專利名稱：具有改善加樣性能的生物傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有改善的加樣和測試性能的生物傳感器，以及涉及這些生物傳感器在液態(tài)樣本中檢測分析物或酶的用途，更優(yōu)選地是定量測定分析物或酶的用途。尤其是，本發(fā)明提供了一種具有加樣反應(yīng)室的生物傳感器，這促進(jìn)了加樣的速度和一致性，特別是通過毛細(xì)管流的小劑量加樣。本發(fā)明還提供了具有倍增電路的生物傳感器，這導(dǎo)致改善了測試濃度和精確度。進(jìn)一步提供了用該生物傳感器測試分析物或酶的方法。
背景技術(shù)：
生物傳感器是一種分析儀器，該儀器包括至少兩個(gè)部分負(fù)責(zé)測試物的選擇性識(shí)別的固定化生物構(gòu)件，和負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換生物信號(hào)以進(jìn)一步分析的恰當(dāng)?shù)膫鞲性O(shè)備。除了其它傳感器以外，電化學(xué)生物傳感器利用生物識(shí)別系統(tǒng)和電化學(xué)滲透提供了快速和及時(shí)分析的可能性，其特別適用于現(xiàn)場保健(point of care)行業(yè)的快速測定。這些儀器的發(fā)展來源于電子學(xué)、材料科學(xué)、電化學(xué)、生物化學(xué)、和免疫化學(xué)的多學(xué)科。電化分析技術(shù)是一種涉及來自化學(xué)反應(yīng)的電流、電位、和電荷的電子學(xué)和化學(xué)之間的相互作用。有兩種基本類型的電化分析測量方法，電位計(jì)量和電流計(jì)量。電位計(jì)量技術(shù)是一種沒有電流的靜電技術(shù)；測量通過離子選擇膜建立的電位。用不同類型材料的膜材料，可以達(dá)到識(shí)別不同的離子。因此，電位計(jì)量探針證明已被廣泛用于直接監(jiān)測離子種類，例如鈣、鉀、和氟離子。在電流計(jì)量技術(shù)中，電極電位用于驅(qū)使電子傳輸反應(yīng)。測定應(yīng)答電流，應(yīng)答電流與靶分析物的存在和/或濃度相關(guān)。過去，在臨床化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，電位計(jì)量儀器應(yīng)用更廣泛。但是，隨著在診斷中對(duì)電流計(jì)量系統(tǒng)方面研究量的增加，這一平衡狀態(tài)已經(jīng)被改變。電流計(jì)量生物傳感器使得實(shí)驗(yàn)分析人員能夠應(yīng)用、快速、常規(guī)的檢測。新一代生物傳感器的發(fā)展方向集中于方法學(xué)，即對(duì)技術(shù)操作人員的要求盡量少和預(yù)處理樣本盡量少。
目前，大多數(shù)商業(yè)用生物傳感器是電流計(jì)量傳感器，其固定氧化還原酶作為識(shí)別生物構(gòu)件，電極作為電化學(xué)轉(zhuǎn)化器。由于絲網(wǎng)印刷技術(shù)(screen-printing)的支持，最近已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)便宜和一次性使用的儀器。這些儀器的成功進(jìn)展已經(jīng)使電流計(jì)量可檢測幾種生物分子，包括葡萄糖、膽固醇和各種藥物。這種類型的電流計(jì)量生物傳感器通常包括一塊絕緣底板、兩個(gè)或三個(gè)電極、一個(gè)介電層、和一個(gè)酶反應(yīng)區(qū)。雙電極生物傳感器包括一個(gè)工作電極、一個(gè)反電極、和一個(gè)放置酶反應(yīng)試劑的指定區(qū)域。當(dāng)含有分析物的樣本液被放入反應(yīng)區(qū)時(shí)，反應(yīng)即開始進(jìn)行。兩種物理作用，篩網(wǎng)擴(kuò)散(mesh spread)和毛細(xì)管作用，通常用于引導(dǎo)承載在反應(yīng)區(qū)的樣本分布均勻。反應(yīng)完成后，試驗(yàn)分析物被氧化，反應(yīng)產(chǎn)生的電子被捕獲入還原的共合成物中。然后將控制的電位施加在兩電極之間，激發(fā)第二輪氧化還原反應(yīng)。這個(gè)電位必須充分足以在工作電極表面啟動(dòng)擴(kuò)散受限制的電氧化，但不能充分激活不相干的化學(xué)反應(yīng)。在延后一段較短的時(shí)間后，就觀察到，并可測量電化學(xué)氧化還原產(chǎn)生的電流，該電流與樣本中分析物的存在和/或量有關(guān)。
在氧化作用的例子中，作為共反應(yīng)物(co-reactant)的氧在氧化反應(yīng)中被消耗，而產(chǎn)生作為共合成物(co-product)的過氧化氫。過氧化氫的生成量與分析物的濃度成比例。通過在陽極氧化可以檢測到過氧化氫(例如，＞0.6v，Ag/AgCl)，產(chǎn)生電信號(hào)(電流)。然而，氧化過氧化氫所需要的電位可以引起其他能氧化的化學(xué)物質(zhì)的氧化，例如抗壞血酸、膽紅素、尿酸、和一些常用的藥，例如乙胺苯酚，從而導(dǎo)致對(duì)被檢測電流的干擾?？梢杂媚苻D(zhuǎn)移來自氧化還原酶的電子的人造介體置換氧而避免這種干擾。幾種介體已經(jīng)被用于強(qiáng)化各種酶和電極之間的電子轉(zhuǎn)移，包括二茂鐵和它的衍生物、鋨絡(luò)合物、四硫富瓦烯、吩嗪乙基硫酸酯(phenezine ethosulfate)、苯醌和六氰基高鐵酸鹽(hexacyanoferrate)。
確定血中分析物的傳統(tǒng)方法需要預(yù)處理樣本。直接檢測全血樣本就需要提供一種節(jié)省時(shí)間和勞力的簡單方法。更重要地是，直接檢測全血樣本使家庭使用者可能做到及時(shí)監(jiān)測。為了用電流計(jì)量生物傳感器精確檢測全血樣本，成功檢測分析物需要在電極處進(jìn)行快速和同質(zhì)反應(yīng)。當(dāng)小量血樣本加入生物傳感器時(shí)，干狀試劑包括氧化還原酶和介體，必須立即溶解。這些溶解的試劑必須與血樣本徹底混合以完成酶的反應(yīng)和繼續(xù)隨后的電極反應(yīng)。
測試生物樣本的另一些常見問題，例如全血是粘稠的樣本和分析的樣本的量需要比較多。全血樣本因其粘稠將不能充分分布在反應(yīng)區(qū)域。對(duì)一些營養(yǎng)不良的人，刺指尖取足夠的血將是個(gè)問題。已經(jīng)觀察了三種類型的欠血加樣(或其他粘性樣本)第一種，樣本只能覆蓋測試條的前端；第二種，樣本只能覆蓋測試條的右半部分；第三種，樣本只能覆蓋測試條的左半部分。樣本液的欠量或不均勻加樣表明分析物的量較低，其造成人為和誤導(dǎo)的結(jié)果偏低。
因此，在本技術(shù)領(lǐng)域存在著對(duì)提供改善的樣本加樣和測試性能的生物傳感器和方法的要求。本發(fā)明著眼于該領(lǐng)域其它這種相關(guān)的需求。
發(fā)明簡述一方面，本發(fā)明提供了一種生物傳感器，用該生物傳感器可以迅速、均勻、經(jīng)濟(jì)地將樣本液分布在指定反應(yīng)區(qū)。本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供一個(gè)與試劑極少接觸的加樣槽。樣本液，例如血，可以通過在該加樣槽上所穿的孔加入，通過加樣槽弓形部分提供的外表面張力和反應(yīng)室提供的拉力的促進(jìn)作用，樣本液可以被迅速地拉向反應(yīng)區(qū)。從而可以完成樣本液均勻分布，并且作為底物的分析物激發(fā)酶的反應(yīng)而開始實(shí)驗(yàn)。仍然本發(fā)明的另一方面是以這樣一種方式提供特殊的電極設(shè)計(jì)，即增加工作電極和反電極之間的擴(kuò)散面而可能提高電流。這樣，由于兩個(gè)電極反應(yīng)區(qū)相等且材料相同，電化學(xué)活性化學(xué)物擴(kuò)散也就均勻。
在一個(gè)具體實(shí)施方案中，提供了一個(gè)用于液態(tài)樣本的電化學(xué)分析的生物傳感器，該生物傳感器包括a)一個(gè)有第一端和第二端的絕緣底板；b)一個(gè)電極系統(tǒng)，位于所述絕緣底板上，其中所述電極系統(tǒng)包括一個(gè)工作電極和一個(gè)反電極，所述工作電極和反電極有導(dǎo)電導(dǎo)線將所述電極與在所述底板第一端上用于電化學(xué)測量的讀出裝置相連接，除了通向所述導(dǎo)電導(dǎo)線的一側(cè)，所述工作電極的所有側(cè)面都被所述反電極圍繞，在所述工作電極和反電極之間有一個(gè)縫隙空間；c)作為所述電極系統(tǒng)一部分的反應(yīng)區(qū)，所述反應(yīng)區(qū)至少占有所述工作電極、所述反電極、和所述工作電極與反電極之間的縫隙空間的一部分，所述縫隙空間垂直于所述導(dǎo)電導(dǎo)線，所述反應(yīng)區(qū)在垂直于所述導(dǎo)電導(dǎo)線的方向上，是所述電極系統(tǒng)的全部橫截面，所述反應(yīng)區(qū)通過用介電材料構(gòu)成的所述層覆蓋非反應(yīng)區(qū)來限定，所述反應(yīng)區(qū)包含一種酶，該酶能催化涉及被分析的分析物的反應(yīng)，或一種底物，該底物參與由被分析的酶催化的反應(yīng)；和d)一個(gè)加樣反應(yīng)室，其中所述室的底部是c)中定義的所述反應(yīng)區(qū)，所述室的頂部是一個(gè)至少覆蓋了所述反應(yīng)區(qū)的蓋子，所述頂部在所述反應(yīng)區(qū)上方有一個(gè)用于加樣的開口，所述室的垂直于所述導(dǎo)電導(dǎo)線的兩側(cè)壁是由在c)中定義的所述介電材料構(gòu)成的所述層構(gòu)成，平行于所述導(dǎo)電導(dǎo)線的所述室的兩側(cè)面是敞開的，被留作通氣孔。
在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，提供了一種檢測液態(tài)樣本中分析物或酶的方法，這種方法包括a)在適合的條件下，在存在適宜的電子轉(zhuǎn)移介體的情況下，用上述生物傳感器接觸含有或懷疑含有分析物或酶的液態(tài)樣本，從而，液態(tài)樣本的分析物，如果有的話，參與由生物傳感器反應(yīng)區(qū)含有的酶所催化的反應(yīng)；或樣本液中的酶，如果有的話，催化涉及到生物傳感器反應(yīng)區(qū)所包括的底物的反應(yīng)，所述涉及分析物或底物的反應(yīng)，與電子轉(zhuǎn)移介體結(jié)合，導(dǎo)致產(chǎn)生能被生物傳感器檢測到的電流；和b)檢測a)步驟中生成的電流，由此評(píng)價(jià)樣本液中分析物或酶的存在或數(shù)量。
另一方面，本發(fā)明提供了一種生物傳感器，通過該生物傳感器可以確保液態(tài)樣本分布覆蓋所有的指定反應(yīng)區(qū)。該生物傳感器可特別地用在測試粘性樣本液的電化學(xué)傳感器中，例如全血或含有大分子的樣本。
在一個(gè)具體實(shí)施方案中，提供了一種用于液態(tài)樣本的電化學(xué)分析的生物傳感器，該生物傳感器包括a)一個(gè)有第一端和第二端的絕緣底板；b)一個(gè)位于所述絕緣底板上的電極系統(tǒng)，其中所述電極系統(tǒng)包括一個(gè)工作電極、一個(gè)反電極，和兩個(gè)參比電極，所述工作電極、反電極、和參比電極都有導(dǎo)電導(dǎo)線將所述電極與在所述底板第一端上的電化學(xué)測量值的讀出裝置相連接，每一個(gè)所述參比電極，與所述工作電極、或反電極成對(duì)角位，并且所述工作電極/反電極、工作電極/參比電極、參比電極/參比電極之間有縫隙空間，所述工作電極和與所述工作電極成對(duì)角位的第一個(gè)參比電極形成第一個(gè)閉合電路，所述反電極和與所述反電極成對(duì)角位的第二個(gè)參比電極形成第二個(gè)閉合電路，所述第一個(gè)和第二個(gè)閉合電路連接形成第三個(gè)電路，這樣所述第三個(gè)電路只在所述第一和第二兩個(gè)電路同時(shí)關(guān)閉時(shí)才關(guān)閉。
