一種葡萄糖傳感系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種葡萄糖傳感系統(tǒng)，屬于醫(yī)療檢測設(shè)備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]糖尿病是由遺傳因素、免疫功能紊亂、微生物感染及其他毒素、自由基毒素、精神因素等等各種致病因子作用于機體導(dǎo)致胰島功能減退、胰島素抵抗等而引發(fā)的糖、蛋白質(zhì)、脂肪、水和電解質(zhì)等一系列代謝紊亂綜合征。糖尿病人的血糖一旦控制不好會引發(fā)糖尿病并發(fā)癥，如血糖過低、酮酸中毒、昏迷、高血壓、心臟病變、腎衰竭、神經(jīng)病變、視網(wǎng)膜損傷、下肢壞疽等。
[0003]連續(xù)血糖監(jiān)測是將葡萄糖傳感器植入患者的皮下，實時監(jiān)測組織液中的葡萄糖濃度，糖尿病人可以根據(jù)測得的血糖濃度，來調(diào)整飲食以及作息，從而使血糖值穩(wěn)定在正常的范圍。嚴(yán)格使用連續(xù)血糖監(jiān)測可以使糖尿病患者的壽命延長5年，視力延長8年，腎衰竭延緩6年，下肢壞疽延緩6年。
[0004]傳感器植入體內(nèi)后，體內(nèi)的一些內(nèi)源性電化學(xué)活性物質(zhì)，如抗壞血酸、尿酸、醋氨酚等在電壓作用下，在電極表面發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生的氧化電流與葡萄糖在電極表面氧化產(chǎn)生的電流混合，從而影響血糖濃度的準(zhǔn)確性。為了減小葡萄糖監(jiān)測過程中干擾物質(zhì)對傳感器信號造成的誤差，研宄人員通常在傳感器外層涂覆一層抗干擾膜，通過基于膜的尺寸選擇或者極性選擇特性，來限制干擾物質(zhì)的透過，從而提高傳感器檢測信號的準(zhǔn)確性。
[0005]現(xiàn)有的商業(yè)化的連續(xù)血糖監(jiān)測傳感器一般植入體內(nèi)可以連續(xù)測量3-5天，幾天之后，傳感器出現(xiàn)靈敏度下降、基線漂移等問題，對測試結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。傳感器出現(xiàn)功能失效的原因一方面在于傳感器表面的生物相容性不夠，導(dǎo)致植入體內(nèi)之后產(chǎn)生免疫反應(yīng)和排異反應(yīng)，體內(nèi)的免疫細(xì)胞以及大分子蛋白吸附在傳感器表面，形成纖維包囊，導(dǎo)致葡萄糖和氧氣的透過性降低，從而造成傳感器的靈敏度下降；另一方面?zhèn)鞲衅髦踩塍w內(nèi)后，血液和組織液中的金屬離子、小分子物質(zhì)會對酶的活性造成抑制，從而使傳感器植入后靈敏度下降。除此之外，酶流失也是傳感器失效的一個重要因素。
[0006]常用的延長傳感器壽命的方式是提高傳感器的生物相容性，然而，生物相容性涂層雖然可以提高傳感器的生物相容性，減小植入后的免疫反應(yīng)、炎癥反應(yīng)，但是仍然不能阻止傳感器長期植入后的靈敏度以及穩(wěn)定性的下降；并且，傳感器植入體內(nèi)之后一般只能維持3-5天的壽命，頻繁更換傳感器會使患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)急劇增加。除此之外，體內(nèi)電化學(xué)活性物質(zhì)在電壓的作用下，在電極表面發(fā)生氧化反應(yīng)，從而影響傳感器的準(zhǔn)確性。雖然Naf1n、醋酸纖維素等抗干擾涂層可以減小干擾物對傳感器檢測信號的影響，但長期植入體內(nèi)還是會使抗干擾層的效果減弱，最終將達(dá)不到抗干擾的效果。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]本實用新型所要解決的第一個技術(shù)問題是提供一種具有新結(jié)構(gòu)的葡萄糖傳感系統(tǒng)，以減小體內(nèi)電化學(xué)活性物質(zhì)對其檢測信號的影響。
