本發(fā)明涉及生物檢測儀器領(lǐng)域，具體涉及一種改進試劑結(jié)晶形態(tài)的生物傳感器。

背景技術(shù)：

生物傳感器(biosensor)，是一種對生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號進行檢測的儀器。是由固定化的生物敏感材料作識別元件(包括酶、抗體、抗原、微生物、細胞、組織、核酸等生物活性物質(zhì))、適當(dāng)?shù)睦砘瘬Q能器(如氧電極、光敏管、場效應(yīng)管、壓電晶體等等)及信號放大裝置構(gòu)成的分析工具或系統(tǒng)。

電化學(xué)生物傳感器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于體外診斷領(lǐng)域，這些儀器系統(tǒng)能檢測體液中的生理物質(zhì)，方便醫(yī)生對病人狀況分析和診斷，也有一些儀器系統(tǒng)應(yīng)用到家庭使用，方便病人的自我監(jiān)控，這些生理指標包括血糖、膽固醇、尿酸、甘油三酸酯、乳酸、酮體、酶類等。目前生物傳感器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于臨床檢測中，其中最普及的例子是便攜式血糖測試系統(tǒng)。

目前的生物傳感器測試片通常有以下幾個部分組成：絕緣基板，作為產(chǎn)品的載體；構(gòu)建在絕緣基板上的電極系統(tǒng)，至少包括工作電極和對電極；固定在電極系統(tǒng)上的檢測試劑；中隔層，反應(yīng)室及進樣通道處開口，覆在電極系統(tǒng)上；覆蓋層，覆蓋在中隔層上，和基板、中隔層一起構(gòu)成反應(yīng)室。

臨床使用的生物傳感器產(chǎn)品的精密度性能非常重要，其中工作電極上的檢測試劑結(jié)晶形態(tài)是否一致直接影響了產(chǎn)品的精密度性能。但是，目前檢測試劑結(jié)晶形態(tài)技術(shù)上普遍存在的難題是“咖啡圈”現(xiàn)象，特別是采用六銨三氯化釕為電子介體的檢測試劑，具體表現(xiàn)是試劑固化后邊緣高中間低、或者形態(tài)呈花斑狀、顆粒粗不均勻，直接導(dǎo)致試劑在電極上分布厚薄不均、反應(yīng)不一致，是產(chǎn)品進一步提升精密度性能的主要障礙之一。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明旨在提供一種檢測試劑結(jié)晶形態(tài)均勻、測試精密度好的生物傳感器，從而解決現(xiàn)有技術(shù)普遍存在的難題—“咖啡圈”現(xiàn)象。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種改進試劑結(jié)晶形態(tài)的生物傳感器，可用于檢測樣本中特定物質(zhì)濃度或活性，其組成包含：絕緣基板；構(gòu)建在絕緣基板上的電極系統(tǒng)，所述的電極系統(tǒng)至少包括工作電極和對電極；固定在電極系統(tǒng)上且至少應(yīng)該覆蓋工作電極的檢測試劑；構(gòu)建在電極系統(tǒng)上方的中隔層，所述的中隔層在樣本通道及反應(yīng)室區(qū)域鏤空；設(shè)在中隔層上方的覆蓋層，所述的覆蓋層和中隔層及絕緣基板構(gòu)建成反應(yīng)室及進樣毛細通道，樣本可通過毛細虹吸作用自動進樣；所述的反應(yīng)室應(yīng)有透氣孔，以便形成虹吸作用；其中，所述的檢測試劑的組成包含具有氨基的化學(xué)物質(zhì)。

絕緣基板是生物傳感器的載體。本發(fā)明中，絕緣基板優(yōu)選的是具有一定挺度的柔性塑料片材，包括但不限于pet、pp、pvc、亞克力等材料。目前有多種商業(yè)化的產(chǎn)品可供選擇，如dupont公司st504、st339等。

電極系統(tǒng)構(gòu)建在絕緣基板上，至少包括對電極和工作電極。電極的材料包括但不限于石墨、銀、金、鉑、鈀、ito、izo中的一種，可以通過絲網(wǎng)印刷、真空濺鍍結(jié)合激光加工等工藝構(gòu)建在絕緣基板上。

