CN114981649A - 特征是低电位检测的分析物传感器和传感方法 - Google Patents

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Abstract

在低工作电极电位响应的分析物传感器可以包括在工作电极表面上的活性区域，其中所述活性区域包括聚合物、与聚合物共价键合的氧化还原介导物和至少一种与聚合物共价键合的分析物响应性酶。在低电位响应的特定氧化还原介导物可以具有(I)的结构，其中G是将氧化还原介导物与聚合物共价键合的联接基团。分析物可渗透的质量输运限制膜可以包覆活性区域。在某些传感器构造中，质量输运限制膜可以包含用支化交联剂交联的膜聚合物，所述支化交联剂包含3个或更多个可交联基团，比如是聚乙二醇四缩水甘油基醚。

Description

特征是低电位检测的分析物传感器和传感方法
背景技术
检测个体中的各种分析物有时可以对监测其健康状况至关重要。相对正常分析物水平的偏差常常能够指示许多生理学状况。例如，葡萄糖水平能够对糖尿病个体的检测和监测特别重要。通过足够规律地监测葡萄糖水平，糖尿病性个体能够在发生显著生理学危害之前采取矫正措施(例如注射胰岛素以降低葡萄糖水平或进食以提高葡萄糖水平)。为了监测其它生理学状况，其它分析物可以是希望的。在某些情况下，监测多种分析物也可以是希望的，对于引起彼此组合的两种或更多种分析物同时失调的共病状况尤其如此。
许多分析物代表生理学分析的有趣靶标，条件是能够鉴定出适宜的检测化学。为此，近年来已开发且改良了配置用于连续测试体内葡萄糖的电流传感器以帮助监测糖尿病个体的健康。在糖尿病个体中一般与葡萄糖同时失调的其它分析物包括例如乳酸、氧、pH、A1c、酮等。还能够希望与葡萄糖失调独立地监测这些和其它分析物。配置用于在体内检测不同于葡萄糖的分析物的分析物传感器是已知但目前并未显著改良的。对于低丰度分析物的劣敏感性可以尤其有问题。
在个体中的分析物监测可以在一段时间内周期地或连续地发生。周期性分析物监测可以进行如下：在设定的时间间隔抽取样品体液比如血液或尿并且离体分析。周期性离体分析物监测能够足以确定许多个体的生理学状况。然而，在某些情况下离体分析物监测可以是不方便或疼痛。此外，如果没有在适当的时间获得分析物测量，则没有途径去恢复丢失的数据。连续分析物监测可以用一种或多种传感器进行，其保持至少部分植入(比如皮肤、经皮下或经静脉内)个体的组织内，使得可以在体内进行分析。植入的传感器可以按需、以设定的计划或连续地收集分析物数据，取决于个体的特定健康需要和/或预先测量的分析物水平。对于具有严重分析物失调和/或快速波动的分析物水平的个体，用体内植入的传感器进行分析物监测可以是更有希望的途径，但是其还能够对其它个体也有益。由于植入的分析物传感器常常保持在个体的组织内一段延长的时间，能够高度希望的是所述分析物传感器制备自展示高度生物可相容性的稳定物质。
为了改善生物可相容性，分析物传感器可以包括位于传感器的植入部分上的膜，特别是包覆至少传感器活性区域的膜。除了促进生物可相容性之外，所述膜还可以是有关分析物可渗透或可半渗透的并且限制分析物达到传感器活性区域的总通量。所述质量输运限制膜可以帮助避免活性区域内的传感组分过载(饱和)，由此改善传感器效能和精确度。例如，在传感器使用酶基检测的情况下，限制分析物向活性区域的质量输运能够使得传感过程的化学动力学是分析物限制的而不是酶限制的，由此允许传感器输出容易与存在的分析物量相关。
与在分析物传感器上加膜有关的一个问题是跨膜的分析物通量可以随温度和/或分析物传感器已植入组织的时间长度而显著变化。与其它相比，某些膜物质更加不易导致温度依赖性的分析物通量。如果需要，可以用校准因子或公式来解释分析物通量随温度的可变性，但是这样做能够给传感器的使用增加显著复杂性。膜的组成变化(特别是由于各膜组分的浸出损失和/或由于膜降解或代谢)可以随时间发生，这可以导致分析物渗透性值的差异，所述值取决于已发生的组成变化的程度。导致膜渗透性值差异的组成变化可以难以定量地应对，并且有时能够难以确定何时膜渗透性已足够稳定从而允许测量精确分析物浓度。通常，在体内植入新分析物传感器的情况下可以使用数小时或更长的平衡时间段来使得通过膜的分析物通量稳定化。
附图说明
包括下述附图来说明本公开的某些方面，并且不应视为排它的实施方式。所公开的主题能够在形式和功能方面显著修饰、变更、组合和等价，而不背离本公开的范围。
图1显示可以插入本公开的分析物传感器的示例性传感系统的图解。
图2A-2C显示分析物传感器的截面图解，包括单个活性区域。
图3A-4显示分析物传感器的截面图解，包括两个活性区域。
图5A-5C显示分析物传感器的透视图，包括在分开的工作电极上的两个活性区域。
图6A-6C显示酶系统的图解，其可以用于在分析物传感器中检测酮。
图7显示游离形式和聚合物结合形式的低电位氧化还原介导物的循环伏安图。
图8显示掺入低电位氧化还原介导物的酮传感器在各工作电极电位的电流vs时间图。
图9显示掺入低电位氧化还原介导物的酮传感器在各工作电极电位的电流vs酮浓度图。
图10和11显示得自用聚乙二醇四缩水甘油基醚交联的膜聚合物的提取物的UV-VIS吸收数据，与用聚乙二醇二缩水甘油基醚交联的膜聚合物比较。
图12和13显示包覆了用聚乙二醇四缩水甘油基醚交联的膜聚合物的分析物传感器的传感器输出vs时间的比较图，与包覆了用聚乙二醇二缩水甘油基醚交联的膜聚合物的分析物传感器比较。
发明详述
本公开一般地描述适于在体内使用的分析物传感器，和更特别地描述包括组分的分析物传感器，所述组分包括低电位操作能力和/或稳定化的膜物质的特征。取决于传感器构造，本公开的分析物传感器可以经配置以同时地或近乎同时地检测一种分析物或多种分析物。可以进行相继的浸渍包覆操作从而在分析物传感器上在指定位置引入不同的膜组合物。
各种分析物传感器组分可以在监测某些分析物或分析物组合期间导致某些困难。用来促进电子向工作电极转移的氧化还原介导物可以使在相对高电位操作分析物传感器成为必要，这可以导致电化学副反应，其可以使检测某些低丰度分析物复杂化。在分析物传感器植入体内的情况下，特别是在长期传感器佩戴期间，分析物传感器中质量输运限制膜的组成变化可以导致不希望的分析物渗透性差异。此外，在用单个分析物传感器分析多种分析物的情况下，不同的分析物渗透性特性可能需要在各位置利用不同的质量输运限制膜。
为了应对前述需要，本公开提供氧化还原介导物用于在比通常所用更低的工作电极电位促进电子转移。使用这种"低电位"氧化还原介导物可以通过允许分析物检测发生在比其它情况下的可能更低的电位而减少电化学副反应的存在。通过减少电化学副反应的存在和与其相关的信号噪音，低丰度分析物比如酮的检测可以比在更高工作电极电位的可能更容易地发生。所述低电位氧化还原介导物还可以在与检测多种分析物结合使用的情况下有利，如下文进一步讨论。下文进一步描述能够促进在低工作电极电位的分析物检测的氧化还原介导物。
各种交联聚乙烯咪唑和聚乙烯吡啶膜聚合物可以用在分析物传感器内以促进生物可相容性和提供质量输运限制特性。可以选择膜物质上的官能化以修饰分析物渗透性和限制分析物渗透性的温度差异。所述膜聚合物可以用具有两个可交联基团的线性缩水甘油基醚比如聚乙二醇二缩水甘油基醚(PEGDGE)交联，但是在传感器植入之后可能仍需要存在平衡时间段来允许分析物通量稳定化。不受理论或机理所限，据信膜组成可以在平衡时间段期间变化，原因是少量可萃取物质从膜释放，由此可能改变分析物渗透性。令人惊讶地，本公开显示包含3个或更多个可交联基团的支化交联剂比如支化的聚乙二醇缩水甘油基醚、更特别是聚乙二醇四缩水甘油基醚可以减少在传感器植入之后从膜释放的可萃取物质的量。甚至在交联剂的交联密度和量(质量)实质上与由具有2个可交联基团的线性缩水甘油基醚所提供的那些相同的情况下，可以实现可萃取物质从膜的产生减少。也即，来自支化交联剂比如聚乙二醇四缩水甘油基醚的给定质量的可交联基团可以引起给定膜物质的可萃取物减少，其是与来自线性缩水甘油基醚交联剂比如聚乙二醇二缩水甘油基醚的实质上相似质量的可交联基团导致的可萃取物量比较。有利地，用本文公开的支化交联剂交联的膜物质可以导致减少的可萃取物，由此提供改善的毒理学特征。此外，本文公开的膜物质提供的减少的组成变化可以提供在传感器植入之后更短的传感器平衡时间，其可以潜在地扩展传感器的穿戴寿命。
在进一步详细描述本公开的分析物传感器及其组成部分之前，将首先提供适宜的体内分析物传感器构造和使用分析物传感器的传感器系统的简要概览，从而可以更佳地理解本公开的实施方式。图1显示可以插入本公开的分析物传感器的示例性传感系统的图解。如所显示，传感系统100包括经配置通过局域通信路径或链路彼此通信的传感器控制装置102和阅读器装置120，其可以是有线或无线的、单向或双向的以及加密或未加密的。阅读器装置120可以构成输出介质，用于观察通过传感器104或与其关联的处理器确定的分析物浓度和警告或通知，以及根据某些实施方式允许一个或多个用户输入。阅读器装置120可以是多用途智能手机或专用的电子阅读器设备。虽然仅显示一个阅读器装置120，在某些情况下可以存在多个阅读器装置120。阅读器装置120还可以分别经由通信路径/链路141和/或142与远程终端170和/或可信计算机系统180通信，其也可以是有线或无线的、单向或双向的以及加密或未加密的。阅读器装置120还可以或另选地经由通信路径/链路151与网络150(例如移动式电话网络、因特网或云服务器)通信。网络150可以进一步经由通信路径/链路152与远程终端170和/或经由通信路径/链路153与可信计算机系统180通信耦合。另选地，传感器104可以直接与远程终端170和/或可信计算机系统180通信，无需存在中介阅读器装置120。例如，根据某些实施方式，传感器104可以通过与网络150的直接通信链路与远程终端170和/或可信计算机系统180通信，如U.S.专利申请公开2011/0213225描述并且通过援引将其全部并入本文。对于各通信路径或链路可以使用任何适宜的电子通信方案，比如近场通信(NFC)、射频识别(RFID)、
