專利名稱：電化學生物傳感器結構和使用該生物傳感器的測量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電化學生物傳感器結構和使用該生物傳感器的測量方法，更特別涉及一種電化學生物傳感器電極結構和使用該生物傳感器的測量方法，該結構最小化雙層電容，從而能實現(xiàn)快速且精確測量到達生物樣品的響應信號。
背景技術：
對包含在生物樣品中的材料進行定性和定量分析在化學上和臨床上都是重要的， 這些材料例如包括糖尿病病人的血糖或者作為許多成人病因子的血液中的膽固醇。
正如現(xiàn)有技術中已知的，更快捷地且具有良好再現(xiàn)性地測量生物樣品(以下稱為 “樣品”)中包含的特定材料的酶活性對于應用酶活性的電化學生物傳感器來說是極其重要的，該生物傳感器例如是用于臨床化學試驗的葡萄糖傳感器、尿酸傳感器、蛋白質(zhì)傳感器、DNA傳感器或蔗糖傳感器或者用于肝功能試驗的GOT (谷氨酸-丁酮二酸鹽轉氨酶)或 GPT (谷氨酸-丙酮酸鹽轉氨酶)傳感器。
生物傳感器由識別目標分析物的識別部分和負責轉換成電信號的轉換部分組成。 生物材料用作生物傳感器的識別部分。該生物材料識別目標分析物引起化學或物理變化， 且轉換部分將該化學或物理變化轉換成電信號。識別部分和轉換部分一起稱為“生物傳感器電極”。
通常，使用常規(guī)條形生物傳感器的測量方法包括在制造過程中將樣品通過毛細管作用插入到樣品插入通道中，該毛細管作用比地球重力還強且通過血漿(plasma)或化學表面活性劑處理獲得，并將上述樣品積聚在樣品插入通道中，然后進行樣品的定性和定量分析。
測量方法通常還包括，在樣品測量之前檢測插入的樣品開始在樣品插入通道中積聚時的樣品插入時間。
通常，樣品插入檢測信號施加到生物傳感器的工作電極和參考電極上，以檢測樣品插入時間，并且在經(jīng)過預定時間后，將樣品測量信號施加到工作電極和參考電極上來測量樣品。換句話說，樣品插入時間通過計算從樣品到達工作電極和參考電極的時刻到樣品全部體積插入到樣品插入通道中的時刻所花費的時間來確定。然后，預定時間以后，樣品測量信號施加到工作電極和參考電極上來測量樣品。
這種情況遇到一個問題，即施加用來檢測樣品插入時間的樣品插入檢測信號對作為重要測量用電極的工作電極和參考電極表面上的樣品的過早反應，形成電雙層(EDL)。電雙層，其通常存在于相鄰不同物質(zhì)之間的界面上(電極、樣品或溶液)，在向界面上施加電場時形成。電雙層的電容，這也叫做“雙層電容”，該電容是少量的，但可包含在施加樣品檢測信號時測量的電流信號中。這引起了生物傳感器測量信號的失真(distortion)并影響測量。
樣品的粘度依賴于樣品的類型，且即使不顯著，也能決定樣品在樣品插入通道中的積聚速度或時間。這也可以影響測量結果，因為在經(jīng)過預定時間后開始測量，該預定時間計算為從樣品插入時起到將樣品完全積聚到通道中所花費的時間。因此，通過控制時間來確定施加樣品測量信號的時間，在測量精度方面是相當有問題的。

發(fā)明內(nèi)容
技術問題因此，本發(fā)明的目的在于提供一種生物傳感器電極結構和使用生物傳感器的測量方法，以解決了現(xiàn)有技術中存在的問題。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種生物傳感器電極結構和使用生物傳感器的測量方法，該生物傳感器有效地除去了雙層電容并在不使作為測量用電極的工作電極和參考電極的信號失真的情況下精確檢測響應信號。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種生物傳感器電極結構和使用生物傳感器的測量方法，該生物傳感器能控制依賴于樣品類型的樣品插入速度。
技術方案為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，提供了一種電化學生物傳感器結構，其包括用作樣品測量電極的工作電極和參考電極，它們在樣品插入通道的縱向方向上彼此隔開設置，該工作電極和參考電極都具有交替設置在其對應于樣品插入通道部分上的至少一個突起和至少一個凹坑，該工作電極的突起相應地靠近參考電極的凹坑，該工作電極的凹坑相應地靠近參考電極的突起；以及用作樣品識別電極的至少兩個樣品識別電極，且它們彼此相隔，靠近并平行于工作電極和參考電極設置。
該至少兩個樣品識別電極設置在工作電極和參考電極之間。該至少兩個樣品識別電極的端部靠近樣品插入通道的端部。
該至少兩個樣品識別電極響應于樣品識別信號來識別樣品。樣品識別信號獨立于施加到參考電極或工作電極上的樣品測量信號進行施加來識別樣品。
