CN104777194A - 抗干扰传感电极及微流控试纸流道流速控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于医疗即时检测的生物传感电极，特别涉及一种抗干扰传感电极及微流控试纸流道流速控制方法，所述的抗干扰区设有一个控速区和一个阻断区，所述的控速区设置于进样口和阻断区之间，所述的阻断区设置于控速区和反应区之间，所述的控速区涂布有抗干扰试剂和流控控制物质，所述的阻断区为一个填充待溶解粉末的微流道。本发明的控速区流速比进样口和检测区慢，而血液进入阻断区后停止流动，等到待溶解粉末溶解后血液样品再次流动以进入检测区，血液从抗干扰区到达检测区的时间为15~60秒，使抗坏血酸酶在抗干扰区与血液中抗坏血酸充分反应，使血液进入检测区时抗坏血酸含量较低，血液中尿酸等物质在检测时不受抗坏血酸的干扰，检测精度高。

Description

抗干扰传感电极及微流控试纸流道流速控制方法

技术领域：

本发明涉及一种用于医疗即时检测的生物传感电极，特别涉及一种具有抗干扰能力的微流控试纸及其制备方法，属于生物传感技术领域。

背景技术：

尿酸是嘌呤代谢的终末产物，嘌呤代谢紊乱、能量代谢异常及肾脏对尿酸的排泄障碍均可引起血浆尿酸浓度升高(高尿酸血症)或降低(低尿酸血症)。目前认为，尿酸测定是诊断嘌呤代谢紊乱所致痛风的最佳生化标志。痛风的主要特点是高尿酸血症，由此而引起痛风性急性关节炎、痛风石沉积、痛风石性慢性关节炎和关节畸形、尿酸肾结石等肾脏病变，对健康危害很大。血尿酸的检测，对痛风患者在治疗过程中病情的发展变化具有科学的量化指导作用。血尿酸的检测可以有效的提示糖尿病、高血压及心脑血管疾病的危险因素，减少糖尿病、高血压及心脑血管的发生率和合并并发症的出现；还可以及时指导病人的饮食生活，防止潜在疾病的发生；另外还有助于肾脏病变的早期诊断。

目前市场上有用于尿酸检测的即时检测试纸，采用电化学方法进行定量测量。但由于血液中含有抗坏血酸，抗坏血酸与尿酸的氧化还原电位接近，因此会干扰尿酸的检测。

申请号为201210407884.3，发明名称为一种定量测试尿酸的干化学试纸条的国专利申请，通过在电极上印刷或涂覆抗坏血酸氧化酶来达到抗干扰的目的，但这种方法的抗干扰效果有限。因为血液虹吸进电极检测区时，检测时间只有很短的时间(如实施例所述10秒)，只有一部分抗坏血酸与抗坏血酸氧化酶反应，还有一部分抗坏血酸与尿酸同时和电介体反应产生电流，而仍然会产生干扰信号。

发明内容：

为了克服上述缺陷，本发明旨在提供一种在检测血液中某些成分时有效解除抗坏血酸的干扰的抗干扰传感电极。

本本发明的另一个目的是提供一种微流控试纸流道流速控制方法，实现对流道各部分流速的控制，可以使样品定速到达某个区域，或者某个区域停留一段时间，或者在某个区域停止流动。

由于以上两项发明创造对现有技术作出的贡献为均通过抗干扰试剂、流控控制物质和待溶解粉末实现试纸流道流速控制，进而实现对抗坏血酸干扰信号的去除，因而属于一个总的发明构思，具备单一性，可以作为一件申请提出。

为了实现发明目的，本发明采用的技术方案为：抗干扰传感电极，包括设置于进样口和检测区之间的抗干扰区，其特征在于：所述的抗干扰区设有一个控速区和一个阻断区，所述的控速区设置于进样口和阻断区之间，所述的阻断区设置于控速区和反应区之间，所述的控速区涂布有抗干扰试剂和流控控制物质，所述的阻断区为一个填充待溶解粉末的微流道；所述的抗干扰试剂为抗坏血酸酶，所述的流控控制物质包括明胶、牛血清白蛋白、丙烯酸树脂、羟甲基纤维素的一种或几种，所述的待溶解粉末包括海藻糖微粉、淀粉微粉或其混合物。

所述的流控控制物质由0.1％-5％明胶、1％-10％牛血清白蛋白、0.1％-2％丙烯酸树脂、0.1％-5％羧甲基纤维素与水、酒精、丙二醇的混合物干燥而成，其中百分比为某组分占整个混合物的质量分数。

