CN109613078A - 抗干扰电化学检测传感器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抗干扰电化学检测传感器及其制作方法。该传感器具有反应池和进样流道，进样流道与反应池连通；反应池中设有检测电极和设于检测电极之上用于与目标检测物反应的反应试剂层，反应试剂层暴露在反应池中；进样流道中设有辅助电极，辅助电极的内部和/或表面含有能够与待测样本中的干扰物反应的抗干扰物质；抗干扰电化学检测传感器还具有用于与外接检测设备连接的电极接头，电极接头与检测电极电性连接。该抗干扰电化学检测传感器通过在反应池的前段即进样流道中设置辅助电极，辅助电极中含有能够与干扰物反应的抗干扰物质，因而在检测时，可以将样本溶液中干扰物质去除，排除干扰物质对检测结果的影响，保证检测结果的准确性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及生化检测领域，尤其是涉及一种抗干扰电化学检测传感器及其制作方法。
背景技术
近年来，血液中的血糖、尿酸、乳酸等物质含量的检测越来越受到重视。检测方法主要有重量法、滴定法、磷钨酸还原法、高效液相色谱、酶联光度法、酶联比色法及电化学法等。
重量法和滴定法不仅操作时间长，而且误差比较大，准确度低。磷钨酸还原法检测尿酸特异性差，且血样中含有的抗坏血酸对其有比较大的干扰，测试误差大。高效液相色谱法，灵敏度比较高，但在检测时需要大型仪器以及特殊装置，测试需要血量比较多，时间比较长，价格昂贵，只适合医院中进行，不方便病人家庭中使用。临床上多采用酶联比色和酶联光度法测定体液中尿酸的浓度，但是对仪器要求高，要求专业操作人员和专门试剂，且通常会受酶活性影响，不适合家庭中使用。电化学法检测可适应于家庭等场合使用，但血液等待测样本中除了待测的目标检测物质之外经常有其他干扰因素，特别是抗坏血酸等干扰物的存在，使得相应的测试结果受影响。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够提高检测结果准确性的适用于多种场合检测用的抗干扰电化学检测传感器及其制作方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下。
一种抗干扰电化学检测传感器，具有反应池和进样流道，所述进样流道与所述反应池连通；所述反应池中设有检测电极和设于检测电极之上的用于与目标检测物反应的反应试剂层，所述反应试剂层暴露在所述反应池中；所述进样流道中设有辅助电极，所述辅助电极的内部和/或表面含有能够与待测样本中的干扰物反应的抗干扰物质；所述抗干扰电化学检测传感器还具有用于与外接检测设备连接的电极接头，所述电极接头与所述检测电极电性连接。
在其中一个实施例中，所述辅助电极为连续的一段式结构，且沿所述进样流道的延伸方向，所述辅助电极覆盖整个所述进样流道或者覆盖部分所述进样流道；或者
所述辅助电极为分段式结构。
在其中一个实施例中，所述辅助电极为碳层；和/或
所述辅助电极的内部和/或表面除含有所述抗干扰物质外，还含有表面活性剂。
在其中一个实施例中，所述检测电极和所述电极接头均包括银层和设于所述银层上的碳层。
在其中一个实施例中，所述检测电极中的银层从所述反应池延伸至与所述电极接头中的银层形成一体成型的导电结构层，所述电极接头中的碳层与所述检测电极中的碳层也为一体成型的导电结构层。
在其中一个实施例中，所述抗干扰电化学检测传感器包括基板、间隔层和表层，所述间隔层位于所述基板与所述表层之间，所述基板与所述间隔层和所述表层配合围成所述反应池和所述进样流道；所述检测电极、所述辅助电极和所述电极接头设于所述基板上。
在其中一个实施例中，所述间隔层为对应所述反应池和所述进样流道设有开口的图案化的双面胶层；和/或
所述表层为亲水膜。
在其中一个实施例中，所述基板在所述反应池以及所述进样流道之外的区域设有绝缘保护层，所述绝缘保护层覆盖在相应区域的导电结构层上。
在其中一个实施例中，所述反应池有多个，所述进样流道包括主流道和与所述主流道连通的分支流道，所述分支流道有多个，多个所述分支流道分别与多个所述反应池对应连通。
