CN116917494A - 分析物传感器及其使用方法 - Google Patents

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CN116917494A CN202280016881.9A CN202280016881A CN116917494A CN 116917494 A CN116917494 A CN 116917494A CN 202280016881 A CN202280016881 A CN 202280016881A CN 116917494 A CN116917494 A CN 116917494A
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sensor
analyte
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enzyme
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Inventor
刘增何
B·J·费尔德曼
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Abbott Diabetes Care Co
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Abbott Diabetes Care Co
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  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

本公开提供用于检测各种分析物的分析物传感器。在某些实施方式中，本公开的分析物传感器的分析物响应性活性区域包括用于检测分析物的两种或更多种酶系统。本公开还提供用于使用所公开的分析物传感器检测各种分析物的方法。

Description

分析物传感器及其使用方法
与相关申请的交叉引用
本申请要求2020年12月31日提交的U.S.临时申请No.63/132,936和2021年1月8日提交的U.S.临时申请No.63/135,395的优先权，通过援引将其各自内容完整并入，并且要求其各自的优先权。
领域
本文描述的主题涉及用于检测分析物的分析物传感器和使用其的方法。
背景
在个体中检测各种分析物有时能够是监测其健康状况的关键，原因是相对正常分析物水平的偏差能够指示生理学状况。例如，监测酮水平能够使得患糖尿病的人可以采取适当矫正行动以避免低血糖症、高血糖症或酮酸中毒的显著生理学危害。为了监测其它生理学状况，其它分析物能够是希望的。在某些情况下，能够希望监测多于一种分析物以监测单种或多种生理学状况，特别是如果人患引起相互组合的两种或更多种分析物的同时失调的共病病况。
在个体中的分析物监测能够在一段时间内周期地或连续地发生。周期性分析物监测能够进行如下：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能够是不方便或疼痛。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。
连续分析物监测能够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，使得能够在体内进行分析。植入的传感器能够按需、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能够是更有希望的途径，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。
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酶基电流传感器以帮助监测糖尿病个体的健康。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。例如，劣灵敏度能够是特别有问题的。相应地，本领域需要用于在体内检测分析物的改善的传感器。
概要
本公开主题的意图和优势将在下文中清楚描述，并且将通过实施本公开主题获知。本公开主题的额外优势将通过在说明书及其权利要求中特别指出的装置并且从附图了解和获得。
为了实现这些和其它优势且按照所公开主题的意图，如所呈现和宽泛地描述，所公开主题包括用于检测分析物(例如能够发生还原的分析物)的分析物传感器。在某些实施方式中，本公开的分析物传感器能够用来检测酮，丙酮，乙酰乙酸，丙酮酸，乙醛，半乳糖，L-木糖酸-1,4-内酯，谷胱甘肽二硫醚，过氧化氢，亚油酸，1,3-二磷酸甘油酸和/或6-磷酸-D-葡萄糖酸-1,5-内酯。在某些实施方式中，分析物是丙酮或乙酰乙酸。
在某些实施方式中，本公开的分析物传感器能够包括：(i)包括至少第一工作电极的传感器尾部，(ii)经配置以检测分析物的第一活性区域和(iii)葡萄糖和分析物可渗透的质量运输限制膜，其中所述质量运输限制膜包覆至少所述第一活性区域。在某些实施方式中，第一活性区域包括布置在第一工作电极表面上的第一酶系统和布置在第一酶系统上的第二酶系统。在某些实施方式中，第一酶系统和第二酶系统在相同的层中提供，所述层布置在第一工作电极表面上。在某些实施方式中，第一酶系统包含葡萄糖响应性酶，例如葡萄糖氧化酶，而第二酶系统包含对分析物特异性的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)依赖性还原酶。在某些实施方式中，第一酶系统还包括电子转移试剂。在某些实施方式中，第二酶系统还包括NAD依赖性葡萄糖响应性酶，例如NAD依赖性葡萄糖脱氢酶。在某些实施方式中，第一酶系统和/或第二酶系统中的一种或多种酶共价键合至第一活性区域中存在的聚合物。在某些实施方式中，质量运输限制膜包括基于聚乙烯吡啶的聚合物，聚乙烯咪唑，聚丙烯酸酯，聚氨酯，聚醚型聚氨酯，有机硅或其组合。在某些实施方式中，质量运输限制膜包括聚乙烯吡啶或聚乙烯咪唑。
本公开还提供分析物传感器，其包括：(i)包括至少第一工作电极的传感器尾部，(ii)第一活性区域，其包含：(a)第一酶系统和(b)介入第一工作电极表面与第一酶系统之间的第二酶系统，(iii)葡萄糖和分析物可渗透的第一质量运输限制膜，其中所述第一质量运输限制膜包覆至少所述第一酶系统；和(iv)第二质量运输限制膜，其中所述第二质量运输限制膜介于所述第一酶系统与所述第二酶系统之间。在某些实施方式中，第一酶系统包括：(i)NAD依赖性葡萄糖响应性酶，例如NAD依赖性葡萄糖脱氢酶，和(ii)对分析物特异性的第一NAD依赖性还原酶。在某些实施方式中，第二酶系统包含第二NAD依赖性还原酶，例如其是对分析物的还原产物(例如中间体产物)特异性的，和黄递酶。在某些实施方式中，第一酶系统的第一NAD依赖性还原酶和第二酶系统的第二NAD依赖性还原酶是相同的。在某些实施方式中，第一酶系统的第一NAD依赖性还原酶和第二酶系统的第二NAD依赖性还原酶是不同的。在某些实施方式中，第二酶系统还包含电子转移试剂。在某些实施方式中，第二质量运输限制膜是通过第一酶系统的化学反应产生的中间体产物可渗透的。在某些实施方式中，第一质量运输限制膜和/或第二质量运输限制膜包含相同的聚合物。在某些实施方式中，第一质量运输限制膜和/或第二质量运输限制膜包含基于聚乙烯吡啶的聚合物，聚乙烯咪唑，聚丙烯酸酯，聚氨酯，聚醚型聚氨酯，有机硅或其组合。在某些实施方式中，第一质量运输限制膜和/或第二质量运输限制膜包含聚乙烯吡啶或聚乙烯咪唑。
本公开还包括用于检测分析物的方法。在某些实施方式中，用于检测分析物的方法能够包括(i)提供分析物传感器。在某些实施方式中，分析物传感器能够包括：(a)包括至少第一工作电极的传感器尾部，(b)第一活性区域，其包含布置在第一工作电极表面上的第一酶系统和布置在第一酶系统上的第二酶系统，和(c)葡萄糖和分析物可渗透的质量运输限制膜，其中所述质量运输限制膜包覆至少所述第一活性区域。在某些实施方式中，方法能够还包括(ii)将电位施加至第一工作电极，(iii)在位于或高于第一酶系统的氧化还原电位处获得第一信号，其中所述第一信号与分析物在接触第一活性区域的流体中的浓度成比例，和(iv)将第一信号与分析物在流体中的浓度相关联。在某些实施方式中，用于本公开方法中的分析物传感器的第一酶系统包含葡萄糖响应性酶，例如葡萄糖氧化酶，并且第二酶系统包含对分析物特异性的NAD依赖性还原酶。在某些实施方式中，第一酶系统还包括电子转移试剂。在某些实施方式中，第二酶系统还包括NAD依赖性葡萄糖响应性酶，例如NAD依赖性葡萄糖脱氢酶。在某些实施方式中，第一酶系统和/或第二酶系统中的一种或多种酶共价键合至聚合物。在某些实施方式中，质量运输限制膜包括基于聚乙烯吡啶的聚合物，聚乙烯咪唑，聚丙烯酸酯，聚氨酯，聚醚型聚氨酯，有机硅或其组合。在某些实施方式中，质量运输限制膜包括聚乙烯吡啶或聚乙烯咪唑。
在某些实施方式中，用于检测分析物的方法能够包括(i)提供分析物传感器，其包括：(a)包括至少第一工作电极的传感器尾部，(b)第一活性区域，其包含(i)第一酶系统和(ii)介入第一工作电极表面与第一酶系统之间的第二酶系统，(c)葡萄糖和分析物可渗透的第一质量运输限制膜，其中所述第一质量运输限制膜包覆至少所述第一酶系统，和(d)第二质量运输限制膜，其中所述第二质量运输限制膜介于所述第一酶系统与所述第二酶系统之间。在某些实施方式中，方法能够还包括(ii)将电位施加至第一工作电极，(iii)在位于或高于第二酶系统的氧化还原电位处获得第一信号，其中所述第一信号与分析物在接触第一活性区域的流体中的浓度成比例，和(iv)将第一信号与分析物在流体中的浓度相关联。在某些实施方式中，第一酶系统包括(i)NAD依赖性葡萄糖响应性酶，例如NAD依赖性葡萄糖脱氢酶，和(ii)对分析物特异性的第一NAD依赖性还原酶。在某些实施方式中，第二酶系统包含第二NAD依赖性还原酶，例如其是对分析物的还原产物特异性的，和黄递酶。在某些实施方式中，第一酶系统的第一NAD依赖性还原酶和第二酶系统的第二NAD依赖性还原酶是相同的。在某些实施方式中，第一酶系统的第一NAD依赖性还原酶和第二酶系统的第二NAD依赖性还原酶是不同的。在某些实施方式中，第二酶系统还包含电子转移试剂。
附图说明
包括下述各图以说明本公开的某些方面并且不应视为排他的实施方式。所公开的主题能够在形式和功能上进行可观的修饰、变更、组合和等同，而不背离本公开的范围。
图1A是传感器施用器，读数器装置，监测系统，网络和远程系统的系统概览。
图1B是图解，展示用本文描述的技术使用的实例分析物监测系统的操作环境。
图2A是框图，描述读数器装置的实例实施方式。
图2B是框图，展示实例数据接收装置，其用于与根据本公开主题的示范性实施方式的传感器通信。
图2C和2D是框图，描述传感器控制装置的实例实施方式。
图2E是框图，展示根据本公开主题的示范性实施方式的实例分析物传感器。
图3A是近端透视图，描述使用者准备托盘进行组装的实例实施方式。
图3B是侧视图，描述使用者准备施用器装置进行组装的实例实施方式。
图3C是近端透视图，描述在组装期间使用者将施用器装置插入托盘的实例实施方式。
图3D是近端透视图，描述在组装期间使用者从托盘移除施用器装置的实例实施方式。
图3E是近端透视图，描述患者用施用器装置施用传感器的实例实施方式。
图3F是近端透视图，描述患者配备已施用的传感器和已使用的施用器装置的实例实施方式。
图4A是侧视图，描述与盖连接的施用器装置的实例实施方式。
图4B是侧面透视图，描述分离的施用器装置和盖的实例实施方式。
图4C是透视图，描述施用器装置的远端和电子学外壳的实例实施方式。
图4D是按照本公开主题的示范性施用器装置的顶部透视图。
图4E是图4D施用器装置的底部透视图。
图4F是图4D施用器装置的分解图。
图4G是图4D施用器装置的侧面剖视图。
图5是近端透视图，描述连接灭菌盖的托盘的实例实施方式。
图6A是近端透视剖视图，描述具有传感器递送组件的托盘的实例实施方式。
图6B是近端透视图，描述传感器递送组件。
图7A和7B分别是示范性传感器控制装置的等量顶部和底部分解图。
图8A-8C体上装置的组装和剖视图，所述装置包括用于传感器组装的整合连接器。
图9A和9B分别是图1A传感器施用器的实例实施方式的侧面和截面侧视图，具有与其连接的图2C的盖。
图10A和10B分别是又一实例传感器控制装置的等量和侧视图。
图11A-11C是渐进截面侧视图，显示传感器施用器的组装，其具有图10A-10B的传感器控制装置。
图12A-12C是渐进截面侧视图，显示传感器施用器的实例实施方式的组装和拆卸，其具有图10A-10B的传感器控制装置。
图13A-13F展示剖视图，描述在运用阶段期间的施用器的实例实施方式。
图14是图描述，分析物传感器体外灵敏度的实例。
图15是图解，展示根据本公开主题的示范性实施方式的传感器的实例操作状态。
图16是图解，展示根据本公开主题的传感器的空中编程实例操作和数据流程。
图17是图解，展示保证在两个根据本公开主题的装置之间交换数据的实例数据流程。
图18A-18C显示包括单个活性区域的分析物传感器的截面图解。
图19A-19C显示包括两个活性区域的分析物传感器的截面图解。
图20显示包括两个活性区域的分析物传感器的截面图解。
图21A-21C显示分析物传感器的透视图，其包括布置在分开的工作电极上的两个活性区域。
图22A显示本公开的示范性传感器构造。
图22B显示本公开示范性酶系统的理论传感器信号曲线。
图22C显示本公开的示范性酶系统，根据本公开其能够用于检测各种分析物。
图23A显示本公开的示范性传感器构造，用于丙酮检测。
图23B显示本公开示范性酶系统的理论传感器信号曲线。
图23C显示本公开的示范性酶系统，其能够用于检测丙酮。
图24显示图23A示范性传感器构造的传感器电流响应vs丙酮浓度的示例性图。
图25A显示本公开的示范性传感器构造。
图25B显示本公开示范性酶系统的理论传感器信号曲线。
图25C和25D显示示范性酶系统，根据本公开其能够用于检测丙酮。
图26A显示根据本公开用于检测乙酰乙酸的示范性传感器构造。
图26B显示本公开示范性酶系统的理论传感器信号曲线。
图26C显示示范性酶系统，根据本公开其能够用于检测乙酰乙酸。
图27A显示本公开的示范性传感器构造。
图27B显示本公开示范性酶系统的期望传感器信号曲线。
图27C和27D显示示范性酶系统，根据本公开其能够用于检测乙酰乙酸。
图28显示使用本公开的各种分析物传感器构造的传感器电流响应vs乙酰乙酸浓度的示例性图。
详述
本公开提供用于检测分析物的分析物传感器。在某些实施方式中，本公开提供分析物传感器，其包括分析物传感器的活性区域中的一种或多种酶(例如一种或多种酶系统)，其允许通过监测不同的分析物或反应中间体的传感器信号水平来检测有关分析物。例如但不限于，本公开的分析物传感器包括酶系统，其在有关分析物存在下引起不同分析物例如葡萄糖的传感器信号变化。监测葡萄糖传感器信号的变化能够提供对有关分析物的间接测量。在某些实施方式中，本公开提供分析物传感器，其包括分析物传感器的活性区域中的一种或多种酶(例如一种或多种酶系统)，其允许在葡萄糖存在下直接检测有关分析物。本公开还提供使用所公开的分析物传感器检测分析物的方法。
在本公开中，在从葡萄糖产生且通过本文公开的各种酶催化的NAD(P)H存在下有关分析物发生还原。这些还原反应不能直接用来产生电流以检测这些分析物，部分原因是来自氧还原的干扰以及缺少电子转移试剂来在很低的电位介导电子转移。本公开提供在电化学传感器上检测这些可还原分析物的通用平台，其利用目前的葡萄糖传感技术，包括葡萄糖响应性酶和电子转移试剂的广泛可获得性。
为了清楚但不限于，本公开主题的详述划分为下述子部分：
I.定义；
II.分析物传感器；
1.分析物传感器系统的一般结构；
2.酶；
3.氧化还原介导物；
4.聚合物骨架；
5.质量运输限制膜；
6.干扰区域；和
7.制备；
III.使用方法；和
IV.示范性实施方式。
I.定义
在本公开的上下文中和在使用各术语的特定上下文中，本说明书使用的术语一般具有其在本领域中的一般含义。在下文或说明书的其它部分讨论某些术语，目的是通过描述本公开的组合物和方法以及如何制备和使用它们为从业者提供额外指导。
如本文所用，在权利要求和/或说明书中在与术语"包含"组合使用措辞"一"或"一个"时能够意指"一种"，但其也与"一种或多种"、"至少一种"和"一种或多于一种"的含义相符。
术语"包含"、"包括"、"有"、"具有"、"能够"、"含有"及其变型如本文所用期望是开放式限制性用语、术语或措辞，其不排除额外的行为或结构。本公开也预期其它实施方式"包含"其中展示的实施方式或要素、"由"其中展示的实施方式或要素"组成"和"基本上由"其中展示的实施方式或要素"组成"，无论是否明确描述。
术语"约"或"大约"意指在特定值的可接受的误差范围内，其由本领域普通技术人员确定，其部分取决于该值如何测量或确定，也即测量系统的限制。例如，按照本领域的实践"约"能够意指在3个或多于3个标准偏差以内。另选地，"约"能够意指给定值的多至20％，优选多至10％，更优选多至5％和还更优选多至1％的范围。另选地，特别是关于生物学系统或过程，该术语能够意指在值的1个数量级以内，优选5倍以内和更优选2倍以内。
如本文所用，"分析物传感器"或"传感器"能够是指能够接收来自使用者的传感器信息的任何装置，出于示例目的包括但不限于体温传感器，血压传感器，脉搏或心率传感器，葡萄糖水平传感器，分析物传感器，身体活动传感器，身体运动传感器，或收集物理或生物学信息的任何其它传感器。通过分析物传感器测量的分析物能够包括例如但不限于谷氨酸，葡萄糖，酮，乳酸，氧，血红蛋白A1C，白蛋白，醇，碱性磷酸酶，丙氨酸转氨酶，天冬氨酸氨基转移酶，胆红素，血尿素氮，钙，二氧化碳，氯化物，肌酸酐，血细胞比容，镁，氧，pH，磷，钾，天冬酰胺，天冬氨酸，钠，总蛋白质，尿酸，丙酮，乙酰乙酸，丙酮酸，乙醛，半乳糖，L-木糖酸-1,4-内酯，谷胱甘肽二硫醚，过氧化氢，亚油酸，1,3-二磷酸甘油酸，6-磷酸-D-葡萄糖酸-1,5-内酯，等。
术语"生物学流体"如本文所用是指能够在其中测量分析物的任何体液或体液衍生物。生物学流体的非限制性实例包括皮肤流体，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，汗液，泪液等。在某些实施方式中，生物学流体是皮肤流体或间质液。在某些实施方式中，生物学流体是间质液。
术语"电解"如本文所用是指化合物直接在电极处或者经由一种或多种电子转移试剂(例如氧化还原介导物或酶)电氧化或电还原。
如本文所用，"酶系统"是指响应分析物的一种或多种酶。在某些实施方式中，酶系统包括共同响应分析物的两种或更多种酶。
如本文所用，术语"均匀的膜"是指膜包含单一类型的膜聚合物。
如本文所用，术语"多组分膜"是指膜包含两种或更多种类型的膜聚合物。
如本文所用，术语"基于聚乙烯基吡啶的聚合物"是指聚合物或共聚物，其包含聚乙烯基吡啶(例如聚(2-乙烯基吡啶)或聚(4-乙烯基吡啶))或其衍生物。
如本文所用，术语"氧化还原介导物"是用于在分析物或分析物还原的或分析物氧化的酶与电极之间携带电子的指电子转移试剂，其直接或者经由一种或多种额外的电子转移试剂进行。在某些实施方式中，包括聚合物骨架的氧化还原介导物还能够称为"氧化还原聚合物"。
术语"参比电极"如本文所用能够指参比电极或充当参比和对电极两者的电极。类似地，术语"对电极"如本文所用能够是指对电极和也充当参比电极的对电极。
如本文所用，术语"单组分膜"是指包括一种类型的膜聚合物的膜。
II.分析物传感器
1.分析物传感器系统的一般结构
在详细描述本发明主题之前，应理解本公开并不局限于所描述的具体实施方式，因为其当然可以变化。还应理解本文所用的术语仅出于描述具体实施方式的意图，而并非意在限制，原因是本公开的范围将仅受所附权利要求限制。
提供本文讨论的公开文献的原因仅在于其在本申请提交日之前公开。本文中的任何内容都被不解释为承认本公开并不因由于在先公开而早于这些公开。此外，所提供的公开日期可以不同于可能需要独立确认的真实公开日期。
一般地，本公开的实施方式包括系统，装置和方法，其用于将分析物传感器插入施用器用于体内分析物监测系统。施用器(applicator)能够在无菌包装中提供给使用者，其中包括传感器控制装置的电子学外壳。根据某些实施方式，还能够向使用者提供与施用器分开的结构比如容器，其是包括传感器模块和尖部模块的无菌包装。使用者能够将传感器模块与电子学外壳连接，并且能够将尖部与施用器连接，其组装过程牵涉以指定方式将施用器插入容器。在其它实施方式中，施用器、传感器控制装置、传感器模块和尖部模块能够在单个包装中提供。施用器能够用来将传感器控制装置定位在人体上，其中传感器接触穿戴者的体液。本文提供的实施方式是多种改善，其降低传感器不恰当插入或损害或者引起不利生理学应答的可能性。还提供其它改善和优势。以仅为示例的实施方式详细描述这些装置的各种构造。
另外，许多实施方式包括体内分析物传感器，其在结构上经配置从而传感器的至少一部分定位或能够定位在使用者身体中以获得关于身体的至少一种分析物的信息。然而，应注意本文公开的实施方式能够用于并入体外功能的体内分析物监测系统以及完全体外或离体分析物监测系统，包括完全非侵入性的系统。
另外，本文公开方法的每个实施方式、能够进行那些每个实施方式的系统和装置涵盖在本公开范围内。例如，公开了传感器控制装置的实施方式，并且这些装置能够具有一种或多种传感器，分析物监测电路(例如模拟电路)，存储器(例如用于储存指令)，电源，通信电路，发送器，接收器，处理器和/或控制器(例如用于执行指令)，其能够执行任意的各种方法步骤或促进执行任意的各种方法步骤。这些传感器控制装置实施方式能够用来和能够能用来施行通过传感器控制装置执行的那些步骤，其来自本文描述的任意的各种方法。
另外，本文呈现的系统和方法能够用于操作分析物监测系统中所用的传感器，比如但不限于健康、健全、膳食、研究、信息或牵涉随时间传感分析物的任何意图。如本文所用，"分析物传感器"或"传感器"能够是指能够接收来自使用者的传感器信息的任何装置，出于示例目的包括但不限于体温传感器，血压传感器，脉搏或心率传感器，葡萄糖水平传感器，分析物传感器，身体活动传感器，身体运动传感器，或收集物理或生物学信息的任何其它传感器。在某些实施方式中，本公开分析物传感器能够测量分析物包括但不限于谷氨酸，葡萄糖，酮，乳酸，氧，血红蛋白A1C，白蛋白，醇，碱性磷酸酶，丙氨酸转氨酶，天冬氨酸氨基转移酶，胆红素，血液尿素氮，钙，二氧化碳，氯化物，肌酸酐，血细胞比容，镁，氧，pH，磷，钾，天冬氨酸，天冬酰胺，钠，总蛋白，尿酸等。
如所提及，本文描述系统、装置和方法的许多实施方式，其提供用于体内分析物监测系统的皮肤传感器插入装置的改善的组装和应用。尤其是，本公开的数种实施方式被设计用来改善关于体内分析物监测系统的传感器插入方法，和尤其是防止在传感器插入过程期间过早收回插入尖部。例如，某些实施方式包括皮肤传感器插入机构，其具有增加的发射速度和延缓的尖部收回。在其它实施方式中，尖部收回机构能够是运动-启动的，从而直至使用者将施用器拉离皮肤才收回尖部。因而，这些实施方式能够降低在传感器插入过程期间过早抽回插入尖部的可能性；降低不恰当的传感器插入的可能性；和降低在传感器插入过程期间损坏传感器的可能性，仅举数例优势。本公开的数种实施方式也提供改善的插入尖部模块，其适应小规模皮肤传感器和受试者皮肤层中相对浅的插入路径。此外，本公开的数种实施方式被设计用来防止施用器组件在传感器插入期间的不希望的轴向和/或旋转运动。相应地，这些实施方式能够降低下述的可能性：皮肤传感器定位不稳，在插入位点的刺激，对周围组织的损害，和毛细血管断裂引起血液污染皮肤流体，仅举数例优势。此外，为了缓和能够由插入位点创伤引起的不精确传感器读数，本公开的数种实施方式能够减少在插入期间针相对传感器尖端的末端深度穿透。
然而，在详细描述实施方式的这些方面之前首先希望描述能够存在于例如体内分析物监测系统中的装置的实例，以及它们的操作实例，其全部能够用于本文描述的实施方式中。
存在各种类型的体内分析物监测系统。例如，"连续式分析物监测"系统(或"连续式葡萄糖监测"系统)能够从传感器控制装置向读数器装置连续发送数据，其不用提示，例如根据计划自动进行。作为又一实例，"快速分析物监测"系统(或"快速葡萄糖监测"系统或简称"快速"系统)能够响应数据扫描或要求通过读数器装置从传感器控制装置转移数据，比如使用近场通信(NFC)或无线射频识别(RFID)方案。体内分析物监测系统还能够无需手指针刺校准地操作。
体内分析物监测系统能够区分于接触在身体以外(或"离体")的生物学样品的"体外"系统，其一般包括计量装置，所述计量装置具有接受携带使用者体液的分析物试验条的端口，能够分析体液以确定使用者的血液分析物水平。
体内监测系统能够包括传感器，其在位于体内时接触使用者的体液并且传感其中含有的分析物水平。传感器能够是传感器控制装置的一部分，所述传感器控制装置位于使用者身体上并且含有能够进行和控制分析物传感的电子设备和电源。传感器控制装置及其变型还能够称为"传感器控制单元"，"体上电子设备"装置或单元，"体上"装置或单元，或"传感器数据通信"装置或单元，仅举数例。
体内监测系统还能够包括装置，其从传感器控制装置接收所感知的分析物数据并且处理所述所感知的分析物数据和/或以任何数量的形式向使用者显示所述所感知的分析物数据。该装置及其变型能够称为"手持读数器装置"，"读数器装置"(或简称"读数器")，"手持电子设备"(或简称"手持")，"便携式数据处理"装置或单元，"数据接收器"，"接收器"装置或单元(或简称"接收器")，或"远程"装置或单元，仅举数例。其它装置比如个人计算机也已用于或并入体内和体外监测系统。
A.示范性体内分析物监测系统
图1A是概念图，描述分析物监测系统100的实例实施方式，其包括传感器施用器150，传感器控制装置102，和读数器装置120。在此，传感器施用器150能够用来将传感器控制装置102递送至使用者皮肤上的监测位置，其中传感器104通过粘合贴剂105保持位置一段时间。传感器控制装置102进一步描述于图2B和2C，和能够用有线或无线的、单向或双向的和加密或非加密的技术经由通信路径或链路140与读数器装置120通信。实例无线方案包括蓝牙，低能蓝牙(BLE，BTLE，蓝牙SMART等)，近场通信(NFC)等。使用者能够在读数器装置120上用屏幕122和输入121监测在存储器中安装的应用，并且装置电池能够用电源端口123再充电。读数器装置120的更多细节在下文参照图2A描述。读数器装置120能够构成观察由传感器104或与其关联的处理器确定的分析物浓度和提示或通知的输出介质，以及根据某些实施方式允许一个或多个使用者输入。读数器装置120能够是多用途的智能手机或专用的电子读数器设备。虽然仅显示一个读数器装置120，在某些情况下能够存在多个读数器装置120。
读数器装置120能够经由通信路径141与本地计算机系统170通信，所述路径也能够是有线或无线的、单向或双向的和加密或非加密的。本地计算机系统170能够包括笔记本、台式机、平板、平板手机、智能手机、机顶盒、视频游戏控制台、远程终端或其它计算装置中的一种或多种，并且无线通信能够包括许多可行无线联网方案的任何一种，包括蓝牙，低能蓝牙(BTLE)，Wi-Fi或其它。通过上文描述的有线或无线技术，本地计算机系统170能够经由通信路径143与网络190通信，其类似读数器装置120经由通信路径142与网络190通信。网络190能够是任何的多种网络，比如私人网络和公共网络，局域或广域网等。可信的计算机系统180能够包括服务器并且能够提供验证服务和安全数据存储并且能够通过有线或无线技术经由通信路径144与网络190通信。根据某些实施方式，本地计算机系统170和/或可信计算机系统180能够是除了主要使用者以外的对使用者分析物水平感兴趣的个人可访问的。读数器装置120能够包括显示器122和任选的输入组件121。根据某些实施方式，显示器122能够包括触屏界面。
传感器控制装置102包括传感器外壳，其能够容纳电路和操作传感器104的电源。任选地，能够省略电源和/或工作电路。处理器(未显示)能够通信耦合至传感器104，其中所述处理器在物理上位于传感器外壳或读数器装置120内。根据某些实施方式，传感器104从传感器外壳下侧突出并且扩展通过粘合层105，该层适用于将传感器外壳附着至组织表面比如皮肤。
图1B说明分析物监测系统100a的操作环境，其能够体现本文描述的技术。分析物监测系统100a能够包括组件系统，其设计用来提供人类或动物体的参数比如分析物水平的监测或者能够提供基于各种组件构造的其它操作。如本文体现，系统能够包括使用者穿戴的或连接身体的低功率分析物传感器110或简称"传感器"，从使用者或身体收集信息。如本文体现，分析物传感器110能够是密封的一次性装置，具有预先确定的有效使用寿命(例如1天，14天，30天等)。传感器110能够施用至使用者身体的皮肤和在传感器寿命的持续时间保持附着或能够经设计用来选择性地移除且在再施用的情况下保持起作用。低功率分析物监测系统100a能够还包括数据读取装置120或多目标数据接收装置130，其如本文描述经配置便于来自分析物传感器110的数据(包括分析物数据)的获得和传送。
