CN109312385A - 电功能化的传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于测定被分析物的生物传感器，该生物传感器包括基底，含有与介体层导电接触的导电垫的工作电极，和与所述介体层可扩散接触的酶层，其中所述介体层是电沉积的介体层，并且其中所述介体层包含电催化剂，在一个实施方案中所述介体层由电催化剂构成。本发明还涉及制造生物传感器的方法，该方法包括提供具有至少一个导电垫的基底，将介体层电沉积到所述导电垫的至少一部分上，其中所述介体层包含电催化剂，在一个实施方案中所述介体层由电催化剂构成，和将酶层沉积到所述介体层的至少一部分上。此外，本发明涉及关于本发明的生物传感器的用途和方法。

Description

电功能化的传感器
本发明涉及用于测定被分析物的生物传感器，该生物传感器包括基底，含有与介体层导电接触的导电垫的工作电极，和与所述介体层可扩散接触的酶层，其中所述介体层是电沉积的介体层，并且其中所述介体层包含电催化剂，在一个实施方案中所述介体层由电催化剂构成。本发明还涉及制造生物传感器的方法，该方法包括提供具有至少一个导电垫的基底，将介体层电沉积到所述导电垫的至少一部分上，其中所述介体层包含电催化剂，在一个实施方案中所述介体层由电催化剂构成，和将酶层沉积到所述介体层的至少一部分上。此外，本发明涉及关于本发明的生物传感器的用途和方法。
测定一种或多种体液例如组织液和/或血液中的一种或多种被分析物例如葡萄糖的浓度是许多疾病治疗和/或预防的必要组成部分。具体地，测定血糖浓度以及相应的药物治疗是许多糖尿病患者的日常事务的必要部分。为了提高便利性和为了避免超过可容忍程度限制日常事务，便携式设备是本领域中已知的，例如用于在工作、休闲或离开家的其它活动期间测量血糖浓度。具体地，已知电化学测量技术使用可完全或部分植入使用者的身体组织中并且能够提供被分析物浓度的连续或不连续测量的传感器。这些类型的可植入传感器元件的实例公开在WO 2007/071562 A1、US 2011/0021889 A1、US 2010/0230285 A1、WO2005/078424 A1中或由国际专利申请PCT/EP2011/072732公开。
用于电化学检测体液中的至少一种被分析物的浓度，例如用于测定血液和/或组织液中的血糖浓度的测试元件通常包括至少一个工作电极以及至少一个对电极。此外，任选地，所述传感器元件可以包括至少一个参比电极。然而，在替代实施方案中，可以省略参比电极和/或可以将其与对电极组合。对于用于工作电极和对电极两者的可能电极材料以及对于用于通过使用相应电流分析装置测定被分析物浓度的可能电化学测量装置，可以参考WO 2007/071562 A1。然而，为了从电极电位的比较得到被分析物浓度，其它类型的测量装置也是可以的。
在典型的电化学传感器装置中，提供对电极以与工作电极一起闭合电路。为此，通常使用氧化还原电流和/或在较低程度上使用电容充电电流。通常，工作电极包含至少一种检测器物质，该检测器物质适于与被分析物进行氧化反应或还原反应。在许多情况中，检测器物质包含至少一种酶，例如葡萄糖氧化酶(GOD)。在检测反应包含工作电极处的氧化反应的情况下，对电极通常提供还原反应以闭合电路。被分析物的有效氧化或还原可能需要高的过电位，其带来引起不合意的副反应的风险。因此，在工作电极的构造中通常包含催化剂(介体)，其原则上可以是生物催化剂(酶)或无机催化剂。例如已使用MnO2作为用于过氧化物特别是过氧化氢(H2O2)的氧化的电催化剂。此外，为了提高信号强度，已尝试增加电极表面，例如如US 2007/227907 A1中建议的那样通过电镀几个金属层。
现有技术中已知各种电极装置。因此，在US 2009/0198117 A1中公开了用于植入哺乳动物内的被分析物传感器仪器。所述被分析物传感器仪器包括基层、设置在基层上的导电层、被分析物感测层和设置在被分析物感测层上的被分析物调制层。所述导电层包括工作电极，该工作电极包括多个导电纳米管。所述被分析物感测层包含设置在导电纳米管上的氧化还原酶。所述氧化还原酶在待感测的被分析物存在下生成过氧化氢。所述被分析物调制层调制被分析物通过该层的扩散。
如上所述，已知多种电极组合。因此，在三电极装置中，除工作电极和对电极外，独立于对电极提供至少一个参比电极。在这种情况中，通常可以独立于参比电极的电位调节对电极的电位。如WO 2007/071562 A1中更详细解释的那样，可以提供恒电位控制器，其一方面提供工作电极和参比电极之间的所需电位差或电压，另一方面被改变使得在工作电极处发生的检测反应的电流被对电极处的适当的逆过程平衡，由此闭合电路。对于后一目的，必须将对电极调节至这样的电位，在该电位通过对电极处的适当电极反应产生适当且所需的电流。
因此，可以把对电极处发生的过程比作恒电流电位法过程。对电极通常将达到氧化还原过程产生所需电流的电位。在一个氧化还原体系的这种氧化还原过程不足以提供适当的电流的情况下，反应参与物将减少并且对电极将发展到后续氧化还原反应的电位，直至所有分电流的总和足以产生用于平衡工作电极的检测反应的适当逆电流。
对电极的电位以及对电极处的电极反应通常将取决于多个因素。因此，对电极本身的表面将具有影响，例如表面积、电极的粗糙度和/或其它表面性质。此外，氧化还原物质的存在和对电极处的各自的过电位将影响对电极的上述性质，以及氧化还原物质的浓度和过程的氧化还原电位和过电压。
具体地，在体内连续监测传感器的情况中，这些传感器通常将被血液和/或组织液包围。如上所述，大多数已知的生物传感器利用在工作电极处的氧化检测反应，其中被分析物例如葡萄糖被氧化。作为一个例子，葡萄糖将被酶促氧化并且将生成被还原的联产物，例如H2O2。由于血液和组织液的大多数成分以还原形式存在，所以典型的体内测量中的可还原物质的数目是有限的。按它们各自氧化还原电位的顺序，可以给出以下可还原物质作为实例：氧气、H2O2、H2O。氧气的量通常非常有限，特别是在体内测量中，特别是在组织液中。通过包封植入身体组织中的传感器元件，氧气至工作电极的传送可随时间进一步减少。通过电极反应例如通过O2的还原和/或通过酶促反应可生成H2O2。H2O通常以高浓度广泛可得。然而，使用水作为可还原物质通常包括H2气体的形成。这种气体形成可导致电极反润湿，这通常将增强上述效果。此外，气体形成可导致通常覆盖工作电极的膜的剥离，并且甚至可导致膜和/或电极的完全除去。
通常，通过提供包括适当的电引线的支撑体以提供所需电极和通过在两个分开的过程例如丝网印刷过程中丝网印刷包含用于参比电极的参比化学品的糊料和包含用于工作电极的反应化学品的糊料来生产体内传感器，参见例如US 2004/007461 A1。该程序需要试剂及它们的混合物的劳动密集型品质控制。此外，丝网印刷过程需要几个干燥步骤，这样的话对于生产不完全印刷或部分施加的层从其剥落(特别是如果使用柔性支撑体)的传感器是易出错的。此外，丝网印刷过程需要溶剂的存在，在干燥后可能残留痕量溶剂并且其可能干扰测量。特别地，一种常用溶剂，二乙二醇单丁基醚(DEGMBE)难于完全除去并在制造过程中可能变得被过氧化，其通常在检测过氧化物的传感器，例如使用葡萄糖氧化酶/H2O2化学品的葡萄糖传感器中造成干扰。另外，对于丝网印刷反应化学品，酶(例如葡萄糖氧化酶)和介体(例如用于催化H2O2氧化的MnO2)，尽管是分散的，但通常是作为聚集体存在于反应化学品中，使得H2O2必须首先从酶聚集体扩散至MnO2聚集体以供检测，这通过降低捕获效率降低了检测的速度和灵敏度。
