发明内容
本发明的目的在于提供一种试样用量更少的生物传感器。此外,本发明的另一目的在于提供一种避免多种血型的干扰,而可准确且简便地进行检测的生物传感器。
生物传感器包括:第一基板;位于第一基板上面并具备进样口的粘接盖;覆盖粘接盖的第二基板;贯通第一基板、粘接盖和第二基板并沿着与进样口交叉的方向延长而形成的贯通口。
进样口包括形成于粘接盖的一侧的第一进样口、和形成于粘接盖的另一侧的第二进样口,第一进样口和第二进样口形成于相互错开的位置。
生物传感器还可以包括在第一基板和粘接盖之间沿着第一基板的周边形成的第一电极、和被第一电极包围的第二电极。此时,第二电极可形成为包围贯通口。
生物传感器还可以在第一电极、第二电极和粘接盖之间包括露出第一电极和第二电极的一部分而设置的非导电性物质层。
生物传感器还可以包括配置于粘接盖和第二基板之间的第三电极。此时,第一电极、第二电极和第三电极可以由碳、金、银、铂、铜、钛的金属、金属盐、或以膏的形态构成的物质来形成。
另一方面,生物传感器还可以包括在第一基板和粘接盖之间覆盖第一基板的整个面而形成的第一电极、和在粘接盖和第二基板之间覆盖第二基板的整个面而形成的第二电极。
另外,一个以上的贯通口包括多个贯通口,多个贯通口可以按照相互平行地延长的方式形成。此时,还可以包括在第一基板和粘接盖之间露出贯通口而形成的第一电极、和在粘接盖和第二基板之间露出贯通口而形成的第二电极。
另一方面,生物传感器还可以包括形成于第一基板上面的第一电极、形成于第一电极上面的绝缘层、以及形成于绝缘层上面的第二电极。第一电极在贯通口之间可以包括沿着与多个贯通口平行的方向延长而形成的第一试样测定部,第二电极可以包括与第一试样测定部相隔一定距离而与之平行地形成的第二试样测定部。
此外,生物传感器还可以包括配置于进样口的调节试剂,且调节试剂可以包含与注入到进样口的试样中所包含的物质进行反应的酶、传递酶所产生的电子的电子传递载体、以及用于分散和稳定化酶以及电子传递载体的分散稳定剂。
酶可以包括选自葡萄糖氧化酶、葡萄糖脱氢酶、醇氧化酶、醇脱氢酶、PQQ(吡咯并醌)、NAD/NADH(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸/氢)中的至少一种。
电子传递载体可以包括选自二茂铁、醌、钴、镍、钌、铁氰化物,铑、钯、锇、铱、铂、六胺化钌和包含这些的衍生物、过渡元素中的至少一种。
分散稳定剂可以包括选自聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚乙二醇、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、2-羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、微晶纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、丁苯橡胶中的至少一种。
调节试剂还可以包含表面活性剂,表面活性剂可以包括选自阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂、非离子型表面活性剂中的至少一种。阴离子型表面活性剂可以包括肥皂和烷基苯磺酸盐中的一种。
调节试剂可以包括上述催化剂,上述催化剂可以包括选自鏻鎓基质、冠醚基质、铵基质、聚乙二醇基质的试剂中的至少一种。
调节试剂可以包括葡萄糖氧化酶、六胺化钌(III)、羧甲基纤维素、微晶纤维素、三辛基甲基氯化铵、叔辛基苯氧基聚乙氧基乙醇、和肥皂。
具体实施方式
下面,参照附图对本发明的实施例进行说明,但本发明的实施例只不过是为了说明本发明,本发明并不限定于这些实施例。
图1是根据本发明实施例1的生物传感器100的立体图。如图1所示,生物传感器100包括第一基板10、形成于第一基板10上的第一电极50和第二电极52、配置于第一基板10的上方并备有进样口22的粘接盖20、以及覆盖粘接盖20的第二基板30。此外,生物传感器100包括贯通口40,该贯通口40贯通上述第一基板10、粘接盖20和第二基板30而形成。进样口22包括配置于生物传感器100的某一侧面的第一进样口22a和配置于另一侧面的进样口22b,贯通口40沿着与这样的第一进样口22a和第二进样口22b交叉的方向形成。
