CN220141655U - 一种用于皮下检测的葡萄糖传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于皮下检测的葡萄糖传感器，该葡萄糖传感器包括传感器基底、均设置在传感器基底上的工作电极、辅助电极和参比电极，传感器基底为柔性绝缘基底，传感器基底上设置有用于安装工作电极的第一反应腔、用于安装辅助电极的第二反应腔，以及用于安装参比电极的第三反应腔；其中，传感器基底为柔性绝缘基底，极大的减少该葡萄糖传感器使用时用户的身体感受，优化佩戴体验；同时，该葡萄糖传感器的单针三电极结构，有效减少了皮下植入后的不适感，且该葡萄糖传感器的反应腔结构相较于传统电极结构增加了葡糖糖氧化酶的负载量，并减小反应面积，达到传感器所产生微电流精度、稳定性与使用寿命的提升，优化反应效率，使用效果好。

Description

一种用于皮下检测的葡萄糖传感器

技术领域

本实用新型涉及葡萄糖监测技术领域，具体涉及一种用于皮下检测的葡萄糖传感器。

背景技术

生物传感器是将生物材料、生物衍生材料，或者生物仿生材料与光学、电化学、温度、压电、磁体、或者是微机械的物理化学传感器或传感微系统紧密结合的分析装置。迄今为止，商业上应用最成功的生物传感器是安培计酶葡萄糖传感器。安培计酶葡萄糖传感器的市场份额几乎占据了当今全球市场85％。安培计酶葡萄糖传感器用于检测糖尿病，其市场份额越大，反映出患有糖尿病的人越多。

目前，糖尿病尚无根治方法，只有控制方法。对于糖尿病患者而言，如果患者平日能够实时、连续监测葡萄糖，可以优先减少和降低胰岛素依赖性的糖尿病患者的低葡萄糖症和高葡萄糖症等并发症的发生。

如图2所示，申请号为CN201080018303.6的实用新型专利“改进的分析物传感器及其制造和使用方法”中公开的分析物传感器100上设置有工作电极121a、反电极121b和参考电极121c三个电极，122为导电线路，123为导电触点，工作电极121a、反电极121b和参考电极121c为共平面电极结构，工作电极121a、反电极121b和参考电极121c设置在同一衬底平面上，进行堆叠分布，电极之间设置有绝缘层。

如图3和图4所示，申请号为CN201822259382.6的实用新型专利“葡萄糖监测探头及其工作电极”中公开的葡萄糖监测探头包括工作电极10、参比电极20和对电极30，其中，工作电极10包括底层110、纳米颗粒层120、葡萄糖酶传感层130、半透膜140和生物相容膜150，工作电极10中的葡萄糖氧化酶或脱氢酶与组织液或血液中的葡萄糖进行氧化还原反应，并与对电极30形成回路从而产生电流信号。

因此，当前的电化学传感器葡萄糖监测电极多为三针三电极硬针结构，酶载量低，使用寿命短，电流传输精度不足，监测精度不足，植入后感受明显，使用效果差。

实用新型内容

为此，本实用新型实施例提供一种用于皮下检测的葡萄糖传感器，以解决现有技术中葡萄糖传感器检测时酶载量低，使用寿命短，检测精度低，植入后感受明显，使用效果差的问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：

一种用于皮下检测的葡萄糖传感器，包括传感器基底、均设置在所述传感器基底上的工作电极、辅助电极和参比电极；

所述工作电极包括半透膜层，所述半透膜层用于控制葡萄糖分子的通过率；

所述辅助电极包括第一生物相容膜层；

所述参比电极包括第二生物相容膜层；

所述传感器基底为柔性绝缘基底，所述传感器基底上设置有用于安装工作电极的第一反应腔、用于安装辅助电极的第二反应腔，以及用于安装参比电极的第三反应腔，所述第一反应腔、所述第二反应腔和所述第三反应腔按照预设布设规则布设在所述传感器基底上；

