CN101360987A - 新的硼酸酯络合物及其在葡萄糖传感器中的应用 - Google Patents

Abstract

一种传感器分别包括固定在基质之中或之上的受体和供体化合物，所述基质包括一种可结合葡萄糖的硼酸酯和一种阳离子物质，由此在存在葡萄糖时受体和供体化合物之间的间隙减小。例如，一种全息传感器包括位于该传感器之中的一种可结合葡萄糖的硼酸酯和一种阳离子物质。

Description

新的硼酸酯络合物及其在葡萄糖传感器中的应用

技术领域

本发明涉及新的硼酸酯络合物及其在葡萄糖传感器中的应用。

背景技术

可靠的个人葡萄糖监测仪对于糖尿病人来说是很重要的。目前，血糖的测定通过使用手持式装置完成，这需要进行血糖水平的侵入性针刺取样。这些测试引起疼痛且不方便，需要每天进行多次，不会提供连续的测量，并且具有遗漏重要的葡萄糖水平波动的风险。

永久地与组织液接触的皮下可植入传感器，或者测量泪液中葡萄糖水平的接触镜传感器可用于进行非侵入性的血糖监测。目前用于侵入性血糖监测的利用葡萄糖氧化酶的基于酶的系统不可能适用于此目的。它们的成本偏高，稳定性不够并且不具有可灭菌性，这些都使它们在体内的应用变得复杂。因此，需要具有类似于基于酶的系统的选择性和特异性的葡萄糖响应装置，同时提供更耐用和可灭菌的检测系统。

硼酸是弱的路易斯酸；缺电子的硼原子以不带电的平面三角形存在，或者当与强碱，例如氢氧化物作用时，以带电的四面体形式存在。这两种形式都可与邻二醇共价结合可逆地形成硼酸二酯，并释放两当量的水。与硼酸相比，硼酸二酯的pKa显著减少，因此，在合适的pH下，与邻二醇的结合可生成带电的硼酸酯。因为立体化学有利，当硼酸是四面体形时，结合常数显著更大(Bosch et al.，2004)。一系列由这些相互作用引起的配对平衡示于图1中。据报道，苯基硼酸的pKa(1)为约8.9；因此，这种比三角形的形式更易与顺-二醇结合的四面体型硼酸酯在生理pH时存在的浓度非常低。用于生理葡萄糖检测的硼酸配体的开发主要着眼于通过硼酸受体的人工改性来减小pKa(Wiskur et al.，2001)。已知电荷稳定化(charge stabilization)机制有助于使硼酸酯-邻二醇二酯的形成稳定(Badugu et al.，2005)。

光学测量为非侵入性葡萄糖监测提供了特别的益处，因为它们规避了与传感器装置电连接相关的实践上的困难。但是，发色团和荧光团官能化的受体都易于受到光化学不稳定性的影响。另外，背景荧光、荧光团的低溶解度和氧干扰可使生物学介质中的荧光团测量复杂化。

可以制造通过对衍射特性的变化对受体-配体的结合进行光学响应的聚合物传感器。已报道了基于苯基硼酸官能化的聚合物的葡萄糖响应(Alexeev et al.，2003)。但是，这些材料制造耗时并且可能不适于大量生产。

WO95/26499公开一种基于体积全息照像的全息传感器。该传感器包括一种全息元件，该元件包括一种对分析物敏感的全息支撑介质，该介质具有安置在其整个体积内的光学转换结构体。由于转换器的这种物理排布，由传感器产生的光学信号对与分析物的相互作用或反应所导致的、发生在分析物敏感的基质中的体积变化或结构重排非常敏感。例如，包括基于明胶的全息介质的传感器可用于检测胰蛋白酶。胰蛋白酶作用于明胶介质，不可逆地破坏全息支撑介质的完整性。

WO03/087899描述了一种需要使用全息传感器的连续检测液体中的分析物的方法。传感器的支撑介质包括一种能够与分析物可逆地反应的基团。因此，当液体流经全息元件时，可连续检测其中存在的任何分析物。