图2是根据本发明实施例1的生物传感器100的立体分解图。下面,参照图2,对传感器100的各结构要素进行详细说明。
如图2所示,生物传感器100包括导入到上述电极中的特定部位限定的电极上面的调节试剂62。本实施例中,调节试剂62被固定在第一电极50的一定部分上面。调节试剂62包括与由试样注入口22导入的试样中所包含的物质进行反应的酶、将由酶产生的电子进行传递的电子传递载体、以及分散并稳定化电子传递载体的分散稳定剂。关于调节试剂62的组成成分将在后面叙述。
在第一基板10和第二基板30上分别形成用于形成贯通口40的一部分的多个孔40a、40e。第一基板10和第二基板30可以使用塑料、聚酯、聚丙烯、聚碳酸酯类的高分子材料、陶瓷、玻璃等,优选为聚酯类的PET(polyethyleneterephthalate)薄膜。
配置于第一基板10和第二基板30之间的粘接盖20接合第一基板10和第二基板20的同时形成进样口22。此时,在粘接盖20上也形成用于形成贯通口40的一部分的孔40c。粘接盖20可由在薄膜基材的两面或一面上涂敷有粘结剂的带子形成。作为形成粘接盖20的带子的粘结剂,可以使用丙烯酸类、聚氨酯类、环氧类、橡胶制、聚乙烯醚、硅酮类,作为薄膜基材可使用PET薄膜。
生物传感器100还包括配置于粘接盖20和第二基板30之间的第三电极54。此外,第一电极50在第一基板10上面沿着第一基板10的周边形成,第二电极52配置为被第一电极50包围,并形成为包围住形成于第一基板10的孔。这些电极会传递在导入试样之后由反应而产生的电子的流动。此时,各电极作为工作电极、对电极、识别电极起作用,根据需要可以再形成3个以上的电极。在本实施例中,作为一例,第一电极50作为工作电极,第二电极52作为识别电极,第三电极54作为对电极起作用。另外,在第三电极54上也配置形成贯通口40的一部分的孔40d。
上述第一电极50、第二电极52和第三电极54可使用金、铂、银、碳、钨、镍、铜等各种电极物质而制作成膏或板的形态,优选使用碳膏作为电极物质。上述各电极50、52、54可利用丝网印刷、光蚀刻、粘接、蒸镀等方法在基板上图案化,并用绝缘膜或粘接剂形成为只能区分检测部位。
生物传感器100在第一电极50、第二电极52和粘接盖20之间还备有非导电性物质层60,且仅将第一电极50和第二电极中的一部分用作测定部位。在非导电性物质层60上也形成有用于形成贯通口40的一部分的孔40b。
如上所述,贯通口40通过分别形成在第一基板10、非导电性物质层60、粘接盖20、第三电极54和第二基板30上、且形成于同一位置上的各孔40a、40b、40c、40d、40e,而贯通整个生物传感器100地形成。这些贯通口40形成在与进样口22交叉的方向上。作为一例,贯通口40沿着与相互平行的第一进样口22a和第二进样口22b正交的方向延长形成。
由于具有这样的贯通口40,所以可以防止注入到第一进样口22a和第二进样口22b的试样分别被导入到不同的进样口22。因此,与分别使用各进样口22、且不具有贯通口40的情况相比,将试样量减少到一半量。因此,具有这种结构的生物传感器100可容易地适用于需要少量试样的电化学式生物传感器中。
在本实施例中,第一进样口22a和第二进样口22b相互错开地配置。因此,在第二进样口22b中注入试样进行测定后,将第二进样口22b形成的部分截断,并利用第一进样口22a再次进行测定。另外,图1和图2所示的进样口22和贯通口40的形状只不过是示例的,可根据各种条件来改变形状、斜度、宽度和幅度。
图3和图4是根据本发明实施例1的生物传感器的平面图,分别表示截断之前100和截断之后100a的生物传感器。如图所示,对生物传感器100而言,沿着A-A′线截断形成有第二进样口22b的部分,对于剩下的形成有第一进样口22a的部分再使用。
图5~图7是依次示例上述结构的生物传感器100的截断过程的简要图。如图所示,将生物传感器的一部分插入到截断装置70中,使用配设在截断装置70上的刀具70a截断生物传感器100。此时,截断装置70配置在检测显示装置72的内部或外部,或者与检测显示装置72分开另外设置。在图5~图7中,作为一例,表示了配置在检测显示装置72的内部的一例。
