專利名稱：葡萄糖條形傳感器和采用該葡萄糖條形傳感器檢測葡萄糖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可自由使用的，用于快速、方便地檢測血糖濃度的葡萄糖條形傳感器以及采用該葡萄糖條形傳感器檢測葡萄糖的方法。
背景技術(shù)：
無論是對于那些需要控制其糖分?jǐn)z入量的糖尿病患者，還是對于糖尿病的早期檢測和診斷，血糖濃度的測量都是十分重要的。基于這個目的，提出了許多簡易、方便的測量血糖濃度的方法。
目前的葡萄糖測量方法主要是依據(jù)葡萄糖氧化酶和過氧化物酶氧化葡萄糖的原理進(jìn)行的。這些方法也采用鄰聯(lián)甲苯胺或基于聯(lián)苯胺的混合物作為指示劑即發(fā)色體。根據(jù)這些方法，觀察因葡萄糖氧化引起的指示劑的顏色變化，以測量血糖的濃度。
例如，這些技術(shù)在美國專利USP 3,061,523和日本公開特許公報(bào)特開昭50-39558中都有公開。在這些參考文獻(xiàn)中公開了一種葡萄糖測試條。為了制備該葡萄糖測試條，首先制備一種溶液，其成分包括葡萄糖氧化酶和過氧化物酶作為反應(yīng)酶；檸檬酸緩沖液維持6.0的pH；明膠，海藻酸，聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇作為穩(wěn)定劑；以及鄰聯(lián)甲苯胺，聯(lián)苯胺，3-氨基丙基對脲苯基胂酸，和2，7-二胺基熒光素作為發(fā)色體。用該溶液浸滲作為載體的具有所需厚度和尺寸的纖維素紙，然后干燥，即獲得測試條。同樣，韓國專利公開文本No.85-1297也公開了一種制備葡萄糖測試條的方法，該測試方法利用了使用葡萄糖氧化酶和過氧化物酶的酶測量基本原理。當(dāng)采用上述的葡萄糖測試條來測量血糖濃度時，由于測量值是基于測試條顏色的變化，因此很難精確地測量血糖濃度。
為了解決上述問題，提出了各種采用電化學(xué)方法來測量葡萄糖濃度的技術(shù)。這類電化學(xué)方法使得測量血糖濃度的精確度提高成為可能，而縮短測量時間，并實(shí)現(xiàn)方便測量。由于上述優(yōu)點(diǎn)，采用電化學(xué)方法測量葡萄糖濃度的方法有了較大的發(fā)展。
現(xiàn)在，將描述基于電化學(xué)方法的葡萄糖測量傳感器的工作原理。當(dāng)將血樣置于葡萄糖測量傳感器的反應(yīng)層時，血樣中所含的葡萄糖將被反應(yīng)層中含有的葡萄糖氧化酶氧化。這時，葡萄糖氧化酶被還原。然后，被還原的葡萄糖氧化酶進(jìn)一步被電子受體氧化，由此，電子受體被還原。被還原的電子受體在施有所需電壓的電極表面提供電子。結(jié)果，電子受體將由于電化學(xué)作用而再次被氧化。因此，血樣中的葡萄糖濃度將與電子受體氧化過程中產(chǎn)生的電流量成比例。因此，可以通過測量電流量來測量葡萄糖的濃度。
上述葡萄糖測量傳感器的例子公開在日本公開特許公報(bào)61-294351中。該傳感器描述于圖1中。如圖1所示，由碳或類似材料制成的工作電極和反電極采用篩網(wǎng)印花技術(shù)形成于基底111上。同時，絕緣體115也形成于基底111上，并允許電極被部分暴露。含有反應(yīng)物質(zhì)例如葡萄糖氧化酶和電子受體的多孔反應(yīng)層117也被置于絕緣體115之上。為了牢固地固定多孔反應(yīng)層117，絕緣體115上還安排有固定架116和蓋118。在圖1中，附圖標(biāo)記112，113，和114表示工作電極和反電極，附圖標(biāo)記112’，113’，和114’則表示工作電極和反電極的暴露部分。這些電極和電極部分組成了電極系統(tǒng)。當(dāng)血樣滴于多孔反應(yīng)層117上時，上述結(jié)構(gòu)的葡萄糖測量傳感器即可測量血樣中的葡萄糖濃度。
