CN110114664A - 传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检测一种或多种靶分析物的传感器，所述传感器包括：至少一种能够选择性地和可逆地结合靶分析物的聚合物传感元件；至少一个工作电极，所述工作电极上设置有所述聚合物传感元件；至少一个参考电极，其与所述工作电极电连通；以及用于测量跨越所述工作电极和所述参考电极的电性能变化的装置。特别地，靶分析物是Na+、脲或肌酸酐。还公开了一种多层传感器，包括至少一个工作电极层和至少一个参考电极层，所述工作电极层和所述参考电极层由至少一个电绝缘层隔开。

Description

传感器
技术领域
本发明总体上涉及传感器及其在实时健康筛查、监测和诊断应用中的使用方法。
背景技术
尿是用于诊断和健康筛查的有用样品，因为它可以被非侵入性地大量收集。此外，与组织活检和其他体液(例如全血、血清/血浆和唾液)相比，尿液的处理和储存明显更容易。尿液可用于检测感染(细菌性和病毒性)、炎症、癌症(例如膀胱癌)和药物滥用。特别地，尿可以用作早期无症状的泌尿道感染(UTI)、肾病和糖尿病的重要早期指标，如果未检测到并且未治疗，这些疾病存在严重损害的风险。例如，异常高浓度的尿液中脲和肌酸酐可预测肾衰竭，肾衰竭是全球性的健康问题。此外，尿液中特定电解质(如钠(Na+))的浓度可用于监测脱水，脱水可能带来严重的后果，如嗜睡、混乱、癫痫发作和昏晕，特别是对于老年人而言。
尿分析通常使用检棒进行。肝和肾的适当功能以及UTI的存在可以通过基于比色的化学反应在尿检棒上测定。尽管尿检棒的结果可以容易和方便地读取，但是灵敏度和选择性的问题值得担忧。为了更准确和可靠的尿分析，可以对收集的尿样进行实验室中的临床分析。然而，从患者收集样品带来不便，尤其是如果必须在一天中进行重复取样时更是如此。而且，临床分析通常具有长的周转时间，并且不适用于现场和护理点(POC)。
可以佩戴并与个人日常活动结合的可佩戴电化学传感器对于通过对个人健康状态的连续实时监测来实现个性化医疗是至关重要的。目前，尿布传感器技术限于通过检测湿润度、湿度和温度进行的针对尿液和/或粪便的检测。这些装置不能在分子水平上确定穿戴者的健康状况，也不能提供实时数据。此外，这些技术利用昂贵的材料来传感，昂贵的材料例如湿度传感器、印刷电路板和光敏电阻器。
因此，需要开发便携、灵敏的传感器且提供可靠的尿分析。还希望开发能够提供实时数据和监测的传感器。
发明内容
根据本公开的第一方面，提供了用于检测一种或多种靶分析物的传感器，该传感器包括：能够选择性地且可逆地结合至靶分析物的至少一个聚合物传感元件；至少一个工作电极，所述工作电极上设置有所述聚合物传感元件；至少一个参考电极，所述参考电极与所述工作电极电连通；以及用于测量跨过所述工作电极和所述参考电极的电性能的装置，其中该电性能的变化指示靶分析物的存在。
有利地，所公开的传感器可以是基于电化学的传感器，其能够测量直接来自人类尿液的重要尿液分析物(例如Na+、脲和肌酸酐)的水平，用于健康筛查和监测目的。
有利地，所公开的传感器可以利用廉价的铜作为电极材料，并且仅需要容易的修改方法来制造。
在某些实施方案中，以条带形式或基于条带的结构提供所公开的传感器。有利地，其简单的基于条带的结构使得传感器能够容易地插入到由人或动物对象所穿着的服装中(例如尿布)。这转而又允许传感器提供对象的尿样的实时数据和连续分析。
因此，本发明还涉及包括本文所公开的传感器的体外诊断(IVD)装置。
定义
本文所用的以下词语和术语应具有所指示的含义：
词语“基本上”不排除“完全”，例如，“基本上不含”Y的组合物可以完全不含Y。必要时，词语“基本上”可以从本发明的定义中省略。
除非另外指明，否则术语“包括”和“包含”及其语法变体旨在表示“开放式”或“包括性”语言，使得它们包括所列举的要素，但也允许包括另外的未列举的要素。
