CN102178513B

CN102178513B - 夹心式生物传感器

Info

Publication number: CN102178513B
Application number: CN 201110115360
Authority: CN
Inventors: 车宏莉; 魏巧龙; 周建华; 罗晶晶
Original assignee: CHANGSHA SINOCARE Inc
Current assignee: Sinocare Inc
Priority date: 2011-05-05
Filing date: 2011-05-05
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2031-05-05
Also published as: CN102178513A

Abstract

本发明公开了一种夹心式生物传感器，包括生物传感部，所述生物传感部为由两个金属薄层以及夹设于两个金属薄层之间的高分子薄膜组件组成的夹心结构。本发明具有结构简单紧凑、既具有一定的硬度、又能够在监测过程中减少病人的痛苦等优点。

Description

夹心式生物传感器

技术领域

本发明主要涉及到医疗器械领域，特指一种生物传感器。

背景技术

随着科学技术的日益进步，医疗器械领域内的监测产品不断更新，各种各样的生物传感器受到科技及医疗界的关注。如，用于体内葡萄糖浓度监测的动态血糖监测传感器，就是将生物传感器探头植入皮肤下面，在一段很长的时间内对间质液中的葡萄糖浓度进行实时监测。

目前，市场上存在的植入式生物传感器探头大致可分两类：一类是纯金属基材制备而成，包括针状和片状金属微针生物传感器，生物传感层直接修饰在金属表面，测试过程中金属基材有一定硬度，可以直接植入人体；但是，针状和片状金属微针长时间留在体内，随着人体的活动，疼痛感会越来越明显，这样既会影响病人正常生命活动，又会给监测带来误差。另一类则是采用纯高分子材料基底制备而成的生物传感器。使用之初，需要借助套针等创伤较大的器具将传感器探头植入人体，监测过程中，可能因为人体的剧烈运动使传感器探头发生弯折，最终影响监测的进行，造成传感器探头的提前报废。

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、既具有一定的硬度、又能够在监测过程中减少病人的痛苦的夹心式生物传感器。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种夹心式生物传感器，包括生物传感部，其特征在于：所述生物传感部为由两个金属薄层以及夹设于两个金属薄层之间的高分子薄膜组件组成的夹心结构。

作为本发明的进一步改进：

所述高分子薄膜组件为单个高分子薄膜层。

所述生物传感部两个端部的外表面上均设有高分子加固层，所述生物传感部的中段为生物传感部位；所述生物传感部位的一个面上设有生物活性层和扩散限制层，所述生物传感部位的另一面上设有银/氯化银层。

所述高分子薄膜组件包括两个高分子薄膜层以及夹设于两个高分子薄膜层的中心金属薄层。

所述生物传感部两个端部的外表面上均设有高分子加固层，所述生物传感部的中段为生物传感部位；所述生物传感部位的一个面上设有生物活性层和扩散限制层，所述生物传感部位的另一面上设有银/氯化银层，所述中心金属薄层为铂层。

所述生物传感部两个端部的外表面上均设有高分子加固层，所述生物传感部的中段为生物传感部位；所述生物传感部位的一个面上设有生物活性层和扩散限制层，所述生物传感部位的另一面上设有铂层，所述中心金属薄层为银/氯化银层。

所述生物传感部两个端部的外表面上均设有高分子加固层，所述生物传感部的中段为生物传感部位；所述生物传感部位的一个面上设有银/氯化银层，所述生物传感部位的另一面上设有铂层，所述中心金属薄层为生物活性层和扩散限制层。

所述高分子薄膜层为聚全氟乙丙烯、聚四氟乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚丙烯、尼龙、聚乙烯、聚碳酸酯和聚醚醚酮中的任意一种或多种的组合；所述高分子薄膜层的厚度为0.01～0.3毫米。

所述金属薄层为不锈钢、钛、镍钛、钴铬合金、镁、金和铂中的任意一种或多种；所述金属薄层的厚度为0.01～0.3毫米。

所述高分子加固层为聚全氟乙丙烯、聚四氟乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚丙烯、尼龙、聚乙烯、聚碳酸酯和聚醚醚酮中的任意一种或多种；所述高分子加固层的厚度可以为0.001～0.2毫米。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的夹心式生物传感器，通过金属薄层与高分子薄膜层所形成的夹层式设计，使整个生物传感部既具有了高分子材料的柔韧性，又具有了金属材料的刚性。这样的传感器探头在使用过程中，既可以直接植入人体，避免产生较大创伤，又可以在监测过程中减少病人的痛苦，进而提高了传感器的准确度和使用寿命；

