專利名稱：葡萄糖生物傳感器和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)生物流體如血液中葡萄糖的生物傳感器，特別涉及一種用于檢測(cè)生物流體葡萄糖的電流式生物傳感器，更特別的涉及一種高精度的用于檢測(cè)生物流體中葡萄糖的電流式生物傳感器。
背景技術(shù)：
眾所周知，糖尿病是一種主要的健康問題。根據(jù)一般規(guī)律，美國糖尿病協(xié)會(huì)(ADA)建議I型(胰島素依賴)的多數(shù)患者每天進(jìn)行三次或更多次的糖尿病葡萄糖測(cè)試。胰島素能控制血液中葡萄糖或糖的利用，并且防止高血糖，而血糖過高能導(dǎo)致酮癥。但是不合適的胰島素治療可能導(dǎo)致低血糖，而低血糖可能導(dǎo)致昏迷甚至致命。
糖尿病患者的長期高血糖癥可能導(dǎo)致心臟病、動(dòng)脈硬化、失明、卒中、高血壓和腎衰竭等疾病。胰島素的注射量與血糖水平相關(guān)。因此，準(zhǔn)確測(cè)定血糖含量對(duì)于糖尿病合理治療來說至關(guān)重要。II型糖尿病病人(非胰島素依賴)也能通過準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)血糖水平而受益，這些可以通過飲食和鍛煉進(jìn)行控制。
70年代末期，自從家用葡萄糖小條(glucose strips)和手提式檢測(cè)裝置或儀器的推廣后，糖尿病治療大大改進(jìn)。然而，先前葡萄糖測(cè)量系統(tǒng)固有的測(cè)試結(jié)果精度不高的缺陷，有時(shí)可能導(dǎo)致糖尿病的不當(dāng)治療。其中不精確的測(cè)試結(jié)果的一個(gè)主要原因與葡萄糖小條采用的化學(xué)試劑有關(guān)。市售的多數(shù)葡萄糖小條是基于使用一種介質(zhì)和葡糖氧化酶(GOD)或吡咯喹啉醌(pyrroloquinoline quinone)依賴的葡萄糖脫氫酶(PQQ-GDH)的生物傳感器。
相對(duì)于非介質(zhì)型的生物傳感器(涉及過氧化氫測(cè)量法)，這種基于介質(zhì)/GOD的生物傳感器擴(kuò)大了葡萄糖線性響應(yīng)的范圍。然而與氧氣相關(guān)的缺點(diǎn)仍然存在。介質(zhì)在與酶穿梭電子方面不如氧分子有效。事實(shí)上，所有樣品溶液中的氧氣比酶位的介質(zhì)更有效。隨著液體樣品中氧氣分壓的增加，采用基于介質(zhì)/GOD的生物傳感器的測(cè)量法得到的結(jié)果顯著降低。多個(gè)研究小組研究了由于氧氣濃度的變化而導(dǎo)致的測(cè)試結(jié)果不精確的問題(T.Y.Chun，M.Hirose，T.Sawa，M.Harada，T.Hosokawa，Y.Tanaka and M.Miyazaki，Anesth Analg.，75，993-7，1994；J.H.Lee，H.Vu，G.J Kost，Clinical Chemistry，42，S163，1996；K.Kurahashi，H.Maryta，Y.Usuda and M.Ohtsuka，Crit.Care Med.，25，231-235，1997；Z.Tang，R.F.Louie，M.Payes，K.Chang and G.J.Kost，Diabetes Technology &Therapeutics，2，349-362，2000)，在使用葡萄糖小條為危急病人或者血液中氧分壓水平不可預(yù)知的病人進(jìn)行床旁(point-of-care)葡萄糖測(cè)試，應(yīng)特別小心。
另外，生物樣品中氧氣水平變化范圍比較寬。一個(gè)靜脈血樣的典型的氧氣分壓約為32±7mmHg。在某些情況下，它可以低至20mmHg。就動(dòng)脈血樣而言，人們可能期望更高的氧氣水平。對(duì)于一個(gè)正在接受氧氣療法的患者，動(dòng)脈氧分壓水平可能高至700mmHg。因此，由于氧氣濃度的不同，基于介質(zhì)/GOD的生物傳感器不能給出一個(gè)精確的測(cè)試結(jié)果。當(dāng)血糖濃度處于一個(gè)低水平時(shí)(如葡萄糖含量少于70mg/dL)，這種問題將變得更加嚴(yán)重。
為了消除氧濃度改變對(duì)結(jié)果產(chǎn)生的干擾或者說是與使用葡萄糖氧化酶有關(guān)所謂的“氧氣影響”，最近葡萄糖脫氫酶(GDH)被用來替代氧敏感的葡萄糖氧化酶。葡萄糖脫氫酶，它的輔酶是吡咯喹啉醌(PQQ)，與氧氣互不影響。因此，葡萄糖傳感器的結(jié)果不會(huì)受樣品中氧濃度變化的影響。一些使用這種酶的產(chǎn)品已經(jīng)被開發(fā)并投放了市場(chǎng)，例如，Accu-ChekTM Comfort Roche Diagnostics，IN，USA， TheraSense，Alameda，CA，USA and Bayer Health Care，Mishawaka，IN，USA.
葡萄糖脫氫酶的使用克服了氧氣影響的問題。然而，葡萄糖脫氫酶選擇性不如葡萄糖氧化酶那么好。它不僅與葡萄糖起反應(yīng)，而且還與其它糖如半乳糖和麥芽糖起反應(yīng)。半乳糖和麥芽糖與葡萄糖具有相似的結(jié)構(gòu)。麥芽糖由二個(gè)葡萄糖單位組成，半乳糖與葡萄糖在結(jié)構(gòu)上的不同僅在于碳4上羥基位置不同。嚴(yán)重的干涉可以被期望。實(shí)際上，GDH基的生物傳感器對(duì)麥芽糖更敏感并且不能將葡萄糖和半乳糖辨別開(J.D.Newman，C.A.Ramsden，N.D.H.Balazs，Clinical Chemistry，48，2071，2002)。
如果測(cè)試小條使用葡萄糖脫氫酶吡咯喹啉醌作為酶的方式，那么從病人身上可能得到一個(gè)虛假的較高的葡萄糖讀數(shù)。為此。在2003年4月18日藥物管理局(FDA)提醒醫(yī)療保障及醫(yī)療補(bǔ)助服務(wù)中心和終末期腎臟疾病(ESRD)網(wǎng)絡(luò)，注意對(duì)腹膜透析病人的以含艾考糊精(Icodextrin)的腹膜透析液Extraneal測(cè)試而得的葡萄糖讀數(shù)及因麥芽糖的影響而得的虛假的被提高了的葡萄糖讀數(shù)的影響。虛假的高血糖讀數(shù)可能導(dǎo)致病人胰島素實(shí)際注射量比其需求量更多。這樣一來，患者的血糖可能降低至不必要的水平，并能導(dǎo)致嚴(yán)重的反應(yīng)，如失去知覺。
因此，需要找到一種能提供更加精確的血糖讀數(shù)的葡萄糖測(cè)量系統(tǒng)；還需要這種葡萄糖測(cè)量系統(tǒng)能減少因流動(dòng)樣品中氧分壓改變而造成的不精確結(jié)果，提供一種更為精確的血糖讀數(shù)；更進(jìn)一步，需要這種葡萄糖測(cè)試系統(tǒng)能通過減少因其它糖類而造成的不精確結(jié)果，提供一種更為精確的血糖讀數(shù)；更進(jìn)一步，需要一種能提供更精確血糖讀數(shù)的一次性葡萄糖傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種能提供葡萄糖糖讀數(shù)的葡萄糖傳感器系統(tǒng)，它減小了流動(dòng)樣品中溶解的氧及麥芽糖和半乳糖對(duì)葡萄糖讀數(shù)的干擾。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種一次性葡萄糖傳感器，它能被用于在手指或其它可選擇的部位如膀臂、前臂、拇指和大腿的根部的毛細(xì)血管血液測(cè)試。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于靜脈血測(cè)試和動(dòng)脈及靜脈血測(cè)試的葡萄糖傳感器。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種僅需少量血樣仍能得到精確結(jié)果的一次性葡萄糖傳感器。
為了達(dá)到這些和其它目的，本發(fā)明組合二個(gè)葡萄糖電極，每一個(gè)電極組合了一種不同的用于測(cè)量葡萄糖的酶，并選擇合適的確定流動(dòng)樣品中葡萄糖含量的電極響應(yīng)。這兩種酶是葡糖氧化酶(GOD)和醌蛋白葡萄糖脫氫酶(GDH)，更具體的是PQQ依賴的葡萄糖脫氫酶(PQQ-GDH)。兩個(gè)葡萄糖(即工作態(tài))電極對(duì)葡萄糖濃度的響應(yīng)在整個(gè)范圍呈線性關(guān)系。如果樣品中氧氣分壓較低，GOD基工作電極將提供一個(gè)較高的響應(yīng)值，而GDH基工作電極提供一個(gè)精確的結(jié)果。因此，更優(yōu)選的響應(yīng)值應(yīng)該是由GDH基工作電極得到。在樣品中包含麥芽糖或半乳糖的情況下，GDH基工作電極將顯示更高的響應(yīng)值，而GOD工作電極提供一個(gè)精確的結(jié)果。更優(yōu)選的響應(yīng)值來源于GOD工作電極。在葡萄糖電極讀數(shù)被自動(dòng)地反饋給預(yù)編程序的儀表后選擇過程自動(dòng)完成。
本發(fā)明的葡萄糖傳感器結(jié)合了數(shù)項(xiàng)在先發(fā)明包含的具體實(shí)施例，但不被它們所限制，4層結(jié)構(gòu)和3層結(jié)構(gòu)在美國專利6,767,441、美國專利6,287,451、美國專利6,258,229、美國專利6,837,976和美國專利6,942,770中公開過，在這里均作為參考文獻(xiàn)。
在本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施方案中，葡萄糖傳感器采用4層碾壓結(jié)構(gòu)。
