分析装置的制作方法

专利名称：分析装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分析装置。
背景技术：
作为测量如血液等生物样品中所含的各种物质的方法，例如已知有使用酶的酶传感器的方法。在利用其中使用一般酶的电化学反应系统的酶传感器中，信号通过检测电极表面上基于酶催化反应产生的电子转移而获得。即使在使用取决于颜料的光性质的变化的比色反应系统作为检测方法时，其基本反应也源于酶催化反应(氧化还原)并涉及电子转移。在这些反应系统中，反应系统中的电子输送效率影响检测灵敏度。已知有改善电子输送效率以提高酶传感器的灵敏度的各种技术。例如，国家阶段公报(PCT申请的翻译)第2002-514305号公开了一种传感器，其 中用具有螺旋状结构的物质(如核酸)作为导电性聚合物来使电极的表面改性，以促进电子向靶向酶分子转移或自其移走。由于电极与酶之间的电子转移通过酶的活性中心发生，因此活性中心所存在于其中的位点的排列方式对于电极非常重要。为降低对于酶的活性中心的取向的影响及因此而高效地输送电子，已知有充当被氧化/还原以输送电子的电子输送介体的分子(例如具有如铁、铜、锇或钌等过渡金属作为活性中心的络合物)，并且还已知有使用络合物的传感器(例如，参见日本国国家阶段公报(PCT申请的翻译)第2006-509837号和第2005-520172号)。作为酶电极，已知有使用聚卩比咯的系统(例如,Biosensors&Bioelectronics,第I卷(1992),第461-471 页和Sensors and Actuators B,第 106卷(2005),第289-295页)。由于单体吡咯的水溶性很差，因此不能直接将吡咯与酶液混合来制备电极材料表面上的酶电极。因此，例如，在这些文件(即，Biosensors&Bioelectronics,第 7 卷(1992),第 461-471页和Sensors and Actuators B,第106卷(2005),第289-295页)中，聚合反应使用氯化铁和吡咯溶液在轨迹蚀刻膜中进行，并且之后用酶液浸溃该膜以获得电极。

发明内容
然而，对于如用于检测样品中的分析物的传感器等分析装置的灵敏度，还存在改进的空间。在一种传感器中，较高的检测灵敏度不仅可以检测样品中的少量分析物，还在需要传感器本身小型化时有利。另外，用作电子输送介体的金属络合物通常是昂贵的材料并且作为一种物质会变得不稳定或者干扰反应电势，因为金属络合物本身被氧化和还原。此外，对于使用聚吡咯的酶电极，其制造方法非常复杂。此外，当对处于水性系统环境中的聚卩比咯连续施加电压时，聚卩比咯会分解(参见Sensors and Actuators B,第106卷(2005)，第289-295页)，因此，当使用其中采用聚吡咯的酶电极时长期使用可靠性会降低。因此，对于通过使用具有稳定性的电子输送物质而具有比本领域常用分析装置更高的灵敏度和可靠性的分析装置一直存在需求。因此，本发明的一个目的是提供具有比本领域常用分析装置更高的灵敏度和可靠性的分析装置；和提供使用该分析装置的分析方法。本发明的示例性实施方式包括以下实施方式，但是本发明不限于以下示例性实施方式。<1> 一种分析装置，所述分析装置包含电子检测介质，其用于获得分析与电子转移水平相关的分析物所需的信息；和试剂部分，所述试剂部分设置在所述电子检测介质上并包含电子输送物质以用于在所述分析物与所述电子检测介质之间输送电子，所述电子输送物质包含水溶性芳香族杂环化合物并且不含金属络合物。
<2>如〈1>所述的分析装置，其中，所述电子输送物质包含选自由吡啶化合物和咪唑化合物组成的组(由吡啶、咪唑及其衍生物组成的组)中的至少一种水溶性芳香族杂环化合物。<3>如〈1>或〈2>所述的分析装置，其中，所述水溶性芳香族杂环化合物的分子量为1,000以下。<4>如<1> 〈3>中任一项所述的分析装置，其中，所述试剂部分还包含将电子转移至所述分析物或从所述分析物将电子移走的电子转移化合物。<5>如〈4>所述的分析装置，其中，所述电子转移化合物为氧化还原酶。<6>如〈4>或〈5>所述的分析装置，其中，所述电子输送物质的浓度为使得电子能在所述电子检测介质与所述电子转移化合物之间输送的浓度。〈7>如〈1> 〈6>中任一项所述的分析装置,其中，基于所述试剂部分的总质量,所述电子输送物质的浓度为10质量％ 60质量％。<8>如〈1> 〈7>中任一项所述的分析装置，其中，所述电子输送物质包含选自由吡啶和氨甲基吡啶组成的组中的至少一种水溶性芳香族杂环化合物。<9>如〈1> 〈8>中任一项所述的分析装置，其中，所述试剂部分包含交联物质。<10>如〈1> 〈9>中任一项所述的分析装置，其中，所述试剂部分包含通过使用选自由戊二醛、碳二亚胺化合物和琥珀酰亚胺酯组成的组中的至少一种进行交联而获得的交联物质。〈11>如〈1> 〈10>中任一项所述的分析装置，其中，所述电子检测介质为电导体。<12>如〈1> 〈11>中任一项所述的分析装置，其中，所述分析物为糖类。<13> 一种分析方法，所述分析方法包含使用如〈1> 〈12>中任一项所述的分析装置基于分析物的电子转移水平获得分析所述分析物所需的信息。


