專利名稱：復(fù)合金屬分析物傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
隨著留置導(dǎo)絲傳感器的到來(lái)，由于導(dǎo)絲傳感器因身體運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的彎曲和在身體內(nèi)部所發(fā)生的斷裂，會(huì)給有導(dǎo)絲傳感器疲勞的患者帶來(lái)危險(xiǎn)。在這些情形下，導(dǎo)絲傳感器會(huì)相對(duì)迅速地穿過(guò)組織移動(dòng)，并且移動(dòng)的方式難以預(yù)料，因而對(duì)復(fù)雜的內(nèi)臟器官形成潛在的威脅。
背景技術(shù)：
在背景技術(shù)中，用于所述導(dǎo)絲傳感器的典型金屬為鉑，該金屬具有電化學(xué)活性，并且在傳感應(yīng)用中通常是非常有用的。但是，鉑是一種脆弱的金屬，只要稍微彎曲就會(huì)容易斷裂。此外，對(duì)鉑表面的電化學(xué)特性還沒(méi)有完全了解。由編在一起的多股極細(xì)的鉑絲制作傳感器從而提供更大的耐彎性的努力在更為復(fù)雜的鉑表面的生化反應(yīng)性方面遇到了負(fù)面影響。
此外，鉑的成本非常昂貴，每克約為25～30美圓。對(duì)于包括多個(gè)單一用途傳感元件的多用途傳感組件來(lái)說(shuō)，這可能是一筆相當(dāng)大的支出。此外，對(duì)于還兼作皮膚穿透刀的傳感元件來(lái)說(shuō)，需要具有比由小直徑鉑絲所能獲得的更大的強(qiáng)度。即使是要使用數(shù)天的傳感器，傳感器的鉑部分的花費(fèi)也會(huì)給傳感器生產(chǎn)環(huán)節(jié)的整體預(yù)算帶來(lái)壓力。

發(fā)明內(nèi)容
在第一獨(dú)立方面中，本發(fā)明為適于至少部分地插入哺乳動(dòng)物體內(nèi)的傳感器。該傳感器包括結(jié)構(gòu)穩(wěn)固材料的芯材和鍍覆部分，該鍍覆部分包含鍍覆到所述芯材的至少一部分上的電化學(xué)活性金屬。
在第二獨(dú)立方面中，本發(fā)明為持續(xù)監(jiān)測(cè)哺乳動(dòng)物體內(nèi)的分析物的方法。該方法包括將傳感器的至少一部分插入所述哺乳動(dòng)物體內(nèi)，持續(xù)監(jiān)測(cè)由所述傳感器的至少一部分所產(chǎn)生的任何電流。而且，所述傳感器包括結(jié)構(gòu)穩(wěn)固材料的芯材和鍍覆部分，該鍍覆部分包含鍍覆到所述芯材的至少一部分上的電化學(xué)活性金屬。
在第三個(gè)獨(dú)立方面中，本發(fā)明為制造傳感器的方法，所述傳感器適于至少部分地插入哺乳動(dòng)物體內(nèi)并在所述哺乳動(dòng)物體內(nèi)留置至少一小時(shí)。該方法包括在由結(jié)構(gòu)穩(wěn)固材料制成的芯材的至少一部分上涂上電化學(xué)活性金屬層。
本發(fā)明的上述和其它目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)在考慮以下結(jié)合附圖而對(duì)本發(fā)明所進(jìn)行的詳細(xì)描述后將會(huì)更容易理解。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的傳感元件的截面?zhèn)纫晥D。
具體實(shí)施例方式
參考圖1，傳感元件12包括雙金屬絲20，當(dāng)相對(duì)于參比電極而對(duì)金屬絲20施加電壓時(shí)，與膜系統(tǒng)22連接的金屬絲20就會(huì)通過(guò)產(chǎn)生電流而對(duì)葡萄糖和氧(在某些優(yōu)選實(shí)施方式中，僅有葡萄糖)的存在作出反應(yīng)。金屬絲20在涂有膜系統(tǒng)22以外的部分涂有由耐用的無(wú)毒材料(如聚酰亞胺)構(gòu)成的保護(hù)層23。在生產(chǎn)中，將保護(hù)層23浸涂到金屬絲20上，然后優(yōu)選用受激準(zhǔn)分子激光器或ND:YAG激光器除去欲涂上膜系統(tǒng)22的區(qū)域中的保護(hù)層。在其它優(yōu)選的實(shí)施方式中，沒(méi)有保護(hù)層23，整個(gè)金屬絲20都涂有膜組件22。
