一种葡萄糖传感系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种葡萄糖传感系统，属于医疗检测设备领域。
【背景技术】
[0002]糖尿病是由遗传因素、免疫功能紊乱、微生物感染及其他毒素、自由基毒素、精神因素等等各种致病因子作用于机体导致胰岛功能减退、胰岛素抵抗等而引发的糖、蛋白质、脂肪、水和电解质等一系列代谢紊乱综合征。糖尿病人的血糖一旦控制不好会引发糖尿病并发症，如血糖过低、酮酸中毒、昏迷、高血压、心脏病变、肾衰竭、神经病变、视网膜损伤、下肢坏疽等。
[0003]连续血糖监测是将葡萄糖传感器植入患者的皮下，实时监测组织液中的葡萄糖浓度，糖尿病人可以根据测得的血糖浓度，来调整饮食以及作息，从而使血糖值稳定在正常的范围。严格使用连续血糖监测可以使糖尿病患者的寿命延长5年，视力延长8年，肾衰竭延缓6年，下肢坏疽延缓6年。
[0004]传感器植入体内后，体内的一些内源性电化学活性物质，如抗坏血酸、尿酸、醋氨酚等在电压作用下，在电极表面发生氧化反应，产生的氧化电流与葡萄糖在电极表面氧化产生的电流混合，从而影响血糖浓度的准确性。为了减小葡萄糖监测过程中干扰物质对传感器信号造成的误差，研宄人员通常在传感器外层涂覆一层抗干扰膜，通过基于膜的尺寸选择或者极性选择特性，来限制干扰物质的透过，从而提高传感器检测信号的准确性。
[0005]现有的商业化的连续血糖监测传感器一般植入体内可以连续测量3-5天，几天之后，传感器出现灵敏度下降、基线漂移等问题，对测试结果的准确性产生影响。传感器出现功能失效的原因一方面在于传感器表面的生物相容性不够，导致植入体内之后产生免疫反应和排异反应，体内的免疫细胞以及大分子蛋白吸附在传感器表面，形成纤维包囊，导致葡萄糖和氧气的透过性降低，从而造成传感器的灵敏度下降；另一方面传感器植入体内后，血液和组织液中的金属离子、小分子物质会对酶的活性造成抑制，从而使传感器植入后灵敏度下降。除此之外，酶流失也是传感器失效的一个重要因素。
[0006]常用的延长传感器寿命的方式是提高传感器的生物相容性，然而，生物相容性涂层虽然可以提高传感器的生物相容性，减小植入后的免疫反应、炎症反应，但是仍然不能阻止传感器长期植入后的灵敏度以及稳定性的下降；并且，传感器植入体内之后一般只能维持3-5天的寿命，频繁更换传感器会使患者的经济负担急剧增加。除此之外，体内电化学活性物质在电压的作用下，在电极表面发生氧化反应，从而影响传感器的准确性。虽然Naf1n、醋酸纤维素等抗干扰涂层可以减小干扰物对传感器检测信号的影响，但长期植入体内还是会使抗干扰层的效果减弱，最终将达不到抗干扰的效果。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型所要解决的第一个技术问题是提供一种具有新结构的葡萄糖传感系统，以减小体内电化学活性物质对其检测信号的影响。
[0008]本实用新型所要解决的第二个技术问题是提供一种葡萄糖传感系统，以提高传感器系统植入体内后的工作寿命。
[0009]本实用新型的发明构思是:为了减小体内电化学活性物质对葡萄糖传感器的检测信号的影响，本实用新型设计了一种差分式的电极结构，每组传感器电极共用一个参比电极和一个对电极(当为双电极结构时，则共用一个对电极)；每组传感器电极的工作电极部分包括两个工作电极，其中第一工作电极上的酶固定层内含有对葡萄糖敏感的葡萄糖氧化酶，第二工作电极的酶固定层内不含有葡萄糖氧化酶，两个工作电极的其余涂层均相同。在电压的作用下，葡萄糖只能在固定有葡萄糖氧化酶的工作电极表面发生氧化反应，而体内的电化学活性干扰物在两个工作电极的表面均能发生氧化反应；将两个工作电极的电流信号进行差分，就可以得到由于葡萄糖反应产生的电流变化，从而得到葡萄糖的浓度。本实用新型采用上述差分式的电极结构对干扰物产生的信号进行消除，一方面由于两个工作电极的差别仅在于其中一个工作电极的表面固定有葡萄糖氧化酶而另一个工作电极表面不固定葡萄糖氧化酶，其他条件全部相同，因此在相同的工作电压下，电化学活性物质在两个工作电极上的氧化反应完全相同，由此产生的干扰电流信号也相同，通过差分可以完全消除；另一方面由于该差分式的电极结构无需抗干扰层，因此不存在抗干扰层性能的变化，植入体内之后抗干扰性不会随着植入时间的变化而减弱，可以提高传感器抗干扰特性的长期稳定性。