根据以下附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述，其中图I是本发明的一个示例性实施方式的分析装置的概念图；图2是显示本发明的实施例I中来自酶电极的葡萄糖响应电流的图；图3是显示本发明的实施例2中来自酶电极的葡萄糖响应电流的伏安图(氧化曲线)；
图4是显示本发明的实施例3中来自酶电极的葡萄糖响应电流的图；图5是本发明的实施例4中以连续测量酶电极的方式确认稳定性的图；图6是显示本发明的实施例5中来自酶电极的葡萄糖响应电流的图；并且图7是显示本发明的比较例I中来自酶电极的葡萄糖响应电流的图。
具体实施例方式本发明的分析装置包含电子检测介质，其用于获得分析与电子转移水平相关的分析物所需的信息；和试剂部分，其设置在电子检测介质上并包含电子输送物质以用于在分析物和电子检测介质之间输送电子，所述电子输送物质包含水溶性芳香族杂环化合物，并且不含金属络合物。
本发明的分析方法包含使用分析装置基于分析物的电子转移水平获得对分析物进行分析所需的信息。根据本发明，电子在分析物与电子检测介质之间得到有效输送，因为试剂部分中的电子输送物质包括水溶性芳香族杂环化合物(下文中也简称为“芳香族杂环化合物”)。由于芳香族杂环化合物可以简单地充当用于输送电子的场所，并且芳香族杂环化合物本身并不需要像金属络合物的情形中那样进行氧化还原反应，因此芳香族杂环化合物被认为不依赖于于系统中的反应电势并且是稳定的化合物。结果，在例如应用于传感器和/或其他用途时，包含含有此种水溶性芳香族杂环化合物的试剂部分的本发明的分析装置，能够具有比本领域常用的分析装置更高的灵敏度和可靠性。另外，通过使用这种分析装置，可以以比本领域中常用的灵敏度和可靠性更佳的灵敏度和更高的可靠性对分析物进行分析。更具体而言，据认为，当水溶性芳香族杂环化合物存在于试剂部分中时，芳香族杂环化合物的分子彼此靠近，以垂直于芳香族杂环化合物的分子表面存在的n电子的电子云成为电子输送路径，并且因此电子得到有效输送。另外，据认为，未涉及水溶性芳香族杂环化合物的自身的任何氧化还原反应的原因在于，离域n电子的电子云被用作电子输送路径。参照图1，作为用作酶电极的情形的一个实例，描述了本发明的一个示例性实施方式的分析装置。但是，本发明并不受缚于以下理论。作为试剂部分的电子转移层14设置在酶电极10中作为电子检测介质的电极12上，并且如氧化还原酶16等电子转移化合物的分子彼此独立地存在于电子转移层14中。氧化还原酶16的分子的活性中心18相对于电极12不以相同方向取向，因为活性中心18通常位于氧化还原酶16分子的一部分中。也即，在一个氧化还原酶分子中，活性中心18位于电极12附近，并且在另一个氧化还原酶16的分子中，活性中心18位于远离电极12的位置。因此，氧化还原酶16的活性中心18与电极12之间的电子转移(图I中箭头的方向)的距离被认为是不同的。当氧化还原酶16分子的活性中心18与电极12的距离很远时，单独通过氧化还原酶16引起氧化还原酶16与电极12之间的电子转移变得很难。根据本发明的示例性实施方式，据认为，芳香族杂环化合物20(图I中的含氮芳香族杂环化合物)存在于电子转移层14中的氧化还原酶16与电极12之间。因此，据认为，即使当氧化还原酶16的活性中心18与电极12之间的距离很远时，如果芳香族杂环化合物20存在于二者之间，则芳香族杂环化合物20进入氧化还原酶16与电极12之间的空隙，并且芳香族杂环化合物20与氧化还原酶16彼此重叠从而利用芳香族杂环化合物20的电子构造出电子转移路径。此类电子转移路径的构造使得经由利用芳香族杂环化合物20的电子转移路径的电子转移不仅发生于存在于电极12附近位置处的氧化还原酶与电极12之间，还发生于存在于远离电极12的位置处的氧化还原酶16与电极12之间。结果，取决于存在的分析物的量的电子在氧化还原酶16与电极12之间转移，并通过未示出的检测系统转化为样品中的分析物的量，从而可以检测分析物是否存在及其量。