CN110621999B - 由具有降低的溶解度的酶制成的生物传感器及其制造和使用方法 - Google Patents

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Abstract

公开了重复使用型生物传感器，其包括已改性以降低其溶解度的酶；所述重复使用型生物传感器用于检测流体生物样品中的被分析物，并且所述生物传感器在多次使用后也保持它们的酶活性。公开了包括多个生物传感器的多传感器阵列。还公开了制造和使用这些装置的方法。

Description

由具有降低的溶解度的酶制成的生物传感器及其制造和使用 方法
对相关申请的交叉引用/经此引用并入本文的声明
本申请依据35 USC § 119(e)要求2017年5月4日提交的美国临时申请号62/501,322的权益。上文引用的专利申请的整个内容通过引用特此明确并入本文。
关于联邦赞助的研究或开发的声明
不适用。
背景
传感器，也称为检测器，是测量物理量并将其转化成可由观察者或仪器读取的信号的装置。在化学和生物化学测试中使用传感器来测定试样或样品内的相关被分析物的特征。在生物医学和生物技术中，检测具有生物组分，如细胞、蛋白质或核酸的被分析物的传感器被称为生物传感器。
其中多个生物传感器集合到单个单元中的生物传感器阵列在化学和医学中可用于测定生物被分析物的存在和/或浓度。例如，可以通过取自患者的液体样品的分析进行与患者诊断和治疗有关的各种类型的分析试验。通常测试的体液包括尿、血液、血浆、唾液、脑脊液、胸膜液等。例如通常分析血液样品以获得血液中的CO2和O2的分压和电解质和代谢物的浓度的测量。为了测定生物被分析物的存在和浓度，通常使用包括固定化酶以吸引和捕获被分析物的生物传感器。具体而言，通常使用电位式生物传感器，其可采用离子选择性电极或具有选择性允许相关离子扩散通过的离子可透膜的电极。工作原理基于当离子在两个相之间平衡时建立的可测得电位差。
目前存在用于利用刚性分层传感器组装件和电路进行这些测量的许多不同的分析仪。使用这样的传感器组装件以通过主要临床指征来评估医疗患者的状况。由于许多患者的测试频率，使用小样品量进行分析的能力是理想的。重症监护室中的患者可能需要每天15-20次的取样频率以进行血气和临床化学测量。在这些情况下，由于在相对短时间段内提取相对大的样品数，分析小血液样品是理想的。此外，为了限制进行的试验数，用各试验收集尽可能多的信息是理想的。
目前，一次性生物传感器和重复使用型生物传感器可供用于传感器阵列，如美国公开号2015/0082874和2011/0286888和国际公开号WO 2015/155665（各自的整个内容通过引用特此明确并入本文）中所述的传感器阵列。适合生物传感器测量的测定法的一个实例是血尿素氮（BUN）测定法。BUN测定法测量血液中的来自废物尿素的氮量。尿素是肾在分解蛋白质时产生的副产物。尽管尿素在肝中产生，但其经过肾，并且测量BUN允许医疗和临床从业者评估患者的肾功能。高于正常BUN水平表明患者的肾运作不正常。一次性BUN生物传感器目前可得；所述生物传感器使用一系列尿素酶固定方法，如戊二醛交联（参见例如可获自Abbott Point of Care Inc., Princeton, NJ的目前可得的iSTAT™测试盒）。通常，将尿素酶沉积在电极上并通过交联成不可溶形式以截留在聚合物中而“固定就位”。然后通常施加覆盖膜以进一步保留酶并提供保护以防沾污、干扰物等。但是，在尝试使用这一技术来制造重复使用型BUN生物传感器时遇到问题。对重复使用型BUN生物传感器通常观察到不良使用寿命；不良使用寿命是各种因素的结果，包括（但不限于）通常固定在生物传感器上的活性尿素酶的量不足、由于随时间的来自浸出（leeching）的尿素酶损失而造成的性能退化和基于使用的酶降解。
附图简述
图1是根据本公开的（一个或多个）发明概念构造的重复使用型生物传感器的透视图。
图2是根据本公开的（一个或多个）发明概念构造的重复使用型生物传感器阵列组装件的透视图。
图3是根据本公开的（一个或多个）发明概念构造的重复使用型生物传感器在暴露于0、5和27 mg/dL BUN校准溶液（1、2和3）和重复血液样品(4)时的测定响应动力学的图示。
图4是与含有非交联尿素酶的常规重复使用型生物传感器(◊)以及含有交联尿素酶的常规重复使用型生物传感器(□)相比，根据本公开的（一个或多个）发明概念构造的重复使用型生物传感器(○)在5和27 mg/dL BUN校准溶液中在37℃下经过30天的电位式BUN（血尿素氮）传感器剂量-响应斜率的图示（每天62个校准物和10个血液样品）。
详述
在通过示例性措辞和结果详细解释所述（一个或多个）发明概念的至少一个实施方案之前，要理解的是，所述（一个或多个）发明概念在其应用中不限于下列说明书中阐述的构造和组件布置的细节。所述（一个或多个）发明概念能有其它实施方案或以各种方式实施或进行。因此，本文使用的措辞意在被赋予尽可能最宽的范围和含义；并且实施方案意为示例性而非穷尽性的。还要理解的是，本文使用的用词和术语是为了描述并且不应被视为限制。
除非在本文中另行规定，联系本公开的（一个或多个）发明概念使用的科学和技术术语应该具有本领域普通技术人员通常理解的含义。此外，除非上下文另行要求，单数术语应该包括复数并且复数术语应该包括单数。上述技术和程序通常根据本领域众所周知的并且如本说明书各处引用和论述的各种一般性和更具体参考资料中描述的常规方法进行。与本文所述的分析化学、合成有机化学以及医药和药物化学相关使用的术语，及其实验室程序和技术是本领域众所周知和通常使用的那些。对化学合成和化学分析使用标准技术。
说明书中提到的所有专利、公开专利申请和非专利公开代表本公开的（一个或多个）发明概念所属领域的技术人员的技术水平。在本申请的任何部分中引用的所有专利、公开专利申请和非专利公开通过引用以其全文特此明确并入本文，这是以就像每个各个专利或公开明确且逐一被指明通过引用并入的程度。
可以根据本公开在没有过度实验的情况下制造和实施本文中公开的所有制品、组合物和/或方法。尽管已就特定实施方案描述了所述发明概念的制品、组合物和方法，但本领域技术人员显而易见，可对该制品、组合物和/或方法和对本文所述的方法的步骤或步骤次序作出改变而不背离该发明概念的理念、精神和范围。本领域技术人员显而易见的所有这样的类似替代和修改被认为在通过所附权利要求书定义的发明概念的精神、范围和理念内。
