DE69733608T2

DE69733608T2 - Mehrschichtenmembranen für enzymelektrode und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE69733608T2
Application number: DE69733608T
Authority: DE
Inventors: Robert Mccaffrey; Bonnie Dalzell; Katarina Tkacik; Susan Holbert; Mark Boden; James Flaherty; Michael Flanagan; Josef Brown; Kimiya Takeshita; Peter Edelman
Original assignee: Bayer AG; Bayer Corp
Current assignee: Bayer AG; Bayer Corp
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1997-07-11
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2017-07-12
Also published as: US5696314A; DK0910794T3; WO1998002736A1; AU3270797A; EP0910794A1; JP2001506742A; ES2245000T3; ATE298420T1; DE69733608D1; EP0910794B1

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein mehrschichtige Enzym-Elektroden-Membrane mit einem Mehrschicht-Design und Verfahren zur Herstellung von selbigen, und insbesondere solche Membrane, die für eine verbesserte Response-Zeit und Stabilität sowie eine längere Lebensdauer bei den Elektrodensensoren, die für Zwecke zur einmaligen oder mehrmaligen Verwendung bestimmt sind.
2. Erläuterung des verwandten Fachbereichs
Elektrodensensoren, die zur Überwachung der Konzentration von Analyten in biologischen Fluiden, wie Blut, Schweiß, Speichel, Plasma, Tränen und Urin, bestimmt sind, sind allgemein bekannt. Insbesondere wurden Sensoren auf Basis von elektrochemischem Enzym entwickelt, die zur Messung der Konzentration verschiedener Analyte, wie Glucose oder Lactat, in biologischen Fluiden verwendet werden können. Die Fähigkeit zur Überwachung der Konzentration dieser Analyte in biologischen Fluiden ist wichtig, da auf Basis der Konzentration von Lactat oder Glukose eine Vielzahl an potenziellen Gesundheitsproblemen nachgewiesen werden kann. Zum Beispiel kann eine Konzentration an Glukose unterhalb des normalen Messbereichs Bewusstlosigkeit, herabgesetzten Blutdruck und möglicherweise sogar den Tod verursachen. Allerdings kann eine Konzentration an Glukose über Normal für Diabetiker zu Koma führen. Darüber hinaus kann eine Lactat-Konzentration über einem bestimmten Level ein Indiz für eine Vielzahl von Problemen, einschließlich Einblutungen, Dehydrierung, das potenzielle Einsetzen einer Herzattacke, Sepsis und anderer Infektionen, sein.
Bekannte Enzym-Elektroden-Sensoren schließen in der Regel eine enzymhaltige Schicht ein, welche Spezifität verleiht, die auf einer Schicht aus elektrisch leitendem Material abgeschieden wird, welches als Elektrode dient. Das elektrisch leitende Mate rial ist auf einem Substrat angeordnet, und eine Membranstruktur überzieht die Elektrode. Die allgemeinen Ziele der Membranstruktur schließen das Immobilisieren oder Einschließen des Enzyms, das Schützen des Sensors vor einer Verschmutzung durch Protein, das Abschirmen des Sensors von möglichen Interferenten bzw. Störstoffen und das Regeln der Analytdiffusion, um die Sensor-Response auf die Analytkonzentration zu linearisieren, ein. Typischerweise wird die Membranstruktur durch Dünn- oder Dickfilmtechniken, wie zum Beispiel Siebdruck, Schablonendruck, Spinnen, Tauchbeschichten oder Besprühen, aufgebaut.
Verfügbare Enzym-Elektroden-Membrane sind dafür bestimmt, ein Umwandeln des Analyten von Interesse durch das Enzym unter Bildung eines Produkts zu ermöglichen. Dieses Reaktionsprodukt nimmt dann an einer Reduktions-Oxidations-Reaktion an der Elektrode teil, was zur Bildung von Elektronen führt. Der gemessene Strom der Elektronen ist ein Indiz für die Analytkonzentration. Zum Beispiel wird beim Messen der Konzentration von Glukose oder Lactat im Blut der Analyt zuerst durch Glukoseoxidase bzw. Lactatoxidase oxidiert, um Hydrogenperoxid zu bilden, wie sich in den Reaktionen 1A und 1B zeigt. Das Hydrogenperoxid wird danach oxidiert, um einen elektrischen Strom (Reaktion 2) zu erzeugen, der die Konzentration der Glucose oder des Lactats im Blut angibt.
Die Oxidation des Analyten durch das Enzym führt zur Bildung der reduzierten Form des Enzyms. Wenn eine unzureichende Menge an Sauerstoff die Elektrode erreichen kann, kann das Enzym in seiner reduzierten Form verbleiben, wodurch der Nutzen der Enzym-Elektrode abnimmt. Daher sollten die zur Bildung der Elektrodenmembran verwendeten Materialien relativ hohe Sauerstoffdurchlässigkeiten aufweisen, sodass genug Sauerstoff die Enzymelektrode erreichen kann, um das Enzym von seiner reduzier ten Form in seine oxidierte Form zurückzuverwandeln. Zusätzlich zu der Tatsache, dass ein guter Sauerstofftransport durch die Membran ermöglicht wird, um das Enzym zurückzuverwandeln, ist es erwünscht, für einen ausreichenden Sauerstofftransport durch die Membran zu sorgen, sodass Sauerstoff nicht als begrenzendes Reagens in der Gesamtreaktion dient.
Um für eine konstante Signalverstärkung pro Zunahmeeinheit der Analytkonzentration in der Analytlösung zu sorgen (d. h. um eine gute Reproduzierbarkeit zu erzielen), sollte der Analyt das die Geschwindigkeit beschränkende Reagens sein. Somit sollte, wie in dem vorhergehenden Abschnitt erläutert, die Membran guten Sauerstofftransport ermöglichen. Zusätzlich sollte die Menge an Enzym, die an der Elektrode immobilisiert wird, ausreichend sein, um mit dem die Enzym-Elektrode erreichenden Analyten zu reagieren, ohne dass das Enzym als ein die Geschwindigkeit beschränkendes Reagens fungiert. Um dieses Ziel zu erreichen, sollte die Membran aus Materialien gebildet sein, die zur Regelung der Strömung des Analyten durch die Membran fähig sind, die Elektrode sollte eine vergleichsweise große Menge an Enzym enthalten, oder beides.
Eine Probenlösung kann zur Kalibrierung von Enzym-Elektroden durch Messen der elektrischen Stromabgabe für eine bestimmte Konzentration an Analyt verwendet werden. Die für diese Kalibrierung verwendete Probenlösung ist vorzugsweise eine wässrige Lösung der leichten Herstellbarkeit wegen und für eine verbesserte Lagerstabilität (d. h. Gebrauchsfähigkeitsdauer). Während die zur Kalibrierung des Sensors verwendete Probenlösung eine wässrige Lösung ist, die Salze mit niedrigem Molekulargewicht enthält, sind die zu messenden Lösungen biologische Fluide, wie Vollblut, welches Proteine und andere organische Substanzen enthält. Es besteht häufig ein Unterschied an sich in der Response für den Analyten zwischen der Enzym-Elektrode in der wässrigen Kalibrierungsprobenlösung und der Enzym-Elektrode in dem Protein, welches Analytlösung enthält. Allerdings sollte sich zur Sicherstellung einer zuverlässigen Kalibrierung dieser Unterschied in der Response zwischen den Enzym-Elektroden der zwei Lösungen, der üblicherweise als das Blut/Wasser-Gefälle-Verhältnis bezeichnet wird, im Zeitverlauf nicht verändern.
Bestimmte bekannte Enzym-Elektroden-Membrane, wie spurgeätzte Polycarbonat-Membrane, sind zur Regelung des Analytenstroms und zur Verringerung der Verschmutzung durch Protein der Elektrode fähig. Allerdings sind diese Membranen Standalone-Membrane, sodass sie nicht leicht auf einem planaren Mikrosensor herzustellen sind.
Folglich ist es wünschenswert, eine mehrschichtige Enzym-Elektroden-Membran bereitzustellen, die aus Materialien gebildet ist, die zu einem stabilen Blut-Wasser-Verhältnis führen, wobei der Analyt gleichzeitig als ein die Geschwindigkeit begrenzendes Reagens dienen kann. Außerdem ist es besonders erwünscht, eine solche Enzym-Elektroden-Membran bereitzustellen, die zur Überwachung der Konzentration an Glukose und Lactat im Blut fähig ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine mehrschichtige Enzym-Elektroden-Membran bereitzustellen, die zur Vorsehung eines stabilen Blut/Wasser-Verhältnisses fähig ist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine mehrschichtige Enzym-Elektroden-Membran bereitzustellen, die so konstruiert ist, dass der Analyt das die Geschwindigkeit begrenzende Reagens ist.
Es ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine mehrschichtige Enzym-Elektroden-Membran bereitzustellen, welche die Nutzungsdauer des Sensors verlängert.
Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine mehrschichtige Enzym-Elektroden-Membran bereitzustellen, welche die Verschmutzung des Enzyms durch Proteine vermindert und Interferenten mit einem relativ hohen Molekulargewicht blockiert.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine mehrschichtige Enzym-Elektroden-Membran mit einer für mehr als eine Schicht gebildeten Membran bereitzustellen.
Es ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine mehrschichtige Enzym-Elektroden-Membran mit mindestens einer mikroporösen Schicht bereitzustellen, um die Strömungsrate von Analyt durch die Membran zu regeln.
Es ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, Verfahren zur Herstellung irgendeiner oder aller dieser mehrschichtigen Enzym-Elektroden-Membrane bereitzustellen.
