專利名稱：一種毛細(xì)管填充的診斷傳感器的傳感器形式和制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種電化學(xué)分析，特別是涉及一種用于流體分析的診斷傳感器(diagnostic sensor)。
背景技術(shù)：
電化學(xué)分析是一種能有效用于帶電分子和中性分子分析的技術(shù)。一般來說，這種分析很快，需要少量的樣品和試劑，并且耗費比其它的分析技術(shù)少得多。電化學(xué)分析應(yīng)用廣泛，包括體液的檢測，例如血樣中葡萄糖的檢測。電化學(xué)檢測儀不需要光學(xué)載體，從而它們比吸收和熒光檢測器耗費便宜很多。電化學(xué)分析體系可以檢測傳感器中經(jīng)毛細(xì)管作用收集到的樣品。
通常，多數(shù)毛細(xì)管填充(capillary-filled)傳感器是通過在模制的截面區(qū)域內(nèi)捕獲活性化學(xué)區(qū)域的工藝來制造的。這一裝配過程要求精密制模和在很小面積上非常精確地印刷試劑及其它化學(xué)藥品。而且由于使用了成型模制結(jié)構(gòu)或?qū)訅航Y(jié)構(gòu)來確定和制造毛細(xì)管通道，從而使得樣品基本上被封閉在成型壁內(nèi)。壁的不規(guī)則性可能摩擦地抑制樣品的流動，并且不同傳感器中各壁的變化可能導(dǎo)致樣品填充量的變化，樣品填充量變化的結(jié)果影響了測試的結(jié)果，同時降低了分析的整體精確性。并且，運用現(xiàn)有傳感器和傳感器的構(gòu)造方法，滯留氣泡的可能性增加了。需要一種能夠減少或排除這些問題并且提高電化學(xué)樣品分析效率和精確性的電化學(xué)傳感器和傳感器構(gòu)造方法。
發(fā)明概述依據(jù)本發(fā)明的一個實施例，電化學(xué)傳感器包括一個在其上均勻設(shè)置有化學(xué)試劑條的彈性襯底。
依據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供了一種電化學(xué)傳感器，其中電極區(qū)的大小和形狀由精確沖壓(punching)來確定。電化學(xué)傳感器的樣品區(qū)由構(gòu)成上部和底部的兩個形狀相似的層(sheet)疊放而形成，并且樣品區(qū)的所有側(cè)面都張開，以形成獲取樣品的毛細(xì)管通道。
依據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供了一種電化學(xué)傳感器，其中毛細(xì)管通道由外部層在內(nèi)部層末端之上折疊而形成。
依據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供了一種電化學(xué)傳感器，其中工作電極和參比電極由相同的制造工序做成。
依據(jù)本發(fā)明的再一個實施例，電極和毛細(xì)管區(qū)域的制造采用了線性條帶的加工方法。
依據(jù)本發(fā)明的再一個實施例，電化學(xué)傳感器是運用相對低成本、高速度的設(shè)備以沖壓和層壓的工序而制成。
附圖簡述

圖1是依據(jù)本發(fā)明一實施例的電化學(xué)傳感器的一個透視圖。
圖2是依據(jù)本發(fā)明一實施例的傳感器組件產(chǎn)品的一個透視圖。
圖3是依據(jù)本發(fā)明一實施例的電化學(xué)傳感器的一個側(cè)面圖。
圖4是依據(jù)本發(fā)明一實施例的電化學(xué)傳感器的一個分解透視圖。
圖5是依據(jù)本發(fā)明一實施例的電化學(xué)傳感器的一個等比例后視圖。
圖6是依據(jù)本發(fā)明一實施例的電化學(xué)傳感器的一個透視圖。
圖7是依據(jù)本發(fā)明一實施例的電化學(xué)傳感器的一個分解透視圖。
圖8是依據(jù)本發(fā)明一實施例的電化學(xué)傳感器的一個裝配透視圖。
圖9是沿圖6中9-9的一個橫截面圖。
圖10是依據(jù)本發(fā)明一實施例的連接到分析儀器的電化學(xué)傳感器的一個透視圖。
盡管本發(fā)明容許有各種變型和不同替代形式，在這里，特定的實施例以示例的形式在附圖中進(jìn)行展示，并將得到詳細(xì)說明。但是，應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明并非局限于所公開的特定形式。并且，本發(fā)明涵蓋所有落入由附加權(quán)利要求所限定的本發(fā)明構(gòu)想和范圍之內(nèi)的實施例、等價物和變型。