在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，提供了一種用于在液態(tài)樣本中檢測分析物或酶的方法，這種方法包括a)提供一種上述的生物傳感器，其中工作電極、反電極、和參比電極的至少一部分與這些電極之間的縫隙空間形成一個(gè)反應(yīng)區(qū)，所述反應(yīng)區(qū)包括一種酶，該酶催化涉及被分析的分析物的反應(yīng)，或包括一種底物，該底物參與由被分析的酶催化的反應(yīng)；b)在適合的條件下，在存在適當(dāng)電子轉(zhuǎn)移介體的情況下，用包括酶或底物的生物傳感器接觸含有或懷疑含有分析物或酶的液態(tài)樣本，從而，液態(tài)樣本中的分析物，如果有的話，參與由生物傳感器反應(yīng)區(qū)含有的酶所催化的反應(yīng)；或液態(tài)樣本中的酶，如果有的話，催化涉及到生物傳感器反應(yīng)區(qū)中所包括的底物的反應(yīng)，所述涉及分析物或底物的反應(yīng)，與電子轉(zhuǎn)移介體結(jié)合，導(dǎo)致產(chǎn)生能被生物傳感器檢測到的電流；和c)檢測a)步驟中生成的電流，由此評(píng)價(jià)液態(tài)樣本中分析物或酶的存在或數(shù)量。
附圖簡述

圖1是本發(fā)明的例證性生物傳感器的的示意性頂視圖。圖1A描述包括電極系統(tǒng)的絕緣底板。圖1B描述遮蓋了非反應(yīng)區(qū)和留下未覆蓋區(qū)域作為反應(yīng)區(qū)的介電層。圖1C描述帶有加樣開口的頂部薄片。
圖2是本發(fā)明的例證性生物傳感器的的橫截面視圖。1層絕緣層；2層電極層；3層介電層；4層覆蓋薄片。
圖3描述本發(fā)明例證性生物傳感器反應(yīng)室的可能的結(jié)構(gòu)。3A楔面反應(yīng)體；3B四面反應(yīng)體；3C梯面反應(yīng)體。
圖4描述本發(fā)明的例證性生物傳感器加樣方式的頂視圖和反向視圖。4A頂視圖；4B反向視圖。
圖5描述包括四部對(duì)角位置的電極的本發(fā)明的例證性生物傳感器。5A頂視圖；5B四部電極的電路連接。
圖6描述本發(fā)明的另一個(gè)包括四部對(duì)角位置的電極的例證性生物傳感器。6A頂視圖；6B四部電極的電路連接。
圖7是本發(fā)明的例證性生物傳感器-吸血管的示意性頂視圖。圖7A描述血的加樣方向；圖7B描述帶有藍(lán)色區(qū)和開孔的頂部薄片，7C描述在樣本加樣側(cè)另外附加兩層介電材料構(gòu)成的所述層。
圖8是本發(fā)明的例證性生物傳感器-吸血管的示意性頂視圖。圖8A描述包含電極系統(tǒng)的絕緣底板。圖8B描述遮蓋了非反應(yīng)區(qū)和留下未遮蓋區(qū)域作為反應(yīng)區(qū)的介電層。圖8C描述另外附加兩層介電材料構(gòu)成的所述層，和移走樣本加樣側(cè)中部的介電材料構(gòu)成的所述層。
圖9是本發(fā)明的例證性生物傳感器-吸血管的示意性頂視圖。圖9A描述包含電極系統(tǒng)的絕緣底板。圖9B描述遮蓋了非反應(yīng)區(qū)和留下未遮蓋區(qū)域作為反應(yīng)區(qū)的的介電層。
圖10是本發(fā)明的例證性生物傳感器-吸血管的示意性頂視圖。圖10A描述血加樣方向。圖10B描述帶有藍(lán)色區(qū)和開孔的頂部薄片。圖10C說明另外附加兩層介電材料構(gòu)成的所述層和移走樣本加樣側(cè)中部的介電材料構(gòu)成的所述層。
發(fā)明詳述A.定義除非有其它定義，本文所用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的的意義同樣。所有專利、申請(qǐng)、公開的申請(qǐng)、其它出版物和來自GenBank和其他數(shù)據(jù)庫的序列，本文將其全部引用于此供參考。如果在本部分闡述的定義與本文引入供參考的申請(qǐng)、公開的申請(qǐng)、其它出版物和GenBank和其他數(shù)據(jù)庫提供的序列中闡述的定義矛盾或有其他不一致，在本部分闡述的定義優(yōu)于引入此文供參考的定義。
正如本文所使用的，“一個(gè)”表示“至少一個(gè)”或“一個(gè)或多個(gè)”。
正如本文所使用的，“垂直于所述導(dǎo)電導(dǎo)線的方向”指與導(dǎo)電導(dǎo)線的方向基本上未相對(duì)或基本上非直線的方向。通常，垂直于導(dǎo)電導(dǎo)線的方向和導(dǎo)電導(dǎo)線的方向之間的角度從大約45度到大約135度。優(yōu)選地，兩個(gè)方向之間的角度是從大約80度到大約100度。更優(yōu)選地，兩個(gè)方向之間的角度是從大約85度到大約95度。最優(yōu)選地，兩個(gè)方向之間的角度是大約90度或是90度。
正如本文所使用的，“平行于所述導(dǎo)電導(dǎo)線的方向”指與導(dǎo)電導(dǎo)線的方向是基本上相對(duì)或直線的方向。通常，平行于導(dǎo)電導(dǎo)線的方向和導(dǎo)電導(dǎo)線的方向之間的角度是大約0-45度或135-180度。優(yōu)選地，兩個(gè)方向之間的角度是大約0-10度或170-180度。更優(yōu)選地，兩個(gè)方向之間的角度是0-5度或175-180度。最優(yōu)選地，兩個(gè)方向之間的角度是大約0或180度或者是0或180度。
正如本文所使用的，“催化涉及被分析的分析物的反應(yīng)的酶”指這樣一種酶，它與或者作為生物傳感器的一部分或者于檢測時(shí)添加的電子轉(zhuǎn)移介體結(jié)合，通過氧化作用或還原作用直接或間接氧化或還原被分析的分析物，導(dǎo)致生成能被生物傳感器檢測的電流。優(yōu)選地，該酶在其催化的氧化或還原反應(yīng)中使用分析物做為直接底物。例如，如果被分析的分析物是葡萄糖，這個(gè)酶就可以是一種葡萄糖氧化酶。
正如本文所使用的，“一種參與由被分析的酶催化的反應(yīng)的底物”指這樣一種底物，它直接或間接地被用于由被分析的酶催化的氧化或還原作用，因而該氧化或還原反應(yīng)，與或者作為生物傳感器的一部分或者于檢測時(shí)添加的電子轉(zhuǎn)移介體結(jié)合，導(dǎo)致生成能被生物傳感器檢測的電流。優(yōu)選地，在被分析的酶催化的氧化或還原反應(yīng)中，該底物是作為直接的底物。例如，如果被分析的酶是葡萄糖氧化酶，這個(gè)底物就可以是葡萄糖。
正如本文所使用的，“工作電極和反電極是用基本上相同的材料制成”表示，相同或幾乎相同的材料被用于工作電極和反電極兩種電極，因此兩電極有相同或幾乎相同的電子轉(zhuǎn)移特性。一般，兩電極之間電子轉(zhuǎn)移特性的差異小于50％。優(yōu)選地，兩電極之間電子轉(zhuǎn)移特性的差異小于10％。更優(yōu)選地，兩電極之間電子轉(zhuǎn)移特性的差異小于1％。最優(yōu)選地，工作電極和反電極是用相同材料制成，它們的電子轉(zhuǎn)移特性沒有差別。
正如本文所使用的，“工作電極與反電極之間的縫隙空間保持基本上恒定”表示工作電極與反電極之間縫隙空間的差異足夠小，以致當(dāng)工作電極和反電極用基本上相同的材料制成和有基本上相同的表面面積時(shí)，如果工作電極與反電極之間縫隙空間有差異，將不會(huì)影響電極工作的一致性。通常，工作電極與反電極之間縫隙空間的差異小于50％。優(yōu)選地，縫隙空間的差異小于10％。更優(yōu)選地，縫隙空間的差異小于1％。最優(yōu)選地，工作電極與反電極之間縫隙空間保持為恒定值。
正如本文所使用的，“工作電極的表面面積和反電極的表面面積基本上相同”表示工作電極和反電極之間表面面積的差異足夠小，以致當(dāng)工作電極和反電極是用基本上相同的材料制成和工作電極和反電極之間縫隙空間保持基本上恒定時(shí)，如果工作電極和反電極之間表面面積有差異，將不會(huì)影響電極工作的一致性。通常，工作電極和反電極之間表面面積的差異小于50％。優(yōu)選地，表面面積的差異小于10％。更優(yōu)選地，表面面積的差異小于1％。最優(yōu)選地，工作電極的表面面積和反電極的表面面積相同。
正如本文所使用的，“臨近第一端的介電材料的厚度基本上高于臨近第二端的介電材料的厚度”表示，加樣區(qū)(或反應(yīng)區(qū)域臨近加樣區(qū)的那一端)和反應(yīng)區(qū)域遠(yuǎn)離加樣區(qū)域的那一端之間的高度差異足以促進(jìn)樣本液快速和均勻流動(dòng)。通常，臨近第一端的介電材料的厚度是臨近第二端的介電材料厚度的至少1.5倍但小于5倍。優(yōu)選地，臨近第一端介電材料的厚度是臨近第二端介電材料的厚度的大約3倍。
正如本文所使用的，“兩個(gè)邊角部分的介電材料的厚度基本上高于中間部分介電材料的厚度”表示在有“T-形”反應(yīng)區(qū)的生物傳感器中，加樣區(qū)(或反應(yīng)區(qū)域臨近加樣區(qū)的的那一端)和反應(yīng)區(qū)域遠(yuǎn)離加樣區(qū)域的的那一端和臨近加樣區(qū)的非反應(yīng)區(qū)域的兩個(gè)邊角部分之間的高度差異足以促進(jìn)液態(tài)樣本的快速且均勻流動(dòng)。通常，臨近加樣區(qū)的非反應(yīng)區(qū)域的兩個(gè)邊角部分的介電材料厚度是臨近加樣區(qū)的反應(yīng)區(qū)域的中部介電材料厚度的至少1.5倍，但少于5倍。優(yōu)選地，臨近第一端的介電材料的厚度和臨近第二端的兩個(gè)邊角部分的厚度是單位厚度的大約3倍，臨近第二端中部介電材料的厚度是單位厚度的大約1倍。
正如本文所使用的，“工作電極、反電極、和參比電極是用基本上相同的材料制成”表示工作電極、反電極、參比電極使用的是相同或幾乎相同的材料，以致電極有相同或幾乎相同的電子轉(zhuǎn)移特性。通常，電極之間電子轉(zhuǎn)移特性的差異小于50％。優(yōu)選地，電極之間電子轉(zhuǎn)移特性的差異小于10％。更優(yōu)選地，電極之間電子轉(zhuǎn)移特性的差異小于1％。最優(yōu)選地，工作電極、反電極、參比電極是用相同的材料制成，它們的電子轉(zhuǎn)移特性沒有差異。
正如本文所使用的，“參比電極與工作電極或反電極之間的縫隙空間保持基本上相同”表示，參比電極與工作電極或反電極之間縫隙空間的差異足夠小，以致當(dāng)工作電極、反電極、和參比電極用基本上相同的材料制成時(shí)，工作電極和反電極有基本上相同的表面面積，參比電極與工作電極或反電極之間縫隙空間的差異，如果有的話，將不會(huì)影響電極工作的一致性。通常，參比電極與工作電極或反電極之間縫隙空間的差異小于50％。優(yōu)選地，縫隙空間的差異小于10％。更優(yōu)選地，縫隙空間的差異小于1％。最優(yōu)選地，參比電極與工作電極或反電極之間縫隙空間保持恒定值。
正如本文所使用的，術(shù)語“評(píng)價(jià)(或被評(píng)價(jià))”意思是，獲得樣本中存在的分析物或酶例如蛋白質(zhì)或核酸的量或濃度的絕對(duì)值，也包括獲得標(biāo)志樣本中分析物或酶水平的指數(shù)、比率、百分?jǐn)?shù)、肉眼可見或其他有價(jià)值的指示，包括定量和定性測定。評(píng)價(jià)可以是直接的或間接的，實(shí)際上所檢測的化學(xué)物質(zhì)不需要是分析物或酶自身，但可以是，例如他們的衍生物或一些進(jìn)一步產(chǎn)生的物質(zhì)。
正如本文所使用的，“大分子”指這樣一種分子，即不需要附著在其它分子上，就能形成一種與該大分子特定結(jié)合的抗體。
正如本文所使用的，“小分子”指這樣一種分子，即不形成同聚物或不附著在大分子或佐劑上，就不能形成與小分子特定結(jié)合的抗體。優(yōu)選地，小分子的分子量是大約或小于10,000道爾頓。更優(yōu)選地，小分子的分子量是大約或小于5,000道爾頓。
正如本文所使用的，“維生素”指在某些生物物種中所需要的微量有機(jī)物。大多數(shù)維生素的功能是作為某些輔酶的成分。
正如本文所使用的，“脂類”指通過非極性溶劑例如三氯甲烷或醚從細(xì)胞或組織中提取的水不溶性、油狀或含脂有機(jī)物。