Figure BDA0003709188900000061
或
Figure BDA0003709188900000062
低能量方案、WiFi等。根据某些实施方式，远程终端170和/或可信计算机系统180可以由不同于主要使用者的关注使用者分析物水平的个体访问。阅读器装置120可以包括显示器122和任选的输入组件121。根据某些实施方式，显示器122可以包括触摸屏界面。
传感器控制装置102包括传感器外壳103，其可以安放用于操作传感器104的电路和电源。任选地，可以省略电源和/或有源电路。处理器(未显示)可以通信耦合至传感器104，其中处理器在物理上位于传感器外壳103或阅读器装置120中。根据某些实施方式，传感器104从传感器外壳103下侧突出并且延伸通过适用于将传感器外壳103附着至组织表面比如皮肤的粘合剂层105。
传感器104适用于至少部分插入有关组织，比如皮肤的真皮或皮下层。传感器104可以包括足够长度的传感器尾部用于在给定组织中插入至希望深度。传感器尾部可以包括至少一个工作电极。在某些构造中，传感器尾部可以包含酮响应性活性区域，其在某些情况下可以包含低电位氧化还原介导物，如本文进一步讨论。对电极可以与至少一个工作电极组合存在。在传感器尾部上的特别电极构造更详细地描述于下文。
一种或多种质量输运限制膜可以包覆活性区域，也如下文更详细地描述，特别是用支化缩水甘油基醚比如聚乙二醇四缩水甘油基醚交联的质量输运限制膜。活性区域可以经配置用于检测特定分析物。例如，葡萄糖响应性活性区域可以包含葡萄糖响应性酶，乳酸响应性活性区域可以包含乳酸响应性酶，而酮响应性活性区域可以包含酶系统，所述酶系统包含能够一齐起作用便于酮检测的至少两种酶。用于检测酮的适宜酶系统在下文参照图6A-6C进一步描述。根据各种实施方式，各活性区域可以包括至少某些酶与之共价键合的聚合物。
在本公开的任何实施方式中，一种或多种分析物可以在有关的任何生物学流体中监测，比如皮肤液、间质液、血浆、血液、淋巴、滑液、脑脊髓液、唾液、支气管肺泡灌洗液、羊水等。在特定实施方式中，本公开的分析物传感器可以适用于测试皮肤液或间质液从而确定一种或多种分析物在体内的浓度。
还参照图1，传感器104可以将数据自动转递至阅读器装置120。例如，可以自动和周期地通信分析物浓度数据(也即葡萄糖和/或酮浓度)，比如以获得数据的一定频率或在经过一定时间间隔之后进行，其中数据储存在存储器中直至发送(例如每分钟、五分钟或其它预先确定的时间间隔)。在其它实施方式中，传感器104可以以非自动方式和不根据设定计划地与阅读器装置120通信。例如，在传感器电子设备进入阅读器装置120通信范围的情况下，数据可以用RFID技术从传感器104通信。直到向阅读器装置120通信，数据可以保持储存在传感器104的存储器中。从而，使用者并非必须在全部时间保持与阅读器装置120邻近，而是能够在方便的时间上传数据。在其它实施方式中，可以施行自动和非自动数据传送的组合。例如，数据传送可以自动继续直至阅读器装置120不再位于传感器104的通信范围。
导引器可以短暂地存在以促进传感器104向组织引入。在示例性实施方式中，导引器可以包含针或相似的尖锐物。应认识到在备择实施方式中可以存在其它类型的导引器比如鞘状物或刃状物。更特别地，针或其它导引器可以在组织插入之前短暂地位于传感器104附近，然后在其后退回。在存在时，针或其它导引器可以通过打开用于传感器104跟随的接入路径来促进传感器104插入组织。例如，根据一种或多种实施方式，针可以促进表皮穿透，原因是达到真皮的接入路径允许进行传感器104植入。在打开接入路径之后，可以退回针或其它导引器从而其不带来尖锐物危险。在示例性实施方式中，适宜的针可以是实心或中空的、斜面或非斜面的、和/或圆形或非圆形截面的。在更特定实施方式中，适宜的针可以在截面直径和/或尖端设计方面可与针刺针比拟，其可以具有约250微米的截面直径。然而应认识到，如果特定应用需要则适宜的针可以具有更大或更小截面直径。
在某些实施方式中，针的尖端(在存在时)可以在传感器104末端上成角，从而该针首先穿透组织并且打开传感器104的接入路径。在其它示例性实施方式中，传感器104可以位于针的管腔或沟槽内，其中该针类似地打开传感器104的接入路径。在任一情况中，随后在促进传感器插入之后将针退回。
特征是经配置用于检测相应的单个分析物的单个活性区域的传感器构造可以使用二电极或三电极检测模式，如本文参照图2A-2C进一步描述。特征是用于在分开的工作电极上或在相同工作电极上检测分开的分析物的两个不同活性区域的传感器构造此后参照图3A-5C分开地描述。具有多个工作电极的传感器构造可以对在相同传感器尾部中构入两个不同活性区域特别有利，原因是可以更容易地确定来自各活性区域的信号贡献。此外，在活性区域存在于第二工作电极上的情况下，在各活性区域上沉积不同的膜组成可以通过相继的浸渍包覆操作容易地进行。
在单个工作电极存在于分析物传感器中的情况下，三电极传感器构造可以包括工作电极、对电极和参比电极。有关的二电极传感器构造可以包括工作电极和第二电极，其中所述第二电极可以充当对电极和参比电极两者(也即对/参比电极)。各种电极可以是在传感器尾部上至少部分彼此堆叠的(层叠的)和/或彼此在侧面间隔开的。适宜的传感器构造可以是实质上扁平形或实质上圆柱形。在本文公开的任何传感器构造中，各种电极可以通过介电物质或相似的绝缘体彼此电气隔离。
特征是多个工作电极的分析物传感器可以类似地包括至少一个额外电极。在存在一个额外电极的情况下，所述一个额外电极可以充当多个工作电极各自的对/参比电极。在存在两个额外电极的情况下，所述额外电极中的一个可以充当多个工作电极各自的对电极而所述额外电极中的另一个可以充当多个工作电极各自的参比电极。
图2A显示示例性二电极分析物传感器构造的图解，其对本文公开中使用兼容。如所显示，分析物传感器200包括位于工作电极214和对/参比电极216之间的基底212。另选地，工作电极214和对/参比电极216可以位于基底212的同侧，具有介于其间的介电物质(构造未显示)。活性区域218布置为工作电极214的至少一部分上的至少一个层。活性区域218可以包括多点或单点，其配置用于在低工作电极电位检测分析物，如本文进一步讨论。
还参照图2A，根据某些实施方式，膜220包覆至少活性区域218和可以任选地包覆工作电极214和/或对/参比电极216中的一些或全部，或者整个分析物传感器200。分析物传感器200的一面或两面可以用膜220包覆。膜220可以包含一种或多种聚合物膜物质，其具有限制到达活性区域218的分析物通量的能力(也即膜220是质量输运限制膜，具有对有关分析物的一些渗透性)。根据本文公开，在特定的传感器构造中膜220可以用支化交联剂交联。膜220的组成和厚度可以变化以促进到达活性区域218的希望分析物通量，由此提供希望的信号强度和稳定性。分析物传感器200可以通过库伦法、电流法、伏安法或电位法电化学检测技术中的任意种操作用于测试分析物。
图2B和2C显示示例性三电极分析物传感器构造的图解，其也对在本文公开中使用兼容。三电极分析物传感器构造可以类似图2A中对分析物传感器200显示的那些，例外是在分析物传感器201和202中包含入额外电极217(图2B和2C)。使用额外电极217，则对/参比电极216可以充当对电极或参比电极，并且额外电极217实现未另外解释的其它电极功能。工作电极214继续实现其最初的功能。额外电极217可以位于工作电极214或电极216上，其间具有介电物质的隔离层。例如，如图2B描述，介电层219a、219b和219c将电极214、216和217彼此分开并且提供电气隔离。另选地，电极214、216和217中的至少一个可以位于基底212的相反面，如图2C所示。从而，在某些实施方式中，电极214(工作电极)和电极216(对电极)可以位于基底212的相反面，其中电极217(参比电极)位于电极214或216中的一个上并且用介电物质与其间隔。参比物质层230(例如Ag/AgCl)可以存在于电极217上，其中参比物质层230的位置并不局限于图2B和2C中描述的那些。如示于图2A的传感器200所用，分析物传感器201和202的活性区域218可以包含多点或单点。额外地，分析物传感器201和202可以通过库伦法、电流法、伏安法或电位法电化学检测技术中的任意种操作用于测试分析物。
类似分析物传感器200，在分析物传感器201和202中膜220还可以包覆活性区域218以及其它传感器组分，由此充当质量输运限制膜。在某些实施方式中额外电极217可以用膜220包覆。尽管图3B和2C已描述电极214、216和217全部用膜220包覆，应认识到在某些实施方式中可以仅包覆工作电极214。此外，膜220在各电极214、216和217处的厚度可以相同或不同和/或膜成可以局部地变化。如在二电极分析物传感器构造中那样(图2A)，在图2B和2C传感器构造中分析物传感器201和202的一面或两面可以用膜220包覆，或者可以包覆分析物传感器201和202整体。相应地，示于图2B和2C的三电极传感器构造应理解为不局限本文公开的实施方式，其中备择的电极和/或层构造也属于本公开的范围。
图3A显示传感器203的示例性构造，具有单个工作电极，其上布置两个不同活性区域。图3A类似图2A，例外是工作电极214上存在两个活性区域：第一活性区域218a和第二活性区域218b，其响应不同的分析物并且在工作电极214表面上彼此侧向隔开。活性区域218a和218b可以包含多点或单点，其经配置用于检测各自的分析物。在活性区域218a和218b，膜220的组成可以变化或在组成上相同。第一活性区域218a和第二活性区域218b可以经配置以在彼此不同的工作电极电位检测它们的相应分析物，如下文进一步讨论。
