專利名稱：一次性使用電化學(xué)生物傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，是一種用于檢測某種被分析物(如人體血液內(nèi)的生物物質(zhì))的一次性使用電化學(xué)生物傳感器的制作方法。
背景技術(shù)：
近年來，電化學(xué)生物傳感器由于其能精確、快速和容易定量測定含在如全血、血清、血漿、尿液等液體樣品中的生物物質(zhì)，而被廣泛應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、制藥業(yè)等領(lǐng)域中。目前商品化的電化學(xué)生物傳感器已有很多，如葡萄糖傳感器、乳酸傳感器等。
對于電化學(xué)生物傳感器的制作廣泛采用電極方法。如在美國專利5437999號中提到的利用照相平版印刷術(shù)對固定在絕緣基片上的導(dǎo)電材料做出圖形的方法；和將導(dǎo)電材料通過絲網(wǎng)印刷直接印刷在標(biāo)準的印刷電路板基片上的方法。然而，照相平版印刷術(shù)的生產(chǎn)成本高；用絲網(wǎng)印刷的方法得出的電極存在穩(wěn)定性、一致性較差等問題。在韓國專利00807084.9號中提到一種制造電化學(xué)生物傳感器測試帶的電極方法，它通過飛濺方法在切有槽的絕緣基片上形成長度方向互相平行的兩個電極，但其前提條件是要保證所借助的遮蔽掩摸與絕緣基片之間緊密接觸，否者在飛濺金屬材料時，由于金屬材料滲入該間隙中，容易形成疊并的電極圖形，而且在這種帶有切槽的絕緣基片上形成別的電極圖形將會受到限制，如多參數(shù)集成電極。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種制作一次性使用的電化學(xué)生物傳感器的方法，該方法比較簡單、經(jīng)濟，能批量生產(chǎn)，可以降低成本，而且通過形成一個均勻表面的電極，可以精確的檢測被分析物。該方法適用于各種形狀的電化學(xué)兩電極或三電極生物傳感器及其多參數(shù)陣列傳感器的制作。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種一次性使用電化學(xué)生物傳感器的制作方法，其包括1)在絕緣基材上制作所需要的電極；2)在形成有電極的絕緣基材的部分面積上粘接絕緣層，與絕緣基材一起形成所需要的毛細溝道；3)然后在毛細溝道空間內(nèi)固定反應(yīng)試劑，該反應(yīng)試劑可與要檢測的被分析物起反應(yīng)產(chǎn)生與被分析物濃度成一定關(guān)系的電流信號；4)以封裝層進行封裝，形成所需要的一次性電化學(xué)生物傳感器。
所述的一次性使用電化學(xué)生物傳感器的制作方法，其所述第1)步中制作所需要的電極，包括a)在絕緣基材上切割出所需要的圖形，形成掩膜；b)利用微機械加工技術(shù)的濺射方法，在絕緣基材上形成所需要的電極。
所述的一次性使用電化學(xué)生物傳感器的制作方法，其所述絕緣基材帶有一層保護膜。
所述的一次性使用電化學(xué)生物傳感器的制作方法，其特征在于，所述第1)步中制作所需要的電極，包括(1)按所需的圖形要求，在絕緣基材上的保護膜上刻繪出所需要的圖形；(2)將切出的區(qū)域從保護膜層上除去，再進行金屬材料濺射工藝，在所形成的結(jié)構(gòu)表面形成一層金屬材料；(3)除去保護膜，得到所述的電極。
所述的一次性使用電化學(xué)生物傳感器的制作方法，其所述絕緣基材、絕緣層、封裝層、保護膜是由聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯對苯二甲酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯和丙烯晴-丁二烯-苯乙烯中任選的一種聚合物制成。
所述的一次性使用電化學(xué)生物傳感器的制作方法，其所述電極有兩層結(jié)構(gòu)組成，下層是由鉻、鈦、鎳和鎳鉻金屬中任選一種制成的過渡層，上層是由金、銀、鉑和鈀貴金屬中任選一種制成。