金屬絲20可具有約227微米的直徑，并且具有厚度為226微米、由結(jié)構(gòu)穩(wěn)固金屬(如不銹鋼或鉭)構(gòu)成的金屬絲芯材24和厚度小于1微米的電化學(xué)活性層(如鉑層)26。作為選擇，在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，金屬絲20的直徑為177微米，芯材24的直徑為157微米并且由鉭構(gòu)成，層26的厚度為10微米并且為結(jié)合于芯材24的鉑箔。
為了在這種特定結(jié)構(gòu)上略微膨脹，金屬絲芯材24可以由任何結(jié)構(gòu)穩(wěn)固金屬，例如鉭、不銹鋼或鎳鈦諾(鎳和鈦的合金)構(gòu)成。鉭和鎳鈦諾盡管都相當(dāng)昂貴，但是由于它們具有天然的撓性，因此是理想的。如果傳感元件12要插入患者體內(nèi)并且使用數(shù)天時(shí)間，這就變得格外重要。此外，芯材24可由聚合物材料或玻璃纖維構(gòu)成。電化學(xué)活性層26可由貴金屬如鉑、鈀、金的一種或前述金屬的任意金屬與銥的組合構(gòu)成。在一組優(yōu)選的實(shí)施方式中，在層26中使用的是其它的貴金屬。
有很多策略可用于制造鍍覆的芯材或金屬絲20。在一種方法中，制備鉑管，并且將熔融不銹鋼、鉭或鎳鈦諾倒入該鉑管的內(nèi)部，形成經(jīng)充填的管。然后，將該充填管冷拔(draw)通過(guò)逐漸變小的各個(gè)孔，直至其直徑達(dá)到所需的粗度。這就形成了遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于必要長(zhǎng)度的充填管，但可以將其切割至所需的任何長(zhǎng)度。該冷拔的充填管的另一個(gè)問(wèn)題在于，難以將鉑層的厚度降低到小于20微米。由于這樣就被迫使用大于必要量的鉑，因此增加了支出。
另一種方法是由穩(wěn)固的金屬絲開(kāi)始，然后用鉑對(duì)其進(jìn)行電鍍。在這一方法中，通常使穩(wěn)固金屬絲帶負(fù)電而形成陰極。使鍍液浴帶正電而形成陽(yáng)極。通常，第一步為給不銹鋼鍍覆上與不銹鋼和鉑都能很好地結(jié)合的中間層。通常，該層為金層，盡管已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以有利地鍍上第一中間鎳層，將金鍍于該鎳層上，最后將鉑鍍于金上。鍍液可以是酸也可以是堿。
在一種優(yōu)選的方法中，使用鎳鈦諾芯材。在該方法中，將金鍍于鎳鈦諾上。由于鎳鈦諾氧化非常迅速，因此使金浴包含有氫氟酸，以去掉鎳鈦諾上可能形成的任何氧化物。
在另一種優(yōu)選的方法中，將穩(wěn)固金屬的芯材包覆在鉑箔中。盡管采用該方法無(wú)法得到1微米的包層，但是可以得到約5～15微米的包層。較厚包層的優(yōu)點(diǎn)在于不容易出現(xiàn)穿透延伸的小孔。
還有一種可能是采用等離子體汽相沉積來(lái)涂覆，其中制備金屬蒸汽并使其涂覆到芯材24上。首先，使結(jié)構(gòu)穩(wěn)固金屬(如鉭)絲24鈍化，這意味著在該金屬絲的外部形成薄的氧化物層。然后，在等離子體環(huán)境中使鉑汽化，并且在鉭絲上沉積得到層26。使用這一技術(shù)，可在底層鉭(或其它結(jié)構(gòu)穩(wěn)固金屬)芯材上形成穩(wěn)固的鉑(或其它具有電化學(xué)活性的金屬)涂層26。此外，鉑層26通過(guò)不導(dǎo)電的氧化物層而與結(jié)構(gòu)穩(wěn)固金屬24電學(xué)隔離。因此，如果鉑26上有小孔，在體液與結(jié)構(gòu)穩(wěn)固金屬的底層芯材24之間仍然不會(huì)出現(xiàn)電接觸。如果體液接觸到了芯材24，就會(huì)導(dǎo)致不可預(yù)料的電學(xué)活性，這會(huì)對(duì)測(cè)量造成破壞。同樣，可在連續(xù)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固金屬絲上沉積具有電化學(xué)活性的金屬，該連續(xù)絲設(shè)計(jì)成具有很多檢測(cè)位點(diǎn)。
此外，可以采用其中產(chǎn)生游離金屬帶電粒子的濺射法來(lái)進(jìn)行涂覆或包覆步驟。等離子體汽相沉積法和濺射法都是本領(lǐng)域所公知的。
