電化學(xué)法血糖儀電極的改性專利技術(shù)綜述

趙曄++王臻

[摘 要]目前，在血糖儀在對糖尿病的診斷中起到關(guān)鍵作用，而其所面臨的最大問題就是酶電極的生物電催化活性較低，且穩(wěn)定性差，容易失活。國內(nèi)外的申請人就酶電極的改性進(jìn)行了研究并申請了相關(guān)的發(fā)明專利，文章從專利視角出發(fā)，全面、深入地介紹了電化學(xué)法血糖儀電極的改性的專利技術(shù)改進(jìn)方向，以及各個時期的技術(shù)重點，該領(lǐng)域的重要申請人。

[關(guān)鍵詞]酶電極 改性 聚合物 碳材料 雅培 血糖儀

中圖分類號：R318.08 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）18-0084-01

一 引言

糖尿病是一組以高血糖為特征的代謝性疾病，通過血糖儀的檢測可以有效的控制血糖，預(yù)防糖尿病。其中，血糖儀中的酶在該領(lǐng)域具有非常重要的地位，催化反應(yīng)結(jié)束后，酶與底物以及產(chǎn)物不易分離，并且酶的純化、分離不僅過程復(fù)雜，而且成本昂貴，所以酶的重復(fù)再利用率往往較低。因此，使得酶的廣泛應(yīng)用受到了極大地限制。為了解決這一系列的問題，酶的固定化技術(shù)用于電化學(xué)法血糖電極的相關(guān)專利也應(yīng)運而生。

二 國內(nèi)外專利申請概況

1申請量分析

自從1973年，Guilbault等人提出了用于血糖檢測的葡萄糖氧化酶電極，該酶電極通過檢測酶催化反應(yīng)產(chǎn)物過氧化氫在陽極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時所產(chǎn)生的電流，從而實現(xiàn)對血糖的檢測，從那時開始，從全球發(fā)展來看，生物酶電極的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段（如圖1所示），從1970年以前到1975年為萌芽期，國外開始有公司研發(fā)固定酶電極應(yīng)用于檢測血糖儀中，從1970年-2005年為平穩(wěn)發(fā)展期，酶電極的改性相關(guān)領(lǐng)域?qū)＠纳暾埩科椒€(wěn)發(fā)展，從2005年以后為快速發(fā)展期，國內(nèi)外專利申請量劇增。

2申請人類型分析

本節(jié)數(shù)據(jù)來源于中文數(shù)據(jù)庫CNABS、CNTXT，本節(jié)從選取分類號和關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，并對檢索結(jié)果進(jìn)行了分析。從圖2可以看出，從專利的申請人類型來看，高校及科研院所擁有較大優(yōu)勢，占全部專利申請量的73%，說明生物酶電極的改性技術(shù)屬于較為前言的研究領(lǐng)域，并且技術(shù)發(fā)展的非常迅速；其次為公司與企業(yè)，占全部專利申請量的22%，個人以及其他擁有的份額較少，僅占5%。通過以上的數(shù)據(jù)分析，為何在血糖儀電極的改性中，高校申請量比公司企業(yè)數(shù)量上要多，這也是由酶電極自身特點所決定，公司和企業(yè)所追求的是產(chǎn)品投入市場中所獲得的利益，而酶對環(huán)境溫度和酸堿條件要求較為苛刻，這些條件的改變可能導(dǎo)致酶催化活性的降低甚至喪失。催化反應(yīng)結(jié)束后，酶與底物以及產(chǎn)物不易分離，并且酶的純化、分離不僅過程復(fù)雜，而且成本昂貴，前期實驗條件十分嚴(yán)格，而對酶電極改性的最終目的是獲得更高的靈敏度、檢出限以及血糖儀電極相對的穩(wěn)定性，前期的研究所需要的人才投入較大，而酶的生物特性也較為復(fù)雜，那么這些都是高校以及科研院所的優(yōu)勢，因此，在高校以及科研院所的申請量占較大份額，并且改性方法相對于企業(yè)而言更加的多樣化。

