CN111373249B - 具有纳米多孔结构的胶体以及用于非酶葡萄糖感测的装置和系统 - Google Patents
具有纳米多孔结构的胶体以及用于非酶葡萄糖感测的装置和系统 Download PDFInfo
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Abstract
本公开涉及一种包含许多分散在液体中的纳米颗粒团簇的胶体组合物，由所述胶体形成的纳米多孔层，包括所述纳米多孔层的葡萄糖氧化电极，以及包括所述葡萄糖氧化电极的葡萄糖传感装置、设备和系统。本公开还涉及一种制备所述胶体组合物、所述纳米多孔层、所述葡萄糖氧化电极以及所述葡萄糖传感装置和系统的方法。此外，本公开还涉及用于连续葡萄糖监测(CGM)和血糖监测(BGM)的装置、系统和方法。
Description
背景技术
技术领域
本公开涉及葡萄糖感测。
相关技术的论述
在医疗保健行业，人们对改善感测和监测血糖水平的技术非常感兴趣。如今，大多数葡萄糖传感器使用电化学方法。大多数(如果不是全部的话)电化学传感器使用基于酶的电化学传感器。
发明内容
本发明的一方面提供一种胶体组合物，其包含：许多分散在液体中的纳米颗粒团簇，其中每一团簇包含许多纳米颗粒，这些纳米颗粒聚集在一起形成具有纳米尺寸或微米尺寸长度的不规则形主体，其中单独的纳米颗粒具有大致椭圆形或球形的离散主体，其直径为约2nm至约5nm，其中颗粒间间隙在各团簇内的相邻纳米颗粒之间形成且具有约0.5nm至约2nm的颗粒间间隙距离。
在上述胶体组合物中，颗粒间间隙通常可分布遍及各团簇。组合物可大体上不含表面活性剂。所述液体可包含水，其中所述胶体组合物可包含以100重量份其中所含的纳米颗粒计，量小于2重量份的表面活性剂。胶体组合物中所含的纳米颗粒以胶体组合物的总重量计的量可介于约0.01wt％与约2wt％之间。胶体组合物中所含的纳米颗粒以胶体组合物的总重量计的量可介于约0.01wt％与约1wt％之间。
仍在上述胶体组合物中，纳米颗粒主要可由选自由以下组成的组中的至少一种制成：铂(Pt)、金(Au)、钯(Pd)、铑(Rh)、钛(Ti)、钌(Ru)、锡(Sn)、镍(Ni)、铜(Cu)、铟(In)、铊(Tl)、锆(Zr)、铱(Ir)及上述元素各自的一种或多种氧化物。纳米颗粒主要可由铂(Pt)制成，其中颗粒间间隙通常可分布遍及各团簇，其中胶体组合物可包含以100重量份其中所含的纳米颗粒计，量小于1重量份的表面活性剂，其中胶体组合物中所含的纳米颗粒以胶体组合物的总重量计的量可介于约0.1wt％与约1wt％之间。
本发明的另一方面提供一种制备纳米多孔层的方法。所述方法包括：将上述胶体组合物分配到衬底上；使所分配的胶体组合物经受干燥以使得在所分配的组合物中所含的团簇沉积在衬底上且还彼此堆叠以提供在衬底上的纳米多孔层，其中纳米多孔层包括由彼此堆叠的各团簇所形成的不规则形主体，其中不规则形主体包括局部聚集在一起的许多纳米颗粒和在不规则形主体中的相邻纳米颗粒之间形成的颗粒间间隙，其中不规则形主体互连以提供不规则形主体的三维互连网络，其中不规则形空间在不规则形主体的相邻部分之间形成并且是纳米尺寸或微米尺寸的。
在上述方法中，纳米颗粒可大致呈椭圆形或球形，具有约2nm至约5nm的直径。颗粒间间隙可具有约0.5nm至约2nm的颗粒间间隙距离。不规则形空间可互连以提供不规则形空间的三维互连网络。胶体组合物可以预定量分配以形成具有介于约100与约2500之间的粗糙度系数的纳米多孔层。纳米多孔层可包含以100重量份其中所含的纳米颗粒计，量小于0.5重量份的表面活性剂。
本发明的另一方面提供一种制备胶体组合物的方法。所述方法包括：提供液体组合物，其包含金属离子、表面活性剂和溶剂，其中表面活性剂处于界定亲水空间的反胶束相中；向液体组合物中添加还原剂以使金属离子发生还原，这形成了包含金属纳米颗粒和表面活性剂的第一胶体，其中金属纳米颗粒连同表面活性剂的反胶束相一起分散于第一胶体中；及从第一胶体中除去表面活性剂以提供包含分散在液体中的许多团簇的第二胶体，其中每一团簇包含聚集在一起的许多纳米颗粒以形成具有纳米尺寸或微米尺寸长度的不规则形主体。
在上述制备方法中，可不向液体组合物施加电势以供其中金属离子的还原。表面活性剂可以是能够形成各向同性反胶束相的非离子型表面活性剂。单独的纳米颗粒可具有大致椭圆形或球形的离散主体，具有约2nm至约5nm的直径，其中颗粒间间隙可在各团簇内的相邻纳米颗粒之间形成且具有约0.5nm至约2nm的颗粒间间隙距离。除去表面活性剂将大量表面活性剂从第一胶体中除去以使得第二胶体大体上不含表面活性剂。除去表面活性剂将大量表面活性剂从第一胶体中除去以使得第二胶体含有以100重量份其中所含的纳米颗粒计，量小于1重量份的表面活性剂。
仍在上述制备方法中，除去表面活性剂可包括：离心第一胶体；及从离心组合物中收集底部部分。除去表面活性剂还可包括多次重复一系列的离心及收集。除去表面活性剂还可包括在离心之前向第一胶体中添加酸或碱。除去表面活性剂还可包括多次重复一系列以下操作：添加、离心及收集。第二胶体中所含的纳米颗粒以组合物的总重量计的量可介于约10wt％与约40wt％之间。纳米颗粒主要可由选自由以下组成的组中的至少一种制成：铂(Pt)、金(Au)、钯(Pd)、铑(Rh)、钛(Ti)、钌(Ru)、锡(Sn)、镍(Ni)、铜(Cu)、铟(In)、铊(Tl)、锆(Zr)、铱(Ir)及上述金属各自的一种或多种氧化物。纳米颗粒主要可由铂(Pt)制成，其中颗粒间间隙通常可分布遍及各团簇，其中组合物可包含以100重量份其中所含的纳米颗粒计，量小于2重量份的表面活性剂，其中组合物中所含的纳米颗粒以组合物的总重量计的量可介于约0.1wt％与约2wt％之间。
本发明的另一方面提供一种制备纳米多孔层的方法。此方法包括上述制备胶体组合物的方法以提供第二胶体；将第二胶体分配于衬底上；使所分配的第二胶体经受干燥以使得在所分配的组合物中所含的团簇沉积在衬底上且还彼此堆叠以提供在衬底上的纳米多孔层，其中纳米多孔层包括由彼此堆叠的各团簇形成的不规则形主体，其中不规则形主体包括局部聚集在一起的许多纳米颗粒和在不规则形主体中的相邻纳米颗粒之间形成的颗粒间间隙。不规则形主体互连以提供不规则形主体的三维互连网络，其中不规则形空间在不规则形主体的相邻部分之间形成且是纳米尺寸或微米尺寸的，其中不规则形空间互连以提供不规则形空间的三维互连网络。
在上述制造纳米多孔层的方法中，纳米颗粒可呈大致椭圆形或球形，具有约2nm至约5nm的直径，其中颗粒间间隙具有约0.5nm至约2nm的颗粒间间隙距离。胶体组合物可以预定量分配以形成具有介于约100与约2500之间的粗糙度系数的纳米多孔层。纳米多孔层可包含以100重量份其中所含的纳米颗粒计小于0.1重量份的表面活性剂。
本发明的另一方面提供一种纳米多孔结构，其包括：不规则形主体，其包括局部聚集在一起的许多纳米颗粒和在不规则形主体中的相邻纳米颗粒之间形成的颗粒间间隙，其中纳米颗粒可呈大致椭圆形或球形，具有约2nm至约5nm的直径，其中颗粒间间隙具有约0.5nm至约2nm的颗粒间间隙距离，其中不规则形主体可互连以提供不规则形主体的三维互连网络，其中不规则形空间在不规则形主体的相邻部分之间形成且是纳米尺寸或微米尺寸的，其中不规则形空间互连以提供不规则形空间的三维互连网络。
上述纳米多孔结构可大体上不含表面活性剂分子。在上述纳米多孔结构中，颗粒间间隙可大体上不含纳米尺寸有机分子。不规则形主体的三维网络与不规则形团簇间间隙的三维网络可互补以形成纳米多孔结构。颗粒间间隙可大体上自身互连且还可连接到不规则形团簇间间隙的三维互连网络上。纳米多孔结构可通过分配包含分散在液体中的不规则形离散团簇的固-液胶体及干燥所分配的固-液胶体而形成，其中不规则形离散团簇可堆叠以提供不规则形主体的三维互连网络和不规则形团簇间间隙的三维互连网络。不规则形团簇间间隙具有平均团簇间间隙距离。纳米颗粒可由选自由以下组成的组中的至少一种制成：铂(Pt)、金(Au)、钯(Pd)、铑(Rh)、钛(Ti)、钌(Ru)、锡(Sn)、镍(Ni)、铜(Cu)、铟(In)、铊(Tl)、锆(Zr)、铱(Ir)及上述金属各自的一种或多种氧化物。纳米多孔结构具有介于约100与约2500之间的粗糙度系数。
本发明的另一方面提供一种装置，其包括：包括表面的衬底；及形成于表面上且包括上述纳米多孔结构的纳米多孔层。本发明的仍另一方面提供一种非酶葡萄糖传感电极，其包括：包括表面的至少一个导电层；及形成于表面上且包括上述纳米多孔结构的纳米多孔层，其中所述非酶葡萄糖传感电极不包含葡萄糖特异性酶。
在上述装置或电极中，至少一个导电层可包括导电金属层和形成于导电金属层上的导电碳层。所述装置或电极不包括形成于纳米多孔层上的生物相容性聚合材料。所述装置或电极可包括形成于纳米多孔层上的生物相容性聚合材料。
本发明的仍另一方面提供一种单次使用的葡萄糖传感装置，其包括：被配置来接收和容纳测试液体的储槽；和上述电极，其与储槽一起排列以使得当测试液体可容纳在储槽中时纳米多孔层可以接触测试液体。在单次使用的葡萄糖传感装置中，电极不包括形成于纳米多孔层上的生物相容性聚合材料。
本发明的仍另一方面提供一种连续葡萄糖监测(CGM)装置，其包括：皮下注射针，其被配置用于接触受试者身体的组织液；和连接到皮下注射针上的电路，其中所述皮下注射针包括连接到电路上的上述电极和另一电极。
本发明的仍另一方面提供一种非酶葡萄糖传感装置，其包括：工作电极，其包括衬底和形成于衬底上的纳米多孔层，所述工作电极不包含葡萄糖特异性酶，其中纳米多孔层可包括不规则形主体，所述不规则形主体包括局部聚集在一起的许多纳米颗粒，其中颗粒间间隙可在不规则形主体的相邻纳米颗粒之间形成，其中纳米颗粒可大致呈椭圆形或球形，具有约2nm至约5nm的直径，其中颗粒间间隙具有约0.5nm至约2nm的颗粒间间隙距离，其中不规则形主体可互连以提供不规则形主体的三维互连网络，其通常延伸遍及纳米多孔层，其中不规则形空间可在不规则形主体的相邻部分之间形成并且可以是纳米尺寸或微米尺寸的，其中不规则形空间可互连以提供不规则形空间的三维互连网络，其通常延伸遍及纳米多孔层，其中纳米多孔层可被配置来在向其施加介于约0.2V与约0.45V之间的偏置电压下在葡萄糖特异性酶不存在下使葡萄糖分子发生氧化。
在上述非酶葡萄糖传感装置中，纳米多孔层可大体上不含表面活性剂分子，其中所述衬底可包括至少一个导电层，所述导电层包含导电或半导电材料。颗粒间间隙可大体上不含纳米尺寸的有机分子。不规则形主体的三维网络与不规则形团簇间间隙的三维网络可互补以形成纳米多孔层。颗粒间间隙可大体上自身互连且还可连接到不规则形团簇间间隙的三维互连网络上。
仍在上述非酶葡萄糖传感装置中，纳米多孔层可通过分配包含分散在液体中的不规则形离散团簇的固-液胶体及干燥所分配的固-液胶体而形成，其中不规则形离散团簇可堆叠以提供不规则形主体的三维互连网络和不规则形团簇间间隙的三维互连网络。纳米颗粒可由选自由以下组成的组中的至少一种制成：铂(Pt)、金(Au)、钯(Pd)、铑(Rh)、钛(Ti)、钌(Ru)、锡(Sn)、镍(Ni)、铜(Cu)、铟(In)、铊(Tl)、锆(Zr)、铱(Ir)及上述金属各自的一种或多种氧化物。纳米多孔层具有介于约100与约2500之间的粗糙度系数。纳米多孔电极还可包括麦芽糖阻挡层，所述麦芽糖阻挡层形成于纳米多孔层上且被配置来大体上阻挡测试流体中所含的麦芽糖穿过其中，而允许葡萄糖穿过其中。麦芽糖阻挡层可包含聚苯二胺(聚-PD)，其形态允许葡萄糖分子穿过其中，同时有效地阻挡麦芽糖分子穿过其中。偏置电压可被设定在介于0.2V与0.45V之间的范围。
本发明的仍另一方面提供一种非酶葡萄糖传感系统，其包括：上述非酶葡萄糖传感装置；反电极；及在工作电极与反电极之间电连接的偏置电压供给，用于在工作电极与反电极之间供给偏置电压。
本发明的仍另一方面提供一种非酶葡萄糖感测方法。所述方法包括：提供上述非酶葡萄糖传感装置；在测试流体接触工作电极和反电极两者之时在工作电极与反电极之间施加偏置电压，这使测试流体中所含的葡萄糖在纳米多孔层中发生氧化；测量来自工作电极的电流；及在有或没有额外数据的情况下处理所述电流以提供对应于测试流体中所含的葡萄糖的葡萄糖水平。偏置电压可被设定在介于0.2V与0.45V之间的范围。
本发明的另一方面提供一种葡萄糖传感电极，其包括：衬底；纳米多孔金属层，其形成于衬底上且能够使葡萄糖和麦芽糖两者在葡萄糖传感电极中不存在对葡萄糖或麦芽糖有特异性的酶的情况下发生氧化；麦芽糖阻挡层，其形成于纳米多孔金属层上。在葡萄糖传感电极中，麦芽糖阻挡层具有允许葡萄糖穿过其中且抑制麦芽糖朝向纳米多孔金属层穿过其中的孔隙度，以使得当相对于参比电极向纳米多孔金属层施加0.2-0.45V的偏置电压时且当麦芽糖阻挡层接触含有浓度为4-20mM的葡萄糖和浓度为4-20mM的麦芽糖的液体时，由纳米多孔金属层中葡萄糖氧化单独产生的电流高于10nA/mMcm2且还使得由纳米多孔金属层中麦芽糖氧化单独产生的电流低于5nA/mMcm2。
在上述葡萄糖传感电极中，纳米多孔金属层能够氧化葡萄糖，以使得当施加0.2-0.45V的偏置电压且接触含有浓度为4-20mM的葡萄糖的液体而在其上无麦芽糖阻挡层时，由葡萄糖氧化单独产生的电流高于10nA/mMcm2。纳米多孔金属层还能够氧化麦芽糖，以使得当施加0.2-0.45V的偏置电压且当接触含有浓度为4-20mM的麦芽糖的液体而在其上无麦芽糖阻挡层时，由麦芽糖氧化单独产生的电流高于10nA/mMcm2。麦芽糖阻挡层可包含聚苯二胺(聚-PD)且具有介于10nm与40nm之间的厚度。麦芽糖阻挡层基本上可由聚苯二胺(聚-PD)组成且具有介于10nm与35nm之间的厚度。麦芽糖阻挡层可由聚苯二胺(聚-PD)组成且具有介于10nm与40nm之间的厚度。
在上述葡萄糖传感电极中，纳米多孔金属层可包括不规则形主体，所述不规则形主体包含局部聚集在一起的许多纳米颗粒和在不规则形主体中的相邻纳米颗粒之间形成的颗粒间间隙。在此，纳米颗粒大致呈椭圆形或球形，具有约2nm至约5nm的直径。颗粒间间隙可具有约0.5nm至约2nm的颗粒间间隙距离。不规则形主体可互连以提供不规则形主体的三维互连网络。不规则形空间可在不规则形主体的相邻部分之间形成且是纳米尺寸或微米尺寸的。不规则形空间可互连以提供不规则形空间的三维互连网络。
上述葡萄糖传感电极还可包括形成于麦芽糖阻挡层上的电解质离子阻挡层和形成于电解质离子阻挡层上的生物相容性层。电解质离子阻挡层被配置来抑制液体中所含的Na+、K+、Ca2+、Cl-、PO4 3-和CO3 2-向纳米多孔金属层扩散，以使得在电解质离子阻挡层上面与电解质离子阻挡层下面之间存在Na+、K+、Ca2+、Cl-、PO4 3-和CO3 2-的组合浓度的大体不连续性。电解质离子阻挡层可促进葡萄糖传感电极的调节，以使得葡萄糖传感电极的调节在与受试者体液接触起的30分钟内通过施加0.2-0.45V的偏置电压来完成。
本发明的另一方面提供一种设备，其包括：单一整合主体，其包括皮下部分和终端部分；所述皮下部分包括上述葡萄糖传感电极和参比电极，当皮下部分皮下插入第一受试者的身体中时，这两种电极各自暴露以便接触第一受试者的组织液；并且所述终端部分被配置来与对应装置耦合且包括电连接到葡萄糖传感电极上的第一终端和电连接到参比电极上的第二终端。
本发明的仍另一方面提供一种设备，其包括：单一整合主体，其包括上述葡萄糖传感电极和参比电极，所述单一整合主体还包括被配置来至少临时容纳其中的测试流体的储槽，其中所述葡萄糖传感电极和所述参比电极在所述单一整合主体中排列以使得当所述测试流体容纳在所述储槽中时，所述葡萄糖传感电极和所述参比电极各自被配置来接触所述测试流体。
本发明的又一方面提供一种制造葡萄糖传感电极方法。所述方法包括：提供纳米多孔金属层，其能够使葡萄糖和麦芽糖两者在葡萄糖传感电极中不存在对葡萄糖或麦芽糖有特异性的酶的情况下发生氧化；在纳米多孔铂层上形成聚苯二胺(聚-PD)薄膜，以便聚-PD薄膜允许葡萄糖穿过其中并且阻挡麦芽糖穿过其中。在此，聚-PD薄膜具有允许葡萄糖穿过其中且抑制麦芽糖朝向纳米多孔金属层穿过其中的孔隙度，以使得当相对于参比电极向纳米多孔金属层施加0.2-0.45V的偏置电压时且当聚-PD薄膜接触含有浓度为4-20mM的葡萄糖和浓度为4-20mM的麦芽糖的液体时，由纳米多孔金属层中葡萄糖氧化单独产生的电流高于10nA/mMcm2且还使得由纳米多孔金属层中麦芽糖氧化单独产生的电流低于5nA/mMcm2。
在上述制造葡萄糖传感电极的方法中，形成聚-PD薄膜可包括使用纳米多孔金属层作为用于电化学聚合的电极进行电化学聚合。形成聚-PD薄膜可包括提供包含聚-PD的聚合物层及当聚合物层不具有足以允许葡萄糖穿过其中的孔隙度时调整聚合物层的孔隙度，以使得由纳米多孔金属层中的葡萄糖氧化单独产生的电流低于10nA/mMcm2。调整孔隙度可包括在聚合物层接触酸性溶液时使所述聚合物层经受至少一次电击。形成聚-PD薄膜可包括从含有一定浓度的苯二胺的液体组合物中聚合聚-PD，其中当所述浓度高于预定值时，形成聚-PD薄膜还包括调整聚合物层的孔隙度。调整孔隙度可包括在聚合物层接触酸性溶液时使所述聚合物层经受至少一次电击。
在上述制造葡萄糖传感电极的方法中，形成聚-PD薄膜可包括提供包含聚-PD的聚合物层，而不在聚合物层可具有足以允许葡萄糖穿过其中的孔隙度时进一步调整所述聚合物层的孔隙度，以使得由纳米多孔金属层中的葡萄糖氧化单独产生的电流预计高于10nA/mMcm2。形成聚-PD薄膜可包括从含有一定浓度的苯二胺的液体组合物中聚合聚-PD，其中当所述浓度低于预定值时，所述方法不包括调整聚合物层的孔隙度以形成聚-PD薄膜。
本发明的一方面提供一种葡萄糖传感电极，其包括：导电层；形成于导电层上的纳米多孔金属层；形成于纳米多孔金属层上的电解质离子阻挡层；及形成于电解质离子阻挡层上的生物相容性层。葡萄糖传感电极不包括葡萄糖特异性酶。当接触含有葡萄糖、Na+、K+、Ca2+、Cl-、PO4 3-和CO3 2-的液体时，电解质离子阻挡层被配置来抑制液体中所含的Na+、K+、Ca2 +、Cl-、PO4 3-和CO3 2-向纳米多孔金属层扩散，以使得在电解质离子阻挡层上面与电解质离子阻挡层下面之间存在Na+、K+、Ca2+、Cl-、PO4 3-和CO3 2-的组合浓度的大体不连续性。
在上述葡萄糖传感电极中，当相对于参比电极向其施加0.2-0.45V的偏置电压时，葡萄糖传感电极被配置来使纳米多孔金属层中的葡萄糖发生氧化且被配置来产生电流，所述电流是由葡萄糖氧化单独产生的葡萄糖氧化电流与由液体同葡萄糖传感电极的其它电化学相互作用产生的背景电流的总和，当液体含有浓度为4-20mM(大约72-360mg/dL)的葡萄糖时，在稳态下，葡萄糖氧化电流处在高于10nA/mMcm2的水平下。
在上述葡萄糖传感电极中，在电解质离子阻挡层之下的组合浓度大于在电解质离子阻挡层之上的组合浓度的0％且小于其约10％。在电解质离子阻挡层之下的组合浓度大于在电解质离子阻挡层之上的组合浓度的0％且小于其约5％。电解质离子阻挡层可包括多孔的疏水性聚合物层，其被配置来限制Na+、K+、Ca2+、Cl-、PO4 3-和CO3 2-迁移穿过其中，而不限制葡萄糖分子迁移穿过其中。
在上述葡萄糖传感电极中，电解质离子阻挡层可包含选自由以下组成的组中的至少一种：聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)(PHEMA)和聚(甲基丙烯酸甲酯-共-二甲基丙烯酸乙二醇酯)(PMMA-EG-PMMA)。电解质离子阻挡层可包含选自由以下组成的组中的至少一种：甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸丁酯的共聚物；及由一种或多种单体的聚合获得的聚合物，所述一种或多种单体包括甲基丙烯酸支化或未支化C1-C8烷酯、甲基丙烯酸支化或未支化C1-C8环烷酯、丙烯酸支化或未支化C1-C8烷酯、丙烯酸支化或未支化C1-C8环烷酯、和甲基丙烯酸支化或未支化C1-C8环烷酯，其中所述一种或多种单体选自由以下组成的组：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸己酯、丙烯酸环己酯、和丙烯酸2-乙基己酯。
在上述葡萄糖传感电极中，葡萄糖传感电极可以是连续葡萄糖监测(CGM)电极，其中液体是受试者的体液。电解质离子阻挡层被配置来促进葡萄糖传感电极的调节，以使得葡萄糖传感电极的调节在与受试者体液接触起的30分钟内通过施加0.2-0.45V的偏置电压来完成。当电流的衰减率小于第一预定值时且/或当电流保持小于第二预定值时，葡萄糖传感电极的调节可被认为完成。
葡萄糖传感电极还可包括插入纳米多孔金属层与电解质离子阻挡层之间的麦芽糖阻挡层，其中麦芽糖阻挡层可包含聚苯二胺(聚-PD)。麦芽糖阻挡层可被配置来让葡萄糖穿过其中且大体上阻挡麦芽糖穿过其中，以使得在稳态下所述葡萄糖氧化电流处在高于10nA/mMcm2的水平下，而由麦芽糖氧化单独产生的麦芽糖氧化电流低于5nA/mMcm2。
参比电极可被配置来为施加于葡萄糖传感电极上的偏置电压提供电势的参考水平，而不论在参比电极中是否发生化学实体的还原。在三电极电化学电池中，除参比电极之外，还提供反电极用于其中的化学实体的还原，而在两电极电化学电池中，化学实体的还原发生在参比电极中。
在上述葡萄糖传感电极中，纳米多孔金属层可包括：不规则形主体，其包括局部聚集在一起的许多纳米颗粒和在不规则形主体中的相邻纳米颗粒之间形成的颗粒间间隙，其中纳米颗粒大致呈椭圆形或球形，具有约2nm至约5nm的直径，其中颗粒间间隙具有约0.5nm至约2nm的颗粒间间隙距离。在此，不规则形主体可互连以提供不规则形主体的三维互连网络。不规则形空间可在不规则形主体的相邻部分之间形成且是纳米尺寸或微米尺寸的，且不规则形空间互连以提供不规则形空间的三维互连网络。
本发明的另一方面提供一种传感器设备，其包括：单一整合主体，其包括皮下部分和终端部分；所述皮下部分包括葡萄糖传感电极和参比电极，当皮下部分皮下插入第一受试者的身体中时，这两种电极各自暴露以便接触第一受试者的组织液；并且所述终端部分被配置来与对应装置耦合且包括电连接到葡萄糖传感电极上的第一终端和电连接到参比电极上的第二终端。葡萄糖传感电极可包括上述葡萄糖传感电极的一个或多个特征。
本发明的另一方面提供一种连续葡萄糖监测的方法。所述方法包括：提供传感器设备；将葡萄糖传感电极的皮下部分皮下插入第一受试者的身体中，以便葡萄糖传感电极和参比电极接触第一受试者身体中的组织液；使得相对于参比电极向葡萄糖传感电极施加0.2-0.45V的偏置电压；测量由葡萄糖传感电极产生的电流；使用通过在皮下插入皮下部分和施加偏置电压后少于1小时内测量电流获得的电流值计算葡萄糖水平；及在显示器上呈现介于约4mM与约20mM之间(大约介于约72mg/dL与约360mg/dL之间)范围内的计算出的葡萄糖水平作为第一受试者的葡萄糖水平。葡萄糖传感电极可包括上述葡萄糖传感电极的一个或多个特征。
本发明的又一方面提供一种传感器设备，其包括：衬底；第一电极(或葡萄糖传感电极)，其包括形成于衬底上的第一导电层和形成于第一导电层上的葡萄糖氧化层；第一终端，其形成于衬底上且电连接到第一电极上；第二电极，其包括形成于衬底上的第二导电层；第二终端，其形成于衬底上且电连接到第二电极上；参比电极，其包括形成于衬底上的第三导电层；及第三终端，其形成于衬底上且电连接到参比电极上。
在传感器设备中，当第一电极接触含有葡萄糖和抗坏血酸和对乙酰氨基酚的液体时且当在第一电极与参比电极之间施加足以氧化葡萄糖氧化层中的葡萄糖的第一偏置电压时，第一电极的葡萄糖氧化层被配置来使其中的葡萄糖及抗坏血酸与对乙酰氨基酚中的至少一种发生氧化且还被配置来产生第一电流，所述第一电流包括由葡萄糖氧化产生的葡萄糖组分和由葡萄糖氧化层中的抗坏血酸与对乙酰氨基酚中的至少一种的氧化产生的第一干扰组分。第二电极在设备中排列，以使得当第一电极接触液体时，第二电极也接触同样的液体。第二电极不包括被配置来使其中的葡萄糖发生氧化的层，以使得当在第二电极与参比电极之间施加第二偏置电压时，第二电极被配置来使其中的抗坏血酸与对乙酰氨基酚中的至少一种发生氧化，而不使其中的葡萄糖发生氧化，且进一步被配置来产生第二电流，所述第二电流包括由第二电极中的抗坏血酸与对乙酰氨基酚中的至少一种的氧化产生而非由葡萄糖氧化产生的第二干扰组分。所述设备被配置来在第一终端处提供第一电流且在第二终端处提供第二电流。
上述传感器设备可被配置来提供当其提供第一电流时与第一电流相连接的第二电流。传感器设备可被配置来同时产生第一电流和第二电流。传感器设备可被配置来提供第一电流和第二电流以及指示第一电流和第二电流的产生时间的信息。传感器设备可被配置来提供第二电流以及当其提供第一电流时的第一电流。在上述传感器设备中，第一电流还包括由液体与葡萄糖感测层的其它电化学相互作用产生的第一背景电流，其中第二电流还包括由液体与第二电极的其它电化学相互作用产生的第二背景电流。