[0010]为了解决传感器植入体内后寿命短的问题，本实用新型进一步采用多组传感器电极的结构，并在每组传感器电极的工作电极的最外层涂覆一层具有生物相容性的可降解涂层。该可降解涂层一方面可以保护电极表面的葡萄糖氧化酶，防止由于葡萄糖氧化酶流失而造成传感器性能的下降；另一方面，初始状态时，葡萄糖氧化酶受可降解涂层保护，不参与催化反应，植入体内后，随着可降解涂层的降解，葡萄糖氧化酶被慢慢释放出来，代替已经失活的或者流失的葡萄糖氧化酶参与催化反应，形成葡萄糖氧化酶释放的接力机制，从而延长传感器的寿命。
[0011]本实用新型可以通过在不同组传感器电极中的工作电极表面覆盖降解速度不同的可降解材料来控制葡萄糖氧化酶释放的速度，使得当其中第一组传感器电极的工作电极表面的葡萄糖氧化酶流失或失活，传感器灵敏度开始出现下降时，第二组工作电极表面的葡萄糖氧化酶此时随着可降解材料的降解而开始释放，代替第一组工作电极表面失活或流失的葡萄糖氧化酶参与催化反应，从而使葡萄糖传感系统整体的灵敏度保持稳定。本实用新型可以通过在更多组传感器电极的工作电极表面涂覆降解速率不同的可降解涂层，并使各组传感器电极的工作电极表面的可降解涂层逐个形成降解接力，由此来延长葡萄糖传感系统的寿命。
[0012]具体地说，本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是:
[0013]本实用新型的一种葡萄糖传感系统包括恒电势仪，并且还包括第一电流电压转换器、第二电流电压转换器、差分放大器和一组以上传感器电极；所述传感器电极与恒电势仪连接；每组所述传感器电极的工作电极部分包括一个第一工作电极和一个第二工作电极，其中，所述第一工作电极与所述第一电流电压转换器的输入端电连接，所述第一电流电压转换器的输出端与所述差分放大器的其中一个输入端电连接，所述第二工作电极与所述第二电流电压转换器的输入端电连接，第二电流电压转换器的输出端与所述差分放大器的另一个输入端电连接；所述第一工作电极和所述第二工作电极的表面涂有涂层，所述涂层由内向外为酶固定层、控制释放层和生物相容性涂层；除所述酶固定层以外，所述第一工作电极的其他涂层与所述第二工作电极的对应涂层相同；所述第一工作电极的酶固定层内仅比所述第二工作电极的酶固定层多固定有葡萄糖氧化酶。
[0014]进一步地，本实用新型还包括A/D转换器，所述A/D转换器的输入端与所述差分放大器的输出端电连接。
[0015]本实用新型的另一种葡萄糖传感系统包括恒电势仪，并且还包括第一电流电压转换器、第二电流电压转换器、第一放大器、第二放大器、第一 A/D转换器、第二 A/D转换器、差分运算器和一组以上传感器电极，所述传感器电极与恒电势仪连接；每组所述传感器电极的工作电极部分包括一个第一工作电极和一个第二工作电极，其中，所述第一工作电极与第一电流电压转换器的输入端电连接，第一电流电压转换器的输出端与所述第一放大器的输入端电连接，所述第二工作电极与第二电流电压转换器的输入端电连接，第二电流电压转换器的输出端与所述第二放大器的输入端电连接；所述第一放大器的输出端与第一 A/D转换器的输入端电连接，所述第二放大器的输出端与第二 A/D转换器的输入端电连接，第一 A/D转换器的输出端和第二 A/D转换器的输出端均与所述差分运算器连接；所述第一工作电极和所述第二工作电极的表面涂有涂层，所述涂层由内向外为酶固定层、控制释放层和生物相容性涂层；除酶固定层以外，所述第一工作电极的其他涂层与所述第二工作电极的对应涂层相同，所述第一工作电极的酶固定层内仅比所述第二工作电极的酶固定层多固定有葡萄糖氧化酶。
[0016]进一步地，本实用新型各组所述传感器电极共用一个参比电极和一个对电极，所述参比电极和对电极同时与所述恒电势仪连接；在每组所述传感器电极中，第一工作电极与所述参比电极和对电极构成一个三电极结构，第二工作电极与所述参比电极和对电极构成另一个三电极结构；参比电极与同一组传感器电极中的第一工作电极和第二工作电极的距离相等，对电极与同一组传感器电极中的第一工作电极和第二工作电极的距离相等。
[0017]进一步地，本实用新型各组所述传感器电极共用一个对电极，所述对电极与所述恒电势仪连接；在每组所述传感器电极中，第一工作电极与所述对电极构成一个双电极结构，第二工作电极与所述对电极构成另一个双电极结构；对电极与同一组传感器电极中的第一工作电极和第二工作电极的距离相等。
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