本發(fā)明涉及生物檢測(cè)儀器領(lǐng)域，具體涉及一種生物傳感器。

背景技術(shù)：

生物傳感器(biosensor)，是一種對(duì)生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的儀器。是由固定化的生物敏感材料作識(shí)別元件(包括酶、抗體、抗原、微生物、細(xì)胞、組織、核酸等生物活性物質(zhì))、適當(dāng)?shù)睦砘瘬Q能器(如氧電極、光敏管、場(chǎng)效應(yīng)管、壓電晶體等等)及信號(hào)放大裝置構(gòu)成的分析工具或系統(tǒng)。

電化學(xué)生物傳感器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于體外診斷領(lǐng)域，這些儀器系統(tǒng)能檢測(cè)體液中的生理物質(zhì)，方便醫(yī)生對(duì)病人狀況分析和診斷，也有一些儀器系統(tǒng)應(yīng)用到家庭使用，方便病人的自我監(jiān)控，這些生理指標(biāo)包括血糖、膽固醇、尿酸、甘油三酸酯、乳酸、酮體、酶類等。目前生物傳感器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于臨床檢測(cè)中，其中最普及的例子是便攜式血糖測(cè)試系統(tǒng)。

對(duì)于檢測(cè)血液樣本的生物傳感器，特別是家用型的生物傳感器，如血糖儀，病人需要經(jīng)常采指尖血進(jìn)行測(cè)試，頻繁的測(cè)試會(huì)使病人痛苦，甚至因此厭煩而放棄一些測(cè)試，影響指標(biāo)監(jiān)控和疾病管理。進(jìn)一步減少產(chǎn)品的樣本需求量，可以讓病人使用侵入較少、采血量少一些的規(guī)格的采血針，減少采血的痛楚，所謂微創(chuàng)或無(wú)痛采血，能顯著改善病人采血測(cè)試的畏懼感，提高指標(biāo)監(jiān)測(cè)的依從性，從而改善疾病的管理和控制。

目前的生物傳感器測(cè)試片通常有以下幾個(gè)部分組成：絕緣基板，作為產(chǎn)品的載體；構(gòu)建在絕緣基板上的電極系統(tǒng)，至少包括工作電極和對(duì)電極；固定在電極系統(tǒng)上的檢測(cè)試劑；絕緣層，界定電極的反應(yīng)區(qū)域；中隔層，反應(yīng)室及進(jìn)樣通道開口，覆在電極系統(tǒng)上，中隔層在有些產(chǎn)品中涵蓋了絕緣層的功能從而能省略絕緣層；覆蓋層，覆蓋在中隔層上，和基板一種構(gòu)成反應(yīng)室。

臨床使用的生物傳感器產(chǎn)品的準(zhǔn)確度、精密度性能非常重要，其中工作電極上的檢測(cè)試劑覆蓋是否完全和一致、加樣時(shí)工作電極的樣本覆蓋是否均勻和完全是影響產(chǎn)品準(zhǔn)確度和精密度性能的關(guān)鍵因素之一。為保證產(chǎn)品的準(zhǔn)確度和精密度性能，目前市面上的一些產(chǎn)品在設(shè)計(jì)上把對(duì)電極設(shè)計(jì)成c字型，工作電極放置放在c字型對(duì)電極的中間，這樣在加工時(shí)檢測(cè)試劑覆蓋工作電極比較一致和完全，加樣時(shí)也比較能確保工作電極的樣本覆蓋比較一致，如ascensiaelite血糖試片和optimum血糖測(cè)試片。但是，絕緣層在反應(yīng)室的兩端需要留出離兩側(cè)對(duì)電極一定的距離，以保證絕緣層加工時(shí)需要的上下偏差，加工工藝如絲網(wǎng)印刷、貼合等，因此一定程度上因?yàn)榻^緣層的加工公差增加一定量的樣本需求量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明旨在提供一種能降低最少樣本需求量但同時(shí)保證測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確度和精密度的高性能生物傳感器。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，發(fā)明人提供如下的技術(shù)方案：