如本文所用，在制剂的组分浓度的上下文中，术语“约”通常是指所述值的+/-5％、更通常为所述值的+/-4％、更通常为所述值的+/-3％、更通常为所述值的+/-2％、甚至更通常为所述值的+/-1％、甚至更通常为所述值的+/-0.5％。
贯穿本公开，某些实施方案可以范围形式公开。应当理解，范围形式的描述仅仅是为了方便和简洁，而不应被解释为对所公开范围(range)的范围(scope)的非灵活限制。因此，应当认为范围的描述已经具体公开了该范围内的所有可能的子范围以及各个数值。例如，对诸如1至6的范围的描述应当被认为已经具体公开了诸如1至3、1至4、1至5、2至4、2至6、3至6等的子范围，以及该范围内的单个数字，例如1、2、3、4、5、6。这无论范围的宽度如何都适用。
某些实施方案也可以在本文中广泛地和一般性地描述。落入一般公开内容内的每个较窄种类和亚属分组也形成本公开内容的一部分。这包括对具有附带条件或否定限制的实施方案的一般性描述(该否定限制从该属中去除任何主题)，而不管所去除的材料是否在本文中具体列举。
对实施方案的具体描述
现在将公开根据本公开的传感器的示例性非限制性实施方案。
传感器可以包括至少两个或更多个聚合物传感元件，其可以离散地和单独地设置在工作电极上。每个聚合物传感元件可以被独立地配置成检测相同或不同的靶分析物。在一个实施方案中，该传感器可以包括至少三个聚合物传感元件，每个传感元件彼此离散地并且分开地定位并且被配置成检测与其他传感元件不同的分析物。
该传感器可以以带状结构提供，其中其总厚度为85μm至150μm。传感器条的宽度可以为5至10mm宽；而传感器的长度可为约450至750mm长。
当使用时，聚合物传感元件可以同时暴露于外部环境，其中传感元件可以与可能含有靶分析物的流体或液体接触。液体可以是尿液。外部环境可以是尿布的内部空间。传感器可以不与人体直接接触。例如，传感器可以基本上由允许靶分析物进入的半透膜包围。
传感器的电极可以由任何合适的导电金属基板构成。电极还可以由针对意图检测和测量的靶分析物基本上化学惰性的材料构成。在一个实施方案中，电极包含(composedof)铜。
每个聚合物传感元件可以独立地选自离子选择性聚合物膜或分子印迹聚合物(MIP)膜。聚合物传感元件的选择可取决于待检测分析物的具体性质。例如，当分析物是分子时，可以选择MIP膜作为传感元件。
当聚合物传感元件是离子选择性聚合物膜时，它可以包括分散在聚合物基质中的离子载体，其中离子载体能够可逆地与所述靶分析物形成络合物。聚合物基质可进一步包含至少一种添加剂，所述添加剂经选择以从离子选择性聚合物膜排斥电荷与靶分析物不同的非靶分子或离子。添加剂可以是亲脂性离子添加剂，其有利地确保膜仅可透过具有与靶分析物相同的电荷符号的离子或分析物。在某些实施方案中，离子选择性聚合物膜可以由包含至少一种聚合物、增塑剂、离子载体和至少一种亲脂性离子添加剂的聚合物涂料组合物制备。涂料组合物还可以包含一种或多种有机溶剂。制备步骤可以包括浇铸、旋涂或浸渍。该制备还可以包括使浇铸的聚合物层干燥的步骤。任选地，干燥的聚合物可以进行洗涤步骤。
也可以多层结构提供聚合物传感元件，其中一个或多个附加层沉积在直接设置在电极表面上的聚合物膜层/MIP膜上。例如，这些附加层可以包含一种或多种酶涂层，以将一种或多种靶分子转化为一种或多种离子物质，用于通过离子选择性聚合物膜容易地检测。这种配置可以有利地允许在传感器的相同位置上检测多个靶分析物。在一个实施方案中，脲酶层可以作为附加层与配置成检测铵离子的离子选择性聚合物膜组合提供。
聚合物可以是聚氯乙烯(PVC)聚合物，其为膜提供结构支撑和强度。聚合物相对于待检测的分析物可以是基本上惰性的，以便防止聚合物和分析物之间的任何化学反应。其他合适的聚合物可包括硅橡胶、聚丙烯酸酯、聚氨酯、含氟聚合物(例如Teflon AF2400)及其共聚物和混合物。