In einer veranschaulichenden Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung einen Sensor zum Messen einer Konzentration eines Analyten in einer Lösung bereit, wobei der Sensor Folgendes umfasst:
ein Substrat (12), gebildet aus einem elektrisch leitenden Material;
eine Elektrodenschicht (15), gebildet aus einem elektrisch leitenden Material, wobei die Elektrodenschicht von dem Substrat (12) getragen wird;
eine immobilisierte Enzymschicht (20), welche ein in einem Trägerbauteil immobilisiertes Enzym einschließt, wobei die immobilisierte Enzymschicht von der Elektrodenschicht (15) getragen wird;
eine Haftschicht (30), gebildet aus einem Silan, wobei die Haftschicht an die besagte immobilisierte Enzymschicht (20) angrenzt;
eine Enzym-Polymer-Schicht (35), die an die Haftschicht (30) angrenzt; und
eine mikroporöse Schicht (40), die an die Enzym-Polymer-Schicht (35) angrenzt.
In einer weiteren veranschaulichenden Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Messung einer Konzentration eines in einer Lösung vorliegenden A nalyten bereit, wobei die Lösung weiter mindestens einen Interferenten enthält, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
operatives Zusammenbringen eines Elektrodensensors gemäß der Erfindung mit der Lösung, in welcher der Analyt vorliegt; und
hindurchleiten der Lösung, in welcher der Analyt vorliegt, durch die mikroporöse Schicht, wobei der Durchgang des mindestens einen Interferenten durch die mikroporöse Schicht minimiert wird, zu der Elektrodenschicht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachstehenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung besser verstanden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden, in welchen:
die 1 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer mehrschichtigen Enzym-Elektroden-Membran gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
die 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Workstation bzw. Bearbeitungsstation ist, die für das Aufbringen einer Enzymschicht gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung stellt einen Elektrodensensor bereit, welcher ein stabiles Blut/Wasser-Gefälle-Verhältnis unter gleichzeitiger Vorsehung einer Diffusionsbeschränkung vorsieht, sodass der Analyt das die Rate beschränkende Reagens ist. Zumindest teilweise wird die beschränkte Diffusion durch die Verwendung mindestens einer mikroporösen Schicht erreicht, welche den Transport des Analyten durch den Sensor begrenzt. Durch Variieren der Porengröße der mikroporösen Schicht und/oder der Dicke der mikroporösen Schicht kann der Transport des Analyten über die mehrschichtige Membran geregelt werden. Außerdem wird zumindest teilweise die Stabilität des Blut/Wasser-Gefälle-Verhältnisses durch eine Schicht des Sensors vorgesehen, welche ein innerhalb einer Polymermatrix vorliegendes Enzym umfasst.
Die 1 beschreibt einen Sensor 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Sensor 10 schließt einen Elektrodenbereich 100 und einen Membranbereich 90 ein. Der Elektrodenbereich 100 schließt Substratschicht 12, Elektrodenschicht 15, immobilisierte Enzymschicht 20, eine dielektrische Schicht 25, eine Haftschicht 30 und eine Enzym/Polymer-Schicht 35 ein. Der Membranbereich 90 schließt eine mikroporöse Schicht 40, eine Tensid/Polymer-Schicht 45 und eine stabilisierende Schicht 50 ein.
Wie in 1 gezeigt, trägt die Substratschicht 12 die Schicht 15 und die dielektrische Schicht 25. Die Haftschicht 30 wird von der immobilisierten Enzymschicht 20 und der dielektrischen Schicht 25 getragen. Die mikroporöse Schicht 40 wird von der Enzym/Polymer-Schicht 35 und der Haftschicht 30 getragen. Die Tensid/Polymer-Schicht 45 wird von der mikroporösen Schicht 40 getragen, und die stabilisierende Schicht 50 wird von der Schicht 45 getragen.
Das Substrat 12 kann aus irgendeinem, im Wesentlichen elektrisch leitenden Material, wie zum Beispiel Keramiken, Gläsern, feuerfesten Materialien, Polymeren oder Kombinationen hiervon gebildet werden. Die Bildung eines solchen isolierenden Substrats als mechanischer Träger oder Basis ist dem Durchschnittfachmann auf dem Gebiet allgemein bekannt. Vorzugsweise ist das Substrat 12 im Wesentlichen aus Aluminiumoxid gebildet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Substrat 12 ungefähr 96% Aluminiumoxid und ungefähr 4% Glasbindemittel (verfügbar von Coors Ceramic Company, Grand Junction, Colorado). Das Substrat 12 hat vorzugsweise eine Dicke von etwa 0,02 Inch bis etwa 0,05 Inch und stärker bevorzugt von etwa 0,025 Inch.
Die Elektrodenschicht 15 ist aus einem elektrisch leitenden Material, wie einem Metall oder Legierung, gebildet. Vorzugsweise umfasst die Schicht 15 ein Metall der Platingruppe (Platin, Palladium, Iridium, Rhodium) und Mischungen davon. Stärker bevorzugt Platin, Palladium und Mischungen davon, und am meisten bevorzugt Platin. Während spezielle Materialien, die für den Aufbau der Schicht 15 geeignet sind, hierin beschrieben wurden, sollte es sich verstehen, dass diese Auflistung nicht einschränkend ist und dass die Schicht 15 auch andere elektrisch leitende Materialien umfassen kann. Jedoch sollte die Schicht 15 aus einem Material aufgebaut sein, das in einem potenziellen Bereich nicht oxidiert oder reduziert wird, in welchem die Oxidation oder Reduktion des Analyten erfolgt. Darüber hinaus sind Materialien, die für die Herstellung der Schicht 15 selektiv sind, erwünschtermaßen frei von irgendwelchen Verunreinigungen, wie Batterienmetallen (elektrochemisch aktiv in Wasser), die typischerweise in den Materialien von der Stange vorhanden sind, die kommerziell für das Siebdrucken, Drahtbonden, Löten oder Schweißen verfügbar sind. Vorzugsweise hat die Schicht 15 eine Dicke von etwa 10 Mikrometer bis etwa 20 Mikrometer und stärker bevorzugt von etwa 15 Mikrometer.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Schicht 15 aus einer Platinpaste, wie dem Produkt Nr. PC10208/Pt, verfügbar von Metech, Inc., mit Sitz in Elverson, PA, gebildet. Andere Metallpasten, die sich für die Verwendung bei der Bildung der Schicht 15 eignen, sind für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich.
Über der Schicht 15 angeordnet ist die immobilisierte Enzymschicht 20, welche ein in einem elektrisch leitenden Trägerbauteil immobilisiertes Enzym umfasst, welches eine poröse Schicht aus harzgebundenem Kohlenstoff oder Graphitteilchen umfasst. Die Teilchen wurden innig damit vermischt oder auf der Oberfläche der einzelnen Teilchen vor dem Binden abgeschieden oder adsorbiert zur Bildung der Schicht, ein fein zerteieltes bzw. verteieltes Metall der Platingruppe. Dieses bildet eine poröse Substratschicht, in welcher das Enzym immobilisiert wird, und umfasst eine im Wesentlichen heterogene Schicht aus harzgebundenen Kohlenstoff- oder Graphitteilchen für das auf den Kohlenstoff- oder Graphitteilchen adsorbiertem Metall der Platingruppe. Ein auf eine poröse Schicht von harzgebundenen platinierten Teilchen immobilisiertes oder adsorbiertes Enzym ist in der vorliegenden Erfindung von Nutzen, wie von Mullen in dem US-Patent Nr. 5 160 418, und von Bennetto et al. in dem US-Patent Nr. 4 970 145 offenbart, die beide hierin durch den Bezug eingeschlossen sind. Die immobilisierte Enzymschicht 20 kann alternativ zunächst durch Abscheiden des fein zerteielten Metalls der Platingruppe, wahlweise im voraus adsorbiert an fein zerteieltem Kohlenstoff oder Graphit oder damit vermischt, mit oder ohne das gesamte oder einen Teil des Harzbindemittels, sofern verwendet, auf der Oberfläche der Schicht 15 gebildet werden.
Das Metall der Platingruppe in der am Ende abgetrennten elementaren Form, darin eingeschlossen Platin, Palladium, Iridium oder Rhodium, kann durch die entsprechenden Oxide, wie Platin- oder Palladiumoxid, ersetzt werden. Daher sind alle hierin angegebenen Hinweise auf ein platiniertes Material als solches zu verstehen, das ein Metall der Platingruppe, wie oben stehend beschrieben, und/oder entsprechendes Oxid enthaltende Materialien einschließt, wenn der Kontext nicht anderes verlangt.
Es kann jedwedes geeignete Kohlenstoff- oder Graphitpulver, welches leicht die nachfolgende Immobilisierung eines Enzyms ermöglicht, zur Bildung der immobilisierten Enzymschicht 20 verwendet werden. Zu diesem Zweck sollte Kohlenstoffpulver mit einer hohen Dichte an funktionellen Gruppen, wie Carboxylat, amino- und schwefelhaltige Gruppen, auf der Oberfläche verwendet werden, im Gegensatz zu den mehr glashaltigen und glasartigen Kohlenstoffen, die Enzyme nur schlecht binden. Typischerweise liegt die Kohlenstoff- oder Graphitpulver-Teilchengröße im Bereich zwischen etwa 3,0 nm und etwa 50,0 nm; vorzugsweise liegt die Teilchengröße zwischen etwa 5,0 nm und 30,0 nm.