图3B和3C分别显示传感器204和205的示例性三电极传感器构造的截面图解，各自的特征是单个工作电极具有其上布置的第一活性区域218a和第二活性区域218b。图3B和3C在其它方面类似图2B和2C并且可以通过参照它们更佳地理解。如图3A，在活性区域218a和218b膜220的组成可以变化或在组成上相同。
具有多个工作电极、特别是两个工作电极的示例性传感器构造参照图4-5C进一步详细描述。尽管下文的描述主要涉及具有两个工作电极的传感器构造，应认识到可以通过拓展本文的公开并入多于两个工作电极。额外的工作电极可以用来将额外的传感能力赋予分析物传感器，超出仅第一分析物和第二分析物。
图4显示具有两个工作电极(参比电极和对电极)的示例性分析物传感器构造的截面图解，其对在本文的公开中使用兼容。如所显示，分析物传感器300包括位于基底302相反面上的工作电极304和306。第一活性区域310a位于工作电极304表面上，而第二活性区域310b位于工作电极306表面上。对电极320通过介电层322与工作电极304电气隔离，而参比电极321通过介电层323与工作电极306电气隔离。外介电层330和332分别位于参比电极321和对电极320上。根据各种实施方式，膜340可以包覆至少活性区域310a和310b，其中分析物传感器300的其它组分或分析物传感器300整体还任选用膜340包覆。同样，如果需要，在活性区域310a和310b膜340可以在组成上变化以便提供适宜的渗透性值用于在各位置有差别地调节分析物通量。例如，膜340可以在包覆活性区域310a处均质而在包覆活性区域310b处异质。
具有多个工作电极且不同于图4所示构造的备择传感器构造可以具有的特征是对/参比电极而不是分开的对电极和参比电极320、321，和/或不同于明确描述那些的层和/或膜排列。例如，对电极320和参比电极321的定位可以相对图4的描述反转。此外，工作电极304和306不一定需要以示于图4的方式位于基底302的相反面。相反，工作电极304和306可以位于基底302的同侧并且用其间的空隙的彼此间隔。尤其是，与可以更向近端定位的工作电极306相比，工作电极304可以更向分析物传感器的远端(尖端)定位。在工作电极304和306之间存在的间歇足够大的情况下，膜340可以通过相继的浸渍包覆操作沉积在工作电极304和306上，其中膜340的组成可以局部地变化。尤其是，第一浸渍包覆操作可以将第一膜聚合物沉积在工作电极304和306两者上，而第二浸渍包覆操作可以将具有不同组成的第二膜聚合物沉积在仅工作电极304上，由此在工作电极304上界定出双层而在工作电极306上余留均质膜。从而，双层膜的下层以及均质膜可以包含相同的膜聚合物。另选地，第一浸渍包覆操作可以将第一膜聚合物沉积在工作电极304上而第二浸渍包覆操作可以将具有不同组成的第二膜聚合物沉积在工作电极304和306两者上，从而界定双层膜和均质膜。在该情况下，双层膜的上层以及均质膜可以包含相同的膜聚合物。
工作电极304和306之间空隙的大小至少足以提供在所述两个电极之间的电气隔离，并且更一般地足以促进相继的浸渍包覆操作(例如通过允许分析物传感器浸渍至不同深度从而在至少一个浸渍步骤中优先包覆所述工作电极中的一个)。换言之，空隙的大小可以提供误差边际，用于将分析物传感器降低至特定的浸渍包覆配制剂达到指定深度，从而促进在所述工作电极中的一个上优先于另一个进行膜沉积。
尽管适宜的传感器构造可以具有的特征是实质上平面特性的电极，包括具有间隔开的工作电极的平面传感器构造，应认识到特征是非平面电极的传感器构造可以是有利的并且特别适于在本文公开中使用。尤其是，相对彼此同心布置的并且沿传感器尾部的长度间隔开的圆柱形电极可以促进具有组成变化的质量输运限制膜的沉积，如下文所描述。尤其是，沿传感器尾部的长度间隔开的同心工作电极可以促进通过相继的浸渍包覆操作进行膜沉积，其方式类似上文对实质上平面的传感器构造描述的那些。图5A-5C显示特征是相对彼此同心布置的两个工作电极的分析物传感器的透视图。应认识到，具有同心电极布置但是缺少第二工作电极的传感器构造在本公开中也是可能的。
图5A显示示例性传感器构造的透视图，其中多个电极是实质上圆柱形并且围绕中央基底相对彼此同心布置。如所显示，分析物传感器400包括中央基底402，全部电极和介电层围绕其相对彼此同心布置。尤其是，工作电极410位于中央基底402的表面上，而介电层412位于工作电极410在传感器尖端404远端的一部分上。工作电极420位于介电层412上，而介电层422位于工作电极420在传感器尖端404远端的一部分上。对电极430位于介电层422上，而介电层432位于对电极430在传感器尖端404远端的一部分上。参比电极440位于介电层432上，而介电层442位于参比电极440在传感器尖端404远端的一部分上。如此，工作电极410、工作电极420、对电极430和参比电极440的暴露表面沿分析物传感器400的纵轴B彼此间隔开。这种电极排列可以允许通过相继的浸渍包覆操作沉积膜450从而将双层膜部分置于工作电极410上并且将均匀膜部分置于工作电极420上，如下文所讨论。双层膜部分和均质膜部分可以彼此邻近。
还参照图5A，响应不同分析物的第一活性区域414a和第二活性区域414b分别位于工作电极410和420的暴露表面上，由此允许进行流体接触用于传感。尽管活性区域414a和414b已在图5A中描述为三个离散点，应认识到在备择的传感器构造中可以存在小于或大于三个点、包括活性区域的连续层。
在图5A中，在工作电极410和420以及位于其上的活性区域414a和414b上用膜450部分包覆传感器400。图5B显示备择的传感器构造，其中传感器401的实质整体用膜450包覆。在活性区域414a和414b，膜450可以在组成上相同或变化。例如，膜450可以包含包覆活性区域414a的双层膜部分并且是包覆活性区域414b的均质膜部分。膜450可以通过相继的浸渍包覆操作沉积从而将双层膜部分沉积在工作电极410和活性区域414a上并且将均质膜部分沉积在工作电极420和活性区域414b上。
还应认识到各种电极在图5A和5B中的定位可以与明确的描述不同。例如，对电极430和参比电极440的位置可以相对图5A和5B中描述的构造颠倒。类似地，工作电极410和420的位置并不局限于图5A和5B中明确描述的那些。图5C显示相对图5B所示备择的传感器构造，其中传感器405含有对定位更邻近传感器尖端404的电极430和参比电极440，以及定位更远离传感器尖端404的工作电极410和420。工作电极410和420定位更远离传感器尖端404的传感器构造可以是有利的，原因是提供更大表面积用于活性区域414a和414b的沉积(示例性地示于图5C的五个离散传感点)，由此在某些情况下促进增加的信号强度。再次，在具有彼此同心且沿传感器尾部间隔开的工作电极410和420的情况下，双层膜部分可以通过相继的浸渍包覆操作沉积在定位更接近传感器尖端404的工作电极上而均质膜部分可以沉积在更远离传感器尖端404的工作电极上。类似地，中央基底402可以在本文公开的任何同心传感器构造中省略，其中最内层电极可以代替支撑随后沉积的层。
应认识到按照下文公开能够进行低电位操作的分析物传感器还可以具有的特征是质量输运限制膜，其具有双层膜部分和均质膜部分。相继的浸渍包覆操作可以对沉积所述质量输运限制膜有利。然而，本公开也预期检测不一定需要在低电位进行的分析物传感器，但是其仍并入包含双层膜部分和均质膜部分的质量输运限制膜。
相应地，根据本公开能够进行低电位操作的分析物传感器可以包括传感器尾部，其包括至少第一工作电极；位于第一工作电极表面且在低电位响应第一分析物的第一活性区域，所述第一活性区域包括第一聚合物、与第一聚合物共价键合的第一氧化还原介导物和至少一种响应与第一聚合物共价键合的第一分析物的酶；以及第一分析物可渗透的质量输运限制膜，其包覆至少第一活性区域。如本文所用，术语"低电位"是指高于第一氧化还原介导物的氧化还原电位且相对Ag/AgCl参比测量低于约+200mV(包括低于约+100mV、低于约-50mV、低于约-80mV或低于约-100mV)的电位。可以促进在所述工作电极电位操作的示例性的第一氧化还原介导物氧化还原电位可以低于约-200mV，比如约-400mV至约-200mV，或约-350mV至约-250mV，或约-300mV至约-250mV，如相对Ag/AgCl参比所测量。
能够促进低电位操作的第一氧化还原介导物的适宜实例可以具有式1代表的结构
Figure BDA0003709188900000141
其中M是锇、钌、钒、钴或铁，L1-L6独立地是配位地结合至M的杂芳族配体，其中两个或更多个可以任选地一起结合以形成二齿、三齿或更高齿合度的配体，L1-L6中至少一个含有将第一氧化还原介导物与第一聚合物键合的联接基团并且L1-L6中至少一个用给电子基团官能化。所述给电子基团与所述联接基团是分开且不同的。
特征是用于包含入低电位氧化还原介导物中的杂芳族配体的特别适宜的二齿配体包括任选经取代的2,2′-联咪唑，2-(2-吡啶基)咪唑和2,2′-联吡啶配体。
2,2′-联咪唑配体的实例通过式2示例
Figure BDA0003709188900000151
其中R1和R2独立地选自任选经取代的烷基，烯基或芳基。在更特定的实例中，R1和R2能够独立地选自未经取代的C1至C12烷基或未经取代的C1至C4烷基。在某些实施方式中，R1和R2均是甲基。Q是连接至咪唑环碳原子中的一个或多个的任选取代(n＝0、1或2)，其中任选的Q取代在某些实施方式中可以是给电子基团或联接基团。可以构成一个或多个Q的适宜给电子基团包括例如烷基，烷氧基，羟基，氨基，烷基氨基，二烷基氨基等。如果Q不存在，则碳原子携带H原子。
