[发明专利]氧化还原介体

说明书

本发明涉及新的钌或锇配合物以及它们在生物传感器中的应用。具体 地，本发明涉及处于钌(III)状态的钌配合物作为氧化还原介体的应用，所 述钌配合物在含钌种上具有少于3+的总电荷。

生物传感器是将生化识别组分或传感元件与物理转换器结合的分析工 具。它们在不同的领域例如个人健康监测、环境筛选与监测、生物过程监 测中，以及在食品和饮料工业中具有广泛的应用。

生物传感元件可以是酶、抗体、DNA序列乃至微生物。该生化组分用 于选择性地催化反应或促进结合作用(event)。生化识别作用的选择性允许 了生物传感器在复杂的样品基质即体液中的操作。转换器将生化作用转变 成可测量的信号，从而提供了用于检测它的手段。可测量的作用的范围从 归因于酶反应的产物/底物的生产和消耗的光谱变化到生化络合时的质量 变化。

通常，转换器具有许多形式，并且它们指示要测量的物化参数。因而， 转换器可以是基于光学的，测量例如光学吸收、荧光或折射率的变化。它 可以是质量基的，测量伴随生物驱动的结合反应的质量变化。另外，它可 以是热基的(测量焓(热)的变化)，或是伴随分析物/生物-识别层相互作用的 电流分析或阻抗(测量电性质的变化)的。

生物传感器提供了分布式测量的方便和便利，即，使化验达到现场护 理(the point of concern or care)的潜在能力。通过适当地设计和制造，可以 便利地大规模生产生物传感器器件。然而，存在着许多对于生物传感器的 使用的限制。这些包括转换器对污垢(foulant)和干扰的易损性。

酶基生物传感器广泛地用于临床、环境、农业和生物技术应用中的分 析物的检测。可以在人的体液的临床化验中测量的分析物包括，例如，葡 萄糖、乳酸、胆固醇、胆红素和氨基酸。生物流体例如血液中的这些分析 物的水平对于疾病的诊断和监测是重要的。

提供可以通常用于酶基系统的传感器作为现场护理的(point of care)或 无处方可销售的(over the counter)装置。它们可以用于试验新鲜的未修饰的 指刺(finger prick)全血样品，在将该样品加入到装置中的1至2分钟(注： 此时间不固定，而是可以显著变化)之内，确定总胆固醇、甘油三酯、HDL 和LDL的浓度。已经在临床上证明以组合方式的这4个参数提供了对成 人心脏病的风险的非常良好的适应证。众所周知，高胆固醇是无症状的， 因而推荐每一个成人应当进行试验，以估计他们的风险。如果发现他们的 风险高，则可以通过单独地饮食，或饮食与治疗药物相结合的正确处理而 显著降低。

在这样的酶基生物传感器的一个实例中，采用电化学化验来检测所讨 论的分析物。利用了介体的氧化态的变化，所述介体同与待测定的分析物 反应的酶相互作用。对介体的氧化态进行选择，使得它在加入底物时，仅 处于将与酶相互作用的状态。分析物通过酶与化学计量浓度的介体反应。 这引起介体被氧化或还原(取决于酶反应)，并且在介体水平上的此变化可 以通过测定在给定的电位下产生的电流来测量。

电化学化验典型地在具有两个或三个电极的电池中进行，其包括至少 一个测量或工作电极和一个参比电极。在3个电极的系统中，第3个电极 是对-电极。在2个电极的系统中，参比电极还起对-电极的作用。电极通 过电路例如恒电位仪连接。测量或工作电极是碳或金属导体。在电流通过 工作电极时，氧化还原酶被电氧化或电还原。所述酶对于待测定的分析物 或对于分析物的产物是特异性的。酶的转换率典型地与试验溶液中的酶本 身或它的产物的浓度有关(优选但非必要线性相关)。

酶的电氧化或电还原经常由存在于溶液中或电极上的氧化还原介体所 促进。氧化还原介体通常帮助工作电极和酶之间的电通信(electrical communication)。氧化还原介体可以被溶解在与电极电解接触的待分析的 流体中。在酶对于需要的分析物或它的产物是催化特异性的情况下，可以 例如通过用包含氧化还原介体和所述酶的膜涂覆电极而制造有用的器件。 在水中可溶或不溶的扩散氧化还原介体，通过在例如酶和电极之间往返运 送电子而起作用。在任意情况下，当酶的底物被电氧化时，氧化还原介体 将电子从底物还原的酶运送到电极；当底物被电还原时，氧化还原介体将 电子从电极运送到底物氧化的酶。