作为工作电极的替代构造，提议首先将包含酶的金属层电沉积到电极金属上，并作为另外的层电镀电子转移介体(EP 0 368 209 A1)。
要解决的问题
因此本发明的一个目的是提供生物传感器，其可以至少部分可植入身体组织中，其完全或部分避免如上论述的已知传感器元件的缺点。特别地，所述传感器元件应提供关于涉及反应化学品和/或参比化学品的丝网印刷的问题的改进。
发明概述
通过具有独立权利要求的特征的生物传感器和相关方法解决该问题。在说明书中和在从属权利要求中公开所述生物传感器和制造生物传感器的方法的优选实施方案。
因此，本发明涉及用于测定被分析物的生物传感器，该生物传感器包括基底，含有与介体层导电接触的导电垫的工作电极，和与所述介体层可扩散接触的酶层，其中所述介体层是电沉积的介体层，并且其中所述介体层包含电催化剂。
如下文中使用的那样，术语"具有"、"包含"或"包括"或其任何任意语法变体以非排他方式使用。因此，这些术语可以指除通过这些术语引入的特征外，在该情形中描述的实体中不存在另外的特征的情况和存在一个或多个另外的特征的情况两者。作为一个例子，表述"A具有B"、"A包含B"和"A包括B"可以指除B外，A中不存在其它要素的情况(即唯一且排他地由B构成的情况)和除B外，在实体A中存在一个或多个另外的要素，例如要素C、要素C和D或甚至另外的要素的情况两者。
此外，如下文中使用的那样，术语"优选"、"更优选"、"最优选"、"特别"、"更特别"、"具体"、"更具体"或类似术语是与任选特征组合使用而不限制替代可能性。因此，通过这些术语引入的特征是任选特征并且不意在以任何方式限制权利要求的范围。如本领域技术人员会认识到的那样，本发明可通过使用特代特征实施。类似地，通过"在本发明的一个实施方案中"或类似表述引入的特征意在是任选特征，对于本发明的替代实施方案没有任何限制，对于本发明的范围没有任何限制以及对于将以这种方式引入的特征与本发明的其它任选或非任选特征组合的可能性没有任何限制。此外，如果没有其它指示，术语"约"涉及具有相关领域中通常接受的技术精确度的指示值，在一个实施方案中涉及指示值±20%。
术语"生物传感器"，如本文中使用的那样，涉及包括本文中所述的构件的设备。在一个实施方案中，所述生物传感器包括分别如本文其它位置所描述的基底、与介体层导电接触的工作电极和与所述介体层可扩散接触的酶层。
在一个实施方案中，所述生物传感器是可植入的生物传感器。因此，在一个实施方案中，所述生物传感器还包括扩散膜和/或生物相容性层。术语"扩散膜"，如本文中使用的那样，涉及允许被分析物扩散的聚合物，特别是具有1 µm至100 µm，在一个实施方案中2.5µm至50 µm的厚度。在一个实施方案中，所述扩散膜包含生物相容性聚合物或由生物相容性聚合物构成，特别是通过聚合甲基丙烯酸丁酯(BUMA)和/或甲基丙烯酸2-羟乙酯(HEMA)单体制备的聚合物。在另一个实施方案中，所述扩散膜允许被分析物扩散但不允许分析流体例如体液中包含的高分子成分扩散。因此，在一个实施方案中，所述扩散膜具体允许具有小于10 kDa，在一个实施方案中小于5 kDa，在另一个实施方案中小于1 kDa 的分子量的分子扩散。因此，在一个实施方案中，所述扩散膜是半透膜，特别是透析膜，在一个实施方案中是生物相容性透析膜。术语"生物相容性层"，如本文中使用的那样，涉及生物传感器的最外层，该最外层包含生物相容性材料或由生物相容性材料构成。在一个实施方案中，所述生物相容性材料是不引起身体反应的材料，例如惰性材料。在一个实施方案中，所述生物传感器完全被生物相容性层覆盖，除了被扩散膜覆盖的孔。在另一个实施方案中，所述生物传感器完全被生物相容性层覆盖。在一个实施方案中，所述孔位于工作电极附近并且扩散膜将工作电极、介体层和酶层与分析流体分隔。此外，特别在所述生物传感器是可植入生物传感器的情况下，所述生物传感器通常可包括其它电气和电子构件，包括例如能量源，如电池，和/或用于与外部设备交换信息的通信单元，例如用于报告被分析物的测量值。用于提供能量源和通信单元的合适构件是本领域公知的。
将会理解的是所述生物传感器可以包括本领域技术人员发现合适的其它构件。在一个实施方案中，所述生物传感器是电化学生物传感器；因此所述生物传感器可另外包括电引线和触点。在一个实施方案中，所述生物传感器包括其它电极，其可以是具有所描述的特征的电极或可以是结构和/或功能上与其不同的电极。其它电极可以例如适于用作填充控制器、温度传感器等等。在一个实施方案中，所述生物传感器还包括对电极，在另一个实施方案中还包括参比电极和对电极。本领域中已知生物传感器可以包括三个电极，其分别是工作电极、对电极和参比电极("三电极设置")；或所述生物传感器可以包括两个电极，其中一个是工作电极，第二个是对电极和参比电极("两电极设置")。如上所述，所述生物传感器还可以包括其它电极。
术语"被分析物"，如本文中使用的那样，涉及存在于液体，特别是体液中的化合物。在一个实施方案中，该液体是本文其它位置指明的测试样品。在一个实施方案中，所述被分析物是有机分子，在另一个实施方案中，是能够在根据本发明的酶的存在下进行氧化还原反应的有机分子。在一个实施方案中，所述被分析物是受试者的代谢的分子，即在所述受试者的至少一个组织中发生的至少一个化学反应中产生和/或消耗的分子。另外在一个实施方案中，所述被分析物是低分子量化合物，在另一个实施方案中，是具有小于5000 u(5000 Da; 1 u = 1.66×10-27 kg)，在另一个实施方案中小于1000 u，在另一个实施方案中小于500 u的分子量的化合物。即在一个实施方案中，所述被分析物不是生物大分子。在另一个实施方案中，所述被分析物选自由苹果酸酯/盐、乙醇、抗坏血酸、胆甾醇、甘油、脲、3-羟基丁酸酯/盐、乳酸酯/盐、丙酮酸酯/盐、酮、肌酐等等组成的清单；在又另一个实施方案中，所述被分析物是葡萄糖。
术语"样品"和"测试样品"，如本文中使用的那样，是指体液样品，是指分离的细胞样品或是指来自组织或器官的样品或是指获自外或内身体表面的洗涤/冲洗流体样品。在一个实施方案中，所述样品是来自体液的样品。如本文中使用的那样，术语"体液"涉及已知包含或怀疑包含本发明的被分析物的受试者的所有体液，包括血液、血浆、组织液、泪液、尿液、淋巴液、脑脊液、胆汁、粪便、汗液和唾液。在一个实施方案中，所述体液是血液、血清或血浆。体液样品可以通过公知技术获得，包括例如静脉或动脉穿刺、表皮穿刺等等。在一个实施方案中，所述体液是从用于进行测定的受试者的身体取出；因此在一个实施方案中，本发明的生物传感器用于体外方法中。在另一个实施方案中，在所述生物传感器是可植入生物传感器的情况下，所述体液包含在受试者内；在这样的情况下，在一个实施方案中，所述体液是血液或组织液；因此，在另一个实施方案中，本发明的生物传感器用于体内方法中。