所述的一次性使用電化學(xué)生物傳感器的制作方法，其所述電極制作方法，適用于各種形狀的電化學(xué)兩電極、三電極或單參數(shù)、多參數(shù)生物傳感器的制作。
所述的一次性使用電化學(xué)生物傳感器的制作方法，其所述在毛細溝道內(nèi)固定反應(yīng)試劑之前，還進行對毛細溝道空間進行物理、化學(xué)或等離子清洗處理的步驟。
所述的一次性使用電化學(xué)生物傳感器的制作方法，其所述的封裝層，在與反應(yīng)試劑和毛細溝道空間相對的一面具有親水作用。
本發(fā)明所提供的電化學(xué)生物傳感器為一次性使用，由此可以減少由于傳感器的重復(fù)使用所獲得的不準確的測定結(jié)果。
本發(fā)明所提供的一次性使用電化學(xué)生物傳感器可以與儀表結(jié)合以便提供可靠的、快速的和便于使用的測定，該測定適用于家庭個人、臨床醫(yī)學(xué)等方面。


圖1為本發(fā)明的一次性使用電化學(xué)生物傳感器結(jié)構(gòu)的透視示意圖圖1A為形成基礎(chǔ)電極和毛細溝道的傳感器結(jié)構(gòu)；圖1B為固定反應(yīng)試劑和加蓋封裝層的傳感器結(jié)構(gòu)；圖2為本發(fā)明借助掩膜的電極的制造過程圖2A表示絕緣基材及其保護膜；圖2B表示在保護膜上刻出所需要的掩膜圖形；圖2C表示在絕緣基材上進行濺射金屬薄膜；圖2D除去掩膜形成金屬電極。
圖3為本發(fā)明的一次性電化學(xué)生物傳感器的制造過程。
圖3A為在絕緣基材上平行地形成貴金屬薄膜電極；圖3B表示將絕緣層固定在已經(jīng)濺射有金電極的絕緣基材上形成所需要的毛細溝道；圖3C將敏感試劑固定在電極表面；圖3D表示在絕緣層上熱壓封裝層，圖中箭頭右邊圖形為左邊所標(biāo)區(qū)域的放大圖。
具體實施例方式
參照附圖可以很好的理解本發(fā)明的優(yōu)選實施例。在附圖中，相同的標(biāo)號分別表示相同和相應(yīng)的零件。優(yōu)選實施例所使用的為兩電極生物傳感器，這里只是為了說明本發(fā)明的目的，而不是對本發(fā)明的限制。
圖1為示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的一種一次性使用電化學(xué)生物傳感器的結(jié)構(gòu)透視圖。從圖中可以看出，本發(fā)明的一次性使用電化學(xué)生物傳感器包括絕緣基材1，在該基材1上利用微機電加工技術(shù)形成的電極系2，在電極系2上粘接雙面帶膠的絕緣層3，它與絕緣基材1形成毛細溝道4(圖1A)。然后在毛細溝道空間4上固定反應(yīng)試劑5，該反應(yīng)試劑5可與要檢測的被分析物起反應(yīng)產(chǎn)生與被分析物濃度成一定關(guān)系的電流信號，最后在絕緣層3上封裝一封裝層6(圖1B)。
利用本發(fā)明的方法制作的如圖1結(jié)構(gòu)的一次性使用電化學(xué)生物傳感器結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，能批量生產(chǎn)，而且通過形成一個均勻表面的電極，可以精確的檢測被分析物。
下面詳細說明本發(fā)明的一次性使用電化學(xué)生物傳感器的制作方法。
圖2表示借助掩膜的電極的制造過程；如圖2A表示絕緣基材1和其上的保護膜10，首先在保護膜10上刻出所需要的掩膜圖形，如圖2B所示，除去的保護膜部分既是以后所形成的電極圖形；然后在絕緣基材1上進行典型的濺射加工，形成如圖2C，即是濺射上的金電極2；除去掩膜，在該絕緣基材1上就留下電極系2，如圖2D所示。通過濺射法，可以將金制成薄至100nm的電極2。
圖3為本發(fā)明的一次性使用電化學(xué)生物傳感器的制作過程。
