用于硫醇分析物的传感器制造技术

本发明专利技术涉及用于硫醇分析物的传感器、传感器阵列和使用所述传感器探测硫醇分析物的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于硫醇分析物的传感器、传感器阵列和使用所述传感器探测硫醇分析物的方法。
技术介绍
当今，硫醇探测用在不同领域，诸如检查涉及硫醇化合物的物理状态或病症的医学应用。指示性的硫醇化合物源可以是呼吸、唾液、血液、尿液、血浆、脑脊液或脓。例如，呼吸分析可以用于探测口臭，用于食物新鲜分析或过程分析的食品产业，以及用于静态或移动的环境监测(水、污水、空气)。用于硫醇分析物的设备例如是 分析方法 与质谱法结合的气相色谱法。可以对挥发性化合物的复杂混合物进行分析。不 同物质由色谱法进行分离并接着由质谱法来识别。这些设备通常是非常昂贵的且需要高度 专门技术来操作它们。 化学传感器 与气体传感器结合的气相色谱法 包括化学传感器或传感器阵列的各种电子鼻(eNose)装置。具有多个基于实验室的装置和原型。金属氧化物传感器 基于电流测定法的电化学装置 *导电聚合物 基于涂有聚合物的质量敏感压敏传感器(piezosensor)的QCM装置 *有机染料和光学探测 生物传感器(在液相中典型使用) 酶催化反应和反应物出现或其析出物的消耗的探测；例如利用包含黄素的单加 氧酶或单胺氧化酶或巯基氧化酶。酶，像辣根过氧化物酶，其催化可测量的反应，所述可测量的反应受到硫醇的干 扰。从而，硫醇和中间状态的酶起反应并且减少其表观活性。 具有类似的探测原理的用于其它分析物而不是硫醇的生物传感器(典型地在液 相中)，例如葡萄糖氧化酶，其用于对其生理底物葡萄糖进行传感。通过对从葡萄糖转换 至辅因子FAD的电子进行计数来进行探测。 对于应用中的高级硫醇传感器，传感器必须在复杂环境中可靠地运行以及探测硫 醇化合物，即使存在如胺、醇或水的其它化合物。很多化学传感器响应硫醇，以及其它化合 物，这是由于交叉反应。这种交叉反应例如可以通过先前的分离步骤得以减少或得以消除， 所述先前的分离步骤需要另外的硬件，而不是传感器自身。另外一种可能就是通过传感器阵列和模式识别算法来测量交叉反应自身。然而，已知的另外一种方法就是使用酶，其提供 用于复杂混合物的硫醇分析物探测的特异识别。酶的硫醇探测方法基于硫醇转化反应和酶 的催化使用。产物的生成或析出物的消耗表示样品中硫醇的存在和/或数量。在任何情况， 但是，该方法需要装置内的某些共反应物的可控制存在和特定的反应条件。
技术实现思路
相应地，本专利技术的目的是提供用于探测硫醇分析物的传感器，其能够探测硫醇，即使存在其它化合物。本专利技术的目的还要提供用于硫醇分析物的传感器，其没有显示出或显示很少的交叉反应。而且，本专利技术的目的是提供用于硫醇分析物的传感器，其在复杂环境中操作。本专利技术的目的还要提供传感器，其可以用于气体和液相中的分析物。本专利技术的目的还要提供传感器，其允许实时分析。本专利技术的目的还要提供传感器，其不需要任何待测量的共反应物。本专利技术的目的还要提供传感器，其适于各种分析物。 所有这些目的由用于硫醇分析物的传感器加以解决，其包括 氧化还原活性蛋白，其与硫醇分析物相互作用时，发生物理特性中的变化， 转导器，一旦在所述氧化还原活性蛋白的所述物理特性中发生所述变化，其将所述物理特性中的所述变化转换成电信号。 在一个实施方式中，所述氧化还原活性蛋白直接与所述转导器连接。如在此使用 的，术语"直接连接"意为指在所述蛋白和所述转导器之间的直接物理接触。其实例是所述 转导器上的蛋白固定化。 在一个实施方式中，所述转导器转换在所述氧化还原活性蛋白的所述物理特性中 的所述变化，不包括或使用电子媒介体化合物，诸如氢醌。 在一个实施方式中，从氧化还原状态、电导率/电阻系数、电流、电势、电容、吸光 率、透光率、反射率、折射率、荧光、磷光、发光、由重量分析或质量敏感共振技术确定的质 量、由量热法确定的热量、所述蛋白的构象和生理活性的组中选择所述物理特性。 