在分析装置中，电子输送物质在试剂部分中的浓度可以是使电子能够在电子转移化合物与电子检测介质之间输送的浓度，例如，当存在电子转移化合物时，基于试剂部分的总质量，电子输送物质的浓度可以为10质量％ 60质量％、优选10质量％ 50质量％。当电子输送物质的浓度为此浓度时，在分析物周围的电子输送物质中所包含的芳香族杂环 化合物分子可以更加彼此接近，从而构造出具有能够促成更佳电子输送的厚度的电子转移路径。结果，可以制造具有更好的灵敏度的分析装置。在分析装置中，芳香族杂环化合物可以是例如含氮芳香族杂环化合物，并且例如优选为选自由吡啶、咪唑及其衍生物组成的组中的至少一种。可以用作为芳香族杂环化合物的含氮芳香族杂环化合物(例如选自由吡啶、咪唑及其衍生物组成的组中的至少一种)来制成具有较高灵敏度的分析装置。在分析装置中，试剂部分优选包含电子转移化合物，所述电子转移化合物向分析物转移电子或从分析物将电子移走，并且所述电子转移化合物为例如氧化还原酶。通过将如氧化还原酶等电子转移化合物并入试剂部分，可以以较高灵敏度容易地检测天然存在的物质或源于活体的物质。在分析装置中，分析物可以是例如糖，并且在此情形中，可以以良好的灵敏度检测糖。本文中所使用的术语“步骤”不仅包括单独的步骤，还包括其中即使该步骤无法清楚地区别于其他步骤但实现了该步骤的预期效果的步骤。如本说明书中所采用的使用“A B”表示的数值范围是指分别包括A和B作为最小和最大值的范围。在本发明中，当组合物中存在对应于一种组分的多种物质时，除非另外指定，否则组合物中该组分的量是指存在于组合物中的所述多种物质的总量。下面描述本发明。本发明的示例性实施方式的分析装置的包含电子检测介质，其用于获得分析与电子转移水平相关的分析物所需的信息；和试剂部分，其设置在电子检测介质上并包含电子输送物质以用于在分析物和电子检测介质之间输送电子，其中，所述电子输送物质包含水溶性芳香族杂环化合物，条件是所述电子输送物质不含金属络合物。电子检测介质用于获得分析与电子转移水平相关的分析物所需的信息，并且优选包含依次安置的可向分析物转移电子或将电子从分析物移走的导电层和用于限定或确保电子检测介质的物理特性(例如限定形状或确保刚性)的支撑部件。试剂部分设置在电子检测介质上，并包含用于在分析物与电子检测介质之间输送电子的电子输送物质。在试剂部分中，电子输送物质可以包含在位于电子检测介质上的层中。对应于试剂部分并包含电子输送物质的层在本文中被称为“电子转移层”。电子检测介质(I)支撑部件支撑部件的材料可以是具有绝缘性的材料或者具有导电性的材料。作为具有绝缘性的支撑部件，可以使用市售工程塑料，如聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰亚胺、聚苯乙烯或Duracon (来自 Polyplastics Co. , Ltd.的注册商标)。作为具有导电性的支撑部件，可以使用例如导电性复写纸、碳纤维网或者板状、棒状或薄膜状金属(例如金或钼)。当使用具有导电性的支撑部件时，支撑部件也可以充当用于从分析装置中获取输出的引导物。支撑部件可以是在测量中具有足够刚性的部件。支撑部件可以可选地具有柔性。·支撑部件的形状不受特别限制。支撑部件可以具有例如膜或棒的形状，并且形状可以根据目的而有不同的改变。支撑部件的厚度通常为0. Imm 1_，其视分析装置的应用而定但并不限于此。(2)导电层电子检测介质中的导电层位于支撑部件上，并包含可以向下述电子转移层转移电子或将电子从该电子转移层移走的导电性物质。通过含有此种导电性物质，存在以下优点例如电子检测介质成为导电体，并且电子可以容易地作为电信号而被检测。作为不被特别限定的导电性物质，可以使用能够转移电子的已知物质。此类物质的实例可以包括碳材料、金属和承载有金属的碳等，并且可以将一种物质单独使用，也可以将两种以上物质组合使用。用作导电性材料的碳材料可以以碳颗粒的形式使用，或者以其中碳颗粒被高密度地排列或整合的结构的形式使用。此类碳颗粒的实例可以包括活性炭、石墨、炭黑和形成较高级结构的颗粒(由金刚石类碳代表)、碳纳米管或富勒烯。所述其中碳颗粒被高密度地排列或整合的结构包括玻璃碳、热解石墨碳和/或塑料形成的碳等。例如，通过使用此类碳材料，可以获得能够成型为所期望的形状的优点。使用的是一次粒径例如为3nm 150nm、更优选为3nm 50nm的碳颗粒。其中碳颗粒具有所述粒径的导电性物质具有下述优点电子检测介质的比表面积得到提高，或者微细结构的三维相互作用容易在电子转移中发生。作为导电性材料的金属可以以导电性金属颗粒的形式存在于导电层中。当使用金属颗粒时，金属颗粒可以独立于碳颗粒存在或者承载在碳颗粒上。