Platin kann auf die Kohlenstoffteilchen in einer beliebigen zweckmäßigen Weise abgeschieden werden. Zum Beispiel durch Dampfphasenabscheidung, elektrochemische Abscheidung oder einfache Absorption aus kolloidaler Suspension, wodurch Platingruppen-Metallladungen im Bereich zwischen etwa 0,1 und etwa 20,0 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht von Kohlenstoff, erhalten werden. Vorzugsweise betragen die Platingruppen-Metallladungen zwischen etwa 5,0 und etwa 15,0 Gew.-%. Diese Grenzen sind jedoch eher praktisch als kritisch. Unterhalb etwa 1,0% Platingruppenmetall fällt das Outputsignal auf ein Level ab, weiches in der Praxis möglicherweise zu niedrig ist, um gemessen zu werden, außer durch eine sehr empfindliche Vorrichtung; oberhalb etwa 20,0% kann die Beladung von Platingruppenmetall unökonomisch werden, mit einem geringen zusätzlichen Nutzen, was die erhöhte Response oder Empfindlichkeit angeht. Bei der bevorzugten Technik wird das Kohlenstoffpulver durch die oxidierte Zersetzung einer Platinverbindung, wie Chlor(IV)-platinsäure oder stärker bevorzugt einen Komplex von Platin oder Palladium mit einem oxidierbaren Liganden, in Gegenwart des Kohlenstoffpulvers platiniert, um dadurch Platin von kolloidaler Größe oder Palladium direkt auf der Oberfläche des Kohlenstoffteilchens in der beispielsweise von Petrow et al. in den US-Patenten Nr. 4 044 193 und 4 166 143 gelehrten Weise, die beide hierin durch den Bezug eingeschlossen sind, abzuscheiden. Vorzugsweise haben die Platingruppen-Metall- oder -oxidteilchen eine Teilchengröße im Bereich von etwa 1,0 nm bis etwa 20,0 nm, und am meisten bevorzugt sind sie eine kolloidale Größe im Bereich zwischen etwa 1,0 nm und etwa 4,0 nm.
Die bevorzugten Substratmaterialien, die in der immobilisierten Enzymschicht 20 verwendet werden, sind kommerziell verfügbare Materialien, die unter dem Namen Platin auf Ruß von E-TEK, Inc. mit Sitz in Framingham, MA, vertrieben werden. Ein Enzym, wie Glucoseoxidase oder Lactatoxidase, kann auf platinierte Kohlenstoffpulverteilchen immobilisiert werden, die durch die Abscheidung von kolloidalem Platin mit einer Teilchengröße zwischen etwa 1,5 nm bis etwa 2,5 nm auf das Kohlenstoffpulver mit einer nominalen Größe von etwa 30,0 nm durch die oxidierte Zersetzung von komplexer Platinsulfitsäure(II) unter Verwendung von Hydrogenperoxid hergestellt werden.
In der vorliegenden Erfindung wird der Platin-aktivierte Kohlenstoff in Phosphatpufferformulierung mit einem pH-Wert von etwa 7,5 behandelt. Der Platin-aktivierte Kohlenstoff wird dem Puffer hinzugefügt, um jegliche aus der Bildung der platinierten Kohlenstoffpulverteilchen vorliegende Schwefelsäure zu neutralisieren. Dem Platin-aktivierten Kohlenstoff und der Puffermischung wird ein Coprotein, wie Serumalbumin vom Rind, hinzugefügt, um auf den Kohlenstoff zu adsorbieren. Das Serumalbumin vom Rind wird hinzugefügt, um die Stabilisierung des Enzyms zu unterstützen, wie Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist. Ein hydrophobes Bindemittel, wie ein aus einer Disäure und einem Diol gebildeter Polyester, wird danach der Mischung aus Serumalbumin vom Rind und Platin-aktiviertem Kohlenstoff hinzugefügt. Ein Beispiel für ein solches hydrophobes Bindemittel ist die kommerziell verfügbare Harzlösung, die unter dem Produkt Nr. 8101RS von Metech vertrieben wird. Während spezielle Formulierungen des hydrophoben Bindemittels hierin offenbart wurden, versteht es sich, dass andere hydrophobe Bindemittel in Betracht gezogen werden, die für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind. Solche hydrophoben Bindemittel sollten die Komponenten der aktiven Schicht nach der Verdampfung des Lösungsmittels zusammenhalten können. Vorzugsweise sollten diese hydrophoben Bindemittel als Rheologie-Modifizierer fungieren können, welche das Drucken der Lösung mit einer dichteren Auflösung erlauben.
Dieser Mischung kann ein Tensid hinzugefügt werden, um für bessere Druckfließcharakteristika zu sorgen, wenn die immobilisierte Enzymschicht 20 auf die Schicht 15 durch Siebdruck aufgebracht wird. Ein weiterer Vorteil des Tensids kann die Funktion als ein Benetzungsmittel für die mehrschichtige Elektrode 90 während des Gebrauchs sein, da die immobilisierte Enzymschicht 20 das hydrophobe Bindemittel (weiter oben erläutert) umfassen kann, welches mit Wasser schwer zu benetzen ist, nachdem es vollständig trocken ist. Das Tensid trägt zur Erleichterung des Benetzens der immobilisierten Enzymschicht 20 unter diesen Bedingungen bei. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Tensidmaterial jedwedes flüssige Tensid sein, welches wasserlöslich ist und ein Hydrophile-Lipophile-Gleichgewicht (HLB) im Bereich von etwa 12 bis etwa 16 zeigt. Solche Materialien sind bei Fachleuten auf dem Gebiet bekannt und sind typischerweise Tensidmaterialien, welche Alkylarylpolyetheralkohole, wie Alkylphenoxypolyethoxyethanol einschließen. Ein solches Material wird unter der Handelsbezeichnung Triton^® von Union Carbide Chemicals und Plastics Company, Inc. mit Sitz in Danbury, CT, vertrieben. Das bevorzugte Material für die Verwendung in der vorliegenden Anwendung ist Triton^® X-100-Tensid (HLB 13,5).
Nachdem diese Komponenten gemahlen wurden, kann ein Harzverdünner zugesetzt werden, um die Viskosität der immobilisierten Enzymschicht 20 für Druckzwecke einzustellen. Typischerweise wird ein Harzverdünner auf Basis von Petroleumlösungsmittel verwendet, um die Pastenviskosität auf einen Bereich zwischen etwa 10.000 bis etwa 100.000 centipoise zu bringen. Harzverdünner für diesen Zweck sind kommerziell verfügbar als Produkt Nr. 8101-Verdünner von Metech. Typischerweise sind solche Verdünner Mischungen von hochsiedenden Glykolethern und Petroleumdestillaten. Ein Enzym, wie Lactatoxidase oder Glucoseoxidase, wird danach der Mischung hinzugegeben, und die am Ende erhaltene Paste wird durch Siebdruck auf die Schicht 15 aufgebracht. Andere Enzyme können in ähnlicher Weise der Mischung hinzugefügt werden, um eine für andere Analyten spezifische aktive Schicht herzustellen.
Die dielektrische Schicht 25, welche aus zwei Teilen gebildet wird, ist über dem Substrat 12 angeordnet. Wenn man den Sensor 10 von oben betrachtet, erscheint jeder der zwei Teile der dielektrischen Schicht 25 als einzelne, längliche Bahnen. Vorzugsweise weisen diese Bahnen eine in etwa rechteckige Fläche auf, wenn der Sensor 10 von oben betrachtet wird. Das für die Anfertigung der dielektrischen Schicht 25 gewählte Material ist erwünschter Weise elektrisch leitend und nicht-porös, frei von Verunreinigungen, die einer Oxidation oder Reduktion in dem potenziellen Bereich eines zu messenden Analyten unterzogen werden können. Dieses Material ist weiter so gewählt, um frei von beweglichen Ionen zu sein, welche potenzielle Ladungsträger sind und die Aktivität eines in einer mehrschichtigen Membran 100 eingesetzten Elektrolyten beeinträchtigen. Weiterhin sollte die dielektrische Schicht 25 fest an dem Substrat 12 anhaften, um ein elektrisches Ansprechen des Sensors 10 bei elektrischen Kontakten, wie elektrischen Leitungen oder dergleichen, zu erlauben, während gleichzeitig durch das Dielektrikum bedeckte Bereiche auf wirksame Weise elektrisch isoliert werden. Materialien, die sich für die Verwendung in der dielektrischen Schicht 25 eignen, schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf, Keramiken, Glas, feuerfeste Materialien, polymere Materialien oder Kombinationen hiervon. Ein bevorzugtes keramisches Material für die Verwendung in der dielektrischen Schicht 25 ist als Produktnummer 9615 von E. I. duPont de Nemours & Co., Electronics Department mit Sitz in Wilmington, DE, verfügbar. Vorzugsweise hat die dielektrische Schicht 25 eine Dicke von etwa 10 Mikrometer bis etwa 50 Mikrometer und stärker bevorzugt von etwa 20 Mikrometer. Diese Dicken werden nach einem Wärmebehandeln oder Härten gemessen. Wie Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist, kann die dielektrische Schicht 25 auf dem Substrat 10 unter Anwendung einer Vielzahl an Techniken, die Fachleuten auf dem Gebiet bekannt sind, zum Beispiel Schablonendruck oder Siebdruck, abgeschieden werden.
Die Haftschicht 30 soll die Haftung zwischen der immobilisierten Enzymschicht 20 und der Enzym/Polymer-Schicht 35 sowie zwischen der dielektrischen Schicht 25 und der mikroporösen Schicht 40 unterstützen. Zusätzlich oder alternativ soll die Haftschicht 30 die isolierte Schicht 35 von der Schicht 20 isolieren, um die Lebensdauer des in der Schicht 35 (weiter unten beschrieben) vorliegenden Enzyms zu verlängern. Materialien, die diese Ziele erreichen können und damit für die Verwendung als Haftschicht 30 geeignet sind, sind beschränkt auf Silane, einschließlich Aminosilane, Styrylsilane, Aminoalkylalkoxysilane, Chlorsilane, Alkylsilane und Alkylalkoxysilane. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Schicht 30 aus Aminopropyltriethoxysilan (APTES) gebildet.