离子载体可以是适于与钠离子可逆结合的离子载体。在一个实施方案中，离子载体是4-叔丁基杯[4]芳烃-四乙酸四乙酯(由Sigma Aldrich作为钠离子载体XTM销售)。可以基于用于检测和可逆结合的离子选择离子载体。例如，当靶离子是钠时，合适的离子载体可以包括但不限于钠离子载体I(ETH 227，N,N’,N”-三庚基-N,N’,N”-三甲基-4,4’,4”-次丙基三(3-氧杂丁酰胺))、钠离子载体II(ETH 157，N,N’-二苄基-N,N’-二苯基-1,2-亚苯基二氧二乙酰胺)、钠离子载体III(ETH 2120，N,N,N’,N’-四环己基-1,2-亚苯基二氧二乙酰胺)、钠离子载体IV(2,3:11,12-二萘烷-16-冠-5,2,6,13,16,19-五氧杂五环[18.4.4.47,12.01,20.07,12]三十二烷)、离子载体钠V(ETH 4120，4-十八烷酰氧基甲基-N,N,N’,N’-四环己基-1,2-亚苯基二氧二乙酰胺)、离子载体钠VI(双[(12-冠-4)甲基]十二烷基甲基丙二酸酯)、离子载体钠VIII(双[(12-冠-4)甲基]2,2-双十二烷基丙二酸酯)及其组合。
离子载体可以是中性离子载体，其包含具有其各自靶分析物离子或分子大小的空穴。离子载体能够选择性地与这些靶离子或带电分子形成可逆络合物。离子载体可提供离子选择性膜所需的选择性。使用离子选择性聚合物膜可检测的示例性分析物可包括K+、Na+、NH4 +、Ca2+和/或Mg2+。
在一个实施方案中，Na+的检测可以执行为：使用涂覆在导电铜带上的离子选择性聚合物膜作为工作电极，将其与作为参考电极的另一片铜带上的Ag/AgCl涂层联接，用于样品溶液中的稳定电势测量。有利地，基于聚合物的离子选择性电极是通用的，因为它们易于生产、便宜，并且易于小型化以用于便携式现场测量。
亲脂性离子添加剂可以是四[3,5-双(三氟甲基)苯基]硼酸钠。用于改善聚合物膜的选择性的其他合适的添加剂可以包括但不限于四(对氯苯基)硼酸钾(KTpClPB)、四苯基硼酸钠及其混合物。
在优选实施方案中，溶剂可以是四氢呋喃(THF)。然而，可以可替代地使用其他合适的溶剂或与THF组合使用。合适的溶剂可包括但不限于甲苯、丙酮、乙酸甲酯、乙酸乙酯、己烷或其混合物。
增塑剂可以是酯，例如癸二酸二辛酯。其他合适的增塑剂可包括但不限于己二酸双(1-丁基戊基)酯、2-硝基苯基辛基醚、邻苯二甲酸双(2-乙基己基)酯、磷酸三(乙基己基)酯、氯化石蜡和/或其混合物。有利地，增塑剂提供均匀的有机相并且能够使膜组分流动。
在聚合物传感元件是分子印迹聚合物(MIP)膜的情况下，MIP膜可以通过以下步骤制备：由包含聚合物和旨在通过MIP膜检测的靶分析物的组合物浇铸聚合物膜；干燥膜；以及从所干燥的膜中移除靶分析物，以在其上产生空穴，其中空穴特别适于接收靶分析物。特别地，MIP膜可以通过聚合物在靶分析物存在下的模板聚合来制备。在一个实施方案中，MIP膜可以通过浇铸聚合物溶液来制备，所述聚合物溶液包含与有机溶剂(例如DMSO(二甲基亚砜))混合的聚(乙烯醇-共-乙烯)，并且其中溶解有脲分子。可以将浇铸的膜干燥，然后用合适的溶剂(例如乙醇)洗涤，以从MIP膜中除去脲分子。在另一个实施方案中，MIP膜可以类似地制备，但是使用肌酸酐分子作为聚合的模板分子。
靶分析物可以选自由Na+、脲和肌酸酐组成的组中的一种或多种。在实施方案中，传感器被配置成同时且独立地检测Na+、脲、肌酸酐或其代谢物，并且确定尿样中这些分析物的浓度。
工作电极和参考电极可以被电绝缘层隔开。换句话说，虽然工作电极和参考电极可以基本上彼此绝缘，但是两个电极可以与电势计、变阻器或欧姆计中的一个或多个电连通。
参考电极可以涂覆有参考电极涂层，例如Ag/AgCl涂层。
用于测量电势差或阻抗的装置还可以包括至少一个发射器，发射器能够将所测量的电特性或电特性的变化作为电信号中继到外部计算机，以用于存储、分析和输出。