2、本发明的夹心式生物传感器，在加工时，可先在绝缘层板材上加工出导电层，然后在一面上加工出工作电极（生物活性层和扩散限制层），另一面上加工出对电极，接着切割出电极雏型。由此可知，其加工十分简单、非常适合于大规模生产。

附图说明

图1是高分子薄膜层的示意图；

图2是实施例1中夹心式结构的示意图；

图3是实施例2中高分子薄膜组件的示意图；

图4是实施例2中夹心式结构的示意图；

图5是将夹心式结构切割成传感部时的示意图；

图6是夹心式传感器雏形的示意图；

图7是一种经过打磨后的夹心式传感部；

图8是一种设有加固层的夹心式传感部的示意图；

图9是设有加固层且经过打磨后的夹心式传感部的示意图；

图10是实施例1中夹心式传感部的截面结构示意图；

图11是本发明整个生物传感器的结构示意图；

图12是本发明中生物传感器外接导线时的示意图。

图例说明：

2、金属薄层；3、高分子薄膜层；4、传感器雏形；5、生物传感部；52、生物传感部位；53、传感器高分子薄膜层；54、高分子加固层；55、生物活性层；56、扩散限制层；57、银/氯化银层；6、导出端；7、手柄；8、导出线；9、连接槽。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

本领域技术人员应当明白，本发明所述的生物传感器是一种检测并产生与生理变化或分析物有关的信号（如检测间质液中葡萄糖浓度）的装置。这类生物传感器基于那些与电化学转换技术结合的酶反应的传感器。参见图11和图12，本发明中的夹心式生物传感器（例如：葡萄糖传感器），包括了生物传感部5、手柄7和导出线8，生物传感部5用于监测的传感器探头，其端部设有导出端6以及连接槽9；导出线8用来连接外部仪器，在测试过程中，通过对传感器探头中的两极施加一定电压，检测电流信号变化的桥梁；其中手柄7和导出线8实际均为常规结构，在此就不再赘述。本发明的特点在于对生物传感部5的改进。

本发明中，作为传感器探头的生物传感部5呈夹心式结构，该生物传感部5为由两个金属薄层2以及夹设于两个金属薄层2之间的高分子薄膜组件组成的夹心结构。即，金属薄层2为导电层，高分子薄膜组件作为绝缘层；通过高分子薄膜组件将金属薄层2隔离开来，作为传感器的测试电极。而整个夹心式结构的一导电面为工作电极，另一导电面为对电极，该工作电极包括生物活性层55和扩散限制层56，对电极可以是银/氯化银层57等。

实施例1：如图1所示，高分子薄膜组件为单个高分子薄膜层3，其作为传感器高分子薄膜层53。如图2所示，在高分子薄膜层3的两个表面通过一定方法，加工出金属薄层2，获得夹心式结构。接着，把夹心式结构经过图5所示的切割工序，加工成图6所示的传感器雏形4；该传感器雏形4就包括生物传感部5（图6中虚线圈出部分）和导出端6。经过打磨工序对生物传感部5进行修边、去毛刺等处理，获得光滑的生物传感部5，如图7或图8所示。为了使夹心式结构更加牢固，可以在生物传感部5的前、后两端分别修饰高分子加固层54，留出中段的生物传感部位52。最后，在生物传感部位52的一面加工出生物活性层55和扩散限制层56，在生物传感部位52的另一面加工出银/氯化银层57。这样，生物传感部位52的两面即可分别作为测试所需的生物传感器的正、负两极。这两极的后端导出端6与传感器手柄7中的导出线8相连接，通过外部仪器施加一定电压，控制生物传感器实现相应物质的测试。

进一步，本实施例中，高分子薄膜层3可以是聚全氟乙丙烯（FEP）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚氨酯（PU）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、尼龙（PA）、聚乙烯（PE）、聚碳酸酯（PC）和聚醚醚酮（PEEK）等医用高分子材料中的一种或多种。高分子薄膜层3的厚度可以为0.01～0.3毫米，优选为0.05～0.1毫米。

进一步，本实施例中，金属薄层2可以是不锈钢、钛、镍钛、钴铬合金、镁、金、铂等金属材料中的一种或多种。金属薄层2可以是通过刻蚀、溅射或电镀等方法在高分子材料两面分别加工出，也可以是将两金属薄片2分别粘合在高分子薄膜3的两面。金属薄层2的厚度可以是0.01～0.3毫米，优选为0.05～0.2毫米。