2-(2-吡啶基)咪唑配体的实例可以具有式3代表的结构
Figure BDA0003709188900000152
其中R1’是任选经取代的烷基、烯基或芳基，比如未经取代的C1至C12烷基，或C1至C4烷基，特别是甲基。Q是连接至咪唑环或吡啶环碳原子中的一个或多个的任选取代(对咪唑n＝0、1或2，而对吡啶p＝0、1、2、3或4)，其中任选的Q取代在某些实施方式中可以是给电子基团或联接基团。可以构成一个或多个Q的适宜给电子基团包括例如烷基，烷氧基，羟基，氨基，烷基氨基，二烷基氨基等。如果Q不存在，则碳原子携带H原子。
2,2′-联吡啶配体的实例可以具有式4代表的结构
Figure BDA0003709188900000161
其中Q是连接至吡啶环碳原子中的一个或多个的任选取代(p＝0、1、2、3或4)，其中任选的Q取代在某些实施方式中可以是给电子基团或联接基团。可以构成一个或多个Q的适宜给电子基团包括例如烷基，烷氧基，羟基，氨基，烷基氨基，二烷基氨基等。如果Q不存在，则碳原子携带H原子。
能够在低电位促进电子转移的氧化还原介导物的特别适宜实例可以具有式5代表的结构，其中L1和L2、L3和L4以及L5和L6各自连接形成二齿配体，所述二齿配体中的一个携带将氧化还原介导物与聚合物共价键合的联接基团G，并且L1-L2、L3-L4以及L5-L6中的至少一个携带给电子基团。所述给电子基团与所述联接基团是分开且不同的。给电子基团可以在含有联接基团G的相同二齿配体上或者在不同的二齿配体上。例如，L1-L2、L3-L4和L5-L6可以包括由式2-4中的一种或多种代表的二齿配体。
Figure BDA0003709188900000162
在某些实施方式中，氧化还原介导物可以带正电(例如，电荷范围是+1至+5)。氧化还原介导物能够另选地带负电(例如电荷范围是-1至-5)，例如在用足够数量的带负电官能团比如羧酸根、磷酸根或磺酸根官能团衍生配体或骨架的情况下如此。一种或多种平衡离子能够用来电荷。适宜的平衡离子的实例包括阴离子，比如卤化物(例如氟化物、氯化物、溴化物或碘化物)阴离子、硫酸根阴离子、磷酸根阴离子、六氟磷酸根阴离子和四氟硼酸根阴离子，以及阳离子，特别是一价阳离子比如锂、钠、钾、四烷基铵和铵阳离子。
在更特别的实例中，第一活性区域中的氧化还原介导物可以具有式6代表的结构
Figure BDA0003709188900000171
其中G是将氧化还原介导物与活性区域聚合物共价键合的联接基团，而D是给电子基团。适宜给电子基团的特别实例包括例如羟基，烷氧基(例如甲氧基或乙氧基)，氨基，或烷基或二烷基氨基(例如甲基氨基，乙基氨基，二甲基氨基或二乙基氨基)。在更特别的实例中，给电子基团可以位于吡啶环4-位，如式7所示。
Figure BDA0003709188900000172
在本文的任何实施方式中，能够在低电位促进电子转移的氧化还原介导物可以具有式8代表的结构。
Figure BDA0003709188900000181
在至少一种实施方式中，联接基团G可以含有促进与聚合物共价键合的反应性基团。该反应性基团能够与位于聚合物上或聚合物前体中的互补反应性基团反应从而促进与其共价键合。在某些实施方式中，联接基团G中可以存在酰胺基团。
在活性区域中可以存在任何适宜的聚合物骨架用于通过将氧化还原介导物和酶与其共价键合来促进分析物的低电位检测。活性区域中的适宜聚合物的实例包括聚(4-乙烯基吡啶)和聚(N-乙烯基咪唑)或其共聚物，例如其中季铵化的吡啶和咪唑基团充当氧化还原介导物或酶与其的附着点。活性区域中可以存在的其它适宜聚合物包括但不限于描述于U.S.专利6,605,200(通过援引将其全部并入本文)的那些，比如聚(丙烯酸)，苯乙烯/马来酸酐共聚物，甲基乙烯基醚/马来酸酐共聚物(GANTREZ聚合物)，聚(乙烯基苄基氯)，聚(烯丙基胺)，聚赖氨酸，用羧基戊基季铵化的聚(4-乙烯基吡啶)，和聚(4-苯乙烯磺酸钠)。
能够促进低电位检测的在第一活性区域中与聚合物共价结合的酶据信不受特别限制。适宜的酶可以包括能够检测葡萄糖，乳酸，酮，肌酸酐等的那些。在某些情况下，在第一活性区域中与聚合物共价结合的至少一种酶可以包含在低电位共同响应分析物的多种酶。对于检测酮和肌酸酐，酶系统可以是特别希望的。
在更特定的实施方式中，第一活性区域可以包含能够检测酮的酶系统。如前文所述，酮通常以低生物学丰度存在并且按照本文公开可以得益于在低电位检测。现参照图6A-6C，将进一步详细描述可以用于检测酮的特别酶系统。在描述的酶反应中，β-羟基丁酸充当体内形成的酮的代用物。如图6A所示，根据本文公开可以用于检测酮的一对协同酶是β-羟基丁酸脱氢酶(HBDH)和黄递酶，其可以沉积在至少一个工作电极表面的酮响应性活性区域中，如本文进一步描述。在酮响应性活性区域含有该协同酶对的情况下，β-羟基丁酸脱氢酶可以将β-羟基丁酸和氧化的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)分别转化为乙酰乙酸和还原的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)。酶辅助因子NAD+和NADH帮助促进本文公开的协同酶反应。NADH可以然后在黄递酶介导下发生氧化，其中在该过程期间的电子转移提供在工作电极处检测酮的基础。从而，在转移至工作电极的电子量与转化的β-羟基丁酸量之间存在1:1摩尔对应，由此提供基于在工作电极处测量的电流量检测和定量酮的基础。NADH氧化产生的电子向工作电极的转移可以通过能够促进在低电位操作的氧化还原介导物而发生。白蛋白可以作为该协同酶对的稳定剂。根据具体实施方式，β-羟基丁酸脱氢酶和黄递酶可以与分析物传感器酮响应性活性区域中的聚合物共价键合。NAD+可以或可以不与聚合物共价键合，但是如果NAD+未共价键合，其可以在物理上保留在酮响应性活性区域中。包覆酮响应性活性区域的膜可以帮助将NAD+保留在酮响应性活性区域中，同时仍允许足够的酮向内扩散从而允许对其检测。
用于酶法检测酮的其它适宜化学示于图6B和6C。在两种情况下，在转移至工作电极的电子量与转化的β-羟基丁酸量之间再次存在1:1摩尔对应，由此提供酮检测的基础。
如图6B所示，β-羟基丁酸脱氢酶(HBDH)可以再次将β-羟基丁酸和NAD+分别转化为乙酰乙酸和NADH。不同于向工作电极的电子转移通过黄递酶(参见图6A)和适宜的氧化还原介导物完成，NADH氧化酶的还原形式(NADHOx(Red))发生反应以形成相应氧化形式(NADHOx(Ox))。NADHOx(Red)可以然后通过与分子氧反应重新形成从而产生超氧化物，其随后可以在超氧化物歧化酶(SOD)介导下发生向过氧化氢的转化。过氧化氢可以然后在工作电极发生氧化从而提供可以与最初存在的酮量关联的信号。根据各种实施方式，SOD可以与酮响应性活性区域中的聚合物共价键合。如示于图6A的酶系统，β-羟基丁酸脱氢酶和NADH氧化酶可以与酮响应性活性区域中的聚合物共价键合，并且NAD可以或可以不与酮响应性活性区域中的聚合物共价键合。如果NAD+并未共价键合，则其可以在物理上保留在酮响应性活性区域中，其中膜聚合物促进NAD+在酮响应性活性区域中的保留。
如图6C所示，用于酮的又一酶法检测化学可以运用β-羟基丁酸脱氢酶(HBDH)将β-羟基丁酸和NAD+分别转化为乙酰乙酸和NADH。在该情况中的电子转移循环通过1,10-菲咯啉-5,6-二酮在工作电极的氧化重新形成NAD而完成。1,10-菲咯啉-5,6-二酮可以或可以不与酮响应性活性区域中的聚合物共价键合。如示于图6A的酶系统，β-羟基丁酸脱氢酶可以与酮响应性活性区域中的聚合物共价键合，而NAD可以或可以不与酮响应性活性区域中的聚合物共价键合。在活性区域中包含入白蛋白可以提供出人意料的响应稳定性改善。适宜的膜聚合物可以促进NAD+在酮响应性活性区域中的保留。
除了在第一活性区域中在低电位可检测的分析物之外，本公开的分析物传感器还可以进一步配置以分析第二或随后的分析物。为了促进第二分析物的检测，本公开的分析物传感器可以还包括第二工作电极，以及位于第二工作电极表面且响应不同于第一分析物的第二分析物的第二活性区域，所述第二活性区域包括第二聚合物、与第二聚合物共价键合的不同于第一氧化还原介导物的第二氧化还原介导物和至少一种响应与第二聚合物共价键合的第二分析物的酶。质量输运限制膜的第二部分可以包覆第二活性区域。所述至少一种响应第二分析物的酶可以包含酶系统，所述酶系统包含共同地响应第二分析物的多种酶。第二活性区域中的第二氧化还原介导物不一定需要能够在低电位促进电子转移，但是其可以能够在低电位促进电子转移。
用于包含入第二活性区域中的适宜的氧化还原介导物可以包括但不限于锇配合物和其它过渡金属配合物，比如描述于U.S.专利6,134,461和6,605,200的那些，通过援引将其全部并入本文。适宜氧化还原介导物的额外实例包括描述于U.S.专利6,736,957、7,501,053和7,754,093的那些，也通过援引将其各自的公开全部并入本文。用于包含入第二活性区域中的其它适宜氧化还原介导物可以包含例如钌、锇、铁(例如聚乙烯二茂铁或六氰基高铁酸盐)或钴的金属化合物或配合物，包括其金属茂化合物。金属配合物的适宜配体还可以包括例如二齿或更高齿合度的配体例如联吡啶，联咪唑，菲咯啉或吡啶基(咪唑)。其它适宜的二齿配体可以包括例如氨基酸，草酸，乙酰丙酮，二氨基烷烃或邻-二氨基芳烃。金属配合物中可以存在单齿、二齿、三齿、四齿或更高齿合度配体的任何组合以实现完整配位层。
