[发明专利]用于聚离子的可逆电化学传感器

说明书

相关申请

本专利申请是2004年7月8日申请的名称为“用于聚离子的可逆电化学传感器”的美国专利申请号10/887,251的部分继续申请案，其要求2003年7月9日申请的美国临时申请号60/485,856的优先权，将2004年7月8日申请的美国专利申请号10/887,251和2003年7月9日申请的美国临时申请号60/485,856两者在此全部引入作为参考。

根据35U.S.C.§119(e)，本申请还要求2005年8月5日申请的同时待决的美国临时专利申请(序列号60/706,117并且名称为“利用聚离子作为基质的酶活性电化学检测以及聚离子选择性可逆电化学传感器”)的优先权，将其在此全部引入作为参考。

联邦政府赞助的研究或开发

本发明的研究的部分支持是来自国立卫生研究所(NIH)授权号GM071623和EB002189的基金。美国政府对本发明主题享有利益。

发明领域

本发明涉及聚离子传感器。本发明进一步涉及用于检测聚离子(例如鱼精蛋白和肝素)的膜，以及通过将该膜引入电化学电池中的这种检测方法。特别是本发明涉及通过使聚离子强制运动穿过该膜来检测聚离子的方法，其中聚离子的运动是可逆的，以便用于该膜的再使用。

发明背景

在过去十年中，随着采用增塑的聚合物膜用于聚离子高分子检测的电位传感器的开发，在离子选择性电极领域中出现了新的方向。这一领域中的早期工作建议了含有亲脂性阴离子交换剂的聚合物膜电极，其能够检测聚阴离子肝素。参见Ma，S.C，Yang，V.C，和Meyerhoff，M.E.Anal.Chem.1992，64，694。肝素选择性聚合物膜电极进一步被描述在美国专利号5,236,570和美国专利号5,453,171中。

肝素是具有平均电荷为-70并且平均分子量为15,000道尔顿的高度硫酸化的多糖。下面提供了肝素化合物的一个单元的分子式。

肝素在主要的外科手术和体外操作，如心脏直视手术、分流手术和透析中用作抗凝血剂。然而在医学操作中使用过量肝素是有害的，需要对肝素给药的精确监测。在血液中肝素浓度的实时监控对于在手术过程中防止出血过多的风险和减少手术后并发症是特别有用的。活化凝血时间测量(ACT)是估测全血中肝素浓度的普通方法。虽然这一方法已广泛使用，但是它是非特异性和间接的，并且结果可受到许多变量的影响。与ACT相比，肝素选择性电极能够直接在全血或血浆样品中检测肝素浓度。

类似地，也已经建议了用于感测聚阳离子鱼精蛋白的电极。参见Yun，J.H.，Yun，J.H.，Meyerhoff，M.E.和Yang，V.C.Anal Biochem.1995，224，212。多肽鱼精蛋白通常用于中和肝素活性(即，促进凝固)。下面举例说明的鱼精蛋白是具有平均电荷为+20的的聚阳离子并且其富含精氨酸残基。

鱼精蛋白的碱性胍鎓基与肝素的磺化基静电复合，使得肝素的抗凝血活性无效。然而鱼精蛋白的过量使用也是有害的。例如，鱼精蛋白的使用常常导致不利的血液动力学和血液学副作用，如高血压、减低的氧消耗、血小板减少症兼有肺部血小板分离和白血球减少症。因此能够精确地检测和测量在生物流体如血液中的鱼精蛋白浓度是有益的。

鱼精蛋白的可靠检测可以实现该试剂的小心给药，因此避免了以上指出的相关问题。此外，由于能够通过离子选择性电极检测鱼精蛋白也有可能通过用鱼精蛋白滴定样品来测定样品中的肝素浓度。这可能是由于上述的特定的肝素-鱼精蛋白相互作用。此类作用也由Ramamurthy等人在Clin.Chem.1998，606中进行了描述。

现有技术中已知的肝素特异性的膜电极所观察到的响应不能按照传统的平衡方法来解释。由于这些离子的高电荷，对于肝素和鱼精蛋白，能斯特方程式应该分别得到电极函数斜率为低于1mV/十年和2mV/十年。随后描述了解释这一不平常机理的准稳态模型。参见Fu，B.等人，Anal Chem.1994，66，2250。测量电位的聚离子传感器的响应在性质上是动力学的。在水溶液和膜相中均出现了聚离子的强劲流通，这是由于聚离子自发萃取到聚合物膜中和伴随而来的其与来自膜中的亲水性离子的交换，这会导致在聚离子存在下的电位变化。