[0008]本實用新型所要解決的第二個技術(shù)問題是提供一種葡萄糖傳感系統(tǒng)，以提高傳感器系統(tǒng)植入體內(nèi)后的工作壽命。
[0009]本實用新型的發(fā)明構(gòu)思是:為了減小體內(nèi)電化學(xué)活性物質(zhì)對葡萄糖傳感器的檢測信號的影響，本實用新型設(shè)計了一種差分式的電極結(jié)構(gòu)，每組傳感器電極共用一個參比電極和一個對電極(當(dāng)為雙電極結(jié)構(gòu)時，則共用一個對電極)；每組傳感器電極的工作電極部分包括兩個工作電極，其中第一工作電極上的酶固定層內(nèi)含有對葡萄糖敏感的葡萄糖氧化酶，第二工作電極的酶固定層內(nèi)不含有葡萄糖氧化酶，兩個工作電極的其余涂層均相同。在電壓的作用下，葡萄糖只能在固定有葡萄糖氧化酶的工作電極表面發(fā)生氧化反應(yīng)，而體內(nèi)的電化學(xué)活性干擾物在兩個工作電極的表面均能發(fā)生氧化反應(yīng)；將兩個工作電極的電流信號進(jìn)行差分，就可以得到由于葡萄糖反應(yīng)產(chǎn)生的電流變化，從而得到葡萄糖的濃度。本實用新型采用上述差分式的電極結(jié)構(gòu)對干擾物產(chǎn)生的信號進(jìn)行消除，一方面由于兩個工作電極的差別僅在于其中一個工作電極的表面固定有葡萄糖氧化酶而另一個工作電極表面不固定葡萄糖氧化酶，其他條件全部相同，因此在相同的工作電壓下，電化學(xué)活性物質(zhì)在兩個工作電極上的氧化反應(yīng)完全相同，由此產(chǎn)生的干擾電流信號也相同，通過差分可以完全消除；另一方面由于該差分式的電極結(jié)構(gòu)無需抗干擾層，因此不存在抗干擾層性能的變化，植入體內(nèi)之后抗干擾性不會隨著植入時間的變化而減弱，可以提高傳感器抗干擾特性的長期穩(wěn)定性。
[0010]為了解決傳感器植入體內(nèi)后壽命短的問題，本實用新型進(jìn)一步采用多組傳感器電極的結(jié)構(gòu)，并在每組傳感器電極的工作電極的最外層涂覆一層具有生物相容性的可降解涂層。該可降解涂層一方面可以保護(hù)電極表面的葡萄糖氧化酶，防止由于葡萄糖氧化酶流失而造成傳感器性能的下降；另一方面，初始狀態(tài)時，葡萄糖氧化酶受可降解涂層保護(hù)，不參與催化反應(yīng)，植入體內(nèi)后，隨著可降解涂層的降解，葡萄糖氧化酶被慢慢釋放出來，代替已經(jīng)失活的或者流失的葡萄糖氧化酶參與催化反應(yīng)，形成葡萄糖氧化酶釋放的接力機制，從而延長傳感器的壽命。
[0011]本實用新型可以通過在不同組傳感器電極中的工作電極表面覆蓋降解速度不同的可降解材料來控制葡萄糖氧化酶釋放的速度，使得當(dāng)其中第一組傳感器電極的工作電極表面的葡萄糖氧化酶流失或失活，傳感器靈敏度開始出現(xiàn)下降時，第二組工作電極表面的葡萄糖氧化酶此時隨著可降解材料的降解而開始釋放，代替第一組工作電極表面失活或流失的葡萄糖氧化酶參與催化反應(yīng)，從而使葡萄糖傳感系統(tǒng)整體的靈敏度保持穩(wěn)定。本實用新型可以通過在更多組傳感器電極的工作電極表面涂覆降解速率不同的可降解涂層，并使各組傳感器電極的工作電極表面的可降解涂層逐個形成降解接力，由此來延長葡萄糖傳感系統(tǒng)的壽命。
[0012]具體地說，本實用新型解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:
