ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ БИОСЕНСОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГЛЮКОЗЫ В КРОВИ

Полезная модель относится к технике исследования и анализа материалов путем определения электрохимических параметров и может быть использована для определения концентрации глюкозы в биологических растворах, например, в крови.
Известен измеритель концентрации глюкозы с электрохимической полоской (патент РФ на полезную модель №163382), содержащий блок аналитический, в который при измерении вставляется электрохимическая полоска с областью для размещения исследуемого материала, выполненная в виде подложки с нанесенными на нее электродами, выполненными из серебра, графита и глюкозооксидазы, причем область для размещения исследуемого материала выполнена в виде камеры, сформированной между указанной подложкой и, расположенной с зазором над ней, гидрофильной покрывающей пленкой, отличающийся тем, что зазор между подложкой и покрывающей пленкой сформирован за счет приклеиваемой гидрофобным клеем к ним гидрофобной прокладки, выполненной с вырезом над зоной измерений, и этот зазор выполнен с каналами, соединяющими область размещения исследуемого материала и внешнее пространство. Измеритель, отличающийся тем, что подложка выполнена из электроизолирующего влагонепроницаемого материала, а на ней расположены: трехслойный измерительный электрод, нижний слой которого выполнен из серебра, средний слой выполнен из графита, а верхний слой выполнен из гомогенной пасты, содержащей порошок графита, 2%-ный раствор ферроцианида калия и 5%-ный раствор глюкозооксидазы в смеси диметилсульфоксида с водой, взятых в соотношении 1:4, и связующее органическое вещество; а также опорный электрод и контрольный электрод, содержащие по три слоя, при этом в этих электродах нижний слой выполнен из серебра, средний слой выполнен из графита, а верхний слой выполнен из гомогенной пасты, содержащей порошок графита и 2%-ный раствор ферроцианида калия и 5%-ный раствор глюкозооксидазы в смеси диметилсульфоксида с водой, взятых в соотношении 1:4 и связующее вещество, при этом верхние слои всех электродов находятся в контакте с областью размещения исследуемого материала.
Недостатками известного устройства является:
- дороговизна электрода, в состав которого входит серебро;
- на используемый фермент глюкозооксидазу оказывает воздействие парциальное давление кислорода. Это может повлиять на точность измерения глюкозы в крови такими тест-полосками, что может привести к нежелательным медицинским последствиям;
- на используемый фермент глюкозооксидазу оказывает воздействие присутствие в крови влияющих веществ: мочевая кислота, парацетамол, салицилаты, аскорбиновая кислота. Это может повлиять на точность измерения глюкозы крови такими тест-полосками, что может также привести к нежелательным медицинским последствиям (Quality of Glucose Measurement with Blood Glucose Metersatthe Point-of-Care: Relevance of Interfering Factors - Scientific Figureon Research Gate. Available from: https://www.researchgate.net/figure/Enzymes-and-Coenzymes-in-Test-Strips-of-Different-Blood-Glucose-Meters_tbl1_46819286 [accessed 10 Jan, 2020]);
- сниженная продукция электрического тока при контакте с глюкозой в связи с использованием графита, который обладает невысокой электропроводностью;
- многослойная структура электродов известного устройства также понижает продукцию электрического тока, в связи с большим удельным сопротивлением;
- фермент, нанесенный на весь верхний слой электродов, а не только в области размещения исследуемого материала, в реакции не участвует и снижает электропроводность верхнего слоя электрода, а значит и электродов в целом.
Вышеперечисленные недостатки приводят к снижению выработки электрического тока биосенсором при контакте с глюкозой, что ведет к неточности измерения количества глюкозы в крови и увеличению времени получения ответа (до 5 раз), что может привести к негативным медицинским последствиям, вплоть до летального исхода.
Техническим результатом, на получение которого направлена полезная модель, является увеличение точности измерения количества глюкозы биосенсором в исследуемом материале за счет увеличения выработки электрического тока биосенсором глюкозы.
