BIOSENSOR.

Biosensor que comprende una primera placa aislante (31) de base que tiene un electrodo (34) de trabajo,

una segunda placa aislante (41) de base que tiene un contraelectrodo (45) opuesto a dicho electrodo (34) de trabajo, una capa (30) de reactivo que comprende por lo menos una oxidorreductasa, y una vía de suministro de muestras formada entre la primera y la segunda placas (31, 41) de base aislantes, en el que dicho electrodo (34) de trabajo, el contraelectrodo (45) y la capa (30) de reactivo están expuestos a un interior de dicha vía de suministro de muestras, caracterizado porque el área de dicho contraelectrodo (45) expuesta a la vía de suministro de muestras es menor que el área de dicho electrodo (34) de trabajo expuesta a la vía de suministro de muestras

Biosensor.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un biosensor para la cuantificación rápida y altamente precisa de un sustrato contenido en una muestra.

Antecedentes de la técnica

Como métodos para un análisis cuantitativo de azúcares, tales como sacarosa y glucosa, se han desarrollado métodos que hacen uso de la polarimetría, la colorimetría, la reductimetría y una variedad de cromatografías. No obstante, estos métodos presentan todos ellos una especificidad deficiente para los azúcares y, por lo tanto, presentan una baja precisión. Entre estos métodos, la polarimetría es sencilla en cuanto a manipulación, pero en la misma influye en gran medida la temperatura durante la manipulación. Por esta razón, la polarimetría no resulta adecuada como método para una cuantificación sencilla de azúcares en casa, etcétera, para personas comunes.

Recientemente, se han estado desarrollando varios tipos de biosensores que utilizan la acción catalítica específica de enzimas.

La siguiente es una descripción de un método de cuantificación de glucosa como ejemplo del método de cuantificación de un sustrato contenido en una muestra.

Como método electroquímico de cuantificación de glucosa, es bien conocido en general (véase, por ejemplo, "Biosensor" ed. por Shuichi Suzuki, Kodansha) un método que hace uso de la glucosa oxidasa (EC 1.1.3.4: en lo sucesivo abreviada como GOD) como enzima y un electrodo de oxígeno o un electrodo de peróxido de hidrógeno.

La GOD oxida selectivamente ß-D-glucosa como sustrato en D-glucono-d-lactona usando oxígeno como mediador electrónico. En presencia de oxígeno, el oxígeno se reduce a peróxido de hidrógeno durante el proceso de la reacción de oxidación por medio de la GOD. La cantidad disminuida de oxígeno es medida por el electrodo de oxígeno, o la cantidad aumentada de peróxido de hidrógeno es medida por el electrodo de peróxido de hidrógeno. Como la cantidad disminuida de oxígeno y la cantidad aumentada de peróxido de hidrógeno son proporcionales al contenido de glucosa en el ejemplo, es posible la cuantificación de glucosa basándose en la cantidad disminuida de oxígeno o la cantidad aumentada de peróxido de hidrógeno.

El método anterior utiliza la especificidad de la reacción enzimática para posibilitar una cuantificación precisa de glucosa en la muestra. No obstante, tal como se especula a partir del proceso de la reacción, existe un inconveniente por el que los resultados de la medición se ven afectados en gran medida por la concentración de oxígeno de la muestra, y si el oxígeno está ausente en la muestra, la medición es inviable.

En tales circunstancias, se han desarrollado sensores de glucosa de un tipo nuevo que usan como mediador electrónico ferricianuro potásico, un compuesto orgánico o un complejo metálico tal como un derivado de ferroceno y un derivado de quinona sin usar oxígeno como mediador electrónico. En los sensores de este tipo, el mediador electrónico en forma reducida resultante de la reacción enzimática se oxida en un electrodo de trabajo, y se puede determinar la concentración de glucosa contenida en la muestra basándose en la cantidad de esta corriente de oxidación. Llegado este momento, en un contraelectrodo, se produce una reacción en la que se reduce el mediador electrónico en forma oxidada para producir mediador electrónico en forma reducida. Con el uso de dicho compuesto orgánico o complejo metálico como mediador electrónico en lugar de oxígeno, es posible formar una capa de reactivo al mismo tiempo que el electrodo es portador de una cantidad conocida de GOD y de mediador electrónico en un estado estable y de una manera precisa, de manera que es posible la cuantificación precisa de glucosa sin que la misma se vea afectada por la concentración de oxígeno de la muestra. Es también posible integrar la capa de reactivo que contiene el enzima y el mediador electrónico, en un estado casi seco, con un sistema de electrodos, y, por ello, recientemente se está prestando gran atención a los sensores de glucosa desechables basados en esta técnica. Un ejemplo típico de los mismos es un biosensor dado a conocer en la publicación de patente japonesa nº 2517153. En dicho sensor de glucosa desechable, es posible medir fácilmente la concentración de glucosa con un dispositivo de medición simplemente introduciendo una muestra en el sensor conectado de forma separable al dispositivo de medición.

