[发明专利]聚合物扩散限制膜层及其制备方法和葡萄糖传感器

说明书

本发明提供了聚合物扩散限制膜层及其制备方法和葡萄糖传感器。制备聚合物扩散限制膜层的方法包括：提供至少一种聚合物溶液，至少一种聚合物溶液中聚合物的浓度为0.01g/ml～0.15g/ml；在生物传感器的衬底的表面涂覆至少一次聚合物溶液；对聚合物溶液进行成膜处理，以便得到聚合物扩散限制膜层。由此，可以有效地提高生物传感器对分析物浓度的线性响应值，当其用于葡萄糖传感器时，可以很好的提高该葡萄糖传感器对葡萄糖浓度的线性响应值，以满足持续血糖监测系统的使用要求；制备方法简单易实施，便于工业化生产，且成本较低，工期较短；聚合物扩散限制膜层具有机械保护作用，用以隔离体内蛋白质等大分子物质接近酶传感层。

技术领域

本发明涉及生物传感器技术领域，具体的，涉及聚合物扩散限制膜层及其制备方法和葡萄糖传感器。

背景技术

基于酶的生物传感器是基于分析物浓度的生物化学反应被转化为一个可测量的物理信号，比如光信号、电信号，上述生物传感器在临床、环境和生物中被广泛应用。在人体体液的临床分析中可测量的分析物包括葡萄糖、乳酸盐、胆红素、氨基酸等物质，检测器在生物体内分析物对许多疾病的诊断和检测是很重要的。而在生物传感器中扩散限制膜层是至关重要的一个结构，以葡萄糖传感器为例：

基于葡萄糖氧化酶(GOD)催化葡萄糖发生氧化还原反应的电流型葡萄糖传感器，由于受限于葡萄糖氧化酶酶促反应米氏动力学控制，传感器响应电流无法正比于葡萄糖浓度，导致传感器所能检测血糖浓度范围极为有限。通常，传统葡萄糖氧化酶传感器对葡萄糖浓度的线性响应最大值约为2mmol/L左右，低于正常人体的血糖水平(3.9-6.1mmol/L)，更低于糖尿病患者的血糖水平，难以准确检测葡萄糖浓度。

电流型葡萄糖传感器利用葡萄糖氧化酶作为识别元件，理化换能器一般为铂电极，特征检测信号为响应电流。持续血糖检测系统即是典型的电流型葡萄糖传感器，用于监测糖尿病患者的葡萄糖水平变化。这将有助于糖尿病的诊断与管理。

葡萄糖传感器的化学反应原理为：

H₂O₂→2H⁺O₂↑+2e^-  (2)

在葡萄糖氧化酶的催化下，葡萄糖被氧气氧化产生葡萄糖酸和过氧化氢，而过氧化氢在电极上氧化产生响应电流。电化学反应产生的响应电流正比于反应速率，进而正比于底物浓度，基于此，测得的电流信号即可用来检测被测底物浓度。但是酶促反应速率V(参照图1)与底物浓度[S]为非线性关系，可用米氏方程描述：

由公式(3)及图1可以看到，随着被测底物浓度[S]增加，酶促反应速率增加逐渐缓慢并最终趋于最大反应速率V_max。在葡萄糖传感器的性能上表现为葡萄糖浓度的线性响应区间狭窄，线性响应的葡萄糖浓度最大值约为2mmol/L远低于糖尿病患者的血糖水平，且低于正常人体的血糖水平(3.9～6.1mmol/L)。为克服这一缺点，本领域中通常在酶传感器传感层上方施加一层葡萄糖扩散限制膜层，此膜层通常为一些生物相容性高分子材料，基于孔流原理或化学选择性限制调节葡萄糖流量，使得实际在酶传感层反应的葡萄糖浓度控制在图1中初始阶段的线性区间，从而提高传感器的葡萄糖线性响应区间。换言之，此膜层的作用是将葡萄糖的消耗速率由酶传感层的酶促反应的动力学控制转变为膜层扩散控制。但是目前的扩散限制膜层对葡萄糖浓度的线性响应的最大值依然很难达到较高的水平，不利于持续血糖浓度的检测。

因此，关于用于生物传感器的聚合物扩散限制膜层的研究有待深入。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种用于生物传感器的聚合物扩散限制膜层的制备方法，该方法制备的聚合物扩散限制膜层可以有效地提高生物传感器对分析物浓度的线性响应值。