[发明专利]皮下组织介入式葡萄糖微型传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种皮下组织介入式葡萄糖微型传感器，其特征在于：包括底座(1)，所述的底座(1)中设有向外延伸的引线部分(2)，所述的引线部分(2)的末端与传感器部分(3)相连接，所述的传感器部分(3)与引线部分(2)分别设在绝缘基层(4)上；

所述的传感器部分(3)包括工作电极(5)、参比电极(6)、对电极(7)和空白电极(8)，所述的工作电极(5)设在绝缘基层(4)正面的左端，所述的参比电极(6)设在绝缘基层(4)正面的右端，所述的对电极(7)设在绝缘基层(4)正面的左端，所述的空白电极(8)设在绝缘基层(4)正面的右端，所述的工作电极(5)与参比电极(6)呈间隔状分布，所述的对电极(7)与空白电极(8)呈间隔状分布，构成四电极体系；

或，

所述的传感器部分(3)包括工作电极(5)、对电极(7)和参比电极(6)，所述的工作电极(5)设在绝缘基层(4)一端面的左端，所述的对电极(7)设在绝缘基层(4)一端面的右端，所述的工作电极(5)上端的内壁与对电极(7)上端的内壁间设有参比电极(6)，所述的工作电极(5)、对电极(7)和参比电极(6)呈间隔状分布，构成三电极体系；

或，

所述的传感器部分(3)包括工作电极(5)、参比电极(6)和对电极(7)，所述的工作电极(5)设在绝缘基层(4)正面的左端，所述的参比电极(6)设在绝缘基层(4)正面的右端，所述的对电极(7)设在绝缘基层(4)背面的左端，所述的工作电极(5)与参比电极(6)呈间隔状分布，构成三电极体系；

或，

所述的传感器部分(3)包括工作电极(5)和参比电极(6)，所述的工作电极(5)设在绝缘基层(4)的正面，所述的参比电极(6)设在绝缘基层(4)的背面，构成两电极体系；

所述的工作电极(5)包括粘结层(9)，所述的粘结层(9)覆在绝缘基层(4)的上部，所述的粘结层(9)的上部的覆有导电层(10)，所述的导电层(10)的上部覆有惰性金属层(11)，所述的惰性金属层(11)的上部的覆有催化层(12)，所述的催化层(12)的上部的覆有酶层(13)，所述的酶层(13)的上部的覆有高分子层(14)；

所述的参比电极包括参比电极粘结层(15)，所述的粘结层(15)覆在绝缘基层(4)的上部，所述的粘结层(15)的上部覆有参比电极导电层(16)，所述的导电层(16)的上部覆有惰性金属层(17)，所述的惰性金属层(17)的上部覆有银/氯化银层(18)，所述的参比银/氯化银层(18)的上部覆有参比高分子层(19)；

所述的对电极包括粘结层(20)，所述的粘结层(20)设在绝缘基层(4)的底部，所述的粘结层(20)的表面覆有导电层(21)，所述的导电层(21)的表面覆有惰性金属层(22)，所述的惰性金属层(22)的表面覆有催化层(23)，所述的催化层(23)的表面覆有高分子层(24)；

所述的空白电极(8)包括粘结层(25)，所述的电极粘结层(25)设在绝缘基层(4)的底部，所述的粘结层(25)的表面覆有导电层(26)，所述的导电层(26)的表面覆有惰性金属层(27)，所述的惰性金属层(27)的表面覆有催化层(28)，所述的催化层(28)的表面覆有高分子层(29)；

所述的引线部分(2)由至少一个引线组件(30)组成，所述的引线组件(30)包括覆在绝缘基层(4)表面的引线第一粘结层(31)，所述的引线第一粘结层(31)的表面覆有引线导电层(32)，所述的引线导电层(32)的表面覆有引线第二粘结层(33)，所述的引线第二粘结层(33)的表面覆有引线保护层(34)。