實施例的詳細(xì)說明本發(fā)明主要針對電化學(xué)傳感器和電化學(xué)傳感器的制作方法。傳感器可以用于各種設(shè)備，例如用作葡萄糖檢測傳感器。
圖1表示依據(jù)本發(fā)明實施例的電化學(xué)傳感器10。電化學(xué)傳感器10包括一個頂層12、一個間隔層14和一個底層16。依據(jù)本發(fā)明的一個實施例，構(gòu)成傳感器10的各層是聚碳酸酯層，但是其它材料可以用于其它特定的實施例中。根據(jù)圖1所示的實施例，傳感器10的頂層12和底層16是反向疊放的形狀完全相同的層，它們之間是間隔層14。施加于間隔層14上下部的粘合劑可以把間隔層14與頂層12和底層16連接起來，或者可以理解，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以使用其它的連接方式。
頂層12設(shè)置有一個與第一間隔層凹槽20對齊的頂層凹槽18，以便暴露出底層電極22。同樣，底層16設(shè)置有一個與第二間隔層凹槽26對齊的底層凹槽24(均示于圖4)，以便暴露出頂層電極28。如圖1所示，本實施例中的電極可以僅是每個頂層12和底層16上的構(gòu)造材料或覆蓋材料的暴露區(qū)域，在傳感器10連接或插入到一個讀出器(reading device)時，該電極作為電接頭(contact)。
電極與讀出器相互作用，對收集在樣品填充區(qū)32中的樣品30進(jìn)行分析。如圖3所示，樣品填充區(qū)32位于樣品上接觸面34和樣品下接觸面36之間。在圖1所示的實施例中，樣品上接觸面34與頂層12構(gòu)成一整體，并且通過上頸部38與頂層12的主體相連。同樣，樣品下接觸面36與底層16構(gòu)成一整體，并且通過下頸部40與底層16的主體相連。樣品上接觸面34和樣品下接觸面36的疊放并加上由間隔層14提供的間隙導(dǎo)致液體樣品30通過毛細(xì)管作用進(jìn)入并滯留在樣品填充區(qū)32。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2，它表示依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的傳感器層的構(gòu)造。構(gòu)造材料的條帶42插入壓具(press)44中。依據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在條帶插入壓具44之前，條帶42上涂有涂料46。涂料46可以是一種當(dāng)樣品進(jìn)入樣品填充區(qū)32時可提高擴(kuò)散速度的表面活性劑，它可以是一種化學(xué)試劑，或者是與樣品相互作用的化學(xué)試劑的混合物，或者是這些材料的組合。
壓具44把條帶材料42分割成一系列備用層48。每個備用層48都可用作圖1所示傳感器10構(gòu)造中的頂層12或底層16。備用層48是否能夠用作傳感器的頂層或者底層可能要依賴于所述涂料46。依據(jù)本發(fā)明的一個實施例，作為頂層的備用層和作為底層的備用層上施加的涂料是相同的。依據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，涂料只能施于頂層或底層。而且，這兩層上可以采用不同的涂料。
如圖2所示，壓具44沖壓條帶材料42，從而使每個備用層都具有一個備用層凹槽50、一個備用層頸部52，和一個備用層樣品接觸面54。因此，在圖1的實施例中，第一備用層在第二備用層上反轉(zhuǎn)便形成了頂層12和底層16。
現(xiàn)轉(zhuǎn)到圖3，它表示電化學(xué)傳感器10的側(cè)面圖，說明了樣品填充區(qū)32的一個實施例的結(jié)構(gòu)。樣品填充區(qū)32位于樣品上接觸面34和樣品下接觸面36之間。其中之一或兩者都可以涂上涂料。依據(jù)本發(fā)明的一個實施例，樣品填充區(qū)32周圍的空隙消除了設(shè)置出氣口的需要，同時也基本上消除了空氣在樣品填充區(qū)32內(nèi)的滯留。如圖3所示，樣品填充區(qū)32的容積由樣品上下接觸面34和36的表面積及間距w而定。依據(jù)本發(fā)明實施例，該間距w約0.005英寸，盡管在某些實施例中其間距在約0.003英寸至約0.010英寸之間，但是較寬和較窄的間距在一些實施例中也可能有用。該間距w可以通過改變間隔層14的寬度來進(jìn)行調(diào)整。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4和5，它們分別表示依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電化學(xué)傳感器10的透視圖和后視圖，以便更清楚地說明傳感器的構(gòu)造。如圖4所示，間隔層14具有第一和第二間隔層凹槽20和26。在圖4所示的實施例中，第一間隔層凹槽20和頂層凹槽18對齊，而第二間隔層凹槽26和底層凹槽24對齊。因此，如圖1所示，當(dāng)傳感器10制成時，頂層凹槽18和第一間隔層凹槽20對齊便可暴露出底層電極22。同樣，如圖1所示，底層凹槽24和第二間隔層凹槽26對齊可暴露出頂層電極28。
