专利名称：电极、电化学传感器和设备以及其操作方法
技术领域：
本发明总体上涉及利用电极、传感装置和传感设备的过程、用途和方法以及传感系统。本发明特别地，但不完全是，涉及收集生物医学数据和/或信息。
背景技术：
一些胃肠道(GI)病症难于检测，当前的检测系统将摄像传感器装入可吞咽的丸剂中，但其通常不足以精确地在早期检测问题。胃肠道出血是一些疾病例如克罗恩氏病、溃疡性结肠炎、溃疡和癌症的常见症状。除非其达到出现其它症状(例如贫血)的程度或者如果粪便中带有鲜血，胃肠道中的出血不会引起注意。到此时，疾病通常已经达到了晚期。 在肠癌的情况下，息肉在癌变之前通常会出血。因此，如果可在早期检测出息肉，就可安全地除去息肉并且成功地治疗癌症。现有一些已知的粪便潜血(FOB)测试用于测试粪便中存在的血。这些试验通常基于血红蛋白的类似过氧化物酶的行为或基于免疫测定。一种已知的FOB测试使用愈创木树脂浸渍的卡片。愈创木树脂(提取自树木)会在存在氧化剂时变色。该测试利用了这样的事实血红蛋白通过过氧化氢催化愈创木树脂中的酚类化合物(α-愈创木酯酸)的氧化，从而形成高度共轭的蓝色苯醌类化合物。在基于愈创木树脂的FOB测试中，由患者将粪便样品涂抹在浸渍了愈创木树脂的卡片上。在将卡片送往分析之前，通常需要对三份粪便中的每一份收集两个样品。在分析实验室中，将过氧化氢显色溶液应用于该卡片上，如果样品中存在血液，结果会出现蓝绿色。上述FOB测试可用于筛选测试，其中患者通过邮件或者本地医生接受测试，患者采集自己的粪便样品并将其涂敷在卡片上，然后将卡片送回实验室进行分析。对这些测试的接受因人而异，尤其是在老年人和不同种族或社会背景的人中，其原因可能是由于采集样品并将其涂于卡片上的令人不快的性质。作为上述筛选卡片的替代，W02006/0805087公开了一种传感设备，该设备包括具有传感器元件阵列的可吞咽丸，其中每个元件都是用于检测将传感器阵列设置在其中的环境中相同分析物的存在的生物传感器。阵列中的传感器元件的活化使得存在于传感器元件的环境中的分析物，例如血红蛋白，催化第一试剂例如α -愈创木酯酸与第二试剂间的化学反应，并通过传感器元件检测化学反应，从而确定传感器元件的输出。第一试剂一般包含在传感器的试剂空间内，传感器的试剂空间是加盖的，并且如果需要的话，可以通过移除盖子将试剂暴露到局部环境中以提供第一试剂。提供包括带有可移动盖子的试剂空间的传感器使得可吞咽的丸剂的设计变得复杂。需要一种替代的传感器，其具有易于操作和易于制造的设计。本发明特别适用于这样的系统，在其中带有传感器的可吞咽的胶囊被病人吞咽并且通过无线电或其它通信连接将从体内收集的数据发送到体外的基站。然而，本发明不仅限于这种应用，其也可用于为植入人体所设计的传感装置。本发明还可用于局部应用，例如，在伤口敷料中。本发明还可用于动物，特别是但不限于农业家畜，例如牛羊和猪。不仅是针对哺乳动物的应用，针对非哺乳动物的应用，例如养鱼场的鱼，也是可以的。本发明还可以用于受试者取样的分析。具有传感器的分析装置可用于样品的快速、定性测定，特别是用于一种确定蛋白质例如血红蛋白处于生理水平或临床水平。虽然本发明的一些方面涉及设备例如可吞咽的丸子，其它方面提供了用于分析生物样品的改进的传感器。这些传感器可用于作为市场上的例如上面讨论的卡片的那些传感器的替换物。本发明的传感器提供了更快的结果而且不需要适当经验的分析技术人员。发明概述本发明采取了三种相关开发的形式，即电极、电化学传感器和传感设备，其将在下文中说明。每个开发都具有数个方面。应该理解，除非上下文另有要求，可以将任意开发的方面相互结合。与此类似，除非上下文另有要求，优选和/或任选的特征可单独或一起与任何开发的任何方面相结合。本发明第一个方面提供了用于检测蛋白质的电极，该电极包括具有含有碳或石墨的导电基质的工作电极，所述导电基质含有第一试剂和第二试剂，所述第二试剂是第一试剂的氧化剂或其前体，其中所述第一试剂与所述氧化剂的反应是可由蛋白质催化的，以在所述工作电极提供可检测信号。本发明第二个方面提供了用于检测蛋白质的电极，该电极包括具有导电多孔基质的工作电极，所述导电多孔基质含有第一试剂和第二试剂，所述第二试剂是第一试剂的氧化剂或其前体；其中所述第一试剂与氧化剂的反应是可由蛋白质催化的，以在所述工作电极提供可检测信号。本发明第三方面提供了电化学传感器，该电化学传感器包括本发明的电极，还包括对电极和可选的参比电极。本发明第四个方面提供了传感设备，该传感设备包括至少一个本发明的电化学传感器，其中该设备(i)用于来自受试者的样品；(ii)可被吞咽以通过人体或动物体；(iii)可被植入人体或动物体；或(iv)可被置于人体或动物体表面。本发明第五个方面提供了检测蛋白质的方法，该方法包括如下步骤(i)提供电化学传感器，所述电化学传感器包括具有导电基质的工作电极，所述导电基质含有第一试剂和/或第二试剂，所述第二试剂是第一试剂的氧化剂或其前体；对电极和可选的参比电极；其中所述第一试剂与氧化剂的反应是可由蛋白质催化的，以在所述工作电极提供可检测信号；以及
所述导电基质是含有碳或石墨的导电基质或多孔导电基质；(ii)在待分析蛋白质的环境下提供所述电化学传感器；(iii)提供用于反应的所述第一试剂和所述第二试剂；(iv)维持工作电极和对电极和/或如果存在的参比电极之间的电势；以及(ν)测量通过所述工作电极和对电极和/或如果存在的参比电极间的电流。本发明另一方面提供了本发明电极、电化学传感器或传感设备的制备方法。本发明还提供了上述电极在用于检测蛋白质的传感器中的用途。发明概述
图1是本发明传感装置的实施方式的立体图，该传感装置具有两个用于以差动模式(differential mode)或复制模式(duplicate mode)运行的工作电极，以及对电极和参比电极，其中所有的电极均在电极帽中。图2是图1的传感装置的电极帽的接触端的俯视图。这些工作电极显示为空腔， 并且在底部具有电接触点。图3显示了在含有TMB和URP碳糊的两个工作电极所记录的响应曲线，其中该工作电极用于对0. IX缓冲液A中包含Hb(浓度为ang/mL)的样品进行电化学分析。图4显示了在含有TMB和URP碳糊的两个工作电极所记录的响应曲线，其中该工作电极用于对一系列Hb浓度增加的样品进行电化学分析。样品是pH值为5的0. IX缓冲的A溶液，该样品在缓冲液中添加了逐渐增加的Hb的量。上部曲线对应于具有较高Hb浓度的样品的记录响应曲线。每个曲线都是三次独立实验的平均值。图5显示了相对于每个样品中已知的Hb浓度，由图4的每个响应曲线所计算的平均电流强度。每个数据点表示三次独立测量的平均值。误差棒对应于三次独立测量的标准偏差。图6显示了在含有TMB和URP碳糊的工作电极所记录的响应曲线计算的平均电流强度，其中该工作电极用于对一系列血液浓度降低的样品进行电化学分析。样品来自于PH 值为5. 0的0. IX缓冲的A溶液所溶解的全血，该样品被逐次稀释以得到一系列血液浓度降低的样品。各数据点表示三个独立测量的平均值。误差棒对应于三次独立测量的标准偏差。图7显示了在含有TMB和URP碳糊的工作电极所记录的响应曲线，其中该工作电极用于对一系列含有Hb的粪便样品进行电化学分析。该样品是加入了 Hb的pH值为7. 4 的0.1X缓冲的C溶液。上部的三个曲线对应于其中存在Hb的样品的响应曲线。下部曲线对应于不含有Hb的对照样品的响应曲线。图8显示了不含有Hb的空白浓缩的回肠造口流出样品(blank condensed illeal effluent sample)的三个分别进行的试验的记录响应曲线。该曲线在0. 