如根据本公开使用，除非另行指明，下列术语应被理解为具有下列含义：
在权利要求书和/或说明书中联系术语“包含”使用时，术语“一”或“一”的使用可以是指“一个/种”，但也与“一个/种或多个/种”、“至少一个/种”和“一个/种或多于一个/种”的含义一致。同样，除非上下文清楚地另行指明，术语“一”、“一”和“该/所述”包括复数对象。因此，例如，提到“（一）化合物”可能是指一种或多种化合物、两种或更多种化合物、三种或更多种化合物、四种或更多种化合物或更大数量的化合物。术语“多个/种”是指“两个/种或更多个/种”。
术语“至少一个/种”的使用会被理解为包括一个/种以及大于一个/种的任何量，包括但不限于2、3、4、5、10、15、20、30、40、50、100个/种等。术语“至少一个/种”可扩展到100或1000或更多个/种，取决于与其相连的术语；此外，100/1000个/种的量不应被视为限制，因为更高的界限也可能产生令人满意的结果。此外，术语“X、Y和X的至少一个/种”的使用会被理解为包括仅X、仅Y和仅Z，以及X、Y和Z的任何组合。序数术语（即“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等）的使用仅为了区分两个或更多个事项的目的，并且无意暗示任何次序或顺序或一个事项比另一事项重要或任何添加顺序。
术语“或”在权利要求书中的使用用于表示包括“和/或”，除非明确指出仅是指择一或除非备选方案相互排斥。例如，通过下列任一项都满足条件“A或B”：A真（或存在）且B假（或不存在），A假（或不存在）且B真（或存在），A和B都真（或存在）。
如本文所用，任何提到“一个实施方案”、“一实施方案”、“一些实施方案”、“一个实施例”、“例如”或“一实施例”是指联系该实施方案描述的特定元素、要素、结构或特征包括在至少一个实施方案中。短语“在一些实施方案中”或“一个实施例”在说明书各处的出现不一定都是指例如同一实施方案。此外，所有提到一个或多个实施方案或实施例应被解释为不限制权利要求书。
在本申请全文，术语“大约”用于表明数值包括组合物/装置/设备、用于测定该数值的方法的固有的误差变化，或在研究对象间存在的变化。例如，但不作为限制，当使用术语“大约”时，指定数值可从指定数值改变加或减20%或15%或12%或11%或10%或9%或8%或7%或6%或5%或4%或3%或2%或1%，因为这样的变化对进行所公开的方法是适当的并且如本领域普通技术人员理解。
本说明书和（一个或多个）权利要求中所用的词语“包含”（和“包含”的任何形式，如“包含”和“包含”）、“具有”（和“具有”的任何形式，如“具有”和“具有”）、“包括”（和“包括”的任何形式，如“包括”和“包括”）或“含有”（和“含有”的任何形式，如“含有”和“含有”）是包含性的或开放端的并且不排除附加的未列举要素或方法步骤。
本文所用的术语“或其组合”是指在该术语前列举的事项的所有排列和组合。例如，“A、B、C或其组合”意在包括下列的至少一种：A、B、C、AB、AC、BC或ABC，并且如果顺序在特定情况下重要，也包括BA、CA、CB、CBA、BCA、ACB、BAC或CAB。由这一实例继续，明确包括含有一个或多个事项或术语的重复的组合，如BB、AAA、AAB、BBC、AAABCCCC、CBBAAA、CABABB等。技术人员会理解，除非从上下文中显而易见，对任何组合中的事项或术语的数量没有限制。
本文所用的术语“基本”是指随后描述的事项或情形完全存在，或随后描述的事项或情形在很大程度上存在。例如，当与特定事项或情形关联时，术语“基本”是指随后描述的事项或情形在至少80%的时间、或至少85%的时间、或至少90%的时间、或至少95%的时间存在。术语“基本相邻”可以是指两个事项100%彼此相邻，或两个事项彼此靠近但并非100%彼此相邻，或两个事项之一的一部分并非与另一事项100%相邻而是与另一事项靠近。
本文所用的短语“与…联合”和“耦合至”包括两个部分与彼此直接联合/结合以及两个部分与彼此间接联合/结合。联合/耦合的非限制性实例包括一个部分通过直接键或通过间隔基共价结合到另一部分、一个部分直接或经由结合到部分上的特异性结合对成员非共价结合到另一部分、一个部分并入另一部分中（例如通过将一个部分溶解在另一部分中或通过合成），和将一个部分涂覆在另一部分上。
本文所用的术语“样品”会被理解为包括可根据本公开的（一个或多个）发明概念使用的任何类型的生物样品。可用的流体生物样品的实例包括但不限于全血或其任何部分（即血浆或血清）、尿、唾液、痰、脑脊液（CSF）、皮肤、肠液、腹腔液、囊液、汗液、间质液、细胞外液、眼泪、粘液、膀胱冲洗液、精液、粪便、胸膜液、鼻咽液、其组合等。
术语“患者”包括人和兽对象。在某些实施方案中，患者是哺乳动物。在另一些实施方案中，患者是人类。用于治疗目的的“哺乳动物”是指归类为哺乳动物的任何动物，包括人类、家畜和耕畜、非人灵长类和动物园动物、运动动物或宠物，如犬、马、猫、牛等。
本文所用的术语“提纯”是指与原材料或天然材料相比实现至少一个提纯量级，例如但不限于原材料或天然材料的两个、三个、四个或五个提纯量级。因此，本文所用的术语“提纯”不一定是指该材料100%提纯，并且因此这样的术语不排除存在于提纯组合物中的（一种或多种）其它材料的存在。
本文所用的术语“电极”是指能够根据本公开的（一个或多个）发明概念工作的任何类型的导体或介质。落在本公开的（一个或多个）发明概念的范围内的电极的非限制性实例包括包含多个电极的电化学电池。示例性的电化学电池构造包括包含一个指示电极和一个参比电极的双电极电池、包含一个阳极和一个阴极的双电极电池、包含一个阳极、一个阴极和一个参比电极的三电极电池、和包含两个工作电极、一个对电极和一个参比电极的四电极电池。
目前，重复使用型生物传感器可供用于传感器阵列。但是，这些生物传感器通常具有短使用寿命（通常是由于固定在生物传感器上的活性酶不足）、由于随时间的酶浸出损失而造成的性能退化、简单由于使用所致的酶降解、和/或由于沾污和/或干扰物的不足的酶活性。