在上述传感器设备中，当第一偏置电压介于0.2V与0.32V之间时，葡萄糖氧化层被配置来氧化葡萄糖和抗坏血酸而不氧化对乙酰氨基酚，且第一干扰组分是由抗坏血酸的氧化而非对乙酰氨基酚的氧化产生。当第二偏置电压介于0.2V与0.32V之间时，第二电极被配置来氧化抗坏血酸而不氧化对乙酰氨基酚，且第二干扰组分是由抗坏血酸的氧化而非对乙酰氨基酚的氧化产生。在上述传感器设备中，当第一偏置电压介于0.34V与0.45V之间时，葡萄糖氧化层被配置来氧化葡萄糖、抗坏血酸和对乙酰氨基酚，且第一干扰组分是由抗坏血酸和对乙酰氨基酚的氧化产生。当第二偏置电压介于0.34V与0.45V之间时，第二电极被配置来氧化抗坏血酸而不氧化对乙酰氨基酚，且第二干扰组分是由抗坏血酸和对乙酰氨基酚两者的氧化产生。
在上述传感器设备中，第一电极还可包括包含聚苯二胺(聚-PD)的麦芽糖阻挡层，所述麦芽糖阻挡层形成于葡萄糖氧化层上。当接触含有浓度为4-20mM(大约72-360mg/dL)的葡萄糖的液体时且当施加偏置电压时，麦芽糖阻挡层被配置来让葡萄糖穿过其中且大体上阻挡麦芽糖穿过其中，以使得在稳态下，葡萄糖氧化电流处在高于10nA/mMcm2的水平下，而由麦芽糖氧化单独产生的麦芽糖氧化电流低于5nA/mMcm2。
上述传感器设备可以是连续葡萄糖监测(CGM)电极模块，其包括被配置来皮下接触受试者的体液的皮下部分，其中第一电极、第二电极和参比电极在所述皮下部分中形成。在上述传感器设备中，葡萄糖氧化层可包括纳米多孔金属层，其中第一电极还可包括：形成于纳米多孔金属层上的电解质离子阻挡层和形成于电解质离子阻挡层上的生物相容性层。电解质离子阻挡层可被配置来抑制液体中所含的Na+、K+、Ca2+、Cl-、PO4 3-和CO3 2-向纳米多孔金属层扩散，以使得在电解质离子阻挡层上面与电解质离子阻挡层下面之间存在Na+、K+、Ca2+、Cl-、PO4 3-和CO3 2-的组合浓度的大体不连续性。
在上述传感器设备中，电解质离子阻挡层可包括多孔的疏水性聚合物层，其被配置来限制Na+、K+、Ca2+、Cl-、PO4 3-和CO3 2-迁移穿过其中，而不限制葡萄糖分子迁移穿过其中，其中电解质离子阻挡层可包含选自由以下组成的组中的至少一种：聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)(PHEMA)和聚(甲基丙烯酸甲酯-共-二甲基丙烯酸乙二醇酯)(PMMA-EG-PMMA)。
在上述传感器设备中，电解质离子阻挡层可被配置来促进葡萄糖传感电极的调节，以使得葡萄糖传感电极的调节在接触受试者体液后的30分钟内通过施加0.2-0.45V的偏置电压来完成，其中在满足以下任一者或两者时认为葡萄糖传感电极的调节的完成的：当电流的衰减率小于第一预定值时且当电流保持小于第二预定值时。
上述传感器设备是血糖监测(BGM)电极模块，其包括被配置来接收血液的储槽，其中当在储槽中接收血液时，第一电极、第二电极和参比电极被配置来接触所述血液。第一偏置电压介于0.2V与0.45V之间，其中第二偏置电压与第一偏置电压相同或不同。葡萄糖氧化层可包含纳米多孔金属材料或被配置来氧化葡萄糖的葡萄糖特异性酶。葡萄糖氧化层可包括不规则形主体，所述不规则形主体包括局部聚集在一起的许多纳米颗粒和在不规则形主体中的相邻纳米颗粒之间形成的颗粒间间隙，其中纳米颗粒大致呈椭圆形或球形，具有约2nm至约5nm的直径，其中颗粒间间隙具有约0.5nm至约2nm的颗粒间间隙距离。在此，不规则形主体可互连以提供不规则形主体的三维互连网络。不规则形空间可在不规则形主体的相邻部分之间形成且是纳米尺寸或微米尺寸的，且不规则形空间互连以提供不规则形空间的三维互连网络。
本发明的仍另一方面提供一种系统，其包括：上述传感器设备，其还包括其中排列有第一、第二和第三终端的终端部分；对应设备，其包括第一对应终端、第二对应终端、第三对应终端、电路、和连接到所述电路上的电源；且所述对应设备还包括对应终端部分，所述对应终端部分被配置来连接或接合终端部分。在此，第一、第二和第三对应终端在对应终端部分中排列，以使得当传感器设备的终端部分与对应设备的对应终端部分连接或接合时，第一终端电连接到第一对应终端上，第二终端电连接到第二对应终端上，且第三终端电连接到第三对应终端上。对应设备的电路被配置来在第一对应终端与第三对应终端之间提供第一偏置电压，且对应设备的电路进一步被配置来在第二对应终端与第三对应终端之间提供第二偏置电压。
在上述系统中，对应设备可包括无线通信模块，其被配置来与无线配对的计算装置进行无线通信，所述无线配对的计算装置包括至少一个处理器和至少一个存储器。对应设备可被配置来在第一对应终端处接收第一电流且在第二对应终端处接收第二电流。对应设备可被配置来传输第二电流以及当其传输第一电流时的所述第一电流或当其传输第一电流时与第一电流相连接的第二电流。第一电流可以第一时间戳传输，且第二电流可以第二时间戳传输，其中第一和第二时间戳指示相同的时间。
上述系统还可包括由无线配对的计算装置的至少一个处理器安装和执行的软件。在执行后，软件被配置来进行包括以下步骤的方法：使从所述对应设备上接收到的在一起的或彼此相关联的所述第一电流和所述第二电流存储在所述计算装置的所述至少一个存储器中；处理所述第一电流和所述第二电流以提供指示葡萄糖在所述传感器设备的所述第一电极的所述葡萄糖氧化层中发生氧化的值；及使所述值或其相应信息呈现于所述计算装置的显示器上。
在上述系统中，第一电流与第二电流中的任一者或两者可呈连续信号形式，其中处理第一电流和第二电流可包括处理同时获得的第一电流和第二电流的值。在此，处理值可包括从第一电流中减去第二电流。第一电流与第二电流可相互关联地存储在至少一个存储器中。上述系统还可包括在无线配对的计算装置中安装和执行的软件。在执行后，软件被配置来使用从对应设备接收的第一电流和第二电流进行数据处理以获得传感器设备的第一电极接触的液体中所含的葡萄糖的水平。在此，软件当处理时需要第二电流以获得葡萄糖水平。
在上述系统中，对应设备还可包括至少一个处理器、至少一个存储器、及存储在至少一个存储器中且可由至少一个处理器执行的软件。在执行后，软件被配置来进行包括以下步骤的方法：使从所述感测器设备上接收到的在一起的或彼此相关联的所述第一电流和所述第二电流存储在所述至少一个存储器中；及处理所述第一电流和所述第二电流以提供指示葡萄糖在所述传感器设备的所述第一电极的所述葡萄糖氧化层中发生氧化的值。在此，处理可包括从第一电流中减去第二电流。第一电流与第二电流的任一者或两者可呈连续信号形式，其中处理第一电流和第二电流可包括处理同时获得的第一电流和第二电流值。对应装置还可包括显示器，其中所述方法还可包括使值或其相应信息呈现于显示器上。对应装置还可包括无线通信模块，其被配置来与包括显示器的装置进行无线配对，其中所述方法还可包括使数据传输到无线配对装置以便于值或其相应信息呈现于无线配对装置的显示器上。
本发明的仍另一方面提供一种电化学感测方法。所述方法包括：提供传感器设备，其包括包含能够氧化葡萄糖的葡萄糖氧化层的第一电极、不包含能够氧化葡萄糖的层的第二电极、和参比电极；使第一、第二和参比电极接触含有葡萄糖和抗坏血酸和对乙酰氨基酚的液体；将足以氧化葡萄糖氧化层中的葡萄糖的第一偏置电压施加于第一电极与参比电极之间，以使得葡萄糖和抗坏血酸与对乙酰氨基酚中的至少一种在葡萄糖氧化层中氧化且还使得从第一电极产生第一电流，其中第一电流包括由葡萄糖氧化产生的葡萄糖组分和由抗坏血酸与对乙酰氨基酚中的至少一种的氧化产生的第一干扰组分；将第二偏置电压施加于第二电极与参比电极之间，以使得抗坏血酸与对乙酰氨基酚中的至少一种在第二电极中氧化但葡萄糖没有在其中氧化且还使得从第二电极产生第二电流，其中第二电流包括由抗坏血酸与对乙酰氨基酚中的至少一种在第二电极中的氧化产生的第二干扰组分；及提供第一电流和第二电流用于处理，其中当提供第一电流用于处理时，第二电流也与第一电流相连地提供。
在上述方法中，第一电流与第二电流可在合理的时期内同时或相继产生，其中葡萄糖水平大体上不改变或大于预定耐受水平。可提供第一电流以及指示第一电流的产生时间的信息，其中可提供第二电流以及指示第二电流的产生时间的信息。可提供第二电流以及当提供第一电流时的第一电流。在上述方法中，施加介于0.2V与0.32V之间的第一偏置电压以使葡萄糖氧化层氧化葡萄糖和抗坏血酸而不氧化对乙酰氨基酚，其中第一干扰组分由抗坏血酸的氧化而非对乙酰氨基酚的氧化产生；施加介于0.2V与0.32V之间的第二偏置电压以使第二电极氧化抗坏血酸而不氧化对乙酰氨基酚，其中第二干扰组分由抗坏血酸的氧化而非由对乙酰氨基酚的氧化产生。在替代方案中，施加介于0.34V与0.45V之间的第一偏置电压以使葡萄糖氧化层氧化葡萄糖、抗坏血酸和对乙酰氨基酚，其中第一干扰组分由抗坏血酸和对乙酰氨基酚的氧化产生；施加介于0.34V与0.45V之间的第二偏置电压以使第二电极氧化抗坏血酸和对乙酰氨基酚，其中第二干扰组分由抗坏血酸和对乙酰氨基酚两者的氧化产生。
在上述方法中，传感器设备还可包括形成于葡萄糖氧化层上且包含聚苯二胺(聚-PD)的麦芽糖阻挡层。传感器设备可以是连续葡萄糖监测(CGM)电极模块，其包括被配置来皮下接触受试者体液的皮下部分，其中第一、第二和参比电极在皮下部分中形成，其中使第一、第二和参比电极与液体接触可包括将皮下部分皮下插入到受试者的身体中。葡萄糖氧化层可包括纳米多孔金属层，其中第一电极还可包括：形成于纳米多孔金属层上的电解质离子阻挡层和形成于电解质离子阻挡层上的生物相容性层。电解质离子阻挡层抑制液体中所含的Na+、K+、Ca2+、Cl-、PO4 3-和CO3 2-向纳米多孔金属层扩散，以使得在电解质离子阻挡层上面与电解质离子阻挡层下面之间存在Na+、K+、Ca2+、Cl-、PO4 3-和CO3 2-的组合浓度的大体不连续性。
在上述方法中，传感器设备是包括储槽的血糖监测(BGM)电极模块，其中使第一、第二和参比电极与液体接触可包括在储槽中提供血液样品。葡萄糖氧化层可包括不规则形主体，所述不规则形主体包括局部聚集在一起的许多纳米颗粒和在不规则形主体中的相邻纳米颗粒之间形成的颗粒间间隙，其中纳米颗粒大致呈椭圆形或球形，具有约2nm至约5nm的直径，其中颗粒间间隙具有约0.5nm至约2nm的颗粒间间隙距离。不规则形主体可互连以提供不规则形主体的三维互连网络。不规则形空间可在不规则形主体的相邻部分之间形成且是纳米尺寸或微米尺寸的，且不规则形空间可互连以提供不规则形空间的三维互连网络。
在上述方法中，传感器设备还可包括电连接到第一电极上的第一终端、电连接到第二电极上的第二终端、和电连接到参比电极上的第三终端。传感器设备还可包括其中排列有第一、第二和第三终端的终端部分，其中施加第一偏置电压和第二偏置电压可包括连接对应装置，所述对应装置包括第一对应终端、第二对应终端、第三对应终端、电路、及连接到电路上的电源。对应设备还可包括对应终端部分，用于连接或接合传感器设备的终端部分。第一、第二和第三对应终端可在对应终端部分中排列，以使得当传感器设备的终端部分与对应设备的对应终端部分连接或接合时，第一终端电连接到第一对应终端上，第二终端电连接到第二对应终端上，且第三终端电连接到第三对应终端上。对应设备的电路可提供介于第一对应终端与第三对应终端之间的第一偏置电压；对应设备的电路可提供介于第二对应终端与第三对应终端之间的第二偏置电压。
本发明的仍另一方面提供一种提供或测定葡萄糖水平的方法。所述方法包括：提供存储在至少一个存储器中且可由至少一个处理器执行的软件，所述存储器和处理器提供于传感器设备或另一装置中；用至少一个处理器执行软件以处理第一电流和第二电流以便提供指示葡萄糖在传感器设备的第一电极的葡萄糖氧化层中的氧化的值；及使所述值或其相应信息呈现于传感器设备、其它装置或另一装置中提供的显示器上。
在上述方法中，至少一个存储器和至少一个处理器提供于其它装置中。所述方法还可包括：将第一电流和第二电流传输到其它装置；及在执行之前，使一起或彼此相关联接收的第一电流和第二电流存储在至少一个存储器中。在上述方法中，用第一时间戳传输第一电流，且用第二时间戳传输第二电流，其中第一和第二时间戳指示相同的时间。在上述方法中，第一电流与第二电流的任一者或两者可呈连续信号形式，其中处理第一电流和第二电流可包括处理同时获得的第一电流和第二电流值。在上述方法中，处理可包括从第一电流中减去第二电流。
本发明的仍另一方面提供一种传感器设备，其包括：包括纳米多孔金属层的工作电极；和参比电极；及施加在工作电极与参比电极之间的偏置电压，其中在工作电极中不存在葡萄糖特异性酶。
在传感器设备中，纳米多孔金属层包括不规则形主体，所述不规则形主体包括局部聚集在一起的许多纳米颗粒和在不规则形主体中的相邻纳米颗粒之间形成的颗粒间间隙，且纳米颗粒大致呈椭圆形或球形，具有约2nm至约5nm的直径，其中颗粒间间隙具有约0.5nm至约2nm的颗粒间间隙距离。不规则形主体可互连以提供不规则形主体的三维互连网络。不规则形空间在不规则形主体的相邻部分之间形成且是纳米尺寸或微米尺寸的，且不规则形空间互连以提供不规则形空间的三维互连网络。在传感器设备中，偏置电压被设定为足以使葡萄糖在纳米多孔金属层中氧化，而不足以使对乙酰氨基酚在纳米多孔金属层中氧化，其中偏置电压被设定在约0.20V与约0.32V的范围内。
传感器设备可包括连续葡萄糖监测(CGM)电极模块，其包括被配置来皮下接触受试者体液的皮下部分，其中工作电极和参比电极在皮下部分中形成。工作电极还可包括：形成于纳米多孔金属层上的电解质离子阻挡层；和形成于电解质离子阻挡层上的生物相容性层。电解质离子阻挡层可被配置来抑制液体中所含的Na+、K+、Ca2+、Cl-、PO4 3-和CO3 2-向纳米多孔金属层扩散，以使得在电解质离子阻挡层上面与电解质离子阻挡层下面之间存在Na+、K+、Ca2+、Cl-、PO4 3-和CO3 2-的组合浓度的大体不连续性。电解质离子阻挡层可被配置来促进工作电极的调节，以使得工作电极的调节在与受试者体液接触起的30分钟内通过施加偏置电压来完成。
上述传感器设备还可包括：麦芽糖阻挡层，所述麦芽糖阻挡层包含聚苯二胺(聚-PD)且插入纳米多孔金属层与电解质离子阻挡层之间。当接触含有浓度为4-20mM(大约72-360mg/dL)的麦芽糖和葡萄糖的液体时且当施加偏置电压时，麦芽糖阻挡层被配置来让葡萄糖穿过其中且大体上阻止麦芽糖穿过其中，以使得在稳态下，葡萄糖氧化电流处在高于10nA/mMcm2的水平下，而由麦芽糖氧化单独产生的麦芽糖氧化电流低于5nA/mMcm2。
本发明的仍另一方面提供一种葡萄糖感测方法。所述方法包括：提供上述传感器设备之一；及在工作电极(或葡萄糖传感电极)与参比电极之间在约0.20V与约0.32V范围内的偏置电压。在此，偏置电压的施加使葡萄糖在纳米多孔金属层中发生氧化，以使得由葡萄糖氧化单独产生的葡萄糖氧化电流处在高于10nA/mMcm2的水平下，而偏置电压的施加不使对乙酰氨基酚在纳米多孔金属层中发生充分氧化，以使得由纳米多孔金属层中的对乙酰氨基酚氧化产生的对乙酰氨基酚氧化电流低于5nA/mMcm2。
附图说明
专利或申请文件包括彩色附图。在请求并且支付必要的费用后，带有彩色附图的本专利或专利申请公布的副本将由专利局提供。
图1示出了根据本发明的实施方案的概念性电化学葡萄糖传感系统。
图2示出了根据一个实施方案的酶葡萄糖传感系统的工作电极。
图3示出了根据一个实施方案的非酶传感系统的包括纳米多孔层的工作电极。
图4示出了纳米多孔层的顶部表面和深度。
图5A示出了根据一个实施方案的纳米多孔层的团簇状形态。
图5B是根据一个实施方案的团簇的TEM摄影图像。
图5C是图5B的TEM摄影图像的放大图像。
图5D是根据一个实施方案的纳米多孔层从其顶部采集的SEM摄影图像。
图6A是用于制造根据一个实施方案的团簇状纳米多孔层的流程图。
图6B是用于制造根据另一实施方案的团簇状纳米多孔层的流程图。
图7是示出了不同相的表面活性剂的示例性相图。
图8示出了根据一个实施方案的反胶束相和纳米颗粒-表面活性剂胶体。
图9包括根据一个实施方案的纳米颗粒团簇的TEM摄影图像。
图10A示出了根据一个实施方案的纳米多孔层的非团簇状形态。
图10B是根据一个实施方案在金属表面上形成的纳米多孔层的非团簇状形态的TEM摄影图像。
图11是用于制造根据一个实施方案的非团簇状纳米多孔层的流程图。
图12是用于制造根据一个实施方案的六角形纳米结构的流程图。
图13A示出了根据一个实施方案的六角形排列的形成。
图13B示出了使用液晶相的六角形排列进行的金属沉积。
图14示出了根据一个实施方案制备的纳米颗粒-表面活性剂胶体的粒度分布。
图15示出了根据一个实施方案制备的团簇状胶体的粒度分布。
图16A和16B分别示出了根据实施方案的电极基底和非酶葡萄糖感测工作电极横截面。
图17A-17C是根据实施方案的葡萄糖感测工作电极的SEM照片。
图18是根据实施方案通过PBS中的葡萄糖及其它材料的氧化产生的电流的分布图。
图19是根据实施方案通过人血清中的葡萄糖及其它材料的氧化产生的电流的分布图。
图20是麦芽糖分子的结构式。
图21示出了根据一个实施方案的包括麦芽糖阻挡层的非酶工作电极。
图22示出了根据实施方案在苯二胺的循环伏安电化学聚合期间的氧化电压的扫描。
图23示出了根据一个实施方案进行电休克处理以调整多孔聚合物层的孔隙度的计时电流法设置。
图24是用于制造根据一个实施方案的麦芽糖阻挡层的流程图。
图25-30示出了使用根据实施方案具有麦芽糖阻挡层的葡萄糖传感电极监测的电流，其中电流信号用彩色表示，因为它们不容易在黑白片中看到。
图31示出了根据一个实施方案的CGM工作电极。
图32示出了在根据一个实施方案的电解质离子阻挡层的厚度上的电解质浓度下降。
图33示出了根据一个实施方案的CGM电极单元。
图34是用于制造根据一个实施方案的CGM电极单元的流程图。
图35-37示出了在制造图33的CGM电极的各个阶段中的中间产物的顶视图和横截面视图，其中每个横截面沿着线3501截取且在箭头方向上观察。
图38A和38B示出了根据实施方案分别在形成纳米多孔层和具有功能层的CGM工作电极之后的中间产物的横截面。
图39示出了根据实施方案的一次性葡萄糖感测盒。
图40示出了根据一个实施方案的两电极葡萄糖传感系统。
图41示出了根据一个实施方案的两电极葡萄糖传感系统的CGM电极单元。
图42A是根据一个实施方案通过葡萄糖氧化产生的电流的分布图，其中工作电极不包括电解质离子阻挡层。图42B是图42A的分布图的一部分的放大视图。
图43是根据一个实施方案通过葡萄糖氧化产生的电流的分布图，其中工作电极包括电解质离子阻挡层。
图44是调节有和没有电解质离子阻挡层的工作电极的时间的比较。
图45A、45B和45C是根据一个实施方案的稳压器的照片。
图46是示出使用根据一个实施方案的非酶CGM电极模块进行大鼠葡萄糖水平的CGM监测的图。
图47是根据一个实施方案的非酶CGM电极模块的克拉克误差网格(Clarke ErrorGrid)。
实施方案的详细说明
本公开的主题现将按照一些特定的实施方案和实施例参看附图来更详细地描述和论述，其中示出了一些但非所有本发明的实施方案。相似的数字在通篇中表示相似的元件或部分。本公开的主题可以许多不同的形式体现且不应被视为限于本文所列出的特定实施方案。更确切些，提供这些实施方案以便本公开将满足适用的法律要求。实际上，本公开主题所属领域的技术人员将能想到本公开主题的许多修改和其它实施方案。因此，应理解的是，本公开的主题不应限于所公开的特定实施方案并且修改和其它实施方案意图包括在所附权利要求的范围内。
电化学葡萄糖传感系统
电化学葡萄糖检测
电化学葡萄糖感测测量电解质溶液中的葡萄糖浓度。图1在概念上示出了用于检测测试流体或电解质溶液102中的葡萄糖浓度的电化学葡萄糖传感系统101。系统101包括工作或传感电极103、反电极105和参比电极106，这些电极被连接到稳压器104上且与测试流体102接触。在实施方案中，稳压器包括用作电压源109和电流传感器108的电路。电压源109提供偏置电压，其驱动工作电极103和反电极105处的氧化还原反应。稳压器还包括电路，如运算放大器107，用于维持工作电极103上相对于参比电极106的偏置电压。电流传感器108检测通过涉及测试流体102中所含的葡萄糖的氧化还原反应而产生的电流。
酶葡萄糖传感电极
大多数(不一定全部)电化学葡萄糖传感系统利用葡萄糖特异性酶来进行葡萄糖分子的检测。图2示出了酶葡萄糖传感系统(即酶葡萄糖传感电极)的工作电极103E。术语“葡萄糖传感电极”与“工作电极”在本公开中可互换使用。酶工作电极103E包括导电层110和酶层111。任选地，酶工作电极103E可包括在酶层111上的至少一个功能层112，如图2所示。或者，尽管未示出，但至少一个功能层可位于酶层111与导电层110之间。酶层111含有葡萄糖特异性酶分子115，其是通过固定器113保持在其中。当葡萄糖分子接触葡萄糖特异性酶时，所述酶催化葡萄糖氧化成葡糖酸内酯。来自葡萄糖氧化的电子最终转移到导电层110用于在电化学传感系统101的电路中产生电流。
葡萄糖氧化酶
在一些酶葡萄糖传感系统中，酶工作电极103E包括葡萄糖氧化酶(GOx)。葡萄糖氧化酶115将电子转移到停留在酶附近的分子氧上，且分子氧被还原成过氧化氢。在施加于系统上的适当偏置电压下，导电层110氧化过氧化氢并从中获得电子，由此产生指示测试流体102中的葡萄糖浓度的电流。
葡萄糖脱氢酶
在其它酶葡萄糖传感系统中，酶工作电极103E包括葡萄糖脱氢酶(GDH)。与葡萄糖氧化酶不同，葡萄糖脱氢酶不使用氧且相反将电子转移到称为电子介体的其它相邻化学实体，然后电子介体将来自葡萄糖氧化的电子转移到导电层110。电子介体可包含在酶层111中。或者，电子介体可在酶层111与导电层110之间的隔离层(未示出)中提供。虽然葡萄糖脱氢酶具有对葡萄糖氧化酶敏感的一些优点，但此酶既氧化麦芽糖又氧化葡萄糖，这干扰了葡萄糖浓度的准确感测。
非酶葡萄糖传感电极
非酶电化学葡萄糖传感系统不使用葡萄糖特异性酶或用于检测葡萄糖的任何酶。相反，非酶葡萄糖传感系统具有在无葡萄糖特异性酶的情况下检测葡萄糖的非酶工作电极。在实施方案中，非酶工作电极包括至少一个葡萄糖氧化层，其能够在中等水平的偏置电压下实现葡萄糖分子的氧化。通常，偏置电压越高，越可能在至少一个葡萄糖氧化层中发生葡萄糖的氧化。然而，因为其它化学实体也将在高偏置电压下氧化，所以对偏置电压存在限制。因此，非酶电化学葡萄糖感测依赖于一种材料，该材料在不使测试流体中所含的其它化学实体发生氧化的偏置电压下氧化葡萄糖。
用于非酶葡萄糖传感电极的纳米多孔层
图3示出了非酶工作电极(简称“工作电极”)103NE，其包括导电层110和纳米多孔葡萄糖氧化层(或纳米多孔层)117。在实施方案中，纳米多孔层117包括纳米多孔内部结构，其使、实现或促使葡萄糖在中等偏置电压下发生氧化。当葡萄糖发生氧化时，导电层110从葡萄糖氧化获得电子且在电路中产生电流。电流可通过电流传感器108检测且通过系统的硬件和软件进行解释。任选地，工作电极103NE可包括在纳米多孔层117上或在纳米多孔层117与导电层110(未示出)之间的至少一个功能层112。
导电层-材料
在偏置电压下，图2和图3中的导电层110从葡萄糖氧化反应中获取电子并将它们转移到电流传感器108。在实施方案中，导电层110包括至少一种导电材料或由至少一种导电材料制成并且连接到系统101的电路上。在一些实施方案中，考虑到导电层110的小规模，可用半导电材料代替导电材料。导电层材料的非限制性实例包括铂(Pt)、金(Au)、银(Ag)、钌(Ru)、不锈钢、硅(无定形，多晶和单晶)、导电碳材料，包括石墨、石墨烯、芴、碳纳米管。在所述实施方案中，导电层110不包括葡萄糖氧化层117的纳米多孔内部结构。
导电层-配置
在实施方案中，导电层110可由单层均质材料形成。在替代方案中，导电层110可包括由多个不同材料制成的亚层。在一些实施方案中，导电层110包括顶部亚层和在顶部亚层下的一个或多个亚层。在实施方案中，顶部亚层不含有银、铜、铝或比银、铜或铝更容易氧化的其它导电材料。顶部亚层可能比其它亚层导电性更小。在一些实施方案中，导电层110包括导电碳层作为顶部亚层和银层作为在碳层之下的另一亚层。导电层110具有可根据具体实例而显著不同的厚度。在一些实施方案中，可省略导电层110，且纳米多孔层经由导电线或连接线直接连接到电流传感器上。
反电极
在偏置电压下，在反电极105处发生化学实体的还原。在实施方案中，反电极105包括至少一种导电或半导电材料并且连接到系统101的电路上。在实施方案中，反电极105可由单层均质材料或多层不同材料形成。导电层110的导电或半导电材料也可用于反电极105中，尽管在具体系统的导电层110与反电极105中使用的是不同的材料。
参比电极
参比电极106通过维持传感电极103与参比电极之间的偏置电压来提供电化学传感系统中的稳定性。因此，即使在反电极105处的还原速率与在传感电极103处的氧化速率不同，葡萄糖氧化仍可在传感电极103处继续进行。在一些实施方案中，可省略反电极105，且参比电极106可发挥计数器与参比电极的双重作用。在实施方案中，参比电极106可由单层均质材料或多层不同材料形成。导电层110的导电或半导电材料也可用于参比电极105中，尽管在具体系统的导电层110与参比电极106中使用的是不同的材料。在一些实施方案中，参比电极106可包括在导电或半导电材料层上的盐层。例如，盐层是由氯化银(AgCl)制成或包括氯化银(AgCl)。
电流传感器
电流传感器108测量从工作电极103流出的电流。电流传感器108可用安培法检测在特定时间点流动的电流。在替代方案中，电流传感器108可以是电量测量装置。
测试流体