Die Schicht 30 sollte Peroxid und/oder Milchsäure zu der Schicht 20 von der Analytlösung transportieren können. Wenn die Schicht 30 jedoch zu dick ist, kann der Transport von Peroxid und/oder Milchsäure zu der Schicht 20 begrenzt werden. Daher hat die Haftschicht 30 vorzugsweise eine Dicke von etwa 0,1 Mikrometer bis etwa 1 Mikrometer.
Die Schicht 30 kann unter Anwendung einer Vielzahl bekannter Techniken, einschließlich Beschichtungs-, Sprüh- und Tauchbeschichtungstechniken, aufgebracht werden. Da die Schicht 30 auf die immobilisierte Enzymschicht 20 aufgebracht wird, ist es bevorzugt, dass die Schicht 30 unter Verwendung eines Verfahrens, das für das innerhalb der Schicht 20 vorliegende immobilisierte Enzym nicht schädlich ist, aufgebracht wird. Folglich wird in einer bevorzugten Ausführungsform die Haftschicht 30 durch Gießen einer wässrigen Lösung eines der vorgenannten Materialien auf die Oberseite der Schichten 20 und 25 (1), durch Verfestigen lassen der Lösung für eine bestimmte Zeit, Ablaufen lassen bzw. Austrocknen der Lösung und Entfernen der überschüssigen Lösung durch Aufschleudern mit einer Aufschleuderungsvorrichtung gebildet. Die Oberfläche wird danach bei Raumtemperatur ungefähr 24 Stunden lang getrocknet, um das verbleibende Lösungsmittel zu entfernen und das Silanmaterial zu härten. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird diese Technik mit einer 5 Gew.-%igen wässrigen Lösung von APTES angewandt, wobei der Schritt des Trocknens bei Raumtemperatur über einen Zeitraum von etwa 24 Stunden bei einer relativen Feuchtigkeit von weniger als etwa 60% durchgeführt wird. Es ist darauf hinzuweisen, dass es sich als vorteilhaft erwies, die Menge an Zeit zwischen der Herstellung der Lösung und der Aufbringung der Lösung zu minimieren. Vorzugsweise beträgt dieser Zeitraum höchstens etwa 30 Minuten.
Die Enzym/Polymer-Schicht 35 soll den Zeitraum erhöhen, über welchen der Blut/Wasser-Gefälle-Sensor 10 konstant ist. Um die Erreichung dieses Ziels zu unterstützen, sollte die Schicht 35 nur in einem Bereich oberhalb des durch die immobilisierte Enzymschicht 20 definierten Bereichs angeordnet werden (d. h., die Schicht 35 sollte nur über dem Analyt-Abtastbereich der durch die Schicht 20 gebildeten Elektrode 10 angeordnet werden). Da insbesondere der Sensor 10 Teil eines Gesamtsystems sein kann, welches mehrere Elektroden einschließt, von denen mindestens eine inaktiv sein kann, sollte die Schicht 35 so angeordnet sein, dass sie nicht eine in einem System eingeschlossene inaktive Elektrode überzieht, in welchem die Schicht 35 ein Teil ist (d. h. die Schicht 35 sollte nicht eine solche inaktive Elektrode bedecken). "Inaktive Elektrode", wie hierin verwendet, bezieht sich auf eine korrigierende Elektrode, welche nicht eine katalytisch aktive Menge eines katalytisch aktiven Enzyms einschließt. Typischerweise schließen solche Elektroden mindestens ein Substrat, eine Elektrode und immobilisierte Enzymschichten ein, wobei die immobilisierte Enzymschicht zum Beispiel Serumalbumin vom Rind einschließt. Vorzugsweise beträgt die Fläche der Schicht 35 senkrecht zu dem in 1 gezeigten Querschnitt (d. h. entlang einer Draufsicht des Sensors 10) etwa 40% bis etwa 100% der Fläche der Schicht 20, stärker bevorzugt etwa 50% bis etwa 95%, und am meisten bevorzugt etwa 60% bis etwa 90%. Vorzugsweise hat die Schicht 35 eine Dicke von etwa 1 Mikrometer bis etwa 30 Mikrometer, stärker bevorzugt etwa 5 Mikrometer bis etwa 20 Mikrometer und am meisten bevorzugt etwa 10 Mikrometer bis etwa 15 Mikrometer.
Die Schicht 35 sollte das gleiche Enzym einschließen, das sich innerhalb der immobilisierten Enzymschicht 20 befindet. Wenn zum Beispiel die Schicht 20 Lactatoxidase einschließt, sollte die Schicht 35 auch Lactatoxidase einschließen. Alternativ, wenn in der Schicht 20 Glukoseoxidase vorliegt, sollte die Schicht 35 auch Glukoseoxidase umfassen.
Zusätzlich zu dem Enzym umfasst die Schicht 35 ein Polymer, das eine vergleichsweise geringe Löslichkeit in Wasser unter den Anwendungsbedingungen des Sensors 10 (d. h. etwa 37°C) aufweisen sollte. Vorzugsweise kann das Polymer über eine Flüssigkeit, entweder als eine Lösung in Wasser oder in Reinform, aufgebracht werden. Nachdem die Schicht 35 aufgebracht wurde, kann sie getrocknet oder gehärtet werden, um eine geringe Löslichkeit des Polymers zu erreichen. Materialien, die sich für die Verwendung in der Schicht 35 eignen, sollten auch eine Umgebung vorsehen, welche die Aufrechterhaltung der normalen Konformation des Enzyms unterstützt. Somit sollte, wenn das Enzym Lactatoxidase ist, das Polymer eine wasserstoffbindende Umgebung vorsehen. Eine beispielhafte und nicht-einschränkende Auflistung von Polymeren, die für die Verwendung in der Enzym/Polymer-Schicht 35 geeignet ist, schließt Polyvinylpyrrolidon, Gelatine, Polyhydroxyethylmethacrylat (PHEMA) und mehrwertige Alkohole, wie Polyvi nylalkohol (PVOH), ein. Für einige dieser Materialien, die relativ wasserlöslich sind, wie PVOH und Polyvinylpyrrolidon, kann es erwünscht sein, diese weniger wasserlöslich zu machen durch Vernetzung im Anschluss an die Abscheidung. Geeignete Verfahren zum Vernetzen solcher Materialien sind Fachleuten auf dem Gebiet bekannt und sollen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen. Mit dieser Anordnung ist das Enzym der Schicht 35 in einer durch das Polymer der Schicht 35 gebildeten Polymermatrix angeordnet.
In Ausführungsformen, in welchen das Enzym in der Schicht 35 Lactatoxidase ist, sollte das Polymer der Schicht 35 ein mehrwertiger Alkohol, wie PVOH, sein. Vorzugsweise ist das Polymer zu 99,9% hydrolysierter PVOH (d. h. mit weniger als etwa 0,1% Acetatgruppen). Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erhöhung der Menge der Hydrolyse die Auflösung des PVOH in Wasser bei Raumtemperatur schwieriger macht, doch kann die Verwendung einer löslicheren Form von PVOH ein Anschwellen der mehrschichtigen Membran 100 bewirken, wobei letztendlich ein Auswaschen des Enzyms aus der mehrschichtigen Membran 100 bewirkt wird. Vorzugsweise besitzt der PVOH ein Molekulargewicht von etwa 70.000 bis etwa 300.000. Ein PVOH mit einem höheren Molekulargewicht ist schwerer zu manipulieren, wenn die Schicht 35 wie unten stehend beschrieben hergestellt wird, und PVOH mit einem niedrigeren Molekulargewicht kann das Material zu löslich machen.
Die Enzym/Polymer-Schicht 35 kann durch das in der gemeinsam zugewiesenen US-Patent-Anmeldungs-Serien-Nr. ___, eingereicht am selben Tag und unter dem Titel "Sensors for Measuring Analyte Concentrations and Methods of Making Same" (Sensoren zum Messen von Analytkonzentrationen und Verfahren zur Herstellung selbiger), welches hiermit durch den Bezug mit eingeschlossen ist, hergestellt werden. Dieses Verfahren schließt die folgenden Schritte ein. Eine Aufschlämmung des Polymers und von Wasser wird bei Raumtemperatur gebildet und danach erwärmt, um das Polymer aufzulösen. Die Lösung wird auf Raumtemperatur gekühlt und das Enzym wird hinzugefügt. Die Menge an Polymer, die in dem Wasser aufgelöst wird, variiert in Abhängigkeit von dem Enzym, Polymer, dem Molekulargewicht des Polymers und dem nachzuweisenden Analyten. Wenn zum Beispiel Lactatoxidase als Enzym und 99,9% hydrolysierter PVOH mit einem Molekulargewicht von etwa 70.000 bis etwa 300.000 als Polymer lösung verwendet wird, betragen die in dem Wasser gelösten Gewichtsprozent an PVOH vorzugsweise etwa 2% bis etwa 15%, stärker bevorzugt von etwa 5% bis etwa 10%, und am meisten bevorzugt etwa 7%. In dem Maße, wie das Molekulargewicht des PVOH verringert wird, nimmt die Wasserlöslichkeit von PVOH zu. Daher nehmen für einen PVOH mit einem höheren Molekulargewicht diese Bereiche ab, und für einen PVOH mit einem niedrigeren Molekulargewicht können diese Bereiche zunehmen. Die Menge an aufgelöstem Enzym in der PVOH/Wasserlösung variiert in Abhängigkeit von dem Enzym, dem PVOH und dem nachzuweisenden Analyten. Wenn das Enzym Lactatoxidase ist und als Polymer 99,9% hydrolysierter PVOH mit einem Molekulargewicht von etwa 70.000 bis etwa 300.000 verwendet wird, sind die in der PVOH/Wasserlösung aufgelösten Gewichtsprozent an Lactatoxidase vorzugsweise etwa 2% bis etwa 10%, stärker bevorzugt etwa 4% bis etwa 8%, und am meisten bevorzugt etwa 6%. Diese Gewichte beziehen sich auf Lactatoxidase der Einheitsaktivität von etwa 20 bis etwa 40 Einheiten pro Milligramm Pulver. Alternativ kann die Lactatoxidase auf Basis der Aktivität zugesetzt werden. Um zum Beispiel ein Enzym mit einer Aktivität von etwa 35 Einheiten pro Milligramm bereitzustellen, sollten etwa 1000 Einheiten bis etwa 8000 Einheiten Enzym zu etwa 2,0 Gramm 7%igem PVOH in Wasser, stärker bevorzugt etwa 2000 Einheiten bis etwa 7000 Einheiten Enzym und am meisten bevorzugt von etwa 4000 Einheiten bis etwa 5000 Einheiten Enzym hinzugefügt werden.