因此，在本领域中需要在也能够用于传感器阵列组装件的同时解决现有技术的现有重复使用型生物传感器的问题的新型和改进的重复使用型生物传感器。特别地，在本领域中需要具有至少14天使用寿命（例如但不限于至少20-、21-、22-、23-、24-、25-、26-、27-、28-、29-或30-天使用寿命）和至少1000的样品容量（sample capability）（例如但不限于至少1500、2000、2500或3000的样品容量）、同时基本保持生物传感器的完整性、响应和精确度的重复使用型生物传感器（如BUN和其它基于酶的生物传感器）。
现在转向附图（特别是图1），本公开的（一个或多个）发明概念的某些实施方案涉及用于检测流体生物样品中的至少一种目标被分析物的存在和/或浓度的重复使用型生物传感器10。重复使用型生物传感器10包括具有分配在其至少一部分上的改性酶14的电极12和布置在改性酶14的至少一部分上的膜16。膜16（在本文中也可互换地称为“覆盖膜”）工作以将改性酶14固定在电极12上。酶14已通过其上的至少一个官能团与反应物的反应而改性以降低其溶解度，以使改性酶14基本不溶于该流体生物样品和与重复使用型生物传感器10一起使用的校准试剂。例如（但不作为限制），改性酶14可基本不溶于流体生物样品和与重复使用型生物传感器10一起使用的校准试剂，但基本可溶于具有比流体生物样品和校准试剂低的离子强度的缓冲液。此外，在改性后，酶14仍保留活性位点，该活性位点能与所述至少一种目标被分析物相互作用，以使得可通过所述相互作用而检测所述至少一种目标被分析物（并被改性酶14捕获）。
在一个特定（但非限制性）实施方案中，重复使用型生物传感器10进一步被定义为重复使用型血尿素氮（BUN）生物传感器。在这一实施方案中，存在于生物传感器10中的改性酶14是改性尿素酶。在一个特定（但非限制性）实施例中，尿素酶已通过与长链生物素相互作用而改性。
本公开的（一个或多个）发明概念的重复使用型生物传感器10通过降低酶14的溶解度以防止酶14从生物传感器10中浸出并由此保持生物传感器10的完整性从而提供具有提高的使用寿命和样品容量的重复使用型生物传感器10来克服现有技术的缺陷和缺点。例如（但不作为限制），重复使用型生物传感器10可在至少大约14天的使用寿命期间基本保持其完整性和至少大约3000个样品的样品容量。
目前使用两种一般方法制造多生物传感器阵列产品。在这些方法中，单独制造各个传感器，然后在各传感器上已实施化学作用后一起拼接（stitched）在阵列中；或者，使用单个基底，其含有在阵列中的多个电极，并（通常通过相继分配试剂）在各电极上实施适当的偶联化学（例如通过交联的酶附着）。这种第二选项具有降低成本和降低样品体积的益处；但是，如果在制造过程中在任一电极化学中发生任何问题，则会破坏整个阵列的风险提高。
因此，现有技术的标准交联方法的缺陷之一在于在制造过程中直接在电极上实施偶联化学，并且这种直接相互作用提高制造的风险和复杂程度，尤其是如果在“单基底”多传感器阵列产品中存在多个电极，在其上实施一个或多个偶联化学。本公开的（一个或多个）发明概念通过在最终阵列制造过程的外部实施关键酶化学并由此显著降低与制造过程相关的风险来克服这一缺点。通过显著降低酶在样品和试验基质中的溶解度，同时能从酶易溶解于其中的另一基质中分配酶，可在制造过程中附着到电极上之前验证改性酶（例如在活性、动力学等方面），由此消除使载于阵列上的酶交联的需要。
回到重复使用型生物传感器10的特定组件，可根据本公开的（一个或多个）发明概念使用本领域中已知能够用于包含酶的生物传感器的任何类型的传感器。例如（但不作为限制），生物传感器14可以是电位式、电流式、阻抗式或电导式传感器。此外，可以使用本领域中已知能够与上述类型之一的生物传感器一起使用的任何电极作为根据本公开的（一个或多个）发明概念的电极12。可用的电极12的非限制性实例包括离子特异性或离子选择性电极（ISE）。所选电极的具体类型将取决于传感器类型（即电位式、电流式、阻抗式、电导式等）。在某些非限制性实施方案中，电极12可含有传感层18。可与电极12一起使用并且是本领域中已知的或否则本领域普通技术人员可想到的任何传感层可根据本公开的（一个或多个）发明概念使用。落在本公开的（一个或多个）发明概念的范围内的传感层18的一个非限制性实例是NH4 +传感层。
电极12可具有允许电极根据本公开的（一个或多个）发明概念工作的任何形状。例如，在某些非限制性实施方案中，电极12可以是平面或圆形形状。电极12可通过本领域中已知的或否则本文中想到的任何方法制成。可根据本公开的（一个或多个）发明概念使用的制造方法的实例包括但不限于丝网印刷、金属溅射、光刻法或任何其它标准电极制造方法。
（一种或多种）目标被分析物可以是存在于流体生物样品中并且是本领域中已知的或否则在本文中想到可通过含酶生物传感器检测的任何被分析物。可通过本公开的（一个或多个）发明概念的重复使用型生物传感器检测的目标被分析物的非限制性实例包括血尿素氮（BUN）、葡萄糖、谷氨酸、乳酸、乙醇、抗坏血酸、胆碱乙酰胆碱、肌酸酐、胆固醇、丙酮酸、胆红素等。
可以使用本领域中已知能够用在用于检测流体生物样品中的目标被分析物的生物传感器中的任何酶作为根据本公开的（一个或多个）发明概念的范围的酶14。可用于重复使用型生物传感器10的酶的非限制性实例包括尿素酶、葡萄糖氧化酶、谷氨酸氧化酶、乳酸氧化酶、丙酮酸氧化酶、肌氨酸氧化酶、肌酸酐酰胺水解酶、肌酸脒基水解酶、抗坏血酸氧化酶、醇氧化酶、胆固醇氧化酶、胆碱氧化酶、胆红素氧化酶、漆酶、酪氨酸酶、醇脱氢酶、葡萄糖脱氢酶、谷氨酸脱氢酶、乳酸脱氢酶、丙酮酸脱氢酶、其组合等。
存在于酶14上的所述至少一个改性官能团可以是本领域中已知能够通过与反应物反应而改性的任何官能团。官能团的实例包括但不限于醛-、胺-、羰基-、羧基-、羟基-、酮-、马来酰亚胺-、巯基-和硫醇-反应性基团。
在本公开的（一个或多个）发明概念的范围内可以使用本领域中已知的或否则本文中想到的能以本文所述的方式与酶上的官能团相互作用的任何反应物。官能团-反应物相互作用的一个非限制性实例包括酶上的胺基团与长链生物素之间的相互作用。官能团-反应物相互作用的另一非限制性实例包括酶上的COOH官能团与1-乙基-3-(-3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐（“EDC”）/ N-羟基琥珀酰亚胺酯（“NHS”）之间的相互作用。但是，根据本公开的（一个或多个）发明概念可以使用任何官能团-反应物相互作用（以及多种官能团-反应物相互作用的任何组合），只要所述（一种或多种）相互作用对酶14的溶解度有影响并且基本不影响酶14的活性位点和/或活性。