如本文中使用的那样，术语"基底"是指载体元件(支撑体)，其基本可具有任意形状，例如条形。可用的材料和几何形状是本领域中已知的。在一个实施方案中，所述基底是柔性基底。在一个实施方案中，所述基底包含具有一个、两个或更多个层的层设置，在一个实施方案中包含柔性层设置。所述基底通常可以由任何任意基底材料，例如塑料材料和/或层压材料和/或纸材料和/或陶瓷材料制成。可以替代或额外使用其它材料，例如金属或薄膜设置。在一个实施方案中，所述基底是绝缘层；因此，在所述基底是金属的情况下，在一个实施方案中所述金属被绝缘层覆盖。在一个实施方案中，所述基底包含柔性PCB或聚酰亚胺或由柔性PCB或聚酰亚胺构成。
术语"电极"原则上在本领域中已知是涉及用于与电路的非金属部分产生接触的电导体。本领域技术人员例如从文献WO 2007/071562 A1、US 2009/0178923 A1、US 2011/0196216 A1和US 2015/0099954 A1(它们关于它们的完整公开内容通过引用并入本文)知晓可用作生物传感器中的电极的各种材料和几何形状。在一个实施方案中，本发明的电极包含至少一个导电垫和至少一个导电通路。术语"导电垫"，如本文中使用的那样，涉及形成在其上发生检测反应(在所述垫是工作电极垫的情况下)、逆反应(在所述垫是对电极垫的情况下)或参比反应(在所述垫是参比电极垫的情况下)的电极部分的小块金属。如本文中使用的那样，术语"反应在电极的导电垫上发生"涉及在与所述导电垫导电接触，在一个实施方案中直接接触的层中，例如在介体层中或在Ag/AgCl层中发生的反应。在一个实施方案中，所述至少一个导电垫和/或导电通路由具有高电导率的抗腐蚀材料，特别是贵金属，包括金、银、铂和钯或其合金；或石墨构成。在一个实施方案中，所述至少一个导电垫和/或导电通路包含至少一个金层，在一个实施方案中由金构成。如本领域技术人员会理解的那样，所述至少一个导电垫和/或导电通路可以包含多个层，例如两个或多于两个层。因此在一个实施方案中，电极的所述至少一个导电垫和/或导电通路可以包含铜层和金层。在一个实施方案中，所述电极是通过将金层电沉积到铜电极结构上制造的电极；在一个实施方案中，所述铜电极结构通过将导电通路平版印刷结构化到基底上制成。在另一个实施方案中，所述导电通路(电引线)将导电垫导电连接到例如包含在测量设备中的连接器。所述导电垫和导电通路原则上可以具有认为合适的任何几何形状。
在一个实施方案中，所述电极，特别是工作电极适于与样品，特别是身体组织内的体液直接或通过至少一个半透膜发生接触。因此在一个实施方案中，布置所述电极使得电极与体液中所含的至少一种电解质和/或溶剂例如水发生接触。所述电极可以是或可以包含可以完全或部分与体液接触或与体液发生接触的一个或多个导电垫(电极场(electrodefields))。各电极场因此可以提供至少一个与体液的界面，例如直接与含有体液的身体组织接触或通过至少一个膜(该膜对于体液或体液的一种或多种组分可以是完全或部分可透过的)与体液发生接触。一个或多个所述电极场可以通过一个或多个合适的接触引线也称为导电通路实现接触。因此，一个接触引线或导电通路可以精确地电接触一个电极或两个或更多个电极。在一个实施方案中，所述至少一个电极可以具有恰好一个连续表面区域，该连续表面区域可以适于与身体组织内的体液发生接触。可以在生物传感器中提供相同类型的一个或多个电极。各电极可以通过至少一个接触引线实现电接触。在提供多于一个相同类型的电极的情况下，所述电极可以通过一个或多个接触引线实现接触。因此，相同类型的两个或更多个电极可通过同一个接触引线实现电接触。或者，可以提供分开的接触引线以接触电极，例如每个电极至少一个分开的接触引线。
各电极可以实施为使得可在电极处发生电化学反应，其中体液或其一部分例如电解质和/或被分析物可以参与到该电化学反应中。因此，所述电极可以实施为使得可在电极处发生氧化反应或还原反应。
所述生物传感器可以精确地包括一个工作电极或可以包括多个工作电极。在提供多于一个工作电极的情况下，至少一个所述工作电极应包括与介体层导电接触的导电垫，其中所述介体层是电沉积的介体层并且其中所述介体层包含电催化剂。另外，所述生物传感器可以精确地包括一个对电极或可以包括多个对电极。在提供一个或多个额外参比电极的情况下，可以精确地提供一个参比电极或可以提供多个参比电极。
在一个实施方案中，所述生物传感器是用于测定被分析物，特别是样品中的被分析物的生物传感器。在另一个实施方案中，所述样品是受试者的样品。术语"测定"，如本文中使用的那样，涉及检测或测量被分析物的量，在一个实施方案中半定量，或在另一个实施方案中定量。在一个实施方案中，测定包括估算当根据本发明的生物传感器与怀疑包含被分析物的流体接触时，工作电极处释放或消耗的电子的量。估算工作电极处释放或消耗的电子量的方法是现有技术已知的。在一个实施方案中，通过恒电位测量估算释放或消耗的电子量。
术语"工作电极"通常理解为涉及电化学电池中所关心的反应发生处的电极。根据本发明，如本文其它位置指明的那样，所述工作电极的至少一个导电垫与介体层导电接触。在一个实施方案中，所述工作电极包括多个导电垫，所述导电垫也称为电极场。在另一个实施方案中，导电垫的多个是如以上引用的US 2011/196216 A1中所述的多个场。在一个实施方案中，至少一个，在一个实施方案中至少两个，在另一个实施方案中一半，在另一个实施方案中全部所述工作电极的所述导电垫(电极场)与一个或多个介体层导电接触。在一个实施方案中，所述工作电极的所述导电垫与相同介体层导电接触，例如通过接触覆盖所有导电垫和连接所述导电垫的引线的连续介体层。在另一个实施方案中，一个或多个工作电极的导电垫与至少两个分开或不同的介体层导电接触，其中术语"分开的介体层"涉及组成相同的空间上分开的介体层，而术语"不同的介体层"涉及组成不同的介体层。在一个实施方案中，工作电极是在该电极处发生过氧化物，特别是过氧化氢的氧化的生物传感器电极；因此，在一个实施方案中，所述工作电极是阳极。
术语"对电极"通常理解为涉及电化学电池中所关心反应的电化学逆反应发生处的电极；因此优选地，所述对电极是用于在测量期间与工作电极一起闭合电路的电极。制备对电极的手段和方法是本领域中公知的，例如来自以上引用的参考文献。在一个实施方案中，根据本发明的对电极相对于工作电极位于所述基底的相对侧上，特别是如以上引用的US 2015/099954 A1中所描述；在一个实施方案中，所述对电极包括包含金或由金构成的导电垫，在这样的情况下其可以或可以不进一步功能化。
对电极材料可进一步包含适于进行至少一个氧化还原反应的至少一种对电极氧化还原材料和/或可以包含一种或多种导电材料例如一种或多种金属。如本文中使用的那样，术语氧化还原反应是指氧化还原反应的一个参与物被还原，而氧化还原反应的另一个参与物被氧化的事实。因此，术语氧化还原材料是指包含至少一种可还原组分和至少一种可氧化组分的材料。作为一个例子，所述对电极氧化还原材料可包括以下氧化还原体系的一种或多种：Ag/AgCl；Hg/HgCl2和Mn(II)/Mn(IV)。所述至少一种导电材料可提供至少一个导电表面，该导电表面在一个实施方案中是电可极化的(electrically polarizable)表面，并且该导电表面可以调整为使得可以与体液中所含的一种或多种组分发生一种或多种氧化还原反应。