所述的待溶解粉末为海藻糖微粉和淀粉微粉的混合物。

抗干扰传感电极还包括2个气孔，其中1个气孔位于抗干扰区后端，另1个气孔位于反应区后方。

所述的抗干扰区包括酶量为0.25-3U的抗坏血酸酶、质量为0.1-10微克的羟甲基纤维素。

所述的抗干扰区与反应区的腔体体积比为1.5：1～10:1，反应区的腔体体积为1-10微升。

微流控试纸流道流速控制方法，其特征在于，根据流道中血液样品所需流速，在流道中不同区域涂布亲水物质、疏水物质或添加待溶解粉末，疏水物质使样品在某个区域定速流动，亲水物质使样品在某个区域减速流动，待溶解粉末使样品在某个区域停止流动。

微流控试纸流道流速控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

(1)在进样口和检测区之间设置抗干扰区；所述的抗干扰区设有一个控速区和一个阻断区，所述的控速区设置于进样口和阻断区之间，所述的阻断区设置于控速区和反应区之间；

(2)控速区涂布抗坏血酸酶和流控控制物质，流控控制物质包括明胶、牛血清白蛋白、丙烯酸树脂、羟甲基纤维素的一种或几种与水、酒精、丙二醇的混合物，然后干燥；

(3)阻断区为一个微流道，微流道内填充待溶解粉末，所述的待溶解粉末包括海藻糖微粉、淀粉微粉或其混合物。

在步骤(2)中，流控控制物质为0.1％-5％明胶、1％-10％牛血清白蛋白、0.1％-2％丙烯酸树脂、0.1％-5％羧甲基纤维素与水、酒精、丙二醇的混合物干燥而成。

抗干扰区包括酶量为0.25-3U的抗坏血酸酶、质量为0.1-10微克的羟甲基纤维素；抗干扰区与反应区的腔体体积比为1.5：1～10:1，反应区的腔体体积为1-10微升。

本发明所述的抗干扰传感电极及微流控试纸流道流速控制方法，还可以用于构建葡萄糖、总胆固醇、甘油三酯、酮体、乳酸、凝血酶原时间等血液检测指标的传感电极，其均能实现发明目的。

本发明的控速区一段流速比进样口和检测区慢，而血液进入阻断区后停止流动一段时间，等到待溶解粉末溶解后血液样品再次流动以进入检测区，血液从抗干扰区到达检测区的时间为15～60秒，使抗坏血酸酶在抗干扰区与血液中抗坏血酸充分反应，使血液进入检测区时抗坏血酸含量较低，血液中尿酸等物质在检测时不受抗坏血酸的干扰，检测精度高。

附图说明

图1为本发明的抗干扰传感电极的结构图；

图2为基板的结构图；

图3为中隔层的结构图；

图4为黏胶层的结构图；

图5为上盖的结构图；

其中1进样口，2抗干扰区，3检测区，4电极，5基板，6中隔层，7控速区，8阻断区，9黏胶层，10上盖，11气孔，12反应区。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。

根据图1，一种具有抗干扰能力的传感电极，包括进样口1、抗干扰区2和检测区3三个部分。其中检测区包含反应区，反应区12用于检测尿酸、葡萄糖、总胆固醇、甘油三酯、酮体、乳酸等物质，血液从进样口吸入，流入抗干扰区，在抗干扰区停留一段时间后继续流入检测区进行反应，检测区的电极上的信号由连接的仪器读出检测值。检测区含有若干检测电极4。

根据图2-5，传感电极试纸由基板5(即绝缘基底)、中隔层6、黏胶层9和上盖10构成。在绝缘基底(即基板)上丝网印刷工作电极和对电极，以及两者的引出导线。将中隔层黏贴到绝缘基底上，形成包含工作电极和对电极的进样区和反应区。中隔层为具有双面胶的绝缘薄膜，可以是PVC绝缘薄膜、PET绝缘薄膜等。黏胶层位于中隔层和上盖之间，上盖由抗干扰区构成。

抗干扰区使用一种可调控流速的微流控通道处理方法。流道中根据样品的流速需要喷涂亲水物质、疏水物质、或添加待溶解粉末，从而实现对流道各部分流速的控制，可以使样品定速到达某个区域，或者某个区域停留一段时间，或者在某个区域停止流动。

