專利名稱：快速響應(yīng)葡萄糖傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及糖尿病人用來監(jiān)測血糖濃度的一次性電化學(xué)類型的葡萄糖傳感器。
背景技術(shù)：
一次性帶狀電化學(xué)葡萄糖傳感器已經(jīng)在市場上銷售了10多年，并且描述在各種專利中，包括美國專利4,711,245、5,708,247和5,802,551。這些傳感器利用氧化還原介體來促進在酶與電極之間的電荷交換。這些裝置比過去的光學(xué)技術(shù)提供了明顯的優(yōu)點，例如血不會進入儀表并且儀表本身往往更輕且更不笨重；但是它們也存在一些缺點。電化學(xué)測試結(jié)果通常受樣品中存在的其它電活性物質(zhì)影響，并且還受樣品中的氧含量和血細(xì)胞比容的影響。
受電活性物質(zhì)干擾的原因是非常直接的。容易氧化的物質(zhì)導(dǎo)致電流增大，這導(dǎo)致讀數(shù)升高。電流增大是由于在電極表面的直接氧化或通過氧化還原催化而產(chǎn)生。一些制造商已經(jīng)嘗試通過使用輔助電極進行背景扣除來解決該問題。雖然這種方法有用，其增加額外的制造步驟；增加成本和額外的測量及其相關(guān)的誤差，從而降低精度。背景扣除也可能導(dǎo)致校正過度，因為干擾氧化還原催化的效率在兩個電極上可能不同，這取決于分析物濃度。
氧和血細(xì)胞比容效應(yīng)是相關(guān)的。氧是葡萄糖氧化酶的天然輔助因子，所以在氧的存在下，在氧與氧化還原介體之間存在強烈的競爭，導(dǎo)致信號的降低。類似地，由于血紅蛋白是高效率的氧輸送介質(zhì)，高樣品血細(xì)胞比容將導(dǎo)致信號降低。已經(jīng)提出了保持血細(xì)胞遠(yuǎn)離電極表面的隔離膜，來降低血細(xì)胞比容效應(yīng)(美國專利5,658,444)。這種方法增加了額外的制造步驟，并且無論如何僅對部分基于氧的效應(yīng)有效。
因此，對于提供血分析物濃度，特別是葡萄糖濃度的讀數(shù)的一次性電化學(xué)裝置仍然存在需求，其受干擾物存在的影響最小。
該傳感器與儀表聯(lián)合用來檢測液體樣品中的分析物。合適的儀表包含用于控制在檢測應(yīng)用到插入儀器中的測試帶上的樣品之后測量表示樣品中分析物的電流的定時電路，其中，定時電路使得電流測量在樣品應(yīng)用的檢測后15秒或更短的時間進行。
發(fā)明詳述改善電化學(xué)帶性能的關(guān)鍵在于設(shè)計所述帶使得介導(dǎo)的反應(yīng)比干擾反應(yīng)優(yōu)先進行。在葡萄糖檢測情況下，分析物特異的反應(yīng)是一種介導(dǎo)反應(yīng)，其涉及還原介體的酶產(chǎn)生，然后介體在電極表面氧化。所以，我們總結(jié)出，應(yīng)該建立該測試使得這些反應(yīng)在靠近電極表面處發(fā)生，以便提供最大的收集效率。
在測試過程中發(fā)生擴散過程是值得考慮的?？紤]樣品到如

圖1所示的測試帶上的涂敷。測試帶在其干燥狀態(tài)包含涂敷含有酶的試劑層的電極E和一種介體M。測試樣品含有葡萄糖G、電化學(xué)干擾物I和氧O2，其可以束縛到血紅蛋白Hb上。在涂敷樣品時，存在E和M遠(yuǎn)離電極朝向測試樣品的凈擴散通量和G和I朝向電極的凈擴散通量。因此，在樣品涂敷后非常短的時間內(nèi)，大多數(shù)酶仍然靠近電極，與葡萄糖的反應(yīng)具有導(dǎo)致在被捕獲的足夠靠近電極的還原介體分子產(chǎn)生的高可能性。在較長時間時，許多酶已經(jīng)“更深”地擴散到樣品中并且可以與這里的葡萄糖反應(yīng)。這有兩種作用，首先，存在還原的酶被O2而不是被M氧化的高可能性，因為M的濃度隨著離電極距離增大而減小并且O2的濃度在遠(yuǎn)離電極處會增大(由于該相同的反應(yīng))。即使還原的酶不與M反應(yīng)，隨著可檢測信號的產(chǎn)生，還原的M擴散回電極被重新氧化的可能性小。其次，剛剛描述的反應(yīng)順序具有耗盡向內(nèi)擴散的G的作用，因此，實際到達(dá)電極附近的G量減少，在電極附近，G可以以一定的效率被檢測。很清楚，這兩種元素都是樣品中存在氧時信號減小的原因。