如本文体现，分析物监测系统100a能够包括软件或固件库或应用，其例如经由远程应用服务器150或应用店面(storefront)服务器160向第三方提供并且并入多目标硬件装置130比如手机、平板、个人计算装置或其它相似计算装置，其能够通过通信链路与分析物传感器110通信。多目标硬件能够还包括包埋装置包括但不限于胰岛素泵或胰岛素笔，具有经配置与分析物传感器110通信的包埋库。尽管分析物监测系统100a的示例实施方式仅包括每种示例装置的一种实施方式，本公开预期分析物监测系统100a并入在整个系统中相互作用的多个每种组件。例如但不限于，如本文体现，数据读取装置120和/或多目标数据接收装置130能够包括多个各装置。如本文体现，多个数据接收装置130能够与如本文描述的传感器110直接通信。额外地或另选地，数据接收装置130能够与第二数据接收装置130通信以提供分析物数据或者数据的可视化或分析，用于向使用者或其它授权参与者的第二显示。
传感器104适用于至少部分插入有关组织比如皮肤的真皮层或皮下层中。传感器104能够包括足够长度的传感器尾部用于插入至给定组织的希望深度。传感器尾部能够包括至少一个工作电极。在某些构造中，传感器尾部能够包括用于检测分析物的活性区域。对电极能够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。
活性区域能够经配置用于检测特定分析物，例如经配置用于间接检测分析物。能够用所公开的分析物传感器检测的分析物的非限制性实例包括能够通过烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)或烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP)依赖性酶(本文统称NAD(P)依赖性酶)还原的分析物。在某些实施方式中，分析物能够是谷氨酸，葡萄糖，酮，乳酸，氧，血红蛋白A1C，白蛋白，醇，碱性磷酸酶，丙氨酸转氨酶，天冬氨酸氨基转移酶，胆红素，血尿素氮，钙，二氧化碳，氯化物，肌酸酐，血细胞比容，镁，氧，pH，磷，钾，天冬酰胺，天冬氨酸，钠，总蛋白质，尿酸，丙酮，乙酰乙酸，丙酮酸，乙醛，半乳糖，L-木糖酸-1,4-内酯，谷胱甘肽二硫醚，过氧化氢，亚油酸，1,3-二磷酸甘油酸和/或6-磷酸-D-葡萄糖酸-1,5-内酯。在某些实施方式中，分析物是酮，乙酰乙酸，丙酮酸，乙醛，半乳糖，L-木糖酸-1,4-内酯，谷胱甘肽二硫醚，过氧化氢，亚油酸，1,3-二磷酸甘油酸或6-磷酸-D-葡萄糖酸-1,5-内酯。
在本公开的某些实施方式中，分析物能够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。在某些实施方式中，本公开分析物传感器能够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。在某些实施方式中，生物学流体是间质液。
能够短暂存在导入器从而促进传感器104向组织的引入。在某些示例性实施方式中，导入器能够包括针或相似的尖部。本领域技术人员将容易地知晓，在备择实施方式中能够存在其它类型的导引器比如鞘或刀片。更特别地，针或其它导入器能够在组织插入之前短暂位于传感器104邻近然后随后抽回。在存在的情况下，针或其它导入器能够通过打开便于传感器104跟随的出入路径促进传感器104插入组织中。例如但不限于，根据一种或多种实施方式，针能够促进表皮穿透，作为到达真皮的途径允许进行传感器104植入。在打开出入路径之后，能够退回针或其它导入器从而其不带来尖锐风险。在某些实施方式中，适宜的针能够是实心或中空的，斜面或非斜面的，和/或截面圆形或非圆形的。在更特定的非限制性实施方式中，适宜的针能够在截面直径和/或尖端设计上与针刺针比拟，其能够具有约250微米的截面直径。然而，如果某些特定应用需要，适宜的针能够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)能够在传感器104末端上方成角，从而针首先穿透组织并且打开传感器104的出入路径。在某些实施方式中，传感器104能够位于针的管腔或沟槽中，其中针类似地为传感器104打开出入途径。在任一情况中，随后在促进传感器插入之后将针退回。
B.示范性读数器装置
图2A是框图，描述读数器装置的实例实施方式，其配置为智能手机。在此，读数器装置120能够包括显示器122，输入组件121和处理核心206，其包括与存储器223连接的通信处理器222和与存储器225连接的应用处理器224。还能够包括的是，分开的存储器230，具有天线229的RF收发器228，和具有功率管理模块238的电源226。能够进一步包括的是多功能收发器232，其能够通过Wi-Fi、NFC、蓝牙、BTLE和GPS与天线234通信。如本领域技术人员理解，这些组件以使得装置起作用的方式电力地和通信地连接。
C.示范性数据接收装置建构
出于示例目的而非限制，如图2B所示参照用于本公开主题的数据接收装置120的示范性实施方式。能够包括数据接收装置120和有关的多目标数据接收装置130，包括与分析物传感器110的讨论有关的组件及其操作和额外组件。在具体实施方式中，数据接收装置120和多目标数据接收装置130能够是或包括通过第三方提供的组件并且不一定限于包括传感器110的相同生产商生产的装置。
如图2B所示，数据接收装置120包括ASIC 4000，包括微控制器4010、存储器4020和存储4030，并且与通信模块4040通信连接。数据接收装置120组件的电力能够通过电源模块4050递送，其如本文体现能够包括可再充电的电池。数据接收装置120能够还包括显示器4070，用于促进从分析物传感器110或其它装置(例如使用者装置140或远程应用服务器150)接收的分析物数据的分析。数据接收装置120能够包括分开的使用者界面组件(例如物理钥匙、光传感器，传声器等)。
通信模块4040能够包括BLE模块4041和NFC模块4042。数据接收装置120能够经配置与分析物传感器110无线连接并且向分析物传感器110传送命令和从分析物传感器110接收数据。如本文体现，参照如本文描述的分析物传感器110，数据接收装置120能够经配置经由通信模块4040的特定模块(例如BLE模块4042或NFC模块4043)作为NFC扫描仪和BLE终点操作。例如，数据接收装置120能够用通信模块4040的第一模块向分析物传感器110发出命令(例如传感器数据广播模式的启动命令；鉴定数据接收装置120的配对命令)，并且用通信模块4040的第二模块从分析物传感器110接收数据和向分析物传感器110传送数据。数据接收装置120能够经配置用于经由通信模块4040的通用串行总线(USB)模块4045与使用者装置140通信。
作为又一实例，通信模块4040能够包括例如蜂窝无线电模块4044。蜂窝无线电模块4044能够包括一种或多种无线电收发器用于用宽带蜂窝网络通信，包括但不限于第三代(3G)，第四代(4G)和第五代(5G)网络。额外地，数据接收装置120的通信模块4040能够包括Wi-Fi无线电模块4043，用于根据一个或多个IEEE 802.11标准(例如802.11a，802.11b，802.11g，802.11n(即Wi-Fi 4)，802.11ac(即Wi-Fi 5)，802.11ax(即Wi-Fi6))用无线局域网络通信。用蜂窝无线电模块4044或Wi-Fi无线电模块4043，数据接收装置120能够与远程应用服务器150通信以接收分析物数据或提供从使用者(例如通过一种或多种使用者界面)接收的更新或输入。尽管未说明，分析物传感器120的通信模块5040能够类似地包括蜂窝无线电模块或Wi-Fi无线电模块。
如本文体现，数据接收装置120的板载存储4030能够储存从分析物传感器110接收的分析物数据。此外，数据接收装置120、多目标数据接收装置130或使用者装置140能够经配置经由广域网络与远程应用服务器150通信。如本文体现，分析物传感器110能够向数据接收装置120或多目标数据接收装置130提供数据。数据接收装置120能够向使用者计算装置140传送数据。使用者计算装置140(或多目标数据接收装置130)又能够向远程应用服务器150传送该数据用于处理和分析。
如本文体现，数据接收装置120能够还包括传感硬件4060，其类似或扩展自分析物传感器110的传感硬件5060。在具体实施方式中，数据接收装置120能够经配置与分析物传感器110协调地并且基于从分析物传感器110接收的分析物数据地操作。例如，其中分析物传感器110葡萄糖传感器、数据接收装置120能够是或包括胰岛素泵或胰岛素注射笔。相应地，兼容的装置130能够基于从分析物传感器接收的葡萄糖值调节用于使用者的胰岛素剂量。
D.示范性传感器控制装置
图2C和2D是框图，描述传感器控制装置102的实例实施方式，其具有分析物传感器104和传感器电子设备160(包括分析物监测电路)，其能够将处理能力的大多数用于使得最终结果数据适于向使用者显示。在图2C中，描述单个半导体芯片161，其能够是定制的应用型专用集成电路(ASIC)。在ASIC 161中显示的是某些高水平功能单元，包括模拟前端(AFE)162，电源管理(或控制)电路164，处理器166和通信电路168(其能够施行为发送器，接收器，收发器，被动电路或者根据通信方案的其他方式)。在该实施方式中，AFE 162和处理器166均用作分析物监测电路，但是在其它实施方式中两者电路之一能够施行分析物监测功能。处理器166能够包括一种或多种处理器、微处理器、控制器和/或微控制器，其各自能够是离散的芯片或分布在许多不同芯片(及其一部分)中。
存储器163也包括在ASIC 161中和能够通过ASIC 161中存在的各种功能单元共享，或能够分布在它们中的两种或更多种当中。存储器163还能够是分开的芯片。存储器163能够是易失性和/或非易失性存储器。在该实施方式中，ASIC 161与电源170连接，其能够是纽扣电池等。AFE 162与体内分析物传感器104界面连接且从其接收测量数据和以数字形式向处理器166输出数据，其又处理数据以获得最终结果的葡萄糖离散和趋势值等。该数据能够然后提供至通信电路168用于通过天线171发送至读数器装置120(未显示)，例如其中驻留的软件应用需要最少的进一步处理来显示数据。
图2D类似图2C，但包括两个离散的半导体芯片162和174，其能够一起或分开打包。在此，AFE 162驻留在ASIC 161上。在芯片174上，处理器166与电源管理电路164和通信电路168集成。AFE 162包括存储器163而芯片174包括存储器165，其能够是分离的或在其中分布的。在一种实例实施方式中，AFE 162在一个芯片上与电源管理电路164和处理器166组合，而通信电路168在分开的芯片上。在又一实例实施方式中，AFE 162和通信电路168均在一个芯片上，而处理器166和电源管理电路164在又一个芯片上。应注意其它芯片组合是可能的，包括三种或更多芯片，各自对分开的功能描述负有责任或者为了故障安全冗余共享一种或多种功能。
出于示例目的而非限制，参照用于本公开主题的分析物传感器110的示范性实施方式，如图2E所示。图2E展示根据示范性实施方式的实例分析物传感器110的框图，其与本文描述的安全架构和通信方案兼容。
如本文体现，分析物传感器110能够包括与通信模块5040通信连接的应用型专用集成电路("ASIC")5000。ASIC 5000能够包括微控制器核心5010，板载存储器5020，和存储式存储器5030。存储式存储器5030能够储存在验证和加密安全架构中使用的数据。存储式存储器5030能够储存用于传感器110的编程指令。如本文体现，某些通信芯片能够包埋在ASIC 5000中(例如NFC收发器5025)。ASIC 5000能够接收来自电源模块5050比如板载电池或来自NFC脉冲的电力。ASIC 5000的存储式存储器5030能够经编程以包括信息比如传感器110的标识信息，用于鉴定和追踪意图。存储式存储器5030还能够用构造或校准参数编程，用于传感器110及其各种组件的使用。存储式存储器5030能够包括可再写入或一次性编程(OTP)存储器。存储式存储器5030能够用本文描述的技术更新以扩展传感器110的有用性。
如本文体现，传感器100的通信模块5040能够是或包括一种或多种模块来支持分析物传感器110与分析物监测系统100的其它装置通信。仅实例且非限制，实例通信模块5040能够包括低能蓝牙("BLE")模块5041。如本公开所用，低能蓝牙("BLE")是指优化以使得配对蓝牙装置对最终用户简单的短程通信方案。经由与数据接收装置120或使用者装置140的类似功能的通信模块相互作用，通信模块5040能够传送和接收数据和命令。通信模块5040能够包括额外或备择芯片用于相似短程通信方案，比如根据IEEE 802.15方案、IEEE802.11方案的个人局域网，根据红外数据协会标准(IrDA)的红外通信等。
为了施行其功能，传感器100能够还包括对其功能适当的适宜传感硬件5060。如本文体现，传感硬件5060能够包括分析物传感器，其经皮或经皮下定位接触受试者体液。分析物传感器能够产生传感器数据，其含有相应于体液中一种或多种分析物水平的值。
E.传感器控制装置的示范性组装过程
使用者能够以多个包装获得传感器控制装置102的组件，其需要使用者进行最终组装，随后递送至适当的使用者位置。图3A-3D描述使用者进行的传感器控制装置102组装过程的实例实施方式，包括准备分开的组件，随后将组件连接以便准备传感器用于递送。图3E-3F描述将传感器控制装置102递送至适当的使用者位置的实例实施方式，通过选择适当的递送位置和将装置102施用至该位置进行。
图3A是近端透视图，描述使用者准备容器810的实例实施方式，所述容器在此处配置为托盘(尽管能够使用其它包装)，用于组装过程。使用者能够实现该准备如下：从托盘810移除盖812以暴露平台808，例如从托盘810剥除盖812的非附着部分使得盖812的附着部分被移除。在各种实施方式中，盖812的移除能够是适当的，只要平台808在托盘810中充分暴露。然后能够将盖812放在一旁。
图3B是侧视图，描述使用者准备施用器装置150用于组装的实例实施方式。施用器装置150能够在由盖708密封的无菌包装中提供。施用器装置150的准备能够包括从盖708除下外壳702以暴露鞘704(图3C)。这能够实现如下：从外壳702旋开(或以其他方式除下)盖708。然后能够将盖708放在一旁。
图3C是近端透视图，描述使用者在组装期间将施用器装置150插入托盘810的实例实施方式。最初，使用者能够在对齐外壳定向特征1302(或槽或凹槽)和托盘定向特征924(支座或定位凹槽)之后将鞘704插入在托盘810内的平台808。将鞘704插入平台808相对外壳702暂时松开鞘704并且相对托盘810暂时松开平台808。在该阶段，从托盘810移除施用器装置150将引起在施用器装置150初始插入托盘810之前的相同状态(也即，该过程能够在该点处逆转或取消然后重复而无后果)。
鞘704能够在平台808内相对外壳702保持位置，而外壳702向远侧推进，与平台808连接从而相对托盘810向远侧推进平台808。该步骤在托盘810中松开和折叠平台808。鞘704能够接触并使托盘810中的锁定特征(未显示)脱离，其相对外壳702松开鞘704并且防止鞘704移动(相对)，同时外壳702继续向远侧推进平台808。在外壳702和平台808的推进终点，鞘704相对外壳702永久松开。在外壳702的远端推进终点，托盘810中的尖部和传感器(未显示)能够与外壳702中的电子学外壳(未显示)连接。施用器装置150和托盘810的操作和相互作用进一步描述如下。
图3D是近端透视图，描述使用者在组装期间从托盘810移除施用器装置150的实例实施方式。使用者能够通过相对托盘810向近侧推进外壳702或具有脱开施用器150和托盘810的相同最终效果的其它运动从托盘810移除施用器150。施用器装置150移除时其中的传感器控制装置102(未显示)已完全组装(尖部、传感器、电子设备)并且处于递送位置。
图3E是近端透视图，描述患者施用传感器控制装置102的实例实施方式，其中使用施用器装置150来靶向皮肤区域例如腹部上或其它适当的位置。向远侧推进外壳702在外壳702中折叠鞘704并且将传感器使用至靶标位置，从而传感器控制装置102底侧的粘合剂层附着至皮肤。在外壳702完全推进的情况下自动收回尖部，同时传感器(未显示)保留在位置中以测量分析物水平。
图3F是近端透视图，描述传感器控制装置102患者施用位置的实例实施方式。使用者能够然后从施用位点移除施用器150。
与现有技术系统相比，在本文参照图3A-3F和其它部分描述的系统100能够提供降低或消除施用器组件偶然断裂、持久变形或不正确组装的机会。由于施用器外壳702在鞘704松开时直接接合平台808，而不是经由鞘704间接连接，在鞘704和外壳702之间的相对棱角度并不引起臂或其它组件的断裂或持久变形。在组装期间将降低相对高的力(比如在常规装置中)的可能，这又降低不成功的使用者组装的机会。
F.示范性传感器施用器装置
图4A是侧视图，描述与螺帽708连接的施用器装置150的实例实施方式。这是施用器150如何运输至使用者并由其接收、随后通过使用者与传感器组装的实例。图4B是侧面透视图，描述在分离之后的施用器150和盖708。图4C是透视图，描述施用器装置150的远端的实例实施方式，其中在盖708就位时电子学外壳706和粘合贴剂105从它们保留在鞘704的传感器载体710中的位置移除。
出于示例目的而非限制参照图4D-G，施用器装置20150能够作为单个整合组装向使用者提供。图4D和4E分别提供施用器装置20150的顶部和底部透视图，图4F提供施用器装置20150的分解图而图4G提供侧面剖视图。透视图说明施用器20150如何运输至使用者并由其接收。分解图和剖视图说明施用器装置20150的组件。施用器装置20150能够包括外壳20702，垫圈20701，鞘20704，尖部载体201102，弹簧205612，传感器载体20710(也称为"圆盘载体")，尖部毂205014，传感器控制装置(也称为"圆盘")20102，粘合贴剂20105，干燥剂20502，盖20708，系列标记20709，和篡改证据特征20712。如使用者所接收，仅外壳20702、盖20708、篡改证据特征20712和标记20709可见。篡改证据特征20712能够是例如与外壳20702和盖20708各自连接的粘着标签，并且篡改证据特征20712能够通过脱开外壳20702和盖20708被破坏、例如不可修复地破坏，由此向使用者指出外壳20702和盖20708已被预先脱开。这些特征更详细地描述如下。
G.示范性托盘和传感器模块组装
图5是近端透视图，描述具有与其可移除地连接的灭菌盖812的托盘810的实例实施方式，其可以代表包装如何运输至使用者并由其接收，随后组装。
图6A是近端透视剖视图，描述托盘810中的传感器递送组件。平台808在托盘810中可滑动地连接。干燥剂502相对托盘810静止。传感器模块504装在于托盘810中。
图6B是近端透视图，更详细地描述传感器模块504。在此，平台808的保留臂伸展部1834将传感器模块504可释放地固定就位。模块2200与连接器2300、尖部模块2500和传感器(未显示)连接，从而在组装期间它们能够作为传感器模块504一起移除。
H.用于一件式建构的示范性施用器和传感器控制装置
再次简单参照图1A和3A-3G，对于两件式建构系统，传感器托盘202和传感器施用器102作为分开的包装向使用者提供，从而需要使用者打开各个包装并最终组装系统。在某些施用当中，离散的密封包装允许传感器托盘202和传感器施用器102在对各包装内容物独特的且否则与另一包装内容物不相容的分开灭菌过程中灭菌。更特别地，传感器托盘202，其包括塞组装物207(包括传感器110和尖部220)，可以用辐射灭菌比如电子束(或"e-束")辐射灭菌。适宜的辐射灭菌过程包括但不限于电子束(e-束)辐射，γ射线辐射，X射线辐射，或其任何组合。然而，辐射灭菌能够损害传感器控制装置102电子学外壳内安排的电子组件。因而，如果传感器施用器102(其含有传感器控制装置102的电子学外壳)需要灭菌，可以经由其它方法灭菌，比如用例如环氧乙烷气态化学灭菌。然而，气态化学灭菌能够损害传感器110上包括的酶或其它化学和生物制剂。因为这种灭菌不相容性，传感器托盘202和传感器施用器102一般在分开的灭菌过程中灭菌并且随后分开包装，其需要使用者最终将各组件组装使用。
图7A和7B分别是传感器控制装置3702的顶部和底部分解图，根据一种或多种实施方式。壳3706和支架3708作为相对的半个蛤壳操作，其封闭或者实质上包封传感器控制装置3702的各种电子的组件。如所说明，传感器控制装置3702可以包括印刷的电路板组装物(PCBA)3802，其包括印刷的电路板(PCB)3804，其具有与其连接的多个电子模块3806。实例电子模块3806包括但不限于电阻器，晶体管，电容器，感应器，二极管和开关。在先的传感器控制装置一般在PCB的仅一侧上堆放PCB组件。与之相对，传感器控制装置3702中的PCB组件3806能够分散在PCB 3804的两侧表面(也即上表面和下表面)。
除电子模块3806之外，PCBA 3802还可以包括装载至PCB 3804的数据处理单元3808。数据处理单元3808可以包含例如应用型专用集成电路(ASIC)，其经配置施行与传感器控制装置3702操作有关的一种或多种功能或例程。更特别地，数据处理单元3808可以经配置以施行数据处理功能，其中所述功能可以包括但不限于数据信号的过滤和编码，所述数据信号各自相应于使用者的采样分析物水平。数据处理单元3808还可以包括天线或以其它方式与天线通信，用于与读数器装置106通信(图1A)。
电池孔隙3810可以限定在PCB 3804中并且其尺度接受电池3812且提供底座，所述电池经配置为传感器控制装置3702提供电源。轴向电池触点3814a和径向电池触点3814b可以连接至PCB 3804并且扩展进入电池孔隙3810从而促进电力从电池3812传送至PCB 3804。如其名称所表明，轴向电池触点3814a可以经配置以提供电池3812的轴向触点，而径向电池触点3814b可以提供电池3812的径向触点。电池3812定位在具有电池触点3814a、b的电池孔隙3810帮助降低传感器控制装置3702的高度H，其允许PCB 3804在中央定位且其组件分散在两侧(也即上表面和下表面)。这也帮助促进在电子学外壳3704上提供的室3718。
传感器3716可以相对PCB 3804在中央定位并且包括尾部3816、标志件3818和使尾部3816和标志件3818互联的颈3820。尾部3816可以经配置以扩展通过支架3708的中央孔隙3720从而经皮接收于使用者皮肤下。此外，尾部3816可以具有其上包括的酶或其它化学品以帮助促进分析物监测。
标志件3818可以包括一般平面的表面，具有其上安排的一个或多个传感器触点3822(示于图7B的三个)。传感器触点3822可以经配置与PCB 3804上提供的相应的一个或多个电路触点3824(示于图7A的三个)对齐并接合。在某些实施方式中，传感器触点3822可以包含印刷或以其它方式数字地施用至标志件3818的碳浸渍聚合物。在先的传感器控制装置一般包括有机硅橡胶制成的连接器，其包封一种或多种适宜的碳浸渍聚合物模块，充当在传感器与PCB之间的导电触点。与之相对，目前公开的传感器触点3822提供传感器3716和PCB 3804连接之间的直接连接，其消除对现有技术连接器的需要并且有利地降低高度H。此外，消除适宜的碳浸渍聚合物模块消除显著电路阻抗和因此改善电路电导率。
传感器控制装置3702可以还包括适宜的元件3826，其可以经安排介入标志件3818和壳3706的内表面。更特别地，在壳3706和支架3708彼此组装时，适宜的元件3826可以经配置以提供对标志件3818的被动偏动负载，其迫使传感器触点3822与相应的电路触点3824连续连接。在说明的实施方式中，适宜的元件3826是弹性体O-环，但能另选地包含任何其它类型的偏动装置或机构，比如压缩弹簧等，而不背离本公开的范围。
传感器控制装置3702还可以包括一种或多种电磁护罩，显示为第一护罩3828a和第二护罩。壳3706可以提供或以其他方式限定第一计时容器3830a(图7B)和第二计时容器3830b(图7B)，而支架3708可以提供或以其他方式限定第一计时柱3832a(图7A)和第二计时柱3832b(图7A)。将第一和第二计时容器3830a、b与第一和第二计时柱3832a、b分别配对，将使壳3706与支架3708适当地对齐。
特别参照图7A，支架3708的内表面可以提供或以其他方式限定多个口袋或凹陷，其经配置在壳3706与支架3708配对时容纳传感器控制装置3702的各种组件部分。例如，支架3708的内表面可以限定电池定位器3834，其经配置在传感器控制装置3702组装时容纳电池3812的一部分。相邻的接触口袋3836可以经配置以容纳轴向触点3814a的一部分。
此外，可以在支架3708的内表面中限定多个模块口袋3838以容纳在PCB 3804底部安排的各种电子模块3806。另外，可以在支架3708内表面中限定护罩定位器3840以在传感器控制装置3702组装时容纳第二护罩3828b的至少一部分。电池定位器3834、接触口袋3836、模块口袋3838和护罩定位器3840全部短距离延伸入支架3708内表面，并且作为结果，传感器控制装置3702的总高度H可以相对在先的传感器控制装置降低。模块口袋3838还可以通过允许PCB组件被安排在两侧(也即上表面和下表面)帮助最小化PCB 3804的直径。
仍参照图7A，支架3708还可以包括围绕支架3708外周限定的多个载体抓握特征3842(显示两个)。载体抓握特征3842从支架3708底部3844轴向偏移，其中转移粘合剂(未显示)可以在组装期间施用。与一般包括与支架底部相交的锥形载体抓握特征的在先传感器控制装置相对，本公开的载体抓握特征3842从其中施用转移粘合剂的平面(也即底部3844)偏移。这可以被证明是有利的，其帮助确保递送系统不会在组装期间偶然地粘附转移粘合剂。此外，本公开的载体抓握特征3842消除对圆齿形转移粘合剂的需要，其简化转移粘合剂的制造并且消除相对支架3708精确控制(clock)转移粘合剂的需要。这也增加结合面积，和因此增加结合强度。
参照图7B，支架3708底部3844可以提供或以其他方式限定多个沟槽3846，其可以在支架3708外周处或附近限定和相互等距隔开。转移粘合剂(未显示)可以与底部3844连接，并且沟槽3846可以经配置以帮助在使用期间从传感器控制装置3702向支架3708周围传送(转移)水分。在某些实施方式中，沟槽3846的间距可以介入支架3708相反侧(内表面)上限定的模块口袋3838(图7A)。将认识到，沟槽3846和模块口袋3838位置交替确保支架3708两侧的相反特征不相互扩展进入对方。这可以帮助支架3708材料使用最大化和由此帮助保持传感器控制装置3702的最低高度H。模块口袋3838还可以显著降低模具槽(mold sink)，和改善转移粘合剂结合的底部3844的平整度。
仍参照图7B，壳3706的内表面还可以提供或以其他方式限定多个口袋或凹陷，其经配置在壳3706与支架3708配对时容纳传感器控制装置3702的各种组件部分。例如，壳3706的内表面可以限定相反的电池定位器3848，其可相对支架3708的电池定位器3834(图7A)安排并且经配置在传感器控制装置3702组装时容纳电池3812的一部分。相反的电池定位器3848短距离扩展进入壳3706的内表面，其帮助降低传感器控制装置3702的总高度H。
在壳3706内表面上还可以提供或者以其他方式限定尖部和传感器定位器3852。尖部和传感器定位器3852可以经配置以接受尖部(未显示)和传感器3716的一部分两者。此外，尖部和传感器定位器3852可以经配置以对齐支架3708内表面上提供的相应尖部和传感器定位器2054(图7A)和/或与之配对。
根据本公开的实施方式，图8A至8C说明备择传感器组装/电子设备组装连接途径。如所显示，传感器组装物14702包括传感器14704，连接器支架14706和尖部14708。显著地，凹槽或容器14710可以限定在电子设备组装物14712支架底部并且提供位置，其中可以接收传感器组装物14702并与电子设备组装物14712连接，和由此完全组装传感器控制装置。传感器组装物14702的轮廓可以匹配容器14710或以与其互补的方式塑造，其包括弹性体密封元件14714(包括导电物质，其与电路板连接并且与传感器14704的电触点对齐)。从而，在通过驱使传感器组装物14702进入电子设备组装物14712中的整体成形凹槽14710将传感器组装物14702卡合或者附着至电子设备组装物14712时，形成图8C描述的体上装置14714。该实施方式提供整合连接器，用于电子设备组装物14712中的传感器组装物14702。