正如本文所使用的，“受體”指這樣一種分子，即它對(duì)給定的配體有親和力。受體可以是天然或合成的分子。受體也可以在本領(lǐng)域被稱作抗-配體。正如本文所使用的，受體和抗-配體可以交替使用。受體可以以他們的未改變狀況被使用，或作為與其他物質(zhì)的集合物被使用。受體可以以共價(jià)或非共價(jià)附著到結(jié)合成員(binding member)上、或與結(jié)合成員物理接觸，附著到其上，或者可以通過特定結(jié)合物或銜接物直接或間接附著。受體的例子包括，但不局限于抗體、細(xì)胞膜受體表面受體和內(nèi)化受體、單克隆抗體和抗血清，有特殊抗原決定簇活性，例如在病毒、細(xì)胞、或其他物質(zhì)上的抗原決定簇，藥、多核苷酸、核苷酸、肽、輔因子、植物凝集素、糖、多糖、細(xì)胞、細(xì)胞膜、和細(xì)胞器。
正如本文所使用的，“抗體”包括抗體片段，例如Fab片段，其包括一條輕鏈和一條重鏈可變區(qū)?？贵w包括多克隆和單克隆抗體。
正如本文所使用的，“營養(yǎng)或貯存蛋白質(zhì)”指這樣一種蛋白質(zhì)，即其被細(xì)胞作為營養(yǎng)源或這種營養(yǎng)的貯存形式。營養(yǎng)或貯存蛋白質(zhì)的非限性例子包括麥醇溶蛋白、卵白蛋白、酪蛋白、和鐵蛋白。
正如本文所使用的，“收縮或能動(dòng)蛋白質(zhì)”指賦予細(xì)胞和有機(jī)體收縮、變形、或向周圍活動(dòng)的能力的蛋白質(zhì)。收縮或能動(dòng)蛋白質(zhì)非限性例子包括肌動(dòng)蛋白質(zhì)、肌球蛋白、微管蛋白質(zhì)和動(dòng)力蛋白。
正如本文所使用的，“結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)”指這樣一種蛋白質(zhì)，即作為支撐性的細(xì)絲、索、薄膜給生物結(jié)構(gòu)提供力度或保護(hù)。結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的非限性例子包括角蛋白、絲蛋白、膠原蛋白、彈性蛋白和蛋白聚糖。
正如本文所使用的，“防衛(wèi)蛋白質(zhì)”指這樣一種蛋白質(zhì)，即保護(hù)有機(jī)體抵御其它物種的侵襲或保護(hù)機(jī)體不受損傷。防衛(wèi)蛋白質(zhì)的非限性例子包括抗體、纖維蛋白原、凝血酶、肉毒桿菌毒素、白喉毒素、蛇毒和蓖麻毒蛋白。
正如本文所使用的，“調(diào)節(jié)蛋白”指這樣一種蛋白質(zhì)，即有助于調(diào)節(jié)細(xì)胞或生理活性。調(diào)節(jié)蛋白的非限制例子包括胰島素、生長激素、促腎上腺皮質(zhì)激素和阻抑物。
正如本文所使用的，“樣本”指可能包含某種分析物或酶的任何物質(zhì)，期望對(duì)分析物或酶進(jìn)行檢測。樣本可以是生物樣本，例如生物液體或生物組織。生物液體的例子包括尿、血、血漿、血清、唾液、精液、糞便、痰、腦脊液、淚、粘液、羊水或類似物。生物組織是細(xì)胞群，通常以獨(dú)特的一類與細(xì)胞間質(zhì)一起形成人、動(dòng)物、植物、細(xì)菌、真菌、或病毒結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)物質(zhì)的一種，包括結(jié)締組織、上皮組織、肌肉組織和神經(jīng)組織。生物組織的例子還包括器官、腫瘤、淋巴結(jié)、動(dòng)脈和個(gè)體細(xì)胞(群)。樣本也可以是包括體外制備的含有分子的靶分析物或酶的混合物。
正如本文所使用的，“液態(tài)樣本”指樣本為天然的液體或流體，例如生物液體。“液體樣本”也指天然存在的非液態(tài)樣本，例如，固體或氣體，但是被制備成包含該固體或氣體樣本物質(zhì)的液體、流體、溶液或混懸液。例如，液態(tài)樣本可以包括含有生物組織的液體、流體、溶液或混懸液。
正如本文所使用的，“以組織或器官特異方式表達(dá)”意思指一種基因表達(dá)模式，以該模式基因被或者暫時(shí)地或者組成型表達(dá)，只在某些組織或器官，不是在其他組織或器官中。
正如本文所使用的，“組織”意思指類似細(xì)胞和圍繞它們的胞內(nèi)物質(zhì)的集合。體內(nèi)有四種基本的組織1)上皮組織；2)結(jié)締組織，包括血、骨、和軟骨；3)肌肉組織；和4)神經(jīng)組織。
正如本文所使用的，“器官”意思指發(fā)揮特定功能的任何身體部分，例如呼吸、分泌或消化器官。
正如本文所使用的，“植物”意思指植物界的各種各樣光合作用的、真核的多細(xì)胞生物體的任何一種，特征是產(chǎn)生胚，含葉綠體，有纖維素構(gòu)成的細(xì)胞壁，不能自由運(yùn)動(dòng)。
正如本文所使用的，“動(dòng)物”意思指動(dòng)物界的多細(xì)胞生物體，特征是能自由運(yùn)動(dòng)，非光合作用的新陳代謝，對(duì)刺激有明顯反應(yīng)，生長受限制和固定的身體結(jié)構(gòu)。動(dòng)物的非限制例子包括鳥例如雞、脊椎動(dòng)物例如魚和哺乳動(dòng)物例如鼠、兔、貓、狗、豬、奶牛、牛、羊、山羊、馬、猴和其他非人類的靈長類。
正如本文所使用的，“細(xì)菌”意思指具有非區(qū)室化環(huán)狀DNA和大約70S的核糖體的小原核細(xì)胞生物體(線尺寸為1μ)。細(xì)菌的蛋白質(zhì)合成與真核細(xì)胞的蛋白質(zhì)合成不同。很多抗細(xì)菌抗體干擾細(xì)菌蛋白質(zhì)合成，但是不影響被感染的宿主。
正如本文所使用的，“真細(xì)菌類”意思指除古細(xì)菌以外的細(xì)菌的主要亞門。大多數(shù)格蘭氏陽性菌、藍(lán)細(xì)菌、支原體、腸細(xì)菌、假單胞桿菌屬和葉綠體是真細(xì)菌類。真細(xì)菌類的細(xì)胞質(zhì)膜含有結(jié)合有酯的脂；細(xì)胞壁上有肽聚糖(如果有細(xì)胞壁)；在真細(xì)菌類中沒有發(fā)現(xiàn)內(nèi)含子。
正如本文所使用的，“古細(xì)菌”意思指除真細(xì)菌類外的細(xì)菌的主要亞門。有三種主要的古細(xì)菌目極端嗜鹽菌、產(chǎn)甲烷菌和依賴硫極端嗜熱菌。古細(xì)菌與真細(xì)菌類在核糖體結(jié)構(gòu)、擁有(在某些情況下)內(nèi)含子、和其他一些特征包括膜成分方面不同。
正如本文所使用的，“病毒”意思指活的專性胞內(nèi)寄生物，但沒有細(xì)胞特性，包括DNA或RNA和一個(gè)蛋白質(zhì)殼。病毒的直徑從大約20-大約300nm。I類病毒(Baltimore分類)有一個(gè)雙鏈DNA作為它們的基因組；II類病毒有一個(gè)單鏈DNA作為它們的基因組；III類病毒有一個(gè)雙鏈RNA作為它們的基因組；IV類病毒有一個(gè)正單鏈RNA作為它們的基因組，基因組自身的作用為mRNA；V類病毒有一個(gè)負(fù)單鏈RNA作為它們的基因組，作用為mRNA合成的模板；VI類病毒有一個(gè)正單鏈RNA基因組，但是不僅在復(fù)制時(shí)而且在mRNA合成時(shí)，具有DNA中間體。大多數(shù)病毒通過它們?cè)谥参铩?dòng)物和原核生物中引起的疾病被識(shí)別。原核生物的病毒被稱之為噬菌體。
正如本文所使用的，“真菌”指真核生物的一個(gè)分類，其無規(guī)律的群聚性生長，無根、無莖或葉，沒有葉綠素或其它能進(jìn)行光合作用的色素。每一個(gè)有機(jī)物(葉狀體)是絲狀單細(xì)胞，具有的分支的體細(xì)胞結(jié)構(gòu)(菌絲)，被含有葡聚糖或殼多糖或含有它們兩者的細(xì)胞壁包裹，并且含有真正的細(xì)胞核。
正如本文所使用的，“疾病或病癥”意思指機(jī)體處于由例如感染或遺傳缺陷導(dǎo)致的病理狀況，特征在于一些能辨別的癥狀。
正如本文所使用的，“感染”意思指有引發(fā)疾病潛力的生物侵害多細(xì)胞生物體的軀體。
正如本文所使用的，“感染性生物”意思指能引起多細(xì)胞機(jī)體感染的生物。多數(shù)感染性生物是微生物，例如病毒、細(xì)菌和真菌。
正如本文所使用的，贅生物(瘤形成)指不正常的新生物，這意味著與腫瘤相同，其可以是良性或惡性。與增生不同，即使機(jī)體不存在原始刺激，贅生增殖仍然持續(xù)。
正如本文所使用的，癌是指由任何類型的惡性腫瘤引起的疾病的總稱。
為了使公開內(nèi)容清楚，本發(fā)明的詳細(xì)描述分為下述部分，但不受其限制。
B.具有加樣反應(yīng)室的生物傳感器及其使用方法一方面，本發(fā)明涉及一種用于液態(tài)樣本電化學(xué)分析的生物傳感器，該生物傳感器包括a)一個(gè)具有第一端和第二端的絕緣底板；b)一個(gè)位于所述絕緣底板上的電極系統(tǒng)，所述電極系統(tǒng)包括一個(gè)工作電極和一個(gè)反電極，所述工作電極和反電極有導(dǎo)電導(dǎo)線將所述電極與所述底板第一端上用于電化學(xué)檢測的讀出裝置相連接。所述工作電極除了通向所述導(dǎo)電導(dǎo)線的一側(cè)，所有側(cè)面都被反電極圍繞，在所述工作電極與反電極之間有一個(gè)縫隙空間；c)反應(yīng)區(qū)是所述電極系統(tǒng)的一部分，所述反應(yīng)區(qū)至少占據(jù)所述工作電極、反電極、和所述工作電極與反電極之間縫隙空間的一部分，所述縫隙空間垂直于所述導(dǎo)電導(dǎo)線。所述反應(yīng)區(qū)垂直于所述導(dǎo)電導(dǎo)線，是電極系統(tǒng)的一個(gè)全部橫截面，由介電材料構(gòu)成的所述層覆蓋非反應(yīng)區(qū)限定了所述反應(yīng)區(qū)，所述反應(yīng)區(qū)包含一種酶，其催化涉及被分析的分析物的反應(yīng)，或包含一種底物，其參與被分析的酶催化的反應(yīng)；d)一個(gè)加樣反應(yīng)室，其中所述室的底部是c)中限定的所述反應(yīng)區(qū)。所述室的頂部是一個(gè)蓋子，至少覆蓋著所述反應(yīng)區(qū)，所述頂部在所述反應(yīng)區(qū)上方有個(gè)加樣開口，所述室的與所述導(dǎo)電導(dǎo)線垂直的兩側(cè)壁由c)中限定的所述介電材料構(gòu)成的所述層組成，所述室的平行于所述導(dǎo)電導(dǎo)線的兩側(cè)壁的至少一部分是敞開的，被留作通氣孔。
生物傳感器可以是任何適當(dāng)?shù)男螤睿玳L方形、方形、圓形、橢圓形、或其他規(guī)則或不規(guī)則的形狀。優(yōu)選地，生物傳感器是長方形。
絕緣底板可以由任何適宜的材料制成。優(yōu)選地，絕緣底板包括乙烯基聚合物、聚酰亞胺(polymide)、聚酯、尼龍、硝化纖維或它們的組合。
工作電極和反電極可以由任何適當(dāng)?shù)牟牧现瞥伞ｋm然不要求，但是在反應(yīng)區(qū)內(nèi)，工作電極和反電極優(yōu)選地由基本上相同的材料制成。更優(yōu)選地，在反應(yīng)區(qū)內(nèi)工作電極和反電極由相同的材料制成。最優(yōu)選地，在整個(gè)生物傳感器內(nèi)工作電極和反電極是由相同的材料制成。
工作電極與反電極之間的縫隙空間可以保持不變或可以變化。優(yōu)選地，工作電極與反電極之間的縫隙空間在反應(yīng)區(qū)內(nèi)基本上保持不變。更優(yōu)選地，工作電極與反電極之間的縫隙空間在反應(yīng)區(qū)內(nèi)保持不變。最優(yōu)選地，工作電極與反電極之間的縫隙空間在整個(gè)生物傳感器內(nèi)保持不變。
在反應(yīng)區(qū)內(nèi)，工作電極的寬度和反電極的寬度可以相同或不同。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，反應(yīng)區(qū)內(nèi)工作電極的寬度是反電極寬度的大約兩倍。
工作電極的表面面積可以與反電極的表面面積相同或不同。優(yōu)選地，工作電極的表面面積與反電極的表面面積在反應(yīng)區(qū)內(nèi)基本上相同。更優(yōu)選地，工作電極的表面面積與反電極的表面面積在反應(yīng)區(qū)內(nèi)相同，最優(yōu)選地，工作電極的表面面積與反電極的表面面積在整個(gè)生物傳感器內(nèi)是相同的。