具体地，WO03/087899描述了由单体—包括乙烯基苯基硼酸—聚合形成的全息传感器怎样被用于检测葡萄糖。苯基硼酸侧基可以可逆地与葡萄糖的邻二醇基团反应，导致全息支撑介质溶胀。

WO04/081624基于一类苯基硼酸衍生物的发现，这类衍生物使得能够检测很宽的pH值范围内的葡萄糖和其他含有邻二醇的分析物。这些苯基硼酸可被修饰以促进低pH值下更具反应性的四面体构象的形成。

例如，苯基基团可含有一个或多个吸电子取代基，这些取代基可通过在苯环上介导它们的电子作用而促进RB(OH)₃ ^-的形成。另一个实例是取代基可与硼原子形成一个分子内的键，促使硼酸酯成为基本上为四面体的构象。取代基的慎重选择可使传感器的响应性在一系列特定的检测条件下最优。

WO04/081624公开一种用于检测包括邻二醇部分的分析物的传感器，该传感器包括一个全息元件，该元件包括一种介质和一个安置在介质的整个体积内的全息图，其中元件的光学特性由于发生在介质的整个体积内的物理特性的变化而改变，并且其中所述介质包括一种含有式(i)基团的聚合物：

其中

n为0、1、2、3或4；

每个X(如果存在)独立地为一个通过电子效应促进围绕硼原子的四面体几何形状形成的原子或基团；并且

Y是一个间隔体，当n为0或其它任选的情况时，Y是一个通过电子效应促进围绕硼原子的四面体几何形状形成的原子或基团。

这种传感器可用在检测流体中的包括邻二醇部分的分析物的方法中，该方法包括将流体与全息元件接触，并检测元件的光学特性的任何变化。分析物可包括多个邻二醇部分；这种分析物的实例包括葡萄糖和酒石酸。

除了式(i)化合物以外，WO04/081624还公开了单体可包括(甲基)丙烯酰胺和/或由(甲基)丙烯酸酯衍生的共聚单体。特别地，单体HEMA(甲基丙烯酸羟乙酯)易于聚合和交联。聚HEMA是一种通用的支撑材料，因为它可以溶胀、亲水且具有广泛的生物相容性。单体还可包括具有能够分子内供电子的基团的共聚单体，例如仲胺或叔胺。

其它文献(Kabilan et al.，2004a)更详细地描述了基于丙烯酰胺共聚物水凝胶膜的被4-乙烯基苯基硼酸(4-VBPA)官能化的葡萄糖响应全息传感器。葡萄糖结合时，缺电子的sp2杂化的硼转化为带电的硼酸酯，引起水凝胶基质的可逆溶胀，以及衍射最大值的红移。在确证使用全息传感器作为葡萄糖浓度的指示器这个理念时，传感器在非生理pH值下运行。之后对硼酸部分的优化使得能够构建在生理pH条件下响应的全息葡萄糖传感器(Kabilan et al.，2005)。此外，在这些研究中，已发现葡萄糖响应的全息传感器优先于乳酸的对葡萄糖的选择性可通过控制受体浓度而调整。也已证明，进一步用叔胺基团对聚合微环境的改性可改进传感器相对于乳酸而言对葡萄糖的选择性(Kabilan et al.，2004b)。

发明内容

现已发现一类阳离子例如季胺特别适用于上述论述的情形中。具体而言，该类离子可使产生对葡萄糖的更高的选择性。

从说明书中可明显看出，季胺修饰的对葡萄糖有响应的水凝胶基质可用于制造对葡萄糖选择性更高的全息传感器。向聚合物结构中引入带电的季铵基团引起对葡萄糖响应特性的剧烈变化，导致观察到衍射峰波长蓝移的现象以及传感器相对于其它糖和α-羟酸——乳酸而言对葡萄糖的选择性的提高。所观察到的葡萄糖响应基于葡萄糖与两个苯基硼酸酯受体的二价结合。在生理果糖浓度下，不存在对葡萄糖检测的显著干扰。本文中描述的水凝胶膜及其葡萄糖选择性收缩还可用于需要使用染料和猝灭剂的荧光检测方法中，或需要使用供体和受体的基于FRET的体系。

