[发明专利]一种生物传感器的复合过滤膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种生物传感器的复合过滤膜，负载于传感器的电极表面，复合过滤膜的结构从外至内依次包括：生物相容性亲水层、多孔支撑层、分析物质过滤层、生物活性功能层和石墨烯衍生物层。负载于电极上的石墨烯衍生物层，可以提高酶的负载率，减少电极渗出有毒物质对生物活性功能层的干扰；分析物质过滤层提高传感器检测的线性范围和生物活性功能层的使用寿命；多孔支撑层增加膜的力学强度，防止生物活性功能层被挤压；生物相容性亲水层提高生物相容性；本发明复合过滤膜的多层复合结构，以及各层之间表面功能基团和链段的选择，提高复合层间的亲和力，提高了生物传感器的使用寿命，降低了膜的细胞毒性，提高了生物相容性，提高了使用寿命。

技术领域

本发明是生物传感器领域，确切的说是电化学方法测试体液或血液生物指标传感器的外膜。

背景技术

生物传感器是用来检测相应物质和生物分子，生物传感器选择性的识别生物分子，把化学信号转换成相应的光，电，声，磁，热等物理信号，然后通过理论的数学模型来定量测试信号分子。生物传感器就是把测试物质，通过一层分子识别材料转换成其他电子元器件可以识别的信号。

现在临床上应用最多的是血液葡萄糖生物传感器，体外和体内检测的各种传感器都有开发，因为血糖会引起各种疾病，生物传感器测试血糖的原理有无酶和有酶传感器，无酶的传感器就是生物活性功能层用一种人工合成材料代替酶，因为无酶的稳定性差，制作难度大，现在市场上主要是有酶血糖传感器。

有酶传感器的基本结构是把葡萄糖氧化酶固定在传感器上，酶对葡萄糖分子的选择性和专一性来定量测试葡萄糖的浓度，酶是一个蛋白质复合结构，葡萄糖和葡萄糖氧化酶接触后会发生氧化还原反应，有电子的转移过程。葡萄糖氧化酶活性中心一般都在蛋白质的中心，不与导电材料直接接触，电子的转移需要通过媒介来传递。

根据把葡萄糖氧化酶上的电子的转移到电极表面的过程不同，传感器分为三代。第一代和第二代，第三代，他们差别主要在于葡萄糖氧化酶和葡萄糖作用后的电子的转移到电极表面方式不一样，第一代是通过氧气来转移电子，第二代通过其他电子媒介物，如Fe²⁺/Fe³⁺，苯醌类等氧化还原对来作为电子转移媒介，第三代是把氧化还原电子对制作成高分子，成为导电高分子，把酶活性中心的电子转移到电极上，是一种更高效的转移方式。

现在发展了一种植入式连续监测血糖仪，为了提高传感器的生物相容性，检测的准确性和扩大测试的线性范围，同时为了保护酶层，必须在传感器表面涂上外膜。外膜的作用是防止干扰物质进入，控制葡萄糖和氧气的透过率，提高酶的使用寿命，线性范围和测试的准确度。

现在的市面上的传感器大都是第一代传感器，测试机理如下：

H₂O₂→2H⁺+O₂+2e²

根据测试原理，传感器的外膜要控制葡萄糖和氧气的渗透率，所以需要在传感器表面涂上外膜来控制物质的扩散性能，随着高血糖危害越来越高，病人需要24小时监控血糖，所以植入式的连续血糖仪的需求越来越大。现有的传感器外膜，膜的稳定性和过滤性能不稳定，解决方案是通过3种以上的聚氨酯材料混合，其中2种聚氨酯分别含有PEG链段，和硅氧烷链段，这二种材料相容性不好，需要第3种聚氨酯作为连续相，PEG聚氨酯和硅氧烷聚氨酯作为分散相，三种材料共混后，没有化学交联或物理交联，因为材料的相容性问题，随着时间变长，环境应力的作用下外膜会有缺陷，出现开裂，破坏膜的完整性，失去膜的功能。

另，含PEG链段的聚氨酯材料，因为PEG链段易水解，而且不抗氧化，所以植入时间长后外膜会因PEG的水解或氧化而破坏，失去外膜功能。为解决抗水解和抗氧化的问题，专利US20030042137A1采用了含N的吸水高分子聚乙烯吡啶，虽然提高了外膜的稳定性，但是该材料与透氧性的材料相容性差，不能与硅氧烷共混制作成完整的外膜，氧透过率太差。