在实施方案中，测试流体是人或动物的生物流体，但不限于此。在一些实施方案中，测试流体是液体混合物，其包含生物流体和添加到生物流体中的至少一种额外物质。生物流体包括但不限于例如血液、组织液、脑脊液、淋巴液或尿液。在一些实施方案中，测试流体包括为实验准备的非生物液体。
偏置电压
在工作电极103NE与参比电极106之间施加的偏置电压是或约是0.10、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.20、0.21、0.22、0.23、0.24、0.25、0.26、0.27、0.28、0.29、0.30、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39、0.40、0.41、0.42、0.43、0.44、0.45或0.46V。在实施方案中，所施加的偏置电压可在通过选择前一句中所列的任何两个数字(两个电压值)所形成的范围内，例如，介于约0.20V与约0.30V之间、介于约0.30V与约0.40V之间、介于约0.28V与约0.40V之间、介于约0.30V与约0.38V之间、介于约0.28V与约0.36V之间等等。
纳米多孔层
纳米多孔层
工作电极103NE的纳米多孔层117包括纳米尺寸的内部结构，如腔、空间和开口(统称为“纳米孔(nano-pores)”或“纳米孔(nanopores)”)。在实施方案中，纳米多孔层117的纳米孔实现或促进葡萄糖的氧化，且可基于由葡萄糖氧化产生的电流来测量葡萄糖浓度。尽管本发明的任何方面不受任何理论或观念的约束，但可以设想，当葡萄糖分子进入纳米孔并且比电极的非多孔表面更频繁且更久地接触纳米多孔层117中的内表面时，葡萄糖发生氧化。
无酶且无电子介体
在并入纳米多孔层117后，可提供无葡萄糖特异性酶的工作电极103NE，这需要比纳米多孔层117的固态材料更复杂的制造工艺且稳定性更小。此外，酶传感电极103NE可在无电子介体的情况下操作，所述电子介体促进不同材料之间的电子转移。在实施方案中，工作电极103NE既不包括酶，又不包括电子介体。
纳米多孔层的材料
在一些实施方案中，纳米多孔层117是由以下制成或包括但不限于以下：铂(Pt)、金(Au)、钯(Pd)、铑(Rh)、钛(Ti)、钌(Ru)、锡(Sn)、镍(Ni)、铜(Cu)、铟(In)、铊(Tl)、锆(Zr)、铱(Ir)或上述元素的氧化物。在其它实施方案中，纳米多孔层117是由以下制成或包括以下：在前一句中列出的两种或更多种金属元素的合金材料，包括但不限于Pt-Ir、Pt-Ru、Pt-Pd。
粗糙度系数定义
粗糙度系数或粗糙度是物体的实际表面积与几何表面积的比率。在此，几何表面积是指物体的投影面积，它被投射到平面上，而不考虑物体内的内表面。实际表面积是指考虑内表面的总表面积。参看图4，例如，如果纳米多孔层117呈矩形方块，具有高度或深度118和顶部矩形119，纳米多孔层的投影面积或几何表面积是暴露于外部的顶部矩形的面积。纳米多孔层的实际表面积可例如使用公知的循环伏安技术用电化学方法测量，所述循环伏安技术检测来自实际表面上的质子吸附的电流。
纳米多孔层的粗糙度系数
粗糙度系数值表示纳米多孔层117内的内部孔隙的总量。纳米多孔层117的粗糙度系数可与纳米多孔层117对葡萄糖氧化的敏感性有关。通常，粗糙度系数越高，可能发生更多的葡萄糖氧化。纳米多孔层117的粗糙度系数是或约是100、200、300、400、500、600、700、800、900、100、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、1800、1900、2000、2100、2200、2300、2400或2500。在实施方案中，粗糙度系数可在通过选择前一句中所列的任何两个数字(两个粗糙度系数值)而形成的范围内，例如，介于约100与约2500之间、介于约750与约1250之间或介于约850与约1150之间。
纳米多孔层的厚度
粗糙度系数值不表示纳米多孔材料在其单位体积内的孔隙度或密度水平，而该值可表示内部孔隙的总量。因此，视纳米多孔材料的孔隙度水平而定，在实施方案中，可调整纳米多孔层的厚度以达到粗糙度系数的目标值。在实施方案中，纳米多孔层117的厚度可为约0.03、0.05、0.1、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9和10μm。在一些实施方案中，厚度可在通过选择前一句中所列的任何两个数字(两个厚度值)而形成的范围内，例如，介于约0.05μm(50nm)与约10μm之间、介于约0.5μm与约8μm之间或介于约2μm与约7μm之间。
形态
纳米多孔层117在每个特定的制造下可具有不同的内部形态。在一些实施方案中，纳米多孔层117可包括以下或由以下制成：沉积在一起在其自身中形成纳米孔(颗粒间纳米孔)的纳米颗粒。在其它实施方案中，纳米多孔层117可包括以下或由以下制成：沉积在一起的纳米颗粒的团簇，所述纳米颗粒在团簇内形成颗粒间纳米孔且还在团簇中形成空间(团簇间间隙或空间)。在其它实施方案中，纳米多孔层117可包括以下或由以下制成：其中包括纳米孔的纳米结构如六角形结构的特定形状的重复。而且，在每个特定制造中，纳米多孔层117可具有不同的孔隙度水平和每单位体积不同的粗糙度系数值。
制造纳米多孔层
纳米多孔层117可使用含有金属离子和表面活性剂的液体组合物来制备。在实施方案中，纳米多孔层的不同形态可使用表面活性剂的不同相来形成。胶束相、反胶束相、液晶相或表面活性剂的另一相可用于产生特定形态的纳米多孔层。在这些不同的相中，金属离子在表面活性剂的亲水性部分的旁边排成一行或局部集中。液体组合物中定位的金属离子经受还原和沉积于表面上的额外过程以提供具有不同形态的纳米多孔层117。
团簇状纳米多孔层
团簇状形态
图5A是在衬底129上具有团簇状形态的纳米多孔层120的垂直横截面的图解。在纳米尺寸的实际情况中，衬底129的顶部表面可能没有图示的那么平整，且可能是凹凸不平的。在团簇状形态120中，许多纳米颗粒121聚集在一起且形成不规则形团簇125。为了便于图解，在不同的团簇125中使用不同的阴影或阴影线。这些不规则形团簇125不规则地堆叠在一起以形成纳米多孔层。图5B是一些团簇125在沉积形成纳米多孔层之前的透射电子显微镜(TEM)摄影图像。图5C是图5B的环形部分的放大图像。图5D是取自纳米多孔层的顶部的具有团簇状形态的纳米多孔层的扫描电子显微镜(SEM)摄影图像。
团簇状形态的孔隙和空间
在不规则形团簇125的不规则堆叠下，相邻团簇在它们之间形成团簇间间隙或空间127。这些团簇间间隙127可为纳米尺寸和微米尺寸。在本公开中，纳米尺寸意指大于1nm且小于100nm，而微米尺寸意指大于100nm且小于100μm。每一团簇125包括以下或由以下制成：大致呈球形或椭圆形的纳米颗粒121。在各团簇中，单独的纳米颗粒通常彼此分离且在其间形成小间隙123。该小间隙是纳米尺寸的且称为颗粒间纳米孔123。在实施方案中，颗粒间纳米孔遍布于团簇中。在实施方案中，颗粒间纳米孔在各团簇内形成互连或网络化的通道。图5A和5D示出了在各团簇125中的这些颗粒间纳米孔123。
形成团簇间间隙/空间
在实施方案中，为了产生团簇状形态，首先制备呈液体中的悬浮液形式的不规则形团簇125。然后将悬浮液分配于衬底129上，使衬底129经受干燥。当液体变干时，团簇会自发地沉积在衬底和其它团簇上。干燥时不可向团簇施加外力。因此，团簇在沉积时没有被压紧。当团簇沉积并且彼此堆叠时，各团簇可接触衬底表面或相邻的团簇。干燥完成之后，团簇邻接或接触相邻或邻近的团簇。沉积的团簇经由邻接和接触互连或整合在一起。由于单独的团簇的不规则形状，在相邻的团簇之间形成不规则形间隙和空间，其中间隙和空间界定沉积的团簇的不规则形状，就好像沉积的团簇的表面和轮廓是由不规则形间隙和空间包围一般。不规则形间隙和空间被称为团簇间间隙或空间127。
团簇和团簇间间隙的分布
在实施方案中，不规则形团簇主体125分布遍及纳米多孔层117的团簇状形态120中。不规则形团簇主体125经由邻接互连，这意味着这些团簇主体接触自身并且形成通常遍及纳米多孔层117中的团簇主体的三维网络。团簇间间隙127界定并包围不规则形团簇主体的表面并且自身互连以形成遍及纳米多孔层117中的三维互连或网络化通道。团簇间间隙和空间127从顶部(未示出)至底部(在衬底129上或紧邻衬底129上)良好地分布遍及纳米多孔层117。不规则形团簇状主体的三维网络与不规则形间隙的三维网络在三维上互补以形成高度网络化的三维网格结构。团簇主体和通道的三维网络可类似于海绵的三维内部形状，例外的是颗粒间间隙和空间被网络化在一起遍布纳米多孔层117中。
纳米颗粒和颗粒间纳米孔的分布
鉴于各团簇是以许多纳米颗粒121和颗粒间纳米孔123形成，纳米颗粒121和颗粒间纳米孔123通常分布遍及纳米多孔层117。因此，颗粒间纳米孔123在各团簇内互连且与其它团簇的颗粒间纳米孔互连，这些其它团簇通常经由团簇之间的邻接中的颗粒间纳米孔且经由遍布纳米多孔层117互连的团簇间间隙127分布遍及纳米多孔层117中。
用于葡萄糖扩散的团簇间间隙/空间
在实施方案中，团簇间间隙127的互连提供用于葡萄糖分子(0.7-0.8nm长)在纳米多孔层117内扩散的网络化通道。应理解，葡萄糖氧化主要发生在纳米尺寸的颗粒间纳米孔中，而非微米尺寸的空间中。由于团簇间间隙127网络化或互连遍及纳米多孔层117，因此葡萄糖分子可经由团簇间空间到达纳米多孔层117中的几乎任何地方，考虑到葡萄糖分子的尺寸，所述团簇间空间是大规模的。并且，由于团簇间间隙127与颗粒间纳米孔123之间互连良好，因此在纳米多孔层117中任何位置的颗粒间纳米孔123都可能暴露并开放用于葡萄糖氧化。因此，相比在无这种由团簇间间隙形成的互连通道的纳米多孔层，团簇间间隙的三维互连或网络化通道可以提供更多的葡萄糖氧化，即葡萄糖氧化的更强信号(更高电流)。
两种类型的颗粒和两种类型的孔隙
如所论述，团簇状形态120包括两种不同类型的颗粒，它们限定了两种不同类型的孔隙。就颗粒而言，一种是纳米颗粒121，且另一种是由纳米颗粒121构成的团簇125。就孔隙而言，一种是团簇125内的纳米颗粒121之间的颗粒间纳米孔123，且另一种是团簇125之间的团簇间间隙127。
纳米颗粒的团簇
图5B的TEM摄影图像示出了不规则形的团簇。各团簇中的纳米颗粒121的数目可以广泛变化，且团簇125的尺寸可相应地改变。在团簇状形态中，一些团簇125是纳米尺寸的(小于100nm)，而其它则是微米尺寸的(100nm至100μm)。团簇125具有以下的长度或直径：约20、40、60、80、100、120、140、160、180、200、220、240、260、280、300、320、340、360、380、400、420、440、460、480、500、520、540、560、580、600、620、640、660、680或700nm。在实施方案中，团簇125的长度或直径可在通过选择前一句中所列的任何两个数字(两个长度或直径值)形成的范围内，例如，介于约20nm与约300nm之间、或介于约60nm与约240nm之间。团簇125可具有以下平均直径或长度：约50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、280或300nm。在实施方案中，团簇125的平均直径可在通过选择前一句中所列的任何两个数字形成的范围内，例如，介于约100nm与约220nm之间。
纳米颗粒
图5C的TEM摄影图像示出了在单一团簇中的纳米颗粒。团簇中的纳米颗粒121是离散的且大致呈球形(球样)或椭圆形(卵样)，但不限于此。纳米颗粒121具有以下直径：约1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0或6.5。在实施方案中，直径可在通过选择前一句中所列的任何两个数字(两个直径值)形成的范围内，例如，介于约2nm与约5nm之间。纳米颗粒121可具有以下平均直径：约2.0、2.25、2.5、2.75、3.0、3.25、3.5、3.75或4.0。在实施方案中，纳米颗粒121的平均直径可在通过选择前一句中所列的任何两个数字形成的范围内，例如，介于约2.5nm与约4.0nm之间、介于约2.75nm与约3.75nm之间、或介于约2.25nm与约3.5nm之间。在实施方案中，具有2-5nm的平均直径的纳米颗粒遍布于纳米多孔层117中。
颗粒间纳米孔
图5C的TEM摄影图像还示出了在团簇中的纳米颗粒之间的颗粒间纳米孔。颗粒间纳米孔在团簇内成网络化且互连。颗粒间间隙或纳米孔123在同一团簇内的两个紧邻纳米颗粒之间具有颗粒间间隙距离。颗粒间间隙距离为约0.25、0.5、0.75、1.0、1.25、1.5、1.75、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0或4.5nm。在实施方案中，颗粒间间隙距离可在通过选择前一句中所列的任何两个数字(两个距离值)而形成的范围内，例如，介于约0.5nm与约4.5nm之间、或介于约1.5nm与约4.0nm之间。颗粒间纳米孔123可具有以下平均颗粒间间隙距离：约0.5、0.75、1.0、1.25、1.5、1.75、2.0、2.25、2.5、2.75、3.0或3.5nm。在实施方案中，纳米孔123的平均颗粒间间隙距离可在通过选择前一句中所列的任何两个数字形成的范围内，例如，介于约0.75nm与约1.5nm之间、或介于约1.0nm与约2.5nm之间。在实施方案中，具有1-2.5nm的平均颗粒间间隙距离的颗粒间纳米孔123遍布于纳米多孔层117中。
团簇间间隙/空间
图5D的SEM摄影图像示出了从纳米多孔层的顶部可以看到的网络化团簇间间隙的开口。虽然三维形状没有很好地呈现在图5D的二维图像中，但纳米多孔层的顶部表面包括了由堆叠的团簇形成的山谷和山丘。在纳米多孔层内，山谷和山丘形成了团簇间间隙。团簇间间隙或空间呈不规则形状。团簇间间隙127是纳米尺寸至微米尺寸。团簇间间隙127具有以下团簇间间隙距离：约25、50、75、100、125、150、175、200、225、250、275、300、325、350、375、400、425、450、475、500、525、550、575、600、625、650、675或700nm。在实施方案中，团簇间间隙距离可在通过选择前一句中所列的任何两个数字形成的范围内，例如，介于约100nm与约1000nm之间。团簇间间隙127具有以下平均团簇间间隙距离：约100、150、200、250、300、350、400、450或500nm。在实施方案中，平均团簇间间隙距离可在通过选择前一句中所列的任何两个数字形成的范围内，例如，介于约150nm与约400nm之间。
制造团簇状纳米多孔层
全过程
在实施方案中，可使用表面活性剂的各向同性反胶束相(或“反胶束相”)制备具有团簇状形态的纳米多孔层。参看图6A，在步骤601中，用金属离子来源和表面活性剂在反胶束相中制备含水液体组合物。金属离子局部集中在单独的反胶束的亲水性空间内。随后在步骤603中，添加还原剂到反胶束相中以形成分散在含有表面活性剂的液体组合物中的金属纳米颗粒(“纳米颗粒胶体”或“纳米颗粒-表面活性剂胶体”)。随后在步骤605中，从纳米颗粒-表面活性剂胶体中除去表面活性剂，并收集分散在液体中的纳米颗粒团簇(“团簇胶体”或“团簇-液体胶体”)。任选地在步骤607中，将所收集的团簇胶体与非表面活性剂液体混合。在步骤609中，将团簇胶体例如通过印刷技术而不使用电镀分配于表面上。随后在步骤611中，液体变干，从而在表面129上形成纳米多孔层117。
表面活性剂
表面活性剂是在单分子中具有亲水性头部(或亲水性部分)和疏水性尾部(疏水性部分)的两亲性有机化合物。表面活性剂可根据浓度和温度在水中形成不同的结构或相。图7是示出了包括以下不同相的表面活性剂的示例性相图：胶束相131、六角相133、层状相135和两个胶束相137。
制备各向同性反胶束相
在步骤601中，用含有表面活性剂、金属离子和水的含水液体组合物制备各向同性反胶束相。如图8中的概念图所示，反胶束相包括由表面活性剂分子形成的反胶束141。每个反胶束141都包括亲水性核心143，该亲水性核心周围环绕有从亲水性核心辐射出的疏水性尾部。亲水性核心143包括液体组合物的亲水性组分，即水和金属离子。因此，金属离子局部集中在反胶束的亲水性核心143内。
表面活性剂的实例
表面活性剂选自可在用于处理的适当条件下形成各向同性反胶束相的那些表面活性剂。在一些实施方案中，使用非离子型表面活性剂，但不限于此。表面活性剂的非限制性实例包括烷基苯磺酸盐、烷基糖苷、烷基硫酸盐、羧酸盐、羧酸酯、Cetomacrogol 1000TM、十八醇十六醇、十六醇、椰油酰胺DEA、椰油酰胺MEA、癸基糖苷、癸基多聚葡萄糖、椰油酰基二乙酸二钠、乙氧基化脂肪醇、单硬脂酸甘油酯、脂肪酸的乙二醇酯、IGEPAL CA-630TM、异鲸蜡醇聚醚-20、月桂基糖苷、麦芽糖苷、甘油一月桂酸酯、抗霉枯草菌素、萘磺酸盐、小范围乙氧基化物、Nonidet P-40TM、壬苯醇醚-9、壬苯醇醚、NP-40TM、辛二醇十二烷基醚、N-辛基β-D-硫代吡喃葡萄糖苷、辛基葡糖苷、油醇、PEG-10向日葵甘油酯、五甘醇单十二烷基醚、聚多卡醇、泊洛沙姆、泊洛沙姆407、聚乙氧基化牛脂胺、聚乙二醇酯、聚甘油蓖麻醇酯、聚氧乙烯脂肪酸酰胺、聚氧乙烯表面活性剂、聚山梨醇酯、聚山梨醇酯20、聚山梨醇酯80、山梨醇酐、山梨醇酐单月桂酸酯、山梨醇酐单硬脂酸酯、山梨醇酐三硬脂酸酯、十八醇、表面活性素、硫酸化链烷醇酰胺、磺酸盐、Triton X-100TM和Tween 80TM。相关领域中的熟练技术人员将理解构成合理条件的要素。
反胶束相的条件
在选择表面活性剂之后，对其浓度和温度进行调整以形成各向同性反胶束相。表面活性剂的浓度和温度可以参考表面活性剂的相图来确定。当相图不可用时，可能需要使用已知的实验室技术和操作进行一些实验来找出适当的浓度和温度。例如，当Triton X-100TM用于表面活性剂时，10-60wt％的浓度和40-80℃的温度可提供反胶束相。
金属离子的来源
选择对应于用于纳米多孔层的金属或合金的一个或多个金属离子用于液体组合物。金属离子是以含有离子金属的化合物如酸、碱或盐的形式添加。金属来源化合物的非限制性实例包括H2PtCl6、H2Pt(OH)6、H2PtCl2(OH)4、H2Pt(SO4)(OH)4、PtCl4、K2PtCl6、PdCl2和TiCl4。
金属离子的浓度
金属离子的浓度也被调整为最佳性能。当浓度过低时，不能形成纳米颗粒。当浓度过高时，可影响表面活性剂的反胶束相的形成或稳定性。金属离子的浓度为约0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.009、0.01、0.012、0.014、0.016、0.018、0.02、0.022、0.024、0.026、0.028、0.03、0.032、0.034、0.036、0.038、0.04、0.042、0.044、0.046、0.048、0.05、0.055、0.06、0.065、0.07、0.075、0.08、0.085、0.09、0.095或0.1M。在实施方案中，浓度可在通过选择前一句中所列的任何两个数字(两个摩尔浓度值)而形成的范围内，例如，介于约0.01与约0.03M之间、介于约0.02与0.03M之间等等。在适当的浓度范围内，已观察到浓度水平影响纳米颗粒的形成速度。
与镀浴不同
在步骤601中制备的反胶束相不是用于电镀的镀浴组合物。与在镀浴中不同，可能不需要金属螯合剂。
形成纳米颗粒
在步骤603中，将还原剂与含水液体组合物在反胶束相中混合。当还原剂进入反胶束141的亲水性核心143中时，其在亲水性核心143内将金属离子还原成金属原子。因为金属离子局部集中在亲水性核心143内，所以金属原子最初仍留在亲水性核心143内。每个亲水性核心143内的金属原子凝聚在一起，且生长形成金属纳米颗粒。一个金属纳米颗粒可由一个反胶束生长而来，但不限于此。所得的金属纳米颗粒通常不带电，即呈中性。然而，一些纳米颗粒可能在其表面上稍微带正电。到目前为止，还没有施加电力来形成金属纳米颗粒。
纳米颗粒胶体
将纳米颗粒分散在液体中以提供纳米颗粒胶体。图8从概念上示出了所得的纳米颗粒胶体。在金属离子还原和纳米颗粒生长的过程中，一些反胶束断裂或破裂，且因此，来自那些破裂的反胶束的纳米颗粒可分散到疏水性空间中。那些纳米颗粒151中的一些可以自由地漂浮在反胶束的亲水性核心外的所得的胶体组合物中。一些其它纳米颗粒153可被反胶束的亲水性核心外的表面活性剂分子的亲水性头部所包围或结合。一些纳米颗粒155留在反胶束141内。总体上，在所得的纳米颗粒胶体中，固体纳米颗粒151、153、155被分散在包含反胶束141、水和表面活性剂分子的液体组合物中。因为纳米颗粒151、153、155在纳米颗粒胶体组合物中显著地彼此分离，所以纳米颗粒不太可能聚集并生长成更大的颗粒。
还原剂
还原剂是可向纳米颗粒胶体中所含的金属离子贡献一个或多个电子的化学实体。还原剂是用于进入反胶束的亲水性核心中的亲水性化合物。亲水性还原剂的非限制性实例包括抗坏血酸、乙酸、甲醛、柠檬酸、羟胺、次磷酸盐等。
还原剂的量
亲水性还原剂以足以还原其中所含的金属离子的量添加到纳米颗粒胶体中。在一些实施方案中，还原剂以过量添加，该量大体上多于用于还原纳米颗粒胶体中所含的总金属离子的化学计算量。在此，“大体上多于”意指多于20、40、60、80、100、120、140、160、180、200、250、300或400％。
搅拌
在添加还原剂之时和/或之后，可搅拌混合物以促进还原剂的分布。搅拌可以促进还原剂进入反胶束的亲水性空间中。因此，可减少金属离子在亲水性空间中完全还原的时间。搅拌可以连续或间歇地进行。在实施方案中，进行搅拌持续介于1小时与10小时之间的时间。
除去表面活性剂且形成团簇
在步骤605中，表面活性剂被大体上从纳米颗粒胶体组合物中除去以形成纳米颗粒团簇。在纳米颗粒胶体中，表面活性剂可使单独的纳米颗粒稳定，且因此当存在大量表面活性剂时，纳米颗粒不能聚集在一起。为了从纳米颗粒上除去表面活性剂，使纳米颗粒胶体经受离心。离心之后，大部分纳米颗粒沉淀在底部部分中，且表面活性剂分子可处于上清液和底部部分中。将上清液与含有大部分纳米颗粒的底部部分分离。在实施方案中，液体可添加到分离的纳米颗粒中以稀释所收集的底部部分中的表面活性剂。添加到纳米颗粒中的液体可以是水或水溶液，其可为酸性或碱性溶液，但不限于此。可重复以下步骤多次以收集其中表面活性剂被大体上除去的纳米颗粒：离心、收集底部部分及添加液体。
表面活性剂与纳米颗粒之间的化学键
取决于表面活性剂，一些纳米颗粒与一些表面活性剂分子的亲水性头部之间具有强化学键。具有带负电的亲水性头部的表面活性剂分子可与纳米颗粒表面形成配位键。并且，如果表面活性剂分子具有富电子的亲水性头部(即使它们不带电)，那么它们可与纳米颗粒表面形成配位键。当使用这种表面活性剂时，必须破坏化学键以便从纳米颗粒胶体上除去表面活性剂。
打破化学键
在一些实施方案中，在图6B的步骤604中，在步骤603中形成纳米颗粒之后并且离心之前，将酸性或碱性溶液添加到纳米颗粒-表面活性剂胶体中。所添加的溶液的酸或碱使发生化学反应，使得表面活性剂与纳米颗粒之间的配位键断裂，从而释放纳米颗粒。例如，来自酸的质子可与带负电的或富电子的表面活性剂头部键合以便释放纳米颗粒。随后的离心及底部部分的收集将从表面活性剂分子中释放的纳米颗粒分离。在实施方案中，添加酸性或碱性溶液可在离心之前进行至少一次。在一些实施方案中，添加酸性或碱性溶液可在每次离心之前进行。在实施方案中，酸和碱可在离心之后用水或其它溶剂洗涤。
酸性或碱性溶液
在实施方案中，鉴于表面活性剂来选择酸或碱以使得表面活性剂分子有效地与纳米颗粒处分开。在实施方案中，酸性溶液具有低于约3的pH值，但不限于此。例如，用于酸性溶液的酸的非限制性实例包括HCl、HNO3、H2SO4、HClO4等。在实施方案中，碱性溶液具有高于约10的pH值，但不限于此。例如，用于碱性溶液的碱的非限制性实例包括NaOH、KOH、Ca(OH)2等。
团簇状胶体
在用于除去表面活性剂和收集纳米颗粒的过程之后或过程中，纳米颗粒倾向于聚集在一起或凝聚以形成纳米颗粒团簇。在液体中，团簇分散以形成团簇胶体。每个团簇包括以下且由以下构成：彼此相互作用以形成更大主体的金属纳米颗粒。团簇中的单独的纳米颗粒很可能是电中性的。虽然本发明不受任何理论或观念的约束，但据信质子、氢氧化物及其它带电电解质可键合至纳米颗粒表面并且这些电解质与相邻纳米颗粒的离子相互作用可将相邻纳米颗粒保持在一起以形成团簇。实际上，团簇胶体的液体含有大量来源于金属离子来源的电解质和在先前制备步骤中使用的酸性或碱性溶液，尽管表面活性剂分子被大体上除去。
团簇和纳米颗粒
图9提供了来自团簇状胶体的稀释样品的纳米颗粒团簇的TEM摄影图像。图9中的两个图像也见于图5B和5C中。在这些图像中，团簇不具有规则形状且长度为约30至约500nm。在团簇中的纳米颗粒121是离散的且大致呈球形或椭圆形，且具有约2-3nm的直径。在邻近或相邻的纳米颗粒121之间存在颗粒间间隙125，间隙距离为约1-2nm。这些颗粒间纳米孔125主要负责在具有团簇状纳米多孔层的葡萄糖传感电极中的葡萄糖氧化。
