皮下组织介入式葡萄糖微型传感器及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种微型传感器，特别涉及一种皮下组织介入式葡萄糖微型传感器及其制备方法。
【背景技术】
[0002]糖尿病是一种全球范围内的严重危害人类健康的常见内分泌代谢疾病。近年来全球糖尿病患病率呈现明显上升趋势。对于糖尿病患者而言，血糖监测至关重要，必须要根据血糖高低制定相应治疗方案。由于影响人体血糖水平的因素很多，血糖有较大波动，传统单点血糖测量存在明显不足，不能获得准确全面的获得血糖信息，无法制定科学的个性化治疗方案，导致患者血糖波动，频繁出现高、低血糖，影响患者健康，严重时甚至危及生命。
[0003]针对上述问题，近年来国内外公司研究开发出能够连续测量血糖的生物传感器，如美国专利US 7153265提及生物传感器，该传感器埋植在皮下组织，连续监测组织液葡萄糖。国内专利如CN200410101080.6提及皮下植入式生物传感器。
[0004]当前用于连续葡萄糖监测的生物传感器，基本都是利用葡萄糖氧化酶，该酶具有对葡萄糖高选择性的特点。
[0005]考虑到植入可行性和工作稳定性，皮下植入传感器体积要求尽可能小，这样植入时痛感较小，植入后引起人体排斥反应也会较小，有利于传感器正常工作。当前用于人体植入葡萄糖微型传感器有两类，一类是需要导针植入传感器，基材一般为微型塑料片，除去作为载体的部分，还需要考虑电路导体引线排布，因而传感器体积较大，植入过程痛感较强，传感器的有效传感面积非常有限，会导致灵敏度较低，信噪比不佳，植入后稳定性不好。传感器工作电压一般在0.5V(Ag/AgCL参比)以上，在此电位上人体内小分子干扰物包括抗坏血酸、儿茶酚胺等会被氧化从而产生干扰信号，严重影响准确性。对此有些传感器在设计上增加一层高分子膜来阻挡干扰物，这往往导致传感器灵敏度下降，影响整体性能。此外传感器葡萄糖氧化酶氧化酶活性会随工作时间延长损失，酶活损失到一定程度，传感器无法正常工作，通常人体植入时间一般在72小时。
[0006]未使用的葡萄糖氧化酶传感器，酶的活性会随保存时间衰减，活性损失到一定程度，传感器就不能提供稳定可用的信号，无法使用，因此葡萄糖氧化酶传感器都有有效期，一般有效期仅有6个月，使用不便。
[0007]不需要导针植入传感器，基材一般为金属，虽然电极有效面积得到提升，但是产品稳定性差，工艺流程非常规，无法实现大规模工业生产。
[0008]此外上述两种传感器都需要考虑电路导通问题，需要设计比较复杂的电路结构，需要设计非通用细小电路引线以及微型接插结构，而这些结构往往可靠性不佳，会出现引线或接插件故障引起的断路问题，从而导致传感器无法正常工作。
【发明内容】
[0009]本发明主要是解决现有技术中存在的不足，结构紧凑度高，传感器体积小，有效面积大，相应信号高，抗干扰性能好，有效期长，可以比较好的解决电路导通问题，稳定可靠，容易大批量工业生产的皮下组织介入式葡萄糖微型传感器及其制备方法。
[0010]本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:
[0011]—种皮下组织介入式葡萄糖微型传感器，包括底座，所述的底座中设有向外延伸的引线部分，所述的引线部分的末端与传感器部分相连接，所述的传感器部分与引线部分分别设在绝缘基层上；
[0012]所述的传感器部分包括工作电极、参比电极、对电极和空白电极，所述的工作电极设在绝缘基层正面的左端，所述的参比电极设在绝缘基层正面的右端，所述的对电极设在绝缘基层正面的左端，所述的空白电极设在绝缘基层正面的右端，所述的工作电极与参比电极呈间隔状分布，所述的对电极与空白电极呈间隔状分布，构成四电极体系；
[0013]或，
[0014]所述的传感器部分包括工作电极、对电极和参比电极，所述的工作电极设在绝缘基层一端面的左端，所述的对电极设在绝缘基层一端面的右端，所述的工作电极上端的内壁与对电极上端的内壁间设有参比电极，所述的工作电极、对电极和参比电极呈间隔状分布，构成三电极体系；
[0015]或，
[0016]所述的传感器部分包括工作电极、参比电极和对电极，所述的工作电极设在绝缘基层正面的左端，所述的参比电极设在绝缘基层正面的右端，所述的对电极设在绝缘基层背面的左端，所述的工作电极与参比电极呈间隔状分布，构成三电极体系；
[0017]或，
[0018]所述的传感器部分包括工作电极和参比电极，所述的工作电极设在绝缘基层的正面，所述的参比电极设在绝缘基层的背面，构成两电极体系；
[0019]所述的工作电极包括粘结层，所述的粘结层覆在绝缘基层的上部，所述的粘结层的上部的覆有导电层，所述的导电层的上部覆有惰性金属层，所述的惰性金属层的上部的覆有催化层，所述的催化层的上部的覆有酶层，所述的酶层的上部的覆有高分子层；
[0020]所述的参比电极包括参比电极粘结层，所述的粘结层覆在绝缘基层的上部，所述的粘结层的上部覆有参比电极导电层，所述的导电层的上部覆有惰性金属层，所述的惰性金属层的上部覆有银/氯化银层，所述的参比银/氯化银层的上部覆有参比高分子层；
[0021]所述的对电极包括粘结层，所述的粘结层设在绝缘基层的底部，所述的粘结层的表面覆有导电层，所述的导电层的表面覆有惰性金属层，所述的惰性金属层的表面覆有催化层，所述的催化层的表面覆有高分子层；
