓度的测定对糖尿病个体尤其重要，这些个体必须经常检查其体液中的葡萄糖水平以调控其饮食中的葡萄糖摄入量。这类测试的结果对于确定需要使用多少(如果有的话)胰岛素和/或其他药物至关重要。
[0003]分析物传感器通常包括将与分析物的相互作用转换为可检测信号的部件，该可检测信号可与分析物的浓度相关联。例如，一些葡萄糖传感器使用安培法来监测体内葡萄糖。这种安培型葡萄糖传感器典型地包括涂有葡萄糖氧化酶的电极，葡萄糖氧化酶是一种催化葡萄糖和氧气之间的反应以产生葡萄糖酸和过氧化氢(H2O2)的酶。在该反应中形成的H2O2改变电极电流以形成可检测和可测量的信号。基于该信号，可以测量个体中的葡萄糖浓度。
[0004]典型的电化学葡萄糖传感器根据以下化学反应工作：
[0005][0006]H2O2→
O2+2H
+
+2e
‑
ꢀꢀ
公式2
[0007]葡萄糖氧化酶用于催化葡萄糖与氧之间的反应，以产生如公式1所示的葡萄糖酸和过氧化氢。H2O2发生电化学反应，如公式2所示，并且通过恒电位仪测量电流。反应的化学计量为在体内开发传感器带来了挑战。特别是，为了获得最佳的基于葡萄糖氧化酶的传感器性能，传感器信号输出应仅由目标分析物(葡萄糖)确定，而不由任何共底物(O2)或动力学控制参数诸如扩散确定。如果氧和葡萄糖以等摩尔浓度存在，则H2O2与和葡萄糖氧化酶反应的葡萄糖的量化学计量相关；并且产生传感器信号的相关电流与和葡萄糖氧化酶反应的葡萄糖的量成正比。然而，如果没有足够的氧使所有葡糖糖与葡糖氧化酶反应，则电流将与氧浓度、而非葡萄糖浓度成正比，这是一种会损害葡萄糖传感器读数的准确性的现象(因此，这种现象称为“氧气不足问题”)。
[0008]鉴于诸如上述问题(诸如氧气不足问题)，本领域中需要电化学传感器，其结构和材料被选择为避免氧气不足问题并促进传感器功能。本文公开的本专利技术的实施方案满足这些需求以及其他需求。
技术实现思路
[0009]依赖葡萄糖氧化酶来感测葡萄糖的常规葡萄糖生物传感器表现出某些固有挑战，包括氧依赖性，以及在分析物感测中需要使用高操作电位，这可导致混杂的干扰物质(诸如
对乙酰氨基酚和抗坏血酸)的电氧化。如本文所公开的，我们已经开发了基于葡萄糖选择性直接电子转移酶(纤维二糖脱氢酶)的氧非依赖性葡萄糖生物传感器和制造这类传感器的方法。在这些传感器中使用的纤维二糖脱氢酶通过在酶上发现的自我介导的内部结构域消除了对氧的需求，同时允许传感器在比基于葡萄糖氧化酶的传感器显著更低的操作电位(例如，0mV)下操作，从而降低了装置对干扰物质的敏感性。
[0010]本文公开的本专利技术提供具有层状材料的集群的葡萄糖传感器，该层状材料群为装置提供增强的功能和/或材料性质，例如在不存在O2的情况下感测葡萄糖的能力。本公开还提供用于制造和使用这类传感器的方法。如下文详细讨论的，本专利技术的典型实施方案包括葡萄糖感测系统，该葡萄糖感测系统包括设置在电极上方的纤维二糖脱氢酶以及附加的选定材料层(诸如包含乙酸纤维素的葡萄糖限制膜)，其中该传感器元件群被设计成有助于在避免与干扰物(诸如对乙酰氨基酚)有关的某些问题的操作电位下连续监测糖尿病患者中的葡萄糖。
[0011]本专利技术的实施方案包括(例如)安培型葡萄糖传感器系统，该安培型葡萄糖传感器系统包括第一工作电极；分析物感测层，该分析物感测层设置在该第一工作电极上方，其中该分析物感测层包含纤维二糖脱氢酶；和分析物调节层，该分析物调节层设置在该分析物感测层上方。通常，分析物感测层包含约10mg/mL蛋白质至约15.5mg/mL蛋白质的量的纤维二糖脱氢酶多肽。在本专利技术的某些实施方案中，分析物调节层包含例如约3重量/％至约10重量/％的乙酸纤维素的量的乙酸纤维素。
[0012]通常，本专利技术的安培型葡萄糖传感器系统还包括处理器，其中该处理器执行以下步骤：评估从第一工作电极获得的电化学信号数据；以及然后基于从第一工作电极获得的电化学信号数据计算葡萄糖浓度。任选地，通过向工作电极施加0毫伏和200毫伏之间的电压(例如，在小于40毫伏、50毫伏、75毫伏或100毫伏的电压下)来感测葡萄糖。在本专利技术的某些实施方案中，电极表面包括与纤维二糖脱氢酶多肽可操作接触(例如，经由化学修饰，诸如共价键)的乙二醇二缩水甘油醚(EGDGE)。任选地，电极表面包括科琴黑(KETJENBLACK)组合物。
