一种葡萄糖传感系统的制作方法_2

文档序号:8594703阅读:来源:国知局
18]进一步地,本实用新型所述传感器电极有η组,η彡2,其中的η_1组传感器电极中的第一工作电极和第二工作电极还包括具有生物相容性的可降解涂层,所述可降解涂层为工作电极的最外层,构成同一组传感器电极的第一工作电极和第二工作电极的可降解涂层相同。
[0019]进一步地,本实用新型同一组传感器电极中的工作电极表面的所述可降解涂层的降解速率相同,不同组传感器电极中的工作电极表面的可降解涂层的降解速率不同,使得当一组传感器电极中的工作电极中的葡萄糖氧化酶流失或失活时,另一组传感器电极中的工作电极中的葡萄糖氧化酶开始随着该工作电极表面的可降解涂层的降解而释放。
[0020]与现有技术相比,本实用新型的有益效果是:通过工作电极的差分结构,可以完全消除体内电化学活性物质的干扰,提高葡萄糖传感系统检测信号的准确性,并使葡萄糖传感系统对体内活性物质的抗干扰性能不会随着传感系统植入体内时间的变化而减弱。通过在不同组的传感器电极中的工作电极表面覆盖一层降解速率不同的可降解涂层,在涂层降解的过程中,缓慢将包裹在内部的葡萄糖氧化酶释放出来,并在各组传感器电极中的工作电极之间形成葡萄糖氧化酶逐个释放的接力机制,由此提高葡萄糖传感系统植入体内的寿命。本实用新型的这种差分式的传感器电极结构可以应用到由MEMS (微机电系统)工艺制作出的平面传感器电极上,从而可以减小传感器电极的体积,提高传感器电极的一致性,并且可以通过批量生产,降低成本。本实用新型这种抗干扰能力强、使用寿命长、生物相容性好的植入式或介入式实时检测葡萄糖传感系统在植入式或介入式医疗检测设备中有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型葡萄糖传感系统的一种实施方式的结构示意框图;
[0022]图2是本实用新型葡萄糖传感系统的另一种实施方式的结构示意框图;
[0023]图3是本实用新型中的各电极采用针状电极时的一组传感器电极的结构示意图;
[0024]图4是图3的仰视图;
[0025]图5是本实用新型的一组传感器电极的一种结构示意图,其中,各电极采用平面电极,对电极位于两个工作电极中间;
[0026]图6是图5的A-A剖面图;
[0027]图7是本实用新型的一组传感电极的另一种结构示意图,其中,各电极采用平面电极,对电极包围两个工作电极并将两者分隔;
[0028]图8是本实用新型的两组传感器电极的一种结构示意图,其中,各电极采用平面电极,且其中一组传感器电极的最外层为可降解涂层;
[0029]图9是图8的B-B剖面图;
[0030]图10是本实用新型的三组传感器电极的一种结构示意图,其中,各电极采用平面电极,且其中两组传感器电极中的工作电极的最外层涂覆有可降解涂层,不同工作电极的可降解涂层的厚度不同;
[0031]图11是图10的C-C剖面图。
【具体实施方式】
[0032]在本实用新型中,传感器电极2的组成可以为双电极结构,也可以为三电极结构。当传感器电极2为双电极结构时,每组传感器电极2的工作电极部分由第一工作电极81和第二工作电极82组成,各组传感器电极2共用一个对电极10,从而使得对电极10与第一工作电极81构成一个双电极结构,该对电极10又与第二工作电极82构成另一个双电极结构(图中未示出)。当传感器电极2为三电极结构时,每组传感器电极2的工作电极部分由第一工作电极81和第二工作电极82组成,各组传感器电极2共用一个参比电极9和一个对电极10,从而使得参比电极9和对电极10与第一工作电极81构成一个三电极结构,该参比电极9和对电极10又与第二工作电极81构成另一个三电极结构(参见图1)。为了使同一组的传感器电极2中的第一工作电极81和第二工作电极82处于完全相同的工作环境中,在每一组传感器电极的制作过程中,可使第一工作电极81到参比电极9的距离与第二工作电极82到参比电极9的距离相等,第一工作电极81到对电极10的距离与第二工作电极82到对电极10的距离相等;同时,在传感器电极的工作过程中,在第一工作电极81和第二工作电极82上施加相同的工作电压。