然而，上述葡萄糖測量傳感器中反應(yīng)層117吸收的血樣量會根據(jù)滴于反應(yīng)層117上的血樣量的變化而改變。因此，由于反應(yīng)層117吸收的血樣量的變化，會造成測量誤差。
為了解決這個問題，又開發(fā)出一種生物傳感器。美國專利USP5,120,420公開了這種生物傳感器的例子，并示于圖2。如圖2所示，這種生物傳感器包括一由聚乙烯對苯二酸酯制成的非導(dǎo)電性基底211。銀采用篩網(wǎng)印花技術(shù)印于非導(dǎo)電性基底211上從而制成導(dǎo)線212，213。包含樹脂粘結(jié)劑的導(dǎo)電性碳糊被印刷在導(dǎo)線212和213上，從而形成工作電極214和反電極215。然后印刷絕緣體216以允許電極214和215被部分暴露。將0.5％的羧甲基纖維素(CMC)水溶液鋪敷于電極214和215上，干燥后形成CMC層。將含有葡萄糖氧化酶(GOD)作為酶成分的磷酸緩沖液混合溶液鋪敷于CMC層上，干燥后形成由CMC-GOD層組成的主反應(yīng)層。然后將樹脂板217和蓋219附于上述結(jié)構(gòu)上而形成腔(space)218。在圖2中，附圖標(biāo)記220表示樣品加樣口，標(biāo)記221則表示流出口。
在上述結(jié)構(gòu)的生物傳感器中，當(dāng)樣品溶液接觸樣品加樣口220時，由于毛細(xì)現(xiàn)象，樣品溶液被引入腔218中，從而充滿腔218。同時，存在于腔218中的空氣通過與加樣口220相對形成或在蓋219上形成的流出口221從腔218中排出。
當(dāng)流出口221位于生物傳感器的上表面時，由于操作者無意的接觸流出口221，會出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)誤差。由于這一原因，操作此生物傳感器存在著不便。此外，操作者僅憑肉眼來檢驗(yàn)是否有足夠的樣品溶液加入生物傳感器。因此，即使在生物傳感器中充入的樣品量不足的情況下，測量也可以進(jìn)行。然而，在這種情況下，檢測的葡萄糖水平將會錯誤地低于實(shí)際的葡萄糖濃度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明充分考慮了傳統(tǒng)葡萄糖測量傳感器中存在的上述問題；同時，本發(fā)明的目的是提供一種葡萄糖條形傳感器，其包括位于傳感器前部的樣品加樣口，和分別位于傳感器的相對的二個側(cè)部的流出口，從而可以實(shí)現(xiàn)方便地操作該傳感器，同時，該傳感器中還包括一校驗(yàn)電極，該校驗(yàn)電極單獨(dú)或與反電極一起用于測定傳感器中引入的血液樣品量是否足夠，從而能夠?qū)崿F(xiàn)葡萄糖的精確測量；還提供一種采用該葡萄糖條形傳感器測量葡萄糖的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種葡萄糖條形傳感器，其包括非導(dǎo)電性的基底；位于所述基底上的導(dǎo)線區(qū)(1ead section)，該導(dǎo)線區(qū)包括導(dǎo)線和導(dǎo)線末端；形成在所述導(dǎo)線區(qū)上并在其上表面提供有反應(yīng)層的電極區(qū)(electrodesection)，該電極區(qū)包括工作電極，反電極，和校驗(yàn)電極；樹脂板，用于在所述電極區(qū)上方形成用于接收血樣的腔(space)；形成在所述樹脂板上的蓋；用于將血樣加入到所述腔中的樣品加樣口；和用于將腔中空氣排出的流出口；其中所述電極區(qū)進(jìn)一步包括至少一個校驗(yàn)電極，用于檢測血樣是否完全引入到所述腔中；和所述導(dǎo)線區(qū)進(jìn)一步包括用于校驗(yàn)電極的導(dǎo)線和導(dǎo)線末端。