本领域技术人员已知术语"参比电极"涉及适于提供已知且广泛恒定的电极电位作为参比电位(特别是通过提供具有已知且恒定的电极电位的氧化还原体系)的电极。原则上，提供参比电极的方法是技术人员已知的，例如从以上引用的现有技术获知。在一个实施方案中，所述参比电极与参比材料(特别是具有已知且广泛恒定的电极电位的参比材料)层导电接触。在一个实施方案中，所述参比材料包含金属银(Ag)、铜(Cu)、锰(Mn)、铅(Pb)、汞(Hg)、镍(Ni)、钴(Co)、铋(Bi)、铼(Re)和碲(Te)中的至少一种，在一个实施方案中包含所述金属中的一种。在一个实施方案中，所述参比材料以离子形式、以元素形式或以离子和元素形式包含所述金属、多种所述金属或其合金。在另一个实施方案中，所述参比材料以离子和元素形式包含所述金属、多种所述金属或其合金。在一个实施方案中，所述参比材料以元素形式包含所述金属、多种所述金属或其合金，并且通过部分电化学氧化所述元素形式原位产生包含离子和元素形式的所述金属、多种所述金属或其合金的参比材料。因此，在一个实施方案中，所述参比材料包含至少一种作为氧化物或作为氯化物的离子形式的所述金属，在另一个实施方案中包含至少一种元素和离子形式的所述金属，在另一个实施方案中包含至少一种(i)为元素形式和(ii)作为氧化物或作为氯化物的所述金属。在一个实施方案中，所述参比电极是根据标准方法产生的Ag/AgCl电极；在另一个实施方案中，所述参比电极是通过在氯离子存在下电化学氧化银原位产生的Ag/AgCl电极。
在一个实施方案中，所述生物传感器不包括参比电极；具体地，在这样的实施方案中，所述生物传感器包括包含对电极氧化还原材料的对电极，所述对电极氧化还原材料同时充当上文指明的参比材料。
在一个实施方案中，所述参比材料，特别是如上所述的参比材料被电沉积到参比电极上，即特别是通过原电池的半反应。在一个实施方案中，所述参比材料，特别是银被以元素形式电沉积到参比电极上，并然后部分氧化以产生以离子和元素形式包含所述金属、多种所述金属或其合金的参比材料。将银电沉积到金电极上的方法原则上是本领域中已知的并在本文中在之后的实施例中进一步描述。在一个实施方案中，从硝酸银溶液电沉积银，所述硝酸银溶液特别具有在室温(25℃)下1 µM至饱和的浓度，在一个实施方案中，具有在室温下100 µM至饱和的浓度。在一个实施方案中，以恒电位方式进行沉积，即通过施加恒定电压。本领域技术人员知晓如何确定用于恒电位沉积的合适电压。在一个实施方案中，施加-60 mV至-150 mV，在另一个实施方案中-65 mV至-120 mV的电压。在另一个实施方案中，以恒电流方式进行沉积，即通过调节电流使得实现合适的沉积速率，其在一个实施方案中相对于沉积时间是恒定的。在一个实施方案中，通过从为沉积过程建立的电流/电位曲线获得优化电流范围来优化恒电流沉积。如本领域技术人员会理解的那样，通过调节沉积电流和/或沉积时间可以控制电沉积的材料的量，在一个实施方案中控制层厚度。
本领域技术人员理解术语"导电接触"。在一个实施方案中，导电接触是允许将电荷从第一接触参与方传导至第二接触参与方的接触，其可以通过介于中间的传导化合物例如电解质或特别是电子导体例如金属介导。通常，如本文中使用的那样，术语"导电"是指通常以S/m或1/Ωm给出的至少1 ∙ 100 S/m，优选至少1 ∙ 103 S/m，更优选至少1 ∙ 105 S/m的电导率σ。如本文中另外使用的那样，术语"电绝缘"是指不大于1 ∙ 10-1 S/m，优选不大于1 ∙ 10-2 S/m，最优选不大于1 ∙ 10-5 S/m的电导率。在另一个实施方案中，导电接触是直接接触；因此在一个实施方案中，本发明的工作电极和介体层之间的导电接触是直接接触。即在一个实施方案中，工作电极的导电垫至少部分被介体层覆盖，特别是直接接触所述介体层。相应地，在另一个实施方案中，在一个实施方案中，本发明的参比电极和参比材料之间的导电接触是直接接触。即在一个实施方案中，参比电极的导电垫至少部分被参比材料覆盖，特别是直接接触所述参比材料。
类似地，术语"可扩散接触"，如本文中使用的那样，涉及允许化合物，特别是具有本文其它位置针对被分析物指明的分子量的化合物，从第一接触参与方扩散至第二接触参与方的接触。因此，在一个实施方案中，可扩散接触是由允许化合物从第一接触参与方扩散至第二接触参与方的介于中间的组合物介导的接触。在另一个实施方案中，可扩散接触是直接接触；因此在一个实施方案中，介体层和酶层之间的可扩散接触是直接接触。即在一个实施方案中，与工作电极的导电垫导电接触的介体层至少部分被参比材料覆盖，特别是直接接触所述参比材料。
如本文中使用的那样，术语"介体层"涉及包含电催化剂的层。术语"电催化剂"，如本文中使用的那样，涉及催化电化学反应，特别是电极处的还原反应或氧化反应的无机化合物。在一个实施方案中，与未催化的反应相比，所述催化降低所述电化学反应发生所需的过电位和/或与未催化的反应相比，提高所述电化学反应发生的速率。特别地，"提高所述电化学反应发生的速率"涉及每电极面积，特别是每工作电极面积的反应速率；因此在一个实施方案中，电催化不增加电极面积，特别是工作电极面积。在一个实施方案中，所述电催化剂是选择性的，即所述电催化剂特异性地或半特异性地催化具体化合物或一类化合物例如过氧化物的电化学反应。在一个实施方案中，所述电催化剂包含锰，在另一个实施方案中包含锰离子，特别是锰-(IV)离子。在一个实施方案中，所述电催化剂包含氧化锰(IV)(MnO2)。
在一个实施方案中，本发明的介体层包含其它组分，例如促进粘附的化合物、作为导电材料的一种或多种金属或合金等等。在另一个实施方案中，本发明的介体层不包含除所述电催化剂之外的组分，特别是不含有机醚过氧化物，在一个实施方案中不含有机醚，在另一个实施方案中不含有机溶剂。在一个实施方案中，所述介体层由电催化剂构成；因此在另一个实施方案中，所述介体层由锰和/或MnO2构成，在另一个实施方案中由MnO2构成。
在一个实施方案中，所述介体层，特别是本文中以上描述的电催化剂，电沉积到所述一个或多个工作电极上，即特别是通过原电池的半反应。电沉积本文所述的电催化剂的方法原则上是本领域中已知的。如本文中其它位置指明的那样，在一个实施方案中，所述电催化剂是锰，特别是MnO2。在这样的情况下，所述电催化剂即MnO2可以例如从硫酸锰的水溶液电沉积。可以从例如Pourbaix图得到用于电沉积金属或其特定盐的合适pH和电压。在一个实施方案中，以恒电位方式实施沉积，即通过施加恒定电压。本领域技术人员知晓如何确定用于电沉积的合适条件，特别是用于恒电位沉积的电压，例如如实施例中所示。例如在一个实施方案中，可以在相对于Ag/AgCl电极为1V至4V，特别是3.0V至3.5V的电位下从具有3至8的pH，特别是5至7的pH的MnSO4溶液电沉积MnO2。在另一个实施方案中，以恒电流方式实施沉积，即通过调节电流使得实现合适的沉积速率，其在一个实施方案中相对于沉积时间是恒定的。在一个实施方案中，通过从为沉积过程建立的电流/电位曲线获得优化电流范围来优化恒电流沉积。如本领域技术人员会理解的那样，通过调节沉积电流和/或沉积时间可以控制电沉积的材料的量，在一个实施方案中控制层厚度。在一个实施方案中，如实施例中所示，可以在1 µA至15 µA，在一个实施方案中在4至12.5 µA的恒定电流下从锰(II)离子，特别是MnSO4或MnCl2溶液沉积MnO2。在另一个实施方案中，如实施例中所示，可以在10 µA至300 µA，在一个实施方案中在25 µA至275 µA的恒定电流下从银(I)离子，特别是AgNO3溶液沉积Ag。如本领域技术人员所理解，适合于电沉积至具体电极的电流取决于多种另外的参数，包括电极面积，电极几何形状，施加的电场的几何形状，特别是对电极的相对定位，等等。