00-0. IOV的电势范围内记录。图9显示了在含有TMB和URP碳糊的工作电极所记录的响应曲线，其中该工作电极用于对一系列包含Hb的粪便样品(浓缩的回肠造口流出物)进行电化学分析。上部曲线对应于Hb含量为3. 6mg/mL的样品。图10显示了在含有TMB和URP碳糊的工作电极所记录的响应曲线计算的平均电流强度，其中该工作电极用于对含有Hb的样品进行电化学分析。该响应曲线在对工作电极进行设定时间段的保温后获得。较低的平均电流强度值对应于不含有Hb的样品所得的测量值。图11显示了在含有TMB和URP碳糊的工作电极所记录的响应曲线，其中该工作电极用于对在0. IX缓冲的A溶液中的含有Hb的样品进行电化学分析。上部曲线(以WKG2 标记)对应于由另外地包含甘露醇的工作电极所记录的数据。下部曲线(以WKGl标记) 对应于不包含甘露醇的工作电极所记录的数据。图12显示了在含有TMB、URP和柠檬酸的碳糊的工作电极所记录的响应曲线，该工作电极用于对PH值为7. 4的含有0. 1 X缓冲C的在14分钟添加了 Hb的样品进行电化学分析。图13a显示了在含有TMB、URP、甘露醇和柠檬酸的碳糊的一对工作电极所记录的响应曲线，该工作电极用于对PH值为7. 4的含有0. IX缓冲的C的样品进行电化学分析， 其中Hb是在第14分钟添加到该样品中的。在分析之前，这些电极已经在37°C下(干燥状态)保温了 20小时。图1 显示了在含有TMB、URP、甘露醇和柠檬酸的碳糊的一对工作电极所记录的响应曲线，该工作电极用于对PH值为7. 4的含有0. IX缓冲的C的样品进行电化学分析， 其中Hb是在第14分钟添加到该样品中的。在分析之前，这些电极已经在37°C下(干燥状态)保温了 43小时。图14显示了在含有TMB的碳糊的一系列工作电极所记录的响应曲线，其中该工作电极用于对一系列含有0.1 X缓冲的A、URP和Hb的样品进行电化学分析。基线曲线是与不含有Hb的对照样品相关的响应曲线。图15显示了在含有TMB和高硼酸钠的碳糊电极针对模拟的粪便样品随时间所记录的电流，该模拟的粪便样品包含不同量的被添加到浓缩的回肠造口流出物的血液。从上到下的响应曲线对应于包含质量分数为2.0%、1.0%血液的样品以及三个各包含质量分数为0.4%血液的样品。基线曲线是与不含有血液的对照样品相关的响应曲线。图16是显示了平均电流密度的图表，该平均电流密度表示为任意单位，并且由在含有TMB和高硼酸钠的碳糊电极针对各种含血量增加的模拟粪便样品所记录的测量值计算得到。平均电流密度值是由每个样品的响应曲线所计算的。图17显示了净信号水平随时间的平均变化，其表示为任意单位，通过含有TMB和高硼酸钠的碳糊电极针对在IX缓冲的A中包含0. 3mg/mLHb的样品所测试。发明详述本发明提供了用于检测环境中的蛋白质的电极。该蛋白质催化第一试剂和第二试剂之间的反应以在电极提供可检测的信号。在优选的实施方式中，第一试剂和第二试剂包含在电极的导电基质中。在可替代的实施方式中，第一试剂和第二试剂其中之一包含在导电基质中，并且在使用时提供其余的那种试剂用于进行反应，从而在电极提供可检测的信号。蛋白质催化导电基质中第二试剂对第一试剂的氧化作用。然后第一试剂的氧化形式可以被在电极还原以在电极提供可检测的信号。电极可按照本文的说明装入电化学传感器中或传感设备中。在下文中将详细说明电极、传感器和设备的特征。
电极在总的方面，本发明提供了具有导电基质的电极。在本发明另一方面，提供了含有碳或石墨的导电的基质，并且该基质含有第一试剂和/或第二试剂。优选地，存在有第一试剂和第二试剂。可替代地，存在有第一试剂和第二试剂其中之一。在本发明另一方面，提供了导电的多孔基质，并且该基质含有第一试剂和/或第二试剂。优选地，存在第一试剂和第二试剂。可替代地，存在第一试剂和第二试剂其中之一。该电极可以被称为工作电极。本发明的电极是稳定的。其基本不会随着时间降解或者当持续暴露于规定的待用的环境中时基本不会降解。该工作电极可装入传感设备例如测试卡和其它设备例如诊断试剂盒中。另外，电极在用于体内时，可使用无毒的组分，从而将对人或动物测试受试者的产生伤害的风险降至最低。因此，在某些实施方式中，本发明的工作电极尤其适用于可吞咽丸的传感设备，以便于通过胃肠道。本发明的电极可保存至少14天、至少观天、或至少6个月并且电极活性不会显著降低。优选地，将电极在干燥状态下保存这些时间以最小化降解。优选地，将工作电极以及传感器的可选的其他组分保存在惰性气体例如氮气或氩气的气氛中。电极的活性可通过包含蛋白质的标准样品溶液的电化学分析来校正。电极活性的降低对应于在工作电极所记录的平均记录电流相比于对照工作电极所记录的电流的降低。 优选地，平均记录电流降低约50%或更低，约30%或更低，约10%或更低，或者约5%或更低。测试工作电极稳定性的环境可包括本文所述的生物样品。工作电极也可在与其规定的暴露条件相似的条件下测试样品。样品可以是例如模拟的肠液或模拟的粪便样品。导电基质工作电极通常具有含有第一试剂和/或第二试剂的导电基质。该基质可以是多孔基质。电极可以是含碳或石墨的导电的基质。导电基质适用于电连接至电压源。优选地，导电基质电连接至导电基底。优选地，导电基底是金属。金属可以是例如钢或钼，并且可以是任何形状，尽管最优选的是线形(包括线圈)。在使用时，导电基底可以形成工作电极的导电基质与电压源之间的电连接。在优选的实施方式中，导电基质是，或得自于，或可得自于石墨或碳糊。在可选的实施方式中，导电基质是，或得自于，或可得自于含碳或石墨的油墨。碳糊在本领域中是熟知的。碳糊可由石墨或碳颗粒与油来制备。油可以是包括但不限于链烷烃(paraffin)、矿物油或硅油。合适的油包括可得自 Sigma-Aldrich的矿物油(见例如目录号M3516)。合适的石墨或碳颗粒包括平均粒径< 20 μ m的合成石墨粉末，其可得自 Sigma-Aldrich (见例如目录号沘沘63)。碳糊通过将石墨或碳颗粒与油混合在一起制备，例如使用研钵及研杵。石墨或碳糊也可通过在石墨或碳存在下熔融链烷烃(paraffin)，例如石蜡来制备。典型地，将链烷烃加热至40-50°C。该技术见Petit等人的说明。
或者，可使用市售的碳糊。合适的碳糊包括可购自Bioanalytical Systems, Inc 的碳糊(见例如目录号CF-1010)。碳糊的典型组成为质量分数为55-75%的石墨或碳以及质量分数为25_45%的油。优选地，其组成为质量分数为60-70%的石墨或碳以及质量分数30-40%的油。导电基质可以是碳油墨。碳或石墨油墨固体含量通常在质量分数为30-50%的范围内，优选在质量分数为 33-45%的范围内。碳或石墨油墨通常包含碳或石墨以及溶剂和粘结剂，该粘结剂例如基于乙烯基或环氧基的高分子粘结剂。碳和石墨油墨是市售的，适合用于本发明的油墨包括来自Acheson Colloids(见例如 Electrodag Standard Carbon Ink PF-407A)、Dupont Electronic Materials (见例如产品号 BQ242)、Gwent Electronic Materials Ltd(见例如产品号 C10903P14)和 Ercon 的油墨。导电基质可以是多层的。多层导电基质使得第一试剂和/或第二试剂，以及如果存在的另外的添加剂，物理地分隔在基质中。与第一试剂和/或第二试剂以及如果存在的另外的添加剂位于单层中的基质相比，已经发现这种基质的稳定性提高。多层导电基质将基质组分的交叉反应性降至最低。