在第一實(shí)施方案的一個(gè)方面，葡萄糖傳感器具有一個(gè)板狀瘦長本體，它包含一個(gè)形成充分平坦的樣品室的樣品流動(dòng)通道，連接著板層本體一端的開口和位于另一端的排氣孔之間。在流動(dòng)通道內(nèi)放著至少兩個(gè)工作電極和一個(gè)參比/計(jì)算電極。二個(gè)或更多工作電極和參比電極之間的排列對(duì)于從傳感器得到結(jié)果的目的來說不重要。工作電極和參比電極通過彼此分離的導(dǎo)電線路進(jìn)行電連接。彼此隔離的導(dǎo)電線路在板層本體上與樣品入口端的對(duì)立端終止且為與數(shù)據(jù)讀取設(shè)備建立電連接而暴露出來。
在第一個(gè)實(shí)施方案的另一方面，板層本體包含一種由塑料材料做成的基質(zhì)層。在基質(zhì)層上刻有幾個(gè)導(dǎo)電線路。導(dǎo)電線路可以通過絲網(wǎng)印刷、蒸鍍，或者其它提供一個(gè)附于基質(zhì)層之上的導(dǎo)電層的方式設(shè)置在絕緣層上。導(dǎo)電線路可以單獨(dú)布置在絕緣層之上，也可以先在絕緣層上布置一導(dǎo)電層，然后在導(dǎo)電層上雕刻/刻劃成所需數(shù)量的導(dǎo)電線路。導(dǎo)電線路的雕刻過程可以通過化學(xué)方法完成，也可以采用在導(dǎo)電層上機(jī)械上劃線方式刻劃，或是采用激光將導(dǎo)電層光刻成隔離的導(dǎo)電道路，或采用可以引起彼此隔離的導(dǎo)電線路之間或其中的開裂的任何方式。采用的導(dǎo)電性涂層或?qū)涌梢允倾~、金、氧化錫/金、鈀、其它貴金屬或其氧化物，或碳薄膜組分。更優(yōu)選的導(dǎo)電涂層是金薄膜或者氧化錫/金薄膜組分。
在本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施方案更進(jìn)一步的方面，在基質(zhì)層和導(dǎo)電線路頂部，板層本體包含一個(gè)第一個(gè)中間絕緣層，也稱試劑容納或電極區(qū)域確定層。試劑容納層，包含至少兩個(gè)為兩個(gè)或者更多的工作電極及一個(gè)參比電極準(zhǔn)備的開口。每個(gè)開口對(duì)應(yīng)和暴露了單條導(dǎo)電線路的一小部分。為工作電極準(zhǔn)備的開口大小完全相同。為參比電極準(zhǔn)備的開口大小可以與為工作電極準(zhǔn)備的開口相同，也可以不同。所有這些開口的設(shè)置是為了它們?cè)谌缟纤龅臉悠妨鲃?dòng)通道內(nèi)的位置確定。試劑容納層也是由絕緣的絕緣體材料加工成的，優(yōu)選為塑料，它可以通過用沖模機(jī)械切割或者用激光切割然后被固定于基質(zhì)層上。一種膠粘劑，如壓敏膠，可以被用來將第一中間絕緣層牢固地粘接在基質(zhì)層上。也可以通過超聲壓焊將試劑容納層粘接在基質(zhì)層上。試劑容納層也可以通過經(jīng)絲網(wǎng)印刷一種絕緣材料或者嫁接一種光感樹脂在基質(zhì)層上而制得。
在第一實(shí)施方案的另一方面，在試劑容納層頂部，板層本體還具有第二絕緣層，也稱通道形成層。通道形成層也由塑料絕緣材料加工而成，并且形成了板層本體的樣品通道。它在覆蓋了試劑容納層上開口的那一端具有一個(gè)U形開口，試劑容納層的開口端與如上描述的板層本體樣品入口相連。一種雙涂層的壓敏膠帶可以被用作通道形成層。
仍然在第一實(shí)施方案的另一方面，本發(fā)明的板層本體具有一個(gè)開有一個(gè)排氣孔和一個(gè)入口凹槽的覆蓋層。設(shè)置這個(gè)排氣孔，以便至少排氣孔的一部分覆蓋了通道形成層U型缺口的根部。當(dāng)樣品流體進(jìn)入樣品入口或者板層本體入口時(shí)排氣孔允許樣品流體通道內(nèi)的空氣排出。凹槽位于樣品入口端。樣品流體一般通過毛細(xì)管作用填裝到樣品室。在容量很小時(shí)，毛細(xì)管作用的程度取決于與流體發(fā)生毛細(xì)管作用的表面的疏水或親水性。通過使用由一種親水性的絕緣材料形成覆蓋層或者在板層本體的開口端與排氣孔之間的朝向樣品室的那個(gè)覆蓋層上，采用親水性物質(zhì)涂覆親水性材料一面上的至少一部分。應(yīng)該明白，覆蓋層的整個(gè)一面先涂覆親水性物質(zhì)，然后粘接到通道形成層上。
仍然在第一實(shí)施方案的另一方面，一個(gè)孔裝填了用于裝載有GOD、介質(zhì)和其它組分的第一工作電極(W1)的電極材料，一個(gè)孔裝填了用于裝載有PQQ-GDH、介質(zhì)和其它組分的第二工作電極(W2)的電極材料，以及一個(gè)孔裝填了用于參比電極(R)的電極材料。工作電極與參比電極在通道中的位置排列方式對(duì)于從電化學(xué)的傳感器得到有價(jià)值的結(jié)果來說并不是關(guān)鍵。電極在樣品流體通道內(nèi)可能的排列順序是W1-W2-R，W1-R-W2，R-W1-W2，W2-W1-R，W2-R-W1或R-W2-W1，電極的排列順序列于板層本體的樣品入口到排氣孔之間。優(yōu)選的排列順序被發(fā)現(xiàn)是W1-W2-R；即，樣品流體進(jìn)入板層本體的開口端后，流體將首先覆蓋W1，然后W2，然后R。優(yōu)選的位置消除了由于樣品流動(dòng)性大小不足而導(dǎo)致的穩(wěn)定性及精確性問題。工作電極和參比電極均各自與隔離的導(dǎo)電線路進(jìn)行電接觸。隔離的導(dǎo)電線路因在板層本體樣品入口相對(duì)的另一端設(shè)置一個(gè)的與數(shù)據(jù)讀取設(shè)備的電接觸而終止、暴露出來。
仍然在第一實(shí)施方案的另一方面，工作電極裝載有至少一種氧化還原介質(zhì)和一種酶(GOD或PQQ-GDH)的混合物，也可以有一種或多種表面活性劑，聚合物粘合劑和緩沖劑。參比電極可以裝載與工作電極同樣的混合物。應(yīng)該指出的是，參比電極孔中能裝載一種氧化還原介質(zhì)(還原態(tài)或氧化態(tài)或混合態(tài))，有或者沒有至少一種表面活性劑，一種聚合物粘合劑和一種緩沖劑。作為選擇，參比電極孔中也可以裝載一個(gè)Ag/AgCl層(即通過應(yīng)用Ag/AgCl墨水或噴涂Ag/AgCl層)或其它參比電極材料。
本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施方案，葡萄糖傳感器與第一個(gè)實(shí)施方案具有類似的結(jié)構(gòu)，但它還有一個(gè)空白電極，這個(gè)空白電極裝載一種介質(zhì)和其它成分，但是沒有裝載葡萄糖敏感酶。這樣的四電極系統(tǒng)不僅擁有第一實(shí)施方案的特點(diǎn)，而且還具有消除樣品中可氧化物質(zhì)的干涉的能力，可氧化物質(zhì)例如維生素C、醋胺酚和尿酸等。
在第二實(shí)施方案的一個(gè)方面，在基質(zhì)層有至少四條道路被描述。試劑容納層包含為三個(gè)工作電極和一個(gè)參比電極設(shè)置的四個(gè)孔。
在第二實(shí)施方案的一個(gè)方面，一個(gè)孔裝填了用于裝載有GOD，一種介質(zhì)和其它缺乏物的第一工作電極(W1)的電極材料，一個(gè)孔裝填了用于裝載有PQQ-GDH，一種介質(zhì)和其它缺乏物的第二工作電極(W2)的電極材料，一個(gè)孔裝填了用于裝載有一種介質(zhì)和其它缺乏物的空白電極(B)的電極材料和一個(gè)孔裝填了用于參比電極(R)的電極材料。工作電極、空白電極與參比電極在通道中的位置排列方式對(duì)于從電化學(xué)的傳感器得到有價(jià)值的結(jié)果來說并不是關(guān)鍵。優(yōu)選的排列順序被發(fā)現(xiàn)是W1-W2-R-B，即，樣品流體進(jìn)入板層本體的開口端后，流體將首先覆蓋W1，然后W2，然后R，然后B。
在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案中，葡萄糖傳感器與第一個(gè)實(shí)施方案具有類似的結(jié)構(gòu)，但是沒有采用試劑容納層，其余三層與實(shí)施方案一中的相同。這種結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)在US6,258,229中揭示過。在傳感器末端(樣品入口端)設(shè)置了這個(gè)U形通道保險(xiǎn)裝置。U形通道的長度、厚度和寬度決定了毛細(xì)管通道的尺寸或容量。U形通道保險(xiǎn)裝置在導(dǎo)電層基部延伸的長度和寬度限定了工作電極、參比電極和樣品室的面積大小，但是正如上面揭示的，可以具有一個(gè)可供選擇的化學(xué)制品的結(jié)構(gòu)。
在前述施方案的一個(gè)方面，工作電極(W1和W2)裝載有至少一種酶(GOD或PQQ-GDH)，一種氧化還原介質(zhì)，一種聚合物粘合劑、一種表面活化劑和一種緩沖劑。參比電極(R)最好被與其中一個(gè)工作電極相同的試劑混合物覆蓋。
在本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施方案中，葡萄糖傳感器基于絲網(wǎng)印刷技術(shù)。將導(dǎo)電墨水(即用于工作電極的碳墨水；用于參比電極的Ag/AgCl墨水)印在基質(zhì)層上，烘干后作為電極。采用一個(gè)U形墊片和如前所述的覆蓋層加工得到毛細(xì)管通道。U形通道保險(xiǎn)裝置位于傳感器末端(樣品入口末端)。渠道保險(xiǎn)開關(guān)設(shè)置在傳感器末端。U形通道的長度、厚度和寬度決定了毛細(xì)管通道的尺寸或容量。
在第四個(gè)實(shí)施方案的一個(gè)方面，工作電極(W1和W2)裝載有至少一種酶(GOD或PQQ-GDH)，一種氧化還原介質(zhì)，一種聚合物粘合劑、一種表面活化劑和一種緩沖劑。參比電極(R)可以或者不被與其中一個(gè)工作電極相同的試劑混合物覆蓋。
在第四個(gè)實(shí)施方案的另一個(gè)方面，酶、氧化還原介質(zhì)及其它成份可以與墨水混合，并通過絲網(wǎng)印刷印在基質(zhì)絕緣層之上。
