Una membrana reticulada que comprende un polímero que tiene la fórmula:

en la que la línea horizontal contínua representa la cadena principal de un polímero; A es un grupo alquilo sustituido con un constituyente hidrosoluble; D está seleccionado entre fenilalquilo, alcoxiestireno, hidroxialquilo, alcoxialquilo, alcoxicarbonilalquilo, un constituyente que contiene polietilenglicol y un constituyente polihidroxilado; y cada uno de n, l, p y q es, independientemente, un número positivo.

Membranas de biosensores compuestas de polímeros que contienen nitrógenos heterocíclicos Campo de la invención Esta invención se refiere, en general, a una membrana que limita el flujo de analitos. Más particularmente, la invención se refiere a una membrana tal compuesta de polímeros que contienen nitrógenos heterocíclicos. La membrana es un componente útil de biosensores y, más particularmente, de biosensores que pueden ser implantados en un cuerpo vivo.

Antecedentes de la invención

Aun cuando los biosensores, en sí mismos, no son conforme a la presente invención, los biosensores a base de enzimas son dispositivos en los que una señal de una reacción bioquímica que depende de la concentración de un analito es convertida en una señal física que puede medirse, tal como una señal óptica o eléctrica. Tales biosensores se utilizan profusamente en la detección de analitos en aplicaciones clínicas, medioambientales, agrícolas y de biotecnología. Los analitos que pueden medirse en análisis clínicos de fluidos del cuerpo humano incluyen, por ejemplo, glucosa, lactato, colesterol, bilirrubina y aminoácidos. La detección de analitos en fluidos biológicos, tales como la sangre, es importante para el diagnóstico y el seguimiento de muchas enfermedades.

Los biosensores que detectan analitos por medio de señales eléctricas, tales como corriente (biosensores amperométricos) o carga (biosensores culombimétricos) , tienen un interés especial debido a que en las reacciones bioquímicas de muchos bioanalitos importantes está implicada la transferencia de electrones. Por ejemplo, la reacción de glucosa con glucosa oxidasa lleva consigo la transferencia de electrones desde la glucosa a la enzima produciéndose gluconolactona y enzima reducida. En un ejemplo de un biosensor amperométrico de glucosa, la glucosa es oxidada por el oxígeno del fluido corporal mediante una reacción catalizada por glucosa oxidasa que genera gluconolactona y peróxido de hidrógeno, después de lo cual el peróxido de hidrógeno es electro-oxidado y está correlacionado con la concentración de glucosa del fluido corporal (Thomé-Buret, V., et al., Anal. Chem. 68, 3822 (1996) y patente de EE.UU. No. 5.882.494, de Van Antwerp.) . En otro ejemplo de un biosensor amperométrico de glucosa, la electro-oxidación de glucosa a gluconolactona está mediada por un mediador redox polimérico que eléctricamente “alambra” el centro de reacción de la enzima a un electrodo. (Csöregi, E., et al., Anal. Chem. 66, 3131 (1994) ; Csöregi, E., et al., Anal. Chem. 67, 1240 (1995) ; Schmidtke, D.W., et al., Anal. Chem. 68, 2845 (1996) ; Schmidtke, D.W., et al., Anal. Chem. 70, 2149 (1998) ; y Schmidtke, D.W. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 95, 294 (1998) .)

Los biosensores amperométricos emplean, típicamente, dos o tres electrodos, que incluyen al menos un electrodo de medida o electrodo de trabajo y otro electrodo de referencia. En los sistemas de dos electrodos, el electrodo de referencia sirve también como contra-electrodo En los sistemas de tres electrodos, el tercer electrodo es un contraelectrodo. El electrodo de medida o electrodo de trabajo está compuesto de un conductor que no se corroe, de carbono o de metal, y está conectado al electrodo de referencia por medio de un circuito, tal como un potenciostato.

