CN106232606A - 用于测定分析物的非酶电化学传感器 - Google Patents

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Abstract

本文所述的实施方式总体地涉及含有合成的氧化还原活性受体的组合物，特别涉及含有硼酸基的合成的氧化还原活性受体的组合物，该受体可电化学传感样品溶液中的目标分析物。在一些实施方式中，合成的氧化还原活性受体具有化学式Ⅰ的成分：其中，变量L、L’、R、R’、n和X如本文所述。

Description

用于测定分析物的非酶电化学传感器
优选权
本申请要求2014年4月23日提交的美国临时申请61/983,188的优先权，该申请的内容通过引用被整体并入本申请。
技术领域
本文描述的实施方式总体地涉及含有双季铵盐的组合物，特别涉及含有硼酸基的合成的氧化还原活性受体的组合物，该受体可以电化学传感样品溶液中的目标分析物。
背景技术
电化学传感器被定义为使用电子参数例如电流、电压、电容、阻抗或者其它电子参数以测定目标分析物(例如化学、生物化学或生物分析物)的浓度。在这些电化学传感器中，安培电化学传感器(即电流测量传感器)是最常见的。安培电化学传感器可以包括工作电极、参比电极和任选的反电极，其可以通过电路(例如稳压器)被电耦合。在预定的正电压(即氧化)或者预定的负电压(即还原)偏置工作电极，分别能够氧化或者还原目标分析物。氧化还原反应产生可测定的电流，并与校准曲线相比较，以确定目标分析物的浓度。
已知的安培电化学传感器也被用作用于传感非电活性的目标分析物(例如诸如葡萄糖的生物分子)的生物传感器。这种已知的安培电化学传感器可以包括在工作电极表面上固定的生物传感分子，例如酶或合成的生物催化剂。生物传感分子可以催化分解非电活性的生物分子，以产生电活性分子和副产品。例如，葡萄糖氧化酶(glucose oxidase)分解非电活性的葡萄糖产生葡萄糖酸以及电活性的过氧化氢。电活性的过氧化氢在工作电极的表面上被氧化或者被还原，以产生可测定的且与目标分析物的浓度相关的电流。
然而，包括常规的生物传感分子的电化学生物传感器具有众多缺点。常规的生物传感分子(例如酶)在一段时间内分解或者降解，或者当暴露于非生理条件下可导致由生物传感器提供的灵敏度和分辨率的劣化。常规的基于酶的生物传感器产生副产物，使得它们容易受到生物污染，这可以降低目标分析物向生物传感分子和/或工作电极的扩散并降低电化学信号。此外，常规的生物传感分子在氧化还原反应期间消耗目标分析物，这可能使得传感非常小浓度的目标分析物变得困难，对常规的生物传感器的检测限造成负面影响。
因此，电化学传感系统长期的目标是开发新型的用于体外和体内测定的电化学传感器和生物传感分子，其可以提供更高的信噪比，更长的寿命，并且不会消耗目标分析物。
发明内容
本文所述的实施方式总体地涉及含有双季铵盐的组合物，特别涉及含有基于硼酸的合成的氧化还原活性受体的组合物，该受体可以电化学传感样品溶液中的目标分析物。
例如，在一个实施方式中，本公开涉及化学式(1)的化合物：
其中，A和A'独立地为杂芳基，且含有至少一个氮原子，Z是由C1-C6烷基、C2-C6烯基或C2-C6炔基组成的碳连接体(linker)，L和L'独立地选自由-C(O)-、-C(O)-O-、-(CH2)m-、-C(＝CH2)-、-C(O)-NH-、-NH-C(O)-、-O-、-S-、＝CH-和-CH＝组成的组，其中m是从1到20的整数。
在各种实施方式中，A和A'选自由嘌呤基、吲哚基、吡啶基、联吡啶基、嘧啶基、氮杂吲哚基(azaindoylyl)、吡咯基、吡嗪基、哒嗪基、异吲哚基、苯并咪唑基、咪唑基和吲唑基组成的组。
在一些实施方式中，组合物可以含有化学式Ⅰ-Ⅷ中任一种的盐：
其中：
X是阴离子；
R和R'独立地为-(CH2)p-R1；
R1为C1-C6烷基-B(OR2)(OR3)、芳基-B(OR2)(OR3)、杂芳基-B(OR2)(OR3)或者杂环基-B(OR2)(OR3)；
R2和R3独立地为H、C1-C6烷基，或者R2和R3能够与B原子结合形成环体系；
L和L'独立地为H、卤素、OH、CN、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、芳基、杂芳基、杂环基、环烷基、烷硫基、芳硫基、烷氧基、芳氧基、-COOR4、NH2、-C(O)N(H)-(CH2)p-N(H)C(O)-R4、-C(O)NH(R4)或-N(H)C(O)R4；
R4每次出现时独立地为H、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、芳基、杂芳基、杂环基、环烷基；
n为2、3、4、5或6；并且
p独立地为0、1、2、3、4、5或6。
附图说明
图1为按照实施方式的电化学传感系统的示意图。
图2为按照实施方式的形成电化学传感系统的示意性流程图，该电化学传感系统包括合成的氧化还原活性受体，使用该电化学传感系统传感样品中存在的目标分析物。
图3为显示包括合成的氧化还原活性受体的电化学传感器的氧化还原电势响应样品中的葡萄糖浓度增加而变化的图，其使用循环伏安法分析。
图4为在﹣0.35伏偏压下所测定的图3的葡萄糖浓度相对于电化学传感器的氧化还原电流的图。
图5为使用化合物P-17作为传感器时，随着加入样品的葡萄糖浓度从0mg/dL至提高到400mg/dL，作为时间函数的氧化还原电流的图。
图6为使用化合物P-17作为传感器时，作为葡萄糖浓度函数的对照电流与实验电流的比值的图。
图7为使用化合物P-7作为传感器时，随着加到样品中的葡萄糖浓度从0mg/dL至提高到800mg/dL，作为时间函数的氧化还原电流的图。
图8为使用化合物P-17作为传感器时，作为葡萄糖浓度函数的对照电流与实验电流的比值的图。
图9显示了加入的葡萄糖量不断增加时电压电势随着时间变化的图。
图10显示了葡萄糖浓度增加时对照电流相对于(over)电流的图。
具体实施方式
本文描述的实施方式总体地涉及含有双季铵盐的组合物，特别涉及含有硼酸基的合成的氧化还原活性的受体的组合物，该受体可以电化学传感样品溶液中的目标分析物。常规的安培电化学传感器被配置为传感非电活性的目标分析物，例如生物分子(如葡萄糖)。这种电化学传感器可以包括一种或者多种生物传感分子，例如酶或者固定在工作电极表面上的合成的生物催化剂。生物传感分子可以催化分解非电活性的生物分子，以产生电活性的分子。电活性的分子可以在被适当的偏压偏置的工作电极上经历电化学氧化还原反应，以产生对应于目标分析物浓度的可测定的氧化还原电流。然而，常规的生物传感分子具有众多缺点。例如，常规的生物传感分子在一段时间内分解或者降解，且在氧化还原反应期间容易受到生物污染，产生副产物，并消耗目标分析物。这些缺点可以对常规电化学传感器的灵敏度、选择性、检测限和/或保质期产生不利影响。
本文描述的组合物的实施方式比常规生物传感分子具有几种优势，例如：(1)可逆地与目标分析物结合，使得不消耗目标分析物；(2)保持其在非生理环境中的活性，从而提供更长的保质期；以及(3)与目标分析物相互作用，使得不产生副产物，从而限制其上设置有合成的氧化还原活性受体的工作电极被污染。本文描述的组合物的实施方式可以用在包括铑工作电极的电化学传感系统中。这种电化学传感系统的例子在2014年3月12日提交的题目为“电化学传感系统”的美国临时专利申请No.61/991,665中进行了描述，该美国申请的全部内容通过引用被整体并入本申请。本文描述的合成的氧化还原活性受体的实施方式也可以包括在设置于用户上的穿戴式设备中，例如其可以实时测定目标分析物。这种电化学传感系统的例子在2014年3月12日提交的题目为“可穿戴的电化学传感器和方法”的美国专利申请No.61/951,667中进行了描述，该美国申请的全部内容通过引用被整体并入本申请。
