[发明专利]具有共价结合酶的CM传感器

说明书

技术领域

本申请涉及电化学传感器，它的制备方法以及利用该电化学传感器确定流 体介质中分析物的方法。

背景技术

生化分析检测系统是临床相关分析方法的重要部分。这主要关心的是能够 借助于酶直接或间接确定的分析物的检测。生物传感器，也就是配有生物组分 的测量系统，已经被证明特别适合于分析物的测量，其允许对分析物进行连续 或间断地重复测量并能运用于体外(ex vivo)及体内(in vivo)。体外生物传感 器典型地用于流通池中，而体内生物传感器优选植入皮下脂肪组织。人们就此 对经皮植入和全植入(full implant)进行区分，前者只在短时期引入组织并直接 和定位于皮肤上的测量设备接触，后者利用外科手术连同测量设备一起插入组 织。

电化学生物传感器允许通过两个或更多电极对分析物进行测量，其中至少 一个电极表现为工作电极，需要被检测的分析物在其上被转换。含有酶作为生 物学组分的电化学生物传感器将所述酶容纳在工作电极上或工作电极内，在这 种情况下，例如可以将分析物作为酶的底物，并且可以通过该酶使其发生物理 化学的改变(例如，氧化)。氧化还原介体将分析物转化期间释放的电子迁移到 工作电极的导电组分上，并且由电子流动所产生的电测量信号与所测定分析物 的浓度相关。

天然产生的氧化还原对和合成的氧化还原对都考虑作为氧化还原介体。例 如那些Feldman等[Diabetes Technology & Therapeutics5(2003)，769-779]所描述 的合成的氧化还原介体，不太适合体内应用。这是因为如下事实：当生物传感 器引入身体的时候，合成的氧化还原介体理论上来说总能引起身体的免疫反应。 然而，至少必须考虑这些物质的毒性，并且如果必要，对其进行检查，因为氧 化还原介体必须一直能够自由地扩散通过电极结构，通过该方式它们也可以从 电极逃逸出并进入周围的有机体。这点与体外应用无关，如果确保不会因为分 析物的潜在回流而使其进入身体的话。

因此，采用天然产生的氧化还原介体的电化学传感器特别适用于体内应用。 氧/过氧化氢氧化还原对被证明在这点上有特殊的优势，因为最初成分(氧)一 直存在。在氧气存在的情况下通过氧化酶而在分析物的酶转化中产生的过氧化 氢被在电活性生物传感器的工作电极上重新氧化，于是通过释放电子产生电信 号并且氧化还原介体也转化回其氧化形式。这种酶反应的动力学遵循所谓的乒 乓机制[Leskovac等，The International Journal of Biochemistry and Cell Biology37 (2005)，731-750]。

但是，在需要氧作为共底物的酶的帮助下对分析物进行检测时的一个重要 问题在于，在组织中会发生氧气浓度与起始浓度相比暂时减小，这会影响传统 的体内生物学传感器的功能。图1显示了在各种氧气浓度下，利用葡萄糖氧化 酶把葡萄糖酶解氧化为葡萄糖酸-δ-内酯的反应动力学。该图表明一般而言在给 定氧气浓度下所转化的分析物的量随着葡萄糖浓度的增加而减少，由此，尽管 葡萄糖氧化酶对葡萄糖有高结合常数(大约250mM)，在生理相关范围中该曲 线处于非线性范围内。

此外，图1表示，在较高的分析物浓度下，直到氧浓度大约为1mM时才得 到近似线性曲线。但是，体内水环境，特别是在皮下脂肪组织胞间液的溶解氧浓 度，是相当地低。然而，在37℃，水中氧浓度大约为0.21mM，皮下脂肪组织 的预期氧浓度仅为0.1mM或更少，这就是各种情况下所述曲线在生理性葡萄糖 浓度发生弯曲的原因。这种偏离线性路线导致了体内生物传感器中非期望的瞬 时功能特征。

因此，组织中氧气的有限可获得性是需要氧气作为共底物的许多酶生物传感 器中电化学传感器的功能曲线的线性度的限制因素。功能曲线的线性度在原则 上能够利用带有盖膜的工作电极来提高，所述盖膜抑制分析物的扩散比抑制共 底物的扩散更强。其中，图3尤其表示了带有由促进氧气扩散比促进葡萄糖扩 散强得多的聚亚安酯组成的盖膜的酶生物传感器的功能曲线(用正方形表示的 测量值)。这表明，通过使用合适的盖膜，传感器的测量信号能够基本保持线性 直至葡萄糖浓度约10mM。在更高浓度下，曲线变得更为弯曲。