一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，在反應(yīng)區(qū)內(nèi)工作電極和反電極是由相同的材料制成，工作電極與反電極之間縫隙空間在反應(yīng)區(qū)內(nèi)保持相同，工作電極的表面面積與反電極的表面面積在反應(yīng)區(qū)內(nèi)相同。
通過該領(lǐng)域已知的任何適宜方法，可以將電極系統(tǒng)安裝或配置在絕緣底板上。例如，電極可以從卷軸展開和用熱溶性粘合劑粘合在絕緣底板上。優(yōu)選地，電極系統(tǒng)被絲網(wǎng)印刷(screen-printed)在絕緣底板上。當(dāng)電極系統(tǒng)絲網(wǎng)印刷在絕緣底板上時(shí)，工作電極和反電極可以含有炭膏，導(dǎo)電導(dǎo)線可以含有導(dǎo)電銀膏。也可以通過下列文獻(xiàn)中公開的方法將電極系統(tǒng)安裝或配置在絕緣底板上Kureishi等人，Bioelectochem.Bioenerg.(生物電化學(xué)生物能學(xué))，48(1)95-100(1999)；Anzai等人，Anal.Chem.(分析化學(xué))，70(4)811-7(1998)；和Stonehuerner等人，Biosens.Bioelectron(生物傳感器，生物電子)，7(6)421-8(1992)。
可以通過用介電材料構(gòu)成的所述層覆蓋非反應(yīng)區(qū)來限定反應(yīng)區(qū)?？梢允褂萌魏芜m宜的介電材料。優(yōu)選地，用在生物傳感器上的介電材料是乙烯基聚酯、聚酰亞胺或它們的組合。
為了確保樣本液，特別是小量的樣本液快速且均勻地分布，臨近第一端的介電材料的厚度基本上高于臨近第二端的介電材料的厚度。優(yōu)選地，臨近第一端的介電材料的厚度大約是臨近第二端的介電材料厚度的大約三倍。
加樣反應(yīng)室的頂部必須覆蓋至少整個(gè)反應(yīng)區(qū)。優(yōu)選地，生物傳感器有一個(gè)蓋子，它覆蓋整個(gè)生物傳感器的表面，加樣反應(yīng)室頂部是整個(gè)生物傳感器蓋的相應(yīng)部分。在一個(gè)實(shí)例中，整個(gè)生物傳感器的蓋子是一個(gè)粘附在非反應(yīng)區(qū)上的薄片，頂部開口是在薄片上鉆開的孔。優(yōu)選地，薄片的鉆孔有一個(gè)伸出到反應(yīng)區(qū)的弓形加樣槽部分，形成一個(gè)凸面，所述凸面作為樣本液進(jìn)入反應(yīng)區(qū)的通道，凸面的弓部有助于促進(jìn)樣本液快速吸入。
雖然不要求，但絕緣底板可以是透明的，從而樣本液被引入到透明絕緣底板的反面上，通過透明絕緣底板就可以監(jiān)測液態(tài)樣本的運(yùn)動(dòng)。
生物傳感器還可以在反應(yīng)區(qū)含有電子轉(zhuǎn)移介體。例證性的轉(zhuǎn)移介體包括二茂鐵和它的衍生物、鋨絡(luò)合物、四硫富瓦烯、吩嗪乙基硫酸酯、苯醌和六氰高鐵酸鹽。
生物傳感器可以有一個(gè)“T-形”反應(yīng)區(qū)，其中臨近第二端的非反應(yīng)區(qū)被分成兩個(gè)邊角部分和一個(gè)中間部分，或者通過不用介電材料構(gòu)成的所述層覆蓋中部，或者通過使兩個(gè)邊角部分介電材料的厚度基本上高于中部介電材料的厚度，中間部分構(gòu)成反應(yīng)區(qū)的一部分，由此反應(yīng)區(qū)占據(jù)一個(gè)T形區(qū)域，其包括與所述導(dǎo)電導(dǎo)線垂直的全部橫截面，和一個(gè)與所述導(dǎo)電導(dǎo)線平行的條狀區(qū)域，該區(qū)域從橫截面到第二端邊緣。優(yōu)選地，臨近第一端的介電材料的厚度和臨近第二端的兩個(gè)邊角部分的厚度是單位厚度的大約3倍，臨近第二端的中部介電材料的厚度是單位厚度的大約1倍。
另一方面，本發(fā)明涉及一種檢驗(yàn)液態(tài)樣本中分析物或酶的方法，該方法包括a)在適合的條件下，在存在適當(dāng)電子轉(zhuǎn)移介體的情況下，用含有或懷疑含有分析物或酶的液態(tài)樣本接觸上述生物傳感器，從而，樣本液中的分析物，如果有的話，參與由生物傳感器反應(yīng)區(qū)含有的酶催化的反應(yīng)，或樣本液中的酶，如果有的話，催化涉及生物傳感器反應(yīng)區(qū)所包括的底物的反應(yīng)，所述涉及分析物或底物的反應(yīng)，與電子轉(zhuǎn)移介體結(jié)合，導(dǎo)致產(chǎn)生能被生物傳感器檢測到的電流；b)檢測a)步驟中生成的電流，由此評(píng)價(jià)樣本液中分析物或酶的存在或數(shù)量。
本發(fā)明方法可以檢測適量的任何液態(tài)樣本。優(yōu)選地，本發(fā)明方法用于檢測小量液態(tài)樣本。例如，將被檢測的液態(tài)樣本量從大約1.5微升到大約10.0微升。優(yōu)選地，將被檢測的液態(tài)樣本的量從大約1.5微升到大約3.0微升。
本發(fā)明方法可以檢測任何涉及氧化或還原反應(yīng)的分析物或任何催化氧化或還原反應(yīng)的酶。例如，將被檢測的分析物可以是葡萄糖。優(yōu)選地，生物傳感器反應(yīng)區(qū)所包括的酶是葡萄糖氧化酶，在檢測中所用的電子轉(zhuǎn)移介體是鐵氰化物。
在一個(gè)具體實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種檢測液態(tài)樣本中分析物或酶的方法，該方法包括a)在適合的條件下，用在反應(yīng)區(qū)帶有適當(dāng)電子轉(zhuǎn)移介體的上述生物傳感器，接觸含有或懷疑含有分析物或酶的液態(tài)樣本，從而，樣本液中的分析物，如果有的話，參與生物傳感器反應(yīng)區(qū)所含有的酶催化的反應(yīng)，或樣本液中的酶，如果有的話，催化涉及生物傳感器反應(yīng)區(qū)所包括的底物的反應(yīng)，所述涉及分析物或底物的反應(yīng)，與生物傳感器反應(yīng)區(qū)的電子轉(zhuǎn)移介體結(jié)合，導(dǎo)致產(chǎn)生能被生物傳感器檢測到的電流；b)檢測a)步驟中生成的電流，由此評(píng)價(jià)樣本液中分析物或酶的存在或數(shù)量。
在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種檢測液態(tài)樣本中分析物或酶的方法，該方法包括a)在適合的條件下，用帶有適宜電子轉(zhuǎn)移介體的上述有“T形”反應(yīng)區(qū)的生物傳感器接觸含有或懷疑含有分析物或酶的液態(tài)樣本，從而，樣本液中的分析物，如果有的話，參與生物傳感器反應(yīng)區(qū)所含有的酶催化的反應(yīng)，或樣本液中的酶，如果有的活，催化涉及生物傳感器反應(yīng)區(qū)所包括的底物的反應(yīng)，所述涉及分析物或底物的反應(yīng)，與電子轉(zhuǎn)移介體結(jié)合，導(dǎo)致產(chǎn)生能被生物傳感器檢測到的電流；b)檢測a)步驟中生成的電流，由此評(píng)價(jià)樣本液中分析物或酶的存在或數(shù)量。
C.帶有四部對(duì)角位電極的生物傳感器及其使用方法一方面，本發(fā)明涉及一種用于液態(tài)樣本電化學(xué)分析的生物傳感器，這種生物傳感器包括a)一個(gè)有第一端和第二端的絕緣底板；b)一個(gè)位于所述絕緣底板上的電極系統(tǒng)，其中所述電極系統(tǒng)包括一個(gè)工作電極、一個(gè)反電極、和兩個(gè)參比電極，所述工作電極、反電極、和參比電極有導(dǎo)電導(dǎo)線將所述電極與所述底板第一端上用于電化學(xué)測量的讀出裝置相連接，所述每一個(gè)參比電極與所述工作電極或反電極成對(duì)角位，并且所述工作電極/反電極、工作電極/參比電極、和參比電極/參比電極之間有縫隙空間，所述工作電極和與所述工作電極成對(duì)角位的第一個(gè)參比電極形成第一個(gè)閉合電路，所述反電極和與所述反電極成對(duì)角位的第二個(gè)參比電極形成第二個(gè)閉合電路，所述第一個(gè)和第二個(gè)閉合電路連接形成第三個(gè)電路，只是當(dāng)所述第一和第二個(gè)電路同時(shí)封閉時(shí)，所述第三個(gè)電路才閉合。
生物傳感器可以是適當(dāng)?shù)娜魏涡螤?，例如長方形、方形、圓形、橢圓形或其他規(guī)則或不規(guī)則的形狀。優(yōu)選地，生物傳感器是長方形。
絕緣底板可以用任何適宜的材料制作。優(yōu)選地，絕緣底板包括乙烯基聚合物、聚酰亞胺(polymide)、聚酯、尼龍、硝化纖維素或它們的組合。
工作電極、反電極和參比電極可以是任何適當(dāng)?shù)牟牧现瞥?，雖然不要求，但是在反應(yīng)區(qū)內(nèi)，工作電極、反電極和參比電極優(yōu)選地由基本上相同的材料制成。更優(yōu)選地，在反應(yīng)區(qū)內(nèi)工作電極、反電極和參比電極由相同的材料制成。最優(yōu)選地，在整個(gè)生物傳感器內(nèi)工作電極、反電極和參比電極由相同的材料制成。
參比電極與工作電極或反電極之間的縫隙空間可以保持不變或可以變化。優(yōu)選地，參比電極與工作電極或反電極之間的縫隙空間在反應(yīng)區(qū)內(nèi)保持基本上不變。更優(yōu)選地，參比電極與工作電極或反電極之間的縫隙空間在反應(yīng)區(qū)內(nèi)保持不變。最優(yōu)選地，參比電極與工作電極或反電極之間的縫隙空間在整個(gè)生物傳感器內(nèi)保持不變。
工作電極的表面面積與反電極的表面面積可以相同或不同。優(yōu)選地，在反應(yīng)區(qū)內(nèi)工作電極的表面面積與反電極的表面面積基本上相同。更優(yōu)選地，在反應(yīng)區(qū)內(nèi)工作電極的表面面積與反電極的表面面積相同。最優(yōu)選地，在整個(gè)生物傳感器內(nèi)工作電極的表面面積與反電極的表面面積都相同。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，在反應(yīng)區(qū)內(nèi)工作電極、反電極和參比電極由相同的材料制成，參比電極與工作電極或反電極之間的縫隙空間在反應(yīng)區(qū)內(nèi)保持一致，工作電極的表面面積與反電極的表面面積在反應(yīng)區(qū)內(nèi)一致。
通過該領(lǐng)域已知的任何適宜方法，可以將電極系統(tǒng)安裝或配置在絕緣底板上。例如，電極可以從卷軸展開和用熱溶性粘合劑粘合在絕緣底板上。優(yōu)選地，電極系統(tǒng)被絲網(wǎng)印刷(screen-printed)在絕緣底板上。當(dāng)電極系統(tǒng)絲網(wǎng)印刷在絕緣底板上，工作電極、反電極和參比電極可以含有炭膏，導(dǎo)電導(dǎo)線可以含有導(dǎo)電銀膏。也可以通過在下列文獻(xiàn)中所公開的方法把電極系統(tǒng)安裝或配置在絕緣底板上Kureishi等人，Bioelecrochem.Bioenerg.(生物電化學(xué)生物能學(xué))，48(1)95-100(1999)；Anzai等人，Anal.Chem(分析化學(xué))，70(4)811-7(1998)；和Stonehuerner等人，Biosens.Bioelectron.(生物傳感器，生物電子)，7(6)421-8(1992)。
工作電極、反電極和參比電極可以以任何適宜的樣式排列。優(yōu)選地，除了通向?qū)щ妼?dǎo)線的一側(cè)，參比電極的所有側(cè)面被工作電極和反電極包圍。而且優(yōu)選地，參比電極被分開盡可能遠(yuǎn)的距離，既不與工作電極也不與反電極接觸?？蛇x擇地，可以如圖6所描述的那樣，參比電極在外面，工作電極和反電極在里面。
生物傳感器可以進(jìn)一步包括反應(yīng)區(qū)，其中工作電極、反電極、和參比電極的至少一部分與這些電極之間的縫隙空間形成反應(yīng)區(qū)，所述反應(yīng)區(qū)包括催化涉及被分析的分析物的反應(yīng)的酶，或參與由被分析的酶所催化的反應(yīng)的底物。