在一些实施方式中，组合物可以含有化学式Ⅰ-Ⅷ中任一种的盐：
其中：
X是阴离子；
R和R'独立地为-(CH2)p-R1；
R1为C1-C6烷基-B(OR2)(OR3)、芳基-B(OR2)(OR3)、杂芳基-B(OR2)(OR3)、杂环基-B(OR2)(OR3)；
R2和R3独立地为H、C1-C6烷基，或者R2和R3能够与B原子结合形成环体系；
L和L'独立地为H、卤素、OH、CN、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、芳基、杂芳基、杂环基、环烷基、烷硫基、芳硫基、烷氧基、芳氧基、-COOR4、NH2、-C(O)N(H)-(CH2)p-N(H)C(O)-R4、-C(O)NH(R4)或-N(H)C(O)R4；
R4每次出现时独立地为H、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、芳基、杂芳基、杂环基、环烷基；
n为2、3、4、5或6；并且
p独立地为0、1、2、3、4、5或6。
在一些实施方式中，用于制备化学式(Ⅰ)的盐的方法：包括提供具有下面化学式的前体：
以及将该前体与亲电子试剂X-(CH2)p-R1在有效条件下接触，以形成化学式(Ⅰ)的盐。
在一些实施方式中，电化学传感系统可以包括工作电极。组合物设置在工作电极上，该组合物被配制为可逆地与目标分析物关联，使得目标分析物不分解。该组合物在目标分析物不存时具有第一氧化还原电势，并在目标分析物存在时具有不同于第一氧化还原电势的第二氧化还原电势。该电化学传感系统还可以包括参比电极，电耦合到工作电极和参比电极的电路。该电路可操作地(a)在约﹣0.7伏至约﹢0.4伏范围内偏置工作电极，以及(b)测定对应于目标分析物浓度的电流。
在一些实施方式中，偏压约为﹣0.7伏；在一些实施方式中，偏压约为﹣0.6伏；在一些实施方式中，偏压约为﹣0.5伏；在一些实施方式中，偏压约为﹣0.4伏；在一些实施方式中，偏压约为﹣0.35伏；在一些实施方式中，偏压约为﹣0.3伏；在一些实施方式中，偏压约为0伏；在一些实施方式中，偏压小于约0.4伏。
在一个或者多个实施方式中，电化学传感系统可以包括聚合物。在一个或者多个实施方式中，电化学传感系统可以包括氧化还原活性分子。在一个或者多个实施方式中，氧化还原活性分子可以为硼酸。在一个或者多个实施方式中，氧化还原活性分子可以是季铵盐。在一个或者多个实施方式中，通过安培测量(amperometric measurement)来确定分析物浓度。在一个或者多个实施方式中，通过脉冲安培测定来确定分析物浓度。在一个或者多个实施方式中，通过差分脉冲测定来确定分析物浓度。在一个或者多个实施方式中，通过电位计确定分析物浓度。在一个或者多个实施方式中，工作电极的至少一部分包括铑、金、铂或钯中的至少一种。
本文中所用的术语“约”和“接近”通常是指加上或减去所述值的10％，例如，约250μm包括225μm至275μm，约1000μm包括900μm至1100μm。
术语“芳基”是指具有1至2个芳香环的环状、芳香烃基团，包括单环或双环基团，例如苯基，联苯基或萘基。其中，含有两个芳香环(双环等)的芳基的芳香环可以单点接合(例如联苯基)或者稠合(例如萘基)。芳基可以被一个或多个取代基任选地在任何结合位点取代，例如1至5个取代基。示例的取代基包括但不限于-H、-卤素、-O-C1-C6烷基、-C1-C6烷基、-OC2-C6烯基、-OC2-C6炔基、-C2-C6烯基、-C2-C6炔基、-OH、-OP(O)(OH)2、-OC(O)C1-C6烷基，-C(O)C1-C6烷基、-OC(O)OC1-C6烷基、-NH2、-NH(C1-C6烷基)、-N(C1-C6烷基)2、-S(O)2-C1-C6烷基，-S(O)NHC1-C6烷基和-S(O)N(C1-C6烷基)2。取代基自身可以任选地被取代。此外，当含有两个稠环时，文中定义的芳基可以具有与完全饱和环稠合的不饱和或部分饱和环。这些芳基的示例环系统包括茚满基(indanyl)、茚基、四氢萘基和四氢苯并轮烯基(tetrahydrobenzoannulenyl)。
术语“杂芳基”是指5至12个环原子的一价单环或双环芳香族基团或者多环芳香族基团，含有一个或者多个选自N，O，或S的杂环原子，剩余的环原子为C。如本文所定义的杂芳基也指其中杂原子选自N、O或S的双环杂芳香族基团。所述芳香族基团任选地被本文描述的一个或多个取代基独立地取代。实例包括但不限于呋喃基、噻吩基、吡咯基、吡啶基、吡唑基、嘧啶基、咪唑基、吡嗪基、吲哚基、噻吩-2-基、喹啉基、苯并吡喃基、噻唑基以及它们的衍生物。此外，当含有两个或者多个稠环时，在此所定义的的杂芳基可以具有与完全饱和环稠合的不饱和或部分饱和的环。这些杂芳基的示例环体系可以包括二氢吲哚基、吲哚酮基(indolinonyl)、二氢苯并噻吩基、二氢苯并呋喃基、二氢苯并吡喃基、二氢苯并噻喃基(thiochromanyl)、四氢喹啉基(tetrahydroquinolinyl)、二氢苯并噻嗪基和二氢苯噁烷基(dihydrobenzoxanyl)。
“烷基”是指直链或支链饱和烃。C1-C6烷基基团含有1至6个碳原子。C1-C6烷基基团的实例包括，但不限于甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、异丙基、异丁基、仲丁基和叔丁基、异戊基和新戊基。
本文所定义的“亚烷基”指通式为-(CH2)n-的基团，其中n是1至6的整数，合适的亚烷基基团的实例包括亚甲基、亚乙基和亚丙基。术语“烯基”是指含有碳碳双键的脂肪族烃基，其可以是链中具有约2至约6个碳原子的直链或支链。优选的烯基链中具有2至约4个碳原子。支链是指一个或多个低级烷基，如甲基、乙基或丙基被连接至线性烯基链上。示例的烯基包括乙烯基、丙烯基、正丁烯基和异丁烯基。C2-C6烯基为含有2至6个碳原子的烯基。
术语“炔基”是指含有碳碳三键的脂肪族烃基，其可为链中具有约2至约6个碳原子的直链或支链。优选的炔基链中具有2至约4个碳原子。支链是指一个或多个低级烷基，如甲基、乙基或丙基被连接至线性炔基链上。示例的炔基包括乙炔基，丙炔基，正丁炔基，2-丁炔基，3-甲基丁炔基和正戊炔基。C2-C6炔基为含有2至6个碳原子的炔基。
术语“环烷基”是指含有3～18个碳原子的单环或多环饱和碳环。环烷基基团的例子包括但是不限于环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基、环辛基、冰片基、降冰片基、双环[2.2.2]辛基或双环[2.2.2]辛烯基。C3-C8环烷基是指含有3至8个碳原子的环烷基基团。环烷基基团可以是稠合的(例如萘烷)或桥连的(例如降莰烷)。
本文所用的术语“目标分析物”是指能够通过本文所述的电化学传感系统实施方式而被传感的化学或者生物化学物质。
本文所用的术语“电活性”是指能够在合适偏压偏置的电极上被电化学氧化或者还原的化学或者生物化学物质。
本文所用的术语“干扰物”是指电活性的且能够在本文所述的电化学传感系统的任何实施方式中所包括的工作电极上经历氧化还原反应的化学或者生物化学物质(除了目标分析物)，并且其导致噪音。
在一些实施方式中，合成的氧化还原活性受体可以包括化学式I-VIII的任一种的盐：
其中，X是阴离子，例如选自包括Br-、Cl-、I-、F-、PF6 -、磺酸盐、甲磺酸盐或三氟甲磺酸盐(triflate)的组的阴离子。