類似地，普通干擾物是容易被氧化的物質(zhì)，如抗壞血酸、醋氨酚和尿酸，它們在到達(dá)電極表面時與可能存在的還原的介體一起被氧化。由于這種效果只有在I在電極表面附近存在時產(chǎn)生，所以，其將在發(fā)生I到電極的擴散之前短時間內(nèi)處于其最小值。
從這種機理解釋明顯看出，對干擾物和血細(xì)胞比容/氧含量這兩個問題的一種解決方案是在非常短的時間內(nèi)進行測量。另一種解決方案是限制樣品體積，使得與樣品體積相比，電極的表面積非常大。一種良好的結(jié)構(gòu)是保證電極上的樣品層非常薄(例如＜200微米)的結(jié)構(gòu)。限制樣品體積的一個益處是溶液的流體動力學(xué)更迅速穩(wěn)定。用大的樣品體積，樣品中的對流作用導(dǎo)致測量噪音。通過以薄膜形式保持小樣品體積，對流作用被最小化。這意味著用小樣品體積可以使測量更早。
實際上，這些解決方案是相關(guān)的，并且都在本發(fā)明的生物傳感器中實施。因此，本發(fā)明提供了一次性電化學(xué)傳感器及相關(guān)儀表，它們可以用于在比以前已知的系統(tǒng)中更短的時間內(nèi)進行樣品中分析物量的電化學(xué)測量，例如對于血糖濃度的定量。本發(fā)明的傳感器利用短測量時間和小樣品體積之間的協(xié)同作用來獲得優(yōu)異的性能。低樣品體積使得可以進行更早的測量，因為流體動力學(xué)作用更早穩(wěn)定，因此有助于在短時間內(nèi)測量。小樣品體積還必需短時間測量，因為在較長時間時小信號會消失，并因此不能提供可靠的讀數(shù)。通過選擇這種結(jié)構(gòu)，我們保證保持高介體濃度使得介體能更有效地與氧競爭還原的酶。
從患者的觀點來看，獲得利用小樣品體積的裝置是非常希望的。問題是創(chuàng)造利用小樣品體積的裝置來產(chǎn)生分析物濃度的可靠測定。該過程的第一部分是小體積樣品容納腔的確定。由電極的面積和電極之間的間隙厚度確定該腔的體積。對于可以通過任何給定印刷法獲得的電極面積存在下限，該下限由邊緣清晰度和印刷公差決定。在使用已知電極印刷油墨時改善該精度的一種方法是用共同轉(zhuǎn)讓的國際專利申請No.WO 00/42422中所述的印刷方法，該專利申請引入本文作為參考。
一旦電極的“面積”最小化，則由電極表面之間的間隙進一步確定樣品體積。主要目標(biāo)是薄而一致的間隙。但是，應(yīng)該記住，如果通過使用非常薄的間隙(即＜200微米)獲得小樣品體積，則不滿足半無限擴散的正常條件。因為這一點，擴散層可以延伸在整個間隙上，并且明顯耗盡樣品。在這些情況下，裝置的精度受到?jīng)Q定間隙尺寸的組裝過程的精度的額外因素影響。在測量時間和間隙尺寸精度變得重要的尺寸之間存在一種關(guān)系，其可以通過考慮下式來理解L=Dt]]>其中，L是擴散長度，D是擴散系數(shù)，t是時間。當(dāng)測試時間從15秒減小到5秒時，擴散長度減小 倍。這實際上意味著通過縮短測定時間，可以進一步減小間隙尺寸，而不會進入間隙精度變成裝置精度主要因素的限制條件中。因此，例如假定擴散系數(shù)為10-5cm2sec-1，則5秒的測試需要大于70微米的間隙，相比之下，15秒的測試需要125微米的間隙?？紤]這些因素，一種用于根據(jù)本發(fā)明的傳感器的合適結(jié)構(gòu)具有體積小于1.5μl的樣品容納腔。