U.S.公开No.2013/0150691和U.S.公开No.2021/0204841中提供虑及传感器组件的额外信息，其各自通过援引全部并入本文。
根据本公开的实施方式，可以修饰传感器控制装置102以提供一件式建构，其可以经受为一件式建构传感器控制装置特别设计的灭菌技术。一件式建构允许传感器施用器150和传感器控制装置102在单个密封包装中运输至使用者，其不需要任何最终的使用者组装步骤。相反，使用者仅需要打开一个包装和随后将传感器控制装置102递送至靶标监测位置。本文描述的一件式系统建构可以被证明在消除组件部分、各种制造过程步骤和使用者组装步骤中有利。作为结果，减少了包装和废物，并且缓和了使用者误差的可能或系统污染。
图9A和9B分别是侧面和截面侧视图，其说明具有与其连接的施用器盖210的传感器施用器102的实例实施方式。更特别地，图9A描述可能如何将传感器施用器102运输至使用者并由其接收，而图9B描述传感器施用器102内安排的传感器控制装置4402。相应地，完全组装的传感器控制装置4402可以是已经组装并安装在传感器施用器102内的，随后递送至使用者，从而消除使用者否则会不得不施行的任何额外组装步骤。
完全组装的传感器控制装置4402可以被加载至传感器施用器102，而施用器盖210可以随后与传感器施用器102连接。在某些实施方式中，施用器盖210可以与外壳208螺纹连接和包括篡改环4702。在相对外壳208旋转(例如旋开)施用器盖210的情况下，篡改环4702可以发生切变和由此从传感器施用器102松开施用器盖210。
根据本公开，在加载于传感器施用器102中时，传感器控制装置4402可以经受气态化学灭菌4704，其经配置使电子学外壳4404和传感器控制装置4402的任何其它暴露部分灭菌。为了实现它，可以将化学品注射入通过传感器施用器102和相互联接的盖210一起限定的灭菌室4706。在某些施用中，可以经由在施用器盖210近端610限定的一个或多个通气口4708将化学品注射入灭菌室4706。对于气态化学灭菌4704可以使用的实例化学品包括但不限于环氧乙烷，蒸发的过氧化氢，氮氧化物(例如一氧化二氮，二氧化氮等)，和蒸汽。
由于传感器4410远端部分和尖部4412密封在传感器盖4416内，在气态化学灭菌过程期间所用的化学品不与在尾部4524和其它传感器组件比如调节分析物内流的膜包衣上提供的酶、化学和生物制剂相互作用。
一旦在灭菌室4706中已实现希望的灭菌保证水平，可以移除气态溶液并且灭菌室4706可以通气。换气可以实现如下：一系列的抽真空并且随后使气体(例如氮)或过滤空气循环通过灭菌室4706。一旦灭菌室4706适当地通气，通气口4708可以用密封件4712(以虚线显示)闭塞。
在某些实施方式中，密封件4712可以包含两层或更多层的不同物质。第一层可以由合成物质(例如快纺丝高密度聚乙烯纤维)，比如从可获得的/>制得。是高度耐久且抗穿刺的并且允许蒸气渗透。/>层能够在气态化学灭菌过程之前和在气态化学灭菌过程之后施用，在/>层上可以密封(例如热密封)箔材或其它蒸气和水分抗性物质层以防止污染物和水分进入灭菌室4706。在其它实施方式中，密封件4712可以包含施用至施用器盖210的仅单个保护性层。在所述实施方式中，单层对于灭菌过程可以是气体可渗透的，但一旦灭菌过程完成还可以能够阻止水分和其它有害元素。
在密封件4712就位的情况下，施用器盖210提供对外来污染的屏障，和由此维持经组装的传感器控制装置4402的无菌环境直至使用者移除(脱开)施用器盖210。施用器盖210还可以在运送和存储期间构成无尘环境，防止粘合贴剂4714变脏。
图10A和10B分别是又一实例传感器控制装置5002的等量图和侧视图，根据一种或多种本公开的实施方式。传感器控制装置5002可以在某些方面与图1A的传感器控制装置102相似，和因此可以最佳地参照其理解。此外，传感器控制装置5002可以替换图1A的传感器控制装置102，和因此可以与图1A传感器施用器102结合使用，其可以将传感器控制装置5002递送至使用者皮肤上的靶标监测位置。
然而，不同于图1A的传感器控制装置102，传感器控制装置5002可以包含一件式系统建构，其不需要使用者在施用之前打开多个包装和最终组装传感器控制装置5002。相反，在使用者获得时，传感器控制装置5002可以是已经完全组装的并且适当位于传感器施用器150(图1A)内。为了使用传感器控制装置5002，使用者仅需要打开一个屏障(例如图3B的施用器盖708)，随后将传感器控制装置5002迅速递送至靶标监测位置使用。
如所说明，传感器控制装置5002包括电子学外壳5004，其一般为盘形并且可以具有圆形截面。然而，在其它实施方式中，电子学外壳5004可以展示其它截面形状比如卵形或多边形，而不背离本公开的范围。电子学外壳5004可以经配置以容纳或者含有各种电组件用来操作传感器控制装置5002。在至少一种实施方式中，粘合贴剂(未显示)可以安排在电子学外壳5004底部。粘合贴剂可以类似图1A的粘合贴剂105，并且可以从而帮助传感器控制装置5002附着至使用者皮肤使用。
如所说明，传感器控制装置5002包括电子学外壳5004，其包括壳5006和与壳5006可配对的支架5008。壳5006可以经由各种方式固定至支架5008，比如卡合连接、过盈配合、声焊、一种或多种机械紧固件(例如螺钉)、垫圈、粘合剂或其任何组合。在某些情况下，壳5006可以固定至支架5008使得其间产生密封界面。
传感器控制装置5002可以还包括传感器5010(部分可视)和尖部5012(部分可视)，用来在传感器控制装置5002施用期间帮助经皮递送传感器5010于使用者皮肤下。如所说明，传感器5010和尖部5012的相应部分从电子学外壳5004底部(例如支架5008)向远侧扩展。尖部5012可以包括尖部毂5014，其经配置固定和携带尖部5012。如图10B最佳地展示，尖部毂5014可以包括或以其它方式限定配对元件5016。为了将尖部5012与传感器控制装置5002连接，尖部5012可以通过电子学外壳5004轴向推进直至尖部毂5014接合壳5006的上表面并且配对元件5016从支架5008底部向远侧扩展。随尖部5012穿透电子学外壳5004，传感器5010的暴露部分可以接收于尖部5012的中空或凹陷(弓状)部分内。传感器5010的剩余部分安排在电子学外壳5004内部。
传感器控制装置5002可以还包括传感器盖5018，在图10A-10B中经显示从电子学外壳5004分解或脱除。在支架5008底部或其附近，传感器盖5016可以可移除地与传感器控制装置5002(例如电子学外壳5004)连接。传感器盖5018可以帮助提供密封屏障，其围绕和保护传感器5010和尖部5012的暴露部分免于气态化学灭菌。如所说明，传感器盖5018可以包含一般圆柱形本体，具有第一端5020a和与第一端5020a相对的第二端5020b。第一端5020a可以被打开以提供对在本体中限定的内部室5022的访问。与之相对，第二端5020b可以封闭并且可以提供或以其他方式限定连接特征5024。如本文描述，连接特征5024可以帮助将传感器盖5018与传感器施用器(例如图1A和3A-3G的传感器施用器150)的盖(例如图3B的施用器盖708)配对，和可以在从传感器施用器移除盖时帮助从传感器控制装置5002移除传感器盖5018。
在支架5008底部或其附近，传感器盖5018可以与电子学外壳5004可移除地连接。更特别地，传感器盖5018可以与从支架5008底部向远侧扩展的配对元件5016可移除地连接。例如，在至少一种实施方式中，配对元件5016可以限定一组外部螺纹5026a(图10B)，其与通过传感器盖5018限定的一组内部螺纹5026b(图10A)可配对。在某些实施方式中，外部和内部螺纹5026a、b可以包含平螺纹设计(例如缺少螺旋曲度)，其可以被证明是在模塑部件中有利的。另选地，外部和内部螺纹5026a、b可以包含螺旋状的螺纹连接。相应地，传感器盖5018可以在尖部毂5014的配对元件5016处与传感器控制装置5002螺纹连接。在其它实施方式中，传感器盖5018可以经由其它接合类型与配对元件5016可移除地连接，包括但不限于过盈或摩擦配合或者可以用最小分离力(例如轴向或旋转力)破开的易碎元件或材料。
在某些实施方式中，传感器盖5018可以包含在第一端与第二端5020a、b之间扩展的整体(单)结构。然而，在其它实施方式中，传感器盖5018可以包括两个或更多个组件部分。例如，在说明的实施方式中，传感器盖5018可以包括布置在第一端5020a的密封环5028和安排在第二端5020b的干燥剂盖5030。密封环5028可以经配置以帮助密封内部室5022，如下文更加详细地描述。在至少一种实施方式中，密封环5028可以包含弹性体O-环。干燥剂盖5030可以容纳或包含干燥剂以帮助在内部室5022中保持优选的湿度水平。干燥剂盖5030还可以限定或以其它方式提供传感器盖5018的连接特征5024。
图11A-11C是渐进截面侧视图，显示组装具有传感器控制装置5002的传感器施用器102，根据一种或多种实施方式进行。一旦传感器控制装置5002完全组装，然后可以将其加载入传感器施用器102中。参照图11A，尖部毂5014可以包括或以其它方式限定毂弹簧爪5302，其经配置帮助将传感器控制装置5002与传感器施用器102连接。更特别地，传感器控制装置5002可以被推进入传感器施用器102内部并且毂弹簧爪5302可以被位于传感器施用器102中的尖部载体5306的相应臂5304接收。
在图11B中，显示传感器控制装置5002被尖部载体5306接收，和因此固定在传感器施用器102中。一旦传感器控制装置5002被加载入传感器施用器102中，施用器盖210可以与传感器施用器102连接。在某些实施方式中，施用器盖210和外壳208可以具有相反的可配对的螺纹5308组，其使得施用器盖210可以以顺时针(或逆时针)方向螺旋连接至外壳208和由此将施用器盖210固定至传感器施用器102。
如所说明，鞘212也位于传感器施用器102中，并且传感器施用器102可以包括鞘锁定机构5310，其经配置以确保在振动事件期间鞘212不过早折叠。在说明的实施方式中，鞘锁定机构5310可以包含在施用器盖210和鞘212之间的螺纹连接。更特别地，在施用器盖210的内表面上可以限定或以其它方式提供一个或多个内部螺纹53l2a，并且可以在鞘212上限定或以其它方式提供一个或多个外部螺纹53l2b。内部和外部螺纹53l2a、b可以经配置以随施用器盖210在螺纹5308处与传感器施用器102螺纹连接进行螺纹配对。内部和外部螺纹53l2a、b可以具有与螺纹5308相同的螺纹节距，使得施用器盖210可以螺旋连接至外壳208。
在图11C中，显示施用器盖210完全螺纹连接(连接)至外壳208。如所说明，施用器盖210可以还提供和以其它方式限定盖柱5314，其在施用器盖210内部中央定位并且从其底部向近侧扩展。盖柱5314可以经配置以随施用器盖210螺旋连接至外壳208接受传感器盖5018的至少一部分。
在传感器控制装置5002被加载在传感器施用器102中且施用器盖210适当固定的情况下，可以然后使传感器控制装置5002经受气态化学灭菌，其经配置使电子学外壳5004和传感器控制装置5002的任何其它暴露部分灭菌。由于传感器5010和尖部5012的远端部分密封在传感器盖5018中，在气态化学灭菌过程期间所用的化学品不能与在尾部5104和其它传感器组件比如调节分析物内流的膜包衣上提供的酶、化学和生物物质相互作用。
图12A-12C是渐进截面侧视图，显示具有传感器控制装置5002的传感器施用器102备择实施方式的组装和拆卸，根据一种或多种额外的实施方式进行。完全组装的传感器控制装置5002可以通过将毂弹簧爪5302连接入位于传感器施用器102中的尖部载体5306的臂5304被加载入传感器施用器102，如上文一般描述。
在说明的实施方式中，鞘212的鞘臂5604可以经配置以与外壳208内部中限定的第一定位凹槽5702a和第二定位凹槽5702b相互作用。第一定位凹槽5702a可以替代地称为"锁定"定位凹槽，而第二定位凹槽5702b可以替代地称为"发射"定位凹槽。在传感器控制装置5002最初安装在传感器施用器102中时，鞘臂5604可以被接收在第一定位凹槽5702a中。如下文讨论，可以启动鞘212以将鞘臂5604移动至第二定位凹槽5702b，其将传感器施用器102置于发射位置。
在图12B中，施用器盖210与外壳208对齐并向外壳208推进，从而鞘212被接收在施用器盖210中。代替相对外壳208旋转施用器盖210，施用器盖210的螺纹可以被卡合至外壳208的相应螺纹上从而将施用器盖210与外壳208连接。在施用器盖210中限定的轴向切口或槽5703(显示1个)可以允许施用器盖210接近其螺纹的部分向外弯曲从而与外壳208的螺纹卡合。随施用器盖210卡合至外壳208，传感器盖5018可以相应地卡合入盖柱5314中。
与图11A-11C实施方式类似，传感器施用器102可以包括鞘锁定机构，其经配置确保在震动事件期间鞘212不过早折叠。在说明的实施方式中，鞘锁定机构包括在鞘212基底附近限定的一个或多个肋5704(显示1个)，其经配置与在施用器盖210基底附近限定的一个或多个肋5706(显示2个)和肩部5708相互作用。肋5704可以经配置以在肋5706和肩部5708之间锁定，同时将施用器盖210附着至外壳208。更特别地，一旦施用器盖210卡合至外壳208上，可以旋转(例如顺时针)施用器盖210，其使鞘212的肋5704定位在施用器盖210的肋5706和肩部5708之间和由此"锁定"施用器盖210就位直至使用者反向旋转施用器盖210以移除施用器盖210使用。肋5704在施用器盖210的肋5706和肩部5708之间的连接还可以防止鞘212过早折叠。
在图12C中，从外壳208移除施用器盖210。如图12A-12C的实施方式，施用器盖210能够通过反向旋转施用器盖210移除，其相应地同向旋转盖柱5314并导致传感器盖5018从配对元件5016脱开，如上文一般描述。此外，从传感器控制装置5002脱除传感器盖5018暴露传感器5010和尖部5012的远端部分。
随施用器盖210从外壳208旋开，在鞘212上限定的肋5704可以滑动接合在施用器盖210上限定的肋5706的顶部。肋5706的顶部可以提供相应的倾斜表面，其引起鞘212随施用器盖210旋转向上位移，并且向上移动鞘212导致鞘臂5604从与第一定位凹槽5702a的连接弯曲脱出从而被接收在第二定位凹槽5702b中。随鞘212移动至第二定位凹槽5702b，径向肩部5614从与载体臂5608的径向连接移动脱出，其允许弹簧5612的被动弹力在尖部载体5306上向上推动并且迫使载体臂5608从与沟槽5610的连接脱出。随尖部载体5306在外壳208中向上移动，配对元件5016可以相应地收回直至变得与传感器控制装置5002的底部齐平、实质上齐平或亚齐平。在该点，传感器施用器102处于发射位置。相应地，在该实施方式中，移除施用器盖210相应地导致配对元件5016收回。
I.一件式和两件式施用器的示范性发射机构
图13A-13F说明内部装置机械学的实施方式的实例细节，其"发射"施用器216以将传感器控制装置222施用至使用者和包括安全收回尖部1030返回已使用的施用器216。总体上，这些附图代表实例程序，其驱使尖部1030(支持与传感器控制装置222连接的传感器)进入使用者皮肤，抽回尖部的同时留下传感器与使用者间质液有效接触，和用粘合剂将传感器控制装置附着至使用者皮肤。本领域技术人员参照附图能够认识到用于备择施用器组装实施方式和组件的所述活动的变型。此外，施用器216可以是如本文公开具有一件式建构或两件式建构的传感器施用器。
现参照图13A，在尖部1030内负载传感器1102，恰好在使用者皮肤1104上方。可以提供上引导部分1108的导轨1106(任选其中3个)来控制相对鞘318的施用器216运动。鞘318通过定位凹槽特征1110保持在施用器216中，从而沿施用器216纵轴的适当向下力将导致由定位凹槽特征1110提供的阻力被克服，从而尖部1030和传感器控制装置222能够沿纵轴平移至使用者皮肤1104中(和上)。此外，传感器载体1022的捕捉臂1112接合尖部收回组装1024以将尖部1030保持在相对传感器控制装置222的位置。
在图13B中，使用者用力克服或无视定位凹槽特征1110且鞘318折叠进入外壳314驱使传感器控制装置222(具有连接的部分)沿纵轴如箭头L所指向下平移。鞘318上引导部分1108的内径贯穿传感器/尖部插入过程的全冲程约束载体臂1112的位置。相对尖部收回组装1024的互补面1116保持载体臂1112的停止表面1114维持元件位置，其中复位弹簧1118完全赋能。根据实施方式，替代使用者用力驱使传感器控制装置222如箭头L所指沿纵轴向下平移，外壳314能够包括按钮(例如但不限于推式按钮)，其激活主动弹簧(例如但不限于螺旋弹簧)以驱使传感器控制装置222。
在图13C中，传感器1102和尖部1030已达到完全插入深度。在此过程中，载体臂1112通过上引导部分1108内径。然后，螺旋复位弹簧1118的压缩力径向向外驱动倾斜停止表面1114，其释放的力驱使尖部收回组装1024的尖部载体1102牵拉(开槽或以其他方式配置的)尖部1030离开使用者且离开传感器1102，在图13D中如箭头R所指。
如图13E所示在尖部1030完全收回的情况下，鞘318的上引导部分1108设置为最终锁定特征1120。如图13F所示，从插入位点移除使用过的施用器组装216，余留传感器控制装置222，并且尖部1030安全地固定在施用器组装216内。使用过的施用器组装216现在已准备用于处理。
在施用传感器控制装置222时施用器216的操作被设计用来向使用者提供尖部1030的插入和收回两者是通过施用器216的内部机械学自动进行的感觉。换言之，本发明避免使用者经历其手工驱使尖部1030自己皮肤的感觉。从而，一旦使用者施加足够力来克服施用器216定位凹槽特征的阻力，则会感觉所产生的施用器216动作是施用器"被触发的"自动化响应。使用者不会察觉其提供了额外力来驱使尖部1030穿入其皮肤，尽管使用者提供全部驱动力且并无额外的偏动/驱动手段被用来插入尖部1030。如上图13C详述，尖部1030的收回是通过施用器216的螺旋复位弹簧1118自动进行的。
关于本文描述的任何施用器实施方式以及其任何组件，包括但不限于尖部、尖部模块和传感器模块实施方式，本领域技术人员将理解所述实施方式中能够经尺寸调整和配置用于传感器，所述传感器经配置传感受试者表皮、真皮或皮下组织中的体液中的分析物水平。在某些实施方式中，例如本文公开的分析物传感器的尖部和远端部分均能够经尺寸调整且经配置以位于特定的末端深度(也即在受试者身体的组织或层中例如在表皮、真皮或皮下组织中穿透的最远点)。关于某些施用器实施方式，本领域技术人员将理解尖部的某些实施方式能够经尺寸调整且经配置以位于相对分析物传感器的最终末端深度的受试者身体中的不同末端深度。例如，在某些实施方式中，尖部能够在收回之前位于受试者表皮中的第一末端深度，而分析物传感器的远端部分能够位于受试者真皮中的第二末端深度。在其它实施方式中，尖部能够在收回之前位于受试者真皮中第一末端深度，而分析物传感器的远端部分能够位于受试者皮下组织中的第二末端深度。在其它实施方式中，尖部能够在收回之前位于第一末端深度而分析物传感器能够位于第二末端深度，其中第一末端深度和第二末端深度都在受试者身体的相同层或组织中。
额外地，关于本文描述的任何施用器实施方式，本领域技术人员将理解分析物传感器以及与其连接的一种或多种结构组件，包括但不限于一种或多种弹簧机构，能够在施用器中布置在相对施用器的一个或多个轴的偏心位置。例如，在某些施用器实施方式中，分析物传感器和弹簧机构能够布置在施用器的第一侧上相对施用器轴的第一偏心位置，而传感器电子设备能够布置在施用器的第二侧上相对施用器轴的第二偏心位置。在其它施用器实施方式中，分析物传感器、弹簧机构和传感器电子设备能够布置在同侧相对施用器轴的偏心位置。本领域技术人员将理解其它排列和构造，其中施用器的任何或全部分析物传感器、弹簧机构、传感器电子设备和其它组件布置在相对一个或多个施用器轴的中心或偏心位置是可能的且完全在本公开范围内。
适宜装置、系统、方法、组件及其操作以及有关特征的额外细节描述于Rao等人的国际公开No.WO 2018/136898，Thomas等人的国际公开No.WO 2019/236850，Thomas等人的国际公开No.WO 2019/236859，Thomas等人的国际公开No.WO 2019/236876，和U.S.专利公开No.2020/0196919，其在2019年6月6日提交，通过援引将其各自全部并入本文。关于施用器、其组件及其变型的实施方式的进一步细节描述于U.S.专利公开Nos.2013/0150691、2016/0331283和2018/0235520，通过援引将其全部并入本文且用于全部意图。关于尖部模块、尖部、其组件及其变型的实施方式的进一步细节描述于U.S.专利公开No.2014/0171771，通过援引将其全部并入本文且用于全部意图。
J.校准分析物传感器的示范性方法
生物化学传感器能够通过一种或多种传感特征描述。一种通常的传感特征被称为生物化学传感器的灵敏度，其是传感器对其被设计用来检测的化学或组合物浓度的响应性的度量。对于电化学传感器，该响应能够是电流(电流法)或电荷(库伦法)形式。对于其它类型传感器，响应能够呈不同形式，比如光子强度(例如光学光)。生物化学分析物传感器的灵敏度能够取决于许多因素变化，包括传感器是否在体外状态中或在体内状态中。
图14是图，描述电流分析物传感器的体外灵敏度。体外灵敏度能够获得如下：在各种分析物浓度进行传感器的体外测试，然后对所得数据进行回归(例如线性或非线性)或其它曲线拟合。在该实例中，分析物传感器的灵敏度是线性或基本线性，并且能够根据公式y＝mx+b建模，其中y是传感器的输出电流，x是分析物水平(或浓度)，m是灵敏度的斜率和b是灵敏度的截距，其中截距一般相应于背景信号(例如噪音)。对于线性或实质上线性响应的传感器，能够从灵敏度的斜率和截距确定对应给定电流的分析物水平。具有非线性灵敏度的传感器需要额外信息来确定传感器输出电流对应的分析物水平，并且本领域普通技术人员熟悉非线性灵敏度建模的方式。在体内传感器的某些实施方式中，体外灵敏度能够与体内灵敏度相同，但在其它实施方式中用转移(或转化)函数来将体外灵敏度转化为对期望在体内使用的传感器可行的体内灵敏度。
校准是通过调节传感器的测量输出以降低与传感器期望输出的差异来改善或保持精确度的技术。设立描述传感器的传感特征比如其灵敏度的一种或多种参数用于校准调节当中。
某些体内分析物监测系统需要在将传感器植入使用者或患者之后进行校准，通过使用者互动或通过系统本身以自动化方式进行。例如，在需要使用者互动的情况下，使用者进行体外测量(例如血糖(BG)测量，使用手指取血和体外试验条)和将其输入系统，同时植入分析物传感器。系统然后将体外测量与体内信号比较，并使用该区别，确定传感器体内灵敏度的估计值。体内灵敏度能够然后用于算法过程以将传感器收集数据转化为指出使用者分析物水平的值。需要使用者行动进行校准的这种和其它过程称为"使用者校准"。由于传感器灵敏度的不稳定性(从而灵敏度随时间漂移或变化)，系统能够需要使用者校准。从而，能够需要多次使用者校准(例如根据周期性(例如每日)计划、可变计划或按需)来保持精确度。虽然本文描述的实施方式对于特定实施能够并入一定程度的使用者校准，这一般并非优选，原因是其需要使用者进行疼痛或者繁重的BG测量并且能够引入使用者误差。
某些体内分析物监测系统能够有规律地调节校准参数，其使用系统本身(例如处理电路执行软件)进行的传感器特征的自动化测量。基于系统(而非使用者)的可变测量的传感器灵敏度的重复调节一般称为"系统"(或自动化)校准，和能够与使用者校准比如早期BG测量一起进行或无需使用者校准。类似重复使用者校准的情况，因传感器灵敏度随时间漂移一般需要重复系统校准。从而，虽然本文描述的实施方式能够使用一定程度的自动化系统校准，优选传感器灵敏度随时间相对稳定，从而不需要植入后校准。
某些体内分析物监测系统用工厂校准的传感器操作。工厂校准是指在分发至使用者或卫生保健专业人员(HCP)之前确定或估计一种或多种校准参数。校准参数能够由传感器生产商(或传感器控制装置其它组件的生产商，如果两者不同)确定。许多体内传感器生产过程成批制造传感器，称为生产批次、生产阶段批次，或简称批次。单个批次能够包括成千个传感器。
传感器能够包括校准码或参数，其能够在一种或多种传感器生产过程期间产生或确定并且作为生产过程的一部分在分析物监测系统的数据处理装置中编码或编程，或者在传感器本身上提供，例如作为条形码、激光标签、RFID标签或传感器上提供的其它可机读信息。如果将该码提供给接收器(或其它数据处理装置)，能够避免在传感器的体内使用期间的使用者校准，或能够降低在传感器佩戴期间的体内校准频率。在传感器本身提供校准码或参数的实施方式中，在传感器开始使用之前或之时，能够向分析物监测系统中的数据处理装置自动传送或提供校准码或参数。
某些体内分析物监测系统用传感器操作，所述传感器能够是工厂校准、系统校准和/或使用者校准中的一种或多种。例如，传感器能够提供校准码或参数，其能够允许工厂校准。如果向接收器提供信息(例如使用者输入)，传感器能够作为工厂校准的传感器操作。如果未向接收器提供信息，传感器能够作为使用者校准的传感器和/或系统校准的传感器操作。
在进一步的方面，能够在分析物监测系统的数据处理装置和/或接收器/控制器单元中提供或储存编程或可执行指令，以在使用期间向体内传感器提供时间变化调节算法。例如，基于体内使用的分析物传感器的回顾性统计分析和相应的葡萄糖水平反馈，能够基于时间产生预先确定的或分析的曲线或数据库，并且经配置以提供一种或多种体内传感器参数的额外调节以补偿可能的传感器稳定性漂移或其它因素。
按照本公开主题，分析物监测系统能够经配置以基于传感器漂移特征补偿或调节传感器灵敏度。基于在体内使用期间的分析传感器行为能够定义或确定时间变化参数β(t)，并且能够确定时间变化漂移特征。在某些方面，对传感器灵敏度的补偿或调节能够在接收器单元、分析物监测系统的控制器或数据处理器中编程，从而在从分析物传感器接收传感器数据能够自动和/或迭代进行补偿或调节或两者。按照本公开主题，调节或补偿算法能够由使用者初始化或执行(而不是自初始化或执行)，从而在使用者初始化或激活相应功能或惯例或在使用者输入传感器校准码的情况下进行或执行对分析物传感器灵敏度曲线的调节或补偿。
按照本公开主题，能够非破坏性地检查传感器批次中的各传感器(在某些情况下不包括用于体外测试的样品传感器)以在传感器的一个或多个点确定或测量其特征比如膜厚度，并且能够测量或确定其它特征包括物理特征比如活性区域的表面积/体积。所述测量或确定能够用例如光学扫描仪或其它适宜测量装置或系统以自动化方式进行，并且将对在传感器批次中的各传感器所确定的传感器特征与基于样品传感器的相应平均值比较，进行校准参数或赋予各传感器的码的可能校正。例如，对于定义为传感器灵敏度的校准参数，灵敏度大致与膜厚度成反比，从而例如传感器具有大于来自与传感器相同的传感器批次的采样传感器平均膜厚度大约4％的测量膜厚度，在一种实施方式中赋予该传感器的灵敏度是从采样传感器确定的平均灵敏度除以1.04。类似地，由于灵敏度大致与传感器活性面积成比例，传感器具有低于来自相同传感器批次的采样传感器的平均活性区域大约3％的测量活性区域，赋予该传感器的灵敏度是平均灵敏度乘以0.97。通过对传感器的每次检查或测量进行多次连续调节，赋予的灵敏度能够从采样传感器的平均灵敏度确定。在某些实施方式中，除了膜厚度和/或活性传感区域的表面面积或体积之外，各传感器的检查或测量还能够额外包括测量膜一致性(consistency)或质地。
关于传感器校准的额外信息提供于U.S.公开No.2010/00230285和U.S.公开No.2019/0274598，通过援引将其各自全部并入本文。
K.示范性蓝牙通信方案
传感器110的存储式存储器5030能够包括涉及通信模块的通信方案的软件块。例如，存储式存储器5030能够包括BLE服务软件块，其功能是提供界面以使得BLE模块5041对传感器110的计算硬件可用。这些软件功能能够包括BLE逻辑界面和界面分析程序。通信模块5040提供的BLE服务能够包括一般访问特征服务，一般属性服务，一般访问服务，装置信息服务，数据传送服务和安全服务。数据传送服务能够是主要服务，其用于传送数据比如传感器控制数据，传感器状态数据，分析物测量数据(历史和当前)和事件日志数据。传感器状态数据能够包括误差数据，当前活动时间，和软件状态。分析物测量数据能够包括信息比如当前和历史粗测值，在用适当的算法或模型处理之后的当前和历史值，测量水平的投影和趋势，其它值与患者特定平均值的比较，通过算法或模型确定的行为召唤和其它相似数据类型。