生物傳感器可以進(jìn)一步在反應(yīng)區(qū)內(nèi)包括電子轉(zhuǎn)移介體。例證性轉(zhuǎn)移介體包括二茂鐵和它的衍生物、鋨絡(luò)合物、四硫富瓦烯、吩嗪乙基硫酸酯、苯醌和六氰高鐵酸鹽。
生物傳感器可以進(jìn)一步包括加樣反應(yīng)室，其中反應(yīng)區(qū)垂直于導(dǎo)電導(dǎo)線，是電極系統(tǒng)的全部橫截面，反應(yīng)區(qū)通過用介電材料構(gòu)成的所述層覆蓋非反應(yīng)區(qū)來限定，生物傳感器還包括加樣反應(yīng)室，其中所述室的底部是反應(yīng)區(qū)，所述室的頂部是一個(gè)蓋子，它至少覆蓋反應(yīng)區(qū)，在反應(yīng)區(qū)上面的所述頂部有一個(gè)加樣開口，所述室的與所述導(dǎo)電導(dǎo)線垂直的兩側(cè)壁由介電材料構(gòu)成的所述層組成，所述室的平行于所述導(dǎo)電導(dǎo)線的兩側(cè)壁的至少一部分是敞開的，被留作通氣孔。
反應(yīng)區(qū)可以通過用介電材料構(gòu)成的所述層覆蓋非反應(yīng)區(qū)限制。任何適宜的介電材料都可以使用。優(yōu)選地，在生物傳感器中所用的絕緣材料是乙烯基聚酯、聚酰亞胺或它們的組合。
為了確保樣本液，特別是小量的樣本液快速且均勻地分布，臨近第一端的介電材料的厚度基本上高于臨近第二端的介電材料的厚度。優(yōu)選地，臨近第一端的介電材料的厚度大約是臨近第二端的介電材料厚度的大約三倍。
加樣反應(yīng)室頂部必須至少覆蓋整個(gè)反應(yīng)區(qū)。優(yōu)選地，生物傳感器有一個(gè)蓋子，它覆蓋整個(gè)生物傳感器的表面，加樣反應(yīng)室頂部是整個(gè)生物傳感器蓋子的相應(yīng)部分。在一個(gè)實(shí)例中，整個(gè)生物傳感器的蓋子是一個(gè)粘附在非反應(yīng)區(qū)上的薄片，頂部開口是在所述薄片上鉆開的孔。優(yōu)選地，薄片的鉆孔有一個(gè)伸出到反應(yīng)區(qū)的弓形加樣槽部分，從而形成一個(gè)凸面，所述凸面作為樣本液進(jìn)入反應(yīng)區(qū)的通道，凸面的弓部協(xié)助促進(jìn)樣本液快速吸入。
雖然不要求，但絕緣底板可以是透明的，由此液態(tài)樣本被引入到在透明絕緣底板的反面上，通過透明絕緣底板就可以監(jiān)測液態(tài)樣本的運(yùn)動(dòng)。
生物傳感器可以有一個(gè)“T-形”反應(yīng)區(qū)，其中臨近第二端的非反應(yīng)區(qū)被分成兩個(gè)邊角部分和一個(gè)中間部分，通過如下方式使中間部分構(gòu)成反應(yīng)區(qū)的一部分，即或者通過不用介電材料構(gòu)成的所述層覆蓋中部，或者通過使兩個(gè)邊角部分的介電材料厚度基本上高于中部介電材料的厚度，由此反應(yīng)區(qū)占據(jù)一個(gè)T形區(qū)域，該區(qū)域包括與所述導(dǎo)電導(dǎo)線垂直的全部橫截面，和一個(gè)與所述導(dǎo)電導(dǎo)線平行的條狀區(qū)域，該區(qū)域從橫截面到第二端邊緣。優(yōu)選地，臨近第一端的介電材料的厚度和臨近第二端的兩個(gè)邊角部分的厚度是單位厚度的大約3倍，臨近第二端的中部介電材料的厚度是單位厚度的大約1倍。
在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，提供了一種在液態(tài)樣本中檢測分析物和酶的方法，該方法包括a)提供上述生物傳感器，其中工作電極、反電極、和參比電極的至少一部分與這些電極之間的縫隙空間形成一個(gè)反應(yīng)區(qū)，所述反應(yīng)區(qū)包括一種酶，其催化的反應(yīng)涉及被分析的分析物，或包括一種底物，其參與由被分析的酶催化的反應(yīng)；b)在適合的條件下，用帶有適宜電子轉(zhuǎn)移介體，包括酶或底物的生物傳感器，接觸含有或懷疑含有分析物或酶的液態(tài)樣本，由此樣本液中的分析物，如果有的話，參與由生物傳感器反應(yīng)區(qū)所含有的酶催化的反應(yīng)，或樣本液中的酶，如果有的話，催化涉及生物傳感器反應(yīng)區(qū)所包括的底物的反應(yīng)，所述涉及分析物或底物的反應(yīng)，與電子轉(zhuǎn)移介體結(jié)合，導(dǎo)致產(chǎn)生能被生物傳感器檢測到的電流；c)檢測a)步驟中生成的電流，由此評(píng)價(jià)樣本液中分析物或酶的存在或數(shù)量。
本方法可以檢測適量的任何液態(tài)樣本。優(yōu)選地，本方法用于檢測小量液態(tài)樣本。例如，將被檢測的液態(tài)樣本的量從大約1.5微升到大約10.0微升。優(yōu)選地，將被檢測的液態(tài)樣本的量從大約1.5微升到大約3.0微升。
本方法可以檢測任何涉及氧化或還原反應(yīng)的分析物或任何催化氧化或還原反應(yīng)的酶。例如，將被檢測的分析物可以是葡萄糖。優(yōu)選地，生物傳感器反應(yīng)區(qū)中所含有的酶是葡萄糖氧化酶，在檢測中所用的電子轉(zhuǎn)移介體是鐵氰化物。
在一個(gè)具體實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一個(gè)檢測液態(tài)樣本中分析物或酶的方法，該方法包括a)在適合的條件下，用在反應(yīng)區(qū)帶有適宜電子轉(zhuǎn)移介體的上述的生物傳感器，接觸含有或懷疑含有分析物或酶的液態(tài)樣本，由此樣本液中的分析物，如果有的話，參與由生物傳感器反應(yīng)區(qū)含有的酶催化的反應(yīng)，或樣本液中的酶，如果有的話，催化涉及生物傳感器反應(yīng)區(qū)中所包括的底物的反應(yīng)，所述涉及分析物或底物的反應(yīng)，與生物傳感器反應(yīng)區(qū)攜帶的電子轉(zhuǎn)移介體結(jié)合，導(dǎo)致產(chǎn)生能被生物傳感器檢測到的電流；b)檢測a)步驟中生成的電流，由此評(píng)價(jià)樣本液中分析物或酶的存在或數(shù)量。
在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一個(gè)檢測液態(tài)樣本中分析物或酶的方法，該方法包括a)在適合的條件下，用帶有適宜電子轉(zhuǎn)移介體，配有加樣反應(yīng)室的上述生物傳感器，接觸含有或懷疑含有分析物或酶的液態(tài)樣本，由此，樣本液中的分析物，如果有的話，參與由生物傳感器反應(yīng)區(qū)含有的酶催化的反應(yīng)，或樣本液中的酶，如果有的話，催化涉及生物傳感器反應(yīng)區(qū)所包括的底物的反應(yīng)，所述涉及分析物或底物的反應(yīng)，與生物傳感器反應(yīng)區(qū)攜帶的電子轉(zhuǎn)移介體結(jié)合，導(dǎo)致產(chǎn)生能被生物傳感器檢測到的電流；b)檢測a)步驟中生成的電流，由此評(píng)價(jià)樣本液中分析物或酶的存在或數(shù)量。
仍然在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一個(gè)檢測液態(tài)樣本中分析物或酶的方法，該方法包括a)在適合的條件下，用帶有適宜電子轉(zhuǎn)移介體，配有“T形”加樣反應(yīng)室的上述生物傳感器，接觸含有或懷疑含有分析物或酶的液態(tài)樣本，從而，樣本液中的分析物，如果有的話，參與由生物傳感器反應(yīng)區(qū)含有的酶催化的反應(yīng)，或樣本液中的酶，如果有的話，催化涉及生物傳感器反應(yīng)區(qū)的底物的反應(yīng)，所述涉及分析物或底物的反應(yīng)，與生物傳感器反應(yīng)區(qū)攜帶的電子轉(zhuǎn)移介體結(jié)合，導(dǎo)致產(chǎn)生能被生物傳感器檢測到的電流；b)檢測a)步驟中生成的電流，由此評(píng)價(jià)樣本液中分析物或酶的存在或數(shù)量。
D.生物傳感器的例證性用途及其檢測方法本發(fā)明的生物傳感器和方法可用于任何分析物或酶的定性或定量檢測。例如，被檢測的分析物可以是大分子如肽、蛋白質(zhì)，例如，抗體或受體，寡核苷酸、核酸、維生素、寡糖、碳水化合物、脂類，或小分子，或它們的絡(luò)合物。例證性的蛋白質(zhì)或肽包括酶，轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白如離子通道和泵蛋白、營養(yǎng)蛋白或貯存蛋白，收縮蛋白或能動(dòng)蛋白如肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白，結(jié)構(gòu)蛋白，防衛(wèi)蛋白或調(diào)節(jié)蛋白如抗體、激素、和生長因子。例證性的核酸包括DNA(脫氧核糖核酸)例如A-型、B-型、Z-型DNA、和RNA(核糖核酸)例如mRNA、tRNA、rRNA。核酸可以是單鏈、雙鏈、和三鏈核酸。例證性的維生素包括水溶性維生素例如硫胺素、核黃素、煙酸、泛酸、吡哆醇、生物素、葉酸、維生素B12和抗壞血酸，和脂溶性維生素例如維生素A、維生素D、維生素E、和維生素K。例證性的脂類包括三酰基甘油如三硬脂酸甘油酯、三棕櫚酸甘油酯和三油精甘油酯，蠟、磷酸甘油酯如磷脂酰乙醇胺、磷脂酰膽堿、磷脂酰絲氨酸、磷脂酰肌醇、和心磷脂，鞘脂類如鞘磷脂、腦苷脂類和神經(jīng)節(jié)苷脂，固醇類如膽固醇和豆甾醇和固醇脂肪酸脂。脂肪酸可以是飽和脂肪酸如月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、花生酸、和二十四酸，或不飽和脂肪酸如棕櫚油酸、油酸、亞油酸、亞麻酸和花生四烯酸。
更優(yōu)選地，被檢測的分析物或酶是生物途徑的標(biāo)記物，細(xì)胞周期的一個(gè)階段、細(xì)胞類型、組織類型、器官類型、發(fā)育階段、疾病、病癥或感染類型或階段、或藥物或其他治療。例證性的生物組織包括結(jié)締組織、上皮組織、肌肉或神經(jīng)組織。例證性的器官包括眼的輔助器官、環(huán)旋器(annulospiral organ)、聽覺器官、契維茨氏(Chievitz)器官、室周器、柯替氏(Corti)器、關(guān)鍵器官、釉器、終器、女性外生殖器官、男性外生殖器官、飄浮器官、魯菲尼氏霧化器(flower-spray organ ofRuffini)、生殖器、高爾基肌腱器、味器、聽覺器官、女性內(nèi)生殖器、男性內(nèi)生殖器、插入器、犁鼻器、神經(jīng)血器官、神經(jīng)腱器官、嗅覺器、耳石器、下垂器(ptotic organ)、羅氏(Rosenmüller)器、感覺器官、嗅覺器官、螺旋器、連合下器、穹窿下器、超常器、觸覺器、靶器官、味覺器、觸器、泌尿器官、終板血管器、前庭器官、前庭蝸器、退化器官、視力器官、視覺器官、犁鼻器、游走器官、可操縱的韋伯(Weber)器官和主動(dòng)脈旁體(organ of Zuckerkandl)。例證性的動(dòng)物內(nèi)臟器官包括腦、肺、肝臟、脾臟、骨髓、胸腺、心臟、淋巴、血液、骨、軟骨、胰腺、腎臟、膽囊、胃、腸、睪丸、卵巢、子宮、直腸、神經(jīng)系統(tǒng)、腺體、內(nèi)血管。例證性的疾病或病癥包括腫瘤(新生物)、癌、免疫系統(tǒng)疾病或病癥、代謝性疾病或病癥、肌肉和骨骼疾病或病癥、神經(jīng)系統(tǒng)疾病或病癥、信號(hào)疾病或病癥、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白疾病或病癥。
本方法可以檢測任何液態(tài)樣本分析物。例證性的液態(tài)樣本包括緩沖劑、血、血清、血漿、或尿、或含有固體或氣體生物物質(zhì)的溶液或懸浮液。