結(jié)合關(guān)于間隙尺寸的考慮，這意味著工作電極的希望尺寸應(yīng)該使得工作電極的表面積與間隙尺寸的比例為約O.5-100mm。在一種特別優(yōu)選的結(jié)構(gòu)中，每個電極的面積為0.8mm2，間隙為100-150微米，限定了體積為O.5-O.8μl的樣品容納腔。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明的第一種實施方案的電化學(xué)傳感器10。電極11和12在基板13上形成?；?3與墊片14、15和上蓋16組合確定腔17，在其中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。在一個典型的實施方案中，電極的表面積為5mm2，腔體體積合適的是小于1.5μl，優(yōu)選的是小于1μl，最優(yōu)選的是小于0.5μl。
圖2中所示類型的裝置可以制造如下。電極11和12沉積在基板13上。具體沉積方式由電極性質(zhì)決定，盡管絲網(wǎng)印刷對于許多材料是優(yōu)選的技術(shù)。在腔體中暴露于樣品的電極面積由在電極上沉積絕緣屏蔽來確定。(見共同轉(zhuǎn)讓的國際專利公開No.WO/00/42422)。然后沉積試劑層。該層可以覆蓋這兩個電極，或者其被限定在工作電極上的區(qū)域。墊片14和15然后以圖形方式在電極周圍形成。在一個優(yōu)選的實施方案中，這些墊片通過印刷一層干燥高度約150μm的粘結(jié)劑形成。該墊片確定了毛細(xì)間隙，而不需要利用預(yù)先形成的固體材料，因此明顯有利于本發(fā)明裝置的生產(chǎn)。最后的步驟是應(yīng)用蓋板16來完成腔17。在該優(yōu)選的實施方案中，蓋板16通過粘貼墊片14和15固定在該裝置上。
圖9A-C表示用于生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的傳感器的制造技術(shù)的具體實施方案。該圖表示一個單一的傳感器，但是應(yīng)該理解，一般可以制備一個以上的傳感器。圖9A表示在蓋板堆疊以前的裝置的結(jié)構(gòu)。在該階段的傳感器有兩個沉積在基板(為了清楚起見，未示出)的電極11、12。到這些電極的電連接未示出。試劑襯墊100例如含有用于分析物的合適的酶，沉積在兩個電極上。粘結(jié)劑墊101、102和103沉積在試劑墊的三個側(cè)面上。然后把兩個親水薄膜(如3M9962，100微米后表面活性劑處理的光學(xué)透明的聚酯薄膜)104、105放在兩個位置上，一個跨過粘結(jié)劑墊101和102并覆蓋電極和試劑墊，另一個覆蓋粘結(jié)劑墊103的一部分，以提供用于容納蓋板116的具有一致高度的支撐(圖9B)。這些片疏水薄膜的位置在兩個電極上產(chǎn)生毛細(xì)作用腔。薄膜的親水涂層通過毛細(xì)作用促進測試液體移動進入所產(chǎn)生的樣品腔中。在沒有墊片或薄膜的區(qū)域中形成的間隙106使得當(dāng)測試液體進入所產(chǎn)生的樣品腔中時，空氣可以從腔后面逸出。應(yīng)用壓敏膠粘帶作為在親水薄膜上的上蓋116。上蓋116合適地用聚酯薄膜制成并且可以涂敷熱活化粘結(jié)劑或壓敏粘結(jié)劑。最后的步驟是把切割該裝置以產(chǎn)生合適開口的樣品腔，例如沿著圖9B的實線C-C切割。圖9C表示在沿著實線C-C切割后該裝置的端部視圖。如圖所示，到樣品腔的毛細(xì)作用進口110由基板13、粘結(jié)墊101、102和親水薄膜104以及上蓋116限定。薄膜104和105由粘結(jié)墊101和102支撐。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明的第二個實施方案的電化學(xué)傳感器20。電極21和22分別形成在基板23上和上蓋26上?；?3與墊片24、25以及上蓋26結(jié)合限定腔27，在腔27中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。該傳感器構(gòu)造為具有小體積和在基板23和上蓋26之間的薄間隙，例如50-200微米。應(yīng)該注意，對于相同尺寸的裝置，電極的表面積為二倍，因為其折疊的面對面的結(jié)構(gòu)。