依據(jù)本發(fā)明的一個實施例，頂層12的下表面56和底層16的上表面58涂有導(dǎo)電材料。因此，樣品30的電化學(xué)分析可以通過連接暴露的電極和分析裝置來進(jìn)行。依據(jù)本發(fā)明的一個實施例，能采用碳涂料來使頂層的下表面56和底層的上表面58導(dǎo)電，盡管其它涂料可以用在本發(fā)明的某些實施例中。圖5進(jìn)一步說明了頂層12的凹槽、間隔層14和底層16之間的對齊，該圖表示依據(jù)本發(fā)明實施例的傳感器10的后視圖。
本發(fā)明的一些實施例允許備用層48的尺寸和形狀通過精確的沖壓，或另一種精確的生產(chǎn)方法來確定，同時允許運用相同或非常相似的工藝制成頂層12和底層16。并且，為了便于傳導(dǎo)性組份、試劑、表面活性劑或其它化學(xué)試劑的應(yīng)用，這些組份可被均勻地施加在構(gòu)造材料的整個條帶42上或涂料46的單個帶中，從而減少或消除精確印刷或其它精確放置涂料的需要。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖6，它表示依據(jù)本發(fā)明另一個替代實施例的傳感器60。如圖6所示，在依據(jù)本實施例的傳感器60中，外部傳感器層62至少部分包繞著內(nèi)部傳感器層64。間隔層66將外部傳感器層62和內(nèi)部傳感器層64隔開，并提供了樣品填充區(qū)68。依據(jù)傳感器60的一實施例，外部傳感器層62、內(nèi)部傳感器層64和間隔層66由聚碳酸酯制成，盡管這些層的制造也可用其它材料，例如聚丙烯。
外部電極區(qū)70位于外部傳感器層62的內(nèi)表面上，內(nèi)部電極區(qū)72位于內(nèi)部傳感器層64的一個表面上。如圖7所示，外部電極區(qū)70通常在外部傳感器層62上設(shè)置成“L”型。同樣，內(nèi)部電極區(qū)72通常在內(nèi)部傳感器層64上設(shè)置成“L”型。依據(jù)圖6和7所示的實施例，間隔層66沒有設(shè)置電極區(qū)。
如圖6所示，單一電極涂覆的外部電極區(qū)70為單電極涂層，在功能上劃分為外部電極樣品區(qū)74和外部電極連接區(qū)76。同樣，內(nèi)部電極區(qū)72功能上劃分為內(nèi)部電極樣品區(qū)78和內(nèi)部電極連接區(qū)80。當(dāng)樣品填充區(qū)68內(nèi)加入樣品時，電極樣品區(qū)與樣品接觸，并把電傳導(dǎo)到電極連接區(qū)，這里可以與分析裝置連接，以對樣品填充區(qū)68內(nèi)的樣品進(jìn)行電化學(xué)分析。
依據(jù)本發(fā)明的一個實施例，外部電極區(qū)70是個參照電極而內(nèi)部電極區(qū)72是個工作電極。依據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，外部電極區(qū)70可以是工作電極而內(nèi)部電極區(qū)72可以是參照電極。參照電極可以是一印刷的碳電極(printedcarbon electrode)，或者另一種類型的電極。工作電極可以是其上放有試劑的一印刷的碳電極。依據(jù)本發(fā)明的實施例，整個工作電極是個印刷的碳電極，只有將與樣品接觸的電極的部分區(qū)域上放有試劑。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖8，它更加清楚的表示依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的傳感器60的構(gòu)造。間隔層66位于內(nèi)部傳感器層64的一部分上，且暴露出了電極樣品區(qū)78。依據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在間隔層66的層連接面上涂有有粘合劑，以使制成的傳感器60能夠粘著在一起。外部傳感器層62位于內(nèi)部傳感器層64的后面。外部傳感器層62和內(nèi)部傳感器層64可以通過外部傳感器層62、內(nèi)部傳感器層64、或者兩者上的粘合劑相互粘著。