根据本发明的第一个方面，一个传感器分别包括固定于基质之内或之上的受体和供体化合物，所述基质包含一种可结合葡萄糖的硼酸酯和一种阳离子物质，由此当存在葡萄糖时受体和供体化合物之间的间隙减小。

根据本发明的另一方面，一个全息传感器包括位于传感器之上或之内的一种可结合葡萄糖的硼酸酯和一种阳离子物质。

本发明的再一方面是一种可结合葡萄糖的硼酸酯与季铵化合物的络合物。

附图说明

图1示出了水性介质中与苯基硼酸相关的平衡，以及三角形平面和带电的四面体形式。

图2示出一种季单体的结构，即(3-丙烯酰氨基丙基)三甲基氯化铵(ATMA)，以及一种苯基硼酸受体的结构，即3-丙烯酰氨基苯基硼酸(3-APB)。

图3是显示响应于糖的3mol％ MBA、12mol％3-APB全息图衍射波长漂移的图，其中所述的糖为：果糖

木糖

半乳糖(+)、麦芽糖(×)、核糖(○)、甘露糖

乳糖(◆)、蔗糖(↑)和葡萄糖(●)。在测量每种糖之前测量传感器对葡萄糖的响应，以检查可重复性(对于葡萄糖，N＝8，对于其它糖N＝1)。

图4是显示含有3mol％MBA、12mol％3-APB和12mol％ATMA的全息图对糖的响应图，所述的糖为：麦芽糖(↑)、甘露糖(◆)、甘露醇(○)、半乳糖

核糖(×)、果糖(+)、木糖

蔗糖

和葡萄糖(●)。在测量每种糖之前测量传感器对葡萄糖的响应，以检查可重复性(对于葡萄糖，N＝7，对于其它糖N＝1)。

图5示出葡萄糖与两个苯基硼酸受体的两种可能的结合以及交联方式，即(a)通过葡萄糖的吡喃糖形式(椅式)的1，2和4，6位，以及(b)通过葡萄糖的呋喃糖形式的1，2和5，6位。

图6是含有3或5mol％MBA、12mol％3-APB和4或12mol％ATMA的全息图对葡萄糖和乳酸的响应图。葡萄糖+5mol％MBA、12mol％3-APB、4mol％ATMA

乳酸+5mol％MBA、12mol％3-APB、4mol％ATMA

葡萄糖+5mol％MBA、12mol％3-APB、12mol％ATMA乳酸+5mol％MBA、12mol％3-APB、12mol％ATMA(+)，葡萄糖+3mol％MBA、12mol％3-APB、4mol％ATMA(↑)，乳酸+3mol％MBA、12mol％3-APB、4mol％ATMA(◆)，葡萄糖+3mol％MBA、12mol％3-APB、12mol％ATMA(o)，乳酸+3mol％MBA、12mol％3-APB、12mol％ATMA(●)。

图7是显示果糖响应的图。

具体实施方式

本发明适用于多种形式的传感器，可用于定性或定量检测葡萄糖。该传感器可以是任何合适的形式，例如一种接触镜或其它光学植入物。因此，本发明可具体化为，例如，一种基于石英晶体微量天平的传感器、一种基于表面质子共振的传感器、一种基于全内反射的传感器，或者优选(在下文中描述以示例说明)一种全息传感器。

全息图本身可以由本领域技术人员已知的材料制得。类似地，硼酸是已知的。可参考本文提及的多份文献，包括WO公开文本。

可使用的阳离子物质应能够固定在聚合物或其它介质中。鏻离子和优选的季胺适用于此目的。

本发明有多种实施方案。一种是接触镜(见WO2005/031442)。其它的实施方案是在使用荧光/FRET的检测系统中，这些检测系统具有供体/受体对或猝灭剂。

全息图的条纹结构可由一种液晶制得，或者所得的衍射图案或图像可由液晶制造的条纹生成。应理解，可使用多种液晶类型和多个液晶层。

当在全息图中使用季胺时，传感器中的全息图可由光的衍射产生。全息图可仅在放大时可见，或者可在白光、UV光或红外线下可见，或者在特定的温度、磁性或压力条件下可见。优选全息图像是物像的或产生2或3维效果。