进一步，本实施例中，高分子加固层54可以是聚全氟乙丙烯（FEP）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚氨酯（PU）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、尼龙（PA）、聚乙烯（PE）、聚碳酸酯（PC）和聚醚醚酮（PEEK）等医用高分子材料中的一种或多种。高分子加固层54的厚度可以为0.001～0.2毫米，优选为0.01～0.05毫米。

进一步，本实施例中，生物活性层55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55可以通过共价交联固定于生物传感部位52的一面，如将酶溶解于牛血清白蛋白和戊二醛的混合溶液中，通过溶胶-凝胶包埋法在生物传感部位52的一面形成生物活性层55。扩散限制层56可以是聚氯乙烯、乙酸纤维素、聚乙二醇、聚氨酯、聚碳酸酯等高分子材料在生物活性层55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。

进一步，本实施例中，银/氯化银层57可以是金属薄层2表面通过电化学方法电镀一层银，通过电化学腐蚀成银/氯化银层57。

本发明的夹心式生物传感器，通过其特殊的夹层结构，既保证了其所需的硬度要求，又能在实际运用过程中，可以明显减少病人的疼痛感，提高传感器的使用寿命和监测准确度。

实施例2：本实施例中，高分子薄膜组件包括两个高分子薄膜层3以及夹设于两个高分子薄膜层3间的中心金属薄层。如图3所示，首先在中心金属薄层的正、反两面加工出高分子薄膜层3；接着，在两层高分子薄膜层3的表面各加工出一层金属薄层2；如图4所示，经过切割、打磨、加固等工序获得如图9示出的夹心式生物传感器。本实施例中，生物传感部位52的中间夹层的中心金属薄层表面可以通过电镀或溅射等方法，在其表面加工出一层铂层，或者中心金属薄层为铂金属，其他构造与实施例1相同，在此就不再赘述。这样生物传感部位52构成了测试所需的三电极，可利用三电极系统对相应物质进行检测。

实施例3：本实施例为实施例2的进一步改进，本实施例中可以将银/氯化银层57设在生物传感部位52的中心金属薄层处，而将生物传感层（生物活性层55和扩散限制层56）和铂层设计在生物传感部位52的两面；

或者，其它的实施例中，还可以进一步将生物传感层设在生物传感部位52的中心金属薄层处，银/氯化银层57和铂层设计在生物传感部位52的两面，其他构造与实施例1相同，在此就不再赘述。

以上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，应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种夹心式生物传感器，包括生物传感部（5），其特征在于：所述生物传感部（5）为由两个金属薄层（2）以及夹设于两个金属薄层（2）之间的高分子薄膜组件组成的夹心结构；所述生物传感部（5）两个端部的外表面上均设有高分子加固层（54），所述生物传感部（5）的中段为生物传感部位（52）；当所述高分子薄膜组件为单个高分子薄膜层（3）时，所述生物传感部位（52）的一个面上设有生物活性层（55）和扩散限制层（56），所述生物传感部位（52）的另一面上设有银/氯化银层（57）；当所述高分子薄膜组件包括两个高分子薄膜层（3）以及夹设于两个高分子薄膜层（3）的中心金属薄层时，生物活性层（55）与扩散限制层（56）的组合层、银/氯化银层（57）、铂层按任意顺序排列并分别位于所述生物传感部位（52）的两个面和中心金属薄层。

2.根据权利要求1所述的夹心式生物传感器，其特征在于：所述高分子薄膜层（3）为聚全氟乙丙烯、聚四氟乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚丙烯、尼龙、聚乙烯、聚碳酸酯和聚醚醚酮中的任意一种或多种的组合；所述高分子薄膜层（3）的厚度为0.01～0.3毫米。

3.根据权利要求1所述的夹心式生物传感器，其特征在于：所述金属薄层（2）为不锈钢、钛、镍钛、钴铬合金、镁、金和铂中的任意一种或多种；所述金属薄层（2）的厚度为0.01～0.3毫米。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的夹心式生物传感器，其特征在于：所述高分子加固层（54）为聚全氟乙丙烯、聚四氟乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚丙烯、尼龙、聚乙烯、聚碳酸酯和聚醚醚酮中的任意一种或多种；所述高分子加固层（54）的厚度为0.001～0.2毫米。