在本發(fā)明的第五個(gè)實(shí)施方案中，在同一個(gè)葡萄糖傳感器的小條上有二個(gè)通道(通道1和通道2)；每一個(gè)通道與上面提及的實(shí)施方案中的結(jié)構(gòu)相似。通道1和通道2并排設(shè)置或這一前一后設(shè)置。二個(gè)通道的樣品入口彼此不相通；或者這二個(gè)通道僅共用同一個(gè)樣品入口。
在第五個(gè)實(shí)施方案的一個(gè)方面，通道1具有至少一個(gè)工作電極和一個(gè)參比電極。至少一個(gè)的工作電極裝載有GOD，介質(zhì)和其它成份。通道1作為一個(gè)葡萄糖傳感器獨(dú)立運(yùn)行。
在第五個(gè)實(shí)施方案的另一個(gè)方面，通道2具有至少一個(gè)工作電極和一個(gè)參比電極。至少一個(gè)的工作電極裝載有PQQ-GDH，介質(zhì)和其它成份。通道2作為另一個(gè)葡萄糖傳感器獨(dú)立運(yùn)行。
仍然在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，一次性小條具有一個(gè)傳感器本體，該傳感器本體具有一個(gè)形成測(cè)試室的開孔，在測(cè)試室內(nèi)的至少二個(gè)工作電極和一個(gè)參比電極，和將這至少兩個(gè)的工作電極和參比電極電連接到儀表設(shè)備的電插頭。測(cè)試室包含至少二種試劑，其中的一種試劑在至少兩個(gè)工作電極上都裝載了，其中一種試劑含有GOD，另一種含有GDH。這種儀表設(shè)備必須能提供通過工作電極和參比電極的偏置電壓，能檢測(cè)到因進(jìn)入一次性小條的開孔中的流動(dòng)樣品存在葡萄糖而產(chǎn)生的電流。
本發(fā)明所有的優(yōu)點(diǎn)將在詳細(xì)描述、附圖和權(quán)利要求中更清晰的敘述。


圖1顯示了測(cè)試小條的一個(gè)本發(fā)明實(shí)施方案的透視圖。
圖2為圖1實(shí)施例的分解圖，顯示了測(cè)試小條的四個(gè)構(gòu)成層。
圖3顯示了測(cè)試小條的另一個(gè)本發(fā)明實(shí)施方案的透視圖。
圖4為圖3實(shí)施例的分解圖，顯示了測(cè)試小條的三個(gè)構(gòu)成層。
圖5為本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的透視圖，顯示了四層結(jié)構(gòu)的GOD基傳感器小條和一個(gè)四層結(jié)構(gòu)的GDH基傳感器小條的組合。
圖6是在圖5中顯示的由GOD基傳感器小條和GDH基傳感器小條構(gòu)成的復(fù)合層的排列的實(shí)施方案的分解圖。
圖7是顯示了組合了一個(gè)三層結(jié)構(gòu)的GOD基傳感器小條和一個(gè)三層結(jié)構(gòu)的GDH基傳感器小條的本發(fā)明實(shí)施方案的透視圖。
圖8是在圖7中顯示的由GOD基傳感器小條和GDH基傳感器小條構(gòu)成的復(fù)合層的排列順序的實(shí)施方案的分解圖。
圖9是顯示了組合了一個(gè)四層結(jié)構(gòu)的GOD基傳感器小條和一個(gè)四層結(jié)構(gòu)的GDH基傳感器小條，而基質(zhì)層作為二者共有的傳感器的本發(fā)明實(shí)施方案的透視圖。
圖10是在圖9中顯示的由GOD基傳感器和GDH基傳感器構(gòu)成的復(fù)合層的排列的實(shí)施方案的分解圖。
圖11是顯示了組合了一個(gè)三層結(jié)構(gòu)的GOD基感應(yīng)器傳感器小條和一個(gè)三層結(jié)構(gòu)的GDH基感應(yīng)器小條，而基質(zhì)層作為二者共有的傳感器的本發(fā)明實(shí)施方案的透視圖。
圖12是在圖9中顯示的由GOD基感應(yīng)器和GDH基傳感器構(gòu)成的復(fù)合層的排列的實(shí)施方案的分解圖。
圖13是顯示了具有兩個(gè)工作電極和一個(gè)空白電極的四層結(jié)構(gòu)的組合傳感器小條的本發(fā)明另一實(shí)施方案的透視圖，其中所述三個(gè)電極名為GOD基電極、GDH基電極和干擾-補(bǔ)償電極。
圖14是在圖13中顯示的包括一個(gè)GOD基電極、一個(gè)GDH基電極和一個(gè)參比電極的復(fù)合層的排列順序的實(shí)施方案的分解圖。
圖15是顯示了具有一個(gè)GOD基傳感器系統(tǒng)和緊挨著的一個(gè)GDH基電極的四層結(jié)構(gòu)的組合傳感器小條的本發(fā)明實(shí)施方案的透視圖。
圖16是在圖15中顯示的包括一個(gè)GOD基電極系統(tǒng)和一個(gè)GDH基電極系統(tǒng)的復(fù)合層的排列的實(shí)施方案的分解圖。
圖17是顯示了具有一個(gè)GOD基傳感器系統(tǒng)和緊挨著的一個(gè)GDH基電極的三層結(jié)構(gòu)的組合傳感器小條的本發(fā)明實(shí)施方案的透視圖。
圖18是在圖17中顯示的包括一個(gè)GOD基電極系統(tǒng)和一個(gè)GDH基電極系統(tǒng)的組合層的排列的實(shí)施方案的分解圖。
圖19說明本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的透視圖。
圖20和21說明了在不同氧氣水平下GOD基電極的電流響應(yīng)值之間的相關(guān)性。
圖22和23說明了在不同氧氣水平下GDH基電極的電流響應(yīng)值之間的相關(guān)性。
圖24說明了在氧氣水平為90mmHg的樣品中由GOD基電極確定的葡萄糖濃度與由參比儀器測(cè)得的葡萄糖濃度之間的相關(guān)性。
圖25說明了在氧氣水平為90mmHg的樣品中由GOD基電極確定的葡萄糖濃度與由參比儀器測(cè)得的葡萄糖濃度之間的相關(guān)性。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案如圖1-25。本發(fā)明的葡萄糖傳感器可以采用四層結(jié)構(gòu)(圖1)也可以采用三層結(jié)構(gòu)(圖3)。四層結(jié)構(gòu)具有與三層結(jié)構(gòu)相同的三層和一個(gè)在基質(zhì)層/底層與通道形成層之間附加的試劑容納層。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1，葡萄糖小條10有一個(gè)板層本體12，一個(gè)流體取樣端14，一個(gè)電插頭端16和排氣孔52。流體取樣端14包括一個(gè)位于樣品進(jìn)口和排氣孔52之間的樣品室。電接觸端16具有三個(gè)分離的導(dǎo)電接頭16a、16b和16c。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2，板層本體12由一個(gè)基質(zhì)層20，一個(gè)試劑容納層30，一個(gè)通道形成層40和一個(gè)覆蓋層50組成。板層本體12各層都是由電絕緣材料做成的，優(yōu)選的是塑料。作為舉例，優(yōu)選的的電絕緣材料是聚氯乙烯，聚碳酸酯，聚砜，尼龍，聚氨酯，硝酸纖維，丙酸纖維，醋酸纖維，醋酸-丁酸纖維，聚酯，聚酰亞胺，聚丙烯，聚乙烯和聚苯乙烯。
基質(zhì)層20具有一個(gè)導(dǎo)電層21，導(dǎo)電層21上有三條導(dǎo)電線路22，24和26。導(dǎo)電線路22，24，26可以通過在導(dǎo)電層21上雕刻或刻劃者通過絲網(wǎng)印刷把線路22，24和26印到導(dǎo)電層21上而形成。對(duì)導(dǎo)電層21的雕刻或刻劃可以是對(duì)導(dǎo)電層21進(jìn)行充分的機(jī)械雕刻，以制造這三個(gè)彼此獨(dú)立的導(dǎo)電線路22，24和26。本發(fā)明優(yōu)選的雕刻或刻劃方式是采用二氧化碳激光、YAG激光或準(zhǔn)分子激光。導(dǎo)電層21可以采用任何電導(dǎo)材料做成，例如金子、氧化錫/金子、鈀或其它貴金屬及其氧化物，或者碳薄膜組分。優(yōu)選的電導(dǎo)材料是金子或氧化錫/金子?；|(zhì)層20可用的材料是鍍氧化錫/金子的聚酯薄片(Cat.No.FM-1)或鍍金子的聚酯薄片(Cat.No.FM-2)，這種材料在Courtaulds Performance Films，Canoga Park，Calif有售。
在采用試劑容納層30(4層結(jié)構(gòu))的實(shí)施方案中，試劑容納層30具有三個(gè)試劑容納開口32，34和36。試劑容納開口32暴露了導(dǎo)電線路22的一部分，試劑容納開口34暴露了導(dǎo)電線路24的一部分，試劑容納開口36暴露了導(dǎo)電線路26的一部分，形成了試劑容納孔。試劑容納層30由塑料材料做成，優(yōu)選的是Inc.，ofGlen Rock，PA公司在進(jìn)行膠粘劑研究時(shí)得到的一種醫(yī)用等級(jí)的單面膠帶。在本發(fā)明中使用，該膠帶可接受的厚度在0.001英寸(0.025毫米)到0.005英寸(0.13毫米)之間。有這樣一種膠帶，名為 (大約0.0025英寸(0.063毫米))，因?yàn)樗僮骱喴?，與在耐足夠數(shù)量的化學(xué)試劑的能力及促進(jìn)通過傳感器樣品室的毛細(xì)管作用的能力相關(guān)的性能優(yōu)良，而更為優(yōu)選。應(yīng)該明白的是，膠帶的使用不是必需的。溶劑容納層330可以通過塑料片做成，并可以涂覆壓敏膠、感光性樹脂，采用超聲波粘合到基質(zhì)層20上，或者采用絲網(wǎng)印刷法粘合到基質(zhì)層20上已達(dá)到與使用上述的聚酯帶同樣的結(jié)果。
三個(gè)試劑容納開口32，34，36決定了各自的電極區(qū)域W1、W2和R，并且容納化學(xué)試劑而形成兩個(gè)工作電極(一個(gè)GOD基葡萄糖電極和一個(gè)GDH基葡萄糖電極)和一個(gè)參比電極。通常，電極區(qū)域裝載有試劑混合物。工作電極區(qū)域32，34，36裝載的試劑混合物為酶和帶有可選的聚合物，表面活化劑和緩沖劑的氧化還原介質(zhì)的混合物。在電極區(qū)域R裝載的參比試劑混合物與工作電極裝載的試劑混合物相似。