传感器还可包括在用激光照射时产生干涉效应的手段。优选地，这种手段包括一个去极化层。

本发明还涉及一种检测样品中分析物的方法，该方法包括将样品与本发明的传感器的介质接触，并检测光学特性的任何改变。该分析物优选为葡萄糖，它可在体液样品例如血液或泪液中被检测。

光学特性的变化可由肉眼检测或使用装置检测。所述装置优选地选自光阅读机(optical reader)、移动电话、计算机和数码相机。已构想可以使用任何类型的计算机，例如手提式电脑、台式电脑或者手持装置例如作为一种个人管理设备的个人数字助理(PDA)。

由传感器与分析物相互作用(称为响应)引起的光学特性的改变应为明显的且明确的全息图的色彩或图像的变化，优选该变化在电磁波谱的可见区域。这会产生通过肉眼可观察到的准确且可靠的读出。为确保能够达到此目的，优选传感器上具有一个滤光器。该滤光器应覆盖传感器的用来观察进而监测分析物相互作用的(一个或多个)表面的一部分或全部。

所述的滤波器可以是一个低通滤波器(其允许特定波长以下的辐射通过)、一个高通滤波器(其允许特定波长以上的辐射通过)，或者一个带通滤波器(其允许特定波长带之内的辐射通过，或者如果是多带通的滤波器，则是允许多个带之内的辐射通过)。因此，这类滤波器的使用控制到达传感器的光的频率。传感器中全息图的作用类似于一个带通反射器，因此全息图的反射波长必须在滤过光的区域内，所述的滤过光将从传感器传递回观察者或检波器(detector)。

选择滤波器以提供高波长或低波长或两种波长的光的端值，以确保所有的响应在特定的范围内，例如在可见光范围内。它们可用于区分发生在不同波长下的不同的响应(例如对于不同的分析物或分析物浓度)。如果传感器在非最佳的光学条件(例如单色光)下使用时，还可用它们来防止不明确的响应。滤光器可被特别地加工以使所观察到的对于一种特定分析物的响应最优。

透明的底物通常与滤光器一起使用，并被放置在传感器和滤波器之间。来自滤波器和透明底物的镜面反射不会被观察到。

一件包括本发明的传感器的制品可在多个领域应用。这样的制品可以是一个数据处理卡(transaction card)、纸币、护照、身份证、智能卡、驾驶执照、股权证、债券、支票、支票卡、印花税票(tax banderole)、礼券、邮票、火车票或机票、电话卡、彩票卡(lottery card)、赛事门票(event ticket)、信用卡或借记卡、名片或为区分真假产品或鉴定被盗窃产品的消费品、商标或产品的保护中所使用的物品。

或者，该制品可以是一件智能包装物品。“智能包装”是指包括容器、包装材料或封装的一部分或与其连接的系统，用于监测、指示或测试产品信息或质量或者影响产品质量、贮存期或安全性的环境条件，以及典型应用，例如显示时间-温度、新鲜度、湿度、酒精、气体、物理损害等的指示器。

本发明可与作为含有装饰性元件的工业品或手工艺品的制品一起使用，所述工业产品或手工艺品选自珠宝、衣服(包括鞋类)、织物、家具、玩具、礼品、家居物品(包括陶器和玻璃器皿)、建筑材料(包括玻璃、瓷砖、涂料、金属、砖、陶瓷、木头、塑料和其它内部和外部装置)、艺术品(包括图画、雕刻、陶器和灯具)、文具(包括贺卡、信头和促销材料)以及体育器材，或者与下述制品一起使用，所述的制品为用于农业研究、环境研究、人类或兽类预后、治疗诊断、诊断、治疗、化学分析或石油化学品分析的产品或装置，特别是一种测试带、芯片、药筒、药签、试管、吸液管、接触镜、球结膜下植入体、皮下植入体、酒精测定器、导管或液体取样或分析装置。本发明的传感器可包括在可转移的全息膜上。该膜优选地存在于热印胶带(hot stamping tape)上。制品的安全性可通过将传感器从膜上转移到制品上而提高。