一种抗干扰电化学检测传感器的制作方法，包括如下步骤：
在基板一侧表面的预设区域形成检测电极和电极接头，并将所述电极接头与所述检测电极电性连接，其中，所述检测电极对应于反应池的预设位置；
在所述检测电极上形成用于与目标检测物反应的反应试剂层；
在所述基板的对应于进样流道的预设位置的相应区段形成辅助电极；
在所述辅助电极的内部和/或表面加入能够与待测样本中的干扰物反应的抗干扰物质；
对间隔层进行图案化处理，在对应所述反应池和所述进样流道的预设位置开设开口，将图案化的间隔层对应粘接在所述基板上作为间隔层；
将表层粘接在所述间隔层上。
上述抗干扰电化学检测传感器通过在反应池的前段即进样流道中设置辅助电极，辅助电极中含有能够与干扰物反应的抗干扰物质，因而在检测时，可以将样本溶液中干扰物质去除，排除干扰物质对检测结果的影响，保证检测结果的准确性和可靠性。
上述抗干扰电化学检测传感器具有多个分支流道和反应池，因而可以对各反应池针对性的设置不同的反应试剂层，对于一个样本溶液，可以进行多通道的多指标检测，如可以在其中一个反应池中加入血糖检测试剂层，在另一个反应池中加入尿酸检测试剂层，这样就可以对一个血液样本同时进行血糖和尿酸检测，检测效率显著提高。
该抗干扰电化学检测传感器结构简单，采用多通道同步检测，可以避免多次加样和多次操作的麻烦，减轻加样时的困扰，提高操作效率，降低检测成本。
附图说明
图1为本发明一实施例的多通道检测传感器的结构示意图；
图2为图1所示多通道检测传感器的透视示意图；
图3为图1所示多通检测传感器的分解示意图；
图4-图7为不同检测结果的线性拟合图，其中横坐标表示血液中尿酸浓度μmol/l，纵坐标是电流μA。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请结合图1、图2和图3，本发明提供了一种抗干扰电化学检测传感器10，其具有进样流道11和反应池12。进样流道11与反应池12连通。反应池12中设有检测电极110和位于检测电极110之上的用于与目标检测物反应的反应试剂层(图未示)。反应试剂层暴露在反应池12中。进样流道11中设有辅助电极120。辅助电极120的内部和/或表面含有能够与待测样本中的干扰物反应的抗干扰物质。该抗干扰电化学检测传感器10还具有用于与外接检测设备连接的电极接头130。电极接头130与检测电极110电性连接。
以尿酸检测为例，反应试剂层中含有尿酸反应酶、氧化性的电子传递体、以及亲水高分子等成分。其中，尿酸反应酶可以与待测样本中的目标检测物尿酸起反应。电子传递体可以是铁氰化钾、对苯醌或其衍生物、或者二茂铁或其衍生物等。当尿酸在反应试剂层中被氧化时，电子传递体被还原。亲水高分子主要作用是让血液等待测样本很快速的渗透进入反应试剂层反应，并且可以有效减少待测样本带走化学药品。亲水高分子可以是羧基甲基纤维素(CMC)、羧基乙基纤维素(HEC)、聚乙烯醇等。除了上述成分外，反应试剂层还可以添加明胶、乳糖、牛血清白蛋白等作为酶稳定剂，添加吐温80等作为表面活性剂，添加氯化钠、氯化钾等盐类用来增加酶的活性。
待测样本中的干扰物可能是抗坏血酸，也可能是对乙酰氨基酚、卡托普利、左旋多巴、龙胆酸、扑热息痛、非结合胆红素、胆固醇、甘油三脂和红细胞等。相应地，抗干扰物质也有多种，例如可以是用于与抗坏血酸反应的维生素C氧化酶，还可以是与胆固醇反应的胆固醇亚氧化酶。以血液中的尿酸检测为例，检测时，血液先在进样流道11中流过辅助电极120，辅助电极120上的抗干扰物质先和血液中的抗坏血酸反应，大大降低流至反应池12的血液中的抗坏血酸的含量，进入反应池12的血液与反应试剂层上与相应的试剂反应，血液样本中的尿酸在合适的电压下，将苯醌等氧化性的电子传递体或其衍生物还原，氧化还原过程中所产生的响应电流正比于血液中的尿酸底物浓度，因此只要测量出该抗干扰电化学检测传感器10响应的电流即可知道尿酸的含量，测量方便，用时比较短，可以在多种场合使用。
