[发明专利]用于检测血红蛋白及其复合物的装置和方法

说明书

提供了用于收集和保留血液样品的电化学活性装置，其具有连接到导电迹线的至少双电极构件。设置在双电极构件上的具有一体化受体‑膜的受体，以通过裂解剂接收来自所述血液样品的红细胞(RBC)的非电化学活性血红蛋白生物分析物及其复合物，并将非电化学活性血红蛋白生物分析物及其复合物转化为电化学活性生物分析物及其电化学活性复合物。本发明还提供了并入有本发明的装置的护理点生物传感器以及测量方法，用于通过确定减少体积的血液样品中的氧化还原电流值来检测和定量测量减少体积的血液样品中血红蛋白(Hb)、糖化血红蛋白(GHb)、高铁血红蛋白(MetHb)和肌红蛋白的浓度。

技术领域

本发明一般涉及用于定量测量生物样品中的生物分析物的生物传感器(biosensor)和方法。更具体地，本发明涉及用于将减少体积的血液样品中的非电化学活性血红蛋白生物分析物及其复合物转化为电化学活性生物分析物和复合物，用于精确检测和定量测量血红蛋白、糖化血红蛋白(GHb)、高铁血红蛋白和肌红蛋白的电化学活性生物传感器。

背景技术

氧是自然界中用于人体中许多不同功能的最通用的试剂。与极性溶剂相比，氧更易溶于非极性溶剂。简单扩散不能足够快地将氧气递送到多细胞生物体中的内部细胞；因此需要载体如血红蛋白和肌红蛋白。血红蛋白是人体内的氧载体蛋白。

血红蛋白是具有四级结构的球状可溶蛋白，其含有四个血红素(heme)辅基形式的铁(Fe⁺²)原子。血红蛋白的直接电化学检测是困难的。血红素铁中心埋在球蛋白链内，分子非常难以在电极表面连通。血红蛋白是RBC内部的氧运输金属蛋白，分子量为64,500道尔顿。人体中存在不同形式的血红蛋白，例如氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白、高铁血红蛋白、羧基血红蛋白、硫血红蛋白等。氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白可以结合并运输氧分子，而其它形式的血红蛋白不能结合氧。

在许多发展中国家以及发达国家的少数群体中，糖尿病已成为全世界的主要健康问题。根据国际糖尿病联合会，全世界全球有3.82亿人是糖尿病患者，预测表明到2035年将有5.92亿人患有糖尿病。3.82亿糖尿病患者中的大部分年龄在40至59岁之间，其中80％生活在低和中等收入国家。所有类型的糖尿病都在增加，特别是2型糖尿病：到2035年糖尿病患者的数量将增加55％。另外2100万孕期高血糖症病例被认为加剧了糖尿病的全球负担。在人和财政方面，糖尿病的负担巨大，在2013年造成510万死亡，卫生支出约5480亿美元(世界总支出的11％)。

2型糖尿病与增加的心血管和总死亡率有关。流行病学数据表明，典型的心血管危险因素如高胆固醇血症、高血压和吸烟单独并不能解释2型糖尿病中过高的心血管发病率和死亡率风险。相反，过高的发病率和死亡率与疾病本身相关。1型糖尿病是长期微血管和大血管并发症的主要病因。糖尿病肾病是全世界肾衰竭的最常见原因。因此，理解发病机理并预防这些长期并发症已经是糖尿病研究的主要目标。糖尿病研究的主要焦点是通过严格的血糖控制预防糖尿病并发症。已经确定的事实是，高血糖是微血管或大血管糖尿病并发症的主要原因，无论是严重或轻微程度。近来，已经确定在血糖控制的各种标志物中，糖化血红蛋白(GHb)是用于长期糖尿病管理的最可靠的生物标志物。

糖尿病控制和并发症试验(Diabetes Control and Complications Trial，DCCT)和英国前瞻性糖尿病研究(United Kingdom Perspective Diabetes Study，UKPDS)已经显示了紧密血糖控制的重要性，以便预防或延缓糖尿病患者的微血管疾病。糖尿病控制和并发症试验(DCCT)表明HbA1c水平与糖尿病并发症的进展相关。糖尿病并发症的进展风险随着HbA1c(糖化血红蛋白)呈指数增加。