根据本公开主题的各方面且如本文体现，通过调整传感器110的硬件和无线电所支持的通信方案或介质的特征，传感器110能够经配置以与多个装置同时通信。例如，通信模块5040的BLE模块5041能够用软件或固件提供以使得在下述装置之间的多个同时连接成为可能：作为中央装置的传感器110和作为周围装置的其它装置，或者作为周围装置的传感器110和作为中央装置的其它装置。
在两个装置之间使用通信方案比如BLE的连接和随后的通信对话，能够具有的特征是在所述两个装置(例如传感器110和数据接收装置120)之间操作的相似物理通道。物理通道能够包括单个通道或一系列通道，包括例如但不限于使用协定的系列通道，其是通过共同时钟和通道跳跃或频率跳跃程序确定的。通信对话能够使用相似量的可用通信谱，和多个所述通信对话能够邻近地存在。在某些实施方式中，在通信对话中的各组装置使用不同的物理通道或系列通道，来管理邻近装置的干扰。
出于示例目的而非限制，参照用于本公开主题使用的传感器-接收器连接的程序的示范性实施方式。首先，传感器110向其环境反复公布其连接信息以搜索数据接收装置120。传感器110能够定期重复广播直至连接建立。数据接收装置120检测广播包并扫描和过滤用于传感器120通过广播包提供的数据连接。随后，数据接收装置120发送扫描请求命令而传感器110用扫描响应包响应提供额外细节。然后，数据接收装置120发送连接请求，使用与数据接收装置120关联的蓝牙装置地址。数据接收装置120还能够连续请求以建立与具有特定的蓝牙装置地址的传感器110的连接。然后，装置建立初始连接，允许它们开始交换数据。装置开始初始化数据交换服务和进行相互验证程序的过程。
在传感器110和数据接收装置120之间首次连接期间，数据接收装置120能够初始化服务、特征和属性发现程序。数据接收装置120能够评价传感器110的这些特征并储存它们用于在随后连接期间使用。随后，装置发出定制安全服务的通知，其用于传感器110和数据接收装置120的相互验证。相互验证程序能够是自动化的且无需使用者互动。在相互验证程序成功完成之后，传感器110发送连接参数更新以请求数据接收装置120使用传感器110优选的且配置为最长寿命的连接参数设置。
数据接收装置120然后进行传感器控制程序以回填历史数据，当前数据，事件日志和工厂数据。例如，对于各类型数据，数据接收装置120发送请求来初始化回填过程。请求能够指定基于例如测量值、时间戳或相似参数定义的一系列记录，视需要进行。传感器110用所请求的数据响应直至传感器110存储器中的全部预先未发送数据被递送至数据接收装置120。传感器110能够响应数据接收装置120的回填请求指出全部数据已发送。一旦回填完成，数据接收装置120能够提醒传感器110其准备接收定期的测量读数。传感器110能够应多个通知结果重复发送读数。如本文体现，多个通知能够是冗余的通知以确保数据正确传送。另选地，多个通知能够组成单个有效载荷。
出于示例目的而非限制，参照向传感器110发送关闭命令的程序的示范性实施方式。如果传感器110为例如误差状态、插入失败状态或传感器过期状态，则执行关闭操作。如果传感器110不为那些状态，则传感器110能够在传感器110转变为误差状态或传感器过期状态的情况下记录命令和执行关闭。数据接收装置120向传感器110发送适当格式的关闭命令。如果传感器110正在处理其它命令，传感器110将用标准错误响应来响应，指出传感器110忙碌。否则，传感器110在接收命令时发送响应。额外地，传感器110通过传感器控制特征发送成功通知以确认传感器110已接收命令。传感器110记录关闭命令。在后续适当机会(例如取决于当前传感器状态，如本文描述)，传感器110将关闭。
L.示范性传感器状态和激活
出于示例目的而非限制，参照状态机图6000的高水平描述的示范性实施方式，如图15所示其描述传感器110能够进行的行动。在初始化之后，传感器进入状态6005，其涉及传感器110的制造。在制造状态6005，传感器110能够经配置用于操作，例如能够写入存储式存储器5030。在状态6005的各种时间，传感器110检查所接收的命令以进入存储状态6015。在进入存储状态6015时，传感器进行软件完整性检查。在处于存储状态6015时，传感器还能够接收激活请求命令，随后进入插入检测状态6025。
在进入状态6025时，传感器110能够储存涉及装置的信息，所述装置经验证以如在激活期间设定与传感器通信，或者初始化算法，所述算法涉及进行和解释来自传感硬件5060的测量。传感器110还能够初始化生命周期计时器，负责保持传感器110操作时间的活动计数并且开始与验证装置通信以传送所记录的数据。在处于插入检测状态6025时，传感器能够进入状态6030，其中传感器110检查操作时间是否等于预先确定的阈值。该操作时间阈值能够相应于超时功能，用于确定插入是否已成功。如果操作时间已达到阈值，传感器110前进至状态6035，其中传感器110检查平均数据读取是否大于相应于期望数据读数体积的阈值量，用于触发成功插入的检测。如果在状态6035期间数据读取体积低于阈值，传感器前进至状态6040，相应于插入失败。如果数据读取体积满足阈值，传感器前进至激活的配对状态6055。
传感器110的激活配对状态6055反映传感器110的正常操作状态，其通过记录测量值、处理测量值和视需要报告它们进行。在处于激活配对状态6055时，传感器110发送测量结果或尝试与接收装置120建立连接。传感器110也增加操作时间。一旦传感器110达到预先确定的阈值操作时间(例如一旦操作时间达到预先确定的阈值)，传感器110转变为激活过期状态6065。传感器110的激活过期状态6065反映传感器110已操作持续其最大预先确定量时间的状态。
在处于激活过期状态6065时，传感器110一般能够施行的操作涉及放慢操作和确保收集的测量值已按需要安全地传送至接收装置。例如，在处于激活过期状态6065时，传感器110能够传送收集的数据，并且如果无连接则能够加大努力以发现附近的验证装置并且与其建立连接。在处于激活过期状态6065时，传感器110能够接收在状态6070的关闭命令。如果未接收关闭命令，传感器110在状态6075还能够检查操作时间是否已超过最终操作阈值。最终操作阈值能够基于传感器110的电池寿命。正常终点状态6080相应于传感器110的最终操作并且最终关闭传感器110。
在传感器激活之前，ASIC 5000位于低功率存储模式状态。例如在进入RF场(例如NFC场)驱动ASIC 5000的电源电压高于重置的阈值时，激活过程能够开始，其导致传感器110进入唤醒状态。在处于唤醒状态时，ASIC 5000进入激活程序状态。ASIC 5000然后唤醒通信模块5040。通信模块5040被初始化，触发开机自检。开机自检能够包括ASIC 5000用读和写数据的预定程序与通信模块5040通信以证实存储器和一次性可编程存储器未损坏。
在ASIC 5000首次进入测量模式时，进行插入检测程序以证实传感器110已适当安装至患者身体上，随后才能进行合适的测量。首先，传感器110解释激活测量配置过程的命令，导致ASIC 5000进入测量命令模式。传感器110然后暂时进入测量生命周期状态以进行多次连续测量以检测插入是否已成功。通信模块5040或ASIC 5000评价测量结果以确定插入成功。在插入视为成功的情况下，传感器110进入测量状态，其中传感器110开始用传感硬件5060进行定期测量。如果传感器110确定插入不成功，则传感器110被触发进入插入失败模式，其中命令ASIC 5000返回存储模式同时通信模块5040使自身停用。
M.示范性空中更新
图1B进一步说明实例操作环境，用于提供本文描述的技术使用的空中("OTA")更新。分析物监测系统100的操作员能够将数据接收装置120或传感器110的更新打包为用于在多目标数据接收装置130上执行的应用的更新。利用在数据接收装置120、多目标数据接收装置130和传感器110之间的可用通信通道，多目标数据接收装置130能够接收用于数据接收装置120或传感器110的定期更新并且初始化在数据接收装置120或传感器110上的更新安装。多目标数据接收装置130充当用于数据接收装置120或传感器110的安装或更新平台，原因是使得多目标数据接收装置130与分析物传感器110、数据接收装置120和/或远程应用服务器150通信成为可能的应用能够更新数据接收装置120或传感器110上的软件或固件而无需广域联网能力。
如本文体现，通过分析物传感器110生产商和/或分析物监测系统100操作员操作的远程应用服务器150能够向分析物监测系统100的装置提供软件和固件更新。在具体实施方式中，远程应用服务器150能够向使用者装置140或直接向多目标数据接收装置提供更新的软件和固件。如本文体现，远程应用服务器150还能够用应用店面提供的界面向应用店面服务器160提供应用软件更新。多目标数据接收装置130能够周期地联系应用店面服务器160以下载和安装更新。
在多目标数据接收装置130下载用于数据接收装置120或传感器110的包括固件或软件更新的应用更新之后，数据接收装置120或传感器110和多目标数据接收装置130建立连接。多目标数据接收装置130确定固件或软件更新可用于数据接收装置120或传感器110。多目标数据接收装置130能够准备软件或固件更新用于向数据接收装置120或传感器110递送。例如，多目标数据接收装置130能够压缩或切割与软件或固件更新有关的数据，能够加密或解密固件或软件更新，或能够进行固件或软件更新的完整性检查。多目标数据接收装置130将用于固件或软件更新的数据发送至数据接收装置120或传感器110。多目标数据接收装置130还能够将命令发送至数据接收装置120或传感器110以初始化更新。额外地或另选地，多目标数据接收装置130能够向多目标数据接收装置130的使用者提供通知并且包括用于促进更新的指令，比如使数据接收装置120和多目标数据接收装置130保持与电源连接且邻近直至更新完成的指令。
数据接收装置120或传感器110从多目标数据接收装置130接收用于更新的数据和初始化更新的命令。数据接收装置120能够然后安装固件或软件更新。为了安装更新，数据接收装置120或传感器110能够处于具有受限操作能力的所谓"安全"模式或以此模式重启本身。一旦更新完成，数据接收装置120或传感器110重新进入或重启进入标准操作模式。数据接收装置120或传感器110能够进行一次或多次自检以确定固件或软件更新成功安装。多目标数据接收装置130能够接收成功更新的通知。多目标数据接收装置130能够然后向远程应用服务器150报告成功更新的确认。
在具体实施方式中，传感器110的存储式存储器5030包括一次性可编程(OTP)存储器。术语OTP存储器能够是指存储器，其包括访问限制和安全性以促进写入存储器中的特定地址或片段预先确定的次数。存储器5030能够预先安排为多个预分配的存储器块或容器。容器预分配为固定尺寸。如果存储式存储器5030是一次性编程存储器，则容器能够视为处于非可编程状态。仍未写入的额外容器能够置于可编程或可写入状态。以此方式使存储式存储器5030容器化能够改善待写入存储式存储器5030的代码和数据的可运输性。OTP存储器中储存的装置(例如本文描述的传感器装置)软件更新能够进行如下：仅用写入一个或多个新容器的更新代码替换特定预写入的一个或多个容器中的代码，而不是替换存储器中的全部代码。在第二实施方式中，存储器不是预先安排的。相反，为数据分配的空间是按需动态分配或确定的。能够发布增量更新，原因是在预计更新时能够限定变化尺寸的容器。
图16是展示实例操作和数据流程的图解，用于传感器装置100中的存储式存储器5030的空中(OTA)编程以及在传感器装置110执行过程中在OTA编程之后使用存储器，根据本公开主题进行。在图5中说明的实例OTA编程500中，从外部装置(例如数据接收装置130)发送请求以初始化OTA编程(或重编程)。在511处，传感器装置110的通信模块5040接收OTA编程命令。通信模块5040将OTA编程命令发送至传感器装置110的微控制器5010。
在531处，在接收OTA编程命令之后，微控制器5010确认OTA编程命令。微控制器5010能够确定例如OTA编程命令是否签署了适当的数字签名令牌。在确定OTA编程命令有效时，微控制器5010能够将传感器装置设置为OTA编程模式。在532处，微控制器5010能够确认OTA编程数据。在533处，微控制器5010能够重置传感器装置110以再初始化传感器装置110为编程状态。一旦传感器装置110过渡为OTA编程状态，微控制器5010能够开始于534向传感器装置的可再写入存储器540(例如存储器5020)写入数据和于535向传感器装置的OTP存储器550(例如存储式存储器5030)写入数据。通过微控制器5010写入的数据能够基于经确认的OTA编程数据。微控制器5010能够写入数据以导致OTP存储器550的一个或多个编程块或区被标记为失效或不可访问。向OTP存储器的空闲或未使用部分写入的数据能够用来替换OTP存储器550的失效或不可访问的编程块。在微控制器5010于534和535向各存储器写入数据之后，微控制器5010能够进行一次或多次软件完整性检查以确保在写入过程期间未向编程块引入错误。一旦微控制器5010能够确定数据已无错误地写入，微控制器5010能够继续传感器装置的标准操作。
在执行模式中，于536处，微控制器5010能够从可再写入的存储器540检索编程清单或配置文件。编程清单或配置文件能够包括有效软件编程块的列表并且能够包括对传感器110程序执行的引导。通过遵循编程清单或配置文件，微控制器5010能够确定OTP存储器550的哪个存储器块适于执行并且避免执行过期或失效编程块或引用过期数据。在537处，微控制器5010能够选择性地从OTP存储器550回收存储器块。在538处，微控制器5010能够使用所回收的存储器块，通过执行所储存的编程代码或使用存储器中储存的变量进行。
N.示范性安全和其它建构特征
如本文体现，在分析物传感器110和其它装置之间通信的第一层安全性能够基于安全性方案建立，所述方案通过用于通信的通信方案指定和在其中集成。又一层安全性能够基于需要紧邻通讯装置的通信方案。另外，某些包和/或包中包括的某些数据能够被加密，而其它包和/或包中的数据以其他方式被加密或未加密。额外地或另选地，能够以一种或多种块密码或流密码使用应用层加密以建立与分析物监测系统100中其它装置的相互验证和通信加密。
分析物传感器110的ASIC 5000能够经配置以用存储式存储器5030中保留的数据来动态产生验证和加密密钥。存储式存储器5030还能够用一组有效验证和加密密钥预编程以用于特定类别的装置。ASIC 5000能够进一步经配置以使用所接收的数据进行与其它装置的验证程序和在传送敏感数据之前将所产生的密钥用于该敏感数据。所产生的密钥能够是对分析物传感器110独特的，对一对装置独特的，对分析物传感器110和其它装置之间的通信对话独特的，对在通信对话期间发送的消息独特的，或对消息中含有的数据块独特的。
传感器110和数据接收装置120均能够确保授权在通信对话中的其它参与者例如发出命令或接收数据。在具体实施方式中，身份验证能够通过两种特征进行。第一，声称其身份的参与者提供由装置生产商或分析物监测系统100操作员签署的经确认的证书。第二，验证能够通过使用公共密钥和私人密钥和由其导出的共享秘密执行，通过分析物监测系统100的装置建立或通过分析物监测系统100操作员建立。为了确认其它参与者的身份，参与者能够提供参与者已控制其私人密钥的证据。
分析物传感器110、数据接收装置120的生产商或应用多目标数据接收装置130的提供者能够通过安全编程和更新提供装置安全通信必需的信息和编程。例如，生产商能够提供能够用来产生各装置的加密密钥的信息，包括用于分析物传感器110和任选用于数据接收装置120的固定根密钥，其能够与装置特异信息和操作数据(例如基于熵的随机值)组合使用以按需产生对装置、对话或数据传送独特的加密值。
与使用者有关的分析物数据是敏感数据，至少部分因为该信息能够用于各种意图，包括健康监测和剂量给药决定。除了使用者数据之外，分析物监测系统100还能够执行安全性加固以防止外来参与者进行反向工程。通信链路能够用装置独特的或对话独特的加密密钥来加密。在任何两个装置之间的加密通信或未加密通信能够用构入通信中的传送完整性检查验证。能够保护分析物传感器110操作免于篡改：经由通信界面限制对存储器5020读写功能的访问。传感器能够经配置以仅向"白名单"中提供的已知或"可信"装置授权访问，或者仅向能够提供与生产商有关的预定码的装置或以其他方式验证的使用者授权访问。白名单能够代表排它的范围，意指将不使用除白名单中包括的那些之外的连接标识；或者优选范围，其中首先搜索白名单，但仍能使用其它装置。如果请求者不能通过通信界面在预定时间段内(例如在4秒内)完成登入程序，传感器110能够进一步拒绝和关闭连接请求。这些特征防护对抗特定的拒绝服务攻击，和尤其是对抗在BLE界面上的拒绝服务攻击。
如本文体现，分析物监测系统100能够使用周期性密钥轮换来进一步降低密钥泄漏和利用的可能性。分析物监测系统100使用的密钥轮换策略能被设计用来支持现场部署或分布装置的反向兼容性。例如，分析物监测系统100能够使用下游装置(例如在现场的或无法可行地提供更新的装置)的密钥，其被设计用来与上游装置使用的多代密钥兼容。
出于示例目的而非限制，如图17所示参照用于本公开主题的消息序列图600的示范性实施方式，其展示一对装置、特别是传感器110和数据接收装置120之间的实例数据交换。如本文体现，数据接收装置120能够是数据接收装置120或多目标数据接收装置130。在步骤605，数据接收装置120能够将传感器激活命令605传送至传感器110，例如经由短程通信方案进行。在步骤605之前，传感器110能够处于主要休眠的状态，保留其电池直至需要完全激活。在步骤610期间激活之后，传感器110能够收集数据或进行对传感器110的传感硬件5060适当的其它操作。在步骤615，数据接收装置120能够初始化验证请求命令615。响应验证请求命令615，传感器110和数据接收装置120均能够参与相互验证过程620。相互验证过程620能够涉及数据包括挑战参数的转移，其允许传感器110和数据接收装置120确保另一装置能够充分坚持本文描述的同意安全框架。相互验证能够基于两个或更多个体相互验证的机理，需要或不需要在线可信第三方来证实经由挑战-响应建立密钥。相互验证能够用两次、三次、四次或五次验证或其相似形式进行。
在成功的相互验证过程620之后，在步骤625，传感器110能够向数据接收装置120提供传感器秘密625。传感器秘密能够含有传感器独特的值并且推导自在制造期间产生的随机值。传感器秘密能够在传送之前或期间被加密以防止第三方访问秘密。传感器秘密625能够经由通过或响应相互验证过程620产生的一个或多个密钥加密。在步骤630，数据接收装置120能够从传感器秘密导出传感器独特的加密密钥。传感器独特的加密密钥还能够是对话独特的。如此，传感器独特的加密密钥能够通过各装置确定，无需在传感器110或数据接收装置120之间传送。在步骤635，传感器110能够加密数据以包括在有效载荷中。在步骤640，传感器110能够将加密的有效载荷640传送至数据接收装置120，使用在传感器110和数据接收装置120的适当通信模型之间建立的通信链路。在步骤645，数据接收装置120能够用在步骤630期间导出的传感器独特的加密密钥解密有效载荷。在步骤645后，传感器110能够递送额外的(包括新收集的)数据而数据接收装置120能够适当地处理所接收的数据。
如本文讨论，传感器110能够是具有有限处理能力、电池供给和存储的装置。传感器110使用的加密技术(例如密码算法或算法的实现选择)能够至少部分基于这些限制来选择。数据接收装置120能够是更强大的装置，具有更少的此种限制。因此，数据接收装置120能够使用更复杂的、计算密集的加密技术，比如密码算法和实现。
O.示范性有效载荷/通信频率
分析物传感器110能够经配置以改变其可发现性行为，从而试图增加接收装置接收适当数据包的可能性和/或提供应答信号或以其它方式减少能导致无法接收应答信号的限制。改变分析物传感器110的可发现性行为能够包括例如但不限于改变连接数据被包括数据包中的频率，改变数据包一般传送的频率，延长或缩短数据包的广播窗口，改变分析物传感器110在广播之后收听应答或扫描信号的时间量，包括定向传送至已预先与分析物传感器110通信的一个或多个装置(例如通过一次或多次尝试传送)和/或至白名单上的一个或多个装置，在广播数据包时改变与通信模块有关的传送功率(例如增加广播范围或减少能耗和延长分析物传感器的电池寿命)，改变准备和广播数据包的速率，或者一种或多种其它变型的组合。额外地或另选地，接收装置能够类似地调节涉及装置收听行为的参数以增加接收包括连接数据的数据包的可能性。
如本文体现，分析物传感器110能够经配置以用两种类型的窗口广播数据包。第一窗口是指分析物传感器110经配置以操作通信硬件的速率。第二窗口是指分析物传感器110经配置以主动传送数据包(例如广播)的速率。例如，第一窗口能够指分析物传感器110在每个60秒时间段的第一个2秒期间操作通信硬件以发送和/或接收数据包(包括连接数据)。第二窗口能够指，在每个2秒窗口期间，分析物传感器110每60毫秒传送数据包。在2秒窗口期间的其余时间，分析物传感器110在扫描中。分析物传感器110能够延长或缩短每种窗口以调节分析物传感器110的可发现性行为。
在具体实施方式中，分析物传感器的可发现性行为能够被储存在可发现性配制文件中，和能够基于一种或多种因素比如分析物传感器110状态和/或通过应用基于分析物传感器110状态的规则来进行变更。例如，在分析物传感器110的电池水平低于某量时，规则能够导致分析物传感器110降低广播过程消耗的功率。作为又一实例，能够基于下述调节与广播或以其它方式传送包有关的配置设置：环境温度，分析物传感器110的温度，或分析物传感器110的通信硬件的某些组件的温度。除了调节传送功率之外，还能够调节与分析物传感器110通信硬件的传送能力或过程有关的其它参数，包括但不限于传送速率，频率和时机。作为又一实例，在分析物数据指出受试者正在或将要经历负面健康事件的情况下，规则能够导致分析物传感器110增加其可发现性以提醒所述负面健康事件的接收装置。
P.示范性传感器灵敏度初始化/调节特征
如本文体现，分析物传感器110的传感硬件5060的某些校准特征能够基于外部或内部环境特征调节以及补偿传感硬件5060在长时间不使用期间(例如在使用前的"货架时间")的衰减。传感硬件5060的校准特征能够通过传感器110(例如操作ASIC 5000以调节存储器5020或存储5030中的特征)自主调节或能够通过分析物监测系统100的其它装置调节。
例如，传感硬件5060的传感器灵敏度能够基于外部温度数据或制造以来的时间调节。在传感器存储期间监测外部温度时，在装置经历变化的存储条件时，本公开主题能够随时间适应性地改变对传感器灵敏度的补偿。出于示例目的而非局限，适应性灵敏度调节能够以"激活的"存储模式进行，其中周期地唤醒分析物传感器110以测量温度。这些特征能够节省分析物装置的电池和延长分析物传感器的寿命。在各温度测量时，分析物传感器110能够基于所测量的温度计算对于该时间间隔的灵敏度调节。然后，能够在激活的存储模式时间段内累计温度加权调节以计算在激活的存储模式终点(例如在插入时)的总传感器灵敏度调节值。类似地，在插入时，传感器110能够确定传感器110(能够写入ASIC 5000的存储5030)或传感硬件5060制造之间的时间差异并且根据一个或多个已知衰减速率或公式调节传感器灵敏度或其它校准特征。
额外地，出于示例目的而非限制，如本文体现，传感器灵敏度调节能够负责其它传感器条件比如传感器漂移。传感器灵敏度调节能够在制造期间硬编码入传感器110，例如在传感器漂移的情况下是基于对平均传感器漂移程度的估计。传感器110能够使用校准函数，其具有用于传感器偏移和增益的时间变化函数，其能够负责在传感器佩戴时间段内的漂移。从而，传感器110能够用函数来将间质电流转化为间质葡萄糖，其使用描述传感器110随时间漂移的装置条件函数，并且其能够代表传感器灵敏度，并且与葡萄糖曲线基线组合能够是装置特异性的。负责传感器灵敏度和漂移的所述函数能够在佩戴时间段内改善传感器110精确度且无需牵涉使用者校准。
Q.示范性基于模型的分析物测量
传感器110检测来自传感硬件5060的原始测量值。传感器上的处理能够比如通过经训练以理解原始测量值的一种或多种模型进行。模型能够是脱离装置训练的机器学习模型，其检测、预测或理解原始测量值从而检测、预测或理解一种或多种分析物的水平。额外训练模型能够在机器学习模型的输出上操作，所述模型经训练以与原始测量值相互作用。例如，模型能够用来基于传感硬件5060检测的分析物类型和原始测量值检测、预测或推荐事件。事件能够包括物理活动的开始或完成，用餐，施用医学治疗或给药，紧急健康事件，和相似性质的其它事件。
模型能够在制造期间或者在固件或软件更新期间提供给传感器110，数据接收装置120或多目标数据接收装置130。能够定期细化模型，比如由传感器110的生产商或分析物监测系统100的操作员基于从传感器110和单独使用者或多个使用者总体的数据接收装置接收的数据进行。在某些实施方式中，传感器110包括足够的计算组件来帮助进一步训练或细化机器学习模型，比如基于传感器110所附着的使用者的独特特征进行。机械学习模型能够包括例如但不限于使用下述训练的或涵盖下述的模型：决策树分析，梯度提升，ada提升，人工神经网络及其变型，线性判别分析，最近邻分析，支持向量机，监督或无监督分类等。除了机器学习模型之外，模型还能够包括基于算法或规则的模型。在从传感器110(或其它下游装置)接收数据之后，基于模型的处理能够通过其它装置进行，包括数据接收装置120或多目标数据接收装置130。
R.示范性警报特征
在传感器110和数据接收装置120之间传送的数据能够包括原始或经处理的测量值。在传感器110和数据接收装置120之间传送的数据能够还包括用于向使用者显示的警报或通知。数据接收装置120能够基于原始或经处理的测量值向使用者显示或者传送通知或者能够在从传感器110接收的情况下显示警报。可以触发用于向使用者显示的警报包括基于下述的警报：直接分析物值(例如一次性读数超过阈值或未能满足阈值)，分析物值趋势(例如在设定时间段内的平均读数超过阈值或未能满足阈值；斜率)；分析物值预测(例如基于分析物值的算法计算超过阈值或未能满足阈值)，传感器提示(例如检测到可能的故障)，通信提示(例如在传感器110和数据接收装置120之间无通信持续阈值时间段；未知装置尝试或未能初始化与传感器110的通信对话)，提醒(例如提醒给数据接收装置120充电；提醒服药或进行其它活动)，和相似性质的其它提示。出于示例目的而非限制，如本文体现，本文描述的警报参数能够是可由使用者配置的或能够在制造期间固定，或者使用者可设置的和使用者不可设置的参数的组合。
S.示范性电极构造
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能够使用二电极或三电极检测模式，如本文参照图18A-18C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19A-21C分开地描述。具有多个工作电极的传感器构造能够对在相同传感器尾部中构入两个不同活性区域特别有利，原因是能够更容易地确定来自各活性区域的信号贡献。
在单个工作电极存在于分析物传感器中的情况下，三电极传感器构造能够包括工作电极、对电极和参比电极。有关的二电极传感器构造能够包括工作电极和第二电极，其中所述第二电极能够充当对电极和参比电极(也即对/参比电极)。各电极能够在传感器尾部上彼此至少部分堆叠(层叠)和/或彼此侧向间隔。适宜的传感器构造能够是实质上扁平的形状或实质上圆柱的形状或任何适宜形状。在本文公开的任何传感器构造中，各电极能够通过介电材料或相似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能够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，所述一个额外电极能够充当所述多个工作电极的每一个的对/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能够充当所述多个工作电极的每一个的对电极而所述额外电极中的另一个能够充当所述多个工作电极的每一个的参比电极。
