CN117426772A - 用于扩散限制膜及衰减异物反应的双重功能的丙烯酸酯水凝胶膜 - Google Patents

Abstract

本发明的实施方案提供了可用于诸如分析物传感器等可植入装置中的组合物以及用于制造和使用此类组合物和装置的方法。在本发明的典型实施方案中，该装置是包括分析物调节层的葡萄糖传感器，该分析物调节层由调节葡萄糖穿过该分析物调节层的扩散的丙烯酸酯水凝胶组合物形成，并且该分析物调节层还包含生物活性剂，该生物活性剂被选择用于增强分析物传感器在体内植入时的生物相容性。

Description

用于扩散限制膜及衰减异物反应的双重功能的丙烯酸酯水凝 胶膜

相关申请的交叉引用

本申请依据美国专利法第120条要求2022年7月20日提交的美国专利申请序列号63/390,896的优先权，该美国专利申请的内容以引用方式并入本文。

背景技术

1.技术领域

本发明涉及可用于诸如分析物传感器的可植入装置的组合物和方法。

2.相关技术说明

通过将可植入医疗装置引入人类患者内的体内位置来治疗各种医学病症。然而，当将此类装置引入和/或体内操纵时，近端体内组织可能受到干扰或损伤，导致植入部位处的免疫应答、凝块形成和/或血栓形成。此外，如果医疗装置在患者内停留延长的时间段，则血栓通常在装置本身上形成，再次导致纤维化、狭窄或堵塞。

本领域需要可以与可植入医疗装置(诸如可植入葡萄糖传感器)一起使用的改进的组合物和方法。具体地，需要可以在医疗程序期间或之后体内递送药物或其他生物活性材料以便调节植入部位处的免疫应答的传感器组合物和方法。本文公开的本发明的实施方案满足此需求。

发明内容

本发明的实施方案提供了可用于分析物传感器中的丙烯酸酯水凝胶组合物以及用于制造和使用分析物传感器膜中的此类组合物的方法。本发明的典型实施方案包括电流型葡萄糖传感器，该电流型葡萄糖传感器包括由丙烯酸酯水凝胶形成的分析物调节膜(例如，葡萄糖限制膜)并且包括生物活性剂，该生物活性剂被选择用于提供具有改善的材料性质诸如增强的生物相容性(例如，通过抑制异物反应(FBR))的此类分析传感器。如本文所公开的，当这些丙烯酸酯水凝胶膜用于体内植入的电流型葡萄糖传感器中时，所得传感器与具有由相同材料形成而没有生物活性剂的组合物的对照传感器相比表现出改善的传感器寿命。如下文所讨论的，本发明的实施方案还包括被设计成通过最小化制造步骤、处理时间和传感器设计复杂性来使分析物传感器生产流水线化的方法。

本文公开的发明具有许多实施方案。本发明的一个实施方案是电流型分析物传感器，该电流型分析物传感器包括具有所选择的分层元件群集的工作电极。通常，这些元件包括基底层；导电层，该导电层设置在该基底层上方；分析物感测层，该分析物感测层设置在该导电层上方；和分析物调节层，该分析物调节层设置在该分析物感测层上方。在此类实施方案中，该分析物调节层由允许该层选择性渗透地调节葡萄糖和氧穿过其的扩散的材料形成，使得葡萄糖的扩散相对于氧受到限制；并且由具有与生物活性剂可逆地偶联的聚合物的丙烯酸酯水凝胶形成，使得该生物活性剂响应于刺激而与该聚合物解偶联。通常在这些实施方案中，该分析物调节层表现出对葡萄糖和氧的渗透性，该渗透性在该生物活性剂从该分析物调节层释放后改变小于10％。

在本发明的某些实施方案中，该电流型分析物传感器由单个传感器柔性组件组成，该单个传感器柔性组件包括柔性平面元件，该柔性平面元件具有包括第一侧和第二侧的纵向构件，该工作电极(涂覆有本文公开的各种材料层)设置在该第一侧和该第二侧上。在本发明的实施方案中，该生物活性剂可以混合在该分析物调节层的外表面内，或者替代地偶联在该分析物调节层的外表面上，并且该生物活性剂包括以下物质中的至少一者：抗菌剂、抗炎剂和抗凝剂(例如，地塞米松、肝素或氟喹诺酮中的至少一者)。在本发明的典型实施方案中，该生物活性剂被非共价地包埋在该聚合物内；并且/或者该生物活性剂与该聚合物共价偶联(例如，其中该生物活性剂通过设置在该生物活性剂上的丙烯酸酯部分与该聚合物偶联)。通常，该分析物调节层包含以下中的至少一者：聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)、聚氨酯和扩链剂。

在本发明的说明性实施方案中，该生物活性剂响应于以下方面而与该分析物调节层内的该聚合物解偶联：暴露于水性介质；和/或暴露于葡萄糖。在本发明的一些实施方案中，该生物活性剂响应于其中设置了该电流型分析物传感器的环境的pH发生改变而与该聚合物解偶联。在本发明的其他实施方案中，该生物活性剂响应于其中设置了该电流型分析物传感器的环境的温度发生改变而与该聚合物解偶联。在本发明的其他实施方案中，该生物活性剂响应于电化学刺激(例如，通过调节施加电势的偏置、通过调节电流密度、通过使用连续或脉冲条件等)而与该聚合物解偶联。

本发明的实施方案还包括制造用于植入哺乳动物体内的电流型分析物传感器电极的方法。通常，此类方法包括形成工作电极的步骤，该工作电极包括：基底层；导电层，该导电层形成在该基底层上；分析物感测层，该分析物感测层设置在该导电层上；和分析物调节层，该分析物调节层形成在分析物感测层上。在此类实施方案中，该分析物调节层由被选择用于选择性渗透地调节葡萄糖和氧穿过其的扩散的材料形成，使得葡萄糖的扩散相对于氧受到限制；并且该分析物调节层形成为包含丙烯酸酯水凝胶，该丙烯酸酯水凝胶具有与生物活性剂可逆地偶联的聚合物，使得该生物活性剂响应于刺激而与该聚合物解偶联。在这些方法中，生物活性剂通常被选择为以下中的至少一者：抗菌剂、抗炎剂和抗凝剂(例如，地塞米松、肝素或氟喹诺酮)。在本发明的某些实施方案中，该生物活性剂形成为包含使该生物活性剂与该聚合物偶联的丙烯酸酯部分。通常，该分析物调节层包含以下中的至少一者：聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)、聚氨酯和扩链剂。在本发明的某些实施方案中，该分析物调节层由反应混合物形成，该反应混合物包含被选择用于促进聚合的光活性剂。

在这些方法的一些实施方案中，该生物活性剂形成为被非共价地包埋在该聚合物内。在本发明的其他实施方案中，该生物活性剂形成为与该聚合物共价偶联(例如，其中生物活性剂通过设置在该生物活性剂上的丙烯酸酯部分与该聚合物偶联)。任选地，该生物活性剂与该分析物调节层的外表面偶联。在某些实施方案中，该方法包括由被选择用于当该传感器电极设置在间隙空间中时调节该分析物调节层的亲水性的材料形成该传感器电极。在本发明的一些方法中，该生物活性剂在该传感器中形成，使得该生物活性剂响应于其中设置了该电流型分析物传感器的环境的pH发生改变而与该聚合物解偶联。在本发明的其他实施方案中，该生物活性剂在该传感器中形成，使得该生物活性剂响应于其中设置了该电流型分析物传感器的环境的温度发生改变而与该聚合物解偶联。在本发明的其他实施方案中，该生物活性剂在该传感器中形成，使得该生物活性剂响应于电化学刺激而与该聚合物解偶联。本发明的一些方法还包括对该传感器电极进行灭菌步骤，其中该灭菌步骤包括暴露于环氧乙烷。

本发明的另一个实施方案是使用电化学分析物传感器感测哺乳动物体内的分析物(诸如葡萄糖)同时抑制对该电化学分析物传感器的异物反应的方法，该方法包括：将本文公开的电化学分析物传感器植入该哺乳动物；在该分析物存在的情况下感测工作电极处的电流的改变；以及然后使电流的改变与分析物的存在相关，使得对该分析物进行感测。

对于本领域技术人员而言，本发明的其它目标、特征和优点将根据以下详细描述而变得显而易见。然而，应当理解，详细描述和具体示例虽然指示本发明的一些实施方案，但是它们是以例示而非限制的方式给出的。在不脱离本发明的精神的情况下，可以在本发明的范围内进行许多改变和修改，并且本发明包括所有这些修改。

附图说明

附图示出了本发明的说明性方面和实施方案。

图1提供了示出对植入个体的间隙空间中的传感器的异物反应的卡通示意图(现有技术，参见例如Nichols等人，《化学评论(Chem.Rev.)》2013,113,2528-2549)。

图2A至图2B提供了示出常规(现有技术)传感器设计的示意图(图2A)，该常规传感器设计包括由多个平面分层元件形成的电流型分析物传感器，该多个平面分层元件包括白蛋白层和粘附促进剂层；以及示出此类常规多层传感器堆叠与具有高密度胺层的传感器堆叠之间的差异的示意图(图2B)。

图3A至图3D提供了本发明的传感器元件和传感器的卡通图示。图3(A)示出了包含与醋酸地塞美松组合的聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)葡萄糖限制膜(GLM)的分析物调节层材料的示意图(左图)以及包含此分析物调节层材料的说明性传感器结构的卡通图(右图)。图3(B)示出了用丙烯酸酯部分官能化地塞米松的示意图的卡通图。图3(C)示出了使用光介导的传感器层材料的聚合/固化制造本发明的传感器实施方案的方法的示意图的卡通图。图3(D)示出了包含药物分子生物活性剂的水凝胶基质的卡通图和该生物活性剂可按需释放的方式。

图4提供了示出对植入个体的间隙中的传感器的异物反应的卡通示意图(左图)以及来自涂覆有生物活性剂(地塞米松)的传感器与未涂覆的传感器相比的传感器稳定性研究的数据(右图)。传感器稳定性的图数据研究(右图)显示了在约三周的时间内，未涂覆的传感器与涂覆的传感器(即，涂覆有包含丙烯酸酯水凝胶的分析物调节层的传感器，该丙烯酸酯水凝胶具有与生物活性剂可逆地偶联的聚合物，使得生物活性剂响应于刺激而与聚合物解偶联)中传感器灵敏度的变化。如该右图中所示，与未涂覆的传感器相比，涂覆的传感器随时间保持灵敏度。

图5提供了分层传感器结构的显微照片(左图)以及来自涂覆有生物活性剂(地塞米松)的传感器与未涂覆的传感器相比的传感器稳定性研究的数据(右图)。图数据(右图)来自(涂覆的传感器)信号(Isig)随时间响应于分析物的研究。该图中间的叠加图显示了地塞米松随时间从传感器材料中洗脱的情况。

图6A至图6B提供了分层传感器结构的卡通示意图(左图)以及来自传感器稳定性研究的数据。图6A提供了其上设置有分层传感器材料的纵向传感器柔性元件的示意图(左图)以及设置在该柔性元件上的分层传感器结构的横截面(右图)。图6B提供了与未涂覆的传感器相比，涂覆有生物活性剂(地塞米松)的传感器随时间(15天)的传感器信号研究的数据。图6B中的上图示出了来自这些传感器信号的该15天研究的原始信号(Isig)数据；图6B中的下图示出了上图中所示的原始传感器信号/数据点的统计分析(累积频率，“CF”)。

具体实施方式

除非另外定义，否则本文所使用的所有技术术语、符号和其它科学术语或专用词旨在具有本发明所属领域的技术人员通常理解的含义。在一些情况下，为了清楚和/或便于参考起见，本文对具有通常理解的含义的术语进行了定义，并且本文中包括这些定义不应被必然解释为代表与本领域通常理解的含义有实质性差异。本文描述或引用的许多技术和程序是很好理解的，并且常常由本领域的技术人员使用常规方法来采用。在适当时，除非另外指明，否则涉及可商购的试剂盒和试剂的使用的程序一般根据制造商定义的方案和/或参数进行。下面定义了多个术语。本文所提及的所有出版物通过引用并入本文，以公开和描述与所引用的出版物相关的方法和/或材料。本文所引用的出版物针对其在本申请的提交日期之前的公开内容而被引用。这里的任何内容都不应被解释为承认发明人无权凭借本发明的较早优先权日或在前的日期而早于该出版物。此外，实际公开日可能与显示的不同，并且需要独立验证。

必须注意的是，除非上下文另外明确指示，否则如本文和所附权利要求中所使用，单数形式“一个/种(a/an)”和“所述”包含复数指代物。因此，例如，对“一种氧化还原酶”的提及包含本领域的技术人员已知的多种此类氧化还原酶和其等效物等等。说明书和相关权利要求中所列举的指可以用除了整数之外的值进行数字表征的值(例如，“50mol％”)的所有数字应理解为由术语“约”修饰。

本文所使用的术语“分析物”是广义的术语并且以其普通意义使用，包括但不限于是指在诸如生物流体(例如，血液、间质液、脑脊液、淋巴液或尿液)等可以被分析的流体中的物质或化学成分。分析物可以包括天然存在的物质、人造物质、代谢物和/或反应产物。在一些实施方案中，用于由感测区域、装置和方法测量的分析物是葡萄糖。然而，也设想了其它分析物，包含但不限于乳酸。在某些实施方案中，血液或间质液中天然存在的盐、糖、蛋白质、脂肪、维生素和激素可以构成分析物。分析物可以天然存在于生物流体或是内生的；例如，代谢产物、激素、抗原、抗体等。替代地，分析物可以被引入人体或是外源的，例如，用于成像的造影剂、放射性同位素、化学制剂、基于碳氟化合物的合成血液或药物或药物组合物，包括但不限于胰岛素。药物和药物组合物的代谢产物也是考虑的分析物。