具有該結(jié)構(gòu)的裝置可以使用卷筒紙印刷技術(shù)制造，如在2000年3月28日提出的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請09/537,599中所述，該專利引入本文作為參考。該技術(shù)利用圖4中示意表示的類型的設(shè)備。基板31的移動卷筒提供在供料滾32上，并被輸送通過一些印刷臺33、34和35，其每一個在基板上印刷不同的層。印刷臺的數(shù)量可以是任何數(shù)量并且取決于用于制造特定裝置所需的層數(shù)。在連續(xù)的印刷臺之間，卷筒紙優(yōu)選的是被輸送通過干燥器36、37和38，使每一層在進入下一次沉積之前干燥。在最后的干燥器38之后，印刷后的卷筒紙被收集在卷繞輥上或者直接引入到后加工設(shè)備39中。為了在該設(shè)備中制造具有圖3所示結(jié)構(gòu)的裝置，如圖5所示，在基板70上沉積平行的導(dǎo)軌71和72、試劑層73和絕緣層74。然后把基板沿著在兩個導(dǎo)軌之間的折疊線折疊，產(chǎn)生一種其中兩個面對面電極被試劑層分開的傳感器。具有在樣品腔內(nèi)對面布置的電極的電極幾何形狀是有利的，因為由于溶液電阻產(chǎn)生的電壓降小，這是分開電極的溶液層薄的結(jié)果。
在上述的本發(fā)明的每一個實施方案中，所述腔由絕緣材料限定。用于此目的的合適絕緣材料包括尼龍、聚酯、聚碳酸酯和聚氯乙烯。用作基板的合適材料包括聚酯薄膜，例如300微米聚酯膜，和其它絕緣基板材料如聚氯乙烯(PVC)和聚碳酸酯?？梢杂脕硇纬山^緣屏蔽的具體的聚酯基可印刷介電材料是ERCON R488-B(HV)-B2 Blue。在腔體內(nèi)，用導(dǎo)電材料形成工作電極和參比電極。合適的導(dǎo)電材料包括導(dǎo)電碳、金、鉑、鋁或摻雜的半導(dǎo)體材料如n型SnO2。優(yōu)選的導(dǎo)電碳材料是ERCON ERC1、ERCON ERC2和Acheson Carbon Electrodag 423。具有這些規(guī)格的碳可以得自Ercon，Inc.(Walham，Massachusetts，USA)，或Acheson Colloids(Princes Rock，Plymouth，England)。半導(dǎo)體電極提供一種有吸引力的選擇，因為它們可以用來進行酶或試劑層其它成分的表面連接。這提供了與固定有關(guān)的益處，還可以在試劑與電極之間的進行直接電子傳遞。
電極可以由不同材料制造或者可以具有相同的材料。其中電極具有相同組成(例如，碳電極)的實施方案可以提供一些優(yōu)點。具體地，單一電極材料的使用使得可以在單一步驟中沉積工作電極和參比電極，從而從生產(chǎn)過程中排除電極印刷步驟。這兩個電極可以印刷得非常靠近，因為二者之間的間隔僅由在一個絲網(wǎng)(公差約200微米)上的原圖決定并且在各個印刷過程(公差超過0.5毫米)之間可以實現(xiàn)不對齊的間隔。這使得反應(yīng)區(qū)域更緊湊并且因此導(dǎo)致覆蓋電極所需的血液體積減小。
工作電極具有一個或多個沉積在電極上的試劑層，其含有用于檢測目標(biāo)分析物的酶和介體。因此，例如在葡萄糖傳感器中，試劑層可能包含一種酶如葡萄糖氧化酶和一種介體如鐵氰酸鹽、金屬茂化合物、苯醌、吩嗪鎓(phenazinium)鹽、氧化還原指示劑DCPIP和咪唑取代的鋨化合物。試劑層可以是同時包含酶和介體的單層，也可以由多個亞層構(gòu)成，其中一些亞層含有酶或酶和介體，一些亞層僅含有介體。