在图示的具体示例中，辅助电极120为连续的一段式结构，且沿进样流道11的延伸方向，辅助电极120覆盖整个进样流道11，这样可以增加反应区间，显著降低待测样本中的干扰物含量。可理解，在其他示例中，该一段式结构的辅助电极120也可以覆盖部分进样流道120。此外，还可以理解，在其他示例中，辅助电极120也可以为分段式结构，也即沿进样流道11设有多段辅助电极120。
在一个具体示例中，辅助电极120为碳层。该碳层可以采用但不限于丝网印刷等方式形成。使用碳层作为辅助电极120，在制作时，可以直接将试剂均匀点在碳层上方，碳层表面的抗干扰物质能够有效地和血液等待测样本中的干扰物充分接触，有利于提高试剂的重复性；并且对于不溶于水的抗干扰物质，还可以在碳层内部添加，这样也能有效的与待测样本中的干扰物反应。使用碳层作为辅助电极120，价格低廉，操作容易。
进一步，该辅助电极120的内部和/或表面除含有抗干扰物质外，还含有表面活性剂。使用表面活性剂以让抗干扰物质均匀分散在辅助电极表面或内部，使待测样本与抗干扰物质能均匀接触并充分反应。
在一个更具体的示例中，可以使用如下成分的抗干扰试剂添加至辅助电极120中：
表面活性剂(吐温80) 0.1wt％～5.0wt％、
抗干扰物质(维生素C氧化酶) 0.1wt％～20wt％、以及
溶剂(水) 75wt％～95wt％。
在图示的具体示例中，该抗干扰电化学检测传感器10包括基板100、间隔层200和表层300。间隔层200位于基板100与表层300之间。基板100与间隔层200和表层300配合围成反应池12和进样流道11，其中，基板100和表层300分别构成进样流道11和反应池12的两侧表面，间隔层200构成进样流道11和反应池12的侧表面。检测电极110、辅助电极120和电极接头130设于基板100上。
该抗干扰电化学检测传感器10可以是单通道的单指标检测传感器；也可以多通道的单指标检测传感器，相应地，各反应池12中的检测试剂层相同；还可以是多通道的多指标检测传感器，相应地，至少有两个反应池12中的检测试剂层不同。
以图示的具体示例为例，该进样流道11包括主流道13和两个分支流道14。反应池12也有两个。两个分支流道14与两个反应池12一一对应。分支流道14的一端与主流道13连通，分支流道14的另一端与反应池12连通。可理解，分支流道14和反应池12的数量也可以为三个、四个、五个等多个。
主流道13从其开口端至各反应池12的长度和/或形状一致。如在图示的具体示例中，对于只有两个分支流道14和两个反应池12的抗干扰电化学检测传感器10，该两个分支流道14与两个反应池12对称设置，从而可以保证两个反应池12的上样速度基本一致，保证检测反应的同步性，便于上仪器检测。
进一步，主流道13从其开口端向内的开口尺寸逐渐缩小。主流道13在开口端的开口尺寸较大，这样有利于样本溶液上样，可有效防止在上样时样本溶液滴落，有利于降低上样过程的操作难度，提高操作便利性。
通过设置多个分支流道14和反应池12，可以对各反应池12针对性的设置不同的反应试剂层，具体地如该多个反应池12中至少有两个反应池12内的反应试剂层不同，因而对于一个样本溶液，可以同时进行多通道的多指标检测，如可以在其中一个反应池12中加入血糖检测试剂层，在另一个反应池12中加入尿酸检测试剂层，这样就可以对一个血液样本同时进行血糖和尿酸检测，检测效率显著提高。
检测电极110可采用但不限于银层，如可以采用丝印的方式在基板100的预设区域形成。检测电极110具有工作电极和具有触发外接检测仪器的导电回路导通的导电电极。检测电极110有多组，分别对应多个反应池12设置，每个反应池12对应设有一组工作电极。各反应池12内的工作电极的设置位置基本一致，以保证检测结果的一致性，也可以针对不同的检测指标，相应的调整。
电极接头130可以是但不限于导电触片、导电弹片、导电针等结构。电极接头130也有多组，分别对应多组检测电极110设置。
在一个具体示例中，检测电极110和电极接头130均包括银层和设于银层上的碳层。碳层可以采用但不限于丝印的方式在银层上成型。位于反应池12内的碳层优选覆盖整个反应池12的底面。碳层可以增强整个检测电极110和电极接头130的导电性能，并显著增强检测电极110对待测样本反应的灵敏度，进而有利于提高检测结果的准确性和可靠性。