本文所使用的术语“传感器”是广义的术语并且以其普通意义使用，包含但不限于分析物监测装置的检测分析物的一个或多个部分。在一个实施方案中，传感器包含电化学电池，该电化学电池具有工作电极、参比电极和任选地反电极，该反电极穿过传感器体并且固定在传感器主体内，从而在主体上的一个位置处形成电化学反应性表面，在主体的另一个位置处形成电连接，并且形成粘附到主体并且覆盖电化学反应性表面的膜系统。在传感器的一般操作期间，生物样品(例如，血液或间质液)或其一部分接触(直接或在通过一个或多个膜或结构域之后)酶(例如，葡萄糖氧化酶)；生物样品(或其部分)的反应导致形成允许确定生物样品中的分析物水平的反应产物。

如下文详细讨论的，本发明的实施方案涉及电化学传感器的展现出一系列新颖的物质要素和功能要素的用途。此类传感器使用设置在丙烯酸酯水凝胶组合物内的生物活性剂，以形成例如具有包括增加的生物相容性的独特集合的技术上期望的材料性质的分析物传感器。本发明的电化学传感器实施方案被设计成测量感兴趣分析物(例如，葡萄糖)或指示流体中分析物的浓度或存在的物质的浓度。在一些实施方案中，传感器是连续装置，例如皮下、经皮或血管内装置。在一些实施方案中，该装置可分析多个间歇血液样本。本文公开的传感器实施方案可使用任何已知的方法，包括侵入式、微创式和非侵入式感测技术，来提供指示感兴趣分析物的浓度的输出信号。通常地，传感器是在存在氧的情况下感测分析物与酶之间的酶促反应的产物或反应物以作为体内或体外分析物的量度的类型。此类传感器包括围绕酶的丙烯酸酯水凝胶膜，分析物在与酶反应之前穿过该聚合膜迁移。然后使用电化学方法测量产物，并且因此电极系统的输出充当分析物的量度。

本文所公开的本发明的实施方案提供了例如用于皮下或经皮监测糖尿病患者的血糖水平的类型的传感器。已开发出用于治疗糖尿病和其他危及生命的疾病的多种可植入的电化学生物传感器。许多现有的传感器设计使用某种形式的固定化酶来实现它们的生物特异性。本文所述的本发明的实施方案可用广泛多样的已知的电化学传感器来适配并实施，该电化学传感器包括例如美国专利申请第20050115832号，美国专利第6,001,067号、第6,702,857号、第6,212,416号、第6,119,028号、第6,400,974号、第6,595,919号、第6,141,573号、第6,122,536号、第6,512,939号、第5,605,152号、第4,431,004号、第4,703,756号、第6,514,718号、第5,985,129号、第5,390,691号、第5,391号、第250号、第5,482,473号、第5,299,571号、第5,568,806号、第5,494,562号、第6,120,676号、第6,542,765号，以及PCT国际公布第WO 01/58348号、第WO 04/021877号、第WO 03/034902号、第WO 03/035117号、第WO03/035891号、第WO 03/023388号、第WO 03/022128号、第WO 03/022352号、第WO 03/023708号、第WO 03/036255号、第WO03/036310号、第WO 08/042625号和第WO 03/074107号，以及欧洲专利申请EP 1153571，这些文献中的每个文献的内容以引用方式并入本文。

如下文详细讨论的，本文公开的本发明的实施方案提供了具有增强的材料性质和/或架构配置的传感器元件和被构造成包括此类元件的传感器系统(例如，包括传感器和如监测器、处理器等相关联电子部件的传感器系统)。本公开进一步提供用于制造和使用此类传感器和/或架构配置的方法。虽然本发明的一些实施方案涉及葡萄糖传感器，但是本文公开的各种元件(例如，包含生物活性剂的丙烯酸酯水凝胶组合物)可以适用于与本领域已知的各种各样的传感器和其他可植入医疗装置中的任一者一起使用。分析物传感器元件、架构以及用于制造和使用本文所公开的这些元件的方法可以用于建立各种分层的传感器结构。

在以下部分中详细讨论本发明的实施方案的具体方面。

本发明的典型元件、配置和分析物传感器

本发明的优化的传感器元件

本领域中已知包含用于检测和/或测量如葡萄糖等生物分析物的安培检测传感器的各种各样的传感器和传感器元件。许多葡萄糖传感器基于氧(克拉克型)电流型换能器(参见例如Yang等人，Electroanalysis 1997,9,第16期：1252-1256；Clark等人，Ann.N.Y.Acad.Sci.1962,102,29；Updike等人，Nature 1967,214,986；和Wilkins等人，Med.Engin.Physics,1996,18,273.3-51)。许多体内葡萄糖传感器利用基于过氧化氢的安培检测换能器，因为换能器相对容易制造并且可以使用常规技术容易地进行小型化。然而，与某些安培检测换能器的使用相关的一个问题包括次优的反应化学计量和患者免疫应答。如下文详细讨论的，这些问题通过使用本文公开的丙烯酸酯水凝胶组合物来解决，该丙烯酸酯水凝胶组合物被设计成例如根据优选的释放曲线来释放生物活性剂。

在某些传感器(诸如糖尿病个体使用的葡萄糖传感器)中，使用生物活性剂(诸如地塞米松)可以改进对传感器植入的患者响应。然而，包含生物活性剂的某些基于葡萄糖氧化酶的电流型葡萄糖传感器可以在体内人类研究中在植入后立即(例如，在第1天)表现出较差的分析物感测的线性性能。不受特定理论或作用机制的约束，据信该问题是由于生物活性剂的初始“爆发”，其立即释放到组织中，这种现象会损害葡萄糖传感电极的性能。以下描述的解决该问题的方案包括被设计成调节在早期/初始佩戴期(例如，最初的12小时、24小时或48小时)释放的生物活性剂的量的元件和装置架构，以及被设计成限制在传感器的葡萄糖传感电极附近释放的生物活性剂的量的元件和装置架构。

本发明的一个实施方案是电流型分析物传感器，该电流型分析物传感器包括具有所选择的分层元件群集的工作电极。通常，这些元件包括基底层；导电层，该导电层设置在该基底层上方；分析物感测层，该分析物感测层设置在该导电层上方；和分析物调节层，该分析物调节层设置在该分析物感测层上方。在此类实施方案中，该分析物调节层由允许该层选择性渗透地调节葡萄糖和氧穿过其的扩散的材料形成，使得葡萄糖的扩散相对于氧受到限制；并且由具有与生物活性剂可逆地偶联的聚合物的丙烯酸酯水凝胶形成，使得生物活性剂响应于刺激而与聚合物解偶联。通常在这些实施方案中，该分析物调节层表现出对葡萄糖和氧的渗透性，该渗透性在该生物活性剂从该分析物调节层释放后改变小于10％。如图5和图6中所示，当这些丙烯酸酯水凝胶膜用于体内植入的电流型葡萄糖传感器中时，所得传感器与具有由相同材料形成而没有生物活性剂的组合物的对照传感器相比表现出改善的传感器寿命。

在本发明的某些实施方案中，该电流型分析物传感器由单个传感器柔性组件组成，该单个传感器柔性组件包括柔性平面元件，该柔性平面元件具有包括第一侧和第二侧的纵向构件，该工作电极设置在该第一侧和该第二侧上。在本发明的实施方案中，该生物活性剂可以混合在该分析物调节层的外表面内，或者替代地偶联在该分析物调节层的外表面上，并且该生物活性剂包括以下物质中的至少一者：抗菌剂、抗炎剂和抗凝剂(例如，地塞米松、肝素或氟喹诺酮中的至少一者)。在本发明的典型实施方案中，该生物活性剂被非共价地包埋在该聚合物内；并且/或者该生物活性剂与该聚合物共价偶联(例如，其中该生物活性剂通过设置在该生物活性剂上的丙烯酸酯部分与该聚合物偶联)。通常，该分析物调节层包含以下中的至少一者：聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)、聚氨酯和扩链剂。

在本发明的说明性实施方案中，该生物活性剂响应于以下方面而与该分析物调节层内的该聚合物解偶联：暴露于水性介质；和/或暴露于葡萄糖。在本发明的一些实施方案中，该生物活性剂响应于其中设置了该电流型分析物传感器的环境的pH发生改变而与该聚合物解偶联。在本发明的其他实施方案中，该生物活性剂响应于其中设置了该电流型分析物传感器的环境的温度发生改变而从该聚合物解偶联。在本发明的其他实施方案中，该生物活性剂响应于电化学刺激而与该聚合物解偶联，该电化学刺激选自：施加到该电流型分析物传感器的电压；和/或该电流型分析物传感器内的电流。

本发明的实施方案还包括制造用于植入哺乳动物体内的电流型分析物传感器电极的方法。通常，此类方法包括形成工作电极的步骤，该工作电极包括：基底层；导电层，该导电层形成在该基底层上；分析物感测层，该分析物感测层设置在该导电层上；和分析物调节层，该分析物调节层形成在分析物感测层上。在此类实施方案中，该分析物调节层由被选择用于选择性渗透地调节葡萄糖和氧穿过其的扩散的材料形成，使得葡萄糖的扩散相对于氧受到限制；并且该分析物调节层形成为包含丙烯酸酯水凝胶，该丙烯酸酯水凝胶具有与生物活性剂可逆地偶联的聚合物，使得该生物活性剂响应于刺激而与该聚合物解偶联。在这些方法中，生物活性剂通常被选择为以下中的至少一者：抗菌剂、抗炎剂和抗凝剂(例如，地塞米松、肝素或氟喹诺酮)。在本发明的某些实施方案中，该生物活性剂形成为包含使该生物活性剂与该聚合物偶联的丙烯酸酯部分。通常，该分析物调节层包含以下中的至少一者：聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)、聚氨酯和扩链剂。在本发明的某些实施方案中，该分析物调节层由反应混合物形成，该反应混合物包含被选择用于促进聚合的光活性剂。本发明的一些方法还包括对该传感器电极进行灭菌步骤，其中该灭菌步骤包括暴露于环氧乙烷。

在这些方法的说明性实施方案中，该生物活性剂形成为被非共价地包埋在该聚合物内；并且/或者该生物活性剂形成为与该聚合物共价偶联(例如，其中该生物活性剂通过设置在该生物活性剂上的丙烯酸酯部分与该聚合物偶联)。任选地，该生物活性剂与该分析物调节层的外表面偶联。在某些实施方案中，该方法包括由被选择用于当该传感器电极设置在间隙空间中时调节该分析物调节层的亲水性的材料形成该传感器电极。在本发明的一些方法中，该生物活性剂在该传感器中形成，使得该生物活性剂响应于其中设置了该电流型分析物传感器的环境的pH发生改变而与该聚合物解偶联。在本发明的其他实施方案中，该生物活性剂在该传感器中形成，使得该生物活性剂响应于其中设置了该电流型分析物传感器的环境的温度发生改变而与该聚合物解偶联。

在本发明的一些实施方案中，该生物活性剂在该传感器中形成，使得该生物活性剂响应于电化学刺激而与该聚合物解偶联，该电化学刺激选自：施加到该电流型分析物传感器的电压；和/或该电流型分析物传感器内的电流。此类实施方案可适于使用例如Szunerits等人，European Polymer Journal 83(2016)467–477中公开的电化学刺激，其内容以引用方式并入。Szunerits等人教导了改变施加电势的偏置、电流密度、使用连续或脉冲条件、负或正电势偏置、短或长周期都允许以独特的方式按需释放药物。在本发明的其他实施方案中，生物活性剂在传感器中形成，使得该生物活性剂响应于存在于其中公开传感器的环境中的内源刺激(例如，酶、活性氧物质(诸如过氧化氢)、温度、离子、pH等)而与聚合物解偶联。此类实施方案可适于使用例如Lin等人，International Journal ofPharmaceutics 602(2021)120591中公开的刺激，其内容以引用方式并入。

如下文所讨论的，从分析物传感器中的分析物调节层释放的生物活性剂的量可以以多种不同方式调节。这些方式包括例如使用设计的分析物传感器，使得生物活性剂与丙烯酸酯水凝胶膜的外表面偶联；或者替代地，生物活性剂在整个丙烯酸酯水凝胶膜中混合和/或通过为生物活性剂创建储存器(例如，设置在膜内的相同或不同位置处的多种浓度的生物活性剂)；和/或不同的生物活性剂膜层浓度和/或厚度；和/或将生物活性剂掺入随时间释放药剂的可生物吸收的聚合物中；和/或用可减缓药物释放的外部生物可吸收层覆盖生物活性剂层；和/或此类元件与装置架构的组合。

在本发明的某些实施方案中，丙烯酸酯水凝胶包括多个子层，其中多个子层中的至少一个子层包括本领域已知的聚氨酯组合物(参见例如Michael Szycher Ph.D(编辑)的Szycher's Handbook of Polyurethanes，第2版)。此类组合物可包括例如10％-90％聚氨酯(和90％-10％药物)中的任何量。在本发明的实施方案中，生物活性剂的治疗释放曲线可通过多种方式调节，例如通过改变其中设置了生物活性剂的丙烯酸酯水凝胶材料的分子量，和/或通过在这种组合物中使用不同的共混聚合物，可以选择具有不同玻璃化转变温度(Tg)的聚合物。例如，将诸如Tecoflex SG-60D的聚合物与包括本文公开的那些聚合物在内的其他聚合物共混，对于调谐生物活性剂的释放特性可能是非常有利的。参见例如美国专利第6,770,729号和美国专利公开第2004/0033251号，其内容以引用方式并入本文。任选地，多个子层中的至少一个由包含以下的反应混合物形成：二异氰酸酯；亲水性聚合物，该亲水性聚合物包括亲水性二醇或亲水性二胺；硅氧烷，该硅氧烷在末端处具有氨基、羟基或羧酸官能团；和任选地聚碳酸酯二醇。