本发明还涉及一种包括本发明的传感器的产品，它能够由所述的传感器产生数据，还涉及一种使用由这样的产品产生的数据的系统。

以下实施例举例说明了本发明。

聚合物膜的合成

将合适量的每种单体溶解以生成具有所需摩尔比的单体溶液。将这些单体以1∶2.21(w/v)的单体与溶剂之比溶解在含有2％DMPA(w/v)的DMSO中。将一份100μL的单体溶液涂在已镀铝的聚酯片的聚酯表面上。然后，将一个用甲基丙烯酸-3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯预处理过的玻璃载玻片[Mayes et al.，1999]的硅烷处理的面朝下，降低至单体混合物之上。通过20℃下进行UV引发的自由基反应60min，聚合成膜。将聚合的膜从聚酯片上剥离，同时浸入去离子水中，每个膜的边缘用解剖刀片清除，以在全息图构建之前除去任何过量的材料。

全息图构建

全息图使用先前描述(Blyth et al.，1999)的扩散法构建。将聚合物膜正面朝下放置在400μL的0.3M硝酸银水溶液上2分钟。去掉过量的溶液，并在热空气流中干燥该膜。在红色安全光(red-safe light)下，将载玻片的有膜一面朝上放入40mL 4％(w/v)KBr和0.05％(w/v)抗坏血酸的1∶1的甲醇/H₂O(v/v)溶液中，其中含有1mL 0.1％(w/v)QBS染料的甲醇溶液，搅动1分钟。用蒸馏水冲洗该膜并使其聚合物一侧向下浸入含有PBS的pH7.4的全息图暴光浴中10分钟。然后将载玻片的整个表面在由倍频(532nm)Nd:YAG激光器发出的三次脉冲下暴光。将载玻片从暴光浴中取出并在新配制的改性的Saxby显影溶液(40mL 20g/L抗坏血酸，3g/L 4-甲基氨基苯酚硫酸酯，50g/L碳酸钠，15g/L氢氧化钠)(Saxby，1994)中搅动约10s。已显影的全息图用蒸馏水冲洗并浸入终止溶液(5％(v/v)乙酸水溶液)中。蒸馏水冲洗后，将膜浸入搅动的20％(w/v)硫代硫酸钠水溶液中5分钟，以除去任何未显影的银，并用甲醇、然后用蒸馏水冲洗。

监测全息响应

将全息图的约8mm宽的单一条带从载玻片上切下并以膜一侧向内的方式插入4mL塑料试管。向其中加入PBS(1mL)并在30℃下将试管于温控试管支架中静置至平衡。使用安装有AvaSoft 5处理软件的AvantesAVS-MC2000-2反射分光光度计测量来自于白色光源的被全息图反射的光的波长，该波长由聚合物中条纹的空隙确定。传感器对于加入一份0.1M糖的PBS溶液的响应在糖溶液过夜平衡后记录，以确保存在的异构体的相对比例与介质或生物流体中发现的平衡混合物相似。每次加入之间，使传感器平衡至一个稳定的衍射波长。使用一个2×5mm磁体从动件(Fisher)和搅拌器排布以确保持续地搅动。

葡萄糖响应的全息图的制造

通过将丙烯酰胺与3或5mol％的N，N’-亚甲基双丙烯酰胺交联剂(MBA)、4或12mol％ATMA和12mol％3-APB共聚而制备稳定的水凝胶膜(约10μm厚)。通过下述方法制备光敏膜，即在硝酸银中、然后在含有QBS染料的溴化钾中扩散，以生成含有超细颗粒(直径＜20nm)的AgBr的聚合物基质。随后在PBS缓冲液(pH7.4，1～150mM)中用激光照射，之后进行显影步骤，在聚合物膜的厚度中产生间距为λ/2的银条带干扰图像。平面镜的单色图像导致观察到具有布拉格方程描述的波长的特征光谱峰。