電化學生物傳感器電極結構還包括條形識別電極，以檢測具有生物傳感器電極插入到測量設備中進行測量的時刻。
在對應于樣品插入通道的部分上，工作電極和參考電極彼此相隔，相隔距離為 50mm 至 120mm。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，提供了一種電化學生物傳感器結構，其包括底板， 其包含樣品測量用電極；至少兩個樣品識別電極，其在絕緣襯底上與樣品測量用電極隔開設置；樣品測量用電極，其包括工作電極和參考電極，該工作電極和參考電極在樣品插入通道的縱向方向上彼此隔開設置，該工作電極和參考電極都具有交替設置在其對應于樣品插入通道的部分上的至少一個突起和至少一個凹坑，該工作電極的突起相應地靠近參考電極的凹坑，該工作電極的凹坑相應靠近參考電極的突起，該至少兩個樣品識別電極彼此相隔， 靠近并平行于工作電極和參考電極設置；中間板，其具有雙層涂布粘合絕緣膜結構，該中間板上形成有樣品插入通道；以及具有至少兩個排氣孔的頂板，該排氣孔形成在絕緣襯底上對應于樣品插入通道的端部。至少兩個排氣孔對應于至少兩個樣品識別電極的端部進行設置，以垂直地疊合在至少兩個樣品識別電極的端部。
該至少兩個樣品識別電極響應于樣品識別信號來識別樣品。該樣品識別信號獨立于施加到參考電極或工作電極上的樣品測量信號進行施加來識別樣品。
作為至少兩個樣品識別電極之一的第一樣品識別電極設置用來施加樣品識別信號，并作為至少兩個樣品識別電極中另一個的第二樣品識別電極設置用來接收樣品到達信號。
在對應于樣品插入通道的部分上，該工作電極和參考電極彼此相隔，相隔距離為 50mm 至 120mm。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，提供了一種使用生物傳感器的樣品測量方法，該方法包括(a)制備生物傳感器，該傳感器具有樣品測量用電極，和與樣品測量用電極隔開設置的至少兩個樣品識別電極，該樣品測量用電極包括工作電極和參考電極，該至少兩個樣品識別電極接收與施加到工作電極和參考電極上的樣品測量信號分開控制的樣品識別信號；(b)施加樣品識別信號到至少兩個樣品識別電極之一上以確定樣品到達與否，該樣品識別信號獨立于樣品測量信號產(chǎn)生并控制；且(c)如果樣品已到達，施加樣品測量信號到工作電極和參考電極上并測量樣品上的響應信號。
在步驟(b)中，樣品是否到達由通過至少兩個樣品識別電極中的另一個接收樣品到達信號來確定。
工作電極和參考電極在樣品插入通道的縱向方向上彼此隔開設置。工作電極和參考電極每個都具有交替設置在其對應于樣品插入通道的部分上的至少一個突起和至少一個凹坑。該工作電極的突起相應地靠近參考電極的凹坑，該工作電極的凹坑相應靠近參考電極的突起。
根據(jù)本發(fā)明的再一實施方式，提供了一種用于制造電化學生物傳感器電極的方法，包括通過層疊在絕緣襯底上粘合形成第一導電薄膜；通過層疊在第一導電薄膜上涂覆光敏性干膜，并進行光學蝕刻過程，形成包括第一導電薄膜材料的電極圖案，該電極圖案整體上具有至少兩個樣品識別電極和樣品測量用電極，該樣品測量用電極包括工作電極和參考電極，該工作電極和參考電極在樣品插入通道的縱向方向上彼此隔開設置，該工作電極和參考電極每個都具有交替設置在其對應于樣品插入通道的部分上的至少一個突起和至少一個凹坑。該工作電極的突起相應地靠近參考電極的凹坑，該工作電極的凹坑相應地靠近參考電極的突起；以及在電極圖案的表面上形成第二導電薄膜，該第二導電薄膜比電極圖案具有更高的導電性。
上述絕緣襯底是一種聚合膜，包含選自聚酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酰亞胺、聚氯乙烯、聚乙烯或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的至少一種材料。
上述第一導電薄膜包括銅或銅合金的材料。
上述方法進一步包括通過鍍覆在第一和第二導電薄膜之間形成鎳或鉻層來提高第一和第二導電薄膜之間的粘合強度。
上述第二導電薄膜通過鍍金或鍍鉬來形成。
上述至少兩個樣品識別電極包括與工作電極或參考電極相鄰的兩個樣品識別電極。
在對應于樣品插入通道的部分上，上述工作電極和參考電極彼此相隔，相隔距離為 50mm 至 120mm。
上述絕緣襯底是包括頂板、中間板和底板的生物傳感器的底板，絕緣襯底上形成有工作電極、參考電極以及至少兩個樣品識別電極。該方法還包括在制備生物傳感器的底板后，具有雙層涂布粘合絕緣膜結構的中間板，該中間板上形成有樣品插入通道；并形成對應于絕緣襯底中的樣品插入通道端部具有至少兩個排氣孔的頂板。該至少兩個排氣孔對應于至少兩個樣品識別電極的端部進行設置，以垂直地疊合在至少兩個樣品識別電極的端部。