所测量的电性能可选自电势差、阻抗或电阻。总电势差或电动势(EMF)可以描述为恒定电势和膜电势之和。当离子载体与靶离子在聚合物膜和样品溶液之间的相边界处形成络合物时，穿过相边界的离子交换引起电势差的变化。电势差的这种变化可以通过电压变化来检测。
另一方面，当靶分析物是小分子(如脲和肌酸酐)时，可以使用分子印迹聚合物(MIP)膜来检测它们。MIP膜可以作为仿生受体用于检测复杂基质(例如尿液)中的分析物(例如分子、蛋白质或离子)。通常，通过在模板(靶分子)周围形成聚合物网络来制备MIP膜。通过洗涤除去模板导致形成可用于靶识别的空穴。有利地，MIP膜是高度选择性的，因为空穴复制模板分子的构象、大小和表面化学性质。它们也是化学稳定和热稳定的，并且可以快速和便宜地生产，使它们成为其他生物受体(如抗体)的良好替代物。当样品溶液中存在靶分子时，它们与MIP膜内的空穴结合。这种界面现象可以通过阻抗的变化来检测。
因此，在一个实施方案中，提供了多层传感器，包括：至少一个工作电极层和至少一个参考电极层，所述工作电极层和所述参考电极层被至少一个电绝缘层隔开；布置在所述工作电极层的表面上的至少两个或更多个聚合物传感元件；每个聚合物传感元件被配置成检测不同的靶分析物；以及用于检测和测量聚合物传感元件的电性能变化的装置。
在一个实施方案中，提供了包含至少本文所述传感器的体外诊断试剂盒或护理点试剂盒。
在另一个实施方案中，传感器可以与作为服装的一部分的织物的表面集成。服装可适用于休闲服或保健用途，例如成人尿布、婴儿尿布或裤子的内衬。
传感器条可以以两种方式与尿布集成：(i)从尿布外部插入到尿布的尿吸收层和外部防尿层之间的空间中，使得传感器不接触穿着者的皮肤；或(ii)用防止传感器与穿着者皮肤直接接触的软纸覆盖物连接到尿布的内表面。
附图说明
附图图示说明了所公开的实施方案，并用于解释所公开的实施方案的原理。然而，应当理解，附图仅仅是为了说明的目的而设计的，而不是作为对本发明的限制的定义。
图1a
[图1a]是以截面图示出本文公开的传感器的一种可能配置的示意图。
图1b
[图1b]是以俯视图示出本文公开的传感器的一种可能配置的示意图。
图2a
[图1(a)]是示出在存在包括K+、PO4 3-、Mg2+、Ca2+、脲和肌酸酐的其他离子种类的干扰的情况下检测Na+时Na+传感器的电势响应的图。分析物的浓度每100s增加一次。
图2b
[图2(b)]是示出当用掺标有浓度增加的Na+的尿样测试时Na+传感器经历的电压增加的图。
图2a
[图3(a)]是示出在(a)脲存在下的电化学阻抗谱(EIS)测量的图。
图3b
[图3(b)]是示出在(b)肌酸酐存在下的电化学阻抗谱(EIS)测量的图。
图3c
[图3(c)]是示出在(c)尿酸存在下的电化学阻抗谱(EIS)测量的图。
图3d
[图3(d)]是示出在(d)Na+存在下的电化学阻抗谱(EIS)测量的图。
图4a
[图4(a)]是示出脲传感器所获得的(a)阻抗随着掺标入尿液中的脲浓度的增加而降低的图。
图4b
[图4(b)]是示出脲传感器所获得的(b)电阻随着掺标入尿液中的脲浓度的增加而降低的图。
图4a
[图5a]是显示在(a)肌酸酐浓度从1mM增加到100mM的情况下的EIS测量的图。
图5b
[图5b]是显示在(b)脲的浓度从400mM增加至1500mM的情况下的EIS测量的图。
图6c
[图5c]是显示在(c)Na+浓度从50mM增加至400mM的情况下的EIS测量的图。
图7d
[图5d]是显示在(d)K+浓度从50mM增加至400mM的情况下的EIS测量的图。
图6a
[图8a]是示出随着掺标入尿液中的肌酸酐浓度增加，由肌酸酐传感器获得的(a)阻抗降低的图。
图6b
[[图9b]是显示随着掺标入尿液中的肌酸酐浓度增加，由肌酸酐传感器获得的(b)电阻降低的图。
图10
