[發明專利]一種酶生物電化學傳感芯片及其制備方法

有效

• 申請號: 200910184642.0
• 申請日: 2009-08-27
• 公開（公告）號: CN101650331A
• 公開（公告）日: 2010-02-17
• 發明（設計）人: 劉丹
• 申請（專利權）人: 無錫愛康生物科技有限公司
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327;G01N33/92;G01N33/66;G01N33/64;C09J133/00;C09J175/04;C09J163/00;C09D11/10
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所
• 代理人: 時旭丹;劉品超

技術領域

本發明涉及一種用于檢測液體中特定溶質含量的酶生物電化學傳感芯片， 同時還涉及該生物傳感芯片的制備方法，屬于分析檢測技術領域，包括醫療、 環保、食品安全等等。

背景技術

酶生物電化學傳感器是一種新型的分析檢測儀器設備，具有精確度高，選 擇性強，速度快，體積小，造價低，操作簡單和使用便利等特點。因此其在眾 多領域都擁有巨大應用潛力和發展前景，例如醫療保健，環境保護和食品安全 等。酶生物電化學傳感芯片(簡稱生物傳感芯片)是酶生物電化學傳感器的核 心部件。它主要由分子接受元件(receptor)和信號傳感元件(transducer)兩個部 分組成。前者通常是一種生物酶，通過生物酶對檢測溶質氧化還原反應的催化 作用而導致分子電化學性能的改變。信號傳感元件再將這種電化學性能的改變 轉換成可測量的電信號(如電流或電容)。由于特定生物酶對標靶分子的強選 擇性，從而可以避免試樣液中其它復雜成份的干擾，實現準確的定量分析。信 號傳感元件一般包括電介體(mediator)和導電材料等。通常生物傳感芯片由一個 工作電極(working?electrode)和一個反電極(counter?electrode)，有時也可帶有一 個獨立的參比電極(reference?electrode)組成。

在酶生物電化學傳感器的開發和應用方面，用于血液葡萄糖檢測的血糖檢 測儀(SMBG)已取得了巨大的成功，并有許多專利發表。其產品可幫助患者進 行自我血糖檢測，從而為糖尿病的日常病情監測、控制和治療提供了幫助，取 得了顯著的經濟和社會效益。然而，迄今所開發的血糖檢測生物傳感芯片(俗 稱“檢測試條”)只能一次性使用，從而決定了該類產品的局限性。例如，這 種“單點式”測量不能實現對血糖水平真正的“適時”掌握，因而在血糖水平 波動較大和/或測試頻率較低時，很可能遺漏“關鍵點”，而達不到有效防止 低血糖或高血糖的目的。為此，近年來科技工作者正在努力開發帶有可以連續 使用的生物傳感芯片的連續式血糖檢測產品。其主要優點包括：

隨時掌握血糖水平及波動情況，并在必要時(如血糖水平變動過快或接近 設定臨界值)自動提示患者或醫護人員，以采取措施防止低血糖或高血糖的發 生，成功實現血糖波動范圍的有效控制。另外，也特別適合住院病人，兒童和 老人，以及特定情況(如駕駛和睡眠等)的監護。

詳細記錄不同時間段(如夜晚、每天及每周等)血糖水平及波動數據(可 下載)，為醫生掌握患者的病情和制定醫療方案提供可靠依據。

可與胰島素泵連用，為患者提供“人工胰腺”(artificial?pancreas)。

可用作醫院血糖的診斷和監控器材，如病人(不限于糖尿病患者)手術和 術后監護等。

雖然連續法生物傳感芯片和一次性生物傳感芯片都是基于酶生物電化學的 工作原理，但兩者使用要求的不同決定了前者必須采用新的設計思路和制備方 法。其中的關鍵是有效地防止工作電極上主要氧化還原試劑(如生物酶和電介 體等)在測試過程中的流失(leach?out)并保持它們的活性。目前所采用的方 法主要分為化學鍵接和物理截留(entrapment)兩種。化學鍵接方法一般是采 用化學反應將工作電極上的氧化還原試劑自身或與其他輔助試劑一起形成分子 交聯網絡。這種分子交聯網絡在與檢測液體(如血液或間質體液(interstitial- fluid))接觸時形成溶漲而不溶解的水溶膠。因為氧化還原試劑已經成為這種分 子交聯網絡的一部分，所以不會輕易流失。這種方法的專利例子有US6299757 和US6461496，也有大量的科技文獻發表，例如參考文獻5-7。但是，化學鍵接 方法通常會引起生物酶活性的大幅度下降，如果控制不當甚至會導致生物傳感 芯片工作不穩定。典型的物理截留法是采用半透析膜(membrane)將附著在導 電材料表面的氧化還原試劑與檢測液體隔離開。WO2005048834和US7432069 便是采用這種方法的專利。這里半透析膜性能的控制十分關鍵，包括表面性 能、膜孔大小和其分布、以及膜的厚度等等。一方面，要防止或減緩氧化還原 試劑的流失；另一方面，又要平衡生物傳感芯片的其它重要性能，例如溶質分 子擴散通過膜孔的速度、溶質濃度梯度的形成、以及平衡的建立等等。這類生 物傳感芯片的制造工藝復雜、難度較大，不利于大規模量產。