有效效果本發(fā)明最小化雙層電容的影響，獨立的施加樣品識別信號，并精確地檢測樣品插入時間和速度，而與待測量樣品的粘度無關。此外，本發(fā)明也不存在在測量樣品中涉及測量信號失真的問題，因此，樣品測量能夠更快地且高再現(xiàn)性地完成。


圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明實施方式的電化學生物傳感器電極結構；
圖2至圖5是用于說明具有圖1電極結構的試驗條形生物傳感器結構的圖示； 圖6是顯示使用圖2至圖5的生物傳感器的測量方法流程圖； 圖7是顯示圖6測量結果的圖表；和圖8至圖14是顯示用于制造圖1生物傳感器電極過程的截面圖。
具體實施例方式下面參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行詳細說明，該附圖旨在例示的目的， 并不旨在限制本發(fā)明的保護范圍。
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明實施方式的電化學生物傳感器電極結構。
如圖1中所示，在絕緣襯底100上，制造根據(jù)本發(fā)明實施方式的生物傳感器電極 110，120，130和140。用于制造生物傳感器電極110，120，130和140的方法例示在圖 8至圖14中。
生物傳感器電極110，120，130和140包括用作樣品測量電極的工作電極110和參考電極140，以及用作樣品識別電極的至少兩個樣品識別電極120和130。
通常，兩電極用于測量兩點之間的電勢差，以確定電解液中的電勢。測量電勢的電極稱為“工作電極”，并連接用來測量電勢差的另一電極稱為“參考電極”。
盡管電極方便地分成如根據(jù)說明書中的定義進行選擇的工作電極110和參考電極140，但對本領域的技術人員而言顯然的是，該工作電極110可用作參考電極140，反之亦然。
工作電極110和參考電極140彼此相隔并在其中插入樣品的樣品插入通道(如圖 2中表示為210)的縱向方向上設置。
對應于樣品插入通道210的部分在圖1的上部放大表示。參考放大圖，工作電極 110和參考電極140中的每個都具有至少一個突起和至少一個凹坑，它們交替設置在對應于樣品插入通道210的部分上(例如，樣品插入通道形成的部分)。
工作電極110的突起在參考電極140的凹坑附近對應設置，并該工作電極110的凹坑在參考電極140的突起附近對應設置。換句話說，工作電極110的突起設置來裝配到參考電極140的凹坑中，參考電極140的突起設置用來裝配到工作電極110的凹坑中。在嚙合時，工作電極110并不與參考電極140直接接觸，但以預定的距離與參考電極140隔開。在對應樣品插入通道210的部分上工作電極110和參考電極140之間的相隔距離為50mm 至 120mm。
當工作電極110和參考電極140用于測量時，可施加樣品測量信號。
電極設置和結構在相關的化學反應中起著重要作用，因為對于電化學測量重要的氧化還原反應通過電極界面與溶液之間的電子轉移而發(fā)生。因此，工作電極110和參考電極140交替設置在如上所述的特定部分中，因此有效檢測電極之間的響應信號。
工作電極110和參考電極140如圖8至圖14的制造方法中例示的進行成型，該方法包括在絕緣膜上層疊導電薄膜并通過光刻法形成生物傳感器電極的圖案。通過濕法腐蝕技術目前可獲得的最小電極間相隔距離為50mm，根據(jù)其他尖端技術可降低到小于50mm。
此外，對于電化學測量需要的樣品數(shù)量最小到小于0. 25ml，且交替設置的電極之間的恰當距離設置在約80mm。工作電極110和參考電極140之間的相隔距離在50mm至 120mm的范圍內(nèi)是容易獲得的。
因為工作電極110和參考電極140在特定部分上彼此之間以如此微小的距離進行設置，所以它以較短的時間到達校正狀態(tài)的當前值，導致快速的響應時間。此外，這種小區(qū)域包括低的電容，因此與法拉第電流相噪聲信號低，且具有這種小絕對值的電流引起溶液電阻處的低壓降。另一方面，具有小絕緣值的電流需要使用具有高放大倍數(shù)的低噪聲放大器，該放大器可根據(jù)常規(guī)技術容易獲得。
更優(yōu)選地，作為生物傳感器制造中的關鍵步驟之一，酶的固定化可通過電極之間物理上和結構上均勻的酶分散體來獲得。
為了增加分析的靈敏度，本發(fā)明的實施方式使用了以預定相隔距離設置的多個微電極，該相隔距離足夠寬，以避免擴散層的重疊，因此，信號本身可放大，使得本發(fā)明用作顯著有利于測量電流的傳感器。