糖类的作用

3mol％MBA和12mol％3-APB制备的丙烯酰胺全息图的响应在0-9mM不同的糖的存在下检验。结果显示于图3中。除了蔗糖以外的所有糖的存在下，都观察到衍射峰波长位置的红移，这是因为水凝胶的体积膨胀。膨胀最有可能是因为带电硼酸酯基团的形成，其产生道南电位并导致水的渗透流进入聚合物。根据图1中所示的示意图，认为该响应的机理是邻二醇结合引起的硼酸pKa值的减小，这又导致更多带电的硼酸酯基团形成。峰值漂移的幅度与基质中由于糖的结合生成的电荷相关。因此，预计传感器对于不同糖类的敏感性会受结合常数的差异和pKa偏移的差异影响。

已发现衍射峰的漂移对果糖、核糖和半乳糖比对葡萄糖更敏感。对木糖和甘露糖的敏感性与对葡萄糖的敏感性相似，而传感器对二糖的乳糖、麦芽糖和蔗糖更不敏感。与糖基化的蛋白质类似，它们可能不能够进入水凝胶，是因为它们的尺寸较大，而这是传感器的选择性的一个重要因素。在所有测试的糖类中都观察到糖的浓度与峰值漂移的近似线性的关系。全息传感器对于不同糖类的敏感性的比较揭示，果糖浓度的变化即使在生理水平(＜0.1mM)上也可能干扰可靠的血糖测量。

含有3mol％MBA、12mol％3-APB和12mol％ATMA的膜的光学响应用相似范围的糖溶液测试。已发现葡萄糖引起全息膜的峰波长的蓝移(图4)。这种漂移说明此时的响应机理与对不含ATMA的膜所观察到的不同。现提出，由于垂直于条纹平面的膜的体积收缩而产生的衍射最大值的蓝移，是源于两个具有有利立体化学的硼酸受体通过葡萄糖交联，以生成双硼酸酯-葡萄糖络合物，以及伴随的水凝胶弹性常数的增加。带正电的季胺通过一种“电中和稳定化”机理帮助稳定3-APB的负电硼酸酯形式(Badugu et al.，2005)，其中通过葡萄糖进行的交联被促进。吡喃糖式(椅式)和呋喃糖式的可能的结合模式如图5中所示。

已发现，ATMA修饰的膜对于所有其它被测试的糖都具有显著较低的敏感性。与未修饰的膜相比，对于所加入的果糖的响应大幅减小。所测试的干扰物糖只引起了最小的体积变化。所观察到的溶胀减小的现象还可能部分因为交联。但是，已有报道称，对于除葡萄糖以外的糖类，交联是更不利的(Alexeev et al.，2003)。没有显著的溶胀最可能是因为受体-配体结合以及硼酸二酯形成中带正电的ATMA基团之间的电荷斥力的减小。果糖中观察到小的红移；这最可能是因为它对于苯基硼酸具有更高的亲和性，并且结合时主要形成硼酸酯基团导致渗透溶胀。

表1(如下所示)显示了3mol％MBA全息图对糖的近似敏感性。数值对应于糖浓度为5.66mM(接近健康成人的正常生理范围即4-8mM的中点)时的峰值漂移。

如表1所示，对含有12mol％ATMA的膜与对照聚合物的敏感性的比较说明，修饰显著地减小了对可能具有干扰性的糖、特别是果糖的敏感性。基于这一点，在生理浓度上的果糖或半乳糖的水平的变化(＜0.1mM)不会对使用ATMA修饰的传感器所进行的可靠的葡萄糖测量构成显著干扰。

