[实用新型]一种开放式扩散控制区生物传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及生物检测技术领域，具体涉及一种开放式扩散控制区生物传感器。

背景技术

近年来，从最初利用临床实验室样本检测到只需在医生办公室或患者身边即可实现快速检测，医学保健检测领域发生了巨大变化。带有电极系统的一次性生物传感器经常被用于快速检测当中。以糖尿病患者的日常葡萄糖检测为例，现在患者只需在家中利用一次性生物传感器进行检测，就可获得被测患者当时的葡萄糖水平，帮助患者及时了解自身的身体状况并据此调整自己的饮食结构，或到医院让医生根据日常监控的数据对用药剂量进行调整。因此在疾病日常监控中这类一次性生物传感器的准确性显得尤为重要。

这类带有电极系统的生物传感器可以用于各种物质的检测，根据被分析物的不同，在电极系统上添加的反应试剂也不同。例如测定血液中葡萄糖含量的生物传感器，首先是将葡萄糖氧化酶等反应试剂添加在工作电极上，当血液样品滴加在工作电极时，由于酶反应试剂溶解在血液中，血液中的葡萄糖就会与工作电极上的氧化酶发生反应，电子受体随之还原。酶反应结束后，将还原的电子受体电化学氧化，通过计算氧化电流值得到样品中葡萄糖的含量。

这类生物传感器的基本结构包括：一个绝缘底板；在该绝缘底板上具有电极系统，该电极系统至少包括工作电极和对电极；含有依据样品中被测物质含量而产生可测信号的反应试剂覆盖在至少一个工作电极上；一个由隔离层形成的检测样品通道，该样品通道位于工作电极和对电极之上，检测样品经过该通话时与通道内的反应试剂反应并产生可以被检测到的信号。仪器根据该信号，得出检测结果。

通道内参与和检测样品反应的反应试剂的量对检测结果具有很大的影响。因此，如何精确地控制参与反应的反应试剂的量是本领域的一大技术难题。参与反应的反应试剂的量等于样品通道的面积乘以反应试剂层的厚度，因此，精确地控制同一批次生产的不同产品之间的样品通道的尺寸和控制反应试剂厚度均一性是主要需要解决的问题。

用生物传感器对样品进行测试时，通常只需要很小的样品量，例如只需要0.5 微升到1 微升的液体量。生物传感器也被制作成很小的结构，覆盖在电极上的反应试剂就更小了。在提高测试准确性的研究中，人们并没有注意到反应试剂在这么小面积的电极上扩散情况呈现多样性，并且这些多样性对测试结果的影响。人们往往从电极的结构、电极的材料选用、测试方法学以及测试仪上做研究以提高生物传感器的检测准确性。而我们注意到当采用长方形试剂扩散控制区控制反应试剂在电极上的分布时，长方形控制区的面积很细小，试剂会因为表面张力作用在长方形控制区的凹槽中形成一个半球形液滴状，造成电极上的试剂厚度不均匀，形成中间厚周围薄的结果，特别是涂覆区的边缘有不均匀或反应试剂集中在电极活性区域的中心部位的现象。而半球形液滴状边缘表面张力的存在又阻止了试剂进一步向周围扩散，从而出现试剂边缘和四个顶角之间留出试剂空白区现象，即四个顶角处不能被反应试剂填满。以这样的方式生产出来的生物传感器会出现有的传感器上的电极活性区域被反应试剂均匀盖满了，而有的电极活性区域的顶角没有反应试剂或覆盖的厚薄不均一。电极某些部位没有反应试剂会导致部分样品没有参与反应，电极上所覆盖的反应试剂厚薄不均一会使反应速率发生的变化不符合预先设定的方式，这些都会导致检测结果的不准确。

又如中国2013101065210 专利中揭示了辅助扩散电极来对施加在功能性电极上的液体试剂进行扩散，但是实际上，效果并不显著，不能改善扩散的实际效果。

由于用于检测人类的血液中葡萄糖浓度的生物传感器尺寸非常小，检测机制非常复杂，而且采用的血液样品量通常介于0.3 － 1.0 微升之间，因此目前的技术水平只能得到相对准确的检测结果。美国食品与药品监督局（FDA）对用于检测人类的血液中葡萄糖浓度的生物传感器的法定要求是：只要95% 以上的检测结果与标准葡萄糖浓度的正负偏差在20% 以内，产品即被认为合格。由此可见，提升用生物传感器检测人类血液中葡萄糖浓度准确性的技术难度非常高。

国际糖尿病联盟（IDF）的2011 年统计数据显示，全球糖尿病患者目前已增至3.66亿人，预计在20 年内将达到近6 亿人。在中国，糖尿病的患病率在近10 年翻了近两倍。在2010 年，中国成人糖尿病患病率为9.7%，糖尿病患者已达1 亿4 千多人。由于基数巨大，即使测试准确率仅提高1%，那么，在全球将会减少360 万人次的误诊，全球将有360 万人从中获益，这将带来相当大的经济效益和社会效益。