中隔層，構(gòu)建在電極系統(tǒng)上方，反應(yīng)室區(qū)域鏤空，結(jié)合覆蓋層形成了反應(yīng)室即進樣通道。所述的中隔層的厚度為0.025mm～0.5mm，作為優(yōu)選，中隔層的厚度為0.075mm～0.125mm。中隔層材料可以是帶基材或不帶基材的膠帶，加工好后粘合上去；也可以是膠或聚合物漿料，通過絲網(wǎng)印刷上去；如電極上無其他絕緣材料隔開，中隔層的材料必須是良好的絕緣材料。

覆蓋層，在中隔層上方，和中隔層、絕緣基板構(gòu)建成反應(yīng)室及進樣通道，以便通過虹吸作用自動進樣。覆蓋層可使用pet材料，優(yōu)選透明的親水處理過的材料，透明能幫助用戶容易確認反應(yīng)區(qū)進樣狀態(tài)，親水能使進樣更為順暢，非反應(yīng)室區(qū)域可以不透明，印刷進樣標志和logo，可用的商業(yè)化材料有adhesivesresearch,inc的92804、coveme公司kemafoilhhnw、3m公司的9971等。

透氣孔，反應(yīng)室應(yīng)有透氣孔，以便形成虹吸作用，透氣孔通過覆蓋層或絕緣基板進樣通道尾端區(qū)域打孔實現(xiàn)，也可通過中隔層在進樣通道尾端區(qū)域留出通氣口實現(xiàn)。

檢測試劑是生物傳感器核心技術(shù)之一。檢測試劑固定在電極系統(tǒng)的上面，應(yīng)至少覆蓋工作電極。檢測試劑可以通過點液、絲網(wǎng)印刷、噴墨打印、夾縫擠出等技術(shù)加工固定到電極上。檢測試劑包含酶、電子介體、緩沖液、表面活性劑、多聚物等組分。酶的作用是特異性的和被檢測物反應(yīng)；電子介體從酶和被檢測物的反應(yīng)中獲取電子，并擴散到電極上釋放電子，并形成信號，該信號可以被測試儀捕獲；緩沖液保證一個合適的反應(yīng)環(huán)境；表面活性劑能夠優(yōu)化反應(yīng)條件，并促進樣本擴散；多聚物能形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，并一定程度上固定酶。

本發(fā)明的主要特征是檢測試劑中包含具有氨基的化學(xué)物質(zhì)，該物質(zhì)具有的化學(xué)通式如下：

上述化學(xué)通式的r1、r2、r3可變基團包括不限于h、烴基、酰基以及烴基的衍生物、?；难苌铮瑀1、r2、r3基團的兩個或全部三個基團可以形成環(huán)狀。該化學(xué)通式中典型的物質(zhì)包括氨基酸(如絲氨酸、蘇氨酸、脯氨酸、丙氨酸、賴氨酸、組氨酸、賴氨酸等)、咪唑及咪唑衍生物。

發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，檢測試劑中加入具有氨基的化學(xué)物質(zhì)后，能有效消除或降低檢測試劑固化后的“咖啡圈”現(xiàn)象，使檢測試劑在電極系統(tǒng)上的形態(tài)更加均勻、細致和一致，顯著提升了生物傳感器產(chǎn)品測試精密度性能。特別是以六氨三氯化釕為電子介體的檢測試劑，本發(fā)明的效果非常顯著。

本發(fā)明中，具有氨基的化學(xué)物質(zhì)在檢測試劑配制溶液中的濃度可以為1mm～500mm，優(yōu)選10mm～100mm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明在檢測試劑組分中加入具有氨基的化學(xué)物質(zhì)后，能有效消除或降低檢測試劑固化后的“咖啡圈”現(xiàn)象，使檢測試劑在電極系統(tǒng)上的形態(tài)更加均勻、細致和一致，顯著提升了生物傳感器產(chǎn)品測試精密度性能。特別是以六氨三氯化釕為電子介體的檢測試劑，本發(fā)明的效果非常顯著。

實驗測試結(jié)果表明，對照例同一濃度反應(yīng)曲線離散性較大、精密度不是非常理想；而本發(fā)明實施例的同一濃度反應(yīng)曲線非常一致，生物傳感器的精密度得到了顯著改善。

附圖說明

圖1a和圖1b分別是本發(fā)明的一種改進試劑結(jié)晶形態(tài)的生物傳感器的結(jié)構(gòu)分解示意圖和結(jié)構(gòu)完整示意圖。

圖2是本發(fā)明的一種改進試劑結(jié)晶形態(tài)的生物傳感器的電極系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是對照例1的檢測試劑結(jié)晶形態(tài)圖。

