專利名稱：一次性電極式血糖試條的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及用于電化學法測定全血樣本中葡萄糖的一次性電極式血糖試條。
背景技術(shù)：
為了滿足糖尿病患者日常監(jiān)控血液中葡萄糖水平的需要，現(xiàn)在出現(xiàn)了許多種葡萄糖測量儀表。這些儀表中許多用電化學法檢測血樣中的葡萄糖，其中不乏利用一次性使用的電極系統(tǒng)檢測血液中葡萄糖的先例。這類裝置的例子公開于歐洲專利號0127958與美國專利號5141868，5286362，52886 36和5437999中。
但這些電化學測試儀使用的電極式試條都存在一定的缺點，測試結(jié)果通常受樣品中存在的其他電活性物質(zhì)影響。為避免這種干擾，通常要加入電子媒介體。目前采用的代表性媒介體的氧化電位都較高，血液中大量存在的易氧化物質(zhì)如抗壞血酸、醋酸胺酚和尿酸，它們可能與還原型的媒介體一起被氧化，從而導致讀數(shù)偏高。要想降低干擾，一種途徑就是篩選更適宜的媒介體，但這種方法在某種程度上受制于葡萄糖氧化酶的特性。還有一些制造商已嘗試使用輔助電極進行背景扣除來解決該問題，雖然有效，但增加了額外的測量及相關(guān)的誤差，致使測定精度下降。背景扣除還可能導致校正過度，因為干擾物氧化還原的效率在兩個電極上并不相同。
電化學測試結(jié)果通常還受樣品中存在的血細胞干擾，通常高血細胞壓積的樣品會使讀數(shù)比真實值低，而低的血細胞壓積樣品導致讀數(shù)高于真實值，因為血細胞會沉積于電極表面從而限制電子的轉(zhuǎn)移。有人通過添加濾膜(見美國專利號5658444)來濾去血液中血細胞組分，但常常對測試精度帶來不利的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的就是提供一種用于檢測血液樣品中葡萄糖的受干擾物和血細胞影響小、高靈敏度的一次性電極式血糖試條。
該試條包括一塊襯底；印刷于襯底上的導電元件及置于導電元件上的工作電極、輔助電極和參比電極；用于導電元件與測量計之間形成電路連接的接點；絲網(wǎng)印刷絕緣漿液沉積出絕緣層；置于工作電極上的一層六氰合鐵酸鐵修飾層；置于三個電極之上的整體試劑/血液隔離層；檢測電位采用還原電位。
襯底上的工作電極是用絲網(wǎng)技術(shù)印制在襯底上的碳電極，電極引線是印制在襯底上的銀引線，接頭是印制在襯底上的碳層。工作電極是在基底電極上印制一層六氰合鐵酸鐵修飾層，該層膜是通過鐵氰化鉀與氯化鐵在基底碳電極上化學反應形成的。參比電極是在基底電極上用絲網(wǎng)技術(shù)印制六氰合鐵酸鐵修飾層形成的。整體試劑/血液隔離層是由吸附了混合試劑(包含葡萄糖氧化酶、穩(wěn)定劑、緩沖液)的濾紙基質(zhì)形成的，至少包含葡萄糖氧化酶，聚乙烯醇穩(wěn)定劑，pH為5.0的檸檬酸緩沖液。
六氰合鐵酸鐵修飾層的作用在于降低檢測電位，并且采用還原電位作為檢測電位，從根本上消除干擾物的影響；用六氰合鐵酸鐵替代傳統(tǒng)的銀/氯化銀原因有二，一方面前者比后者更易快速穩(wěn)定，二來可以增強電極與酶的相容性，延長試條的保存壽命；整體的試劑/血液隔離層以非導電性的濾紙為基質(zhì)，將用于分析物測量的試劑分散在其上，該隔離層能將血細胞與電極表面隔離，同時允許可溶性電活性物質(zhì)到達電極表面。本實用新型的一個實施例中，制作了具有整體試劑/血液隔離層的葡萄糖試條，隔離層含有增強親水性和小分子通透力的表面活性劑，與葡萄糖反應的葡萄糖氧化酶和維持酶反應穩(wěn)定進行的緩沖介質(zhì)。實驗證明該試條基本不受常見干擾物和血細胞壓積影響。
降低檢測電位是消除或降低干擾物影響的根本性途徑，本實用新型中采用六氰合鐵酸鐵替代傳統(tǒng)的媒介體，其作用原理有根本性的轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)方法中涉及分析物將酶的氧化態(tài)轉(zhuǎn)化為還原態(tài)，隨后氧或媒介體與還原性的酶作用產(chǎn)生雙氧水或還原態(tài)的媒介體，然后媒介體在電極表面發(fā)生電氧化產(chǎn)生電流信號，該響應反映了酶與媒介體，酶與葡萄糖以及酶與氧反應之間的平衡，樣品中存在氧時，會發(fā)生還原態(tài)的酶首先被氧而不是被媒介體氧化，從而使信號減小。另外媒介體的氧化電位一般都較高，一些易氧化的組分可以直接在電極表面反應，引起信號偏高。本實用新型使用的六氰合鐵酸鐵是具有高穩(wěn)定性并且對雙氧水有高催化還原活性的化合物，這樣至少有兩方面的好處其一，修飾六氰合鐵酸鐵傳感膜以后改變了基底電極的性質(zhì)，實驗證明，多種干擾物如抗壞血酸、醋酸胺酚和尿酸的背景電流不明顯甚至沒有；另外由于取消了媒介體，可以使酶反應與電極反應相分離，從而消除因為媒介體與氧競爭酶所帶來的影響，并且檢測物為雙氧水，其還原電位(大約為50mV vs.Fe/K3Fe[CN]6)明顯低于媒介體的氧化電位(一般為500mV vs.Ag/AgCL)，從而大大消除干擾組分的影響。
