用于改进血液中的尿素检测的混合离子载体离子选择性电极制造技术

本申请公开了改进的多次使用的传感器阵列，所述传感器阵列用于测定生物来源的样品中各种物质的含量，特别是用于血液气体的即时(POC)检测领域。所述多次使用的传感器阵列被布置在测量室中，并且所述传感器阵列包括两个或更多个不同的离子选择性电极，所述离子选择性电极包括第一离子选择性电极(例如，作为尿素传感器的一部分的铵选择性电极)，其中所述第一离子选择性电极包括膜，所述膜包含聚合物和(a)第一离子载体(例如，铵选择性离子载体)以及(b)至少一种另外的离子载体(例如，选自钙选择性离子载体、钾选择性离子载体和钠选择性离子载体)，并且其中所述第一离子载体不存在于所述传感器阵列中除所述第一离子选择性电极之外的任何离子选择性电极中。极之外的任何离子选择性电极中。极之外的任何离子选择性电极中。

【技术实现步骤摘要】
用于改进血液中的尿素检测的混合离子载体离子选择性电极
[0001]本申请是中国专利技术专利申请(申请日：2016年12月12日；申请号：201680073051.4、专利技术名称：用于改进血液中的尿素检测的混合离子载体离子选择性电极)的分案申请。


[0002]本专利技术涉及改进的多次使用的传感器阵列，其用于测定生物学来源的样品中各种物质的含量。更具体地讲，在用于血液气体的即时(POC)检测领域和所谓的代谢功能检查的评估中，需要对全血中的尿素浓度进行可靠、快速和精确的测定。尤其是对于POC测试，需要以尽可能最高的速度进行测定，因为POC环境涉及需要对其状况进行快速评估的非常严重的患者。因此，尤其需要尿素传感器，所述尿素传感器可被部署在传感器仓的形式中，诸如现在通常使用的单次使用或多次使用的传感器仓。本专利技术涉及一种快速的多次使用的传感器阵列，其在进行下一次测量前具有短测量时间和短恢复时间。