[0013]本實用新型的一種葡萄糖傳感系統(tǒng)包括恒電勢儀，并且還包括第一電流電壓轉(zhuǎn)換器、第二電流電壓轉(zhuǎn)換器、差分放大器和一組以上傳感器電極；所述傳感器電極與恒電勢儀連接；每組所述傳感器電極的工作電極部分包括一個第一工作電極和一個第二工作電極，其中，所述第一工作電極與所述第一電流電壓轉(zhuǎn)換器的輸入端電連接，所述第一電流電壓轉(zhuǎn)換器的輸出端與所述差分放大器的其中一個輸入端電連接，所述第二工作電極與所述第二電流電壓轉(zhuǎn)換器的輸入端電連接，第二電流電壓轉(zhuǎn)換器的輸出端與所述差分放大器的另一個輸入端電連接；所述第一工作電極和所述第二工作電極的表面涂有涂層，所述涂層由內(nèi)向外為酶固定層、控制釋放層和生物相容性涂層；除所述酶固定層以外，所述第一工作電極的其他涂層與所述第二工作電極的對應(yīng)涂層相同；所述第一工作電極的酶固定層內(nèi)僅比所述第二工作電極的酶固定層多固定有葡萄糖氧化酶。
[0014]進(jìn)一步地，本實用新型還包括A/D轉(zhuǎn)換器，所述A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端與所述差分放大器的輸出端電連接。
[0015]本實用新型的另一種葡萄糖傳感系統(tǒng)包括恒電勢儀，并且還包括第一電流電壓轉(zhuǎn)換器、第二電流電壓轉(zhuǎn)換器、第一放大器、第二放大器、第一 A/D轉(zhuǎn)換器、第二 A/D轉(zhuǎn)換器、差分運算器和一組以上傳感器電極，所述傳感器電極與恒電勢儀連接；每組所述傳感器電極的工作電極部分包括一個第一工作電極和一個第二工作電極，其中，所述第一工作電極與第一電流電壓轉(zhuǎn)換器的輸入端電連接，第一電流電壓轉(zhuǎn)換器的輸出端與所述第一放大器的輸入端電連接，所述第二工作電極與第二電流電壓轉(zhuǎn)換器的輸入端電連接，第二電流電壓轉(zhuǎn)換器的輸出端與所述第二放大器的輸入端電連接；所述第一放大器的輸出端與第一 A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端電連接，所述第二放大器的輸出端與第二 A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端電連接，第一 A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端和第二 A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端均與所述差分運算器連接；所述第一工作電極和所述第二工作電極的表面涂有涂層，所述涂層由內(nèi)向外為酶固定層、控制釋放層和生物相容性涂層；除酶固定層以外，所述第一工作電極的其他涂層與所述第二工作電極的對應(yīng)涂層相同，所述第一工作電極的酶固定層內(nèi)僅比所述第二工作電極的酶固定層多固定有葡萄糖氧化酶。
[0016]進(jìn)一步地，本實用新型各組所述傳感器電極共用一個參比電極和一個對電極，所述參比電極和對電極同時與所述恒電勢儀連接；在每組所述傳感器電極中，第一工作電極與所述參比電極和對電極構(gòu)成一個三電極結(jié)構(gòu)，第二工作電極與所述參比電極和對電極構(gòu)成另一個三電極結(jié)構(gòu)；參比電極與同一組傳感器電極中的第一工作電極和第二工作電極的距離相等，對電極與同一組傳感器電極中的第一工作電極和第二工作電極的距離相等。
[0017]進(jìn)一步地，本實用新型各組所述傳感器電極共用一個對電極，所述對電極與所述恒電勢儀連接；在每組所述傳感器電極中，第一工作電極與所述對電極構(gòu)成一個雙電極結(jié)構(gòu)，第二工作電極與所述對電極構(gòu)成另一個雙電極結(jié)構(gòu)；對電極與同一組傳感器電極中的第一工作電極和第二工作電極的距離相等。
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