工作電極110和參考電極140之間設置有至少兩個樣品識別電極120和130。在說明書中為了方便，該至少兩個樣品識別電極120和130包括兩個樣品識別電極120和130。 然而，對本領域的技術人員而言顯然的是，本發(fā)明可包括三個或三個以上的樣品識別電極。
樣品識別電極120和130設置在工作電極110和參考電極140之間，而沒有一個樣品識別電極120和130形成在以交替設置方式設置的工作電極110和參考電極140的部分中。換句話說，除了對應于樣品插入通道210端部，樣品識別電極120和130并不形成在形成樣品插入通道210的部分中。因此，樣品識別電極120和130的端部與樣品插入通道 210的端部靠近。該設置結構對于識別樣品是必要的。
樣品識別電極120和130靠近并平行于工作電極110或參考電極140。裝備有工作電極110，例如，第一樣品識別電極120形成在工作電極110的附近，第二樣品識別電極 130設置在第一樣品識別電極120的附近，且最后參考電極140設置在第二樣品識別電極 130的附近。樣品識別電極120和130中的一個(例如，樣品識別電極120)可以是在測量樣品中接收樣品識別信號的電極，另一個(例如，樣品識別電極130)可以是用于接收樣品到達信號的電極。
樣品識別信號120和130，離開工作電極110和參考電極140，設置在樣品插入通道210端部的最小區(qū)域中。正如下文所述，兩個排氣孔310和320對應于樣品識別電極120 和130垂直設置在樣品識別電極120和130上方。根據(jù)該結構，樣品到達信號僅在樣品完全插入到樣品插入通道210時能夠獲得，而樣品識別電極120和130不會受到樣品的粘度、 包圍環(huán)境(例如溫度、濕度等)等的影響。
當獲得樣品到達信號時，任何其他信號并不施加給對于測量重要的工作電極110 和參考電極。
樣品識別信號120和130的端部與工作電極110和參考電極140隔開并設置在樣品插入通道210端部的最小區(qū)域中。
因此，該結構設計用來防止工作電極110和參考電極140受到識別樣品時發(fā)生的雙層電容的影響。
在隨后的樣品測量中，獨立于樣品識別信號的獨立測量信號僅施加給獨立設置的工作電極110和參考電極140，以進行測量。
工作電極110，參考電極140，樣品識別電極120和130，除了對應于樣品識別通道 210的部分外，以預定寬度進行設置并平行地彼此隔開。工作電極110或參考電極140的寬度要大于樣品識別電極120和130的寬度。這可通過降低工作電極110和參考電極140的電阻低于樣品識別電極120和130的電阻，從而最小化樣品測量期間噪聲對已檢信號的影響而獲得更好再現(xiàn)性的、更穩(wěn)定的測量。
引線端子部分(參照圖1中的下部放大圖)，即外部信號或響應于外部信號的信號施加給工作電極110、參考電極140以及樣品識別電極120和130，可具有大于工作電極 110、參考電極140以及樣品識別電極120和130的正常寬度的寬度。這有利于信號傳遞。
除了工作電極110、參考電極140以及樣品識別電極120和130之外，生物傳感器電極可進一步包括條形識別電極150。假定生物傳感器成型為試驗條形時，則設置條形識別電極150。對于除了試驗條形以外類型的生物傳感器，并不設置條形識別電極150或者使用另外類型的電極。
條形識別電極150通過在包括生物傳感器電極的試驗條形生物傳感器插入到測量設備主體中的時刻檢測試驗條形而產(chǎn)生條形插入信號。因此，條形識別電極150可設置在配置單個電極引線端子部分的前面，也是插入測量設備中的生物傳感器部分的最前面。
測量設備主體，如果并不例示，則是一種插入生物傳感器測量樣品的設備，它對本領域的技術人員來說是已知的。
圖2至圖5是用于說明具有圖1電極結構的試驗條形生物傳感器結構圖示；圖2 是生物傳感器分解透視圖；圖3是圖2的分解透視圖中單個組成部分相應關系和位置關系的放大圖示；圖4是生物傳感器的組合透視圖；圖5是詳細顯示排氣孔和樣品插入通道的放大圖示。
如圖2中所示，根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的電化學生物傳感器具有試驗條底板 100、試驗條中間板200和試驗條頂板300的組合結構。
試驗條底板100包括設置在絕緣襯底180上的生物傳感器電極110、120、130、140 和150，其中生物傳感器電極110、120、130、140和150如圖1中例示進行設置。
