一种生物传感器及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生物检测仪器领域，具体涉及一种生物传感器及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 生物传感器（biosensor)，是一种对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行 检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件(包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、 组织、核酸等生物活性物质）、适当的理化换能器(如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等 等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。
[0003] 电化学生物传感器已经被广泛应用于体外诊断领域，这些仪器系统能检测体液中 的生理物质，方便医生对病人状况分析和诊断，也有一些仪器系统应用到家庭使用，方便病 人的自我监控，这些生理指标包括血糖、胆固醇、尿酸、甘油三酸醋、乳酸、酮体、酶类等。目 前生物传感器已经被广泛应用于临床检测中，其中最普及的例子是便携式血糖测试系统。
[0004] 红细胞比容（Hematocrit)，又称红细胞压积（Hct)，是指一定量的抗凝全血经离 心沉淀后，测得下沉的红细胞占全血的容积比，是一种间接反映红细胞数量大小及体积的 简单方法。红细胞比容正常参考值如下：男0. 40~0. 50 ;女0. 35~0. 45。临床上，由于 不同的生理、病理状态，红细胞比容会增高或降低。如妊娠、贫血、或治疗，红细胞比容会降 低，某些极端情况甚至会低于20% ;新生儿的红细胞压积会比较高，通常会到50%~65%，有些 红细胞增多症的患儿甚至会到70%。
[0005] 比较常用的检测体液为血液和尿液，对于血液，由于个人的性别、生理状态、病理 状态不同，红细胞比容可能会有比较大的差别，因此红细胞比容是影响电化学生物传感器 检测准确度的一个重要原因。
[0006]目前电化学生物传感器解决红细胞比容影响的方法主要有，在反映区上加一层多 孔网膜，或者在试剂体系里加入能形成网架结构的多聚物，把红细胞过滤掉，避免它们进入 反应区域干扰反应。如：公开日为1999年09月14日、专利公开号为US5951836(A)的美国专 利（Disposable glucose test strip and method and compositions for making same)， 通过在试剂中加入二氧化硅，干燥后形成亲水和疏水的二维网状结构，阻止红细胞通过该 网状结构进入电极，从而降低测试对红细胞比容的敏感性。又如：公开日为2008年06月 26 日、公开号为 US2008/0149480A1 的美国专利（Gel formation to reduce hematocrit sensitivity in electrichemical test)，通过试剂中加入凝胶基质，能够过滤红细胞，阻 止或减少一部分红细胞进入接触电极，从而减少电化学生物传感器测试对红细胞比容的敏 感性。又如：公开日为2009年12月03日，公开号为US20090294302A1的美国专利（Use of Alginate to Reduce Hematocrit Bias in Biosensors)，通过试剂中加入海藻酸盐多聚 物，减少红细胞的迀移，阻止或减少一部分红细胞进入接触电极，从而减少电化学生物传感 器测试对红细胞比容的敏感性。又如：公开日为2009年3月10日、公开号为US7501053(B2) 的美国专利（Biosensor having improved hematocrit and oxygen biases)，提到通过膜 技术，把红细胞过滤掉，从而降低电化学生物传感器测试对红细胞比容的敏感性。
[0007] 但是上述这些专利文献报道的方法并没有彻底解决红细胞比容敏感性的问题，这 些技术手段仍然会有一些红细胞会穿过膜的微孔或者多聚物的网架结构，进入反应区并接 触电极，从而干扰反应和测试；更有一些人员或样本，红细胞的尺寸比较小，更加容易穿过 膜的微孔或者多聚物的网架结构，极大的影响了测试结果。
【发明内容】
[0008] 针对现有技术存在的上述问题和缺陷，本发明旨在提供一种生物传感器，从降低 红细胞比容敏感性出发，以期能够改善红细胞比容敏感性的问题，从而提高测试结果的准 确性，最大程度降低红细胞对测试结果的干扰。