表1

糖

5.66mM糖的峰值漂移12mol％3-APB

5.66mM糖的峰值漂移12mol％3-APB+12mol％ATMA

葡萄糖	+40nm	-50nm
			果糖	+761nm	+13nm
木糖	+50nm	-10nm
			半乳糖	+55nm	-4nm
麦芽糖	+7nm	+2nm
			核糖	+121nm	+5nm
甘露糖	+34nm	+1nm
			乳糖	+8nm	ND
蔗糖	+1nm	0nm

葡萄糖敏感的全息图对乳酸和果糖的响应

研究了传感器全息图对乳酸——一种α-羟酸的响应，因为乳酸是一种潜在的血糖测量干扰物，其存在于血液中的浓度约为0.36-0.75mM。

由12mol％3-APB和4或12mol％ATMA组成的全息图在0至6mM葡萄糖溶液或乳酸溶液中进行了测试。结果示于图6中。已发现使用3和5mol％MBA以及12mol％ATMA时乳酸响应完全衰减。两种膜都对葡萄糖有响应，对于3和5mol％MBA分别具有约10nm mM^-1或5nm mM^-1的负峰值漂移。含有3mol％MBA的全息图的较大响应可能是因为水凝胶在最初时更高度地溶胀，并因此能够以更大的程度收缩。

如图7所示，已发现在加入6mM葡萄糖之后加入2mM果糖引起负峰值漂移的部分逆转。再添加6mM果糖完全逆转了负峰值漂移。有趣的是，加入约8mM果糖后，全息图在具有和不具有6mM添加的葡萄糖时的响应几乎相同。这说明苯基硼酸优先结合果糖，因此破坏了与二价葡萄糖结合相关的交联结构。此外，这也证实了受体交联是在含有ATMA的膜中观察到的对葡萄糖结合的收缩响应的原因。为进一步研究该作用，用最高达56mM的葡萄糖滴定ATMA全息图。即使在这些高浓度下，也不存在与硼酸酯结合位点的饱和相关的红移，以及从双硼酸酯-葡萄糖络合物向硼酸和葡萄糖之间1∶1缔合的平衡转移。这与胶体晶体阵列所得的结果不同，对于后者的葡萄糖响应，传感器首先显示一个由收缩引起的蓝移，然后显示一个由溶胀引起的红移，这些行为使得传感器在实际应用上复杂化(Alexeev et al.，2003)。

已发现，血液中的果糖浓度通常为＜0.1mM，而葡萄糖为4-8mM，因此它不可能干扰在生理流体中的葡萄糖测量。为证实这一点，在具有0.1mM果糖的背景下测试3mol％MBA、12mol％3-APB、12mol％ATMA传感器全息图在2-6mM范围内对葡萄糖的响应。与不含果糖的情况下进行的对照测试相比，在0.1mM果糖的存在下，导致的对葡萄糖的响应的变化百分比在2％(6mM葡萄糖)和7％(2mM葡萄糖)之间。计算得，重复读数(N＝3)测量中的误差约为5％，由此证明这些全息传感器在有选择地检测复杂生物介质中葡萄糖浓度方面的潜在可能。

参考文献

Alexeev et al，2003；Anal.Chem.75，2316-2323.

Badugu et al，2005；Talanta 65(3)，762-768.

Blyth et al，1999；Imag.Sci.J.47(2)，87-91.

Bosch et al，2004；Tetrahedron 60，11175-11190.

Kabilan et al，2004a；J.MoI.Recog.17(3)，162-166.

Kabilan et al，2004b；Sensors，2004.Proceedings of IEEE 2，1003-1006.

Kabilan et al，2005；Biosensors and Bioelectronics，20，1602-1610.

Mayes et al，1999；Anal.Chem.71，3390-3396.

Saxby，1994；.Practical Holography，2nd ed.Prentice Hall，London.

Wiskur et al，2001；Org.Lett.3，1311-1314.

