[发明专利]用于测定葡萄糖的贵金属的活化方法和相应的生物传感器电极

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求享有2011年10月3日申请的美国临时专利申请序列号61/542,678的优先权权益，其整个公开内容通过参考引入本文。

发明背景。

发明领域

本发明涉及贵金属与被分析物的反应性的领域，特别涉及经设计以与葡萄糖反应的生物传感器及其制备方法。

相关现有技术的描述

人体在其功能上需要化合物的非常精巧的平衡以处理、转移和代谢。人体中关键代谢产物的水平仅通过人体生物体的通常活动适当维持在已知的生理范围内。这些已知化合物浓度偏离这些预期范围的任何反复性的变化通常都是疾病的信号。

在存在缺少锻炼以及加工食品的不健康饮食代替了很多家庭的正常健康食品的当前社会中，快速增长的非常常见的疾病是糖尿病。糖尿病的简单特征为由于胰腺中不足的(或没有)胰岛素生成或者在一些情况中由于对胰岛素的抗性造成的血糖浓度的升高。事实上，人体的血液化学有规律地在这种化学的正常范围之外。

依照国际糖尿病联盟(International Diabetes Federation)，目前全世界有2.46亿糖尿病患者，到2025年这一数量预期会达到3.8亿。在很多情况中，只要人体功能受到正确的监控并在适合的时候将葡萄糖(或胰岛素)供给人体，甚至慢性糖尿病也是非常可控的疾病。然而，为了正确响应于人体的需求，必须测定人体的需求。为了测定其当时的血液化学，糖尿病患者将定期抽取其血液样品并进行化学分析以测定他们是否具有过量的(或缺乏)葡萄糖。如果检测到葡萄糖过量，可以将胰岛素添加到患者的血液流中(通过特定注射、通过安装泵、或通过其他方式)以尝试将葡萄糖水平返回到正常范围内。类似地，如果血糖过低，那么个体能够消耗碳水化合物再次将该水平返回到正常范围。

尽管糖尿病通常被认为是可控的，因为能够从外部调节血液化学，但是不受控制的糖尿病的影响，即使只是短时期的，也能够是灾难性的。糖尿病通常破坏血管和神经，因此很多糖尿病患者会遭受并未意识到存在的伤害，直至其变得高度进展，且会需要侵略性的和改变寿命的治疗，例如截肢。控制糖尿病的失败也能够导致甚至更重大的并发症，包括肾衰竭、失明、脑损伤、心脏病发作或死亡。如从上面应当显而易见的那样，这种紧密控制的先决条件永远都是精确和频繁地监控血糖水平，例如告知治疗计划(即胰岛素剂量)和提供能够以最少的所得损伤迅速纠正任何不平衡。

由于需要定期监控血糖，因此对能够精确测定血液中葡萄糖含量的产品具有非常高的需求。这些装置通常称作葡萄糖计，最现代的葡萄糖计是通过抽取个人的一滴血液(通常从指尖获得)并将其放在对葡萄糖具有反应性的试片（strip）上。然后测定反应量，葡萄糖计返回表示血糖水平的指示。然后该糖尿病患者消耗食物或使用胰岛素纠正不平衡。如应当显而易见地那样，用单一用途的生物感应器试片每天验血多次的需求导致这些试片的大量需求。

以试验试片形式的单一用途葡萄糖生物传感器通常遵循类似的构造类型。试验试片通常包含以放置在基体上的干层形式的酶(通常是葡萄糖氧化酶或葡萄糖脱氢酶)、媒剂(通常是氰铁酸盐)、指示剂和很多其他组分。这些干层然后可以与两个或更多个电极化学接触，该两个或更多个电极与葡萄糖计中的电连接件连接。

试验试片的测定方法通常是测光法和电化学法。这两种方法都使用类似的检测区设计。在测光系统中，测定是通过使用来自LED的窄波长束用光照射经反应的样品进行的。一部分漫反射到达光检测器并转化为电流。

在通常更常见的电流测定系统中，测定将反应产物再次转化为氧化形式。该反应发生在试验试片上的电极表面处，且需要扩散以将还原物类输送到表面并将氧化的媒剂输送远离其。原则上，这是比测光法中即时观察更缓慢的过程。然而，该反应能够在几秒或更短的时间内完成且通常是更耐用的且实施更简单的。

电化学测定量是干化学和包括评价算法的测定方法之间的紧密协作的结果。电化学试验试片的设计能够显著变化，尤其在用于接触试剂和血样的电极数量上以及从该试验试片上提取测量值的方式上。然而，大多数试验试片使用相同的一般原理，甚至在葡萄糖计的特别设计所提出的设计限制之内。

通常，在试验试片中，酶(葡萄糖氧化酶)催化葡萄糖氧化成葡糖酸内酯和氧化还原辅助因子(redox cofactor)。然后该葡糖酸内酯水解为葡糖酸。该水解用于将电子从葡萄糖转移给媒剂(氰铁酸盐)，转移每分子葡萄糖产生已知量的指示剂(氰亚铁酸盐)。在试剂层中氰铁酸盐还原为氰亚铁酸盐导致该酶的再次氧化。