如下文详细讨论的，在本发明的典型实施方案中，精确地控制用于制备分析物调节层和/或子层的丙烯酸酯水凝胶材料、子层的量和/或厚度以及子层中的生物活性剂的浓度，以产生生物活性剂的一种或多种特定释放曲线。例如，在本发明的某些实施方案中，在植入个体的间隙空间之后，多个子层根据生物活性剂曲线从分析物调节层释放生物活性剂，其中：在植入后前的24小时内释放不超过10％的生物活性剂；在植入后的前72小时内释放不超过20％的生物活性剂；在植入后的前120小时内释放不超过30％的生物活性剂；并且/或者在植入后的前24小时内释放至少30％的生物活性剂；在植入后的前48小时内释放至少50％的生物活性剂；并且/或者在植入后的前72小时内释放至少70％的生物活性剂。

如下文所讨论，在某些实施方案中，电流型分析物传感器进一步包括以下中的至少一者：粘附促进层；蛋白层；包含分子量在30KDa和300KDa之间的聚-l-赖氨酸聚合物的层；和覆盖层，该覆盖层设置在分析物传感器设备上，其中覆盖层包括孔，该孔定位在覆盖层上，以促进存在于体内环境中的分析物免于接触并且扩散穿过分析物调节层；并且接触分析物感测层。

本发明的其它实施方案包括制造本文公开的传感器的方法。例如，本发明的实施方案包括一种制造用于植入哺乳动物内的分析物传感器的方法，该方法包括以下步骤：提供基底层；在基底层上形成导电层，其中导电层包括工作电极；在该导电层上形成分析物感测层，其中该分析物感测层包含氧化还原酶；以及在分析物感测层上形成分析物调节层，其中分析物调节层包括生物活性剂，该生物活性剂被选择用于抑制对植入个体的间隙空间中的电流型分析物传感器的免疫应答。在本发明的典型实施方案中，进一步形成分析物调节层以展现出对葡萄糖的第一渗透率和对O₂的第二渗透率，并且对O₂的渗透率大于对葡萄糖的渗透率。在本发明的一些实施方案中，形成安培检测分析物传感器以包括其中设置了分析物调节层材料的至少一个储存器。

通常，在这些方法中，分析物调节层由多个子层形成。例如，在本发明的实施方案中，形成多个子层以包括选自由以下组成的组的至少两个子层：包含第一厚度和/或第一浓度的生物活性剂的子层；包含第二厚度和/或第二浓度的生物活性剂的子层；包含第三厚度和/或第三浓度的生物活性剂的子层；包含第四厚度和/或第四浓度的生物活性剂的子层；和不包含生物活性剂的子层。在本发明的某些实施方案中，形成多个子层中的至少一个子层以包含聚氨酯组合物。任选地，多个子层中的至少一个由包含以下的反应混合物形成：二异氰酸酯；亲水性聚合物，该亲水性聚合物包括亲水性二醇或亲水性二胺；硅氧烷，该硅氧烷在末端处具有氨基、羟基或羧酸官能团；和任选地聚碳酸酯二醇。

在制造本发明的分析物传感器的某些方法中，在这种方法中形成子层，使得在植入到个体的间隙空间中之后，多个子层根据曲线从分析物调节层释放生物活性剂，其中：在植入后的前24小时内释放不超过10％的生物活性剂；在植入后的前72小时内释放不超过20％的生物活性剂；在植入后的前120小时内释放不超过30％的生物活性剂；并且/或者在植入后的前24小时内释放至少30％的生物活性剂；在植入后的前48小时内释放至少50％的生物活性剂；或者在植入后的前72小时内释放至少70％的生物活性剂。

如下文所论述，本发明的另外的实施方案包括感测哺乳动物体内的分析物的方法，该方法包括：将本文公开的电化学分析物传感器植入哺乳动物；在该分析物存在的情况下感测工作电极处的电流的改变；以及然后使电流的改变与分析物的存在相关，使得对该分析物进行感测。

本发明的另外的实施方案包括通过使用本文公开的传感器抑制免疫应答的方法，从而延长植入装置在哺乳动物体内的寿命。这些方法通常包括向哺乳动物植入本文公开的电化学分析物传感器(即，包括在植入部位抑制免疫应答的药剂者)；在该分析物存在的情况下感测工作电极处的电流的改变；以及然后使电流的改变与分析物的存在相关，使得对分析物进行感测；其中抑制免疫应答的药剂通过抑制宿主免疫应答延伸传感器的植入寿命。

如以上所讨论的，在典型实施方案中，设置在分析物调节层内的生物活性剂包括地塞米松。然而，在本发明的各种实施方案中可以使用多种药剂。例如，抗炎剂可以是肝素、雷帕霉素(rapamycin)(西罗莫司(sirolimus))、他克莫司(tacrolimus)、透明质酸酶(例如，Hylenex^TM)或它们的组合。在其它实施方案中，抗炎剂不是米松(例如，倍他米松磷酸钠、地塞米松磷酸钠、二丙酸倍氯米松等)。在又其它实施方案中，抗炎剂是抗炎性细胞因子或趋化因子，诸如IL-4或IL-10、或夫拉克他辛(Fractalkine)。

抗炎药的其它示例包括甾体和非甾体(NSAID)抗炎剂，诸如但不限于氯倍他索(clobetasol)、阿氯芬酸(alclofenac)、二丙酸阿氯米松(alclometasone dipropionate)、丙缩阿尔孕酮(algestone acetonide)、α淀粉酶(alpha amylase)、安西法尔(amcinafal)、安西非特(amcinafide)、氨芬酸钠(amfenac sodium)、氨普立糖(amiprilosehydrochloride)、阿那白滞素(anakinra)、阿尼罗酸(anirolac)、阿尼扎芬(anitrazafen)、阿扎丙宗(apazone)、巴柳氮二钠(balsalazide disodium)、苄达酸(bendazac)、苯恶洛芬(benoxaprofen)、盐酸苄达明(benzydamine hydrochloride)、菠萝蛋白酶(bromelains)、溴哌莫(broperamole)、布地奈德(budesonide)、卡洛芬(carprofen)、环洛芬(cicloprofen)、辛喷他宗(cintazone)、克利洛芬(cliprofen)、丙酸氯倍他索(clobetasolpropionate)、丁酸氯倍他松(clobetasone butyrate)、氯吡酸(clopirac)、丙酸氯硫卡松(cloticasone propionate)、可托多松(cortodoxone)、地夫可特(deflazacort)、地奈德(desonide)、去羟米松(desoximetasone)、莫米松(momentasone)、可的松(cortisone)、醋酸可的松(cortisone acetate)、氢化可的松(hydrocortisone)、泼尼松(prednisone)、醋酸泼尼松(prednisone acetate)、双氯芬酸钾(diclofenac potassium)、双氯芬酸钠(diclofenac sodium)、二乙酸二氟拉松(diflorasone diacetate)、二氟米酮钠(diflumidone sodium)、二氟苯水杨酸(diflunisal)、二氟泼尼酯(difluprednate)、地弗他酮(diftalone)、二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide)、羟西缩松(drocinonide)、恩甲羟松(endrysone)、恩莫单抗(enlimomab)、依诺利康钠(enolicam sodium)、依匹唑(epirizole)、依托度酸(etodolac)、依托芬那酯(etofenamate)、联苯乙酸(felbinac)、非那莫(fenamole)、芬布芬(fenbufen)、芬氯酸(fenclofenac)、苯克洛酸(fenclorac)、芬度柳(fendosal)、奋匹帕隆(fenpipalone)、芬替酸(fentiazac)、夫拉扎酮(flazalone)、氟扎可特(fluazacort)、氟芬那酸(flufenamic acid)、氟鲁咪唑(flumizole)、醋酸氟尼缩松(flunisolide acetate)、氟尼辛(flunixin)、氟尼辛葡甲胺(flunixin meglumine)、福可定丁酯(fluocortin butyl)、醋酸氟米龙(fluorometholone acetate)、氟喹宗(fluquazone)、氟比洛芬(flurbiprofen)、氟瑞托芬(fluretofen)、丙酸氟替卡松(fluticasone propionate)、呋喃洛芬(furaprofen)、呋罗布芬(furobufen)、哈西奈德(halcinonide)、卤倍他索丙酸酯(halobetasol propionate)、醋酸溴氟龙(halopredoneacetate)、异丁芬酸(ibufenac)、布洛芬(ibuprofen)、布洛芬铝(ibuprofen aluminum)、皮考布洛芬(ibuprofen piconol)、伊洛达普(ilonidap)、吲哚美辛(indomethacin)、吲哚美辛钠(indomethacin sodium)、吲哚洛芬(indoprofen)、吲哚克索(indoxole)、吲四唑(intrazole)、醋酸异氟泼尼松(isoflupredone acetate)、伊索克酸(isoxepac)、伊索昔康(isoxicam)、酮洛芬(ketoprofen)、盐酸洛非咪唑(lofemizole hydrochloride)、氯诺昔康(lomoxicam)、依碳酸氯替泼诺(loteprednol etabonate)、甲氯芬那酸钠(meclofenamatesodium)、甲氯芬那酸(meclofenamic acid)、甲氯松二丁酯(meclorisone dibutyrate)、甲芬那酸(mefenamic acid)、氨水杨酸(mesalamine)、美西拉宗(meseclazone)、磺庚甲泼尼龙(methylprednisolone suleptanate)、马尼氟酯(momiflumate)、萘丁美酮(nabumetone)、萘普生(naproxen)、萘普生钠(naproxen sodium)、萘普索(naproxol)、尼马宗(nimazone)、奥沙拉嗪钠(olsalazine sodium)、奥古蛋白(orgotein)、奥帕诺辛(orpanoxin)、噁丙嗪(oxaprozin)、羟基保泰松(oxyphenbutazone)、盐酸瑞尼托林(paranyline hydrochloride)、戊聚糖多硫酸钠(pentosan polysulfate sodium)、甘油保泰松钠(phenbutazone sodium glycerate)、吡非尼酮(pirfenidone)、吡罗昔康(piroxicam)、吡罗昔康肉桂酸盐(piroxicam cinnamate)、吡罗昔康乙醇胺(piroxicamolamine)、吡洛芬(pirprofen)、泼那扎特(prednazate)、普立非酮(prifelone)、普罗度酸(prodolic acid)、普罗喹宗(proquazone)、普罗沙唑(proxazole)、柠檬酸普罗沙唑(proxazole citrate)、利美索龙(rimexolone)、氯马扎利(romazarit)、柳胆来司(salcolex)、沙那西定(salnacedin)、双水杨酸(salsalate)、血根氯铵(sanguinariumchloride)、司克拉宗(seclazone)、丝美辛(sermetacin)、舒多昔康(sudoxicam)、舒林酸(sulindac)、舒洛芬(suprofen)、他美辛(talmetacin)、他尼氟酯(talniflumate)、他洛柳酯(talosalate)、特丁非隆(tebufelone)、替尼达普(tenidap)、替尼达普钠(tenidapsodium)、替诺昔康(tenoxicam)、替昔康(tesicam)、苄叉异喹酮(tesimide)、四氢甲吲胺(tetrydamine)、硫平酸(tiopinac)、特戊酸硫氢可的松(tixocortol pivalate)、托美丁(tolmetin)、托美丁钠(tolmetin sodium)、三氯奈德(triclonide)、三氟米酯(triflumidate)、齐多美辛(zidometacin)、佐美酸钠(zomepirac sodium)、他克莫司(tacrolimus)和吡美莫司(pimecrolimus)。

另外，甾体抗炎药的示例包括但不限于21-乙酰氧基孕烯醇酮、阿氯米松、阿尔孕酮、安西奈德、布地奈德、氯泼尼松、氯倍他索、氯倍他松、氯可托龙、氯泼尼醇、皮质酮、可的松、可的伐唑、地夫可特、地奈德、去羟米松、二氟拉松、二氟可龙、醋丁二氟龙、甘草次酸、氟扎可特、氟二氯松、氟尼缩松、氟轻松、氟轻松醋酸酯、福可定丁酯、氟可龙、氟米龙、醋酸甲氟龙、醋酸氟泼尼定、氟泼尼龙、氟氢缩松、丙酸氟替卡松、福莫可他、哈西奈德、卤倍他索丙酸酯、卤米松、醋酸溴氟龙、氢可他酯、氢化可的松、依碳酸氯替泼诺、马泼尼酮、甲羟松、甲泼尼松、甲基强的松龙、糠酸莫米松、泼尼卡酯、泼尼松龙、泼尼松龙25-二乙氨基乙酸酯、泼尼松龙磷酸钠、泼尼松、泼尼松龙戊酸酯、泼尼立定、利美索龙、替可的松、曲安西龙、曲安奈德、苯曲安缩松、己曲安缩松、它们的任何衍生物，以及它们的组合。

此外，非甾体抗炎药的示例包括但不限于COX-1和COX非特异性抑制剂(例如，水杨酸衍生物、阿司匹林、水杨酸钠、三水杨酸胆碱镁、双水杨酸酯、二氟苯水杨酸、柳氮磺胺吡啶和奥沙拉嗪；对氨基苯酚衍生物，诸如对乙酰氨基酚；吲哚和茚乙酸，诸如吲哚美辛和舒林酸；杂芳基乙酸，诸如托美汀、双氯芬酸和酮咯酸；芳基丙酸，诸如布洛芬、萘普生、氟比洛芬、酮洛芬，非诺洛芬和噁丙嗪)和选择性COX-2抑制剂(如二芳基取代的呋喃酮，诸如罗非考昔；二芳基取代的吡唑类，诸如塞来考昔；吲哚乙酸，诸如乙哚乙酸，和磺酰苯胺，诸如尼美舒利)，以及它们的组合。另外，可将其它天然存在的或合成的药物、药剂、分子和蛋白质与响应抑制剂一起包括，以减轻异物反应和/或帮助促进身体吸收药物。例如，Hylenex^TM(透明质酸酶)也可以包括在胰岛素的递送路径中以增加胰岛素的吸收。