其中，所述预设布设规则为所述第一反应腔、所述第二反应腔和所述第三反应腔沿所述传感器基底的顺时针方向依次布设在所述传感器基底上；或者，

所述所述第一反应腔、所述第三反应腔和所述第二反应腔沿所述传感器基底的顺时针方向依次布设在所述传感器基底上。

可选地，所述工作电极还包括第一基底层。

可选地，所述工作电极还包括设置在所述第一基底层外侧的第一导电层。

可选地，所述工作电极还包括设置在所述第一导电层外侧的酶层，所述半透膜层位于所述酶层的外表面；

所述酶层包括葡萄糖酶。

可选地，所述酶层还包括交联剂。

可选地，所述酶层还包括多孔微观纳米结构，所述多孔微观纳米结构包括碳纳米管结构、纳米铂结构或石墨烯结构。

可选地，所述辅助电极还包括第二基底层。

可选地，所述辅助电极还包括设置在所述第二基底层外侧的第二导电层，所述第一生物相容膜层位于所述第二导电层的外侧。

可选地，所述参比电极还包括第三基底层。

可选地，所述参比电极还包括设置在所述第三基底层外侧的第三导电层，所述第二生物相容膜层位于所述第三导电层的外侧。

本实用新型至少具有以下有益效果：本实用新型包括传感器基底、均设置在传感器基底上的工作电极、辅助电极和参比电极，传感器基底为柔性绝缘基底，传感器基底上设置有用于安装工作电极的第一反应腔、用于安装辅助电极的第二反应腔，以及用于安装参比电极的第三反应腔，第一反应腔、第二反应腔和第三反应腔按照预设布设规则布设在传感器基底上；通过该结构设计，使葡萄糖传感器为单针三电极结构，传感器基底为柔性绝缘基底，极大的减少该葡萄糖传感器使用时用户的身体感受，优化佩戴体验；该葡萄糖传感器的单针三电极结构，有效减少了皮下植入后的不适感，且该葡萄糖传感器的反应腔结构相较于传统电极结构增加了葡糖糖氧化酶的负载量，同时减小反应面积，达到传感器所产生微电流精度、稳定性与使用寿命的提升，优化反应效率，使用效果好，便于推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明现有技术以及本实用新型，下面将对现有技术以及本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1为本实用新型实施例提供的一种用于皮下检测的葡萄糖传感器的结构示意图；

图2为本实用新型所属技术领域中现有技术的示意图；

图3为本实用新型所属技术领域中现有技术的示意图；

图4为本实用新型所属技术领域中现有技术的示意图；

图5为图1的俯视图之一；

图6为图1的俯视图之二；

附图标记说明：

1-传感器基底；2-工作电极；3-辅助电极；4-参比电极。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)旨在区别指代的对象。对于具有时序流程的方案，这种术语表述方式不必理解为描述特定的顺序或先后次序，对于装置结构的方案，这种术语表述方式也不存在对重要程度、位置关系的区分等。

此外，术语“包括”、“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包括了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于已明确列出的那些步骤或单元，而是还可包含虽然并未明确列出的但对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元，或者基于本实用新型构思进一步的优化方案所增加的步骤或单元。

如图1、图5和图6所示，本实用新型包括传感器基底1、均设置在所述传感器基底1上的工作电极2、辅助电极3和参比电极4；

所述工作电极2包括半透膜层，所述半透膜层用于控制葡萄糖分子的通过率；

所述辅助电极3包括第一生物相容膜层；

所述参比电极4包括第二生物相容膜层；

所述传感器基底1为柔性绝缘基底，所述传感器基底1上设置有用于安装工作电极2的第一反应腔、用于安装辅助电极3的第二反应腔，以及用于安装参比电极4的第三反应腔，所述第一反应腔、所述第二反应腔和所述第三反应腔按照预设布设规则布设在所述传感器基底1上；

其中，所述预设布设规则为所述第一反应腔、所述第二反应腔和所述第三反应腔沿所述传感器基底1的顺时针方向依次布设在所述传感器基底1上；或者，

所述所述第一反应腔、所述第三反应腔和所述第二反应腔沿所述传感器基底1的顺时针方向依次布设在所述传感器基底1上。

在本实施例中，传感器基底1采用3D打印技术制作，传感器基底1为绝缘性质，传感器基底1的直径为100-500μm，传感器基底1上设有第一反应腔、第二反应腔和第三反应腔三个反应腔，分别用于安装工作电极2、辅助电极3和参比电极4。

在本实施例中，半透膜层可以是壳聚糖、纤维素衍生物、聚氨酯、聚乙二醇、聚乙烯乙二醇、海藻酸钠中的至少一种。半透膜层可以控制葡萄糖分子、氧气以及过氧化氢透过，同时阻挡水杨酸、抗坏血酸、对乙酰基酚、尿酸、抗坏血酸、醋氨酚等电化学活性干扰物透过。同时半透膜层会提高传感器生物相容性，降低植入后的排异反应所导致的不适感及传感器灵敏度的降低。

在本实施例中，半透膜层阻止各类干扰葡萄糖氧化酶与体内葡萄糖等进行反应的物质，提高灵敏度，同时避免葡萄糖氧化酶的溶解损耗，半透膜也起到控制葡萄糖进入速率的作用，避免反应过快，延长使用时间。