[0033]图1示出了本实用新型葡萄糖传感系统仅包含一组传感器电极时的结构示意框图。如图1所示,本实用新型葡萄糖传感系统包括恒电势仪1、一组传感器电极2、电流电压转换器31和电流电压转换器32、差分放大器4和A/D转换器5。参见图1,恒电势仪I与传感器电极2中的参比电极9和对电极10连接,由此通过恒电势仪I控制参比电极9与对电极10之间的电压,使其电压保持恒定。电流电压转换器31的输入端与第一工作电极81电连接,电流电压转换器32的输入端与第二工作电极82电连接,电流电压转换器31和电流电压转换器32分别用于将与其连接的工作电极上的电流信号转换为电压信号,电流电压转换器31和电流电压转换器32的输出端分别与同一个差分放大器4的两个输入端电连接,从而使上述电压信号经差分放大器4进行差分放大,得到葡萄糖传感系统的传感电极周围体液中的葡萄糖的浓度。
[0034]当本实用新型葡萄糖传感系统包括A/D转换器时(参见图1),A/D转换器5的输入端与差分放大器4的输出端电连接,使得经差分放大器4差分放大后的信号再经A/D转换器5采样,得到差分后的血糖浓度信号。
[0035]第一工作电极81和第二工作电极82的表面由内向外依次涂有酶固定层、控制释放层、生物相容性涂层。同一组传感器电极中的第一工作电极81具有与第二工作电极82相同的控制释放层和生物相容性涂层(即第一工作电极81和第二工作电极82的表面除酶固定层以外的其他各涂层,两个工作电极的同一种涂层在种类、物质组成以及涂层的厚度、高度等方面完全对应相同);而同一组传感器电极中的第一工作电极81的酶固定层内则仅比第二工作电极82的酶固定层内多固定有葡萄糖氧化酶(即第一工作电极81的酶固定层与第二工作电极82的酶固定层的区别仅在于:第一工作电极81的酶固定层内固定有葡萄糖氧化酶,而第二工作电极82的酶固定层内不固定葡萄糖氧化酶)。
[0036]参见图1,在由第一工作电极81、参比电极9以及对电极10构成的三电极结构中,由于第一工作电极81的酶固定层中固定有葡萄糖氧化酶,并在第一工作电极81上施加有工作电压,葡萄糖和体内干扰物质均可在第一工作电极81的表面发生反应,因此第一工作电极81上产生的电流信号为葡萄糖和干扰物质产生的电流信号的总和。在第二工作电极82、参比电极9以及对电极10构成的另一个三电极结构中,由于第二工作电极82的酶固定层中不含有葡萄糖氧化酶,但是施加了与第一工作电极81相同的工作电压,因此葡萄糖在第二工作电极82的表面不发生反应,而体内干扰物质会在电压的作用下发生反应,产生电流,因此第二工作电极82表面的电流信号只包含干扰物质产生的电流信号,而不含有葡萄糖的电流信号。由于上述两个三电极结构共用同一个参比电极9和对电极10(若是两个双电极结构,则是共用同一个对电极10),所以两个三电极结构(或两个双电极结构)所处的电学环境相同;同时由于传感器电极的尺寸很小,两个三电极结构(或两个双电极结构)所处的化学环境也相同,即传感器电极周围的葡萄糖浓度、电化学活性物质(如尿酸、抗坏血酸、醋氨酚等物质)的浓度均相同。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产生的电流相同。将两个工作电极上的电流引出进行差分后,得到的就是由葡萄糖在葡萄糖氧化酶作用下产生的电流。可见,本实用新型通过对传感器电极的工作电极上的信号进行差分的方法,可以将体内干扰物质对传感器检测信号准确性的影响完全消除。
[0037]传统的消除干扰物影响的方法是在传感器的工作电极外层涂覆抗干扰层,如醋酸纤维素、Naf1n、有机硅烷等。抗干扰层可以在一定程度上减小体内电化学活性物质的干扰,但并不能完全消除所有干扰物质的影响,只能在一定程度上降低其影响,而且不同的干扰物质需要不同的抗干扰层,因此使用该方法来消除体内电化学活性物质的影响,需要多种抗干扰材料。而本实用新型中通过在传感器电极的不同工作电极的表面进行有葡萄糖氧化酶和无葡萄糖氧化酶的处理,将工作电极上的信号使用差分的方法来消除干扰物质的影响,不需要额外的抗干扰层,且能完全消除体内电化学活性物质的影响。另外,现有的葡萄糖传感器采用具有抗干扰层的工作电极,植入体内之后,抗干扰层受到体内小分子物质以及炎症免疫细胞的影响,性能会逐渐降低。本实用新型由于采用差分的方法,无需采用抗干扰层,因此不存在抗干扰层性能下降的问题,且由于同一组传感器电极的两个三电极结构或两个双电极结构所处的电学环境和生化环境完全相同,因此在整个植入过程中,可以完全保持差分性能,消除干扰物质的影响。
[0038]图2为本实用新型葡萄糖传感系统的另一种实施方式。其中,电流电压转换器
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