試驗條中間板200包括形成在雙層涂布的粘合絕緣膜280上的樣品插入通道210。 該樣品插入通道210在雙層涂布的粘合絕緣膜280側面上具有預定深度的凹坑。
該凹坑結構的樣品插入通道210，正如圖北的放大視圖所能看到的，對應于突起和凹坑交替設置在工作電極110和參考電極140上的部分，該工作電極和參考電極設置在試驗條底板100上。該樣品插入通道210的端部延伸到至少兩個樣品識別電極120和130 的端部。在圖北中，樣品插入通道210表示為虛線。
對于粘合地裝配有試驗條形中間板200的試驗條形底板100，上述樣品插入通道 210露出突起和凹坑交替設置在工作電極110和參考電極140上的部分，以及至少兩個樣品識別電極120和130的端部。
試驗條形頂板300包括至少兩個排氣孔310和320，該排氣孔310和320形成在絕緣襯底380上對應于樣品插入通道210的端部。該至少兩個排氣孔310和320對應于至少兩個樣品識別電極120和130進行設置，以垂直重疊在至少兩個識別電極120和130的端部上。
因此，當試驗條形底板100、試驗條形中間板200和試驗條形頂板300粘合裝配在一起時，如圖3a和北的放大圖中所示，樣品插入通道210的端部和至少兩個樣品識別電極 120和130的端部被露出。本文使用的術語“露出”意指樣品插入通道210的端部和至少兩個樣品識別電極120和130的端部可通過排氣孔310和320看到。
如本發(fā)明中描述的樣品插入通道210的端部，是放入樣品插入通道210中的樣品到達的終點。樣品識別電極120和130的端部是對應于樣品到達終點的部分。
至少兩個排氣孔310和320中的每一個形成在對應于樣品插入通道210的縱向端部和至少兩個樣品識別電極120和130端部的位置處的最小區(qū)域中。此處，至少兩個排氣孔310和320的數(shù)目對應于至少兩個樣品識別電極120和130的數(shù)目而確定。例如，對于至少三個樣品識別電極120和130，設置至少三個排氣孔310和320。
至少兩個排氣孔310和320的設計要考慮到當樣品由毛細管作用通過樣品插入通道210時樣品通過表面活性沿著樣品插入通道210的傾斜面移動的特性。也就是說，至少兩個排氣孔310和320構造用于有效收集來自樣品插入通道210中的樣品，該樣品插入通道位于突起和凹坑交替設置在工作電極110和參考電極140部分上的位置處。
對于兩個樣品識別電極120和130以及兩個排氣孔310和320，該兩個排氣孔310 和320設置如圖3a的部分放大視圖中所示，其中樣品識別電極120和130的端部精確地位于垂直低于(垂直重疊)排氣孔310和320的位置中。為了更精確，兩個排氣孔310和320 的第一排氣孔310垂直疊合在兩個樣品識別電極120和130的第一樣品識別電極120的端部上，而第二排氣孔320垂直疊合第二樣品識別電極130的端部上。
對于裝配在一起的試驗條形底板100、試驗條形中間板200和試驗條形頂板300， 如圖4中所示，露出了試驗條形底板100的部分。
沿著樣品插入通道210的縱向觀測，試驗條形中間板200和試驗條形頂板300比試驗條形底板100短。因此，試驗條形底板100、試驗條形中間板200和試驗條形頂板300 的裝配露出了試驗條形底板100的電極110、120、130和140施加或接收信號的部分。整個條形識別電極150也被露出。
正如圖5中所示，樣品插入通道210在裝配結構中具有凹坑或溝槽結構，該裝配結構包括試驗條形低板100上的試驗條形中間板200以及試驗條形中間板200上的試驗條形頂板300。
圖6是顯示使用圖2至圖5的生物傳感器的測量程序流程圖。如上所述，測量裝置單獨提供用于測量樣品。
如圖6中所示，圖2至圖5的生物傳感器插入到設置用于測量的測量專制主體中 (S112)。條形識別電極150識別生物傳感器的插入并產(chǎn)生條形插入信號。測量裝置需要(接收)條形插入信號(S113)。如果不能從測量裝置獲得條形插入信號(否，N0)，條形識別電極 150等待直到獲得條形插入信號。
在從測量裝置獲得條形插入信號后(是，YES),識別樣品的樣品識別信號施加到第一樣品識別電極120 (S114)上。樣品識別信號施加到第一樣品識別電極120上是方便描述的，盡管它也可施加到第二樣品識別電極130上。
樣品插入通過樣品插入通道210 (S115)。然后確定是否樣品已經(jīng)到達。也就是說，產(chǎn)生了樣品到達信號，并確定樣品到達信號的獲得(接收)(S116)。只有當樣品從樣品插入點精確地到達第一和第二排氣孔310和320時，產(chǎn)生樣品到達信號。該樣品到達通過樣品是否到達排氣孔310和320來確定。