此类金属的典型实例包括贵金属，如钼(Pt)、铑(Rh)、金(Au)、银(Ag)、钯(Pd)、钌(Ru)、铱(Ir)或锇(Os)，并且可以单独使用这些贵金属中的一种，或者将其以两种以上组合使用。优选的是，单独使用钼或者将钼与任一种或多种贵金属组合使用。当金属作为金属颗粒承载在碳颗粒上时，金属的粒径为可使金属颗粒适当地承载在碳颗粒上的粒径，例如为Inm 20 ii m、优选Inm 4nm的胶体水平的粒径。相对于100质量份碳颗粒，承载在碳颗粒上的金属颗粒的量可以为例如0. I质量份 60质量份。承载在碳颗粒上的金属颗粒的量不低于0. I质量份可以进一步改善灵敏度，而金属颗粒的量不超过60质量份可以提供例如更佳的所使用的金属量与灵敏度之间的关系，由此可提供经济优势。优选的是，相对于100质量份碳颗粒,承载在碳颗粒上的金属颗粒的量为0. 5质量份 40质量份。
包含在导电层中的金属可以作为一种组分存在于与碳颗粒层不同的层中。在此情形中的导电层可以由具有碳颗粒的层(含碳层)和具有金属元素的层(含金属层)构成。作为可包含在含金属层中的金属的种类，可以应用上述金属本身。所述含金属层优选位于支撑部件与含碳层之间。上述碳材料和金属的形式不受特别限制，并可以是颗粒的形式以及如板、棒和薄膜形式等任何其他形式。碳和金属的形式可以彼此相同或不同。导电层的厚度通常为但不限于0. 01 ii m 10 ii m,可根据分析装置的应用而改变。电子转移层 电子转移层包含电子输送物质，并优选还包含向分析物转移电子或将电子从分析物移走的电子转移化合物。电子转移层可以优选位于使得电子向电子检测介质转移自其移走的位置。电子转 移层可以被设置成与电子检测介质接触，但并非必须与电子检测介质接触，而且，例如可以在电子转移层与电子检测介质之间设置不干扰电子输送的另一层。电子转移层的厚度通常为但不限于0. I y m 5 y m，可根据分析装置的应用而改变。(I)电子转移化合物分析装置中的电子转移化合物可以是根据存在的分析物的量向分析物转移电子或将电子自其移走的化合物。此类电子转移化合物的实例可以包括与分析物的酶反应中所涉及的化合物。这些电子转移化合物可以根据分析装置的应用而得到适当选择。电子转移化合物优选为酶，更优选为氧化还原酶。在使用酶作为电子转移化合物的酶的分析装置中，在分析物与电子转移化合物之间转移的电子可以基于酶-底物相互作用，根据存在的分析物的量而得到简单容易的评估。因此，分析装置适于通过特定酶促反应定量测量在混合有各种底物的样品中某种分析物的浓度。氧化还原酶是催化氧化还原反应的催化剂，可以根据分析物的种类和所进行的检测的详细情况来在同一分析装置中使用一种酶或者多种不同酶的组合。氧化还原酶的实例包括葡萄糖氧化酶(GOD)、半乳糖氧化酶、胆红素氧化酶、丙酮酸氧化酶、D-或L-氨基酸氧化酶、胺氧化酶、胆固醇氧化酶、胆碱氧化酶、黄嘌呤氧化酶、肌氨酸氧化酶、L-乳酸氧化酶、抗坏血酸氧化酶、细胞色素氧化酶、乙醇脱氢酶、谷氨酸脱氢酶、胆固醇脱氢酶、醛脱氢酶、葡萄糖脱氢酶(GDH)、果糖脱氢酶、山梨糖醇脱氢酶、乳酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶、甘油脱氢酶、17B-羟基类固醇脱氢酶、雌二醇17B脱氢酶、氨基酸脱氢酶、甘油醛-3-磷酸脱氢酶、
3-羟基类固醇脱氢酶、黄递酶、细胞色素氧化还原酶、过氧化氢酶、过氧化物酶、谷胱甘肽还原酶。特别是，优选糖的氧化还原酶，并且此类氧化还原酶的实例包括葡萄糖氧化酶(GOD)、半乳糖氧化酶、葡萄糖脱氢酶(GDH)、果糖脱氢酶和山梨糖醇脱氢酶。使用的酶的量不受特别限制，可以适当设定。(2)作为电子输送物质的芳香族杂环化合物包含在电子转移层中的芳香族杂环化合物是水溶性芳香族杂环化合物。将水溶性芳香族杂化化合物并入电子转移层中使得在电子转移化合物与电子检测介质之间发生电子输送。通过将芳香族杂环化合物而非金属络合物并入电子转移层中，可以提供具有有利的在水性环境下的稳定性、较高可靠性和较佳灵敏度的分析装置。另外，还具有芳香族杂环化合物不依赖于系统中的反应电势的优点。在本发明中，术语“水溶性”是指在20°C的环境下以6%以上的质量比溶解在20°C的纯水中。由于水溶性芳香族杂环化合物包含芳香族杂环，因此可以形成电子的电子云以输送电子。芳香族杂环可以是五元或六元环。芳香族杂环可以是稠合或非稠合芳香族杂环。杂原子的实例包括氮原子、氧原子和硫原子。芳香族杂环化合物可以在芳香族杂环上具有至少一个取代基，只要化合物的水溶性不受损害即可。芳香族杂环化合物的芳香族杂环上的取代基的实例可以包括卤原子、氨基、烷基、稀基和烧氧基。