因為本發(fā)明的裝置意欲以短時間間隔使用，所以，電極的一個重要特性是快速水合的能力。水合速度由試劑層組成決定。利用在US5,708,247(其引入本文作為參考)和國際專利公開WO 00/42422中所述類型的二氧化硅基試劑層的電極體系可以快速潤濕和水合并且因此其適合于在本發(fā)明的傳感器中使用。用于本發(fā)明傳感器的電極的試劑層的最佳材料是快速水合形成與電極表面保持接觸并把試劑保持在電極附近的凝膠的材料。如果試劑層在水合后快速分散，則試劑(特別是酶試劑)快速從電極表面附近損失掉，但是在電極表面附近它們最有益于產(chǎn)生反映樣品中分析物濃度的信號。
試劑層還必須包含一種介體，其形式可用于在反應(yīng)分析物濃度的信號產(chǎn)生中立即沉淀。在分析物如被酶氧化的葡萄糖的情況下，這意味著介體必須快速溶解并以氧化形式存在。在由Medisense以商品名QIDTM和EXACTECHTM銷售的商品葡萄糖試條中，介體實際上以還原形式存在并且必須在可以參與葡萄糖檢測反應(yīng)之前被原位氧化。這限制了試條的響應(yīng)時間，并阻礙了其以短測試時間使用。
在參比電極的情況下，電極需要快速水合，并且還能足夠快地穩(wěn)定，以便瞬間產(chǎn)生由工作電極所需要的電流，即在200毫秒內(nèi)水合。常規(guī)的銀/氯化銀參比電極不能足夠快地穩(wěn)定。另一方面，鐵-鐵氰酸鹽參比電極可以非常迅速地平衡。在該設(shè)計中，使用快速穩(wěn)定或分散的含介體層。在本發(fā)明的具體實施方案中，使用帶有含有作為介體的鐵氰酸鉀的試劑層的碳油墨電極。在羥乙基纖維素-二氧化硅基底中使用葡萄糖氧化酶作為酶，加入聚合物來提高該配方的親水性。該系統(tǒng)具有非常高的表面積并且非常快地潤濕。
除了工作電極和參比電極以外，本發(fā)明的裝置可以被構(gòu)造成包含第三個電極。第三個電極可以是虛(dummy)電極，用于補償背景反應(yīng)，或者是傳統(tǒng)三電極系統(tǒng)的反電極。第三個電極還可以是相同的工作電極。
在以上討論的本發(fā)明的實施方案中，所有的層快速加溶或水合。雖然迅速加溶或至少氧化介體的水合不是干擾物消耗的問題，并且可能有助于實現(xiàn)這種要求，但是它對于含酶層卻完全不是一個良好的特性，如前所述，因為這促進了酶從其最有益處的電極附近區(qū)域迅速擴散出去。所以，結(jié)合這兩方面的一種有用的結(jié)構(gòu)表示在圖6中。在本發(fā)明的該實施方案中，傳感器60具有腔67，其由底板63、墊片64、65和上蓋66構(gòu)成。兩個碳電極61、62分布在腔67內(nèi)的底板63上。電極62涂敷較薄的含有酶和介體的粘性凝膠層(例如5微米)。兩個電極61、62然后用較厚(例如25微米)的含有介體但不含酶的分散體層69覆蓋。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，構(gòu)成兩個單獨的層以進一步減小干擾物的影響。在干擾物的化學(xué)消耗時列出的一種方法是提供在外面有過量被氧化介體的試劑層。在一種特別引人注意的結(jié)構(gòu)中，電極涂敷含有酶和介體的薄試劑層并且然后涂敷僅含有介體的厚層。兩層都沉積在限制擴散但是迅速水合的基質(zhì)中，因此其可以攜帶電流。通過把酶限制在薄層中，酶大部分保持在電極附近，使得上述副反應(yīng)不重要。厚的外介體層由于其擴散限制性基質(zhì)提供了向內(nèi)擴散干擾物的障礙并保持在希望的位置上?？梢栽诤性谘杆偎系目煞稚⒒|(zhì)中的介體的第一和第二層之外含有一種任選的第三層。通過保證樣品體積小，樣品中的干擾物總量又被保持最小，并且被氧化的介體在再生時的濃度高，因此，介體有效地除去干擾物。明顯地，在更長的時間時，介體的局部濃度會降低，因為其擴散到樣品中，并且干擾也會更明顯。在我們的經(jīng)驗中，樣品體積小于1μl，優(yōu)選的是0.5μl是理想的。