R和R'独立地为-(CH2)p-R1；R1为C1-C6烷基-B(OR2)(OR3)、C2-C6烯基-B(OR2)(OR3)、C2-C6炔基-B(OR2)(OR3)、环烷基-B(OR2)(OR3)、杂环基-B(OR2)(OR3)、芳基-B(OR2)(OR3)或者杂芳基-B(OR2)(OR3)。
R2和R3独立地为H、C1-C6烷基，或者R2和R3能够与B原子结合形成环体系；在一些实施方式中，R和R'可为能够与目标分析物(例如葡萄糖、谷氨酸、乳酸、多巴胺、二醇、α-羟基酸或者其它任何能够与R和R'相互作用、协同、结合或者其它方式作用的目标分析物)关联的受体。在这样的实施方式中，化学式I-VIII中任一种的盐可用于传感目标分析物。例如，化学式I-VIII中任一种的盐可包括在用于安培传感目标分析物(例如葡萄糖)的电化学传感器中。
L和L'独立地为H、卤素、OH、CN、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、芳基、杂芳基、杂环基、环烷基、-COOH、NH2、-C(O)N(H)-(CH2)o-N(H)C(O)-R4、-C(O)NH(R4)或-N(H)C(O)R4。R4每次出现时独立地为H、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、芳基、杂芳基、杂环基或者环烷基。在一些实施方式中，L和L'可以是用于固定化学式I-VIII中任一种的盐的连接物，例如固定在聚合物基质内或者固定在固体表面上(例如金属电极的表面，诸如金、铂、银、铑、钯、镍、铬、铜或任何其它金属电极)。在这样的实施方式中，L和L'连接物例如能够使得化学式I-VIII的盐在表面上自组装成单层，例如电化学传感系统中包括的工作电极的表面上。
此外，n为2、3、4、5或6，并且p独立地为0、1、2、3、4、5或6。
在一些实施方式中，p可以等于1。在一些实施方式中，R1可以为芳基，例如芳基-B(OR2)(OR3)。
在一些实施方式中，组合物可为具有P-1结构的联吡啶炔基硼酸(bipyridiniumalkyne boronic acid)：
在一些实施方式中，合成的氧化还原活性受体可为具有结构P-2的硼酸官能化的联吡啶：
在一些实施方式中，制备化学式I-VIII中任一种的盐，使得R1为邻位取代、间位取代或对位取代的苯硼酸、硝基苯硼酸、氟苯硼酸、氯苯基硼酸、甲氧基苯硼酸、氨基苯硼酸、羧基苯硼酸、羟基苯硼酸、甲基苯硼酸、二甲基苯硼酸、溴苯硼酸或乙烯基硼酸。
在一些实施方式中，组合物可以含有化学式Va的化合物：
其中，L如上所定义。
在一些实施方式中，制备化学式I-VIII中任一种的盐，使得例如L'为-C(O)N(H)-(CH2)O-N(H)C(O)-R4。在一些实施方式中，制备化学式I-VIII中任一种的盐，使得例如L'为-C(O)N(H)-(CH2)3-N(H)C(O)-R4，并且R4为2-丙烯基。
可以使用任何合适的方法制备化学式I的盐。在一些实施方式中，用于制备化学式I的盐的方法可以包括提供具有下面化学式的前体：
以及将该前体与路易斯酸X-(CH2)p-R1在有效条件下接触，以形成化学式Ⅰ的盐。
例如，在一些实施方式中，化学式I的盐可以为联吡啶炔基硼酸，并且用于制备联吡啶炔基硼酸的方法可以包括下述方案1：
方案1
可以使用任何合适的方法制备化学式II-VIII的盐。在一些实施方式中，用于制备化学式II-VIII中任一种的盐的方法可以包括提供合适的前体，以及将该前体与亲电子试剂X-(CH2)p-R1在有效条件下接触，以形成化学式II-VIII的盐。
在一些实施方式中，化学式VII的盐可以为苯并双(咪唑基)硼酸，并且用于制备苯并双(咪唑基)硼酸的方法可以包括下述方案2和方案3：
方案2
方案3
在一些实施方式中，化学式I-VIII的盐的任一种(例如联吡啶炔基硼酸)可以为氧化还原活性的，例如，化学式I-VIII的盐能够接受电子，例如由合适偏压下偏置的电极贡献的电子。化学式I-VIII的盐的氧化还原能力可以随着与目标分析物(例如葡萄糖、谷氨酸、乳酸、多巴胺或二醇)相互作用、协同、结合或者其它相关联方式而变化。如本文所述，化学式I-VIII的盐的这种性质可以在电化学传感系统中用于传感目标分析物。
图1显示了按照实施方式的电化学传感系统100的示意图。电化学系统100包括工作电极110、参比电极130和电路140。组合物120设置在工作电极110上。电化学传感系统100可以被配置为与样品S中含有的非电活性目标分析物相互作用，并测定与目标分析物浓度相对应的氧化还原电流。
工作电极110可以包括任何合适的能够传递电子至组合物120或者接受来自组合物120电子的电极。在一些实施方式中，工作电极110的至少一部分可以由铑、铂、钯、金、银、镍、铬、铜铱、钌炭、石墨、碳纳米管、石墨烯、任何其它合适的导电材料或它们的组合。在一些实施方式中，工作电极110可以由铑的氧化物形成，例如RhO2、Rh(OH)3或者Rh2O3。在一些实施方式中，铑和另一种金属(例如钌、铂、钯、金、镍、任何其它合适的金属或合金)的混合物可以用于形成工作电极110。
工作电极110可具有任何合适的形状或尺寸。例如，在一些实施方式中，工作电极110可以具有圆形、椭圆形或多边形横截面的杆。在这样的实施方式中，工作电极110可以是实心圆筒状电极或中空圆筒状电极(例如限定了腔的圆筒状电极)。在一些实施方式中，工作电极110可以为针型电极，例如其可以被配置为插入用于测定目标分析物浓度的动物体或者人体中。在一些实施方式中，工作电极110可以是平端面的电极，例如平板，盘，固态微型电极(例如MEMS装置中所使用的类型)，或丝网印刷电极。在一些实施方式中，工作电极110的至少一部分可以用绝缘材料(例如橡胶、特氟隆塑料、聚对二甲苯、二氧化硅、氮化硅、任何其它合适的绝缘材料或它们的组合)来绝缘。例如绝缘材料可以被用于定义工作电极110的活性区域。
在一些实施方式在中，可以对工作电极110进行表面改性处理，以改变工作电极110的表面面积，例如可以提供用于工作电极和组合物120间电子传递的较大的表面面积。这样的表面改性处理可以包括例如蚀刻(如在酸性或碱性溶液中蚀刻)、电压循环(如循环伏安法)、胶态金属颗粒的电沉积和任何其它合适的表面改性处理或其组合。在一些实施方式中，工作电极110可以被氧化，以在基体上产生金属氧化物(例如铑氧化物)层。例如，工作电极110可以被浸渍在酸性浴中，暴露于氧等离子体中，任何其它合适的方法或它们的组合可以被用于在工作电极110表面上形成金属氧化物。
在一些实施方式在中，选择性层(未显示)可以被设置在工作电极110上，例如可以被设置在工作电极和组合物120之间的表面上。选择性层可被配置以防止电活性干扰物与工作电极110接触而进行氧化还原反应。例如，在一些实施方式中，选择性层可被配置以排斥相反电荷的离子干扰物。例如选择性层可以被设置在工作电极110的外表面和组合物120之间。该本身带有负电荷，并排斥带负电荷的干扰物(例如抗坏血酸)，从而防止其与工作电极110接触而进行氧化还原反应。在一些实施方式中，选择性层可以是一定尺寸的排斥层(exclusion layer)，例如乙酸纤维素层。这种选择性层可以是多孔的且可限定孔尺寸，使得较大的干扰物(例如抗坏血酸)不能穿过孔，并防止其与工作电极110接触而进行氧化还原反应。组合物120被设置在工作电极110上，且被制成可逆地与目标分析物(例如葡萄糖、谷氨酸、诸如乳酸的α-羟基酸，以及诸如多巴胺的二醇等)关联，使得目标分析物不分解。该组合物120可为被制成可在还原态和氧化态之间转换的合成的氧化还原受体。例如组合物120在不存在目标分析时具有第一氧化还原电势，并在存在目标分析物时具有不同于第一氧化还原电势的第二氧化还原电势。以这种方式，组合物120可用于电化学传感目标分析物，如本文中进一步描述。