[图7]是图释说明通过利用包含NH4+-选择性膜和脲酶涂层的双层传感元件基于伏安法检测脲的机理的示意图。
图11
[图8]是示出在乙酸铵(NH4CH3CO2)浓度增加的情况下由脲传感器获得的电压增加的图。
图9a
[图9a]是示出在脲浓度增加的情况下脲传感器的实时电势响应的曲线图，其中脲浓度每100秒逐步增加。
图9b
[图9b]是图释说明脲传感器随着脲浓度的增加而获得的电压的增加的曲线图。
具体实施方式
图1示出了根据本公开的传感器10的一种配置。在三层结构中，改性铜工作电极12和参考电极18由电绝缘的绝缘材料22(例如塑料膜)隔开。工作电极12可以由至少一层聚合物传感元件14来改性。参考电极18也可以任选地被改性，其中在其上设置至少一层参考涂层16。在特定实施方案中，参考涂层16是Ag/AgCl+涂层。
参考电极18的一部分缠绕隔离材料22的一端，使得工作电极和参考电极二者的连接点在传感器的同一侧上，其可以连接到发射器盒26的连接引脚24。发送器盒26测量由传感器条产生的电信号，并且可以将数据无线地发送到监测计算机和用于数据分析的软件(未示出)。
不同的传感器可以附接到单个隔离材料带上，并且连接到发送器盒上的专用信道，以用于多路复用检测。在图1b中示意性地示出了该实施方案，其中至少三个不同的传感元件32、34和36设置在铜工作电极12上。每个传感元件配置为检测不同的分析物。传感元件32可以是配置成检测钠离子的离子选择性聚合物膜。传感元件34可以是配置为检测脲分子的存在的MIP膜。传感元件36可以是配置为检测肌酸酐分子的存在的MIP膜。每个相应的传感元件可以独立地连接到发射盒26，以向发射器提供独立的和分离的电输入，使得可以独立地检测每个靶分析物。
在图7中示出了所公开的传感器的另一个实施方案，其中在电极上提供了多层聚合物传感元件。特别地，该示意图说明了基于伏安法检测脲的机理。与Na+传感器类似，需要离子选择性膜。在这种情况下，除了沉积在NH4+-选择性膜顶部的脲酶涂层之外，还使用铵(NH4+)选择性膜。在靶脲分子的存在下，脲可以水解成NH4++HCO3 -。然后产生的NH4+可以扩散到NH4+选择性膜中，导致电压变化。
实施例
通过参考具体实施例将进一步更详细地描述本发明的非限制性实施例和对比例，这些实施例不应解释为以任何方式限制本发明的范围。
材料和方法
实施例1
钠选择性高分子传感元件的研制
下面描述1mL的Na+选择性膜的制备，其可以根据所需容积放大。241.5μL的四氢呋喃(THF)与100μL的钠离子载体X(在THF中为15g/L)、50μL的四[3,5-双(三氟甲基)苯基]硼酸钠(Na-TFPB，在THF中为16g/L)、500μL的PVC(在THF中为100g/L)和108.5μL的双(2-乙基己基)癸二酸酯(纯DOS)混合。将溶液充分混合，滴铸到铜带的表面上，并在环境条件下干燥至少1小时。然后将改性铜带用作检测样品溶液中Na+的工作电极。
为了制备用于Na+测量的参考电极，用Ag/AgCl油墨涂覆另一片铜带。然后将涂覆的铜带在120℃干燥1小时。
实施例2
用于脲传感器的MIP膜的制备
为了制造工作电极，首先在二甲基亚砜(DMSO)中制备10wt％的聚(乙烯醇-共-乙烯)(10％的EVAL)的溶液。接着，将模板脲分子溶解在所制备的10％的EVAL溶液中，使得脲具有2wt％的最终浓度。然后将混合物滴铸到铜带上，并在环境条件下干燥过夜。
对于参考电极，将1wt％的模板脲分子溶解在10％的EVAL中，滴铸于铜带上，并在环境条件下干燥过夜。
随后，将MIP涂覆的铜带在50％的乙醇溶液中通过温和振荡洗涤2小时，以除去模板脲分子。
实施例3
用于肌酸酐传感器的MIP膜的制备
为了制备工作电极和参考电极，将0.1wt％和0.05wt％的模板肌酸酐分子分别溶解在10％的EVAL溶液中。然后将混合物涂覆在分离的铜带上并在环境条件下干燥过夜。然后在50％的乙醇溶液中通过温和振荡洗涤铜带2小时，以除去模板肌酸酐分子。