图18A显示示例性二电极分析物传感器构造的图解，其可以用于本文公开中。如所显示，分析物传感器200包括布置在工作电极214和对/参比电极20212之间的基底20216。另选地，工作电极214和对/参比电极20216能够位于基底20212的同侧上，其间介入介电材料(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能够包括配置用于检测分析物的多个点位或单个点位，如本文进一步讨论。在某些实施方式中，活性区域218能够包括本文公开的一种或多种酶系统，例如包含NAD(P)依赖性还原酶的酶系统，用于检测分析物。
仍参照图18A，膜220包覆至少活性区域218。在某些实施方式中，在活性区域含有两种不同的酶系统的情况下，膜220能够分开地包覆各区域。在某些实施方式中，膜220还能够包覆工作电极214和/或对/参比电极20216的某些或全部，或分析物传感器200的全部。分析物传感器200的一面或两面能够用膜220包覆。膜220能够包括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)。根据本文公开和下文进一步描述，在某些特定传感器构造中膜220能够用支化的交联剂交联。例如但不限于，膜220用如本文描述的交联试剂交联。膜220的组成和厚度能够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能够通过库伦法、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18B和18C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能够类似图18A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18B和18C)。在有额外电极217的情况下，对/参比电极20216则能够充当对电极或参比电极，而额外电极217实现未另外解释的另一电极功能。工作电极214继续实现其最初的功能。额外电极217能够布置在工作电极214或电极20216上，其间是介电材料间隔层。例如但不限于，如图18B描述，介电层219a、219b和219c将电极214、20216和217彼此分开并且提供电气隔离。另选地，电极214、20216和217中的至少一个能够位于基底20212的相反面，如图18C所示。从而，在某些实施方式中，电极214(工作电极)和电极20216(对电极)能够位于基底20212的相反面上，其中电极217(参比电极)位于电极214或20216之一上并且用介电材料与其间隔开。参比物质层230(例如Ag/AgCl)能够存在于电极217上，其中参比物质层230的位置并不局限于图18B和18C中描述的那些。对于示于图18A的传感器200，分析物传感器201和202中的活性区域218能够包括多个点位或单个点位。额外地，分析物传感器201和202能够通过库伦法、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还能够包覆活性区域218以及其它传感器组件，由此充当质量运输限制膜。在某些实施方式中，额外电极217能够用膜220包覆。尽管图18B和18C已描述电极214、20216和217用膜220包覆，应认识到在某些实施方式中仅工作电极214被包覆。此外，在电极214、20216和217各自的膜220的厚度能够是相同或不同的。如在二电极分析物传感器构造中那样(图18A)，在图18B和18C传感器构造中能够用膜220包覆分析物传感器201和202的一面或两面，或者能够包覆分析物传感器201和202整体。相应地，示于图18B和18C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19A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19A类似图18A，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能够包括配置用于检测各分析物的多个点位或单个点位。在活性区域218a和218b，膜220的组成能够变化或在组成上相同。第一活性区域218a和第二活性区域218b能够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。在某些实施方式中，218a和218b中任一活性区域能够包括本文公开的一种或多种酶系统，例如包含NAD(P)依赖性还原酶的酶系统，用于检测分析物。在某些实施方式中，活性区域218a和218b中仅一种能够包括本文公开的一种或多种酶系统，例如包含NAD(P)依赖性还原酶的酶系统，用于检测分析物。在某些实施方式中，活性区域218a和218b均能够包括本文公开的一种或多种酶系统，例如包含NAD(P)依赖性还原酶的酶系统，用于检测一种或多种分析物。
图19B和19C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19B和19C在其它方面类似图18B和18C并且能够通过参照它们更佳地理解。如图19A，在活性区域218a和218b膜220的组成能够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20-21C进一步详细描述。尽管下文描述主要涉及具有两个工作电极的传感器构造，应认识到能够通过拓展本文的公开并入多于两个工作电极。额外的工作电极能够用来赋予分析物传感器除仅第一分析物和第二分析物以外的额外传感能力，例如用于检测第三和/或第四分析物。
图20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包括在基底302的相反面上布置的工作电极304和306。第一活性区域310a布置在工作电极304表面上，而第二活性区域310b布置在工作电极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能够包覆至少活性区域310a和310b，其中分析物传感器300的其它组分或全部分析物传感器300任选也被膜340包覆。在某些实施方式中，膜340能够是连续的但在活性区域310a上和/或在活性区域310b上在组成上变化的(例如第一膜部分340a能够在组成上不同于第二膜部分340b)以便提供不同的渗透性值用于有差别地调节各位置的分析物通量。在某些实施方式中，不同的膜配制剂能够被喷雾和/或印刷至分析物传感器300的反面上。例如但不限于，第一膜部分340a能够包覆至少活性区域310a并且第二膜部分340b能够包覆至少活性区域310b，根据各种实施方式，包括分析物传感器300的其它组分或全部分析物传感器300。浸渍包衣技术也能够是适当的，特别是用于将双层膜的至少一部分沉积在活性区域310a和310b之一上。在某些实施方式中，膜340在活性区域310a和310b能够是在组成上相同或变化的。在某些实施方式中，第一膜部分340a和第二膜部分340b中的一个能够包含双层膜并且第一膜部分340a和第二膜部分340b中的另一个能够包含单一膜聚合物，根据本公开的具体实施方式描述。例如但不限于，膜340能够包括包覆活性区域310a的双层并且是包覆活性区域310b的均质膜，或者膜340能够包括包覆活性区域310b的双层并且是包覆活性区域310a的均质膜。在某些实施方式中，分析物传感器能够包括多于一种膜340，例如两种或更多种膜。例如但不限于，分析物传感器能够包括包覆一个或多个活性区域例如310a和310b的膜，和包覆整个传感器的额外膜，如图20所示。在所述构造中，双层膜能够在一个或多个活性区域例如310a和310b上形成。
在某些实施方式中，活性区域310a和310b中任一能够包括本文公开的一种或多种酶系统，例如包含NAD(P)依赖性还原酶的酶系统。在某些实施方式中，活性区域310a和310b中仅一种能够包括本文公开的一种或多种酶系统，例如包含NAD(P)依赖性还原酶的酶系统。在某些实施方式中，活性区域310a和310b均能够包括本文公开的一种或多种酶系统，例如包含NAD(P)依赖性还原酶的酶系统。
具有多个工作电极且不同于图20所示构造的备择传感器构造能够具有的特征是对/参比电极而不是分开的对电极和参比电极320、321，和/或具有的特征是与明确描述的那些不同的层和/或膜排列。例如但不限于，对电极320和参比电极321的定位能够与图20中的描述颠倒。此外，工作电极304和306不一定需要以图20所示的方式位于基底302的相反面。
尽管适宜的传感器构造能够具有的特征是实质上平面特性的电极，但应认识到特征是非平面电极的传感器构造能够是有利的并且特别适用于本文公开中。尤其是，实质上圆柱形的电极相对彼此同心布置能够促进质量运输限制膜的沉积，如下文描述。例如但不限于，沿传感器尾部的长度间隔开的同心工作电极能够促进通过相继的浸渍包衣操作进行膜沉积，其方式类似用于实质上平面的传感器构造的那些。图21A-21C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21A显示示例性传感器构造的透视图，其中多个电极实质上呈圆柱形并且围绕中央基底相互同心地布置。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互同心地布置。尤其是，工作电极410布置在中央基底402表面上，而介电层412布置在传感器尖端404远端的工作电极410部分上。工作电极420布置在介电层412上，而介电层422布置在传感器尖端404远端的工作电极420部分上。对电极430布置在介电层422上，而介电层432布置在传感器尖端404远端的对电极430部分上。参比电极440布置在介电层432上，而介电层442布置在传感器尖端404远端的参比电极440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纵轴B彼此间隔开。
还参照图21A，响应不同分析物或相同分析物的第一活性区域414a和第二活性区域414b分别布置在工作电极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21A中描述为三个离散点，应认识到在备择的传感器构造中能够存在小于或大于三个点、包括活性区域的连续层。在某些实施方式中，活性区域414a和414b中任一能够包括本文公开的一种或多种酶系统，例如包含NAD(P)依赖性还原酶的酶系统。在某些实施方式中，活性区域414a和414b中仅一种能够包括本文公开的一种或多种酶系统，例如包含NAD(P)依赖性还原酶的酶系统。在某些实施方式中，活性区域414a和414b均能够包括本文公开的一种或多种酶系统，例如包含NAD(P)依赖性还原酶的酶系统。
在图21A中，传感器400用膜450在其上布置的工作电极410和420和活性区域414a和414b上部分包覆。图21B显示备择传感器构造，其中实质全部传感器401用膜450包覆。在活性区域414a和414b，膜450能够在组成上相同或变化。例如，膜450能够包括包覆活性区域414a的双层并且是包覆活性区域414b的均质膜。
还应认识到，各种电极在图21A和21B中的位置能够不同于明确描绘的那些。例如，对电极430和参比电极440的位置能够与图21A和21B中描述的构造相反。类似地，工作电极410和420的位置并不局限于图21A和21B中明确描绘的那些。图21C显示相对图21B所示备择的传感器构造，其中传感器405含有定位更邻近传感器尖端404的对电极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的传感器构造能够是有利的，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21C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。类似地，中央基底402能够在本文公开的任何同心传感器构造中省略，其中最内层电极能够代替支撑随后沉积的层。
在某些实施方式中，本文描述的分析物传感器的一个或多个电极是金属丝电极例如可渗透的金属丝电极。在某些实施方式中，传感器尾部包含螺旋围绕在工作电极周围的工作电极和参比电极。在某些实施方式中，绝缘体被布置在工作电极与参比电极之间。在某些实施方式中，暴露电极的部分以允许一种或多种酶在电极上与分析物反应。在某些实施方式中，各电极形成自细金属丝，其具有约0.001英寸或更少至约0.010英寸或更多的直径。在某些实施方式中，工作电极具有约0.001英寸或更少至约0.010英寸或更多，例如约0.002英寸至约0.008英寸或约0.004英寸至约0.005英寸的直径。在某些实施方式中，电极形成自镀覆的绝缘体，镀覆的金属丝或整体导电物质。在某些实施方式中，工作电极包含形成自导电物质的金属丝，所述导电物质是比如铂、铂-铱、钯、石墨、金、碳、导电聚合物、合金等。在某些实施方式中，导电物质是可渗透的导电物质。在某些实施方式中，电极能够通过各种制备技术(例如整体金属处理，将金属沉积至基底上等)形成，电极能够形成自镀覆的金属丝(例如钢丝镀铂)或整体金属(例如铂丝)。在某些实施方式中，电极形成自钽金属丝，例如用导电物质包覆。
在某些实施方式中，参比电极，其能够单独充当参比电极或充当双重参比和对电极，形成自银、银/氯化银等。在某些实施方式中，参比电极与工作电极并列和/或与工作电极一起或围绕其扭曲。在某些实施方式中，参比电极螺旋围绕在工作电极周围。在某些实施方式中，金属丝组装物能够与绝缘物质一起包覆或附着以便提供绝缘的附着。
在某些实施方式中，额外电极能够包括在传感器尾部中。例如但不限于，三电极系统(工作电极、参比电极和对电极)和/或额外工作电极(例如用于检测第二分析物的电极)。在传感器包含两个工作电极的某些实施方式中，所述两个工作电极能够并列，而参比电极布置在其周围(例如螺旋围绕在两个或更多个工作电极周围)。在某些实施方式中，两个或更多个工作电极能够相互平行地延伸。在某些实施方式中，参比电极卷曲围绕工作电极和向传感器尾部的远端延伸(也即体内端)。在某些实施方式中，参比电极向工作电极的暴露区域(例如螺旋地)延伸。
在某些实施方式中，一个或多个工作电极螺旋围绕在参比电极周围。在提供两个或更多个工作电极的某些实施方式中，工作电极能够沿传感器尾部(例如围绕参比电极、绝缘棒或其它支持结构)的长度形成双螺旋、三螺旋、四螺旋或更多的螺旋构造。在某些实施方式中，电极例如两个或更多个工作电极是同轴形成的。例如但不限于，电极全部共享相同的中央轴。
在某些实施方式中，工作电极包括参比电极布置或卷曲在其中的管，其间包括绝缘体。另选地，参比电极包括工作电极布置或卷曲在其中的管，其间包括绝缘体。在某些实施方式中，提供聚合物(例如绝缘)棒，其中(例如通过电镀)布置一个或多个电极(例如一个或多个电极层)。在某些实施方式中，提供用(本文描述的)绝缘物质包覆的金属(例如钢或钽)棒或金属丝，其上布置一个或多个工作和参比电极。例如但不限于，本公开提供传感器例如传感器尾部，其包含一个或多个钽金属丝，其中导电材料布置在所述一个或多个钽金属丝的一部分上以充当工作电极。在某些实施方式中，镀铂的钽金属丝用绝缘物质覆盖，其中所述绝缘物质部分用银/氯化银组合物覆盖以充当参比和/或对电极。
在绝缘体布置在工作电极上(例如电极铂表面上)的某些实施方式中，绝缘体的一部分能够被剥离或者移除以暴露工作电极的电活性表面。例如但不限于，绝缘体的一部分能够通过手工、受激准分子激光、化学蚀刻、激光烧蚀、喷砂等移除。另选地，在沉积绝缘体之前能够掩盖电极的一部分以保持暴露的电活性表面。在某些实施方式中，剥离和/或移除的绝缘体部分能够是约0.1mm(约0.004英寸)或更少至约2mm(约0.078英寸)或更多的长度，例如约0.5mm(约0.02英寸)至约0.75mm(0.03英寸)的长度。在某些实施方式中，绝缘体是非导电聚合物。在某些实施方式中，绝缘体包含聚对二甲苯，氟化的聚合物，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚乙烯基吡咯烷酮，聚氨酯，聚酰亚胺和其它非导电聚合物。在某些实施方式中，玻璃或陶瓷物质还能够用于绝缘体层中。在某些实施方式中，绝缘体包含聚对二甲苯。在某些实施方式中，绝缘体包含聚氨酯。在某些实施方式中，绝缘体包含聚氨酯和聚乙烯基吡咯烷酮。
传感器的数个部分进一步描述如下。
2.酶
本公开提供分析物传感器，其包括经配置用于检测分析物的一种或多种活性区域。在某些实施方式中，本公开的分析物传感器的活性区域能够经配置用于间接测量一种或多种分析物。能够用所公开的分析物传感器检测例如间接检测的分析物的非限制性实例包括谷氨酸，葡萄糖，酮，乳酸，氧，血红蛋白A1C，白蛋白，醇，碱性磷酸酶，丙氨酸转氨酶，天冬氨酸氨基转移酶，胆红素，血尿素氮，钙，二氧化碳，氯化物，肌酸酐，血细胞比容，镁，氧，pH，磷，钾，天冬酰胺，天冬氨酸，钠，总蛋白质，尿酸，丙酮，乙酰乙酸，丙酮酸，乙醛，半乳糖，L-木糖酸-1,4-内酯，谷胱甘肽二硫醚，过氧化氢，亚油酸，1,3-二磷酸甘油酸，6-磷酸-D-葡萄糖酸-1,5-内酯或其组合。在某些实施方式中，分析物能够选自酮，乙酰乙酸，丙酮酸，乙醛，半乳糖，L-木糖酸-1,4-内酯，谷胱甘肽二硫醚，过氧化氢，亚油酸，1,3-二磷酸甘油酸，6-磷酸-D-葡萄糖酸-1,5-内酯等。在某些实施方式中，分析物是酮，例如丙酮。在某些实施方式中，分析物是乙酰乙酸。
在某些实施方式中，本公开的分析物传感器包括一种或多种酶系统，其在有关分析物存在下引起不同的分析物的水平变化。在某些实施方式中，不同的分析物在受试者中并不显著波动。不同的分析物例如葡萄糖的水平变化与有关分析物在样品中的水平成比例，并且监测这种变化能够提供对有关分析物的间接测量。在某些实施方式中，不同的分析物是在来自受试者的样品中并不显著波动的分析物。例如但不限于，如果不同的分析物是葡萄糖，那么受试者未患与葡萄糖失调有关的障碍例如糖尿病。
在某些实施方式中，所公开的分析物传感器的活性区域能够包括催化有关分析物还原的氧化还原酶。例如但不限于，活性区域能够包括氧化还原酶例如还原酶，其在辅酶或辅助因子存在下催化有关分析物的氧化还原反应。例如但不限于，辅助因子能够是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)或烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP)(本文统称"NAD(P)")。NAD(P)依赖性氧化还原酶的非限制性实例公开于Vidal et al.,Biochimia et Biophysica Acta(BBA)-Proteins and Proteomics 1866(2):327-347(2018)(参见表1和2)。在某些实施方式中，NAD(P)依赖性氧化还原酶能够是来自下述酶类别之一的酶：EC 1.1.1，EC 1.2.1，EC1.3.1，EC 1.4.1，EC 1.5.1，EC 1.6.1，EC 1.7.1，EC 1.8.1，EC 1.10.1，EC 1.11.1，EC1.12.1，EC 1.13.1，EC 1.14.1，EC 1.16.1，EC 1.17.1，EC 1.18.1，EC 1.19.1，EC 1.20.1，EC 1.21.1和/或EC 1.23.1。
在某些实施方式中，包括在分析物传感器的分析物响应性活性区域中的至少一种酶是NAD(P)依赖性氧化还原酶，例如NAD(P)依赖性还原酶。在某些实施方式中，包括在分析物传感器的分析物响应性活性区域中的至少一种酶是NAD(P)依赖性脱氢酶。
在某些实施方式中，本公开的分析物传感器的分析物响应性活性区域能够包括用于检测酮的一种或多种酶。例如但不限于，用于检测酮的一种或多种酶能够包括酮还原酶(KRED)。在某些实施方式中，用于检测乙酰乙酸的一种或多种酶能够包括β-羟基丁酸脱氢酶(本文也称为"3-羟基丁酸脱氢酶")。
在某些实施方式中，本公开的分析物传感器的分析物响应性活性区域能够包括用于检测乙酰乙酸的一种或多种酶。在某些实施方式中，用于检测乙酰乙酸的一种或多种酶能够包括β-羟基丁酸脱氢酶。
在某些实施方式中，本公开的分析物传感器的分析物响应性活性区域能够包括用于检测丙酮酸的一种或多种酶。在某些实施方式中，用于检测丙酮酸的一种或多种酶能够包括乳酸脱氢酶。
在某些实施方式中，本公开的分析物传感器的分析物响应性活性区域能够包括用于检测乙醛的一种或多种酶。在某些实施方式中，用于检测乙醛的一种或多种酶包括乙醇脱氢酶。
在某些实施方式中，本公开的分析物传感器的分析物响应性活性区域能够包括用于检测半乳糖的一种或多种酶。在某些实施方式中，用于检测半乳糖的一种或多种酶包括醛糖还原酶。
在某些实施方式中，本公开的分析物传感器的分析物响应性活性区域能够包括用于检测L-木糖酸-1,4-内酯的一种或多种酶。在某些实施方式中，用于检测L-木糖酸-1,4-内酯的一种或多种酶能够包括L-木糖1-脱氢酶。
在某些实施方式中，本公开的分析物传感器的分析物响应性活性区域能够包括用于检测谷胱甘肽二硫醚的一种或多种酶。在某些实施方式中，用于检测谷胱甘肽二硫醚的一种或多种酶能够包括谷胱甘肽还原酶。
在某些实施方式中，本公开的分析物传感器的分析物响应性活性区域能够包括用于检测过氧化氢的一种或多种酶。在某些实施方式中，用于检测过氧化氢的一种或多种酶能够包括NADH过氧化物酶。
在某些实施方式中，本公开的分析物传感器的分析物响应性活性区域能够包括用于检测亚油酸的一种或多种酶。在某些实施方式中，用于检测亚油酸的一种或多种酶能够包括δ12-脂肪酸脱氢酶。
在某些实施方式中，本公开的分析物传感器的分析物响应性活性区域能够包括用于检测1,3-二磷酸甘油酸的一种或多种酶。在某些实施方式中，用于检测1,3-二磷酸甘油酸的一种或多种酶能够包括甘油醛3-磷酸脱氢酶。
在某些实施方式中，本公开的分析物传感器的分析物响应性活性区域能够包括用于检测6-磷酸-D-葡萄糖酸-1,5-内酯的一种或多种酶。在某些实施方式中，用于检测6-磷酸-D-葡萄糖酸-1,5-内酯的一种或多种酶能够包括葡萄糖-6-磷酸脱氢酶。
在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括约10％至约80％重量，例如约15％至约75％、约20％至约70％、约25％至约65％或约30％至约60％重量的本文公开的一种或多种酶(例如一种或多种NAD(P)依赖性酶，例如一种或多种NAD(P)依赖性还原酶)。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括约10％至约80％重量，例如约15％至约75％、约20％至约70％、约25％至约65％、约30％至约60％重量、约20％至约60％或约20％至约50％的本文公开的一种或多种酶(例如一种或多种NAD(P)依赖性酶，例如一种或多种NAD(P)依赖性还原酶)。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括约10％至约80％重量，例如约15％至约75％、约20％至约70％、约25％至约65％或约30％至约60％重量的本文公开的一种或多种酶(例如一种或多种NAD(P)依赖性酶，例如一种或多种NAD(P)依赖性还原酶)。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括约10％至约80％重量，例如约15％至约75％、约20％至约70％、约25％至约65％或约30％至约60％重量的本文公开的一种或多种酶(例如一种或多种NAD(P)依赖性酶，例如一种或多种NAD(P)依赖性还原酶)。例如但不限于，分析物响应性活性区域能够包括约10％至约80％重量，例如约15％至约75％、约20％至约70％、约25％至约65％或约30％至约60％重量的至少一种NAD(P)依赖性氢化酶或NAD(P)依赖性还原酶。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括约20％至约70％的至少一种NAD(P)依赖性氢化酶或NAD(P)依赖性还原酶。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括约30％至约60％的至少一种NAD(P)依赖性氢化酶或NAD(P)依赖性还原酶。
在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够还包括稳定剂，例如用于使一种或多种酶稳定化。例如但不限于，稳定剂能够是白蛋白，例如血清白蛋白。血清白蛋白的非限制性实例包括牛血清白蛋白和人类血清白蛋白。在某些实施方式中，稳定剂是人类血清白蛋白。在某些实施方式中，稳定剂是牛血清白蛋白。在某些实施方式中，本公开的分析物响应性活性区域能够包括活性区域中存在的下述比率的稳定剂例如血清白蛋白:一种或多种酶(例如一种或多种NAD(P)依赖性还原酶)：约100:1至约1:100，例如约95:1至约1:95、约90:1至约1:90、约85:1至约1:85、约80:1至约1:80、约75:1至约1:75、约60:1至约1:60、约55:1至约1:55、约50:1至约1:50、约45:1至约1:45、约40:1至约1:40、约35:1至约1:35、约30:1至约1:30、约25:1至约1:25、约20:1至约1:20、约15:1至约1:15、约10:1至约1:10、约9:1至约1:9、约8:1至约1:8、约7:1至约1:7、约6:1至约1:6、约5:1至约1:5、约4:1至约1:4、约3:1至约1:3或约2:1至约1:2。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括活性区域中存在的下述比率的稳定剂:一种或多种酶：约50:1至约1:50。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括活性区域中存在的下述比率的稳定剂:一种或多种酶：约10:1至约1:10。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括活性区域中存在的下述比率的稳定剂:一种或多种酶：约7:1至约1:7。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括活性区域中存在的下述比率的稳定剂:一种或多种酶：约6:1至约1:6。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括活性区域中存在的下述比率的稳定剂:一种或多种酶：约5:1至约1:5。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括活性区域中存在的下述比率的稳定剂:一种或多种酶：约4:1至约1:4。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括活性区域中存在的下述比率的稳定剂:一种或多种酶：约2:1至约1:2。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括活性区域中存在的下述比率的稳定剂:一种或多种酶：约1:1。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括约5％至约50％，例如约10％至约50％、约15％至约45％、约20％至约40％、约20％至约35％或约20％至约30％重量的稳定剂。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括约5％至约40％重量的稳定剂。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括约5％至约35％重量的稳定剂。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括约5％至约30％重量的稳定剂。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括约10％至约30％重量的稳定剂。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括约15％至约35％重量的稳定剂。