[0022]所述的空白电极包括粘结层，所述的电极粘结层设在绝缘基层的底部，所述的粘结层的表面覆有导电层，所述的导电层的表面覆有惰性金属层，所述的惰性金属层的表面覆有催化层，所述的催化层的表面覆有高分子层；
[0023]所述的引线部分由至少一个引线组件组成，所述的引线组件包括覆在绝缘基层表面的引线第一粘结层，所述的引线第一粘结层的表面覆有引线导电层，所述的引线导电层的表面覆有引线第二粘结层，所述的引线第二粘结层的表面覆有引线保护层。
[0024]作为优选，所述的引线组件设有4个，引线组件分别设在绝缘基层上表面的左端、绝缘基层上表面的右端、绝缘基层下表面的左端和绝缘基层下表面的右端，各引线组件间呈间隔状分布；
[0025]或，
[0026]所述的引线组件设有3个，3个引线组件均分在绝缘基层的一个端面上；
[0027]或，
[0028]所述的引线组件设有3个，其中二个引线组件均分在绝缘基层的上表面，另一个引线组件设在绝缘基层上表面的中间位；
[0029]或，
[0030]所述的引线组件设有2个，一个引线组件设在绝缘基层上表面的中间位，另一个引线组件设在绝缘基层下表面的中间位。
[0031 ]皮下组织介入式葡萄糖微型传感器的制备方法，按以下步骤进行:
[0032](1)、绝缘基层的选择:
[0033]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；
[0034]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，并提尚有关广品的使用寿命；良好的绝缘性能，体积电阻率达到1015 Ω.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；
[0035](2)、粘结层材质选择:
[0036]粘结层包括传感器部分和引线部分中各粘结层；
[0037]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；
[0038]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；
[0039](3)、导电层的选择:
[0040]导电层包括传感器部分和引线部分中各导电层；
[0041]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；
[0042]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；
[0043](4)、引线第二粘结层的选择:
[0044]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；
[0045]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；
[0046](5)、保护层的选择:
[0047]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；
[0048]该层厚度控制在5-15微米;可通过滚压法增加层间结合力；
[0049](6)、电极部分功能层制备:
[0050]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；
[0051]①、工作电极:
[0052]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；
[0053]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；
[0054]催化层为铂黑，可以通过电镀方法制备；
[0055]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；
[0056]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;
[0057]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；
[0058]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;
[0059]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；
[0060]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；
[0061 ]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；
[0062]葡萄糖氧化酶电极氧化葡萄糖的反应由两步酶反应组成:
[0063]D-glucose+G0D(FAD)—glucose-lactone+G0D(FADH2)
[0064 ] GOD (FADH2) +02^G0D (FAD) +H2O2
[0065]glucose-lactone+H20^glucose-acid
[0066]上述过程中，还原态葡萄糖氧化酶G0D(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