圖4是本發(fā)明實施例1的檢測試劑結(jié)晶形態(tài)圖。

圖5是本發(fā)明實施例2的檢測試劑結(jié)晶形態(tài)圖。

圖6是本發(fā)明實施例3的檢測試劑結(jié)晶形態(tài)圖。

圖7是本發(fā)明實施例4的檢測試劑結(jié)晶形態(tài)圖。

圖8是本發(fā)明實施例5的檢測試劑結(jié)晶形態(tài)圖。

圖9是本發(fā)明實施例6的檢測試劑結(jié)晶形態(tài)圖。

圖10對照例1的反應(yīng)曲線圖。

圖11本發(fā)明實施例1的反應(yīng)曲線圖。

圖12本發(fā)明實施例2的反應(yīng)曲線圖。

圖13本發(fā)明實施例3的反應(yīng)曲線圖。

圖14本發(fā)明實施例4的反應(yīng)曲線圖。

圖15本發(fā)明實施例5的反應(yīng)曲線圖。

圖16本發(fā)明實施例6的反應(yīng)曲線圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例和附圖，更具體地說明本發(fā)明的內(nèi)容。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實施并不局限于下面的實施例，對本發(fā)明所做的任何形式上的變通和/或改變都將落入本發(fā)明保護范圍。

在本發(fā)明中，若非特指，所有的設(shè)備和原料等均可從市場購得或是本行業(yè)常用的。下述實施例中的方法，如無特別說明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。

實施例中的生物傳感器測試片構(gòu)成說明：

絕緣基板，材質(zhì)包括但不限于pet、pp、pvc、亞克力中的一種。

電極系統(tǒng)，構(gòu)建在絕緣基板上。電極系統(tǒng)包括第一對電極、工作電極、第二對電極，第一對電極、工作電極、第二對電極從進樣口到反應(yīng)通道遠端依次排列。電極的材料包括但不限于石墨、銀、金、鉑、鈀、ito、izo中的一種，可以通過絲網(wǎng)印刷、真空濺鍍結(jié)合激光加工等工藝構(gòu)建在絕緣基板上。

檢測試劑，固定在電極系統(tǒng)上，至少覆蓋工作電極。檢測試劑先配制成溶液或漿料，然后通過噴點、絲網(wǎng)印刷、夾縫擠出、噴墨打印等工藝固定到電極系統(tǒng)上。本發(fā)明以葡萄糖檢測試劑作為實施例。

中隔層構(gòu)建在電極系統(tǒng)上方，反應(yīng)室區(qū)域鏤空，結(jié)合覆蓋層形成了反應(yīng)室即進樣通道。所述的中隔層的厚度為0.025mm～0.5mm，作為優(yōu)選，中隔層的厚度為0.075mm～0.125mm。中隔層的材料可以是帶基材或不帶基材的膠帶，加工好后粘合上去；也可以是膠或聚合物漿料，通過絲網(wǎng)印刷上去；如電極上無其他絕緣材料隔開，中隔層的材料必須是良好的絕緣材料。

覆蓋層，在中隔層上方，和中隔層、絕緣基板構(gòu)建成反應(yīng)室即進樣通道，以便通過虹吸作用自動進樣。覆蓋層可使用pet材料，優(yōu)選透明的親水處理過的材料，透明能幫助用戶容易確認反應(yīng)區(qū)進樣狀態(tài)，親水能使進樣更為順暢，非反應(yīng)室區(qū)域可以不透明，印刷進樣標志和logo，可用的商業(yè)化材料有adhesivesresearch,inc的92804、coveme公司kemafoilhhnw、3m公司的9971親水膜等。