Aun cuando los biosensores, por sí mismos, no están en concordancia con la presente invención, algunos biosensores están diseñados para implantar en el cuerpo de un animal vivo, tal como un mamífero o un cuerpo humano, simplemente a título de ejemplo. En un biosensor amperométrico implantable, el electrodo de trabajo está construido, típicamente, con una capa de detección, que está en contacto directo con el material conductor del electrodo, y con una capa de membrana que limita la difusión, sobre la capa de detección. La capa de detección consiste, típicamente, en una enzima, un estabilizador enzimático tal como seroalbúmina bovina (BSA) , y un agente entrecruzante (agente reticulante) que realiza el entrecruzamiento polimérico (reticulación) de los componentes de la capa de detección. Alternativamente, la capa de detección consiste en una enzima, un mediador polimérico, y un agente reticulante que entrecruza los componentes de la capa de detección, como en el caso del biosensor de “enzima alambrada” citado.

En un sensor amperométrico de glucosa implantable, la membrana es frecuentemente beneficiosa o necesaria para regular o limitar el flujo de glucosa hacia la capa de detección. A modo de explicación, en un sensor de glucosa sin una membrana, el flujo de glucosa hacia la capa de detección aumenta linealmente con la concentración de glucosa. Cuando toda la glucosa que llega a la capa de detección se ha consumido, la señal de salida medida es directamente proporcional al flujo de glucosa y, por tanto, a la concentración de glucosa. Sin embargo, cuando el consumo de glucosa está limitado por las características cinéticas de actividades químicas o electroquímicas de la capa de detección, la señal de salida medida no está regulada por el flujo de glucosa y no es directamente proporcional al flujo o a la concentración de glucosa-En este caso, solamente una fracción de la glucosa que llega a la capa de detección es consumida antes de que el sensor llegue a saturarse, después de lo cual la señal medida deja de aumentar, o aumenta solo ligeramente, con la concentración de glucosa. Por otra parte, en un sensor de glucosa provisto de una membrana que limita la difusión, la membrana reduce el flujo de glucosa hacia la capa de detección de modo que el sensor no llega a saturarse y, por tanto, puede operar eficazmente dentro de un intervalo mucho más amplio de concentraciones de glucosa.

Más particularmente, en estos sensores de glucosa provistos de membrana, la velocidad de consumo de glucosa está regulada por la difusión o flujo de glucosa a través de la membrana en lugar de por las características cinéticas de la capa de detección. El flujo de glucosa a través de la membrana está definido por la permeabilidad de la membrana a la glucosa, que es constante habitualmente, y por la concentración de glucosa de la solución o del fluido biológico que está siendo investigado. Cuando la totalidad de la glucosa que llega a la capa de detección se ha consumido, el flujo de glucosa a través de la membrana hacia la capa de detección varía linealmente con la concentración de glucosa de la solución, y determina la velocidad de conversión o señal de salida que se han medido de tal modo que esto también es directamente proporcional a la concentración de glucosa de la solución. Aun cuando no es necesario, una relación lineal entre la señal de salida y la concentración de glucosa de la solución es ideal para la calibración de un sensor implantable.

Los sensores amperométricos de glucosa implantables que se basan en la electro-oxidación de peróxido de hidrógeno, según se ha descrito antes, requieren un reactante de oxígeno en exceso para asegurar que la salida del sensor está regulada solamente por la concentración de glucosa existente en el fluido o el tejido corporal que esta siendo investigado. Es decir, el sensor está diseñado de modo que no resulte afectado por el oxígeno típicamente presente en el fluido o el tejido corporal. En el tejido corporal en el que, típicamente, el sensor de glucosa es implantado, la concentración de oxígeno puede ser muy baja, tal como desde aproximadamente 0, 02 mM hasta aproximadamente 0, 2 mM, mientras que la concentración de glucosa puede ser tan alta como aproximadamente 30 mM o más. Sin una membrana que limite la difusión de glucosa, el sensor llegaría a saturarse muy rápidamente a concentraciones de glucosa muy bajas. Así pues, el sensor se beneficia de estar provisto de una membrana suficientemente permeable al oxigeno, que hace disminuir el flujo de glucosa hacia la capa de detección, de modo que se reduce al mínimo o se elimina el denominado “problema de deficiencia de oxígeno”, un estado en el que existe insuficiente oxígeno para que tenga lugar una detección adecuada.