在本实施例中，第一生物相容膜层可以是壳聚糖、纤维素衍生物、聚氨酯、聚乙二醇、聚乙烯乙二醇、海藻酸钠中的至少一种。

在本实施例中，第二生物相容膜层可以是壳聚糖、纤维素衍生物、聚氨酯、聚乙二醇、聚乙烯乙二醇、海藻酸钠中的至少一种。

在本实施例中，需要说明的是，传感器基底1的形状并不唯一，但其特征为具有第一反应腔、第二反应腔和第三反应腔的三个反应腔的结构，其反应腔结构可以是三棱柱、圆柱等形状。如传感器基底1与电极之间的连接部位可以是弧形或不规则形状。特殊的，传感器基底1可以是两个角的结构类似长方体，去除一根电极，只在基底上保留两根电极，如去掉参比电极4。

在本实施例中，传感器基底1并不一定为上下均匀粗细的柱状体，也可以是上粗下细的形状。其上也可以设置一定凹陷用于与其他器械的固定，如在一段设置卡槽结构；也可以在一段设置一定延展结构用于电流向外传输，本实施例对此不做具体限定。

在本实施例中，可以按照工作电极2、辅助电极3和参比电极4顺时针的顺序将工作电极2、辅助电极3和参比电极4安装在传感器基底1上，也可以按照工作电极2、参比电极4和辅助电极3顺时针的顺序将工作电极2、辅助电极3和参比电极4安装在传感器基底1上，工作电极2、辅助电极3和参比电极4在传感器基底1上的排列顺序不唯一。

在本申请实施例中，葡萄糖传感器包括传感器基底1、均设置在所述传感器基底1上的工作电极2、辅助电极3和参比电极4，通过该结构设计，使葡萄糖传感器为单针三电极结构，在3D打印技术制作的传感器基底1上，工作电极2进行酶层的交联以及半透膜层的附着，有效提高葡萄糖检测的准确度及有效检测时间，消除干扰物，避免过多的干扰因素影响。

在本申请实施例中，葡萄糖传感器为单针三电极结构，传感器基底1采用3D打印技术制备，且传感器基底1具备一定的柔韧性，极大的减少该葡萄糖传感器使用时用户的身体感受，优化佩戴体验；相比于三针结构，该葡萄糖传感器减少了皮下植入后的不适感、提升佩戴体验；相比于片状结构，该葡萄糖传感器有效提升酶的负载量，延长使用时间。

在本申请实施例中，该葡萄糖传感器的反应腔结构相较于传统电极结构增加了葡糖糖氧化酶的负载量，同时减小反应面积，达到传感器所产生微电流精度、稳定性与使用寿命的提升，优化反应效率；

在本申请实施例中，该葡萄糖传感器的三个电极距离更近，电子传输效率更高，扰乱因素更少，降低因传感器各电极距离做导致的微电流误差，提升反应稳定性及灵敏度。

在一个实施例中，所述工作电极2还包括第一基底层。

在本实施例中，第一基底层使用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、不锈钢、金、铂、石墨、银、氯化银、二氧化硅、玻璃碳中的至少一种制成。

在一个实施例中，所述工作电极2还包括设置在所述第一基底层外侧的第一导电层。

在本实施例中，第一导电层由金、铂、石墨、银、氯化银中的至少一种制成，导电层具备优良导电性。

在本实施例中，导电层可以采用沉积或镀覆方法制备在基底层上；其中，方法如物理气相沉积、化学气相沉积等；镀覆方法如电镀、化学镀、真空镀等。

在一个实施例中，所述工作电极2还包括设置在所述第一导电层外侧的酶层，所述半透膜层位于所述酶层的外表面；所述酶层包括葡萄糖酶。

在本实施例中，酶层包括一定包含葡萄糖酶，酶层存在于工作电极2表面，反应并与辅助电极3形成电回路，电流从工作电极2和辅助电极3通过，参比电极4仅对电压进行测量。

在本实施例中，葡萄糖氧化酶GOx将葡萄糖氧化为葡萄糖酸并生成过氧化氢，如反应式1所示：

葡萄糖+O₂→葡萄糖酸+H₂O₂反应式1

过氧化氢会发生氧化分解反应，如反应式2所示：

H₂O₂→O₂+2H++2e-反应式2

酶层为葡萄糖氧化酶层或葡萄糖脱氢酶，厚度为0.5-20μm，与组织液中葡萄糖发生酶促反应。

在一个实施例中，所述酶层还包括交联剂。

在本实施例中，酶层在包含葡萄糖酶的同时，还可以包含交联剂，交联剂可以用于固定酶在涂层上的稳定性，交联剂可以是硅烷交联剂或其他交联剂。

在一个实施例中，所述酶层还包括多孔微观纳米结构，所述多孔微观纳米结构包括碳纳米管结构、纳米铂结构或石墨烯结构。

在本实施例中，酶层在包含葡萄糖酶的同时，还可以包含多孔微观纳米结构，多孔微观纳米结构为碳纳米管结构、纳米铂结构或石墨烯结构中的至少一种，多孔微观纳米结构具有更大的表面积，可以很好的承载更多的酶在酶层中。

