[發明專利]一種可植入人體的生物酶傳感器及其制作方法

有效

• 申請號: 201110285811.7
• 申請日: 2011-09-23
• 公開（公告）號: CN102499696A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 周建華;車宏莉
• 申請（專利權）人: 長沙三諾生物傳感技術股份有限公司
• 主分類號: A61B5/1486
• 分類號: A61B5/1486
• 代理公司: 長沙新裕知識產權代理有限公司 43210
• 代理人: 劉熙

技術領域

本發明涉及一種新的可植入人體的生物酶傳感器及其制作方法，可植入人體的傳感器適用于對人體各項生理指標、藥物代謝等的連續監測，特別用于人體動態血糖的監測。

背景技術

生物傳感器是利用電化學原理，把酶、抗體、抗原、微生物、細胞、組織、核酸等生物活性物質作為敏感元件，將其濃度轉化為電信號來快速、準確、方便測量生物物質含量的分析系統，其構成材料必須具有特定的性質，從而在體內發揮作用并提供適宜的信號。

植入人體的生物酶傳感器從內到外一般由電極、生物酶層和外膜層組成。生物傳感層中的酶可以與待測物質特異性結合，產生電化學信號；植入體內的外膜層主要是保護生物酶層不會由于被體內的蛋白、電解質、藥物、炎癥反應等其他潛在化合物的影響。因此，外膜層必須有良好的生物相容性、抗蛋白吸附性和附著力。由于體內氧含量遠低于葡萄糖含量，因而對于葡萄糖氧化酶電極來說其氧的透過性要遠大于葡萄糖的透過性。

目前，生物酶傳感器中的外膜層通常為硅膠、二氧化硅和聚氨酯、聚氧化乙烯、聚丙烯酸、聚乙烯醇等，由于這些材料生物相容性不佳、成膜性能不好、與電極附著較差，在長期使用過程中會引起組織炎癥反應，容易降解等。

WO?02/053764提到聚氨酯的生成方法，第一步是將二異氰酸酯與二氨基封端聚醚二元醇和二氨基封端聚二甲基硅氧烷反應生成預聚物，第二步在水中擴鏈，但由于在水中擴鏈后生成的高分子物質沒有活潑的官能團，涂覆在電極上是僅以物理吸附作用于電極表面，導致附著力很差，不適用于體內測試。

WO?2006/018425介紹了用于生物傳感器的兩相生物相容性半透膜，該膜包含具有水可溶脹性的聚氨酯的連續親水相，而其制備過程是通過超過20步噴涂聚合物溶液來實現，但這種方法太過繁雜，難以量化生產，且未解決附著力問題。

CN?85108692提到使用聚醚二元醇在聚氨酯材料上接枝共聚的方法，對聚氨酯材料進行金屬活化并在合成中需要引入眾多有毒試劑，純化非常麻煩，因此該專利方法難以適用于葡萄糖傳感器上面。

US5786439介紹了一種可用于植入式傳感器涂覆的水凝膠，由二異氰酸酯和親水二醇生成硬段化合物，然后通過二胺進行擴鏈生成水凝膠，此水凝膠可以用來降低電極測試時的阻抗，但在長期測試中會降解。

這些文獻雖對外膜層做了一些摸索，但對外膜層的附著力、生物相容性、抗蛋白性能等研究不夠，尤其是在有關適用于葡萄糖傳感器工作電極的具體應用上存在很大缺陷。

發明內容

本發明要解決的問題在于：針對現有葡萄糖傳感器酶電極存在的技術問題，提出一種新的葡萄糖生物酶傳感器及其制作方法，在體內檢測72小時內不脫落不降解，具有良好的生物相容性和優異的抗蛋白吸附性能。本發明采取的技術方案如下：

第一步：電極的制作是通過打磨、脫脂、活化、等離子清洗等物理化學工藝將基材表面處理干凈，然后在金屬基材或塑料基材上電鍍或濺射一層鉑黑、鉑或金；

第二步：在電極表面修飾一層酶，通過高分子包埋或交聯的方法固定生物酶，以一種或幾種生物相容性高分子材料為載體，形成生物酶層，其中作為載體的高分子材料至少一種含多氨基、多羥基或多巰基，此種高分子材料包括瓊脂糖、殼聚糖、明膠、肝素、葡甘聚糖、多硫代醇酸樹脂、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、羥基纖維素、牛血清蛋白等中的一種或多種；

第三步：將過量(n_NCO：n_NH2/OH/SH＝1.3～1.8)的多異氰酸酯與聚醚多元醇或聚酯多元醇和聚硅氧烷反應，并添加少量的擴鏈劑，生成聚氨酯預聚物，反應時間為3-15小時，反應溫度為30-80℃，反應后通過液相制備色譜提純，聚氨酯預聚物與生物酶層中的高分子物質進行交聯固化，通過共價鍵的方式來提高外膜的附著力，確保生物傳感層在動物體或人體長期測試中不脫落，具有良好的生物相容性和抗蛋白吸附性能。

根據上述方法制得的可植入人體的生物酶傳感器，由電極、生物酶層和外膜層組成，其特征在于所述的電極是在金屬基材或塑料基材上電鍍或濺射一層鉑黑、鉑或金所組成的材料；生物酶層以一種或幾種生物相容性高分子材料為載體，至少一種含多氨基、多羥基或多巰基，通過高分子包埋或交聯的方法固定生物酶，修飾在電極表面；外膜層是聚氨酯預聚物與生物酶層中的瓊脂糖、殼聚糖、明膠、肝素、葡甘聚糖、多硫代醇酸樹脂、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、羥基纖維素、牛血清蛋白等一種或多種高分子物質進行交聯固化形成的膜。