Die Schicht 35 kann auf die Haftschicht 30 unter Anwendung einer beliebigen, Fachleuten auf dem Gebiet bekannten Technik aufgebracht werden, welche zur Begrenzung der Position der Schicht 35, wie oben stehend erläutert, fähig ist. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die oben beschriebene Lösung auf die Haftschicht 30 mit Hilfe einer Spotting-Workstation, welche eine Spritzenpumpe mit Fluidverbindungen zu einer Dispensiernadel umfasst, aufgebracht. Eine solche Workstation 200 ist in 2 beschrieben und schließt den Fußschalter 201, die Spritzenpumpe 202, die Dispensierspritze 204, die Einfüllspritze 206, den Schlauch 208, das Mikroskop 210, das Stecker-Fitting 212, die Mikroskopleuchte 214, die Dispensiernadel 216, das Dreiwegeventil 218 und den Vertikalpositionierer bzw. Stellelement 220 ein. Die Position der Schicht 20 im Verhältnis zu der Dispensiernadel 216 wird mit Hilfe des Mikroskops 210 überprüft. Wenn die Schicht 30 unterhalb der Nadel 216 angeordnet ist, wird der Fußschalter 201 durch den Benutzer niedergedrückt, sodass die Spritzenpumpe 202 eine kleine Menge der verwendeten Lösung durch die Dispensiernadel 216 dispensiert. Typischerweise wird die Workstation 200 so vorgesehen, dass eine 20-Nanoliter-(nL-)Aliquote der Lösung durch die Nadel 216 dispensiert wird, doch es können andere Mengen von Lösung dispensiert werden, sodass die Schicht 35 die hierin erläuterten Dimensionen besitzt. Im Anschluss an die Abscheidung auf die Haftschicht 30 sollte die Schicht 35 bei einer Temperatur von etwa 25°C über einen Zeitraum von etwa 1 bis etwa 4 Stunden luftgetrocknet werden.
Man nimmt an, dass das nichtlineare Blut/Wasser-Gefälle-Verhalten von Sensoren des Stands der Technik aus der Diffusion von Enzym von diesen Sensoren zu der den Analyten enthaltenden Lösung resultieren kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung erhöht die Schicht 35 die Menge des in dem Sensor 10 vorliegenden Enzyms, welche die Verzögerung des Einsetzens eines solchen nichtlinearen Verhaltens durch den Sensor 10 unterstützen kann. Außerdem kann das Polymer der Schicht 35 der Immobilisierung des Enzyms dienen, wodurch die Diffusionsrate des Enzyms von der Elektrode 10 zu der Analytlösung herabgesetzt wird. Darüber hinaus kann die Schicht 35 die Diffusionsrate des Enzyms von der Elektrode 10 zu der Analytlösung durch Erhöhen des Abstands zwischen der immobilisierten Enzymschicht 20 und der Analytlösung verringern.
In einigen Ausführungsformen, wenn die Schicht 40 die bevorzugte Zusammensetzung wie hierin offenbart umfasst, muss der Sensor 10 nicht die Schicht 45 oder die Schicht 50 (oben stehend erläutert) einschließen, um das Verschmutzen mit Protein des Sensors 10 zu verringern oder auszuschalten. Dies kann besonders wünschenswert sein, wenn der Sensor 10 in Einmalanwendungen eingesetzt wird.
Die mikroporöse Schicht 40 soll dem Sensor 10 eine verbesserte Leistung und eine verlängerte Lebensdauer verleihen. Die Schicht 40 erreicht dieses Ziel durch Begrenzen der Rate, mit welcher der Analyt die immobilisierte Enzymschicht 20 erreicht, unter Vorsehung eines guten Sauerstofftransports, sodass Sauerstoff nicht als ein die Rate begrenzendes Reagens in der Reaktion fungiert, die bei den Schichten 20 und 35 auftritt. Darüber hinaus ist die Schicht 40 vorzugsweise zur Unterstützung der Verhinderung eines Verschmutzens der immobilisierten Enzymschicht 20, zum Abschirmen von Interferenten in der Analytlösung vor einem Erreichen der Schicht 20 und Einschließen des in den Schichten 20 und 35 enthaltenen Enzyms fähig, um die Rate zu verringern, mit welcher das Enzym aus dem Sensor 10 entfernt wird. Vorzugsweise kann die Schicht 40 ausschließen, dass Moleküle mit einem Molekulargewicht von mindestens etwa 10.000 die Schicht 20 erreichen. Die mikroporöse Schicht 40 hat vorzugsweise eine Dicke von etwa 10 Mikrometer bis etwa 40 Mikrometer, stärker bevorzugt von etwa 15 Mikrometer bis etwa 30 Mikrometer und am meisten bevorzugt von etwa 20 Mikrometer bis etwa 25 Mikrometer.
Die mikroporöse Schicht 40 schließt ein Polymerpulver, ein Mineralpulver, ein Polymerbindemittel und mindestens ein Tensid ein. Polymerpulver, die sich für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung eignen, sollten einen relativ hohen Sauerstofftransport haben. Ferner sollten diese Polymerpulver vergleichsweise unmischbar sein mit den meisten anderen Polymermaterialien. Polyfluorkohlenstoffe, einschließlich der Teflon^®-Familie von Polytetrafluorethylenpulver, verfügbar von duPont, sind geeignet für die Verwendung als Polymerpulver der Schicht 40. Ein Beispiel für ein solches fluoriertes Kohlenwasserstoffpolymerpulver ist MP1100 Teflon^® (duPont). Vorzugsweise hat das Polymerpulver einen durchschnittlichen Teilchengrößenbereich von etwa 0,02 Mikrometer bis etwa 10 Mikrometer, stärker bevorzugt von etwa 0,05 Mikrometer bis etwa 5 Mikrometer, und am meisten bevorzugt von etwa 0,1 Mikrometer bis etwa 1 Mikrometer. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Polymerpulver MP1100 Teflon^®-Pulver von duPont mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 0,2 Mikrometer.
Das Mineralpulver kann jegliches inerte, feste Material sein, das zur Erhöhung der Hydrophilie der Schicht 40 fähig ist. Da Tenside, die unten stehend erläutert sind, sich aus der mehrschichtigen Membran 100 der vorliegenden Erfindung mit der Zeit herauslösen können, ermöglicht das Mineralpulver der Schicht 40, dass die mehrschichtige Membran 100 über relativ lange Expositionszeiträume an die Analytlösung benetzt bleibt. Solche Pulver schließen Aluminiumoxidpulver, Silicapulver, Metalloxidpulver, Pulver von polymeren Materialien und Kombinationen hiervon ein. Vorzugsweise umfasst das Mineralpulver Aluminiumoxidpulver. Das Mineralpulver hat vorzugsweise einen durchschnittlichen Teilchengrößenbereich von etwa 0,1 Mikrometer bis etwa 5 Mikrometer, stärker bevorzugt von etwa 0,2 Mikrometer bis etwa 3 Mikrometer, und am meisten be vorzugt von etwa 0,3 Mikrometer bis etwa 1 Mikrometer. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Mineralpulver α-Aluminiumoxidpulver, das in der Form einer Emulsion erworben wird und eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 0,3 Mikrometer hat (Produktnummer 40-6352-006, verfügbar von Buehler Laboratory mit Sitz in Lake Bluff, IL). Es ist darauf hinzuweisen, dass dieses Mineralpulver für vorteilhaft befunden wurde, weil es die Aufrechterhaltung der mechanischen Integrität des Sensors 10 unterstützt (d. h. dieses Mineralpulver trägt zum Aneinanderhaften der Schichten des Sensors 10 bei).
Das Polymerbindemittel der Verbundschicht 40 sollte mit dem Polymerpulver der Schicht 40 kompatibel sein. Falls das Polymer beispielsweise ein Teflon^®-Pulver umfasst, ist ein geeignetes Polymerbindemittel ein Perfluorkohlenwasserstoff-Bindemittel. Solche Perfluorkohlenwasserstoff-Bindemittel schließen Teflon^® AF 1600-Polymerbindemittel, verfügbar von duPont, ein.
