[发明专利]有亲水聚合物覆盖的覆盖膜层的酶传感器

说明书

发明领域

本发明涉及改进的酶传感器，其包含多孔聚合物材料的覆盖膜层，亲水性聚合物覆盖的多孔聚合材料至少一面的外层表面和孔口。

发明背景

酶传感器为检测前在传感器中，将测量的化学物质(分析物)经过酶催化反应的传感器。在分析物和酶(对于酶，分析物为底物)之间的反应，或酶的级联，产生了次生物质，其浓度(在理想条件下)与分析物的浓度成比例或者相同。随后，通过传感器检测次生物质的浓度，如电极方法。

酶传感器的酶通常包含在适合与流体样品接触的传感器膜中。最通常的，酶包含在传感器膜的隔开的酶层中，其通过覆盖膜与流体样品分离。因此，分析物在通过传感器的覆盖膜扩散后，与酶接触，随后，酶/分析物反应发生，并且随后次生物质扩散入传感器的检测部分，如，电极，以产生与分析物浓度相关的响应。

在酶传感器中，一方面，覆盖膜应该有合适的空隙，以便分析物以可控的方式从流体样品中扩散至酶层，即，对分析物的扩散阻力应该为优选的，以便分析物至次生物质的转变仅受分析物浓度的限制。

另一方面，覆盖膜两边均应该不渗透或大体上不渗透蛋白质，并且特别的，不渗透酶层的酶，以避免将酶漏入流体样品。

对于酶传感器有用的多孔覆盖膜包括径迹蚀刻的膜(即，膜分离处，原子轰击产生通透孔，然后蚀刻)和有扭曲孔的溶剂铸造膜(即，由连接的孔池形成的孔)。后者可以通过铸造溶解在溶剂中的物质作为分离薄膜或原位而制备，其中物质可包含能易于大量洗出从而形成孔的化合物。

常规上，有径迹蚀刻的覆盖膜的基于酶的传感器具有几点问题，其涉及大分子(即，分子量大于约1,000道尔顿)可透过其孔而扩散。

图4A和4B表明对于基于酶的传感器，有大的径迹蚀刻的孔的覆盖膜存在的问题。可以看出酶(25)如何迁移进入多孔覆盖膜(26)的孔中。改变填充程度(27)导致灵敏度的改变。例如，通过如酶穿透入覆盖膜(28)之外，或因为高和低水平样品中的分析物被两种不同的酶群所降解(在低分析物水平(33)的活性酶和在高分析物水平(32)的活性酶)可破坏传感器线性。样品方面，血蛋白(31)能够进入孔并沉淀在孔壁上，由此降低分析物的扩散系数，因此当测量血样品时传感器灵敏度降低。此外，仅仅在孔中存在的血蛋白可能导致血偏移。还有一个问题涉及在酶层中分析物的分布，特别是当使用径迹蚀刻的膜时。

如果来自于下酶层的活性酶可以迁移入或通过多孔覆盖膜，其可能导致不同的问题。首先，通过覆盖膜(29)的酶的丧失导致传感器装置寿命的减少。第二，如果酶迁移入膜孔(27)，其将导致改变传感器对传感器的灵敏度。此外，传感器的灵敏度还易于在开始的几天中变化，直到沉淀/溶解达到平衡。这些改变是不需要的，因为其导致传感器性能的改变。如果酶在膜外面(28)沉淀，酶将能够在流体样品中执行酶的作用。然而，在这种情况下，转化为次生物质(如，H₂O₂)的分析物(即，葡萄糖，乳酸，肌酸，肌酸肝)的量对于起始分析物浓度不呈线性相关，这由于如Km和其它可能的底物(如，O₂)浓度等其它因素，也影响转化效率。

如果来自于流体样品中的蛋白质(如，血蛋白)能够经过覆盖膜的孔(31)，蛋白质将保留在孔的流体柱中，并因此对于分析物进入酶层，降低面积并增加扩散长度。因此，随着蛋白含量改变，传感器对于流体样品的分析物的灵敏度改变。这种现象涉及血偏移(blood bias)，其是由占据覆盖膜孔的血成分所导致的，由此在覆盖膜孔中提供了一个较高(但变化的)有效的扩散阻力，并且因此在酶膜孔中也是这样。

然而，如果孔表面不是全部为血兼容性的，那么蛋白质会在膜表面，包括孔内面(30)沉淀，并导致分析物扩散通入酶层的面积的逐渐减小(逐渐减小的有效孔径)。这种现象涉及血漂移(blood drift)，其是由沉淀在孔内面的血成分(特别是蛋白质和脂质)所导致的，并且因此降低灵敏度。

这些作用(血偏移和血漂移)在血液分析仪中对于传感器来说都是特别不理想的，因为已知的酶传感器通常用水性流体校正，然而它们要测量血液样品。

常规的溶剂铸造膜也可导致上述类型的问题，如传感器可变性、线性、在酶层不令人满意的分析物分布等。

此外，理想的是使用有效的酶传感器清洗溶液，特别是包含蛋白酶(如，枯草杆菌蛋白酶)的清洗溶液。这种蛋白酶不能渗透入酶层，这点也很重要。

US 4,919,767公开了一种酶传感器，其包含一个酶层和一个充满流体的多孔材料的液膜，其具有在拒绝其它样品物质的同时，使分析物通过的能力。