所述樣品加樣口可以位于傳感器的前部，所述流出口分別位于傳感器的相對的二個側(cè)部。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種檢測葡萄糖的方法，該方法包括檢測葡萄糖條形傳感器中所包含的反電極和校驗(yàn)電極之間或校驗(yàn)電極與另一校驗(yàn)電極之間是否建立了電連接，由此確定引入腔的血樣量是否足夠；如果確定有足夠量的血樣引入到腔中，則采用已知的方法測量血樣中的葡萄糖濃度。


通過下列結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，將更清楚地理解本發(fā)明的上述和其他目的、特征和其他優(yōu)點(diǎn)，其中圖1為分解透視圖，展示了傳統(tǒng)的樣品滴入式葡萄糖測試條；圖2為分解透視圖，展示了利用毛細(xì)現(xiàn)象的傳統(tǒng)葡萄糖測試生物傳感器；
圖3為分解透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的葡萄糖條形傳感器；圖4為圖3所示的葡萄糖條形傳感器的剖視圖；圖5為圖3所示的葡萄糖條形傳感器的組裝透視圖；圖6為透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明的葡萄糖條形傳感器的一種電極排列方式；圖7為透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明的葡萄糖條形傳感器的另一種電極排列方式；和圖8為曲線圖，描繪了根據(jù)本發(fā)明的葡萄糖條形傳感器產(chǎn)生的信號與葡萄糖濃度的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
圖3為一分解透視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的葡萄糖條形傳感器。圖4為圖3所示的葡萄糖條形傳感器的剖視圖。圖5為圖3所示的葡萄糖條形傳感器的組裝透視圖。
如圖3至5所示，所述葡萄糖條形傳感器包括非導(dǎo)電性基底10，形成于所述基底10上的由銀墨或銀和氯化銀混合墨形成的導(dǎo)線區(qū)20，以及形成于所述導(dǎo)線區(qū)20上的電極區(qū)30。導(dǎo)線區(qū)20包括導(dǎo)線21和導(dǎo)線末端22，而電極區(qū)30則包括工作電極31，反電極32，和校驗(yàn)電極33。該葡萄糖條形傳感器還包括涂覆于導(dǎo)線區(qū)20和電極區(qū)30上的絕緣層40，該絕緣層允許導(dǎo)線區(qū)20和電極區(qū)30部分暴露；形成在電極區(qū)30的暴露部分上的反應(yīng)層50；形成在形成反應(yīng)層50之后所得的結(jié)構(gòu)上的樹脂板60；和形成在所述樹脂板60上的蓋70。樹脂板60限定形成腔63，樣品加樣口61，和流出口62。樣品加樣口61位于所述葡萄糖條形傳感器的前部，而流出口62分別位于葡萄糖條形傳感器的相對的二個側(cè)部。
本發(fā)明的葡萄糖條形傳感器其特征在于，除了工作電極31和反電極32之外，它還包括用于檢測樣品是否被完全引入傳感器的校驗(yàn)電極33。本發(fā)明的葡萄糖條形傳感器其特征還在于，其樣品加樣口61位于所述葡萄糖條形傳感器的前部，而流出口62則分別位于葡萄糖條形傳感器的相對的二個側(cè)部。
現(xiàn)在，將詳細(xì)描述具有上述結(jié)構(gòu)的葡萄糖條形傳感器的制造。
首先，制備基底10。對于基底10，可采用聚合物基底，其由非導(dǎo)電性材料例如聚乙烯對苯二酸酯、聚氯乙烯樹脂、或聚碳酸酯樹脂制成。該基底10優(yōu)選由聚乙烯對苯二酸酯制成。
然后，在基底10上形成導(dǎo)線區(qū)20。正如上文所述，導(dǎo)線區(qū)20包括導(dǎo)線21和導(dǎo)線末端22。導(dǎo)線區(qū)20可以采用公知的篩網(wǎng)印花方法制成。根據(jù)本發(fā)明，導(dǎo)線區(qū)20是采用篩網(wǎng)印花方法將銀墨或銀和氯化銀混合墨印于基底10上而形成的。