例如，在多层导电基质中，降低了在不存在蛋白质时第一试剂和第二试剂的交叉反应。多层导电基质可具有不含有第一或第二试剂的碳糊或碳油墨层。优选地，该层由碳糊或碳油墨组成。当导电基底存在时，优选地，该碳糊或碳油墨层连接至导电基底。优选地，基质具有含有第一试剂的第一层和含有第二试剂的第二层，这些试剂中的每个都存在于其中。在最优选的实施方式中，导电基质包括碳糊或碳油墨的第一层，该层含有第一试剂或第二试剂其中一种。与第一层相邻的是碳糊或碳油墨第二层，该层含有第一试剂或第二试剂中的另外一种。与第二层相邻并且在第一层的相对侧的是碳糊或碳油墨第三层。该第三层可以不含有第一试剂或第二试剂，并且优选地由碳糊或碳油墨组成。可选地，导电基底可以与第三层相邻，并且在第二层的相对侧。优选地，第一层暴露于本文所述的电解液空间。因此，第一层可暴露于使用环境。优选地，第一层含有第二试剂，第二层含有第一试剂。优选地，碳油墨用于多层导电基质中。导电基质是多孔的。多孔网状结构使得在使用时蛋白质能穿过基质，从而能催化第一试剂与第二试剂之间的反应。当这些试剂中的其中一种存在于导电基质中时，孔使得在使用时这些试剂的其它试剂能穿过基质，通过蛋白质的催化使其能与这一种试剂反应。优选地，孔的平均直径为至少8 μ m、至少10 μ m、至少15 μ m或至少20 μ m。优选地，孔的平均直径为最多8 μ m、最多20 μ m、最多25 μ m或最多30 μ m。优选地，孔的平均直径在约8至约30 μ m的范围内。导电基质中的孔的大小通过SEM实验确定。第一试剂在存在蛋白质的情况下第一试剂可与第二试剂反应。优选地，第二试剂为过氧化氢。因此，在存在蛋白质的情况下第一试剂优选为与过氧化氢反应的化合物。
优选地，第一试剂是，或者包含，选自如下的化合物四甲基联苯胺、α-愈创木酯酸，2，2'-连氮基-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)、对苯二酚、苯二胺、邻联茴香胺、邻联甲苯胺(二甲基联苯胺)、6_甲氧基喹啉和3，3’- 二氨基联苯胺、3-氨基-9-乙基咔唑。优选地，第一试剂是，或者包括，四甲基联苯胺。优选地，第一试剂是，或者包括，3，3’，5，5’ -四甲基联苯胺。在本发明的某些实施方式中，传感器为适于可吞咽的传感设备的一部分，以便于通过人体或者动物体，或可植入人体或动物体，或置于人体或动物体表面(例如，伤口)。因此，优选地，设备所放置位置的内部或外部的传感器的构件对受试者无害。对于电极的体内应用，优选地，第一试剂为对受试者无毒的化合物。另外地或可替代地，第一试剂是被氧化剂氧化后不会转化成有毒产物的化合物。在最优选的实施方式中，第一试剂为，或含有，四甲基联苯胺。由于确信对人类受试者无害，这种第一试剂特别适合在本发明中使用。在工作电极中第一试剂的量被选取为以使得该电极具有最佳性能。在存在蛋白质的情况下，第一试剂的量足以使得第一试剂与第二试剂的反应产生可检测的信号，其中所存在的蛋白质水平处于生理或临床水平。所存在的试剂的量达到允许足够的电子穿过基质的浓度。试剂的量被选取为以在使用中提供最优灵敏度和响应时间。另外地或可替代地，存在的第一试剂的量为对导电基质给出最佳结构完整性的量。第一试剂可存在于导电基质中，质量分数至少为1 %，质量分数至少为2 %，或质量分数至少为5%。第一试剂可存在于导电基质中，质量分数至少为4%。第一试剂可存在于导电基质中，质量分数至多为15%，质量分数至多为9%，或质量分数至多为5%。第一试剂可存在于导电基质中，质量分数至多为15 %，质量分数至多为9 %，或质量分数至多为6%。优选地，存在于导电基质中的第一试剂质量分数为1_15%。优选地，存在于导电基质中的第一试剂质量分数为2_9%。优选地，存在于导电基质中的第一试剂质量分数为5%。第二试剂第二试剂为氧化剂或其前体。在存在蛋白质的情况下其可与第一试剂反应。优选地，第二试剂含有过氧化氢或其前体。优选地，在第二试剂与水接触时过氧化氢可从第二试剂释放。在存在蛋白质的情况下，过氧化氢可与第一试剂反应。优选地，第二试剂是，或含有，选自过氧化脲、过硼酸盐化合物和高碘酸盐化合物的化合物。在一个实施方式中，第二试剂是，或含有，过氧化脲。在另一实施方式中，第二试剂是，或者含有，过硼酸盐化合物，优选为过硼酸钠。对于体外应用，由于过硼酸盐所得的电极比含有其他试剂的电极，例如含有过氧化脲的其他电极，具有更好的稳定性，优选地选取过硼酸盐。特别地，这些含有过硼酸钠的电极被发现具有更长的储存期。对于电极的体内应用，优选地，第二试剂为对受试者无毒的化合物。另外地或可选地，第二试剂是与第一试剂反应后不会转化成有毒产物的化合物。因此，对于体内应用，由于其低毒性，过氧化脲为优选的第二试剂。对于电极的体外应用，较少考虑第二试剂的毒性。可以通过适当的密封来最小化使用者暴露到试剂。在工作电极中第二试剂的量被选取为以使得该电极具有最佳性能。在存在蛋白质的情况下，第二试剂的量足以使得第一试剂与第二试剂的反应产生可检测的信号，其中所存在的蛋白质水平处于生理或临床水平。所存在的试剂的量达到允许足够的电子穿过基质的浓度。试剂的量被选取为以在使用中提供最优灵敏度和响应时间。另外地或可替代地，存在的第二试剂的量为对导电基质给出最佳结构完整性的量。第二试剂可存在于导电基质中，质量分数至少为2%或7%。第二试剂可存在于导电基质中，质量分数至少为6%。第二试剂可存在于导电基质中，质量分数至多为15%，重量分数至多为11%，或质量分数至多为7%。第二试剂可存在于导电基质中，质量分数至多为8%。优选地，存在于导电基质中的第二试剂的质量分数为2_15%。优选地，存在于导电基质中的第二试剂的质量分数为7_11%。优选地，存在于导电基质中的第二试剂的质量分数为 %。电极添加剂工作电极包括第一试剂和/或第二试剂。电极可选地再包括一种或多种的添加剂。在多层的基质中，添加剂可与第一和/或第二试剂在同一层中，或在不含有第一或第二试剂的单独的层中。可以内含电极添加剂来改变导电基质的结构。可以内含添加剂来改变放置电极的局部环境。例如，可提供添加剂来改变工作电极表面和周围的局部PH值。在某些实施方式中，添加剂可在与水接触时从电极释放，而水通常会存在于所要分析的样品中。在该实施方式中，电极保持干燥直至使用。对于电极为多层的基质，优选地， 添加剂被包含在将要与电解质接触的层中。ρΗ值控制添加剂在一个实施方式中，工作电极含有ρΗ值控制添加剂。该添加剂可包含在基质中。 在使用中，PH值控制添加剂可从电极释放到电解质空间，从而改变局部环境的ρΗ值，特别是电极反应表面周围环境的PH值。已确定的是，在ρΗ值约为5的环境中，可以在电极获得由蛋白质催化TMB和URP 的反应所产生的最强的可检测信号。相应地，在环境ρΗ值预期大于5的情况下，可以向电极提供ρΗ值改变添加剂来改变使用中环境的PH值。该ρΗ值控制添加剂可为酸或缓冲液。一旦与环境中的液体接触，例如肠液，该ρΗ值改变添加剂可从电极释放到环境。 PH值控制添加剂在水合作用下可释放。在一次性使用的电极系统，酸适合作为ρΗ值控制添加剂。ρΗ值控制添加剂可为缓冲液。在优选的实施方式中，PH值控制添加剂为柠檬酸缓冲液(柠檬酸和柠檬酸钠)。原则上可使用任何有机酸的共轭碱。例如包括醋酸盐和磷酸盐缓冲液及其组合。其它适于使用的缓冲液包括MOPS、CHAPS、TRIS和HEPES缓冲液。优选地，缓冲液对受试者无毒。在工作电极中第一试剂的量被选取为以使得该电极具有最佳性能。所存在的缓冲液的量达到允许足够的电子穿过基质的浓度。pH值添加剂可存在于导电基质中，质量分数至少为1%，质量分数至少为2%，或质量分数至少为5%。