從國內(nèi)外專利申請人分析，國外以大公司和企業(yè)為主，而中國申請主要以高校及科研院所為主，從圖2可以看出，電化學(xué)法血糖儀電極的改性申請以美國的雅培公司（申請人為雅培股份有限兩合公司、雅培制藥有限公司、雅培糖尿病護(hù)理公司等子公司）、日本的索尼公司，德國的拜爾公司等為主要國外申請人，國內(nèi)申請以高校和科研機(jī)構(gòu)為主要申請人，而在國內(nèi)企業(yè)中，無錫百靈傳感技術(shù)有限公司在電化學(xué)法血糖儀電極改性方面的申請量較大。但是從數(shù)據(jù)分析中可以看出，無論是公司還是高校，酶電極改性方面的專利申請的數(shù)量并不多。

三 重要專利申請人分析

1 雅培公司

雅培公司在1986年開發(fā)了第一臺電化學(xué)血糖儀，其在血糖儀領(lǐng)域占有舉足輕重的位置，其在1995年曾收購致力于電化學(xué)血糖儀研究的Medisense公司，其原理與上述的葡萄糖傳感器一樣，其可以檢測血液中的葡萄糖濃度，根據(jù)電流或電壓的變化實時監(jiān)測血糖的變化，

1982年10月21日Medisense申請的公開號為EP0078636A1的專利，介紹了電化學(xué)傳感器電極檢測血液中的葡萄糖，包含酶和介質(zhì)層，所使用的酶為葡萄糖氧化酶或者脫氫酶，介質(zhì)層包括polyviologens； o-chloranil； ferrocene； 1，1-ferrocenedicarboxylic acid； dimethylferrocene and polyvinylferrocene，該傳感器可以與氧快速反應(yīng)，省去了稀釋的步驟，反應(yīng)時間僅需24-36秒，可檢測葡萄糖的線性范圍寬度到2-40mM葡萄糖。

之后，雅培公司又申請了一系列關(guān)于電化學(xué)法血糖儀電極改進(jìn)專利，其主要是通過聚合物的改進(jìn)增加酶分子的固定，如專利CN102165070A，CN103748459A，US2014/0237813A1，US2008/0029391A1等都是通過聚合物對酶分子進(jìn)行固定，提高電極的性能，由于聚合物高的導(dǎo)電性以及其具有的特殊官能團(tuán)對生物酶分子的固定化起到了決定性的作用。

2 無錫百靈傳感技術(shù)有限公司

無錫百靈傳感技術(shù)有限公司是在電化學(xué)傳感器電極改性方面的申請數(shù)量屬于國內(nèi)企業(yè)的領(lǐng)軍，其致力于通過多種方法對電極進(jìn)行改性，增加對生物分子的固載能力，其中包括Gr-FeS/GC、Fe3O4/NaTSA-PPy/GC、電還原氧化石墨烯膜改性玻璃碳電極、電還原氧化石墨烯膜改性玻璃碳電極、氧化鋅（ZnO）納米棒、介孔氧化硅等，可以看出，該公司申請的改性電極非常多樣化，雖然其申請的專利并不都是直接應(yīng)用于血糖儀的電極改性，但其核心技術(shù)依然是生物分子的固載，目的是提高對底物的快速檢測能力，因此，其與酶電極的固載技術(shù)實質(zhì)上是共通的。

四 總結(jié)

通過以上的專利技術(shù)分析，希望能給相關(guān)企業(yè)指引方向，讓他們了解現(xiàn)在本領(lǐng)域哪些是熱門的申請，而哪些又是其他申請人還未涉及的范疇，企業(yè)可以通過以上分析，對自己生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行專利的保護(hù)，也可以開發(fā)新的領(lǐng)域，能夠進(jìn)一步促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

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