E.優(yōu)選的實(shí)施方案1.帶有加樣反應(yīng)室的例證性生物傳感器在一個(gè)具體實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種生物傳感器，其包括一個(gè)電絕緣底板，包括一個(gè)工作電極和一個(gè)反電極的兩個(gè)絲網(wǎng)印刷電極，至少包括氧化還原酶、電子轉(zhuǎn)移介體的反應(yīng)層，和一個(gè)反應(yīng)室。工作電極居于反應(yīng)區(qū)的中心，被反電極以均勻的短距離圍繞。應(yīng)用在這個(gè)工作電極的脈沖電壓激活還原介體的電子氧化，所得到的電子流轉(zhuǎn)換成為可測量的電流信號(hào)。
為了完成均勻且快速的反應(yīng)，用兩個(gè)裝置來促進(jìn)樣本加樣；一個(gè)“加樣凸面”和一個(gè)“梯面反應(yīng)體”。梯面反應(yīng)體的兩個(gè)平行面是這樣構(gòu)成的，即薄的介電材料構(gòu)成的所述層從反應(yīng)區(qū)外側(cè)繞過(到樣本加樣區(qū))，3倍厚度的同樣介電材料構(gòu)成的所述層從反應(yīng)區(qū)內(nèi)側(cè)繞過(到電極引線)。頂部主要表面通過用薄片覆蓋所述室構(gòu)成。除反應(yīng)區(qū)上面的長方形部分之外，薄片的兩端有粘合劑材料。反應(yīng)室橫向側(cè)上的兩個(gè)梯形留有通氣口。覆蓋薄片上的憩室形成加樣槽。
通過觸摸加樣槽，樣本液加樣被輕易完成。加樣槽伸向反應(yīng)室的弓部形成面向反應(yīng)區(qū)的凸面。這被稱作“加樣凸面”，目的是通過外向表面張力提供輔助推進(jìn)作用。向上的薄片和側(cè)面的兩個(gè)梯形通氣孔對(duì)樣本液形成向上拉力。用這個(gè)特殊設(shè)置，測試只需要非常小量的樣本，例如，1.5微升。將樣本液如血快速吸取到反應(yīng)區(qū)確保樣本液在反應(yīng)層上形成均勻薄層，這樣確保了迅速和均一的酶反應(yīng)，及隨后均勻產(chǎn)生電流。
本發(fā)明的另一方面是加樣槽可以設(shè)置在傳感器的底部。在頂面，傳感器的前部分做成透明的，以用作樣本液的定位窗口，例如，在指端穿刺，和用作監(jiān)測液體流動(dòng)的窗口。通過底側(cè)的槽引入樣本非常容易，引入的量可以確保覆蓋整個(gè)反應(yīng)層。這個(gè)設(shè)計(jì)還有另一個(gè)益處，即能選擇取樣點(diǎn)，例如在除了指尖以外的身體其它部分穿刺。前臂神經(jīng)較少，可以作為疼痛較少的取血選擇點(diǎn)。本發(fā)明的這一獨(dú)特設(shè)計(jì)已經(jīng)顯示了可以便利地從前臂取血。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在從指尖取血的傳統(tǒng)方法中，穿刺的指端必須正好放置在加樣槽頂部以讓血滴滴入槽內(nèi)。這通常阻礙了槽的可視性，因此常常妨礙成功地取血樣。用這種方法對(duì)貧血人甚至更不利地使用了他們欠缺的血。仍然在本發(fā)明的另一方面，樣本液可以通過生物傳感器底部被引入。如圖4所示，樣本通過位于生物傳感器底部的加樣槽引入。在頂側(cè)條的前部留有一個(gè)透明窗口，可以做到在指端選擇較好的穿刺點(diǎn)和清楚觀察樣本的運(yùn)動(dòng)。
在上面提到的生物傳感器中，反應(yīng)層實(shí)際上包括含有氧化還原酶、電子轉(zhuǎn)移介體的試劑混合物，和一個(gè)電極系統(tǒng)。樣本液被加入槽內(nèi)，在加樣凸面和梯形反應(yīng)體的幫助下被立即吸入反應(yīng)區(qū)。在非常短的時(shí)間內(nèi)，試劑分解，酶反應(yīng)開始進(jìn)行。在酶反應(yīng)完成時(shí)，在電極之間運(yùn)用受控電壓激發(fā)了另一輪電子氧化。在短時(shí)間的滯延后，測量還原介體的電子氧化作用產(chǎn)生的電流，該電流涉及樣本液中分析物的存在或量。
作為本發(fā)明生物傳感器的一個(gè)實(shí)例，下文將描述一種葡萄糖傳感器。圖1是本發(fā)明的生物傳感器的絲網(wǎng)印刷電極系統(tǒng)的示意性頂視圖。電極系統(tǒng)是通過絲網(wǎng)印刷兩條作為傳導(dǎo)導(dǎo)線的銀膏和隨后絲網(wǎng)印刷兩條導(dǎo)電炭膏而制備。導(dǎo)電銀膏AB和炭膏BC形成反電極，銀膏DE和炭膏EF形成工作電極。反應(yīng)區(qū)周圍的工作電極與反電極之間的擴(kuò)散間隙是均勻的，為0.5mm微米，除了導(dǎo)向傳導(dǎo)導(dǎo)線的一側(cè)，反電極包圍了工作電極的所有側(cè)面。這種布局有助于發(fā)揮電極最大功能。然后除了電表接觸導(dǎo)線和反應(yīng)區(qū)HI，介電材料覆蓋了電極(GH和IJ區(qū))。在電極上的反應(yīng)區(qū)面積限制為10mm2(＝5mm×2mm)。在反應(yīng)區(qū)內(nèi)，工作電極的表面積為4mm2(＝2mm×2mm)，這相當(dāng)于兩個(gè)反電極(＝2×1mm×2mm)之和。反應(yīng)區(qū)中的兩電極是用相同的導(dǎo)電材料制成(本例中是炭膏)。第3層是具有兩個(gè)粘合端和一個(gè)作為加樣槽的鉆孔的覆蓋薄片。當(dāng)薄片放置在介電層上時(shí)，形成梯形室。條狀區(qū)域外側(cè)面上的兩梯面是對(duì)環(huán)境空氣敞開的，用作氣孔。
圖2所示為本發(fā)明的除試劑之外的生物傳感器實(shí)施方案的橫截面視圖。層1是厚度為0.5mm的絕緣底板基片。該絕緣層可以是任何可用的厚度和任何材料，只要它符合大規(guī)模生產(chǎn)和使用者方便的嚴(yán)格要求。層2是前面段落中所述的電極層。介電層3被絲網(wǎng)印刷在絕緣底板上?？商峁╇妼W(xué)和結(jié)構(gòu)特性的任何有用的絕緣材料，例如乙烯基聚合物和聚酰亞胺，將適宜用作介電材料。這個(gè)介電覆蓋層的其它特性是他們的兩個(gè)涂層的厚度不對(duì)稱，反應(yīng)側(cè)的厚度(90-150微米)是加樣側(cè)厚度(30-50微米)的3倍。然后是將具有兩個(gè)粘性端的一層薄片(層4)放置在介電層的上面，形成一個(gè)作為反應(yīng)室的梯形體。加樣槽是薄片上的一個(gè)鉆孔。
本發(fā)明生物傳感器的兩個(gè)重要特征是梯形反應(yīng)體和加樣凸面，如圖3中第三個(gè)附圖所示。薄片的厚度為2毫米，加樣槽為一個(gè)能作為儲(chǔ)存樣本液的下凹處。該槽的弓形部分重疊且伸入到反應(yīng)區(qū)中，形成面向凸面的反應(yīng)層。由于外向表面張力，該加樣凸面提供了輔助推進(jìn)作用將樣本引入。由于只有這個(gè)弓形部分沒有封閉，它也可以作為樣本加樣的唯一通道。這樣加樣的樣本液就只能單側(cè)通過弓形通道，不會(huì)有樣本浪費(fèi)在非反應(yīng)區(qū)。當(dāng)加樣的樣本液通過加樣凸面時(shí)，它們被向上向前拉，以流暢的填滿反應(yīng)層。拉力來之于液體和覆蓋薄片的粘合和液體自身的內(nèi)聚力。梯形側(cè)面提供了拉力作用所需的氣孔。
這個(gè)實(shí)施方案的優(yōu)勢(shì)在兩方面。第一，檢驗(yàn)所需的樣本量極小，例如，1.5微升。第二，血被快速且有效地吸入到反應(yīng)區(qū)，產(chǎn)生同質(zhì)的酶反應(yīng)和依賴均勻擴(kuò)散的電化學(xué)反應(yīng)。
因此設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)來測試“加樣凸面”和“梯形反應(yīng)體”將樣本引入反應(yīng)層的效率。當(dāng)液態(tài)樣本被成功地引入到生物傳感器的反應(yīng)區(qū)時(shí)，葡萄糖測量計(jì)能檢測化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的電流變化，進(jìn)行開始實(shí)驗(yàn)。根據(jù)葡萄糖測量計(jì)，例如Apex Biotechnology Co.(Apex生物技術(shù)公司(臺(tái)灣))的GlucoSure，通過電子信號(hào)聲顯示檢測到初始化學(xué)反應(yīng)可以表明樣本成功引入。這樣可以用電子信號(hào)聲發(fā)生的遲延來測量“劑量延遲”，這是樣本引入的延遲。圖3所示的3種不同類型的樣本引入器已經(jīng)被檢測；儀器1是沒有側(cè)面氣孔和加樣凸面的反應(yīng)室(圖1)，儀器2是具有兩個(gè)作為氣孔的長方形側(cè)面的四面反應(yīng)體(圖2)，儀器3是一個(gè)梯形反應(yīng)體(圖3)。結(jié)果如下面表1所示。作為樣本液引入延遲的劑量延遲，既在四面反應(yīng)體，也在沒有氣孔和加樣凸面的反應(yīng)室中已經(jīng)被證實(shí)。每一設(shè)計(jì)采用10個(gè)樣本(N＝10)，設(shè)計(jì)1的劑量延遲出現(xiàn)的頻率是100％，設(shè)計(jì)2是40％，梯形反應(yīng)體沒有發(fā)現(xiàn)這種劑量延遲。
表1.三種樣本引入器的劑量延遲結(jié)果


在使用覆蓋之前，使用了薄片，在制備緩沖液中準(zhǔn)備包括作為氧化還原酶的葡萄糖氧化酶(下文被稱作GOD)和作為電子轉(zhuǎn)移介體的鐵氰化鉀，K3Fe(CN)6反應(yīng)化學(xué)制品。該制備緩沖液是用0.1％Triton X-100為表面活化劑的0.4M的磷酸鹽緩沖液(pH＝7.0)。將3微升的試劑分布在反應(yīng)層，在放入干燥箱進(jìn)一步干燥之前，以45％的濕度空氣干燥30分鐘。結(jié)果，形成均勻的反應(yīng)層。引入樣本液開始實(shí)驗(yàn)，通過電氧化作用產(chǎn)生的電流檢測葡萄糖濃度。
圖7-10中描述了制備本發(fā)明生物傳感器的另一種方法。如圖7-10所示，替換在樣本加樣側(cè)制備一層(例如，厚度大約為0.25mm)介電材料構(gòu)成的所述層，而可以如圖7-10所示在這個(gè)區(qū)域絲網(wǎng)印刷兩層以上(例如，厚度為0.25×2)介電材料以留出溝槽樣或“T-形”樣本移動(dòng)通道。因?yàn)樯鲜龇磻?yīng)區(qū)被印制的介電材料限定為長方形，從而試劑受到了限制，在加樣時(shí)不會(huì)溢出。有鉆孔和特殊設(shè)計(jì)的藍(lán)區(qū)的頂部薄片隨后被放置在上面所述的電極板上。從而位于上述電極板上的憩室就制備出生物傳感器。在這個(gè)特殊設(shè)計(jì)的生物傳感器中，樣本液的轉(zhuǎn)移途徑是T型溝槽，兩個(gè)通氣孔開在T型溝槽豎柄的兩端。在加樣槽的前部，一個(gè)連接到T型溝槽垂直柄的凸面作為加樣區(qū)。這使得樣本液快速且均勻地加樣成為可能。這也使生物傳感器制作過程變得簡單。
雖然前面描述的都是有關(guān)葡萄糖電流計(jì)量生物傳感器，但本發(fā)明廣泛應(yīng)用于酶相關(guān)系統(tǒng)，例如膽固醇傳感器，酒精傳感器、乳酸傳感器，等等。如上所述，本發(fā)明的生物傳感器能快速測量各種樣本的特定成分。而且，本發(fā)明的制作過程使得可以用相當(dāng)簡單的步驟、低成本地大規(guī)模生產(chǎn)生物傳感器帶。
2.帶有四部對(duì)角位電極的例證性生物傳感器本發(fā)明也公開了具有四部電極的生物傳感器一部工作電極、一部反電極、和兩部參比電極，優(yōu)選地絲網(wǎng)印刷在絕緣底物上。工作電極和反電極可以具有相同的大小，且用同樣的材料制備。它們彼此之間的間隔為一段均勻的短距離，這樣可以保證化學(xué)和電子轉(zhuǎn)移的均勻擴(kuò)散。能催化分析物的酶可以添加在上面提到的電極上。也可以在該區(qū)域添加用于電化學(xué)反應(yīng)的電子陷阱。含有分析物的樣本液從電極條的前端加入，酶和電化學(xué)反應(yīng)后能測量到在工作電極產(chǎn)生的電流，該電流與分析物的存在或濃度有關(guān)。