离心
离心可在介于3000与5000rpm之间的转速下进行。离心可持续介于3与15分钟之间的时间。离心之后，除去上清液，并且收集含有纳米颗粒的底部部分。将液体添加到所收集的底部部分中以稀释其中含有的表面活性剂。可重复以下操作三次，例如三次或更多次：离心、收集底部部分及添加液体。
大体上除去的表面活性剂
经过多次离心处理，大体上除去表面活性剂。在所得的团簇胶体中，表面活性剂的浓度显著降低，但它不能被完全除去。起初，反胶束相含有约10至约60wt的表面活性剂。所得的团簇胶体可能根本不含表面活性剂。实际上，所得的团簇胶体大体上不含表面活性剂。在所得的团簇胶体中或在底部部分的最终收集物中剩余的表面活性剂以100重量份纳米颗粒计可大于0.0001重量份且以100重量份纳米颗粒计可小于约0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4或2.6重量份。在实施方案中，剩余表面活性剂以100重量份纳米颗粒计的量可小于约0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.2、0.3、0.4或0.5重量份。
纳米颗粒在团簇状胶体中的浓度
在多次离心处理之后，在底部部分的最终收集物中的纳米颗粒(作为团簇的一部分和自由纳米颗粒)总量可为约10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39或40wt％。在实施方案中，浓度可在通过选择前一句中所列的任何两个数字而形成的范围内，例如，介于约20与约30wt％之间、介于约15与25％之间等等。
储存团簇胶体
团簇分散在团簇胶体中持续延长的时间，例如，长于一周或一个月，而没有任何处理。在制备之后和后续处理之前，团簇胶体可储存在容器中一段时间。一旦制备，团簇胶体便可需要销售和运输，以供其他人或在其它地点进行处理。为了在更长的时间内保持胶体性质，可在底部部分的最终收集之后调整纳米颗粒的浓度。在实施方案中，在有或没有调整浓度的情况下，底部部分的最终收集物中的团簇胶体可在容器中储存或运输。
调整浓度以供分配
在步骤607中，所收集的团簇状胶体可以储存一段时间，用或不用溶剂稀释。稀释可能是为了调整团簇在团簇胶体中的浓度，以便进行后续处理，例如分配。溶剂可以是水或有机化合物。可以添加一种或多种加成化合物。通过稀释，纳米颗粒或团簇的浓度被调整为约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3、3.1、3,2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、11、12、13、14或15wt％。在实施方案中，纳米颗粒或团簇的浓度可在通过选择前一句中所列的任何两个数字形成的范围内，例如，介于约0.5与约2wt％之间、介于约1与约3wt％之间等等。稀释之后，剩余表面活性剂可以少于约0.1、0.2、0.4、0.6、0.8 1、1.2、1.4、1.6、1.8或2wt％。
分配团簇胶体
在步骤609中，将团簇胶体分配于衬底129上用于产生纳米多孔层，同时维持其胶体性质。可利用各种分配技术来分配团簇胶体。可控制分配以形成某一厚度的所分配团簇胶体或在随后的干燥之后提供适当厚度的所得纳米多孔层。在替代方案中，可控制分配以提供所得纳米多孔层的适当粗糙度系数值。
下层衬底
可将团簇胶体施加于由任何材料制成的衬底上。在葡萄糖传感电极的实施方案中，可将团簇胶体施加于如上所论述的导电层110的导电或半导电表面上。在一些实施方案中，衬底包括两个或更多个导电层。
干燥液体以形成团簇状纳米多孔层
在步骤611中，使所分配的团簇胶体经受用于干燥液体的条件。一旦分配，纳米颗粒团簇便漂浮在液体中且在水平和垂直方向上自由移动。随着液体变干，团簇胶体的高度降低。随着液体继续变干，团簇开始在下层衬底129与团簇胶体顶部之间的垂直方向和水平方向上接触相邻团簇。团簇的移动性变得显著受限。一段时间后，液面变得低于位于顶部或靠近顶部的团簇。一旦干燥完成，纳米颗粒团簇便沉积在衬底129上，形成具有团簇状形态120的纳米多孔层，如图5A中所示。
纳米多孔层的厚度
所得的纳米多孔层具有以下厚度：约0.4、0.6、0.8、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30μm。在实施方案中，厚度可在通过选择前一句中所列的任何两个数字形成的范围内，例如，介于约1μm与约10nm之间。
不洗涤纳米多孔层
所得的纳米多孔层不需要用水或其它液体洗涤。在实施方案中，在干燥之后，根本没有用水或其它液体洗涤呈团簇状形态的所得的纳米多孔层。在实施方案中，纳米多孔层不接触液体，除非在用于将一个层添加到纳米多孔层上的后续处理中。
产率–金属的回收
如果将过量的还原剂添加到纳米颗粒胶体中，那么其中的大部分金属离子被还原以形成金属原子，它们凝集以形成纳米颗粒。除去表面活性剂的后续处理也收集了呈团簇的大部分纳米颗粒。因此，添加到上述过程中的大部分金属离子最终以纳米颗粒团簇形式收集且沉积在所得的纳米多孔层117中。在实施方案中，超过89、90、91、92、93、94、95、96、97或98％的输入金属离子在分配之前以纳米颗粒团簇形式收集。
批量生产
纳米多孔层117可通过在衬底129上打印团簇胶体来批量生产。打印团簇胶体只需要一到两秒钟。干燥液体耗费的时间更长，但干燥的空间大。在实施方案中，提供许多单独的衬底，且可在每个单独的衬底上进行打印。然后，对每个打印的衬底进行干燥以形成纳米多孔层。或者，在单个衬底上用团簇胶体打印多个区域，随后可以将单个衬底切成多个块，每个块包括打印区域。可在切割之前干燥单个衬底。
无电镀或不施加电力
在整个过程中，没有使用电镀来形成纳米多孔层的团簇状形态。此外，不对其上形成纳米多孔层的衬底129施加电力。
非团簇状纳米多孔层
非团簇状形态
图10A示出了纳米多孔层117的非团簇状形态161。如在团簇状形态120中，非团簇状形态161包括在相邻或邻近的纳米颗粒121之间形成的纳米颗粒121和颗粒间纳米孔123。纳米颗粒121和颗粒间纳米孔123的讨论普遍适用于非团簇状形态161。图10B是形成于金属表面上的纳米多孔层的非团簇状形态的TEM摄影图像，其中深色部分是金属表面的一部分。TEM摄影图像中的纳米颗粒和颗粒间孔隙类似于图10A的图解中的那些。
无团簇且无团簇间间隙
与团簇状形态120不同，非团簇状形态161不包括团簇123或团簇间间隙127。为了产生非团簇状形态，纳米颗粒通过电镀沉积在衬底129上，而在电镀之前不制备团簇。因此，团簇和团簇间间隙都不在所得的构型(即非团簇状形态161)中形成。因此，非团簇状形态161不具有来自团簇123或团簇间间隙127的团簇状形态的特征。
非团簇状形态的空腔
当没有团簇间间隙存在时，非团簇状形态161可包括内部空腔133，这些空腔明显大于颗粒间纳米孔123。内部空腔133可在电镀的过程中形成，因为纳米颗粒并不总是依次地堆叠在紧邻的下层表面上。内部空腔133呈不规则形状和规则尺寸。内部空腔133可遍布纳米多孔层117中。
区别于团簇间间隙或空间的空腔
非团簇状形态的空腔133区别于团簇状形态120的团簇间间隙127。之所以形成空腔133是因为纳米颗粒的电镀与沉积在衬底129的表面上的速率不同。空腔133不包围或界定纳米颗粒121的一个或多个团簇125。相反，每个空腔133被纳米颗粒121的凝聚或团聚主体所包围或界定。虽然空腔133可经由颗粒间纳米孔123互连，但空腔133本身并没有互连遍及纳米多孔层117或其很大一部分。此外，空腔133不像团簇间间隙127(在团簇状形态中的粗糙度系数更高)一样占据纳米多孔层117(在非团簇状形态中的粗糙度系数较低)那么多的体积。
大体上用纳米颗粒覆盖的衬底
参看图10A和10B，衬底129的顶部表面大体上被纳米颗粒121覆盖。在一些实施方案中，在衬底129上或紧邻衬底129上没有形成实质性内部空间，但不限于此。
比较的团簇与非团簇形态
总体上，团簇状形态120比非团簇状形态161的致密性小得多。对于相同的厚度，团簇状形态120具有比非团簇状形态161更高的粗糙度系数，且因此，为了产生相同的粗糙度系数，团簇状形态120可比非团簇状形态更薄。还鉴于团簇的不规则形状，团簇状形态120的团簇间间隙127通常互连遍及纳米多孔层117，而非团簇状形态161的内部空腔133之间不像团簇间间隙127那样连接。因此，团簇123内的颗粒间纳米孔125在团簇状形态120中连接到团簇间间隙127的网络上，而在非团簇状形态161中不存在团簇间间隙的情况下，颗粒间纳米孔125之间不像在团簇状形态120中的那些连接。
制造非团簇状纳米多孔层-电镀
全过程
可使用电镀制备具有非团簇状形态的纳米多孔层。参看图11，在步骤1101中，制备在反胶束相中含有金属离子和表面活性剂的镀浴。随后在步骤1103中，在镀浴中进行电镀以便沉积呈非团簇状形态的纳米多孔层。在步骤1105中，洗涤所得的纳米多孔层以从其中除去表面活性剂。
制备镀浴
在步骤1101中，镀浴类似于图6A的步骤601的反胶束相以用于在不电镀的情况下制造团簇状纳米多孔层。镀浴包括反胶束相中的表面活性剂和制造团簇状纳米多孔层中的金属离子源材料。关于图6A的步骤601的表面活性剂和金属离子源材料的所有讨论都适用于图11的步骤1101。然而，在步骤1101中的镀浴不同于步骤601的反胶束相。一个重要的区别可能是，考虑到下一步的电镀，镀浴可能需要一些额外的材料。对于许多可能自发还原的金属源化合物，镀浴可能需要螯合剂来防止金属离子在电镀期间和电镀前自发还原。相反，在步骤601的反胶束相中可能不需要这样的螯合剂。
电镀
在步骤1103中，在含有金属离子的反胶束相的含水液体组合物中进行电镀。在含有液体组合物的镀浴中，阴极和阳极电极浸没并连接到电源。当在阴极与阳极电极之间施加直流电压时，阴极电极将电子提供给含水液体组合物。电子可以从阴极电极跳跃到附近的反胶束亲水性空间，以便将带正电的金属离子还原为亲水性空间内的金属原子。金属原子聚集在一起且形成金属颗粒，金属颗粒可沉积于阴极电极表面上。在该过程中，反胶束可能会破裂。供应给阴极电极的电子穿过沉积的纳米颗粒，并在沉积的纳米颗粒的外表面上可用。然后，这些电子可以用来还原附近的金属离子，以形成金属纳米颗粒，用于在已经沉积的纳米颗粒上沉积。
电镀的时间
进行电镀持续约5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55或60分钟以获得具有100至800的粗糙度系数的纳米多孔层。在实施方案中，电镀的时间可在通过选择前一句中所列的任何两个数字形成的范围内，例如，介于约10与约30分钟之间。在实施方案中，控制电镀时间以便获得具有100或更高粗糙度系数的纳米多孔层。
形成叠层和空腔
在通过电镀进行的还原中，邻近阴极电极的纳米颗粒首先沉积在阴极的表面上。然后，额外的纳米颗粒沉积在先前沉积的纳米颗粒121上。因此，纳米颗粒通常一层又一层地沉积在阴极电极上。然而，由于沉积纳米颗粒在整个阴极表面和之前沉积的纳米颗粒层中可能不会以相同的速率发生，因此可能会在生成的纳米多孔层中形成内部空腔133。纳米颗粒的沉积可以水平地或横向地生长在没有沉积纳米颗粒的空间上，一些空腔133可能被在那里形成的纳米颗粒所包围。虽然空腔133最终可能经由颗粒间纳米孔125互连，但微米尺寸的通道没有遍布纳米多孔层117或其相当大的一部分形成以使空腔133互连。
沉积在一起的表面活性剂
在电镀的过程中，包围这些纳米颗粒的反胶束可能破裂，且纳米颗粒沉积在阴极电极上。来自破裂的反胶束的大量表面活性剂分子以及纳米颗粒沉积在阴极电极上。在电镀的过程中，表面活性剂分子可键合至纳米颗粒表面且纳米颗粒-表面活性剂分子复合体可能沉积在一起。表面活性剂分子可插入或捕获于生成的纳米结构中的纳米颗粒之间。
剩余的表面活性剂和效果
所沉积的表面活性剂分子连同纳米颗粒一起可占据纳米颗粒之间的间隙和空间，即颗粒间孔隙。这些表面活性剂分子可有效地阻挡负责葡萄糖氧化的纳米孔和纳米颗粒表面。此外，表面活性剂分子可在金属表面上降解，这可能会污染纳米颗粒表面。总而言之，纳米多孔层中剩余的表面活性剂可能会影响葡萄糖氧化的敏感性。
洗涤
在步骤1105中，用水或其它液体洗涤所得的纳米多孔层以便从其中除去表面活性剂分子。然而，由于许多表面活性剂分子被捕获在相邻的纳米颗粒之间，而且洗涤液可能也只能达到某一水平，所以洗涤并不能有效地大体上除去表面活性剂分子。
无纳米颗粒胶体
在电镀方法中，没有添加还原剂来还原金属离子以形成纳米颗粒。在电镀的过程中，纳米颗粒可在紧挨着或靠近阴极电极表面的反胶束的亲水性空间中形成。然后纳米颗粒可能沉积于阴极电极上。然而，纳米颗粒没有在遍及液体组合物的反胶束的亲水性空间中形成。因此，如图8中所示没有形成纳米颗粒胶体。
无团簇且无团簇胶体
在电镀方法中，在形成纳米颗粒之后没有除去表面活性剂的步骤。相反，表面活性剂和纳米颗粒在电镀过程中沉积在一起。因此，在该过程的任何阶段都没有形成团簇，而且也没有形成团簇胶体。
产率-金属的回收
在电镀完成时，镀浴含有大量金属离子。因此，电镀方法中的金属回收率可能不如团簇状纳米多孔层的过程中通过添加过量还原剂进行还原的回收率高。
使用液晶相制造纳米多孔层
纳米多孔金属层可由表面活性剂的液晶相制造。参看图12，在步骤1201中，含水液体组合物被制备成含有液晶相中的金属离子和表面活性剂，例如以六角形排列。随后在步骤1203中，使含水液体组合物经受电镀以沉积纳米多孔层，其中使用液晶相作为模板沉积金属原子。在步骤1205中，从所沉积的六角形纳米结构中除去表面活性剂。图13A示出了六角形排列的形成。图13B示出了使用液晶相的六角形排列进行的金属沉积。
麦芽糖阻挡层
麦芽糖
麦芽糖是一种二糖，由两个葡萄糖单位组成，如图20所示。麦芽糖可存在于人或动物的血液或其它体液中。麦芽糖在测试流体中的存在会干扰酶和非酶葡萄糖传感系统中葡萄糖水平的准确感测。
在酶葡萄糖感测中的麦芽糖干扰
酶葡萄糖传感系统中使用的一些酶既氧化麦芽糖也氧化葡萄糖。因此，当麦芽糖存在于测试流体中时，酶葡萄糖传感系统可因麦芽糖而对葡萄糖水平产生不准确的读数。如果将不准确的读数用于控制或调整胰岛素输注，那么后果会很严重。
在非酶葡萄糖感测中的麦芽糖干扰
工作电极103NE的纳米多孔层117可在与感测葡萄糖相同的偏置电压下氧化麦芽糖。在如图20所示约1.4-1.6nm的长度下，麦芽糖分子可进入纳米多孔层117的颗粒间纳米孔123并且在那里与葡萄糖一起被氧化。实施例9.11和图18证实了麦芽糖可与葡萄糖及PBS中的其它干扰化学实体一起被检测到。实施例10.9和图19也证实了麦芽糖可与葡萄糖及血清中的其它干扰化学实体一起被检测到。
具有麦芽糖阻挡层的非酶工作电极
参看图21，工作电极103NE包括纳米多孔层117和在纳米多孔层117上的麦芽糖阻挡或麦芽糖筛选层301。在实施方案中，纳米多孔层117能够氧化麦芽糖和葡萄糖两者，不管它是包括团簇状还是非团簇状形态。麦芽糖阻挡层301可以接触下面的纳米多孔层117或可由中间层分隔开。工作电极103NE还可包括在麦芽糖阻挡层301上的额外的功能层112。在替代方案中，额外的功能层112可插入麦芽糖阻挡层301与纳米多孔层117之间。
麦芽糖的选择性阻挡
麦芽糖阻挡层301有效地或大体上阻挡或抑制麦芽糖分子穿过或穿透其中，同时允许葡萄糖分子穿过其中。有麦芽糖阻挡层301时，测试流体中所含的麦芽糖分子根本不能或不能以干扰葡萄糖感测的显著浓度到达其下面的纳米多孔层117。考虑到麦芽糖阻挡层301的选择性麦芽糖阻挡效应，即使纳米多孔层117能够在与葡萄糖氧化相同的偏置电压下对麦芽糖进行氧化，测试流体中麦芽糖的存在也不太可能影响葡萄糖感测。另外，麦芽糖阻挡层301有效阻挡或抑制了测试流体中比麦芽糖大的其它分子和组分。
偏置电压
在非酶葡萄糖传感系统中，麦芽糖阻挡层301的添加不需要提高或降低偏置电压用于葡萄糖感测。
多孔聚合层
在实施方案中，麦芽糖阻挡层301是由以下制成或包括以下：葡萄糖可穿过但麦芽糖不能穿过的多孔聚合材料。多孔聚合材料含有至少一种聚苯二胺(聚-PD)，包括聚(间苯二胺)(聚-mPD)、聚(邻苯二胺)(聚-oPD)和聚(对苯二胺)(聚-pPD)。
纳米尺寸厚度
麦芽糖阻挡层301具有的厚度为或约为2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39或40nm。在整个论述过程中，麦芽糖阻挡层的厚度是指将厚度变化的顶部10％和底部10％排除在外的聚合物层的平均厚度。在实施方案中，厚度可在通过选择前一句中所列的任何两个数字(两个厚度值)所形成的范围内，例如，介于约15nm与约35nm之间、介于约17nm与约33nm之间、介于约18nm与约32nm之间、介于约20nm与约30nm之间、介于约21nm与约29nm之间、介于约22nm与约28nm之间等等。
孔隙度水平
在实施方案中，麦芽糖阻挡层301具有允许葡萄糖分子穿过其厚度同时有效阻止麦芽糖分子穿过其中的孔隙度。为了实现允许葡萄糖穿过并阻挡麦芽糖穿过的目标，需要将麦芽糖阻挡层的总孔隙度调整到所需的水平。麦芽糖阻挡层301的总孔隙度与层的密度(或包括孔隙和通道的内部形态)和厚度有关。用于麦芽糖阻挡层的材料的浓度和形成麦芽糖阻挡层的方法可与密度有关。虽然使用这些参数已经成功地调整了总孔隙度，但发现孔隙度的水平通常无法用形成该层的材料的浓度和方法来定义或描述。虽然麦芽糖阻挡层的厚度也与总孔隙度有关，但它取决于比孔隙度或每体积的孔隙度。因此，孔隙度水平需要以不同的方式定义。
无麦芽糖阻挡层时对葡萄糖和麦芽糖的敏感性(电流密度)
对于葡萄糖监测，在具有4-20mM的葡萄糖浓度(在人体液中的典型葡萄糖水平)的测试流体中施加0.2-0.45V的偏置电压的稳态下，接触测试流体的纳米多孔层117(即，无麦芽糖阻挡层)需要产生高于10nA/mMcm2的水平的葡萄糖氧化电流，10nA/mMcm2是针对葡萄糖的最小电流密度(敏感性)。根据实施方案，在无麦芽糖阻挡层的情况下，相同的纳米多孔层117在含有浓度为4-20mM(与如上的葡萄糖浓度相同)的麦芽糖的测试流体中施加0.2-0.45V的偏置电压的稳态下将产生类似的电流水平(即，高于10nA/mMcm2)。
通过葡萄糖和麦芽糖的电流密度确定的麦芽糖阻挡层的孔隙度
根据实施方案，麦芽糖阻挡层301具有允许葡萄糖移动穿过其中的孔隙度，以使得葡萄糖氧化电流仍高于针对葡萄糖的最小电流密度。因此，当在具有4-20mM的葡萄糖浓度的测试流体中施加0.2-0.45V的偏置电压时，在稳态下，具有麦芽糖阻挡层301的工作电极103NE产生高于10nA/mMcm2的水平的葡萄糖氧化电流，10nA/mMcm2是针对葡萄糖的最小电流密度(敏感性)。另一方面，麦芽糖阻挡层301具有有效阻止麦芽糖穿过其中的孔隙度，以使得当在具有4-20mM的麦芽糖浓度的测试流体中施加0.2-0.45V的偏置电压时，在稳态下，由麦芽糖单独产生的电流(麦芽糖氧化电流)处在低于5nA/mMcm2的水平下，5nA/mMcm2是有麦芽糖阻挡层时针对麦芽糖的最大电流密度。
电化学聚合
用于麦芽糖阻挡层301的多孔聚合物材料可通过使用循环伏安技术进行的电化学聚合(电聚合)在纳米多孔层117上形成。在实施方案中，将包括纳米多孔层的工作电极浸入含有单体的反应混合物溶液中进行循环伏安电化学聚合。通过在工作电极与参比电极之间施加在单体氧化电压范围内的偏置电压，发生聚合反应并且在纳米多孔层上形成聚合物层。关于苯二胺聚合反应的更多详情公开于以下文献中：“Electropolymerization of O-Phenylenediamine on Pt-Electrode from Aqueous Acidic Solution:Kinetic,Mechanism,Electrochemical Studies and Characterization of the PolymerObtained”,Sayyah等人,Journal of Applied Polymer Science,第112卷,第6期,3695-3706(2009)及“Electropolymerization of P-Phenylenediamine on Pt-Electrode fromAqueous Acidic Solution:Kinetics,Mechanism,Electrochemical Studies,andCharacterization of the Polymer Obtained”,Sayyah等人,Journal of AppliedPolymer Science,第117卷,第2期,943-952(2010)，其各自据此以引用的方式并入本文。
施加氧化电压
在循环伏安法中，偏置电压可以变化。例如，可在初始时间段的氧化电压范围内逐渐增大偏置电压，然后在后续时间段的氧化电压范围内逐渐减小偏置电压，但不限于此。对于苯二胺，施加介于0.5V与1.0V之间的偏置电压。图22示出了在苯二胺的循环伏安电化学聚合期间扫描偏置电压的一个实例。
偏置电压扫描速度
与下文讨论的单体浓度一起，氧化电压范围的下端与下端之间的偏置电压的扫描速度可能与所得聚合物层的孔隙度和厚度有关。在实施方案中，扫描速度为约0.5、1、2、4、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、70、80、90、100、120、140、160、180、200、220、240、260、280、300、350或400mV/秒。在实施方案中，扫描速度可在通过选择前一句中所列的任何两个数字所形成的范围内，例如，介于约5mV/秒与约200mV/秒之间。
单体的浓度
单体的浓度为约0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.6、2.8、3.0、3.2、3.4、3.6、3.8、4.0、4.2、4.4、4.6、4.8、5.0、5.2、5.4、5.6、5.8、6.0、6.2、6.4、6.6、6.8、7.0、7.2、7.4、7.6、7.8、8.0、8.2、8.4、8.6、8.8、9.0、9.2、9.4、9.6、9.8或10mM。在实施方案中，单体的浓度可在通过选择前一句中所列的任何两个数字所形成的范围内，例如，介于约0.05mM与约0.8mM之间、介于约1.0mM与约5.0mM之间等等。上述浓度适用于三种苯二胺。
考虑单体浓度时的孔隙度
反应混合物溶液中单体的浓度与所得到的麦芽糖阻挡层的孔隙度有关。在图24的制造麦芽糖阻挡层的流程图中，首先在步骤2401中测定单体浓度且在步骤2403中进行聚合反应。在实施方案中，在约0.7mM、约0.6mM或约0.5mM下的单体浓度可提供麦芽糖阻挡层所需的总孔隙度水平。在实施方案中，当单体浓度超过约0.7mM、约0.8mM、约0.9mM、约1.0mM、约1.1mM或约1.2mM时，得到的聚合物层不具有足以允许葡萄糖穿过其中的孔隙度，即，产生低于10nA/mMcm2的水平的葡萄糖氧化电流，10nA/mMcm2是针对葡萄糖的最小电流密度(敏感性)。在步骤2405中，使得到的聚合物层经受处理以便在步骤2405中调整其孔隙度。
用于调整孔隙度的电击
当聚合物层302的总孔隙度不在所需水平时，可对聚合物层进行进一步处理以调整孔隙度。例如，聚合物层可受到电击。在实施方案中，使用图23中所示的计时电流法设置，可以对聚合物层302施加电击，其中将在纳米多孔层117上形成的电击电极309和聚合物层302浸入电解质溶液311中。在衬底303与电击电极309之间连接电源305和开关307。随着开关307的操作，电流流过多孔聚合物层302，且引起形态变化，从而提高聚合物层302的孔隙度。因此，聚合物层302变成了具有所需孔隙度水平的麦芽糖阻挡层301，其允许葡萄糖穿过其厚度且有效地阻挡麦芽糖穿过其中。
酸性溶液
用于电击的电解质溶液可以是具有在约2、3或4下的pH值的酸性溶液，但不限于此。在一些实施方案中，酸性溶液可含有至少一种酸。用于酸性溶液的酸的非限制性实例包括磷酸(H3PO4)、硝酸(HNO3)、氯酸(HCl)、甲酸、乳酸、苹果酸、柠檬酸、碳酸、磺酸等。
电击的波形
电势可以各种波形施加。在实施方案中，电势是以AC或DC施加。在实施方案中，电势是以多个脉冲或单个脉冲施加。在实施方案中，电势可以其它形状的电压信号施加。
电击的电势
施加于聚合物层302上的电势为约或在约0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9或4.0V。在实施方案中，最高电压可在通过选择前一句中所列的任何两个数字所形成的范围内，例如，介于约0.5与约2.5V之间、介于约1.0与约2.0V之间等等。
电击的时间段
施加电势的时间段是或是约0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4或4.5秒。在实施方案中，时间段可在通过选择前一句中所列的任何两个数字所形成的范围内，例如，介于约0.5与约2.5秒之间、介于约1.0与约2.0秒之间等等。
也适用于酶感测的麦芽糖阻挡层