在一些实施方式中，组合物120可以含有如本文所述的化学式I-VIII中任一种的盐。
在一些实施方式中，组合物120可以具有结构P-1的联吡啶炔基硼酸：
在一些实施方式中，组合物120可以具有通式P-2的联吡啶硼酸(boronic acidbipyridinium)：
在一些实施方式中，组合物120可以具有结构P-3：
在一些实施方式中，组合物120可以具有结构P-4：
在一些实施方式中，组合物120可以具有结构P-5：
在一些实施方式中，组合物120可以具有结构P-6：
在一些实施方式中，组合物120可以具有结构P-7：
在一些实施方式中，组合物120可以具有结构P-8：
在一些实施方式中，组合物120可以具有结构P-9：
在一些实施方式中，组合物120可以具有结构P-10：
在一些实施方式中，组合物120可以具有结构P-11：
在一些实施方式中，组合物120可以具有结构P-12：
在一些实施方式中，组合物120可以具有结构P-13：
在一些实施方式中，组合物120可以具有结构P-14：
在一些实施方式中，组合物120可以具有结构P-15：
在一些实施方式中，组合物120可以具有结构P-16：
在一些实施方式中，组合物120可以具有结构P-17：
在一些实施方式中，组合物120可以具有结构P-18：
在一些实施方式中，组合物120可以具有结构P-19：
在一些实施方式中，组合物120可以具有结构P-20：
在一些实施方式中，本公开提供了下述组合物：
可以使用任何合适的方式将组合物120设置在工作电极110上，使得组合物120固定设置在工作电极110的表面上。在一些实施方式中，组合物120可被物理吸附在表面上。在一些实施方式中，组合物120可以共价偶联到工作电极110的表面上，例如使用硫醇化学品。例如化学式I-VIII的盐中的连接物L和L'能够与具有官能化的硫醇烷烃(例如单齿或多齿硫醇)形成共价键。在一些实施方式中，组合物120可以悬浮于多孔膜中，例如聚氨酯膜、硅树脂膜、硅树脂-聚氨酯膜、戊二醛膜、溶胶-凝胶膜、膜、水凝胶膜，任何其它合适的膜或它们的组合。在一些实施方式中，组合物120可以偶联到设置在工作电极110上的官能化的聚合物层或者流延膜，例如使用环氧化物的形式、1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺(EDC)或者点击化学(click chemistry)偶联。在一些实施方式中，组合物120能够偶联至预聚物上并流延成膜，例如可形成氧化还原活性的聚氨酯或硅树脂。
在一些实施方式中，组合物120可以悬浮于能在工作电极110的表面上形成水凝胶或者溶胶-凝胶的溶液中，例如水凝胶或溶胶-凝胶可以被配制成光聚合的(例如包括紫外光聚合引发剂，如)，使用热引发聚合的(例如包括低温引发剂，如)或者氧化还原聚合的(例如包括氧化还原引发剂，如过硫酸盐-TEMED)。水凝胶或者溶胶-凝胶可以在工作电极110的表面上聚合，使得组合物120在水凝胶或者溶胶-凝胶层内被物理捕获和/或共价结合的，从而固定设置在工作电极110的表面上。
在一些实施方式中，组合物120可以通过电活性的聚合物设置在工作电极110上，例如，可以使用合适的单体(例如吡咯、噻吩、苯胺、乙炔或任何其它聚合单体)配制组合物120为在预设的偏压下电聚合(例如包括自由基引发剂，如过硫酸钾)。
在一些实施方式中，可以使用静电相互作用将组合物120设置在工作电极110上。例如，组合物120可以被制成具有第一电荷。具有与第一电荷相反的第二电荷的聚合物被设置在工作电极的表面上。聚合物上的第二电荷可以吸引组合物120，从而将组合物120固定在工作电极110的表面上。合适的带电聚合物可以包括但不限于季铵盐、磺酸盐的聚合物以及羧酸盐聚合物。
在一些实施方式中，渗透膜(未显示)可以设置在组合物120上。渗透膜可以在工作电极110的运行寿命期间确保目标分析物持续稳定地扩散到组合物120。稳定的扩散可以确保由电化学传感系统100所测定的安培电流的任何变化基本上是由于目标分析物浓度变化而不是由于目标分析物向组合物120的变化流量。在一些实施方式中，渗透膜可以是生物相容的。在一些实施方式中，渗透膜也可以防止工作电极110被污染，例如由于生物样品中存在蛋白质而生物污染。在一些实施方式中，渗透膜可以阻止干扰物和活性氧；例如过氧化氢和超氧化氢。可用于形成渗透膜的材料的实例可以包括，例如聚氨酯、硅树脂、环氧树脂、戊二醛、丙烯酰胺、丙烯酸酯、溶胶-凝胶、其它任何合适的扩散层或它们的组合。
参比电极130通过电路140电耦合到工作电极110上，参比电极130可包括能够为工作电极110提供稳定的参比电压而不被氧化或还原反应消耗的任何合适的参比电极，从而可以提供更长的保质期，且没有由于参比电极的消耗而导致的使用限制，大幅减少了信号漂移。用于参比电极130的合适的材料可以包括例如金属氧化物(例如氧化铱、氧化钌、氧化钯、氧化铂、氧化铑)、金属卤化物、导电聚合物(例如聚乙烯二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT：PSS)，其它任何合适的稳定的参比电极或它们的组合。在一些实施方式中，参比电极130可包括铑及其氧化物(例如RhO2、Rh(OH)3、Rh2O3等)。在一些实施方式中，参比电极130可包括铱及其氧化物。在一些实施方式中，参比电极130可包括钯及其氧化物。
参比电极130可具有任何形状或尺寸。例如，在一些实施方式中，参比电极130可以是具有圆形、椭圆形或多边形横截面的杆。在一些实施方式中，参比电极130可以为针型电极，例如其可以被配置为与工作电极110一起插入到动物体或者人体中。在一些实施方式中，参比电极130可以是平端面电极，例如平板、盘、固态微型电极(例如MEMS装置中所使用的类型)或丝网印刷电极。在一些实施方式中，可以用绝缘材料(例如橡胶、特氟隆、塑料、聚对二甲苯、二氧化硅、氮化硅，其它任何合适的绝缘材料或它们的组合)来绝缘参比电极130的至少一部分。例如，绝缘材料可以被用于定义参比电极130的活性区域。在一些实施方式中，参比电极130可具有与工作电极110相同的形状。
在一些实施方式中，渗透膜(未显示)可以被设置在参比电极130的表面上，例如以防止参比电极被污染。例如，正检测其中目标分析物的生物溶液(例如血液)中的蛋白质可以附着到参比电极的表面上，从而污染参考电极130，这可能会导致参比电极130的标准电压(formal voltage)漂移。渗透膜(例如生物相容的渗透膜)能防止蛋白质附着到参比电极上，从而减小污染。可用于形成渗透膜的材料的实例可以包括，例如聚氨酯、硅树脂、环氧树脂、戊二醛、丙烯酰胺、丙烯酸酯、溶胶-凝胶，任何其它合适的扩散层或它们的组合。
如图1所示，电化学传感系统100包括工作电极110和参比电极130，使得该电化学传感系统100被配置为在两极传感器系统中运行。参比电极130因此作用为假参比电极，其提供了工作电极110相对其偏置的参比电压，以及传递电子至含有目标分析物的样品S(例如液体或气体样品)，或从含有目标分析物的样品S传递电子传递电子。
在一些实施方式中，电化学传感系统100可以进一步包括第三反电极(未显示)。在这样的实施方式中，电化学传感系统100可以在第三电极结构中操作，使得电子经由反电极被传递到样品S或从样品S传递。在这样的实施方式中，参比电极130仅用于为工作电极110提供电子参比。