典型地，電極區(qū)域R必須裝載一種氧化還原試劑或者介質(zhì)，以使參比電極在使用優(yōu)選的傳導(dǎo)涂覆材料時(shí)運(yùn)行。參比試劑混合物優(yōu)選的包含氧化態(tài)的氧化還原介質(zhì)或者氧化態(tài)和還原態(tài)混合的氧化還原介質(zhì)，至少一種粘合劑，一種表面活化劑和一種抗氧化劑(如果使用氧化還原介質(zhì)的一種還原態(tài))和一種填充劑?？蛇x的，參比電極(電極區(qū)域R)可以裝載Ag/AgCl層(即運(yùn)用Ag/AgCl墨水或噴涂一層Ag或Ag/AgCl的層)或其它不需要氧化還原介質(zhì)而正常運(yùn)行的參比電極材料。
試劑容納開口的尺寸最好盡可能小，以便使葡萄糖傳感器的樣品室盡可能短，而仍能容納足量的化學(xué)試劑以運(yùn)行正常。優(yōu)選的試劑容納開口的形狀是圓形，優(yōu)選的直徑為大約0.03英寸(0.76毫米)。三個(gè)試劑容納開口32，34，36并排排列且彼此之間的間隔為大約0.025英寸(0.625毫米)。圓形的試劑容納開口僅僅是為例證目的，應(yīng)該明白試劑容納開口的形狀是沒有嚴(yán)格要求的。
工作電極與參比電極在通道內(nèi)的位置排列是對(duì)于從葡萄糖傳感器得到有用的結(jié)果來說是不嚴(yán)格的。在樣品流動(dòng)室內(nèi)可能的電極排列方式可以是W1-W2-R，W1-R-W2，R-W1-W2，W2-W1-R，W2-R-W1或R-W2-W1，被列作電極的排列會(huì)出現(xiàn)在板層本體12的樣品入口18到排氣孔52之間。優(yōu)選的位置排列被發(fā)現(xiàn)是W1-W2-R； 即流動(dòng)樣品進(jìn)入板層本體12的取樣端14，然后流動(dòng)樣品將首先覆蓋W1，然后是W2，然后是R。這樣一種排列對(duì)于當(dāng)樣品量不足或者部分不足時(shí)取得有用的結(jié)果是有益的。
工作電極和參比電極都與彼此隔離的導(dǎo)電線路進(jìn)行電接觸。為與位于板層本體12的樣品進(jìn)口18的相反端的數(shù)據(jù)讀取設(shè)備產(chǎn)生一個(gè)電連接，彼此隔離的導(dǎo)電線路終止且暴露出來。
在采用試劑容納層30(4層結(jié)構(gòu))的實(shí)施方案中，通道形成層40具有一個(gè)位于流體取樣端14的U形保險(xiǎn)裝置42。保險(xiǎn)裝置42的長度滿足當(dāng)通道形成層40被碾壓到試劑容納層上時(shí)，電極區(qū)域W和R在由保險(xiǎn)裝置42確定的空間內(nèi)。U形保險(xiǎn)裝置42的長度、寬度和厚度確定了毛細(xì)管通道的容積。通道形成層40的厚度能影響樣品流體流進(jìn)被具有樣品流體毛細(xì)管作用的流動(dòng)樣品室的速度。通道形成層40由塑料材料做成，優(yōu)選的是Inc.，ofGlen Rock，PA公司在進(jìn)行膠粘劑研究時(shí)得到的一種醫(yī)用等級(jí)的雙面膠膠帶。本發(fā)明中使用的膠帶可以接受的厚度為大約0.001英寸(0.025毫米)到大約0.010寸(0.25毫米)之間。一種這樣的膠帶是Arcareo7840(大約0.0035英寸(0.089毫米))。U形保險(xiǎn)裝置42可以通過激光或模切制的。更優(yōu)選的U形保險(xiǎn)裝置的尺寸為大約0.05英寸寬(1.27毫米)和大約0.0035英寸厚(0.089毫米)。長度是取決于在層2上開口的數(shù)量。
被碾壓在通道形成層40上的覆蓋層50，具有與葡萄糖傳感器10的流體取樣端14隔離開了的排氣孔，以確保在樣品室17中流動(dòng)樣品將完全覆蓋電極區(qū)域W1，W2和R。排氣孔52設(shè)置在覆蓋層50上，以便它與U形保險(xiǎn)裝置42大致排成一行。優(yōu)選地，排氣孔52將會(huì)暴露U形保險(xiǎn)裝置42的一部分并且部分覆蓋了U形保險(xiǎn)裝置42的根部。排氣孔優(yōu)選的形狀是尺寸為大約0.08英寸(2毫米)×大約0.035英寸(0.9毫米)的長方形。優(yōu)選的，在流體取樣端14處，頂層也具有一個(gè)凹槽54，以促進(jìn)流動(dòng)樣品載入樣品室17。其優(yōu)選的形狀為半圓形，大約位于通道入口的中間。優(yōu)選的半徑大小為0.028英寸(0.71毫米)。覆蓋層50采用的材料優(yōu)選為聚酯薄片。為了促進(jìn)毛細(xì)管作用，期望聚酯薄片具有面向毛細(xì)管通道的高親水性表面。3M的透明薄片(Cat.No.PP2200或PP2500)是用作本發(fā)明中覆蓋層的優(yōu)選材料。
圖3說明了一個(gè)3層結(jié)構(gòu)的實(shí)施方案，與4層結(jié)構(gòu)的實(shí)施方案一樣，葡萄糖傳感器10具有一個(gè)板層本體12，一個(gè)流體取樣端14，一個(gè)電接觸端16和一個(gè)排氣孔52。流體取樣端14在樣品入口18和排氣孔52之間包括一個(gè)樣品室17。電接觸端16具有三個(gè)彼此隔離的導(dǎo)電接頭16a，16b和16c。
由圖4可知，板層本體12由一個(gè)基質(zhì)層20，一個(gè)通道形成層40和一個(gè)覆蓋層50組成。如前面所注解的，板層本體12各層均由絕緣材料做成，優(yōu)選為塑料。與4層結(jié)構(gòu)的實(shí)施方案不同，在三層結(jié)構(gòu)的實(shí)施方案中沒有隔離的試劑容納層。通道形成層40也描述了這樣的區(qū)域，以工作電極和參比電極上三種獨(dú)特的滴劑或小滴的方式，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)將預(yù)定數(shù)量的試劑混合物各自放置在導(dǎo)電線路上。
圖5顯示了一個(gè)GOD基葡萄糖傳感器10和一個(gè)GDH基葡萄糖傳感器300的組合體。GOD基葡萄糖傳感器10和一個(gè)GDH基葡萄糖傳感器300均由四層結(jié)構(gòu)組成，兩個(gè)傳感器的基質(zhì)層被碾壓在一起形成一個(gè)完整的葡萄糖傳感器組合體。每個(gè)傳感器包括一個(gè)板層本體12，312，流體取樣端14，314，一個(gè)電接觸端16，316和一個(gè)排氣孔52，352(沒有被顯示)。流體取樣端14，314在樣品進(jìn)口18，318和排氣孔52，352之間包括各自的樣品室(沒有被顯示)。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖6，每個(gè)傳感器10，300具有一個(gè)基極層20，320，一個(gè)試劑容納層30，330，一個(gè)通道形成層40，340和一個(gè)覆蓋層50，350。試劑容納層30，330各自包含試劑容納開口32，34和332，334。通道形成層40，340各自包含U形保險(xiǎn)裝置42，342。典型的，用一種膠粘劑把傳感器10和300粘結(jié)在一起。優(yōu)選的，采用一個(gè)雙面涂有膠粘劑的附加層(未示)以利于傳感器10和傳感器300的裝配。
圖7顯示了一個(gè)GOD基葡萄糖傳感器10’和一個(gè)GDH基葡萄糖傳感器300’的另一個(gè)組合體實(shí)施方案。GOD基葡萄糖傳感器10和一個(gè)GDH基葡萄糖傳感器300均由三層結(jié)構(gòu)組成，兩個(gè)傳感器的基質(zhì)層被碾壓在一起形成一個(gè)完整的葡萄糖傳感器組合體。每個(gè)傳感器包括一個(gè)板層本體12，312，流體取樣端14，314，一個(gè)電接觸端16，316和一個(gè)排氣孔52，352(沒有被顯示)。流體取樣端14，314在樣品進(jìn)口18，318和排氣孔52，352之間包含各自的樣品室(沒有被顯示)。
現(xiàn)在參閱圖8，每個(gè)傳感器10’，300’具有一個(gè)基質(zhì)層20，320，一個(gè)試劑容納層30，330，一個(gè)通道形成層40，340和一個(gè)覆蓋層50，350。通道形成層40，340各自包含U形保險(xiǎn)裝置42，342。
圖9圖示了一個(gè)GOD基葡萄糖傳感器和一個(gè)GDH基葡萄糖傳感器的組合體200，這個(gè)組合體200具有一個(gè)7層結(jié)構(gòu)的板層本體212。這個(gè)組合體包括一個(gè)GOD基葡萄糖傳感器210和一個(gè)GDH基葡萄糖傳感器210’。板層本體212包括一個(gè)流體取樣端214，一個(gè)電接觸末端216和排氣孔252，252’(沒被顯示)。流體取樣端14包括二個(gè)樣品流動(dòng)通道(沒被顯示)；一個(gè)位于樣品進(jìn)口218和排氣孔252之間，另一個(gè)位于樣品進(jìn)口218’和排氣孔252’之間(沒被顯示)。
圖10顯示了一個(gè)圖9中實(shí)施方案板層本體212的分解圖。板層本體212包括一個(gè)居中的具有導(dǎo)電涂層221，221’的基質(zhì)層220，在基質(zhì)層的兩面上具有用于每個(gè)傳感器的工作電極和參比電極的導(dǎo)電線路。居中的基質(zhì)層220包括一個(gè)試劑容納層230，230’，通道形成層240，240’和覆蓋層250，250’。試劑容納層230，230’分別包括試劑容納開口232，234和232’，234’。通道形成層240，240’各自包含U形保險(xiǎn)裝置242，242’。