pH值添加剂可存在于导电基质中，质量分数至多为15 %，质量分数至多为9 %，或质量分数至多5%。优选地，存在于导电基质中的pH值添加剂质量分数为1-15%。优选地，存在于导电基质中的pH值添加剂质量分数为2-9%。优选地，存在于导电基质中的pH值添加剂质量分数为5%。在一优选实施方式中，工作电极含有第一试剂和/或第二试剂、甘露醇和柠檬酸缓冲液。扩孔剂在一实施方式中工作电极含有扩孔剂。该添加剂可包含在基质中。该添加剂可增加电极基质中的孔的大小和/或数量。已确定的是，在具有大小和/或数量增加的孔的基质中，可以在电极获得由蛋白质催化第一试剂和第二试剂的反应所产生的最强的可检测信号。扩孔剂也可用于更均勻地分开基质中的孔，从而允许在使用时蛋白质能够更远地或更迅速地进入基质。优选地，扩孔剂为多元醇。优选地，扩孔剂单独选自硫酸钠、甘露醇、山梨醇和木糖醇。优选地，扩孔剂单独选自甘露醇、山梨醇和木糖醇。更优选地该扩孔剂单独为甘露可替代地，该扩孔剂为硫酸钠。当电极含有PH值控制添加剂例如柠檬酸时，硫酸钠为特别优选。在另一实施方式中，该扩孔剂为硫酸氢钠。当样品需要进行PH值控制时，硫酸氢钠可以比甘露醇优先使用，特别是在电化学分析时样品为酸性PH值的情况下。硫酸氢钠比甘露醇优选是由于其较低的PKa值(pKa值约为2，相比较而言甘露醇pKa值为13. 1-13. 8)。扩孔剂可存在于导电基质中，质量分数至少为1%，质量分数至少为10%，或质量分数至少为20%，或质量分数至少为30%。扩孔剂可存在于导电基质中，质量分数至多为55 %，或质量分数至多为45 %。优选地，存在于导电基质中的扩孔剂质量分数为1_50%。优选地，存在于导电基质中的扩孔剂质量分数为35-45%。优选地，存在于导电基质中的扩孔剂质量分数为40%。润湿剂在一实施方式中工作电极含有润湿剂。该润湿剂可存在于基质中。
该润湿剂可用于加速基质的水合，从而在使用中提供增加的响应时间。
该润湿剂优选为非离子的。优选的润湿剂包括聚乙烯吡咯烷酮、曲通X和吐温。该润湿剂可存在于导电基质中，质量分数至少为0.005 %，质量分数至少为 0.01%，或质量分数至少为0.05%。该润湿剂可存在于导电基质中，质量分数至多为0.50%，质量分数至多为 0. 25%，或质量分数至多为0. 1%。优选地，存在于导电基质中的润湿剂质量分数为0. 005-0. 25%。优选地，存在于导电基质中的润湿剂质量分数为0. 01-0. 1%。电极修饰在一个实施方式中，电极的至少部分表面上具有涂层。电极涂覆物质优选地溶于待测样品中。因此，当与样品接触时，涂层通过溶解作用从电极上除去。涂层优选为可通过水合作用除去。涂层可以是基质的形式，以使得样品溶液渗透遍布涂层，从而有助于从电极表面溶解。提供了涂层以容纳一种或多种添加剂，例如上述的那些电极添加剂。涂层可用作上述电极的替代或补充，而添加剂即包含在电极的电极基质中。由于涂层在进行电化学分析之前至少部分地被除去，从而确保电极表面的一部分能与样品接触，因此涂层不必要是导电的。在优选的实施方式中，电极涂层含有例如上述的PH值控制添加剂。在该实施方式中，优选地，电极不含有pH值控制添加剂。优选地，涂层材料是，或包含，水溶性聚合物。合适的水溶性聚合物包括用于药学领域中药物释放系统中的那些聚合物。用于本发明的水溶性聚合物包括一种或多种以下聚合物或其衍生物聚亚烷基二醇，例如聚乙二醇；纤维素类聚合物，例如羟烷基纤维素，包括羟乙基纤维素和羟丙基甲基纤维素；蔗糖或其它多糖，例如壳聚糖；和乙烯基聚合物，例如聚(乙烯基吡咯烷酮)和聚 (乙烯基吡咯烷酮)_(乙酸乙烯酯)共聚物。工作电极的制备本发明还提供了工作电极的制备方法。因此，在一方面提供了工作电极的制备方法，该方法包括混合包含碳或石墨基质与第一试剂、第二试剂或这两种试剂的步骤。包含碳或石墨的基质优选是碳糊或石墨糊，或碳油墨或石墨油墨。优选地，在与含碳或石墨的基质混合之前，独立地研磨第一试剂、第二试剂或这两种试剂。优选地，在与含碳或石墨的基质混合之前，独立地研磨第一试剂、第二试剂或这两种试剂再通过搅动(vortex)混合。所得的混合物可在研钵中均质化，然后再搅动。可以重复该过程直到获得了期望的均勻度的糊状物。在本发明一些实施方式中，该电极至少一部分表面上具有可除去的涂层。涂层可从涂层材料在有机溶剂中的溶液沉积到电极的外表面上。将溶剂蒸发，从而在电极表面上形成涂层材料的膜。可替代地，涂层可通过将涂层材料溶于或分散于有机溶剂中再将所得的混合物喷涂在电极上来涂覆。这种工艺与制药工业中用以涂覆例如水溶性聚合物的药物组合物的膜涂覆工艺相似。在一些实施方式中，电极可保持在例如传感设备的腔室内。在该实施方式中，涂层材料可包装在腔室中，从而至少部分地覆盖腔室中的电极。通过水合作用，涂层材料将之前覆盖的电极部分暴露于样品。本发明还提供了通过或可通过本文所述方法获得的工作电极。电化学传感器本发明的电化学传感器包括本发明的电极和对电极以及可选的参比电极。工作电极、对电极以及可选的参比电极确定了电解质空间。在使用时，电极与电解质空间中的电解液电性接触。对于定性测量，可以不需要参比电极。优选地，传感器的激活使得存在于传感器元件的环境中的被分析物(即蛋白质)， 特别是工作电极中的被分析物，催化第一试剂和第二试剂间的化学反应，通过所述传感器元件检测所述化学反应而确定传感器输出。电极适于与电压源电性连接。电化学传感器可以仅被激活一次，以尝试检测传感器所在环境中被分析物的存在。电化学传感器的激活使得存在于电化学传感器环境中的被分析物催化第一试剂和第二试剂间的化学反应，通过电化学传感器检测该化学反应而确定传感器输出。工作电极电化学传感器包括具有本文所述导电基质的工作电极。将工作电极暴露于待分析的蛋白质的环境下。优选地，工作电极通过激活电化学传感器暴露。对电极电化学传感器包括对电极。对电极可与电源连接。优选地，当对电极用作参比电极时，其与电源连接。对于可用于本发明电化学传感器的对电极的类型，没有特殊的限制。优选地，电极材料包括钢和钼。钢由于相对成本较低，是即抛型和一次性传感器和设备的最优选的电极材料。参比电极参比电极可包括在本发明的电极装置中。工作电极和对电极以及如果存在的参比电极和另外的工作电极确定了电解质空间。在使用时，电极与所述电解质空间中的电解液电性接触。电解液可以是本文所述的样品或传感器所应用的环境下的流体。参比电极可以是标准银/氯化银电极。参比电极可以是准参比电极，在包含合适离子的合适的缓冲液存在的情况下，其可用作参比电极。在一个实施方式中，准参比电极可以是从银电极或可从银电极获得的基于银的电极，该银电极以约的!^Cl3水溶液处理。 电极可在处理前和/或后洗涤。
另外的工作电极电化学传感器可包括第二电极。另外的工作电极可与第一工作电极相同或不同。第二工作电极可被提供来允许在电化学传感器中使用差动电化学测量。第二工作电极可用于允许复制电化学测量以证明精度并增加可信度。本发明的传感器可以以一式三份或一式四份的结构提供。因此，传感器可包括两个或三个另外的工作电极。电极的增加可以通过允许蛋白质更高的特异性来提高电化学传感器的总体性能。 因此，电极更加能够区分不同类型的蛋白质，例如区分血红蛋白与辣根过氧化物酶。在一个实施方式中，第二工作电极被提供用来测量第一和第二试剂间未催化的反应。在该实施方式中，电化学传感器配备有减少或防止第二工作电极在使用时暴露于蛋白质的装置。该装置可以是膜。该膜是蛋白质不能透过的。由于该膜被准备为在使用时允许样品中的其它组分通过该膜，因此该膜可被称为半渗透性膜。所以这些其它组分可以到达第二工作电极。在一个实施方式中，其它组分是过氧化物清除剂，过氧化物清除剂是已知与过氧化物反应的化合物。这些化合物包括但不限于抗坏血酸酯(或抗坏血酸)和尿酸酯(或尿酸)。所述化合物可被允许通过膜并与电极基质接触和进入电极基质。其它组分可以在电极例如与第一或第二试剂反应，以在第二工作电极产生可检测的信号。由该反应(非特异的)产生的信号可以用于校准或校正由在第一工作电极蛋白质催化的反应(特异的)所获得的信号。该膜的穿透孔的大小足以防止蛋白质通过膜。这可被称为尺寸排阻。优选地，孔具有5μπι或更低、4μπι或更低、Ιμπι或更低、或0. 5μπι或更低的平均