电路140被电耦合到工作电极110和参比电极130上。在一些实施方式中，电路140可包括被配置成转换电流为放大的电压的跨阻抗放大器电路。在一些实施方式中，电路140可以包括被配置成数字化输入电流测定的数字模拟转换器。例如，电路140可包括差分模拟数字转换器，它可以增加电压测定中的噪声抑制。偏压可被传递到被配置以提供假阴性范围的模拟数字转换器的低端差分输入。例如，这可以允许当噪声保持在低测量范围时数字滤波仍然来保持准确性(例如以提高检测限)。在一些实施方式中，电路140可包括被配置为放大所测量信号的运算放大器。在一些实施方式中，电路140可以包括被配置以实质上减少噪声信号的滤波电路，例如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、任何其它合适的滤波电路，或它们的组合。在一些实施方式中，电路140可以包括在预设电压下被配置为偏压工作电极110的稳压器电路，例如可编程的稳压器电路。例如，电路140可被配置成以约﹣0.7伏至约0.4伏，例如约﹣0.6伏、﹣0.5伏、﹣0.3伏、﹣0.3伏、﹣0.1伏、0伏、0.1伏、0.2伏或约0.3伏，包括其间的所有范围的偏压范围偏压工作电极110。此外，电路140可被配置成测定与目标分析物的浓度相对应的电流。
在一些实施方式中，电路140可以包括处理器，例如微控制器、微处理器、ASIC芯片、ARM芯片或可编程逻辑控制器(PLC)。所述处理器可以包括信号处理算法，例如带通滤波器、低通滤波器，任何其他信号处理算法或其组合。在一些实施方式中，处理器可以被配置为实时控制偏压，例如实时控制氧化还原反应中的一个或多个参数。这样的参数可以包括，例如可用于逆转或减少电化学污染的影响和/或促进实时校准的电化学反应速率和动态范围。在一些实施方式中，电路140可包括被配置为存储氧化还原电流数据、偏压数据、用户日志或与电化学反应相关的任何其它信息中的至少一种的存储器。在一些实施方式中，存储器还可以被配置为存储参比标签，例如校准方程。在这样的实施方式中，处理器可以被配置为所测得的信号(例如氧化还原电流)与参比标签相关联，以确定目标分析物的浓度。
在一些实施方式中，电化学传感系统100可以包括通信模块(未显示)。所述通信模块可以被配置为允许与远程设备双向通信，例如智能电话应用程序、本地计算机和/或远程服务器。在一些实施方式中，通信模块可以包括通信接口，以提供与外部设备的有线通信，例如USB或FireWire接口。在一些实施方式中，通信模块可以包括用于与外部装置无线通信的装置，例如无线网络(Wi-Fi)、蓝牙、ANT+、低功率蓝牙、紫蜂协议(Zigbee)等。在一些实施方式中，通信模块可以包括被配置成存储信息的RFID芯片，例如参比标签或传感历史，并允许近场通信(NFC)设备来读取所存储的信息和/或更新所存储的信息。在一些实施方式中，电化学传感系统100可以包括电源(例如配置成为电路140供电的可再充电电池)，通信模块或电化学传感系统100中包含的任何其它电子元件。
在一些实施方式中，通信模块可包括被配置成传递信息(例如使用历史、剩余电池电量、无线连接状态和/或视觉提醒)至用户的显示器。在一些实施方式中，所述通信模块还可以包括麦克风和/或振动机制来传送音频和触觉警报(alert)。在一些实施方式中，通信模块可以包括用于用户输入的装置，例如按钮，开关，和/或触摸屏，以提供电化学传感系统100电源开关(ON/OFF)、重启电化学传感系统100、触发电化学传感系统100与外部设备(例如智能电话)之间的通信中的至少一种的输入接口。
在一些实施方式中，电化学传感系统100可以被设置在壳体(未显示)内，该壳体被配置成容纳电化学传感系统100中的部件。在一些实施方式中，电化学传感系统100可以被固定设置在壳体中。在一些实施方式中，电化学传感系统100的一个或多个部件(例如工作电极110和/或参比电极130)可以可移除地设置在壳体中。在这样的实施方案中，工作电极110和参比电极130可被配置成可替换的。在一些实施方式中，壳体可以是足够的小，使得电化学传感系统100可以被安装在用户上，例如经由粘合剂安装到用户的皮肤上。例如壳体可以被配置为允许所述工作电极110和参比电极130通过用户的皮肤刺入并与体液(例如血液或间质液)接触。因此，该电化学传感系统100可以用于实时测定用户体液中的目标分析物的浓度，例如提供实时健康监测(例如葡萄糖监测)。
样品S可以是任何含有目标分析物的样品。例如样品S可以是液体样品，例如饮料、环境样品、食品样品、农业样品或体液(例如血液、尿液、排泄物溶液、唾液、间质液、滑液，脑液，汗、泪滴或任何其他体液)。样品S可以是体外样品，例如设置在测试容器中。在一些实施方式中，样品S可以是体内样品，例如用户体内的体液(例如血液、间质液)。
如本文所述，在一些实施方式中，组合物120可以是合成的氧化还原活性受体，所述合成的氧化还原活性受体被制成可逆地与目标分析物关联，以使得目标分析物不分解。该组合物120在不存在目标分析物时具有第一氧化还原电势，且在存在目标分析物时具有不同于第一氧化还原电势的第二氧化还原电势。组合物120的氧化还原电势的这种变化可用于传感目标分析物。反应式1显示了组合物120的可能传感途径：
如反应式1所示，可以使用本文所述的任何合适的偶联机制将组合物120设置在的工作电极110上。工作电极110的偏压范围为约﹣0.7伏至约0.4伏，例如约﹣0.6伏。在不存在目标分析物时，该组合物120可以处于状态1，其中该组合物120具有第一氧化还原电势，并且能够接受来自工作电极的电子(即可以在工作电极上被还原)。目标分析物(例如葡萄糖、谷氨酸、乳酸、多巴胺或者本文所述的任何其它目标分析物)然后可逆地与组合物120关联，且使得组合物120转变至状态2。在一些实施方式中，组合物120可以被制成经由酯化可逆地与目标分析物关联。在状态2中，组合物120可具有与第一氧化还原电势不同的第二氧化还原电势。例如，在状态2中，组合物120可具有比所述第一氧化还原电势显著更高的氧化还原电势，使得所述组合物120不太易于接受来自工作电极120的电子(即更难以被还原)。氧化还原电势的这种转变可以通过电路140氧化还原电流的变化而测定，该氧化还原电流的变化对应于目标分析物的浓度。以这种方式，电化学传感系统100可以传感样品S溶液中的目标分析物的浓度，而不消耗目标分析物。
图2显示了形成电化学传感系统的示例性方法和使用该电化学传感系统的流程图，该电化学传感系统包括合成的氧化还原活性受体。首先，合成的氧化还原活性受体被固定设置在工作电极202上。工作电极可以是任何合适的工作电极，例如，铑、铑氧化物、铬、钛、镍钛合金、金、铂、铂氧化物、镍、钯、钯氧化物、铱、铱氧化物、不锈钢、碳、石墨、碳纳米管、石墨烯、任何其它合适的工作电极。合成的氧化还原活性受体可以被固定在使用本文所述的任何偶联方法的工作电极上。合成的氧化还原活性受体可包括化学式I-VIII中任一种的盐，该组合物具有结构P-1、P-2或本文所述的任何其他组合物。此外，合成的氧化还原活性受体在不存在所述目标分析物时具有第一氧化还原电势。
工作电极然后被电耦合到参比电极204上，例如本文所述的参比电极130或任何其他参比电极。可以通过电路实施电耦合，该电路被配置以在预设偏压下偏置工作电极，并测定氧化还原电流。该电路可以包括例如本文中所述的电路140或任何其他电路。将工作电极和参比电极浸入含有浓度可测定的目标分析物的样品中或与含有浓度可测定的目标分析物的样品接触206。目标分析物可以包括，例如葡萄糖、谷氨酸、乳酸、多巴胺，或本文所述的任何其它目标分析物。在预设电压下偏置工作电极，例如约﹣0.6伏，以还原合成的氧化还原活性受体，并测定氧化还原电流208。合成的氧化还原活性受体在目标分析物存在时具有不同于第一氧化还原电势的第二氧化还原电势，使得测得的氧化还原电流变化对应于目标分析物的浓度。将测得的电流与参比标签(例如校准曲线，或校准方程)进行比较，以确定样品中目标分析物的浓度210。
