專利名稱：生物傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器，更具體地，涉及一種定量生物樣品中所含的特定物質(zhì)的生物傳感器。
背景技術(shù)：
一般地，生物傳感器包括電絕緣基板；電極系統(tǒng)，該電極系統(tǒng)包括多個電極并利用絲網(wǎng)印刷方法形成在電絕緣基板上；以及酶反應(yīng)層，該酶反應(yīng)層包括親水聚合物、氧化還原酶和電子接受體并形成在電極系統(tǒng)上。當(dāng)含有基質(zhì)的樣品液體滴在生物傳感器的酶反應(yīng)層上時，酶反應(yīng)層溶解，使基質(zhì)和酶相互反應(yīng)。結(jié)果，基質(zhì)被氧化，電子接受體被還原。當(dāng)這種酶反應(yīng)結(jié)束時，通過由電化學(xué)方法氧化被還原的電子接受體所得到的氧化電流來確定樣品液體中的基質(zhì)濃度。
作為一種利用電化學(xué)方法定量生物樣品中所含特定物質(zhì)的生物傳感器，葡萄糖傳感器是公知的。圖1和2表示葡萄糖傳感器的結(jié)構(gòu)。
圖1是傳統(tǒng)生物傳感器的分解透視圖，其中省略了反應(yīng)層。圖2是圖1所示的生物傳感器的縱剖視圖。
參看圖1，將銀膏絲網(wǎng)印刷在電絕緣基板1上，以在基板1上形成引線2和3。接著，將含樹脂粘結(jié)劑的導(dǎo)電碳膏印刷在基板1上，以在基板1上形成工作電極4。工作電極4與引線2接觸。接著將電絕緣膏印刷在基板1上，以形成絕緣層6。絕緣層6覆蓋除了工作電極4以外的所有部分，從而使工作電極4的暴露區(qū)保持恒定。將含樹脂粘結(jié)劑的導(dǎo)電碳膏印刷在基板1上，與引線3接觸，從而形成環(huán)形配對電極5。隨后，在包括工作電極和配對電極的電極系統(tǒng)上或在其附近形成反應(yīng)層。
將具有反應(yīng)層的電絕緣基板1與具有氣孔11的蓋9通過隔板10沿圖1所示的點(diǎn)劃線彼此結(jié)合在一起，形成生物傳感器。在隔板10上形成一個槽13，以便在基板與蓋之間形成一個樣品供應(yīng)通道。參看具有上述結(jié)構(gòu)的生物傳感器的縱剖視圖，親水聚合物層7處于具有電極系統(tǒng)的電絕緣基板1上，包括酶和電子接受體的反應(yīng)層8以及卵磷脂層8a按照此順序位于親水聚合物層7上。
當(dāng)生物樣品接觸具有上述結(jié)構(gòu)的生物傳感器的進(jìn)入口12時，生物樣品填充作為樣品接收空間的槽13，同時樣品接收空間內(nèi)的空氣通過蓋9上形成的氣孔11排出。
但是，由于氣孔11形成在生物傳感器的上部，此生物傳感器在操作方面存在問題，這是因?yàn)樵谑褂蒙飩鞲衅鲿r頻繁接觸氣孔11會引起測量誤差。考慮到樣品接觸反應(yīng)層后立即開始反應(yīng)的事實(shí)，無論樣品的粘度如何，能快速吸收樣品是很重要的。但是，在具有上述結(jié)構(gòu)的生物傳感器中，由于排出空氣的氣孔11位于樣品進(jìn)入通道的后側(cè)，樣品的快速吸收受到限制。這種受到限制的樣品吸收導(dǎo)致生物傳感器中的測量誤差，其中生物傳感器在檢測樣品是否徹底進(jìn)入之后開始測量。

發(fā)明內(nèi)容
因此，考慮到上述問題提出本發(fā)明，并且本發(fā)明的一個目的是提供一種生物傳感器，它能快速地引起生物樣品的吸收，從而將生物傳感器造成的測量誤差減小到最低程度。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種生物傳感器，其通過使用兩個工作電極以及一個基準(zhǔn)電極使操作生物傳感器以及準(zhǔn)確測量樣品中所含反應(yīng)物質(zhì)變的簡單而方便。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種生物傳感器，其包括電絕緣基板20；在基板20上形成的多個引線端子32；分別與引線端子32相連的多根引線31；包括兩個分別與引線31連接的工作電極42和43以及一個基準(zhǔn)電極41的電極系統(tǒng)40；將電極41、42和43絕緣的絕緣層50；形成在絕緣層50以及電極41、42和43上的酶反應(yīng)層80；形成在酶反應(yīng)層80上從而保證有足夠的空間來接收樣品的隔板60；以及形成在隔板60上的蓋70，其中，隔板60具有形成在隔板60一側(cè)的樣品進(jìn)入口61；蓋70具有至少一個縫隙71，用于將隔板60和蓋70之間形成的樣品接收空間62中存在的空氣排出；縫隙71從蓋70的一端延伸到電極41、42和43的上方。