横截面。膜是可购得的，并且用于本发明的合适的膜包括来自如下的膜=Millipore (例如 Millipore Immobilon-P Membrane、Millipore Fluoropore PTFE> Millipore Durapore PVDF 和 Millipore Isopore 轨迹浸蚀聚碳酸酯)、Merlitech (例如 Merlitech Corp 聚酯膜和轨迹浸蚀聚碳酸酯滤膜)和Whatman (例如Whatman轨迹浸蚀聚碳酸酯滤膜)。电化学电化学传感器还可包含电压源(或电源)。电压源优选地适于在工作电极和对电极或如果存在的参比电极之间提供恒定的电势差。优选地，电压源给工作电极和参比电极或对电极间提供范围为-0. 05至+0. 25V的恒定电压。优选地，电压源给工作电极和参比电极或对电极间提供约+0. IOV的恒定电压。电化学传感器还可包括用于监测电流的检测器。电化学传感器还可包括用于控制电压源并计时的控制器。或者，电压源和/或控制器可在外部提供。在一个实施方式中，电压源和/或控制器可以是设备的组件，例如本文所述的那些设备，特别是本文所述设备的第一�？榈淖榧�。特别优选地，设备或设备的第一�？榘ㄒ涣斜痉⒚鞯牡缁Т衅�。该列电化学传感器中的一个或多个、或每一个可由公共的电压源提供电压和/或可由公共的控制器控制。电化学传感器可以配备有提高在工作电极信号的检测的试剂。该试剂可释放进入电解质空间。该试剂可通过电化学传感器的激活释放。试剂可包含在储存器中(可包括凝胶)，与工作电极相邻或靠近工作电极。试剂可选自上述电极添加剂。因此，可以使用存储器来补充或替代那些包括所述添加剂的电极和/或具有包括所述添加剂的涂层的电极。储存器可通过与样品接触释放试剂。储存器材料可以是至少部分可溶性的，并且优选地通过水合作用可溶解，从而释放试剂进入样品中。储存器优选地由水溶性聚合物组成。合适的水溶性聚合物是本文所述的用作电极涂层材料的那些聚合物。储存器优选地紧靠于工作电极(或是提供了另外的电极时的工作电极)。储存器可以与电解质空间相邻。因此包含在储存器中的试剂可在电化学分析之前和之间提供至工作电极表面。在一个实施方式中，储存器含有例如上述的pH值控制添加剂。在该实施方式中， 优选地，工作电极不含有pH值控制添加剂。在优选的实施方式中，试剂是例如上述的pH值控制添加剂。在另外的实施方式中，试剂是例如上述的润湿添加剂。传感设备本发明提供了具有至少一个本发明电化学传感器的传感设备。本发明电化学传感器的组件适于小型化。具有传感器的设备也可以是紧凑的。因此，传感设备可以是适于通过胃肠道的装置，或其可以是测试卡或其它这种适用于家庭测试试剂盒的测试系统。在一个实施方式中，提供了适用于分析受试者样品的传感设备。该传感设备可以是手持式装置，并且适于非临床医生或合格的技术人员的使用者使用。该设备可被提供来由私人个体用作家庭测试试剂盒的一部分。在优选的实施方式中，传感设备作为试剂盒的一部分提供，该试剂盒包括适于存储和/或从受试者采样生物标本的采样设备。试剂盒可选地包括说明，该说明涉及传感设备的使用、存储和/或采样设备的使用以及传感设备结果的解释。采样设备可以与传感设备集成，并且可从其中除去。因此，在该实施方式中，提供了一件用于采样和分析样品的仪
ο在优选的实施方式中，采样设备用于从粪便中分离粪便样品。在一个实施方式中，传感设备包括电化学传感器，并且传感器适于与样品接触并且对样品进行电化学分析。传感器可制备成例如测试卡的形式，或可选地传感器可具有更加复杂结构并且可制备成采样头。 在本发明另一实施方式中，本发明的设备包括测试卡形式的电化学传感器。在这些实施方式中，特别优选地，本发明的电极适于在卡上或卡中使用。因此，每个电极的厚度相对较�。叛∥狪Omm或更小、5mm或更小或Imm或更小。在这些实施方式中，特别优选地，工作电极包括导电性碳-油墨基质。电化学传感器可用于测试样品中蛋白质的存在。所述蛋白质优选是血红蛋白。因此电化学传感器可用于测试样品中血液或血液降解产物的存在。在一些实施方式中，传感设备中的电化学传感器包括第一和第二试剂。试剂可包含在工作电极内，或者试剂中的一种可包含在工作电极内，另一种可在工作电极的试剂空间中提供，并且可通过传感器的激活来提供以与另一种试剂反应。在其它的实施方式中，传感设备中的电化学传感器包括第一和第二试剂中的一种。第一和第二试剂中的另一种被单独提供，例如被加入待分析样品溶液中。传感设备可以是可在用完后丢弃。在一个实施方式中，传感设备是一次性设备。在其它实施方式中，传感设备适于多次使用。在该实施方式中，电极配备有足以多次使用的第一和/或第二试剂的量，或者分析单位可以配备有多于一个工作电极，如下文所述。传感设备的外形、大小或结构不限。优选地，传感设备适用于生物样品，并且适用于对所述样品进行电化学分析。在一个实施方式中，传感设备的形状适用于手持。在完成电化学分析后，传感设备可以适于向使用者提供可视化或可听见的信号。 该信号可向使用者表明不存在蛋白质、蛋白质存在的生理水平或蛋白质存在的临床水平。 信号可以是可变化的颜色标记形式，或者在卡片上特定的标记位置出现标记以指示某种结^ ο在优选的实施方式中，设备配备有能够提供关于分析结果的可视化指示的电子显示器。指示可以是单词和/或符号。对于显示的结果，电子显示器提供了更高的确定性，并且该显示不易受到主观解释的影响。在阳性结果指示为颜色变化时，这种解释对测试特别不利的。该变化可能难以目测，并且可能不统一，因此给使用者提供了非结论性的或不确定的结果。传感设备可以用于通过一系列测试来指示蛋白质的存在。重复试验将假阳性结果出现几率降至最低。传感设备适于进行一系列重复试验。因此传感设备可以具有可使用两次或更多次的传感器。或者，该设备可配备两个或更多个传感器，其中各传感器用于一系列试验中的一个。传感设备还可配备报警器，该报警器指示使用者何时应该对新样品进行另外的测试。报警器可以是可视化或可听化警报器或者这两者。传感设备也可配备计数器来指示已经进行的测试数和/或还剩下的测试数。传感设备可以作为试剂盒的一部分提供，其中试剂盒还可以包括测试溶液。测试溶液可被提供用于与样品混合以得到更加适合分析的电解液。测试溶液可以是缓冲液。当电化学传感器没有第一和第二试剂其中之一时，试剂可以作为试剂盒的一部分提供。试剂可以在测试溶液中提供，或在单独的试剂溶液中提供以加入测试溶液。在其它实施方式中，与本发明所述的电极添加剂相同的某些添加剂可在测试溶液中提供，或在单独的试剂溶液中提供以加入测试溶液。在这些实施方式中，试剂盒可被称为具有干和湿化学成分。试剂盒的干化学成分是指电极基质中含有的组分，包括第一和/或第二试剂。试剂盒的湿成分是指作为测试溶液提供的组分，例如第一和第二试剂其中一种和/或稀释剂，用以在电化学分析之前加入样品。湿化学成分也可指将要构成测试溶液(例如通过加入水)的设备的组分。因此，湿化学组分可以以固体或凝胶形式提供以构成测试溶液。