根据本文公开用于促进分析物检测的活性区域可以包含氧化还原介导物与之共价结合的聚合物。聚合物结合性氧化还原介导物的适宜实例可以包括描述于U.S.专利8,444,834、8,268,143和6,605,201的那些，通过援引将其全部公开并入本文。用于包含入活性区域中的适宜聚合物可以包括但不限于聚乙烯吡啶(例如聚(4-乙烯基吡啶))，聚乙烯咪唑(例如聚(1-乙烯基咪唑))，或其任何共聚物。可以适于包含入活性区域中的示例性共聚物例如包括含有单体单元比如苯乙烯，丙烯酰胺，甲基丙烯酰胺或丙烯腈的那些。各活性区域中的聚合物可以是相同或不同的。
在特定实例中，第二活性区域可以经配置以检测葡萄糖和与之组合的在第一活性区域中在低电位可检测的分析物。如此，在本公开的特定实施方式中第二酶可以是葡萄糖氧化酶。在更特别的实例中，第一分析物可以是酮，其是通过如本文描述的酶系统可检测的，而第二分析物可以是葡萄糖，其是通过葡萄糖氧化酶可检测的。
各分析物的检测可以包括将电位分开地施加至各工作电极，从而从各分析物获得分开的信号。然后，得自各分析物的信号可以通过使用校准曲线或函数或通过使用查询表与分析物浓度关联。在特定实例中，分析物信号与分析物浓度的关联可以通过使用处理器进行。
在其它分析物传感器构造中，第一活性区域和第二活性区域可以位于单个工作电极上。第一信号可以在低电位得自第一活性区域，和含有来自两个活性区域的信号贡献的第二信号可以在较高电位获得。然后从第二信号减去第一信号可以允许确定第二分析物引起的信号贡献。然后，可以将来自各分析物的信号贡献以与对具有多个工作电极的传感器构造描述的那些相似的方式与分析物浓度关联。
相应地，本公开提供方法，所述方法包括：提供分析物传感器，所述分析物传感器包括：包括至少第一工作电极的传感器尾部；位于第一工作电极表面且在低电位响应第一分析物的第一活性区域，所述第一活性区域包括第一聚合物、与第一聚合物共价键合的第一氧化还原介导物和至少一种响应与第一聚合物共价键合的第一分析物的酶，其中氧化还原介导物具有上文所述式1-8中任一种代表的结构，其中G是将第一氧化还原介导物与第一聚合物共价键合的联接基团；以及包覆至少第一活性区域的第一分析物可渗透的质量输运限制膜；将低电位施加至第一工作电极；在位于或高于第一活性区域的氧化还原电位处获得第一信号，所述第一信号与第一分析物在接触第一活性区域的流体中的浓度成比例；并且将第一信号与第一分析物在流体中的浓度相关联。
如相对Ag/AgCl参比所测，低电位可以低于约+200mV，包括低于约+100mV，低于约-50mV，低于约-80mV或低于约-100mV。低电位还可以高于第一氧化还原介导物的氧化还原电位。可以促进在低工作电极电位操作的第一氧化还原介导物的示例性氧化还原电位可以低于约-200mV，比如约-400mV至约-200mV，或约-350mV至约-250mV，或约-300mV至约-250mV，如相对Ag/AgCl参比所测。
本文公开的分析物传感器还包括包覆至少第一活性区域的分析物可渗透的质量输运限制膜。在存在多个活性区域的情况下，质量输运限制膜可以包覆各活性区域，包括在不同活性区域有组成变化的选项，其比如可以通过相继的浸渍包覆操作实现，所述操作在定位更接近传感器尖端的工作电极上产生双层膜部分。质量输运限制膜可以包含膜聚合物，比如聚乙烯吡啶或聚乙烯咪唑均聚物或共聚物，其可以进一步用适宜的交联剂交联。在特定实施方式中，膜聚合物可以包含乙烯基吡啶和苯乙烯的共聚物。在更特别的实例中，包覆一个或多个活性区域的膜聚合物可以用包含3个或更多个可交联基团的支化交联剂比如聚乙二醇四缩水甘油基醚交联，其可以令人惊讶地降低从质量输运限制膜可获得的可萃取物量，如上文所述。还更特别地，质量输运限制膜可以包含聚乙烯吡啶或乙烯基吡啶和苯乙烯的共聚物，其用包含3个可交联基团的支化缩水甘油基醚交联剂比如聚乙二醇四缩水甘油基醚交联。尤其是，聚乙二醇四缩水甘油基醚的环氧化物基团可以与吡啶氮原子或咪唑氮原子反应，经由环氧化物开环促进交联剂的共价键合。可以产生将交联剂体与膜聚合物杂环桥连的羟基烷基。
乙烯基吡啶和苯乙烯的适宜共聚物可以具有范围约0.01％至约50％摩尔百分比，或约0.05％至约45％摩尔百分比，或约0.1％至约40％摩尔百分比，或约0.5％至约35％摩尔百分比，或约1％至约30％摩尔百分比，或约2％至约25％摩尔百分比，或约5％至约20％摩尔百分比的苯乙烯含量。可以类似地和以相似量使用取代的苯乙烯。乙烯基吡啶和苯乙烯的适宜共聚物可以具有5kDa或更多，或约10kDa或更多，或约15kDa或更多，或约20kDa或更多，或约25kDa或更多，或约30kDa或更多，或约40kDa或更多，或约50kDa或更多，或约75kDa或更多，或约90kDa或更多，或约100kDa或更多的分子量。在非限制性实例中，乙烯基吡啶和苯乙烯的适宜共聚物可以具有范围约5kDa至约150kDa，或约10kDa至约125kDa，或约15kDa至约100kDa，或约20kDa至约80kDa，或约25kDa至约75kDa，或约30kDa至约60kDa的分子量。
相应地，至少某些本文描述的分析物传感器可以包括传感器尾部(所述传感器尾部包括至少第一工作电极)，位于第一工作电极表面的第一活性区域，和包覆至少第一活性区域的第一分析物可渗透的质量输运限制膜。第一活性区域包括第一聚合物和至少一种与第一聚合物共价键合且响应第一分析物的酶。质量输运限制膜包含膜聚合物，其用包含3个或更多个可交联基团的支化缩水甘油基醚交联剂比如聚乙二醇四缩水甘油基醚交联。
在更特定实施方式中，交联可以是分子间的。用来促进两个或更多个膜聚合物骨架之间的分子间交联的聚乙二醇四缩水甘油基醚可以展示宽范围的适宜分子量。可以用聚乙二醇四缩水甘油基醚交联剂的单个分子交联多至四个聚合物骨架。在特定实例中，聚乙二醇四缩水甘油基醚的分子量范围可以是约1000g/mol至约5000g/mol。在聚乙二醇四缩水甘油基醚各臂中的乙二醇重复单元数可以是相同或不同的，并且在给定样品中可以一般地在一定范围内变化，产生平均分子量。在交联之前，聚乙二醇四缩水甘油基醚的结构可以通过下述式9代表
Figure BDA0003709188900000241
其中n1、n2、n3和n4各自是大于或等于0，通常是1或更高的整数，并且n1、n2、n3和n4可以是相同或不同的。可以选择n1、n2、n3和n4的和使得聚乙二醇四缩水甘油基醚的分子量落入前述范围中。换言之，为了产生具有前述范围内的分子量的聚乙二醇四缩水甘油基醚，n1、n2、n3和n4的和范围可以是约14至约110，或约15至约104，包括这些值之间的任何子范围，其中n1、n2、n3和n4可以独立地是大于或等于0或大于或等于1的任何整数。
交联密度是指具有与其附着的交联剂的膜聚合物侧链数。用支化缩水甘油基醚比如聚乙二醇四缩水甘油基醚或具有3个或更多个可交联基团的相似聚环氧乙烷交联剂交联的膜聚合物可以具有在宽范围变化的交联密度。在特定实例中，可以具有与其附着的交联剂的侧链的比例可以是膜聚合物中的可用杂环的约0.1％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约0.2％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约0.3％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约0.4％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约0.5％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约0.6％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约0.7％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约0.8％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约0.9％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约1.0％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约1.2％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约1.4％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约1.6％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约1.8％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约2.0％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约2.2％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约2.4％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约2.6％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约2.8％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约3.0％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约3.5％