2.根据权利要求1所述的皮下组织介入式葡萄糖微型传感器，其特征在于：所述的引线组件(30)设有4个，引线组件(30)分别设在绝缘基层(4)上表面的左端、绝缘基层(4)上表面的右端、绝缘基层(4)下表面的左端和绝缘基层(4)下表面的右端，各引线组件(30)间呈间隔状分布；

或，

所述的引线组件(30)设有3个，3个引线组件(30)均分在绝缘基层(4)的一个端面上；

或，

所述的引线组件(30)设有3个，其中二个引线组件(30)均分在绝缘基层(4)的上表面，另一个引线组件(30)设在绝缘基层(4)上表面的中间位；

或，

所述的引线组件(30)设有2个，一个引线组件(30)设在绝缘基层(4)上表面的中间位，另一个引线组件(30)设在绝缘基层(4)下表面的中间位。

3.根据权利要求1或2所述的皮下组织介入式葡萄糖微型传感器的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：

(1)、绝缘基层的选择：

绝缘基层采用可挠曲的聚酰亚胺绝缘薄膜或聚酯薄膜作为载体，具有良好的物理和化学性能；

具高度曲柔性，可立体配线，依空间限制改变形状；耐高低温，耐燃；可折叠而不影响讯号传递功能，可防止静电干扰；化学变化稳定，安定性、可信赖度高；利于相关产品的设计，可减少装配工时及错误，并提高有关产品的使用寿命；良好的绝缘性能，体积电阻率达到1015Ω.cm；对常用基体、金属和介电材料的粘结性优良；该层厚度控制在7.5-12.5微米；

(2)、粘结层材质选择：

粘结层包括传感器部分和引线部分中各粘结层；

绝缘基层的正反两面涂布粘结层，该层性能直接影响到电极的性能，由于粘结剂与绝缘基层之间在制造过程中存在化学反应，因此对于不同的绝缘基层还应选择相对应的粘结剂体系，粘结剂的性能必须与绝缘基层相适应；

所用的粘结层必须能够承受各种工艺条件和在制造中所使用的化学药品的侵蚀，并没有分层或降解的现象，考虑到人体植入粘结剂必需有较好的生物相容性，粘结层采用环氧树脂或丙烯酸树脂类，该层厚度控制在5-15微米；

(3)、导电层的选择：

导电层包括传感器部分和引线部分中各导电层；

粘结层的表面为导电层，导电层采用压延铜箔，厚度控制在5-20微米；

引线部分需要在导电层上制备引线第二粘结层和引线保护层，层间可通过滚压法增加层间结合力，电极部分不需要第二粘结层和保护层，按照不同要求制备相应功能层；

(4)、引线第二粘结层的选择：

后端引线部分的导电层外是引线第二粘结层，粘结剂采用环氧树脂或丙烯酸树脂类，该层厚度控制在5-15微米；

前端电极部分需要裸漏的不涂该层粘结剂，层间可通过滚压法增加层间结合力；

(5)、保护层的选择：

后端引线部分的引线第二粘结层外是聚酰亚胺绝缘薄膜，保护膜先进行切割加工，露出前段电极部位的铜箔，电极引线覆盖保护膜；

该层厚度控制在5-15微米；可通过滚压法增加层间结合力；

(6)、电极部分功能层制备：

电极部分可以根据需要分为工作电极、对电极、参比电极、空白电极；

①、工作电极：

工作电极铜箔上的功能层组成如下：惰性金属层、催化层、酶层、高分子层；

惰性金属层在电极部位的铜箔上制备，通过电镀、溅射的方法制备，可选用金、铂的惰性金属，该层厚度为10-15微米；

催化层为铂黑，可以通过电镀方法制备；

酶层通过喷雾、浸渍、涂布的方式将酶溶液转移到工作电极上，浸渍时间为5-15分钟；

然后用浓度为5％-20％的戊二醛溶液将转移到工作电极的葡萄糖氧化酶交联固定，交联温度在25-35摄氏度，采用液相浸渍交联或气相交联，交联时间为30-60min；

所用酶溶液制备过程如下：在磷酸盐缓冲液中加入葡萄糖氧化酶和人重组白蛋白，葡萄糖氧化酶加入量为每毫升50-100毫克，人重组白蛋白加入量为每毫升50-100毫克；溶解充分后,添加1-5％的纳米金混匀,最后加入1-5％的PVB，PVB指聚乙烯醇缩丁醛，混合均匀；