在不銹鋼上生成薄鉑層的另一個(gè)優(yōu)選方法中，首先，在不銹鋼芯材電鍍上金預(yù)鍍層(strike coating)或極薄(小于5微米)的金涂層。然后，在電流密度為約40安培/平方英尺或更小的電鍍?cè)≈绣兩香K。用相對(duì)較低的電流密度進(jìn)行電鍍，從而使鉑慢慢累積，這對(duì)防止鉑層的不均勻生長(zhǎng)是非常重要的。
膜系統(tǒng)22必須實(shí)現(xiàn)多個(gè)功能。首先，它必須提供與葡萄糖和氧(或在某些優(yōu)選實(shí)施方式中僅有葡萄糖)反應(yīng)的酶，以形成電解質(zhì)。在與葡萄糖和氧接觸時(shí)生成過(guò)氧化氫的葡萄糖氧化酶、戊二醛和白蛋白的反應(yīng)層30可實(shí)現(xiàn)這一功能。其它酶也可用于這一過(guò)程并且落在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
其次，因?yàn)樵谘汉推渌w液中，葡萄糖遠(yuǎn)比氧普遍，因此膜系統(tǒng)22必須包括置于反應(yīng)層30上的膜，以使氧的透過(guò)大于葡萄糖的透過(guò)，如此可使葡萄糖濃度的測(cè)定不受到緊挨著的周圍組織中的氧濃度的限制。該功能由具有選擇透過(guò)性的硬嵌段/軟嵌段共聚物層32實(shí)現(xiàn)。該層屬于美國(guó)專利US 5,428,123、5,589,563和5,756,632所描述的類型，在此以如同完全闡明的方式將這些專利引入作為參考。層32的厚度優(yōu)選小于10微米，以使葡萄糖和氧能夠迅速透過(guò)。
再其次，膜系統(tǒng)22必須防止干擾物(例如醋胺酚)通過(guò)產(chǎn)生與葡萄糖的存在不相關(guān)的電流而破壞測(cè)定。該功能通過(guò)諸如磺化聚醚砜、3-氨基苯酚或聚吡咯等化合物的內(nèi)部干擾物降低層34來(lái)實(shí)現(xiàn)，該層允許過(guò)氧化氫快速透過(guò)，所述過(guò)氧化氫產(chǎn)生指示葡萄糖濃度的電流。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該很容易理解，在暫時(shí)留置傳感器中，快速滲透是非常理想的，這樣可以迅速得到測(cè)定結(jié)果。
為制造傳感元件12，首先，將3-氨基苯酚干擾物降低層34溶液涂浸或電聚合到鉑鍍層26的表面上。層34的厚度可為數(shù)納米至2微米，以允許H2O2離子迅速透過(guò)，從而非常迅速地對(duì)葡萄糖濃度作出反應(yīng)。在該層上浸涂或電沉積葡萄糖氧化酶的反應(yīng)層30。在葡萄糖氧化酶上沉積戊二醛以固定葡萄糖氧化酶。傳感器在軟嵌段/硬嵌段共聚物32中浸涂。在經(jīng)完成的產(chǎn)品中，傳感區(qū)域22的表面相對(duì)于傳感元件12的其余表面稍微凹陷。在一個(gè)實(shí)施方式中，葡萄糖氧化酶30在層34之前涂布，層34穿過(guò)層30電沉積。在測(cè)量過(guò)程的開(kāi)始在觸點(diǎn)72之間施加電壓。當(dāng)在觸點(diǎn)72之間有電流流動(dòng)時(shí)，這意味著體液已經(jīng)完全潤(rùn)濕膜系統(tǒng)22，并且起到將電壓施加于導(dǎo)體24的信號(hào)。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在膜系統(tǒng)22上包括有吸收性金屬層。使用時(shí)，傳感元件12可以或者插入體內(nèi)數(shù)天并提供多個(gè)葡萄糖測(cè)定結(jié)果，或者可以用作單一用途的傳感元件。當(dāng)作為單一用途使用時(shí)，傳感元件12可以是復(fù)合傳感元件組件的一部分?？梢栽趥鞲性?2暫時(shí)留置時(shí)對(duì)葡萄糖濃度進(jìn)行測(cè)定，或者可以在取出傳感元件12后對(duì)殘留的體液進(jìn)行檢測(cè)而對(duì)葡萄糖濃度進(jìn)行測(cè)定。通常優(yōu)化單一用途元件12以提供快速讀出，而對(duì)于留置在體內(nèi)數(shù)天的傳感元件，通常對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)間的精確性和滿足留置裝置所面臨的更高的安全性要求。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明在醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域具有工業(yè)實(shí)用性。