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约4.0％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约4.5％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约5.0％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约5.5％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约6.0％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约6.5％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约7.0％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约7.5％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约8.0％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约8.5％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约9.0％或更高，或膜聚合物中的可用杂环的约9.5％或更高，或杂环聚合物中的可用杂环的约10％或更高。在更特定的实施方式中，交联剂可以附着至约1％至约20％的膜聚合物中的可用杂环，或约2％至约10％的膜聚合物中的可用杂环，或约3％至约8％的膜聚合物中的可用杂环，或约4％至约9％的膜聚合物中的可用杂环，或约5％至约12％的膜聚合物中的可用杂环。
适宜的膜聚合物可以还包括与吡啶或咪唑单体单元的氮原子键合的一个或多个聚醚臂(侧链)。本文公开的任何膜聚合物可以还包含一个或多个聚醚臂。聚醚臂与从聚乙二醇四缩水甘油基醚或相似交联剂形成的交联基团的区别是聚醚臂并不在分开的聚合物链之间扩展或在单个聚合物链中在分子内终止。从而，聚醚臂是与从交联剂形成的交联基团分开且不同的。聚醚臂可以包含聚环氧乙烷嵌段和聚环氧丙烷嵌段，特别地聚醚臂具有插入两个聚环氧乙烷嵌段之间的聚环氧丙烷嵌段。聚醚臂与杂环氮原子的键合可以通过能够与膜聚合物中的杂环氮原子成键的任何反应性官能团发生。聚醚臂与杂环氮原子的键合可以通过烷基，羟基官能化的烷基，或羰基进行。聚醚臂还可以含有远离杂环氮原子的胺基团或在其它特别情况中不含胺。
膜聚合物的聚醚臂可以包含至少一个聚环氧乙烷嵌段和至少一个聚环氧丙烷嵌段，由此提供至少聚环氧乙烷和聚环氧丙烷单体单元的二嵌段排列，其经由间隔部分与杂环氮原子结合。聚环氧乙烷嵌段或聚环氧丙烷嵌段可以结合至间隔部分。在其它更特定的实施方式中，聚醚臂可以包含依次的间隔部分、第一聚环氧乙烷嵌段、聚环氧丙烷嵌段和第二聚环氧乙烷嵌段(也即A-B-A重复模式)或依次的间隔部分、第一聚环氧丙烷嵌段、聚环氧乙烷嵌段和第二聚环氧丙烷嵌段(也即B-A-B重复模式)。在含胺聚醚臂中胺基团可以介于聚环氧乙烷嵌段与聚环氧丙烷嵌段之间。从而，本文描述的膜聚合物中的聚醚臂可以具有通过下文式10-13一般定义的结构，
Figure BDA0003709188900000271
其中PE代表聚环氧乙烷嵌段，PP代表聚环氧丙烷嵌段，A是胺基团，而J是间隔基团。间隔基团J可以变得与膜聚合物的杂环键合。适宜的间隔基团J可以包括但不限于烷基，羟基-官能化的烷基，羰基，羧酸酯，甲酰胺等。变量q、r、s和t是定义各嵌段中的单体单元数和嵌段重复的次数的正整数，条件是在二嵌段排列中，变量t可以是0而变量s可以是1。根据某些实施方式，变量q是约2至约50或约6至约20范围的整数，变量r是约2至约60或约10至约40范围的整数，和变量t是约2至约50或约10至约30范围的整数。根据某些或其它各种实施方式，变量s是1至约20或1至约10范围的整数。在某些实施方式中，变量s等于1。
在本公开更特定的实施方式中，具有聚环氧乙烷、聚环氧丙烷和聚环氧乙烷(相应于式10)臂的三嵌段排列的不含胺的聚醚臂可以具有式14定义的结构，
Figure BDA0003709188900000281
其中R是烷基，特别是甲基，变量w是0或1，变量x是约4至约24或约6至约20范围的整数，变量y是约8至约60或约10至约40范围的整数，和变量z是约6至约36或约10至约30范围的整数。在更特定的实施方式中，变量x范围可以是约8至约16或约9至约12，变量y范围可以是约10至约32、或约16至约30或约12至约20，而变量z范围可以是约10至约20或约14至约18。在某些实施方式中，变量x可以小于变量z，从而第二聚环氧乙烷嵌段比第一聚环氧乙烷嵌段更长(更大)。如果变量w是0，则不含胺的聚醚臂通过二碳烷基与膜聚合物直接键合，但是本公开也预期更长的烷基。
在本公开的其它特定实施方式中，具有聚环氧乙烷、聚环氧丙烷和聚环氧乙烷三嵌段排列和具有介于聚环氧乙烷嵌段与聚环氧丙烷嵌段之间的胺基团(相应于式12)的聚醚臂可以具有式15定义的结构，
Figure BDA0003709188900000291
其中w、x、y、z和R如上文对式14定义。如果变量w是0，则聚醚臂通过二碳烷基与膜聚合物直接键合，但是本公开也预期更长的烷基。
本文描述的聚醚臂可以通过聚醚臂前体中的反应性官能变得与杂环氮原子键合。适宜的反应性官能可以包括例如卤素或环氧化物。例如，环氧化物导致将聚醚臂与膜聚合物的杂环氮原子连接的羟基烷基间隔基团形成，如上文式14和15中举例说明(在式14和15中n＝1)。与之相对，卤素-官能化的聚醚臂前体可以导致烷基间隔部分(式14和15中n＝0)，其中适宜的烷基可以是直链或支链的并且含有2至约20个碳原子。
在某些实施方式中，含磺酸盐/酯的臂可以作为侧链附着在本文公开的膜聚合物的至少一部分中。含磺酸盐/酯的臂可以与聚醚臂和/或交联剂以任何适宜的比率组合存在。本文公开的任何膜聚合物可以包含比含磺酸盐/酯的臂更高的量的聚醚臂或交联基团。含磺酸盐/酯的臂可以经由烷基附着至膜聚合物。根据各种实施方式，烷基可以含有1至约6个碳原子，或2至约4个碳原子。用于将含磺酸盐/酯的臂引入本文公开的膜聚合物的适宜试剂可以包括卤代磺酸化合物比如氯甲磺酸、溴乙磺酸等，或环状磺酸酯(磺内酯)。
聚二甲基硅氧烷(PDMS)可以掺入本文公开的任何质量输运限制膜。
在经配置用于测试不同分析物的第一活性区域和第二活性区域位于分开的工作电极上的情况下，质量输运限制膜可以具有对第一分析物和第二分析物不同的渗透性值。尽管可以变化各工作电极的膜厚度和/或活性区域大小从而使对各分析物的敏感性水平化，该途径可以显著使分析物传感器的制备复杂化。作为解决方案，包覆至少一个活性区域的质量输运限制膜可以包含第一膜聚合物和第二膜聚合物的混合物或者第一膜聚合物和第二膜聚合物的双层。均质膜可以包覆未用混合物或双层包覆的活性区域，其中所述均质膜包含第一膜聚合物或第二膜聚合物中的仅一种。有利地，本文公开的分析物传感器建构方便地使得连续膜成为可能，所述连续膜具有待置于分析物传感器的第一活性区域上的均匀膜部分和待置于第二活性区域的多组分膜部分，由此同时使得对各分析物的渗透性值水平化，从而提供改善的敏感性和检测精确度。在特定实施方式中可以通过相继的浸渍包覆操作发生连续的膜沉积。
本文公开的实施方式包括：
A.能够进行分析物低电位检测的分析物传感器。所述分析物传感器包括：包括至少第一工作电极的传感器尾部；位于第一工作电极表面且在低电位响应第一分析物的第一活性区域，所述第一活性区域包括第一聚合物、与第一聚合物共价键合的第一氧化还原介导物和至少一种响应与第一聚合物共价键合的第一分析物的酶；其中所述第一氧化还原介导物具有下述结构：
Figure BDA0003709188900000311
其中G是将第一氧化还原介导物与第一聚合物共价键合的联接基团；和第一分析物可渗透的质量输运限制膜，其包覆至少第一活性区域。
B.用能够进行低电位检测的分析物传感器检测分析物的方法。所述方法包括：提供分析物传感器，所述分析物传感器包括：包括至少第一工作电极的传感器尾部；位于第一工作电极表面且在低电位响应第一分析物的第一活性区域，所述第一活性区域包括第一聚合物、与第一聚合物共价键合的第一氧化还原介导物和至少一种响应与第一聚合物共价键合的第一分析物的酶；其中所述第一氧化还原介导物具有下述结构：
Figure BDA0003709188900000312
其中G是将第一氧化还原介导物与第一聚合物共价键合的联接基团；和第一分析物可渗透的质量输运限制膜，其包覆至少第一活性区域；将低电位施加至第一工作电极；在位于或高于第一活性区域的氧化还原电位处获得第一信号，所述第一信号与第一分析物在接触第一活性区域的流体中的浓度成比例；和将第一信号与第一分析物在流体中的浓度相关联。
B1.用能够进行低电位检测的分析物传感器检测分析物的方法。所述方法包括：将分析物传感器暴露至包含第一分析物的流体；其中所述分析物传感器包括：包括至少第一工作电极的传感器尾部；位于第一工作电极表面且在低电位响应第一分析物的第一活性区域，所述第一活性区域包括第一聚合物、与第一聚合物共价键合的第一氧化还原介导物和至少一种响应与第一聚合物共价键合的第一分析物的酶；其中所述第一氧化还原介导物具有下述结构：
Figure BDA0003709188900000321
其中G是将第一氧化还原介导物与第一聚合物共价键合的联接基团；和第一分析物可渗透的质量输运限制膜，其包覆至少第一活性区域；将低电位施加至第一工作电极；在位于或高于第一活性区域的氧化还原电位处获得第一信号，所述第一信号与第一分析物在所述流体中的浓度成比例；和将第一信号与第一分析物在流体中的浓度相关联。