湿和干成分可分开提供，例如在不同的试剂盒中。在优选的实施方式中，传感设备作为试剂盒的一部分提供，其中试剂盒也包括湿化学成分。湿化学成分可以是本文所述的稀释剂，或是适于产生稀释剂的混合物，例如通过加入水。在这些实施方式中，传感设备优选地包括具有第一和第二试剂的工作电极。试剂盒可包括一组使用说明书。使用说明书可以是纸质形式、在电子载体上或从提供了网址的网站上可得或可下载。在本发明另一实施方式中，提供了具有可拆卸工作电极的设备。在使用后，工作电极中的第一和/或第二试剂可能耗�。蛘咚焦褪沟迷诠ぷ鞯缂荒芗锹伎杉觳獾男藕�。因此本发明提供了其中可以用新工作电极替换使用过的工作电极的设备。所述装置特别适于与一次性工作电极一同使用。工作电极可以视需要被替换，而其它更加昂贵和复杂的传感器组件，例如电源、控制电子仪器和可视显示器(若存在时)，可以保留在设备中与替换的工作电极一起使用。在一个实施方式中，工作电极，可选地与对电极、参比电极和其它如果存在的工作电极的一起，可以与样品一起从设备中除去。样品可以用样品存储器除去。在除去后，新的工作电极，可选地与对电极、参比电极和其它如果存在的工作电极，可以随后加入到该设备。也可加入新的样品储存器。工作电极，可选地连同对电极、参比电极和其它如果存在的工作电极的一个或者多个，可以采用适于安装和从设备中除去的筒的形式。样品储存器可以是筒的组件。本发明的设备可配备另外的传感器。传感器可以是另外的生物传感器，其意图提供有关于环境中的某些被分析物的存在或不存在的另外的信息。这些传感器有助于受试者的分析，并且最终有助于受试者的诊断。还提供了用于控制本发明的电化学传感器的另外的传感器。例如，可提供与本发明传感器并排的温度或PH值传感器。一旦局部环境温度或PH值达到阈值水平(分别由温度或PH值传感器检测)，这些传感器可激活电化学传感器。用于本发明的设备的合适的传感器在WO 2006/085087中说明。在一个实施方式中，传感设备包括第一�？楹偷诙？椋龅谝荒？榫哂锌刂破�、发送器和一个或多个电化学传感器，所述控制器能激活一个或多个电化学传感器，所述发送器被配置成将来自所述电化学传感器输出的电化学传感器数据，从所述第一�？榉⑺椭了龅诙？榈慕邮掌鳎渲忻扛龅缁Т衅魇怯糜诩觳獾缁Т衅魉柚玫幕肪持械鞍字实拇嬖诘纳锎衅鳌５庇辛礁龌蚋喔龅缁Т衅鞔嬖谟诘谝荒？橹械那榭鱿拢刂破髂芗せ钏稣罅兄械囊桓龌蚨喔龅缁Т衅�(独立于阵列中的其它传感器)，从而通过使用所述阵列中的不同电化学传感器来在不同时刻获得来自所述阵列的传感器输出。在一个实施方式中，第一模块适于(i)可被吞咽以通过人体或动物体；(ii)可被植入人体或动物体；或(iii)置于人体或动物体表面(例如创伤处)。第一�？榭梢圆捎媒耗倚问剑涫视诰赋Φ涝怂汀６杂谟τ�(i)，其设置了对第一�？榈奈锢泶笮『屯庑蔚南拗�。对于外形，第一�？橥ǔＪ浅し叫蔚模た肀任�2. 5 1或更高，优选地3 1或4 1或更高。当然，具体的大小取决于第一�？榻ü奈赋Φ�。对于应用(ii)，对于第一�？榈拇笮『屯庑蜗拗葡喽越仙�。但是，对于⑴和(ii)，第一�？橛Ω靡陨锵嗳莸暮�/或无毒的材料形成。对于应用(iii)，第一模块优选是扁平形，可选是可弯曲形式。例如，第一模块可以在身体创伤处提供，优选地在创伤敷料上或敷料中提供。第一�？榘ㄒ涣械缁Т衅�。每个传感器可以独立运行。每个传感器可以在与阵列中其它传感器不同的时间处激活。因此，设备可以用于获得其通过胃肠道的读数。激活时间可以根据设备预计通过胃肠道特定部分的输送来设定。优选地，每个传感器仅在试图检测所述环境中的分析物的存在时可激活一次。通过此方式，优选地，每个传感器仅能使用一次。这通常是因为传感器依赖于使用至少一种试剂的化学反应，在传感器元件中使用试剂来进行测量意味着传感器元件不能进行另外的测量。优选地，传感器输出对应于以下至少一种的分析条件存在的被分析物、不存在的被分析物、对所检测的被分析物的浓度的定量测量。因此，每个传感器能提供对被分析物浓度的测量。但是，在某些实施方式中，各传感器元件仅能确定被分析物浓度在某阈值之上 (存在被分析物)或在某阈值之下(不存在被分析物)，就已经足够了。优选地，所述被分析物是血液、或血红蛋白或血液的另外组分或血液的降解产物。或者，被分析物可以是其它体液或其组分，例如腔液、消化酶、食物或食物消化产物或创伤液。第一�？榭梢园ㄓ糜诮缁Т衅骷锹嫉氖荽犹迥诰尴叩缁蚱渌ㄐ帕哟椭撂逋獾幕镜淖爸�。电化学传感器的电极空间通过传感器的激活可暴露于样品或环境中。每个传感器可包括用于覆盖电极空间的覆盖部件，该覆盖部件至少是部分可除去的，以允许暴露电极空间。优选地，覆盖部件可通过对其加载电压而至少部分除去。电压可以触发覆盖部件的腐蚀、溶解、融化、升华和断裂的至少一种。覆盖部件能防止体液与生理性体液反应。所述体液可降解电极基质材料，或可以与第一或第二试剂反应从而消耗这些电极材料。因此，覆盖部件防止体液与电极表面接触直至需要时。优选地，在设备的外表面提供电化学传感器，以提供与其中布置了设备的环境接触。通过此方式，每个传感器元件可以直接暴露于环境(至少在激活时)，而不需要环境中的液体沿着装置中的通道或管道流动。由于一些胃肠道(例如结肠)区域的内容物基本是固体或紧实的，因而难以流动，因此这种方式是特别优选的。优选地，第一�？槭俏尴叩绶⑸淦鳎诙？榈慕邮掌魇俏尴叩缃邮掌�。在一个实施方式中，第一�？槭强赏萄实慕耗一蛴糜诓迦氪蟪Φ闹踩胱爸茫弥踩胱爸镁哂性市硖逡和ü目�。在一个实施方式中，第一�？榈耐獠刻坠芫哂幸桓龌蚨喔霾垡砸家禾宄獠刻坠苤械囊桓龌蚨喔隹诹鞫�。在一个实施方式中，第一�？槭强赏萄实慕耗也⑶野ň哂兄辽僖桓雎菪�、突出或凹陷以使得胶囊在通过胃肠道时旋转的外部套管。电极的使用、电化学传感器和传感设备环境电化学传感器和传感设备可以用于定量地或者半定量地检测存在于传感器或设备所放置的环境中的被分析物例如蛋白质的量。
环境可为生物样品，例如来自受试者的提取物。例如，样品可为粪便样品，或者其它体液样品，例如管腔、消化酶或者伤口液体。在一个优选实施方式中，该样品为粪便样品。 在另一优选实施例中，样品为肠液样品。电化学传感器可用于检测样品中蛋白质水平是否处于生理水平，也即健康受试者的期望水平，或临床水平，也即非正常水平，或者与疾病状态相关的水平。在一个实施方式中，与生理水平相比较，临床水平可与过量的蛋白质相关。在一个实施方式中，与生理水平相比较，临床水平可与缺少或减少的蛋白质水平相关。从受试者取出后样品可不被改变而被分析。可替代地，样品可被处理，例如用以提高其作为本发明的电化学传感器的电解质的性质。样品可被用水、酸或者缓冲液来稀释。水、酸或者缓冲液可用于改变PH值和/或样品的离子强度。在样品为粪便样品的情况下，稀释剂用于将样品转换为更适于做电化学分析的状态。因此，稀释剂可用作增溶部分粪便。稀释剂可用于提取粪便基质中的组分，包括，例如血。在细胞组分存在于样品诸如血细胞中的情况下，可加入稀释剂以溶解细胞并释放细胞内含物。在粪便样品含有血的情况下，这些细胞可被溶解以释放Hb到溶液中。如以上所述， 可加入稀释剂以提供合适的PH值和离子强度控制。因此，稀释剂在样品的后期电化学分析中具有作为缓冲电解质的作用。在一特别优选的实施例中，稀释剂为含有0. 皂草苷的缓冲液A。1.0X缓冲液A 为IOOmM柠檬酸-磷酸盐，pH 5. 0+100mM KCl。缓冲液A可作为粪便样品的稀释剂在0. IX 至1.0X浓度下使用。如此处所描述该稀释剂与另外的组分一起使用。稀释液可提供具有更适于分析的pH值和离子强度的样品。