在上述說(shuō)明書中使用的術(shù)語(yǔ)和表述均為描述性的而不是限定性的，并且使用這些術(shù)語(yǔ)和表述并沒(méi)有排除所說(shuō)明和所描述的特征的等同物或其部分的意思，應(yīng)該理解，本發(fā)明的范圍僅由隨后的權(quán)利要求所定義和限定。
權(quán)利要求
1.一種適于至少部分地插入哺乳動(dòng)物體內(nèi)的傳感元件，所述傳感元件包括(a)結(jié)構(gòu)穩(wěn)固材料的芯材；和(b)基本上沿圓周涂布在所述芯材的至少一部分上的電化學(xué)活性金屬層。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述電化學(xué)活性金屬為貴金屬。
3.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述結(jié)構(gòu)穩(wěn)固金屬為不銹鋼。
4.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述結(jié)構(gòu)穩(wěn)固金屬為鉭。
5.如權(quán)利要求2所述的傳感器，其中所述貴金屬為金。
6.如權(quán)利要求2所述的傳感器，其中所述貴金屬為鉑。
7.如權(quán)利要求2所述的傳感器，其中所述貴金屬為鈀。
8.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述芯材的截面呈圓形，并且其中所述電化學(xué)活性金屬沿圓周涂布于所述芯材上。
9.如權(quán)利要求1所述的傳感器，該傳感器還具有生物相容性和撓性，使得該傳感器可以植入哺乳動(dòng)物至少24小時(shí)。
10.如權(quán)利要求1所述的傳感器，該傳感器還具有剛性和銳利性，使得該傳感器可以快速地穿入皮膚并與體液接觸，以進(jìn)行持續(xù)小于3分鐘的測(cè)定過(guò)程。
11.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述芯材和所述層是被切割至適當(dāng)長(zhǎng)度的冷拔的充填管的一部分。
12.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述芯材的截面呈圓形。
13.一種測(cè)定具有體液的哺乳動(dòng)物體內(nèi)的分析物濃度的方法，該方法包括(a)提供一種傳感器，該傳感器具有(i)結(jié)構(gòu)穩(wěn)固材料的芯材；和(ii)涂布于所述芯材的至少一部分上的電化學(xué)活性金屬層；(b)使所述傳感器的至少一部分與所述體液接觸；和(c)測(cè)定由所述傳感器的所述至少一部分產(chǎn)生的任何電流，并且根據(jù)所述電流測(cè)定結(jié)果來(lái)形成分析物濃度的測(cè)定結(jié)果。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述電化學(xué)活性金屬為貴金屬。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述貴金屬為金。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述結(jié)構(gòu)穩(wěn)固金屬為不銹鋼。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述結(jié)構(gòu)穩(wěn)固金屬為鉭。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述傳感器的所述至少一部分保持插入至少24小時(shí)并且生產(chǎn)分析物的多個(gè)測(cè)量結(jié)果。