术语"酶"，如本文中使用的那样，涉及生物大分子，特别是多肽，在被分析物存在下催化产生或消耗化合物的化学反应，所述化合物的电化学转化通过本文其它位置指明的电催化剂催化。在一个实施方案中，所述酶是氧化酶；在另一个实施方案中，所述酶在被分析物存在下产生过氧化物，特别是产生过氧化氢；因此，在一个实施方案中，所述酶是产生过氧化氢的氧化酶，例如葡萄糖氧化酶(EC 1.1.3.4)、己糖氧化酶(EC 1.1.3.5)、胆甾醇氧化酶(EC 1.1.3.6)、半乳糖氧化酶(EC 1.1.3.9)、乙醇氧化酶(EC 1.1.3.13)、L-古洛糖酸内酯氧化酶 (EC 1.1.3.8)、NAD(P)H氧化酶(形成H2O2, EC 1.6.3.1)、NADH氧化酶(形成H2O2, EC 1.6.3.3)或过氧化氢酶(EC 1.11.1.6)。在一个实施方案中，所述酶是葡萄糖氧化酶(EC 1.1.3.4)。
术语"酶层"，如本文中使用的那样，涉及包含本文中以上指明的酶的层。在一个实施方案中，所述酶层包含其它组分，特别是其它多肽，例如可以与所述酶以基本固定比率施加的载体蛋白质。术语"载体蛋白质"，如本文中使用的那样，涉及至少缺乏产生可通过本发明的生物传感器测定的化合物的催化活性的蛋白质或蛋白质混合物；特别地，所述载体蛋白质不具有已知的酶活性和/或是热失活的蛋白质。在一个实施方案中，所述酶和载体蛋白质以基本均匀方式分布在整个酶层中。通常，所述酶层是薄的，例如具有1 µm至10µm，在一个实施方案中2 µm至5 µm的厚度。具有这种厚度的酶层可以例如通过电沉积或通过丝网印刷制造。如会被理解的，特别是对于丝网印刷酶层，可以将所述酶分散在包含其它添加剂，包括本领域中公知的填料、溶剂、粘附介体等等的组合物中。在一个典型实施方案中，所述酶层非常薄，例如具有约1 µm、约0.5 µm、约0.25 µm或约0.1 µm的厚度。具有这样的厚度的酶层可以通过分配或通过喷雾溶解在合适的溶剂例如水或水缓冲液中的酶和可存在的可能添加剂获得。
所述生物传感器还可以包含至少一种电绝缘材料。所述电绝缘材料可以施加至所述基底，例如通过用至少一种电绝缘材料的一个或多个层涂覆基底。作为一个例子，电绝缘材料可以包含一种或多种电绝缘树脂。因此，所述基底可以完全或部分被所述电绝缘树脂的一个或多个层涂覆。额外地或替代地，可以使用完全或部分覆盖所述基底的其它类型的绝缘材料。所述至少一种电绝缘材料可以直接或间接施加至所述基底，例如通过涂覆技术。再次，额外地或替代地，所述电绝缘材料可以是所述基底本身的一部分。因此，所述基底本身可以完全或部分由至少一种电绝缘材料制成。作为一个例子，所述基底可以完全或部分由绝缘塑料材料例如绝缘聚酯制成和/或可以完全或部分由绝缘材料例如纸和/或绝缘陶瓷材料制成。
有利地，在构成本发明基础的工作期间发现可以将介体层如MnO2电沉积到生物传感器的工作电极上并且发现这样的电沉积导致具有大表面的均匀的、紧密附着的层。另外，可以省略关于丝网印刷所述层的技术努力。此外，由于新方法不需要使用包含DEGMBE的丝网印刷糊料，所以在介体层中不存在过氧化的醚，并且因此新传感器的零电流非常低。由于相同原因，新生物传感器也不需要预运行。此外，使用本发明的方法可以更精确地限定工作电极的尺寸，因为避免了由丝网印刷导致的变异性。此外，可以在电沉积期间更精确地限定沉积的介体的量。因此，可以降低例如被分析物测试条的批次间的变异性。
上文做出的定义在做必要修正后适用于下文。下文进一步做出的其它定义和解释在做必要修正后也适用于本说明书中描述的所有实施方案。
本发明还涉及制造生物传感器的方法，所述方法包括
a)提供具有至少一个导电垫的基底，
b)将介体层电沉积到所述导电垫的至少一部分上，其中所述介体层包含电催化剂，在一个实施方案中所述介体层由电催化剂构成，和
c)将酶层沉积到所述介体层的至少一部分上。
在一个实施方案中，本发明的所述制造方法可以包括除上文明确提及的那些步骤之外的步骤。例如，其它步骤可涉及例如对于步骤a)将导电垫电镀在基底上，或在步骤b)中、之前或之后施加其它层。此外，可以通过自动装备实施一个或多个所述步骤。此外，所述制造方法可另外包括应用涂覆技术，例如一个或多个下列技术：印刷技术；分配技术。所述印刷技术可包括任意印刷技术，例如丝网印刷、喷墨印刷、镂空版印刷(stencilprinting)、胶版印刷、软布印刷(tampon printing)或任何其它印刷技术或其任何任意组合。额外地或替代地，可以使用其它涂覆技术。
此外，所述制造方法可以包括其它步骤，例如至少一个这样的其它步骤：在基底上提供至少一个导电垫和/或至少一个对电极导电通路，通过至少一种涂覆技术，例如通过至少一种印刷技术和/或至少一种分配技术施加涂层，其中将附加层施加至导电垫和/或其中将对电极材料施加至对电极导电垫。在使用印刷技术的情况下，所述至少一种印刷技术可以包括一种或多种不同类型的印刷技术。在一个实施方案中，所述印刷技术包括至少一种丝网印刷技术。上文列出的参比材料和/或对电极材料可以作为糊料施加。所述参比材料和/或对电极材料还可以例如通过印刷技术和分配技术的至少一种例如通过丝网印刷涂覆到电绝缘材料的一个或多个开口中。额外地或替代地，可以在涂覆后，例如在分别印刷和/或分配导电传感器材料和/或导电对电极材料后施加绝缘材料。
另外，本发明涉及根据本发明的制造方法生产的或可根据本发明的制造方法生产的生物传感器。
此外，本发明涉及根据本发明的生物传感器用于测定样品中的被分析物的用途。
此外，本发明涉及检测样品中的被分析物的方法，该方法包括
a)使所述样品与生物传感器的酶层接触，
所述生物传感器包括基底，含有与电沉积的介体层导电接触的导电垫的工作电极，与所述介体层可扩散接触的酶层，和至少一个对电极，其中所述介体层包含电催化剂，在一个实施方案中所述介体层由电催化剂构成，
b)闭合包括所述工作电极、所述介体层和所述对电极的电路，
c)向步骤b)的所述电路施加电压，测量产生的电流，和由此
d)检测所述样品中的所述被分析物。
本发明的检测方法可以是在来自受试者的样品上进行的体外方法，或在生物传感器植入到受试者的身体中的情况下是体内方法。此外，所述检测方法可以包括除上文明确提及的那些步骤之外的步骤。例如，其它步骤可涉及例如对于步骤a)获得样品或植入生物传感器，或对步骤c)获得的值进行校准和/或计算。此外，可以通过自动装备进行一个或多个所述步骤。
如本文中使用的那样，术语"受试者"涉及脊椎动物。在一个实施方案中，所述受试者是哺乳动物，在另一个实施方案中是小鼠、大鼠、猫、狗、仓鼠、豚鼠、绵羊、山羊、猪、牛或马。在又另一个实施方案中，所述受试者是灵长类动物。在另一个实施方案中，所述受试者是人类。在一个实施方案中，所述受试者患有或怀疑患有与至少一种被分析物的正常值的可测量偏差相关的疾病或病症。在另一个实施方案中，所述受试者是患有或怀疑患有糖尿病，特别是II型糖尿病的受试者。