根據(jù)本發(fā)明制造的傳感器可以在遠(yuǎn)比使用已知傳感器獲得的更短的時間內(nèi)進行測量。通過縮短測試時間，血細(xì)胞比容效應(yīng)可以減少。如果該傳感器包含用對一些血液成分如白細(xì)胞和紅血球有阻礙作用的試劑層覆蓋的電極，則在短時間內(nèi)到達(dá)電極的流體將明顯含有比長時間時更少的這些成分。
圖7表示相關(guān)系數(shù)對測試時間的曲線。在非常短的測試時間內(nèi)，相關(guān)性差，因為系統(tǒng)還沒有穩(wěn)定。在非常長的測試時間，相關(guān)性也開始降低。給定通過縮短測試時間限制干擾的目的，測試合適的是用由實線表示的制度進行，其對于下述傳感器將小于10秒，優(yōu)選的是約為5秒。本發(fā)明的一次性傳感器與測試儀表一起工作在該時間范圍內(nèi)提供準(zhǔn)確測定葡萄糖。因此，構(gòu)造傳感器在短時間內(nèi)提供準(zhǔn)確可靠信息的信號，并且插入傳感器的儀表適合于在該時間內(nèi)收集信息。
圖8表示根據(jù)本發(fā)明的典型手持儀表的外觀。與傳統(tǒng)儀表相同，本發(fā)明的儀表有外殼81，帶有用于顯示結(jié)果的顯示器82，和槽83，用于插入一次性傳感器。可以包含按鈕85和/或開關(guān)，用于操作該儀表，包括儲存結(jié)果的調(diào)出、校正檢查等。本發(fā)明的儀表與傳統(tǒng)儀表不同之處是在外殼內(nèi)的內(nèi)電子部分。在傳統(tǒng)儀表中，液體樣品(例如血滴)加入到在外殼中的一次性傳感器開始測量循環(huán)，在此期間試劑溶解并讀數(shù)。循環(huán)開始也可以通過由使用者按動按鈕來觸發(fā)，雖然這不是優(yōu)選的。在儀表中的微處理器通常周期性(例如每1/2秒)地處于“休眠”模式和“蘇醒”模式，以檢查中斷信號。如果程序檢測到中斷標(biāo)志被設(shè)定，則表明試條已經(jīng)插入到儀表中或者開始按鈕已經(jīng)被按下，程序進入RUN(運行)模式。在該模式下，通常向試條施加電壓并且微處理器監(jiān)測脈沖寬度監(jiān)測器的輸出，其表明由試條形成的任何電流量。一旦樣品應(yīng)用到試條上，電流就流過，因為試條已經(jīng)施加了極化電壓。該起始電流的監(jiān)測開始了計時程序。由微處理器控制計時。存在兩種晶體用于操作功能的4MHz時鐘(即進行測量)和保持關(guān)閉模式時間的32mHz時鐘。在計時過程開始時，施加的電壓可以(1)保持在恒定值或(2)按照預(yù)定的曲線變化。在這兩種情況的任一種中，在預(yù)定時間后測量電流以評估樣品中分析物的量。通過實施例，表示在圖7中的數(shù)據(jù)被收集在系統(tǒng)中，在該系統(tǒng)中，樣品涂敷在t＝0時檢測，外加電壓被去掉2秒，在此期間，試條是開路的，然后重新施加相同的電壓。在多個時間點測量電流并在每個時間點確定電流與分析物濃度的相關(guān)性。
在現(xiàn)有技術(shù)已知的市售儀表中，建立測量循環(huán)以便在樣品檢測后20-60秒進行電流測量。在本發(fā)明的儀表中，其特別適用于與本發(fā)明的快速響應(yīng)試條一起使用，建立測量循環(huán)，以便在樣品檢測后15秒或更短的時間進行電流測量，優(yōu)選的是在樣品檢測后5-10秒的時間進行電流測量。
現(xiàn)在參考以下非限制形式實施例進一步描述本發(fā)明。