一種生物傳感器，用于檢測(cè)樣本中特定物質(zhì)濃度或活性，其組成包括：絕緣基板；構(gòu)建在絕緣基板上的電極系統(tǒng)，電極系統(tǒng)至少包括工作電極和對(duì)電極；固定在電極系統(tǒng)上的檢測(cè)試劑，至少應(yīng)該全面覆蓋工作電極；構(gòu)建在電極系統(tǒng)的上方的絕緣層，所述的絕緣層用來(lái)界定或部分界定電極的反應(yīng)區(qū)域(部分界定是指如上下方向或左右方向)；構(gòu)建在電極系統(tǒng)、檢測(cè)試劑、絕緣層上方的中隔層，所述的中隔層在樣本通道及反應(yīng)室區(qū)域鏤空；構(gòu)建在中隔層上方的覆蓋層(選用親水材料)，所述的覆蓋層和中隔層、絕緣基板構(gòu)建成反應(yīng)室及進(jìn)樣毛細(xì)通道，樣本可通過(guò)毛細(xì)虹吸作用自動(dòng)進(jìn)樣；所述的反應(yīng)室應(yīng)有透氣孔，以便形成虹吸作用，其中：所述的對(duì)電極呈c字形結(jié)構(gòu)，工作電極設(shè)置在對(duì)電極c字形的開口中間；對(duì)電極c字形上下兩端邊緣由絕緣層界定，且對(duì)電極c字形兩端的寬度應(yīng)該大于設(shè)定的有效寬度和絕緣層套印或貼合公差之和，這樣無(wú)論絕緣層套印或貼合上偏還是下偏，其總對(duì)電極寬度是一樣的。測(cè)試片分切時(shí)，以絕緣為切割基準(zhǔn)，那么無(wú)論絕緣層套印或貼合上偏還是下偏，反應(yīng)室的理論切割長(zhǎng)度不存在絕緣層貼合的偏差，保證理論的最低樣本需求量。

本發(fā)明的技術(shù)方案一方面以絕緣層界定對(duì)電極的邊緣，減少現(xiàn)有技術(shù)需考慮套印或貼合偏差而增加的反應(yīng)室長(zhǎng)度，達(dá)到減少樣本需求量的目的；同時(shí)該技術(shù)方案也能保證無(wú)論絕緣層套印或貼合上偏還是下偏，總對(duì)電極的有效寬度都是一致的，加上工作電極設(shè)置在對(duì)電極的中間，使工作電極上的檢測(cè)試劑容易覆蓋完全和一致、加樣時(shí)工作電極的樣本覆蓋比較完全均勻，保證產(chǎn)品的準(zhǔn)確性和精密度。所以，本發(fā)明的技術(shù)方案達(dá)到了提供一種降低最少樣本需求量但同時(shí)保證測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確度和精密度的高性能生物傳感器的目的。

作為優(yōu)選方案，本發(fā)明中，根據(jù)測(cè)試邏輯的需要，對(duì)電極分成單獨(dú)的兩條(如圖2a所示)。

絕緣基板是生物傳感器的載體。本發(fā)明中，絕緣基板優(yōu)選的是具有一定挺度的柔性塑料片材，包括但不限于pet、pp、pvc、亞克力等材料。目前有多種商業(yè)化的產(chǎn)品可供選擇，如dupont公司st504、st339等。