在某些实施方式中，分析物响应性活性区域，例如分析物响应性活性区域，能够还包括分析物响应性活性区域中存在的一种或多种酶(例如一种或多种NAD(P)依赖性还原酶)的辅助因子或辅酶。在某些实施方式中，辅助因子或辅酶是NAD(P)或FAD。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括下述比率的辅助因子:酶：约40:1至约1:40，例如约35:1至约1:35、约30:1至约1:30、约25:1至约1:25、约20:1至约1:20、约15:1至约1:15、约10:1至约1:10、约9:1至约1:9、约8:1至约1:8、约7:1至约1:7、约6:1至约1:6、约5:1至约1:5、约4:1至约1:4、约3:1至约1:3、约2:1至约1:2或约1:1。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括下述比率的辅助因子:酶：约5:1至约1:5。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括下述比率的辅助因子:酶：约4:1至约1:4。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括下述比率的辅助因子:酶：约3:1至约1:3。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括下述比率的辅助因子:酶：约2:1至约1:2。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括下述比率的辅助因子:酶：约1:1。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括约10％至约50％重量，例如约15％至约45％、约20％至约40％、约20％至约35％或约20％至约30％重量的辅助因子。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括约20％至约40％重量的辅助因子。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括约20％至约30％重量的辅助因子。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括约15％至约35％重量的辅助因子。在某些实施方式中，辅助因子例如NAD(P)能够在物理上保留在分析物响应性活性区域中。例如但不限于，包覆分析物响应性活性区域的膜能够帮助将辅助因子保留在分析物响应性活性区域中同时仍允许足够的分析物向内扩散以允许对其进行检测。
A.不具有居间膜的活性区域
本公开提供分析物传感器，其包括用于检测分析物的一种或多种酶系统。在某些实施方式中，本公开的分析物传感器的分析物响应性活性区域包括两种或更多种酶系统，其协同地起作用以间接检测有关分析物，其中所述两种或更多种酶系统彼此重叠定位而不存在居间层。所述酶系统的非限制性实施方式提供于图22C、23C和26C中，而包括所述酶系统的活性区域建构的非限制性实施方式则提供于图22A、23A和26A中。另选地，协同地起作用以间接检测有关分析物的两种或更多种酶系统能够保留在相同的层中。
在某些实施方式中，通过使用第一酶系统和第二酶系统的组合能够间接测量分析物。在某些实施方式中，第一酶系统601响应第一分析物。在某些实施方式中，第二酶系统602在有关分析物例如第二分析物存在下消耗第一分析物。在某些实施方式中，第一分析物是在来自受试者的样品中以相对稳定水平存在的分析物。在某些实施方式中，在受试者中例如在测试中的受试者中，第一分析物不展示大于约5％，大于约10％，大于约20％，大于约30％，大于约40％或大于约50％的浓度变化。例如但不限于，受试者未患与第一分析物失调有关的障碍。
在某些实施方式中，这种酶系统示于图22C。在某些实施方式中，在本公开的分析物传感器中提供第一酶系统601，其包括对葡萄糖(也即第一分析物)特异性的酶。葡萄糖响应性酶，例如葡萄糖氧化酶(GOX)，在辅酶黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)存在下通过从葡萄糖接受电子催化葡萄糖形成葡萄糖酸内酯的氧化反应。电子然后从还原的FAD(FADH)转移至氧化还原介导物(例如X7)，其然后将电子转移至工作电极用于检测。在某些实施方式中，包括对有关分析物也即第二分析物特异性的酶的第二酶系统能够包括在本公开的分析物传感器的分析物响应性活性区域中。例如但不限于，第二酶系统602能够包括对有关分析物特异性的氧化还原酶。在某些实施方式中，这种酶系统示于图22C。在某些实施方式中，氧化还原酶是NAD(P)依赖性氧化还原酶，例如NAD(P)依赖性还原酶。NAD(P)依赖性还原酶，在其辅酶NAD存在下，能够催化有关分析物的还原和NADH形成NAD+的氧化。对葡萄糖特异性的第二酶系统的第二酶，即NAD依赖性葡萄糖响应性酶例如NAD依赖性葡萄糖脱氢酶(NADGDH)，能够在有关分析物的还原反应产生的NAD+存在下催化葡萄糖(也即第一分析物)形成葡萄糖酸内酯的氧化反应。协同地起作用的第一酶系统和第二酶系统的净结果是在有关分析物存在下的葡萄糖消耗以及基于葡萄糖水平的传感器信号的降低。在第二分析物不存在的情况下，葡萄糖仅能够充当第一酶系统的酶反应的底物并且基于葡萄糖的传感器信号将不受影响。在传感器信号与分析物水平之间的这种电流关系示于图22A，其显示在有关分析物存在下，基于葡萄糖浓度的传感器信号将被降低并且信号的降低与有关分析物在所测样品中的浓度成比例。在某些实施方式中，传感器信号与有关分析物例如第二分析物的水平成反比。
在某些实施方式中，能够用本文公开的分析物传感器检测的分析物能够是通过NAD(P)依赖性酶比如NAD(P)依赖性氧化还原酶还原的分析物。在某些实施方式中，分析物能够是谷氨酸，葡萄糖，酮，乳酸，氧，血红蛋白A1C，白蛋白，醇，碱性磷酸酶，丙氨酸转氨酶，天冬氨酸氨基转移酶，胆红素，血尿素氮，钙，二氧化碳，氯化物，肌酸酐，血细胞比容，镁，氧，pH，磷，钾，天冬酰胺，天冬氨酸，钠，总蛋白质，尿酸，丙酮，乙酰乙酸，丙酮酸，乙醛，半乳糖，L-木糖酸-1,4-内酯，谷胱甘肽二硫醚，过氧化氢，亚油酸，1,3-二磷酸甘油酸，6-磷酸-D-葡萄糖酸-1,5-内酯等。在某些实施方式中，分析物选自酮，丙酮，乙酰乙酸，丙酮酸，乙醛，半乳糖，L-木糖酸-1,4-内酯，谷胱甘肽二硫醚，过氧化氢，亚油酸，1,3-二磷酸甘油酸和6-磷酸-D-葡萄糖酸-1,5-内酯。能够用来催化这些分析物还原的NAD(P)依赖性氧化还原酶例如NAD(P)依赖性还原酶或NAD(P)依赖性脱氢酶的非限制性实例如上文描述。
在某些实施方式中，本公开的分析物传感器的分析物响应性活性区域能够具有图22A描述的结构。如图22A所示，两个分开的酶系统(也即第一酶系统601和第二酶系统602)直接彼此重叠形成层，而不存在居间膜层。在某些实施方式中，包括第一酶系统601的第一层直接布置在工作电极上(本文也称为"第一酶层")。在某些实施方式中，第一酶层包括葡萄糖响应性酶例如GOX，和氧化还原介导物。在某些实施方式中，包括第二酶系统602的第二层直接布置在第一酶层上(本文也称为"第二酶层")，如图22A所示。在某些实施方式中，第二酶层包括对有关分析物特异性的还原酶，NAD(P)依赖性葡萄糖响应性酶(例如NADGDH)和/或有关的辅酶例如NAD(P)。
在某些实施方式中，本公开提供用于检测丙酮的分析物传感器。适于检测丙酮的酶系统的非限制性实施方式在图23C中提供。在某些实施方式中，检测丙酮的分析物传感器能够包括第一酶系统701，其包含对第一分析物特异性的酶。在某些实施方式中，检测丙酮的分析物传感器能够包括第一酶系统701，其包含对葡萄糖(也即第一分析物)特异性的酶，也即葡萄糖响应性酶(例如GOX)。GOX在辅酶FAD存在下通过从葡萄糖接受电子催化葡萄糖形成葡萄糖酸内酯的氧化反应。电子然后从FADH转移至氧化还原介导物(例如X7)，其然后将电子转移至工作电极用于检测。在某些实施方式中，包含对丙酮特异性的酶的第二酶系统702包括在传感器中。在某些实施方式中，酶是酮还原酶。在某些实施方式中，酮还原酶在其辅酶NAD存在下能够催化丙酮的还原和NAD形成NAD+的氧化。第二酶系统的第二酶，即NAD依赖性葡萄糖响应性酶(例如NADGDH)，能够在通过丙酮的还原反应产生的NAD+存在下催化葡萄糖(也即第一分析物)形成葡萄糖酸内酯的氧化反应。协同地起作用的第一酶系统和第二酶系统的净结果是在丙酮存在下的葡萄糖消耗和葡萄糖传感器信号的降低。在丙酮不存在的情况下，葡萄糖仅能够充当第一酶系统的酶反应的底物并且基于葡萄糖的传感器信号将不受影响。在传感器信号与丙酮水平之间的该电流关系示于图23B，其显示在丙酮存在下，基于葡萄糖浓度的传感器信号将降低并且信号的降低与丙酮浓度成比例。
在某些实施方式中，本公开丙酮传感器的分析物响应性活性区域能够具有图23A描述的结构。如图23A所示，两个分开的酶系统(也即第一酶系统701和第二酶系统702)直接彼此重叠形成层，而不存在居间膜层。在某些实施方式中，包括第一酶系统701的第一层直接布置在工作电极上(本文也称为"第一酶层")。在某些实施方式中，第一酶层包括葡萄糖响应性酶例如GOX，和氧化还原介导物。在某些实施方式中，包括第二酶系统702的第二层直接布置在第一酶层上(本文也称为"第二酶层")，如图23A所示。在某些实施方式中，第二酶层包括对丙酮特异性的酮还原酶(KRED)，NAD(P)依赖性葡萄糖响应性酶(例如NADGDH)和/或有关的辅酶例如NAD(P)。
在某些实施方式中，本公开提供用于检测乙酰乙酸的分析物传感器。适于检测乙酰乙酸的酶系统的非限制性实施方式在图26C中提供。在某些实施方式中，检测乙酰乙酸的分析物传感器能够包括第一酶系统1001，其包含响应第一分析物的酶。在某些实施方式中，检测乙酰乙酸的分析物传感器能够包括第一酶系统1001，其包含葡萄糖响应性酶例如GOX。如本文描述，GOX在FAD存在下通过从葡萄糖接受电子催化葡萄糖形成葡萄糖酸内酯的氧化反应。电子然后从FADH转移至氧化还原介导物(例如X7)，其然后将电子转移至工作电极用于检测。在某些实施方式中，包含对乙酰乙酸特异性的酶的第二酶系统1002包括在传感器中。在某些实施方式中，酶是脱氢酶，例如3-羟基丁酸脱氢酶(HBDH)。在某些实施方式中，HBDH在其辅酶NAD存在下能够催化乙酰乙酸的还原和NAD形成NAD+的氧化。第二酶系统的第二酶，即NAD(P)依赖性葡萄糖响应性酶(例如NADGDH)，能够在通过乙酰乙酸的还原反应产生的NAD+存在下催化葡萄糖(也即第一分析物)形成葡萄糖酸内酯的氧化反应。协同地起作用的第一酶系统和第二酶系统的净结果是在乙酰乙酸存在下的葡萄糖消耗和葡萄糖传感器信号的降低。在乙酰乙酸不存在的情况下，葡萄糖仅能够充当第一酶系统的酶反应的底物并且基于葡萄糖的传感器信号将不受影响。在传感器信号与乙酰乙酸水平之间的该电流关系示于图26B，其显示在乙酰乙酸存在下，基于葡萄糖浓度的传感器信号将降低并且信号的降低与乙酰乙酸浓度成比例。
在某些实施方式中，本公开乙酰乙酸传感器的分析物响应性活性区域能够具有图26A描述的结构。如图26A所示，两个分开的酶系统(也即第一酶系统1001和第二酶系统1002)直接彼此重叠形成层，而不存在居间膜层。适于检测乙酰乙酸的酶系统的非限制性实施方式在图26C中提供。在某些实施方式中，包括第一酶系统1001的第一层直接布置在工作电极上(本文也称为"第一酶层")。在某些实施方式中，第一酶层包括葡萄糖响应性酶例如GOX，和氧化还原介导物。在某些实施方式中，包括第二酶系统1002的第二层直接布置在第一酶层上(本文也称为"第二酶层")，如图26A所示。在某些实施方式中，第二酶层包括对乙酰乙酸特异性的还原酶(例如HBDH)，NAD(P)依赖性葡萄糖响应性酶(例如NADGDH)和/或有关的辅酶例如NAD(P)。
在某些实施方式中，第一酶系统和第二酶系统保留在相同的酶层中。例如但不限于，响应第一分析物例如葡萄糖的酶与响应有关分析物例如第二分析物的酶存在于相同的层中。在某些实施方式中，葡萄糖响应性酶例如GOX与响应有关分析物例如第二分析物的NAD(P)依赖性还原酶存在于相同的层中。
B.具有居间膜的活性区域
本公开提供分析物传感器，其包括用于检测分析物的一种或多种酶系统。在某些实施方式中，本公开的分析物传感器的分析物响应性活性区域包括协同地起作用以直接检测有关分析物的两种或更多种酶系统，其中所述两种酶系统通过居间膜层分开。所述酶系统的非限制性实施方式在图25C-25D和27C-27D中提供，并且包括所述酶系统的活性区域的建构的非限制性实施方式在图25A和27A中提供。
在某些实施方式中，有关分析物能够通过使用酶系统检测，所述酶系统包括对第一分析物和有关分析物(也即第二分析物)特异性的酶，其中有关分析物在第一分析物存在下被转化为中间体产物。然后通过又一酶系统检测中间体产物，所述酶系统产生与有关分析物(也即第二分析物)的量成比例的可测量信号。
在某些实施方式中，第一分析物是在来自受试者的样品中以相对稳定水平存在的分析物。在某些实施方式中，在受试者中例如在测试中的受试者中，第一分析物不展示大于约5％，大于约10％，大于约20％，大于约30％，大于约40％或大于约50％的浓度变化。例如但不限于，受试者未患与第一分析物失调有关的障碍。
在某些实施方式中，能够用本文公开的分析物传感器检测的分析物能够是通过NAD(P)依赖性酶比如NAD(P)依赖性氧化还原酶还原的分析物。在某些实施方式中，分析物能够是谷氨酸，葡萄糖，酮，乳酸，氧，血红蛋白A1C，白蛋白，醇，碱性磷酸酶，丙氨酸转氨酶，天冬氨酸氨基转移酶，胆红素，血尿素氮，钙，二氧化碳，氯化物，肌酸酐，血细胞比容，镁，氧，pH，磷，钾，天冬酰胺，天冬氨酸，钠，总蛋白质，尿酸，丙酮，乙酰乙酸，丙酮酸，乙醛，半乳糖，L-木糖酸-1,4-内酯，谷胱甘肽二硫醚，过氧化氢，亚油酸，1,3-二磷酸甘油酸，6-磷酸-D-葡萄糖酸-1,5-内酯等。在某些实施方式中，分析物选自酮，丙酮，乙酰乙酸，丙酮酸，乙醛，半乳糖，L-木糖酸-1,4-内酯，谷胱甘肽二硫醚，过氧化氢，亚油酸，1,3-二磷酸甘油酸和6-磷酸-D-葡萄糖酸-1,5-内酯。能够用来催化这些分析物还原的NAD(P)依赖性氧化还原酶例如NAD(P)依赖性还原酶或NAD(P)依赖性脱氢酶的非限制性实例如上文描述。
在某些实施方式中，本公开的分析物传感器的分析物响应性活性区域能够具有图25A描述的结构。如图25A所示，两个分开的酶系统(也即第一酶系统(902)和第二酶系统(904))通过膜层903分开。在某些实施方式中，包括第一酶系统902(本文也称为"第一酶层")的第一层布置在、例如直接布置在膜层903上。在某些实施方式中，第一膜层901布置在第一酶层902上。在某些实施方式中，活性区域包括第二层(本文也称为"第二酶层")，其包括介于工作电极与膜层903(例如第二膜层)之间的第二酶系统904，如图25A所示。在某些实施方式中，第一酶层包括第一酶系统，其包含响应第一分析物的NAD(P)依赖性酶和用于有关分析物(例如第二分析物)的NAD(P)依赖性还原酶。在某些实施方式中，第二酶层包括第二酶系统，其包含响应有关分析物(例如第二分析物)的中间体的NAD(P)依赖性酶。在某些实施方式中，中间体是有关分析物(例如第二分析物)的还原形式。
本公开提供用于检测丙酮的分析物传感器。例如但不限于，检测丙酮的分析物传感器能够包括第一酶系统和第二酶系统。在某些实施方式中，检测丙酮的分析物传感器能够包括示于图25C(例如第一酶系统)和图25D(例如第二酶系统)的酶系统。在某些实施方式中，对葡萄糖(也即第一分析物)特异性的第一酶系统的第一酶是NAD(P)依赖性葡萄糖响应性酶例如NAD依赖性葡萄糖脱氢酶，其在辅酶NAD存在下催化葡萄糖氧化，产生还原的NAD(也即NADH)和葡萄糖酸内酯。对丙酮特异性的第一酶系统的第二酶也即酮还原酶在NADH存在下催化丙酮反应，产生异丙醇(IPA)。通过第一酶系统产生的IPA(本文也称为中间体产物)能够然后用作第二酶系统的底物以产生可测量信号。在某些实施方式中，第二酶系统包含能够用于检测IPA的一对酶。在某些实施方式中，该对协同酶能够是酮还原酶或醇脱氢酶和黄递酶。在某些实施方式中，在NAD+存在下酮还原酶或醇脱氢酶能够将IPA转化为丙酮并将NAD+转化为NADH。NADH能够然后通过黄递酶氧化为NAD+，其能够然后将电子转移至氧化还原介导物例如X7。氧化还原介导物能够然后在阳极也即工作电极处被氧化。在该反应期间转移的电子提供在工作电极处检测IPA的基础。然后能够将所获得的电化学信号与样品中最初存在的丙酮量相关联。在某些实施方式中，第一酶系统和第二酶系统的酮还原酶能够是相同的。另选地，第一酶系统和第二酶系统的酮还原酶能够是不同的。例如但不限于，第二酶系统的酮还原酶能够是醇脱氢酶。在某些实施方式中，包括这两种酶系统的本公开丙酮传感器的分析物响应性活性区域能够具有图25A描述的结构，如上文描述。
本公开的提供用于检测乙酰乙酸的分析物传感器。例如但不限于，检测乙酰乙酸的分析物传感器能够包括第一酶系统和第二酶系统)。在某些实施方式中，检测乙酰乙酸的分析物传感器能够包括示于图27C(例如第一酶系统)和27D(例如第二酶系统)的酶系统。在某些实施方式中，对葡萄糖(也即第一分析物)特异性的第一酶系统的第一酶是NAD(P)依赖性葡萄糖响应性酶例如NAD依赖性葡萄糖脱氢酶，其在辅酶NAD存在下催化葡萄糖氧化，产生NADH和葡萄糖酸内酯。对乙酰乙酸特异性的第一酶系统的第二酶，也即NAD依赖性还原酶(例如3-羟基丁酸脱氢酶(HBDH))，在NADH存在下催化乙酰乙酸反应，产生3-羟基丁酸(3-HB；本文也称为"β-羟基丁酸")。通过第一酶系统产生的3-HB能够然后用作第二酶系统的底物以产生可测量信号。在某些实施方式中，第二酶系统包含能够用于检测3-HB的一对酶。在某些实施方式中，该对协同酶能够包括NAD依赖性还原酶例如3-羟基丁酸脱氢酶(HBDH)，和黄递酶。在某些实施方式中，在NAD+存在下3-羟基丁酸脱氢酶能够将3-HB转化为乙酰乙酸并将NAD+转化为NADH。NADH能够然后通过黄递酶氧化为NAD+，其能够然后将电子转移至氧化还原介导物例如X7。氧化还原介导物能够然后在阳极也即工作电极处被氧化，和在该反应期间转移的电子提供在工作电极处检测IPA的基础。所获得的电化学信号能够然后与在样品例如间质液中最初存在的乙酰乙酸量相关联。在某些实施方式中，第一酶系统和第二酶系统的NAD依赖性还原酶能够是相同的。另选地，第一酶系统的NAD依赖性还原酶和第二酶系统的NAD依赖性还原酶能够是不同的。在某些实施方式中，包括这两种酶系统的本公开乙酰乙酸传感器的分析物响应性活性区域能够具有图27A描述的结构。
如图27A所示，两个分开的酶系统(也即第一酶系统(1102)和第二酶系统(1104))通过膜层1103分开。在某些实施方式中，包括第一酶系统1102的第一层(本文也称为"第一酶层")布置在、例如直接布置在膜层1103上。在某些实施方式中，第一酶系统包括NAD(P)依赖性葡萄糖响应性酶(例如NAD依赖性葡萄糖脱氢酶)和对乙酰乙酸特异性的NAD依赖性还原酶(例如3-羟基丁酸脱氢酶(HBDH))。在某些实施方式中，第一膜层1101布置在第一酶层1102上。在某些实施方式中，活性区域包括第二层(本文也称为"第二酶层")，其包括介于工作电极与膜层1103(例如第二膜层)之间的第二酶系统1104，如图27A所示。在某些实施方式中，第二酶系统包括对3-HB特异性的NAD依赖性还原酶(例如3-羟基丁酸脱氢酶(HBDH))和黄递酶。
在某些实施方式中，第一膜层和第二膜层具有相同的组成。另选地，所述两种膜层的组成能够是不同的，如本文公开。例如但不限于，第一膜层能够是如本文描述的质量运输限制膜。在某些实施方式中，第二膜层能够是如本文描述的质量运输限制膜。在某些实施方式中，所述膜层中任一种能够包含如本文描述用于产生质量运输限制膜的一种或多种聚合物。在某些实施方式中，第一膜层和/或第二膜层包含基于聚乙烯吡啶的聚合物。在某些实施方式中，第一膜层和/或第二膜层包含聚合物或共聚物，其包含聚乙烯吡啶(例如聚(2-乙烯基吡啶)或聚(4-乙烯基吡啶))或其衍生物。
在某些实施方式中，本公开的分析物传感器，例如如部分2A和2B所述，能够还包括第二工作电极。在某些实施方式中，第二工作电极上的活性区域("第二活性区域")经配置以检测与第一活性区域不同的分析物。另选地，第二分析物响应性活性区域经配置以检测与第一活性区域相同的分析物。在某些实施方式中，第二分析物选自谷氨酸，葡萄糖，酮，乳酸，氧，血红蛋白A1C，白蛋白，醇，碱性磷酸酶，丙氨酸转氨酶，天冬氨酸氨基转移酶，胆红素，血尿素氮，钙，二氧化碳，氯化物，肌酸酐，血细胞比容，镁，氧，pH，磷，钾，天冬酰胺，天冬氨酸，钠，总蛋白质，尿酸，丙酮，乙酰乙酸，丙酮酸，乙醛，半乳糖，L-木糖酸-1,4-内酯，谷胱甘肽二硫醚，过氧化氢，亚油酸，1,3-二磷酸甘油酸和/或6-磷酸-D-葡萄糖酸-1,5-内酯。
在某些实施方式中，所述分析物传感器能够包括具有至少第一工作电极和第二工作电极的传感器尾部，布置在第一工作电极表面上的第一分析物响应性活性区域和布置在第二工作电极表面上的第二分析物响应性活性区域。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域中的至少一个包含NAD(P)依赖性还原酶。在某些实施方式中，其它分析物响应性活性区域经配置以检测与响应NAD(P)依赖性还原酶的分析物不同的分析物。在某些实施方式中，各分析物的检测能够包括将电位分开地施加至各工作电极，从而从各酶系统获得分开的信号。然后，得自各分析物的信号能够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。在某些具体实施方式中，分析物信号与分析物浓度的关联能够通过使用处理器进行。
也应认识到分析物传感器对各分析物的灵敏度(输出电流)能够通过改变活性区域的覆盖(面积或尺寸)，活性区域相对彼此的面积比，包覆活性区域的质量运输限制膜的特性、厚度和/或组成而变化。这些参数的改变能够通过本领域技术人员一旦获得本文公开的益处之后容易地进行。
3.氧化还原介导物
在某些实施方式中，本文公开的分析物传感器的活性区域能够包括电子转移试剂。在某些实施方式中，电子转移试剂在活性区域中的存在能够取决于用来检测分析物的酶或酶系统和/或工作电极的组成。
在某些实施方式中，分析物传感器的一个或多个活性位点能够包括电子转移试剂。例如但不限于，分析物传感器能够包括：包括电子转移试剂的一种分析物响应性活性区域，和不包括电子转移试剂的第二分析物响应性活性区域。另选地，分析物传感器能够包括两种分析物响应性活性区域，其中分析物响应性活性区域均包括电子转移试剂。
在某些实施方式中，分析物响应性活性区域中的一种或多种酶层能够包括电子转移试剂。例如但不限于，分析物传感器能够包括：包括电子转移试剂的分析物响应性活性区域中的第一酶层，和不包括电子转移试剂的分析物响应性活性区域中的第二酶层。另选地，分析物传感器能够包括分析物响应性活性区域中的两种酶层，其中酶层均包括电子转移试剂。在某些实施方式中，直接布置在工作电极上的酶层包含电子转移试剂(参见例如图22A(例如601)，图23A(例如701)，图25A(例如904)，图26A(例如1001)和图27A(例如1104))。
在分析物在相应活性区域中发生酶促氧化还原反应之后，在本公开的分析物传感器中使用的适宜电子转移试剂能够促进电子向相邻工作电极的运送，由此产生指示特定分析物存在的电流。产生的电流量与存在的分析物量成比例。
在某些实施方式中，适宜的电子转移剂能够包括可电还原的和可电氧化的离子、配合物或分子(例如醌)，其具有在标准氯化亚汞电极(SCE)氧化还原电位以上或以下数百毫伏的氧化还原电位。在某些实施方式中，氧化还原介导物能够包括锇配合物和其它过渡金属配合物，比如描述于U.S.专利号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.专利号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。适宜氧化还原介导物的其它实例包括钌、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，例如包括其金属茂化合物。金属配合物的适宜配体还能够包括例如二齿或高齿配体例如联吡啶，联咪唑，菲咯啉或吡啶基(咪唑)。其它适宜的二齿配体能够包括例如氨基酸，草酸，乙酰丙酮，二氨基烷烃或邻-二氨基芳烃。单齿、二齿、三齿、四齿或更高齿配体的任何组合能够存在于金属配合物例如锇配合物中从而实现完全配位球。在某些实施方式中，电子转移试剂是锇配合物。在某些实施方式中，电子转移试剂是与二齿配体配合的锇。在某些实施方式中，电子转移试剂是与三齿配体配合的锇。
在某些实施方式中，本文公开的电子转移试剂能够包含适宜的官能团来促进在活性区域中与聚合物(本文也称为聚合物骨架)的共价键合，如下文进一步讨论。例如但不限于，本公开中使用的电子转移试剂能够包括聚合物结合的电子转移试剂。聚合物结合的电子转移试剂的适宜非限制性实例包括描述于U.S.专利号8,444,834、8,268,143和6,605,201的那些，通过援引将其公开全部并入本文。在某些实施方式中，电子转移试剂是结合至本文描述的聚合物的二齿锇配合物。在某些实施方式中，电子转移试剂是结合至本文描述的聚合物例如下文第4部分描述的聚合物骨架的二齿锇配合物。在某些实施方式中，U.S.专利号8,444,834图3所示的聚合物结合的电子转移试剂能够用于本公开的传感器中。
在某些实施方式中，用于检测分析物的活性区域能够包括电子转移试剂。例如但不限于，本公开的分析物传感器能够包括具有至少第一工作电极的传感器尾部，布置在第一工作电极表面上的包括第一酶系统和电子转移试剂的(例如产生第一酶层的)第一分析物响应性区域。在某些实施方式中，本公开的分析物传感器能够还包括布置在第一酶系统上的(例如产生第二酶层的)第二酶系统。在某些实施方式中，膜将第一酶系统(例如第一酶层)和第二酶系统(例如第二酶层)分开，例如如图25A和27A所示。在某些实施方式中，活性区域不包括将第一酶系统(例如第一酶层)和第二酶系统(例如第二酶层)分开的膜，例如如图22A、23A和26A所示。在某些实施方式中，第二酶系统和/或第一酶系统不包括电子转移试剂，例如如图22A、23A、25A、26A和27A所示和实施例中所描述。在某些实施方式中，第二酶系统不包括电子转移试剂，如图22A、23A和26A所示和实施例中所描述。在某些实施方式中，第一酶系统包括电子转移试剂，如图22A、23A和26A所示和实施例中所描述。在某些实施方式中，第一酶系统不包括电子转移试剂，如图25A和27A所示和实施例中所描述。在某些实施方式中，第二酶系统包括电子转移试剂，如图25A和27A所示和实施例中所描述。
在某些实施方式中，本公开的活性区域能够包括下述比率的一种或多种酶例如NAD(P)依赖性酶(例如NAD(P)依赖性氧化还原酶):氧化还原介导物：约100:1至约1:100，例如约95:1至约1:95、约90:1至约1:90、约85:1至约1:85、约80:1至约1:80、约75:1至约1:75、约60:1至约1:60、约55:1至约1:55、约50:1至约1:50、约45:1至约1:45、约40:1至约1:40、约35:1至约1:35、约30:1至约1:30、约25:1至约1:25、约20:1至约1:20、约15:1至约1:15、约10:1至约1:10、约9:1至约1:9、约8:1至约1:8、约7:1至约1:7、约6:1至约1:6、约5:1至约1:5、约4:1至约1:4、约3:1至约1:3或约2:1至约1:2。在某些实施方式中，活性区域能够包括下述比率的一种或多种酶例如NAD(P)依赖性酶(例如NAD(P)依赖性氧化还原酶):氧化还原介导物：约7:1至约1:7。在某些实施方式中，活性区域能够包括下述比率的一种或多种酶例如NAD(P)依赖性酶(例如NAD(P)依赖性氧化还原酶):氧化还原介导物：约6:1至约1:6。在某些实施方式中，活性区域能够包括下述比率的一种或多种酶例如NAD(P)依赖性酶(例如NAD(P)依赖性氧化还原酶):氧化还原介导物：约5:1至约1:5。在某些实施方式中，活性区域能够包括下述比率的一种或多种酶例如NAD(P)依赖性酶(例如NAD(P)依赖性氧化还原酶):氧化还原介导物：约4:1至约1:4。在某些实施方式中，活性区域能够包括下述比率的一种或多种酶例如NAD(P)依赖性酶(例如NAD(P)依赖性氧化还原酶):氧化还原介导物：约3:1至约1:3。在某些实施方式中，活性区域能够包括下述比率的一种或多种酶例如NAD(P)依赖性酶(例如NAD(P)依赖性氧化还原酶):氧化还原介导物：约2:1至约1:2。在某些实施方式中，活性区域能够包括下述比率的一种或多种酶例如NAD(P)依赖性酶(例如NAD(P)依赖性氧化还原酶):氧化还原介导物：约1:1。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括约10％至约50％重量的氧化还原介导物，例如约15％至约45％、约20％至约40％、约20％至约35％或约20％至约30％重量的氧化还原介导物。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括约5％至约35％重量的氧化还原介导物。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括约10％至约35％重量的氧化还原介导物。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括约10％至约30％重量的氧化还原介导物。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括约20％至约30％重量的氧化还原介导物。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括约15％至约35％重量的氧化还原介导物。