优选的，检测电极110中的银层从反应池12延伸至与电极接头130中的银层形成一体成型的导电结构层，电极接头130中的碳层与检测电极110中的碳层也为一体成型的导电结构层，这样便于制作成型，有利于降低制作成本。为避免短路和检测的需求，本文所述的一体成型是指在制作时，采用相同的工艺在同一工序中制作成型，并非特指结构上相连接形成一体，但不排除部分电性连接的结构层连接成一体。
进一步，基板100在位于进样流道11和反应池12之外的区域设有绝缘保护层(图未示)。绝缘保护层覆盖除进样流道11和反应池12之外的相应区域的导电结构层(如银层和/或碳层)。通过设置绝缘保护层，一方面进行绝缘，另一方面可以有效保护碳层的结构，防止在后续制作工艺中导电结构层被破坏而影响检测的准确性。
在一个具体示例中，间隔层200为对应反应池12和进样流道11设有开口的图案化的双面胶层。间隔层200厚度可以是0.08～0.15mm，如0.08mm、0.09mm、0.10mm、0.11mm、0.12mm、0.13mm、0.14mm或0.15mm。表层300优选为亲水膜层。表层300设有与反应池12连通的第一通气孔301。
进一步，如图3所示，表层300上还设有标签层400。标签层400设有与第一通气孔301连通的第二通气孔401。
第一通气孔301和第二通气孔401均对应设在反应池12的上方，且与反应池12连通，从而在主流道13与反应池12之间形成了虹吸通道，在加样端加样时，利用虹吸效应，可以将样本溶液从加样端直接吸入至反应池12中，原主流道13、分支流道14和反应池12中的气体可以经由第一通气孔301和第二通气孔401排出。
上述多通道结构的抗干扰电化学检测传感器10结构简单，采用多通道同步检测，可以避免多次加样和多次操作的麻烦，减轻加样时的困扰，提高操作效率，降低检测成本。
本发明进一步还提供了一种抗干扰电化学检测传感器的制作方法，其包括如下步骤：
在基板一侧表面的预设区域形成检测电极和电极接头，并将电极接头与检测电极电性连接，其中，检测电极对应于反应池的预设位置；
在检测电极上形成用于与目标检测物反应的反应试剂层；
在基板的对应于进样流道的预设位置的相应区段形成辅助电极；
在辅助电极的内部和/或表面加入能够与待测样本中的干扰物反应的抗干扰物质；
对间隔层进行图案化处理，在对应反应池和进样流道的预设位置开设开口，将图案化的间隔层对应粘接在基板上作为间隔层；
将表层粘接在间隔层上。
在一个具体的示例中，检测电极和电极接头可以分步制作成型，首先在基板的预设区域采用但不限于丝网印刷的方式印刷银层，干燥后，在已经丝印银层的基板上丝网印刷碳层形成碳电极，烘干。碳层优选至少覆盖电极接头的表面以及反应池的预设位置的底面。
优选的，在碳电极干燥后，还包括在已经丝印碳层的基板上丝网印刷一层绝缘层，覆盖除反应池和进样流道区之外的区域，对碳层进行保护。
在反应池中的碳层干燥之后，可以采用但不限于涂覆的方式将含有相应的检测试剂的溶液涂覆在反应池的底部，然后干燥，形成反应试剂层。
辅助电极优选也采用丝网印刷的方式在对应进样流道的预设位置的相应区段形成。辅助电极层优选为碳层。
间隔层优选直接采用双面胶制作，无需额外使用胶水粘接，使用方便。
该制作方法简单易行，可广泛推广使用。
以下为具体实施例和对比例部分。
对比例1不设置辅助电极
反应试剂层包含尿酸反应酶、电子传递体以及辅助的药品，具体是pH＝7的磷酸缓冲盐等、吐温80、电子传递体为50mg/dl的铁氰化钾、其他稳定剂等50mg/dl(包括明胶、氯化钠)。取1μl反应试剂，滴在反应池的碳层中，在55℃处理20分钟，形成反应试剂层。
加入浓度分别为0、200、300、400、600、800、1000、1200μmol/l的尿酸血液溶液1μl到传感器上，在300mV电压下，60s后，测算电流，结果如下表1和图4。
表1
将浓度分别为0、200、300、400、600、800、1000、1200μmol/l的尿酸血液与3mg/dl抗环血酸血液混合后，取1μl加入传感器进行检测，在300mV电压下，60S后，测算电流，结果如下2和图5。