En la medición realizada por dicho sensor de glucosa, es posible, con el uso de una muestra cuya cantidad es del orden de varios µl, determinar fácilmente la concentración del sustrato en la muestra. No obstante, en los últimos años, se espera con gran expectación en varios campos el desarrollo de biosensores que permitan mediciones con el uso de una muestra en una cantidad todavía menor, aproximadamente no mayor que 1 µl. En la mayoría de los casos, los sensores electroquímicos de glucosa convencionales tienen un sistema de electrodos que está dispuesto en un plano. Cuando la cantidad de muestra es extremadamente pequeña, dicha disposición hace que aumente la resistencia a la transferencia de carga eléctrica de los electrodos, principalmente la transferencia iónica, con la posibilidad de que se produzcan variaciones en los resultados de las mediciones.

De este modo, se propone un biosensor que tiene un electrodo de trabajo y un contraelectrodo que están dispuestos en oposición mutua (publicación de patente japonesa abierta al público nº Hei 11-350293). En este tipo de sensor, la disposición en oposición del electrodo de trabajo y el contraelectrodo facilita la transferencia iónica entre el electrodo de trabajo y el contraelectrodo, y por esta y otras razones, este tipo de sensor es capaz de cuantificar un sustrato, tal como glucosa, contenido en una muestra, con una precisión y una sensibilidad mayores que los biosensores convencionales que tienen un sistema de electrodos dispuesto en un plano.

En el documento EP-A-0.964.059 se da a conocer también un biosensor que tiene un electrodo de trabajo y un contraelectrodo en oposición en el cual se basa la parte precaracterizante de la reivindicación 1.

En los documentos US-A-5.437.999 y WO-A-98/35225 se dan a conocer también biosensores en general similares.

Como recientemente se está solicitando reducir de forma adicional la cantidad de muestra necesaria para la medición, existe una necesidad de realizar un biosensor con una sensibilidad todavía mayor que posibilite mediciones con el uso de una cantidad aún menor de una muestra.

A la vista de los inconvenientes anteriores, es un objetivo de la presente invención proporcionar un biosensor altamente sensible que necesite una cantidad menor de muestra para la medición.

Exposición de la invención

Un biosensor de la presente invención comprende una primera placa aislante de base que tiene un electrodo de trabajo, una segunda placa aislante de base que tiene un contraelectrodo opuesto al electrodo de trabajo, una capa de reactivo que comprende por lo menos una oxidorreductasa, y una vía de suministro de muestras formada entre la primera y la segunda placas de base aislantes, en el que el electrodo de trabajo, el contraelectrodo y la capa de reactivo están expuestos a un interior de la vía de suministro de muestras,

caracterizado porque el área del contraelectrodo expuesta a la vía de suministro de muestras es menor que el área del electrodo de trabajo expuesta a la vía de suministro de muestras.

En sistemas de medición del campo electroquímico, se hace en general que el área del contraelectrodo sea mayor que el área del electrodo de trabajo de tal manera que la reacción en el contraelectrodo no se convierta en una etapa determinante de la velocidad. No obstante, en el biosensor de la presente invención en el cual el contraelectrodo y el electrodo de trabajo están dispuestos en posiciones opuestas, el área del contraelectrodo es menor que la del electrodo de trabajo, con lo cual la densidad de corriente en el contraelectrodo resulta mayor que cuando el área del contraelectrodo es más grande que la del electrodo de trabajo; supuestamente por esta o por otras razones, la concentración de las especies de oxidación/reducción en las proximidades del contraelectrodo se hace mayor. Como consecuencia, resulta posible una cuantificación altamente sensible de un sustrato ya que la respuesta del sensor depende de la concentración de la especie de oxidación/reducción en las proximidades del contraelectrodo. Además, como la reducción...

1. Biosensor que comprende una primera placa aislante (31) de base que tiene un electrodo (34) de trabajo, una segunda placa aislante (41) de base que tiene un contraelectrodo (45) opuesto a dicho electrodo (34) de trabajo, una capa (30) de reactivo que comprende por lo menos una oxidorreductasa, y una vía de suministro de muestras formada entre la primera y la segunda placas (31, 41) de base aislantes, en el que dicho electrodo (34) de trabajo, el contraelectrodo (45) y la capa (30) de reactivo están expuestos a un interior de dicha vía de suministro de muestras,

caracterizado porque el área de dicho contraelectrodo (45) expuesta a la vía de suministro de muestras es menor que el área de dicho electrodo (34) de trabajo expuesta a la vía de suministro de muestras.

2. Biosensor según la reivindicación 1, en el que la distancia entre dicho electrodo (34) de trabajo y dicho contraelectrodo (45) es 150 µm ó menor.

3. Biosensor según la reivindicación 2, en el que el área de dicho electrodo (34) de trabajo expuesta a la vía de suministro de muestras está comprendida entre 0,1 y 2,0 mm², y el área de dicho contraelectrodo (45) expuesta a la vía de suministro de muestras está comprendida en un intervalo de entre no menor que 0,05 mm² y menor que 2,0 mm².

4. Biosensor según la reivindicación 2, en el que la distancia entre dicho electrodo (34) de trabajo y dicho contraelectrodo (45) es 40 µm o mayor.

5. Biosensor según la reivindicación 1, en el que un elemento espaciador que tiene una ranura está interpuesto entre la primera y la segunda placas (31, 41) de base aislantes de tal manera que en dicha ranura se forma dicha vía de suministro de muestras.