CN101548878B - 植入式生物传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种植入式生物传感器，它包括由第一电极组件和第二电极组件组成的传感器探头，第一电极组件和第二电极组件通过导线相连，所述第一电极组件套设于管状第二电极组件内，第二电极组件的管壁上开设有一个以上的微孔。本发明是一种结构简单紧凑、体积小、稳定性好、测量精度高、使用寿命长的植入式生物传感器。

Description

植入式生物传感器

技术领域

本发明主要涉及到医疗设备中生物传感器领域，特指一种植入式生物传感器。

背景技术

生物传感技术和微电子相结合的便携式诊断医疗设备改善了无数人的生活质量。过去大部分患者都要忍受着痛苦和不便去医院或诊所确认病情，现在可以利用便携式检测设备舒服的坐在家中监控病情。

尽管如此，生物传感器领域还是面临着巨大的挑战，例如：单次间隙式传感器在取血样时，需要刺破指尖，这会给患者带来一定痛苦；又例如：患者生理或病理参数变化受诸多因素的影响，其瞬间浓度在环境温度、饮食种类、情绪变化、体力活动及个人生理代谢速度等各种因素影响下是不可预见的，所以某一时刻的单次测试不能准确的反映真实情况。

二十世纪末，一种植入式生物传感器开始被应用，它的优点是连续测定体内某些随时间变化的重要生理或病理参数，例如葡萄糖、乳酸等的浓度，从而获得更准确、更直接的判断依据。它是直接检测组织液内的实时浓度，能真实的反映患者生理环境的变化。然而，植入式传感器领域的发展比较缓慢，至今市场上准确精密，令人满意可靠的产品很少。

植入式传感器不能满足临床检测的需要受两个方面因数影响：一是生物传感器本身的准确度、精密度存在问题，不能达到长期检测的需求；更重要的是传感器的生物相容性不能达到在体检测的需要。生物相容性一方面是生物化学因素，正常机体在免疫反应的作用下阻止异物侵入，或将抗原性异物排出体外；另一方面植入物的尺寸大小、几何形状、表面光滑度等因素都会左右着测试结果，体内组织细胞与传感器上活性物质长期接触，将会对传感器的测试结果造成很大影响。浙江圣美迪诺医疗科技有限公司申请的专利公布号为：CN2782015Y，发明名称为“皮下植入式生物传感器”的专利文件中披露了一种电化学生物传感器；在传感器结构上，该专利优选方式采用正、负两针型电极，且针型电极包括金属针芯和所需测试酶层。虽然该专利解决了以往技术中植入式传感器需要借助套针植入人体等问题，但是该专利存在一些不足：譬如两极间距离较远，正、负极相对面积较小等问题会影响到传感器测试精度，更重要的是正极表面活性物质直接与组织液相接触，大分子蛋白很容易在正极表面聚集，影响传感器使用寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、体积小、稳定性好、测量精度高、使用寿命长的植入式生物传感器。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种植入式生物传感器，它包括由第一电极组件和第二电极组件组成的传感器探头，第一电极组件和第二电极组件通过导线相连，其特征在于：所述第一电极组件套设于管状第二电极组件内，第二电极组件的管壁上开设有一个以上的微孔。