電極系統(tǒng)構(gòu)建在絕緣基板上，至少包括對(duì)電極和工作電極。電極的材料包括但不限于石墨、銀、金、鉑、鈀、ito、izo中的一種，可以通過(guò)絲網(wǎng)印刷、真空濺鍍結(jié)合激光加工等工藝構(gòu)建在絕緣基板上。本發(fā)明電極系統(tǒng)的對(duì)電極呈c字形結(jié)構(gòu)(如圖2b)，也可根據(jù)測(cè)試邏輯的需要分成單獨(dú)的兩條(如圖2a)，工作電極設(shè)置在對(duì)電極c字形的開口中間；對(duì)電極c字形上下兩端邊緣由絕緣層界定，且對(duì)電極c字形兩端的寬度應(yīng)該大于設(shè)定的有效寬度和絕緣層套印或貼合公差之和，這樣無(wú)論絕緣層套印或貼合上偏還是下偏，其總對(duì)電極寬度是一樣的。

檢測(cè)試劑是生物傳感器核心技術(shù)之一。檢測(cè)試劑固定在電極系統(tǒng)的上面，應(yīng)全面覆蓋工作電極。檢測(cè)試劑可以通過(guò)點(diǎn)液、絲網(wǎng)印刷、噴墨打印、夾縫擠出等技術(shù)加工固定到電極上。檢測(cè)試劑包含酶、電子介體、緩沖液、表面活性劑、多聚物等組分。酶的作用是特異性的和被檢測(cè)物反應(yīng)；電子介體從酶和被檢測(cè)物的反應(yīng)中獲取電子，并擴(kuò)散到電極上釋放電子，并形成信號(hào)，該信號(hào)可以被測(cè)試儀捕獲；緩沖液保證一個(gè)合適的反應(yīng)環(huán)境；表面活性劑能夠優(yōu)化反應(yīng)條件，并促進(jìn)樣本擴(kuò)散；多聚物能形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，并一定程度上固定酶。

絕緣層，構(gòu)建在電極系統(tǒng)的上方，用來(lái)界定對(duì)電極c字形的兩端邊緣。絕緣層可以是絕緣油墨通過(guò)絲網(wǎng)印刷套印加工上去，也可以是絕緣膠材或片材通過(guò)套貼貼合加工上去。絕緣層的厚度一般在2～50μm之間。

作為優(yōu)選方案，本發(fā)明中，絕緣層界定對(duì)電極兩端邊緣的圖案為矩形。

作為優(yōu)選方案，本發(fā)明中，絕緣層界定對(duì)電極兩端邊緣的形狀呈弧線狀。

作為優(yōu)選方案，本發(fā)明中，絕緣層界定對(duì)電極兩端邊緣的圖案為矩形，四個(gè)角有倒角。

中隔層，構(gòu)建在電極系統(tǒng)上方，反應(yīng)室區(qū)域鏤空，結(jié)合覆蓋層形成了反應(yīng)室即進(jìn)樣通道。所述的中隔層的厚度為0.025mm～0.5mm，作為優(yōu)選，中隔層的厚度為0.075mm～0.125mm。中隔層材料可以是帶基材或不帶基材的膠帶，加工好后粘合上去；也可以是膠或聚合物漿料，通過(guò)絲網(wǎng)印刷上去；如電極上無(wú)其他絕緣材料隔開，中隔層的材料必須是良好的絕緣材料。

覆蓋層，在中隔層上方，和中隔層、絕緣基板構(gòu)建成反應(yīng)室及進(jìn)樣通道，以便通過(guò)虹吸作用自動(dòng)進(jìn)樣。覆蓋層可使用pet材料，優(yōu)選透明的親水處理過(guò)的材料，透明能幫助用戶容易確認(rèn)反應(yīng)區(qū)進(jìn)樣狀態(tài)，親水能使進(jìn)樣更為順暢，非反應(yīng)室區(qū)域可以不透明，印刷進(jìn)樣標(biāo)志和logo，可用的商業(yè)化材料有adhesivesresearch,inc的92804、coveme公司kemafoilhhnw、3m公司的9971等。

透氣孔，反應(yīng)室應(yīng)有透氣孔，以便形成虹吸作用，透氣孔通過(guò)覆蓋層或絕緣基板進(jìn)樣通道尾端區(qū)域打孔實(shí)現(xiàn)，也可通過(guò)中隔層在進(jìn)樣通道尾端區(qū)域留出通氣口實(shí)現(xiàn)。