Man nimmt an, dass das Tensid in der Schicht 40 ein Hydratisieren der mehrschichtigen Membran 100 bei der ersten Exposition an die Analytlösung ermöglicht. Somit sollte das Tensid mit Wasser kompatibel sein. Darüber hinaus sollte das Tensid der Schicht 40 die Kompatibilität zwischen dem Polymerpulver und dem Mineralpulver verbessern. Typischerweise ist das Tensid ein nicht-ionisches Tensid. Solche nicht-ionischen Tenside sind vorzugsweise fluorierte nicht-ionische Alkylalkoxylat-Tenside, wie FC-171 Fluorad^®-Tensid von der 3-M Company mit Sitz in St. Paul, MN. Andere Tenside, die für die Verwendung in der Schicht 40 geeignet sind, sind Fachleuten auf dem Gebiet bekannt und sollen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen.
Bei der Herstellung der Schicht 40 können ein oder mehrere Lösungsmittel zur Bildung einer Aufschlämmung oder Emulsion verwendet werden, welche das Polymerpulver, das Polymerbindemittel, das Tensid und das Mineralpulver einschließt. Die bei der Herstellung der Schicht 40 verwendeten Lösungsmittel können beliebige Lösungsmittel sein, solange sie zur Auflösung des Polymerbindemittels der Schicht 40 in der Lage sind. Weiterhin sollte das Lösungsmittel für das Enzym unschädlich sein. Vorzugsweise haben die Lösungsmittel der Schicht 40 vergleichsweise hohe Siedepunkte, sodass ein Siebdruck oder Schablonendruck bei der Aufbringung der Schicht 40 zur Anwendung kommen kann. Somit schließen, falls der Sensor 10 Lactatoxidase einschließt und die Schicht 40 ein fluoriertes Kohlenwasserstoffpolymerpulver sowie ein fluoriertes Kohlenwasserstoffpolymerbindemittel einschließt, geeignete Lösungsmittel für die Schicht 40 fluorierte Kohlenwasserstoffe ein. Vorzugsweise ist das Lösungsmittel ein perfluorierter Kohlenwasserstoff mit etwa 12 Kohlenstoffatomen. In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Lösungsmittel der Schicht 40 FC-43 Fluorinert^®-Lösungsmittel und FC-70 Fluorinert^®-Lösungsmittel, beide erhältlich von 3-M.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Verbundschicht 40 durch Auflösen des Polymerbindemittels in einer aus dem/den Lösungsmittel(n) gebildeten Lösung gebildet. Das Tensid wird dann zugesetzt, gefolgt von dem Polymerpulver und dem Mineralpulver. Um die Agglomeratgröße der resultierenden Mischung zu verringern, kann die Mischung in einer Walzenmühle, Kugelmühle gemahlen werden oder auf anderweitige Weise behandelt werden, um die Agglomeratgröße der Mischung zu verringern. Diese Mischung wird dann auf Bereiche der Haftschicht 30 und der Enzym/Polymer-Schicht 35, wie in 1 angegeben, mit Hilfe einer Vielzahl von den Fachleuten auf dem Gebiet bekannten Techniken, wie Aufschleudern, Tauchbeschichten, Besprühen, Siebdruck oder Schablonendruck, aufgebracht. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Mischung auf die Schichten 30 und 35 unter Verwendung eines 0,002 Inch dicken Schablonenmusters aus nichtrostendem Stahl durch Schablonendruck aufgebracht. Obwohl nicht in den Figuren gezeigt, ist der Sensor 10 typischerweise ein Teil des Wafers, welcher eine Vielzahl solcher Sensoren (typischerweise etwa 40) umfassen kann. Für solche Ausführungsformen beschränkt der Schablonendruck der Schicht 40 diese Schicht über die Elektrodenbereiche des Sensors 10. Dieses Verfahren ist identisch mit dem Siebdrucken, mit der Ausnahme, dass eine Schablone an Stelle eines Siebs zum Einsatz kommt. Im Anschluss an die Aufbringung sollte die Schicht 40 unter den Bedingungen von etwa 20°C bis etwa 25°C und etwa 35% relativer Feuchtigkeit bis etwa 60% relativer Feuchtigkeit luftgetrocknet werden.
Vorzugsweise hat die mikroporöse Schicht 40 einen Aluminiumoxid-Prozentanteil von etwa 5% bis etwa 70%, stärker bevorzugt von etwa 10% bis etwa 60%, und am meisten bevorzugt von etwa 20% bis etwa 50%. Mit "Aluminiumoxid-Prozentanteil" ist hierin der Bezug auf das Gewicht von Aluminiumoxid innerhalb der Schicht 40 gemeint, geteilt durch die Summe der Gewichte des Aluminiumoxid- und des Polymerpulvers in der Schicht 40. Die mikroporöse Schicht 40 besitzt vorzugsweise ein Füllstoff-zu-Bindemittel-Verhältnis von etwa 20:1 bis etwa 1:4, stärker bevorzugt von etwa 10:1 bis etwa 1:2, und am meisten bevorzugt von etwa 7:1 bis etwa 1:1. "Füllstoff-zu-Bindemittel-Verhältnis" bezeichnet hierin das Verhältnis der Summe der Gewichte des Aluminiumoxid- und Polymerpulvers in der Schicht 40 zu dem Gewicht des Polymerbindemittels in der Schicht 40.
Es ist darauf hinzuweisen, dass, da fluorierte Kohlenwasserstoffe relativ hydrophob sind, die erfolgreiche Implementierung dieser Materialien in der Schicht 40 überraschend war, weil es nicht zu erwarten wäre, dass diese hydrophoben Materialien in die mehrschichtige Membran 100 eingebracht werden könnten, welche, zumindest in bestimmten Ausführungsformen, für den Transport von hydrophilen Lösungen bestimmt ist.
Die Tensid/Polymer-Schicht 45 sollte zur Vorsehung einer verbesserten Haftung zwischen der Schicht 40 und der Schicht 50 fähig sein. Folglich kann die Schicht 45 aus einem polymeren Material und einem Tensid, die so gewählt sind, dass die Schicht 45 mit beiden Schichten 40 und 50 kompatibel ist, gebildet sein. Das Polymermaterial der Schicht 45 ist häufig das gleiche Polymermaterial, wie in der Schicht 50 verwendet (unten stehend erläutert). Mithin schließt eine veranschaulichende und nichteinschränkende Auflistung von Polymermaterialien, die für die Verwendung bei der Herstellung der Schicht 45 geeignet sind, Polyvinylpyrrolidon, Gelatine, PVOH und HEMA ein. Wenn eine Schicht 50 PVOH einschließt, ist das Polymermaterial der Schicht 45 vorzugsweise PVOH. Für solche Ausführungsformen weist das bei der Herstellung der Schicht 45 verwendete PVOH vorzugsweise etwa 1 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-% Feststoffe, stärker bevorzugt etwa 2,5 Gew.-% bis etwa 7 Gew.-% Feststoffe, und am meisten bevorzugt etwa 5 Gew.-% Feststoffe (basierend auf dem Gesamtgewicht der Lösung von PVOH und Tensid) auf.
Das Tensid der Schicht 45 kann jedwedes Material umfassen, das zur Verbesserung der Haftung zwischen den Schichten 40 und 50 fähig ist, während die vorteilhaften Merkmale des Sensors 10, wie hierin beschrieben, im Wesentlichen verringert werden.
Vorzugsweise ist das Tensid ein nicht-ionisches Tensid. Somit kann das Tensid der Schicht 45 perfluorierte Alkylalkoxylat-Tenside umfassen. Solche Tenside schließen zum Beispiel FC-171 Fluorad^®, FC-430 Fluorad^® und FC-176 Fluorad^® (alle von 3M erhältlich) ein. Andere derartige Tenside sind Fachleuten auf dem Gebiet bekannt und sollen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Tensid der Schicht 45 ein fluoriertes nicht-ionisches Alkylalkoxylat-Tensid, wie FC-171 Fluorad^® von 3-M. Vorzugsweise umfasst die Schicht 45 etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 1 Gew.-% nicht-ionisches Tensid, stärker bevorzugt etwa 0,05 Gew.-% bis etwa 0,5 Gew.-% nicht-ionisches Tensid, und am meisten bevorzugt von etwa 0,1 Gew.-% nicht-ionisches Tensid (auf Basis des Gesamtgewichts der Lösung von Polymermaterial und Tensid).
Um die Leistung des Sensors 10 zu optimieren, sollte die Schicht 45 eine Dicke von etwa 0,5 Mikrometer bis etwa 5 Mikrometer, stärker bevorzugt von etwa 1 Mikrometer bis etwa 3 Mikrometer und am meisten bevorzugt von etwa 1 Mikrometer haben. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform hat die Schicht 45 eine Dicke von etwa 1 Mikrometer und umfasst etwa 0,1 Gew.-% FC-171 Fluorad^® und etwa 5 Gew.-% PVOH.
Die Schicht 45 kann auf die Schicht 40 mit Hilfe einer Vielzahl von Standardtechniken, die Fachleuten auf dem Gebiet bekannt sind, aufgebracht werden. Solche Techniken schließen zum Beispiel das Aufschleudern, Tauchbeschichten und Besprühen ein. Vorzugsweise wird die Schicht 45 auf die Schicht 40 durch Aufschleudern aufgebracht. Die Schicht 45 sollte vor der Aufbringung der Schicht 50 getrocknet werden (nachstehend erläutert). In einer Ausführungsform wird die Schicht 45 etwa 15 Minuten lang bei Raumtemperatur luftgetrocknet.