實施例1使用在圖9A-C所示的程序和以下材料制備根據(jù)本發(fā)明的快速響應(yīng)葡萄糖傳感器基板聚酯薄膜碳墨配方Ercon導(dǎo)電碳試劑層組成如下所述粘結(jié)劑水基丙烯酸共聚物粘結(jié)劑(Apollo Adhesives)親水薄膜3M100微米親水薄膜9962上蓋壓敏粘結(jié)劑涂敷的聚酯帶(Tape Specialities)試劑層形成如下通過加入1M檸檬酸，把100ml的100mM檸檬酸三鈉水溶液調(diào)節(jié)到pH＝5。向該溶液中加入5g羥乙基纖維素(HEC)、1g聚乙烯醇、1g PVP-VA S-630聚(乙烯基吡咯烷酮乙酸乙烯酯)和0.5ml DC 1500 Dow Corning消泡劑，并均化混合。使該混合物靜置一整夜使氣泡分散，然后用作配制涂料組合物的原料。手動把7.5g Cab-o-Sil TS610逐漸加入到HEC溶液中，直至加入總量的約4/5。加入其余部分并均化混合。然后把該混合物輥壓12小時。然后加入11g鐵氰酸鉀并均化混合直至完全溶解。最后，加入2.8g葡萄糖氧化酶制劑(250單位/mg)，然后充分混合成為溶液。所得的配料已經(jīng)準(zhǔn)備好，用于印刷，并且可以冷凍儲存。
使用這些傳感器測試標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖溶液并且在葡萄糖加入到傳感器中以后不同的時間測定電流。對于每個時間間隔，確定在實際葡萄糖濃度與測定葡萄糖濃度之間的相關(guān)系數(shù)。圖7表示結(jié)果曲線。如圖所示，在向傳感器中加入葡萄糖后5秒時，相關(guān)系數(shù)達(dá)到最大的高值。
實施例2與實施例1一樣制備根據(jù)本發(fā)明的快速響應(yīng)葡萄糖傳感器。利用這些傳感器確定在暴露于不同濃度葡萄糖后5秒時的電流量。為了比較，在相同條件下試驗MedisenseQID葡萄糖傳感器。圖10圖解表示該試驗的結(jié)果。如圖所示，根據(jù)本發(fā)明的快速響應(yīng)傳感器響應(yīng)的線性度非常好(R2＝0.999)。在5秒時QID傳感器的線性度沒有那么好(R2＝0.863)。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測液體樣品中分析物的一次性電化學(xué)傳感器，其包含在樣品容納腔中布置的工作電極和參比電極、布置在樣品容納腔內(nèi)且在工作電極上的試劑層，所述試劑層包含在分析物存在下產(chǎn)生電化學(xué)信號的酶，其中樣品容納腔的體積小于1.5μl并且其中所述傳感器在10秒或更短的時間內(nèi)提供一種與分析物量相關(guān)聯(lián)的測量。
2.權(quán)利要求1的傳感器，其中，所述試劑層還包含電子轉(zhuǎn)移介體。
3.權(quán)利要求2的傳感器，其中，所述分析物是葡萄糖，酶是葡萄糖氧化酶，介體是鐵氰酸鹽。
4.前述權(quán)利要求任一項的傳感器，其中，所述試劑層含有二氧化硅。
5.前述權(quán)利要求任一項的傳感器，其中，所述參考電極是鐵-鐵氰酸鹽電極。
6.前述權(quán)利要求任一項的傳感器，其中，所述工作電極由參雜的半導(dǎo)體材料制成。
7.前述權(quán)利要求任一項的傳感器，其還包含三個在所述基板上形成的粘結(jié)劑墊，第一個粘結(jié)劑墊布置在試劑層的第一個邊上，第二個粘結(jié)劑墊布置在與第一個粘結(jié)劑墊相對的試劑層的第二個邊上，從而使試劑層和下面的電極布置在第一個和第二個粘結(jié)劑墊之間，并且第三個粘結(jié)劑墊布置在與第一和第二個邊不同的試劑層的第三個邊上并且與試劑層分開，所述粘結(jié)劑墊限定了樣品容納腔的厚度。
8.前述權(quán)利要求任一項的傳感器，其中，所述工作電極和參比電極以面對面的結(jié)構(gòu)布置在樣品容納腔內(nèi)的相對表面上。
9.前述權(quán)利要求任一項的傳感器，其中，所述試劑層覆蓋工作電極和參比電極。