下面,叙述调节试剂62的组成。如上所述,调节试剂62包括酶、电子传递载体和结合稳定剂。
根据需要检测的物质即葡萄糖、乳酸盐、酒精、胆固醇、肌氨酸酐、蛋白质、氨基酸、环境物质、产业物质,酶可使用1个以上的酶。例如可使用用于检测葡萄糖的葡萄糖氧化酶(glucose oxidase)、葡萄糖脱氢酶(glucose dehydrogenase)、用于检测酒精的氧化酶(alcohol oxidase)和醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase)、PQQ(吡咯并醌/pyrroloquinone)、NAD/NADH(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸/氢:nicotinamide adeninedinucleotide/hydrogen)等。传感器100的特异性取决于这些酶。
作为电子传递载体可使用选自二茂铁(ferrocene)、醌(quinone)、钴(cobalt)、镍(nickel)、钌(ruthenium)、铁氰化物、铑、钯、锇、铱、铂、六胺化钌等和包含这些的衍生物、包含过渡元素(transitionelement)的有机或无机化合物。优选使用六胺化钌(III)。通过使用这样的电子传递载体,与使用氧的情况相比,形式电位(formal potential)减少,从而防碍种的作用减少,可导出更为精确的结果。
作为结合稳定剂可使用聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、聚环氧乙烷(polyethyleneoxide)、聚乙二醇(polyethyleneglycol)、羧甲基纤维素(carbonyl methyl cellulose)、羟乙基纤维素(hydroxyethyl cellulose)、2-羟乙基纤维素(2-hydroxy ethyl cellulose)、羟丙基纤维素(hydroxypropyl)、微晶纤维素(microcrystalline cellulose)、聚乙烯基吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone)、聚偏二氟乙烯(polyvinylidenefluoride)、聚甲基丙烯酸甲酯(poly methylmethacrylate)、丁苯橡胶(stylene butyl rubber)。优选使用羧甲基纤维素和微晶纤维素。
另外,调节试剂62还可包括一个以上的表面活性剂。表面活性剂是为了进一步提高调节试剂62的分散均匀性和溶解性以及反应速度而使用。表面活性剂在其分子内同时具有非极性末端基(疏水的或亲脂的)和极性末端基(亲水的或水溶性的)。并且在表面活性剂中,与有机物有亲和力的末端基团在里面围住与水没有亲和力的该有机物,朝向外面的极性基团的末端结构具有溶解能力。
表面活性剂可包括阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂,两性表面活性剂、以及非离子性表面活性剂中的至少一种。阴离子表面活性剂在水溶液中离子化,而阴离子成为活性剂中的主体。作为阴离子表面活性剂可举出肥皂(soap)或烷基苯磺酸酯(alkyl benzene sulfonate)等。阳离子表面活性剂被离子化后形成阳离子。作为阳离子表面活性剂可举出高级胺卤化物、季胺盐、烷基吡啶鎓盐等。两性表面活性剂被离子化后形成阳离子或阴离子。作为两性表面活性剂可举出氨基酸(amino acid)等。非离子表面活性剂不会被电离。作为非离子表面活性剂可举出聚乙二醇(polyethylene glycol)。
表面活性剂通常具有洗涤能力、乳化和分散能力等。因此,根据性能被广泛地用作清洗剂、乳化剂、润滑剂、杀菌剂和分散剂等。为提高功能,表面活性剂也可以与化合药品及助剂一起使用。