非導電性的整體試劑/血液隔離層的使用是本實用新型的另一個重要特點。與目前已知的試條相比，后者的印刷漿液是電極的一個功能部分，樣品中的血細胞可與試劑層直接發(fā)生相互作用。相反，本實用新型中使用的整體試劑/血液隔離層是不導電的，因此在功能上不是電極的一部分，該層與電極之間不會發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，并且提供了血細胞與高分子化合物到達導電元件的屏障。
電極被完全覆蓋還克服了另一個誤差來源，測試期間，試劑可以從原沉積位置側(cè)向擴散，如果試劑層直接放在導電元件上，這些試劑的擴散變化將對分析信號產(chǎn)生影響，例如溫度差異或設(shè)備處理差異造成的擴散差異將表現(xiàn)為信號的不可重現(xiàn)性。然而如果試劑層重疊在電極上，其從孔的側(cè)向擴散就不會對信號起作用。
用于制造本實用新型試條的襯底可以為任何不導電，性質(zhì)穩(wěn)定的材料。合適的材料有聚酯薄膜，聚氯乙烯和聚碳酸酯；基底，導線和觸點可用任何導電材料，包括銀、金、鉑、碳，工作電極優(yōu)選導電碳，型號有Carbon Electrode423(Acheson Colloids)和ERC1、ERC2(Ercon Inc.)。參比電極需要快速水合，并且還能足夠快地穩(wěn)定，以便瞬間產(chǎn)生工作電極所需的穩(wěn)定電位。常規(guī)的銀-氯化銀參比電極不能足夠快的穩(wěn)定。在本實用新型中使用了響應快速穩(wěn)定的六氰合鐵酸鐵參比電極。另外構(gòu)造了第三電極，用以補償背景電流或者用作傳統(tǒng)三電極系統(tǒng)的反電極，電極材料與工作電極相同。
整體的試劑/血液隔離層由適當孔徑的濾紙為基質(zhì)，吸附葡萄糖氧化酶溶液和緩沖劑后干燥制成。通過緩沖劑來控制反應區(qū)的pH值，本實用新型中pH值維持在5的水平上，因為在該pH值時，葡萄糖氧化酶的反應活性最高，有利于提高分析的靈敏度。
本實用新型檢測血糖時能夠消除血液中大量存在的易氧化物質(zhì)，提高準確性；并使測定的靈敏度提高。


圖1為本實用新型的基底電極圖。
圖2為本實用新型的的試條結(jié)構(gòu)圖(2A，2B)。
2A為俯視圖。
2B為側(cè)視圖。
圖3為本實用新型試條的制造過程圖(3A，3B，3C，3D)。
圖4為三種血細胞壓積水平下測得的電流與葡萄糖濃度的關(guān)系圖(4A1，4A2，4A3，4B)。
圖5為本實用新型在三種干擾物水平下測得的電流與葡萄糖濃度的關(guān)系圖。
圖6為本實用新型在不同溫度水平下測得的電流與葡萄糖濃度的關(guān)系圖。
圖7為本實用新型電流與葡萄糖濃度的關(guān)系圖。
具體實施方式
實施例圖1、圖2和圖3所示，在襯底10上用絲網(wǎng)技術(shù)印刷了基底電極11、12、13，它們籍導線14和導電性接頭15與測量儀表相連接。然后在其上覆蓋一層絕緣膜21，僅使導電元件11、12、13的一部分以及接頭15露出來，隨后在12和13上分別修飾六氰合鐵酸鐵修飾層22和23，最后將非導電性的整體試劑/血液隔離層20加到窗口上，使之完全覆蓋住三個電極。當與測量儀表連接時，血液中的葡萄糖經(jīng)整體試劑/血液隔離層20連同反應介質(zhì)一起滲入內(nèi)層電極上，并在其附近與葡萄糖氧化酶發(fā)生專一性催化反應生成雙氧水，接著雙氧水被六氰合鐵酸鐵傳感膜催化還原，形成檢測電流。
襯底10優(yōu)選500μm厚的聚酯膜(ValoxTM)，第一步是在襯底上沉積銀軌14，在銀軌的端部用導電碳(Carbon Electrode 423，Acheson Colloids Co.)通過絲網(wǎng)技術(shù)印刷出碳墊11、12、13(即基底電極)，接頭15和地線接頭16，接著用絲網(wǎng)技術(shù)印刷絕緣漿液沉積出絕緣層21，該絕緣層含有三個窗口11、12、13。然后在窗口12和13上化學沉積六氰合鐵酸鐵修飾層，沉積液組成見下表1。
