CN1779455A - 一次性使用电化学生物传感器的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种一次性使用电化学生物传感器的制作方法，即：在绝缘性基材上利用微机械加工技术形成所需要的电极；将绝缘层粘接在绝缘基材上制作电极沟道；然后在毛细沟道空间内固定反应试剂；最后进行封装，形成所需要的一次性电化学生物传感器。该传感器可对样品中如血液分析物的量进行电化学分析。本发明具有操作简便、快速、重复性好、可大批量生产等优点，适用于各种形状的电化学两电极或三电极生物传感器及其多参数阵列传感器的制作。

Description

一次性使用电化学生物传感器的制作方法

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，是一种用于检测某种被分析物(如人体血液内的生物物质)的一次性使用电化学生物传感器的制作方法。

背景技术

近年来，电化学生物传感器由于其能精确、快速和容易定量测定含在如全血、血清、血浆、尿液等液体样品中的生物物质，而被广泛应用于临床医学、环境监测、制药业等领域中。目前商品化的电化学生物传感器已有很多，如葡萄糖传感器、乳酸传感器等。

对于电化学生物传感器的制作广泛采用电极方法。如在美国专利5437999号中提到的利用照相平版印刷术对固定在绝缘基片上的导电材料做出图形的方法；和将导电材料通过丝网印刷直接印刷在标准的印刷电路板基片上的方法。然而，照相平版印刷术的生产成本高；用丝网印刷的方法得出的电极存在稳定性、一致性较差等问题。在韩国专利00807084.9号中提到一种制造电化学生物传感器测试带的电极方法，它通过飞溅方法在切有槽的绝缘基片上形成长度方向互相平行的两个电极，但其前提条件是要保证所借助的遮蔽掩摸与绝缘基片之间紧密接触，否者在飞溅金属材料时，由于金属材料渗入该间隙中，容易形成叠并的电极图形，而且在这种带有切槽的绝缘基片上形成别的电极图形将会受到限制，如多参数集成电极。

发明内容

本发明的目的就是提供一种制作一次性使用的电化学生物传感器的方法，该方法比较简单、经济，能批量生产，可以降低成本，而且通过形成一个均匀表面的电极，可以精确的检测被分析物。该方法适用于各种形状的电化学两电极或三电极生物传感器及其多参数阵列传感器的制作。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种一次性使用电化学生物传感器的制作方法，其包括：

1)在绝缘基材上制作所需要的电极；

2)在形成有电极的绝缘基材的部分面积上粘接绝缘层，与绝缘基材一起形成所需要的毛细沟道；

3)然后在毛细沟道空间内固定反应试剂，该反应试剂可与要检测的被分析物起反应产生与被分析物浓度成一定关系的电流信号；

4)以封装层进行封装，形成所需要的一次性电化学生物传感器。

所述的一次性使用电化学生物传感器的制作方法，其所述第1)步中制作所需要的电极，包括：

a)在绝缘基材上切割出所需要的图形，形成掩膜；

b)利用微机械加工技术的溅射方法，在绝缘基材上形成所需要的电极。

所述的一次性使用电化学生物传感器的制作方法，其所述绝缘基材带有一层保护膜。

所述的一次性使用电化学生物传感器的制作方法，其特征在于，所述第1)步中制作所需要的电极，包括：

(1)按所需的图形要求，在绝缘基材上的保护膜上刻绘出所需要的图形；

(2)将切出的区域从保护膜层上除去，再进行金属材料溅射工艺，在所形成的结构表面形成一层金属材料；

(3)除去保护膜，得到所述的电极。

所述的一次性使用电化学生物传感器的制作方法，其所述绝缘基材、绝缘层、封装层、保护膜是由聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯对苯二甲酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和丙烯晴-丁二烯-苯乙烯中任选的一种聚合物制成。

所述的一次性使用电化学生物传感器的制作方法，其所述电极有两层结构组成，下层是由铬、钛、镍和镍铬金属中任选一种制成的过渡层，上层是由金、银、铂和钯贵金属中任选一种制成。