[0009] 为实现本发明的目的，发明人提供如下的技术方案： 本发明首先提供了第一种生物传感器，其组成包括绝缘基材层，附着在绝缘基材层上 的电极系统，所述的电极系统至少包括一条工作电极和一条对电极，覆盖在电极系统上面 的试剂层，所述的试剂层应至少覆盖一个工作电极，以及位于电极系统和试剂层上面的反 应室，所述的反应室由空间层和覆盖层组成，且反应室具有透气孔，其中：所述的试剂层的 组分含有红细胞凝集剂。
[0010] 本发明还提供了第二种生物传感器，其组成包括绝缘基材层，附着在绝缘基材层 上的电极系统，所述的电极系统至少包括一条工作电极和一条对电极，覆盖在电极系统上 面的试剂层，所述的试剂层应至少覆盖一个工作电极，粘附于试剂层上的网膜层，以及位于 电极系统和网膜层上面的反应室，所述的反应室由空间层和覆盖层组成，且反应室具有透 气孔，其中：所述的网膜层为红细胞凝集剂处理的网膜层。
[0011] 作为优选，本发明的生物传感器中，所述的红细胞凝集剂为凝集素或抗红细胞 抗体，凝集素包括动物来源凝集素和植物凝集素。植物凝集素比较容易获取，价格也比 较便宜，可选的植物凝集素包括但不限于刀豆素A (Conconvalina, ConA)、麦胚素（Wheat germ agglutinin, WGA)、花生凝集素（Peanut agglutinin, PNA)和大豆凝集素（Soybean agglutinin，SBA)，试剂溶液中的使用浓度区间为0. 01%~5. 0%，优选使用浓度区间为 0. 1%~1.0%。抗红细胞抗体包括单克隆抗体和多克隆抗体，优选能够使不同血型红细胞凝 集的多克隆抗体，试剂溶液中的使用浓度区间为1 u g/mL~ 1 Omg/mL，优选使用浓度区间为 10ug/mL~0. lmg/mL〇
[0012] 作为优选，本发明的生物传感器中，所述的电极系统中的每个电极都有延伸导线 及接触区，延伸导线和接触区的材料可以和电极材料相同，也可以不同；通过接触区和测试 仪连接，测试仪能够给出和接收生物传感器的反应信息，并把反应信息的原始信号通过运 算转化成测试结果。
[0013] 作为优选，本发明的生物传感器中，所述的空间层的厚度为0. 025mm~0. 5mm。更优 选的是空间层的厚度为0.075mm~0. 125mm。空间层在反应室区域镂空，结合覆盖层形成了 反应室。空间层的材料可以是带基材或不带基材的胶带，加工好后粘合上去；也可以是胶或 聚合物浆料，通过丝网印刷上去；如电极上无其他绝缘材料隔开，空间层的材料必须是良好 的绝缘材料。
[0014] 作为优选，本发明的生物传感器中，所述的覆盖层可使用PET材料，优选透明的亲 水处理过的材料，透明能帮助用户容易确认反应区进样状态，亲水能使进样更为顺畅，非反 应室区域可以不透明，印刷进样标志和Logo,可用的材料如3M公司的9971亲水膜。反应室 应有透气孔，以便形成虹吸作用，本发明实施例的透气孔通过镂空反应室的空间层来实现。 [0015] 反应室由基材、空间层和覆盖层构建而成，反应室包含基材上的电极和电极上的 试剂。
[0016] 作为优选，本发明的生物传感器中，绝缘基材层的材质包括但不限于PET、PP、PVC、 亚克力中的一种。
[0017] 作为优选，本发明的生物传感器中，电极的材料包括但不限于石墨、银、金、铂、钯、 ITO、IZ0中的一种。
[0018] 本发明的试剂层包含酶、电子介体、缓冲液、表面活性剂、多聚物等组分。酶的作用 是特异性的和被检测物反应；电子介体从酶和被检测物的反应中获取电子，并扩散到电极 上释放电子，并形成信号，该信号可以被测试仪捕获；缓冲液保证一个合适的反应环境；表 面活性剂能够优化反应条件，并促进样本扩散；多聚物能形成网架结构，并一定程度上固定 酶。
[0019] 根据检测项目的不同，可以选择不同的酶，如检测血糖可以选用葡萄糖脱氢酶、葡 萄糖氧化酶；检测乳酸，可以选择乳酸氧化酶、乳酸脱氢酶；检测尿酸，可以选择尿酸氧化 酶，也可以选择不用酶的无酶尿酸传感器；检测羟丁酸，可以使用羟丁酸脱氢酶等 等；另有些需要两种或多种酶的参数，如检测胆固醇，需要胆固醇酯酶和胆固醇氧化酶或胆 固醇脱氢酶的组合；一些氧化酶和过氧化物酶的组合进行检测等。
[0020] 代表性的电子介体有二茂铁衍生物，如二茂铁甲酸；铁氰化物，如铁氰化钾；钌 络合物，如六氨三氯化钌；普鲁士蓝；甲基蓝；麦尔多兰；甲基吩嗪硫酸甲酯盐类化合物； 2, 6-二氯靛酚；醌类化合物；钴、镍络合物；四硝唑类化合物；萘酚氯；4-氨基安替比林等 等。
[0021] 多聚物包括粘合剂和填充剂等。粘合剂可以是黄原胶、明胶、羟乙基纤维素、羟甲 基丙基纤维素等；填充剂可以是纤维素类，如微晶纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基 纤维素、羟甲基丙基纤维素、羧甲基纤维素钠、羧甲基淀粉钠、磷灰石、气化二氧化硅、高岭 土、蒙脱石、壳聚糖、环糊精、海藻酸钠、糖苷、PMMA、琼脂、明胶、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、 PE0、PVA