优选地，粪便样品用至少2X、至少5X、至少IOX或至少20X体积的稀释剂稀释。粪便样品可用至少5-10X体积的稀释剂稀释，最优选的是大约5X体积的稀释剂。在典型的制备中，200mg收集的粪便样品在2mL稀释剂，例如缓冲液中溶解。在电化学传感器用于检测血液中的Hb或其它蛋白质组分的情况下，该样品优选地采用细胞溶解剂处理。该溶解剂适于溶解样品中的红血细胞(红细胞)以提供用于催化第一和第二试剂之间的反应的Hb。优选地，该试剂在用于分析样品的条件下无电化学活性。该溶解剂可选自由以下物质组成的组皂角苷、EDTA、去氧胆酸钠、非离子表面活性剂和其它相关的聚乙炔、Triton X-100、吐温20、十二烷基硫酸钠和洋地黄皂苷。可替代地或另外地，可以使用可购得的细胞溶解产品。一个例子是可从Sigma-Aldrich获得的红血细胞溶解缓冲液Hybri-Max (例如产品号R7757)。优选地，样品用皂角苷处理。已发现这种试剂不会干扰包括含有Hb样品的生物样品的电化学分析。样品可处于约37°C的温度下。可替代地，该样品在室温下。例如，样品可在10至 30°C的温度范围内，优选地，15-25°C的温度范围内。可调节该样品温度到优选温度。例如， 样品可被冷却或使其从生理温度冷却至室温。在一些实施方式中，样品优选地处于约为室温，在该温度下可获得最佳的传感器性能。
优选地，样品pH值为3-8，优选为4-5，优选约为5。可调节样品的pH值至优选的 PH值。优选地，通过工作电极中包含的缓冲液或酸来调节样品的pH值。可以将润湿剂加入到样品中以提高工作电极的湿润度。优选地，润湿剂与缓冲液联合使用，缓冲液被提供用以调节环境中的PH值。润湿剂可选自上述与可选的电极添加剂相关的润湿剂。优选地，样品来自处于饮食控制方式中的受试者，例如下述饮食。优选地，样品来自处于饮食控制方式中的受试者，其中所述饮食在从受试者取样前被控制至少M小时以至于食物种类中1-5种食品不存在在该饮食中，或这些食品的消耗受限。优选地，样品为来自处于饮食控制方式中的受试者的样品例如肠液样品，其中饮食中的例如维生素C、对乙酰氨基酚、水杨酸盐和尿酸被控制，并且这些物质不存在于饮食中，或在从受试者取样前至少M小时这些物质的消耗受限。优选地，样品来自禁食的受试者，其中在禁食开始后至少12小时从受试者取样。样品可为受试者胃肠道中的液体。传感器或设备放置的环境可为受试者的胃肠道区。该区可为上或下胃肠道或这两者。上胃肠道可为小肠，其包括十二指肠、空肠和回肠。下胃肠道可为大肠，其包括盲肠、结肠和直肠。结肠可为结肠的上升、横向或下降部分。蛋白质本发明的电化学传感器可用于检测特定环境中的蛋白质(其可称为被分析物)。蛋白质能催化第一试剂和氧化剂之间的反应。第一试剂和氧化剂可与期望的目标蛋白质(或被分析物)一起选择。优选地，该蛋白质为过氧化氢与第一试剂反应的催化剂。该蛋白质可为金属蛋白质。优选地，该蛋白质为辣根过氧化物酶或血红蛋白。最优选的蛋白质为血红蛋白。在这个最优选的实施方式中，本发明的电化学传感器和传感设备适于用来检测在特定的环境中的血。该蛋白质本身可与感兴趣的被分析物相关。该被分析物可为生物分子，例如这些生物分子为，或包含，聚核酸、多肽或多糖。该蛋白质可被认为是被分析物的标签，其允许在样品中检测被分析物，并且可选地对被分析物进行量化。该检测和分析基于蛋白质标签的催化活性。典型地，如本领域技术人员所知，该蛋白质与被分析物共价键合，例如通过二硫化物、酰胺和酯键合。在其它实施方式中，蛋白质和被分析物可被其它非共价键相互作用连接，例如氢键结合。在存在蛋白质的情况下，第一和第二试剂以比第一和第二试剂在没有蛋白质存在的情况下的100倍或更高、500倍或更高、或1000倍或更高的速率反应。在存在蛋白质和不存在蛋白质的情况下第一和第二试剂的反应速率可用电化学的方法检测。受试者该电化学传感器可用于检测来自受试者的样品中蛋白质的存在。可替代地，该传感器可用于检测受试者体内或体外特定位置的蛋白质的存在。
受试者可为动物、哺乳动物、有胎盘哺乳动物、啮齿目动物(例如，豚鼠、仓鼠、大鼠、小鼠)、鼠类(例如，小鼠)、兔形目动物(例如，兔子)、鸟禽(例如，鸟)、犬(例如，狗)、 猫(例如，猫)、马(例如，马)、猪(例如，猪)、羊(例如，绵羊)、牛(例如，奶牛)、灵长类动物、猿猴(例如，猴子或猿)、猴子(例如，狨猴、狒狒)、猿(例如，大猩猩、猩猩、红毛猩猩、 长臂猿)、或人类。进一步地，受试者可处于任何进化形式，例如，胎儿。在一优选实施方式中，受试者为人类。使用和方法在本发明的一方面，提供了电化学传感器在蛋白质检测的用途。该电化学传感器可用于在传感器所放置的环境中的血液的检测。本发明另一方面提供了检测蛋白质的方法，该方法包括步骤(i)提供电化学传感器，所述电化学传感器包括具有导电基质的工作电极，所述导电基质含有第一试剂和/或第二试剂，所述第二试剂是第一试剂的氧化剂或其前体；对电极和可选的参比电极；其中所述第一试剂与氧化剂的反应是可由蛋白质催化的，以在所述工作电极提供可检测信号；以及所述导电基质是含有碳或石墨的导电的基质或多孔导电基质；(ii)在蛋白质的待分析的环境下提供所述电化学传感器；(iii)提供用于反应的所述第一试剂和所述第二试剂；(iv)维持所述工作电极和对电极和/或如果存在的参比电极之间的电势；以及(ν)测量通过所述工作电极和对电极和/或如果存在的参比电极间的电流。在一实施方式中，电化学传感器包括工作电极，该工作电极包括含有第一试剂和第二试剂的导电基质。在一实施方式中，电化学传感器包括工作电极，该工作电极包括含有第一试剂或第二试剂之一的导电基质。在电化学传感器的活化下提供用于与第一试剂或第二试剂之一的反应的第一试剂或第二试剂的另一个。其它试剂可存在于传感器所放置的环境中。例如，其它试剂可加入到取自受试者的样品中。可替代地，其它试剂可包含在电化学传感器的试剂空间中。该试剂空间与电解质空间分离。在电化学传感器活化后该试剂空间可暴露于所述的环境和电解质空间中。该电化学传感器可在设备中，优选在丸剂中，该设备被放置于待分析的环境中。该丸剂适于可吞咽，或者可植入到人体或动物体内，或其适于放置在人类或动物体的表面位置。待检测的环境可以是从人体或动物体取样的生物样品。因此该电化学传感器可用于该样品的分析。该设备可配备样品室，该样品室被暴露于电化学传感器。生物样品可被加入到样品室以用于分析。第一和第二试剂为反应可用。该反应可由蛋白质催化以在工作电极提供可检测的信号。在仅有一种试剂是工作电极组分的情况下，另一试剂被使得可与工作电极接触。该另一试剂被允许穿透基质，在该基质，该另一试剂被使得在存在蛋白质的情况下可以与一种试剂发生反应。在两种试剂都被提供在工作电极的情况下，其可以被认为为反应可用。在不存在蛋白质的情况下，如果不是实质上不发生反应的话，第一试剂和第二试剂间的反应速率很低。检测在传感器或设备可用的环境中过氧化物酶的水平可影响所获得的读数，并且可能产生假阳性。血液中过氧化物酶活性水平的增加与受试者饮食中某些食物相关。这种增加在包括水果和蔬菜的饮食中特别明显。本发明的装置和设备可用于受试者血液存在的测试，该受试者正进行控制过氧化物酶的饮食，特别是减少过氧化物酶的饮食。受试者可在摄入过氧化物酶控制的饮食M小时或48小时或更长时间后被测试。饮食可以被控制，以使得饮食中引起血液中高水平的过氧化物酶活性的食物(例如上述1-5组食物)被除去或限制。或者，受试者在测试之前先进行至少12小时、至少M 小时或至少36小时的禁食。表1显示了与多种常见食物相关的过氧化物酶活性(改编自Caligiore等人， Am. J. Clin. Nutr. 1982，35，1487)。表1-根据1. OmL血液中过氧化物酶活性当量的食品量对某些食品中过氧化物酶