实施例
下面的实施例显示了使用包括合成的氧化还原活性受体的电化学传感系统进行葡萄糖的电化学传感。这些实施例仅用于说明的目的，并非意在限制本公开的范围。
实施例1：使用合成的氧化还原活性受体P-17传感葡萄糖
通过在工作电极上设置合成的氧化还原活性受体而制备用于传感葡萄糖的电化学传感器，该氧化还原活性受体含有具有如本文所述的结构P17的硼酸紫(boronic acidviologen)。工作电极包括在不锈钢丝电镀铑而形成的铑电极。该工作电极通过PalmSensMultiTrace稳压器而被电耦合至Ag/AgCl参比电极和铂反电极。工作电极浸在含有1mg/mLP17和0.1M PBS的样品溶液中。实施循环伏安法以观察样品溶液中合成的氧化还原活性受体的氧化还原行为。在﹣0.7伏和0伏之间扫描电压。将在约50mg/dL、100mg/dL、200mg/dL、300mg/dL和400mg/dL范围间提高浓度的葡萄糖加入到样品溶液中。在每次提高浓度后实施循环伏安法，以观察合成的氧化还原活性受体的氧化还原电势的变化。图3显示了响应不同葡萄糖浓度的合成的氧化还原活性受体的循环伏安图。氧化还原峰向左偏移。氧化还原峰的偏移导致对应于葡萄糖浓度提高的电流升高至﹣0.35伏。图4显示了图3所示的循环伏安图得到的葡萄糖浓度与﹣0.35伏下测定的氧化还原电流的曲线图。合成的氧化还原活性受体表现出对应于葡萄糖浓度的增加的氧化还原电流的线性增加，并具有约252.99nA/[mg/dL]葡萄糖的灵敏度。
化合物P-17也被截留在膜中，并用于伏安法测定葡萄糖。将化合物P-17(10mg)溶解在含有聚乙烯吡咯烷酮(0.2g)的水(1g)中。将该混合物浸渍到铂丝上，并在60℃下干燥30分钟。涂覆的丝浸渍在聚氨酯分散体(0.8g)、乙烯基咪唑(0.05g)、N-乙烯基吡咯烷酮(0.05g)和VA-044(1mg)的水溶液中。并在氮气中于60℃加热涂覆的丝15小时。采用PalmSens MultiTrace稳压器以多个脉冲安培模式检测该已涂覆的丝。该传感器被放置在100mM PBS中，Ag/AgCl作为反电极/参比电极，且脉冲为在﹣0.5伏下0.1秒，0伏下0.1秒，和0.5伏下0.1秒。加入的葡萄糖的等分试样，并记录作为时间的函数的电流的变化。图5显示了对应于葡萄糖浓度的电流相对变化的曲线。图6中给出对照电流与实验电流的相对比。
实施例2：使用合成的氧化还原活性受体P-7传感葡萄糖
根据方案4合成化合物P-7。
方案4
将1,1’羰二咪唑(3mmols，486mg)与甲基丙烯酸2-羟乙酯(1mmol，130mg)溶解于CH2Cl2(10mL)中，将该溶液在室温下搅拌20分钟。加入水(10mL)，并用CH2Cl2提取混合物，采用MgSO4干燥，得到清澈无色油状物(86mg,0.48mmols,48％)。将产品溶解于具有2-(3,5-双-溴甲基-苯基)-[1,3,2]二氧杂硼烷(1.44mmols，0.5g)的THF(5mL)中，并在40℃下搅拌72小时。将该溶液在真空下浓缩，用丙酮粉碎残余物，得到白色固体(0.178g，0.34mmols，70％)。将产品溶解在含有4,4’-联吡啶(0.15mmols，24mg)和丙二醇(0.1mL)的DMF中，并在55℃加热72小时。加入丙酮(10mL)以得到淡黄色沉淀，用丙酮洗涤该沉淀，并真空干燥以得到经鉴定为P-7的淡黄色固体(82mg，0.072mmols，48％)。
将化合物P-7固定到膜上，以伏安法测定葡萄糖。将化合物P-7(10mg)溶解于含有聚乙烯吡咯烷酮(0.03g)、甲基丙烯酸2-羟乙酯(20μL)、N,N-二甲基丙烯酰胺(20μL)、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(0.4mg)和VA-044(1mg)的水(0.4g)中。将混合物浸渍到铂丝上，并在氮气中于50℃加热15小时。将涂覆的丝浸入聚氨酯分散的水溶液中，并在50℃下加热30分钟。采用PalmSens MultiTrace稳压器以多个脉冲安培模式检测该已涂覆的丝。该传感器被放置在100mM PBS中，Ag/AgCl作为反电极/参比电极。该系统在﹣0.55伏下0.1秒，0伏下0.1秒和0.55伏下0.1秒进行脉冲。加入的葡萄糖的等分试样(葡萄糖范围为0～800mg/dL)，并记录作为时间的函数的和电流的变化。图7显示了对应于葡萄糖浓度的电流相对变化的曲线。图8中给出对照电流与实验电流的相对比。
还在电位计(开放电路)0伏模式下使用镀铑皮下注射针头作为参比电极检测同样的传感器。绘制电压相对于葡萄糖浓度的相对变化，图9显示了葡萄糖的加入量的增加时电压电势随着时间的曲线。图10显示了葡萄糖浓度增加下参比电流相对于电流。
实施例3：用合成的氧化还原活性受体二氢苯并二咪唑传感葡萄糖
通过在工作电极上设置合成的氧化还原活性受体而制备用于传感葡萄糖的电化学传感器，该氧化还原活性受体含有具有如本文所述二氢苯并二咪唑(dihydrobenzodiimidazolediium)结构(如P15，P14)的硼酸紫。
工作电极包括在不锈钢丝上电镀铑而形成的铑电极。该工作电极通过PalmSensMultiTrace稳压器而被电耦合至Ag/AgCl参比电极和铂反电极。工作电极浸在含有1mg/mLP15和0.1M PBS的样品溶液中。实施循环伏安法以观察样品溶液中合成的氧化还原活性受体的氧化还原行为。在﹣0.7伏和0伏之间扫描电压。将在约50mg/dL、100mg/dL、200mg/dL、300mg/dL和400mg/dL范围间提高浓度的葡萄糖加入到样品溶液中。在每次提高浓度后实施循环伏安法，以观察合成的氧化还原活性受体的氧化还原电势的变化。预期合成的氧化还原活性受体表现出对应于葡萄糖浓度提高的氧化还原电流的线性增加，并具有约252.99nA/[mg/dL]葡萄糖的灵敏度。
诸如P15的二氢吡咯并吲哚(dihydropyrroloindole)也被截留在膜中并用于安培法测定葡萄糖。将化合物P-17(10mg)溶解在含有聚乙烯吡咯烷酮(0.2g)的水(1g)中。将该混合物浸渍到铂丝上，并在60℃下干燥30分钟。涂覆的丝浸渍在聚氨酯分散体(0.8g)、乙烯基咪唑(0.05g)、N-乙烯基吡咯烷酮(0.05g)和VA-044(1mg)的水溶液中。在氮气中于60℃加热涂覆的丝15小时。采用PalmSens MultiTrace稳压器以多个脉冲安培模式检测该已涂覆的丝。该传感器被置于100mM PBS中，Ag/AgCl作为反电极/参比电极，且脉冲在﹣0.5伏下0.1秒，0伏下0.1秒以及0.5伏下0.1秒。加入的葡萄糖的等分试样，并记录作为时间的函数的电流的变化。
尽管上面已经描述了所述系统、方法和设备的多种实施方式，但是应该理解的是它们仅仅是为了示例说明，并不限制本申请。上述方法和步骤表明某些事件按照某种顺序发生，本领域的技术人员根据本发明内容可以意识到某些步骤的顺序可以被改变，这种改变是与本发明的各种变化一致的。另外，如上所述，可能时，可同时并行进行某些步骤，其也可以依次进行。实施方式被具体地显示和描述，但是应当理解的是可做成各种变化形式和细节。

Claims (56)

1.一种化学式(Ⅰ)的盐：
其中：
X是阴离子；
R和R'独立地为-(CH2)p-R1；
R1为C1-C6烷基-B(OR2)(OR3)、芳基-B(OR2)(OR3)、杂芳基-B(OR2)(OR3)或者杂环基-B(OR2)(OR3)；
R2和R3独立地为H、C1-C6烷基，或者R2和R3能够与B原子结合形成环体系；