Die stabilisierende Schicht 50 soll eine minimale Proteinadsorption bewirken. Die Schicht 50 kann kontinuierlich für eine frische Oberfläche der mehrschichtigen Membran 100 an der Grenzfläche der mehrschichtigen Membran 100 mit der Analytlösung sorgen, sodass es für Proteine innerhalb der Analytlösung schwierig ist, an die Außenoberfläche der mehrschichtigen Membran 100 zu adsorbieren (d. h. ein Verstopfen des Sensors 10 zu vermindern). Folglich kann die Schicht 50 aus einem hydrophilen, wasserdurchlässigen polymeren Material gebildet werden, das zur Minimierung der Protein adsorption fähig ist. Dies kann durch Bilden einer erneuerbaren Oberfläche an der Grenzfläche zwischen der mehrschichtigen Membran 100 und der Analytlösungsgrenzfläche in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Analytlösung erreicht werden. Wenn zum Beispiel die Analytlösung Blut umfasst, wird die Schicht 50 typischerweise aus einem polymeren Material gebildet, das zumindest teilweise in Wasser löslich ist, sodass das polymere Material langsam in die Analytlösung mit der Zeit ausgewaschen wird, unter konstanter Vorsehung einer neuen Oberfläche an der Grenzfläche zwischen der mehrschichtigen Membran 100 und der Analytlösung.
Polymere Materialien, die für die Verwendung bei der Herstellung der Schicht 50 geeignet sind, schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf, Polyvinylpyrrolidon, Gelatine PHEMA und PVOH. Vorzugsweise wird die Schicht 50 unter Verwendung von PVOH mit etwa 5 Gew.-% bis etwa 25 Gew.-% Feststoffen, stärker bevorzugt von etwa 8 Gew.-% bis etwa 12 Gew.-% Feststoffen, und am meisten bevorzugt von etwa 10 Gew.-% Feststoffen gebildet.
Die Dicke der Schicht 50 sollte so gewählt werden, um die vorteilhaften Merkmale der vorliegenden Erfindung, wie hierin beschrieben, zu optimieren. Vorzugsweise hat die Schicht 50 eine Dicke von etwa 5 Mikrometer bis etwa 20 Mikrometer, stärker bevorzugt von etwa 8 Mikrometer bis etwa 12 Mikrometer, und am meisten bevorzugt von etwa 10 Mikrometer.
Die Schicht 50 kann gemäß einer Vielzahl von den Fachleuten auf dem Gebiet bekannten Verfahren gebildet werden, darin eingeschlossen beispielsweise Aufschleuder-, Besprühungs- und Tauchbeschichtungstechniken. Vorzugsweise wird die Schicht 50 durch Aufschleudern des polymeren Materials der Schicht 50 auf die Schicht 45, gefolgt von einem Trocknen, gebildet. In bestimmten Ausführungsformen kann die Schicht 50 für etwa 15 Minuten bei Raumtemperatur luftgetrocknet werden.
Mehrschichtige Membrane gemäß der vorliegenden Erfindung können weiter die typischen Elemente einschließen, die für solche mehrschichtigen Membrane verwendet werden, darin eingeschlossen beispielsweise elektrische Leitungen, elektrisch nicht leitende (isolierende) Träger oder Sonden und andere solche Elemente, die Fachleuten auf dem Gebiet bekannt sind.
Das folgende Beispiel beschreibt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und soll nicht als eine Einschränkung der vorliegenden Erfindung ausgelegt werden.
Beispiel
Die elektrisch leitende isolierende Substratschicht wurde aus etwa 96% Aluminiumoxid und etwa 4% Glasbindemittel, verfügbar von Coors Ceramic Company, Grand Junction, CO, gebildet. Die Elektrodenschicht wurde auf die Substratschicht als eine 10-Micrometer-Emulsion von hochreiner Platinpaste, verfügbar als Produktnummer PC10208 von Metech, mittels Siebdruck mit einem 325-Mesh-Sieb aus nichtrostendem Stahl aufgebracht. Ein BTU-Zonen-Ofen mit einem Drei-Zonen-Trockner von Fast Fire of Billerica, MA, kam beim Brennen der Platinemulsion zum Einsatz. Die Wärmebehandlung wurde nach den Herstellerempfehlungen durchgeführt und die Temperatur wurde stufenweise auf 750°C erhöht während eines 13-Minuten-Peaks.
Die dielektrische Schicht wurde als 15-Mikrometer-Emulsion über Bereiche der Substratschicht, die nicht von der Elektrodenschicht bedeckt sind, unter Verwendung eines 325-Mesh-Siebs aus nichtrostendem Stahl durch Siebdruck aufgebracht. Das für die dielektrische Schicht verwendete Material war die Produktnummer 9615 von duPont Electronics, Wilmington, DE. Im Anschluss an die Aufbringung auf die Substratschicht wurde die dielektrische Schicht einem Brennen bei 750°C während eines 10-Minuten-Peaks unterzogen.
Eine immobilisierte Enzymschicht wurde auf der Elektrodenschicht mit Hilfe eines Siebdruckverfahrens abgeschieden. Die immobilisierte Enzymschicht umfasste eine katalytisch aktive Menge an Lactatoxidase (Katalog-Nr. 1381, Genzyme, Cambridge, MA), die mit platinierten Kohlenstoffpulverteilchen, verfügbar von E-TEK, Inc., Framingham, MA, immobilisiert wurden.
Eine wässrige Lösung von APTES wurde durch Pipettierung von etwa 1 Gramm APTES (Produktnummer A0750, United Chemical Technologies, Bristol, PA) in einen Behälter und Hinzufügen von etwa 19 Gramm entionisiertem Wasser hergestellt. Diese Mischung wurde abgedeckt, geschüttelt und etwa 5 Minuten stehen gelassen. Die dielektrischen und immobilisierten Enzymschichten wurden dann mit APTES-Lösung überflutet und etwa 90 Sekunden reagieren gelassen. Überschüssige Lösung wurde nach diesem Zeitraum abgezogen, und der Sensor wurde auf einem Integrated Technologies-Schleuderbeschichter mit etwa 4000 Umdrehungen pro Minute während etwa 90 Sekunden gedreht. Die Lösung wurde danach bei Raumtemperatur und weniger als etwa 60% relativer Feuchtigkeit während etwa 24 Stunden unter Bildung der Haftschicht getrocknet.
Die Enzympolymerschicht wurde wie folgt hergestellt. Zunächst wurde eine Aufschlämmung von etwa 0,7 Gramm PVOH in etwa 9,3 Gramm entionisiertem Wasser durch Mischen der Flüssigkeiten bei Raumtemperatur zubereitet. Der PVOH war etwa 99,9% hydrolysierter PVOH mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 89.000 bis etwa 98.000 (Produktnummer 34.158-4, Aldrich, Milwaukee, WI). Die Aufschlämmung wurde aufkochen gelassen zur Auflösung des PVOH und danach auf Raumtemperatur abgekühlt. Etwa 2 Gramm dieser PVOH-Lösung wurden zu etwa 0,08 Gramm Lactatoxidase (Katalognummer 1381, Genzyme, Cambridge, MA) bei Raumtemperatur hinzugefügt, und die Lactatoxidase wurde durch leichtes Rollen durch den Behälter von Hand aufgelöst.
Diese Lösung wurde auf die Haftschicht mit Hilfe einer Spotting-Workstation aufgebracht, welche einen modifizierten Drahtbonder (Teilnummer 827, Mech-EI Industries, Woburn, MA) aufgebracht, von welcher die Ultraschallbox abgetrennt wurde, und die Drahtklemme, die Kapillare, die Spule und der Spann-Erhitzer bzw. Chuck heater wurden entfernt. Die Drahtkapillare wurde durch eine Aufnahmevorrichtung bzw. Schraubhülse ersetzt, welche die Dispensiernadel (weiter unten beschrieben) einspannt, um einen manuellen Pick-and-Place-Mechanismus vorzusehen, und ein Satz von Regalen auf der rechten Seite der Workstation aufgestellt, um die Spritzenpumpe zu tragen. Die Workstation schloss ein Mikroskop, eine Spritzenpumpe (Teilnummer 74900, Cole Palmer Instrument Co., Niles, IL), eine 50-Mikroliter-Dispensierspritze (Teilnummer 1705, Hamilton), eine 1-Milliliter-Einfüllspritze (Moject) und eine Dispensiernadel (Teilnummer Blunt-26G-7/16, Popper and Sons, New Hyde Park, NY) ein. Aufnehmende Luer- Verriegelungs Fittings (Teilnummer 20055, Alltech, Deerfield, IL), wurden zur Verbindung der Dispensierspritze und der Einfüllspritze mit einem Drei-Wege-Ventil (Teilnummer 86727, Alltech) verwendet. Eine PEEK-Zwinge bzw. -Pressklemme (Teilnummer 20114, Alltech) verband die PEEK-Konusverschraubung (Teilnummer 20124, Alltech) mit dem Drei-Wege-Ventil und mit etwa 12 Inch einer PEEK-Rohrleitung von 0,31 Inch Innendurchmesser (Teilnummer 35710, Alltech). Die PEEK-Rohrleitung wurde mit einer PEEK-Zwinge (Teilnummer 20114, Alltech) und einer PEEK-Konusverschraubung, die mit einem PEEK-Anschlussstück (Teilnummer 20088, Alltech) verbunden war, verbunden. Ein Luer-Stecker-Verriegelungs-Fitting (Teilnummer 90044, Alltech) verband das PEEK-Anschlussstück mit der Dispensiernadel. Die Spritzenpumpe war mit einem Fußschalter in Verbindung, sodass ein Niederdrücken des Fußschalters zur Dispensierung von Lösung aus der Dispensiernadel führte. Das Mikroskop wurde neben der Dispensiernadel angeordnet, sodass, wenn eine Aliquote einer Lösung von der Dispensiernadel auf eine Oberfläche dispensiert wurde (weiter unten erläutert) die resultierende Oberfläche durch das Mikroskop beobachtet werden konnte.