在实施方案中，麦芽糖阻挡层301可应用于酶葡萄糖传感系统。回看图2，麦芽糖阻挡层301可作为额外的功能层112添加到酶层111上以阻挡麦芽糖，同时让葡萄糖穿过其中。
CGM工作电极
CGM系统
连续葡萄糖监测(CGM)系统包括葡萄糖传感电极，其在体内接触受试者的生物流体以便测量生物流体中所含的葡萄糖水平。在实践中，将CGM电极插入或植入受试者的身体中以便测量一段延长的时间段，如几天、一周、数周或数月。
非酶CGM工作电极
图31示出了根据一个实施方案的非酶CGM工作电极501的横截面。所示的CGM工作电极501具有层状结构，其包括基底503、导电层110、纳米多孔层117、麦芽糖阻挡层301、电解质离子阻挡层505和生物相容性层507。
电极基底
基底、基底衬底或电极基底503为CGM工作电极501的层状结构提供支撑。在实施方案中，基底503是电绝缘层且可由以下材料制成或含有以下材料，如但不限于聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙二醇、聚羟乙基甲基丙烯酸酯(pHEMA)及其它生物相容性聚合物。在实施方案中，基底503可呈电绝缘和生物相容性材料的柔性薄膜的形式。基底503具有范围介于约30μm与约200μm之间的厚度，但不限于此。基底503是用于CMG传感电极501的任选层且在一些实施方案中可省略。
导电层
导电层110可置于基底503上，其间有或没有中间层。在实施方案中，导电层110通过将导电或半导电材料分配于基底503上而形成，但不限于此。在CGM工作电极501中，导电层110可具有范围介于约100nm与100μm之间的厚度，但不限于此。在一些实施方案中，导电层119可包括导电或半导电材料的两个或更多个亚层。在其中省略基底503的实施方案中，导电层119可作为其上的层状结构的支撑。
纳米多孔层
纳米多孔层117可在导电层110上形成。在CGM工作电极501中，纳米多孔层117具有范围介于约500nm与约10μm之间的厚度，但不限于此。纳米多孔层117可具有以下中的至少一种：团簇状形态、非团簇状形态、六角形纳米结构或其它纳米多孔形态。
麦芽糖阻挡层
麦芽糖阻挡层301可在纳米多孔层117上形成以阻挡麦芽糖分子到达下面的纳米多孔层117，同时允许葡萄糖分子穿过其中。在实施方案中，麦芽糖阻挡层301包括具有纳米尺寸孔隙的聚合材料如聚-PD，以便于葡萄糖分子穿过而不使麦芽糖分子穿过。麦芽糖阻挡层可具有范围介于约5nm与约40nm之间的厚度，但不限于此。麦芽糖阻挡层301是用于CMG传感电极501的任选层且在一些实施方案中可省略。
电解质离子阻挡层(电极调节增强/促进层)
电解质离子阻挡层505有效地限制或抑制小电解质离子如Na+、K+、Ca2+、Cl-、PO4 3-和CO3 2-穿过其中或向下面的纳米多孔层117扩散。如稍后将论述，电解质离子阻挡层505增强CGM工作电极的调节，并且也被称为工作电极调节增强或促进层。电解质离子阻挡层505是多孔的，以便葡萄糖分子能够自由地穿过其中。当实施时，电解质离子阻挡层505是疏水性的，这样它就不会通过吸收测试流体中所含的水而迅速膨胀。电解质离子阻挡层505可具有范围介于约0.1μm与约10μm之间的厚度，但不限于此。
用于电解质离子阻挡层的材料
电解质离子阻挡层505可包括以下中的至少一种或由以下中的至少一种制成：例如聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)(PHEMA)和聚(甲基丙烯酸甲酯-共-二甲基丙烯酸乙二醇酯)(PMMA-EG-PMMA)。并且，电解质离子阻挡层505可由以下形成或另外包括以下：甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸丁酯的共聚物，及由一种或多种单体的聚合反应获得的聚合物，所述单体包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸己酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸2-乙基己酯。
生物相容性层
当CGM传感器植入或插入受试者体内时，生物相容性或生物保护层507与受试者的组织和体液相接触。生物相容性层507含有至少一种生物相容性材料，该材料对受试者的组织无毒性且不会引起受试者身体的免疫排斥。而且，生物相容性层507的至少一种材料应允许体液穿过其中到达下面的纳米多孔层117，这样葡萄糖浓度的感测就不会因其自身的存在而受到显著影响。生物相容性层507可具有范围介于约5μM与约30μM之间的厚度，但不限于此。
用于生物相容性层的材料
生物相容性层507可包括以下中的至少一种或由以下中的至少一种制成：聚(乙烯醇)、聚(环氧乙烷-共-环氧丙烷)(PEO-PPO、聚(环氧乙烷)(PEO)、聚(砜)(PS)、聚(对苯二甲酸亚乙酯)(PET)、聚(醚-胺酯)(PU)、聚(聚二甲基硅氧烷)(PDMS)、乙烯-共-乙烯基乙酸酯(EVA)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(四氟乙烯)(PTFE)、聚(丙烯)(PP)、聚(乙烯)(PE)、聚乙二醇、和聚羟乙基甲基丙烯酸酯(pHEMA)。
修改
CGM工作电极501可包括一个或多个额外的功能层，尽管未在图31中示出。在一些实施方案中，可以省略以下中的一种或多种：麦芽糖阻挡层301、电解质离子阻挡层505和生物相容性层507。在其它实施方案中，麦芽糖阻挡层301、电解质离子阻挡层505和生物相容性层507中的两个或更多个可以单层形式组合或改变它们的位置。
无酶层
CGM工作电极501不包括含有葡萄糖特异性酶的酶层。CGM工作电极501在任一层中也不含有任何这种酶。
无吸氧层
CGM工作电极501不包括在葡萄糖氧化酶用于葡萄糖氧化时收集及供应分子氧所需的吸氧材料或层。
无电子介体
CGM工作电极501不包括在葡萄糖脱氢酶用于葡萄糖氧化时转移电子所需的电子中介材料。
调节CGM工作电极或系统
电流的瞬态信号
在施加偏置电压下使用CGM工作电极创建电化学电池后，CGM工作电极产生电流。CGM工作电极的电流为CGM工作电极中背景噪音和葡萄糖氧化产生的电流之和。起初，电流表现为瞬态特性。如图25-30所示，开始时，与单独葡萄糖氧化引起的电流相比，电流非常高，并迅速下降。随后，衰减率减慢。最终，电流稳定在一个水平上，即稳态，虽然在体内电流可能在可容许的范围内稍有波动。
用于葡萄糖感测的电流
对于准确的葡萄糖感测，应在电化学电池和/或CGM工作电极呈稳态时测量电流。换句话说，当葡萄糖浓度不变时，来自CGM工作电极的电流不应随着时间变化太多(即，在初始下降后稳定在一个水平)。此外，对于准确的葡萄糖感测，背景电流(噪音)相对于由葡萄糖氧化单独产生的电流不应过高。换句话说，总电流相对于来自单独葡萄糖氧化的电流不应过高。
调节CGM工作电极或电化学电池
CGM工作电极在葡萄糖感测之前需要进行调节。在此，调节是指稳定CGM工作电极以便于准确的葡萄糖感测的过程。CGM工作电极调节完成之后，其电流应稳定在一个水平且相对于来自葡萄糖的电流不应过高。为了提供准确的葡萄糖水平，CGM系统应使用调节完成之后测量的电流。CGM工作电极的调节可能需要很长时间。可商购获得的酶CGM工作电极的调节需要几小时到几天。
所需的电流变化率
考虑到体内葡萄糖氧化产生的电流约为数十毫微安培，为了准确的葡萄糖感测，由CGM工作电极产生的电流的衰减率应小于例如20nA(毫微安培)/分钟。为了提供一个参考点，所需的电流变化率应为以下一点或低于以下一点：20、19、18、17、16、15、14、13、12、11、10、9、8、7、6、5、4、3或2nA/分钟。在实施方案中，电流的变化率可以在较短或较长的时间段内确定。
所需电流水平
由体内葡萄糖氧化产生的电流一般为数十毫微安培。所需的总电流水平可能会因包括测量精度、信号处理能力、数据处理能力等各种因素而改变。随着这些因素的进一步发展，所需水平可能会提高。尽管如此，考虑到由体内葡萄糖氧化产生的电流约为数十毫微安培，为了准确的葡萄糖感测，来自CGM工作电极产生的电流应小于例如500nA。为了提供一个参考点，所需电流应为以下一点或低于以下一点：500、490、480、470、460、450、440、430、420、410、400、390、380、370、360、350、340、330、320、310、300、290、280、270、260、250、240、230、220、210、200、190、180、170、160、150、140、130、120、110或100nA。
调节完成
CGM系统确定其CGM工作电极或其电化学电池的调节是否完成。当电流变化率是或保持在预定值或低于预定值(例如如上文所述，所需的电流变化率或衰减率)时，CGM系统可以确定调节的完成。当总电流变化保持在预定值或低于预定值(例如如上文所述，所需的电流水平)持续预定时间时，CGM系统可以确定调节的完成。当电流变化率保持在其预定值或低于其预定值时而进一步当总电流变化保持在其预定值或低于其预定值持续预定的时间(例如，电流变化率小于5nA/min且总电流保持小于400nA持续1分钟)时，CGM系统可确定调节完成。
通知调节完成
CGM系统可以通知它的用户调节的完成。在形成葡萄糖氧化的电化学电池后或之后某时，CGM系统可以开始监测来自它的CGM工作电极的电流。当电流满足一个或多个调节完成的要求时，CGM系统可以向用户发出通知，告知调节完成。通知可以任何形式发出，包括声音、振动、灯光或信息显示。另外或替代地，CGM系统不会在调节完成之前提供任何指示葡萄糖水平的信息。
减少CGM工作电极的调节时间
小电解质离子的浓度不连续性
人的体液中含有大量的电解质离子：Na+、K+、Ca2+、Cl-、PO4 3-和CO3 2-。在实施方案中，电解质离子阻挡层505限制或抑制电解质离子Na+、K+、Ca2+、Cl-、PO4 3-和CO3 2-穿过其中。因此，在电解质离子阻挡层505上面与相同层下面之间，这些电解质离子的浓度明显不同。图32从概念上示出了电解质离子阻挡层505两侧的浓度不连续性。在有电解质离子阻挡层505时，纳米多孔层117中小电解质离子的组合浓度明显小于生物相容性层507中的。在没有电解质离子阻挡层505时，纳米多孔层117中小电解质离子的组合浓度将类似于生物相容性层507中的。
在电解质离子阻挡层下的小电解质离子的浓度
在实施方案中，在电解质离子阻挡层505下面的电解质离子的组合浓度大于在电解质离子阻挡层505上面的相同电解质离子组合浓度的0％，但小于其1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20％。在电解质离子阻挡层505下面的组合浓度可在通过选择前一句中所列的任何两个数字(两个％值)所形成的范围内。如图32所示，例如，在人的间质体液中(即，在电解质离子阻挡层505上面)的电解质离子的组合浓度为约0.1M或更高；相反，在电解质离子阻挡层505下面的电解质离子的组合浓度为约0.01M或更低。在电解质离子阻挡层505下面的电解质离子的组合浓度可通过测量纳米多孔层117的双层电容并将测量值代入Gouy-Chapman式中来获得，如Ionic Strength-Controlled Virtual Areaof Mesoporous Platinum Electrode,Boo等人,J.AM.CHEM.Soc.2004,126,4524-4525中所详细论述。
纳米多孔层中离子平衡的加速
如所论述，离子阻挡层505建立或产生在电解质离子阻挡层505上面与其下面之间的小电解质离子的组合浓度的大体不连续性。低浓度的小电解质离子明显胜过CGM工作电极501的调节，尤其是对纳米多孔层117的调节。尽管本发明的任何方面不受任何理论或观念的约束，但低浓度的小电解质离子可加速纳米多孔层117的纳米尺寸结构和表面中的离子平衡，而这不会发生在更大规模如微米尺寸结构和表面中。由于离子平衡在纳米多孔层117中加速，所以在纳米多孔层117的纳米结构内达到离子平衡或稳态的时间在存在电解质离子阻挡层505时的较低浓度的电解质离子下将短于没有电解质离子阻挡层505时的较高浓度。
明显缩短的调节时间
随着纳米多孔层117中离子平衡的加速，电解质离子阻挡层505明显增强和促进图31的非酶CGM工作电极501的调节，即缩短达到所需电流和/或所需电流变化率(即稳态)的时间。根据实施方案，当使用具有电解质离子阻挡层505的非酶CGM工作电极505时，与使用不具有电解质离子阻挡层505的相同非酶CGM工作电极相比，完成调节只需要一小部分时间。
调节时间
当所需的电流变化率是5nA/min或更小时，没有电解质离子阻挡层505的非酶CGM工作电极在含有0.1M或更高的电解质离子的血清中耗费3小时；相反，具有电解质离子阻挡层505的非酶CGM工作电极在同一血清中耗费小于或约1小时30分钟、1小时25分钟、1小时20分钟、1小时15分钟、1小时10分钟、1小时5分钟、1小时、55分钟、50分钟、45分钟、40分钟、35分钟或30分钟。当所需的电流变化率是3nA/min或更小时，没有电解质离子阻挡层505的非酶CGM工作电极在含有0.1M或更高的电解质离子的血清中耗费大于5小时；相反，具有电解质离子阻挡层505的非酶CGM工作电极在同一血清中耗费小于或约1小时30分钟、1小时25分钟、1小时20分钟、1小时15分钟、1小时10分钟、1小时5分钟、1小时、55分钟、50分钟、45分钟、40分钟、35分钟、30分钟、25分钟、15分钟或10分钟。当所需的电流变化率是2nA/min或更小时，没有电解质离子阻挡层505的非酶CGM工作电极在含有0.1M或更高的电解质离子的血清中耗费大于5小时或10小时；相反，具有电解质离子阻挡层505的非酶CGM工作电极在同一血清中耗费小于或约1小时30分钟、1小时25分钟、1小时20分钟、1小时15分钟、1小时10分钟、1小时5分钟、1小时、55分钟、50分钟、45分钟、40分钟、35分钟、30分钟、25分钟、15分钟或10分钟。
意料之外的结果
在无适当的调节下，CGM工作电极无法提供准确的葡萄糖水平的电流。在CGM工作电极的开发和制造中，缩短调节时间是一个非常重要的实际问题。这是因为CGM工作电极的适当调节可能需要数小时，如果不是数十分钟的话，而且人们在将电极插入其体内后，往往想要立即知道自己的葡萄糖水平。参照后面讨论的实施例，在所有其它条件相同的情况下，通过只纳入电解质离子阻挡层505，使CGM工作电极的调节时间从约3、5或10小时减少到小于30分钟。这是非常显著的改进和出乎意料的高成就。
电解质离子阻挡层的细节
非酶CGM工作电极的电解质离子阻挡层505包括至少一种多孔疏水性聚合物或由至少一种多孔疏水性聚合物制成，所述多孔疏水性聚合物包括聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)(PHEMA)和聚(甲基丙烯酸甲酯-共-二甲基丙烯酸乙二醇酯)(PMMA-EG-PMMA)。多孔疏水性聚合物的另外的实例包括甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸丁酯的共聚物，及由一种或多种单体的聚合反应获得的聚合物，所述单体包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸己酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸2-乙基己酯等。这些聚合物的平均分子量为约5,000、10,000、20,000、30,000、40,000、50,000、60,000、70,000、80,000、90,000、100,000、110,000、120,000、130,000、140,000、150,000、160,000、170,000、180,000、190,000、200,000、210,000、220,000、230,000、240,000、250,000、260,000、270,000、280,000、290,000、300,000、310,000、320,000、330,000、340,000、350,000、360,000、370,000、380,000、390,000或400,000。在实施方案中，分子量可在通过选择前一句中列出的任何两个数字所形成的范围内。电解质离子阻挡层可具有的厚度为约0.1、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5或10μm。在实施方案中，厚度可在通过选择前一句中所列的任何两个数字(两个厚度值)所形成的范围内，例如，介于约2与约5μm之间、介于约1与约3μm之间等等。
离子浓度下降对酶葡萄糖传感电极没有影响
在酶CGM系统中，CGM工作电极包括用于氧化葡萄糖分子的葡萄糖特异性酶。酶CGM工作电极可包括功能层，该功能层含有可有效降低功能层下的电解质离子的浓度的多孔疏水性材料。然而，在酶CGM系统中，通过功能层实现的浓度下降不能提供调节CGM电极的时间的缩短，而调节CGM电极与纳米尺寸表面或结构中的离子平衡有关。这是因为酶CGM系统使用酶来氧化葡萄糖分子，而不需要纳米多孔层来进行葡萄糖氧化。因此，即使在酶CGM工作电极中包括多孔疏水层，即使这种层导致电解质离子浓度在其厚度上的不连续性，而且即使酶CGM工作电极的调节时间有所减少，这种减少并不等于在同时具有电解质离子阻挡层505和纳米多孔层117的非酶CGM工作电极501中调节时间的减少。
CGM皮下电极模块
CGM电极单元
在实施方案中，CGM系统包括用于皮下收缩受试者的体液的电极单元或模块。电极单元可包括容纳一个或多个电极的单一主体，所述电极当插入受试者体内时将接触体液。单一主体可以是柔性的。
CGM电极单元的构建
图33示出了根据一个实施方案的CGM电极单元701。CGM电极单元701包括皮下部分703和接触终端部分705。皮下部分703用于插入受试者的体内，并且包括工作电极501、反电极105和参比电极106，这些电极经由穿过绝缘层707形成的开口暴露，用于皮下接触体液。接触终端部分705用于保留在受试者的体外且用于接合或连接对应装置。接触终端部分703包括工作电极终端501T、反电极终端105T和参比电极终端106T，它们分别电连接到绝缘层707下面的工作电极501、反电极105和参比电极106。在此，工作电极501、反电极105和参比电极106各自可具有如本公开中所讨论的特征和特点，但不限于此。
制造CGM电极单元
图34是用于制造根据一个实施方案的CGM电极单元701的流程图。在步骤3401中，为基底或电极基底503提供了电绝缘的柔性薄膜(也在图31中)。随后在步骤3403中，导电层以如图35所示的预定形状110R、110W和110C在基底503上形成。随后是步骤3405，将绝缘薄膜707施加在导电层上以便如图36所示选择性地暴露导电层的部分或区域。随后在步骤3407中，切割中间产物以提供如图37所示的形状。在步骤3409中，在暴露于工作电极501的区域上形成纳米多孔层117。随后在3411中，在纳米多孔层117上形成一个或多个功能层以提供如图31所示的非酶CGM工作电极501的叠层结构。此外，可在暴露于参比电极106的区域上形成盐层。在实施方案中，可在步骤3409或3411之后在步骤3407进行切割中间产物。
导电层-多个导电元件
图35提供了根据一个实施方案在步骤3403之后的中间产物的顶视图及其沿着线3501截取并在箭头方向上观察的横截面。如所示，在基底503上形成的导电层具有三个呈预定形状的独立元件110C、110W和110R，即用于反电极的导电层元件110C、用于工作电极的导电层元件110W、和用于参比电极的导电层元件110R。导电层元件110C、110W和110R各自包括预留给接触终端的导电部分(在图33的接触终端部分705中)、预留给电极的导电部分(在图33的皮下部分703中)、和介于两个导电部分之间的导电连接。
制造导电层
导电层可以是导电材料的单层，或可由不同导电材料的多个亚层形成。在实施方案中，用于反电极的导电层元件110C和用于工作电极的导电层元件110W的任一者或两者都由至少两个亚层形成，例如，银层和银层上的导电碳层。在实施方案中，用于参比电极的导电层元件110R以单层形成，例如银层。导电层110或其亚层可通过将导电油墨打印在基底503上或之上且随后干燥而形成。在另一亚层上形成的亚层也可通过为该亚层打印导电材料而形成。图35的导电层元件110W、110C和110R都呈单层；然而，为了展示替代方案，在图36-38中，导电层元件110W和110C具有两个亚层构造，即在银层1603上的碳层1605(也参见图16A)。
绝缘薄膜
图36示出了根据一个实施方案在放置绝缘薄膜之后的中间产物。绝缘薄膜707可在图33的皮下部分703中预先切割有开口，用于暴露预留给反电极105、工作电极501和参比电极106的导电部分。绝缘薄膜707不覆盖图33的接触终端部分705且因此暴露导电层元件110C、110W和110R各自的终端部分，其分别变为105T、501T和106T。导电层元件110C、110W和110R的导电连接被绝缘薄膜707覆盖。可在基底薄膜503和绝缘薄膜707之间插入粘合层(未示出)。绝缘薄膜707可以是胶粘剂涂覆薄膜。
切割
在步骤3407中，图36的中间产物例如通过模切经受切割以除去绝缘薄膜707和基底503的多余部分。图37示出了得到的产物，其中接触终端部分705(CGM电极单元701的近端部分)比皮下部分703(CGM电极单元701的远端部分)要宽。在实施方案中，远侧部分在沿线3501的方向上具有的宽度为约0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9或2.0mm。在实施方案中，宽度可在通过选择前一句中所列的任何两个数字所形成的范围内，例如，介于约1.0mm与约1.5mm之间。在实施方案中，CGM电极单元701在其远端与近端之间的方向上具有的长度为约4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30mm。在实施方案中，长度可在通过选择前一句中所列的任何两个数字所形成的范围内，例如，介于约10mm与约20mm之间。
形成纳米多孔层
在步骤3409中，在暴露于工作电极的导电层元件110W上形成纳米多孔层117。图38A示出了在形成纳米多孔层117之后沿着线3501截取的中间产物在箭头方向上的横截面。在实施方案中，纳米多孔层117通过将含有分散在液体中的纳米颗粒团簇的团簇胶体分配于导电层110上并在那里使液体干燥来形成。在替代方案中，可使用本文所公开的不同方法形成另一种形式的纳米多孔层117。在一些实施方案中，可在形成纳米多孔层117之后在步骤3407中进行切割。
工作电极的功能层
在形成纳米多孔层117之后，在纳米多孔层117上形成一个或多个功能层以提供如图31所示的非酶CGM工作电极501。可在纳米多孔层117上形成麦芽糖阻挡层301，但不限于此。电解质离子阻挡层505可形成于纳米多孔层117上以改善对所生成的CGM工作电极501的调节，但不限于此。此外，生物相容性层507可形成于纳米多孔层117上，更具体地形成于电解质离子阻挡层505上，但不限于此。图38B示出了包括电解质离子阻挡层505和生物相容性层507的CGM工作电极501的横截面。
参比电极和反电极
在实施方案中，盐层例如AgCl可在暴露于参比电极106的导电层元件110R上形成。形成该盐层可在形成导电层元件110R之后的任何时间进行。在实施方案中，反电极105不需要对导电层元件110C进行额外处理。
CGM电极单元的皮下插入
在实施方案中，CGM电极单元701的皮下部分703(远侧部分)在有或没有使用本领域中已知或以后将开发的插入工具皮下插入受试者的体内。通过恰当的皮下插入，皮下部分703的工作电极501、参比电极106和反电极105接触受试者的间质体液，同时CGM电极单元701的终端部分705保留在受试者的体外。
对应装置
随后，在实施方案中，终端部分705与对应装置(未示出)接合或连接，所述对应装置包括对应于工作电极终端501T、反电极终端105T和参比电极终端106T的对应端口或终端。在实施方案中，对应装置还包括电路，该电路与用于连续监测葡萄糖模块的CGM电极单元701一起完成图1的电化学电池。在一些实施方案中，除了用于完成电化学电池的电路外，所述对应装置可包括用于处理数据的至少一个处理器，所述数据包括从电化学电池获得的电流，以转换为表示葡萄糖水平的标准化数字。在一些实施方案中，对应装置包括无线模块，所述无线模块用于将数据无线传送到另一无线装置，如智能手机或计算装置。
BGM一次性条
单时间点装置
葡萄糖感测可在体外于单个时间点下进行。单时间点葡萄糖传感系统测量测试流体(最常见的是血液)中的葡萄糖水平。因此，该系统被称为血糖监测(BGM)系统。BGM系统包括单次使用的一次性盒或条。
一次性盒
图39示出了根据实施方案的单时间点葡萄糖传感系统的BGM一次性盒901和传感模块911。一次性盒901包括在基底907上形成的测试流体储槽903、反电极105、参比电极106和盒工作电极905，所述基底为电极105、106和905提供结构支撑。在电极与连接器909之间通过基底907形成电连接(未示出)。