可以通过本领域中已知的或否则可想到的任何方法检测对酶的改性。例如（但不作为限制），与未改性酶的分子量和/或等电点相比，附着于酶上的反应物可提高改性酶的分子量和/或改变其等电点。
改性酶14可以允许生物传感器10根据本公开的（一个或多个）发明概念工作的任何表面积百分数存在于电极12上。例如（但不作为限制），改性酶14必须存在于电极14的足量表面积上，以允许目标被分析物充分被生物传感器10捕获。在某些特定（但非限制性）实施方案中，改性酶14可以大约1%、大约5%、大约10%、大约15%、大约20%、大约25%、大约30%、大约35%、大约40%、大约45%、大约50%、大约55%、大约60%、大约65%、大约70%、大约75%、大约80%、大约85%、大约90%、大约95%、大约99%、大约100%、大约101%、大约102%、大约103%、大约104%、大约105%、大约110%、大约115%、大约120%和更高的表面积百分数存在于电极12上。换言之，改性酶14可具有小于、等于或大于电极12表面积的表面积。此外，本公开的（一个或多个）发明概念的范围还包括改性酶14以落在由上列两个值的组合形成的任何范围（例如大约10%至大约120%的范围、大约20%至大约105%的范围、大约30%至大约100%的范围、大约40%至大约75%的范围，等等）内的任何表面积百分数存在于电极12上。
在某些非限制性实施方案中，在改性酶14与电极12之间没有物理连接。而是将覆盖膜16置于改性酶14上，以将改性酶14固定就位在电极12上。覆盖膜之前已用作生物传感器的组件；可根据本公开的（一个或多个）发明概念用作膜16的其非限制性实例公开在美国专利号7,959,791中（其整个内容通过引用特此明确并入本文）。因此，本领域普通技术人员会了解可根据本公开的（一个或多个）发明概念使用的覆盖膜。
在某些实施方案中，覆盖膜16可透过待检测的目标被分析物，但基本不可透过改性酶14。例如（但不作为限制），膜16可以是半透的，以允许生物被分析物穿过并从传感器10中除去任何副产物。此外，膜16可由本领域中已知的或否则本文中想到的允许生物传感器10根据本公开的（一个或多个）发明概念工作的任何材料形成。也就是说，膜16必须由可透过待检测的（一种或多种）目标被分析物、但基本不可透过改性酶15的材料形成。可用于形成膜16的材料的非限制性实例包括聚氨酯、硅酮、聚(氯乙烯)、其组合等。可用于构造膜的材料的一个特定（但非限制性）实例是HydroMed™ D7，基于聚酯的聚氨酯（AdvanSourceBiomaterials Corp., Wilmington, MA）。
膜16在使用之间容易用洗液洗涤以除去任何副产物。在使用本公开的（一个或多个）发明概念中的具有降低的溶解度（并且没有交联到电极上）的改性酶之前，致密交联酶层可留住副产物并导致从之前的生物样品的携带污染（carryover）。
酶改性以显著降低其溶解度提供与将酶直接共价偶联到生物传感器的现有技术方法相比令人惊讶和出乎意料的改进。根据本公开的（一个或多个）发明概念的改性酶的使用提供性能益处，即(1) 优于使用非交联的未改性酶，和(2) 类似于使用常规的板载（on-board）交联酶（但不要求使用交联）；因此，这些性能益处导致生物传感器的更长使用寿命，同时也使生物传感器的响应（和因此生物传感器的精确度）最大化。也可利用多种多样的公知化学，以通过其官能团的反应而降低酶的溶解度，并且这些各种化学可相对于任何生物传感器阵列的电极分配和组装而言离线实施；此外，这些化学的使用使得能在生物传感器阵列制造过程中离线实施关键的酶改性并因此导致生物传感器的更长使用寿命，也使生物传感器的响应和精确度最大化。改性酶可在任何分配开始之前制备和验证，由此降低产生“差”生物传感器（即由于不足量的活性酶固定在电极上）并因此破坏整个生物传感器阵列组装件的生产的几率。通过使用适当的反应物以降低酶的溶解度，也实现良好的酶稳定性。
本公开的（一个或多个）发明概念消除在每次使用后或在几次使用后更换生物传感器的需要。相反，本公开的（一个或多个）发明概念的生物传感器具有增强的使用寿命，并可在使用之间简单地用洗液洗涤。此外，本公开的（一个或多个）发明概念减少生物样品之间的携带污染，因为酶没有交联到电极上减少了截留在交联基质中，并实现生物样品运行之间的更好清洁。因此，本公开的（一个或多个）发明概念通过减少周转时间量（因为可一次进行多个试验）和减少在仪器，如血气分析仪上花费的维护时间量而改进现有技术。
如图2中所示，本公开的（一个或多个）发明概念的某些实施方案涉及重复使用型生物传感器阵列组装件50，其包括与基底54结合的多个重复使用型生物传感器（其中两个在图2中用通用附图标记52标示），其中重复使用型生物传感器52的至少一个是如上文详细描述或否则本文中想到的包含具有降低的溶解度的改性酶14的任何生物传感器10。基底54具有第一表面56和与第一表面56相反的第二表面58，并且所述多个重复使用型生物传感器52的每一个在空间上安置在基底54的第一和第二表面56和58的至少一个上。
当重复使用型生物传感器52的至少两个是包含具有降低的溶解度的改性酶14的重复使用型生物传感器10时，存在于所述两个重复使用型生物传感器10中的酶14可彼此相同或不同。在某些实施方案中，存在于阵列组装件50中的生物传感器52的所有酶可以不同；或者，存在于重复使用型生物传感器阵列组装件50中的所述多个重复使用型生物传感器52的每一个的至少两种酶可以相同。