圖11說明了一個(gè)GOD基葡萄糖傳感器和GDH基葡萄糖傳感器的組合體400，組合體400包含一個(gè)5層結(jié)構(gòu)板層本體412。組合體400包括一個(gè)GOD基葡萄糖傳感器410和一個(gè)GDH基葡萄糖傳感器410’。板層本體412包括一個(gè)流體取樣端414，一個(gè)電接觸端416和排氣孔452，452’(沒被顯示)。流體取樣端414包括二個(gè)樣品室(沒被顯示)；一個(gè)位于樣品進(jìn)口418和排氣孔452之間，另一個(gè)位于樣品進(jìn)口418之間和排氣孔452’之間(沒被顯示)。
圖12顯示了一個(gè)圖11中實(shí)施方案板層本體412的分解圖。板層本體412包括一個(gè)居中的具有導(dǎo)電涂層421，421’的基質(zhì)層420，在基質(zhì)層的兩面上刻有用于每個(gè)傳感器的工作電極和參比電極的導(dǎo)電線路。居中的基質(zhì)層420包括通道形成層440，440’和覆蓋層450，450’。通道形成層440，440’分別包含U形保險(xiǎn)裝置442，442’。
值得注意的是，在任何組合傳感器系統(tǒng)中，進(jìn)口凹槽可以被合并到基極層和試劑藏品里，以利于流動(dòng)樣品的一部分在GOD基的和GDH基的葡萄糖傳感器的樣品室中的裝載。
圖13也說明了本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，顯示了帶有干擾物校正的GOD基和GDH基組合式葡萄糖傳感器圖13顯示的GOD基和GDH基組合式葡萄糖傳感器600包含一個(gè)板層本體612，一個(gè)流體取樣端614，一個(gè)電接觸端616和排氣孔652。傳感器600也可以一個(gè)可選的進(jìn)口凹槽654。流體取樣端614包括位于樣品進(jìn)口618和排氣孔652之間的流動(dòng)樣品室617。
圖14顯示了一個(gè)圖13中實(shí)施方案板層本體612的分解圖。板層本體612包括一個(gè)基質(zhì)層620，一個(gè)試劑容納層630，一個(gè)具有一個(gè)U形保險(xiǎn)裝置642通道形成層640，和一個(gè)具有可選的進(jìn)口凹槽654的覆蓋層650?；|(zhì)層620具有一個(gè)導(dǎo)電層626，在導(dǎo)電層626上至少具有四個(gè)導(dǎo)電線路622，624，626和628。試劑容納層630至少具有四個(gè)試劑容納開口632，634，636和638。試劑容納開口632暴露了導(dǎo)電道路622的一部分試劑容納開口634暴露了導(dǎo)電道路624的一部分試劑容納開口636暴露了導(dǎo)電道路626的一部分，試劑容納開口638暴露了導(dǎo)電道路628的一部分；所有的試劑容納開口均各自形成電極孔。
這四個(gè)試劑容納開口632，634，636和638分別確定了電極區(qū)域W1、W2、R和B，填充有形成一個(gè)第一工作電極，一個(gè)第二個(gè)工作電極，一個(gè)參比電極和一個(gè)空白電極的化學(xué)試劑。通常，電極區(qū)域W1裝載有包含一種葡萄糖氧化酶和一種氧化還原介質(zhì)(優(yōu)選為氧化態(tài)的氧化還原介質(zhì))GOD基試劑。電極區(qū)域W2裝載有包含一種PQQ-GDH和一種氧化還原介質(zhì)(優(yōu)選為氧化態(tài)的氧化還原介質(zhì)的GDH基試劑?？梢栽陔姌O區(qū)域B和電極區(qū)域R中裝載一種與GOD基試劑混合物或GDH基試劑混合物類似但不含基于葡萄糖的酶的參比試劑基質(zhì)。
典型地，電極區(qū)域R必須裝載一種如氧化還原耦/氧化還原試劑的參比試劑?？蛇x的，電極地區(qū)R可以裝載Ag/AgCl層(即通過應(yīng)用Ag/AgCl墨水或噴涂一層Ag或Ag/AgCl)或其它參比電極材料。電極地區(qū)B可以裝載任何不含基于葡萄糖的酶的試劑混合物。
除了測(cè)量在電極區(qū)域B和參比電極之間的流動(dòng)樣品電阻以補(bǔ)償血液血球密度的傳感器讀數(shù)之外，可氧化的干擾物如維生素C，尿酸和醋胺酚，命名了一些，(也能導(dǎo)致在電化學(xué)生物傳感器輸出中不精確讀數(shù)的物質(zhì))，也可以被測(cè)量以補(bǔ)償傳感器顯示的干擾物的讀數(shù)。干擾物的影響可以通過把由W2(第二工作電極)和W1(第一工作電極)上的電流響應(yīng)值分別減去在B(空白電極)上的電流響應(yīng)，計(jì)算得到在血樣中干擾物的濃度而被消除。這個(gè)通過維持從B到W2和B到W1的表面面積分率不變而得到。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖15，說明了本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案，實(shí)施方案為一個(gè)GOD基的傳感器系統(tǒng)和一個(gè)GDH基的傳感器系統(tǒng)并行組合體的4層結(jié)構(gòu)。圖15顯示一個(gè)GOD基和GDH基的組合式葡萄糖傳感器700，其包含一個(gè)板層本體712，一個(gè)流體取樣端714，電接觸端716和排氣孔752。傳感器700也可以包括一個(gè)可選的入口凹槽754。流體取樣端714包括位于樣品進(jìn)口718和排氣孔752之間的第一樣品室717a和第二樣品室717b。應(yīng)該說明的是，樣品入口718可以是可選的彼此接近的兩個(gè)進(jìn)口(每個(gè)對(duì)應(yīng)一個(gè)流體樣品通道)，并且排氣孔752也可以是對(duì)應(yīng)著每一個(gè)流體樣品通道的隔離的排氣孔的組合。在敘述的實(shí)施方案中，樣品室的一個(gè)結(jié)合了GOD基的傳感器系統(tǒng)，另一個(gè)樣品室結(jié)合了GDH基的傳感器系統(tǒng)。
圖16顯示了一個(gè)圖15中實(shí)施方案的板層本體712的分解圖。本層本體712包括一個(gè)基質(zhì)層720，一個(gè)試劑容納層730，一個(gè)具有形成樣品室717a的第一條分叉742a和形成樣品室717b的第二條分叉742b的叉形保險(xiǎn)裝置742的通道形成層和具有可選的進(jìn)凹槽754的覆蓋層750?；|(zhì)層720包含一個(gè)在其上刻有至少四條導(dǎo)電線路722，724，728和729的導(dǎo)電層721。導(dǎo)電層721也可以包括附加的導(dǎo)電線路726，727以提供給干擾物和/或血流比容計(jì)的補(bǔ)償電極。
試劑容納層730包含至少四個(gè)試劑容納開口732，734，738和739。試劑容納開口732暴露了導(dǎo)電線路722的一部分，試劑容納開口734暴露了導(dǎo)電線路724的一部分，試劑容納開口738暴露了導(dǎo)電線路728的一部分，試劑容納開口739暴露了導(dǎo)電線路729的一部分；所有各自形成電極試劑孔。
為了包括干擾物和/或血流比容計(jì)補(bǔ)償，試劑容納層730將包括另外的將暴露其它導(dǎo)電線路一部分的試劑容納開口，導(dǎo)電線路例如導(dǎo)電性道路726和727，作為舉例。
圖17說明本發(fā)明另一實(shí)施方案，說明了本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案，實(shí)施方案為一個(gè)GOD基的傳感器系統(tǒng)和一個(gè)GDH基的傳感器系統(tǒng)并行組合體的3層結(jié)構(gòu)。圖17顯示一個(gè)GOD基和GDH基的組合式葡萄糖傳感器800，其包含一個(gè)板層本體812，一個(gè)流體取樣端814，電接觸端816和排氣孔852。傳感器800也可以包括一個(gè)可選的入口凹槽854。流體取樣端814包括位于樣品進(jìn)口18和排氣孔852之間的第一樣品室817a和第二樣品室817b。如前所述的4層結(jié)構(gòu)的實(shí)施方案，應(yīng)該說明的是，樣品入口818可以是可選的彼此接近的兩個(gè)進(jìn)口(每個(gè)對(duì)應(yīng)一個(gè)流體樣品通道)，并且排氣孔852也可以是對(duì)應(yīng)著每一個(gè)流體樣品通道的隔離的排氣孔的組合。在說明的實(shí)施方案中，樣品室中的一個(gè)結(jié)合了GOD基的傳感器系統(tǒng)，另一個(gè)樣品室結(jié)合了GDH基的傳感器系統(tǒng)。
圖18顯示了一個(gè)圖17中實(shí)施方案的板層本體812的分解圖。本層本體812包括一個(gè)基質(zhì)層820，一個(gè)具有形成樣品通道817a的第一條分叉842a和形成樣品通道817b的第二條分叉842b的叉形保險(xiǎn)裝置842的通道形成層840和具有可選的進(jìn)凹槽854的覆蓋層850?；|(zhì)層820包含一個(gè)在其上被刻有了至少四條導(dǎo)電線路822，824，828和829的導(dǎo)電層821。導(dǎo)電層821也可以包括附加的導(dǎo)電線路826，827以提供附加的電極系統(tǒng)。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖19，說明了顯示了一個(gè)基本的一次性葡萄糖傳感器900的本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案。一次性傳感器900包括一個(gè)板層本體912，一個(gè)樣品接受孔914和電接觸端916。本層本體912包括一個(gè)基質(zhì)層920和覆蓋層950。，當(dāng)覆蓋層950與基質(zhì)層920結(jié)合在一起時(shí)，它包含一個(gè)形成樣品接收孔914的樣品開口952?；|(zhì)層920包含至少三條電子線路922，924和926，電子線路的第一部份暴露于用于連接儀表設(shè)備的導(dǎo)電連接端916，導(dǎo)電線路的第二部分被樣品接收孔914暴露。