传感模块
在实施方案中，一次性盒901被设计来经由连接器909与传感模块911进行电学和/或机械耦合。传感模块911可包括用于电压源109和电流传感器108的电路(未示出)。当一次性盒901适当地连接到传感模块911时，电极105、106和905以类似于图1的方式连接到传感模块911的电路上。
工作电极
根据一个实施方案的工作电极905包括导电层110和纳米多孔层117。工作电极905还包括过滤层913以便过滤和筛选测试流体中所含的细胞、脂质和大分子。在实施方案中，过滤层913可由以下制成或包括以下：编织布、棉花或其它材料，这些材料可筛选细胞、脂质和血液中的其它大组分，同时让葡萄糖穿过其中。
工作电极不包括
在实施方案中，工作电极905不包含葡萄糖特异性酶。此外，工作电极905不含表面活性剂和电子介体，它们可为酶葡萄糖感测中所必需的。此外，考虑到工作电极905是体外装置，它也不需要生物相容性层。
工作电极的校准
来自工作电极的电流
根据实施方案，具有纳米多孔葡萄糖氧化层的非酶工作电极产生由测试液体中所含的葡萄糖的氧化引起的电流。在实践中，来自非酶工作电极的电流包括：1)由葡萄糖氧化单独产生的电流(葡萄糖氧化电流)，2)由干扰化学实体(如果测试流体中含有其的话)产生的电流，及3)通过电化学电池与测试流体中所含的其它化学实体之间的相互作用产生的电流。
体液中的葡萄糖水平
健康个体中的正常葡萄糖水平介于4.0与6.0mM(介于72与108mg/dL)之间。考虑到糖尿病患者，葡萄糖水平可介于4.0与20mM之间(介于72与360mg/dL之间)。
葡萄糖氧化电流
在实施方案中，在稳态下(在调节之后)，当在含有4.0-20mM葡萄糖的测试流体中施加介于约0.2V与约0.45V之间的偏置电压时，来自葡萄糖氧化单独的电流(葡萄糖氧化电流)处在高于10nA/mMcm2的水平下。在4.0-20Mm的葡萄糖浓度范围下，纳米多孔葡萄糖氧化层(因此，非酶工作电极)对于测试流体中所含的1mM葡萄糖产生约0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5或6.0nA的葡萄糖氧化电流。在实施方案中，来自测试流体中所含的1mM葡萄糖的葡萄糖氧化电流可在由前一句中的任何两个数字所形成的范围内，例如介于1.5nA与2.5nA之间。因此，对于4.0-20mM的葡萄糖浓度范围，来自非酶工作电极的葡萄糖氧化电流可介于约2.0nA(4.0x0.5)与约120nA(20x6.0)之间。在实施方案中，葡萄糖氧化电流可为约2.0、4.0、8.0、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34、36、38、40、42、44、46、48、50、52、54、56、58、60、62、64、66、68、70、72、74、76、78、80、82、84、86、88、90、92、94、96、98、100、102、104、106、108、110、112、114、116、118或120Na。在实施方案中，来自测试流体中所含的4.0-20mM葡萄糖的葡萄糖氧化电流可在由前一句中的任何两个数字所形成的范围内，例如介于约1.5nA与2.5nA之间。
电流和葡萄糖浓度的校准
在实施方案中，对于测试流体中相同的葡萄糖浓度，葡萄糖氧化电流可能在一个纳米多孔葡萄糖氧化层与另一个纳米多孔葡萄糖氧化层之间存在差异，这取决于它们的特定制造条件。此外，在特定的纳米多孔葡萄糖氧化层中，葡萄糖氧化电流通常与葡萄糖浓度呈线性相关，尽管在整个浓度或电流范围内可能不是如此线性。在实施方案中，对于使用相同条件制造的每批纳米多孔葡萄糖氧化层，测试一个或多个纳米多孔葡萄糖氧化层，以确定特定批次的葡萄糖氧化电流与葡萄糖浓度之间的相关性曲线。随后，在使用来自同一批次的纳米多孔葡萄糖氧化层进行葡萄糖感测或监测的过程中，相关性曲线被用于计算或确定测试流体中的葡萄糖水平。
第二工作电极
抗坏血酸
抗坏血酸被称为维生素C且在人体中起重要作用。抗坏血酸易于氧化，且在低氧化电势下容易被氧化。抗坏血酸可能干扰来自体液的葡萄糖感测。
目前没有可用于阻挡抗坏血酸的层
鉴于抗坏血酸是带负电的，提出了带负电的层来在葡萄糖穿过之时排斥抗坏血酸。然而，目前还没有可商购获得的葡萄糖传感电极来阻挡抗坏血酸。
两个工作电极
在实施方案中，葡萄糖传感器或传感系统除图1的工作电极103之外还包括至少一个额外的工作电极。图40从概念上示出了双工作电极葡萄糖传感系统4101。在此系统中，第一工作电极4103A、第二工作电极4103B、反电极105和参比电极106连接到稳压器4104，其包括起以下作用的电路：运算放大器4107A和4107B、电流传感器4108A和4108B、及用于两个工作电极4103A和4103B的电压源4109A和4109B。
双工作电极系统的操作
在实施方案中，葡萄糖和抗坏血酸的氧化都在第一工作电极4103A处发生。因此，来自第一工作电极4103A的电流代表测试流体102中的葡萄糖与抗坏血酸的组合浓度。另一方面，在第二工作电极4103B中，发生抗坏血酸的氧化，但不发生葡萄糖的氧化。因此，来自第二工作电极4103B的电流仅代表同一测试流体102中的抗坏血酸浓度。两个电流值之间的差值表示测试流体102中所含的葡萄糖的浓度或水平。
第一工作电极(葡萄糖工作电极)
在一些实施方案中，第一工作电极(葡萄糖工作电极)4103A包括在导电层110上的纳米多孔层117，如图3所示。纳米多孔层117可包括团簇状纳米多孔结构，但不限于此。在其它实施方案中，第一工作电极4103A可包括如图2所示含有用于氧化葡萄糖的葡萄糖特异性酶的酶层，以代替图3的纳米多孔层117。在任一实施方案中，第一工作电极4103A不包括带负电的膜或用于抑制抗坏血酸穿过其中的任何其它膜。
第二工作电极(无葡萄糖工作电极)
第二工作电极(无葡萄糖工作电极)4103B包括导电层110，但不包括有效引起葡萄糖氧化的任何层或特征。在实施方案中，第二工作电极4103B既不包括纳米多孔层117也不包括用于氧化葡萄糖的葡萄糖特异性酶。然而，抗坏血酸的氧化在导电层110中发生。在实施方案中，导电层110包括在银层上形成的导电碳层，但不限于此。
两个电极的相同偏置电压
在实施方案中，相对于参比电极106，向第一工作电极4103A和第二工作电极4103B施加相同的偏置电压。这是为了提供一种环境，以使在第一工作电极4103A与第二工作电极4103B处发生的抗坏血酸的氧化水平相同。假设在第一工作电极4103A与第二工作电极4103B各自处发生的抗坏血酸的氧化水平相同，来自第一工作电极4103A的电流与来自第二工作电极4103B的电流之间的差异应表示在第一工作电极4103A处的葡萄糖氧化。
解决额外的化学实体的干扰
双电极系统4101可用于解决一种以上化学实体的干扰。在实施方案中，通过调节偏置电压，第一工作电极4103A不仅可氧化葡萄糖和抗坏血酸，而且可氧化额外的干扰化学实体，如对乙酰氨基酚。同样，第二工作电极4103B不仅氧化抗坏血酸，而且同时氧化额外的干扰化学实体。在此，第一和第二工作电极都不包括用于抑制额外的干扰化学实体的任何膜。然后，来自第一工作电极4103A的电流代表葡萄糖、抗坏血酸和对乙酰氨基酚的氧化，且来自第二工作电极4103B的电流代表抗坏血酸和对乙酰氨基酚的氧化。电流间的差异代表葡萄糖的氧化，抵消了对乙酰氨基酚和抗坏血酸的干扰。
偏置电压
在实施方案中，在0.2-0.45V范围内的任何偏置电压值都可用于消除干扰。在一些实施方案中，在0.2-0.32V范围内的偏置电压值可单独用于解决抗坏血酸的干扰，假定在该偏置电压范围内，对乙酰氨基酚不会在纳米多孔金属层中被氧化，下文将对此进行更详细的讨论。
不同的偏置电压
在实施方案中，双电极系统4101可对第一和第二工作电极采取不同的偏置电压。例如，向第一工作电极4103A施加第一偏置电压，且向第二工作电极4103B施加第二偏置电压。在不同的偏置电压下，来自抗坏血酸在第二工作电极4103B处氧化的电流可能与抗坏血酸在第一工作电极4103A处氧化得到的电流分量不相同或相等。因此，来自葡萄糖氧化的电流可能不是来自两个电极的电流之间的简单差值。在实施方案中，然而，双电极系统4101已经或连接到硬件和软件上，以便使用不同的偏置电压、来自第一工作电极4103A和第二工作电极4103B的电流值、指示抗坏血酸在不同偏置电压下的氧化电势的数据等来计算准确的葡萄糖浓度。
伴随的检测
在一些实施方案中，来自第一工作电极4103A的电流的检测和来自第二工作电极4103B的电流的检测一齐、同时、并行或伴随地发生。在其它实施方案中，无论是一个电流传感器或两个电流传感器，只要有关化学实体的浓度波动在时间间隔内可以忽略不计，就可以在不同的时间以一定的时间间隔进行检测。本领域中熟练的技术人员应知晓这种时间间隔的长度，同时又不会有太多失准的风险。例如，时间间隔小于1、2、3、4、5、6、7、8、9或10秒，或时间间隔小于1、2、3、4、5、6、7、8、9或10分钟。
记录干扰化学物质的浓度
在实施方案中，双电极系统4101包括或连接到硬件和软件(未示出)，所述硬件和软件被配置来存储来自第一工作电极4103A和第二工作电极4103B的电流值和/或存储由电流值获得的葡萄糖和抗坏血酸的各自的浓度。在一些实施方案中，当抗坏血酸和对乙酰氨基酚在第二工作电极4103B处都氧化时，硬件和软件被配置来存储葡萄糖的浓度及抗坏血酸与对乙酰氨基酚的组合浓度。
适用于CGM
双电极系统4101可在CGM电极单元中实施，用于体内葡萄糖感测。图41示出了包括第一工作电极4103A和第二工作电极4103B的CGM电极单元4201，它们分别连接到第一工作电极终端4103AT和第二工作电极终端4103BT上。
适用于BGM
双电极系统4101可在BGM一次性盒或条中实施，用于体外葡萄糖感测。在实施方案中，图39的一次性盒901可包括两个工作电极。在这种实施方案中，盒工作电极905充当第一工作电极4103A。第二工作电极4103B可添加到基底907中用于接触测试流体。此外，相应的传感模块911可包括用于从来自BGM一次性盒的第一和第二工作电极接收信号的电路。
第一和第二工作电极必须在一起操作
在双电极系统4101中，必须有两个电流值：一个来自第一工作电极4103A且另一个来自第二工作电极4103B，以便获得测试流体中的葡萄糖水平。对于CGM，第一工作电极4103A和第二工作电极4103B各自必须连续或重复地操作以提供葡萄糖水平。因此，该系统有别于偶尔出于各种原因而具有备用传感电极的任何电化学传感系统。
对乙酰氨基酚的干扰
对乙酰氨基酚
对乙酰氨基酚是最常用的非处方药物之一。此外，对乙酰氨基酚作为活性药物成分广泛用于组合药物中。
公认的问题
鉴于对乙酰氨基酚的流行，有可能服用该药物的患者同时还需要检测他们的血糖水平。考虑到许多葡萄糖传感装置是由患者自己使用，而不是由医护人员使用，所以由对乙酰氨基酚引起的错误读数可能会导致严重的后果。电化学葡萄糖感测行业已经认识到这个问题，并且想要解决它。
没有好的解决办法
已经进行了多次努力以试图解决此问题。然而，到目前为止，还没有一个解决方案能说服业界采用。没有用于对对乙酰氨基酚进行选择性筛选以到达电极的膜。因此，有一种长期未满足的需要。
没有好解决方案的解释
可商购获得的电化学葡萄糖感测技术根本不能解决这个问题。这至少部分是因为电化学葡萄糖传感系统在技术上非常复杂。工作电极具有层压组件，每个层压组件都有其自身的功能且互不干扰。在不影响其它组件的功能和工作电极的整体性能的情况下，很难找到解决这个问题的方法。除了技术上的复杂性之外，考虑到该行业严格的监管审批流程，开发类似这样的产品以投入市场也是非常昂贵的。因此，一旦工作产品被批准并投入市场，就很难对批准的产品的任何工作组件进行重大更改。
解决对乙酰氨基酚的非酶葡萄糖传感系统
在实施方案中，非酶电化学葡萄糖传感系统在不引入针对此结果的任何额外的膜的情况下选择性氧化葡萄糖，且同时不氧化对乙酰氨基酚。回看图3和31，工作电极103NE、501包括导电层110和纳米多孔层117。工作电极可在纳米多孔层117上包括一个或多个额外的功能层。
无对乙酰氨基酚筛选膜
在实施方案中，工作电极103NE在纳米多孔层117上不包括被设计来选择性筛选、排斥或阻挡对乙酰氨基酚同时允许葡萄糖穿过其中的膜、薄膜或层。因此，当工作电极103NE接触含有对乙酰氨基酚的测试流体时，葡萄糖和对乙酰氨基酚都将接触纳米多孔层117并且将能进入纳米尺寸的孔隙中以在其中进行氧化。
用于氧化葡萄糖和对乙酰氨基酚的偏置电压
在根据实施方案的葡萄糖传感系统中，葡萄糖在纳米多孔层117中在介于约0.2V与约0.45V之间的偏置电压下被氧化。另一方面，对乙酰氨基酚在大于0.33、0.34、0.35或0.36V的偏置电压下被氧化。偏置电压可被调节以引起葡萄糖氧化且同时避免对乙酰氨基酚的氧化。
用于选择性氧化葡萄糖而不氧化对乙酰氨基酚的偏置电压
在实施方案中，相对于参比电极106施加于导电层110上的偏置电压被设定来当葡萄糖和对乙酰氨基酚都接触纳米多孔层117时引起葡萄糖氧化而不引起对乙酰氨基酚氧化。对于葡萄糖的选择性氧化和对乙酰氨基酚的选择性不氧化，在实施方案中，偏置电压被设定在或约在0.20、0.21、0.22、0.23、0.24、0.25、0.26、0.27、0.28、0.29、0.30、0.31或0.32V。在实施方案中，偏置电压可在通过选择前一句中所列的任何两个数字(两个电压值)所形成的范围内，例如，介于约0.28V与约0.30V之间、介于约0.27V与约0.31V之间、介于约0.26V与约0.30V之间、介于约0.28V与约0.32V之间等等。在实施方案中，偏置电压低于0.30、0.31或0.32V。
在酶传感电极中的偏置电压
为便于对比，酶葡萄糖传感器施加0.5-0.6V范围内的偏置电压。在酶感测传感器中，此偏置电压不会导致葡萄糖在其传感电极或其它地方处的氧化。相反，葡萄糖特异性酶氧化葡萄糖分子，使电子生成电子介体，电子介体在导电层中被偏置电压氧化。因此，偏置电压会引起酶电极中电子介体的氧化。
实施例
现将进一步结合实施例和实验来论述本发明的各个方面和特征。
制备反胶束相
实施例1.1
通过在搅拌下将0.500g(0.965mmol)氯铂酸六水合物H2PtCl6·6H2O(来自Sigma-Aldrich)溶于24.5g纯化水中来制备铂的水溶液。将25g表面活性剂Triton X-100TM(来自Sigma-Aldrich)添加到铂水溶液中以提供含有表面活性剂和铂离子的含水组合物。铂离子在含水组合物中的浓度为约0.02M。通过在搅拌下调节温度到70°来制备在含水组合物中的反胶束相。
实施例1.2
通过重复实施例1.1来制备反胶束相，例外的是使用PtCl4·6H2O代替H2PtCl6·6H2O，其量能在含水组合物提供约0.02M的铂离子浓度。
实施例1.3
通过重复实施例1.1来制备反胶束相，例外的是使用H2PtCl2(OH)4代替H2PtCl6·6H2O，其量能在含水组合物提供约0.02M的铂离子浓度。
实施例1.4
通过重复实施例1.1来制备反胶束相，例外的是使用H2Pt(SO4 )(OH)4·6H2O代替H2PtCl6·6H2O，其量能在含水组合物提供约0.02M的铂离子浓度。
实施例1.5
通过重复实施例1.1来制备反胶束相，例外的是使用TiCl4·6H2O代替H2PtCl6·6H2O，其量能在含水组合物提供约0.02M的钛离子浓度。
实施例1.6
通过重复实施例1.1来制备反胶束相，例外的是使用NP-40TM代替Triton X-100充当表面活性剂，以便在含水组合物中提供约0.02M的铂离子浓度，且还例外的是调节表面活性剂的量和温度以获得表面活性剂的反胶束相。
实施例1.7
通过重复实施例1.1来制备反胶束相，例外的是使用聚山梨醇酯80代替Triton X-100充当表面活性剂，以便在含水组合物中提供约0.02M的铂离子浓度，且还例外的是调节表面活性剂的量和温度以获得特定的表面活性剂的反胶束相。
实施例1.8
通过重复实施例1.1来制备反胶束相，例外的是使用异鲸蜡醇聚醚-20代替TritonX-100充当表面活性剂，以便在含水组合物中提供约0.02M的铂离子浓度，且还例外的是调节表面活性剂的量和温度以获得特定的表面活性剂的反胶束相。
实施例1.9
通过重复实施例1.1来制备反胶束相，例外的是使用泊洛沙姆407代替Triton X-100充当表面活性剂，以便在含水组合物中提供约0.02M的铂离子浓度，且还例外的是调节表面活性剂的量和温度以获得特定的表面活性剂的反胶束相。
实施例1.10
通过重复实施例1.1来制备反胶束相，例外的是使用甘油一月桂酸酯代替TritonX-100充当表面活性剂，以便在含水组合物中提供约0.02M的铂离子浓度，且还例外的是调节表面活性剂的量和温度以获得特定的表面活性剂的反胶束相。
制备还原剂
实施例2.1
通过将30g(0.170mol)抗坏血酸作为还原剂添加到250ml纯化水中伴随搅拌来制备还原剂水溶液。将还原剂溶液加热至70℃。还原剂水溶液中的抗坏血酸的浓度是0.6M，这相当于实施例1.1至1.10的金属离子浓度的60倍。
实施例2.2
通过重复实施例2.1来制备还原剂水溶液，例外的是甲醛代替抗坏血酸用作还原剂。调整甲醛的量以提供约0.6M的其在还原剂水溶液中的浓度。
实施例2.3
通过重复实施例2.1来制备还原剂水溶液，例外的是乙酸代替抗坏血酸用作还原剂。调整乙酸的量以提供约0.6M的其在还原剂水溶液中的浓度。
实施例2.4
通过重复实施例2.1来制备还原剂水溶液，例外的是次磷酸盐代替抗坏血酸用作还原剂。调整次磷酸盐的量以提供约0.6M的其在还原剂水溶液中的浓度。
形成纳米颗粒胶体
实施例3.1
在制备反胶束相之后不久，在70℃下将实施例2.1中制备的还原剂水溶液添加到实施例1.1的含水组合物中。在生成的液体组合物中，铂离子的浓度为约0.0028M，且抗坏血酸的浓度为约0.50M。在70℃下连续搅拌生成的液体组合物约4小时。获得黑色铂胶体。
实施例3.2-3.10
使用实施例1.2-1.10中制备的反胶束相代替实施例1.1中制备的反胶束相重复实施例3.1，其分别提供实施例3.2-3.10的金属胶体。
纳米颗粒胶体的粒度分析
实施例4.1
韩国聚合物测试研究院(KOPTRI)使用Photal Otsuka Electronics的ζ-电势和粒度分析器ELS-Z2对由实施例3.1获得的铂胶体进行了动态光散射粒度分析。对于该分析，将实施例3.1的铂胶体样品在25℃下分散在折射率为1.3328、粘度为0.8878cp且介电常数为78.3的纯化水中。
图14示出了由实施例3.1获得的胶体的粒度分布。粒径主要介于约9nm与约14nm之间。这种尺寸分布被解释为表示反胶束。尺寸分布没有示出1-5nm的直径尺寸，这被解释为大多数铂纳米颗粒被包含或包围在反胶束内。根据实施例1.1、2.1和3.1，多次实验得出了相似的结果。
实施例4.2-4.10
使用实施例3.2-3.10中制备的每种胶体代替实施例3.1中制备的胶体来重复实施例4.1的分析。得到了实施例3.2-3.10中制备的每种胶体的粒度分布。
除去表面活性剂
实施例5.1
将50ml 0.3M HCl水溶液添加到实例3.1中制备的60ml铂胶体中。在3800rpm下离心添加了酸的铂胶体持续10分钟。随后，丢弃澄清上清液，并且收集黑色底部部分。再重复以下操作顺序4次以除去表面活性剂并获得铂胶体：添加HCl水溶液、离心及收集黑色底部部分。
随后，用纯化水洗涤得到的铂胶体以除去HCl。将50ml纯化水添加到所收集的铂胶体中。在3800rpm下离心添加了水的铂胶体持续10分钟。然后，丢弃澄清上清液，并且收集黑色底部部分。再重复以下操作顺序4次以除去HCl并获得HCl洗涤过的铂胶体：添加纯化水、离心及收集黑色底部部分。
实施例5.2-5.10
使用由3.2-3.10获得的纳米颗粒胶体代替实施例3.1中制备的纳米颗粒胶体重复实施例5.1以分别收集实施例5.2-5.10的胶体。
实施例5.11
使用0.3M HNO3水溶液代替HCl水溶液重复实施例5.1。
实施例5.12
使用0.3M NaOH水溶液代替HCl水溶液重复实施例5.1。
团簇胶体的粒度分析
实施例6.1
韩国聚合物测试研究院(KOPTRI)使用Photal Otsuka Electronics的ζ-电势和粒度分析器ELS-Z2如实施例4.1中所述对由实施例5.1获得的铂胶体进行了动态光散射粒度分析。对于该分析，将实施例5.1的胶体样品在25℃下分散在折射率为1.3328、粘度为0.8878cp且介电常数为78.3的水中。
图15示出了由实施例5.1获得的胶体的粒度分布。粒径主要介于约60nm与约200nm之间。这种尺寸分布被解释为表示由纳米颗粒形成的不规则形团簇。考虑到实施例4.1中的粒度主要介于约9nm与约14nm之间(反胶束而非团簇的尺寸)，应理解团簇是通过实施例5.1的过程形成，其中表面活性剂分子藉由添加酸性溶液从铂纳米颗粒处分开且通过离心和收集底部部分来除去表面活性剂。根据实施例1.1、2.1、3.1和5.1，由多次实验得出了相似的结果。
实施例6.2-6.10
使用实施例3.2-3.10中制备的每种胶体代替实施例3.1中制备的胶体重复实施例6.1。得到了实施例3.2-3.10中制备的每种胶体的粒度分布。
铂的回收-产率
实施例7
使实施例5.1中获得的团簇胶体经受干燥。胶体的干重是0.143g。由60ml实施例3.1中制备的纳米颗粒胶体制备实施例5.1中得到的胶体，其含有0.188g。在该全过程中，铂的产率是76.1％。
制造具有团簇状纳米多孔层的电极
实施例8.1–电极基底
如图16A所示，银层1603和导电碳层1605在由聚酰亚胺制成的衬底1601上形成。银层1603是通过打印含有银颗粒的银墨以约20μm的厚度形成。导电碳层1605是通过打印含有碳颗粒的碳墨以约20μm的厚度形成。在银层1603和导电碳层1605周围的衬底1601上层压聚酰亚胺绝缘薄膜1602以提供电极基底1606。
实施例8.2–形成纳米多孔层
将实施例5.1中获得的团簇胶体稀释至60mg/ml的浓度。使用微型注射器，将0.2μL稀释的团簇胶体滴在电极基底1606的导电碳层上。将其上滴有胶体的电极基底置于60℃下的烘箱中持续30分钟以形成包括铂纳米多孔层1609的电极1607，如图16B所示。
实施例8.3–粗糙度系数
使用来自CH Instruments Inc.的电化学分析器CHI660作为稳压器104且使用实施例8.2中制备的电极1607作为工作电极103、铂丝作为反电极105及Ag/AgCl(3M KCl)作为参比电极106制备图1的电化学电池。将电极1607的银层1603连接到稳压器104上。将1MH2SO4水溶液代替测试流体102添加到图1的电化学电池中。
循环伏安法在电位扫描范围介于-0.2V与+1.2V之间下进行。通过使用循环伏安法测量吸附在铂纳米多孔层的表面上的质子的量获得铂纳米多孔层的实际表面积。测量铂纳米多孔层的顶部表面积(几何面积)。通过实际表面积除以几何面积计算粗糙度系数。由实施例8.2获得的纳米多孔层的粗糙度系数是1147。
实施例8.4–重复实施例8.1-8.2
多次重复实施例8.1以制备额外的电极基底。使用额外的电极基底多次重复实施例8.2以制备包括铂纳米多孔层1609的额外的电极1607。
实施例8.5–重复实施例8.3
针对实施例8.4中制备的五个电极1607重复实施例8.3。纳米多孔层的粗糙度系数值是1187、1171、1143、1190和1119。
实施例8.6–SEM照片
图17A是取自从实施例8.4获得的电极1607的顶部的SEM照片。较深的中心表示导电碳层的区域。图17B是电极1607的横截面的SEM照片，按从上到下的顺序示出了铂纳米多孔层1609、碳导电层1605和银层1603。图17C包括实施例8.4中制备的另一电极1607的三张SEM照片。这三张照片是在不同的放大倍数下从顶部拍摄。
感测PBS中的葡萄糖
实施例9.1–制备葡萄糖及其它测试材料的溶液
将购自Sigma-Aldrich的D-(+)-葡萄糖粉末溶于纯化水中以制备1M葡萄糖储备溶液。将购自Sigma-Aldrich的抗坏血酸溶于纯化水中以制备0.05M抗坏血酸Sigma-Aldrich水溶液。将购自Sigma-Aldrich的对乙酰氨基酚溶于纯化水中以制备0.05M对乙酰氨基酚水溶液。将购自Sigma-Aldrich的麦芽糖溶于纯化水中以制备0.5M麦芽糖水溶液。
实施例9.2–制备PBS
制备在纯化水中含有0.1M NaH2PO4和0.15M NaCl的500ml水溶液。制备在纯化水中含有0.1M Na2HPO4和0.15M NaCl的500ml水溶液。将两个水溶液混合以制备pH 7.4的1L储备磷酸盐缓冲盐水(PBS)。
实施例9.3–制备PBS中的葡萄糖传感系统
将实施例9.2中制备的20ml PBS置于烧杯中，其中PBS的温度保持在37℃下。使用来自CH Instruments Inc.的电化学分析器CHI660作为稳压器104且使用实施例8.4中制备的电极1607作为工作电极103、铂丝作为反电极105及Ag/AgCl(3M KCl)作为参比电极106制备图1的电化学电池。将电极1607的银层1603连接到稳压器104上。将电极浸入PBS中且电连接到电化学分析器上。