本公开的（一个或多个）发明概念的重复使用型生物传感器10可通过本领域中已知的或否则本领域普通技术人员可想到的任何方法制成。本公开的（一个或多个）发明概念的某些附加实施方案涉及制造如上文描述或否则本文中想到的任何重复使用型被分析物生物传感器的方法，其中可以制备和制造该生物传感器以提供稳定和合格的产品。在该方法中，通过使酶上的至少一个官能团与反应物反应而改性存在于第一缓冲液中的酶，由此产生与未改性酶相比具有降低的溶解度的改性酶；所得改性酶基本不溶于流体生物样品和与重复使用型生物传感器一起使用的校准试剂，并且改性酶仍保留能与目标被分析物相互作用以检测目标被分析物的活性位点。然后形成改性酶的沉淀物，并将改性酶的沉淀物再溶解在第二缓冲液中以提供改性酶溶液；第二缓冲液具有比第一缓冲液低的离子强度，由此改性酶基本可溶于第二缓冲液但较不可溶于或基本不溶于第一缓冲液。将特定量的改性酶溶液分配在电极的至少一部分上并在其上干燥。然后将膜布置在改性酶和电极的至少一部分上，并且该膜将改性酶固定在电极上。
该方法还可包括一个或多个任选步骤，例如（但不限于）：(i) 在酶改性前通过缓冲液交换将酶从赋形剂提纯到第一缓冲液中；和/或(ii) 在沉积在电极上之前和/或之后证明酶的活性。例如，一旦将酶改性并在沉积在电极上之前，可以进行测试以测定酶活性。然后，在证明其后，可将所需量的改性酶分配到电极上并借助膜固定在其上。
本公开的（一个或多个）发明概念的重复使用型生物传感器阵列组装件50可通过本领域中已知的或否则本领域普通技术人员可想到的任何方法制成。本公开的（一个或多个）发明概念的进一步实施方案涉及制造重复使用型生物传感器阵列组装件的方法。在该方法中，形成多个重复使用型生物传感器并在空间上布置在基底的至少一个表面上。由此形成的所述多个重复使用型生物传感器的至少一个是如上文详细描述或否则本文中想到的包含具有降低的溶解度的改性酶的任何重复使用型生物传感器；包含改性酶的重复使用型生物传感器也可通过上文详细描述或否则本文中想到的任何方法形成。
本公开的（一个或多个）发明概念的再进一步实施方案涉及检测流体生物样品中的目标被分析物的存在和/或浓度的方法。在该方法中，将流体生物样品插入含有上文详细描述的任何重复使用型生物传感器的血气、电解质和/或代谢物仪器。该方法然后包括测量被重复使用型生物传感器捕获的目标被分析物的存在和/或浓度并将其通过仪器报告。例如（但不作为限制），目标被分析物离子分散经过重复使用型生物传感器并结合到存在于重复使用型生物传感器上的相应酶上。此时，可通过本领域中目前已知的或否则本文中想到的各种方法的任一种（包括，但不限于膜电位的改变或电流分析法）测量离子水平。
此外，本公开的（一个或多个）发明概念的另一些实施方案涉及检测流体生物样品中的多种目标被分析物的存在和/或浓度的方法。在该方法中，将流体生物样品插入含有上文详细描述的任何重复使用型生物传感器阵列组装件的血气、电解质和/或代谢物仪器。该方法然后包括测量被阵列组装件的各个重复使用型生物传感器捕获的多种目标被分析物的每一种的存在和/或浓度并将其通过仪器报告。因此，本公开的（一个或多个）发明概念设想了同时从多个重复使用型生物传感器获得多种被分析物的测量。
在上述检测方法的每一个中，流体生物样品可选自全血或其任何部分（即血浆或血清）、尿、唾液、痰、脑脊液（CSF）、皮肤、肠液、腹腔液、囊液、汗液、间质液、细胞外液、眼泪、粘液、膀胱冲洗液、精液、粪便、胸膜液、鼻咽液及其组合。
实施例
下面提供实施例。但是，本公开的（一个或多个）发明概念应被理解为在其应用中不限于特定实验法、结果和实验室程序。相反，实施例仅作为各种实施方案之一提供并且意为示例性而非穷尽性的。
下列实施例涉及使用已改性以降低其溶解度的尿素酶制成的BUN重复使用型生物传感器的制造和使用。
1. 将尿素酶（474毫克，BBI Solutions, Cardiff, UK）溶解在100 mM磷酸盐缓冲盐水（PBS，0.936毫升）中，并使用7K MWCO ZEBA™柱（Thermo Fisher Scientific Inc.,Waltham, MA）除去赋形剂。使用PBS将尿素酶溶液的最终体积调节到1.26毫升。
如上述步骤从赋形剂中提纯尿素酶证实有用，因为赋形剂降低该反应的效力。但是，这一步骤不是必须的；或者，可在赋形剂存在下使用高浓度反应物。
2. 然后通过温和混合使尿素酶与至少30摩尔当量的Sulfo-NHS-LC-LC-Biotin（160 µl，125 mg/ml在水中；Thermo Fisher Scientific Inc., Waltham, MA）反应2小时。
3. 然后形成含有不可溶生物素化尿素酶的沉淀物并通过离心收集。
4. 滗析上清液，然后将改性尿素酶再溶解在10 mM PBS（2毫升）中。这一PBS缓冲液具有比步骤1的提纯反应中所用的100 mM PBS低的离子强度。
任选地，可以使用第二ZEBA™柱缓冲液交换（10 mM PBS）除去过量试剂。
不希望受制于特定理论，但此处的机制有可能涉及众所周知的“盐析”机制。这一步骤中的关键点在于改性酶可溶于较低离子强度缓冲液/水，但较不可溶于/不溶于较高强度缓冲液，如校准溶液和患者样品（通常>130 mM）。
5. 使用标准光学尿素酶测定法测量改性酶的活性。通常，此时可能观察到一些活性损失；但是，损失水平最小并仍为生物传感器提供足够的酶活性。
6. 如果需要，此时可将酶冻干到管瓶中以供长期储存。
7. 将生物素化尿素酶溶液调节到所需活性/分配浓度（例如26 KU/ml），分配到含有基于无活菌素的NH4 +-传感层的丝网印刷Ag/AgCl电极（1.5 mm X 0.5 mm）上，并允许干燥（例如Butt和Cammann (1992) Anal. Lett., 25:1597）。这一步骤使用27计量注射（gaug）针0.01秒和1.4 psi分配参数。这一分配步骤再重复两次，其中在各分配步骤之间15分钟。
在干燥后，通过在酶上方分配HydroMed™ D7聚氨酯层（4%在THF/环己酮(9:1)中，0.01 s，3.6 psi；AdvanSource Biomaterials Corp., Wilmington, MA）），添加覆盖膜。
在步骤(7)之后，传感器制造完成。
BUN传感器（含有具有相对于游离标准酶降低的溶解度的改性尿素酶）的改进的性能显示在图3和4中。图3和4分别显示传感器对5 mg/dL和27 mg/dL BUN校准溶液以及血液样品的测定响应动力学和剂量-反应斜率。传感器通常保持完全稳定至少2周和最多30天。
所述（一个或多个）发明概念的非限制性实施方案