10.一種與一次性電化學(xué)傳感器組合使用的儀表，用于檢測和/或定量液體樣品中的分析物，其包含一個定時電路，用于在樣品涂敷到插入該儀表中的測試條的測試后，控制表示樣品中分析物的電流測量，其中，所述定時電路使得在檢測樣品涂敷后15秒或更短的時間進行電流測量。
11.權(quán)利要求10的儀表，其中，所述定時電路使得在檢測樣品涂敷后10秒或更短的時間進行電流測量。
12.權(quán)利要求10的儀表，其中，所述定時電路使得在檢測樣品涂敷后5秒或更短的時間進行電流測量。
13.權(quán)利要求10-12的任一項的儀表，其中，所述儀表包含一種手持式外殼，在其中布置定時電路，所述外殼有一個用來在其中容納傳感器的開口。
14.一種電化學(xué)檢測液體樣品中的分析物的系統(tǒng)，其包括(a)一種一次性電化學(xué)傳感器，其包含布置在樣品容納腔內(nèi)的工作電極和參比電極，布置在所述樣品容納腔內(nèi)并在工作電極上的試劑層，所述試劑層包含在分析物存在下產(chǎn)生電化學(xué)信號的酶，其中，所述樣品容納腔的體積小于1.5μl并且其中所述傳感器提供一種在10秒或更短的時間內(nèi)與分析物量向關(guān)聯(lián)的測量；和(b)一種用于容納所述一次性電化學(xué)傳感器的測試儀表，所述儀表包含一個定時電路，用于在測試樣品涂敷到插入該儀表中的測試條后，控制表示樣品中分析物的電流測量，其中，所述定時電路使得在檢測到樣品涂敷后15秒或更短的時間進行電流測量。
15.一種制造檢測分析物的一次性電化學(xué)傳感器的方法，其包括以下步驟(a)在基板上形成工作電極和參比電極；(b)在工作電極和參比電極上形成絕緣層，所述絕緣層具有其中形成的開口，通過該開口至少一部分工作電極和參比電極被暴露；(c)至少在工作電極的暴露部分上形成試劑層，所述試劑層在快速水合基質(zhì)中包含至少一種在分析物存在下產(chǎn)生電化學(xué)信號的酶；(d)在所述基板上形成三個粘結(jié)劑墊，第一個粘結(jié)劑墊布置在試劑層的第一個邊，第二個粘結(jié)劑墊布置在與第一個粘結(jié)劑墊相對的試劑層的第二個邊，從而使試劑層和下面的電極布置在第一個和第二個粘結(jié)劑墊之間，并且第三個粘結(jié)劑墊布置在與第一和第二個邊不同的試劑層的第三個邊上并且與試劑層分開；(e)在第一個和第二個粘結(jié)劑墊上層疊第一個親水薄膜，所述親水薄膜跨過在第一個和第二個粘結(jié)劑墊之間的間隙，并且第二個親水薄膜覆蓋在第三個粘結(jié)劑墊上；和(f)把上蓋粘和在親水薄膜上，從而形成一個樣品腔，其由所述基板、所述第一個和第二個粘結(jié)劑墊和所述第一個親水薄膜限定。
16.權(quán)利要求15的方法，其還包括在靠近與所述試劑層的第三邊相對的試劑層的第四邊附近的位置沿著通過第一和第二個粘結(jié)劑墊延長的線切割該裝置的步驟。
全文摘要
一種用于檢測液體樣品中的分析物如葡萄糖的一次性電化學(xué)傳感器由布置在樣品容納腔中的工作電極和參比電極以及布置在樣品容納腔中并在工作電極上面的試劑層制成。該試劑層含有至少一種在分析物存在下產(chǎn)生電化學(xué)信號的酶。樣品容納腔的體積小于1.5μl，并且使得傳感器在10秒或更短的時間內(nèi)提供與分析物量相關(guān)的測量。該傳感器與一種儀表組合使用來檢測液體樣品中的分析物。合適的儀表具有一個定時電路其用于在檢測到樣品涂敷到插入該儀表內(nèi)的試條上后控制表示樣品中分析物的電流的測量。該定時電路使得在檢測到樣品施加后15秒或更短的時間內(nèi)進行電流測量。
文檔編號C12Q1/00GK1432130SQ01810317
公開日2003年7月23日 申請日期2001年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月8日
發(fā)明者O·W·H·達(dá)維斯, H·E·貝金哈姆, G·F·哈爾 申請人:糖尿病診斷公司