抗干扰区含有一个控速区7、一个阻断区8和气孔11，其中控速区涂布抗干扰试剂和流控控制物质，阻断区为一个填充了待溶解粉末的微流道。控速区一段流速比进样口和反应区慢。血液从抗干扰区到达检测区的时间为15～60秒。抗干扰区后端含有气孔，可以使液体形成虹吸顺利吸满整个抗干扰区。检测区后方有另一个气孔，当阻断区的待溶解粉末溶解后，形成第二次虹吸，液体从抗干扰区流入检测区。

流控控制物质是由0.1％-5％明胶、1％-10％牛血清白蛋白、0.1％-2％丙烯酸树脂、0.1％-5％羧甲基纤维素等与水、酒精、丙二醇的混合物干燥而成(干燥后水、酒精和丙二醇完全挥发)，用于调控血液的流速，延缓虹吸速度。制备过程：将0.1％-5％明胶、1％-10％牛血清白蛋白、0.1％-2％丙烯酸树脂、0.1％-5％羧甲基纤维素等研磨成粉末，溶解在与水、酒精、丙二醇的混合溶液中，之后干燥。

待溶解粉末是海藻糖微粉、淀粉微粉的组合。

或者抗干扰区含有酶浓度范围0.5-6KU/ml抗坏血酸酶、浓度范围0.2-2mg/ml CMC、0.01-0.1mol/L pH 5-7磷酸盐缓冲液等。喷涂的体积为0.5-5微升。

抗干扰区与反应区的腔体体积比为(1.5～10):1。反应区的腔体体积为1-10微升。进样量3-100微升血液。

制备实施例1

试纸上设有进样口、检测区和抗干扰区，进样口和检测区与现有技术的尿酸检测试纸相同。

在抗干扰区设置控速区和阻断区，控速区和阻断区的腔体体积比为3：1，且腔体体积为10微升和3.3微升，对应的反应区体积为7微升；控速区喷涂含有酶浓度范围2KU/ml抗坏血酸酶、0.4mg/ml羟甲基纤维素以及0.05mol/LpH 5-7的磷酸盐缓冲液3微升，之后自然风干或烘干。

阻断区的微流道内填充0.5mg的海藻糖微粉。

血液从抗干扰区到达检测区的时间为30秒。

制备实施例2

试纸上设有进样口、检测区和抗干扰区，进样口和检测区与现有技术的尿酸检测试纸相同。

在抗干扰区设置控速区和阻断区，控速区和阻断区的腔体体积比为5：1，且腔体体积为10微升和2微升，对应的反应区体积为8微升；控速区喷涂酶浓度范围4KU/ml抗坏血酸酶1微升；再喷涂含0.5mg/ml羟甲基纤维素、0.2mg/ml明胶、0.3mg/ml丙烯酸树脂以及0.07mol/L丙二醇的水溶液2微升，之后自然风干或烘干。

阻断区的微流道内填充0.5mg的淀粉微粉。

血液从抗干扰区到达检测区的时间为45秒。

制备实施例3

试纸上设有进样口、检测区和抗干扰区，进样口和检测区与现有技术的尿酸检测试纸相同。

在抗干扰区设置控速区和阻断区，控速区和阻断区的腔体体积比为6：1，且腔体体积为12微升和2微升，对应的反应区体积为9微升；控速区喷涂酶浓度范围6KU/ml抗坏血酸酶1微升；再喷涂含0.5mg/ml牛血清白蛋白、0.4mg/ml羟甲基纤维素、0.3mg/ml丙烯酸树脂以及0.07mol/L丙二醇的水溶液2微升，之后自然风干或烘干。

阻断区的微流道内填充0.25mg的淀粉微粉和0.25mg海藻糖微粉。

血液从抗干扰区到达检测区的时间为60秒。

对比实施例1

以检测尿酸为例，进血液量设定为10微升，用普通尿酸电极和抗干扰传感电极分别测定血液样品在尿酸浓度为0.3mmol/L时，抗坏血酸分别为0/0.02/0.05/0.075/0.1/0.2/0.3/0.5/0.75/1mmol/L，响应电流变化情况，如表1所示的抗坏血酸在尿酸试片上的电流响应数据对比表。