某些实施方案涉及用于检测流体生物样品中的至少一种目标被分析物的存在和/或浓度的重复使用型生物传感器。所述重复使用型生物传感器包含电极、改性酶和膜。将改性酶分配在电极的至少一部分上；所述酶已通过其上的至少一个官能团与反应物的反应而改性以降低其溶解度，以使所述改性酶基本不溶于流体生物样品和与重复使用型生物传感器一起使用的校准试剂，并且其中所述改性酶包含与目标被分析物相互作用以检测目标被分析物的活性位点。将所述膜布置在改性酶的至少一部分上，其中所述膜将改性酶固定在电极上。
在某些实施方案中，所述重复使用型生物传感器可进一步被定义为电位式被分析物生物传感器。
在某些实施方案中，改性酶上的所述至少一个官能团选自醛-、胺-、羰基-、羧基-、羟基-、酮-、马来酰亚胺-、巯基-和硫醇-反应性基团。
在某些实施方案中，所述反应物包含长链生物素。
在某些实施方案中，所述膜可透过待检测的目标被分析物，但基本不可透过改性酶。
在某些实施方案中，所述膜由选自聚氨酯、硅酮、聚(氯乙烯)及其组合的材料形成。
在某些实施方案中，所述酶选自尿素酶、葡萄糖氧化酶、谷氨酸氧化酶、乳酸氧化酶、丙酮酸氧化酶、肌氨酸氧化酶、肌酸酐酰胺水解酶、肌酸脒基水解酶、抗坏血酸氧化酶、醇氧化酶、胆固醇氧化酶、胆碱氧化酶、胆红素氧化酶、漆酶、酪氨酸酶、醇脱氢酶、葡萄糖脱氢酶、谷氨酸脱氢酶、乳酸脱氢酶和丙酮酸脱氢酶。
在某些实施方案中，所述重复使用型生物传感器进一步被定义为重复使用型血尿素氮（BUN）生物传感器，且所述至少一种改性酶是改性尿素酶。
在某些实施方案中，所述生物传感器具有至少14天使用寿命。
在某些实施方案中，所述改性酶基本可溶于具有比流体生物样品和与所述重复使用型生物传感器一起使用的校准试剂低的离子强度的缓冲液。
在某些实施方案中，与未改性酶的分子量和/或等电点相比，附着于酶上的反应物提高改性酶的分子量和/或改变其等电点。
某些实施方案涉及重复使用型生物传感器阵列组装件，其包含基底和多个重复使用型生物传感器。所述多个重复使用型生物传感器的每一个在空间上安置在基底的至少一个表面上，且所述多个重复使用型生物传感器的至少一个是上文刚刚描述的任何重复使用型生物传感器。
某些实施方案涉及制造重复使用型生物传感器的方法，所述方法包括步骤：(a)通过使酶上的至少一个官能团与反应物反应而改性存在于第一缓冲液中的酶，由此产生的改性酶，其与未改性酶相比具有降低的溶解度，以使所述改性酶基本不溶于流体生物样品和与重复使用型生物传感器一起使用的校准试剂，并且其中所述改性酶包含与目标被分析物相互作用以检测目标被分析物的活性位点；(b) 形成改性酶的沉淀物；(c) 将改性酶的沉淀物再溶解在第二缓冲液中以提供改性酶溶液，其中第二缓冲液具有比第一缓冲液低的离子强度，由此所述改性酶基本可溶于第二缓冲液，但较不可溶于或基本不溶于第一缓冲液；(d) 将特定量的改性酶溶液分配在电极的至少一部分上；(e) 在电极上干燥所述改性酶溶液；和(f) 将膜布置在改性酶和电极的至少一部分上，其中所述膜将改性酶固定在电极上。
在某些实施方案中，所述重复使用型被分析物生物传感器进一步被定义为电位式被分析物生物传感器。
在某些实施方案中：(i) 所述酶上的所述至少一个官能团选自醛-、胺-、羰基-、羧基-、羟基-、酮-、马来酰亚胺-、巯基-和硫醇-反应性基团；(ii) 所述反应物包含长链生物素；(iii) 所述膜可透过待检测的目标被分析物，但基本不可透过改性酶；(iv) 所述膜由选自聚氨酯、硅酮、聚(氯乙烯)及其组合的材料形成；(v) 所述酶选自尿素酶、葡萄糖氧化酶、谷氨酸氧化酶、乳酸氧化酶、丙酮酸氧化酶、肌氨酸氧化酶、肌酸酐酰胺水解酶、肌酸脒基水解酶、抗坏血酸氧化酶、醇氧化酶、胆固醇氧化酶、胆碱氧化酶、胆红素氧化酶、漆酶、酪氨酸酶、醇脱氢酶、葡萄糖脱氢酶、谷氨酸脱氢酶、乳酸脱氢酶和丙酮酸脱氢酶；和/或(vi)与未改性酶的分子量和/或等电点相比，附着于酶上的反应物提高改性酶的分子量和/或改变其等电点。
在某些实施方案中，所述重复使用型生物传感器进一步被定义为重复使用型血尿素氮（BUN）生物传感器，且所述至少一种改性酶是尿素酶。
在某些实施方案中，由此制成的生物传感器具有至少14天使用寿命。
在某些实施方案中，上述方法的步骤(a)将改性酶的溶解度降低到使所述改性酶基本不溶于流体生物样品和与重复使用型生物传感器一起使用的校准试剂、但基本可溶于具有比流体生物样品和校准试剂低的离子强度的缓冲液的程度。
在某些实施方案中，上述方法进一步包含下列步骤的至少一个：(g) 在步骤(a)之前通过缓冲液交换将酶从赋形剂提纯到第一缓冲液中；和(h) 在步骤(d)之前测量所述酶的活性。
某些实施方案涉及制造重复使用型生物传感器阵列组装件的方法。所述方法包括在基底的至少一个表面上形成多个重复使用型生物传感器。所述多个重复使用型生物传感器的每一个在空间上安置在基底的至少一个表面上。所述多个重复使用型生物传感器的至少一个通过上文刚刚描述的任何方法形成。
某些实施方案涉及检测流体生物样品中的目标被分析物的存在和/或浓度的方法。所述方法包括步骤：(a) 将流体生物样品插入含有上文描述的任何重复使用型生物传感器的血气、电解质和/或代谢物仪器；和(b) 测量被所述重复使用型生物传感器捕获的目标被分析物的存在和/或浓度。
某些实施方案涉及检测流体生物样品中的多种目标被分析物的存在和/或浓度的方法。所述方法包括步骤：(a) 将流体生物样品插入含有上文描述的任何重复使用型生物传感器阵列组装件的血气、电解质和/或代谢物仪器；和(b) 测量被所述阵列组装件的各个重复使用型生物传感器捕获的多种目标被分析物的每一种的存在和/或浓度。
在某些实施方案中，所述流体生物样品选自血液、血浆、血清、尿、唾液、痰、脑脊液（CSF）、皮肤、肠液、腹腔液、囊液、汗液、间质液、细胞外液、眼泪、粘液、膀胱冲洗液、精液、粪便、胸膜液、鼻咽液及其组合。
因此，根据本公开的（一个或多个）发明概念，提供了充分满足上述目的和优点的组合物和装置及其制造和使用方法。尽管已联系上述具体附图、实验法、结果和措辞描述了本公开的（一个或多个）发明概念，但许多替代、修改和变化显然是本领域技术人员显而易见的。因此，意在涵盖落在本公开的（一个或多个）发明概念的精神和广泛范围内的所有这样的替代、修改和变化。

Claims (12)