樣品到達信號通過第二樣品識別電極130獲得。如果施加給第二樣品識別電極 130而不是第一樣品識別電極120，那么樣品到達信號通過第一樣品識別電極120來獲得。
如果樣品不到達排氣孔310和320 (否)，并不產(chǎn)生樣品到達信號。且也不施加測量樣品的樣品測量信號。如果樣品到達排氣孔310和320且獲得樣品到達信號(是)，則測量裝置施加用于樣品測量的樣品測量信號給工作電極110和參考電極140 (S117)。
樣品測量信號就產(chǎn)生和控制來說獨立于樣品識別信號。產(chǎn)生并控制樣品測量信號是一件事情，并且產(chǎn)生和控制樣品識別信號是另一件事情。
作為本發(fā)明的生物傳感器的特性，樣品識別信號僅施加給樣品識別電極120和 130，而非施加給工作電極110或參考電極140。樣品測量信號并不施加給樣品識別信號120 和130，而是施加給工作電極110和參考電極140。
在電化學樣品測量中，例如施加的樣品測量信號對工作電極110是正電(+ )性的， 對參考電極140是負電(_)性的。
在施加樣品測量信號后，通過工作電極110和參考電極140獲得(接收)樣品電流信號，然后測量(S118)。然后顯示測量結果(S119)。樣品電流信號在工作電極110和參考電極140之間測量，且電流經(jīng)測定數(shù)量來計算樣品的濃度，該值以mM或mg/dL計。
本發(fā)明中，如上所述，樣品識別電極120和130在結構或信號施加方法方面獨立于作為樣品測量用電極的參考電極140和工作電極110。即使對不同類型的樣品(例如關于粘度等)，本發(fā)明也能在精確的時間(樣品到達點)下進行測量，而不受樣品插入時間或速度的影響。
特別地，獨立于樣品識別信號進行控制的樣品測量信號僅施加給工作電極110和參考電極140。這對確定重要的施加樣品測量信號的時間在電化學中具有相當顯著的意義。 因此，本發(fā)明實現(xiàn)了依賴于樣品類型的樣品插入時間和速度的有效控制，以及樣品的快速和精確的測量。
更優(yōu)選地，本發(fā)明單獨提供并控制獨立于用作樣品測量用電極的工作電極110和參考電極140的樣品識別電極120和130，因此。快速并精確的測量可實現(xiàn)，而無需考慮因雙層電容產(chǎn)生失真信號或樣品不精確插入的影響。
圖7是顯示圖6測量方法結果的圖表。更具體地，圖7顯示了使用絕緣襯底上具有極低電阻(小于0. Iff)的生物傳感器的葡萄糖傳感器的示例性測量結果以及使用生物傳感器的測量方法。
如圖7的圖表中所示，顯示了對于葡萄糖濃度(緩沖液 33mM)的測量電流信號的再現(xiàn)性，進行測量100次并在3秒鐘內(nèi)相當精確地給出小于3. 17%的非線性誤差。
圖8至圖14是顯示制造圖1的生物傳感器電極的方法截面圖。
如圖8中所示，制備了絕緣襯底180。該絕緣襯底180可以是聚合膜，其由至少一種選自聚酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酰亞胺、聚氯乙烯、聚乙烯或聚對苯二甲酸乙二醇酯( PET)的材料組成。絕緣襯底180通過切割過程將聚合膜切割成期望尺寸來制備。
如圖9中所示，第一導電薄膜172通過層疊粘合涂布在絕緣襯底180上。第一傳導薄膜172形成電極材料，且可以是，但并不限制于部分由銅組分如黃銅或青銅組成的銅膜或銅合金膜。本領域的技術人員顯而易見的是，也可以使用其他導電材料的膜。
如圖10中所示，用于形成電極的光敏性干膜174施加在絕緣襯底180上，其上形成有第一導電薄膜172。光敏性干膜174通過層疊涂布在具有第一導電薄膜172的絕緣襯底180上。例如，通過用層壓機在約100°C至120°C的預熱溫度滾涂進行層疊。對于本領域的技術人員而言顯而易見的是，光敏性干膜174可在除了約100°C至120°C的其他溫度范圍內(nèi)進行涂布。
如圖11中所示，作為光學方法進行曝光和顯影。
對于曝光過程，工作膜(未示出)(例如，負電性膜)排列在層疊的光敏性干膜174 上。在預定強度的光能持續(xù)預定的曝光時間下，將作為電極的干膜部分進行從單體到聚合物的反應以復制期望的圖案像。
在隨后的顯影過程中，通過曝光過程未轉換成聚合物的干膜部分，也就是說，沒有光曝光(light exposure)的干膜單體部分用碳酸鈉(Nii2TO3)化學除去，在光敏性干膜174 上留下形成電極用的掩膜圖案17如。
如圖12中所示，蝕刻過程用蝕刻溶液如酸蝕刻劑(CuCl2、！^eCl2等)溶液除去光敏性干膜174覆蓋的絕緣襯底180上的第一導電薄膜172的部分，也就是說，該第一導電薄膜 172的曝光部分而不是電極圖案。上述蝕刻過程可包括任何蝕刻方法，例如干蝕刻法或等離子蝕刻法以及濕蝕刻法。