L和L'独立地为H、卤素、OH、CN、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、芳基、杂芳基、杂环基、环烷基、烷硫基、芳硫基、烷氧基、芳氧基、-COOR4、NH2、-C(O)N(H)-(CH2)p-N(H)C(O)-R4、-C(O)NH(R4)或-N(H)C(O)R4；
R4每次出现时独立地为H、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、芳基、杂芳基、杂环基、环烷基；
n为2、3、4、5或6；并且
p为0、1、2、3、4、5或6。
2.根据权利要求1所述的化学式(Ⅰ)的盐，其中，每个阴离子选自由Br-、Cl-、I-、F-、PF6 -、磺酸盐、甲磺酸盐或三氟甲磺酸盐组成的组。
3.根据权利要求1所述的化学式(Ⅰ)的盐，其中，p为1。
4.根据权利要求1所述的化学式(Ⅰ)的盐，其中，R1为芳基-B(OR2)(OR3)。
5.根据权利要求4所述的化学式(Ⅰ)的盐，具有结构：
6.根据权利要求1所述的化学式(Ⅰ)的盐，其中，R1为邻位取代、间位取代或对位取代的苯硼酸、硝基苯硼酸、氟苯硼酸、甲氧基苯硼酸、氨基苯硼酸、羧基苯硼酸羟基苯硼酸、甲基苯硼酸、溴苯硼酸或乙烯基硼酸。
7.根据权利要求1所述的化学式(Ⅰ)的盐，其中，L'为-C(O)N(H)-(CH2)O-N(H)C(O)-R4。
8.根据权利要求7所述的化学式(Ⅰ)的盐，其中，L'为-C(O)N(H)-(CH2)3-N(H)C(O)-R4，并且R4为2-丙烯基。
9.一种用于制备化学式(I)的盐的方法，包括：提供具有下面化学式的前体：
以及将所述前体与具有结构式X-(CH2)p-R1亲电子试剂在有效条件下接触以形成化学式Ⅰ的盐。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，化学式(I)的盐具有结构：
11.一种电化学传感系统，包括：
工作电极；
设置在所述工作电极上的组合物，所述组合物被配制为可逆地与目标分析物关联，使得所述目标分析物不分解，所述组合物在不存在目标分析时具有第一氧化还原电势，并在存在所述目标分析物时具有不同于所述第一氧化还原电势的第二氧化还原电势；
参比电极；
电耦合到所述工作电极和所述参比电极的电路，该电路可操作地(a)以约﹣0.7伏至约﹢0.4伏范围的电压偏置所述工作电极，以及(b)测定对应于所述目标分析物浓度的电流或电压。
12.根据权利要求11所述的电化学系统，其中，所述组合物包括聚合物。
13.根据权利要求11所述的电化学系统，其中，所述组合物含有氧化还原活性分子。
14.根据权利要求13所述的电化学系统，其中，所述氧化还原活性分子包括硼酸。
15.根据权利要求13所述的电化学系统，其中，所述氧化还原活性分子包括季铵盐。
16.一种使用权利要求11所述的电化学系统的方法，其中，通过安培测量测定所述分析物的浓度。
17.一种使用权利要求11所述的电化学系统的方法，其中，通过脉冲安培测量测定所述分析物浓度。
18.一种使用权利要求11所述的电化学系统的方法，其中，通过差分脉冲测量测定分析物浓度。
19.一种使用权利要求11所述的电化学系统的方法，其中，通过电位分析法测定分析物浓度。
20.根据权利要求11所述的电化学传感系统，其中，所述工作电极的至少一部分包括铑、金、铂和钯中的至少一种。
21.根据权利要求11所述的电化学传感系统，其中，所述工作电极包括铑氧化物。
22.根据权利要求11所述的电化学传感系统，其中，所述组合物包括化学式(I)的盐：
其中：
X是阴离子；
R和R'独立地为-(CH2)p-R1；
R1为C1-C6烷基-B(OR2)(OR3)、芳基-B(OR2)(OR3)、杂芳基-B(OR2)(OR3)或杂环基-B(OR2)(OR3)；
R2和R3独立地为H、C1-C6烷基，或者R2和R3能够与B原子结合形成环体系；
L和L'独立地为H、卤素、OH、CN、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、芳基、杂芳基、杂环基、环烷基、烷硫基、芳硫基、烷氧基、芳氧基、-COOR4、NH2、-C(O)N(H)-(CH2)p-N(H)C(O)-R4、-C(O)NH(R4)或-N(H)C(O)R4；
R4每次出现时独立地为H、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、芳基、杂芳基、杂环基、环烷基；
n为2、3、4、5或6；并且
p独立地为0、1、2、3、4、5或6。
23.根据权利要求11所述的电化学传感系统，其中，化学式(I)的盐具有结构：
24.根据权利要求11所述的电化学传感系统，其中，所述组合物含有具有下述结构的化合物：
其中：
X是阴离子；
R和R'独立地为-(CH2)p-R1；
R1为C1-C6烷基-B(OR2)(OR3)、芳基-B(OR2)(OR3)、杂芳基-B(OR2)(OR3)或杂环基-B(OR2)(OR3)；
R2和R3独立地为H、C1-C6烷基，或者R2和R3能够与B原子结合形成环体系；
L和L'独立地为H、卤素、OH、CN、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、芳基、杂芳基、杂环基、环烷基、烷硫基、芳硫基、烷氧基、芳氧基、-COOR4、NH2、-C(O)N(H)-(CH2)p-N(H)C(O)-R4、-C(O)NH(R4)或-N(H)C(O)R4；
R4每次出现时独立地为H、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、芳基、杂芳基、杂环基、环烷基；
n为2、3、4、5或6；并且
p独立地为0、1、2、3、4、5或6。
25.根据权利要求11所述的电化学传感系统，其中，所述组合物含有具有下述结构的化合物：
26.根据权利要求11所述的电化学传感系统，其中，所述组合物含有具有下述结构的化合物：
27.根据权利要求11所述的电化学传感系统，其中，所述组合物含有具有下述结构的化合物：
28.根据权利要求11所述的电化学传感系统，其中，所述组合物含有具有下述结构的化合物：
29.一种制备化合物P-17的方法，其中，该方法包括步骤：
30.所述盐，该盐具有结构：
31.根据权利要求11所述的电化学传感系统，其中，所述组合物含有具有化学式(Ⅷ)结构的化合物：
其中：
X是阴离子；
R和R'独立地为-(CH2)p-R1；
R1为C1-C6烷基-B(OR2)(OR3)、芳基-B(OR2)(OR3)、杂芳基-B(OR2)(OR3)或者杂环基-B(OR2)(OR3)；
R2和R3独立地为H、C1-C6烷基，或者R2和R3能够与B原子结合形成环体系；
L和L'独立地为H、卤素、OH、CN、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、芳基、杂芳基、杂环基、环烷基、烷硫基、芳硫基、烷氧基、芳氧基、-COOR4、NH2、-C(O)N(H)-(CH2)p-N(H)C(O)-R4、-C(O)NH(R4)或-N(H)C(O)R4；
R4每次出现时独立地为H、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、芳基、杂芳基、杂环基、环烷基；
n为2、3、4、5或6；并且
p独立地为0、1、2、3、4、5或6。
32.根据权利要求31所述的电化学传感系统，其中，所述组合物含有具有下述结构的化合物：
33.根据权利要求31所述的电化学传感系统，其中，所述组合物含有具有下述结构的化合物：