本文中指出的全部出版物都以引证的方式纳入本说明书中。

Claims (31)

1.一种分别包括固定在基质之中或之上的受体和供体化合物的传感器，该基质包含一个可结合葡萄糖的硼酸酯和一种阳离子物质，由此在葡萄糖存在时所述受体和供体化合物之间的间隙减小。

2.权利要求1的传感器，其中所述受体和供体化合物是一个FRET对。

3.权利要求1的传感器，其包括一个荧光染料和猝灭剂对。

4.前述任一权利要求的传感器，其为一个全息传感器。

5.一种全息传感器，包括位于传感器之中的一种可结合葡萄糖的硼酸酯和一种阳离子物质。

6.权利要求4或权利要求6的传感器，其中传感器中的全息图通过光的衍射产生。

7.权利要求4至6中任一项的传感器，其中全息图仅在放大后是可见的。

8.权利要求4至7中任一项的传感器，其中全息图像是物像的或者产生2或3维效果。

9.权利要求4至8中任一项的传感器，还包括用于激光照射时产生干涉作用的手段。

10.权利要求9的传感器，其中所述的手段包括一个去极化层。

11.权利要求4至10中任一项的传感器，其中全息图在白光、UV光或红外照射下可见。

12.权利要求4至11中任一项的传感器，其中全息图在特定的温度、磁性或压力条件下可见。

13.权利要求4至12中任一项的传感器，该传感器在其上具有一个滤波器。

14.权利要求13的传感器，其中所述滤波器是一个带通滤波器。

15.权利要求4至14中任一项的传感器，其中全息图的条纹结构由一种液晶制成，或者所得的衍射图样或图像是由液晶制造的条纹生成。

16.前述任一权利要求的传感器，其中阳离子物质是一种季铵化合物。

17.一种可结合葡萄糖的硼酸酯与季铵化合物的络合物。

18.一种检测样品中的分析物的方法，其包括将样品与权利要求1至16任一项的传感器的介质接触，并检测光学特性的任何改变。

19.权利要求18的方法，其中所述分析物是一种化学物质、生物化学物质或生物学物质。

20.权利要求18或权利要求19的方法，其中所述的光学特性的改变通过使用选自光阅读机、移动电话、计算机和数码相机的装置检测。

21.一种包括权利要求1至16中任一项的传感器的制品。

22.一种权利要求21的制品，其是一种数据处理卡、纸币、护照、身份证、智能卡、驾驶执照、股权证、债券、支票、支票卡、印花税票、礼券、邮票、火车票或机票、电话卡、彩票卡、赛事门票、信用卡或借记卡、名片或为区分真假产品或鉴定被盗窃产品的消费品、商标或产品保护中所使用的物品。

23.权利要求19的制品，其为一件如本文中定义的智能包装物品。

24.权利要求19的制品，其为一种含有装饰性元件的工业品或手工艺品，所述工业品或手工艺品选自珠宝、衣服(包括鞋类)、织物、家具、玩具、礼品、家居物品(包括陶器和玻璃器皿)、建筑材料(包括玻璃、瓷砖、涂料、金属、砖、陶瓷、木头、塑料和其它内部和外部装置)、艺术品(包括图画、雕刻、陶器和灯具)、文具(包括贺卡、信头和促销材料)以及体育器材。

25.权利要求19的制品，其为一种用于农业研究、环境研究、人类或兽类预后、治疗诊断、诊断、治疗、化学分析或石油化学品分析的产品或装置。

26.权利要求23的制品，其为一种测试带、芯片、药筒、药签、试管、吸液管、接触镜、球结膜下植入体、皮下植入体、酒精测定器、导管或液体取样或分析装置。

27.一种包括权利要求1至16中任一项的传感器的可转移的全息膜。

28.权利要求25的膜，其存在于热印胶带上。

29.一种增强制品安全性的方法，其包括将传感器从权利要求25或权利要求26的膜转移到制品上。

30.一种包括权利要求1至16任一项的传感器的产品，其能够由所述传感器产生数据。

31.一种用于存储、控制、转移、报告和/或模拟权利要求1至16中任一项的传感器所产生的数据的系统的用途。

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