兩個(gè)參比電極居于樣本轉(zhuǎn)移路徑的下游。它們具有同樣大小，且用相同的材料制成。這兩個(gè)電極被分開最遠(yuǎn)，既沒有與工作電極也沒有與反電極接觸。按照這樣一種安排，所提及的電極中的一個(gè)居于工作電極的下游，另一個(gè)參比電極居于反電極的下游。臨近工作電極的參比電極與反電極形成一個(gè)閉合電路，而臨近反電極的參比電極與工作電極形成閉合電路。這兩個(gè)閉合電路然后形成另一個(gè)閉合電路。當(dāng)含有檢測分析物的樣本液從前端加入電極條，它必須很好分布蓋住所有反應(yīng)區(qū)以便激發(fā)用于電化學(xué)反應(yīng)的激發(fā)電位。為了樣本液分布于良好狀態(tài)，本發(fā)明的電極條核查三方面樣本轉(zhuǎn)移過程，反電極側(cè)面的覆蓋和工作電極側(cè)面的覆蓋。樣本液的阻抗必須能封閉所有三條電路。用有一個(gè)輸入端連接激發(fā)電位的操作擴(kuò)大器耦合電路。
本發(fā)明的生物傳感器可以防止由于樣本液量不足或分布不均而得到不正確的分析結(jié)果。建立完整的電路要求樣本液充分地分布，以覆蓋工作電極、反電極、和居于這兩個(gè)所提及電極下游的參比電極。此外，覆蓋部分反應(yīng)區(qū)的樣本液非均勻分布就不能建立完整的電路。來之反電極側(cè)的樣本液必須覆蓋工作電極側(cè)的遠(yuǎn)端以能夠建立電路，反之亦然。用這三點(diǎn)對(duì)照，這個(gè)覆蓋的電極帶就不會(huì)受到不易擴(kuò)散的樣本如全血或大分子樣本的干擾。
圖5所示為本發(fā)明的這個(gè)例證性生物傳感器的優(yōu)選的絲網(wǎng)印刷電極系統(tǒng)。工作電極和反電極是首先通過絲網(wǎng)印刷作為導(dǎo)電線的兩個(gè)銀膏5和6，隨后將兩個(gè)導(dǎo)電炭膏1和4絲網(wǎng)印刷在絕緣底物上而制備。兩個(gè)參比電極2和3是通過在絕緣底物上絲網(wǎng)印刷兩個(gè)銀膏/氯化銀膏形成。絕緣底物可以是任何有用的絕緣材料，例如能提供電子和結(jié)構(gòu)特性的乙烯基聚合物、聚酯和聚酰亞胺。工作電極和反電極之間擴(kuò)散間隙在反應(yīng)區(qū)各處是均勻的。這些電極的計(jì)量端用于接觸儀器，參比電極的電極端被排列使得兩個(gè)前端9和10彼此的間隔分開最遠(yuǎn)，不接觸反電極和工作電極。它們居于樣本到工作電極和反電極的轉(zhuǎn)移路徑的下游。工作電極1的接觸柄與居于反電極下游的參比電極3的接觸柄形成電路。反電極4的接觸柄與居于工作電極下游的參比電極的接觸柄形成另一個(gè)電路。這兩個(gè)電路然后連接形成另一個(gè)與微處理機(jī)連接的電路。只有當(dāng)兩個(gè)電路同時(shí)關(guān)閉時(shí)，整個(gè)電路才關(guān)閉。這個(gè)電路與一個(gè)其輸入端與激發(fā)電勢(shì)連接的運(yùn)算放大器連接。當(dāng)樣本液加入后阻抗使得兩個(gè)小電路的開關(guān)關(guān)閉時(shí)，整個(gè)電路被關(guān)閉，停止了激發(fā)電勢(shì)的產(chǎn)生。在酶反應(yīng)完成后，激發(fā)電勢(shì)再一次產(chǎn)生，開始了電化學(xué)反應(yīng)。然后測量從電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電流，該電流與分析物的存在或濃度相關(guān)。
電極條的反應(yīng)區(qū)是通過用介電材料在除了設(shè)計(jì)區(qū)域和接觸柄的區(qū)域覆蓋電極形成。電極上的反應(yīng)面積限制為15mm2(＝5mm×3mm)。在反應(yīng)區(qū)內(nèi)，工作電極的表面面積是4mm2(＝2mm×2mm)，這相當(dāng)于反電極的表面面積。反應(yīng)區(qū)的兩個(gè)電極是用相同的導(dǎo)電材料制成(在這個(gè)例子中是炭膏)。圖6描述了帶有四部對(duì)角位電極的相似生物傳感器。
雖然前面描述的都與葡萄糖電子計(jì)量生物傳感器有關(guān)。但本發(fā)明廣泛應(yīng)用于酶相關(guān)系統(tǒng)例如膽固醇傳感器、酒精傳感器、乳酸傳感器，等等。如上所述，本發(fā)明的生物傳感器能快速地測量各種樣本中的特殊成分。
上述的所有實(shí)施例只是為了描述目的，不是為了限制本發(fā)明的范圍?？梢詫?duì)上面的那些描述做出許多變化。由于對(duì)上述實(shí)施例的修改和變化對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)是明顯的，因此本發(fā)明只受所附權(quán)力要求范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于液態(tài)樣本電化學(xué)分析的生物傳感器，該生物傳感器包括a)一個(gè)有第一端和第二端的絕緣底板；b)一個(gè)位于所述絕緣底板上的電極系統(tǒng)，所述電極系統(tǒng)中包括一個(gè)工作電極和一個(gè)反電極，所述工作電極和反電極有導(dǎo)電導(dǎo)線將所述電極與所述底板第一端上的電化學(xué)測量值的讀出裝置相連接，除了通向所述導(dǎo)電導(dǎo)線的一側(cè)，在所有側(cè)面所述工作電極被所述反電極包圍，所述工作電極與反電極之間有一個(gè)縫隙空間；c)一個(gè)作為所述電極系統(tǒng)一部分的反應(yīng)區(qū)，所述反應(yīng)區(qū)至少占所述工作電極、反電極、和工作電極與反電極之間縫隙空間的一部分，所述縫隙空間垂直于所述導(dǎo)電導(dǎo)線，所述反應(yīng)區(qū)在垂直于所述導(dǎo)電導(dǎo)線的方向上，是所述電極系統(tǒng)的全部橫截面，所述反應(yīng)區(qū)通過用介電材料構(gòu)成的所述層覆蓋非反應(yīng)區(qū)來限定，所述反應(yīng)區(qū)包括一種酶，該酶催化涉及被分析的分析物的反應(yīng)，或包括一種底物，該底物參與由被分析的酶催化的反應(yīng)；和d)加樣反應(yīng)室，其中所述室的底部是c)中定義的所述反應(yīng)區(qū)，所述室的頂部是一個(gè)至少覆蓋著所述反應(yīng)區(qū)的蓋子，所述頂部在所述反應(yīng)區(qū)上方有一個(gè)用于加樣的開口，所述室的與所述導(dǎo)電導(dǎo)線垂直的兩側(cè)壁是由c)中定義的所述介電材料構(gòu)成的所述層構(gòu)成，所述室的與所述導(dǎo)電導(dǎo)線平行的兩側(cè)壁是敞開的，留作通氣孔。
2.如權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其中絕緣底板包括乙烯基聚合物、聚酰亞胺、聚酯、尼龍、硝化纖維素或它們的組合。
3.如權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其中在反應(yīng)區(qū)內(nèi)工作電極和反電極是由基本上相同的材料制成。
4.如權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其中在反應(yīng)區(qū)內(nèi)工作電極與反電極之間的縫隙空間保持基本上恒定。
5.如權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其中在反應(yīng)區(qū)內(nèi)工作電極的寬度大約是反電極寬度的兩倍。
6.如權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其中在反應(yīng)區(qū)內(nèi)工作電極的表面面積與反電極的表面面積基本上相同。
7.如權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其中電極系統(tǒng)被絲網(wǎng)印刷在絕緣底板上。
8.如權(quán)利要求7所述的生物傳感器，其中工作電極和反電極含有炭膏，導(dǎo)電導(dǎo)線含有導(dǎo)電銀膏。
9.如權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其中介電材料是乙烯基聚酯、聚酰亞胺、或它們的組合。
10.如權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其中臨近第一端的介電材料的厚度基本上高于臨近第二端的介電材料的厚度。
11.如權(quán)利要求10所述的生物傳感器，其中臨近第一端的介電材料的厚度是臨近第二端的介電材料厚度的大約3倍。
12.如權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其中加樣反應(yīng)室的頂部是整個(gè)生物傳感器蓋子的相應(yīng)部分。
13.如權(quán)利要求12所述的生物傳感器，其中整個(gè)生物傳感器的蓋子是粘附于非反應(yīng)區(qū)的薄片，頂部的開口是在所述薄片上鉆開的洞。
14.如權(quán)利要求13所述的生物傳感器，其中薄片上鉆開的洞有加樣槽的弓形部分伸向反應(yīng)區(qū)，形成一個(gè)凸面，所述凸面作為樣本液進(jìn)入反應(yīng)區(qū)的通道，凸面的弓形部分對(duì)樣本液快速吸入提供了輔助推進(jìn)作用。
15.如權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其中絕緣底板是透明的，由此樣本液被加入到透明絕緣底板的反面，通過透明絕緣底板就可以監(jiān)測液態(tài)樣本的運(yùn)動(dòng)。
16.如權(quán)利要求1所述的生物傳感器，所述生物傳感器進(jìn)一步在反應(yīng)區(qū)包括電子轉(zhuǎn)移介體。
17.如權(quán)利要求16所述的生物傳感器，其中電子轉(zhuǎn)移介體選自二茂鐵和它的衍生物、鋨絡(luò)合物、四硫富瓦烯、吩嗪乙基硫酸酯、苯醌和六氰高鐵酸鹽。
18.如權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其中臨近第二端的非反應(yīng)區(qū)被分成兩個(gè)邊角部分和一個(gè)中間部分，中間部分通過如下方式成為反應(yīng)區(qū)的一部分，即或者通過不用介電材料構(gòu)成的所述層覆蓋中間部分，或者通過使兩個(gè)邊角部分的介電材料的厚度基本上高于中間部分的介電材料的厚度，由此反應(yīng)區(qū)占據(jù)一個(gè)T形區(qū)域，該區(qū)域包括與所述導(dǎo)電導(dǎo)線垂直的完全橫截面，和一個(gè)與所述導(dǎo)電導(dǎo)線平行的條狀區(qū)域，該區(qū)域從橫截面到第二端邊緣。
19.如權(quán)利要求18所述的生物傳感器，其中臨近第一端的介電材料厚度和臨近第二端的兩個(gè)邊角部分的厚度是單位厚度的大約三倍，臨近第二端的中間部分的介電材料厚度是單位厚度的大約一倍。
20.一種檢測液態(tài)樣本中分析物或酶的方法，這種方法包括a)在適當(dāng)條件下，用帶有適當(dāng)電子轉(zhuǎn)移介體的權(quán)利要求1中所述生物傳感器接觸含有或懷疑含有分析物或酶的液態(tài)樣本，從而，樣本液中的分析物，如果有的話，參與由生物傳感器反應(yīng)區(qū)含有的酶催化的反應(yīng)，或樣本液中的酶，如果有的話，催化涉及生物傳感器反應(yīng)區(qū)含有的底物的反應(yīng)，所述涉及分析物或底物的反應(yīng)，與電子轉(zhuǎn)移介體結(jié)合，導(dǎo)致產(chǎn)生能被生物傳感器檢測到的電流；b)檢測a)步驟中生成的電流，由此評(píng)價(jià)樣本液中分析物或酶的存在或數(shù)量。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中與生物傳感器接觸的液態(tài)樣本的量為大約1.5微升到大約3.0微升。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中將被檢測的分析物是葡萄糖。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中生物傳感器反應(yīng)區(qū)中所含有的酶是葡萄糖氧化酶，檢測中所用的電子轉(zhuǎn)移介體是鐵氰化鉀。