本发明的检测方法还可以包括电流测量，例如当含有被分析物的样品与生物传感器接触时，被分析物、酶和电催化剂参与反应，其中被分析物被还原(接受至少一个电子)或被氧化(贡献至少一个电子)。通常，被分析物被氧化。在该反应完成后，可以在工作电极和对电极之间施加电位差。因此，在一个实施方案中，在反应开始后，使用电源(例如电池)在所述电极之间施加电位差并例如通过电流测量计测量稳态测定电流。可以将测量的电流与被分析物浓度相关联；例如可以将电流大小，特别是在准稳态条件下测得的电流大小与存在的反应产物的量相关联，并因此与样品中被分析物的量相关联。选择施加的电位差使得至少一种反应产物的电氧化发生在工作电极的表面。根据本发明的工作电极与生物传感器的介体层紧密接触，在一个实施方案中直接接触；因此反应产物可以在工作电极处快速氧化或还原。通常，被分析物、酶和它们的反应产物是本文中以上指明的那些。在一个实施方案中，所述生物传感器是根据本发明的生物传感器。
本说明书引用的所有参考文献关于它们的全部公开内容和本说明书中具体提及的公开内容通过引用并入本文。
鉴于以上，下列实施方案是优选的：
实施方案1：用于测定被分析物的生物传感器，该生物传感器包括基底，含有与介体层导电接触的导电垫的工作电极，和与所述介体层可扩散接触的酶层，其中所述介体层是电沉积的介体层，并且其中所述介体层包含电催化剂，在一个实施方案中所述介体层由电催化剂构成。
实施方案2：根据实施方案1的生物传感器，其中所述电催化剂是催化至少一种电化学反应的试剂，其通过降低，在一个实施方案中通过选择性降低，所述电化学反应发生所需的过电位和/或通过提高所述电化学反应发生的速率进行。
实施方案3：根据实施方案1或2的生物传感器，其中所述电催化剂包含锰，在一个实施方案中以离子形式包含锰。
实施方案4：根据实施方案1-3任一项的生物传感器，其中所述电催化剂包含氧化锰(IV)(MnO2)。
实施方案5：根据实施方案1-4任一项的生物传感器，其中所述介体层由锰和/或MnO2构成，在一个实施方案中由MnO2构成。
实施方案6：根据实施方案1-5任一项的生物传感器，其中所述介体层不含有机醚过氧化物，在一个实施方案中不含有机醚，在另一个实施方案中不含有机溶剂。
实施方案7：根据实施方案1-6任一项的生物传感器，其中所述工作电极包含多个导电垫，其至少一个，在一个实施方案中至少两个，在另一个实施方案中一半，在另一个实施方案中全部，和与酶层可扩散接触的介体层导电接触。
实施方案8：根据实施方案1-7任一项的生物传感器，其中所述生物传感器还包括对电极，在一个实施方案中还包括参比电极和对电极。
实施方案9：根据实施方案8的生物传感器，其中所述对电极相对于所述工作电极位于所述基底的相对侧。
实施方案10：根据实施方案8或9的生物传感器，其中所述参比电极包含参比材料层。
实施方案11：根据实施方案10的生物传感器，其中所述参比材料是电沉积的。
实施方案12：根据实施方案10或11的生物传感器，其中所述参比材料包含金属银(Ag)、铜(Cu)、锰(Mn)、铅(Pb)、汞(Hg)、镍(Ni)、钴(Co)、铋(Bi)、铼(Re)和碲(Te)中的至少一种，在一个实施方案中包含所述金属中的一种。
实施方案13：根据实施方案10-12任一项的生物传感器，其中所述参比材料以离子和/或元素形式包含所述至少一种金属。
实施方案14：根据实施方案10-13任一项的生物传感器，其中所述参比材料包含银，在一个实施方案中包含氯化银。
实施方案15：根据实施方案1-14任一项的生物传感器，其中所述酶层包含在被分析物存在下产生过氧化物的酶。
实施方案16：根据实施方案1-15任一项的生物传感器，其中所述过氧化物是过氧化氢。
实施方案17：根据实施方案1-16任一项的生物传感器，其中所述被分析物是葡萄糖。
实施方案18：根据实施方案1-17任一项的生物传感器，其中所述酶层包含葡萄糖氧化酶。
实施方案19：根据实施方案1-18任一项的生物传感器，其中所述生物传感器是电化学生物传感器。
实施方案20：根据实施方案1-19任一项的生物传感器，其中所述生物传感器是可植入生物传感器。
实施方案21：根据实施方案1-20任一项的生物传感器，其中所述生物传感器还包括扩散膜。
实施方案22：根据实施方案1-21任一项的生物传感器，其中所述生物传感器还包括生物相容性层。
实施方案23：根据实施方案1-22任一项的生物传感器，其中所述导电垫包含至少一个金层，在一个实施方案中由金构成，在另一个实施方案中由电沉积的金构成。
实施方案24：根据实施方案1-23任一项的生物传感器，其中所述导电接触和/或所述可扩散接触是直接接触。
实施方案25：制造生物传感器的方法，该方法包括
提供具有至少一个导电垫的基底
a)将介体层电沉积到所述导电垫的至少一部分上，其中所述介体层包含电催化剂，在一个实施方案中所述介体层由电催化剂构成，和
b)将酶层沉积到所述介体层的至少一部分上。
实施方案26：根据实施方案25的方法，其中所述介体层包含锰，在一个实施方案中以离子形式包含锰。
实施方案27：根据实施方案25或26的方法，其中所述介体层包含氧化锰(IV)(MnO2)。
实施方案28：根据实施方案25-26任一项的方法，其中所述介体层由锰或MnO2构成，在一个实施方案中由MnO2构成。
实施方案29：根据实施方案25-27任一项的方法，其中所述方法包括提供还包括参比电极和对电极的至少一个，在一个实施方案中还包括参比电极和对电极的基底。
实施方案30：根据实施方案25-29任一项的方法，其中所述生物传感器还包括在沉积所述酶层后沉积扩散膜。
实施方案31：根据实施方案29或30的方法，其中所述方法还包括将参比材料层沉积到所述参比电极上。
实施方案32：根据实施方案29-31任一项的方法，其中所述方法还包括将参比材料层电沉积到所述参比电极上。
实施方案33：根据实施方案25-32任一项的方法，其中沉积所述酶层包括沉积在被分析物存在下产生过氧化物的酶。
实施方案34：根据实施方案25-33任一项的方法，其中所述酶层通过分配、通过喷雾或通过丝网印刷沉积。
实施方案35：根据实施方案25-34任一项的方法生产的或可根据实施方案25-34任一项的方法生产的生物传感器。
实施方案36：根据实施方案1-24任一项的生物传感器用于测定样品中的被分析物的用途。
实施方案37：用于检测样品中的被分析物的方法，该方法包括
a)使所述样品与生物传感器的酶层接触，
所述生物传感器包括基底，含有与电沉积的介体层导电接触的导电垫的工作电极，与所述介体层可扩散接触的酶层，和至少一个对电极，其中所述电沉积的介体层包含电催化剂，在一个实施方案中所述电沉积的介体层由电催化剂构成，
b)闭合包括所述工作电极、所述介体层和所述对电极的电路，
c)向步骤b)的所述电路施加电压，测量产生的电流，和由此，
d)检测所述样品中的所述被分析物。
实施方案38：根据实施方案37的方法，其中所述生物传感器是根据实施方案1-24任一项的生物传感器。
附图说明
图1：在实施例1中在250 µA下的Ag沉积的恒电流计时电流图。x轴：时间t (s)；y轴：电位ΔU (V)。
图2：通过银的电沉积，随后在含氯离子溶液中电氧化产生的电极的电位稳定性。示出的是随时间经过的电位vs. MnO2电极；虚线：仅Ag(氧化前)，实线：AgCl(氧化后)。x轴：时间t (s)；y轴：电位ΔU (V)。
图3：测定用于从MnSO4溶液沉积MnO2的沉积电压；在350 mV电位vs.Ag/AgCl/0.15M Cl-的MnSO4的恒电流循环伏安图。x轴：电流I (A)；y轴：电位ΔU (V)。