如上所述，本发明的实施方案包括由聚合物反应混合物制成的传感器膜，该聚合物反应混合物形成为包括生物活性剂，同时对O₂的渗透性比对葡萄糖的渗透性更大。如本领域已知的，聚合物包括由许多重复单元的链或网络组成的长分子或更大分子，这些重复单元是通过将许多相同或类似的被称为单体的小分子化学键合在一起而形成。共聚物或杂聚物是由两种(或更多种)单体物种衍生的聚合物，该聚合物与仅使用一种单体的均聚物相反。共聚物还可以在聚合物结构中分支的存在或布置方面进行描述。线性共聚物由单个主链组成，而支共聚物由单个主链和一个或多个聚合物侧链组成。由包含本文公开的生物活性剂的聚合物组合物制成的传感器膜可以优化包括生物相容性、传感器灵敏度、稳定性和水合概况的分析物传感器功能。另外，通过在传感器温度范围内优化反应物物种的化学计量，本文公开的膜可以优化产生与感兴趣分析物(例如，葡萄糖)水平相关的关键可测量信号的化学反应。以下部分描述了本发明的说明性传感器元件、传感器配置和方法实施方案。

本发明的另一个实施方案是电流型分析物传感器，该电流型分析物传感器包括：基底层；导电层，该导电层设置在基底层上并且包括工作电极；分析物感测层，该分析物感测层设置在导电层上；和分析物调节层，该分析物调节层包括设置在分析物感测层上的生物活性剂。在此实施方案中，该分析物调制层是由反应混合物形成的，该反应混合物包括：二异氰酸酯；亲水性聚合物，该亲水性聚合物包括亲水性二醇或亲水性二胺；硅氧烷，该硅氧烷在末端处具有氨基、羟基或羧酸官能团；和催化剂。在某些实施方案中，该催化剂以小于反应混合物组分的0.2％的量存在于反应混合物中，使得分析物调节层与由其中催化剂以大于或等于反应混合物的0.2％的量存在于配制剂中的反应混合物形成的相当的分析物调节层相比展现出更大的热稳定性。

在典型实施方案中，该分析物传感器是可植入体内的葡萄糖传感器。任选地，该分析物传感器进一步包括以下中的至少一项：蛋白质层，该蛋白质层设置在分析物感测层上；或者覆盖层，该覆盖层设置在分析物传感器设备上，并且覆盖层包括孔，该孔定位在覆盖层上，以促进存在于体内环境中的分析物免于接触并且扩散穿过分析物调节层；并且接触分析物感测层。在这些分析物传感器中的某些分析物传感器中，导电层包括多个电极，该多个电极包括工作电极、反电极和参比电极，例如其中导电层包括多个工作电极和/或反电极和/或参比电极的实施方案；并且任选地，该多个工作电极、反电极和参比电极作为单元组合在一起并且以重复的单元模式在位置上分布在导电层上。

在本发明的实施方案中，分析物调节层是由反应混合物形成的，该反应混合物包括：丙烯酸酯；二异氰酸酯；亲水性聚合物，该亲水性聚合物包括亲水性二醇或亲水性二胺；硅氧烷，该硅氧烷在末端处具有氨基、羟基或羧酸官能团；和催化剂。任选地，该反应混合物还包括另外的组分，诸如生物活性剂。在制造用于植入哺乳动物内的分析物传感器的某些方法中，二异氰酸酯包括六亚甲基二异氰酸酯和/或亚甲基二苯基二异氰酸酯，JEFFAMINE包括约45％的JEFFAMINE 600和/或JEFFAMINE 900，聚二甲基硅氧烷包括约22.5％的聚二甲基硅氧烷-A15，并且聚碳酸酯二醇包括约7.5％的聚(碳酸1,6-己酯)二醇。通常，在此实施方案中，催化剂(例如，二丁基锡双(2-己酸乙酯))以小于反应混合物的0.19％、0.17％、0.15％、0.13％或0.11％的量(例如，约0.1％)存在于反应混合物中。

与本发明的实施方案一起使用的某一电流型传感器设计包括多个分层元件，包括例如具有电极的基底层、分析物感测层(例如，包括葡萄糖氧化酶者)以及分析物调节层，该分析物调节层既用于释放生物活性剂，亦在分析物扩散控制中起作用(例如，以调节暴露于分析物感测层的葡萄糖和氧的量)。图2A中示出了一个此类传感器实施方案。掺入包含本文公开的生物活性剂的丙烯酸酯水凝胶组合物作为分析物调节层的分层传感器设计表现出一系列材料性质，这些材料性质克服了在包括体内植入的电化学葡萄糖传感器的各种传感器中观察到的挑战。例如，被设计成测量水性环境中的分析物的传感器(例如，体内植入的传感器)通常需要在测量准确的分析物读数之前和期间润湿各层。因为材料的性质可能会影响其水合的速率，所以在水性环境中使用的膜的材料性质理想地将促进传感器润湿，以例如使在传感器引入水性环境与传感器提供与该环境中分析物浓度相对应的准确信号的能力之间的时间段最小化。包括包含生物活性剂的丙烯酸酯水凝胶组合物的本发明的实施方案通过同时促进传感器水合和生物相容性来解决这种问题。

此外，在利用葡萄糖与葡萄糖氧化酶之间的化学反应来生成可测量信号的电化学葡萄糖传感器的情况下，分析物调节层的材料不应该加剧(并且理想地应减少)在本领域中被称为“缺氧问题”的情况。具体地，因为基于葡萄糖氧化酶的传感器需要氧(O₂)以及葡萄糖两者来生成信号，所以相对于葡萄糖存在过量的氧对于基于葡萄糖氧化酶的葡萄糖传感器的操作是必要的。然而，由于皮下组织中的氧浓度远低于葡萄糖浓度，因此氧可能是传感器中的在葡萄糖、氧和葡萄糖氧化酶之间反应中的限制性反应物，这种情况损害了传感器产生严格依赖于葡萄糖浓度的信号的能力。在此情况下，因为材料的性质可能会影响化合物扩散穿过该材料到达可测量的化学反应的位点的速率，所以在利用葡萄糖与葡萄糖氧化酶之间的化学反应来生成可测量信号的电化学葡萄糖传感器中使用的分析物调节层的材料性质不应例如以造成缺氧问题的方式有利于使葡萄糖的扩散超过氧的扩散。包括包含生物活性剂的丙烯酸酯水凝胶组合物的本发明的实施方案没有导致缺氧问题，而是起到改善缺氧问题的作用。通常，例如，形成分析物调节层以展现出对葡萄糖的第一渗透率和对O₂的第二渗透率，并且对O₂的渗透率大于对葡萄糖的渗透率。

本发明的实施方案包括材料(例如，包含生物活性剂的丙烯酸酯水凝胶组合物)以及被设计成促进传感器性能的架构两者。例如，在本发明的某些实施方案中，在柔性传感器基底(例如，传感器柔性组件)中形成导电层，其包括多个工作电极和/或反电极和/或参比电极(例如，3个工作电极、一个参比电极和一个反电极)，以便例如避免与不良的传感器水合相关的问题和/或提供冗余感测能力。任选地，该多个工作电极、反电极和参比电极作为单元被配置在一起并且以重复的单元模式在位置上分布在该导电层上。在本发明的某些实施方案中，基底层由柔性材料制成，该柔性材料允许传感器在植入体内时扭曲和弯曲；并且电极被分组为以下配置：随着当传感器设备植入体内时扭转和弯曲，促进体内流体接触至少一个工作电极。在一些实施方案中，电极被分组为以下配置：如果传感器的具有一个或多个电极的一部分从体内环境中移出并且暴露于体外环境，则允许传感器继续工作。通常，传感器可操作地耦合到传感器输入，该传感器输入能够从传感器接收基于感测到的分析物的信号；和处理器，该处理器耦合到传感器输入，其中处理器能够表征从传感器接收的一个或多个信号。在本发明的一些实施方案中，脉冲电压用于从传感器的一个或多个电极获得信号。

本文公开的传感器可以由本领域已知的各种各样的材料制成。在本发明的一个说明性实施方案中，分析物调节层包含聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)和通常由包含以下的混合物形成的聚氨酯/聚脲聚合物：可聚合的丙烯酸酯；二异氰酸酯；亲水性聚合物，该亲水性聚合物包括亲水性二醇或亲水性二胺；和硅氧烷，该硅氧烷在末端具有氨基、羟基或羧酸官能团；使用这种聚合物，则具有由包含以下的混合物形成的支链丙烯酸酯聚合物的聚碳酸酯：丙烯酸丁酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸乙酯或丙烯酸甲酯；氨基-丙烯酸酯；硅氧烷-丙烯酸酯；和聚(环氧乙烷)-丙烯酸酯。任选地，在这些聚合物共混物中可以包含另外的材料。例如，支化丙烯酸酯聚合物的某些实施方案是由包含羟基丙烯酸酯化合物(例如，甲基丙烯酸2-羟乙酯)的反应混合物形成的。

本文所使用的术语“聚氨酯/聚脲聚合物”是指含有尿烷键、脲键或其组合的聚合物。如本领域已知的，聚氨酯是由通过尿烷(氨基甲酸酯)链连接的有机单元链组成的聚合物。聚氨酯聚合物通常通过以下通过逐步生长聚合形成：在存在催化剂的情况下，使含有至少两个异氰酸酯官能团的单体与含有至少两个羟基(醇)的另一种单体反应。聚脲聚合物源自异氰酸酯组分和二胺的反应产物。通常，此类聚合物是通过将二异氰酸酯与醇和/或胺组合而形成的。例如，在聚合条件下将异佛尔酮二异氰酸酯与PEG 600和氨丙基聚硅氧烷组合提供具有尿烷(氨基甲酸酯)链和脲键两者的聚氨酯/聚脲组合物。此类聚合物在本领域是已知的并且在例如以下文献中描述：美国专利第5,777,060号、第5,882,494号和第6,632,015号，以及PCT出版物第WO 96/30431号；第WO 96/18115号；第WO 98/13685号；和第WO 98/17995号，上述文献中的每个文献的内容通过引用并入。

本发明的聚氨酯/聚脲组合物是由生物可接受的聚合物制备的，该生物可接受的聚合物的疏水性/亲水性平衡可以在很宽的范围内变化，以控制氧的扩散系数与葡萄糖的扩散系数的比率并且使此比率与旨在用于体内使用的电化学葡萄糖传感器的设计要求相匹配。此类组合物可以通过上述单体与聚合物的聚合的常规方法制备。所得聚合物可溶于如丙酮或乙醇等溶剂中并且可以通过浸涂、喷涂或旋涂从溶液形成为膜。

可用于本发明的此实施方案中的二异氰酸酯是通常是用于制备生物相容性聚氨酯的二异氰酸酯。此类二异氰酸酯在Szycher，医疗级聚氨酯进展研讨会(SEMINAR ONADVANCES IN MEDICAL GRADE POLYURETHANES)，泰克诺米克出版公司(TechnomicPublishing)，(1995)中详细描述并且包含芳香族二异氰酸酯和脂肪族二异氰酸酯两者。合适的芳香族二异氰酸酯的示例包含二异氰酸甲苯酯、4,4'-亚甲基二苯基二异氰酸酯、3,3'-二甲基-4,4'-联二苯二异氰酸酯、萘二异氰酸酯以及对苯二异氰酸酯。合适的脂肪族二异氰酸酯包含例如，1,6六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、三甲基己基二异氰酸酯(TMDI)、转1,4-环己烷二异氰酸酯(CHDI)、1,4-环己烷双(亚甲基异氰酸酯)(BDI)、1,3-环己烷双(亚甲基异氰酸酯)(H₆ XDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和4,4'-亚甲基双(异氰酸环己酯)(H₂MDI)。在一些实施方案中，二异氰酸酯是异佛尔酮二异氰酸酯、1,6-六亚甲基二异氰酸酯或4,4'亚甲基双(异氰酸环己酯)。这些二异氰酸酯中的许多二异氰酸酯可从商业来源获得，该商业来源如奥尔德里奇化学公司(Aldrich Chemical Company)(美国威斯康星州密尔沃基(Milwaukee,Wis.,USA))，或者可以通过使用文献程序的标准合成方法容易地制备。

用于聚氨酯/聚脲聚合物组合物的反应混合物中的二异氰酸酯的量相对于剩余反应物的组合通常为约50mol％。更具体地，用于制备聚氨酯/聚脲聚合物中的二异氰酸酯的量将足以提供至少约100％的与剩余反应物的羟基或氨基反应所需的-NCO基团。例如，使用x摩尔二异氰酸酯制备的聚合物将使用a摩尔亲水性聚合物(二醇、二胺或其组合)、b摩尔具有官能化末端的硅氧烷聚合物和c摩尔扩链剂，使得x＝a+b+c，应理解，c可以为零。

用于制备本文所述聚氨酯/聚脲聚合物的另一种反应物是亲水性聚合物。该亲水性聚合物可以是亲水性二醇、亲水性二胺或其组合。亲水性二醇可以是聚(亚烷基)乙二醇、聚酯基多元醇或聚碳酸酯多元醇。本文所使用的术语“聚(亚烷基)乙二醇”是指如聚(乙烯)乙二醇、聚(丙烯)乙二醇和聚四亚甲基醚乙二醇(PTMEG)等的低级亚烷基乙二醇的聚合物。术语“聚酯基多元醇”是指其中R基团是低级亚烷基的聚合物，该低级亚烷基如乙烯、1,3-丙烯、1,2-丙烯、1,4-丁烯、2,2-二甲基-1,3-丙烯等(例如，如美国专利第5,777,060号的图4所描绘的)。本领域的技术人员还将理解，聚合物的二酯部分还可以不同于所示的六碳二酸。例如，虽然美国专利第5,777,060号的图4展示了己二酸组分，但是本发明还考虑了琥珀酸酯、戊二酸酯等的使用。术语“聚碳酸酯多元醇”是指在链末端处具有羟基官能度并且在聚合物链内具有碳酸酯官能度的聚合物。聚合物的烷基部分通常由C2到C4脂肪族基构成，或者在一些实施方案中，由较长链脂肪族基、脂环族基或芳香族基构成。术语“亲水性二胺”是指上述亲水性二醇中的任何亲水性二醇，其中该末端羟基已被反应性胺基取代或者其中末端羟基已衍生以产生具有末端胺基的扩链。例如，某一亲水性二胺是“二氨基聚(氧化烯)”，二氨基聚(氧化烯)是其中末端羟基被氨基替换的聚(亚烷基)乙二醇。术语“二氨基聚(氧化烯)”还指在链末端处具有氨基烷基醚基的聚(亚烷基)乙二醇。合适的二氨基聚(氧化烯)的一个示例是聚(丙烯乙二醇)双(2-氨丙基醚)。许多上述聚合物可以从奥尔德里奇化学公司获得。可替代地，本领域已知的常规方法可以用于聚合物的合成。