首先如圖3A所示，在絕緣基材1上切割出所需要的圖形，形成掩膜，借助掩膜，利用微機械加工技術(shù)的濺射方法，可以在絕緣基材1上平行地形成貴金屬薄膜電極7和8；這里所說的絕緣基材1，可以使用任何一種聚合物，只要該聚合物具有較高的絕緣耐熱性質(zhì)即可，例如聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯對苯二甲酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯和丙烯晴-丁二烯-苯乙烯等；但為了制作掩膜需要，最好該材料表面帶有一種保護膜，這種保護膜也能承受高溫，因此最好是聚碳酸酯。其厚度在0.1~1mm之間，優(yōu)選0.2～0.6mm。
工作電極7和假參比電極8是由同種材料的貴金屬形成，電極7、8由兩層結(jié)構(gòu)組成，包括從鉻、鈦、鎳和鎳鉻等金屬中選出來的一種制成的過渡層和從金、銀、鉑和鈀等貴金屬中選出來的一種制成的工作電極層。這里優(yōu)選金作為電極材料，因為它較便宜，加工簡單，且導(dǎo)電率高。電極系統(tǒng)除了可以是兩電極的，即工作電極、假參比電極(共用對電極和參比電極)，也可以是三電極的，即工作電極、對電極和參比電極。
再參見圖3B，將絕緣層3通過熱壓粘接或通過雙面粘接法固定在已經(jīng)濺射有金電極7和8的絕緣基材1上，它與絕緣基材1形成所需要的毛細溝道4，通過毛細作用，試樣容易進入，而且只需少量的試樣就可以精確地確定所需獲取的測量結(jié)果。合適的絕緣層材料可以與絕緣基材1是同種材料，也可以不同，這里優(yōu)選雙面帶膠的聚對苯二甲酸乙二醇酯材料。其厚度在0.1～0.5mm之間，優(yōu)選0.1～0.3mm。
然后將與被分析物起反應(yīng)的試劑5以適當(dāng)?shù)膶挾葯M跨固定在絕緣基材1的兩個電極7和8上，即毛細溝道4部分，如圖3C所示。絕緣基材1上的電極7和8，一部分被絕緣層3覆蓋，一部分被固定的試劑5覆蓋，還有一部分保持裸露，它被用作該一次性使用電化學(xué)生物傳感器與測試儀彼此連接的觸點墊片。
如圖3D所示，圖中箭頭右邊圖形為左邊所標(biāo)區(qū)域的放大圖。在固定有反應(yīng)試劑5的絕緣層3上熱壓封裝層6，其材料與絕緣層3材料相同，厚度優(yōu)選0.2～0.5mm。封裝層6在與反應(yīng)試劑5之間有一毛細溝道，為試樣區(qū)域9。封裝層6在與反應(yīng)試劑5和試樣區(qū)域9相對的一面具有親水性，其可以使要檢測的試樣更快的充滿整個毛細溝道空間。
如上所述，本發(fā)明的一次性使用電化學(xué)生物傳感器可以適用于大量的各種被分析物，除如血糖外，還有乳酸、血酮體、血色素等，可以參照已申請專利，專利號分別為200410048302.2，200410031948.X，200410048301.8。利用本發(fā)明的一次性使用電化學(xué)生物傳感器可以檢測或測量諸如全血、血清樣品中的生化參數(shù)物。加入試樣后，在電極兩端加上一個工作電壓時，試劑可以與試樣起反應(yīng)，產(chǎn)生電流。因為所產(chǎn)生的電流與被分析物的濃度有關(guān)，因此定量地確定這些電流可以知道被分析物的濃度。
另外根據(jù)本發(fā)明的這種生物傳感器的制造方法中所用的薄膜的電極，可以降低成本；而且由化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的金制成的電極有利于精確地檢測被分析物。
以上發(fā)明公開了一種一次性使用電化學(xué)生物傳感器的制造方法。而參照附圖可以很好地理解本發(fā)明的優(yōu)選實施例。優(yōu)選實施例只是為了說明的目的，而不是對本發(fā)明的限制。在上述說明的基礎(chǔ)上可以對本發(fā)明作許多改進和改變。因此，在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以有不是上述的其他實現(xiàn)方式。比如，采用三電極系統(tǒng)，用貴金屬鉑作電極材料等的方法。
權(quán)利要求