4.聚合物骨架
在某些实施方式中，用于促进分析物检测的一种或多种活性位点能够包括酶和/或氧化还原介导物与之共价结合的聚合物。活性区域中能够存在任何适宜的聚合物骨架用于通过酶和/或氧化还原介导物与之共价键合促进分析物检测。活性区域中的适宜聚合物的非限制性实例包括聚乙烯基吡啶例如聚(4-乙烯基吡啶)和/或聚(2-乙烯基吡啶)，和聚乙烯咪唑例如聚(N-乙烯基咪唑)和聚(1-乙烯基咪唑)，或其共聚物，例如其中季铵化的吡啶基团充当氧化还原介导物或酶与之的附着点。例如，能够适于包含入活性区域中的示例性共聚物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。在某些实施方式中，聚合物是乙烯基吡啶和苯乙烯的共聚物。在某些实施方式中，活性区域中能够存在的聚合物包括聚氨酯或其共聚物，和/或聚乙烯基吡咯烷酮。活性区域中能够存在的聚合物的其他非限制性实例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)。在分析物传感器包括两种活性位点的某些实施方式中，各活性区域中的聚合物能够是相同或不同的。在某些实施方式中，聚合物是聚乙烯吡啶或者乙烯基吡啶和苯乙烯的共聚物。
在某些实施方式中，聚合物是基于聚乙烯吡啶的聚合物。在某些实施方式中，聚合物是聚乙烯基吡啶或其共聚物。在某些实施方式中，聚合物是乙烯基吡啶和苯乙烯的共聚物。
在某些实施方式中，本公开的分析物传感器的分析物响应性活性区域能够包括如本文描述的一种或多种酶层。在某些实施方式中，活性区域能够包括两种酶层。在某些实施方式中，各酶层能够包括聚合物。另选地，酶层中仅一种能够包括聚合物。例如但不限于，包括氧化还原介导物的酶层含有聚合物。在某些实施方式中，酶层不包括聚合物。
在某些实施方式中，分析物响应性活性区域的一种或多种酶能够共价键合至聚合物。例如但不限于，NAD(P)依赖性酶能够共价键合至分析物响应性活性区域中的聚合物。在某些实施方式中，在具有多种酶的酶系统存在于给定活性区域中的情况下，所述多种酶全部能够共价键合至聚合物。在某些其它实施方式中，所述多种酶的仅一部分共价键合至聚合物。例如但不限于，酶系统中的一种或多种酶能够共价键合至聚合物并且至少一种酶能够与聚合物非共价地结合，从而所述非共价地键合的酶在物理上保留在聚合物中。在某些实施方式中，在活性区域包括第一酶系统和第二酶系统的情况下，来自第一酶系统的一种或多种酶共价键合至活性区域中的聚合物，而第二酶系统中的一种或多种酶能够与聚合物非共价地结合。
在某些实施方式中，包覆分析物响应性活性区域的膜能够帮助将所述一种或多种酶保留在分析物响应性活性区域中同时仍允许充足的分析物向内扩散从而允许其检测。用于包覆分析物响应性活性区域的适宜膜聚合物在本文中进一步讨论。
在某些实施方式中，在稳定剂存在于活性区域中的情况下，在该活性区域中的一种或多种酶能够共价键合至所述稳定剂。例如但不限于，一种或多种酶能够共价键合至活性区域中存在的稳定剂例如白蛋白。在某些实施方式中，本公开的活性区域中存在的NAD(P)依赖性酶能够共价键合至稳定剂。
在某些具体实施方式中，在给定活性区域中一种或多种酶和/或氧化还原介导物与聚合物和/或稳定剂的共价键合能够经由适宜交联试剂引入的交联而发生。在某些实施方式中，聚合物和/或稳定剂与一种或多种酶和/或氧化还原介导物的交联能够减少酶组合物从电极剥离的发生。适宜的交联试剂能够包括一种或多种可交联的官能团，比如但不限于乙烯基，烷氧基，乙酰氧基，烯氧基，肟，氨基，羟基，氰基，卤代，丙烯酸盐/酯，环氧化物和异氰酸基。在某些实施方式中，交联试剂包含一种或多种、两种或更多种、三种或更多种或者四种或更多种(一个或多个、两个或更多个、三个或更多个或者四个或更多个)环氧化物基团。例如但不限于，用于本公开的交联剂能够包括一个、二个、三个和四个环氧乙烷。在某些实施方式中，用于与酶中游离氨基(例如与赖氨酸中的游离侧链胺)反应的交联试剂能够包括下述交联试剂：比如例如聚乙二醇二丁基醚，聚丙二醇二甲基醚，聚亚烷基二醇烯丙基甲基醚，聚乙二醇二缩水甘油基醚(PEGDGE)或其它聚环氧化物，氰尿酰氯，N-羟基琥珀酰亚胺，亚氨酸酯，表氯醇，或其衍生化的变型。在某些实施方式中，交联试剂是PEGDGE，其例如具有约200至1,000例如约400的平均分子量(Mn)。在某些实施方式中，交联剂是PEGDGE400。在某些实施方式中，交联试剂能够是戊二醛。在某些实施方式中，酶与聚合物的交联一般是分子间的。在某些实施方式中，酶与聚合物的交联一般是分子内的。
在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括下述比率的交联试剂:活性区域的一种或多种酶例如NAD(P)依赖性酶：约100:1至约1:100。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括下述比率的交联试剂:活性区域的一种或多种酶例如NAD(P)依赖性酶：约40:1至约1:40，例如约35:1至约1:35、约30:1至约1:30、约25:1至约1:25、约20:1至约1:20、约15:1至约1:15、约10:1至约1:10、约9:1至约1:9、约8:1至约1:8、约7:1至约1:7、约6:1至约1:6、约5:1至约1:5、约4:1至约1:4、约3:1至约1:3、约2:1至约1:2或约1:1。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括下述比率的交联试剂:活性区域的一种或多种酶例如NAD(P)依赖性酶：约5:1至约1:5。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括下述比率的交联试剂:活性区域的一种或多种酶例如NAD(P)依赖性酶：约4:1至约1:4。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括下述比率的交联试剂:活性区域的一种或多种酶例如NAD(P)依赖性酶：约3:1至约1:3。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括下述比率的交联试剂:活性区域的一种或多种酶例如NAD(P)依赖性酶：约2:1至约1:2。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括下述比率的交联试剂:活性区域的一种或多种酶例如NAD(P)依赖性酶：约1:1。在某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够包括约5％至约50％，例如约5％至约45％，约5％至约40％，约5％至约35％，约10％至约30％或约10％至约25％重量的交联试剂。
5.质量运输限制膜
在某些实施方式中，本文公开的分析物传感器还包括包覆至少活性区域例如第一活性区域和/或第二活性区域的膜。在某些实施方式中，膜是活性区域中待检测的一种或多种分析物可渗透的。在某些实施方式中，膜包覆分析物传感器的各活性区域。另选地，第一膜包覆活性区域之一而第二膜包覆第二活性区域。另选地，第一膜包覆活性区域之一而第二膜随后包覆第一和第二活性区域两者。
在某些实施方式中，包覆分析物响应性活性区域的膜能够充当质量运输限制膜和/或用来改善生物可相容性。质量运输限制膜能够充当扩散限制屏障从而降低分析物的质量运输速率。例如但不限于，用质量运输限制膜限制分析物进入分析物响应性活性区域能够帮助避免传感器过载(饱和)，由此改善检测效能和精确度，所述分析物是例如谷氨酸，葡萄糖，酮，乳酸，氧，血红蛋白A1C，白蛋白，醇，碱性磷酸酶，丙氨酸转氨酶，天冬氨酸氨基转移酶，胆红素，血尿素氮，钙，二氧化碳，氯化物，肌酸酐，血细胞比容，镁，氧，pH，磷，钾，天冬酰胺，天冬氨酸，钠，总蛋白质，尿酸，丙酮，乙酰乙酸，丙酮酸，乙醛，半乳糖，L-木糖酸-1,4-内酯，谷胱甘肽二硫醚，过氧化氢，亚油酸，1,3-二磷酸甘油酸和/或6-磷酸-D-葡萄糖酸-1,5-内酯。
在某些实施方式中，质量运输限制膜能够是均质的并且能够是单组分的(含有单一膜聚合物)。另选地，质量运输限制膜能够是多组分的(含有两种或更多种不同的膜聚合物)。在某些实施方式中，多组分膜能够呈现为双层膜或者两种或更多种膜聚合物的均质混合物。均质混合物能够沉积如下：在溶液中合并两种或更多种膜聚合物，然后在工作电极上(例如通过浸渍包衣)沉积该溶液。
在某些实施方式中，质量运输限制膜能够包括两个或更多个层，例如双层或三层膜。在某些实施方式中，各层能够包含不同的聚合物或者不同浓度或厚度的相同聚合物。在某些实施方式中，第一分析物响应性活性区域能够被多层膜例如双层膜覆盖，而第二分析物响应性活性区域能够被单一膜覆盖。在某些实施方式中，第一分析物响应性活性区域能够被多层膜例如双层膜覆盖，且第二分析物响应性活性区域能够被多层膜例如双层膜覆盖。在某些实施方式中，第一分析物响应性活性区域能够被单一膜覆盖，而第二分析物响应性活性区域能够被多层膜例如双层膜覆盖。在某些实施方式中，第一分析物响应性活性区域能够被单一膜覆盖且第二分析物响应性活性区域能够被单一膜覆盖。
在某些实施方式中，质量运输限制膜能够包括聚合物，其含有杂环氮基团。在某些实施方式中，质量运输限制膜能够包括基于聚乙烯基吡啶的聚合物。基于聚乙烯基吡啶的聚合物的非限制性实例公开于U.S.专利公开No.2003/0042137(例如式2b)，通过援引将其全部内容并入本文。在某些实施方式中，质量运输限制膜能够包括聚乙烯基吡啶(例如聚(4-乙烯基吡啶)或聚(4-乙烯基吡啶))，聚乙烯咪唑，聚乙烯基吡啶共聚物(例如乙烯基吡啶和苯乙烯的共聚物)，聚丙烯酸酯，聚氨酯，聚醚型聚氨酯，有机硅，聚四氟乙烯，聚乙烯-co-四氟乙烯，聚烯烃，聚酯，聚碳酸酯，生物稳定的聚四氟乙烯，聚氨酯的均聚物、共聚物或三聚物，聚丙烯，聚氯乙烯，聚二氟化偏乙烯，聚对苯二甲酸丁二酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚醚醚酮，纤维质聚合物，聚砜，及其嵌段共聚物，包括例如二嵌段、三嵌段、交替、随机和接枝共聚物，或者化学上有关的物质等。
在某些实施方式中，本公开中使用的膜例如单组分膜能够包括聚乙烯基吡啶(例如聚(4-乙烯基吡啶)和/或聚(2-乙烯基吡啶))。在某些实施方式中，本公开中使用的膜例如单组分膜能够包括聚(4-乙烯基吡啶)。在某些实施方式中，本公开中使用的膜例如单组分膜能够包括乙烯基吡啶和苯乙烯的共聚物。在某些实施方式中，膜能够包含聚乙烯基吡啶-co-苯乙烯共聚物。例如但不限于，本公开中使用的聚乙烯基吡啶-co-苯乙烯共聚物能够包括聚乙烯基吡啶-co-苯乙烯共聚物，其中一部分吡啶氮原子用非交联的聚乙二醇尾部官能化而一部分吡啶氮原子用烷基磺酸(例如丙基磺酸)基团官能化。在某些实施方式中，用作膜聚合物的衍生化的聚乙烯基吡啶-co-苯乙烯共聚物能够是描述于U.S.专利号8,761,857中的10Q5聚合物，通过援引将其全部内容并入本文。在某些实施方式中，基于聚乙烯基吡啶的聚合物具有约50Da至约500kDa的分子量。
乙烯基吡啶和苯乙烯的适宜共聚物能够具有范围约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。能够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能够具有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能够具有范围约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。
在某些实施方式中，膜能够包含聚合物比如但不限于聚(苯乙烯co-马来酸酐)，十二烷基胺和聚(丙二醇)-嵌段-聚乙二醇)-嵌段-聚(丙二醇)(2-氨基丙基醚)，其与聚(丙二醇)-嵌段-聚(乙二醇)-嵌段-聚(丙二醇)二(2-氨基丙基醚)交联；聚(N-异丙基丙烯酰胺)；或其组合。
在某些实施方式中，膜包括聚氨酯膜，其包括亲水和疏水区域两者。在某些实施方式中，疏水聚合物组分是聚氨酯、聚氨酯脲或聚(醚-氨基甲酸酯-脲)。在某些实施方式中，聚氨酯是通过二异氰酸酯和二官能的含羟基物质的缩合反应制备的聚合物。在某些实施方式中，聚氨酯脲是通过二异氰酸酯和二官能的含胺物质的缩合反应制备的聚合物。在某些实施方式中，用于本文的二异氰酸酯包括脂族二异氰酸酯，其例如含有约4至约8个亚甲基单元；或者含有环脂族部分的二异氰酸酯。能够用于产生本文公开的传感器的膜的聚合物的额外非限制性实例包括乙烯基聚合物，聚醚，聚酯，聚酰胺，无机聚合物(例如聚硅氧烷和聚碳硅氧烷)，天然聚合物(例如纤维质和基于蛋白质的物质)和混合物(例如掺合物或层状结构)或其组合。在某些实施方式中，亲水聚合物组分是聚环氧乙烷和/或聚乙二醇。在某些实施方式中，亲水聚合物组分是聚氨酯共聚物。例如但不限于，用于本公开中的疏水-亲水共聚物组分是聚氨酯聚合物，其包含约10％至约50％例如约20％的亲水聚环氧乙烷。
在某些实施方式中，膜包括有机硅聚合物/疏水-亲水聚合物共混物。在某些实施方式中，用于共混物中的疏水-亲水聚合物能够是任何适宜的疏水-亲水聚合物，比如但不限于聚乙烯基吡咯烷酮，聚甲基丙烯酸羟乙酯，聚乙烯醇，聚丙烯酸酯，聚醚比如聚乙二醇或聚环氧丙烷，及其共聚物，包括例如二嵌段、三嵌段、交替、随机、梳形、星形、树枝状和接枝共聚物。在某些实施方式中，疏水-亲水聚合物是聚(环氧乙烷)(PEO)和聚(环氧丙烷)(PPO)的共聚物。PEO和PPO共聚物的非限制性实例包括PEO-PPO二嵌段共聚物，PPO-PEO-PPO三嵌段共聚物，PEO-PPO-PEO三嵌段共聚物，PEO-PPO的交替嵌段共聚物，环氧乙烷和环氧丙烷的随机共聚物及其共混物。在某些实施方式中，共聚物能够用羟基取代基取代。
在某些实施方式中，亲水或疏水调节剂能够用来"微调"所得膜对有关分析物的渗透性。在某些实施方式中，亲水调节剂比如聚乙二醇、羟基或多羟基调节剂等及其任何组合能够用来增强聚合物或所得膜的生物可相容性。
在存在多个活性区域的某些实施方式中，质量运输限制膜能够包覆各活性区域，包括在不同活性区域上组成不同的选项，其能够通过顺序浸渍包衣操作实现，从而在位置更接近传感器尖端的工作电极上产生双层膜部分。
在存在多个活性区域的某些实施方式中，分开的质量运输限制膜能够包覆各活性区域。例如但不限于，质量运输限制膜能够布置在第一活性区域例如分析物响应性活性区域上，而分开的第二质量运输限制膜能够包覆第二活性区域。在某些实施方式中，两种质量运输限制膜在空间上分开且不相互重叠。在某些实施方式中，第一质量运输限制膜不与第二质量运输限制膜重叠且第二质量运输限制膜不与第一质量运输限制膜重叠。另选地，第二质量运输限制膜与第一质量运输限制膜重叠。在某些实施方式中，第一质量运输限制膜包含与第二质量运输限制膜不同的聚合物。另选地，第一质量运输限制膜包含与第二质量运输限制膜相同的聚合物。在某些实施方式中，第一质量运输限制膜包含与第二质量运输限制膜相同的聚合物但包含不同的交联剂。
在某些实施方式中，布置在具有两个活性区域的分析物传感器上的质量运输限制膜的组成能够在质量运输限制膜包覆各活性区域的位置相同或不同。例如但不限于，包覆分析物响应性活性区域的质量运输限制膜部分能够是多组分的，和/或包覆第二分析物响应性活性区域的质量运输限制膜部分能够是单组分的。另选地，包覆分析物响应性活性区域的质量运输限制膜部分能够是单组分的，和/或包覆第二分析物响应性活性区域的质量运输限制膜部分能够是多组分的。
在某些实施方式中，膜例如单组分膜能够包括聚乙烯吡啶。在某些实施方式中，膜例如单组分膜能够包括乙烯基吡啶和苯乙烯的共聚物。在本公开的某些实施方式中，分析物响应性活性区域能够用包含至少两种聚合物例如聚乙烯吡啶和聚乙烯吡啶-co-苯乙烯共聚物的作为双层膜或均质混合物的多组分膜包覆，而第二分析物响应性活性区域能够用包含单一聚合物例如聚乙烯吡啶-co-苯乙烯共聚物的膜包覆。
在某些实施方式中，质量运输限制膜能够包含用此处及上文第4部分公开的交联试剂交联的膜聚合物。在存在两种质量运输限制膜例如第一质量运输限制膜和第二质量运输限制膜的某些实施方式中，各膜能够用不同的交联试剂交联。例如但不限于，交联试剂能够例如通过影响膜中的孔隙尺寸产生更多限制某些化合物(例如膜中的分析物)扩散的膜，或更少限制某些化合物扩散的膜。例如但不限于，在经配置以检测有关分析物的传感器中，包覆分析物响应性活性区域的质量运输限制膜能够具有限制比有关分析物更大的化合物扩散通过膜的孔隙尺寸。
在某些实施方式中，用于本公开中的交联试剂能够包括聚环氧化物，碳二亚胺，氰尿酰氯，三缩水甘油基甘油(Gly3)，N-羟基琥珀酰亚胺，亚氨酸酯，表氯醇或其衍生化的变型。在某些实施方式中，包覆一个或多个活性区域的膜聚合物能够用支化的交联剂交联，其能够降低从质量运输限制膜可获得的可提取物(extractables)的量。支化的交联剂的非限制性实例包括支化的缩水甘油基醚交联剂，例如包括支化的缩水甘油基醚交联剂，其包括两种或三种或更多的可交联基团。在某些实施方式中，支化的交联剂能够包括两种或更多种可交联基团，比如聚乙二醇二缩水甘油基醚。在某些实施方式中，支化的交联剂能够包括三种或更多种可交联基团，比如聚乙二醇四缩水甘油基醚。在某些实施方式中，质量运输限制膜能够包括聚乙烯基吡啶或者乙烯基吡啶和苯乙烯的共聚物，其用包括两种或三种可交联基团的支化的缩水甘油基醚(比如聚乙二醇四缩水甘油基醚或聚乙二醇二缩水甘油基醚)交联剂交联。在某些实施方式中，聚环氧化物例如聚乙二醇四缩水甘油基醚或聚乙二醇二缩水甘油基醚的环氧化物基团能够经由环氧化物开环与吡啶或咪唑形成共价键形成桥连交联剂本体与膜聚合物杂环的羟基烷基。
在某些实施方式中，交联试剂是聚乙二醇二缩水甘油基醚(PEGDGE)。在某些实施方式中，用来促进两个或更多个膜聚合物骨架之间的交联(例如分子间交联)的PEGDGE能够展示宽范围的适宜分子量。在某些实施方式中，PEGDGE的分子量范围能够是约100g/mol至约5,000g/mol。PEGDGE各臂中的乙二醇重复单元数能够是相同或不同的，并且在给定样品中一般能够在一个范围内变化以产生平均分子量。在某些实施方式中，本公开中所用的PEGDGE具有约200至1,000，例如约400的平均分子量(Mn)。在某些实施方式中，交联剂是PEGDGE 400。
在某些实施方式中，用来促进两个或更多个膜聚合物骨架之间的交联(例如分子间交联)的聚乙二醇四缩水甘油基醚能够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。在某些实施方式中，聚乙二醇四缩水甘油基醚的分子量范围能够是约1,000g/mol至约5,000g/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能够是相同或不同的，并且在给定样品中能够一般地在一个范围内变化以产生平均分子量。在某些实施方式中，质量运输限制膜能够直接沉积至活性区域上。
在某些实施方式中，聚二甲基硅氧烷(PDMS)能被并入本文公开的任何质量运输限制膜。
在某些实施方式中，本公开的分析物传感器能够包括第二活性区域，其经配置用于检测与第一活性区域相同的分析物或不同的分析物。在某些实施方式中，包覆第一活性区域的质量运输限制膜的至少一部分能够包覆第二活性区域。另选地或额外地，第二质量运输限制膜能够用来包覆第二活性区域。在某些实施方式中，包覆第二活性区域的第二质量运输限制膜的至少一部分能够包覆第一活性区域。在某些实施方式中，包覆第一活性区域的质量运输限制膜具有与第二质量运输限制膜不同的组成。
在某些实施方式中，布置在具有两个活性区域的分析物传感器上的质量运输限制膜的组成能够在质量运输限制膜包覆各活性区域的位置相同或不同。例如但不限于，包覆分析物响应性活性区域的质量运输限制膜部分能够是多组分的，和/或包覆第二分析物响应性活性区域的质量运输限制膜部分能够是单组分的。另选地，包覆分析物响应性活性区域的质量运输限制膜部分能够是单组分的，和/或包覆第二分析物响应性活性区域的质量运输限制膜部分能够是多组分的。
在某些实施方式中，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布置在分开的工作电极上的情况下，质量输运限制膜能够具有对第一分析物和第二分析物不同的渗透性值。例如但不限于，包覆至少一个活性区域的质量输运限制膜能够包括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。均质膜能够包覆未用混合物或双层包覆的活性区域，其中所述均质膜包括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，从而提供改善的灵敏度和检测精确度。在特定实施方式中能够通过相继的浸渍包衣操作发生连续的膜沉积。
在某些实施方式中，本文描述的分析物传感器能够包括：包括至少第一工作电极的传感器尾部，布置在第一工作电极表面上的用于检测第一分析物的第一分析物响应性活性区域，和包覆至少第一分析物响应性活性区域的第一分析物(和任选第二分析物)可渗透的质量运输限制膜。在某些实施方式中，第一分析物响应性活性区域包含响应第一分析物例如丙酮或乙酰乙酸的酶系统，其包括响应第一分析物的至少一种酶。在某些实施方式中，第一分析物响应性活性区域包括电子转移试剂和/或第一聚合物(和任选地，第一分析物响应性活性位点中存在的酶共价键合至第一聚合物)。
在某些实施方式中，在分析物响应性活性区域如本文所描述包括第一酶系统(例如第一酶层)和第二酶系统(例如第二酶层)的情况下，第一膜能够包覆第一酶系统，并且第二膜能够包覆(例如直接布置在工作电极上的)第二酶系统。在某些实施方式中，第二膜能够充当扩散限制屏障以降低如本文描述的中间体产物的质量运输速率，和/或包覆第一酶系统的第一膜能够充当扩散限制屏障以降低第一分析物和/或第二分析物的质量运输速率。在某些实施方式中，第一膜和第二膜的组成能够是相同的。在某些实施方式中，第一膜和第二膜的组成能够是不同的。
在某些实施方式中，本文描述的分析物传感器能够包括：包括至少第一工作电极的传感器尾部，布置在第一工作电极表面上的经配置以检测一种或多种分析物的第一活性区域，和包覆至少第一活性区域的一种或多种分析物可渗透的质量运输限制膜。在某些实施方式中，第一活性区域包含一种或多种酶系统，其用于检测本文公开的分析物，例如用于间接检测分析物，所述分析物包括比如酮，乙酰乙酸，丙酮酸，乙醛，半乳糖，L-木糖酸-1,4-内酯，谷胱甘肽二硫醚，过氧化氢，亚油酸，1,3-二磷酸甘油酸和6-磷酸-D-葡萄糖酸-1,5-内酯。例如但不限于，本文描述的分析物传感器能够包括：包括至少第一工作电极的传感器尾部，布置在第一工作电极表面上的包含第一酶系统和第二酶系统的分析物响应性活性区域，和包覆分析物响应性活性区域的本文公开的有关分析物可渗透的质量运输限制膜，所述分析物是例如酮，乙酰乙酸，丙酮酸，乙醛，半乳糖，L-木糖酸-1,4-内酯，谷胱甘肽二硫醚，过氧化氢，亚油酸，1,3-二磷酸甘油酸或6-磷酸-D-葡萄糖酸-1,5-内酯。在某些实施方式中，本公开的分析物传感器还包括在两种酶系统之间介入的膜。
在某些实施方式中，质量运输限制膜即第一膜和/或第二膜具有约0.1μm至约1,000μm，例如约1μm至约500μm、约10μm至约100μm或约10μm至约100μm范围的厚度例如干燥厚度。在某些实施方式中，质量运输限制膜能够具有约0.1μm至约100μm，例如约1μm至约90μm、约1μm至约80μm、约1μm至约70μm、约1μm至约60μm、约1μm至约50μm、约1μm至约40μm、约1μm至约30μm、约1μm至约20μm、约0.5μm至约10μm、约1μm至约10μm、约1μm至约5μm或约0.1μm至约5μm的厚度。在某些实施方式中，质量运输限制膜能够具有约1μm至约100μm的厚度。在某些实施方式中，第一膜能够具有约1μm至约100μm的厚度。在某些实施方式中，第二膜能够具有约1μm至约100μm的厚度。
6.干扰区域
在某些实施方式中，本公开传感器例如传感器尾部能够还包含干扰区域。在某些实施方式中，干扰区域能够包括聚合物区域，其限制一种或多种干扰物流动例如到达工作电极表面。在某些实施方式中，干扰区域能够充当分子滤网，其允许工作电极待测量的分析物和其它物质通过，同时防止其它物质比如干扰物通过。在某些实施方式中，干扰物能够影响在工作电极获得的信号。干扰物的非限制性实例包括对乙酰氨基酚，抗坏血酸盐/酯，抗坏血酸，胆红素，胆甾醇，肌酸酐，多巴胺，麻黄碱，布洛芬，L-多巴，甲基多巴，水杨酸盐/酯，四环素，妥拉磺脲，甲苯磺丁脲，甘油三酯，脲和尿酸。
在某些实施方式中，干扰区域定位在工作电极与一种或多种活性区域例如分析物响应性活性区域之间。在某些实施方式中，干扰区域中能够使用的聚合物的非限制性实例包括聚氨酯类，具有侧挂离子基团的聚合物和具有受控孔隙尺寸的聚合物。在某些实施方式中，干扰区域形成自一种或多种纤维质衍生物。纤维质衍生物的非限制性实例包括聚合物比如乙酸纤维素，乙酸丁酸纤维素，2-羟基乙基纤维素，邻苯二甲酸乙酸纤维素，乙酸丙酸纤维素，偏苯三酸乙酸纤维素等。
在某些实施方式中，干扰区域是质量运输限制膜的一部分而非分开的膜。在某些实施方式中，干扰区域位于一种或多种活性区域与质量运输限制膜之间。
在某些实施方式中，干扰区域包括薄疏水膜，其是不可膨胀的并且限制高分子量种类的扩散。例如但不限于，干扰区域能够是相对低分子量的物质可渗透的并同时限制更高分子量的物质通过。
在某些实施方式中，干扰区域能被直接沉积至工作电极上，例如可渗透的工作电极表面上。在某些实施方式中，干扰区域具有下述范围的厚度例如干燥厚度：约0.1μm至约1,000μm，例如约1μm至约500μm，约10μm至约100μm或约10μm至约100μm。在某些实施方式中，干扰区域能够具有约0.1μm至约100μm，例如约1μm至约90μm、约1μm至约80μm、约1μm至约70μm、约1μm至约60μm、约1μm至约50μm、约1μm至约40μm、约1μm至约30μm、约1μm至约20μm、约0.5μm至约10μm、约1μm至约10μm、约1μm至约5μm或约0.1μm至约5μm的厚度。在某些实施方式中，干扰区域能够具有约1μm至约100μm的厚度。在某些实施方式中，传感器能多于一次地浸渍在干扰区域溶液中。例如但不限于，本公开的传感器(或工作电极)能够浸渍在干扰区域溶液中至少两次、至少三次、至少四次或至少五次以获得所希望的干扰区域厚度。
7.制备
本公开还提供用于制备本公开的分析物传感器的方法。在某些实施方式中，本公开的分析物传感器包括一个或多个活性位点和一个或多个工作电极。例如但不限于，本公开提供用于制备分析物传感器的方法，所述分析物传感器包括布置在第一工作电极上的第一活性区域和/或布置在第二工作电极或第一工作电极上的第二活性区域。
在某些实施方式中，方法包括例如通过丝网印刷产生工作电极。在某些实施方式中，方法能够还包括将包含酶系统例如第一酶系统的组合物加至工作电极表面从而在工作电极上产生活性区域的第一酶层。例如但不限于，组合物能够包括第一酶系统，其包括GOX。在某些实施方式中，能够将包含不同的酶系统例如第二酶系统的第二组合物布置在第一酶层上从而产生活性区域的第二酶层。在某些实施方式中，第二酶系统包括NAD(P)依赖性酶，例如NAD(P)依赖性脱氢酶和/或NAD(P)依赖性还原酶。在某些实施方式中，第二组合物能够还包括辅酶，例如NAD(P)。在某些实施方式中，方法能够包括在第一酶系统与第二酶系统之间沉积膜，例如在第一酶系统上沉积膜组合物从而产生第一膜，随后在第一膜上沉积第二酶系统。
在某些实施方式中，方法能够还包括在固化的第二酶层上沉积膜组合物。在某些实施方式中，膜组合物能够包括聚合物例如聚乙烯基吡啶，和/或交联剂例如聚乙二醇二缩水甘油基醚。在某些实施方式中，方法能够包括使聚合物组合物固化以产生膜例如第二膜。