这些取代基可以还具有至少一个取代基，其实例包括上述作为芳香族杂环上的取代基的实例的那些取代基。就灵敏度而言，芳香族杂环化合物可以优选为含氮芳香族杂环化合物，并且含氮芳香族杂环化合物的实例包括咪唑、吡唑、吡啶、嘧啶、嘌呤及其衍生物。就灵敏度而言，芳香族杂环化合物优选吡啶、咪唑或其衍生物，并且更优选吡啶或其衍生物。吡啶或其衍生物的实例包括吡啶和氨甲基吡啶。可以单独使用此类芳香族杂环化合物中的一种，也可将其两种以上组合使用。特别是，作为芳香族杂环化合物，就分析装置的灵敏度而言，更优选氨甲基吡啶。芳香族杂环化合物优选为分子量为1，000以下的芳香族杂环化合物，更优选为分子量为800以下的芳香族杂环化合物。因此，在一个实施方式中，优选的是，本发明的芳香族杂环化合物不包括分子量超过1，000的芳香族杂环化合物，如聚合物等。当使用分子量为1，000以下的芳香族杂环化合物时，可以获得更佳的在电子转移化合物与电子检测介质之间的电子输送。电子转移层可以是包含芳香族杂环化合物的层，所述芳香族杂环化合物的浓度使得能够在电子转移化合物与电子检测介质之间发生电子输送。如本说明书中所使用的“使得电子能够在电子转移化合物与电子检测介质之间输送的浓度”是指在该浓度至少在电子转移层中的电子转移化合物与电子检测介质之间存在离域的n电子电子云。因此，当分析装置中仅有一部分电子转移层与电子检测介质接触时，芳香族杂环化合物的浓度可以是使电子能够在电子转移层与电子检测介质接触的区域中在电子转移化合物与电子检测介质之间输送的浓度，并且不必是在整个电子转移层中的浓度。使得电子能在电子转移化合物与电子检测介质之间输送的浓度可以具体地根据所使用的电子转移化合物的种类或浓度而改变，并且在一个实施方式中，相对于电子转移层(试剂部分)(当整个电子转移层与电子检测介质接触时)的总质量，芳香族杂环化合物的浓度可以是10质量％以上，或10质量％ 60质量％，优选15质量％ 50质量％。本发明的芳香族杂环化合物的浓度意味着基于下述总质量的质量％，所述总质量是包含芳香族杂环化合物和电子转移化合物以及另一种添加剂(其已经在电子检测介质上展开且已被干燥)的电子转移层的质量。芳香族杂环化合物可以进行交联处理，或者包含在聚合物中和以聚合物涂布。通过进行这种处理，芳香族杂环化合物在其分子之间交联，或者芳香族杂环化合物与电子转移化合物交联，并且可以长期保持在电子转移层中。具有作为这种交联物质的电子转移层(试剂部分)的分析装置使得例如即使在长期连续测量中芳香族杂环化合物也保持在导电层和分析物的周围，从而使得与导电层或分析物的相对位置能够得到更加有利的保持，例如获得能够保持稳定的输出的优点。交联处理可以是常用于例如蛋白质的交联中的交联处理。用于这种交联处理的交联剂的实例可以包括戊二醛和碳二亚胺化合物以及和琥珀酰亚胺酯。可以单独使用这些交联剂中的一种或将其两种以上组合使用。添加的此类交联剂的量不受特别限制，是常用量即可，并可适当设置在例如为待交联的材料的交联剂的10倍以上的充足范围内。电子转移层中的电子输送物质包含芳香族杂环化合物，电子输送物质不含金属络合物。不包含在本发明的电子输送物质中的所述金属络合物的实例包括常用作所谓电子输 送介体的金属络合物。此类金属络合物的具体实例包括锇络合物。其他层本发明的分析装置可以包含处于任意位置的另一层或另外数层，只要能使电子检测介质与电子转移层之间发生电子转移即可。所述其他层的实例可以包括保护层、用于限制物质的渗透的层和用于使电子检测介质的表面改性的功能层；并且分析装置可以包含其中一种或其两种以上的组合。保护层不受特别限制，只要能够保护电子转移层或分析装置的表面即可。保护层的实例包括乙酸纤维素聚合物、聚脲、聚酰胺、聚酯、聚氧化乙烯、聚乙烯醇和脂双层膜。保护层的厚度不受特别限制，并且可以为例如0. 5 ii m 5 ii m。用于限制物质渗透至分析装置中的膜的实例(该膜用于调整分析物的检测浓度范围)可以包含聚脲、聚酰胺、聚酯、聚氧化乙烯和聚乙烯醇。用于限制物质渗透的膜的厚度不受特别限制，并且可以为例如0. 5i!m 5i!m。用于使电子检测介质的表面改性的功能层的实例(该层用于改善导电膜的反应性)可以包含硫醇化合物、硅烷偶联剂和脂双层膜。功能层的厚度不受特别限制，并且可以为例如0. 001 ii m 5 ii m。分析物拟通过分析装置检测的分析物不受特别限制，只要是下述物质即可，所述物质能够根据所存在的电子转移化合物的量向电子转移化合物转移电子或将电子从电子转移化合物移走并且可以根据电子转移化合物的种类适当设定。例如，当将分析装置用于临床应用中时，临床样品中所含有的各种底物都可以是分析物。此类临床样品的实例可以包括血液、血清、血浆、尿液、汗液、泪液和唾液。