此外,在本发明的实施例中,可以并用相转移催化剂(phase transfercatalyst)。相转移催化剂可提高调节试剂62的反应比率、且可在低温下使用,即使在与有机化合物一同使用的反应中也有效。相转移催化剂多用于不溶于有机溶剂中的无机物质和有机化合物的合成过程中,在水和溶剂之间发生的相移动反应,在水溶液和常温、常压和敞开系统中均匀地发生,因此易于使用。并且,有效地使用于液-液不均匀系统中。此外,通过相转移得以改善的流动性受血型变化的影响较少,因此电子移动得到保存。作为上述催化剂,可使用鏻鎓基质(phosponium based)、冠醚基质(crownethers based)、铵基质(ammoniun based)、聚乙二醇基质(PEG/polythyleneglycol based)等的试剂。
这些主要组成物和助剂的使用量可以是总组成物的0.01~20重量%。作为一例,可混合0.01~20%的肥皂(皂剂)。肥皂分子具有两性(极性,非极性),是指非离子类表面活性剂,即脂肪族醇、酸、酰胺苯酚、烷基苯酚和它们的氧化物相互反应或自反应后的产物。阳离子型皂剂可以为如烷基甲基胺卤化物等铵化合物。游离脂肪酸(C6~20)可以混合到本发明的组分物之中,这些游离脂肪酸是作为蛋白质吸附防止剂和溶解改善剂而存在的。
图8是根据本发明的实施例2的生物传感器200的分解立体图。如图所示,本实施例的生物传感器200中,仅在第一基板210和粘接盖220之间形成电极。即,本实施例中,在第一基板210上面只形成第一电极250和第二电极252,并分别作为工作电极和对电极起作用。本实施例的其它构成与上述实施例1相同,因此在此省略说明。
图9是根据本发明实施例3的生物传感器300的分解立体图。如图所示,本发明实施例3的生物传感器300中,在第一基板310的上面形成一个电极350,其覆盖第一基板310的除贯通口340的大致整个面,在粘接盖320和第二基板330之间形成另一电极354,其覆盖粘接盖340的除贯通口340的大致整个面。此时,两电极中的一个起到工作电极的作用,另一个起到对电极的作用,从而形成对置型电极。
此时,即使当电极350、354的整个宽度被设为0.5cm以上时,可通过调节贯通口340的左右宽度来导入仅一半以下量的试样。
此外,可在设置于生物传感器300两侧的进样口322中导入用途分别不同的调节试剂来探测2种以上的目标物质。在本实施例中,在以任意形态形成的检测部位传感器中,向电极上面直接进行水蚀或者进行水蚀后再导入酶、抗体或分子,也可以导入包含调节试剂的各种膜。本实施例的其它构成与上述实施例1相同,因此在此省略说明。
图10是根据本发明实施例4的生物传感器400的分解立体图。如图所示,根据本实施例的生物传感器400中,配置有多个贯通口440,多个贯通口400相互平行地延长而形成。此外,在第一基板410和粘接盖420之间配置有具有从一处分支出多支的形状的第一电极450,在粘接盖420和第二基板430之间配置有与第一电极450的形状对应的第二电极454。此时,第一电极450和第二电极454分别起工作电极和对电极的作用。
在本实施例中,第一电极450和第二电极454中以多条形式形成的多个电极槽450a、454a可分别用作试样检测槽。此时,能够以并列的形态形成电极槽450a、454a,也可以改变进样口422的位置和路径或形状,可将限定的电极槽450a、454a部分向上或向下调节而形成间隔。
此外,图11是根据本发明实施例5的生物传感器500的分解立体图。如图所示,根据本实施例的生物传感器500中,两个电极全部形成在第一基板510的上面。即,本实施例的生物传感器500包括形成于第一基板510上面的第一电极550、形成于第一电极550上面的绝缘层(未图示)、以及形成于绝缘层上面的第二电极552。此外,在第一电极550包括在多个贯通口540之间沿着与多个贯通口540平行的方向延长而形成的第一试样测定部550a,第二电极552包括与上述第一试样测定部550a相隔一定距离来平行地形成的第二试样测定部552a。因此,第一电极550和第二电极552分别起到工作电极和对电极的作用。
下面通过实验例来详细说明本发明。但是以下实验例只是为了说明本发明,并不是用于限定本发明的。
实验例:
制作了与本发明实施例1相同的生物传感器。在第一基板上由导电型碳膏(conducting carbon paste)形成了工作电极和识别电极,在第二基板上通过丝网印刷法同时形成对电极与电极连接部。然后,将其在干燥箱中在100℃下热干燥20分钟。此后,仅留下用作电极槽的特定部分,其余用绝缘膏(insulating paste)涂敷。
此外,在电极和粘接盖的中间部分,将预先加工好的模具压接,而形成了0.8×1mm大小的贯通口。之后,将调节试剂固定在电极槽的上面,留下连接部分,其它部分用粘接盖粘接,而形成了进样口。此后,制备了具有如下表1所示配比的溶液A和溶液B。
表1
成分 |
溶液A(重量%) |
溶液B(重量%) |
葡萄糖氧化酶 |
35 |
38.5 |
六胺化钌(III) |
25 |
20.5 |
羧甲基纤维素 |
0.3 |
0.3 |
微晶纤维素 |
- |
0.2 |
三辛基甲基氯化铵 |
- |
0.08 |
叔辛基苯氧基聚乙氧基乙醇 |
1.5 |
2 |
肥皂 |
- |
0.5 |
首先,制作pH6.5的100mM磷酸盐缓冲溶液(PBS:phosphate bufferedsaline)。然后,在1ml PBS中,依次混合酶(葡萄糖氧化酶)、电子传递载体(六铵化钌(III))、作为分散稳定剂的羧甲基纤维素、叔辛基苯氧基聚乙氧基乙醇(t-Octylphenoxypolyethxyethanol)10mg。
溶液B中还进一步混合了微晶纤维素和三辛基甲基氯化铵以及肥皂。
将制作的组成溶液A和溶液B分别以1.5mg的量涂布在第一基板上面后,在50℃下干燥20分钟进行固定化。此后,贴附成形的粘接盖,再次盖上第二基板压接。
首先,利用葡萄糖标准溶液测定了检测生物传感器对计时电流法的感应性。
图12表示在将溶液B固定在电极槽上后使用如上述所述制作的生物传感器,并利用计时电流法这样的电化学检测法来测定时所显示的动态感应曲线。此时,测定范围是标准葡萄糖溶液0、100、200、300、400mg/dL。当试样装满在进样口之后,以适用电位300mV恒电压,测定随时间的电流的变化量。结果,其斜率为0.06[μA(mg/dL)],线性为0.99,在每个浓度下都显示了良好的直线型感应性。
接着,测定调节试剂最优化的情况下的生物传感器对血液试样的感应性。利用如上所述制作的生物传感器,改变葡萄糖浓度和血液中的血球容积率(Hct:hematocrit),用图13所示的方法进行了测定。
首先,当血液试样到达进样口时,自然而然会很快装满于整个通路中,并进行下述化学反应式1中的催化反应。
【化学反应式1】
葡萄糖+GOX-FAD→葡糖酸+GOX-FADH2
GOX-FADH2+介质(ox)→GOX-FAD+介质(red)
在上述化学反应式1中,GOX-FADH2和GOX-FAD分别表示葡萄糖氧化酶(GOX:glucose oxidase)的活性部位FAD(flavin adeninedinnucleotide:黄素腺嘌呤二核苷酸)的还原状态和氧化状态。
当试样抵达识别电极时,电极之间的电压被断开,有6秒钟的反应时间。过6秒钟之后,在工作电极和对电极之间会产生1秒钟的300mV的恒电压。此时,根据相互之间流动的电流量的变化量来测定葡萄糖浓度。
图14是表示在涂布溶液A之后将血液的血球容积率(Hct)改变为37、43、61%时,测定结果值随葡萄糖浓度的变化而变化的曲线。图15是表示在生物传感器上涂布溶液B之后,将血液中的血球容积率(Hct)改变为32、43、57%时,测定结果值随葡萄糖浓度的变化而变化的曲线。
此时,在100个生物传感器中平均投入的平均量为0.6μl,表示了由于调节试剂的相互作用而引起的血型影响小的曲线结果。由图14可知,各浓度下的平均变异系数(CV:coefficient of variation)值为5%以上,而由图15可知变异系数值为3%以下。由此可知,通过添加微晶纤维素、三辛基甲基氯化铵和肥皂,可提高测定精确度。
以上说明了本发明的优选实施例,但本发明并不限定于这些实施例,在权利要求书中所限定的技术方案和本发明的详细说明以及附图的记载范围内,可以进行各种变更。
如上所述,本发明的生物传感器具有大幅度减少试样量,可进行2次以上的测定,还可用于测定2种以上的目标物质的效果。此外,通过使用最佳化的调节试剂,还具有可精确测定的效果。