被樣品接收孔914暴露的電子道路922，924和926形成了至少一個(gè)第一工作電極W1，一個(gè)第二工作電極W2和至少一個(gè)參比/計(jì)算電極R1。優(yōu)選的，設(shè)置一個(gè)隔離物以隔離W1和W2。一種第一試劑混合物960包含至少葡萄糖氧化酶并被布置在第一工作電極W1上。一種第二試劑混合物962包含至少葡萄糖脫氫酶并被布置在第二工作電極W2。參比/計(jì)算電極R1可以包含任何早先揭示的參比電極材料。在本發(fā)明的發(fā)明實(shí)施中，樣品接收孔914用作樣品進(jìn)口和接收一種流動(dòng)樣品如血液以確定葡萄糖的樣品室。
應(yīng)該明白的是，這里所揭示的任何發(fā)明方案中的導(dǎo)電線路可以由任何非腐蝕性的金屬做成。碳積例如，作為舉例，碳漿糊或碳墨水也可以被用作導(dǎo)電線路，所有的這些都是本領(lǐng)域內(nèi)一般技術(shù)人員所了解的。
酶本發(fā)明的葡萄糖小條包括至少二種能氧化葡萄糖的葡萄糖敏感酶。一種是不能與其它糖如麥芽糖和半乳糖反應(yīng)的葡萄糖氧化酶。第二種是氧氣不敏感的葡萄糖脫氫酶。在本發(fā)明中，葡萄糖氧化酶被添加到試劑混合物1中(下面揭示的)，用于第一工作電極。在本發(fā)明中，PQQ依賴的葡萄糖脫氫酶(PQQ-GDH)被添加到試劑混合物2中(下面揭示的)，用于第二個(gè)工作電極。
氧化還原介質(zhì)本發(fā)明的葡萄糖傳感器包含氧化還原介質(zhì)。優(yōu)選的氧化還原介質(zhì)包括那些能使能選擇性氧化葡萄糖的酶的還原態(tài)氧化的物質(zhì)。期望介質(zhì)的還原態(tài)能在工作電極上以所提供的電勢(shì)條件下以電化學(xué)方式被氧化。進(jìn)一步期望介質(zhì)在基體中是穩(wěn)定的。仍然期望介質(zhì)能適當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生參比作用。介質(zhì)可以選自，但不限定于，各種金屬絡(luò)合物和有機(jī)氧化還原化合物?？山邮艿难趸€原介質(zhì)的例子是鐵氰酸鉀(K3Fe(CN)6)，二茂鐵(ferrocene)及其衍生物，10-(3-二甲氨基丙)吩嗪(promazine)，四硫富瓦烯(tetrathiafulvalene)，甲基藍(lán)(methyl blue)，1，4-苯醌(1，4-benzoquinone)，1，4-二(二甲氨基)苯(1，4-bis(N，N-dimethylamino)benzene)，4，4’-dihydrobiphenyl。本發(fā)明中優(yōu)選的介質(zhì)是鐵氰酸鉀(K3Fe(CN)6)。鐵氰酸鉀在試劑混合物中的濃度優(yōu)選為1％到15％(W/W)。
聚合物被用作可選膠粘劑的聚合物應(yīng)該具有足夠的耐水性、穩(wěn)定性，應(yīng)能將電極區(qū)域(工作電極，空白電極和參比電極)(參比電極是一個(gè)基于氧化還原介質(zhì)的參比電極時(shí))中試劑中的任何化學(xué)藥品粘結(jié)導(dǎo)電表面層上。優(yōu)選的，將兩種聚合物添加到本發(fā)明的試劑混合物中。優(yōu)選聚合物中的一種是聚氧化乙烯(PEO)。它的分子量范圍是從數(shù)千到數(shù)百萬。優(yōu)選的，分子量大于1百萬。更優(yōu)選的，分子量是大約4百萬。這樣產(chǎn)品可以從Scientific Polymer Products，NY，USA(MW4,000,000，Cat No.344)購得。PEO在試劑混合物的重量含量優(yōu)選為0.04％到2％(W/W)。第二種聚合物優(yōu)選為甲基纖維素，它的商品名為Methocel 60 HG(Cat.No.64655，F(xiàn)luka Chemicals，Milwaukee，WI，USA)。Methocel 60 HG在試劑混合物中的重量含量優(yōu)選為0.05％到5％(W/W)。
表面活化劑表面活化劑必須使用，只不過是為了促進(jìn)試劑混合物在工作電極、空白電極和參比電極開口處的分布，還有當(dāng)樣品進(jìn)入樣品室時(shí)迅速溶解干的化學(xué)試劑。選擇適當(dāng)數(shù)量和類型的表面活性劑，以確保先前提及的性能和避免對(duì)酶造成變質(zhì)影響。表面活化劑可以選自，但不限制于，各種陰離子型，陽離子型，非離子型和兩性離子型表面活性劑，如聚氧乙烯醚，非離子活性劑20，膽酸鈉，氯化十六烷基吡啶，CHAPs。優(yōu)選的表面活化劑是聚氧乙烯醚。更優(yōu)選的是t-辛基苯氧基聚乙氧基乙醇，其商品名為Triton X-100。Triton X-100在試劑混合物中的重量含量優(yōu)選為0.01％到2％(W/W)。
緩沖劑隨意地，一種緩沖劑可以與氧化還原介質(zhì)一起存在于本發(fā)明的傳感器小條干燥形態(tài)物中。提供的緩沖劑的量要足夠，以便充分維持試劑混合物的PH值合適的緩沖劑的例子包括檸檬酸，磷酸鹽，碳酸鹽和類似物。在本發(fā)明中，20mM的檸檬酸鹽緩沖劑PH值大約為6，被用于配制試劑混合物。
相應(yīng)地試劑混合物1包含0.75％(W/W)的Methocel60 HG，0.4％(W/W)的聚氧化乙烯，0.4％(W/W)的Triton X-100，8％(W/W)的鐵氰酸鉀，1.5％(W/W)的葡萄糖糖氧化酶和20mM的檸檬酸鹽緩沖劑(PH6)。試劑混合物2包含0.75％(W/W)的Methocel 60 HG，0.4％(W/W)的聚氧化乙烯，0.4％(W/W)的Triton X-100，8％(W/W)的鐵氰酸鉀，0.2％(W/W)的葡萄糖脫氫酶-PQQ和20mM的檸檬酸鹽緩沖劑(PH6)。
試劑混合物1被用作第一工作電極(W1)，且試劑混合物2被用作第二電極。簡單起見，試劑混合物2被用作參比電極(例如，在本發(fā)明第一實(shí)施方案中所討論的3電極系統(tǒng))。對(duì)于包括一個(gè)空白電極的4電極系統(tǒng)來說，還需要一種附加的試劑混合物。這種附加的試劑混合物具有與試劑混合物1和試劑混合物2相似的組分，但是沒有添加任何葡萄糖敏感酶。
為了說明怎樣制作和測(cè)試本發(fā)明葡萄糖小條的過程，如果沒被陳述否定，3-電極系統(tǒng)(第一實(shí)施方案)用作示例。
試劑混合物的準(zhǔn)備試劑混合物1的準(zhǔn)備分二步步驟1往100ml的20mM的檸檬酸鹽緩沖劑(PH6)中添加0.75g Methocel 60 HG，0.4g聚氧化乙烯，0.4g Triton X-100。攪拌溶液直至溶解。
步驟2往上述溶液中添加8g鐵氰酸鉀，1.5g GOD(葡糖氧化酶)。攪拌溶液直至溶解。得到的溶液準(zhǔn)備分配。
試劑混合物2的準(zhǔn)備也分二步步驟1往100ml的20mM的檸檬酸鹽緩沖劑(PH6)中添加0.75g Methocel 60 HG，0.4g聚氧化乙烯，0.4g Triton X-100。攪拌溶液直至溶解。
步驟2往上述溶液中添加8g鐵氰酸鉀，0.2g GDH-PQQ(葡萄糖脫氫酶-PQQ)。攪拌溶液直至溶解。得到的溶液準(zhǔn)備分配。
制作葡萄糖傳感器本發(fā)明的各種實(shí)施方案的裝配相對(duì)簡單易懂。通常地，對(duì)于4層構(gòu)造來說，基質(zhì)層和試劑容納層被碾壓在一起，接著將合適的試劑混合物分配進(jìn)每個(gè)試劑容納開口。在烘干試劑混合物后，將通道形成層碾壓到試劑容納層上，然后將覆蓋層碾壓到通道形成層上。對(duì)于3層結(jié)構(gòu)來說，基質(zhì)層和通道形成層被碾壓在一起，接著以獨(dú)特的滴劑/小滴形式分配合適的試劑混合物進(jìn)各自的導(dǎo)電表面區(qū)域上的U形通道內(nèi)(或在叉形保險(xiǎn)裝置的并行的兩個(gè)分叉小腿內(nèi))。在烘干試劑混合物后，然后將覆蓋層碾壓到通道形成層上。
更特別地，將鍍金聚酯薄片的切成圖2中圖示的形狀，形成傳感器10的基質(zhì)層20。采用激光(先前揭示的)在鍍金聚脂薄片上刻痕。如圖2圖示的，薄片采用激光刻痕以在樣品流動(dòng)端14形成3個(gè)電極，在電接觸端16形成三個(gè)接觸點(diǎn)22，24和26。刻線非常薄，但足以制造三條彼此隔離的電子線路?？蛇x地，沿著基質(zhì)層20的外沿加工一條電子線路28以避免能導(dǎo)致源于完工的傳感器10的噪聲信號(hào)的潛在的靜電問題，但這不是必需的。
然后將一片單面膠帶按所需尺寸和形狀剪切，形成試劑容納層30，以便覆蓋基質(zhì)層20的導(dǎo)電層21的主要部分，僅暴露在圖1中所示的一小塊電接觸區(qū)域。
在將試劑容納層30附到基質(zhì)層20上之前，通過激光或者諸如沖模-沖壓機(jī)裝配的機(jī)械方法在試劑容納層30上打孔得到三個(gè)尺寸完全相等的圓形孔32，34和36，以制得電極孔32，34和36。電極孔32，34和36優(yōu)選的孔尺寸為具有一個(gè)大約0.030英寸(0.76毫米)的典型直徑值。如圖2所描述的，電極孔32，34和36互相并行排列且間距為大約0.025英寸(0.63毫米)。圓形孔僅僅是為了說明目的。應(yīng)該明白的是，對(duì)孔的形狀沒有嚴(yán)格要求，假如孔的尺寸大到足以容納足夠的化學(xué)試劑而能確保電極正常運(yùn)行，而不是小到只能考慮一個(gè)相當(dāng)小的樣品室。如前面上面所陳述的，形成在孔32，34和36中的電極的優(yōu)選的排列是W1(工作電極1)，W2(作電極2)和R(參比電極)。試劑容納層30)然后被附到基質(zhì)層20上，以這樣一種方式限定電極孔W1、W2和R的范圍。將大約0.05到0.09μL的試劑混合物1分配進(jìn)入電極區(qū)域W1。如上所述，優(yōu)選的，試劑混合物1是酶、穩(wěn)定劑、膠粘劑、表面活化劑和緩沖劑的混合物。同樣地，將大約0.05到0.09μL的試劑混合物2分配進(jìn)入電極區(qū)域W2和電極區(qū)域R.