外部傳感器層62的末端部分82折疊包繞內(nèi)部傳感器層64的一部分和間隔層66，并粘著于間隔層66上，因此形成如圖6所示的樣品填充區(qū)68。依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，傳感器60粘著在一起，除依靠粘合劑，例如紫外線固化環(huán)氧樹脂外，還依靠一些粘附方法。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖9，它表示圖6中傳感器60沿9-9線的橫截面圖。樣品84例如通過毛細(xì)管作用進(jìn)入樣品填充區(qū)68。樣品84與外部電極樣品區(qū)74和內(nèi)部電極樣品區(qū)78接觸，使能夠進(jìn)行樣品的電化學(xué)分析。在如圖9所示的實施例中，間隔層66形成樣品填充區(qū)68的一個邊界。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖10，它表示依據(jù)本發(fā)明的一個實施例中使用的傳感器60。樣品84正通過毛細(xì)管作用而被引入到樣品填充區(qū)68。并且，傳感器60通過第一和第二儀器接頭86和88與分析裝置(未示出)相連。雖然所示的傳感器60在與分析裝置7連接的同時正在被填充，但應(yīng)當(dāng)明白，傳感器60要先被填充，填充后再與分析裝置連接。儀器接頭86和88分別與外部電極連接區(qū)76和內(nèi)部電極連接區(qū)80相連。如上所述，外部電極連接區(qū)76與外部電極樣品區(qū)74電連接，而內(nèi)部電極連接區(qū)80與內(nèi)部電極樣品區(qū)78電連接，以便對樣品84進(jìn)行電化學(xué)分析。
盡管本發(fā)明是采用一個或幾個特定的實施例作為參考來進(jìn)行描述的，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員能夠認(rèn)識到對此可以做許多的改變而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。例如，本發(fā)明通常針對醫(yī)學(xué)應(yīng)用而進(jìn)行描述，但應(yīng)當(dāng)明白，任何光學(xué)流體的檢測應(yīng)用都可以運用本發(fā)明的原理。每個實施例和其中顯而易見的改變都被視為在所申請的發(fā)明的精神和范疇之內(nèi)，正如所附的權(quán)利要求所提出的。
權(quán)利要求
1.一種用于樣品電化學(xué)分析的傳感器，其包括具有樣品上接觸面和頂層凹槽的頂層；具有樣品下接觸面和底層凹槽的底層；以及在所述頂層和所述底層之間，并具有第一和第二間隔層凹槽的間隔層，所述第一間隔層凹槽和所述頂層凹槽對齊，而所述第二間隔層凹槽和所述底層凹槽對齊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述頂層凹槽和所述第一間隔層凹槽對齊，以便暴露出所述底層上表面上的底層電極，而所述底層凹槽和所述第二間隔層凹槽對齊，以便暴露出所述頂層下表面上的頂層電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述樣品上接觸面位于所述樣品下接觸面的上面，并且由約等于所述間隔層的寬度的間距與所述底部樣品接觸面間隔開。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器，其中所述間距為大約0.003英寸至大約0.010英寸。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器，其中所述樣品上接觸面通過上頸部從所述頂層主體延伸，而所述樣品下接觸面通過下頸部從所述底層主體延伸，其中適合容納樣品的容積，由所述樣品上接觸面和所述樣品下接觸面限定，并且具有大約與所述間隔層寬度相等的高度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中樣品上接觸面涂有表面活性劑和試劑的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述樣品下接觸面涂有表面活性劑和試劑的混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述樣品上接觸面和所述樣品下接觸面都涂有樣品和試劑的混合物。