底物的典型实例可以包括葡萄糖、尿酸和糖基化蛋白。例如，当分析装置被用在例如发酵监测、工业过程控制或者环境监测(例如，抑制液体和气体的流出和污染)、食品测试或兽药等非临床应用中时，包含在非临床样品中的各种底物(如发酵液、流出物、废液、食品或牛奶)可以是分析物。制造分析装置的方法作为制造分析装置的方法，其不受特别限制，可以使用可设置如上所述的各层或各部件的任何方法。例如，通过成型、成形或打印用于导电层的组分的混合物，可以在支撑部件上设置导电层以形成电极，随后设置含有酶和芳香族杂环化合物的用于电子转移层的液体反应混合物的层。当电子转移层中的电子转移化合物与芳香族杂环化合物进行交联处理时，交联的方法可以根据交联剂和芳香族化合物的种类而不同。在一个实施方式中，交联剂可以被并入反应混合物中，并且交联可以在形成电子转移层的同时进行。作为另一种选择，交联剂可以并入与反应混合物不同的处理液中，在不经上述交联获得分析装置之后，通过添加、喷洒或浸入液体来将含有交联剂的处理液涂敷于电子转移层以进行交联处理。作为打印介质，例如，可以使用膜样或板样打印介质。分析装置可以在从打印介质上取下后使用，或者可以在支撑于打印介质上的同时使用。在后一情形中，打印介质可以充当支撑部件。打印介质可以包括形成在混合物的打印部分中的凹部。在此情形中，可以省 略掩模。可以理解的是，制造过程中的干燥优选在比发生酶基本失活的温度更低的温度进行。本发明的分析装置基本上可以仅在一个简单步骤(例如形成混合物、成型和干燥)中形成。即可以预料的是，可以将制造成本降低至可以采用大批量制造技术并且可以制造可弃用的分析装置的程度。本发明的分析方法包含使用分析装置基于分析物的电子转移水平获得对分析物进行分析所需的信息(称为信息获得步骤)。在所述分析方法中，因为使用了如上所述的分析装置，可以以良好的敏感度和高度可靠性获得用于对分析物进行分析的信息。在分析方法的信息获得步骤中，基于分析物的电子转移水平而获得进行分析所需要的信息。此处所使用的“所需要的信息”包括例如分析物的量、种类和氧化还原状态以及析物随时间的变化等等。上述作为示例性实施方式的分析装置包含处于电子检测介质中的导电层，但是在本发明的分析工具中电子检测介质并不限于此。例如，电子检测介质可以包括成色剂。当电子检测介质包含成色剂时，电子检测介质优选具有其中成色剂保持在不溶于样品中的多孔材料中的构造。所述多孔材料的典型实例可以包括例如聚丙烯酰胺或聚乙烯醇的凝胶化材料。成色剂的实例包括MTT (3- (4，5- 二甲基-2-噻唑基)-2，5- 二苯基-2H-溴化四唑)、INT (2- (4-碘苯基)-3- (4-硝基苯基)-5-苯基-2H-氯化四唑)、WST_4 (2- (4-碘苯基)-3- (2,4- 二硝基苯基)-5- (2,4- 二硫苯基)-2H-四唑盐，一钠盐)和4AA (4-氨基安替吡啉)。应用本发明的分析装置适用于各种应用，因为其具有使电子可以有效地通过电子输送物质输送至电子检测介质的优点。此类应用的实例可以包括在例如酶电极中的用途；在传感器中的用途，通过作为平台的所述传感器借助利用成色剂和/或类似物的比色反应系统进行的物质的测量。实施例下面将参照实施例详细描述本发明。但是，本发明完全不限于这些示例性实施方式。除非另外指出，否则是基于质量的。实施例I(I)酶电极的制造对于酶电极，将Pt(Au)溅射在聚酰亚胺(PI)膜上，以获得具有钼层的底物。作为电极材料，使用的是打印油墨，其中40重量％ Ketjen黑(由Lion Corporation制造)与40重量％作为粘合剂的聚酯树脂和20重量％作为溶剂的异佛乐酮混合。使用打印油墨打印聚酰亚胺膜的表面，使得打印油墨具有10 y m的厚度。然后，制备含有l，250U/ml野生型⑶H溶液(0. IM MES缓冲液)、I %作为稳定剂的阿东醇和I重量％作为水溶性芳香族杂环化合物的4-氨甲基吡啶的酶液体。使用精确注射器将所制备的酶液体逐滴添加至电极的表面，然后使所获得的电极在23°C和相对湿度< 8%的环境下静置4小时以进行干燥，由此获得酶电极。 作为比较酶电极，以与以上所述的基本相似的方式制造比较酶电极，不同之处在于不添加4-氨甲基吡啶。(2)用酶电极测量使用如上所述获得的酶电极通过安培法检测对于在23°C和+0. 6V(相对于Ag/AgCl)的0. IM磷酸盐缓冲液(pH 7.4)中的葡萄糖(100mg/dL或600mg/dL)的响应。结果显示在图2中。在图2中，黑色圆形和黑色三角形分别表示使用添加有17% 4-氨甲基吡啶的酶电极和未添加4-氨甲基吡啶的比较酶电极的测量。