反應(yīng)室應(yīng)有透氣孔，以便形成虹吸作用，本發(fā)明實施例的透氣孔通過覆蓋層進樣通道尾端區(qū)域打孔實現(xiàn)。

對照例1

生物傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1a、圖1b和圖2所示。絕緣基板100上構(gòu)建電極系統(tǒng)200；所述的電極系統(tǒng)200包含三個電極：第一對電極201、工作電極202、第二對電極203，電極采用碳電極，通過在絕緣基板100上絲網(wǎng)印刷碳漿固化形成；電極系統(tǒng)上方固定檢測試劑300，檢測試劑至少覆蓋工作電極，通過點膠機分配檢測試劑溶液到電極上干燥制作；中隔層400采用雙面膠材料，厚度選用0.1mm，中隔層通過激光雕刻或模具切割鏤空制作出進樣通道及反應(yīng)室開孔，中隔層貼合在電極系統(tǒng)上；覆蓋層500采用透明親水片材，通過激光雕刻或模具切割在對應(yīng)反應(yīng)室末端為主制作出透氣孔501，覆蓋層500貼合在中隔層上，覆蓋層和中隔層及絕緣基板構(gòu)建成反應(yīng)室及進樣通道401，可通過虹吸作用自動進樣；然后使用機器壓緊制成完整的生物傳感器測試片600，中隔層400開孔的一端為進樣口601，電極系統(tǒng)200的每條電極引線向生物傳感器測試片另外一端延伸形成連接觸腳602，連接觸腳端插入檢測儀器端口，每條電極的連接觸腳會和端口內(nèi)對應(yīng)的觸點相連。

其中檢測試劑300先配制成水溶液，其成分如下：100mm磷酸鈉緩沖液(ph為7.0)，1.2％(w/v)甲基纖維素(sigmam6385)，0.5％(w/v)聚乙二醇4000(sigma95904)，0.5％(w/v)tritonx-100(aladdint109026)，1.86％(w/v)六氨合三氯化釕(cmi8015)，2000u/ml葡萄糖氧化酶(bbisolutionsgo3a)。檢測試劑水溶液使用點膠機分配固定到生物傳感器測試片的電極系統(tǒng)上，每條生物傳感器測試片分配1.0ul檢測試劑水溶液，然后置于60攝氏度烘箱中10分鐘干燥。

實施例1

實施例1的生物傳感器結(jié)構(gòu)同對照例1，只是檢測試劑組分不同。

檢測試劑水溶液成分如下：100mm磷酸鈉緩沖液(ph為7.0)，1.2％(w/v)甲基纖維素(sigmam6385)，0.5％(w/v)聚乙二醇4000(sigma95904)，0.5％(w/v)tritonx-100(aladdint109026)，50mm咪唑(阿拉丁試劑i108707)，1.86％(w/v)六氨合三氯化釕(cmi8015)，2000u/ml葡萄糖氧化酶(bbisolutionsgo3a)。檢測試劑水溶液使用點膠機分配固定到生物傳感器測試片的電極系統(tǒng)上，每條生物傳感器測試片分配1.0ul檢測試劑水溶液，然后置于60攝氏度烘箱中10分鐘干燥。

實施例2

實施例2的生物傳感器結(jié)構(gòu)同對照例1，只是檢測試劑組分不同。

檢測試劑水溶液成分如下：100mm磷酸鈉緩沖液(ph為7.0)，1.2％(w/v)甲基纖維素(sigmam6385)，0.5％(w/v)聚乙二醇4000(sigma95904)，0.5％(w/v)tritonx-100(aladdint109026)，50mml-蘇氨酸(阿拉丁試劑t108221)，1.86％(w/v)六氨合三氯化釕(cmi8015)，2000u/ml葡萄糖氧化酶(bbisolutionsgo3a)。檢測試劑水溶液使用點膠機分配固定到生物傳感器測試片的電極系統(tǒng)上，每條生物傳感器測試片分配1.0ul檢測試劑水溶液，然后置于60攝氏度烘箱中10分鐘干燥。

實施例3

實施例3的生物傳感器結(jié)構(gòu)同對照例1，只是檢測試劑組分不同。

檢測試劑水溶液成分如下：100mm磷酸鈉緩沖液(ph為7.0)，1.2％(w/v)甲基纖維素(sigmam6385)，0.5％(w/v)聚乙二醇4000(sigma95904)，0.5％(w/v)tritonx-100(aladdint109026)，50mml-脯氨酸(阿拉丁試劑p108709)，1.86％(w/v)六氨合三氯化釕(cmi8015)，2000u/ml葡萄糖氧化酶(bbisolutionsgo3a)。檢測試劑水溶液使用點膠機分配固定到生物傳感器測試片的電極系統(tǒng)上，每條生物傳感器測試片分配1.0ul檢測試劑水溶液，然后置于60攝氏度烘箱中10分鐘干燥。

實施例4

實施例4的生物傳感器結(jié)構(gòu)同對照例1，只是檢測試劑組分不同。

檢測試劑水溶液成分如下：100mm磷酸鈉緩沖液(ph為7.0)，1.2％(w/v)甲基纖維素(sigmam6385)，0.5％(w/v)聚乙二醇4000(sigma95904)，0.5％(w/v)tritonx-100(aladdint109026)，50mml-絲氨酸(阿拉丁試劑s103483)，1.86％(w/v)六氨合三氯化釕(cmi8015)，2000u/ml葡萄糖氧化酶(bbisolutionsgo3a)。檢測試劑水溶液使用點膠機分配固定到生物傳感器測試片的電極系統(tǒng)上，每條生物傳感器測試片分配1.0ul檢測試劑水溶液，然后置于60攝氏度烘箱中10分鐘干燥。

實施例5

實施例5的生物傳感器結(jié)構(gòu)同對照例1，只是檢測試劑組分不同.