表1 化學沉積液組成

隨后覆蓋一層整體試劑/血液隔離層20，并使其四個邊緣延伸越過絕緣層。隔離層以快速濾紙(孔徑約25μm)為基質(zhì)，基質(zhì)的作用是將樣品均勻的傳送通過反應區(qū)，并限定樣品的收集區(qū)，使用的合適試劑組成如下表2。
表2 整體試劑/血液隔離層的試劑組成

將試條置于測量計上，在參比電極與工作電極間加50mV的電壓，測試不同葡萄糖濃度和血細胞壓積在40％～60％之間變化的血液樣品，圖4A是葡萄糖在不同血細胞壓積下的響應作圖，圖4B是葡萄糖響應斜率對血細胞壓積的作圖.可以看出電流的重現(xiàn)性很好，基本上與血細胞壓積無關(guān)。
將試條置于測量計上，在參比電極與工作電極間加50mV的電壓，測試不同葡萄糖濃度和三種干擾物水平(抗壞血酸、醋酸胺酚和尿酸等干擾物總量與葡萄糖含量的比值)血液樣品的關(guān)系，圖5是葡萄糖響應斜率對干擾物水平的作圖。可以看出電流的重現(xiàn)性很好，基本上與干擾物水平無關(guān)。
在兩種不同樣品溫度，即37℃和20℃，50mV電壓下測量試條，圖5顯示了加電壓30s后測得的電流與葡萄糖濃度的關(guān)系。如圖6所示，兩條線的斜率基本相同(37℃時，20℃時)，證明試條在環(huán)境溫度到生理溫度范圍內(nèi)，其行為基本上不依賴于溫度。究其原因可能是隔離層的使用使血液分析物進入電極表面有更大的阻力，電極反應由擴散控制，而不是動力學控制的。
將試條置于測量計上，在參比電極與工作電極間加50mV的電壓，測試不同葡萄糖濃度的血液樣品的關(guān)系，圖7顯示了加電壓30s后測得的電流與葡萄糖濃度的關(guān)系。
權(quán)利要求1.一次性電極式血糖試條，包括襯底(10)，基底電極(11)、(12)、(13)，導線(14)，接點(15)，地線(16)和絕緣層(21)，其特征在于襯底(10)上的基底電極(11)、(12)、(13)分別用作輔助電極、工作電極和參比電極；導線(14)、接點(15)和地線(16)用于基底電極(11)、(12)、(13)與測量計之間形成電路連接；基底電極(12)、(13)上修飾六氰合鐵酸鐵修飾層(22)、(23)；絲網(wǎng)印刷絕緣漿液沉積出絕緣層(21)，并使輔助電極、工作電極、參比電極、接點(15)及地線(16)露出；輔助電極、工作電極和參比電極之上覆蓋整體試劑/血液隔離層(20)。
2.如權(quán)利要求書1所述的試條，其特征在于所述襯底(10)上的基底電極(11)、(12)、(13)是用絲網(wǎng)技術(shù)印制在襯底上的碳層，導線(14)是印制在襯底(10)上的銀層，接點(15)和地線(16)是印制在襯底(10)上的碳層。
3.如權(quán)利要求書1所述的試條，其特征在于所述工作電極是在基底電極(12)上用絲網(wǎng)技術(shù)印制六氰合鐵酸鐵修飾層(22)，該層膜是通過鐵氰化鉀與氯化鐵在基底電極(12)上化學反應形成的。
4.如權(quán)利要求書1所述的試條，其特征在于所述參比電極是在基底電極(13)上用絲網(wǎng)技術(shù)印制六氰合鐵酸鐵修飾層(23)，該層膜是鐵氰化鉀與氯化鐵在基底電極(13)上化學反應形成的。
5.如權(quán)利要求書1所述的試條，其特征在于所述整體試劑/血液隔離層(20)是由吸附混合試劑的濾紙基質(zhì)形成的，至少包含葡萄糖氧化酶，聚乙烯醇穩(wěn)定劑，pH為5.0的檸檬酸緩沖液。
專利摘要本實用新型公開了一種能夠避免血液中物質(zhì)干擾的測定血糖的電極式一次性試條。它是在一塊塑料襯底上印刷用于導電的銀漿和分別用于制作工作電極、輔助電極和參比電極的碳漿，在制作工作電極和參比電極的碳層上分別用化學合成的方法印制一層六氰合鐵酸鐵膜，形成工作電極中介體膜和參比電極。在工作電極中介體膜上覆蓋一層含葡萄糖的整體試劑/血液隔離層形成電極式血糖試條。該試條檢測血糖時能夠消除血液中大量存在的易氧化物質(zhì)，提高準確性；并使測定的靈敏度提高。
文檔編號G01N27/404GK2748912SQ20042009158
公開日2005年12月28日 申請日期2004年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月7日
發(fā)明者李建平, 方成 申請人:桂林工學院