图4：电沉积的MnO2层在电化学H2O2-氧化催化中的功能。在时间点100 s、280 s、430 s和550 s添加H2O2，然后间或混合(100 s)，中等混合(280 s)、剧烈混合(430 s)和通过倒置整个传感器池剧烈混合(550 s)。x轴：时间t (s)；y轴：电流I (A)。
以下实施例应仅举例说明本发明。它们绝不应解释为限制本发明的范围。
实施例1：在基底上的银沉积：参比电极
在Autolab PGSTAT128N恒电位/恒电流器上使用三电极装置(工作电极、参比电极、对电极；所有都具有Au垫)。使用在-250 µA的恒电流计时电位法(图1)，可以获得银从硝酸银溶液到金电极垫上的特别高的沉积速率；在约-120 mV(vs. AgNO3溶液中的金仿参比电极(Au-pseudo-reference))沉积开始。在显微镜中可见沉积的闪亮的银。沉积量如下确定：电荷Q = 180s x 250 µA = 45 mC；物质的量n = Q/F = (45 E-3 C)/96484 C/mol= 460nmol。因此，银可以选择性电沉积到参比电极垫上。
实施例2：部分氧化后的电位稳定性
为了测试作为参比电极的可用性，测试实施例1的Ag涂覆的参比电极的电位稳定性。没有氧化，电极最初显示预期的参比电位(约275-325 mV vs. 二氧化锰)；然而，电位不稳定。在含氯离子溶液中在1 µA短暂(10秒)恒电流氧化后，相对于MnO2的电位是基本恒定的。通过施加的电荷量调节Ag/AgCl比。在图2中，使用45 mC Ag沉积(实施例1)(虚线)和仅10 µC氧化至AgCl(实线)，其显著降低了电位漂移。
实施例3：在基底上的MnO2沉积：工作电极
使用0至15 µA(vs. Mn2+中的参比电极/对电极)的恒电流CV在两电极装置(工作电极，参比电极/对电极，传感器参比电极未使用)中将MnO2沉积到传感器电极的多个垫上；沉积电位为3.4 V，传感器对电极上盘电压参比电极=对电极为2V(图3)。在这些条件下，MnO2沉积到所有工作电极垫上。因此，电沉积MnO2是可行的。
实施例4：功能测试(H2O2氧化)
在350 mV vs. 传感器参比电极和添加H2O2条件下，在计时电流法中测试电沉积的MnO2在H2O2氧化中的功能和Ag/AgCl参比电极的功能。如图4中所示，传感器显示在350 mV下H2O2依赖性信号。显著地，零电流非常低(约50 pA)。此外，没有观察到零电流磨合运转，因为电沉积的电极不含来自糊料溶剂DEGMBE的醚过氧化物。

Claims (16)

1.用于测定被分析物的生物传感器，该生物传感器包括基底，含有与介体层导电接触的导电垫的工作电极，和与所述介体层可扩散接触的酶层，
其中所述介体层是电沉积的介体层，并且其中所述介体层包含电催化剂，在一个实施方案中所述介体层由电催化剂构成。
2.根据权利要求1的生物传感器，其中所述电催化剂是催化至少一种电化学反应的试剂，所述催化通过降低，在一个实施方案中通过选择性降低所述电化学反应发生所需的过电位和/或通过提高所述电化学反应发生的速率进行。
3.根据权利要求1或2的生物传感器，其中所述介体层由锰和/或MnO2构成，在一个实施方案中由MnO2构成。
4.根据权利要求1-3任一项的生物传感器，其中所述工作电极包含多个导电垫，至少一个，在一个实施方案中至少两个，在另一个实施方案中一半，在另一个实施方案中全部所述导电垫，和与酶层可扩散接触的介体层导电接触。
5.根据权利要求1-4任一项的生物传感器，其中所述生物传感器还包括对电极，在一个实施方案中还包括参比电极和对电极，在一个实施方案中，其中所述对电极相对于所述工作电极位于所述基底的相对侧。
6.根据权利要求5的生物传感器，其中所述参比电极包含参比材料层，在一个实施方案中包含电沉积的参比材料层。
7.根据权利要求5或6的生物传感器，其中所述参比材料包含银，在一个实施方案中包含银和氯化银。
8.根据权利要求1-7任一项的生物传感器，其中所述酶层包含在被分析物存在下产生过氧化物的酶，在一个实施方案中，其中所述过氧化物是过氧化氢。
9.根据权利要求1-8任一项的生物传感器，其中所述被分析物是葡萄糖。
10.制造生物传感器的方法，该方法包括
a)提供具有至少一个导电垫的基底，
b)将介体层电沉积到所述导电垫的至少一部分上，其中所述介体层包含电催化剂，在一个实施方案中所述介体层由电催化剂构成，和
c)将酶层沉积到所述介体层的至少一部分上。
11.根据权利要求10的方法，其中所述方法包括提供还包括参比电极和对电极的至少一个，在一个实施方案中还包括参比电极和对电极的基底。
12.根据权利要求10或11的方法，其中所述方法还包括将参比材料层电沉积到所述参比电极上。
13.根据权利要求10-12任一项的方法，其中沉积所述酶层包括沉积在被分析物存在下产生过氧化物的酶，在一个实施方案中，其中所述酶层通过分配、通过喷雾或通过丝网印刷沉积。
14.根据权利要求1-9任一项的生物传感器用于测定样品中的被分析物的用途。
15.用于检测样品中的被分析物的方法，该方法包括
a)使所述样品与生物传感器的酶层接触，
所述生物传感器包括基底，含有与电沉积的介体层导电接触的导电垫的工作电极，与所述介体层可扩散接触的酶层，和至少一个对电极，其中所述电沉积的介体层包含电催化剂，在一个实施方案中所述电沉积的介体层由电催化剂构成，
b)闭合包括所述工作电极、所述介体层和所述对电极的电路，
c)向步骤b)的所述电路施加电压，测量产生的电流，和由此，
d)检测所述样品中的所述被分析物。
16.根据权利要求10-13任一项的方法生产的或可根据权利要求10-13任一项的方法生产的生物传感器。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112294322A (zh) * 2019-08-02 2021-02-02 华广生技股份有限公司 生物传感器及用于决定其对电极尺寸和延长其寿命的方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
HUE064713T2 (hu) 2018-02-28 2024-04-28 Hoffmann La Roche Biokompatibilitási bevonat folyamatos analitméréshez
FR3121991A1 (fr) * 2021-04-14 2022-10-21 Linxens Holding Procédé de fabrication d’un capteur comprenant au moins deux électrodes distinctes et capteur obtenu par ce procédé

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102121915A (zh) * 2009-08-31 2011-07-13 生命扫描苏格兰有限公司 具有共用的对/参考电极和直列电极构型的多分析物测试条