表2
由上述数据可以看出，没有设置辅助电极，检测结果受其他干扰因素的影响比较大。
实施例1设置辅助电极
反应试剂层同对比例1。辅助电极层中添加维生素C氧化酶作为抗坏血酸的抗干扰物质。
检测浓度分别为0、200、300、400、600、800、1000、1200μmol/l的尿酸溶液1μl，在300mV电压下，60S后，测算电流，结果如下表3和图6。
表3
测试浓度分别为0、200、300、400、600、800、1000、1200μmol/l的尿酸血液与3mg/dl血液混合，取1μl滴在进样流道中，在300mV电压下，最后60S后，测算电流，结果如下表4和图7。
表4
由上述结果可以看出，添加辅助电极后，可以很好的消除干扰。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种抗干扰电化学检测传感器，其特征在于，具有反应池和进样流道，所述进样流道与所述反应池连通；所述反应池中设有检测电极和设于检测电极之上的用于与目标检测物反应的反应试剂层，所述反应试剂层暴露在所述反应池中；所述进样流道中设有辅助电极，所述辅助电极的内部和/或表面含有能够与待测样本中的干扰物反应的抗干扰物质；所述抗干扰电化学检测传感器还具有用于与外接检测设备连接的电极接头，所述电极接头与所述检测电极电性连接。
2.如权利要求1所述的抗干扰电化学检测传感器，其特征在于，所述辅助电极为连续的一段式结构，且沿所述进样流道的延伸方向，所述辅助电极覆盖整个所述进样流道或者覆盖部分所述进样流道；或者
所述辅助电极为分段式结构。
3.如权利要求1所述的抗干扰电化学检测传感器，其特征在于，所述辅助电极为碳层；和/或
所述辅助电极的内部和/或表面除含有所述抗干扰物质外，还含有表面活性剂。
4.如权利要求1所述的抗干扰电化学检测传感器，其特征在于，所述检测电极和所述电极接头均包括银层和设于所述银层上的碳层。
5.如权利要求4所述的抗干扰电化学检测传感器，其特征在于，所述检测电极中的银层从所述反应池延伸至与所述电极接头中的银层形成一体成型的导电结构层，所述电极接头中的碳层与所述检测电极中的碳层也为一体成型的导电结构层。
6.如权利要求1～5任一项所述的抗干扰电化学检测传感器，其特征在于，所述抗干扰电化学检测传感器包括基板、间隔层和表层，所述间隔层位于所述基板与所述表层之间，所述基板与所述间隔层和所述表层配合围成所述反应池和所述进样流道；所述检测电极、所述辅助电极和所述电极接头设于所述基板上。
7.如权利要求6所述的抗干扰电化学检测传感器，其特征在于，所述间隔层为对应所述反应池和所述进样流道设有开口的图案化的双面胶层；和/或
所述表层为亲水膜。
8.如权利要求6所述的抗干扰电化学检测传感器，其特征在于，所述基板在所述反应池以及所述进样流道之外的区域设有绝缘保护层，所述绝缘保护层覆盖在相应区域的导电结构层上。
9.如权利要求1～5和7～8中任一项所述的抗干扰电化学检测传感器，其特征在于，所述反应池有多个，所述进样流道包括主流道和与所述主流道连通的分支流道，所述分支流道有多个，多个所述分支流道分别与多个所述反应池对应连通。
10.一种抗干扰电化学检测传感器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
在基板一侧表面的预设区域形成检测电极和电极接头，并将所述电极接头与所述检测电极电性连接，其中，所述检测电极对应于反应池的预设位置；
在所述检测电极上形成用于与目标检测物反应的反应试剂层；
在所述基板的对应于进样流道的预设位置的相应区段形成辅助电极；
在所述辅助电极的内部和/或表面加入能够与待测样本中的干扰物反应的抗干扰物质；
对间隔层进行图案化处理，在对应所述反应池和所述进样流道的预设位置开设开口，将图案化的间隔层对应粘接在所述基板上作为间隔层；
将表层粘接在所述间隔层上。
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