实施例9.4–测量电流
在实施例9.3中制备的系统中，在工作电极103(电极1607)与参比电极106之间施加0.4V的偏置电压。施加偏置电压后，连续地测量来自工作电极103的电流。将电化学电池保持12分钟以用于调节PBS中的葡萄糖传感系统，而不向其中添加任何物质。随后，针对PBS中不含葡萄糖取得0.087μA的电流值。图18示出了由针对以下实施例9.5-9.11的电化学电池获得的电流分布图。在图18中，“AA”表示抗坏血酸，且“AP”表示对乙酰氨基酚。
实施例9.5–感测PBS中的1mM葡萄糖
在调节葡萄糖传感系统之后，将实施例9.1中制备的20μl葡萄糖储备溶液添加到实施例9.3的PBS中以制备PBS中的1mM葡萄糖。添加之后将添加了葡萄糖的PBS立即搅拌3-4秒，使电流暂时达到峰值。连续测量来自工作电极的电流。当电流变得稳定后，针对PBS中的1mM葡萄糖取得0.54μA的电流值。
实施例9.6–感测PBS中的3mM葡萄糖
在实施例9.5中的电流变得稳定之后，将实施例9.1中制备的40μl葡萄糖储备溶液添加到由实施例9.4得到的PBS中以制备在PBS中的总计3mM葡萄糖。添加之后将添加了葡萄糖的PBS立即搅拌3-4秒，使电流暂时达到峰值。连续测量来自工作电极的电流。当电流变得稳定后，针对PBS中的3mM葡萄糖取得1.19μA的电流值。
实施例9.7–感测PBS中的6mM葡萄糖
在实施例9.6中的电流变得稳定之后，将实施例9.1中制备的60μl葡萄糖储备溶液添加到由实施例9.5得到的PBS中以制备在PBS中的总计6mM葡萄糖。添加之后将添加了葡萄糖的PBS立即搅拌3-4秒，使电流暂时达到峰值。连续测量来自工作电极的电流。当电流变得稳定后，针对PBS中的6mM葡萄糖取得2.09μA的电流值。
实施例9.8–感测PBS中的10mM葡萄糖
在实施例9.7中的电流变得稳定之后，将实施例9.1中制备的80μl葡萄糖储备溶液添加到由实施例9.6得到的PBS中以制备在PBS中的总计10mM葡萄糖。添加之后将添加了葡萄糖的PBS立即搅拌3-4秒，使电流暂时达到峰值。连续测量来自工作电极的电流。当电流变得稳定后，针对PBS中的10mM葡萄糖取得2.89μA的电流值。
实施例9.9–感测PBS中的0.11mM抗坏血酸
在实施例9.8中的电流变得稳定之后，将实施例9.1中制备的44μl抗坏血酸水溶液添加到由实施例9.7得到的PBS中以制备在PBS中的0.11mM抗坏血酸(AA)。添加之后将添加了抗坏血酸的PBS立即搅拌3-4秒，使电流暂时达到峰值。连续测量来自工作电极的电流。当电流变得稳定后，针对PBS中的10mM葡萄糖和0.11mM抗坏血酸的总和取得2.93μA的电流值。
实施例9.10–感测PBS中的0.17mM对乙酰氨基酚
在实施例9.9中的电流变得稳定之后，将实施例9.1中制备的68μl对乙酰氨基酚水溶液添加到由实施例9.8得到的PBS中以制备在PBS中的0.17mM对乙酰氨基酚(AP)。添加之后将添加了对乙酰氨基酚的PBS立即搅拌3-4秒，使电流暂时达到峰值。连续测量来自工作电极的电流。当电流变得稳定后，针对PBS中的10mM葡萄糖、0.11mM抗坏血酸和0.17mM对乙酰氨基酚的总和取得3.21μA的电流值。
实施例9.11–感测PBS中的13.9mM麦芽糖
在实施例9.10中的电流变得稳定之后，将实施例9.1中制备的556μl麦芽糖水溶液添加到由实施例9.9得到的PBS中以制备在PBS中的13.9mM麦芽糖。添加之后将添加了麦芽糖的PBS立即搅拌3-4秒，使电流暂时达到峰值。连续测量来自工作电极的电流。当电流变得稳定后，针对PBS中的10mM葡萄糖、0.11mM抗坏血酸、0.17mM对乙酰氨基酚和13.9mM麦芽糖的总和取得4.74μA的电流值。
实施例9.12–葡萄糖水平的公式
在实施例9.5-9.11中，电流值表示且对应于PBS中的葡萄糖浓度。针对使用相同及其它葡萄糖浓度以相同方式制备的葡萄糖传感系统进行相似的实验很多次以获得电流值及相应葡萄糖浓度的数据。通过处理数据获得PBS中的葡萄糖浓度与电流值之间的相关性。使用由实施例9.5-9.11获得的相关性和电流值来计算葡萄糖浓度。
感测血清中的葡萄糖
实施例10.1–制备血清中的葡萄糖传感系统
人血清购自Sigma-Aldrich。使用YSI测量血清中的葡萄糖含量。已确定血清中含有5.8mM葡萄糖，这对应于血糖水平104mg/dl。将10ml血清置于烧杯中，其中血清的温度保持在37℃下。如实施例9.3中所述制备电化学电池，例外的是实施例8.4中制备的电极1607用作工作电极103且还例外的是将工作电极、参比电极和反电极浸入到血清中。
实施例10.2–预调节血清中的葡萄糖传感系统
在实施例10.1中制备的电化学电池的工作电极103与参比电极106之间施加0.4V偏置电压。在电化学系统中维持偏置电压超过3小时以用于调节系统，即等待背景电流变得足够低来感测葡萄糖氧化。随后，将偏置电压从系统断开。
实施例10.3–测量电流
在除去实施例10.2中的偏置电压之后不久，将相同的偏置电压再施加于系统上，并且开始测量工作电极的电流。将电化学电池保持1.2小时以便进一步调节血清中的葡萄糖传感系统，而不向其中添加任何物质。当电流变得稳定后，针对血清中最初所含的5.8mM葡萄糖取得96nA的电流值。图19示出了从以下实施例10.4-10.9的电化学电池所测量的电流的分布图。在图19中，“AA”表示抗坏血酸，且“AP”表示对乙酰氨基酚。
实施例10.4–感测血清中的10mM葡萄糖
在调节葡萄糖传感系统之后，将实施例9.1中制备的42μl葡萄糖储备溶液添加到实施例10.2的血清中以制备血清中的总计10mM葡萄糖。添加之后将添加了葡萄糖的血清立即搅拌3-4秒，使电流暂时达到峰值。连续测量来自工作电极的电流。当电流变得稳定后，针对血清中的10mM葡萄糖取得110nA的电流值。
实施例10.5–感测血清中的15mM葡萄糖
在实施例10.4中的电流变得稳定之后，将实施例9.1中制备的50μl葡萄糖储备溶液添加到实施例10.3的血清中以制备在血清中的总计15mM葡萄糖。添加之后将添加了葡萄糖的血清立即搅拌3-4秒，使电流暂时达到峰值。连续测量来自工作电极的电流。当电流变得稳定后，针对血清中的15mM葡萄糖取得132nA的电流值。
实施例10.6–感测血清中的20mM葡萄糖
在实施例10.5中的电流变得稳定之后，将实施例9.1中制备的50μl葡萄糖储备溶液添加到实施例10.4的血清中以制备在血清中的总计20mM葡萄糖。添加之后将添加了葡萄糖的血清立即搅拌3-4秒，使电流暂时达到峰值。连续测量来自工作电极的电流。当电流变得稳定后，针对血清中的20mM葡萄糖取得159nA的电流值。
实施例10.7–感测血清中的0.11mM抗坏血酸
在实施例10.6中的电流变得稳定之后，将实施例9.1中制备的22μl抗坏血酸水溶液添加到由实施例10.5得到的血清中以制备在血清中的0.11mM抗坏血酸(AA)。添加之后将添加了抗坏血酸的血清立即搅拌3-4秒，使电流暂时达到峰值。连续测量来自工作电极的电流。当电流变得稳定后，针对血清中的20mM葡萄糖和0.11mM抗坏血酸的总和取得163nA的电流值。
实施例10.8–感测血清中的0.17mM对乙酰氨基酚
在实施例10.7中的电流变得稳定之后，将实施例9.1中制备的34μl对乙酰氨基酚水溶液添加到由实施例10.6得到的血清中以制备在血清中的0.17mM对乙酰氨基酚(AP)。添加之后将添加了对乙酰氨基酚的血清立即搅拌3-4秒，使电流暂时达到峰值。连续测量来自工作电极的电流。当电流变得稳定后，针对血清中的20mM葡萄糖、0.11mM抗坏血酸和0.17mM对乙酰氨基酚的总和取得223nA的电流值。
实施例10.9–感测血清中的13.9mM麦芽糖
在实施例10.8中的电流变得稳定之后，将实施例9.1中制备的278μl麦芽糖水溶液添加到由实施例10.7得到的血清中以制备在血清中的13.9mM麦芽糖。添加之后将添加了麦芽糖的血清立即搅拌3-4秒，使电流暂时达到峰值。连续测量来自工作电极的电流。当电流变得稳定后，针对血清中的20mM葡萄糖、0.11mM抗坏血酸、0.17mM对乙酰氨基酚和13.9mM麦芽糖的总和取得231nA的电流值。
实施例10.10–葡萄糖水平的公式
在实施例10.4-10.9中，电流值表示且对应于血清中的葡萄糖浓度。针对使用相同及其它葡萄糖浓度以相同方式制备的葡萄糖传感系统进行相似的实验很多次以获得电流值及相应葡萄糖浓度的数据。通过处理数据获得血清中的葡萄糖浓度与电流值之间的相关性。使用由实施例10.4-10.9获得的相关性和电流值计算葡萄糖浓度。
非团簇状纳米多孔层
实施例11.1–来自反胶束相的电镀
本公开将US专利号8,343,690(‘690专利)的实施例和讨论据此整体并入本文。出现在‘690专利的第6栏至第9栏处的实验具体地并入本文作为用于通过电镀和使用葡萄糖感测层来制造纳米多孔层的实例。
实施例11.2–来自六角相的电镀
本公开将US专利号7,892,415(‘415专利)的公开内容据此整体并入本文。出现在‘415专利的第5栏至第6栏处的实验具体地并入本文作为用于通过电镀和使用葡萄糖感测层来制造六角形结构的纳米多孔层的实例。
实施例11.3–来自六角相的电镀
本公开将“Electrochemistry Communications,第4卷,第8期,2002年8月,第610-612页”的公开内容据此整体并入本文。
实施例11.4–来自六角相的化学沉积
本公开将“Science,第278卷,1997年10月31日,第838-840页”的公开内容据此整体并入本文。
制造麦芽糖阻挡层
实施例12.1–制备mPD水溶液
将购自Sigma-Aldrich的间苯二胺(mPD)溶于纯化水中以提供含有0.1、0.3、0.5、1.0、2.0和5.0mM mPD的mPD水溶液。
实施例12.2–为循环伏安法做准备
使用来自CH Instruments Inc.的电化学分析器CHI Multi 1030C作为稳压器104且使用实施例8.4中制备的电极1607作为工作电极103、铂丝作为反电极105及Ag/AgCl(3MKCl)作为参比电极106制备电化学电池。将反电极105与参比电极106电连接以形成双电极系统。
实施例12.3–在0.1mM、10mV/秒下的电化学聚合
在实施例12.2中制备的电化学电池中，添加实施例12.1中制备的0.1mM mPD水溶液来代替测试流体102。如图22所示，针对两个扫描区段在10mV/秒的扫描速率下用介于+0.5V与+1.0V之间的电位扫描范围进行循环伏安法，从而在纳米多孔层117上产生聚-mPD麦芽糖阻挡层301。
实施例12.4–在0.1mM、100mV/秒下的电化学聚合
重复实施例12.3，例外的是扫描速率为100mV/秒，其在纳米多孔层117上形成聚-mPD层。
实施例12.5–在0.1mM、200mV/秒下的电化学聚合
重复实施例12.3，例外的是扫描速率为200mV/秒，其在纳米多孔层117上形成聚-mPD层。
实施例12.6–在0.3mM、10mV/秒下的电化学聚合
重复实施例12.3，例外的是添加实施例12.1中制备的0.3mM mPD水溶液代替0.1mMmPD水溶液，其在纳米多孔层117上形成聚-mPD层。
实施例12.7–在0.3mM、100mV/秒下的电化学聚合
重复实施例12.6，例外的是扫描速率为100mV/秒，其在纳米多孔层117上形成聚-mPD层。
实施例12.8–在0.3mM、200mV/秒下的电化学聚合
重复实施例12.6，例外的是扫描速率为200mV/秒，其在纳米多孔层117上形成聚-mPD层。
实施例12.9–在0.5mM、10mV/秒下的电化学聚合
重复实施例12.3，例外的是添加实施例12.1中制备的0.5mM mPD水溶液代替0.1mMmPD水溶液，其在纳米多孔层117上形成聚-mPD层。
实施例12.10–在0.5mM、100mV/秒下的电化学聚合
重复实施例12.6，例外的是扫描速率为100mV/秒，其在纳米多孔层117上形成聚-mPD层。
实施例12.11–在0.5mM、200mV/秒下的电化学聚合
重复实施例12.6，例外的是扫描速率为200mV/秒，其在纳米多孔层117上形成聚-mPD层。
实施例12.12–在1.0mM、10mV/秒下的电化学聚合
重复实施例12.3，例外的是添加实施例12.1中制备的1.0mM mPD水溶液代替0.1mMmPD水溶液，其在纳米多孔层117上形成聚-mPD层。
实施例12.13–电击
使用实施例12.12中制备的聚-mPD层作为多孔聚合物层302和1M H2SO4水溶液作为电解质溶液来为计时电流法制备图23的电化学电池。通过施加+0.0V至+1.0的单脉冲以1.0秒的脉冲宽度将电击施加于多孔聚合物层302上。
实施例12.14–在1.0mM、100mV/秒和电击下的电化学聚合
重复实施例12.6，例外的是扫描速率为100mV/秒，其在纳米多孔层117上形成聚-mPD层。随后，使用在纳米多孔层上形成的聚-mPD层重复实施例12.13。
实施例12.15–在1.0mM、200mV/秒和电击下的电化学聚合
重复实施例12.6，例外的是扫描速率为200mV/秒，其在纳米多孔层117上形成聚-mPD层。随后，使用在纳米多孔层上形成的聚-mPD层重复实施例12.13。
实施例12.16–在2.0mM、10mV/秒和电击下的电化学聚合
重复实施例12.3，例外的是添加实施例12.1中制备的2.0mM mPD水溶液代替0.1mMmPD水溶液，其在纳米多孔层117上形成聚-mPD层。随后，使用在纳米多孔层上形成的聚-mPD层重复实施例12.13。
实施例12.17–在2.0mM、100mV/秒和电击下的电化学聚合
重复实施例12.6，例外的是扫描速率为100mV/秒，其在纳米多孔层117上形成聚-mPD层。随后，使用在纳米多孔层上形成的聚-mPD层重复实施例12.13。
实施例12.18–在2.0mM、200mV/秒和电击下的电化学聚合
重复实施例12.6，例外的是扫描速率为200mV/秒，其在纳米多孔层117上形成聚-mPD层。随后，使用在纳米多孔层上形成的聚-mPD层重复实施例12.13。
实施例12.19–在5.0mM、10mV/秒和电击下的电化学聚合
重复实施例12.3，例外的是添加实施例12.1中制备的5.0mM mPD水溶液代替0.1mMmPD水溶液，其在纳米多孔层117上形成聚-mPD层。随后，使用在纳米多孔层上形成的聚-mPD层重复实施例12.13。
实施例12.20–在5.0mM、100mV/秒和电击下的电化学聚合
重复实施例12.6，例外的是扫描速率为100mV/秒，其在纳米多孔层117上形成聚-mPD层。随后，使用在纳米多孔层上形成的聚-mPD层重复实施例12.13。
实施例12.21–在5.0mM、200mV/秒和电击下的电化学聚合
重复实施例12.6，例外的是扫描速率为200mV/秒，其在纳米多孔层117上形成聚-mPD层。随后，使用在纳米多孔层上形成的聚-mPD层重复实施例12.13。
在没有麦芽糖的干扰下感测葡萄糖
实施例13.1–制备血清
人血清购自Sigma-Aldrich。使用YSI测量血清中的葡萄糖含量。已确定血清中含有5.8mM葡萄糖，这对应于血糖水平104mg/dl。
实施例13.2–在血清中制备葡萄糖传感系统
将实施例13.1中制备的10ml血清置于烧杯中，其中血清的温度保持在37℃下。如实施例10.2所述制备电化学电池，例外的是工作电极103在纳米多孔层上包括聚-mPD麦芽糖阻挡层301，所述纳米多孔层使用0.1mM mPD溶液和10mV/秒的扫描速率如实施例12.3中来制备。
实施例13.1–制备血清中的葡萄糖传感系统
通过重复实施例10.2来制备电化学电池，例外的是工作电极103在如实施例12.3中(使用0.1mM mPD溶液和10mV/秒的扫描速率)所制备的纳米多孔层上包括聚-mPD麦芽糖阻挡层301，且还例外的是将工作电极、参比电极和反电极浸入血清中。
实施例13.2–调节血清中的葡萄糖传感系统
在实施例13.1中制备的电化学电池系统中，在工作电极103与参比电极106之间施加0.4V的偏置电压。在电化学系统中维持偏置电压超过3小时以便预调节该系统。随后，偏置电压从系统断开并重新连接。重新施加偏置电压后，开始测量来自工作电极的电流。保留电化学电池以进一步调节血清中的葡萄糖传感系统。当电流变得稳定后，针对血清中最初所含的5.8mM葡萄糖测得96nA的电流值。
实施例13.3–具有麦芽糖阻挡层的电极(0.1mM、10mV/秒)
在实施例13.2中制备的系统中，将实施例9.1中制备的葡萄糖储备溶液添加到血清中以制得血清中总计10mM的葡萄糖浓度。随后，进一步添加葡萄糖储备溶液以制得血清中总计15mM和20mM的葡萄糖浓度，每次添加之间有一定时间间隔。随后，将实施例9.1中制备的抗坏血酸水溶液添加到血清中以制得血清中0.11mM的抗坏血酸。随后，将实施例9.1中制备的对乙酰氨基酚水溶液添加到所得的血清中以制得血清中0.17mM的对乙酰氨基酚。再随后，将实施例9.1中制备的麦芽糖水溶液添加到所得的血清中以制得血清中13.9mM的麦芽糖。每次添加之后将血清立即搅拌3-4秒，使电流暂时达到峰值。图25以红色示出了此实施例中监测的电流。响应于每次葡萄糖、抗坏血酸(AA)和对乙酰氨基酚(AP)的添加，都会观察到电流的变化。然而，添加麦芽糖之后，观察到电流变化不大于5nA/mMcm2，除由搅拌引起的峰值之外。在此实施例中，麦芽糖阻挡层有效地阻挡麦芽糖，而不中断葡萄糖的感测。
实施例13.4–具有麦芽糖阻挡层的电极(0.1mM、100mV/秒)
重复实施例13.1-13.3，例外的是工作电极103包括如实施例12.4中(使用0.1mMmPD溶液，在100mV/秒的扫描速率下)所制备的麦芽糖阻挡层。图25以绿色示出了此实施例中监测的电流。响应于每次葡萄糖、抗坏血酸和对乙酰氨基酚的添加，都会观察到电流的变化。然而，添加麦芽糖之后，观察到电流变化不大于5nA/mMcm2，除由搅拌引起的峰值之外。在此实施例中，麦芽糖阻挡层有效地阻挡麦芽糖，而不中断葡萄糖的感测。
实施例13.5–具有麦芽糖阻挡层的电极(0.1mM、200mV/秒)
重复实施例13.1-13.3，例外的是工作电极103包括如实施例12.5中(使用0.1mMmPD溶液，在200mV/秒的扫描速率下)所制备的麦芽糖阻挡层。图25以紫色示出了此实施例中监测的电流。响应于每次葡萄糖、抗坏血酸和对乙酰氨基酚的添加，都会观察到电流的变化。然而，添加麦芽糖之后，观察到电流变化不大于5nA/mMcm2，除由搅拌引起的峰值之外。在此实施例中，麦芽糖阻挡层有效地阻挡麦芽糖，而不中断葡萄糖的感测。
实施例13.6–具有麦芽糖阻挡层的电极(0.3mM、10mV/秒)
重复实施例13.1-13.3，例外的是工作电极包括如实施例12.6中(使用0.3mM mPD溶液，在10mV/秒的扫描速率下)所制备的麦芽糖阻挡层。图26以红色示出了此实施例中监测的电流。响应于每次葡萄糖、抗坏血酸和对乙酰氨基酚的添加，都会观察到电流的变化。然而，添加麦芽糖之后，观察到电流变化不大于5nA/mMcm2，除由搅拌引起的峰值之外。在此实施例中，麦芽糖阻挡层有效地阻挡麦芽糖，而不中断葡萄糖的感测。
实施例13.7–具有麦芽糖阻挡层的电极(0.3mM、100mV/秒)
重复实施例13.1-13.3，例外的是工作电极包括如实施例12.7中(使用0.3mM mPD溶液，在100mV/秒的扫描速率下)所制备的麦芽糖阻挡层。图26以绿色示出了此实施例中监测的电流。响应于每次葡萄糖、抗坏血酸和对乙酰氨基酚的添加，都会观察到电流的变化。然而，添加麦芽糖之后，观察到电流变化不大于5nA/mMcm2，除由搅拌引起的峰值之外。在此实施例中，麦芽糖阻挡层有效地阻挡麦芽糖，而不中断葡萄糖的感测。
实施例13.8–具有麦芽糖阻挡层的电极(0.3mM、200mV/秒)
重复实施例13.1-13.3，例外的是工作电极包括如实施例12.8中(使用0.3mM mPD溶液，在200mV/秒的扫描速率下)所制备的麦芽糖阻挡层。图26以紫色示出了此实施例中监测的电流。响应于每次葡萄糖、抗坏血酸和对乙酰氨基酚的添加，都会观察到电流的变化。然而，添加麦芽糖之后，观察到电流变化不大于5nA/mMcm2，除由搅拌引起的峰值之外。在此实施例中，麦芽糖阻挡层有效地阻挡麦芽糖，而不中断葡萄糖的感测。
实施例13.9–具有麦芽糖阻挡层的电极(0.5mM、10mV/秒)
重复实施例13.1-13.3，例外的是工作电极包括如实施例12.9中(使用0.5mM mPD溶液，在10mV/秒的扫描速率下)所制备的麦芽糖阻挡层。图27以红色示出了此实施例中监测的电流。响应于每次葡萄糖、抗坏血酸和对乙酰氨基酚的添加，都会观察到电流的变化。然而，添加麦芽糖之后，观察到电流变化不大于5nA/mMcm2，除由搅拌引起的峰值之外。在此实施例中，麦芽糖阻挡层有效地阻挡麦芽糖，而不中断葡萄糖的感测。
实施例13.10–具有麦芽糖阻挡层的电极(0.5mM、100mV/秒)
重复实施例13.1-13.3，例外的是工作电极包括如实施例12.9中(使用0.5mM mPD溶液，在100mV/秒的扫描速率下)所制备的麦芽糖阻挡层。图27以绿色示出了此实施例中监测的电流。响应于每次葡萄糖、抗坏血酸和对乙酰氨基酚的添加，都会观察到电流的变化。然而，添加麦芽糖之后，观察到电流变化不大于5nA/mMcm2，除由搅拌引起的峰值之外。在此实施例中，麦芽糖阻挡层有效地阻挡麦芽糖，而不中断葡萄糖的感测。
实施例13.11–具有麦芽糖阻挡层的电极(0.5mM、200mV/秒)
重复实施例13.1-13.3，例外的是工作电极包括如实施例12.11中(使用0.5mM mPD溶液，在200mV/秒的扫描速率下)所制备的麦芽糖阻挡层。图27以紫色示出了此实施例中监测的电流。响应于每次葡萄糖、抗坏血酸和对乙酰氨基酚的添加，都会观察到电流的变化。然而，添加麦芽糖之后，观察到电流变化不大于5nA/mMcm2，除由搅拌引起的峰值之外。在此实施例中，麦芽糖阻挡层有效地阻挡麦芽糖，而不中断葡萄糖的感测。
实施例13.12–具有麦芽糖阻挡层的电极(1.0mM、10mV/秒)
重复实施例13.1-13.3，例外的是工作电极包括如实施例12.12中(使用1.0mM mPD溶液，在10mV/秒的扫描速率下)所制备的麦芽糖阻挡层且进一步经受如实施例12.13中的电击。图28以红色示出了此实施例中监测的电流。响应于每次葡萄糖、抗坏血酸和对乙酰氨基酚的添加，都会观察到电流的变化。然而，添加麦芽糖之后，观察到电流变化不大于5nA/mMcm2，除由搅拌引起的峰值之外。在此实施例中，麦芽糖阻挡层有效地阻挡麦芽糖，而不中断葡萄糖的感测。
实施例13.13–具有麦芽糖阻挡层的电极(1.0mM、100mV/秒)
重复实施例13.1-13.3，例外的是工作电极包括如实施例12.14中(使用1.0mM mPD溶液，在100mV/秒的扫描速率下)所制备的麦芽糖阻挡层且进一步受到如实施例12.13中的电击。图28以绿色示出了此实施例中监测的电流。响应于每次葡萄糖、抗坏血酸和对乙酰氨基酚的添加，都会观察到电流的变化。然而，添加麦芽糖之后，观察到电流变化不大于5nA/mMcm2，除由搅拌引起的峰值之外。在此实施例中，麦芽糖阻挡层有效地阻挡麦芽糖，而不中断葡萄糖的感测。
实施例13.14–具有麦芽糖阻挡层的电极(1.0mM、200mV/秒)
重复实施例13.1-13.3，例外的是工作电极包括如实施例12.15中(使用1.0mM mPD溶液，在200mV/秒的扫描速率下)所制备的麦芽糖阻挡层且进一步受到电击。图28以紫色示出了此实施例中监测的电流。响应于每次葡萄糖、抗坏血酸和对乙酰氨基酚的添加，都会观察到电流的变化。然而，添加麦芽糖之后，观察到电流变化不大于5nA/mMcm2，除由搅拌引起的峰值之外。在此实施例中，麦芽糖阻挡层有效地阻挡麦芽糖，而不中断葡萄糖的感测。
实施例13.15–具有麦芽糖阻挡层的电极(2.0mM、10mV/秒)
重复实施例13.1-13.3，例外的是工作电极包括如实施例12.16中(使用2.0mM mPD溶液，在10mV/秒的扫描速率下)所制备的麦芽糖阻挡层且进一步受到如实施例12.15中的电击。图29以红色示出了此实施例中监测的电流。响应于每次葡萄糖、抗坏血酸和对乙酰氨基酚的添加，都会观察到电流的变化。然而，添加麦芽糖之后，观察到电流变化不大于5nA/mMcm2，除由搅拌引起的峰值之外。在此实施例中，麦芽糖阻挡层有效地阻挡麦芽糖，而不中断葡萄糖的感测。
实施例13.16–具有麦芽糖阻挡层的电极(2.0mM、100mV/秒)
重复实施例13.1-13.3，例外的是工作电极包括如实施例12.17中(使用2.0mM mPD溶液，在100mV/秒的扫描速率下)所制备的麦芽糖阻挡层且进一步受到如实施例12.15中的电击。图29以绿色示出了此实施例中监测的电流。响应于每次葡萄糖、抗坏血酸和对乙酰氨基酚的添加，都会观察到电流的变化。然而，添加麦芽糖之后，观察到电流变化不大于5nA/mMcm2，除由搅拌引起的峰值之外。在此实施例中，麦芽糖阻挡层有效地阻挡麦芽糖，而不中断葡萄糖的感测。
实施例13.17–具有麦芽糖阻挡层的电极(2.0mM、200mV/秒)