如图2中所示，在来自由含有4-氨甲基吡啶的酶电极的葡萄糖响应电流中检测到的电流密度比来自未添加4-氨甲基吡啶的比较酶电极的响应电流中检测到的电流密度高13倍。这表明通过使用4-氨甲基吡啶作为芳香族杂环化合物，灵敏度得到提高。实施例2(I)酶电极的制造对于酶电极，将Au溅射在聚醚酰亚胺(PEI)膜上，以获得具有金层的底物。作为电极材料，使用打印油墨，其中40重量％ Ketjen黑(由Lion Corporation制造)与40重量％作为粘合剂的聚酯树脂和20重量％作为溶剂的异佛乐酮混合。使用打印油墨打印聚醚酰亚胺膜的表面，使得打印油墨具有10 y m的厚度，由此获得工作电极。然后，制备含有2，500U/ml野生型⑶H溶液(0. IM MES缓冲液)、2%作为稳定剂的蔗糖、1% (体积/体积)作为交联剂的戊二醛和1%作为芳香族杂环化合物的4-氨甲基吡啶的酶液。使用精确注射器将制备的酶液体逐滴添加至电极表面，并将所获得的电极在正常温度(23°C )和正常相对湿度(40% RH)下静置10分钟以干燥表面。然后，将该电极在40°C热处理15分钟以进行干燥，随后在231和< 2% RH的环境下静置2小时以进行进一步干燥，由此获得酶电极。作为比较酶电极，以与以上所述的基本相似的方式制造比较酶电极，不同之处在于不添加4-氨甲基吡啶。(2)用酶电极测量使用如上所述获得的酶电极通过伏安法检测对于在0. IM磷酸缓冲剂(pH 7. 4)中的葡萄糖的电极响应。在测量温度为37°C时，使用在上述(I)中制造的酶电极、Pt和Ag/AgCl分别作为工作电极、反电极和参比电极以20mV/s的扫描速度执行伏安法。葡萄糖浓度为lOOmg/dL或者未添加葡萄糖。结果显示在图3中(所示为第三次扫描)。在图3中，菱形、四角形、圆形和三角形分别表示在使用添加有4-氨甲基吡啶的酶电极的100mg/dL葡萄糖的情形中的测量结果、在使用添加有4-氨甲基吡啶的酶电极的Omg/dL葡萄糖的情形中的测量结果、在使用未添加4-氨甲基吡啶的比较酶电极的100mg/dL葡萄糖的情形中的测量结果和在使用未添加
4-氨甲基吡啶的比较酶电极的Omg/dL葡萄糖的情形中的测量结果。如图3中所示，由于添加或未添加4-氨甲基吡啶的葡萄糖氧化开始发生时的电势为约-0. 2V，并且在其他电势区域未观察到任何特定峰，因此认为4-氨甲基吡啶自身未发生氧化还原。
·
因此，显示出在添加有4-氨甲基吡啶的酶电极中，未像金属络合物的情形那样出现化合物自身的氧化还原从而输送电子，并且葡萄糖能够在不存在如金属络合物等电子转移介体下以良好的灵敏度得到稳定的检测。实施例3以与实施例2 (I)中基本相似的方式获得酶电极3A 3F，不同之处在于，在酶溶液的制备中4-氨甲基吡啶的浓度为1% 6%。在酶电极的最终形式中，1% 6%的浓度分别对应于23% 64%的干质量。在测量温度为37°C时，使用酶电极3A 3F和实施例2(1)中制造的不含4_氨甲基吡啶的比较酶电极进行对0. IM磷酸缓冲剂(pH 7.4)中的100mg/dL葡萄糖的测量。将酶电极3A 3F和比较酶电极、Pt和Ag/AgCl分别用作工作电极、反电极和参比电极。结果显不在图4中。如图4中所示，发现通过将添加至酶溶液中的4-氨甲基吡啶的浓度设置为1% 6% (对应于最终形式中的干质量为23% 64%)可以检测到葡萄糖。还发现，通过将4-氨甲基吡啶的浓度设置为2% 5% (对应于最终形式中的干质量为38% 60% )、特别是4% (对应于最终形式中的干质量为55%)可以提高各自的灵敏度。实施例4以与实施例2(1)中基本相似的方式获得交联的酶电极4A和4B，不同之处在于，在使用精确注射器将所制备的酶液逐滴添加至电极表面并干燥之后，添加戊二醛以进行交联处理。交联处理如下所述进行。使用dH20温和冲洗干燥的电极表面，并将电极浸入1%(体积/体积)戊二醛(GA)溶液(含有1%阿东醇)中。在浸入45分钟或120分钟后，取出各电极，并在室温和低湿度(23t^P<2%RH)的环境中温育过夜。结果，分别获得酶电极4A(处理时间为45分钟)和4B(处理时间为120分钟)。使用所获得的酶电极4A和4B中的每一个进行对于预定浓度的葡萄糖的连续测量。对于连续测量，针对100mg/dL葡萄糖，通过在25°C和+0. 6V(相对于Ag/AgCl)的安培法检测对于磷酸缓冲剂中的葡萄糖的电极响应。在将测量刚开始后的电流密度作为100%初始值的基础上，进行对于相对值随时间变化的评价。结果显示在图5中。在图5中，四角形、三角形和菱形分别表示使用酶电极4A、酶电极4B和未交联的酶电极的情形。