相对于所使用的二异氰酸酯，用于制备线性聚合物组合物的亲水性聚合物的量通常为约10摩尔％到约80摩尔％。通常，相对于二异氰酸酯，量为约20摩尔％到约60摩尔％。当使用较低量的亲水性聚合物时，常见的是包含扩链剂。

可用于本发明的含硅氧烷聚氨酯/聚脲聚合物通常呈线性，具有优异的氧渗透性并且较低的葡萄糖渗透性。通常，硅氧烷聚合物是具有两个反应性官能团(即，官能度为2)的聚二甲基硅氧烷。官能团可以是例如羟基、氨基或羧酸基，但通常是羟基或氨基。在一些实施方案中，可以使用硅氧烷聚合物的组合，其中第一部分包含羟基，并且第二部分包含氨基。通常，官能团定位于硅氧烷聚合物的链末端处。许多合适的硅氧烷聚合物可从如陶氏化学公司(The Dow Chemical Company)(美国密歇根州米德兰市(Midland,Mich.,USA))和通用电气公司(General Electric Company)(美国纽约州斯克内克塔迪市硅氧烷事业部(Silicones Division,Schenectady,N.Y.,USA))等来源商购获得。还有其它硅氧烷聚合物可以通过本领域已知的一般合成方法(参见例如美国专利第5,777,060号)从可商购获得的硅氧烷(美国宾夕法尼亚州布里斯托尔联合化工技术公司(United ChemicalTechnologies,Bristol.Pa.,USA)开始制备。对于在本发明中的使用，硅氧烷聚合物通常是分子量为约400到约10,000的硅氧烷聚合物，更通常地是分子量为约2000到约4000的硅氧烷聚合物。掺入反应混合物中的硅氧烷聚合物的量将取决于形成生物相容性膜的所得聚合物的期望特性。对于其中期望较低葡萄糖渗透的组合物，可以采用更大量的硅氧烷聚合物。替代地，对于期望更高葡萄糖渗透的组合物，可以采用更少量的硅氧烷聚合物。通常，对于葡萄糖传感器，相对于二异氰酸酯，硅氧烷聚合物的量为10摩尔％到90摩尔％。通常，相对于二异氰酸酯，该量为约20摩尔％到60摩尔％。

在一组实施方案中，用于制备生物相容性膜的反应混合物还将含有扩链剂，该扩链剂是脂肪族或芳香族二醇、脂肪族或芳香族二胺、链烷醇胺或其组合(例如，如美国专利第5,777,060号的图8所描绘的)。合适的脂肪族扩链剂的示例包含乙二醇、丙烯乙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、乙醇胺、乙二胺、丁二胺、1,4-环己烷二甲醇。芳香族扩链剂包括例如对二(2-羟基乙氧基)苯、间二(2-羟基乙氧基)苯、Ethacure (2,4-二氨基-3,5-二乙基甲苯的两种异构体的混合物)、Ethacure />(2,4-二氨基-3,5-二(甲硫基)甲苯)、3,3'-二氯-4,4'二氨基二苯甲烷、/>740M(三亚甲基乙二醇双(对氨基苯甲酸)酯)以及亚甲基二苯胺。一种或多种上述扩链剂的掺入通常为所得生物相容性膜提供另外的物理强度，但不会显著增加聚合物的葡萄糖渗透性。通常，当使用较低量(即，10mol％-40mol％)的亲水性聚合物时，使用扩链剂。具体地在一些组合物中，相对于二异氰酸酯，扩链剂是以约40摩尔％到60摩尔％存在的二甘醇。

对于包含本发明的生物活性剂的丙烯酸酯水凝胶组合物，还可以确定氧扩散系数和葡萄糖扩散系数。用于确定扩散系数的方法对于本领域的技术人员来说是已知的，并且下面提供了示例。本文所述的生物相容性膜的某些实施方案通常具有约0.1×10^-6cm²/sec到约2.0×10^-6cm²/sec的氧扩散系数(D_氧)以及约1×10^-9cm²/sec到约500×10^-9cm²/sec的葡萄糖扩散系数(D_葡萄糖)。更通常，葡萄糖扩散系数为约10×10^-9cm²/sec到约200×10^-9cm²/sec。

典型传感器配置的图解视图

图2A说明了常规传感器实施方案100的横截面。传感器的部件在本文中典型地以该分层电化学传感器堆叠中的层为特征，因为，例如，它允许简单地表征诸如图2A所示的常规传感器结构，及其与图2B(即，包含高密度胺(HDA)层者，该高密度胺层包含分子量在30KDa和300KDa之间的聚-l-赖氨酸聚合物)所示的本文公开的本发明的区别。技术人员将理解，在本发明的某些实施方案中，传感器成分被组合成使得多种成分形成一个或多个异质层。在此上下文中，本领域技术人员理解，尽管常规传感器实施方案的某些层/部件可用于本文公开的HDA传感器，但是分层成分的放置和组成在本发明的HDA传感器实施方案中是非常不同的。本领域技术人员将理解，在某些实施方案中，本发明包括在常规传感器中存在的元件/层，而排除其它元件，和/或包括新的材料层/元件。例如，图2A中公开的某些元件也可在本文公开的发明中存在(例如，基底层、分析物感测层、分析物调节层等)，而如图2B所示，其它元件则不存在(例如，分离的HSA蛋白层，包含硅氧烷粘附促进剂的层等)。类似地，本发明的实施方案包括具有以独特配置设置的材料的层/元件，这在常规传感器中是不存在的(例如，高密度胺(HDA)聚合物层)。

图2A中所示出的实施方案包括用于支撑传感器100的基底层102。基底层102可由诸如金属和/或陶瓷和/或聚合物衬底等材料制成，该基底层可以是自支撑的或可以由本领域已知的另一种材料进一步支撑。本发明的实施方案包括设置在基底层102上和/或与该基底层组合的导电层104。通常，导电层104包括一个或多个电极。操作传感器100通常包括多个电极，诸如工作电极、反电极和参比电极。其它实施方案还可包括多个工作电极和/或反电极和/或参比电极和/或执行多种功能的一个或多个电极，例如既用作参比电极又用作反电极的电极。

如下文详细讨论的，可以使用许多已知的技术和材料来产生基底层102和/或导电层104。在本发明的某些实施方案中，通过将设置的导电层104蚀刻成期望导电路径图案来限定传感器的电路。用于传感器100的典型电路包括两个或更多个相邻的导电路径，该导电路径具有在近侧端部处的区域以形成接触垫以及在远侧端部处的区域以形成传感器电极。附加的电绝缘元件诸如绝缘聚酰亚胺106(或覆盖层)可以设置在传感器100的部分上。用作电绝缘元件106的可接受聚合物涂层可以包括但不限于无毒生物相容性聚合物，如硅氧烷化合物、聚酰亚胺、生物相容性焊料掩模、环氧丙烯酸酯共聚物等。在本发明的传感器中，可以形成一个或多个穿过覆盖层的暴露区域或孔108，以将导电层104向外部环境敞开，并且例如允许分析物(诸如葡萄糖)透过传感器的层并被感测元件感测。孔108可以通过多种技术形成，包括激光烧蚀、带掩蔽、化学研磨或蚀刻或光刻显影等。在本发明的某些实施方案中，在制造期间，还可以将第二光刻胶施加至电绝缘元件，以限定待移除保护层的区域以形成孔108。暴露的电极和/或接触垫还可以经受诸如附加的电镀处理等二次处理(例如，穿过孔108)以制备表面和/或加强导电区域。

在图2A所示的传感器配置中，分析物感测层110(其通常是传感器化学层，意指此层中的材料经历化学反应以产生可以由导电层感测到的信号)设置在导电层104的暴露电极中的一个或多个暴露电极上。在图2B中所示出的传感器配置中，干扰抑制膜120设置在导电层104的暴露电极中的一个或多个暴露电极上，其中该分析物感测层110然后设置在此干扰抑制膜120上。通常，分析物感测层110是酶层。最通常，分析物感测层110包括能够产生和/或利用氧和/或过氧化氢的酶，例如葡萄糖氧化酶。任选地，分析物感测层中的酶与第二载体蛋白(诸如人类血清白蛋白、牛血清白蛋白等)组合。在说明性实施方案中，分析物感测层110中的氧化还原酶诸如葡萄糖氧化酶与葡萄糖反应以产生过氧化氢，该过氧化氢是之后调节电极处的电流的化合物。由于电流的这种调节取决于过氧化氢的浓度，并且过氧化氢的浓度与葡萄糖的浓度相关，所以可通过监测电流的这种调节来确定葡萄糖的浓度。在本发明的具体实施方案中，过氧化氢在作为阳极的工作电极(本文也称为阳极工作电极)处被氧化，产生的电流与过氧化氢浓度成比例。由过氧化氢浓度变化引起的电流的此调制可以通过多种传感器检测器设备中的任一种传感器检测器设备来监测，诸如通用传感器电流型生物传感器检测器或本领域已知的其它各种类似装置之一，诸如由美敦力迷你美(Medtronic MiniMed)生产的葡萄糖监测装置。

在本发明的实施方案中，分析物感测层110可以施加在导电层的部分上方或导电层的整个区域上方。通常，分析物感测层110设置在可以是阳极或阴极的工作电极上。任选地，分析物感测层110也设置在反电极和/或参比电极上。虽然分析物感测层110的厚度可以高达约1000微米(μm)，但是与本领域先前描述的传感器中发现的厚度相比，分析物感测层或子层通常相对薄，并且厚度通常例如为小于1微米、0.5微米、0.25微米或0.1微米。如下文详细讨论的，用于产生薄分析物感测层110的一些方法包括：将该层刷涂到衬底(例如，铂黑电极的反应性表面)上，以及旋涂工艺、浸涂和干燥工艺、低剪切喷涂工艺、喷墨印刷工艺、丝印工艺等。

通常，分析物感测层110被涂覆和或设置在一个或多个附加层附近。任选地，一个或多个附加层包括设置在分析物感测层110上的蛋白质层116。通常，蛋白质层116包括蛋白质，诸如人血清白蛋白、牛血清白蛋白等。通常，蛋白质层116包括人血清白蛋白。在本发明的一些实施方案中，附加层包括分析物调节层112，该分析物调节层设置在分析物感测层110上方以调控分析物与分析物感测层110的接近。例如，分析物调节膜层112可包括葡萄糖限制膜，该葡萄糖限制膜调节与存在于分析物感测层中的酶诸如葡萄糖氧化酶接触的葡萄糖的量。此类葡萄糖限制膜可以由多种已知适合于此类目的的材料制成，例如，诸如聚二甲基硅氧烷等硅氧烷化合物、聚氨酯、聚脲乙酸纤维素、全氟磺酸(NAFION)、聚酯磺酸(例如，Kodak AQ)、水凝胶、本文公开的聚合物共混物或本领域技术人员已知的任何其它合适的亲水性膜。

在本发明的一些实施方案中，如图2A中所示出的，粘附促进剂层114设置在诸如分析物调节层112和分析物感测层110等层之间，以促进其接触和/或粘附。在本发明的具体实施方案中，如图2A所示，粘附促进剂层114设置在分析物调节层112与蛋白质层116之间，以促进其接触和/或粘附。粘附促进剂层114可由本领域已知的多种材料中的任一种材料制成，以促进此类层之间的结合。通常，粘附促进剂层114包括硅烷化合物。在替代实施方案中，分析物感测层110中的蛋白质或类似分子可被充分地交联或以其他方式制备，以允许在不存在粘附促进剂层114的情况下将分析物调节膜层112设置成与分析物感测层110直接接触。

下文讨论了用于制造本文公开的传感器的典型元件的实施方案。

本发明的实施方案中使用的典型分析物传感器成分

以下公开提供了在本发明的传感器实施方案中使用的典型元件/成分的示例。虽然这些元件可以描述为离散单元(例如，层)，但是本领域技术人员要理解，传感器可以被设计成含有具有下文所讨论的元件/成分(例如，充当支撑基底成分和/或导电成分的元件和/或用于分析物感测成分两者并且进一步用作传感器中的电极的基质)的材料性质和/或功能的某些或全部的组合的元件。本领域技术人员要理解，这些薄膜分析物传感器可以适用于许多传感器系统，诸如下文所描述的传感器系统。

基底成分

本发明的传感器通常包括基底成分(参见例如图2A中的元件102)。术语“基底成分”根据本领域公认的专用词在本文中使用，并且是指设备中的成分，该成分通常为堆叠在彼此之上并且包括功能传感器的多个成分提供支撑基质。在一种形式中，基底成分包括绝缘(例如，电绝缘和/或不透水)材料的薄膜片。此基底成分可由具有所需质量(诸如介电性质、不透水性和气密性)的多种材料制成。一些材料包括金属和/或陶瓷和/或聚合物衬底等。

基底成分可以是自支撑的或可以由本领域已知的另一种材料进一步支撑。在图2A所示的传感器配置的一个实施方案中，基底成分102包括陶瓷。替代地，基底成分包括聚合物材料，诸如聚酰胺。在一个说明性实施方案中，陶瓷基底包括主要为Al₂O₃(例如，96％)的组合物。在美国专利第4,940,858号、第4,678,868号和第6,472,122号中公开了作为绝缘基底成分的用于与可植入装置一起使用的氧化铝的用途，这些美国专利以引用方式并入本文。本发明的基底成分可以进一步包含本领域已知的其它元件，例如密封通孔(参见例如WO03/023388)。根据特定传感器设计，基底成分可以是相对厚的成分(例如，比50微米、100微米、200微米、300微米、400微米、500微米或1000微米厚)。替代地，可以利用薄成分中的非导电陶瓷，诸如氧化铝，例如小于约30微米。