34.根据权利要求11所述的电化学传感系统，其中，所述组合物含有具有化学式(Ⅳ)结构的化合物：
其中：
X是阴离子；
R和R'独立地为-(CH2)p-R1；
R1为C1-C6烷基-B(OR2)(OR3)、芳基-B(OR2)(OR3)、杂芳基-B(OR2)(OR3)或杂环基-B(OR2)(OR3)；
R2和R3独立地为H、C1-C6烷基，或者R2和R3能够与B原子结合形成环体系；
L和L'独立地为H、卤素、OH、CN、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、芳基、杂芳基、杂环基、环烷基、烷硫基、芳硫基、烷氧基、芳氧基、-COOR4、NH2、-C(O)N(H)-(CH2)p-N(H)C(O)-R4、-C(O)NH(R4)或-N(H)C(O)R4；
R4每次出现时独立为H、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、芳基、杂芳基、杂环基、环烷基；
n为2、3、4、5或6；并且
p独立地为0、1、2、3、4、5或6。
35.根据权利要求11所述的电化学传感系统，其中，所述组合物含有具有下述结构的化合物：
36.根据权利要求11所述的电化学传感系统，其中，所述目标分析物为二醇。
37.根据权利要求11所述的电化学传感系统，其中，所述目标分析物为多巴胺。
38.根据权利要求11所述的电化学传感系统，其中，所述目标分析物为葡萄糖。
39.根据权利要求11所述的电化学传感系统，其中，所述目标分析物为谷氨酸。
40.根据权利要求11所述的电化学传感系统，其中，所述目标分析物为α-羟基酸。
41.根据权利要求11所述的电化学传感系统，其中，所述目标分析物为乳酸。
42.根据权利要求11所述的电化学传感系统，其中，所述组合物被配制，以通过酯化可逆地与所述目标分析物关联。
43.根据权利要求11所述的电化学传感系统，其中，所述参比电极包括铑及其氧化物、铱及其氧化物和钯及其氧化物中的至少一种。
44.根据权利要求11所述的电化学传感系统，其中，所述参比电极包括银/氯化银。
45.根据权利要求11所述的电化学传感系统，其中，偏压约为﹣0.7伏。
46.根据权利要求11所述的电化学传感系统，其中，偏压约为﹣0.6伏。
47.根据权利要求11所述的电化学传感系统，其中，偏压约为﹣0.5伏。
48.根据权利要求11所述的电化学传感系统，其中，偏压约为﹣0.4伏。
49.根据权利要求11所述的电化学传感系统，其中，偏压约为﹣0.3伏。
50.根据权利要求11所述的电化学传感系统，其中，偏压约为0伏。
51.根据权利要求11所述的电化学传感系统，其中，偏压小于约0.4伏。
52.一种化学式(Ⅱ)的盐：
其中：
X是阴离子；
R和R'独立地为-(CH2)p-R1；
R1为C1-C6烷基-B(OR2)(OR3)、芳基-B(OR2)(OR3)、杂芳基-B(OR2)(OR3)或杂环基-B(OR2)(OR3)；
R2和R3独立地为H、C1-C6烷基，或者R2和R3能够与B原子结合形成环体系；
L和L'独立地为H、卤素、OH、CN、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、芳基、杂芳基、杂环基、环烷基、烷硫基、芳硫基、烷氧基、芳氧基、-COOR4、NH2、-C(O)N(H)-(CH2)p-N(H)C(O)-R4、-C(O)NH(R4)或-N(H)C(O)R4；
R4每次出现时独立地为H、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、芳基、杂芳基、杂环基、环烷基；
n为2、3、4、5或6；并且
p独立地为0、1、2、3、4、5或6。
53.一种化学式(Ⅲ)的盐：
其中：
X是阴离子；
R和R'独立地为-(CH2)p-R1；
R1为C1-C6烷基-B(OR2)(OR3)、芳基-B(OR2)(OR3)、杂芳基-B(OR2)(OR3)或杂环基-B(OR2)(OR3)；
R2和R3独立地为H、C1-C6烷基，或者R2和R3能够与B原子结合形成环体系；
L和L'独立地为H、卤素、OH、CN、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、芳基、杂芳基、杂环基、环烷基、烷硫基、芳硫基、烷氧基、芳氧基、-COOR4、NH2、-C(O)N(H)-(CH2)p-N(H)C(O)-R4、-C(O)NH(R4)或-N(H)C(O)R4；
R4每次出现时独立地为H、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、芳基、杂芳基、杂环基、环烷基；
n为2、3、4、5或6；并且
p独立地为0、1、2、3、4、5或6。
54.一种化学式(Va)的盐：
其中：
X是阴离子；
L和L'独立地为H、卤素、OH、CN、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、芳基、杂芳基、杂环基、环烷基、烷硫基、芳硫基、烷氧基、芳氧基、-COOR4、NH2、-C(O)N(H)-(CH2)o-N(H)C(O)-R4、-C(O)NH(R4)或-N(H)C(O)R4；
R4每次出现时独立地为H、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、芳基、杂芳基、杂环基、环烷基；
n为2、3、4、5或6。
55.一种化学式(Ⅵ)的盐：
其中：
X是阴离子；
R和R'独立地为-(CH2)p-R1；
R1为C1-C6烷基-B(OR2)(OR3)、芳基-B(OR2)(OR3)、杂芳基-B(OR2)(OR3)或杂环基-B(OR2)(OR3)；
R2和R3独立地为H、C1-C6烷基，或者R2和R3能够与B原子结合形成环体系；
L和L'独立地为H、卤素、OH、CN、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、芳基、杂芳基、杂环基、环烷基、烷硫基、芳硫基、烷氧基、芳氧基、-COOR4、NH2、-C(O)N(H)-(CH2)p-N(H)C(O)-R4、-C(O)NH(R4)或-N(H)C(O)R4；
R4每次出现时独立地为H、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、芳基、杂芳基、杂环基、环烷基；
n为2、3、4、5或6；并且
p独立地为0、1、2、3、4、5或6。
56.一种化学式(Ⅶ)的盐：
其中：
X是阴离子；
R和R'独立地为-(CH2)p-R1；
R1为C1-C6烷基-B(OR2)(OR3)、芳基-B(OR2)(OR3)、杂芳基-B(OR2)(OR3)或杂环基-B(OR2)(OR3)；
R2和R3独立地为H、C1-C6烷基，或者R2和R3能够与B原子结合形成环体系；
L和L'独立地为H、卤素、OH、CN、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、芳基、杂芳基、杂环基、环烷基、烷硫基、芳硫基、烷氧基、芳氧基、-COOR4、NH2、-C(O)N(H)-(CH2)p-N(H)C(O)-R4、-C(O)NH(R4)或-N(H)C(O)R4；
R4每次出现时独立地为H、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、芳基、杂芳基、杂环基、环烷基；
n为2、3、4、5或6；
并且p独立地为0、1、2、3、4、5或6。
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