[发明专利]生物传感器

说明书

本发明涉及一种生物传感器，它能够精确、快速和容易地定量测定含在例如全血液、血浆、血清、尿液、果汁之类的样品液体中的底物(特定成分)。较具体地说，本发明涉及一种葡萄糖传感器，它通过使葡萄糖与一种能够和葡萄糖起特异反应的氧化还原酶作用而用电化学技术测量含在样品液体中的葡萄糖浓度。

作为定量分析糖类(例如蔗糖和葡萄糖)的手段，已经开发了各种方法，例如旋光法、比色法、还原滴定法(reductimetry)以及其他利用各种色谱分析的方法等。然而，这些方法中没有一个具有足够高的精度，这是因为它们对糖类的特异性不是很高。在这些方法中，旋光法可以容易地实现，但已知它受到工作温度的很大影响。

近来，开发了各种类型的生物传感器，它们不需要稀释和搅拌样品液体就能够容易地定量测定含在例如生物样品和食品等样品液体中的特定成分(底物)。

例如，日本专利公开NO.3-202746公开了一种生物传感器，它包括一个用网板印刷之类方法形成在一个绝缘基板上的电极系统和一个形成在该电极系统上的反应层，该反应层含有一种亲水聚合物，一种氧化还原酶、和一种电子受体。用这种生物传感器测量样品液体中的底物浓度是如下进行的。首先，把样品液体滴在生物传感器的反应层上，使反应层溶解。这使得在样品液体中的底物和反应层中的氧化还原酶之间发生酶反应，然后反应层中的电子受体被还原。酶反应完成之后，用电化学技术使还源的电子受体氧化，由此根据该氧化过程中所得到的氧化电流来测量样品液体中的底物浓度。

美国专利NO.5,192,415公开了一种生物传感器，它包括一个氢离子浓度控制层，这个层不需要预先调整样品液体的pH值就能够按照含在反应层中的氧化还原酶的种类来优化样品液体的pH值。

美国专利NO5,264,103公开了一种生物传感器，它包括一个形成在一个电绝缘基板上的主电极系统，该电极系统含有一个工作电极和一个反电极；一个含有一种氧化还原酶的反应层；以及一个亚电极层，该亚电极层离开主电极系统有一个间隔，并含有一个工作电极和一个反电极。

这些生物传感器有很广的应用范围，例如，通过适当地选择含在反应层中的氧化还原酶，可以用作葡萄糖传感器、乙醇传感器、胆固醇传感器、或者氨基酸传感器。

在这些生物传感器中，众所周知葡萄糖传感器含有葡萄糖氧化酶作为氧化还原酶。不过，这种葡萄糖传感器有下述问题。在葡萄糖的各种同分异构体中，葡萄糖氧化酶只和β-葡萄糖起反应，而在平衡状态下后者所占的比例为63％。因此，这种葡萄糖传感器所获得的响应电流值(也就是检测灵敏度)太小，使得例如在定量测定极小量的葡萄糖时测量误差太大。

此外，当用这种葡萄糖传感器来定量测定多糖时，由水解酶(hydrolase)所产生的大多数葡萄糖是α-葡萄糖，因此在定量测定之前，需要一个额外的步骤，用一种变旋酶(mutarotase)把经水解产生的α-葡萄糖转化为其同分异构体β-葡萄糖。

日本专利申请NO.6-291401(尚末公布)涉及到一种既含有变旋酶又含有葡萄糖氧化酶的生物传感器。不过，在该生物传感器中，当这些酶的总量小的时候探测灵敏度不能得到足够的改善，而当这些酶的总量大的时候生产成本将增大。还有，当样品液体中的底物浓度比较大时，这种既含有变旋酶又含有葡萄糖氧化酶的生物传感器的探测灵敏度要低于没有变旋酶的生物传感器。

本发明的生物传感器包括：一个电绝缘的基板；一个形成在基板上并含有一个工作电极和一个反电极(counter electrode)的电极系统；以及一个形成在基板上或形成在基板上方并与基板之间有一个间隙的反应层。该反应层包含有一种氧化吡喃糖的酶。

在一个实施方案中，该氧化吡喃糖的酶(pyranose-oxidizing enzyme)是吡喃糖氧化酶(pyranose oxidose)(EC1.1.3.10)。

在另一个实施方案中，反应层还含有葡萄糖氧化酶(EC1.1.3.4)。

在再一个实施方案中，反应层还含有一种电子受体。

在再一个实施方案中，该电子受体是一种氰铁酸根离子。

在再一个实施方案中，反应层还含有多糖水解酶。

在再一个实施方案中，该多糖水解酶选自由蔗糖水解酶、麦芽糖水解酶和乳糖水解酶组成的组。

在一个实施方案中，氧化吡喃糖的酶的含量是每平方厘米的反应层中1至约200个单位。

在再一个实施方案中，氧化吡喃糖的酶的含量是每平方厘米的反应层中约0.1至约200个单位。