US20140018653A1 (en) * 2011-03-28 2014-01-16 Roche Diagnostics Operations, Inc. Diffusion layer for an enzymatic in vivo sensor
US20150099954A1 (en) * 2012-06-29 2015-04-09 Roche Diagnostics Operations, Inc. Sensor elements for detecting an analyte in a body fluid sample as well as methods of making the same

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02128152A (ja) 1988-11-08 1990-05-16 Nec Corp 酵素固定化方法及びバイオセンサ
CA2419213C (en) 2002-03-07 2011-06-21 Bayer Healthcare Llc Improved electrical sensor
US20070227907A1 (en) 2006-04-04 2007-10-04 Rajiv Shah Methods and materials for controlling the electrochemistry of analyte sensors
US8165651B2 (en) 2004-02-09 2012-04-24 Abbott Diabetes Care Inc. Analyte sensor, and associated system and method employing a catalytic agent
ES2326286T3 (es) 2005-12-19 2009-10-06 F. Hoffmann-La Roche Ag Sensor tipo sandwich para determinar la concentracion de un analito.
DK3282250T3 (da) 2006-08-08 2020-06-15 Hoffmann La Roche Elektrokemisk sensor til bestemmelse af en analytkoncentration
WO2009097357A1 (en) 2008-01-29 2009-08-06 Medtronic Minimed, Inc. Analyte sensors having nanostructured electrodes and methods for making and using them
EP2163190A1 (de) 2008-09-11 2010-03-17 Roche Diagnostics GmbH Elektrodensystem für Messung einer Analytkonzentration in-vivo
DK3912551T3 (da) 2009-02-26 2023-10-30 Abbott Diabetes Care Inc Fremgangsmåde til kalibrering af en analytsensor
US8000763B2 (en) * 2009-06-30 2011-08-16 Abbott Diabetes Care Inc. Integrated devices having extruded electrode structures and methods of using same
EP2456361B1 (en) 2009-07-23 2019-12-11 Abbott Diabetes Care, Inc. Continuous analyte measurement system
RU2419785C1 (ru) * 2010-07-06 2011-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "ЧипДетект" Гидрозоль для формирования покрытий электрохимических пероксидчувствительных сенсоров и биосенсоров, способ его получения, электрохимический сенсор и биосенсор, способы их получения и применения
US10426383B2 (en) * 2013-01-22 2019-10-01 Medtronic Minimed, Inc. Muting glucose sensor oxygen response and reducing electrode edge growth with pulsed current plating

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102121915A (zh) * 2009-08-31 2011-07-13 生命扫描苏格兰有限公司 具有共用的对/参考电极和直列电极构型的多分析物测试条
US20140018653A1 (en) * 2011-03-28 2014-01-16 Roche Diagnostics Operations, Inc. Diffusion layer for an enzymatic in vivo sensor
US20150099954A1 (en) * 2012-06-29 2015-04-09 Roche Diagnostics Operations, Inc. Sensor elements for detecting an analyte in a body fluid sample as well as methods of making the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YU, GX等: "A facile and practical biosensor for choline based on manganese dioxide nanoparticles synthesized in-situ at the surface of electrode by one-step electrodeposition", 《TALANTA》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112294322A (zh) * 2019-08-02 2021-02-02 华广生技股份有限公司 生物传感器及用于决定其对电极尺寸和延长其寿命的方法
CN112294323A (zh) * 2019-08-02 2021-02-02 华广生技股份有限公司 微型生物传感器及其测定方法
CN112294322B (zh) * 2019-08-02 2024-05-28 华广生技股份有限公司 生物传感器及用于决定其对电极尺寸和延长其寿命的方法

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