[0013]本专利技术的实施方案还包括制造电化学葡萄糖传感器的方法。通常，这些方法包括以下步骤：提供基底层，在基底层上方形成导电层，其中导电层包括工作电极(例如，包含碳或金或铂的电极)；在导电层上方形成葡萄糖感测层，其中该葡萄糖感测层被选择为包括在葡萄糖存在的情况下可改变导电层中的工作电极处的电流的纤维二糖脱氢酶组合物；以及然后在葡萄糖感测层上方形成包含乙酸纤维素的分析物调节层，从而制造电化学分析物传感器。在这些方法的一些实施方案中，分析物调节层包含约3重量/％至约10重量/％的量的乙酸纤维素。
[0014]本专利技术的实施方案还包括感测个体体内的葡萄糖的方法，该方法包括将本文公开的电化学分析物传感器植入个体(例如，诊断患有糖尿病的个体)；在葡萄糖存在的情况下感测工作电极处的电流的改变；以及然后使电流改变与葡萄糖的存在相关，使得感测葡萄糖。通常，在这些方法中，通过施加0毫伏和200毫伏之间的电压(例如，使用恒电位仪)来感测葡萄糖。通常，在这些方法中，使用处理器来感测葡萄糖，该处理器执行以下步骤：评估从第一工作电极获得的电化学信号数据；以及然后基于从第一工作电极获得的电化学信号数据计算葡萄糖浓度。
[0015]对于本领域技术人员而言，本专利技术的其他目标、特征和优点将根据以下详细描述而变得显而易见。然而，应当理解，详细描述和具体示例虽然指示本专利技术的一些实施方案，但是它们是以例示而非限制的方式给出的。在不脱离本专利技术的精神的情况下，可以在本专利技术的范围内进行许多改变和修改，并且本专利技术包括所有这些修改。
附图说明
[0016]图1A至图1C提供了显示设置在电极表面上的纤维二糖脱氢酶的卡通示意图。这些示意图显示了酶相对于电极的取向对于有助于直接电子转移的重要性。图1A至图1B突出了在不存在任何导电聚合物的情况下可能的构象，而图1C显示了导电聚合物的存在如何能够有助于直接电子转移过程，并且因此酶取向不太关键。
[0017]图2A至图2B提供了显示常规(现有技术)传感器设计的示意图，该常规(现有技术)传感器设计包括由多个平面层状元件形成的第一安培型分析物传感器实施方案(图2A)本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种安培型葡萄糖传感器系统，包括：第一工作电极；分析物感测层，所述分析物感测层设置在所述第一工作电极上方，其中所述分析物感测层包含纤维二糖脱氢酶；和分析物调节层，所述分析物调节层设置在所述分析物感测层上方。2.根据权利要求1所述的安培型葡萄糖传感器系统，还包括处理器，其中所述处理器执行以下步骤：评估从所述第一工作电极获得的电化学信号数据；以及基于从所述第一工作电极获得的所述电化学信号数据计算葡萄糖浓度。3.根据权利要求2所述的安培型葡萄糖传感器系统，其中通过向所述工作电极施加0毫伏和200毫伏之间的电压，优选地小于100mV、更优选地小于75mV、甚至更优选地小于50mV、并且甚至更优选地小于40mV或在40mV至100mV范围内的电压来感测葡萄糖。4.根据权利要求1至3中任一项所述的安培型葡萄糖传感器系统，其中所述工作电极包括金或碳糊电极，任选地具有导电炭黑表面，例如科琴黑。5.根据权利要求1至4中任一项所述的安培型葡萄糖传感器系统，其中所述分析物调节层包含优选地约3重量/％至约10重量/％的量的乙酸纤维素。6.根据权利要求1至5中任一项所述的安培型葡萄糖传感器系统，其中所述分析物感测层包含优选地约10mg/mL至约15mg/mL的量的纤维二糖脱氢酶多肽。7.根据权利要求1至6中任一项所述的安培型葡萄糖传感器系统，其中所述第一工作电极表面包括与所述分析物感测层能够操作接触的乙二醇二缩水甘油醚(EGDGE)。8.根据权利要求1至7中任一项所述的安培型葡萄糖传感器系统，还包括：(a)反电极和参比电极；和/或(b)设置在所述分析物调节层上方的一个或多个附加层，所述一个或多个附加层选自：包含分子量在30KD...
【专利技术属性】
技术研发人员：Q，
申请(专利权)人：美敦力迷你迈德公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。