重复实施例13.1-13.3，例外的是工作电极包括如实施例12.18中(使用2.0mM mPD溶液，在200mV/秒的扫描速率下)所制备的麦芽糖阻挡层且进一步受到如实施例12.15中的电击。图29以紫色示出了此实施例中监测的电流。响应于每次葡萄糖、抗坏血酸和对乙酰氨基酚的添加，都会观察到电流的变化。然而，添加麦芽糖之后，观察到电流变化不大于5nA/mMcm2，除由搅拌引起的峰值之外。在此实施例中，麦芽糖阻挡层有效地阻挡麦芽糖，而不中断葡萄糖的感测。
实施例13.18–具有麦芽糖阻挡层的电极(5.0mM、10mV/秒)
重复实施例13.1-13.3，例外的是工作电极包括如实施例12.19中(使用5.0mM mPD溶液，在10mV/秒的扫描速率下)所制备的麦芽糖阻挡层且进一步受到如实施例12.15中的电击。图30以红色示出了此实施例中监测的电流。响应于每次葡萄糖、抗坏血酸和对乙酰氨基酚的添加，都会观察到电流的变化。然而，添加麦芽糖之后，观察到电流变化不大于5nA/mMcm2，除由搅拌引起的峰值之外。在此实施例中，麦芽糖阻挡层有效地阻挡麦芽糖，而不中断葡萄糖的感测。
实施例13.19–具有麦芽糖阻挡层的电极(5.0mM、100mV/秒)
重复实施例13.1-13.3，例外的是工作电极包括如实施例12.20中(使用5.0mM mPD溶液，在100mV/秒的扫描速率下)所制备的麦芽糖阻挡层且进一步受到如实施例12.15中的电击。图30以绿色示出了此实施例中监测的电流。响应于每次葡萄糖、抗坏血酸和对乙酰氨基酚的添加，都会观察到电流的变化。然而，添加麦芽糖之后，观察到电流变化不大于5nA/mMcm2，除由搅拌引起的峰值之外。在此实施例中，麦芽糖阻挡层有效地阻挡麦芽糖，而不中断葡萄糖的感测。
实施例13.20–具有麦芽糖阻挡层的电极(5.0mM、200mV/秒)
重复实施例13.1-13.3，例外的是工作电极包括如实施例12.21中(使用5.0mM mPD溶液，在200mV/秒的扫描速率下)所制备的麦芽糖阻挡层且进一步受到如实施例12.15中的电击。图30以紫色示出了此实施例中监测的电流。响应于每次葡萄糖、抗坏血酸和对乙酰氨基酚的添加，都会观察到电流的变化。然而，添加麦芽糖之后，观察到电流变化不大于5nA/mMcm2，除由搅拌引起的峰值之外。在此实施例中，麦芽糖阻挡层有效地阻挡麦芽糖，而不中断葡萄糖的感测。
实施例13.21–具有麦芽糖阻挡层的电极(1.0mM、10mV/秒)
重复实施例13.12，例外的是在实施例12.12中制备(使用1.0mM mPD溶液，在10mV/秒扫描速率下)的聚-mPD层不受电击。
实施例13.22–具有麦芽糖阻挡层的电极(1.0mM、100mV/秒)
重复实施例13.12，例外的是在实施例12.14中制备(使用1.0mM mPD溶液，在100mV/秒扫描速率下)的聚-mPD层不受电击。
实施例13.23–具有麦芽糖阻挡层的电极(1.0mM、200mV/秒)
重复实施例13.12，例外的是在实施例12.15中制备(使用1.0mM mPD溶液，在200mV/秒扫描速率下)的聚-mPD层不受电击。
实施例13.24–具有麦芽糖阻挡层的电极(2.0mM、10mV/秒)
重复实施例13.12，例外的是在实施例12.16中制备(使用2.0mM mPD溶液，在10mV/秒扫描速率下)的聚-mPD层不受电击。响应于每次葡萄糖的添加，没有观察到电流变化，这意味着聚-mPD层有效地阻挡葡萄糖。
实施例13.25–具有麦芽糖阻挡层的电极(2.0mM、100mV/秒)
重复实施例13.12，例外的是在实施例12.17中制备(使用2.0mM mPD溶液，在100mV/秒扫描速率下)的聚-mPD层不受电击。响应于每次葡萄糖的添加，没有观察到电流变化，这意味着聚-mPD层有效地阻挡葡萄糖。
实施例13.26–具有麦芽糖阻挡层的电极(2.0mM、200mV/秒)
重复实施例13.12，例外的是在实施例12.18中制备(使用2.0mM mPD溶液，在200mV/秒扫描速率下)的聚-mPD层不受电击。响应于每次葡萄糖的添加，没有观察到电流变化，这意味着聚-mPD层有效地阻挡葡萄糖。
实施例13.27–具有麦芽糖阻挡层的电极(5.0mM、10mV/秒)
重复实施例13.12，例外的是在实施例12.19中制备(使用5.0mM mPD溶液，在10mV/秒扫描速率下)的聚-mPD层不受电击。响应于每次葡萄糖的添加，没有观察到电流变化，这意味着聚-mPD层有效地阻挡葡萄糖。
实施例13.28–具有麦芽糖阻挡层的电极(5.0mM、100mV/秒)
重复实施例13.12，例外的是在实施例12.20中制备(使用5.0mM mPD溶液，在100mV/秒扫描速率下)的聚-mPD层不受电击。响应于每次葡萄糖的添加，没有观察到电流变化，这意味着聚-mPD层有效地阻挡葡萄糖。
实施例13.29–具有麦芽糖阻挡层的电极(5.0mM、200mV/秒)
重复实施例13.12，例外的是在实施例12.21中制备(使用5.0mM mPD溶液，在200mV/秒扫描速率下)的聚-mPD层不受电击。响应于每次葡萄糖的添加，没有观察到电流变化，这意味着聚-mPD层有效地阻挡葡萄糖。
替代性电击
实施例14.1–两个脉冲的电击
重复实施例12.13，例外的是两个脉冲具有0.5秒的脉冲宽度，时间间隔为0.5秒。
实施例14.2–两个脉冲的电击
重复实施例14.1，例外的是每个脉冲为+0.0V至+2.0V。
实施例14.3–多个脉冲的电击
重复实施例12.13，例外的是一系列10个脉冲具有0.1秒的脉冲宽度，两个脉冲之间的时间间隔为0.1秒。
实施例14.4–多个脉冲的电击
重复实施例14.1，例外的是每个脉冲为+0.0V至+2.0V。
实施例14.5–单级递增的电击
重复实施例12.13，例外的是电势在1秒期间逐渐从+0.0V增加至+1.0V。
实施例14.6–多级递增的电击
重复实施例14.5，例外的是重复5次递增电势，两个递增之间的时间间隔为0.1。
实施例14.7–单级递增的电击
重复实施例12.13，例外的是电势在2秒期间逐渐从+0.0V增加至+2.0V。
实施例14.8–多级递增的电击
重复实施例14.7，例外的是重复5次递增电势，两个递增之间的时间间隔为0.1。
调节工作电极
实施例15.1–制备血清中的葡萄糖传感系统
重复实施例10.2以制备用于血清中的葡萄糖感测的电化学电池。工作电极103是实施例8.4中制备的电极1607之一(包括铂纳米多孔层1609)且不包括电解质离子阻挡层。
实施例15.2–调节工作电极(无电解质离子阻挡层)
在实施例15.1中制备的电化学电池中，在工作电极103与参比电极106之间施加0.4V的偏置电压。与实施例10.3不同，施加偏置电压后，立即连续地测量来自工作电极的电流。图42A示出了从电化学电池处测量的电流分布的曲线图，其中工作电极103不包括电解质离子阻挡层。参看图42A，在10,000秒(约3小时)、20,000秒和30,000秒时，电流仍以显著速率下降。图42B是图42A的曲线图的放大视图且显示出在完成工作电极的调节之后才添加如实施例9.1中所制备的葡萄糖储备溶液。
实施例15.3–制备具有PMMA电解质离子阻挡层的工作电极
将购自Sigma-Aldrich的PMMA(产品编号445746)溶于二甲基甲酰胺(DMF)中以提供2wt％PMMA溶液。使用微型注射器，将0.2μL PMMA溶液滴在实施例8.4中制备的电极1607之一的铂纳米多孔层1609上。当溶剂变干时，在铂纳米多孔层1609上形成PMMA电解质离子阻挡层505。
实施例15.4–制备血清中的葡萄糖传感系统
为了制备用于血清中的葡萄糖感测的电化学电池重复实施例10.2，例外的是实施例15.1中制备的具有PMMA电解质离子阻挡层的工作电极用作工作电极103。
实施例15.5–调节工作电极
在实施例15.4中制备的电化学电池中，在工作电极103与参比电极106之间施加0.4V的偏置电压。施加偏置电压后，立即连续地测量来自工作电极的电流。图43示出了从电化学电池处测量的电流分布的曲线图，其中工作电极103包括电解质离子阻挡层。在完成工作电极的调节之后才添加如实施例9.1中所制备的葡萄糖储备溶液。图43中的峰代表每次添加之后的搅拌。
实施例15.6–比较调节时间
图44覆盖了图42(实施例15.2)和图43(实施例15.5)的电流分布图。实施例15.5(包括电解质离子阻挡层)的电流在约600秒左右固定且稳定，而实施例15.2(无电解质离子阻挡层)的电流在同一时间段内以显著速率下降。
实施例15.7–制备具有PHEMA层的工作电极
将购自Sigma-Aldrich的PHEMA(产品编号529265)溶于二甲基甲酰胺(DMF)中以提供2wt％PHEMA溶液。使用微型注射器，将0.2μL PHEMA溶液滴在实施例8.4中制备的电极1607之一的铂纳米多孔层1609上。当溶剂变干时，在铂纳米多孔层1609上形成PHEMA电解质离子阻挡层505。
实施例15.8–制备具有PMMA-EG-PMMA层的工作电极
将购自Sigma-Aldrich的PMMA-EG-PMMA(产品编号463183)溶于二甲基甲酰胺(DMF)中以提供2wt％PMMA-EG-PMMA溶液。使用微型注射器，将0.2μL PMMA-EG-PMMA溶液滴在实施例8.4中制备的电极1607之一的铂纳米多孔层1609上。当溶剂变干时，在铂纳米多孔层1609上形成PMMA-EG-PMMA电解质离子阻挡层505。
实施例15.8–在血清中制备葡萄糖传感系统及调节
通过重复实施例15.4来制备血清中葡萄糖感测的电化学电池，例外的是实施例15.7和15.8中制备的工作电极用作工作电极103。此外，对于所制备的电化学电池重复实施例15.5。
制造CGM皮下电极单元
实施例16.1–在基底上形成导电层
将具有150μm厚度的聚酰亚胺薄膜用作基底衬底503。将银层1603打印在聚酰亚胺薄膜上以提供约20μm厚度的银导电元件110C、110W和110R，形状如图35所示。随后，将导电碳层1605以约20μm的厚度打印在银导电元件110C和110W上。在银层导电元件110R上没有形成碳层。
实施例16.2–放置绝缘层并切割
具有50μm的厚度的聚酰亚胺薄膜用作绝缘层707。将聚酰亚胺薄膜以一定尺寸切割以便覆盖图35的中间产物，同时暴露终端部分705。将聚酰亚胺薄膜刺穿以提供三个开口用于暴露工作电极、参比电极和反电极的区域。随后，将预切割的聚酰亚胺置于图35的中间产物上以使得胶粘层接触聚酰亚胺基底503用于提供图36的中间产物。随后，将导电元件外面的聚酰亚胺基底503和聚酰亚胺绝缘层707切割以提供图37的中间产物。
实施例16.3–形成团簇状纳米多孔层
将实施例5.1中获得的团簇胶体用纯化水稀释至60mg/ml。使用微型注射器，将0.2μL稀释的团簇胶体滴在通过实施例16.2中制备的中间产物的工作电极501的一个开口所暴露的碳层1605上。对滴在碳层1605上的团簇胶体进行干燥以提供团簇状纳米多孔层117，从而产生图38A的中间产物。
实施例16.4–形成电解质离子阻挡层
将购自Sigma-Aldrich的PMMA(产品编号445746)溶于二甲基甲酰胺(DMF)中以提供2wt％PMMA溶液。使用微型注射器，将0.2μL PMMA溶液滴在实施例16.3中制备的中间产物的纳米多孔层117上。当溶剂变干时，在纳米多孔层117上形成PMMA电解质离子阻挡层505。
实施例16.5–形成生物相容性层
在电解质离子阻挡层505上形成生物相容性层(pHEMA)，如图38B所示，从而产生图33的非酶CGM电极单元。
实施例16.6–形成生物相容性层
将购自Sigma-Aldrich的pHEMA(产品编号192066)溶于二甲亚砜(DMSO)中以提供0.5wt％pHEMA溶液。使用微型注射器，将1.0μL pHEMA溶液滴在实施例16.4中制备的中间产物的电解质离子阻挡层505上。当溶剂变干时，如图38B所示形成pHEMA生物相容性层507，从而产生图33的非酶CGM电极单元701。
CGM动物测试
实施例17.1–为CGM动物测试做准备
将实施例16.6中制备的非酶CGM电极单元皮下插入大鼠体内，以使得电极103、105和106接触大鼠的组织液。将CGM电极单元701连接到由UXN Co.,Ltd.(本申请的申请人)和Seoul National University Hospital开发的UXN稳压器上。图45A是UXN稳压器的照片。图45B是示出了CGM电极单元701连接到图45A的UXN稳压器上的照片。图45C是示出了具有其外壳的UXN稳压器的照片。UXN稳压器包括用于与计算机进行无线通信的无线模块，且所述UXN稳压器可由计算机进行无线控制。制备葡萄糖溶液用于注射到大鼠静脉中以引起大鼠血液和组织液中的葡萄糖水平的变化。
实施例17.2–连续监测大鼠葡萄糖水平
连续5天维持CGM电极单元701的皮下插入。第一天，向大鼠注射葡萄糖溶液两次。接下来的几天，每天注射葡萄糖溶液一次。UXN稳压器在每天(第一次)注射后约1.5小时内测量来自CGM电极单元701的电流。并且，在约1.5小时的时间段里，每隔2-5分钟，从大鼠尾部取少量血液，并涂于Roche Accu 
血糖仪的测试条上，该血糖仪提供血液中的葡萄糖浓度。
实施例17.3–制图CGM测量数据和大鼠的血糖
图46以蓝色示出了通过实施例17.2的UXN稳压器测量的来自CGM电极模块的电流。图46中的红点表示从Roche Accu 
血糖仪中获得的血糖浓度。考虑到组织液中的葡萄糖水平与血液中的葡萄糖水平之间约10分钟的时间滞后，通过及时移动相对于红点移动的蓝色信号来校准数据。应理解，蓝色信号中的尖锋主要来自于测量过程中大鼠的身体运动。基于图45的照片，在使用Roche Accu 
血糖仪测得的血糖浓度与使用实施例16.6中制备的非酶CGM电极单元701监测的CGM之间似乎存在强相关性。
实施例17.4–克拉克误差网格分析
图47是基于图46的照片中所示的测量数据，在实施例16.6中制备的非酶CGM电极单元701的克拉克误差网格。用于此克拉克误差网格分析的参考传感器是Roche Accu-
血糖仪。该网格具有五个区。区A包括参考传感器20％内的值；区B包括在区A的20％之外但不会导致不当处理的值；区C包括可能导致不必要的处理的值；区D包括指示检测低血糖或高血糖的潜在危险失败的值；且区E包括会混淆低血糖与高血糖的处理(反之亦然)的值。如在网格下的表中所总结，分析显示超过91％的点在区A和区B中。
特征的组合
本公开提供了有关纳米多孔结构和/或葡萄糖感测技术的许多特征的大量讨论和信息。本公开的意图是提供尽可能多的与那些特征相关的装置、系统和方法。以上公开的两个或更多个特征可以组合在一起，形成装置、系统或方法，即使在本公开中未提出特定组合的情况下，它们也是可组合的。此外，本公开的意图是寻求涉及本文所公开的那些特征中的许多的权利要求。那些特征中的一些是以下文的权利要求形式提出。许多权利要求是以参考一个或多个其它权利要求的从属形式提出。申请人注意到，参考多个权利要求的一些权利要求可能涵盖彼此相冲突的特征的组合(下文中称为“不适当的组合”)。然而，申请人认识到，这种权利要求仍可涵盖彼此不相互冲突的特征的一个或多个组合(下文中称为“恰当的组合”)。通过提出可涵盖适当和不适当的组合的权利要求，申请人证实其或发明人对适当组合的所有权且意图为以后要求保护这些适当组合的适当组合提供具体支持。
Claims (19)
1.一种纳米多孔层，其包含：
由许多纳米颗粒形成的不规则形主体的沉积物，所述纳米颗粒具有大致椭圆形或球形形状，其长度在介于2nm与5nm之间的范围内，
其中相邻的不规则形主体在其一些表面或部分处彼此邻接，同时在所述相邻的不规则形主体的非邻接表面或部分之间形成未占据空间，
其中相邻的不规则形主体之间的邻接将所述相邻的不规则形主体彼此连接，从而继续与其它的不规则形主体连接以形成不规则形主体的三维互连网络，
其中所述相邻的不规则形主体的非邻接表面或部分之间的所述未占据空间是不规则形的且与由其它不规则形主体所形成的其它未占据空间连接，
其中所述未占据空间之间的连接形成不规则形空间的三维互连网络，所述不规则形空间的三维互连网络与所述纳米多孔层内的所述不规则形主体的三维互连网络在几何上互补且在其外部，
其中，在所述不规则形主体的三维互连网络内，至少一部分所述纳米颗粒彼此相邻而其间无中间纳米颗粒且以其间的颗粒间纳米孔彼此分开，
其中所述纳米多孔层包含在所述不规则形主体的三维互连网络内的所述颗粒间纳米孔，且还包含在所述不规则形主体的三维互连网络外的所述不规则形空间的三维互连网络，
其中在所述不规则形主体的三维互连网络内的至少一部分所述颗粒间纳米孔包含尺寸范围介于0.5nm与3nm之间的间隙，
其中所述不规则形空间的三维互连网络的至少一部分所述不规则形空间包含尺寸范围介于100nm与500nm之间的间隙。
2.权利要求1所述的纳米多孔层，其中所述颗粒间纳米孔通常分布遍及所述不规则形主体的三维互连网络内，其中所述不规则形空间的三维互连网络的所述未占据空间通常分布遍及所述纳米多孔层，其中所述颗粒间纳米孔大体上在所述不规则形主体的三维互连网络内互连且进一步连接到所述不规则形空间的三维互连网络上。
3.权利要求1或2所述的纳米多孔层，其中所述纳米多孔层在其中不包含有机分子或如果有的话包含以100重量份所述沉积物计，量小于0.5重量份的有机分子。
4.权利要求1或2所述的纳米多孔层，其中所述纳米多孔层具有介于100与2500之间的粗糙度系数。
5.一种葡萄糖传感电极，其包括：
包括导电表面的衬底；和
在所述导电表面上形成的权利要求1至4中任一项所述的纳米多孔层，
其中所述葡萄糖传感电极不包含葡萄糖特异性酶，
其中所述纳米多孔层在其中不包含有机分子或包含以100重量份所述沉积物计，量小于0.5重量份的有机分子。
6.权利要求5所述的葡萄糖传感电极，其中所述衬底包括导电金属层和形成于所述导电金属层上的导电碳层，其中所述衬底包括提供所述导电表面的导电或半导电材料。
7.权利要求5或6所述的葡萄糖传感电极，其中当在接触含葡萄糖的液体的所述葡萄糖传感电极与参比电极之间施加0.2-0.45V的偏置电压时，所述葡萄糖传感电极被配置来使所述纳米多孔层中的葡萄糖氧化且被配置来产生电流，所述电流是由葡萄糖氧化单独产生的葡萄糖氧化电流与由含葡萄糖的液体同所述葡萄糖传感电极的其它电化学相互作用产生的背景电流的总和，
其中当所述含葡萄糖的液体含有浓度为4-20mM(72-360mg/dL)的葡萄糖时，在稳态下，所述葡萄糖氧化电流处在高于10nA/mMcm2的水平下。
8.权利要求5或6所述的葡萄糖传感电极，其还包括：
形成于所述纳米多孔层上的电解质离子阻挡层；和形成于所述电解质离子阻挡层上的生物相容性层，其中，当接触含有葡萄糖、Na+、K+、Ca2+、Cl-、PO4 3-和CO3 2-的液体时，所述电解质离子阻挡层被配置来抑制所述液体中所含的Na+、K+、Ca2+、Cl-、PO4 3-和CO3 2-向所述纳米多孔层扩散，以使得在所述电解质离子阻挡层上面与所述电解质离子阻挡层下面之间存在Na+、K+、Ca2+、Cl-、PO4 3-和CO3 2-的组合浓度的大体不连续性。
9.权利要求8所述的葡萄糖传感电极，其中在所述电解质离子阻挡层之下的所述组合浓度大于在所述电解质离子阻挡层之上的所述组合浓度的0％且小于其10％。
10.权利要求8所述的葡萄糖传感电极，其中所述电解质离子阻挡层包括多孔的疏水性聚合物层，其被配置来限制Na+、K+、Ca2+、Cl-、PO4 3-和CO3 2-迁移穿过其中，而不限制葡萄糖分子迁移穿过其中。
11.权利要求8所述的葡萄糖传感电极，其中所述电解质离子阻挡层包含选自由以下组成的组中的至少一种：聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)(PHEMA)和聚(甲基丙烯酸甲酯-共-二甲基丙烯酸乙二醇酯)(PMMA-EG-PMMA)。
12.一种葡萄糖传感装置，其包括：
单一主体；
第一电极，其包括权利要求5至10中任一项所述的葡萄糖传感电极且形成于所述单一主体上；及
第二电极，其形成于所述单一主体上且被配置来当所述第一电极接触液体时接触所述液体，
其中所述葡萄糖传感装置不包括葡萄糖特异性酶。
13.权利要求12所述的装置，其中所述纳米多孔层的所述纳米颗粒由选自由以下组成的组中的至少一种制成：铂(Pt)、金(Au)、钯(Pd)、铑(Rh)、钛(Ti)、钌(Ru)、锡(Sn)、镍(Ni)、铜(Cu)、铟(In)、铊(Tl)、锆(Zr)、铱(Ir)及上述金属的一种或多种氧化物，其中所述第一电极不包括被配置来抑制免疫排斥的生物相容性层。
14.权利要求12或13所述的装置，其中所述纳米颗粒包含铂(Pt)和金(Au)中的至少一种，其中所述第一电极包括生物相容性层，所述生物相容性层被配置来抑制免疫排斥。
15.一种非酶葡萄糖感测方法，所述方法包括：
提供权利要求12至14中任一项所述的装置；
在测试流体接触所述第一电极和所述第二电极二者之时在所述第一电极与所述第二电极之间施加偏置电压，这引起所述葡萄糖传感电极中的测试流体中所含的葡萄糖的氧化；及
测量从所述第一电极流出的电流；以及
在有或没有额外数据的情况下处理所述电流的测量值以提供对应于所述测试流体中所含的葡萄糖的葡萄糖水平。
16.一种制备胶体的方法，所述方法包括：
提供包含表面活性剂和金属离子的液体组合物，其中所述表面活性剂处于包含多个亲水空间的反胶束相中；
向所述液体组合物中添加还原剂以使至少一部分所述金属离子还原以形成纳米颗粒，从而提供第一胶体，其中至少一部分所述纳米颗粒处于所述多个亲水空间的至少一些内，其中不施加电势以供至少一部分所述金属离子的还原；以及
从所述第一胶体中除去所述表面活性剂以形成第二胶体，使得所述第二胶体以100重量份所述纳米颗粒计包含量为0至2重量份的表面活性剂且使得所述第二胶体包含许多分散在液体中的不规则形主体，
其中每一不规则形主体包含含有许多纳米颗粒的纳米颗粒团簇，所述纳米颗粒具有大致椭圆形或球形形状，其长度在介于2nm与5nm之间的范围内，
其中，在各团簇中，相邻的纳米颗粒彼此分开且形成颗粒间间隙，其中所述颗粒间间隙通常分布遍及各团簇，
其中所述不规则形主体包含离散地分散在所述液体中的第一团簇和第二团簇，其中第一和第二不规则形主体各自具有介于50nm与300nm之间的长度，
其中所述第一团簇包含第一纳米颗粒和第二纳米颗粒，所述第一纳米颗粒和第二纳米颗粒各自具有大致椭圆形或球形形状，其长度介于2nm与5nm之间，其中在所述第一团簇内，所述第一纳米颗粒与所述第二纳米颗粒彼此相邻而其间无中间纳米颗粒，且以尺寸范围在0.5nm至3nm内的第一颗粒间间隙彼此分开。
17.权利要求16所述的方法，其中一些所述表面活性剂分子结合至所述第一胶体中的纳米颗粒，其中除去所述表面活性剂还包括向所述第一胶体中添加酸或碱以便将至少一部分所述分子从所述纳米颗粒中分离。
18.权利要求16或17所述的方法，其中，在除去所述表面活性剂之后，所述方法还包括调整所述纳米颗粒在所述第二胶体中的浓度以提供胶体组合物，使得以所述胶体组合物的总重量计，包含在所述胶体组合物中的所述纳米颗粒的量介于0.01wt％与2wt％之间。
19.一种制备纳米多孔层的方法，所述方法包括：
执行权利要求16至18中任一项所述的方法以提供所述第二胶体；
随后，调整所述纳米颗粒在所述第二胶体中的浓度以提供胶体组合物，使得以所述胶体组合物的总重量计，包含在所述胶体组合物中的所述纳米颗粒的量介于0.01wt％与2wt％之间；
将所述胶体组合物分配到衬底上；以及
使所分配的胶体组合物经受干燥以形成纳米多孔层，
其中不对所述液体组合物施加电势以形成所述纳米多孔层，
其中使所述分配的胶体组合物经受干燥使包含在所述分配的胶体组合物中的不规则形主体沉积于所述衬底上，使得相邻的不规则形主体在其一些表面或部分处彼此邻接，而在相邻的不规则形主体的非邻接表面或部分之间形成未占据空间，
其中相邻的不规则形主体之间的邻接将相邻的不规则形主体彼此连接，从而继续与其它的不规则形主体连接以形成不规则形主体的三维互连网络，
其中相邻的不规则形主体的非邻接表面或部分之间的未占据空间是不规则形的且与由其它不规则形主体所形成的其它未占据空间连接，
其中所述未占据空间之间的连接形成不规则形空间的三维互连网络，所述不规则形空间的三维互连网络与所述纳米多孔层内的不规则形主体的三维互连网络在几何上互补且在其外部，
其中不规则形主体的三维互连网络包含许多纳米颗粒，所述纳米颗粒来源于所述胶体组合物的不规则形主体且具有大致椭圆形或球形形状，其长度在介于2nm与5nm之间的范围内，
其中，在不规则形主体的三维互连网络内，至少一部分所述纳米颗粒彼此相邻而其间无中间纳米颗粒且以其间的颗粒间纳米孔彼此分开，
其中所述纳米多孔层包含在不规则形主体的三维互连网络内的所述颗粒间纳米孔，且还包含在不规则形主体的三维互连网络外的不规则形空间的三维互连网络，
其中在不规则形主体的三维互连网络内的至少一部分所述颗粒间纳米孔包含尺寸范围介于0.5nm与3nm之间的间隙，
其中不规则形空间的三维互连网络的至少一部分所述不规则形空间包含尺寸范围介于100nm与500nm之间的间隙。
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