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技术

电化学葡萄糖生物传感器，其包括两个电极，至少一个电极具有金属层和与该金属层直接接触的非金属层。该金属层包含贵金属元素。葡萄糖反应性试片连接该第一电极和第二电极。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】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。专利技术背景。专利
本专利技术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。在任何情况中，测定的电流和因此关于葡萄糖水平的校正与试验试片中工作电极面积成比例。该工作电极是其中与血液中葡萄糖含量成比例发生电化学反应的电极。该反电极必须正确作用使得该工作电极能够精确测定血液中的葡萄糖水平。实际上，在反电极处必须发生相反的反应用于使工作电极处的反应得以继续。该电极通常位于一个或多个基体上，然后其与干试剂(可能与其他基体)结合以形成试验试片。图1A显示了反应任何发生和基于在氰铁酸盐还原过程中生成的氰亚铁酸盐的消耗浓度电化学测定葡萄糖水平的框图。在对该系统施加电极电势之后，测定电流。该反电极电势是由电极表面处的氰铁酸盐与氰亚铁酸盐的比例限定的。施加的电势在工作电极处提供了扩散限制的电流，因此氰亚铁酸盐的浓度能够通过双安培滴定法测定。该测量计测定工作电极电流，其与氰亚铁酸盐的浓度成比例，因此与葡萄糖浓度直接相关。然后使用试验试片和葡萄糖计通常特定的算法，能够测定葡萄糖浓度并返回给用户。这一测定方法的一个优点是在试验试片的构造中的两个电极能够是相同的金属，这简化了构造。特别地，电极和基体构造可以形成大卷或其他结构，然后能够将其切开成试验试片中所用的所需的构造。有效地，在实施方案中，工作电极与反电极的选择是通过在所得到的试验试片中利用两个实际上相同的电极设置而简单确定的。媒剂氰铁酸盐需要在两个电极处都同样地反应。因此，对两个电极都使用相同的材料(和构造)以简化结构是有利的。大多数现有的葡萄糖计使用涂覆有金或其他贵金属的塑料基体，通常以商业上便利的最纯粹的方式，以用作电极。在基体上的涂覆量及其关于将电子从媒剂传递到电极表面的活性以及氰亚铁酸盐在工作电极上的扩散速率在精确测定血液中葡萄糖水平中具有重要的作用。特别地，将氰亚铁酸盐精确扩散到电极上的能力导致氰亚铁酸盐分子数量的精确计数，并因此对葡萄糖量的精确计数。计数约精确，该传感器在电极处的灵敏性越好。此外，因为该葡萄糖计不直接测定分子数量，而是测量其电化学性质，该试片的电性质在测定的电势与葡萄糖浓度之间具有一致性的关系也是重要的。在很多方面，读数的一致性正如（如果没有更大）在算法进行葡萄糖浓度测量时读数的原始灵敏度一样重要。一致性的读数将提供更一致性的(和因此更精确的)结果，即使灵敏性降低了。关于试验试片读数的一致性的一种考虑是原始的(或完整的)试验试片产品或组件的老化。因为试片设计为具有化学反应性，但该试验试片中所用的材料的化学组成随着时间能够改变，这又能够改变其电性质，因此改变所得到的输出测量值。如将认识到的那样，该测量计通常不可能考虑该试验试片的老化(或甚至测定它)，且试本文档来自技高网...

【技术保护点】
电化学葡萄糖生物传感器，其包含：第一电极，其包含在其上设置有导电层的不导电的化学惰性的基体，该导电层包含：包含贵金属元素的金属层；和与该金属层直接接触设置的非金属导电层；第二电极，其包含在其上设置有导电层的不导电的化学惰性的基体，该导电层包含含有贵金属元素的金属层；和连接第一电极和第二电极的葡萄糖反应性试片。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.03 US 61/5426781.电化学葡萄糖生物传感器，其包含：
第一电极，其包含在其上设置有导电层的不导电的化学惰性的基体，该导电层包含：
包含贵金属元素的金属层；和
与该金属层直接接触设置的非金属导电层；
第二电极，其包含在其上设置有导电层的不导电的化学惰性的基体，该导电层包含含有贵金属元素的金属层；和
连接第一电极和第二电极的葡萄糖反应性试片。
2.权利要求1的电化学葡萄糖生物传感器，其中该第一电极的贵金属元素是钯。
3.权利要求2的电化学葡萄糖生物传感器，其中第一和第二电极的包含贵金属的金属层的厚度在约10纳米-约10微米之间。
4.权利要求2的电化学葡萄糖生物传感器，其中第一和第二电极的包含贵金属的金属层的厚度在约10纳米-约50纳米之间。
5.权利要求2的电化学葡萄糖生物传感器，其中第一和第二电极的包含贵金属的金属层的厚度在约20纳米-约30纳米之间。
6.权利要求2的电化学葡萄糖生物传感器，其中该非金属导电层的厚度在约1纳米-约10纳米之间。
7.权利要求2的电化学葡萄糖生物传感器，其中该葡萄糖反应性试片包含酶、媒剂和指示剂。
8.权利要求7的电化学葡萄糖生物传感器，其中该酶是葡萄糖氧化酶。
9.权利要求8的电化学葡萄糖生物传感器，其中该媒剂是氰铁酸盐。
10.权利要求2的电化学葡萄糖生物传感器，其中该第二电极的导电层进一步包含与所述金属层直接接触设置的非金属导电层。
11.权利要求10的电化学葡...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨克哈东·亚德加，莫塔西姆·赛夫，刘世伟，哈桑·梅马里安，
申请(专利权)人：CP菲林公司，萨克哈东·亚德加，莫塔西姆·赛夫，刘世伟，哈桑·梅马里安，
类型：发明
国别省市：美国;US