在一个实施方式中，所述氧化还原活性蛋白是能够可逆地转移电子的蛋白。 在一个实施方式中，所述氧化还原活性蛋白是从包括以下的组中选择可以在两 个半胱氨酸残基之间可逆地形成二硫键的蛋白，诸如硫氧还蛋白，具有辅基，如单胺氧化酶 中的黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷 酸(NADP)和黄素单核苷酸(FMN)的蛋白，包括铜的金属蛋白，诸如超氧化物歧化酶，包含非 血红素铁的金属蛋白，诸如铁氧化还原蛋白，包含血红素结合铁的金属蛋白，诸如细胞色素 c、辣根过氧化物酶、肌红蛋白、血红蛋白、过氧化氢酶，包含氧化还原活性基团的膜蛋白，诸 如细胞色素c氧化酶。 在一个实施方式中，所述物理特性是吸光率、透光率、反射率、折射率、荧光、磷光 或发光，以及所述转导器将吸光率、透光率、反射率、折射率、荧光、磷光或发光中的变化转 换成电信号，其中所述转导器是光度计或分光光度计或用于测量光强或任何前述光学特性 的其它装置。 在实施方式中，其中所述物理特性是吸光率或任何前述其它光学特性，优选地将 氧化还原活性蛋白固定化在透明的或反射的电极上，或将其固定在非导电透明或反射基质 上，诸如玻璃。透明电极的实例是掺氟的氧化锡(FT0)或掺铟的氧化锡(IT0)。在这些"光学"实施方式中，任何前述光学特性的变化可以转换成电信号，并且任选地，如果在氧化还 原状态有变化，则这种变化另外也可以转换成电信号。 在一个实施方式中，所述物理特性是所述蛋白的氧化还原状态，并且其中所述转 导器将所述氧化还原状态中的所述变化转换成电信号，其中所述转导器是电极，所述氧化 还原活性蛋白已经被固定化在所述电极上，其中所述固定化优选经由化学吸附作用或物理 吸附作用而发生。 在一个实施方式中，所述电极是由从以下材料中选择的材料制成的诸如金、合金 的金属，诸如氧化锡的金属氧化物，如FTO或ITO，诸如石墨或碳纳米管(nanotube)的碳，诸 如聚苯胺的导电聚合物，或诸如有机互连的金属纳米粒膜的复合材料。 在一个实施方式中，所述氧化还原活性蛋白存在于所述传感器内的第一层或一个 点或复数个点中，其中优选地，将所述氧化还原活性蛋白固定化在电极或非导电基质上的 所述第一层中，其中更优选地，所述电极是如上所定义的转导器。在一个实施方式中，所述 传感器还包括覆盖所述第一层或所述点或所述复数个点的涂层，其中所述涂层包括酶，所 述酶能将无氧化还原活性分析物转化成氧化还原活性化合物，或所述酶当与无氧化还原 活性分析物，诸如硫醇、醇起反应时，能够产生氧化还原活性化合物，诸如H202、 NAD/NADH、 NADP/NADPH，其中优选地，当与所述氧化还原活性化合物相互作用时所述氧化还原活性蛋 白发生如上所限定的物理特性中的变化。 在一个实施方式中，所述涂层由聚合材料制成，所述聚合材料选自多糖诸如淀粉、 琼脂糖、藻酸盐、壳聚糖、阿拉伯胶，多肽诸如明胶，非多糖，非多肽聚合物诸如聚丙烯酰胺、 聚丙烯酸酯、聚酰胺、聚酯、聚胺、聚氧化物、聚砜、聚苯乙烯、聚醚、聚亚胺，或所提及的聚合 物的任何组合。 在一个实施方式中，在所述涂层中的所述酶不同于在所述第一层中的所述氧化还 原活性蛋白，且优选地选自于硫醇氧化酶、醇氧化酶、胺氧化酶、醛氧化酶、亚硫酸盐氧化 酶、核苷氧化酶、己糖氧化酶、氨基酸氧化酶、硝基烷氧化酶、乙醇胺氧化酶、胆碱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于硫醇分析物的传感器，包括：　　氧化还原活性蛋白，其一旦与硫醇分析物相互作用则发生物理特性中的变化，　　转导器，一旦在所述氧化还原活性蛋白的所述物理特性中发生所述变化，所述转导器将所述物理特性中的所述变化转换成电信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M赫尔科，I霍斯帕克，G内尔斯，J尤尔默，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]