[发明专利]葡萄糖生物传感器及其葡萄糖生物传感膜

说明书

本发明公开了一种基于葡萄糖脱氢酶的葡萄糖生物传感器。从根本上消除了氧气对葡萄糖检测的制约，提高了持续葡萄糖监测系统的灵敏度、准确性、重现性、稳定性、专一性和抗干扰能力，并延长了持续葡萄糖监测系统的使用寿命，同时大大地降低了葡萄糖生物传感器的制作成本。

技术领域

本发明涉及生物传感器技术领域，更具体地说，它涉及葡萄糖生物传感器及其葡萄糖生物传感膜。

背景技术

自1962年Clark和Lyon成功地研制出第一个生物传感器以来，经过近60年的发展，生物传感器已经在多个领域得到了广泛的应用。例如基于生物传感技术发展起来的各种葡萄糖生物传感器已经造福了千百万的糖尿病患者。其中，近几年迅速发展起来的持续葡萄糖监测系统以其使用方便和实时监测等特点，受到越来越多的糖尿病患者的青睐，特别是I型糖尿病患者。作为持续葡萄糖监测系统的核心部件,葡萄糖生物传感器的性能直接决定了持续葡萄糖监测系统的性能和使用寿命。现有的持续葡萄糖监测系统所使用的葡萄糖生物传感器都是基于葡萄糖氧化酶发展起来的，包括美敦力、德康和雅培。例如美敦力的Guardian和iPro2和德康的Dexcom G5和G6都是通过电化学方法检测葡萄糖在葡萄糖氧化酶催化氧化过程中生成的过氧化氢来对葡萄糖进行间接监测。因而它们依赖体液如组织液或血液中的氧气—葡萄糖氧化酶催化氧化葡萄糖的自然媒介体,来实现对葡萄糖的监测。而体液中的氧气含量(0.2-0.3毫摩尔/升)远远低于葡萄糖的含量(4-11毫摩尔/升),因此,体液中氧气的含量就成了制约这类持续葡萄糖监测系统的性能的主要因素，也就是所谓的“氧匮乏”现象。和其它持续葡萄糖监测系统相比，它们的灵敏度普遍偏低。由于电化学方法检测过氧化氢对电极的要求非常苛刻,只有铂和铂合金等极少数几种材料能用于这类葡萄糖生物传感器的制作,这就大大地增加了持续葡萄糖监测系统的传感器的成本。而且过氧化氢的电化学检测还要求较高的检测电位,因而大大地降低了持续葡萄糖监测系统的抗干扰能力，特别是对常用的退烧药如乙酰氨基酚的抗干扰能力。另外,过氧化氢对葡萄糖氧化酶具有很强的破坏作用，从而严重地影响传感器的稳定性和使用寿命。虽然经过30多年的研究和探索，其性能还远远不能满足葡萄糖持续监测的需要。例如，美敦力的Guardian和iPro2还需要每天进行两次校正，它们的工作寿命也只有一个星期。

为了克服以上问题，Adam Heller等人(Accounts of Chemical Research 23(1990)128-134)发现在基于葡萄糖氧化酶的葡萄糖生物传感器中引入电化学性能优越的氧化还原物质—氧化还原媒介体(氧化还原小分子如铁氰化物或氧化还原高分子如聚乙烯二茂铁等),葡萄糖氧化酶可以通过这些媒介体来实现与电极进行电子交换。基于此原理发展起来第二代生物传感技术目前已被广泛应用于生物传感器,特别是葡萄糖生物传感器,包括各种一次性血糖检测试纸条和持续葡萄糖监测系统,例如雅培糖尿病护理的FreeStyle Libre和FreeStyle Libre 2。通过对氧化还原媒介体的分子设计和优化,葡萄糖的检测可以在较低的电位下实现,从而大大地提高了持续葡萄糖监测系统的抗干扰能力,特别是对常用的退烧药如乙酰氨基酚的抗干扰能力。由于这类葡萄糖监测系统是通过氧化还原媒介体对葡萄糖进行直接的电化学检测,其灵敏度也得到了显著的改善。但是氧气作为葡萄糖氧化酶催化氧化葡萄糖的自然媒介体，不可避免地参与葡萄糖的催化氧化,成为葡萄糖监测的一个重要的干扰因素。为了消除氧气的干扰,人们不得不通过各种算法和引入了各种可以有效地拟制氧气通过的生物相容性膜,最大限度地消除氧气的干扰。

发明内容

本发明成功地研制出了基于葡萄糖脱氢酶的葡萄糖生物传感器。从根本上消除了氧气对葡萄糖检测的制约,提高了持续葡萄糖监测系统的灵敏度、准确性、重现性、稳定性、专一性和抗干扰能力,并延长了持续葡萄糖监测系统的使用寿命,同时大大地降低了葡萄糖生物传感器的制作成本。

在一个方面，本发明提供了一种葡萄糖生物传感膜，其由以下方法制备而成：

步骤1)、将铜、钴、铁、镍、钌、铱或锇的络合物、芳香乙烯类化合物和丙烯酰类化合物的共聚物加入至有机醇溶液中进行反应，得到氧化还原高分子；