纳米金利用AOT与环己烷体系形成的反胶束体系中制备，AOT是指琥玻酸二异辛酯璜酸钠，通过柠檬酸钠还原氯金酸盐水溶液，调节水、电解质、表面活性剂的浓度比例，制备不同直径的纳米金颗粒，纳米金颗粒直径在5-30nm；

葡萄糖氧化酶交联完成后，可以通过浸渍、涂布的方式在电极固定一层高分子膜，以增强传感器生物相容性，提高体内性能；

由于纳米金具有良好的生物相容性，可以较长时间植入人体内，而不引起不良反应；

纳米金有良好的导电性，可以提高酶电极的灵敏度，缩短酶电极对葡萄糖响应时间，延长酶电极使用寿命；

葡萄糖氧化酶电极氧化葡萄糖的反应由两步酶反应组成：

D-glucose+GOD(FAD)→glucose-lactone+GOD(FADH₂)

GOD(FADH₂)+O₂→GOD(FAD)+H₂O₂

glucose-lactone+H₂O→glucose-acid

上述过程中，还原态葡萄糖氧化酶GOD(FADH₂)稳定性较差，比较容易发生结构改变，无法被氧化变成常态葡萄糖氧化酶，这是常见葡萄糖氧化酶电极酶活丧失的原因之一；而在酶层加入纳米金颗粒后，纳米金颗粒具有从环境吸收电子的特性，可以迅速将还原态葡萄糖氧化酶GOD(FADH₂)氧化成稳态葡萄糖氧化酶GOD(FAD)，减少电极反应过程中还原态葡萄糖氧化酶GOD(FADH₂)的数量以及存在时间，减少酶活性损失，延长电极寿命；此外纳米金颗粒加入还大幅度提高酶电极响应应速度，缩短酶电极相应时间，改善了皮下葡萄糖传感器测量时信号延迟，提高实时监测准确度；

高分子层，用以提供传感器植入人体所需生物相容性，提高体内性能；可以通过浸渍、涂布的方式在电极固定一层高分子膜，所用到高分子材料是硅橡胶聚合物、聚氨酯、聚亚安酯、聚乙二醇其中的一种或多种混合；溶剂采用无水乙醇、四氢呋喃，可以通过喷雾、浸渍、涂布的方式制备；

②、对电极：

对电极铜箔上的功能层包括对惰性金属层、对催化层、对高分子层；其制备方法与工作电极基本相同，不需制备酶层；

③、空白电极：

空白电极铜箔上的功能层包括惰性金属层、催化层、高分子层；其制备方法与工作电极相同，不需制备酶层；

④、参比电极：

参比电极铜箔上的功能层包括惰性金属层、参比银/氯化银层、高分子层；

惰性金属层制备方法与工作电极相同，惰性金属层制备完成后，通过电镀、真空溅射的方法制备银/氯化银层，电化学氯化后制备银/氯化银层，最后制备高分子外膜；

上述制备工艺完成后，最后根据单元电路进行切割，得到传感器，三电极和四电极传感器尺寸如下：植入人体部分长度不大于15mm，宽不大于0.6mm，厚不大于0.4mm；

两电极尺寸如下：植入人体部分长度不大于15mm，宽不大于0.3mm，厚不大于0.4mm；

由上述工作电极、对电极、参比电极、空白电极，四电极组成传感器，不需要在酶层添加纳米金，空白电极用于检测背景信号和干扰信号，提高传感器准确性；

两电极和三电极传感器，制备过程需在酶层增加纳米金；

传感器可以通过导针植入皮下，然后退出导针，传感器留在皮下组织开始工作。