[发明专利]用于检测化学或生物成分的方法以及用于此的电极布置

说明书

技术领域

本发明涉及用于检测一种或多种化学或生物成分的方法，这些成分可进行氧化还原反应或者可以直接或间接释放可进行氧化还原反应的分子，其中在至少一个电极位置上检测通过所述氧化还原反应所产生的电流。

背景技术

在现有技术中载体具有一个或多个由电极组成的测量位置，在电极上只发生介质的氧化或者还原。对于该方法电极的制备很简单(例如金线、印刷电路板、蒸镀有金属的塑料)，然而所获得的电流信号经常不够灵敏。

在过去的数年中，超精细的叉指式电极排布得到了发展，其中每个测量位置具有两个分别为指状结构的电极并且两个指状结构以如下方式彼此嵌入，一个电极和另一个电极的电极带通常平行地交替布局。两个电极之间的距离在有利情况下可以明显小于1μm。例如在DE 43 18 519 A1中描述了此类具有亚微米级电极结构宽度的传感器。O.Niwa等人的Anal.Chem.(1993)65，1559-1563可以说明，在循环伏安检测通过4-氨基苯磷酸酯的酶分解以及通过碱性磷酸酶所形成的4-氨基酚时，在具有3至5μm的结构宽度和2至5μm的指间距离的电极上，测量信号相对于使用普通的单个电极进行的检测被显著放大。

EP 886 773 B1公开了一种用于在稀释剂或溶剂中检测分子或分子络合物的方法，其中使测量样品与叉指式超微电极排布接触。对于该方法，通过将电势施加在电极结构上而产生交变电场，并且测量电流或电势变化，该变化是由在测量样品中存在或形成的成分引起的。在此，所产生的电流通量主要受到在电极附近空间内检测到的分子或分子络合物的影响。该影响可以通过待检测的成分的扩散、积聚或连接而发生。特别是借助于阻抗谱进行测量。用于检测的电场可以通过具有在约10mV与50mV之间的非常小的振幅的交变电压产生；频率可以为1mHz与10mHz之间。

待测量的分子可以连接在微电极面上。这可以通过物理(吸附)或者化学连接进行，其中例如将硫醇化合物涂覆在金电极上并加以测量。然而在电极上还可以涂覆抗原或者类似物质，它们与测量样品中的抗体发生反应，或者允许核酸化学中的杂交反应。

上述文献作为实施例说明了β-半乳糖苷酶-链霉亲和素(Streptavidin)在由金组成的S-生物素酰化的电极表面上的连接的检测。在经改性的链霉亲和素连接到生物素上以后，阻抗的变化借助于所谓的Nyquist图加以测量，该图显示出电极之间的电介质被络合分子的干扰，并且因此反映出生物素与链霉亲和素-酶-络合物之间所实施的连接。此外，超微电极布置可以电流计的方式借助于对氨基酚的检测而测量β-半乳糖苷酶-链霉亲和素在生物素上的连接。为此，对交变电场叠加不变的电势，由此对电极施加相对于Ag/AgCl参比电极+250mV的电势，由此将氨基酚氧化为醌亚胺。

下面进一步说明使用叉指式电极的上述及其他可能的测量原理：

1、利用纯阻抗谱测量复合的交流电阻。这在电化学中主要用于表征位于电极之间的介质和/或电极表面的特殊涂层，该涂层具有捕捉分子(例如经由硫醇桥连接在金电极上的生物捕捉分子)。利用由所述叉指式电极组成的测量位置，在检测流体中可以发现存在连接在捕捉分子上的成分，因为通过连接而改变在电极周围环境中电子和/或质子的传导性。若设置有多个测量位置，则这些测量位置可以在必要时涂覆连接不同成分的不同的捕捉分子，从而可以在检测流体中检测多种成分。典型的是，电极自身通过待检测的成分在捕捉分子上的连接而不发生化学变化。对于该测量技术使用尽可能小的交变电压(通常等于或小于50mV)，通常不必参照基准。频率有时在非常宽的范围内变化，从而由此读取其他的关系。在图2a中示出了依照坐标系以电势[V]对时间[s]绘制该测量的图示。

2、阻抗谱可以额外使用如上述文献中所提到的氧化和/或还原效应。如同在纯阻抗谱的情况下，借助于在通常约10至50mV范围内的小的交变电压测量交流电阻。然而同时利用直流电压至少在两个电极之一上施加确定的电势(典型的是借助于参比电极基准)，其针对性地引起已有的可氧化的、可还原的或可进行氧化还原反应的介质的还原或氧化，这又引起直流电流，但其并不一定被计算出。通常只测量其对阻抗的额外的影响。在图2b中示出了再次以电势[V]对时间[s]绘制的相应的图示。