[发明专利]用于测量pH的传感器和方法

说明书

使用当前的电化学传感器测量体内pH可以是特别困难的，这归因于传感器漂移和传感器表面的结垢。适合于测量pH、特别是体内pH的传感器可以包含：传感器尾，其包含第一工作电极、第二工作电极和至少一个其他电极；位于所述第一工作电极上的第一活性部分，所述第一活性部分包含具有pH依赖性氧化‑还原化学的物质；和位于所述第二工作电极上的第二活性部分，所述第二活性部分包含具有基本上不随pH变化的氧化‑还原化学的物质。来自所述第一活性部分的第一信号和来自所述第二活性部分的第二信号之间的差值可以相关到流体的pH值。

背景

检测个体内的各种分析物有时候对于监测他们的健康和安乐状况来说可以是至关重要的。从正常分析物水平的偏离往往可以是潜在的生理学病况如代谢病况或疾病的指示。

个体中的分析物监测可以定期进行或在一段时间内连续地进行。定期的分析物监测可以通过以设定的时间间隔抽取体液如血液样品，并且体外分析来进行。连续的分析物监测可以使用一种或多种传感器来进行，该传感器保持至少部分地植入个体的组织如真皮、皮下或静脉内，以便可以在体内进行分析。植入的传感器可以以任何规定的速率收集分析物数据，这取决于个体的特定健康需求和/或先前测量的分析物水平。

定期的体外分析物监测可足以测定许多个体的生理学状况。然而，体外分析物监测对于某些人来说可能是不方便或痛苦的。此外，如果分析物测量结果没有在适当的时间获得，则无法恢复丢失的数据。

利用体内植入的传感器的连续分析物监测对于具有严重的分析物调节异常和/或快速波动的分析物水平的个体可以是更令人期望的方案，虽然它对于其他个体也可以是有益处的。尽管利用植入的传感器的连续分析物监测可以是有利的，但是仍然存在与这些类型的测量相关联的挑战。静脉内分析物传感器具有提供直接来自血液的分析物浓度的优点，但是它们是侵入性的，并且有时候对于个体穿戴来说可以是痛苦的，特别在延长的时间段内。皮下的、间质的或真皮的分析物传感器往往对于个体穿戴来说可以是不太痛苦的，并且在许多情况中可以提供足够的测量精度。

任何分析物可以适合于体内分析，前提是可以确定合适的化学来传感所述分析物。确实地，已经开发了配置成测定葡萄糖的体内电流传感器，并且在近年内进行了完善。对于监测来说可以类似地是期望的常常经受生理学调节异常的其他分析物包括但不限于乳酸盐、氧、pH、A1c、酮、药物水平等。

为了发挥正常的生物学功能，体内pH水平典型地保持在相当窄的范围内。正常的血液pH例如是约7.4，并且小于6.9或大于7.6的血液pH值可以有生命危险。生物学pH调节异常的后果包括但不限于生物流体中的一种或多种组分的体内沉淀，酶活性减退或活性过度，改变的生物膜渗透性，对于一些类型癌症的倾向性，和其他不期望的病况。一些可以导致pH测量结果偏移的病况的实例包括呼吸性酸中毒、呼吸性碱中毒、代谢性酸中毒和代谢性碱中毒。关于酸中毒，呼吸性酸中毒可以尤其由胸廓畸形或损伤、慢性肺和气道疾病、镇静剂过量使用、或肥胖引起。代谢性酸中毒可以尤其由长时间锻炼、缺氧、某些药物(包括水杨酸盐)、低血糖、酒精、病发作、肝衰竭、某些癌症、肾病、严重脱水和中毒(例如甲醇中毒)引起。关于碱中毒，呼吸性碱中毒可以尤其由缺氧、发烧、肺病、肝病和水杨酸盐中毒引起。代谢性碱中毒是罕见的，但是可以尤其由严重脱水、囊性纤维化，和碱中毒试剂如抗酸剂的过量使用引起。

除了直接归因于体内pH值调节异常的健康后果之外，与某些分析物相关联的传感性化学物质也可以受到局部pH环境和/或局部pH环境改变的影响。例如尿素检测可以基于当生物流体与脲酶相互作用以产生作为产物的氨时发生的pH改变。氨改变了局部pH环境，并且pH测量可以允许测定尿素浓度。然而，在没有测量pH的精确方式的情形下，获得可靠的尿素和类似分析物的浓度测量结果可以是困难的，甚至当体内pH水平不直接影响分析物浓度本身时。