在一个实施例中，所述辅助电极3还包括第二基底层。

在本实施例中，第二基底层使用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、不锈钢、金、铂、石墨、银、氯化银、二氧化硅、玻璃碳中的至少一种制成。

在一个实施例中，所述辅助电极3还包括设置在所述第二基底层外侧的第二导电层，所述第一生物相容膜层位于所述第二导电层的外侧。

在本实施例中，第二导电层由金、铂、石墨、银、氯化银中至少一种制成，导电层具备优良导电性。导电层可以采用沉积或镀覆方法制备在基底层上。

在一个实施例中，所述参比电极4还包括第三基底层。

在本实施例中，第三基底层使用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、不锈钢、金、铂、石墨、银、氯化银、二氧化硅、玻璃碳中的至少一种制成。

在一个实施例中，所述参比电极4还包括设置在所述第三基底层外侧的第三导电层，所述第二生物相容膜层位于所述第三导电层的外侧。

在本实施例中，第三导电层由银、氯化银中的至少一种制成。

以上几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合(只要这些技术特征的组合不存在矛盾)，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述；这些未明确写出的实施例，也都应当认为是本说明书记载的范围。

上文中通过一般性说明及具体实施例对本实用新型作了较为具体和详细的描述。应当指出的是，在不脱离本实用新型构思的前提下，显然还可以对这些具体实施例作出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于皮下检测的葡萄糖传感器，其特征在于，包括传感器基底(1)、均设置在所述传感器基底(1)上的工作电极(2)、辅助电极(3)和参比电极(4)；

所述工作电极(2)包括半透膜层，所述半透膜层用于控制葡萄糖分子的通过率；

所述辅助电极(3)包括第一生物相容膜层；

所述参比电极(4)包括第二生物相容膜层；

所述传感器基底(1)为柔性绝缘基底，所述传感器基底(1)上设置有用于安装工作电极(2)的第一反应腔、用于安装辅助电极(3)的第二反应腔，以及用于安装参比电极(4)的第三反应腔，所述第一反应腔、所述第二反应腔和所述第三反应腔按照预设布设规则布设在所述传感器基底(1)上；

其中，所述预设布设规则为所述第一反应腔、所述第二反应腔和所述第三反应腔沿所述传感器基底(1)的顺时针方向依次布设在所述传感器基底(1)上；或者，

所述第一反应腔、所述第三反应腔和所述第二反应腔沿所述传感器基底(1)的顺时针方向依次布设在所述传感器基底(1)上。

2.根据权利要求1所述的一种用于皮下检测的葡萄糖传感器，其特征在于，所述工作电极(2)还包括第一基底层。

3.根据权利要求2所述的一种用于皮下检测的葡萄糖传感器，其特征在于，所述工作电极(2)还包括设置在所述第一基底层外侧的第一导电层。

4.根据权利要求3所述的一种用于皮下检测的葡萄糖传感器，其特征在于，所述工作电极(2)还包括设置在所述第一导电层外侧的酶层，所述半透膜层位于所述酶层的外表面；

所述酶层包括葡萄糖酶。

5.根据权利要求4所述的一种用于皮下检测的葡萄糖传感器，其特征在于，所述酶层还包括交联剂。

6.根据权利要求4所述的一种用于皮下检测的葡萄糖传感器，其特征在于，所述酶层还包括多孔微观纳米结构，所述多孔微观纳米结构包括碳纳米管结构、纳米铂结构或石墨烯结构。

7.根据权利要求1所述的一种用于皮下检测的葡萄糖传感器，其特征在于，所述辅助电极(3)还包括第二基底层。

8.根据权利要求7所述的一种用于皮下检测的葡萄糖传感器，其特征在于，所述辅助电极(3)还包括设置在所述第二基底层外侧的第二导电层，所述第一生物相容膜层位于所述第二导电层的外侧。

9.根据权利要求1所述的一种用于皮下检测的葡萄糖传感器，其特征在于，所述参比电极(4)还包括第三基底层。

10.根据权利要求9所述的一种用于皮下检测的葡萄糖传感器，其特征在于，所述参比电极(4)还包括设置在所述第三基底层外侧的第三导电层，所述第二生物相容膜层位于所述第三导电层的外侧。