在形成導(dǎo)線區(qū)20之后，在該導(dǎo)線區(qū)20上形成電極區(qū)30。根據(jù)本發(fā)明，該電極區(qū)30除了包括工作電極31和反電極32之外，還包括校驗(yàn)電極33。雖然只圖示了一個校驗(yàn)電極33，但電極區(qū)30還可以包括兩個或更多的校驗(yàn)電極。當(dāng)校驗(yàn)電極33按如圖6所示的方式排列時，則檢驗(yàn)校驗(yàn)電極33與反電極32之間是否存在電連接。根據(jù)該檢驗(yàn)結(jié)果，可以確定傳感器中是否充滿了足夠數(shù)量的血樣。因此，血樣中的葡萄糖濃度可以被精確地測量。
在校驗(yàn)電極33a顯示有足夠量的血液引入傳感器的情況下，校驗(yàn)電極33也可以行使和反電極32相同的功能，因?yàn)樾ｒ?yàn)電極33與反電極32間存在電連接。在這種情況下，獲得了增大的反電極面積。由于反電極面積的增大，當(dāng)測量工作電極和反電極間的電流量時，可以提高葡萄糖測量信號的靈敏度。組成電極區(qū)30的工作電極31和反電極32，可以采用公知方法制備?？刹捎门c制備反電極32相同的方法制備校驗(yàn)電極33。如上文所述，電極區(qū)30優(yōu)選利用導(dǎo)電性碳墨，按照篩網(wǎng)印花技術(shù)制備。
在形成了電極區(qū)30后所獲得的結(jié)構(gòu)的上表面，采用篩網(wǎng)印花技術(shù)使絕緣材料在其表面形成絕緣層40，以使導(dǎo)線區(qū)20絕緣，并部分地暴露電極區(qū)30。對于絕緣材料來說，可以采用非導(dǎo)電性的篩網(wǎng)印花墨或絕緣墨。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選采用絕緣性的篩網(wǎng)印花墨。其后，則進(jìn)行反應(yīng)層50的制備，并使反應(yīng)層50覆蓋于電極區(qū)30暴露的部分上。反應(yīng)層50是由一種包括水凝膠和葡萄糖氧化酶(GOD)作為主要成分的材料制成的。具體地，反應(yīng)層50的形成是通過分別按所需比例將水凝膠、GOD和穩(wěn)定劑在緩沖液中混合制備混合溶液，將該混合溶液分散于電極區(qū)30的表面，然后將其置于保溫箱中使分散的溶液干燥而獲得。
在形成包括水凝膠和GOD作為主要成分的反應(yīng)層50后獲得的結(jié)構(gòu)上，安置樹脂板60，以限定腔63。而且，樹脂板60限定傳感器前部的樣品加樣口61和傳感器側(cè)部的流出口62。由于樣品加樣口61和流出口62分別位于傳感器的前部和側(cè)部，因此與傳統(tǒng)的樣品加樣口位于上表面的傳感器相比，本發(fā)明的傳感器更容易操作。
最后采用公知技術(shù)將蓋70安置于樹脂板60上。這樣，就完成了本發(fā)明的葡萄糖條形傳感器的制備。
由于具有上述結(jié)構(gòu)的葡萄糖條形傳感器包括校驗(yàn)電極33，它可以用于檢測校驗(yàn)電極33和反電極32間是否存在電連接，由此可以確定傳感器中是否存在足夠數(shù)量的血液樣品。因此，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于測量葡萄糖濃度的精確度得到了提高。此外，當(dāng)在反電極32和校驗(yàn)電極33間存在電連接的情況下，利用電導(dǎo)方法測量該二電極間的電流量時，其優(yōu)點(diǎn)在于獲得的葡萄糖測定信號的靈敏度提高。由于樣品加樣口61和流出口62分別位于傳感器的前部和側(cè)部，因此，可以方便地操作傳感器。
在圖3的例子中，工作電極31、反電極32和校驗(yàn)電極33是按如下方式排列的反電極32和校驗(yàn)電極33分別排列于工作電極31的前后兩邊。但是，也可以采用其他的排列方式。