測(cè)試條的分切：測(cè)試片的分切以絕緣為切割基準(zhǔn)，那么無(wú)論絕緣層套印或貼合上偏還是下偏，反應(yīng)室的理論切割長(zhǎng)度不存在絕緣層貼合的偏差，保證理論的最低樣本需求量。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的技術(shù)方案一方面以絕緣層界定對(duì)電極的邊緣，減少現(xiàn)有技術(shù)需考慮套印或貼合偏差而增加的反應(yīng)室長(zhǎng)度，達(dá)到減少樣本需求量的目的；同時(shí)該技術(shù)方案也能保證無(wú)論絕緣層套印或貼合上偏還是下偏，總對(duì)電極的有效寬度都是一致的，加上工作電極設(shè)置在對(duì)電極的中間，使工作電極上的檢測(cè)試劑容易覆蓋完全和一致、加樣時(shí)工作電極的樣本覆蓋比較完全均勻，保證產(chǎn)品的準(zhǔn)確性和精密度。

實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，本發(fā)明技術(shù)方案能有效降低最低樣本需求量的同時(shí)，也保證了良好的測(cè)試精密度性能。

附圖說(shuō)明

圖1a和圖1b分別是本發(fā)明的一種生物傳感器的結(jié)構(gòu)分解示意圖和結(jié)構(gòu)完整示意圖。

圖2是本發(fā)明的一種生物傳感器的電極系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖2a是對(duì)電極分成單獨(dú)的兩條的電極系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2b是對(duì)電極分列工作電極兩側(cè)的電極系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3a是現(xiàn)有技術(shù)的電極系統(tǒng)和絕緣圖案的示意圖，圖中的反應(yīng)室長(zhǎng)度h＝絕緣偏差+對(duì)電極1寬+間隙+工作電極寬+間隙+對(duì)電極2寬+絕緣偏差。

圖3b是本發(fā)明的電極系統(tǒng)和絕緣圖案的一種示意圖，絕緣層界定對(duì)電極兩端邊緣的圖案為矩形，圖中反應(yīng)室長(zhǎng)度h＝對(duì)電極1寬+間隙+工作電極寬+間隙+對(duì)電極2寬。

圖3c是本發(fā)明的電極系統(tǒng)和絕緣圖案的另一種示意圖，絕緣層開口處上下端呈圓弧狀。

圖3d是本發(fā)明的電極系統(tǒng)和絕緣圖案的另一種示意圖，絕緣層開口四角有倒角。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例1的反應(yīng)曲線圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例2的反應(yīng)曲線圖。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例3的反應(yīng)曲線圖。

圖7是本發(fā)明實(shí)施例4的反應(yīng)曲線圖。

圖8是對(duì)照例反應(yīng)曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，更具體地說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實(shí)施并不局限于下面的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明所做的任何形式上的變通和/或改變都將落入本發(fā)明保護(hù)范圍。

在本發(fā)明中，若非特指，所有的設(shè)備和原料等均可從市場(chǎng)購(gòu)得或是本行業(yè)常用的。下述實(shí)施例中的方法，如無(wú)特別說(shuō)明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。