所述的一次性使用电化学生物传感器的制作方法，其所述电极制作方法，适用于各种形状的电化学两电极、三电极或单参数、多参数生物传感器的制作。

所述的一次性使用电化学生物传感器的制作方法，其所述在毛细沟道内固定反应试剂之前，还进行对毛细沟道空间进行物理、化学或等离子清洗处理的步骤。

所述的一次性使用电化学生物传感器的制作方法，其所述的封装层，在与反应试剂和毛细沟道空间相对的一面具有亲水作用。

本发明所提供的电化学生物传感器为一次性使用，由此可以减少由于传感器的重复使用所获得的不准确的测定结果。

本发明所提供的一次性使用电化学生物传感器可以与仪表结合以便提供可靠的、快速的和便于使用的测定，该测定适用于家庭个人、临床医学等方面。

附图说明

图1为本发明的一次性使用电化学生物传感器结构的透视示意图：

图1A为形成基础电极和毛细沟道的传感器结构；

图1B为固定反应试剂和加盖封装层的传感器结构；

图2为本发明借助掩膜的电极的制造过程：

图2A表示绝缘基材及其保护膜；

图2B表示在保护膜上刻出所需要的掩膜图形；

图2C表示在绝缘基材上进行溅射金属薄膜；

图2D除去掩膜形成金属电极。

图3为本发明的一次性电化学生物传感器的制造过程。

图3A为在绝缘基材上平行地形成贵金属薄膜电极；

图3B表示将绝缘层固定在已经溅射有金电极的绝缘基材上形成所需要的毛细沟道；

图3C将敏感试剂固定在电极表面；

图3D表示在绝缘层上热压封装层，图中箭头右边图形为左边所标区域的放大图。

具体实施方式

参照附图可以很好的理解本发明的优选实施例。在附图中，相同的标号分别表示相同和相应的零件。优选实施例所使用的为两电极生物传感器，这里只是为了说明本发明的目的，而不是对本发明的限制。

图1为示意性地表示根据本发明的一种一次性使用电化学生物传感器的结构透视图。从图中可以看出，本发明的一次性使用电化学生物传感器包括绝缘基材1，在该基材1上利用微机电加工技术形成的电极系2，在电极系2上粘接双面带胶的绝缘层3，它与绝缘基材1形成毛细沟道4(图1A)。然后在毛细沟道空间4上固定反应试剂5，该反应试剂5可与要检测的被分析物起反应产生与被分析物浓度成一定关系的电流信号，最后在绝缘层3上封装一封装层6(图1B)。

利用本发明的方法制作的如图1结构的一次性使用电化学生物传感器结构简单，制作方便，能批量生产，而且通过形成一个均匀表面的电极，可以精确的检测被分析物。

下面详细说明本发明的一次性使用电化学生物传感器的制作方法。

图2表示借助掩膜的电极的制造过程；如图2A表示绝缘基材1和其上的保护膜10，首先在保护膜10上刻出所需要的掩膜图形，如图2B所示，除去的保护膜部分既是以后所形成的电极图形；然后在绝缘基材1上进行典型的溅射加工，形成如图2C，即是溅射上的金电极2；除去掩膜，在该绝缘基材1上就留下电极系2，如图2D所示。通过溅射法，可以将金制成薄至100nm的电极2。

图3为本发明的一次性使用电化学生物传感器的制作过程。

首先如图3A所示，在绝缘基材1上切割出所需要的图形，形成掩膜，借助掩膜，利用微机械加工技术的溅射方法，可以在绝缘基材1上平行地形成贵金属薄膜电极7和8；

这里所说的绝缘基材1，可以使用任何一种聚合物，只要该聚合物具有较高的绝缘耐热性质即可，例如聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯对苯二甲酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和丙烯晴-丁二烯-苯乙烯等；但为了制作掩膜需要，最好该材料表面带有一种保护膜，这种保护膜也能承受高温，因此最好是聚碳酸酯。其厚度在0.1~1mm之间，优选0.2～0.6mm。

工作电极7和假参比电极8是由同种材料的贵金属形成，电极7、8由两层结构组成，包括从铬、钛、镍和镍铬等金属中选出来的一种制成的过渡层和从金、银、铂和钯等贵金属中选出来的一种制成的工作电极层。这里优选金作为电极材料，因为它较便宜，加工简单，且导电率高。电极系统除了可以是两电极的，即工作电极、假参比电极(共用对电极和参比电极)，也可以是三电极的，即工作电极、对电极和参比电极。

再参见图3B，将绝缘层3通过热压粘接或通过双面粘接法固定在已经溅射有金电极7和8的绝缘基材1上，它与绝缘基材1形成所需要的毛细沟道4，通过毛细作用，试样容易进入，而且只需少量的试样就可以精确地确定所需获取的测量结果。合适的绝缘层材料可以与绝缘基材1是同种材料，也可以不同，这里优选双面带胶的聚对苯二甲酸乙二醇酯材料。其厚度在0.1～0.5mm之间，优选0.1～0.3mm。