C.分析物传感器，其含有用支化缩水甘油基醚交联剂交联的质量输运限制膜。所述分析物传感器包括：包括至少第一工作电极的传感器尾部；位于第一工作电极表面的第一活性区域，所述第一活性区域包括第一聚合物和至少一种与第一聚合物共价键合且响应第一分析物的酶；和包覆至少第一活性区域的第一分析物可渗透的质量输运限制膜，所述质量输运限制膜包含用支化交联剂交联的膜聚合物，所述支化交联剂包含3个或更多个可交联基团。
D.用分析物传感器检测分析物的方法，所述分析物传感器含有用支化缩水甘油基醚交联剂交联的质量输运限制膜。所述方法包括：提供分析物传感器，所述分析物传感器包括：包括至少第一工作电极的传感器尾部；位于第一工作电极表面的第一活性区域，所述第一活性区域包括第一聚合物和至少一种与第一聚合物共价键合且响应第一分析物的酶；和包覆至少第一活性区域的第一分析物可渗透的质量输运限制膜，所述质量输运限制膜包含用支化交联剂交联的膜聚合物，所述支化交联剂包含3个或更多个可交联基团；将电位施加至第一工作电极；在位于或高于第一活性区域的氧化还原电位处获得第一信号，所述第一信号与第一分析物在接触第一活性区域的流体中的浓度成比例；并且将第一信号与第一分析物在流体中的浓度相关联。
实施方式A-D可以具有任意组合的下述要素中的一种或多种。
要素1：其中所述至少一种酶包含酶系统，所述酶系统包含共同地响应第一分析物的多种酶。
要素2：其中所述第一分析物包含一种或多种酮。
要素3：其中所述质量输运限制膜包含用支化交联剂交联的膜聚合物，所述支化交联剂包含3个或更多个可交联基团。
要素4：其中所述膜聚合物包含聚乙烯吡啶或聚乙烯咪唑。
要素5：其中所述膜聚合物包含乙烯基吡啶和苯乙烯的共聚物。
要素6：其中所述支化交联剂包含聚乙二醇四缩水甘油基醚。
要素7：其中所述分析物传感器还包括第二工作电极；和位于第二工作电极表面且响应不同于第一分析物的第二分析物的第二活性区域，所述第二活性区域包括第二聚合物、与第二聚合物共价键合的不同于第一氧化还原介导物的第二氧化还原介导物和至少一种响应与第二聚合物共价键合的第二分析物的酶；其中质量输运限制膜的第二部分包覆第二活性区域。
要素8：其中所述至少一种响应第二分析物的酶包含酶系统，所述酶系统包含共同地响应第二分析物的多种酶。
要素9：其中所述第二分析物包含葡萄糖。
要素10：其中所述低电位高于第一氧化还原介导物的氧化还原电位且相对Ag/AgCl参比低于约-80mV。
要素10A：其中第一氧化还原介导物的氧化还原电位的范围是约-200mV至约-400mV，相对Ag/AgCl参比。
要素11：其中所述聚乙二醇四缩水甘油基醚具有范围约1000g/mol至约5000g/mol的分子量。
以非限制性实例的方式，对A和B可行的示范性组合可以包括但不限于1和2；1-3；1，3和6；1和4；1和7；1和9；1和10或10A；2和3；2，3和6；2和7；2和9；2和10或10A；3和4；3和6；3，4和6；3，5和6；3和7；3和9；3和10或10A；4和7；5和7；4或5，和9；以及4或5，和10或10A。以进一步的非限制性实例方式，对C和D可行的示范性组合可以包括但不限于6和11；4和6；5和6；6和7；6-8；4，6和11；5，6和11；6，7和11；以及6-8和11。
本文公开的额外实施方式包括：
A’：通过浸渍包覆形成质量输运限制膜的方法。所述方法包括：提供分析物传感器，所述分析物传感器包括：传感器尾部，其包括沿传感器尾部的长度彼此间隔开的至少第一工作电极和第二工作电极；和位于第一工作电极表面的第一活性区域和位于第二工作电极表面的第二活性区域，所述第一活性区域和所述第二活性区域响应不同的分析物；并且通过相继的浸渍包覆操作将质量输运限制膜沉积在第一活性区域和第二活性区域上；其中所述质量输运限制膜包含包覆第一活性区域的双层膜部分和包覆第二活性区域的均质膜部分。
B’：具有浸渍包覆的质量输运限制膜的分析物传感器。所述分析物传感器包括：传感器尾部，其包括沿传感器尾部的长度彼此间隔开至少第一工作电极和第二工作电极；位于第一工作电极表面的第一活性区域和位于第二工作电极表面的第二活性区域，所述第一活性区域和所述第二活性区域响应不同的分析物；和在第一活性区域和第二活性区域上的浸渍包覆的质量输运限制膜，所述浸渍包覆的质量输运限制膜包含包覆第一活性区域的浸渍包覆的双层膜部分和包覆第二活性区域的浸渍包覆的均质膜部分。
实施方式A’和B’可以具有任何组合的下述要素中的一种或多种：
要素1’：其中所述双层膜部分和所述均质膜部分彼此邻近。
要素2’：其中所述第一工作电极和所述第一活性区域比所述第二工作电极和所述第二活性区域定位更接近分析物传感器的尖端。
要素3’：其中双层膜部分的上层和均质膜部分包含相同的膜聚合物。
要素4’：其中第一浸渍包覆操作将第一膜聚合物沉积在第一活性区域上而第二浸渍包覆操作将第二膜聚合物沉积在第一活性区域和第二活性区域两者上从而界定第一活性区域上的双层膜部分和第二活性区域上的均质膜部分，所述第一膜聚合物和所述第二膜聚合物彼此不同。
要素5’：其中双层膜部分的下层和均质膜部分包含相同的膜聚合物。
要素6’：其中第一浸渍包覆操作将第一膜聚合物沉积在第一活性区域和第二活性区域两者而第二浸渍包覆操作将第二膜聚合物沉积在第一活性区域上从而界定第一活性区域上的双层膜部分，所述第一膜聚合物和所述第二膜聚合物彼此不同。
要素7’：其中所述第一活性区域响应葡萄糖，乳酸，酮或肌酸酐。
要素8’：其中所述第一活性区域响应酮。
要素9’：其中所述第二活性区域响应葡萄糖。
要素10’：其中质量输运限制膜的至少一部分包含交联的聚乙烯吡啶均聚物或共聚物。
要素11’：其中质量输运限制膜的至少一部分包含用支化交联剂交联的膜聚合物，所述支化交联剂包含3个或更多个可交联基团。
要素12’：其中所述支化交联剂包含聚乙二醇四缩水甘油基醚。
要素13’：其中浸渍包覆的双层膜部分和浸渍包覆的均质膜部分彼此邻近。
要素14’：其中所述第一工作电极和所述第一活性区域比所述第二工作电极和所述第二活性区域定位更接近分析物传感器的尖端。
要素15’：其中浸渍包覆的双层膜部分的上层和浸渍包覆的均质膜部分包含相同的膜聚合物。
要素16’：其中浸渍包覆的双层膜部分的下层和浸渍包覆的均质膜部分包含相同的膜聚合物。
要素17’：其中所述第一活性区域响应酮。
要素18’：其中所述第二活性区域响应葡萄糖。
以非限制性实例的方式，对A’可行的示范性组合包括但不限于：1’和2’；1’-3’；1’-4’；1’，2’和5’；1’，2’，5’和6’；1’和7’；1’和8’；1’，8’和9’；1’和10’；2’和3’；2’-4’；2’-5’；2’，5’和6’；2’和7’；2’和8’；2’，3’，4’和8’；2’，3’，4’，8’和9’；2’，5’，6’和8’；2’，5’，6’，8’和9’；3’和4’；3’，4’和7’；3’，4’和8’；3’，4’，8’和9’；3’和7’；3’和8’；3’，8’和9’；5’和6’；5’，6’和8’；5’，6’，8’和9’；以及8’和9’。对B’可行的示范性组合包括但不限于13’和14’；13’，14’和15’；13’，14’和16’；13’，14’和17’；13’，14’，17’和18’；14’和15’；14’和16’；14’和17’；14’和18’；15’和17’；15’，17’和18’；16’和17’；16’，17’和18’；以及17’和18’。
为了促进对本文公开的更佳理解，提供各种代表性实施方式的下述实施例。下述实施例不应被理解为限制或定义本发明的范围。
实施例
实施例1：用分析物传感器在低电位检测酮，所述分析物传感器具有一齐(inconcert)起作用的黄递酶和β-羟基丁酸脱氢酶。对于该实施例，用图6A的酶系统来促进酮的检测，其使用下文表1和2指定的活性区域配制剂，使用未结合的式8过渡金属配合物(表1)或者与聚乙烯吡啶-co-苯乙烯结合的式8过渡金属配合物(表2)作为氧化还原介导物(HBHD＝β-羟基丁酸脱氢酶；HSA＝人类血清白蛋白；PEGDGE400＝聚乙二醇二缩水甘油基醚)。通过沉积大致0.2mm2面积的一个点，将示于表1和2的传感活性区域配制剂包覆至经碳包覆的工作电极上。在25℃将活性区域固化24小时。在固化后，经由共四次浸渍包覆将具有表3所指定的配制剂的聚乙烯吡啶膜施加至活性区域上。在施加膜之后，在25℃将传感器固化24小时，然后在56℃进行48小时。
表1
Figure BDA0003709188900000371
表2
Figure BDA0003709188900000372
表3
组分 浓度(mg/mL) 溶剂 加入的体积(mL)
PVP 100 80/20EtOH/HEPES 4
PDMS 100 EtOH 0.0132
PEGDGE400 100 80/20EtOH/HEPES 0.2
图7显示式8过渡金属配合物或聚合物结合的式8过渡金属配合物的循环伏安图。循环伏安图在pH 7.4的100mM PBS溶液中获得，所述溶液经由氮鼓泡脱氧并保持在33℃的温度。从-0.5V至0.1V以5mV/s的扫描速率用碳对电极和Ag/AgCl参比电极进行扫描。从循环伏安图，式8过渡金属配合物的E1/2测量为-0.29V vs.Ag/AgCl而聚合物结合的式8过渡金属配合物的E1/2测量为-0.24V vs.Ag/AgCl。缺少N,N-二甲基氨基取代的比较性氧化还原介导物展示负值程度显著更低的E1/2：-0.08V vs.Ag/AgCl(数据未显示)。
图8显示酮传感器的电流vs时间图，所述传感器在各工作电极电位包括聚合物结合的式8过渡金属配合物。在pH 7.4的100mM PBS中将传感器保持在范围是+40mV至-200mV的四个电位之一，并在33℃对其滴定变化量的β-羟基丁酸直至最终酮浓度为8mM。如所显示，于各电位在加入酮之后传感器响应快速地稳定化。对于所测的各自四个电位，观察到对酮浓度的线性响应(参见图9)。