技术介绍

[0003]在布置在通用测量室中的多次使用的传感器阵列的操作中，传感器共同经受漂洗溶液，以便使传感器准备好用于随后的样品，如下文将更详细地阐述。传感器在漂洗溶液中的这种暴露构成了传感器的状态值的所谓单点校准作为用于在传感器稍后经受样品或校准溶液时获取差分信号值的参考点的建立。该原理适用于电势值测量传感器(所谓的电位传感器)以及电流测量传感器(安培传感器)。术语参考点不应理解为表示以所述方式使用的电位传感器，不需要用于完成电测量电路的参考电极。以上所述含义中的参考点实际上只是用于校准电位传感器的斜率和标准电势的必需校准点中的一个。这也解释了为什么通常期望在用于校准传感器的所有溶液中都存在电位传感器的初级离子。初级离子在此应理解为传感器对其最具选择性的离子。还普遍认识到，电位传感器在暴露于除其初级离子之外的离子时也显示信号。这是因为电位传感器的机制基于分子识别以及初级离子和次级离子(在较小的程度上)与所谓离子载体分子的结合。在该框架中，术语初级离子是指最特异性地结合到离子载体的离子。初级离子的活性a
I
与相对于合适的参考电极记录的电势之间的关系可以写为：
[0004]E＝E0+(RT/nF)
·
ln[a
I
][0005]此公式有时也称为离子选择性电极的Nernst公式。人们可能会认识到，当溶液中不存在初级离子时，对数函数内的项非常小。而当然这种情况下的电势不会达到负无穷大，这在物理上是没有意义的，但是它指出了没有初级离子而引起的问题。在实际的实验中，当不存在初级离子时，人们会看到未明确限定的电势，这也可能会受到噪声和/或漂移的困扰。这导致了离子选择性电极的Nernst公式的概括化，其也可以将次级离子的影响考虑在内。一个众所周知的常用公式是所谓的Nicholskii
‑
Eisenmann公式，其在对数函数内添加项以说明次级干扰离子：
[0006]E＝E0+S log[a
I
+ΣK
I,J
(a
J
)
(zI/zJ)
][0007]其中a
I
仍是初级离子的活性，并且a
J
现在是任何次级离子的活性。
[0008]关于需要在多次使用的传感器阵列的漂洗溶液中还存在铵离子的特殊情况，例如由于上面提及的原因这将是优选的，在部署铵选择性电位传感器(铵选择性电极)作为尿素
‑
铵转换生物传感器的转导元件期间，已发现出于许多化学原因，铵离子的存在是不期望的，如下文将详细描述。如可以认识到的那样，因为出于获得传感器的正确校准的原因，存在初级离子是非常优选的，所以这提出了难题。
[0009]如上所述，已发现铵离子的存在对一些其它传感器具有影响，甚至是有害的。例如，就用于二氧化碳的传感器而言，通常使用透气膜，在其下方放置含有碳酸氢根离子的缓冲溶液。最常为浓度介于10mM和100mM之间的碳酸氢钠溶液。在漂洗溶液(还作为二氧化碳传感器的浴)中存在铵离子的情况下，作为以微量存在的与含有铵离子的溶液平衡的气体的氨将扩散到内部的碳酸氢钠溶液中，并且转化成铵离子。这将降低二氧化碳传感器的功能。
[0010]此外，用于其它离子的传感器、离子选择性电极(ISE)可以多种方式受到影响，取决于具体的构造原理。如今，几乎所有基于POC多次使用的传感器阵列的血液气体分析仪都部署固态ISE。这些通常具有放置在离子选择性膜下方的混合电子/离子导体。例如，可使用电子导电聚合物，诸如聚辛基噻吩(PEDOT)或聚苯胺(PANI)。其它示例包括过渡元素的氧化物，诸如美国专利No.6,805,781中所述，该专利公开了包括离子选择性材料、钠钒青铜的固态内部参考体系和接触材料的电极装置。同样，其它示例包括形成在银电极的顶部上的氯化银层的用途。如前所述，如果氨扩散穿过离子选择性膜并到达混合的导体层，则可观察到意想不到的电位偏移或漂移。这是由于氨作为强碱可能会干扰导体
‑
膜界面处的平衡这一事实。再次，这可能发生的确切机制取决于ISE的构造原理。
[0011]最后，安培传感器也会受到铵离子的存在的影响。这又是由氨扩散穿过聚合物膜的能力引起的，诸如用于安培传感器的那些聚合物膜也是如此。众所周知，许多这样的传感器依赖于通过使用氧作为电子受体的酶对由氧生成的过氧化氢的测量。过氧化氢的测量通常通过使用贵金属阳极来实现，在该阳极处过氧化氢被氧化回分子氧。此过程伴随着质子的生成。这形成了反馈控制机制，其中在贵金属电极上的阳极反应的反应速率取决于pH。显然，如果氨扩散到贵金属电极的表面，肯定会出现这种情况，这可能会影响用于过氧化氢检测的反应。
[0012]对于氨在漂洗和校准溶液中的存在，这显然造成了独立的问题，因为作为气体的氨当然可通过聚合物材料逸出，由此溶液的浓度和pH可能会改变。这将不利于校准的准确性，并且会在结果中引入偏差。
[0013]进一步的问题在于，即使人们选择在漂洗溶液中不含有铵离子，尿素水解产生的铵离子(例如，在尿素传感器的生物传感器层中)甚至在非常低的浓度下确定了铵选择性电极的电势。这是因为铵是铵ISE本身的初级离子。因此，很难建立对应于漂洗水平的基线电势，因为剩余痕量的铵仍然有助于电势生成。下文将更详细地解释这一点，其中将说明漂洗和校准溶液的操作周期。
[0014]尽管上文在铵选择性电极的框架中进行了解释，但无论是单独使用还是在用于尿素传感器时，这同样适用于存在于多次使用的传感器阵列中的其它类型的离子选择性电极：需要在漂洗溶液中存在相应的初级离子以便在漂洗时形成明确限定的电势，然而，此类离子又可能会对其它电极造成损害。虽然未进行详尽的研究，但可能许多阴离子和阳离子
组合(例如锂离子和镁离子)就是这种情况。
[0015]据我们所知，现有的用于血液气体分析仪的尿素传感器尚未解决这个问题。如果分析仪具有足够长的周期时间，似乎在漂洗中不具有铵离子的有害影响不会很严重。在采用足够的漂洗时间和体积的情况下，剩余铵离子的浓度将降至非常低的水平。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多次使用的传感器阵列，所述传感器阵列包括第一离子选择性电极和第二离子选择性电极，所述第一离子选择性电极包括膜，所述膜包含(a)第一离子载体和(b)至少第二离子载体，所述第二离子选择性电极包括膜，所述膜包含所述第二离子载体，所述第一离子载体不存在于所述第二离子选择性电极中，其中所述第一离子选择性电极为铵选择性电极。2.根据权利要求1所述的传感器阵列，其中所述第一离子选择性电极是作为尿素传感器的一部分的铵选择性电极。3.根据权利要求1
‑
2中任一项所述的传感器阵列，其中所述传感器阵列还包括参考电极。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的传感器阵列，其中所述铵选择性电极的所述膜包含聚合物和两种离子载体，所述离子载体是(a)铵选择性离子载体，和(b)另一种离子选择性离子载体，其选自钙选择性离子载体、钾选择性离子载体和钠选择性离子载体。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的传感器阵列，其中所述传感器阵列还包括用于其它非离子物质的传感器，例如选自葡萄糖、乳酸、肌酸和肌酸酐的一种或多种。6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的传感器阵列，其中所述传感器阵列还包括用于其它非离子物质的传感器，所述非离子物...

【专利技术属性】
技术研发人员：T克亚尔，L米切尔森，PR泽伦森，HPB雅各布森，
申请(专利权)人：雷迪奥米特医学公司，
类型：发明
国别省市：