9.一種用于樣品電化學(xué)分析的傳感器的制作方法，其包括提供一材料條帶；用化學(xué)混合物涂覆所述材料條帶的一部分；將所述材料條帶插入壓具中；以及操作所述壓具，將所述條帶沖壓成一系列備用層；由所述壓具形成的每個所述備用層具有一個基本均勻涂覆所述化學(xué)混合物的備用層樣品接觸面；將所述備用層的第一個在所述備用層的第二個之上反轉(zhuǎn)，以形成傳感器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述化學(xué)混合物是一種試劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述化學(xué)混合物是一種表面活性劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述化學(xué)混合物是一種或多種試劑和表面活性劑的混合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括將間隔層插入所述第一備用層和第二備用層之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中操作所述壓具沖壓一系列備用層進(jìn)一步包括在每個所述備用層中沖壓出一個備用層凹槽，還包括在所述備用層的第一個和所述備用層的第二個之間，插入一個具有第一和第二間隔層凹槽的間隔層，所述第一間隔層凹槽與所述第一備用層上的備用層凹槽對齊，所述第二間隔層凹槽與所述第二備用層上的備用層凹槽對齊，。
15.一種用于樣品電化學(xué)分析的傳感器，其包括具有第一和第二側(cè)面的內(nèi)部傳感器層，在所述第一側(cè)面的至少一部分上設(shè)置的內(nèi)部電極區(qū)；具有第一和第二側(cè)面的間隔層，沿著該間隔層第一側(cè)面的至少一部分將該間隔層連接到所述內(nèi)部傳感器層的所述第一側(cè)面的一部分上；以及在其上設(shè)置有一外部電極區(qū)的外部傳感器層，該外部電極區(qū)被連接到所述內(nèi)部傳感器層的所述第二側(cè)面的至少一部分上，所述外部傳感器層的末端部分折疊包繞所述的內(nèi)部傳感器層的一部分和所述間隔層的至少一部分，并且進(jìn)一步連接到所述間隔層的所述第二側(cè)面，從而形成由所述外部傳感器層的一部分、所述內(nèi)部傳感器層的一部分和所述間隔層的一部分限定的樣品填充區(qū)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的傳感器，其中所述內(nèi)部電極區(qū)包括內(nèi)部電極樣品區(qū)和內(nèi)部電極連接區(qū)，所述內(nèi)部電極樣品區(qū)暴露于所述樣品填充區(qū)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的傳感器，其中所述間隔層粘附于所述外部傳感器層的末端部分并且進(jìn)一步粘附于所述的內(nèi)部電極層的一部分，以便暴露所述內(nèi)部電極樣品區(qū)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的傳感器，其中所述外部電極區(qū)包括外部電極樣品區(qū)和外部電極連接區(qū)，所述外部電極樣品區(qū)暴露于所述樣品填充區(qū)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的傳感器，其中所述外部電極樣品區(qū)是與所述間隔層和所述內(nèi)部傳感器層限定的所述外部電極區(qū)的暴露部分。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的傳感器，其中所述內(nèi)部傳感器層、所述間隔層和所述外部傳感器層由聚碳酸酯組成。
全文摘要
用于樣品電化學(xué)分析的傳感器和傳感器的制作方法允許更有效的制作和使用電化學(xué)傳感器。彈性層，例如聚碳酸酯層，可用來容易地制作傳感器組件，而在制作中，傳感器化學(xué)應(yīng)用到了傳感器組件?？梢允褂媚K化組件制作傳感器，以便能有利于電化學(xué)傳感器的生產(chǎn)線制造和裝配，相對于現(xiàn)有種類的傳感器和傳感器制作技術(shù)，從而卓有成效的節(jié)約了成本和提高了效率。
文檔編號G01N27/28GK1573323SQ20041006318
公開日2005年2月2日 申請日期2004年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月12日
發(fā)明者F·W·沃戈曼 申請人:拜爾健康護(hù)理有限責(zé)任公司