如图5中所示，发现通过使用戊二醛进行4-氨甲基吡啶的交联处理，4-氨甲基吡啶的局域化被抑制，从电子转移层中流出也可以得到防止，并且保持了比来自未处理的酶电极的输出更稳定的输出。实施例5以与实施例I中基本相似的方式检测对于葡萄糖的电极响应，不同之处在于，添加17%的5-氨基-4-咪唑甲酰胺/HCl以代替4-氨基甲基吡啶。结果显示在图6中。在图6中，黑色四角形和黑色菱形分别表示使用添加有17%的5-氨基-4-咪唑甲酰胺的酶电极和未添加芳香族杂环化合物的比较酶电极的情形。如图6中所示，发现与使用-氨基甲基吡啶的情形相似，通过使用5-氨基-4-咪唑甲酰胺/HCl代替4-氨甲基吡啶，与比较酶电极相比，电流密度得到更加有利的检测，并且发现通过使用咪唑衍生物，可以以良好的灵敏度检测葡萄糖。比较例I 以与实施例4基本相似的方式获得比较例中的酶电极，不同之处在于使用0.01% 1.0%的聚(2-乙烯基吡啶)(分子量约为21，000，Fluka Corporation)代替4-氨甲基吡啶。以与实施例4基本相似的方式将对于100mg/dL的葡萄糖的响应与不含水溶性芳香族杂环化合物的酶电极的相对值进行比较，不同之处在于，使用比较酶电极。结果显示在图7中。如图7中所示，发现使用聚(2-乙烯基吡啶)的情形中的响应性类似于不含水溶性芳香族杂环化合物的酶电极的响应性，或者在其浓度为0. I %以上时，其响应性低于在使用不含水溶性芳香族杂环化合物的酶电极的情形中的响应性。如上所述，发现通过使用含有4-氨甲基吡啶的本实施例的酶电极，样品中的葡萄糖以高灵敏度得到检测，而不必进行调整酶的取向的处理并且无需使用任何金属络合物和/或类似物。另外，发现由于4-氨甲基吡啶自身不参与氧化还原，因此可以进行稳定的测量。此外，与金属络合物和/或类似物不同，酶电极难于受到反应电势的影响，并且适用于广泛的应用，例如以SMBG (血糖的自监控)或连续的血糖监控(CGM)等为代表的临床情况中的传感装置，如生物燃料电池等反应系统，或者用于非临床情况中的工业或环境应用的传感装置。通过援引将本说明书中所述的所有参考文献、专利申请和技术标准以其整体并入本说明书中，其程度与通过援引等同于具体且单独地表明将各个参考文献、专利申请或技术标准并入本说明书中。
权利要求
1.ー种分析装置，所述分析装置包含 电子检测介质，其用于获得分析与电子转移水平相关的分析物所需的信息；和 试剂部分，所述试剂部分设置在所述电子检测介质上并包含电子输送物质以在所述分析物与所述电子检测介质之间输送电子，所述电子输送物质包含水溶性芳香族杂环化合物并且不含金属络合物。
2.如权利要求I所述的分析装置，其中，所述电子输送物质包含选自由吡啶化合物和咪唑化合物组成的组中的至少ー种水溶性芳香族杂环化合物。
3.如权利要求I所述的分析装置，其中，所述水溶性芳香族杂环化合物的分子量为1,000以下。
4.如权利要求I所述的分析装置，其中，所述试剂部分还包含将电子转移至所述分析物或从所述分析物将电子移走的电子转移化合物。
5.如权利要求4所述的分析装置，其中，所述电子转移化合物为氧化还原酶。
6.如权利要求4所述的分析装置，其中，所述电子输送物质的浓度为使得电子能在所述电子检测介质与所述电子转移化合物之间输送的浓度。
7.如权利要求I所述的分析装置，其中，基于所述试剂部分的总质量，所述电子输送物质的浓度为10质量％ 60质量％。
8.如权利要求I所述的分析装置，其中，所述电子输送物质包含选自由吡啶和氨甲基吡啶组成的组中的至少ー种水溶性芳香族杂环化合物。
9.如权利要求I所述的分析装置，其中，所述试剂部分包含交联物质。
10.如权利要求I所述的分析装置，其中，所述试剂部分包含通过使用选自由戊ニ醛、碳ニ亚胺化合物和琥珀酰亚胺酯组成的组中的至少ー种进行交联而获得的交联物质。
11.如权利要求I所述的分析装置，其中，所述电子检测介质为电导体。
12.如权利要求I所述的分析装置，其中，所述分析物为糖类。
13.ー种分析方法，所述分析方法包括使用如权利要求I 12中任一项所述的分析装置基于分析物的电子转移水平获得分析所述分析物所需的信息。
全文摘要
公开了一种分析装置，所述分析装置包含电子检测介质，其用于获得分析与电子转移水平相关的分析物所需的信息；和试剂部分，其设置在电子检测介质上并包含电子输送物质以用于在分析物和电子检测介质之间输送电子，所述电子输送物质包含水溶性芳香族杂环化合物，并且不含金属络合物。还公开了一种使用所述分析装置的分析方法。
文档编号G01N27/26GK102759552SQ20121012479
公开日2012年10月31日 申请日期2012年4月25日 优先权日2011年4月26日
发明者塚田理志 申请人:爱科来株式会社