En sensores amperométricos de glucosa implantables que emplean electrodos de enzimas “alambradas”, según se ha descrito anteriormente, no existe el problema de deficiencia de oxígeno, debido a que el oxígeno no es un reactante necesario. No obstante, estos sensores requieren membranas que limitan la difusión de glucosa debido a que, típicamente, para los sensores de glucosa que carecen de tales membranas, la salida de corriente alcanza un nivel máximo en torno o por debajo de una concentración de glucosa de... [Seguir leyendo]

1. Una membrana reticulada que comprende un polímero que tiene la fórmula:

en la que la línea horizontal contínua representa la cadena principal de un polímero; A es un grupo alquilo sustituido con un constituyente hidrosoluble; D está seleccionado entre fenilalquilo, alcoxiestireno, hidroxialquilo, alcoxialquilo, alcoxicarbonilalquilo, un constituyente que contiene polietilenglicol y un constituyente polihidroxilado; y cada uno de n, l, p y q es, independientemente, un número positivo.

2. La membrana según la reivindicación 1, en la que A está cargado negativamente.

3. La membrana según la reivindicación 1, en la que A está seleccionado entre un sulfonato, un carboxilato y un 10 fosfato.

4. La membrana según la reivindicación 1, en la que A está seleccionado entre sulfopropilo, sulfobutilo, carboxipropilo, y carboxipentilo.

5. La membrana según la reivindicación 1, en la que A tiene la fórmula L-G, en la que L es un engarce de alquilo lineal o ramificado, de C2-C12, y G es un grupo carboxi o sulfonato cargado negativamente.

6. La membrana según la reivindicación 5, en la que L está sustituido con un grupo arilo, alcoxi, alquenilo, alquinilo, -F, -Cl, -OH, aldehído, cetona, éster o amida.

7. La membrana según la reivindicación 1, en la que D es estireno o metacrilato de alquilo de C1-C18.

8. La membrana según la reivindicación 1, en la que el peso molecular medio del polímero es superior a 50.000.

9. La membrana según la reivindicación 1, en la que el peso molecular medio del polímero es superior a 200.000.

10. La membrana según la reivindicación 1, en la que el polímero comprende, además, un copolímero que contiene B dde modo que el polímero tiene la fórmula:

en la que B es un modificador y m es un número positivo.

11. La membrana según la reivindicación 10, en la que B esta seleccionado entre un agente quelante, un constituyente cargado negatuvamente, un constituyente hidrocarbonado hidrófobo, un constituyente hidrófilo hidroxilado o polihidroxilado, un polímero de silicona, y un polietilenglicol.

12. La membrana según la reivindicación 10, en la que B es un polietilenglicol que tiene un peso molecular de desde 100 a 20.000.

13. La membrana segón la reivindicación 10, en la que B es un polietilenglicol que tiene un peso molecular de desde 200 a 2000.

14. La membrana según la reivindicación 10, en la que [n/ (n+m+l+p) ]x100% es desde 1% a 25%.

15. La membrana según la reivindicación 10, en la que [m/ (n+m+l+p) ]x100% es desde 1% a 15%.

16. La membrana según la reivindicación 10, en la que [l/ (n+m+l+p) ]x100% es desde 20% a 90%.

17. La membrana según la reivindicación 10, en la que [p/ (n+m+l+p) ]x100% es desde 1% a 50%.

18. La membrana según la reivindicación 1, en la que al menos un constituyente heterocíclico nitrogenado del polímero está seleccionado, independientemente, entre piridina, imidazol, oxazol, tiazol, pirazol y cualquiera de sus derivados.