[发明专利]用于分析物传感器的微阵列电极及其制造和使用方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据第120节的规定要求2013年12月6日提交的美国申请第13/707,400号的优先权，该美国申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明属于用于诸如监管糖尿病的葡萄糖传感器之类的分析物传感器系统的传感器电极领域。更加具体而言，本发明属于电极和制造用于分析物传感器系统的电极的方法以及使用分析物传感器检测分析物的方法。

背景技术

传感器用于监测各种不同的环境中的多种多样的化合物，包括体内分析物。人体和哺乳动物体内的分析物的定量测定在诊断和维持多种病理性疾病方面非常重要。大多数个体中通常监测的示例性的分析物包括葡萄糖，乳酸盐，胆固醇和胆红素。体液中葡萄糖浓度的测定对于糖尿病个体而言至关重要，该糖尿病个体必须频繁地检查其体液中的葡萄糖水平以调节其饮食中的葡萄糖摄入。这些测试的结果在确定需要给药何种胰岛素和/或其他药物(如果有的话)方面非常关键。

分析物传感器通常包括将分析物的相互作用转化成可检测的信号的元件，所述可检测的信号可与分析物的浓度相关联。例如，一些葡萄糖传感器使用电流手段监测体内葡萄糖。这些电流型葡萄糖传感器通常合并了涂覆有葡萄糖氧化酶的电极，所述葡萄糖氧化酶是催化葡萄糖和氧之间的反应以生成葡糖酸和过氧化氢(H₂O₂)的酶。在该反应中形成的H₂O₂改变电极电流，从而形成可检测且可测量的信号。基于该信号，随后可测量个体体内的葡萄糖浓度。

分析物传感器和系统的重要元件是用于测量这些信号的电极。基于诸如电极的设计、电镀和所使用的材料之类的各种不同的因素，电极可在检测分析物信号时的稳定性、可靠性和灵敏度方面发生改变。具体而言，电极设计在生产电极的过程中发挥重要作用，因为，其可决定电荷如何在电极上流动或堆积。总体而言，在电镀过程中，电荷的固有特性是在电极的边缘累积，尤其是在尖锐的边缘或角落累积。这在用导电材料电镀电极时可产生边缘生长和电镀厚度不均匀的问题。而且，不均匀的电镀厚度通常使得更加难以在电极上平滑地且均匀地设置后续的各个涂层和各个层。

本领域亟需一种可避免与边缘生长相关的不理想的问题的传感器电极设计。本领域还需要在检测分析物信号时具有高稳定性、可靠性和灵敏度的传感器电极和分析物传感器系统。本发明的目的在于解决这些问题以及其他需要。

发明内容

本文公开的发明包括微阵列电极设计和/或使用这些电极的传感器装置和系统。如下文所讨论的，本发明可包括由多个导电元件形成的电极，所述多个导电元件例如含有电沉积铂的圆盘的阵列。这些元件及其相关电极结构的配置促进电荷在电极上的均匀分布，这是一种例如缓解与电荷累积有关的潜在问题的现象。这些电极设计在一些情况下提供多种有利特性，例如，有利于检测诸如电流型葡萄糖传感器之类的设备中的电化学反应。

本文公开的发明具有多个方面。本发明可包括具有设计为提高电流型分析物传感器的一种或多于一种功能特性的电活性元件阵列的传感器电极。通常，所述电极包括具有多个导电部件的基底层，所述多个导电部件形成于该基底层上并且配置成阵列。在这些电极中，导电部件包括电活性表面，并且所述电活性表面适于检测所述电活性表面的电流波动，并且导电部件阵列连接至电导管。通常，电极可操作地连接至适于储存和/或处理获自所观测到的电流波动的数据的处理器。所述电极可连接至适于植入体内的刺穿部件。

多个导电部件通常由所选择的避免尖锐边缘和角落(其中，尖锐边缘和角落是在常规配置中电荷可累积的电极结构)的形状形成。任选地，例如，导电部件成型为表现出椭圆几何形状。在这种情况下，导电部件可包括椭圆盘，圆盘或椭圆盘和圆盘的组合。通常，这些导电部件成型为直径(是指当导电部件为椭圆形时的横向直径)为至少1μm，例如，直径(或横向直径)为1μm至100μm(例如，圆盘的直径为30μm，40μm或50μm)。任选地，阵列包括至少5个，10个，20个，50个或100个导电部件。

本发明可包括设计为使用本文公开的电极微阵列的分析物传感器装置和/或系统。这些装置和/或系统通常包括基底，在所述基底上设置有导电部件的阵列，所述导电部件的阵列被配置成形成工作电极。通常，该基底包括多个凹痕(例如，圆形和/或椭圆形凹痕)并且所述多个导电部件单独地放置于所述多个凹痕中。通常，所述导电部件的阵列连接至公共的电导管和适于检测工作电极中的电流波动的电源。