[发明专利]具有提高的敏感性的竞争性生物传感器

说明书

本发明涉及用于测定葡萄糖和诊断基于受损的葡萄糖代谢的疾病的方法。特别地，本发明涉及包含水凝胶的装置，所述水凝胶具有掺入其中的葡萄糖结合蛋白及葡萄糖结合蛋白的配体，其中所述水凝胶包含由藻酸盐制成的第一水凝胶基质和在所述第一水凝胶基质内形成互穿网络的第二水凝胶基质。本发明进一步涉及此类装置的用途，所述装置用于测定样品中葡萄糖的含量和诊断测试的受试者中受损的葡萄糖代谢。

在许多技术领域中，通过有效而可靠的测量技术测定葡萄糖的浓度是非常重要的。不仅在纯实验室分析，而且在食品工业，例如，在酒学领域、医学领域中，例如在由受损的葡萄糖代谢引起的疾病，例如糖尿病或代谢综合征的诊断中，快速而可靠地测定给定溶液中葡萄糖的浓度至关重要。在诊断基于受损的葡萄糖代谢的疾病的领域中，将葡萄糖传感器用于可植入到机体内并可测量从机体内取出的样品中的葡萄糖含量的装置中，并且也用于测量来自测试的受试者样品的离体的葡萄糖的含量的传感器中。

为了测定溶液中葡萄糖的含量，已经描述了由传感器分子和配体制成的系统，其中，所述传感器是葡萄糖结合蛋白，所述配体是葡萄糖的竞争剂，该配体起初存在于传感器中，并与葡萄糖传感器分子结合。在测量过程中通过与葡萄糖的竞争，将该竞争剂从葡萄糖结合蛋白替换。在此期间，葡萄糖将竞争剂从葡萄糖结合蛋白替换，此替换可以通过分子的物理或化学性质的改变来检测，例如通过荧光共振能量转移（FRET）来检测。当然，上述系统必须存在于传感器的空间划定区域中。

对于包围（enclosure）该系统的组分，即葡萄糖结合分子和用作竞争剂的配体，已经证明了水凝胶的价值。用于此的合适的水凝胶可以是聚乙二醇，也可以是藻酸盐（例如US2007/0105176;US6,485,703;Russell1999,Anal Chem71:3126-3132）。此外，已经描述了传感器，其中，由半透膜包围在水性介质中的上述系统。此类膜可以例如包括再生纤维素、聚乙二醇、聚氨酯、叠层（LBL）的层、聚醚砜、对苯二乙酸层或多孔二氧化硅（例如US2007/0122829）。

然而，现有技术中所述的葡萄糖传感器显示出相对低的葡萄糖活性。葡萄糖的活性和由此导致的传感器的性能主要由葡萄糖结合蛋白和竞争剂形成的复合体以及葡萄糖结合蛋白和葡萄糖形成的复合体的结合常数决定。

在离体传感器的情况下，因为分析物没有被再次释放，为了获得尽可能高的传感器灵敏度，可以选择具有几乎任意量值的结合常数的分析物受体，所以主要通过非常高的结合常数可以获得非常高的特异性以及由此导致的良好的传感器性能。

然而，对于体内的传感器而言，情况有所不同，这是因为传感器必须持续并可逆地反应分析物浓度的变化。因此，结合常数不能太高，否则传感器在低的分析物浓度时就已经饱和，不再能指示浓度的变化。此外，体内传感器的另一个问题在于：分析物的浓度范围是固定的，且不能够通过稀释或浓缩而优化。因此基本上在现有技术中，在所描述的由配体和葡萄糖结合蛋白组成的系统中应用介质结合常数。通常通过改变葡萄糖结合蛋白或配体或两者的浓度来适应测量的灵敏度受限于各个分子的低溶解度。因此，在上述的现有技术中所述的传感器中，传感器的测量灵敏度和测量精确性都受到限制（参见Rounds2007,J.Fluorec.17:57-63）。

本发明的目的是提供一种设备，其能够更有效地测定甚至体内葡萄糖的水平，使用所述设备基本上消除了上述的缺陷。通过权利要求描述的实施方案和下文公开的实施方案解决了本发明。

因此，本发明涉及包含水凝胶的装置，所述水凝胶具有掺入其中的葡萄糖结合蛋白和葡萄糖结合蛋白的配体，其中所述水凝胶包含由藻酸盐制成的第一水凝胶基质和在所述第一水凝胶基质内形成互穿网络的第二水凝胶基质。

根据本发明的装置还涉及由上述组分组成的组合物。

术语“水凝胶”描述了含水聚合物，其分子以化学方式或物理方式连接成三维网络。聚合物分子可以通过共价键或离子键，或者通过缠绕或编织，连接成三维网络。形成水凝胶的聚合物优选地含有能够吸收水性溶液的亲水性聚合物组分和能与葡萄糖结合蛋白相互作用的基团。