导电成分

本发明的电化学传感器通常包括设置在基底成分上的包括至少一个电极的导电成分，该至少一个电极用于测量待测定的分析物或其副产物(例如，氧和/或过氧化氢)(参见例如图2A中的元件104)。术语“导电成分”根据本领域公认的术语在本文中使用，并且是指能够测量可检测信号并且将该信号传导到检测设备的导电传感器元件，诸如电极。导电成分的说明性示例是一种导电成分，与不经历分析物当分析物与分析物感测成分110中存在的组合物(例如，酶葡萄糖氧化酶)相互作用时使用的共反应物(例如，氧)或此相互作用的反应产物(例如，过氧化氢))的浓度变化的参比电极相比，导电成分可以响应于暴露于刺激(诸如分析物或其副产物的浓度变化)而测量电流的增加或减少。此类元件的说明性示例包括能够在可变浓度的分子(诸如过氧化氢或氧)的存在下产生可变的可检测信号的电极。通常，导电成分中的这些电极之一是工作电极，该工作电极可以由非腐蚀性金属或碳制成。碳工作电极可以是玻璃质的或石墨质的并且可以由固体或糊剂制成。金属工作电极可以由铂族金属制成，该铂族金属包含钯或金，或者由非腐蚀性金属导电氧化物制成，诸如二氧化钌。替代地，电极可以包括银/氯化银电极组合物。工作电极可以是例如通过涂覆或印刷应用于衬底上的导线或薄导电膜。通常，只有金属或碳导体表面的一部分与含分析物的溶液电解接触。此部分被称为电极的工作表面。电极的剩余表面通常通过电绝缘成分106与溶液隔离。用于产生此电绝缘成分的有用材料的示例包括聚合物，诸如聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯和硅氧烷诸如聚硅氧烷。

除了工作电极之外，本发明的分析物传感器通常还包括参比电极或组合的参比电极和反电极(也称为准参比电极或反电极/参比电极)。如果传感器没有反电极/参比电极，则其可包括单独的反电极，该反电极可由与工作电极相同或不同的材料制成。本发明的典型传感器具有一个或多个工作电极和一个或多个反电极、参比电极和/或反电极/参比电极。本发明的传感器的一个实施方案具有两个、三个或四个或更多个工作电极。传感器中的这些工作电极可整体连接，也可保持分离。

通常，为了体内使用，本发明的实施方案皮下植入哺乳动物的皮肤中，以与哺乳动物的体液诸如血液直接接触。替代地，可以将传感器植入到哺乳动物体内的其它区域，诸如腹膜内的空间中。当使用多个工作电极时，该多个工作电极可以一起植入或植入体内的不同位置处。反电极、参比电极和/或反电极/参比电极还可以植入一个或多个工作电极附近或哺乳动物体内的其它位置处。本发明的实施方案包括包括由纳米结构材料构成的电极的传感器。如本文所使用，“纳米结构材料”是制造成具有至少一个小于100nm的尺寸的物体。示例包含但不限于单壁纳米管、双壁纳米管、多壁纳米管、纳米管束、富勒烯、茧、纳米线、纳米纤维、洋葱等。

干扰抑制成分

本发明的电化学传感器任选地包括设置在电极表面与待检定环境之间的干扰抑制成分。具体来说，某些传感器实施方案依赖于在恒定的施加电势下通过在工作电极的表面上的酶促反应产生的过氧化氢的氧化和/或还原。因为基于直接氧化过氧化氢的电流型要求相对高氧化电势，因此采用此检测方案的传感器可经历存在于生物流体的可氧化物质(诸如抗坏血酸、尿酸和乙酰胺苯酚)的干扰。在此上下文中，术语“干扰抑制成分”在本文中根据本领域公认的术语使用，并且指的是传感器中的涂层或膜，其用于抑制由这种可氧化种类产生的虚假信号，该虚假信号干扰由待感测的分析物产生的信号的检测。某些干扰抑制成分通过大小排阻(例如，通过排除特定大小的干扰物种)起作用。干扰抑制成分的示例包括个或多个化合物层或涂层，诸如亲水性交联pHEMA和赖氨酸聚合物以及醋酸纤维素(包含并入以下药剂的醋酸纤维素：诸如聚(乙二醇)、聚醚砜、聚四氟乙烯、全氟离聚物NAFION、聚苯二胺、环氧树脂等)。对此类干扰抑制成分的说明性讨论存在于例如Ward等人，《生物传感器和生物电子学(Biosensors and Bioelectronics)》17(2002)181-189和Choi等人，《分析化学学报(Analytical Chimica Acta)》461(2002)251-260中，该文献通过引用并入本文。其它干扰抑制成分包括例如观察到基于分子量范围限制化合物移动的干扰抑制成分，例如如例如美国专利第5,755,939号中公开的醋酸纤维素，该美国专利的内容通过引用并入。本文例如在美国专利申请序列号12/572,087中公开了具有材料性质的非期望群集的可以使另外的组合物在某些电流型葡萄糖传感器中理想地用作干扰抑制膜的该组合物和其制造和使用方法。

分析物感测成分

本发明的电化学传感器包括设置在传感器的电极上的分析物感测成分(参见例如图2A中的元件110)。术语“分析物感测成分”根据本领域公认的专用词在本文中使用，并且是指包括能够识别待由分析物传感器设备检测其存在的分析物或与之反应的材料的成分。通常，分析物感测成分中的此材料在与待感测分析物相互作用后通常经由导电成分的电极产生可检测信号。就这一点而言，分析物感测成分和导电成分的电极以组合方式工作以产生通过与分析物传感器相关联的设备读取的电信号。通常，分析物感测成分包括能够与分子反应和/或产生分子的氧化还原酶(例如，葡萄糖氧化酶)，该分子的浓度变化可以通过测量导电成分(例如，氧和/或过氧化氢)的电极处的电流变化来测量该分子的浓度变化。能够产生分子(诸如过氧化氢)的酶可根据本领域已知的许多方法设置在电极上。分析物感测成分可涂覆传感器的所有或部分不同电极。在这种情况下，分析物感测成分可同等程度地涂覆电极。替代地，分析物感测成分可不同程度地涂覆不同的电极，例如工作电极的涂覆表面大于反电极和/或参比电极的涂覆表面。

本发明的此元件的典型传感器实施方案利用酶(例如，葡萄糖氧化酶)，该酶已经与第二种蛋白质(例如，白蛋白)以固定比例组合(例如，通常针对葡萄糖氧化酶稳定性质优化的酶)，并且然后施加到电极的表面以形成薄的酶成分。在典型实施方案中，分析物感测成分包括GOx和HSA混合物。在具有GOx的分析物感测成分的典型实施方案中，GOx与存在于感测环境(例如，哺乳动物的身体)中的葡萄糖反应并且产生过氧化氢，其中如此产生的过氧化氢在导电成分中的工作电极处在阳极检测到。

如上所述，通常对酶和第二蛋白质(例如，白蛋白)进行处理以(例如，通过向蛋白质混合物中添加交联剂)形成交联基质。如本领域已知的，交联条件可被操纵以调节诸如酶的保持生物活性、其机械和/或操作稳定性的因素。说明性交联程序描述于美国专利申请序列号10/335,506和PCT公开WO 03/035891中，该文献通过引用并入本文。例如，可以向蛋白质混合物中添加胺交联试剂(诸如但不限于戊二醛)。

蛋白质成分

本发明的电化学传感器任选地包括设置在分析物感测成分与分析物调节成分之间的蛋白质成分(参见例如图2A中的元件116)。术语“蛋白质成分”根据本领域公认的专用词在本文中使用，并且是指含有载体蛋白等的成分，该成分被选择为与分析物感测成分和/或分析物调节成分相容。在典型实施方案中，蛋白质成分包括白蛋白，诸如人血清白蛋白。HSA浓度可在约0.5％-30％(w/v)之间变化。通常地，HSA浓度为约1-10％w/v，并且最通常地为约5％w/v。在本发明的替代实施方案中，在这些情况下使用的胶原蛋白或BSA或其它结构蛋白可代替HSA或除了HSA之外使用。根据本领域公认的协议，此成分通常在分析物感测成分上交联。

粘附促进成分

本发明的电化学传感器可以包括一种或多种粘附促进(AP)成分(参见例如图2A中的元件114)。术语“粘附促进成分”根据本领域公认的专用词在本文中使用，并且是指包括被选择为能够促进传感器中邻接成分之间的粘附的材料的成分。通常，粘附促进成分设置在分析物感测成分与分析物调节成分之间。通常，粘附促进成分设置在任选的蛋白质成分与分析物调节成分之间。粘附促进剂成分可由本领域已知的多种材料中的任何一种制成，以促进这些成分之间的粘结，并且可通过本领域已知的多种方法中的任何一种来施加。粘附促进剂成分通常包括硅烷化合物，诸如γ-氨基丙基三甲氧基硅烷。

使用硅烷偶联剂，特别是式R'Si(OR)₃的硅烷偶联剂，其中R'通常是具有末端胺的脂肪族基团并且R是低级烷基，来促进粘附是本领域已知的(参见例如美国专利第5,212,050号，该美国专利通过引用并入本文)。例如，其中在逐步方法中使用诸如γ-氨基丙基三乙氧基硅烷和戊二醛等硅烷以使牛血清白蛋白(BSA)和葡萄糖氧化酶(GO_X)粘附到电极表面并与电极表面共交联的经化学修饰的电极在本领域是已知的(参见例如Yao,T.《分析化学学报》1983,148,27-33)。

在本发明的某些实施方案中，粘附促进成分进一步包括一种或多种还可以存在于用于限制诸如葡萄糖等分析物穿过分析物调制成分的扩散的相邻成分中的化合物，该相邻成分诸如聚二甲基硅氧烷(PDMS)化合物。在说明性实施方案中，配制剂包括0.5-20％PDMS，通常地5-15％ PDMS，并且最通常地10％ PDMS。在本发明的某些实施方案中，粘附促进成分在分层传感器系统内交联，并且对应地包含针对其使存在于诸如分析物调制成分等近端成分中的部分交联的能力选择的药剂。在本发明的说明性实施方案中，粘附促进成分包含一种药剂，该药剂剂针对其使存在于如分析物感测成分和/或蛋白质成分等近端成分中的蛋白质的胺或羧基部分交联和/或使存在于设置在诸如分析物调节层等近侧层中的化合物中的硅氧烷部分交联的能力选择。

分析物调制成分

本发明的电化学传感器包括设置在传感器上的分析物调节成分(参见例如图2A中的元件112)。通常，分析物调节成分包括包含如本文公开的生物活性剂的丙烯酸酯水凝胶组合物。术语“分析物调节成分”根据本领域公认的专用词在本文中使用，并且是指通常在传感器上形成膜的成分，该膜经操作以调节一种或多种分析物(诸如葡萄糖)穿过该成分的扩散。在本发明的某些实施方案中，分析物调制成分是分析物限制膜(例如，葡萄糖限制膜)，该分析物限制膜操作以阻止或限制一种或多种分析物(诸如葡萄糖)穿过该成分的扩散。在本发明的其它实施方案中，分析物调节成分用于促进一种或多种分析物通过该成分的扩散。任选地，可以形成此类分析物调节成分以阻止或限制一种类型的分子(例如，葡萄糖)扩散穿过该成分，而同时允许或甚至促进其它类型的分子(例如，O₂)扩散穿过该成分。

关于葡萄糖传感器，在已知的酶电极中，来自血液的葡萄糖和氧以及一些干扰物(诸如抗坏血酸和尿酸)扩散穿过传感器的初级膜。当葡萄糖、氧和干扰物到达分析物检测成分时，酶(诸如葡萄糖氧化酶)催化葡萄糖转化为过氧化氢和葡萄糖酸内酯。过氧化氢可以穿过分析物调节成分扩散回去，或者其可以扩散到电极，在该电极处，过氧化氢可以反应形成氧气和质子以产生与葡萄糖浓度成比例的电流。传感器膜组件具有多种功能，包括选择性地允许葡萄糖在其中穿过。在此情况下，说明性分析物调制成分是半渗透膜，该半渗透膜允许水、氧和至少一种选择性分析物通过并且具有吸水能力，该膜具有可溶于水的亲水性聚合物。

各种说明性分析物调制组合物是本领域已知的并且描述于例如美国专利第6,319,540号、第5,882,494号、第5,786,439号、第5,777,060号、第5,771,868号和第5,391,250号中，每个美国专利的公开内容通过引用并入本文。其中描述的水凝胶特别适用于与各种可植入装置一起使用，对于该可植入装置，有利的是提供周围的水成分。

覆盖成分

本发明的电化学传感器包括通常为电绝缘保护性成分的一种或多种覆盖成分(参见例如图2A中的元件106)。通常，此类覆盖成分可以呈涂层、鞘或管的形式并且被设置在分析物调节成分的至少一部分上。用作绝缘保护覆盖成分的可接受的聚合物涂层可包括但不限于无毒的生物相容性聚合物，诸如硅氧烷化合物、聚酰亚胺、生物相容性阻焊膜、环氧丙烯酸酯共聚物等。进一步，这些涂层可为可光成像的，以便于光刻形成通过导电成分的孔。典型的覆盖成分包括在硅酮上的纺丝。如本领域已知的，此成分可以是可商购的RTV(室温硫化)硅氧烷组合物。在这种情况下，典型化学物质是聚二甲基硅氧烷(乙酰氧基)。