實(shí)施例1

一種生物傳感器，結(jié)構(gòu)如圖1a和圖1b所示。絕緣基板100上構(gòu)建電極系統(tǒng)200；所述的電極系統(tǒng)200包含三個(gè)電極：對(duì)電極1—201、工作電極—202、對(duì)電極2—203；構(gòu)建在電極系統(tǒng)的上方的絕緣層300，所述的絕緣層用來(lái)界定或部分界定電極的反應(yīng)區(qū)域；電極系統(tǒng)上方固定檢測(cè)試劑400，檢測(cè)試劑至少覆蓋工作電極；中隔層500貼合在電極系統(tǒng)上；覆蓋層600貼合在中隔層上，覆蓋層和中隔層及絕緣基板構(gòu)建成反應(yīng)室及進(jìn)樣通道501，可通過(guò)虹吸作用自動(dòng)進(jìn)樣；然后使用機(jī)器壓緊制成完整的生物傳感器測(cè)試片700，中隔層500開孔的一端為進(jìn)樣口701，電極系統(tǒng)200的每條電極引線向生物傳感器測(cè)試片另外一端延伸形成連接觸腳702，連接觸腳端插入檢測(cè)儀器端口，每條電極的連接觸腳會(huì)和端口內(nèi)對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)相連。

首先在0.35μm厚度的pet絕緣基板100上通過(guò)絲網(wǎng)印刷加工上電極系統(tǒng)200，所述的電極系統(tǒng)包括對(duì)電極和工作電極，對(duì)電極呈c字形結(jié)構(gòu)但分成單獨(dú)的兩條—即對(duì)電極1-201和對(duì)電極2-203(如圖2a，圖3b)，工作電極-202、對(duì)電極1-201和對(duì)電極2-203的印刷寬度都是1.0mm；工作電極和兩邊對(duì)電極的間隙距離各為0.3mm。

然后在印上電極系統(tǒng)的片材上繼續(xù)印刷絕緣層300，如圖1a、圖1b和圖3b所示，絕緣層固化后厚度在6～15um之間。通過(guò)絕緣層界定的對(duì)電極1-201的理論寬度為0.6mm、對(duì)電極2-203的理論寬度為0.6mm，總對(duì)電極寬度為1.2mm，絕緣層的套印上下公差控制在±0.3mm。此實(shí)施例絕緣層界定對(duì)電極的圖案為矩形，如圖3b所示。

接著，配制檢測(cè)試劑溶液，這里以葡萄糖檢測(cè)試劑為例。檢測(cè)試劑水溶液使用點(diǎn)膠機(jī)分配固定到生物傳感器測(cè)試片的電極系統(tǒng)上，每條生物傳感器測(cè)試片分配1.5μl檢測(cè)試劑水溶液，然后置于60攝氏度烘箱中10分鐘干燥。

然后貼合上雙面膠中隔層500和親水覆蓋層600。中隔層厚度為0.125mm，反應(yīng)室開口寬度為1.5mm；親水覆蓋貼合前預(yù)先加工好透氣孔601。貼合好后，通過(guò)壓合機(jī)壓緊。然后以絕緣層為基準(zhǔn)進(jìn)行分切，即為成品生物傳感器試片700。

實(shí)施例2

實(shí)施例2的制作基本同實(shí)施例1，除了對(duì)電極圖案不同，如圖2b所示，對(duì)電極呈c字形結(jié)構(gòu)，沒(méi)有分成單獨(dú)的兩條，但尺寸設(shè)置都同實(shí)施例1。

實(shí)施例3

實(shí)施例3的制作基本同實(shí)施例1，除了絕緣層圖案略有不同，如圖3c所示，絕緣層界定對(duì)電極的兩端的邊緣成弧線狀，但以弧線最頂端計(jì)，對(duì)電極1-201和對(duì)電極2-203的理論寬度仍然是0.6mm，總寬度為1.2mm。

實(shí)施例4

實(shí)施例4的制作基本同實(shí)施例1，除了絕緣層圖案略有不同，如圖3d所示，絕緣層界定對(duì)電極的圖案為矩形但四個(gè)角有倒角，對(duì)電極1-201和對(duì)電極2-203的理論寬度仍然是0.6mm，總寬度為1.2mm。

對(duì)照例1

對(duì)照例的制作也基本同實(shí)施例1，只是對(duì)電極的兩端邊緣不是由絕緣層界定，如圖3a所示，對(duì)電極兩端到絕緣層邊緣需要留出套印偏差±0.3mm。對(duì)電極1、對(duì)電極2的寬度仍然是0.6mm，共1.2mm，工作電極寬度是1.0mm。