1.一種一次性使用電化學(xué)生物傳感器的制作方法，其特征在于，包括1)在絕緣基材上制作所需要的電極；2)在形成有電極的絕緣基材的部分面積上粘接絕緣層，與絕緣基材一起形成所需要的毛細溝道；3)然后在毛細溝道空間內(nèi)固定反應(yīng)試劑，該反應(yīng)試劑可與要檢測的被分析物起反應(yīng)產(chǎn)生與被分析物濃度成一定關(guān)系的電流信號；4)以封裝層進行封裝，形成所需要的一次性電化學(xué)生物傳感器。
2.如權(quán)利要求1所述的一次性使用電化學(xué)生物傳感器的制作方法，其特征在于，所述第1)步中制作所需要的電極，包括a)在絕緣基材上切割出所需要的圖形，形成掩膜；b)利用微機械加工技術(shù)的濺射方法，在絕緣基材上形成所需要的電極。
3.如權(quán)利要求1所述的一次性使用電化學(xué)生物傳感器的制作方法，其特征在于，所述絕緣基材帶有一層保護膜。
4.如權(quán)利要求1或3所述的一次性使用電化學(xué)生物傳感器的制作方法，其特征在于，所述第1)步中制作所需要的電極，包括(1)按所需的圖形要求，在絕緣基材上的保護膜上刻繪出所需要的圖形；(2)將切出的區(qū)域從保護膜層上除去，再進行金屬材料濺射工藝，在所形成的結(jié)構(gòu)表面形成一層金屬材料；(3)除去保護膜，得到所述的電極。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的一次性使用電化學(xué)生物傳感器的制作方法，其特征在于，所述絕緣基材、絕緣層、封裝層、保護膜是由聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯對苯二甲酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯和丙烯晴-丁二烯-苯乙烯中任選的一種聚合物制成。
6.如權(quán)利要求1、2或4所述的一次性使用電化學(xué)生物傳感器的制作方法，其特征在于，所述電極有兩層結(jié)構(gòu)組成，下層是由鉻、鈦、鎳和鎳鉻金屬中任選一種制成的過渡層，上層是由金、銀、鉑和鈀貴金屬中任選一種制成。
7.如權(quán)利要求2或4所述的一次性使用電化學(xué)生物傳感器的制作方法，其特征在于，所述電極制作方法，適用于各種形狀的電化學(xué)兩電極、三電極或單參數(shù)、多參數(shù)生物傳感器的制作。
8.如權(quán)利要求1所述的一次性使用電化學(xué)生物傳感器的制作方法，其特征在于，所述在毛細溝道內(nèi)固定反應(yīng)試劑之前，還進行對毛細溝道空間進行物理、化學(xué)或等離子清洗處理的步驟。
9.如權(quán)利要求1所述的一次性使用電化學(xué)生物傳感器的制作方法，其特征在于，所述的封裝層，在與反應(yīng)試劑和毛細溝道空間相對的一面具有親水作用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種一次性使用電化學(xué)生物傳感器的制作方法，即在絕緣性基材上利用微機械加工技術(shù)形成所需要的電極；將絕緣層粘接在絕緣基材上制作電極溝道；然后在毛細溝道空間內(nèi)固定反應(yīng)試劑；最后進行封裝，形成所需要的一次性電化學(xué)生物傳感器。該傳感器可對樣品中如血液分析物的量進行電化學(xué)分析。本發(fā)明具有操作簡便、快速、重復(fù)性好、可大批量生產(chǎn)等優(yōu)點，適用于各種形狀的電化學(xué)兩電極或三電極生物傳感器及其多參數(shù)陣列傳感器的制作。
文檔編號H05K3/22GK1779455SQ20041000985
公開日2006年5月31日 申請日期2004年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月25日
發(fā)明者姜利英, 蔡新霞, 李華清, 羅賢波, 劉春秀, 王慧, 郭宗慧, 周愛玉 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所