例如，反電極32可位于樣品加樣口61附近，而校驗(yàn)電極33可位于流出口62附近，如圖6所示。在此情況下，在傳感器的腔63完全充滿血液樣品的情況下，校驗(yàn)電極33與反電極32電連接。因此，即使是在腔體積增大的情況下，也可以精確地檢驗(yàn)傳感器中的腔是否完全被血液樣品充滿。
還可以采用如圖7所示的排列方式，使校驗(yàn)電極33靠近樣品加樣口61，而反電極32則排列于工作電極31后部。
采用如圖6或7中所示的校驗(yàn)電極排列方式，可以精確地測量傳感器中引入的血液樣品量是否足夠。因此，能減少測量誤差。
現(xiàn)在，將詳細(xì)描述具有本發(fā)明結(jié)構(gòu)的葡萄糖條形傳感器的操作。當(dāng)血液樣品接觸到傳感器樣品加樣口61時，由于毛細(xì)現(xiàn)象的作用，血液樣品進(jìn)入傳感器的腔63，并充滿腔63。同時，存在于腔63中的空氣也通過分別位于傳感器二個側(cè)部的流出口62而從腔63中排出。其后，在希望測量葡萄糖濃度之前，檢驗(yàn)是否有足夠的血液樣品進(jìn)入腔63。也就是，檢驗(yàn)反電極32與校驗(yàn)電極33間是否建立了電連接。
填充于傳感器的腔63中的血液樣品浸滲入反應(yīng)層50。浸滲的血樣中的葡萄糖與反應(yīng)層50中所含的GOD進(jìn)行酶促反應(yīng)，從而使葡萄糖被氧化。同時，GOD被還原。被還原的GOD進(jìn)一步與反應(yīng)層50中所含的電子受體反應(yīng)，從而被氧化；而被氧化了的GOD則與剩下的還未被氧化的葡萄糖發(fā)生反應(yīng)。被還原的電子受體遷移至施有約0.6伏電壓的工作電極31的表面，從而將電子供給至其表面。同時，該電子受體被再次氧化，從而能再次參與上述反應(yīng)。在電子受體氧化過程中產(chǎn)生的電流量與血樣中的葡萄糖濃度成比例。因此，可以通過測量工作電極31和反電極32間的電流量來定量得出血樣中的葡萄糖濃度。
進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以便鑒定在由本發(fā)明的葡萄糖條形傳感器測量的葡萄糖濃度與通過自動葡萄糖分析儀測定的葡萄糖濃度間建立的對應(yīng)關(guān)系，該實(shí)驗(yàn)如下進(jìn)行首先，通過將所需量的葡萄糖溶于緩沖溶液中制備血液樣品。然后，采用自動葡萄糖分析儀測量血樣中的葡萄糖濃度，該葡萄糖自動分析儀由YSIInc.公司制造，型號為YSI 2300 STAT PLUS。接著，采用本發(fā)明中的葡萄糖條形傳感器測量與所測的葡萄糖濃度對應(yīng)的信號強(qiáng)度。測量的葡萄糖濃度和測量的信號強(qiáng)度間的對應(yīng)關(guān)系如圖8所示。對于每一種葡萄糖濃度，均重復(fù)6次測量。
參考圖8，可以看出測量的葡萄糖濃度與測量的信號強(qiáng)度之間的關(guān)系在臨床顯著的葡萄糖濃度范圍內(nèi)，也就是葡萄糖濃度為50到600mg/dL的范圍內(nèi)建立了很好的對應(yīng)關(guān)系。
從上述描述可明顯看出，本發(fā)明提供的葡萄糖條形傳感器在包括工作電極和反電極的電極區(qū)中還另外包括一校驗(yàn)電極。在測量傳感器中引入的血樣的葡萄糖濃度時，該校驗(yàn)電極起著檢驗(yàn)其是否與反電極間存在電連接的作用。根據(jù)該檢測結(jié)果，可以確定是否有足夠量的血樣充入傳感器。因此，可以準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)葡萄糖濃度的測量。此外，當(dāng)在校驗(yàn)電極與反電極間存在電連接的情況下，利用電導(dǎo)方法測量校驗(yàn)電極與反電極間的電流量，其優(yōu)點(diǎn)在于可以獲得提高的葡萄糖測量信號的靈敏度。