最低樣本需求量比對(duì)

如圖3a，對(duì)照例因?yàn)樾枰紤]絕緣層的套印偏差±0.3mm，需要在對(duì)電極兩端留出各0.3mm的寬度，即反應(yīng)室長(zhǎng)度h＝絕緣偏差+對(duì)電極1寬+間隙+工作電極寬+間隙+對(duì)電極2寬+絕緣偏差＝0.3+0.6+0.3+1.0+0.3+0.6+0.3＝3.4mm。

通過(guò)中隔層寬度為1.5mm，厚度為0.125mm，可計(jì)算出對(duì)照例的最低樣本需求量為：0.64ul。

如圖3b、圖3c和圖3d所示，實(shí)施例因?yàn)橛媒^緣層直接界定對(duì)電極兩端，不需要考慮絕緣層的套印偏差±0.3mm，反應(yīng)室長(zhǎng)度h＝對(duì)電極1寬+間隙+工作電極寬+間隙+對(duì)電極2寬＝0.6+0.3+1.0+0.3+0.6＝2.8mm。

通過(guò)中隔層寬度為1.5mm，厚度為0.125mm，可計(jì)算出實(shí)施例的最低樣本需求量為：0.53ul。

可見(jiàn)通過(guò)本發(fā)明的技術(shù)方案，能有效降低最低樣本需求量。

測(cè)試?yán)?/u>

使用肝素抗凝的靜脈全血，調(diào)配成貫穿0～700mg/dl區(qū)間的7個(gè)葡萄糖濃度水平的樣本，其中低濃度樣本可以通過(guò)血樣放置糖酵解獲取，高濃度樣本可通過(guò)加入高濃度葡萄糖溶液調(diào)制，實(shí)際調(diào)配的濃度為：0mg/dl、38mg/dl、116mg/dl、170mg/dl、284mg/dl、423mg/dl和626mg/dl。將上述對(duì)照例1及實(shí)施例1-4的5種生物傳感器測(cè)試片在測(cè)試儀器上進(jìn)行測(cè)試比對(duì)，儀器工作電極和對(duì)電極的電位差設(shè)置為0.30v，每種試片每個(gè)濃度樣品測(cè)試5條，測(cè)試結(jié)果采用5秒電流。對(duì)于對(duì)照例1、實(shí)施例1、實(shí)施例3、實(shí)施例4，因?yàn)橛袃蓚€(gè)對(duì)電極分開，測(cè)試時(shí)對(duì)電極1和對(duì)電極2需同時(shí)接地。

實(shí)施例1-4和比較例1的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4～圖8和如下表1-5。

表1：實(shí)施例1測(cè)試結(jié)果

表2：實(shí)施例2測(cè)試結(jié)果

表3：實(shí)施例3測(cè)試結(jié)果

表4：實(shí)施例4測(cè)試結(jié)果

表5：對(duì)照例測(cè)試結(jié)果

從表1～表5可以看出，4個(gè)實(shí)施例的精度(變異系數(shù))良好，除0濃度外變異系數(shù)均值(0濃度因數(shù)值太低，變異系數(shù)相對(duì)變化太大，不納入分析)實(shí)施例均值為1.1％～1.4％，對(duì)照例均值為1.7％，可見(jiàn)本發(fā)明技術(shù)方案能有效降低最低樣本需求量的同時(shí)，也保證了良好的測(cè)試精密度性能。

圖4～圖8為4個(gè)實(shí)施例及對(duì)照例的7個(gè)濃度測(cè)試反應(yīng)曲線圖。從圖可見(jiàn)，4個(gè)實(shí)施例每個(gè)濃度的反應(yīng)曲線表現(xiàn)一致，離散性小，說(shuō)明本發(fā)明的生物傳感器的測(cè)試精密度良好。