1.用于检测流体生物样品中的至少一种目标被分析物的存在和/或浓度的重复使用型生物传感器(10)，所述重复使用型生物传感器包括：
电极(12)；
分配在平面或圆形形状的电极(12)的至少一部分上的改性酶(14)，其中所述酶已通过其上的至少一个官能团与反应物的反应而改性以降低其溶解度，以使所述改性酶基本不溶于流体生物样品和与重复使用型生物传感器一起使用的校准试剂并且基本可溶于具有比所述流体生物样品和与所述重复使用型生物传感器一起使用的校准试剂低的离子强度的缓冲液，并且其中所述改性酶包含与目标被分析物相互作用以检测目标被分析物的活性位点；和
布置在所述改性酶的至少一部分上的膜(16)，其中所述膜将改性酶(14)固定在电极(12)上，并且所述膜可透过待检测的目标被分析物，但基本不可透过改性酶，
其中改性酶(14)上的所述至少一个官能团选自醛-、胺-、羰基-、羧基-、羟基-、酮-、马来酰亚胺-、巯基-和硫醇-反应性基团，并且其中所述酶选自尿素酶、葡萄糖氧化酶、谷氨酸氧化酶、乳酸氧化酶、丙酮酸氧化酶、肌氨酸氧化酶、肌酸酐酰胺水解酶、肌酸脒基水解酶、抗坏血酸氧化酶、醇氧化酶、胆固醇氧化酶、胆碱氧化酶、胆红素氧化酶、漆酶、酪氨酸酶、醇脱氢酶、葡萄糖脱氢酶、谷氨酸脱氢酶、乳酸脱氢酶和丙酮酸脱氢酶，
其特征在于，所述电极(12)含有传感层(18)，所述改性酶(14)分配到传感层(18)上。
2.权利要求1的重复使用型生物传感器，其中所述反应物包含长链生物素。
3.权利要求1的重复使用型生物传感器，其中所述膜(16)由选自聚氨酯、硅酮、聚(氯乙烯)及其组合的材料形成。
4.权利要求1-3任一项的重复使用型生物传感器，其中与未改性酶的分子量和/或等电点相比，附着于酶上的反应物提高改性酶的分子量和/或改变其等电点。
5.重复使用型生物传感器阵列组装件(50)，其包括：
基底(54)；
多个重复使用型生物传感器，其中所述多个重复使用型生物传感器的每一个在空间上安置在基底(54)的至少一个表面上，并且其中所述多个重复使用型生物传感器的至少一个是权利要求1-4任一项的重复使用型生物传感器(10)。
6.制造权利要求1的重复使用型生物传感器(10)的方法，所述方法包括步骤：
(a) 通过使酶上的至少一个官能团与反应物反应而改性存在于第一缓冲液中的酶，由此产生改性酶(14)，其与未改性酶相比具有降低的溶解度，以使所述改性酶基本不溶于流体生物样品和与重复使用型生物传感器一起使用的校准试剂，并且其中所述改性酶包含与目标被分析物相互作用以检测目标被分析物的活性位点；
(b) 形成改性酶的沉淀物；
(c) 将改性酶的沉淀物再溶解在第二缓冲液中以提供改性酶溶液，其中第二缓冲液具有比第一缓冲液低的离子强度，由此所述改性酶基本可溶于第二缓冲液，但较不可溶于或基本不溶于第一缓冲液；
(d) 将特定量的改性酶溶液分配在电极(12)的至少一部分上；
(e) 在电极上干燥所述改性酶溶液；和
(f) 将膜(16)布置在改性酶和电极的至少一部分上，其中所述膜将改性酶固定在电极上，并且其中所述酶选自尿素酶、葡萄糖氧化酶、谷氨酸氧化酶、乳酸氧化酶、丙酮酸氧化酶、肌氨酸氧化酶、肌酸酐酰胺水解酶、肌酸脒基水解酶、抗坏血酸氧化酶、醇氧化酶、胆固醇氧化酶、胆碱氧化酶、胆红素氧化酶、漆酶、酪氨酸酶、醇脱氢酶、葡萄糖脱氢酶、谷氨酸脱氢酶、乳酸脱氢酶和丙酮酸脱氢酶，并且所述酶上的所述至少一个官能团选自醛-、胺-、羰基-、羧基-、羟基-、酮-、马来酰亚胺-、巯基-和硫醇-反应性基团，并且其中所述膜可透过待检测的目标被分析物，但基本不可透过改性酶。
7.权利要求6的方法，其中下列至少一项适用：
(i) 所述反应物包含长链生物素；
(ii) 所述膜由选自聚氨酯、硅酮、聚(氯乙烯)及其组合的材料形成；和
(iii) 与未改性酶的分子量和/或等电点相比，附着于酶上的反应物提高改性酶的分子量和/或改变其等电点。
8.权利要求6的方法，其中步骤(a)将改性酶的溶解度降低到使所述改性酶基本不溶于流体生物样品和与重复使用型生物传感器一起使用的校准试剂，但基本可溶于具有比流体生物样品和校准试剂低的离子强度的缓冲液的程度。
9.权利要求6-8任一项的方法，其进一步包括下列步骤的至少一个：
(g) 在步骤(a)之前通过缓冲液交换将酶从赋形剂提纯到第一缓冲液中；和
(h) 在步骤(d)之前测量所述酶的活性。
10.制造重复使用型生物传感器阵列组装件(50)的方法，所述方法包括步骤：
在基底(54)的至少一个表面上形成多个重复使用型生物传感器，其中所述多个重复使用型生物传感器的每一个在空间上安置在基底的至少一个表面上，并且其中所述多个重复使用型生物传感器的至少一个通过权利要求6-9任一项的方法形成。
11.检测流体生物样品中的目标被分析物的存在和/或浓度的方法，所述方法包括步骤：
(a) 将流体生物样品插入含有权利要求1-4任一项的重复使用型生物传感器的血气、电解质和/或代谢物仪器；和
(b) 测量被所述重复使用型生物传感器捕获的目标被分析物的存在和/或浓度，
并且其中所述流体生物样品选自血液、血浆、血清、尿、唾液、痰、脑脊液（CSF）、皮肤、肠液、腹腔液、囊液、汗液、间质液、细胞外液、眼泪、粘液、膀胱冲洗液、精液、粪便、胸膜液、鼻咽液及其组合。
12.检测流体生物样品中的多种目标被分析物的存在和/或浓度的方法，所述方法包括步骤：
(a) 将流体生物样品插入含有权利要求5的重复使用型生物传感器阵列组装件的血气、电解质和/或代谢物仪器；和
(b) 测量被所述阵列组装件的各个重复使用型生物传感器捕获的多种目标被分析物的每一种的存在和/或浓度，
并且其中所述流体生物样品选自血液、血浆、血清、尿、唾液、痰、脑脊液（CSF）、皮肤、肠液、腹腔液、囊液、汗液、间质液、细胞外液、眼泪、粘液、膀胱冲洗液、精液、粪便、胸膜液、鼻咽液及其组合。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102289671B1 (ko) * 2019-10-23 2021-08-13 동우 화인켐 주식회사 바이오 센서
KR20220085602A (ko) * 2020-12-15 2022-06-22 동우 화인켐 주식회사 바이오센서