表1 抗坏血酸在尿酸试片上的电流响应数据

结果分析：使用抗干扰尿酸电极和普通尿酸电极测试抗坏血酸浓度分别为0/0.02/0.05/0.075/0.1/0.2/0.3/0.5/0.75/1mmol/L的0.3mmol/L尿酸溶液，结果显示，抗干扰尿酸电极的电流值稳定在0.85微安左右，而普通尿酸电极的电流与抗坏血酸的浓度成正比，说明抗干扰尿酸电极不受抗坏血酸浓度的影响。

对比实施例2

以检测尿酸为例，进血液量设定为15微升，用抗干扰传感电极分别测定尿酸浓度为0.1/0.2/0.3/0.4/0.5/0.6/0.8/1.2mmol/L，抗坏血酸浓度为0和1mmol/L时，响应电流变化情况，如表2所示的抗干扰尿酸电极检测尿酸结果对比表。

表2 抗干扰尿酸电极检测尿酸结果对比数据

结果分析：使用抗干扰尿酸电极测试抗坏血酸浓度分别为0和1mmol/L、尿酸浓度为0.1/0.2/0.3/0.4/0.5/0.6/0.8/1.2mmol/L的溶液，结果显示，两组测试的结果接近，电流值与尿酸的浓度成正比，含有抗坏血酸组的电流值并没有增大，说明抗干扰尿酸电极不受抗坏血酸浓度的影响。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.抗干扰传感电极，包括设置于进样口和检测区之间的抗干扰区，其特征在于：所述的抗干扰区设有一个控速区和一个阻断区，所述的控速区设置于进样口和阻断区之间，所述的阻断区设置于控速区和反应区之间，所述的控速区涂布有抗干扰试剂和流控控制物质，所述的阻断区为一个填充待溶解粉末的微流道；所述的抗干扰试剂为抗坏血酸酶，所述的流控控制物质包括明胶、牛血清白蛋白、丙烯酸树脂、羟甲基纤维素的一种或几种，所述的待溶解粉末包括海藻糖微粉、淀粉微粉或其混合物。

2.根据权利要求1所述的抗干扰传感电极，其特征在于：所述的流控控制物质由0.1%-5%明胶、1%-10%牛血清白蛋白、0.1%-2%丙烯酸树脂、0.1%-5%羧甲基纤维素与水、酒精、丙二醇的混合物干燥而成。

3.根据权利要求1或2所述的抗干扰传感电极，其特征在于：所述的待溶解粉末为海藻糖微粉和淀粉微粉的混合物。

4.根据权利要求3所述的抗干扰传感电极，其特征在于：还包括2个气孔，其中1个气孔位于抗干扰区后端，另1个气孔位于反应区后方。

5.根据权利要求1所述的抗干扰传感电极，其特征在于，所述的抗干扰区包括酶量为0.25-3U的抗坏血酸酶、质量为0.1-10微克的羟甲基纤维素。

6.根据权利要求5所述的抗干扰传感电极，其特征在于，所述的抗干扰区与反应区的腔体体积比为1.5：1~10:1，反应区的腔体体积为1-10微升。

7.微流控试纸流道流速控制方法，其特征在于，根据流道中血液样品所需流速，在流道中不同区域涂布亲水物质、疏水物质或添加待溶解粉末，疏水物质使样品在某个区域定速流动，亲水物质使样品在某个区域减速流动，待溶解粉末使样品在某个区域停止流动。

8.微流控试纸流道流速控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

在进样口和检测区之间设置抗干扰区；所述的抗干扰区设有一个控速区和一个阻断区，所述的控速区设置于进样口和阻断区之间，所述的阻断区设置于控速区和反应区之间；

控速区涂布抗坏血酸酶和流控控制物质，流控控制物质包括明胶、牛血清白蛋白、丙烯酸树脂、羟甲基纤维素的一种或几种与水、酒精、丙二醇的混合物，然后干燥；

阻断区为一个微流道，微流道内填充待溶解粉末，所述的待溶解粉末包括海藻糖微粉、淀粉微粉或其混合物。

9.根据权利要求8所述的微流控试纸流道流速控制方法，其特征在于：在步骤（2）中，流控控制物质为0.1%-5%明胶、1%-10%牛血清白蛋白、0.1%-2%丙烯酸树脂、0.1%-5%羧甲基纤维素与水、酒精、丙二醇的混合物干燥而成。

10.根据权利要求8或9所述的微流控试纸流道流速控制方法，其特征在于：抗干扰区包括酶量为0.25-3U的抗坏血酸酶、质量为0.1-10微克的羟甲基纤维素。