分析物传感器设备和相关联特性的说明性实施方案

本文公开的分析物传感器设备具有许多实施方案。本发明的一般实施方案是用于植入哺乳动物内的分析物传感器设备。虽然分析物传感器通常被设计成可植入哺乳动物体内，但是该传感器并不限于任何特定的环境，而是可以在各种情况下使用，例如用于分析大多数液体样品，包括生物流体，诸如全血、淋巴液、血浆、血清、唾液、尿液、粪便、汗液、粘液、眼泪、脑脊液、鼻分泌物、宫颈或阴道分泌物、精液、胸膜液、羊水、腹膜液、中耳积液、关节液、胃液等。另外，可以将固体或干燥样品溶解在适当的溶剂中，以提供适合于分析的液体混合物。

如上所述，本文公开的传感器实施方案可以用于在一个或多个生理环境中感测感兴趣分析物。例如，在某些实施方案中，如皮下传感器通常发生的，传感器可以与间质液直接接触。本发明的传感器还可以是皮肤表面系统的一部分，其中通过皮肤提取间质葡萄糖并使其与传感器接触(参见例如美国专利第6,155,992号和第6,706,159号，所述专利通过引用并入本文)。在其它实施方案中，如例如静脉内传感器通常发生的，传感器可以与血液接触。本发明的传感器实施方案进一步包含适用于各种情况中的传感器。例如，在某些实施方案中，传感器可以被设计用于移动情况中，诸如＝如流动用户所采用的情况中。替代地，传感器可以被设计用于固定情况中，诸如适用于临床环境中的情况中。此类传感器实施方案包括例如用于监测在住院患者中存在于一个或多个生理环境中的一种或多种分析物的传感器。

本发明的传感器还可以掺入本领域已知的各种各样的医疗系统中。本发明的传感器可以用于例如闭环输注系统中，该闭环输注系统被设计成控制药物输注到用户身体内的速率。此类闭环输注系统可以包括传感器和相关联的仪表，该仪表向控制器产生输入，该控制器进而操作递送系统(例如，计算待由药物输注泵递送的剂量的系统)。在此类情况下，与传感器相关联的仪表还可以向递送系统传输命令并且可以用于远程控制递送系统。通常，传感器是与间质液接触以监测用户体内的葡萄糖浓度的皮下传感器，并且由递送系统输注到用户体内的液体包含胰岛素。说明性系统公开于例如美国专利第6,558,351号和第6,551,276号；PCT申请第US99/21703号和第US99/22993号；以及第WO 2004/008956号和第WO2004/009161号，这些文献都以引用方式并入本文。

分析物传感器设备和元件的排列

如上所述，本文公开的发明包括许多实施方案，包括具有元件群集的传感器，这些元件群集包括包含生物活性剂的丙烯酸酯水凝胶组合物。本发明的此类实施方案允许技术人员产生本文公开的分析物传感器设备的各种排列。如上所述，本文公开的传感器的说明性一般实施方案包括基底层、覆盖层和至少一个具有设置在基底层与覆盖层之间的诸如电极等传感器元件的层。通常，一个或多个传感器元件的暴露部分(例如，工作电极、反电极、参比电极等)涂覆有具有适当的电极化学物质的非常薄的材料层。例如，诸如乳酸氧化酶、葡萄糖氧化酶、葡萄糖脱氢酶或己糖激酶等酶可以设置在传感器元件的位于覆盖层中限定的开口或孔内的暴露部分上。图2A图示了本发明的典型传感器结构100的横截面。根据本发明的用于产生传感器结构100的方法，传感器由设置在彼此上的多层各种导电成分和非导电成分形成。

如上所述，在本发明的传感器中，传感器的各层(例如，分析物感测层)可以具有掺入其中的一种或多种生物活性材料和/或惰性材料。本文所使用的术语“掺入”意指描述其中所掺入的材料固持在层的外表面上或在层的固相或支撑基质内的任何状态或条件。因此，“掺入”的材料可以例如被固定、物理包入、共价粘附到一个或多个基质层的官能团上。此外，如果促进该材料的“掺入”的任何方法、试剂、添加剂或分子连接剂对本发明无害但与本发明的目的一致，则可以采用这些另外的步骤或药剂。当然，该定义适用于本发明的任何实施方案，其中“掺入”生物活性分子(例如，酶，诸如葡萄糖氧化酶)。例如，本文公开的传感器的某些层包括用作可交联基质的蛋白质物质，诸如白蛋白。如本文所使用，蛋白质物质意指涵盖通常源自蛋白质的物质，无论实际物质是天然蛋白质、失活蛋白质、变性蛋白质、水解物质或其衍产物。合适的蛋白质材料的示例包含但不限于如葡萄糖氧化酶和乳酸氧化酶等酶、白蛋白(例如，人血清白蛋白、牛血清白蛋白等)、酪蛋白、γ-球蛋白、胶原和胶原衍生产物(例如，鱼明胶、鱼胶、动物明胶和动物胶)。

本发明的一个说明性实施方案示于图2A中。此实施方案包含用于支撑传感器100的电绝缘基底层102。电绝缘基底层102可以由诸如陶瓷衬底等材料制成，该电绝缘基底层可以是自支撑的或可以由本领域已知的另一种材料进一步支撑。在替代实施方案中，电绝缘层102包括从卷轴分配的聚酰亚胺衬底，例如聚酰亚胺带。以这种形式提供层102可以促进清洁、高密度的大规模生产。进一步地，在使用此类聚酰亚胺带的一些生产过程中，传感器100可以在带的两侧上生产。

本发明的典型实施方案包括设置在基底层102上的分析物感测层。在如图2A中所示的说明性实施方案中，分析物感测层包括设置在绝缘基底层102上的导电层104。通常，导电层104包括一个或多个电极。如下文所述，导电层104可以使用许多已知的技术和材料来应用，然而，传感器100的电路通常是通过将设置的导电层104蚀刻到期望的导电路径图案中来限定的。用于传感器100的典型电路包括两个或更多个相邻的导电路径，该导电路径具有在近侧端部处的区域以形成接触垫以及在远侧端部处的区域以形成传感器电极。如聚合物涂层等电绝缘保护性覆盖层106通常可以设置在导电层104的部分上。用作绝缘保护层106的可接受的聚合物涂层可以包含但不限于无毒生物相容性聚合物，诸如聚酰亚胺、生物相容性焊接掩模、环氧丙烯酸酯共聚物等。进一步地，这些涂层可以是可光成像的，以促进光刻形成穿过导电层104的孔108。在本发明的某些实施方案中，分析物感测层设置在多孔金属和/或陶瓷和/或聚合物基质上，其中元件的这种组合用作传感器中的电极。

在本发明的传感器中，一个或多个暴露区域或孔108可以制成穿过保护层106到达导电层104，以限定传感器100的接触垫和电极。除了光刻显影之外，孔108可以通过许多技术形成，包括激光烧蚀、化学研磨或蚀刻等。还可以将第二光刻胶应用于覆盖层106，以限定待移除保护层的区域以形成孔108。操作传感器100通常包括彼此电绝缘的多个电极，诸如工作电极和反电极，然而通常定位成彼此非常接近。其它实施方案还可以包括参比电极。仍其它实施方案可以利用未在传感器上形成的单独的参考元件。暴露电极和/或接触垫还可以经受如另外的电镀处理等穿过孔108的二次加工以制备表面和/或加强导电区域。

分析物感测层110通常通过孔108设置在导电层104的暴露电极中的一个或多个暴露电极上。分析物感测层110通常是传感器化学层，并且最通常地是酶层。分析物感测层110通常包括葡萄糖氧化酶或乳酸氧化酶。在此类实施方案中，分析物感测层110与葡萄糖反应以产生调制到电极的电流的过氧化氢，该电流可以被监测以测量存在的葡萄糖的量。传感器化学层110可以应用于导电层的部分上方或导电层的整个区域上方。传感器化学层110通常设置在工作电极和反电极的包括导电层的部分上。用于产生薄传感器化学层110的一些方法包括旋涂工艺、浸泡和干燥工艺、低剪切喷涂工艺、喷墨打印工艺、丝网工艺等。最通常地，使用旋涂工艺应用薄传感器化学层110。

分析物感测层110通常涂覆有一个或多个涂层。在本发明的一些实施方案中，一个此类涂层包含膜，该膜可以调节可以接触分析物感测层的酶的分析物的量。例如，涂层可以包括分析物调制膜层，诸如葡萄糖限制膜，该分析物调制膜层调节在电极上接触葡萄糖氧化酶层的葡萄糖的量。此类葡萄糖限制膜可以由各种各样的已知适合于此类目的的材料制成，该材料例如硅氧烷、聚氨酯、聚脲乙酸纤维素、全氟磺酸、聚酯磺酸(Kodak AQ)、水凝胶或本领域的技术人员已知的任何其它膜。在本发明的某些实施方案中，分析物调节层包括具有支化丙烯酸酯亲水性梳型共聚物的线性聚氨酯/聚脲聚合物聚碳酸酯，该支化丙烯酸酯亲水性梳型共聚物具有中央链和偶联到该中央链的多个侧链，其中至少一个侧链包括硅氧烷部分。

在本发明的一些实施方案中，涂层是设置在传感器化学层110上方以调节葡萄糖与传感器化学层110的接触的葡萄糖限制膜层112。在本发明的一些实施方案中，如图2A中所示出的，粘附促进剂层114设置在膜层112与传感器化学层110之间，以促进其接触和/或粘附。粘附促进剂层114可由本领域已知的多种材料中的任一种材料制成，以促进此类层之间的结合。通常，粘附促进剂层114包括硅烷化合物。在替代实施方案中，传感器化学层110中的蛋白质或类似分子可以充分交联或以其它方式制备，以允许在不存在粘附促进剂层114的情况下将膜层112设置成与传感器化学层110直接接触。

如上所述，本发明的实施方案可以包括一个或多个功能涂层。如本文所使用的术语“功能涂层”表示涂覆传感器的至少一个表面的至少一部分，更通常地涂覆传感器的表面的基本上全部并且在设置有传感器的环境中能够与一种或多种分析物相互作用的层，该一种或多种分析物诸如化合物、细胞和其片段等。功能性涂层的非限制性示例包括传感器化学层(例如，酶层)、分析物限制层、生物相容性层；增加传感器的光滑度的层；促进细胞附接到传感器的层；减少与传感器的细胞附接的层；等。通常，分析物调节层操作以阻止或限制诸如葡萄糖等一种或多种分析物扩散穿过该层。任选地，可以形成此类层以阻止或限制一种类型的分子(例如，葡萄糖)扩散穿过该层，而同时允许或甚至促进其它类型的分子(例如，O₂)扩散穿过该层。说明性功能涂层是水凝胶，如美国专利第5,786,439号和第5,391,250号中公开的水凝胶，该美国专利的公开内容通过引用并入本文。其中描述的水凝胶特别适用于与各种可植入装置一起使用，对于该可植入装置，有利的是提供周围的水层。

本文公开的传感器实施方案可以包含具有UV吸收聚合物的层。根据本发明的一个方面，提供了包括至少一个功能涂层的传感器，该至少一个功能涂层包含UV吸收聚合物。在一些实施方案中，UV吸收聚合物是聚氨酯、聚脲或聚氨酯/聚脲共聚物。更通常地，所选UV吸收聚合物是由包含二异氰酸酯、至少一种二醇、二胺或其混合物以及多官能UV吸收单体的反应混合物形成的。

UV吸收聚合物有利地用于各种传感器制造方法中，例如以下中所描述的那些方法：授予Lord等人的名称为“经皮传感器插入集合(Transcutaneous Sensor InsertionSet)”的美国专利第5,390,671号；授予Wilson等人的名称为“可植入葡萄糖传感器(Implantable Glucose Sensor)”的美国专利第5,165,407号；以及授予Gough的名称为“二维扩散葡萄糖底物传感电极(Two-Dimensional Diffusion Glucose Substrate SensingElectrode)”美国专利第4,890,620号，该专利的内容通过引用并入本文中。然而，包括在传感器元件上方或下方形成UV吸收聚合物层的步骤的任何传感器生产方法都被认为在本发明的范围内。具体地，本发明方法不限于薄膜制造方法，并且可以与利用UV激光切割的其它传感器制造方法一起工作。实施方案可以与厚膜、平面或圆柱形传感器等以及需要激光切割的其它传感器形状一起工作。

如本文所公开的，本发明的传感器特别设计成用作皮下或经皮葡萄糖传感器，以监测糖尿病患者的血糖水平。通常，每个传感器包括在底层绝缘薄膜基底层与上覆绝缘薄膜覆盖层之间形成的多个传感器元件，例如导电元件，诸如细长的薄膜导体。

如果期望，则可以在单个传感器中包含多个不同的传感器元件。例如，导电传感器元件和反应性传感器元件两者可以组合在一个传感器中，任选地，每个传感器元件设置在基底层的不同部分上。还可以提供一个或多个控制元件。在此类实施方案中，传感器可以在其覆盖层中限定多个开口或孔。还可以在覆盖层中直接在基底层的一部分上方限定一个或多个开口，以便提供基底层与一种或多种分析物在设置有传感器的环境中的相互作用。基底层和覆盖层可以包含多种材料，通常是聚合物。在更具体的实施方案中，基底层和覆盖层包含诸如聚酰亚胺等绝缘材料。通常在覆盖层中形成开口，以暴露远端电极和近端接触垫。例如，在葡萄糖监测应用中，传感器可以经皮放置，使得远端电极与患者血液或细胞外液接触，并且接触垫设置在外部，以便于连接到监测装置。

用于制造本发明的分析物传感器设备的说明性方法和材料

许多文章、美国专利和专利申请描述了具有本文公开的常用方法和材料的现有技术，并且进一步描述了可以用于本文公开的传感器设计的各种元件(和其制造方法)。这些包括例如美国专利第6,413,393号；第6,368,274号；第5,786,439号；第5,777,060号；第5,391,250号；第5,390,671号；第5,165,407号、第4,890,620号、第5,390,671号、第5,390,691号、第5,391,250号、第5,482,473号、第5,299,571号、第5,568,806号；美国专利申请20020090738；以及PCT国际出版物第WO 01/58348号、第WO 03/034902号、第WO 03/035117号、第WO 03/035891号、第WO 03/023388号、第WO 03/022128号、第WO 03/022352号、第WO03/023708号、第WO 03/036255号、第WO 03/036310号和第WO 03/074107号，该文献中的每个文献的内容通过引用并入本文。