在添加試劑后，接著進(jìn)行烘干。試劑烘干操作可以在從室溫到大約80℃之間的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。烘干試劑所需時(shí)間取決于烘干過程在什么溫度下進(jìn)行。
烘干以后，將一片從“膠粘劑研究所(Adhesive Research)”購得的雙面的膠帶加工成包含U形通道42的通道形成層40。然后將通道形成層40層壓到試劑容納層30上。如前面所提及的，通道形成層40當(dāng)作隔板并由此確定了樣品室的尺寸。它的寬度和長度被優(yōu)化以使流動(dòng)樣品相對(duì)快速移動(dòng)。
使用透明薄片(Cat.No.PP2200 or PP2500，從3M公司可購得)做成頂層或覆蓋層50。采用先前提到的激光或沖模沖壓機(jī)的方式加工一個(gè)長方形排氣孔52。排氣孔52位于離樣品進(jìn)口18大約0.180英寸(4.57mm)處。將覆蓋層50排好且層壓到通道形成層40上，完成了圖1中圖示的傳感器10的組裝。
對(duì)葡萄糖傳感器進(jìn)行測(cè)試當(dāng)一個(gè)流動(dòng)樣品被應(yīng)用于本發(fā)明的單一小條時(shí)，流動(dòng)樣品通過取樣端開口進(jìn)入通道，流經(jīng)W1、W2和R和終止于排氣孔開口。
使用電化學(xué)分析儀(Mode1812，CH Instruments，Austin，TX，USA)采用計(jì)時(shí)電流法(i-t曲線)測(cè)量葡萄糖小條的電流響應(yīng)。氧濃度(pO2)采用氣壓計(jì)(Precision Gas Mixer，PGM-3，Medicor，Inc.，SaltLake City，UT，USA)調(diào)節(jié)。一旦血樣進(jìn)入小條，在工作電極和參比電極之間施加一個(gè)0.3-0.5伏特的電勢(shì)。采用YSI葡萄糖分析儀(Model 2300 Stat Plus，YSI Inc.，Yellow Spring，OH，USA).測(cè)量同一個(gè)血樣中的葡萄糖濃度。
上面描述的實(shí)施方案是建立在電流分析基礎(chǔ)之上的。但是那些在本技術(shù)領(lǐng)域掌握熟練技術(shù)的工作者，將會(huì)認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的傳感器也可以采用庫侖法，電勢(shì)測(cè)量法，伏安法和其它電化學(xué)技術(shù)確定樣品中分析組分的濃度。
下面的實(shí)例用于說明本發(fā)明獨(dú)特的特征。
實(shí)例1示范在不同氧分壓水平下的電流響應(yīng)。
用連接有一臺(tái)電化學(xué)分析儀(Mode1812，CH Instruments，Austin，TX，USA)的根據(jù)本發(fā)明的葡萄糖小條對(duì)具有不同氧分壓水平和葡萄糖含量的血樣進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)第一個(gè)工作電極(即GOD基電極)的電流響應(yīng)值隨著血樣中氧氣濃度的降低而升高或者隨血樣中氧氣濃的升高而降低。為了說明氧氣因素的影響，測(cè)試的血樣分別具有三種氧氣水平，即30，90，220mmHg。
圖20顯示了在氧分壓水平分別為30和90mmHg下不同葡萄糖濃度時(shí)，第一工作電極(即GOD基電極)的電流響應(yīng)的測(cè)量值。兩種氧氣水平下在葡萄糖濃度測(cè)試范圍內(nèi)，電流響應(yīng)值與葡萄糖濃度呈線性相關(guān)。但是，正如所預(yù)期的，氧氣分壓水平為30mmHg時(shí)的電流響應(yīng)值明顯高于氧氣分壓水平為90mmHg時(shí)的電流響應(yīng)值。通過換算電流響應(yīng)值對(duì)葡萄糖濃度的變化。得出氧氣分壓水平從30變化到90mmHg，以GOD基工作電極測(cè)得的葡萄糖濃度的差異平均為24.3mg/dL。
圖21顯示了在氧分壓水平分別為90和220mmHg下不同葡萄糖濃度時(shí)，GOD基電極的電流響應(yīng)的測(cè)量值。氧氣水平為220mmHg時(shí)在葡萄糖濃度測(cè)試范圍內(nèi)，電流響應(yīng)值與葡萄糖濃度呈線性相關(guān)。但是，正如所預(yù)期的，氧氣分壓水平為220mmHg時(shí)的電流響應(yīng)值明顯低于氧氣分壓水平為90mmHg時(shí)的電流響應(yīng)值。通過轉(zhuǎn)換電流響應(yīng)值對(duì)葡萄糖濃度的變化，得出氧氣分壓水平從30變化到90mmHg，以GOD基工作電極測(cè)得的葡萄糖濃度的變化量大約為15.0mg/dL。
圖22顯示了在氧分壓水平分別為30和90mmHg下不同葡萄糖濃度時(shí)，第二工作電極(即GDH基電極)的電流響應(yīng)的測(cè)量值。兩種氧氣水平下在葡萄糖濃度測(cè)試范圍內(nèi)，電流響應(yīng)值與葡萄糖濃度也呈線性相關(guān)。正如所預(yù)期的，因?yàn)镚DH基電極固有的特性，在葡萄糖濃度測(cè)試范圍內(nèi)，氧氣分壓水平為30mmHg與氧氣分壓水平為90mmHg時(shí)的電流響應(yīng)值沒有明顯的差異。
圖23顯示了在氧分壓水平分別為90和220mmHg下不同葡萄糖濃度時(shí)，第二工作電極(即GDH基電極)的電流響應(yīng)的測(cè)量值。氧氣水平為220mmHg時(shí)在葡萄糖濃度測(cè)試范圍內(nèi)，電流響應(yīng)值與葡萄糖濃度呈線性相關(guān)。正如所預(yù)期的，因?yàn)镚DH基電極固有的特性，在葡萄糖濃度測(cè)試范圍內(nèi)，氧氣分壓水平為90mmHg與氧氣分壓水平為220mmHg時(shí)的電流響應(yīng)值沒有明顯的差異。
實(shí)例2使用葡萄糖小條的葡萄糖濃度與參比分析儀的葡萄糖讀數(shù)之間的相關(guān)性。
葡萄糖小條的二個(gè)工作電極(W1和W2)使用參考分析儀(YSI葡萄糖分析儀)在氧氣分壓水平為90mmHg時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)。以由兩個(gè)工作電極得到的葡萄糖濃度(C1和C2)對(duì)由YSI葡萄糖分析儀得到的相應(yīng)讀數(shù)繪圖。圖24和圖25分別顯示了相互關(guān)系圖。關(guān)系式及回歸常數(shù)如下GOD基電極C1＝0.9426 CYSI+8.6829，R2＝0.9981 (1)GDH基電極C2＝1.0351 CYSI+1.1208，R2＝0.9977 (2)顯然，有兩個(gè)工作電極得到的濃度結(jié)果與參考分析儀具有很好的相關(guān)性。作為結(jié)果，另一個(gè)也能被用作在平均氧氣分壓90mmHg水平上的葡萄糖傳感器。
實(shí)例3效果選擇電極響應(yīng)-氧氣影響的示范因?yàn)橐粋€(gè)真實(shí)的血樣的氧氣水平是未知的，應(yīng)該利用GDH，因?yàn)樗鼘?shí)際上不受氧氣的影響，可以更好的用于確定葡萄糖濃度。然而，如上所述，GDH基工作電極能受到其它糖的干涉，例如，半乳糖和麥芽糖，明顯地提高了響應(yīng)值而造成葡萄糖讀數(shù)不精確(見下述)。在這種情況下，GOD基工作電極具有它的優(yōu)勢(shì)。因此，需要一個(gè)預(yù)設(shè)值或者邊界值以確定選擇那個(gè)工作電極。
如上所述，氧氣分壓從30變化到90mmHg時(shí)，采用GOD基工作電極測(cè)得的葡萄糖濃度平均改變值為大約24.3mg/dL。這個(gè)值被選擇為預(yù)設(shè)值或者邊界值，根據(jù)這個(gè)值來確定選擇那個(gè)電極響應(yīng)值來確定樣品中葡萄糖濃度。例如，如果C1與C2的絕對(duì)差或者|C1-C2|等于24.3mg/dL，那么優(yōu)選的葡萄糖濃度為C2，即濃度依據(jù)GDH基的工作電極確定。否則，優(yōu)選的葡萄糖濃度等于C1，即濃度依據(jù)GOD基工作電極確定。那意味著如果沒有其它糖如半乳糖和麥芽糖明顯的干擾，本發(fā)明優(yōu)選的傳感器葡萄糖讀數(shù)總是依據(jù)GDH基工作電極確定。應(yīng)該指出預(yù)設(shè)值或者邊界值“24.3”不是一個(gè)固定的值。它僅被用作例證目的。這個(gè)值取決于電極的構(gòu)造和試劑混合物的組成。它也取決于測(cè)量方法必然的測(cè)試誤差。
當(dāng)葡萄糖小條與預(yù)編程序的測(cè)試設(shè)備連接時(shí)，在依據(jù)兩種工作電極確定的響應(yīng)值之間選擇的過程自動(dòng)進(jìn)行。
為了示范本發(fā)明葡萄糖小條具有的能消除溶解的氧氣的影響的識(shí)別特性，采用本發(fā)明的葡萄糖小條對(duì)氧氣分壓水平為30mmHg葡萄糖濃度在69到565mg/dL之間的七個(gè)不同濃度水平的血樣進(jìn)行測(cè)試。依據(jù)兩個(gè)工作電極(W1和W2)確定的葡萄糖濃度結(jié)果(C1和C2)列于表1中。對(duì)照參比分析儀器(YSI葡萄糖分析儀)的平均百分比誤差(MPE)也列于表中。優(yōu)選的葡萄糖濃度(C)是根據(jù)預(yù)設(shè)值或者邊界值(24.3)確定的，它和結(jié)果值的優(yōu)選的MPEs一起列于表中。注意濃度(C1和C2)是使用在氧氣水平為時(shí)的校準(zhǔn)關(guān)系式計(jì)算得到的。