Технический результат достигается тем, что электрохимический биосенсор для определения концентрации глюкозы в крови с областью для размещения исследуемого материала, выполненный в виде подложки с нанесенными на нее измерительным, опорным и контрольным электродами, причем область для размещения исследуемого материала выполнена в виде камеры, сформированной между указанной подложкой и, расположенной с зазором над ней, гидрофильной покрывающей пленкой, зазор между подложкой и покрывающей пленкой сформирован за счет приклеиваемой гидрофобным клеем к ним гидрофобной прокладки, выполненной с вырезом над зоной измерений, при этом прокладка выполнена в виде плоской пластины, отличающийся тем, что измерительный электрод, опорный электрод и контрольный электрод состоят из двух слоев: нижний слой выполнен из меди, верхний слой - из карбона, а сверху карбонового слоя измерительного и опорного электродов локально над зоной измерений расположен электробиохимический реагент, выполненный в виде гомогенной пленки, состоящей на 10% из флавин-аденин-динуклеотидзависимой глюкозодегидрогеназы, на 70% из феррицианида калия и на 20% из связующего органического вещества, полученной высушиванием в конвекционной камере при 50°С, и верхние слои измерительного и опорного электродов находятся в контакте с областью размещения исследуемого материала.
На фиг. 1 представлена схема электрохимического биосенсора для определения концентрации глюкозы в крови с выделением отдельных слоев.
Устройство может быть реализовано в следующем виде. На подложке 1 электрохимического биосенсора глюкозы, вставляемого при измерении в аналитический блок измерителя концентрации глюкозы, выполненного из изолирующего материала, расположен измерительный электрод 2, нижний слой 3 которого выполненный из меди, а верхний слой 4 выполнен из карбона, опорный электрод 5, нижний слой 6 которого выполнен из меди, а верхний слой 7 выполнен из карбона и контрольный электрод 8, нижний слой 9 которого выполнен из меди, а верхний слой 10 выполнен из карбона. Над зоной измерений 11 локально помещается электробиохимический реагент 12, выполненный в виде гомогенной пленки, состоящей на 10% из флавин-аденин-динуклеотидзависимой глюкозодегидрогеназы, на 70% из феррицианида калия и на 20% из связующего органического вещества; полученной высушиванием в конвекционной камере при 50°С. При этом верхние слои 4, 7 измерительного 2 и опорного 5 электродов находятся в контакте в зоне измерений 11 с электробиохимическим реагентом 12. Область 13 для размещения исследуемого материала выполнена в виде камеры, сформированной между подложкой 1, с нанесенными на нее электродами 2, 5, 8, гидрофобной прокладкой 14 с вырезом 15 и гидрофильной покрывающей пленкой 16, обеспечивающей за счет капиллярного эффекта втягивание исследуемого материала. Прокладка 14 соединена с покрывающей пленкой 16 и подложкой 1, с нанесенными на нее электродами 2, 5, 8, с помощью гидрофобного клея. Для беспрепятственного удаления воздуха из области для размещения исследуемого материала 13 при втягивании за счет капиллярного эффекта в нее исследуемого материала в покрывающей пленке 16 выполнено технологическое отверстие 17.
Электрохимический биосенсор для определения концентрации глюкозы в исследуемом материале с электрохимической полоской работает следующим образом.
В блок аналитический измерителя концентрации глюкозы вставляют электрохимический биосенсор глюкозы, выполненный в виде электрохимической тест-полоски, между электродами 2 и 5 устанавливается опорное напряжение, которое формирует разность потенциалов в зоне измерений 11, при этом наличие потенциала на электроде 5, совпадающего с потенциалом электрода 8 свидетельствует о правильности подключения электрохимической полоски к блоку аналитическому. Область для размещения исследуемого материала 13 приводят в контакт с каплей исследуемого материала, содержащего глюкозу, например крови, при этом за счет капиллярного эффекта обеспечивается втягивание исследуемого материала в область 13, где он взаимодействует с электробиохимическим реагентом 12, который покрывает зону измерений 11, и приводит к протеканию реакции восстановления феррицианида калия до ферроцианида калия электронами из молекулы глюкозы флавин-аденин-динуклеотидзависимой глюкозодегидрогеназой и появлению между измерительным 2 и опорным 5 электродами напряжения, свидетельствующего о покрытии зоны измерений 11, а через время, определяемое объемом области 13, появлению на измерительном электроде 2 напряжения, пропорционального концентрации глюкозы в исследуемом материале.