作为本发明的进一步改进：

所述第一电极组件的外壁上设有生物传感层。

所述第二电极组件的内管壁上设有生物传感层。

所述第二电极组件的外管壁上设有生物相容层。

所述生物传感层为由扩散限制层、生物活性层依次排列形成的复合层。

所述管状第二电极组件内装设有参比电极。

所述第一电极组件和第二电极组件固定于一手柄上，所述手柄内设有与外接导线相连的插口。

与现有技术相比，本发明的优点就在于：本发明的植入式生物传感器，将第一电极组件固定于管状第二电极组件内，第一电极组件和第二电极组件组成了一个双电极测试系统，因此其结构十分简单紧凑、体积小、成本低廉；本发明中管状第二电极组件上开设有许多微孔，测试过程中小分子物质可以通过微孔与生物传感层上表面活性物质相结合，产生电流信号，由于第一电极组件与第二电极组件的间隔距离较短，因此测试过程中能产生比一般传感器更大的电流信号；同时，人体液中大部分大分子蛋白带负电荷，管状第二电极组件在工作时表面产生的负电荷能够有效的排斥大分子蛋白进入传感器内部，与生物传感层上活性物质发生非特异性吸附，这样能够有效的延长传感器在人体内的使用使命。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例1中手柄内插口结构示意图；

图3是本发明实施例1中传感器探头的结构示意图；

图4是本发明实施例1中第一电极组件的结构示意图；

图5是本发明实施例1中第二电极组件的结构示意图；

图6是本发明实施例2中传感器探头的结构示意图；

图7是本发明实施例3中第一电极组件的结构示意图；

图8是本发明实施例3中第二电极组件的结构示意图；

图9是本发明在磷酸盐缓冲液中对葡萄糖响应电流信号的应用实例示意图；

图10是本发明第一电极组件未置于第二电极组件内在磷酸盐缓冲液中对葡萄糖响应电流信号的示意图。

图例说明：

1、传感器探头      2、手柄

3、外接导线        4、第二电极组件

41、微孔           42、银或氯化银层

43、金属针管       44、生物相容层

5、第一电极组件    51、金属针芯

52、生物传感层     6、固定垫

7、插口            8、参比电极

具体实施方式

以下将结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步详细说明。

实施例1：如图1、图2、图3、图4和图5所示，本发明的植入式生物传感器，它包括由第一电极组件5和第二电极组件4组成的传感器探头1，第一电极组件5和第二电极组件4通过导线相连，第一电极组件5和第二电极组件4固定于一手柄2上，手柄2内设有与外接导线3相连的插口7，方便第一电极组件5和第二电极组件4与外接仪器进行信号传输，并通过其将信号传输给相应检测设备。手柄2的下面设有一胶布层，材料宜采用医用低敏胶布。第一电极组件5为针形，第二电极组件4为管状，第一电极组件5套设于第二电极组件4内并通过固定垫6固定，第二电极组件4的管壁上开设有一个以上的微孔41；通过该微孔41，组织液中小分子物质可以方便地与第二电极组件4内第一电极组件5上的活性物质相接触。

本实施例中，管状第二电极组件4包括一金属针管43，金属针管43的外壁上设有生物相容层44，第二电极组件4的内壁上设有银或氯化银层42，金属针管43可以由不锈钢、钛合金等组成。生物相容层44可以是聚碳酸酯、聚氨酯等在金属针管43的外壁表面上形成的厚度在5-20微米的膜层，管状第二电极组件4内壁上复合的银或氯化银层42与金属针管43共同作为传感器负极。

针形第一电极组件5包括一金属针芯51，金属针芯51的外表面上设有生物传感层52，生物传感层52为由扩散限制层、生物活性层依次排列形成的复合层。金属针芯51的材料可以是纯度在99.9％以上的金、铂，也可以是在表面溅射或电镀有一层铂黑的不锈钢或钛合金。金属针芯51外的生物活性层中可以含有葡萄糖氧化酶、乳酸氧化酶、胆固醇氧气酶等以氧为天然电子传导体的酶，生物活性层可以通过共价交联固定于金属针芯51的表面，如将酶溶解于壳聚糖、戊二醛的混合溶液中，通过溶胶-凝胶包埋法在金属针芯51的表面形成生物活性层。扩散限制层可以是聚氯乙烯、乙酸纤维素、聚乙二醇等在酶层表面形成的半透膜，它限制被检测物质透过量，如在体检测葡萄糖，由于检测时间比较长，体内氧气不足，常常需要限制葡萄糖在传感器表面透过的量。第一电极组件5的直径可以是0.1～0.2毫米，第二电极组件4的内径可以为0.3～0.4毫米，外径可以为0.5～0.6毫米，微孔41的直径为0.1～0.2毫米。其中，在生物传感层52的复合层中生物活性层位于靠近金属针芯51的内侧。