Ein Teil der Lactatoxidase/PVOH-Lösung wurde in die Spritzenpumpe gefüllt, und die Dispensiernadel wurde neben der Haftschicht in einem Bereich oberhalb der immobilisierten Enzymschicht positioniert. Das Fußpedal wurde angetippt, um eine Aliquote von etwa 0,02 Mikroliter der Lösung auf die Haftschicht zu dispensieren, sodass die Lösung eine Fläche von etwa 60% bis etwa 90% der Fläche der immobilisierten Enzymschicht bedeckte.
Die mikroporöse Schicht wurde zunächst durch Zubereiten einer Lösung von Teflon^® AF1600-Polymerbindemittel (duPont) in FC-43 Fluorinert^®-Lösungsmittel (3M) durch Pipettieren von etwa 15 Gramm des Lösungsmittels in einen Behälter gebildet, in welchem sich etwa 0,963 Gramm des Polymerbindemittels befanden. Diese Mischung wurde von etwa 60°C auf etwa 70°C etwa acht Stunden lang erwärmt, bis das Bindemittel aufgelöst war. Das α-Aluminiumoxidpulver (Produktnummer 40-6352-006, verfügbar von Buehler Laboratory mit Sitz in Lake Bluff, IL) wurde als Nächstes durch Erwärmen in einem Trocknungsofen auf etwa 80°C während etwa sechzehn bis etwa zwanzig Stunden zum Trocknen dieser Aufschlämmung hergestellt. Etwa 0,119 Gramm FC-171-Tensid (3M), etwa 8,3 Gramm der Bindemittellösung, etwa 6,2 Gramm FC-43- Lösungsmittel (3M), etwa 4,28 Gramm Teflon^® MP1100-Pulver (duPont) und etwa 1,07 Gramm getrocknetes α-Aluminiumoxid wurden aufeinander folgend in einen Behälter gegeben. 41 Wolframcarbidkügelchen wurden dieser Mischung hinzugegeben, und der Behälter wurde abgedeckt und auf den Kopf gestellt, um die Kügelchen zu benetzen. Die Mischung wurde dann etwa sechzehn bis etwa zwanzig Stunden lang zur Bildung einer Druckfarbe walzgemahlen. Die Druckfarbe wurde dann manuell mit Hilfe eines ADI-Handschablonendruckers zur Bildung der mikroporösen Schicht durch Schablonendruck aufgebracht.
Die stabilisierende Schicht wurde durch Bilden einer 10 Gew.-%igen wässrigen Lösung gemäß dem oben stehend beschriebenen Verfahren, aber unter Verwendung von etwa 45 Gramm entionisiertem Wasser und etwa 5 Gramm PVOH hergestellt. Die mikroporöse Schicht wurde mit dieser Lösung unter Verwendung eines Eppendorf-Verstärkerpipettierers mit einer 250-Mikroliter-Spritze überflutet. Der Sensor wurde dann auf einen Integrated Technologies-Schleuderbeschichter platziert und mit etwa 4000 Umdrehungen pro Minute etwa 4 Minuten lang gedreht. Der Sensor wurde danach unter atmosphärischen Bedingungen getrocknet.
Nachdem somit bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, werden verschiedene Abänderungen, Modifikationen und Verbesserungen für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich. Die eingesetzten Materialien sowie ihre Gestalten und Dimensionen können beliebig je nach Erfordernis gewählt sein. Folglich dient die vorausgehende Beschreibung lediglich als Beispiel und soll keine Beschränkung bedeuten. Die Erfindung ist lediglich durch die Definitionen in den nachstehenden Ansprüchen beschränkt.

Claims

Sensor zum Messen der Konzentration eines Analyten in einer Lösung, wobei der Sensor folgendes umfasst: ein Substrat (12), gebildet aus einem elektrisch isolierenden Material; eine Elektrodenschicht (15), gebildet aus einem elektrisch leitenden Material, wobei die Elektrodenschicht durch das Substrat (12) getragen wird; eine Schicht mit immobilisiertem Enzym (20), die ein in einem Trägerbauteil imobilisiertes Enzym einschließt, wobei die Schicht mit immobilisiertem Enzym durch die Elektrodenschicht (15) getragen wird; eine Haftschicht (30), die aus einem Silan gebildet ist, wobei die Haftschicht an die Schicht mit immobilisiertem Enzym (20) angrenzt; eine Enzym-Polymer-Schicht (35), welche an die Haftschicht (30) angrenzt; und eine mikroporöse Schicht, welche an die Enzym-Polymer-Schicht (35) angrenzt.
Sensor gemäß Anspruch 1, wobei die Haftschicht aus Aminopropyltriethoxysilan gebildet ist.
Sensor gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Enzym der Schicht mit immobilisiertem Enzym Lactatoxidase ist.
Sensor gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Enzym der Enzym-Polymer-Schicht Lactatoxidase ist.
Sensor gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Enzym-Polymer-Schicht ein Polymer umfasst, das zur Unterstützung bei der Aufrechterhaltung einer natürlichen Konformation des Enzyms der Enzym-Polymer-Schicht in der Lage ist.
Sensor gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Enzym-Polymer-Schicht einen mehrwertige Alkohol umfasst.
Sensor gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Tensid-Polymer-Schicht (45), umfassend ein Tensid und ein Polymer.
Sensor gemäß Anspruch 7, wobei das Tensid ein nicht-ionisches Tensid ist.
Sensor gemäß Anspruch 8, wobei das nicht-ionische Tensid ein perfluoriertes Alkylalkoxylat ist.
Sensor gemäß Anspruch 7, 8 oder 9, wobei das Polymer der Tensid-Polymer-Schicht aus Polyvinylpyrrolidon, Gelatine, Polyvinylalkohol, Polyhydroxyethylmethacrylat und Mischungen gewählt wird.
Sensor gemäß Anspruch 10, wobei das Polymer der Tensid-Polymer-Schicht ein Polyvinylalkohol ist.
Sensor gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner eine stabilisierende Schicht (50), die aus einem Polymer gebildet ist, umfasst.
Sensor gemäß Anspruch 12, wobei das Polymer der stabilisierenden Schicht aus Polyvinylpyrrolidon, Gelatine, Polyvinylalkohol, Polyhydroxyethylmethacrylat und Mischungen davon gewählt wird.
Sensor gemäß Anspruch 13, wobei das Polymer der stabilisierenden Schicht ein Polyvinylalkohol ist.
Sensor gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine dielektrische Schicht, die zwischen dem Substrat und der Haftschicht liegt; eine Tensid-Polymer-Schicht, die an die mikroporöse Schicht angrenzt; und eine stabilisierende Schicht, die an die Tensid-Polymer-Schicht angrenzt.
Sensor gemäß Anspruch 15, wobei die Enzym-Polymer-Schicht nur in einem Bereich oberhalb der Schicht mit immobilisiertem Enzym vorliegt.
Sensor gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mikroporöse Schicht aus einem Polymerpulver, einem Mineralpulver und einem Polymerbindemittel gebildet ist.
Sensor gemäß Anspruch 17, wobei das Polymerbindemittel ein fluorierter Kohlenwasserstoff ist.
Sensor gemäß Anspruch 17 oder 18, wobei das Polymerpulver ein fluoriertes Kohlenwasserstoffpulver ist.
Sensor gemäß Anspruch 19, wobei das Polymerpulver ein perfluoriertes Kohlenwasserstoffpolymerpulver ist.
Sensor gemäß mindestens einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei das Polymerpulver eine mittlere Teilchengröße von etwa 0,2 bis 10 μm besitzt.
Sensor gemäß mindestens einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei das Mineralpulver Aluminiumoxidpulver ist, das Substrat aus Aluminiumoxid gebildet ist, die Elektrodenschicht aus Platin gebildet ist, die dielektrische Schicht aus einer Keramik gebildet ist, die Schicht mit immobilisiertem Enzym Lactatoxidase einschließt, die Haftschicht aus Aminopropyltriethoxysilan gebildet ist und die Enzym-Polymer-Schicht Lactatoxidase einschließt.
Sensor gemäß mindestens einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei das Mineralpulver ein Aluminiumoxidpulver ist.
Sensor gemäß Anspruch 23, wobei das Mineralpulver eine mittlere Teilchengröße von etwa 0,01 bis 5 μm aufweist.
Sensor gemäß mindestens einem der Ansprüche 17 bis 24, welcher eine stabilisierende Schicht, die aus Polyvinylalkohol gebildet ist, eine Tensid-Polymer-Schicht, die aus einem Polyvinylalkohol und einem nicht-ionischen perfluorierten Alkylalkoxylat-Tensid gebildet ist, umfasst und wobei das Polymerbindemittel der mikroporösen Schicht ein perfluoriertes Kohlenwasserstoffpolymer ist, das Polymerpulver der mikroporösen Schicht ein perfluoriertes Polymer mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 0,2 bis 10 μm ist und das Mineralpulver der mikroporösen Schicht ein Aluminiumoxidpulver mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 3 μm ist.
Verfahren zum Messen der Konzentration eines innerhalb einer Lösung vorliegenden Analyten, wobei die Lösung ferner mindestens ein Interferent bzw. Störstoff enthält, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: operatives Zusammenbringen eines Elektrodensensors, wie in mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, mit der Lösung, in welcher der Analyt vorliegt; und Hindurchleiten der Lösung, in welcher der Analyt vorliegt, durch die mikroporöse Schicht, wobei der Durchgang des mindestens einen Interferenten durch die mikroporöse Schicht minimiert wird, zu der Elektrodenschicht.
Verfahren gemäß Anspruch 26, ferner umfassend den Schritt des Hindurchleitens der Lösung, in welcher der Analyt vorliegt, durch eine Außenschicht, die aus einem Polymer gebildet ist, welche zur Auflösung in einem Lösungsmittel des Polymeren in der Lage ist.