实施例2：来自聚乙二醇四缩水甘油基醚交联的膜的可萃取物。制备用聚乙二醇四缩水甘油基醚(分子量～2500)交联的聚合物膜样品。基底膜聚合物是乙烯基吡啶和苯乙烯的共聚物，含有与基底膜聚合物中吡啶部分的至少一部分结合的不含胺的聚醚臂。用相同的膜聚合物制备比较性聚合物膜样品，所述膜聚合物用聚乙二醇二缩水甘油基醚(分子量～1000)交联。比较性聚合物膜样品用聚乙二醇二缩水甘油基醚交联，其交联剂质量与其它样品中所用的聚乙二醇四缩水甘油基醚量相似，由此提供相似的交联密度。
用0.5mL含膜聚合物的溶液在样品小瓶底部将膜聚合物铸为膜。蒸发溶剂，然后在25℃进行膜固化48小时并且在56℃进行56小时。加入水或95％乙醇(3mL)以铸塑聚合物膜，并且在室温下进行萃取72小时(水)或144小时(乙醇)。在萃取时间段期间在摇床上搅动小瓶。水萃取物通过UV-Vis分光光度法纯净地分析(图10)，而乙醇萃取物在UV-Vis分析之前进行1:9稀释(图11)。如两种情况下的UV-Vis吸光度强度所显示，用聚乙二醇四缩水甘油基醚交联的样品展示更低量的可萃取物质。
实施例3：具有聚乙二醇四缩水甘油基醚交联的膜的传感器的平衡时间。以用聚乙二醇四缩水甘油基醚交联的膜聚合物(参见实施例2)包覆葡萄糖响应性分析物传感器。用可比拟的膜聚合物制备比较传感器，所述膜聚合物用聚乙二醇二缩水甘油基醚交联。在37℃将各膜包覆的传感器置于1000mM PBS(pH＝7.4)中的30mM葡萄糖溶液。图12显示在10小时内的传感器输出vs时间的比较图，其中将用聚乙二醇四缩水甘油基醚交联的膜聚合物包覆的分析物传感器与用聚乙二醇二缩水甘油基醚交联的膜聚合物包覆的分析物传感器比较。如所显示，在平衡大约1小时之后两种膜提供稳定的传感器输出。图13显示传感器平衡第一小时的放大图，其中可见聚乙二醇四缩水甘油基醚交联的膜比聚乙二醇二缩水甘油基醚交联的膜更快地提供稳定响应。
除非另有指定，在本说明书和有关权利要求中表达数量等的全部数值应理解为在全部情况通过术语"约"修饰。相应地，除非相反地指出，本文说明书和所附权利要求中的数字参数是近似值，其可以取决于本发明实施方式致力于获得的希望特性而变化。至少地且并非试图限制权利要求范围的等效原则应用地，各数字参数应至少参照报告有效数字数并且通过应用普通舍入方法解释。
本文展示并入各种特征的一种或多种示例性实施方式。为了清楚起见，本申请中并不描述或显示物理实现的全部特征。应理解，在开发并入本发明实施方式的物理实施方式中，必须作出许多实现特定性的决定来实现开发者的目标，比如顺从系统相关性、事务相关性、政府相关性和其它的限制，所述限制根据实现和时间而变化。虽然开发者的努力可能是耗费时间的，所述努力仍会是本领域普通技术人员的惯用手段并且受益于本公开。
虽然本文将各种系统、工具和方法描述为"包含"各种组分或步骤，所述系统、工具和方法还能够"基本上由"所述各种组分和步骤"组成"或"由"所述各种组分和步骤"组成"。
如本文所用，在短语"至少一种(个)"用于以术语"和"或者"或"来分隔任何这些项目的一系列项目的情况下，其修饰整个列表，而不是列表的各成员(也即每一个项目)。短语"至少一种(个)"允许的含义包括所述项目中任一项中的至少一种，和/或所述项目的任何组合的至少一种，和/或所述项目各自的至少一种。举例来说，短语"A、B和C中的至少一种(个)"或"A、B或C中的至少一种(个)"各自指仅A、仅B或仅C；A、B和C的任何组合；和/或A、B和C各自的至少一种。
因此，所公开的系统、工具和方法充分适于获得所提及的目的和优势以及其中固有的那些。上文公开的具体实施方式仅为示例性，原因是可以以对本领域技术人员来说是明显的不同但等价的方式修饰和实施本公开的教导，其具有本文教导的益处。另外，除了所附权利要求的描述以外，并不期望限制本文所显示的建构或设计的细节。因此，显然的是上文公开的特定示例性实施方式可以改变、组合或修饰，并且全部所述变化都视为属于本公开的范围。在不存在本文并未具体公开的任何要素和/或本文公开的任何任选要素的情况下，可以适宜地实施本文示例性公开的系统、工具和方法。虽然系统、工具和方法被描述为"包含"、"含有"或"包括"各种组分或步骤，但是所述系统、工具和方法还能够"基本上由"所述各种组分和步骤"组成"或"由"所述各种组分和步骤"组成"。上文公开的全部数字和范围可以以一定量变化。在公开数字范围具有下限和上限的情况下，属于所述范围的任何数字和任何包括的范围都被具体公开。尤其是，本文公开的每个范围值(形式为"约a至约b"或等价的"大约a至b"或等价的"大约a-b")应理解为描述在较宽范围值内涵盖的每个数字和范围。另外，权利要求中的术语具有其清楚、普通的含义，除非专利权人另外明确且清楚定义。此外，权利要求中所用的不定冠词"一个"或"一种"在本文定义为意指一种或多于一种该词所引入的要素。如果在本说明书和可以通过援引并入本文的一篇或多篇专利或其它文献在使用词汇或术语中存在任何冲突，应采用与本说明书相符的定义。

Claims (21)

1.分析物传感器，包括：
包括至少第一工作电极的传感器尾部；
位于第一工作电极表面且在低电位响应第一分析物的第一活性区域，所述第一活性区域包括第一聚合物、与第一聚合物共价键合的第一氧化还原介导物和至少一种响应与第一聚合物共价键合的第一分析物的酶；
其中所述第一氧化还原介导物具有下述结构：
Figure FDA0003709188890000011
其中G是将第一氧化还原介导物与第一聚合物共价键合的联接基团；和
第一分析物可渗透的质量输运限制膜，其包覆至少第一活性区域。
2.权利要求1的分析物传感器，其中所述至少一种酶包含酶系统，所述酶系统包含共同地响应第一分析物的多种酶。
3.权利要求2的分析物传感器，其中所述第一分析物包含一种或多种酮。
4.权利要求1的分析物传感器，其中所述质量输运限制膜包含用支化交联剂交联的膜聚合物，所述支化交联剂包含3个或更多个可交联基团。
5.权利要求4的分析物传感器，其中所述膜聚合物包含聚乙烯吡啶或聚乙烯咪唑。
6.权利要求4的分析物传感器，其中所述支化交联剂包含聚乙二醇四缩水甘油基醚。
7.权利要求1的分析物传感器，还包括：
第二工作电极；和
位于第二工作电极表面且响应不同于第一分析物的第二分析物的第二活性区域，所述第二活性区域包括第二聚合物、与第二聚合物共价键合的不同于第一氧化还原介导物的第二氧化还原介导物和至少一种响应与第二聚合物共价键合的第二分析物的酶；
其中质量输运限制膜的第二部分包覆第二活性区域。
8.权利要求7的分析物传感器，其中所述至少一种响应第二分析物的酶包含酶系统，所述酶系统包含共同地响应第二分析物的多种酶。
9.权利要求1的分析物传感器，其中所述低电位高于第一氧化还原介导物的氧化还原电位且相对Ag/AgCl参比低于约-80mV。
10.一种方法，包括：
提供分析物传感器，所述分析物传感器包括：
包括至少第一工作电极的传感器尾部；
位于第一工作电极表面且在低电位响应第一分析物的第一活性区域，所述第一活性区域包括第一聚合物、与第一聚合物共价键合的第一氧化还原介导物和至少一种响应与第一聚合物共价键合的第一分析物的酶；
其中所述第一氧化还原介导物具有下述结构：
Figure FDA0003709188890000031
其中G是将第一氧化还原介导物与第一聚合物共价键合的联接基团；和
第一分析物可渗透的质量输运限制膜，其包覆至少第一活性区域；
将低电位施加至第一工作电极；
在位于或高于第一活性区域的氧化还原电位处获得第一信号，所述第一信号与第一分析物在接触第一活性区域的流体中的浓度成比例；和
将第一信号与第一分析物在流体中的浓度相关联。
11.权利要求10的方法，其中所述至少一种酶包含酶系统，所述酶系统包含共同地响应第一分析物的多种酶。
12.权利要求11的方法，其中所述第一分析物包含一种或多种酮。
13.权利要求10的方法，其中所述质量输运限制膜包含用支化交联剂交联的膜聚合物，所述支化交联剂包含3个或更多个可交联基团。
14.权利要求13的方法，其中所述膜聚合物包含聚乙烯吡啶或聚乙烯咪唑。
15.权利要求13的方法，其中所述支化交联剂包含聚乙二醇四缩水甘油基醚。
16.权利要求10的方法，其中所述低电位高于第一氧化还原介导物的氧化还原电位且相对Ag/AgCl参比低于约-80mV。
17.权利要求10的方法，其中分析物传感器还包括：
第二工作电极；和
位于第二工作电极表面且响应不同于第一分析物的第二分析物的第二活性区域，所述第二活性区域包括第二聚合物、与第二聚合物共价键合的不同于第一氧化还原介导物的第二氧化还原介导物和至少一种响应与第二聚合物共价键合的第二分析物的酶；
其中质量输运限制膜的第二部分包覆第二活性区域。
18.权利要求17的方法，其中所述至少一种响应第二分析物的酶包含酶系统，所述酶系统包含共同地响应第二分析物的多种酶。
19.分析物传感器，包括：
包括至少第一工作电极的传感器尾部；
位于第一工作电极表面的第一活性区域，所述第一活性区域包括第一聚合物和至少一种与第一聚合物共价键合且响应第一分析物的酶；和
第一分析物可渗透的质量输运限制膜，其包覆至少第一活性区域，所述质量输运限制膜包含用支化交联剂交联的膜聚合物，所述支化交联剂包含3个或更多个可交联基团。
20.权利要求19的分析物传感器，其中所述支化交联剂包含聚乙二醇四缩水甘油基醚。
21.权利要求20的分析物传感器，其中聚乙二醇四缩水甘油基醚具有范围约1000g/mol至约5000g/mol的分子量。
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