然后将与被分析物起反应的试剂5以适当的宽度横跨固定在绝缘基材1的两个电极7和8上，即毛细沟道4部分，如图3C所示。绝缘基材1上的电极7和8，一部分被绝缘层3覆盖，一部分被固定的试剂5覆盖，还有一部分保持裸露，它被用作该一次性使用电化学生物传感器与测试仪彼此连接的触点垫片。

如图3D所示，图中箭头右边图形为左边所标区域的放大图。在固定有反应试剂5的绝缘层3上热压封装层6，其材料与绝缘层3材料相同，厚度优选0.2～0.5mm。封装层6在与反应试剂5之间有一毛细沟道，为试样区域9。封装层6在与反应试剂5和试样区域9相对的一面具有亲水性，其可以使要检测的试样更快的充满整个毛细沟道空间。

如上所述，本发明的一次性使用电化学生物传感器可以适用于大量的各种被分析物，除如血糖外，还有乳酸、血酮体、血色素等，可以参照已申请专利，专利号分别为200410048302.2，200410031948.X，200410048301.8。利用本发明的一次性使用电化学生物传感器可以检测或测量诸如全血、血清样品中的生化参数物。加入试样后，在电极两端加上一个工作电压时，试剂可以与试样起反应，产生电流。因为所产生的电流与被分析物的浓度有关，因此定量地确定这些电流可以知道被分析物的浓度。

另外根据本发明的这种生物传感器的制造方法中所用的薄膜的电极，可以降低成本；而且由化学性质稳定的金制成的电极有利于精确地检测被分析物。

以上发明公开了一种一次性使用电化学生物传感器的制造方法。而参照附图可以很好地理解本发明的优选实施例。优选实施例只是为了说明的目的，而不是对本发明的限制。在上述说明的基础上可以对本发明作许多改进和改变。因此，在所附权利要求书的范围内，本发明可以有不是上述的其他实现方式。比如，采用三电极系统，用贵金属铂作电极材料等的方法。

Claims (9)

1.一种一次性使用电化学生物传感器的制作方法，其特征在于，包括：

1)在绝缘基材上制作所需要的电极；

2)在形成有电极的绝缘基材的部分面积上粘接绝缘层，与绝缘基材一起形成所需要的毛细沟道；

3)然后在毛细沟道空间内固定反应试剂，该反应试剂可与要检测的被分析物起反应产生与被分析物浓度成一定关系的电流信号；

4)以封装层进行封装，形成所需要的一次性电化学生物传感器。

2.如权利要求1所述的一次性使用电化学生物传感器的制作方法，其特征在于，所述第1)步中制作所需要的电极，包括：

a)在绝缘基材上切割出所需要的图形，形成掩膜；

b)利用微机械加工技术的溅射方法，在绝缘基材上形成所需要的电极。

3.如权利要求1所述的一次性使用电化学生物传感器的制作方法，其特征在于，所述绝缘基材带有一层保护膜。

4.如权利要求1或3所述的一次性使用电化学生物传感器的制作方法，其特征在于，所述第1)步中制作所需要的电极，包括：

(1)按所需的图形要求，在绝缘基材上的保护膜上刻绘出所需要的图形；

(2)将切出的区域从保护膜层上除去，再进行金属材料溅射工艺，在所形成的结构表面形成一层金属材料；

(3)除去保护膜，得到所述的电极。

5.如权利要求1、2、3或4所述的一次性使用电化学生物传感器的制作方法，其特征在于，所述绝缘基材、绝缘层、封装层、保护膜是由聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯对苯二甲酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和丙烯晴-丁二烯-苯乙烯中任选的一种聚合物制成。

6.如权利要求1、2或4所述的一次性使用电化学生物传感器的制作方法，其特征在于，所述电极有两层结构组成，下层是由铬、钛、镍和镍铬金属中任选一种制成的过渡层，上层是由金、银、铂和钯贵金属中任选一种制成。

7.如权利要求2或4所述的一次性使用电化学生物传感器的制作方法，其特征在于，所述电极制作方法，适用于各种形状的电化学两电极、三电极或单参数、多参数生物传感器的制作。

8.如权利要求1所述的一次性使用电化学生物传感器的制作方法，其特征在于，所述在毛细沟道内固定反应试剂之前，还进行对毛细沟道空间进行物理、化学或等离子清洗处理的步骤。

9.如权利要求1所述的一次性使用电化学生物传感器的制作方法，其特征在于，所述的封装层，在与反应试剂和毛细沟道空间相对的一面具有亲水作用。

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