表1氧氣分壓為30mmHg時(shí)的測(cè)試結(jié)果

如表1所示，優(yōu)選平均值MPE(3.9％)相對(duì)于依據(jù)于GOD基工作電極的平均值MPE(13.3％)具有明顯地提高且與依據(jù)于GDH基工作電極的平均值MPE(2.9％)相當(dāng)。在整個(gè)葡萄糖濃度范圍內(nèi)，依據(jù)于GDH基工作電極的MPEs是可以接受的，表明沒有了氧氣的影向。但是，由于氧氣的影響，依據(jù)于GOD基工作電極的MPEs更高，尤其在葡萄糖濃度較低時(shí)。本發(fā)明的傳感器通過在兩個(gè)工作電極中進(jìn)行選擇，極大地減少了氧氣的干擾。
實(shí)例4選擇電極響應(yīng)-麥芽糖、乳糖干擾的示范應(yīng)為了說明本發(fā)明的葡萄糖測(cè)量方法具有的消除乳糖、麥芽糖干擾的有識(shí)別能力的的特點(diǎn)，兩個(gè)葡萄糖濃度水平的氧分壓水平為90mmHg的血樣被各自添加多種濃度的乳糖、麥芽糖。得到的血樣采用本發(fā)明的葡萄糖小條進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果歸納于表2和表3中。
表2三乳糖樣品的測(cè)試結(jié)果

列表2列舉了絕對(duì)濃度差|C1-C2|，還有優(yōu)選葡萄糖濃度C和結(jié)果的MPEs.優(yōu)選的葡萄糖濃度是依據(jù)預(yù)設(shè)值或者邊界值(24.3)得到的。優(yōu)選的平均值MPE(1.8％)比依據(jù)于GDH基工作電極的平均值MPE(43.5％)小很多且與依據(jù)于GOD基工作電極的平均值MPE(2.1％)相當(dāng)。
表3添加了麥芽糖的樣品的測(cè)試結(jié)果

列表3列舉了絕對(duì)濃度差|C1-C2|，還有優(yōu)選葡萄糖濃度C和結(jié)果的MPEs.優(yōu)選的葡萄糖濃度是依據(jù)預(yù)設(shè)值或者邊界值(24.3)得到的。優(yōu)選的平均值MPE(2.4％)比依據(jù)于GDH基工作電極的平均值MPE(59.2％)小很多且與依據(jù)于基GOD工作電極的平均值MPE(2.1％)相當(dāng)。
如所預(yù)期的，GDH基工作電極受到了來自于乳糖、麥芽糖的嚴(yán)重干擾，而這些化合物對(duì)GOD基工作電極沒有影響。當(dāng)樣品中含有乳糖或/和麥芽糖時(shí)，使用依據(jù)GOD基工作電極的響應(yīng)值時(shí)更優(yōu)選的。通過在兩個(gè)工作電極中進(jìn)行選擇，本發(fā)明的傳感器的這個(gè)獨(dú)特的特性極大地減少了這些干擾糖的影響。
上述例子說明了與本發(fā)明葡萄糖小條的使用有關(guān)聯(lián)的氧氣及干擾糖的干涉效應(yīng)。一份真實(shí)的樣品可能同時(shí)存在氧氣和乳糖/麥芽糖問題。這些問題也可以通過使用這個(gè)選擇特性和本發(fā)明葡萄糖傳感器的兩個(gè)工作電極解決。
盡管在這里描述了本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案，但是上述的描述僅僅是說明性的。在這里揭示的發(fā)明將會(huì)被那些在各自技術(shù)領(lǐng)域訓(xùn)練有素的人進(jìn)一步改進(jìn)，但是所有的這些改進(jìn)被認(rèn)為處于定義于權(quán)利要求中的本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種葡萄糖生物傳感器，其包括設(shè)有流動(dòng)樣品進(jìn)口及一個(gè)電接觸端的板層本體；流動(dòng)樣品進(jìn)口；連接在所述的流動(dòng)樣品入口及排氣孔之間的基本平坦的樣品室，所述的測(cè)試室適合通過所述的流動(dòng)樣品進(jìn)口收集流動(dòng)樣品；GOD基葡萄糖電極；GDH基葡萄糖電極；和參比電極，其中所述的GOD基葡萄糖電極、所述的GDH基葡萄糖電極和所述的參比電極都置于所述的樣品室內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的葡萄糖生物傳感器，其中所述的GOD基葡萄糖電極進(jìn)一步包含氧化還原介質(zhì)。
3.如權(quán)利要求2所述的葡萄糖生物傳感器，其中所述的GOD基葡萄糖電極進(jìn)一步包含一種或多種選自粘結(jié)劑、緩沖劑和表面活性劑的材料。
4.如權(quán)利要求1所述的葡萄糖生物傳感器，其中所述的GDH基葡萄糖電極進(jìn)一步包含氧化還原介質(zhì)。
5.如權(quán)利要求4所述的葡萄糖生物傳感器，其中所述的GDH基葡萄糖電極進(jìn)一步包含一種或多種選自粘結(jié)劑、緩沖劑和表面活性劑的材料。
6.一種更精確的測(cè)定樣品中葡萄糖的系統(tǒng)，包括加入了一定量的葡萄糖氧化酶的第一葡萄糖感應(yīng)電極；加入了一定量的PQQ葡萄糖脫氫酶的第二葡萄糖感應(yīng)電極；參比電極；和在采用所述的第一葡萄糖感應(yīng)電極的第一種葡萄糖測(cè)量和采用所述的第二葡萄糖感應(yīng)電極的第二種葡萄糖測(cè)量之間進(jìn)行選擇的方法。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述的第一種葡萄糖感應(yīng)電極進(jìn)一步包含氧化還原介質(zhì)。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述的第一種葡萄糖感應(yīng)電極進(jìn)一步包含一種或多種選自粘結(jié)劑、緩沖劑和表面活性劑的材料。
9.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述的第二種葡萄糖感應(yīng)電極進(jìn)一步包含氧化還原介質(zhì)。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述的第二種葡萄糖感應(yīng)電極進(jìn)一步包含一種或多種選自粘結(jié)劑、緩沖劑和表面活性劑的材料。
11.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述的選擇方法包括一種能確定所述的第一種葡萄糖測(cè)量和第二種葡萄糖測(cè)量之間差值的系統(tǒng)，并在將所述的差值與預(yù)定值比較后根據(jù)所述的差值從所述的第一種葡萄糖測(cè)量結(jié)果和第二種葡萄糖測(cè)量結(jié)果之間選擇其一。
12.一種更精確的確定血樣中葡萄糖濃度的方法，所述的方法包括采用加入了葡萄糖氧化酶的葡萄糖電極對(duì)所述的血樣進(jìn)行第一次所述的葡萄糖濃度測(cè)量；采用加入了PQQ葡萄糖脫氫酶葡萄糖電極對(duì)所述的血樣進(jìn)行第二次所述的葡萄糖濃度測(cè)量；計(jì)算所述的第一次測(cè)量結(jié)果及所述的第二次測(cè)量結(jié)果之間的差值；并且根據(jù)所述的計(jì)算得到的差值從所述的第一次測(cè)量結(jié)果及所述的第二次測(cè)量結(jié)果之間選擇其一。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述的選擇步驟進(jìn)一步包含在將所述的差值與預(yù)定值比較后根據(jù)所述的差值從所述的第一次葡萄糖測(cè)量結(jié)果和第二次葡萄糖測(cè)量結(jié)果之間選擇其一。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述的選擇步驟進(jìn)一步包括如果所述的計(jì)算的差值大于大約24mg/dL則選擇所述的第一次測(cè)量結(jié)果。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述的選擇步驟進(jìn)一步包括如果所述的計(jì)算的差值小于或等于大約24mg/dL則選擇所述的第二次測(cè)量結(jié)果。
16.一種一次性使用的葡萄糖傳感器，其包括一個(gè)具有一個(gè)形成測(cè)試室的開放孔的傳感器本體；布置在所述的開放孔內(nèi)的一個(gè)GOD基葡萄糖電極，一個(gè)GDH基葡萄糖電極和參比/計(jì)算電極；和在所述的感應(yīng)器本體一端的電接觸端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種包含一個(gè)加入了一定數(shù)量的葡萄糖氧化酶的第一種葡萄糖感應(yīng)電極、一個(gè)加入了一定數(shù)量的PQQ－葡萄糖脫氫酶的第二種葡萄糖感應(yīng)電極、參比電極和在用第一種葡萄糖感應(yīng)電極測(cè)定的第一種測(cè)量值與用第二種葡萄糖感應(yīng)電極測(cè)定的第二種測(cè)量值之間選擇其一的選擇方法的更精確地測(cè)量樣品中葡萄糖濃度的系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G01N27/49GK1991368SQ20061016587
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2006年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月14日
發(fā)明者小華·蔡, 傳暢·楊, 裴建宏, 安迪·沃 申請(qǐng)人:諾爾生物醫(yī)藥有限公司