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5165407A (en) * 1990-04-19 1992-11-24 The University Of Kansas Implantable glucose sensor
EP0247850B1 (en) * 1986-05-27 1993-04-21 Cambridge Life Sciences Plc Immobilized enzyme electrodes

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3167485A (en) * 1960-05-27 1965-01-26 Katchalski Efraim Water insoluble modified enzymes
JPS5963554A (ja) * 1982-10-04 1984-04-11 Hitachi Ltd ウレア−ゼ固定化尿素電極およびその製造方法
JP2691510B2 (ja) * 1994-06-02 1997-12-17 株式会社バイオセンサー研究所 酵素の測定装置
EP0944731B1 (en) * 1996-11-14 2006-01-18 Radiometer Medical ApS Enzyme sensor
US20040154933A1 (en) * 2003-02-11 2004-08-12 Instrumentation Laboratory Company Polymeric membranes for use in electrochemical sensors
US20040256227A1 (en) 2003-02-11 2004-12-23 Jungwon Shin Electrochemical urea sensors and methods of making the same
US7540948B2 (en) 2004-09-02 2009-06-02 Abbott Point Of Care Inc. Blood urea nitrogen (BUN) sensor
US7959791B2 (en) * 2005-05-17 2011-06-14 Radiometer Medical Aps Enzyme sensor with a cover membrane layer covered by a hydrophilic polymer
RU2444980C2 (ru) 2007-03-07 2012-03-20 Эко Терапьютикс, Инк. Трансдермальная система мониторинга аналита и способы детекции аналита
EP2157907B1 (en) * 2007-06-07 2013-03-27 MicroCHIPS, Inc. Electrochemical biosensors and arrays
EP2017350A1 (de) 2007-07-19 2009-01-21 F. Hoffmann-La Roche AG Elektrochemischer Sensor mit kovalent gebundenem Enzym
US8241697B2 (en) * 2007-12-20 2012-08-14 Abbott Point Of Care Inc. Formation of immobilized biological layers for sensing
DE102009043228A1 (de) 2009-02-04 2010-09-02 Siemens Aktiengesellschaft Anordnung und Verfahren zum elektrochemischen Messen von biochemischen Reaktionen sowie Herstellungsverfahren der Anordnung
JP2011226951A (ja) 2010-04-21 2011-11-10 Toyobo Co Ltd 修飾酵素
WO2012026493A1 (ja) 2010-08-26 2012-03-01 アイシン精機株式会社 酵素結晶固定化電極及び酵素結晶固定化電極の製造方法、並びに酵素結晶固定化電極を備えるバイオ電池及びバイオセンサー
US20150082874A1 (en) 2012-04-23 2015-03-26 Siemens Healthcare Diagnostics Inc. Sensor array
US10067083B2 (en) 2014-04-07 2018-09-04 Tubitak Electrochemical sensor array and apparatus
JP7068327B2 (ja) 2017-03-03 2022-05-16 シーメンス・ヘルスケア・ダイアグノスティックス・インコーポレーテッド ナノビーズを含むバイオセンサーの製造方法及びその使用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0247850B1 (en) * 1986-05-27 1993-04-21 Cambridge Life Sciences Plc Immobilized enzyme electrodes
US5165407A (en) * 1990-04-19 1992-11-24 The University Of Kansas Implantable glucose sensor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Covalent Enzyme Coupling on Cellulose Acetate Membranes for Glucose Sensor Development;Sternberg et. al.;《 Anal. Chem.》;19881231;2781-2786 *

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