性能表征
实施例4
钠传感器
通过在铜电极上涂覆钠选择性膜来制备Na+传感器。图2a说明在干扰离子和化合物(如K+、PO4 3-、Mg2+、Ca2+、脲和肌酸酐)的存在下，用于检测Na+的钠选择性膜的开路电势(OCP)响应。
随着Na+浓度的每次增加，观察到电压的显著增加。K+是常见的干扰离子，因为其大小与Na+相似，但在400mM的K+仅观察到电压的轻微增加，400mM比50-125mM的正常日最大值高得多。
因此，当试图在脱水过程中检测高浓度的Na+时，我们没有预期来自K+的存在的任何显著干扰。此外，当电极经受其他干扰离子和化合物时，存在相对不显著的电压/p.d变化。因此，结果显示，所公开的传感器和传感元件能够选择性地检测Na+。
为了验证Na+选择性传感器的功能性，使用NaCl(5 M)将各种浓度的Na+掺标入到从志愿者收集的尿中，并测量掺标的尿样中的OCP响应。
图2b示出了当使用掺标有浓度增加的Na+的尿液来测试Na+传感器时获得的电压增加，这证明了我们的传感器在测量生理尿液中的Na+浓度方面的可行性。
实施例5
脲传感器
图3a示出了当脲浓度增加时阻抗的减小。相反，在存在干扰物(如肌酸酐、尿酸和Na+)时(分别为图3b-d)，阻抗变化相对不显著。因此，结果显示，所公开的传感器能够特异检测脲。
随后，我们将各种浓度的脲掺标到从志愿者收集的尿中。图4a显示了当掺标的脲的浓度增加时获得的阻抗的降低。还观察到，在较高的脲浓度下电阻降低(图4b)。
实施例6
肌酸酐传感器
同样，图5a显示了当肌酸酐浓度增加时阻抗的降低。相反，在存在干扰物(如脲、Na+和K+)时(分别为图5b-d)，阻抗变化相对不显著。因此，实现了特异的肌酸酐检测。
随后将各种浓度的肌酸酐掺标到从志愿者收集的尿中。图6a显示了当尿中掺标的肌酸酐浓度增加时阻抗的降低。当存在较高的掺标肌酸酐浓度时，电阻也降低(图6b)。由于尿液中正常生理肌酸酐浓度范围为5-20mM，所公开的传感器可用于检测尿液中肌酸酐的过量/异常量，其可指示肾问题。
实施例7
具有多层传感元件的脲传感器
铵选择性膜的制备
下面描述1mL的NH4+-选择性膜的制备，其可以根据所需容积放大。397.5μL的THF与120μL的铵离子载体I(在THF中为15g/L)、50μL的Na-TFPB(在THF中为16g/L)、366μL的PVC(在THF中为100g/L)和66.5μL的DOS(纯)混合。将溶液充分混合，滴铸到铜带的表面上，并在环境条件下干燥至少1小时。
脲酶涂层的制备
下面描述的容积可以根据需要的体积放大。
溶液A(4％的BSA中的30mg/ml的脲酶)
溶液B(0.625％的戊二醛)
组分 体积(μL)
50％的戊二醛(储备溶液) 1
50mM的马来酸-NaOH缓冲液，pH为6.5 79
溶液A和溶液B以12：3v/v的比例混合，并滴铸到NH4+-选择性膜的表面上。将混合物在环境条件下干燥过夜。
脲酶和NH4+选择性涂层形成脲传感器的工作电极。如2.1节中所述制备参考电极。
性能表征
所附的图8示出了当脲传感器经受增加浓度的乙酸铵标准物时获得的电压的增加。
图9a示出了在脲浓度增加的情况下脲传感器的实时电势响应。我们观察到，电压随着脲浓度的每次增加而显著增加。图9b示出了随着脲浓度增加而获得的电压增加。
工业实用性
在该工作中，将用靶特异性聚合物膜改性的铜带作为便宜的材料使用，以开发可与尿布集成的多路传感器，用于健康筛查和监测，以及用于疾病(如肾衰竭)的早期诊断。该传感器已被验证可用于检测掺标在人体尿样中的Na+、脲和肌酸酐。虽然钠离子、脲和肌酸酐的检测被明确地举例说明，但是传感器也可以配置用于通过对聚合物传感元件(即MIP膜或离子选择性聚合物膜)进行相应的修改来检测其他类型的分析物。
