[发明专利]新的硼酸酯络合物及其在葡萄糖传感器中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及新的硼酸酯络合物及其在葡萄糖传感器中的应用。

背景技术

可靠的个人葡萄糖监测仪对于糖尿病人来说是很重要的。目前，血糖的测定通过使用手持式装置完成，这需要进行血糖水平的侵入性针刺取样。这些测试引起疼痛且不方便，需要每天进行多次，不会提供连续的测量，并且具有遗漏重要的葡萄糖水平波动的风险。

永久地与组织液接触的皮下可植入传感器，或者测量泪液中葡萄糖水平的接触镜传感器可用于进行非侵入性的血糖监测。目前用于侵入性血糖监测的利用葡萄糖氧化酶的基于酶的系统不可能适用于此目的。它们的成本偏高，稳定性不够并且不具有可灭菌性，这些都使它们在体内的应用变得复杂。因此，需要具有类似于基于酶的系统的选择性和特异性的葡萄糖响应装置，同时提供更耐用和可灭菌的检测系统。

硼酸是弱的路易斯酸；缺电子的硼原子以不带电的平面三角形存在，或者当与强碱，例如氢氧化物作用时，以带电的四面体形式存在。这两种形式都可与邻二醇共价结合可逆地形成硼酸二酯，并释放两当量的水。与硼酸相比，硼酸二酯的pKa显著减少，因此，在合适的pH下，与邻二醇的结合可生成带电的硼酸酯。因为立体化学有利，当硼酸是四面体形时，结合常数显著更大(Bosch et al.，2004)。一系列由这些相互作用引起的配对平衡示于图1中。据报道，苯基硼酸的pKa(1)为约8.9；因此，这种比三角形的形式更易与顺-二醇结合的四面体型硼酸酯在生理pH时存在的浓度非常低。用于生理葡萄糖检测的硼酸配体的开发主要着眼于通过硼酸受体的人工改性来减小pKa(Wiskur et al.，2001)。已知电荷稳定化(charge stabilization)机制有助于使硼酸酯-邻二醇二酯的形成稳定(Badugu et al.，2005)。

光学测量为非侵入性葡萄糖监测提供了特别的益处，因为它们规避了与传感器装置电连接相关的实践上的困难。但是，发色团和荧光团官能化的受体都易于受到光化学不稳定性的影响。另外，背景荧光、荧光团的低溶解度和氧干扰可使生物学介质中的荧光团测量复杂化。

可以制造通过对衍射特性的变化对受体-配体的结合进行光学响应的聚合物传感器。已报道了基于苯基硼酸官能化的聚合物的葡萄糖响应(Alexeev et al.，2003)。但是，这些材料制造耗时并且可能不适于大量生产。

WO95/26499公开一种基于体积全息照像的全息传感器。该传感器包括一种全息元件，该元件包括一种对分析物敏感的全息支撑介质，该介质具有安置在其整个体积内的光学转换结构体。由于转换器的这种物理排布，由传感器产生的光学信号对与分析物的相互作用或反应所导致的、发生在分析物敏感的基质中的体积变化或结构重排非常敏感。例如，包括基于明胶的全息介质的传感器可用于检测胰蛋白酶。胰蛋白酶作用于明胶介质，不可逆地破坏全息支撑介质的完整性。

WO03/087899描述了一种需要使用全息传感器的连续检测液体中的分析物的方法。传感器的支撑介质包括一种能够与分析物可逆地反应的基团。因此，当液体流经全息元件时，可连续检测其中存在的任何分析物。

具体地，WO03/087899描述了由单体—包括乙烯基苯基硼酸—聚合形成的全息传感器怎样被用于检测葡萄糖。苯基硼酸侧基可以可逆地与葡萄糖的邻二醇基团反应，导致全息支撑介质溶胀。

WO04/081624基于一类苯基硼酸衍生物的发现，这类衍生物使得能够检测很宽的pH值范围内的葡萄糖和其他含有邻二醇的分析物。这些苯基硼酸可被修饰以促进低pH值下更具反应性的四面体构象的形成。

例如，苯基基团可含有一个或多个吸电子取代基，这些取代基可通过在苯环上介导它们的电子作用而促进RB(OH)₃^-的形成。另一个实例是取代基可与硼原子形成一个分子内的键，促使硼酸酯成为基本上为四面体的构象。取代基的慎重选择可使传感器的响应性在一系列特定的检测条件下最优。

WO04/081624公开一种用于检测包括邻二醇部分的分析物的传感器，该传感器包括一个全息元件，该元件包括一种介质和一个安置在介质的整个体积内的全息图，其中元件的光学特性由于发生在介质的整个体积内的物理特性的变化而改变，并且其中所述介质包括一种含有式(i)基团的聚合物：

其中

n为0、1、2、3或4；

每个X(如果存在)独立地为一个通过电子效应促进围绕硼原子的四面体几何形状形成的原子或基团；并且