24.一種檢測液態(tài)樣本中分析物或酶的方法，這種方法包括a)在適當(dāng)條件下，用權(quán)利要求16中所述的生物傳感器接觸含有或懷疑含有分析物或酶的液態(tài)樣本，從而，樣本液中的分析物，如果有的話，參與生物傳感器反應(yīng)區(qū)含有的酶催化的反應(yīng)，或樣本液中的酶，如果有的話，催化涉及生物傳感器反應(yīng)區(qū)含有的底物的反應(yīng)，所述涉及分析物或底物的反應(yīng)，與生物傳感器反應(yīng)區(qū)攜帶的電子轉(zhuǎn)移介體結(jié)合，導(dǎo)致產(chǎn)生能被生物傳感器檢測到的電流；b)檢測a)步驟中生成的電流，由此評(píng)價(jià)樣本液中分析物或酶的存在或數(shù)量。
25.一種檢測液態(tài)樣本中分析物或酶的方法，這種方法包括a)在適當(dāng)條件下，用權(quán)利要求18中的生物傳感器接觸含有或懷疑含有分析物或酶的液態(tài)樣本，從而，樣本液中的分析物，如果有的話，參與生物傳感器反應(yīng)區(qū)含有的酶催化的反應(yīng)，或樣本液中的酶，如果有的話，催化涉及生物傳感器反應(yīng)區(qū)含有的底物的反應(yīng)，所述涉及分析物或底物的反應(yīng)，與電子轉(zhuǎn)移介體結(jié)合，導(dǎo)致產(chǎn)生能被生物傳感器檢測到的電流；b)檢測a)步驟中生成的電流，由此評(píng)價(jià)樣本液中分析物或酶的存在或數(shù)量。
26.一種用于液態(tài)樣本電化學(xué)分析的生物傳感器，所述生物傳感器包括a)一個(gè)有第一端和第二端的絕緣底板；b)一個(gè)位于所述絕緣底板上的電極系統(tǒng)，所述電極系統(tǒng)包括一個(gè)工作電極、一個(gè)反電極，和兩個(gè)參比電極，所述工作電極、反電極和參比電極有導(dǎo)電導(dǎo)線將所述電極與所述底板第一端的電化學(xué)測量值的讀出裝置相連接，所述每一個(gè)參比電極與所述工作電極或反電極成對(duì)角位，所述工作電極/反電極、工作電極/參比電極、和參比電極/參比電極之間有縫隙空間，所述工作電極和與所述工作電極成對(duì)角位的第一個(gè)參比電極構(gòu)成第一個(gè)閉合電路，所述反電極和與所述反電極成對(duì)角位的第二個(gè)參比電極構(gòu)成第二個(gè)閉合電路，所述第一個(gè)電路和第二個(gè)電路連接構(gòu)成第三個(gè)電路，這樣只有當(dāng)所述第一個(gè)和第二個(gè)電路同時(shí)關(guān)閉時(shí)所述第三個(gè)電路才關(guān)閉。
27.如權(quán)利要求26所述的生物傳感器，其中絕緣底板包括乙烯基聚合物或聚酰亞胺(polymide)、聚酯、尼龍、硝化纖維素或它們的組合。
28.如權(quán)利要求26所述的生物傳感器，其中工作電極、反電極和參比電極用基本上相同的材料制成。
29.如權(quán)利要求26所述的生物傳感器，其中參比電極與工作電極或反電極之間的間隙保持基本上恒定。
30.如權(quán)利要求26所述的生物傳感器，其中工作電極的表面面積與反電極的表面面積基本上相同。
31.如權(quán)利要求26所述的生物傳感器，其中電極系統(tǒng)被絲網(wǎng)印刷在絕緣底板上。
32.如權(quán)利要求31所述的生物傳感器，其中工作電極、反電極和參比電極含有炭膏，電極的導(dǎo)電導(dǎo)線含有導(dǎo)電銀膏。
33.如權(quán)利要求26所述的生物傳感器，其中除了通向?qū)щ妼?dǎo)線的一側(cè)，參比電極的所有側(cè)面被工作電極和反電極包圍。
34.如權(quán)利要求26所述的生物傳感器，其中參比電極被分開盡可能遠(yuǎn)的距離，既不與工作電極接觸也不與反電極接觸。
35.如權(quán)利要求26所述的生物傳感器，其中工作電極、反電極和參比電極的至少一部分和這些電極之間的間隙形成反應(yīng)區(qū)，所述反應(yīng)區(qū)含有一種催化涉及被分析的分析物的反應(yīng)的酶，或包括一種參與由被分析的酶催化的反應(yīng)的底物。
36.如權(quán)利要求35所述的生物傳感器，所述生物傳感器進(jìn)一步在反應(yīng)區(qū)包括一種電子轉(zhuǎn)移介體。
37.如權(quán)利要求35所述的生物傳感器，其中反應(yīng)區(qū)是垂直于導(dǎo)電導(dǎo)線的電極系統(tǒng)的完全橫截面，反應(yīng)區(qū)通過用介電材料構(gòu)成的所述層覆蓋非反應(yīng)區(qū)來限定，而且該生物傳感器還包括一個(gè)加樣反應(yīng)室，其中所述室的底部是反應(yīng)區(qū)，所述室的頂部是個(gè)至少覆蓋著反應(yīng)區(qū)的蓋子，所述頂部在反應(yīng)區(qū)上方有一個(gè)用于加樣的開口，垂直于所述導(dǎo)電導(dǎo)線的所述室的兩側(cè)壁是由介電材料構(gòu)成的所述層構(gòu)成，平行于所述導(dǎo)電導(dǎo)線的所述室的兩側(cè)壁是敞開的，留作通氣孔。
38.如權(quán)利要求37所述的生物傳感器，其中介電材料是乙烯基聚酯、聚酰亞胺或它們的組合。
39.如權(quán)利要求37所述的生物傳感器，其中臨近第一端的介電材料的厚度基本上高于臨近第二端的介電材料的厚度。
40.如權(quán)利要求39所述的生物傳感器，其中臨近第一端的介電材料的厚度是臨近第二端的介電材料厚度的大約三倍。
41.如權(quán)利要求37所述的生物傳感器，其中加樣反應(yīng)室的頂部是整個(gè)生物傳感器蓋子的相應(yīng)部分。
42.如權(quán)利要求41所述的生物傳感器，其中整個(gè)生物傳感器蓋子是粘附于非反應(yīng)區(qū)的薄片，頂部的開口是所述薄片上鉆開的孔。
43.如權(quán)利要求42所述的生物傳感器，其中薄片上的鉆孔有一段加樣槽的弓形部分伸向反應(yīng)區(qū)，形成凸面，所述凸面作為樣本液進(jìn)入反應(yīng)區(qū)的通道，凸面的弓形部分對(duì)樣本液快速吸入提供了輔助推進(jìn)作用。
44.如權(quán)利要求37所述的生物傳感器，其中絕緣底板是透明的，由此液態(tài)樣本被引入透明絕緣底板的反面，通過透明絕緣底板就可以監(jiān)測液態(tài)樣本的運(yùn)動(dòng)。
45.如權(quán)利要求37所述的生物傳感器，所述生物傳感器進(jìn)一步在反應(yīng)區(qū)包括一種電子轉(zhuǎn)移介體。
46.如權(quán)利要求45所述的生物傳感器，其中電子轉(zhuǎn)移介體選自二茂鐵和它的衍生物、鋨絡(luò)合物、四硫富瓦烯、吩嗪乙基硫酸酯、苯醌和六氰高鐵酸鹽。
47.如權(quán)利要求37所述的生物傳感器，其中臨近第二端的非反應(yīng)區(qū)被分成兩個(gè)邊角部分和一個(gè)中間部分，中間部分通過如下方式成為反應(yīng)區(qū)的一部分，即或者通過不用介電材料構(gòu)成的所述層覆蓋中間部分，或者通過使邊角部分的介電材料厚度基本上高于中間部分介電材料的厚度，由此反應(yīng)區(qū)就占據(jù)了一個(gè)T形區(qū)域，該區(qū)域包括垂直于所述導(dǎo)電導(dǎo)線的完全橫截面，和一個(gè)平行于導(dǎo)電導(dǎo)線的從橫截面到第二端邊緣的條狀區(qū)域。
48.如權(quán)利要求47所述的生物傳感器，其中臨近第一端的介電材料的厚度和臨近第二端的兩個(gè)邊角部分的厚度是單位厚度的大約三倍，臨近第二端的中部介電材料的厚度是單位厚度的大約一倍。
49.一種測試液態(tài)樣本中分析物或酶的方法，這種方法包括a)在適當(dāng)條件下，用帶有適宜的電子轉(zhuǎn)移介體的權(quán)利要求35中的生物傳感器接觸含有或懷疑含有分析物或酶的液態(tài)樣本，從而，樣本液中的分析物，如果有的話，參與生物傳感器反應(yīng)區(qū)含有的酶催化的反應(yīng)，或樣本液中的酶，如果有的話，催化涉及生物傳感器反應(yīng)區(qū)含有的底物的反應(yīng)，所述涉及分析物或底物的反應(yīng)，與電子轉(zhuǎn)移介體結(jié)合，導(dǎo)致產(chǎn)生能被生物傳感器檢測到的電流；b)檢測a)步驟中生成的電流，由此評(píng)價(jià)樣本液中分析物或酶的存在或數(shù)量。
50.如權(quán)利要求49所述的方法，其中與生物傳感器接觸的液態(tài)樣本的量是從大約1.5微升到大約3.0微升。
51.如權(quán)利要求49所述的方法，其中將被檢測的分析物是葡萄糖。
52.如權(quán)利要求51所述的方法，其中生物傳感器反應(yīng)區(qū)含有的酶是葡萄糖氧化酶，檢測中所用的電子轉(zhuǎn)移介體是鐵氰化鉀。
53.一種測試液態(tài)樣本中分析物或酶的方法，這種方法包括a)在適當(dāng)條件下，用權(quán)利要求36中的生物傳感器接觸含有或懷疑含有分析物或酶的液態(tài)樣本，從而，樣本液中的分析物，如果有的話，參與生物傳感器反應(yīng)區(qū)含有的酶催化的反應(yīng)，或樣本液中的酶，如果有的話，催化涉及生物傳感器反應(yīng)區(qū)含有的底物的反應(yīng)，所述涉及分析物或底物的反應(yīng)，與生物傳感器反應(yīng)區(qū)攜帶的電子轉(zhuǎn)移介體結(jié)合，導(dǎo)致產(chǎn)生能被生物傳感器檢測到的電流；b)檢測a)步驟中生成的電流，由此評(píng)價(jià)樣本液中分析物或酶的存在或數(shù)量。
54.一種測試液態(tài)樣本中分析物或酶的方法，這種方法包括a)在適當(dāng)條件下，用帶有適宜的電子轉(zhuǎn)移介質(zhì)的權(quán)利要求37中的生物傳感器接觸含有或懷疑含有分析物或酶的液態(tài)樣本，從而，樣本液中的分析物，如果有的話，參與生物傳感器反應(yīng)區(qū)含有的酶催化的反應(yīng)，或樣本液中的酶，如果有的話，催化涉及生物傳感器反應(yīng)區(qū)含有的底物的反應(yīng)，所述涉及分析物或底物的反應(yīng)，與電子轉(zhuǎn)移介體結(jié)合，導(dǎo)致產(chǎn)生能被生物傳感器檢測到的電流；b)檢測a)步驟中生成的電流，由此評(píng)價(jià)樣本液中分析物或酶的存在或數(shù)量。
55.一種測試液態(tài)樣本中分析物或酶的方法，這種方法包括a)在適當(dāng)條件下，用帶有適宜的電子轉(zhuǎn)移介體的權(quán)利要求47中的生物傳感器接觸含有或懷疑含有分析物或酶的液態(tài)樣本，從而，樣本液中的分析物，如果有的話，參與生物傳感器反應(yīng)區(qū)含有的酶催化的反應(yīng)，或樣本液中的酶，如果有的話，催化涉及生物傳感器反應(yīng)區(qū)含有的底物的反應(yīng)，所述涉及分析物或底物的反應(yīng)，與電子轉(zhuǎn)移介體結(jié)合，導(dǎo)致產(chǎn)生能被生物傳感器檢測到的電流；b)檢測a)步驟中生成的電流，由此評(píng)價(jià)樣本液中分析物或酶的存在或數(shù)量。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有改善的加樣和測試性能的生物傳感器，以及涉及這些生物傳感器在液態(tài)樣本中檢測分析物或酶的用途，更優(yōu)選地是定量測定分析物或酶的用途。尤其是，本發(fā)明提供了一種具有加樣反應(yīng)室的生物傳感器，這促進(jìn)了加樣的速度和一致性，特別是通過毛細(xì)管流的小劑量加樣。本發(fā)明還提供了具有倍增電路的生物傳感器，這導(dǎo)致改善了測試濃度和精確度。進(jìn)一步提供了用該生物傳感器測試分析物或酶的方法。
文檔編號(hào)C12Q1/00GK1492998SQ01822967
公開日2004年4月28日 申請(qǐng)日期2001年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月4日
發(fā)明者L·金波, H·湯玉, L 金波 申請(qǐng)人:臺(tái)欣生物科技研發(fā)股份有限公司