水平进行分组。除非指明，所有的食品为原材料。
权利要求
1.一种用于检测蛋白质的方法，所述方法包括以下步骤 (i)提供电化学传感器，所述电化学传感器包括具有导电基质的工作电极，所述导电基质含有第一试剂和/或第二试剂，所述第二试剂是所述第一试剂的氧化剂或其前体； 对电极和可选的参比电极；其中所述第一试剂与所述氧化剂的反应是可由蛋白质催化的，以在所述工作电极提供可检测信号；以及所述导电基质是含有碳或石墨的导电基质或多孔导电基质； ( )在待分析蛋白质的环境下提供所述电化学传感器；(iii)提供用于反应的所述第一试剂和所述第二试剂；(iv)维持所述工作电极与所述对电极和/或如果存在的所述参比电极之间的电势；以及(ν)测量通过所述工作电极与所述对电极和/或如果存在的参比电极间的电流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述导电基质是含有碳或石墨的导电基质。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述含有碳或石墨的导电基质是碳糊。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述蛋白质是血红蛋白。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第二试剂包含过氧化氢或其前体。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第二试剂是，或者包含，过氧化脲或过硼酸钠。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第二试剂是过硼酸钠。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一试剂是，或者包含，选自如下的化合物四甲基联苯胺、α-愈创木酯酸、2，2'-连氮基-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)、对苯二酚、苯二胺、邻联茴香胺、邻联甲苯胺(二甲基联苯胺)、6_甲氧基喹啉和3， 3’ - 二氨基联苯胺、3-氨基-9-乙基咔唑。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一试剂是，或者包含，四甲基联苯胺。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述电极还带有润湿剂。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述润湿剂选自聚乙烯吡咯烷酮、TritonX和吐温。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中所述润湿剂在所述导电基质中的质量分数为 0. 005-0. 25%。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述导电基质是含有碳或石墨的多孔导电基质。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述导电基质含有所述第一试剂。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一试剂在所述导电基质中的质量分数为1-15%。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述导电基质含有所述第二试剂。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第二试剂在所述导电基质中的质量分数为2-15%。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述待分析的环境是来自受试者的生物样品。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述生物样品是粪便样品。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其中所述生物样品以细胞裂解试剂处理。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述细胞裂解试剂是皂苷。
22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述样品的pH值为4-5。
23.根据权利要求18-22中任一项所述的方法，其中所述受试者正在接受控制过氧化物酶的饮食。
24.一种用于检测蛋白质的工作电极，其中所述工作电极根据权利要求1至17中任一项所限定，并且所述工作电极包含所述第一和第二试剂。
25.一种用于检测蛋白质的电化学传感器，其中所述电化学传感器包括根据权利要求 M所述的工作电极。
26.根据权利要求25所述的电化学传感器，其还包括用于在所述工作电极和所述对电极或如果存在的所述参比电极间提供恒定偏置的电压源、用于监测电流的检测器以及用于控制所述电压源和所述电压源计时的控制器。
27.根据权利要求25或沈所述的电化学传感器，其还包括第二工作电极，其中所述第二工作电极根据权利要求1-17中任一项所限定。
28.根据权利要求27所述的电化学传感器，其中所述第二工作电极配备有用于减少或防止在使用中所述第二工作电极暴露于所述蛋白质的装置。
29.根据权利要求观所述的电化学传感器，其中所述装置为膜。
30.根据权利要求四所述的电化学传感器，其中所述膜具有平均横截面为5μ m或更小的孔。
31.一种传感设备，包括至少一个根据权利要求25-30中任一项所述的电化学传感器， 其中所述设备适于(i)用于来自受试者的样品；( )可被吞咽以通过人体或动物体；(iii)可被植入人体或动物体；或(iv)可被置于人体或动物体表面。
32.—种试剂盒，包括适于用于来自受试者样品的传感设备，还包括用于从粪便中分离样品的采样设备。
33.一种根据权利要求M所限定的工作电极的制备方法，所述方法包括混合导电基质与所述第一和第二试剂的步骤。
全文摘要
本发明涉及使用电化学传感器(1)的蛋白质的电流检测，特别是粪便中的血红蛋白。该电化学传感器包括具有导电基质的工作电极(2a，2b)，所述导电基质含有第一试剂和/或第二试剂，所述第二试剂是第一试剂的氧化剂或其前体；对电极(4)和可选的参比电极(3)；其中所述第一试剂与氧化剂的反应是可通过蛋白质催化的，以在所述工作电极提供可检测信号。所述导电基质是含有导电的碳或石墨的基质或多孔导电基质；第一试剂优选为3，3’，5，5’-四甲基联苯胺(CAS RN＝54827-17-7)，而第二试剂是过氧化氢，或者是诸如过氧化脲(CAS RN＝124-43-6)，过硼酸钠的前体。还要求了用于测试粪便的试剂盒，包括传感器，以及制备工作电极的方法。
文档编号G01N33/487GK102282468SQ200980154941
公开日2011年12月14日 申请日期2009年11月12日 优先权日2008年11月13日
发明者文森特·伯努瓦 申请人:模式诊断有限公司
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