用于监测糖尿病患者的葡萄糖浓度的典型传感器进一步描述于Shichiri等人的“人类志愿者的皮下葡萄糖浓度的针型葡萄糖传感器测量结果的体内特征(In VivoCharacteristics of Needle-Type Glucose Sensor-Measurements of SubcutaneousGlucose Concentrations in Human Volunteers)”，《激素与代谢研究(Horm.Metab.Res.)》，增刊系列20:17-20(1988)；Bruckel等人,:“利用酶葡萄糖传感器和维克方法对皮下葡萄糖浓度的体内测量(In Vivo Measurement of SubcutaneousGlucose Concentrations with an Enzymatic Glucose Sensor and a Wick Method)”，《临床周刊(Klin.Wochenschr.)》.67:491-495(1989)；和Pickup等人,:“糖尿病的体内分子感测：利用直接电子传递的可植入葡萄糖传感器(In Vivo Molecular Sensing inDiabetes Mellitus:An Implantable Glucose Sensor with Direct ElectronTransfer)”，《糖尿病学(Diabetologia)》32:213-217(1989)。其它传感器描述于例如Reach等人的《可植入装置的进展(ADVANCES IN IMPLANTABLE DEVICES)》,A.Turner(编辑)，伦敦JAI出版社，第1章,(1993)，该文献通过引用并入本文。

本发明的电极可以由本领域已知的各种各样的材料形成。例如，电极可以由后过渡贵金属(noble late transition metal)制成。诸如金、铂、银、铑、铱、钌、钯或锇等金属可以适合于本发明的各个实施方案。在某些传感器实施方案中，诸如碳或汞等其它组合物也是有用的。在这些金属中，银、金或铂通常用作参比电极金属。随后氯化的银电极通常用作参比电极。这些金属可以通过本领域已知的任何方式沉积，包括上文引用的等离子体沉积方法，或者通过无电方法沉积，该无电方法可能涉及当衬底浸入含有金属盐和还原剂的溶液中时将金属沉积到先前金属化的区域上。在还原剂向导电(金属化)表面贡献电子、伴随有导电表面处的金属盐还原时，无电方法继续进行。结果是产生吸附的金属层。(关于对无电方法的额外讨论，参见：Wise,E.M.钯：回收、特性和用途(Palladium:Recovery,Properties,and Uses)，纽约学术出版社(Academic Press,New York)，纽约(1988)；Wong,K.等人电镀和表面精整(Plating and Surface Finishing)，1988,75,70-76；Matsuoka,M等人同上，1988,75,102-106；以及Pearlstein,F.的“无电电镀(Electroless Plating)”,《现代电镀(Modern Electroplating)》,Lowenheim,F.A.编,纽约州纽约市约翰威立(Wiley,New York,N.Y.)(1974)，第31章)。然而，此类金属沉积工艺必须产生具有优良的金属与金属粘附和最小表面污染的结构，以向催化金属电极表面提供高密度的活性位点。此类高密度活性位点是对于诸如过氧化氢等电活性物种的有效氧化还原转化所必须的性质。

在本发明的示例性实施方案中，首先通过电极沉积、表面溅射或其它合适的方法步骤来用薄膜导电层涂覆基底层。在一个实施方案中，此导电层可以设置为多个薄膜导电层，诸如适合于化学粘附到聚酰亚胺基底层上的初始的基于铬的层、随后按顺序形成的基于金的薄膜层和基于铬的薄膜层。在替代实施方案中，可以使用其它电极层构造或材料。然后根据常规的光刻技术，用选定的光刻胶涂层覆盖导电层，并且可以在光刻胶涂层上方应用接触掩模以进行合适的光成像。接触掩模通常包含用于适当地曝光光刻胶涂层的一个或多个导体迹线图案，随后进行蚀刻步骤以在基底层上保留多个导电传感器迹线。在被设计用作皮下葡萄糖传感器的示例性传感器构造中，每个传感器迹线可以包括与三个单独的电极(诸如工作电极、反电极和参比电极)相对应的三个平行的传感器元件。

传感器导电层的部分通常由绝缘覆盖层覆盖，该绝缘覆盖层通常是诸如硅聚合物和/或聚酰亚胺等材料。绝缘覆盖层可以任何期望的方式应用。在示例性程序中，绝缘覆盖层以液体层的方式应用在传感器迹线上方，之后旋转衬底以将液体材料作为薄膜分布覆盖在传感器迹线上并且使液体材料作为薄膜延伸超出传感器迹线的与基底层密封接触的边缘余量之外。然后这种液体材料可以经历一次或多次如本领域已知的合适的辐射和/或化学和/或热固化步骤。在替代实施方案中，液体材料可以使用喷洒技术或任何其它期望的应用方式来应用。可以使用各种绝缘层材料，诸如光可成像环氧丙烯酸酯，其中说明性材料包括可从新泽西州西帕特森OCG公司(OCG,Inc.of West Paterson,N.J.)以产品编号7020获得的光可成像聚酰亚胺。

如上所述，任选地，在通过开口暴露传感器尖端之后，可以向传感器尖端应用限定远端电极的适当的电极化学物质。在用作葡萄糖传感器的具有三个电极的说明性传感器实施方案中，在开口之一内设置酶(通常为葡萄糖氧化酶)，因此涂覆传感器尖端之一以限定工作电极。可以向其它电极中的一个或两个电极提供与工作电极相同的涂层。替代地，可以向其它两个电极提供诸如其它酶等未涂覆的其它合适的化学物质，或者提供有化学物质以限定电化学传感器的参比电极和反电极。

用于产生本发明的极薄的酶涂层的方法包含旋涂工艺、浸泡和干燥工艺、低剪切喷涂工艺、喷墨打印工艺、丝网工艺等。因为技术人员可以容易地确定通过本领域的工艺施涂的酶涂层的厚度，所以技术人员可以容易地标识能够产生本发明的极薄的涂层的方法。通常，此类涂层在其施涂之后被蒸汽交联。令人惊讶的是，通过这些工艺产生的传感器的材料性质超过具有通过电沉积产生的涂层的传感器的材料性质，该材料性质包括提高的寿命、线性、规律性以及改善的信噪比。另外，利用通过此类工艺形成的葡萄糖氧化酶涂层的本发明的实施方案被设计成回收利用过氧化氢并且改善此类传感器的生物相容性概况。

通过诸如旋涂工艺等工艺生产的传感器还避免了与电沉积相关联的其它问题，诸如与在电沉积工艺期间放置在传感器上的材料应力相关的问题。具体地，观察到电沉积工艺在传感器上产生机械应力，例如，由张力和/或压缩力产生的机械应力。在某些情况下，此类机械应力可以产生具有在一定程度上趋于开裂或分层的涂层的传感器。这未在经由旋涂或其它低应力工艺设置在传感器上的涂层中观察到。因此，本发明的又另一个实施方案是避免传感器上的涂层的受电沉积影响的开裂和/或分层的方法，该方法包括通过旋涂工艺施涂涂层。

用于使用本发明的分析物传感器设备的方法

本发明的相关实施方案是一种感测哺乳动物体内的分析物的方法，该方法包括将本文公开的分析物传感器实施方案植入到哺乳动物中，并且然后感测工作电极处的电流变化以及使电流变化与分析物的存在相关，使得对分析物进行感测。分析物传感器可以被阳极极化成使得感测到电流变化的工作电极是阳极，或者被阴极极化成使得感测到电流变化的工作电极是阴极。在一个此类方法中，分析物传感器设备感测哺乳动物的葡萄糖。在替代性方法中，分析物传感器设备感测哺乳动物中的乳酸盐、钾、钙、氧、pH和/或任何生理相关的分析物。

具有包含生物活性剂和以上所讨论的结构的分析物调节组合物的某些分析物传感器具有许多非常期望的特性，这些特性允许各种用于感测哺乳动物中的分析物的方法。例如，在此类方法中，植入哺乳动物中的分析物传感器设备用于感测哺乳动物体内的分析物，持续超过1周、2周、3周、4周、5周或6周。通常，如此植入哺乳动物中的分析物传感器设备感测到在分析物接触传感器的15分钟、10分钟、5分钟或2分钟内响应于分析物的电流变化。在此类方法中，传感器可以植入哺乳动物体内的各种位置、例如间质中，以及血管空间和非血管空间两者中。

Claims (20)

1.一种电流型分析物传感器，包括：

工作电极，所述工作电极包括：

基底层；

导电层，所述导电层设置在所述基底层上方；

分析物感测层，所述分析物感测层设置在所述导电层上方；和

分析物调节层，所述分析物调节层设置在所述分析物感测层上方，其中：

所述分析物调节层选择性渗透地调节葡萄糖和氧穿过其的扩散，使得葡萄糖的扩散相对于氧受到限制；并且

所述分析物调节层包含丙烯酸酯水凝胶，所述丙烯酸酯水凝胶具有与生物活性剂可逆地偶联的聚合物，使得所述生物活性剂响应于刺激而与所述聚合物解偶联。

2.根据权利要求1所述的电流型分析物传感器，其中：

所述生物活性剂是以下中的至少一者：抗菌剂、抗炎剂和抗凝剂；并且/或者

所述分析物调节层表现出对葡萄糖和氧的渗透性，所述渗透性在所述生物活性剂从所述分析物调节层释放后改变小于10％。

3.根据权利要求2所述的电流型分析物传感器，其中所述生物活性剂包括地塞米松、肝素或氟喹诺酮中的至少一者。

4.根据权利要求2所述的电流型分析物传感器，其中：

所述生物活性剂被非共价地包埋在所述聚合物内；并且/或者

所述生物活性剂与所述聚合物共价偶联；并且/或者

所述生物活性剂通过设置在所述生物活性剂上的丙烯酸酯部分与所述聚合物偶联。

5.根据权利要求1所述的电流型分析物传感器，其中所述分析物调节层包含以下中的至少一者：聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)、聚氨酯和扩链剂。

6.根据权利要求1所述的电流型分析物传感器，其中所述生物活性剂响应于以下方面而与所述聚合物解偶联：

暴露于水性介质；

暴露于存在于其中公开了所述传感器的环境中的内源刺激；

其中设置了所述电流型分析物传感器的环境的pH发生改变；

其中设置了所述电流型分析物传感器的环境的温度发生改变；和/或

电化学刺激，所述电化学刺激选自：施加到所述电流型分析物传感器的电压；和/或所述电流型分析物传感器内的电流。

7.根据权利要求6所述的电流型分析物传感器，其中所述生物活性剂响应于包含过氧化氢的活性氧物质而与所述聚合物解偶联。

8.根据权利要求1所述的电流型分析物传感器，其中所述电流型分析物传感器由单个传感器柔性组件组成，所述单个传感器柔性组件包括柔性平面元件，所述柔性平面元件具有包括第一侧和第二侧的纵向构件。

9.根据权利要求1所述的电流型分析物传感器，其中所述生物活性剂与所述分析物调节层的外表面偶联。

10.一种制造用于植入哺乳动物内的电流型分析物传感器电极的方法，所述方法包括以下步骤：

形成工作电极，所述工作电极包括：

基底层；

导电层，所述导电层设置在所述基底层上；

分析物感测层，所述分析物感测层设置在所述导电层上；

分析物调节层，所述分析物调节层设置在所述分析物感测层上，其中：

所述分析物调节层由被选择用于选择性渗透地调节葡萄糖和氧穿过其的扩散的材料形成，使得葡萄糖的扩散相对于氧受到限制；并且

所述分析物调节层形成为包含丙烯酸酯水凝胶，所述丙烯酸酯水凝胶具有与生物活性剂可逆地偶联的聚合物，使得所述生物活性剂响应于刺激而与所述聚合物解偶联。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述方法包括由被选择用于当所述传感器电极设置在间隙空间中时调节所述分析物调节层的亲水性的材料形成所述传感器电极。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述分析物调节层由被选择成使得所述生物活性剂响应于以下方面而与所述聚合物解偶联的材料形成：

暴露于水性介质；

暴露于葡萄糖；

其中设置了所述电流型分析物传感器的环境的pH发生改变；

其中设置了所述电流型分析物传感器的环境的温度发生改变；和/或

电化学刺激，所述电化学刺激选自：施加到所述电流型分析物传感器的电压；和/或所述电流型分析物传感器内的电流。

13.根据权利要求10所述的方法，其中所述生物活性剂被选择为以下中的至少一者：抗菌剂、抗炎剂和抗凝剂。

14.根据权利要求10所述的方法，其中所述生物活性剂包括地塞米松、肝素或氟喹诺酮中的至少一者。

15.根据权利要求10所述的方法，其中所述生物活性剂形成为包含使所述生物活性剂与所述聚合物偶联的丙烯酸酯部分。

16.根据权利要求10所述的方法，其中所述分析物调节层包含以下中的至少一者：聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)、聚氨酯和扩链剂。

17.根据权利要求10所述的方法，其中所述生物活性剂与所述分析物调节层的外表面偶联。

18.根据权利要求10所述的方法，其中所述分析物调节层由反应混合物形成，所述反应混合物包含被选择用于促进聚合的光活性剂。

19.根据权利要求10所述的方法，还包括对所述传感器电极进行灭菌步骤，其中所述灭菌步骤包括暴露于环氧乙烷。

20.一种使用电化学分析物传感器感测哺乳动物体内的分析物同时抑制对所述电化学分析物传感器的异物反应的方法，所述方法包括：

将根据权利要求1所述的电化学分析物传感器植入所述哺乳动物中；

在所述分析物存在的情况下感测所述工作电极处的电流的改变；以及

将所述电流的所述改变与所述分析物的存在相关联，使得对所述分析物进行感测。