檢測試劑水溶液成分如下：100mm磷酸鈉緩沖液(ph為7.0)，1.2％(w/v)甲基纖維素(sigmam6385)，0.5％(w/v)聚乙二醇4000(sigma95904)，0.5％(w/v)tritonx-100(aladdint109026)，10mml-絲氨酸(阿拉丁試劑s103483)，1.86％(w/v)六氨合三氯化釕(cmi8015)，2000u/ml葡萄糖氧化酶(bbisolutionsgo3a)。檢測試劑水溶液使用點膠機分配固定到生物傳感器測試片的電極系統(tǒng)上，每條生物傳感器測試片分配1.0ul檢測試劑水溶液，然后置于60攝氏度烘箱中10分鐘干燥。

實施例6

實施例6的生物傳感器結(jié)構(gòu)同對照例1，只是檢測試劑組分不同.

檢測試劑水溶液成分如下：100mm磷酸鈉緩沖液(ph為7.0)，1.2％(w/v)甲基纖維素(sigmam6385)，0.5％(w/v)聚乙二醇4000(sigma95904)，0.5％(w/v)tritonx-100(aladdint109026)，100mml-絲氨酸(阿拉丁試劑s103483)，1.86％(w/v)六氨合三氯化釕(cmi8015)，2000u/ml葡萄糖氧化酶(bbisolutionsgo3a)。檢測試劑水溶液使用點膠機分配固定到生物傳感器測試片的電極系統(tǒng)上，每條生物傳感器測試片分配1.0ul檢測試劑水溶液，然后置于60攝氏度烘箱中10分鐘干燥。

測試例

使用肝素抗凝的靜脈全血，調(diào)配成貫穿0～700mg/dl區(qū)間的7個葡萄糖濃度水平的樣本，其中低濃度樣本可以通過血樣放置糖酵解獲取，高濃度樣本可通過加入高濃度葡萄糖溶液調(diào)制，實際調(diào)配的濃度為：0mg/dl、58.4mg/dl、115.7mg/dl、174.2mg/dl、291.5mg/dl、432.6mg/dl、645.6mg/dl。將上述對照例1及實施例1-6的7種生物傳感器測試片在測試儀器上進行測試比對，儀器工作電極和對電極的電位差設(shè)置為0.30v，每種試片每個濃度樣品測試5條，測試結(jié)果采用5秒電流。

實施例1-6和比較例1的測試結(jié)果見圖3～圖16和如下表1-7。

表1：對照例1測試結(jié)果

表2：實施例1測試結(jié)果

表3：實施例2測試結(jié)果

表4：實施例3測試結(jié)果

表5：實施例4測試結(jié)果

表6：實施例5測試結(jié)果

表7：實施例6測試結(jié)果

從表1～表7可以看出，實施例1-6的除0濃度外，變異系數(shù)均值比對照例1顯著降低(0濃度因數(shù)值太低，變異系數(shù)相對變化太大，不納入比對)，對照例1變異系數(shù)均值為3.1％，實施例變異系數(shù)均值為1.0％～2.0％，可見本發(fā)明能有效改善生物傳感器試片的測試精密度。

圖3～圖9為對照例1及實施例1-6的檢測試劑結(jié)晶形態(tài)圖?？梢妼φ绽?的“咖啡圈”現(xiàn)象顯著，檢測試劑形態(tài)非常不均一；而六個實施例的檢測試劑結(jié)晶形態(tài)良好、均一一致，無顯著“咖啡圈”現(xiàn)象。

圖10～圖16為對照例1及實施例1-6的7個濃度測試反應(yīng)曲線圖。可見對照例同一濃度反應(yīng)曲線離散性較大，說明對照例的生物傳感器的精密度不是非常理想；而六個實施例的同一濃度反應(yīng)曲線非常一致，說明本發(fā)明的生物傳感器的精密度得到了顯著改善。