上述蝕刻過程給出了如圖1中所示的電極圖案17 的基底。然后在單獨過程中除去掩膜圖案17如。
如圖13中所示，進行鍍覆過程以形成鎳(Ni)薄膜176。
在蝕刻過程后進行的清洗過程中，形成鎳(Ni)薄膜176的過程可在清洗過程之后。
鎳(Ni)薄膜176設置用來提高在形成第二導電薄膜178的后續(xù)過程中電極圖案 17 和第二導電薄膜178之間的粘著性和粘合強度。當不需要提高粘著性和粘合強度時， 或者當個別意義在于提高粘著性和粘合強度時，可省略鍍覆鎳薄膜176的過程。鎳(Ni)可用其他材料如鉻(Cr)來替代。
如圖14中所示，第二導電薄膜178形成在絕緣襯底180上，其上設置有電極圖案 17 或鎳或鉻薄膜176。鍍覆金(Au)或鉬(Pt)用于第二導電薄膜178。通過電化學生物傳感器電極的測量大部分使用了電流測量，且電流沿著電極表面流動。因此，在形成生物傳感器電極中，在電極表面上薄膜鍍覆新金屬如金或鉬降低了制造成本并顯著降低電阻分量到約0. 1W。
位于除生物傳感器電極之外部分的鎳或鉻薄膜以及第二導電薄膜可通過單個過程在每個步驟中除去或者在第二導電薄膜178形成后全部除去。
隨后，進行清洗和干燥過程來消除因鍍鉬過程而保留在表面上的溶液，以完成如圖1中所示的生物傳感器電極結構，也就是試驗條形底板100。
如果在附圖中未示出，則形成具有圖2至圖5中結構的試驗條形中間板200的過程在形成試驗條形底板100之后。形成具有圖2至圖5中結構的試驗條形頂板300的過程之后另外進行以完成試驗條形類型電化學生物傳感器。
盡管結合實施方式已經(jīng)對本發(fā)明進行了說明，但本領域的技術人員可以理解的是，該說明并不旨在窮盡或限制本發(fā)明的保護范圍。根據(jù)上述的教導，在不脫離以下權利要求的保護范圍下可以進行許多修改和變化。
工業(yè)實用件本發(fā)明減小了雙層電容的影響，獨立的施加樣品識別信號，并精確地檢測樣品插入時間和速度，而與待測量樣品的粘度無關。此外，本發(fā)明也不存在在測量樣品中涉及測量信號失真的問題，因此，樣品測量能夠更快地且高再現(xiàn)性地完成。
權利要求
1.一種電化學生物傳感器電極結構，包括用作樣品測量電極的工作電極和參考電極，且它們在樣品插入通道的縱向方向上彼此隔開設置，所述工作電極和參考電極都具有交替設置在其對應于樣品插入通道部分上的至少一個突起和至少一個凹坑，該工作電極的突起相應地靠近參考電極的凹坑，該工作電極的凹坑相應靠近參考電極的突起；且用作樣品識別電極的至少兩個樣品識別電極，且它們彼此相隔，靠近并平行于工作電極和參考電極設置。
2.如權利要求1所述的電化學生物傳感器電極結構，其特征在于，所述至少兩個樣品識別電極設置在工作電極和參考電極之間，所述至少兩個樣品識別電極的端部靠近樣品插入通道的端部。
3.如權利要求2所述的電化學生物傳感器電極結構，其特征在于，所述至少兩個樣品識別電極響應于樣品識別信號來識別樣品，所述樣品識別信號獨立于施加到參考電極或工作電極上的樣品測量信號進行施加來識別樣品。
4.如權利要求1所述的電化學生物傳感器電極結構，其特征在于，進一步包括條形識別電極，以檢測具有生物傳感器電極的生物傳感器插入到測量設備中進行測量的時刻。
5.如權利要求1所述的電化學生物傳感器電極結構，其特征在于，對應于樣品插入通道的部分上，工作電極和參考電極彼此相隔，相隔距離為50mm至120mm。
6.一種電化學生物傳感器結構，包括底板，其包含樣品測量用電極；至少兩個樣品識別電極，其在絕緣襯底上與樣品測量用電極隔開設置，且所述樣品測量用電極包括工作電極和參考電極，所述工作電極和參考電極在樣品插入通道的縱向方向上彼此隔開設置，所述工作電極和參考電極都具有交替設置在其對應于樣品插入通道部分上的至少一個突起和至少一個凹坑，該工作電極的突起相應地靠近參考電極的凹坑，該工作電極的凹坑相應靠近參考電極的突起，所述至少兩個樣品識別電極彼此相隔，靠近并平行于工作電極和參考電極設置；中間板，其具有雙層涂布粘合絕緣膜結構，該中間板上形成有樣品插入通道；以及頂板，其具有至少兩個排氣孔，所述排氣孔形成在絕緣襯底上對應于樣品插入通道的底部，所述至少兩個排氣孔，其對應于至少兩個樣品識別電極的端部進行設置，以垂直地疊合在至少兩個樣品識別電極的端部。
7.如權利要求6所述的電化學生物傳感器結構，其特征在于，至少兩個樣品識別電極響應于樣品識別信號來識別樣品，樣品識別信號獨立于施加到參考電極或工作電極上的樣品測量信號進行施加來識別樣品。