工作时，第一电极组件5固定于第二电极组件4内，第一电极组件5和第二电极组件4组成了一个双电极测试系统，管状第二电极组件4上开设有许多微孔41，测试过程中，小分子物质如：葡萄糖、乳酸、胆固醇等可以通过微孔41与生物活性层中活性物质相结合，产生电流信号。第一电极组件5和第二电极组件4的间隔距离较短，测试过程中能产生比一般传感器更大的电流信号；人体液中大部分大分子蛋白带负电荷，管状第二电极组件4在工作时表面产生的负电荷能够有效的排斥大分子蛋白进入传感器内部，与第一电极组件5发生非特异性吸附，这样能够有效的延长传感器在人体内的使用使命。

图9示出本传感器在磷酸盐缓冲液中对葡萄糖响应的电流信号特征曲线，图中纵坐标表示传感器测得的响应电流信号，图中从左向右每一阶梯葡萄糖浓度依次升高40毫克/分升。由图9可知，本传感器稳定时间不大于2分钟，对葡萄糖浓度瞬时变化的响应少于10秒，对葡萄糖浓度检测的线性范围不低于600毫克/分升，传感器灵敏度高，稳定性好。作为对比，将第一电极组件5从第二电极组件4中取出，分开放入同一磷酸盐缓冲液中，同样温度和PH值下测试，得传感器对葡萄糖响应的电流信号特征曲线如图10所示，不难看出，较图9传感器的灵敏度和稳定性都有所下降，线性范围也变窄了。

实施例2：本实施例与实施例1的结构和工作原理基本一致，其区别就在于：如图6所示，管状第二电极组件4内还可以装设有参比电极8，参比电极8可以是纯度在99.9％以上的铂丝或表面溅射、电镀有一层铂黑的不锈钢丝，参比电极8在测试过程中起到稳定电压的作用，有利于长时间测试得到更准切的数据。

实施例3：本实施例与实施例1的结构和工作原理基本一致，其区别就在于：如图8所示，生物传感层52设置于第二电极组件4的内管壁上；如图7所示，银或氯化银层42设置于第一电级组件5的金属针芯51上。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种植入式生物传感器，它包括由第一电极组件(5)和第二电极组件(4)组成的传感器探头(1)，第一电极组件(5)和第二电极组件(4)通过导线相连，其特征在于：所述第二电极组件(4)为管状，所述第一电极组件(5)套设于管状第二电极组件(4)内，第二电极组件(4)的管壁上开设有一个以上的微孔(41)；在所述第一电极组件(5)的外壁上或者在所述第二电极组件(4)的内管壁上设有生物传感层(52)。

2.根据权利要求1所述的植入式生物传感器，其特征在于：所述第二电极组件(4)的外管壁上设有生物相容层(44)。

3.根据权利要求1或2所述的植入式生物传感器，其特征在于：所述生物传感层(52)为由里至外依次排列的生物活性层和扩散限制层所形成的复合层。

4.根据权利要求1或2所述的植入式生物传感器，其特征在于：所述管状第二电极组件(4)内装设有参比电极(8)。

5.根据权利要求3所述的植入式生物传感器，其特征在于：所述管状第二电极组件(4)内装设有参比电极(8)。

6.根据权利要求1或2所述的植入式生物传感器，其特征在于：所述第一电极组件(5)和第二电极组件(4)固定于一手柄(2)上，所述手柄(2)内设有与外接导线(3)相连的插口(7)。

7.根据权利要求4所述的植入式生物传感器，其特征在于：所述第一电极组件(5)和第二电极组件(4)固定于一手柄(2)上，所述手柄(2)内设有与外接导线(3)相连的插口(7)。

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