19.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述傳感器的所述至少一部分保持插入小于3分鐘。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述傳感器的所述至少一部分僅提供單個(gè)測(cè)定結(jié)果。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其中在形成測(cè)定結(jié)果前，將所述傳感器的所述至少一部分從所述哺乳動(dòng)物體內(nèi)取出，并且其中在取出所述傳感器的所述至少一部分后用殘留的體液形成測(cè)定結(jié)果。
22.一種制造具有良好結(jié)構(gòu)和電化學(xué)特性的傳感元件的方法，所述方法包括(a)提供結(jié)構(gòu)穩(wěn)固金屬的芯材；和(b)在所述芯材的至少一部分上涂布電化學(xué)活性金屬層。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述電化學(xué)活性金屬為貴金屬。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述貴金屬為金。
25.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述結(jié)構(gòu)穩(wěn)固材料為不銹鋼。
26.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述結(jié)構(gòu)穩(wěn)固材料為鉭。
27.如權(quán)利要求22所述的方法，其中在將電化學(xué)活性金屬層涂布于所述芯材的至少一部分上的步驟中采用等離子體汽相沉積。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中在所述等離子體汽相沉積之前直接鈍化所述芯材。
29.如權(quán)利要求22所述的方法，其中將電化學(xué)活性金屬層涂布于所述芯材的至少一部分上的所述步驟采用電鍍進(jìn)行。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述電鍍?cè)陔娏髅芏刃∮?0安培/平方英尺的電鍍?cè)≈羞M(jìn)行。
31.如權(quán)利要求29所述的方法，其中在將電化學(xué)活性金屬層涂布于所述芯材的至少一部分上的所述步驟之前，在所述結(jié)構(gòu)穩(wěn)固金屬上涂布中間金屬預(yù)鍍層。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述中間金屬為金。
33.如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述中間金屬為鉻。
34.如權(quán)利要求22所述的方法，其中將電化學(xué)活性金屬層涂布于所述芯材的至少一部分上的所述步驟通過(guò)用所述電化學(xué)活性金屬箔包覆所述芯材來(lái)進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種復(fù)合金屬分析物傳感器。具體地說(shuō)，本發(fā)明提供了一種適于至少部分地插入哺乳動(dòng)物體內(nèi)的傳感元件(12)。該傳感元件(12)由結(jié)構(gòu)穩(wěn)固金屬的芯材(24)和鍍覆部分構(gòu)成，所述鍍覆部分由結(jié)合于所述芯材(24)的至少一部分上的電化學(xué)活性金屬(26)構(gòu)成。所述傳感元件(12)可作為用于持續(xù)監(jiān)測(cè)哺乳動(dòng)物體內(nèi)的分析物的方法的一部分而使用。所述方法包括將所述傳感元件(12)的至少一部分插入所述哺乳動(dòng)物體內(nèi)并測(cè)定由傳感器(12)的至少一部分產(chǎn)生的任何電流。
文檔編號(hào)A61B5/00GK1988846SQ200480043601
公開(kāi)日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2004年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月16日
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