8.如權利要求6所述的電化學生物傳感器結構，其特征在于，作為至少兩個樣品識別電極之一的第一樣品識別電極設置用來施加樣品識別信號，作為至少兩個樣品識別電極中另一個的第二樣品識別電極設置用來接收樣品到達信號。
9.如權利要求6所述的電化學生物傳感器結構，其特征在于，在對應于樣品插入通道部分上，工作電極和參考電極彼此相隔，相隔距離為50mm至120mm。
10.一種使用生物傳感器的樣品測量方法，包括制備生物傳感器，該傳感器具有樣品測量用電極；至少兩個樣品識別電極與樣品測量用電極隔開設置，且所述樣品測量用電極包括工作電極和參考電極，至少兩個樣品識別電極接收與施加到工作電極和參考電極上的樣品測量信號分開控制的樣品識別信號；(b)施加樣品識別信號到至少兩個樣品識別電極之一上以確定樣品到達與否，樣品識別信號獨立于產(chǎn)生并控制樣品測量信號；且(c)如果樣品已到達，施加樣品測量信號到工作電極和參考電極上并測量樣品上的響應信號。
11.如權利要求10所述的使用生物傳感器的樣品測量方法，其特征在于，在步驟(b) 中，其樣品是否到達由通過至少兩個樣品識別電極中的另一個接收樣品到達信號來確定。
12.如權利要求11所述的使用生物傳感器的樣品測量方法，其特征在于，工作電極和參考電極在樣品插入通道的縱向方向上彼此隔開設置，工作電極和參考電極每個都具有交替設置在其對應于樣品插入通道部分上的至少一個突起和至少一個凹坑，該工作電極的突起相應地靠近參考電極的凹坑，該工作電極的凹坑相應靠近參考電極的突起。
13.一種用于制造電化學生物傳感器電極的方法，包括 通過層疊在絕緣襯底上粘合形成第一導電薄膜；通過層疊在第一導電薄膜上涂覆光敏性干膜，并進行光學蝕刻過程形成包括第一導電薄膜材料的電極圖案，所述電極圖案整體上具有至少兩個樣品識別電極和樣品測量用電極，樣品測量用電極包括工作電極和參考電極，工作電極和參考電極在樣品插入通道的縱向方向上彼此隔開設置， 工作電極和參考電極每個都具有交替設置在其對應于樣品插入通道部分上的至少一個突起和至少一個凹坑，該工作電極的突起相應地靠近參考電極的凹坑，該工作電極的凹坑相應靠近參考電極的突起；以及在電極圖案的表面上形成第二導電薄膜，第二導電薄膜比電極圖案具有更高的導電性。
14.如權利要求13所述的方法，其特征在于，絕緣襯底是一種聚合膜包含選自聚酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酰亞胺、聚氯乙烯、聚乙烯或聚對苯二甲酸乙二醇酯中的至少一種材料。
15.如權利要求13所述的方法，其特征在于，第一導電薄膜包括銅材料或銅合金材料。
16.如權利要求13所述的方法，進一步包括通過鍍覆在第一和第二導電薄膜之間形成鎳或鉻層來提高第一和第二導電薄膜之間的粘合強度。
17.如權利要求13所述的方法，其特征在于，第二導電薄膜通過鍍金或鍍鉬來形成。
18.如權利要求13所述的方法，其特征在于，至少兩個樣品識別電極包括與工作電極或參考電極相鄰的兩個樣品識別電極。
19.如權利要求13所述的方法，其特征在于，在對應于樣品插入通道的部分上，工作電極和參考電極彼此相隔，相隔距離為50mm至120mm。
20.如權利要求13所述的方法，其特征在于，絕緣襯底與形成其上的工作電極、參考電極以及至少兩個樣品識別電極是包括頂板、中間板和底板的生物傳感器的底板，所述方法還包括在制備生物傳感器的底板后，形成其上形成有樣品插入通道的雙層涂布粘合絕緣膜的中間板；形成對應于絕緣襯底中的樣品插入通道端部具有至少兩個排氣孔的頂板，該至少兩個排氣孔對應于至少兩個樣品識別電極的端部進行設置，以垂直地疊合在至少兩個樣品識別電極的端部。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電化學生物傳感器電極結構，其包括用作樣品測量電極的工作電極和參考電極，且它們在樣品插入通道的縱向方向上彼此隔開設置，工作電極和參考電極都具有交替設置在其對應于樣品插入通道部分上的至少一個突起和至少一個凹坑，工作電極的突起相應地靠近參考電極的凹坑，工作電極的凹坑相應靠近參考電極的突起；以及用作樣品識別電極的至少兩個樣品識別電極，且它們彼此相隔，靠近并平行于工作電極和參考電極設置。本發(fā)明減小了雙層電容的影響并獨立地施加樣品識別信號以精確檢測樣品插入時間和速度。
文檔編號G01N27/30GK102187213SQ200980141182
公開日2011年9月14日 申請日期2009年5月18日 優(yōu)先權日2008年10月16日
發(fā)明者李永泰, 金圭俊, 徐鎬哲, 金泰阮 申請人:安東大學校產(chǎn)學協(xié)力團, 世鐘工業(yè)股份有限公司