显然，在阅读了上述公开内容之后，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本发明的各种其他修改和调适对于本领域技术人员来说是清楚明白的，并且所有这些修改和调适都落入所附权利要求的范围内。

Claims (17)

1.一种用于检测一种或多种靶分析物的传感器，所述传感器包括：
(a)能够选择性地且可逆地结合至靶分析物的至少一个聚合物传感元件；
(b)至少一个工作电极，所述工作电极上设置有所述聚合物传感元件；
(c)至少一个参考电极，所述参考电极与所述工作电极电连通；以及
(d)用于测量跨越所述工作电极和所述参考电极的电性能变化的装置。
2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述传感器包括布置在所述工作电极上的至少两个或更多个聚合物传感元件。
3.根据权利要求2所述的传感器，其中每个聚合物传感元件被独立地配置成检测相同或不同的靶分析物。
4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中每个聚合物传感元件被设置在所述工作电极的表面上，当使用所述传感器时，所述聚合物传感元件暴露于外部环境。
5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中所述电极包含铜。
6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中每个聚合物传感元件独立地选自离子选择性聚合物膜或分子印迹聚合物(MIP)膜。
7.根据权利要求6所述的传感器，其中所述离子选择性聚合物膜包含分散在聚合物基质内的离子载体，所述离子载体能够可逆地与所述靶分析物形成络合物。
8.根据权利要求7所述的传感器，其中所述聚合物基质进一步包含至少一种添加剂，所述添加剂经选择以从所述离子选择性聚合物膜排斥电荷与所述靶分析物不相同的非靶分子或离子。
9.根据权利要求6所述的传感器，其中所述离子选择性聚合物膜由包含至少一种聚合物、增塑剂、离子载体和至少一种亲脂性离子添加剂的聚合物涂料组合物制备。
10.根据权利要求6所述的传感器，其中所述MIP膜通过以下步骤制备：
由包含聚合物和旨在通过MIP膜检测的靶分析物的组合物浇铸聚合物膜；
干燥所述膜；以及
从干燥的膜移除所述靶分析物以在其上产生空穴，其中所述空穴特别适于接收所述靶分析物。
11.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中所述靶分析物选自由Na+、脲和肌酸酐组成的组中的一种或多种。
12.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中所述工作电极和参考电极由电绝缘层隔开。
13.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中用于测量电势差的装置包括至少一个发射器，所述发射器能够将所测量的电特性作为电信号中继到外部计算机。
14.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中所测量的所述电特性选自电压、电势差、阻抗或电阻。
15.一种多层传感器，包括：
至少一个工作电极层和至少一个参考电极层，所述工作电极层和所述参考电极层被至少一个电绝缘层隔开；
布置在所述工作电极层的表面上的至少两个或更多个聚合物传感元件；每个聚合物传感元件被配置成检测不同的分析物；以及
用于检测和测量聚合物传感元件的电性能变化的装置。
16.一种体外诊断试剂盒或护理点试剂盒，包含根据权利要求1-14中任一项所述的传感器。
17.一种服装，包括根据权利要求1至14中任一项所述的传感器。
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