根據(jù)本發(fā)明，葡萄糖條形傳感器還包括一位于傳感器前部的樣品加樣口，和分別位于傳感器相應(yīng)側(cè)部的流出口。因此，可方便地操作該傳感器。
雖然，為了說明的目的而公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在不偏離權(quán)利要求中所公開的本發(fā)明的范圍和精神的情況下可以有各種改進(jìn)、添加和替換。
權(quán)利要求
1.一種葡萄糖條形傳感器，其包括非導(dǎo)電性的基底；位于所述基底上的導(dǎo)線區(qū)，該導(dǎo)線區(qū)包括導(dǎo)線和導(dǎo)線末端；形成在所述導(dǎo)線區(qū)上并在其上表面提供有反應(yīng)層的電極區(qū)，該電極區(qū)包括工作電極，反電極，和校驗(yàn)電極；樹脂板，用于在所述電極區(qū)上方形成用于接收血樣的腔；形成在所述樹脂板上的蓋；用于將血樣加入到所述腔中的樣品加樣口；和用于將腔中空氣排出的流出口；其中所述電極區(qū)進(jìn)一步包括至少一個校驗(yàn)電極，用于檢測血樣是否完全引入到所述腔中；和所述導(dǎo)線區(qū)進(jìn)一步包括用于校驗(yàn)電極的導(dǎo)線和導(dǎo)線末端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的葡萄糖條形傳感器，其中所述樣品加樣口設(shè)置于傳感器的前部，所述流出口分別設(shè)置于傳感器的相對的二個側(cè)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的葡萄糖條形傳感器，其中所述反電極設(shè)置于樣品加樣口附近，所述校驗(yàn)電極位于工作電極后部；或者所述校驗(yàn)電極設(shè)置于樣品加樣口附近，所述反電極設(shè)置于工作電極后部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的葡萄糖條形傳感器，其中所述反電極設(shè)置于樣品加樣口處，而所述校驗(yàn)電極設(shè)置于任一流出口處；或者所述反電極位于任一流出口處，而所述校驗(yàn)電極設(shè)置于樣品加樣口處。
5.一種檢測葡萄糖的方法，其包括下列步驟將血液樣品引入權(quán)利要求1或2所述的葡萄糖條形傳感器；檢驗(yàn)葡萄糖條形傳感器的反電極和校驗(yàn)電極之間或校驗(yàn)電極與另一校驗(yàn)電極之間是否建立了電連接，從而確定是否有足夠量的血液樣品被引入到所述腔中；如果確定有足夠量的血液樣品被引入所述腔，則根據(jù)已知方法檢測血液樣品中的葡萄糖濃度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可自由使用的、用于快速、方便地測量血樣中的葡萄糖濃度的葡萄糖條形傳感器，以及一種采用該葡萄糖條形傳感器測量葡萄糖濃度的方法。在所述的葡萄糖條形傳感器中，包含工作電極(31)和反電極(32)的電極區(qū)(30)還另外包括至少一個校驗(yàn)電極(33)。該校驗(yàn)電極(33)在測量傳感器中的血樣的葡萄糖濃度時用于檢測其是否與反電極(32)電連接。如果提供有兩個校驗(yàn)電極，則可以檢測這些校驗(yàn)電極之間是否存在電連接。根據(jù)檢測結(jié)果，可以確定是否有足夠量的血液樣品充入傳感器。因此，可以精確地實(shí)現(xiàn)葡萄糖濃度的測量。
文檔編號G01N33/487GK1527938SQ01823449
公開日2004年9月8日 申請日期2001年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月7日
發(fā)明者裴柄宇, 姜秉秀, 樸成基, 李星東, 權(quán)美重 申請人:因福皮亞有限公司