一般来说，膜的厚度通过下述来控制：膜溶液的浓度，施用的膜溶液微滴数，传感器在膜溶液浸渍的次数或用膜溶液喷雾的次数，在传感器上喷雾的膜溶液体积等，以及这些因素的任何组合。在某些实施方式中，本文描述的膜能够具有的厚度范围是约0.1μm至约1,000μm，例如约1μm至约500μm，约10μm至约100μm或约10μm至约100μm。在某些实施方式中，传感器能够多于一次地浸渍在膜溶液中。例如但不限于，本公开的传感器(或工作电极)能够浸渍在膜溶液中至少两次、至少三次、至少四次、至少五次或至少六次以获得所希望的膜厚度。
在某些实施方式中，膜能够与一个或多个活性区域重叠，和在某些实施方式中，活性区域能够具有约0.1μm至约100μm，例如约1μm至约90μm、约1μm至约80μm、约1μm至约70μm、约1μm至约60μm、约1μm至约50μm、约1μm至约40μm、约1μm至约30μm、约1μm至约20μm、约0.5μm至约10μm、约1μm至约10μm、约1μm至约5μm或约0.1μm至约5μm的厚度。在某些实施方式中，一系列的微滴能被施加在彼此之上来实现所希望的活性区域和/或膜厚度，而不实质上增加所施加微滴的直径(也即保持所希望的直径或其范围)。在某些实施方式中，能够施加每一单个微滴，然后让其冷却或干燥，随后施加一个或多个额外微滴。例如但不限于，在彼此之上添加至少一个微滴、至少两个微滴、至少三个微滴、至少四个微滴或至少五个微滴来实现所希望的活性区域厚度。
III.使用方法
本公开还提供使用本文公开的分析物传感器的方法。在某些实施方式中，本公开提供用于检测分析物的方法。例如但不限于，本公开提供用于检测一种或多种分析物的方法，所述分析物包括谷氨酸，葡萄糖，酮，乳酸，氧，血红蛋白A1C，白蛋白，醇，碱性磷酸酶，丙氨酸转氨酶，天冬氨酸氨基转移酶，胆红素，血尿素氮，钙，二氧化碳，氯化物，肌酸酐，血细胞比容，镁，氧，pH，磷，钾，天冬酰胺，天冬氨酸，钠，总蛋白质，尿酸，丙酮，乙酰乙酸，丙酮酸，乙醛，半乳糖，L-木糖酸-1,4-内酯，谷胱甘肽二硫醚，过氧化氢，亚油酸，1,3-二磷酸甘油酸，6-磷酸-D-葡萄糖酸-1,5-内酯等。在某些实施方式中，分析物是酮，乙酰乙酸，丙酮酸，乙醛，半乳糖，L-木糖酸-1,4-内酯，谷胱甘肽二硫醚，过氧化氢，亚油酸，1,3-二磷酸甘油酸或6-磷酸-D-葡萄糖酸-1,5-内酯。在某些实施方式中，分析物是乙酰乙酸。在某些实施方式中，分析物是酮。在某些实施方式中，分析物是丙酮。在某些实施方式中，本公开的方法能够还包括检测第二分析物。
在某些实施方式中，用于检测分析物的方法能够包括：(i)提供用于检测第二分析物的分析物传感器。在某些实施方式中，分析物传感器包括：(a)包括至少第一工作电极的传感器尾部；(b)布置在第一工作电极表面上的分析物响应性活性区域，其中分析物响应性活性区域包括第一酶系统和第二酶系统；和(c)包覆分析物响应性活性区域的分析物可渗透的质量运输限制膜。在某些实施方式中，方法能够还包括：(ii)将电位施加至第一工作电极；(iii)在位于或高于分析物响应性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分析物响应性活性区域的流体中的浓度成比例；和(iv)将第一信号与第二分析物在流体中的浓度相关联。
在某些实施方式中，本公开的方法能够包括：(i)将分析物传感器暴露至包含有关分析物的流体；其中所述分析物传感器包括：(a)包括至少第一工作电极的传感器尾部；(b)布置在第一工作电极表面上的分析物响应性活性区域，其中分析物响应性活性区域包括第一酶系统和第二酶系统和任选的聚合物；和(c)包覆第二分析物响应性活性区域的第二分析物可渗透的质量运输限制膜。在某些实施方式中，方法能够还包括：(ii)将电位施加至第一工作电极；(iii)在位于或高于第一分析物响应性活性区域的氧化还原电位处获得第一信号，所述第一信号与葡萄糖在流体中的浓度成比例；和(iv)将第一信号与第二分析物在流体中的浓度相关联。
在某些实施方式中，本公开的方法能够还包括如下检测又一分析物：提供包括第二活性区域的分析物传感器，和/或将包括第二活性区域的分析物传感器暴露至包含分析物的流体。在某些实施方式中，在本公开的方法中使用的分析物传感器能够包括第二工作电极；和布置在第二工作电极表面上的第二活性区域，其中所述第二活性区域包含响应待检测的分析物的至少一种酶和任选的氧化还原介导物；其中质量运输限制膜的一部分例如第二部分包覆第二活性区域。另选地，第二活性区域能够被分开的和/或与包覆第一分析物响应性活性区域的质量运输限制膜不同的第二质量运输限制膜覆盖。
在某些实施方式中，用于检测分析物的方法包括：(i)提供分析物传感器，所述分析物传感器包括：(a)包括至少第一工作电极的传感器尾部；(b)布置在第一工作电极表面上的分析物响应性活性区域，其中所述分析物响应性活性区域包括第一酶系统和第二酶系统；和(c)包覆第二酶系统的分析物可渗透的质量运输限制膜；(ii)将电位施加至第一工作电极；(iii)在位于或高于分析物响应性活性区域的氧化还原电位处获得第一信号，所述第一信号与中间体产物在接触分析物响应性活性区域的流体中的浓度成比例；和(iv)将第一信号与分析物在流体中的浓度相关联。
IV.示范性实施方式
A.在某些非限制性实施方式中，本公开的主题提供分析物传感器，其包括：
(i)包括至少第一工作电极的传感器尾部；
(ii)经配置以检测分析物的第一活性区域，其包含：
(a)包含葡萄糖响应性酶的第一酶系统；和
(b)包含对分析物特异性的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)或烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP)依赖性还原酶的第二酶系统；和
(iii)葡萄糖和分析物可渗透的质量运输限制膜，其中所述质量运输限制膜包覆至少所述第一活性区域。
A1.A的分析物传感器，其中葡萄糖响应性酶是葡萄糖氧化酶。
A2.A或A1的分析物传感器，其中第一酶系统还包含电子转移试剂。
A3.A-A2中任一种的分析物传感器，其中分析物选自谷氨酸，葡萄糖，酮，乳酸，氧，血红蛋白A1C，白蛋白，醇，碱性磷酸酶，丙氨酸转氨酶，天冬氨酸氨基转移酶，胆红素，血尿素氮，钙，二氧化碳，氯化物，肌酸酐，血细胞比容，镁，氧，pH，磷，钾，天冬酰胺，天冬氨酸，钠，总蛋白质，尿酸，丙酮，乙酰乙酸，丙酮酸，乙醛，半乳糖，L-木糖酸-1,4-内酯，谷胱甘肽二硫醚，过氧化氢，亚油酸，1,3-二磷酸甘油酸和6-磷酸-D-葡萄糖酸-1,5-内酯。
A4.A-A3中任一种的分析物传感器，其中分析物是丙酮或乙酰乙酸。
A5.A-A4中任一种的分析物传感器，其中第一酶系统和/或第二酶系统中的一种或多种酶共价键合至聚合物。
A6.A-A5中任一种的分析物传感器，其中第一活性区域还包含稳定剂。
A7.A6的分析物传感器，其中稳定剂是白蛋白。
A8.A7的分析物传感器，其中稳定剂是牛血清白蛋白。
A9.A-A8中任一种的分析物传感器，其中第一质量运输限制膜包含基于聚乙烯吡啶的聚合物，聚乙烯咪唑，聚丙烯酸酯，聚氨酯，聚醚型聚氨酯，有机硅或其组合。
A10.A9的分析物传感器，其中第一质量运输限制膜包含基于聚乙烯吡啶的聚合物。
A11.A9的分析物传感器，其中第一质量运输限制膜包含聚氨酯。
A12.A9的分析物传感器，其中第一质量运输限制膜包含有机硅。
A13.A9的分析物传感器，其中第一质量运输限制膜包含聚乙烯吡啶。
A14.A9的分析物传感器，其中第一质量运输限制膜包含乙烯基吡啶和苯乙烯的共聚物。
A15.A-A14中任一种的分析物传感器，其中第二酶系统还包含NAD依赖性葡萄糖脱氢酶。
A16.A-A15中任一种的分析物传感器，其中第一活性区域包含交联试剂。
A17.A-A16中任一种的分析物传感器，其中第一酶系统布置在第一工作电极表面上。
A18.A-A17中任一种的分析物传感器，其中第二酶系统布置在第一酶系统上。
A19.A-A18中任一种的分析物传感器，其中分析物传感器还包含布置在第二酶系统与第一酶系统之间的膜。
B.在某些非限制性实施方式中，本公开的主题提供用于检测分析物的方法，包括：
(i)提供分析物传感器，所述分析物传感器包括：
(a)包括至少第一工作电极的传感器尾部；
(b)第一活性区域，其包含：
(I)包含葡萄糖响应性酶的第一酶系统；和
(II)包含对分析物特异性的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)或烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP)依赖性还原酶的第二酶系统；和
(c)葡萄糖和分析物可渗透的质量运输限制膜，其中所述质量
运输限制膜包覆至少所述第一活性区域；
(ii)将电位施加至第一工作电极；
(iii)在位于或高于第一酶系统的氧化还原电位处获得第一信号，其中所述第一信号与分析物在接触第一活性区域的流体中的浓度成比例；和
(iv)将第一信号与分析物在流体中的浓度相关联。
B1.B的方法，其中葡萄糖响应性酶是葡萄糖氧化酶。
B2.B或B1的方法，其中第一酶系统包含电子转移试剂。
B3.B-B2中任一种的方法，其中第二酶系统还包含NAD依赖性葡萄糖脱氢酶。
B4.B-B3中任一种的方法，其中分析物选自谷氨酸，葡萄糖，酮，乳酸，氧，血红蛋白A1C，白蛋白，醇，碱性磷酸酶，丙氨酸转氨酶，天冬氨酸氨基转移酶，胆红素，血尿素氮，钙，二氧化碳，氯化物，肌酸酐，血细胞比容，镁，氧，pH，磷，钾，天冬酰胺，天冬氨酸，钠，总蛋白质，尿酸，丙酮，乙酰乙酸，丙酮酸，乙醛，半乳糖，L-木糖酸-1,4-内酯，谷胱甘肽二硫醚，过氧化氢，亚油酸，1,3-二磷酸甘油酸和6-磷酸-D-葡萄糖酸-1,5-内酯。
B5.B-B4中任一种的方法，其中分析物是丙酮或乙酰乙酸。
B6.B-B5中任一种的方法，其中第一活性区域还包含稳定剂。
B7.B6的方法，其中稳定剂是白蛋白。
B8.B7的方法，其中稳定剂是牛血清白蛋白。
B9.B-B8中任一项的方法，其中第一质量运输限制膜包含基于聚乙烯吡啶的聚合物，聚乙烯咪唑，聚丙烯酸酯，聚氨酯，聚醚型聚氨酯，有机硅或其组合。
B10.B9的方法，其中第一质量运输限制膜包含基于聚乙烯吡啶的聚合物。
B11.B9的方法，其中第一质量运输限制膜包含聚氨酯。
B12.B9的方法，其中第一质量运输限制膜包含有机硅。
B13.B9的方法，其中第一质量运输限制膜包含聚乙烯吡啶。
B14.B9的方法，其中第一质量运输限制膜包含乙烯基吡啶和苯乙烯的共聚物。
B15.B-B14中任一种的方法，其中第一活性区域包含交联试剂。
B16.B-B15中任一种的方法，其中第一酶系统布置在第一工作电极表面上。
B17.B-B16中任一种的方法，其中第二酶系统布置在第一酶系统上。
B18.B-B17中任一种的方法，其中分析物传感器还包含布置在第二酶系统与第一酶系统之间的膜。
C.在某些非限制性实施方式中，本公开的主题提供分析物传感器，其包括：
(i)包括至少第一工作电极的传感器尾部；
(ii)第一活性区域，其包含：
(a)第一酶系统，其中所述第一酶系统包含(i)烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)依赖性葡萄糖响应性酶和(ii)第一NAD依赖性还原酶，其是对分析物特异性的；和
(b)布置在第一工作电极表面与第一酶系统之间的第二酶系统，其中所述第二酶系统包含第二NAD依赖性还原酶和黄递酶；和
(iii)葡萄糖和分析物可渗透的第一质量运输限制膜，其中所述第一质量运输限制膜包覆至少所述第一酶系统；和
(iv)第二质量运输限制膜，其中所述第二质量运输限制膜介于所述第一酶系统与所述第二酶系统之间。
C1.C的分析物传感器，其中NAD依赖性葡萄糖响应性酶是NAD依赖性葡萄糖脱氢酶。
C2.C或C1的分析物传感器，其中第二质量运输限制膜是通过第一酶系统的化学反应产生的中间体产物可渗透的。
C3.C-C2中任一种的分析物传感器，其中第二酶系统还包含电子转移试剂。
C4.C-C3中任一种的分析物传感器，其中第一酶系统的第一NAD依赖性还原酶和第二酶系统的第二NAD依赖性还原酶是相同的。
C5.C-C4中任一种的分析物传感器，其中分析物选自谷氨酸，葡萄糖，酮，乳酸，氧，血红蛋白A1C，白蛋白，醇，碱性磷酸酶，丙氨酸转氨酶，天冬氨酸氨基转移酶，胆红素，血尿素氮，钙，二氧化碳，氯化物，肌酸酐，血细胞比容，镁，氧，pH，磷，钾，天冬酰胺，天冬氨酸，钠，总蛋白质，尿酸，丙酮，乙酰乙酸，丙酮酸，乙醛，半乳糖，L-木糖酸-1,4-内酯，谷胱甘肽二硫醚，过氧化氢，亚油酸，1,3-二磷酸甘油酸和6-磷酸-D-葡萄糖酸-1,5-内酯。
C6.C-C5中任一种的分析物传感器，其中第一活性区域还包含稳定剂。
C7.C6的分析物传感器，其中稳定剂是白蛋白。
C8.C7的分析物传感器，其中稳定剂是牛血清白蛋白。
C9.C-C8中任一种的分析物传感器，其中第一质量运输限制膜和/或第二质量运输限制膜包含基于聚乙烯吡啶的聚合物，聚乙烯咪唑，聚丙烯酸酯，聚氨酯，聚醚型聚氨酯，有机硅或其组合。
C10.C9的分析物传感器，其中第一质量运输限制膜和/或第二质量运输限制膜包含基于聚乙烯吡啶的聚合物。
C11.C9的分析物传感器，其中第一质量运输限制膜和/或第二质量运输限制膜包含聚氨酯。
C12.C9的分析物传感器，其中第一质量运输限制膜和/或第二质量运输限制膜包含有机硅。
C13.C9的分析物传感器，其中第一质量运输限制膜和/或第二质量运输限制膜包含聚乙烯吡啶或聚乙烯咪唑。
C14.C9的分析物传感器，其中第一质量运输限制膜和/或第二质量运输限制膜包含乙烯基吡啶和苯乙烯的共聚物。
C15.C-C14中任一种的分析物传感器，其中分析物是丙酮或乙酰乙酸。
C16.C-C15中任一种的分析物传感器，其中第一质量运输限制膜和第二质量运输限制膜包含相同的聚合物。
D.在某些非限制性实施方式中，本公开的主题提供用于检测分析物的方法，包括：
(i)提供分析物传感器，所述分析物传感器包括：
(a)包括至少第一工作电极的传感器尾部；
(b)第一活性区域，其包含：
(I)第一酶系统，其中所述第一酶系统包含(i)烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)依赖性葡萄糖响应性酶和(ii)第一NAD依赖性还原酶，其是对分析物特异性的；和
(II)布置在第一工作电极表面与第一酶系统之间的第二酶系统，其中所述第二酶系统包含第二NAD依赖性还原酶和黄递酶；和
(c)葡萄糖和分析物可渗透的第一质量运输限制膜，其中所述第一质量运输限制膜包覆至少所述第一酶系统；和
(d)第二质量运输限制膜，其中所述第二质量运输限制膜介于所述第一酶系统与所述第二酶系统之间；
(ii)将电位施加至第一工作电极；
(iii)在位于或高于第二酶系统的氧化还原电位处获得第一信号，其中所述第一信号与分析物在接触第一活性区域的流体中的浓度成比例；和
(iv)将第一信号与分析物在流体中的浓度相关联。
D1.D的方法，其中NAD依赖性葡萄糖响应性酶是NAD依赖性葡萄糖脱氢酶。
D2.D或D1的方法，其中第二酶系统包含电子转移试剂。
D3.D-D2中任一种的方法，其中第一酶系统的第一NAD依赖性还原酶和第二酶系统的第二NAD依赖性还原酶是相同的。
D4.D-D3中任一种的方法，其中分析物选自谷氨酸，葡萄糖，酮，乳酸，氧，血红蛋白A1C，白蛋白，醇，碱性磷酸酶，丙氨酸转氨酶，天冬氨酸氨基转移酶，胆红素，血尿素氮，钙，二氧化碳，氯化物，肌酸酐，血细胞比容，镁，氧，pH，磷，钾，天冬酰胺，天冬氨酸，钠，总蛋白质，尿酸，丙酮，乙酰乙酸，丙酮酸，乙醛，半乳糖，L-木糖酸-1,4-内酯，谷胱甘肽二硫醚，过氧化氢，亚油酸，1,3-二磷酸甘油酸和6-磷酸-D-葡萄糖酸-1,5-内酯。
D5.D-D4中任一种的方法，其中分析物是丙酮或乙酰乙酸。
D6.D-D5中任一种的方法，其中第一活性区域还包含稳定剂。
D7.D6的方法，其中稳定剂是白蛋白。
D8.D7的方法，其中稳定剂是牛血清白蛋白。
D9.D-D8中任一种的方法，其中第一质量运输限制膜和/或第二质量运输限制膜包含基于聚乙烯吡啶的聚合物，聚乙烯咪唑，聚丙烯酸酯，聚氨酯，聚醚型聚氨酯，有机硅或其组合。
D10.D9的方法，其中第一质量运输限制膜和/或第二质量运输限制膜包含基于聚乙烯吡啶的聚合物。
D11.D9的方法，其中第一质量运输限制膜和/或第二质量运输限制膜包含聚氨酯。
D12.D9的方法，其中第一质量运输限制膜和/或第二质量运输限制膜包含有机硅。
D13.D9的方法，其中第一质量运输限制膜和/或第二质量运输限制膜包含聚乙烯吡啶或聚乙烯咪唑。
D14.D9的方法，其中第一质量运输限制膜和/或第二质量运输限制膜包含乙烯基吡啶和苯乙烯的共聚物。
D15.D-D14中任一种的方法，其中第一质量运输限制膜和/或第二质量运输限制膜包含相同的聚合物。
E.在某些非限制性实施方式中，本公开的主题提供用于使用A-A19和C-C16的分析物传感器中的任一种检测分析物的方法。
实施例
通过参考下述实施例将更佳理解本公开的主题，其提供本公开主题的示范而非限制。
实施例1：不具有居间膜层的丙酮传感器构造
本实施例提供用于检测丙酮的传感器，具有图23A所示的结构。用包含GOX和KRED的酶系统来促进丙酮检测。尤其是，用包括葡萄糖氧化酶(GOX)的第一酶系统和包括酮还原酶(KRED)和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)依赖性葡萄糖脱氢酶(NADGDH)的第二酶系统来检测丙酮。
分析物传感器产生如下：在工作电极上沉积GOX、氧化还原介导物(X7)和作为交联剂的PEGDGE400在HEPES缓冲液(pH 8.0)中的混合物，随后固化24小时。KRED-NADGDH-NAD酶层用表1所示的组分制备，将30nL和60nL的所述组分沉积至GOX-X7酶层上以制备两组传感器。然后，在聚乙烯吡啶(PVP)和PEGDGE400于80％乙醇-20％10mM HEPES缓冲液(pH 8.0)中的混合物中浸渍包衣传感器。进一步固化传感器24小时。
表1
在多通道恒电位器上，相对Ag/AgCl向工作电极施加+40mV电位，测试来自两组各自的两个传感器，以及不包括KRED-NADGDH-NAD酶层的4个标准FreeStyle Libre葡萄糖对照传感器。首先加入葡萄糖以获得传感器信号，随后加入丙酮。假设加入丙酮将引起如图23B所示的电流信号降低。如图24所示，在暴露于新的丙酮浓度之后，来自具有KRED-NADGDH-NAD酶的传感器的电流显示电流显著降低，而对照传感器显示无变化。
实施例2：不具有居间膜层的乙酰乙酸传感器构造
本实施例提供用于检测乙酰乙酸的传感器，具有图26A所示的结构。用包含GOX、KRED和NADGDH的酶系统来促进乙酰乙酸检测。尤其是，用包括葡萄糖氧化酶(GOX)的第一酶系统以及包括酮还原酶(KRED)比如3-羟基丁酸脱氢酶(HBDH)和NAD-葡萄糖脱氢酶(NADGDH)的第二酶系统来检测乙酰乙酸。HBDH-NADGDH酶层的组分示于表2。
表2
分析物传感器产生如下：以实施例1中描述的相同方式，在工作电极上沉积包括GOX和氧化还原介导物(X7)的组合物并固化。用表1所示的配制剂制备HBDH-NADGDH酶层，将30nL的所述配制剂沉积至GOX-X7酶层上。如实施例1中的描述，然后在PVP和PEGDGE400的混合物中浸渍传感器并固化。如实施例3所描述，测试五个这种传感器(标记为EG2-1、EG2-2、EG2-3、EG2-4和EG2-5)以及其它传感器。如图28所示，在将乙酰乙酸加入测试溶液中时观察到在图26B中假设的葡萄糖电流降低。
实施例3：具有居间膜层的乙酰乙酸传感器构造
本实施例提供用于检测乙酰乙酸的传感器，具有图27A所示的结构。用包括NAD-葡萄糖脱氢酶和酮还原酶即HBDH的第一酶系统以及包括酮还原酶即HBDH和黄递酶的第二酶系统来检测乙酰乙酸。
表3
传感器化学的组分示于表3。如图27A所示，包括HBDH和黄递酶的第一酶层形成如下：将30nL的相应传感化学溶液沉积至工作电极上并固化24小时。然后，在PVP和PEGDGE400于80％乙醇-20％10mM HEPES缓冲液(pH 8.0)中的混合物中浸渍包衣传感器。进一步固化传感器24小时。
包括NAD-葡萄糖脱氢酶和HBDH的第二酶层形成如下：将100nL的相应传感化学溶液沉积至工作电极上并固化24小时。然后，在PVP和PEGDGE400于80％乙醇-20％10mM HEPES缓冲液(pH 8.0)中的混合物中浸渍包衣传感器。进一步固化传感器24小时。测试六个这种传感器(标记为EG3-1、EG3-2、EG3-3、EG3-4、EG3-5和EG3-6)以及来自实施例2的5个传感器。结果示于图28。如图27B中假设，从这些传感器观察到响应乙酰乙酸添加的所期望的电流增加，如图28所示。
*****
尽管已详细描述本公开的主题及其优势，应理解能对本文进行各种变化、取代和变更而不背离本公开主题的主旨和范围。此外，本申请的范围并不期望局限于说明书中描述的过程、机械、制备和物质组成、方法和过程的具体实施方式。本领域普通技术人员将从本公开主题的公开主题容易地理解，根据本公开的主题能够运用相对本文描述的相应实施方式发挥实质上相同功能或实现实质上相同结果的目前存在的或后续开发的过程、机械、制备、物质组成、方法或步骤。相应地，所附权利要求期望在其范围内包括这样的过程、机械、制备、物质组成、方法或步骤。
对于本申请通篇引用的各种专利、专利申请、公开、产物说明、方案、和序列保藏号，通过援引将其发明整体并入本文用于全部意图。

Claims (26)

1.分析物传感器，包括：
(i)包括至少第一工作电极的传感器尾部；
(ii)经配置以检测分析物的第一活性区域，其包含：
(a)包含葡萄糖响应性酶的第一酶系统；和
(b)包含对分析物特异性的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)依赖性还原酶的第二酶系统；和
(iii)葡萄糖和分析物可渗透的质量运输限制膜，其中所述质量运输限制膜包覆至少所述第一活性区域。
2.权利要求1的分析物传感器，其中葡萄糖响应性酶是葡萄糖氧化酶。
3.权利要求1或2的分析物传感器，其中第一酶系统还包含电子转移试剂。
4.权利要求1-3中任一项的分析物传感器，其中分析物选自谷氨酸，葡萄糖，酮，乳酸，氧，血红蛋白A1C，白蛋白，醇，碱性磷酸酶，丙氨酸转氨酶，天冬氨酸氨基转移酶，胆红素，血尿素氮，钙，二氧化碳，氯化物，肌酸酐，血细胞比容，镁，氧，pH，磷，钾，天冬酰胺，天冬氨酸，钠，总蛋白质，尿酸，丙酮，乙酰乙酸，丙酮酸，乙醛，半乳糖，L-木糖酸-1,4-内酯，谷胱甘肽二硫醚，过氧化氢，亚油酸，1,3-二磷酸甘油酸和6-磷酸-D-葡萄糖酸-1,5-内酯。
5.权利要求1-4中任一项的分析物传感器，其中第一酶系统和/或第二酶系统中的一种或多种酶共价键合至聚合物。
6.权利要求1-5中任一项的分析物传感器，其中质量运输限制膜包含基于聚乙烯吡啶的聚合物，聚乙烯咪唑，聚丙烯酸酯，聚氨酯，聚醚型聚氨酯，有机硅或其组合。
7.权利要求1-6中任一项的分析物传感器，其中第二酶系统还包含NAD依赖性葡萄糖脱氢酶。
8.用于检测分析物的方法，包括：
(i)提供分析物传感器，所述分析物传感器包括：
(a)包括至少第一工作电极的传感器尾部；
(b)第一活性区域，其包含：
(I)包含葡萄糖响应性酶的第一酶系统；和
(II)包含对分析物特异性的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)依赖性还原酶的第二酶系统；和
(c)葡萄糖和分析物可渗透的质量运输限制膜，其中所述质量运输限制膜包覆至少所述第一活性区域；
(ii)将电位施加至第一工作电极；
(iii)在位于或高于第一酶系统的氧化还原电位处获得第一信号，其中所述第一信号与分析物在接触第一活性区域的流体中的浓度成比例；和
(iv)将第一信号与分析物在流体中的浓度相关联。
9.权利要求8的方法，其中葡萄糖响应性酶是葡萄糖氧化酶。
10.权利要求8或9的方法，其中第一酶系统包含电子转移试剂。
11.权利要求8-10中任一项的方法，其中第二酶系统还包含NAD依赖性葡萄糖脱氢酶。
12.权利要求8-11中任一项的方法，其中分析物选自谷氨酸，葡萄糖，酮，乳酸，氧，血红蛋白A1C，白蛋白，醇，碱性磷酸酶，丙氨酸转氨酶，天冬氨酸氨基转移酶，胆红素，血尿素氮，钙，二氧化碳，氯化物，肌酸酐，血细胞比容，镁，氧，pH，磷，钾，天冬酰胺，天冬氨酸，钠，总蛋白质，尿酸，丙酮，乙酰乙酸，丙酮酸，乙醛，半乳糖，L-木糖酸-1,4-内酯，谷胱甘肽二硫醚，过氧化氢，亚油酸，1,3-二磷酸甘油酸和6-磷酸-D-葡萄糖酸-1,5-内酯。
13.权利要求8-12中任一项的方法，其中质量运输限制膜包含基于聚乙烯吡啶的聚合物，聚乙烯咪唑，聚丙烯酸酯，聚氨酯，聚醚型聚氨酯，有机硅或其组合。
14.分析物传感器，包括：
(i)包括至少第一工作电极的传感器尾部；
(ii)第一活性区域，其包含：
(a)第一酶系统，其中所述第一酶系统包含(i)烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)依赖性葡萄糖响应性酶和(ii)第一NAD依赖性还原酶，其是对分析物特异性的；和
(b)布置在第一工作电极表面与第一酶系统之间的第二酶系统，其中所述第二酶系统包含第二NAD依赖性还原酶和黄递酶；和
(iii)葡萄糖和分析物可渗透的第一质量运输限制膜，其中所述第一质量运输限制膜包覆至少所述第一酶系统；和
(iv)第二质量运输限制膜，其中所述第二质量运输限制膜介于所述第一酶系统与所述第二酶系统之间。
15.权利要求14的分析物传感器，其中NAD依赖性葡萄糖响应性酶是NAD依赖性葡萄糖脱氢酶。
16.权利要求14或15的分析物传感器，其中第二质量运输限制膜是通过第一酶系统的化学反应产生的中间体产物可渗透的。
17.权利要求14-16中任一项的分析物传感器，其中第二酶系统还包含电子转移试剂。
18.权利要求14-17中任一项的分析物传感器，其中第一酶系统的第一NAD依赖性还原酶和第二酶系统的第二NAD依赖性还原酶是相同的。
19.权利要求14-18中任一项的分析物传感器，其中分析物选自谷氨酸，葡萄糖，酮，乳酸，氧，血红蛋白A1C，白蛋白，醇，碱性磷酸酶，丙氨酸转氨酶，天冬氨酸氨基转移酶，胆红素，血尿素氮，钙，二氧化碳，氯化物，肌酸酐，血细胞比容，镁，氧，pH，磷，钾，天冬酰胺，天冬氨酸，钠，总蛋白质，尿酸，丙酮，乙酰乙酸，丙酮酸，乙醛，半乳糖，L-木糖酸-1,4-内酯，谷胱甘肽二硫醚，过氧化氢，亚油酸，1,3-二磷酸甘油酸和6-磷酸-D-葡萄糖酸-1,5-内酯。
20.权利要求14-19中任一项的分析物传感器，其中第一质量运输限制膜和第二质量运输限制膜包含基于聚乙烯吡啶的聚合物，聚乙烯咪唑，聚丙烯酸酯，聚氨酯，聚醚型聚氨酯，有机硅或其组合。
21.用于检测分析物的方法，包括：
(i)提供分析物传感器，所述分析物传感器包括：
(a)包括至少第一工作电极的传感器尾部；
(b)第一活性区域，其包含：
(II)第一酶系统，其中所述第一酶系统包含(i)烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)依赖性葡萄糖响应性酶和(ii)第一NAD依赖性还原酶，其是对分析物特异性的；和
(II)布置在第一工作电极表面与第一酶系统之间的第二酶系统，其中所述第二酶系统包含第二NAD依赖性还原酶和黄递酶；和
(c)葡萄糖和分析物可渗透的第一质量运输限制膜，其中所述第一质量运输限制膜包覆至少所述第一酶系统；和
(d)第二质量运输限制膜，其中所述第二质量运输限制膜介于所述第一酶系统与所述第二酶系统之间；
(ii)将电位施加至第一工作电极；
(iii)在位于或高于第二酶系统的氧化还原电位处获得第一信号，其中所述第一信号与分析物在接触第一活性区域的流体中的浓度成比例；和
(iv)将第一信号与分析物在流体中的浓度相关联。
22.权利要求21的方法，其中NAD依赖性葡萄糖响应性酶是NAD依赖性葡萄糖脱氢酶。
23.权利要求21或22的方法，其中第二酶系统包含电子转移试剂。
24.权利要求21-23中任一项的方法，其中第一酶系统的第一NAD依赖性还原酶和第二酶系统的第二NAD依赖性还原酶是相同的。
25.权利要求21-24中任一项的方法，其中分析物选自谷氨酸，葡萄糖，酮，乳酸，氧，血红蛋白A1C，白蛋白，醇，碱性磷酸酶，丙氨酸转氨酶，天冬氨酸氨基转移酶，胆红素，血尿素氮，钙，二氧化碳，氯化物，肌酸酐，血细胞比容，镁，氧，pH，磷，钾，天冬酰胺，天冬氨酸，钠，总蛋白质，尿酸，丙酮，乙酰乙酸，丙酮酸，乙醛，半乳糖，L-木糖酸-1,4-内酯，谷胱甘肽二硫醚，过氧化氢，亚油酸，1,3-二磷酸甘油酸和6-磷酸-D-葡萄糖酸-1,5-内酯。
26.权利要求21-25中任一项的方法，其中第一质量运输限制膜和第二质量运输限制膜包含基于聚乙烯吡啶的聚合物，聚乙烯咪唑，聚丙烯酸酯，聚氨酯，聚醚型聚氨酯，有机硅或其组合。
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