在根據(jù)本發(fā)明此實(shí)施例的生物傳感器中，由于樣品接收空間62是通過縫隙71開放的，因此生物樣品在最大化的毛細(xì)管效應(yīng)的作用下快速進(jìn)入生物傳感器中。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種生物傳感器，其還包括在蓋70的一端形成并朝向電極41、42和43的彎曲槽72，縫隙71從彎曲槽72的一個位置上形成預(yù)定的長度。具有上述結(jié)構(gòu)的生物傳感器能在彎曲槽72中收集一些生物樣品。
根據(jù)本發(fā)明的生物傳感器的實(shí)施例，每個工作電極42和43具有相同的電阻和面積，并且基準(zhǔn)電極41與每個工作電極42和43間隔相同的距離，并且其面積比工作電極42和43的大1.5倍以上。


結(jié)合附圖，并從下面的詳細(xì)描述中，將更加清楚地理解本發(fā)明的上述和其它目的、特征和其它優(yōu)點(diǎn)。在附圖中圖1是傳統(tǒng)生物傳感器的分解透視圖，其中省略了反應(yīng)層；圖2是圖1所示生物傳感器的縱剖視圖；圖3a和3b分別是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的生物傳感器的頂視圖和后視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的生物傳感器的分解透視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的生物傳感器的剖視圖；圖6是從圖5中的方向A(圖中用箭頭表示)觀看時的生物傳感器的正視圖；以及圖7a到7e是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的生物傳感器中不同電極排列和排氣的縫隙位置的圖。
具體實(shí)施例方式
下面將以本領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員容易實(shí)施的方式，參考附圖并通過優(yōu)選的實(shí)施例更加詳細(xì)地解釋本發(fā)明。
圖3a和3b分別是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的生物傳感器的頂視圖和后視圖。
參看圖3a，在電絕緣基板20的一端形成多個引線端子31，其數(shù)量對應(yīng)于電極的數(shù)量。如圖3b所示，引線端子31通過各個引線32分別連接到電絕緣基板20的另一端形成的電極41、42和43上。如圖3a所示，根據(jù)本發(fā)明，在生物傳感器S的蓋70上形成縫隙71，該縫隙71從蓋70一端形成的彎曲槽72朝向電極41、42和43至少延伸到電極41、42和43的上方?？p隙71在下面還要討論，當(dāng)生物樣品通過毛細(xì)管現(xiàn)象進(jìn)入時起到排氣的作用。
電絕緣基板20可以由不導(dǎo)電的材料制成，例如聚乙烯對苯二甲酸酯、聚氯乙烯樹脂、聚碳酸酯樹脂，等等。包括引線32和引線端子31的引線部分30可以按照常規(guī)方法制成，例如絲網(wǎng)印刷。在本發(fā)明的實(shí)施例中，引線部分30是通過在基板20上絲網(wǎng)印刷銀墨或銀與氯化銀的混合墨形成的。
下面將參考圖3a和3b的分解透視圖和剖視圖更詳細(xì)地解釋生物傳感器S的結(jié)構(gòu)。
圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的生物傳感器S的分解透視圖，圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的生物傳感器的剖視圖。
參看圖4，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的生物傳感器S包括電絕緣基板20，基板20具有在基板20一端形成的三個引線端子32，引線端子32通過引線31分別連接三個電極41、42和43。在電極41、42和43中，參考數(shù)字41表示基準(zhǔn)電極，參考數(shù)字42和43表示工作電極。這些電極用于測量在酶反應(yīng)層80中包含的電子接受體的氧化和還原過程中產(chǎn)生的電流大小，這將在下面討論?；鶞?zhǔn)電極41布置在工作電極42和43之間。這些電極的布置使得可以測量基準(zhǔn)電極41和各個工作電極42和43中的電流大小。即，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的生物傳感器測量第一工作電極43與基準(zhǔn)電極41之間的電流大小，以及第二工作電極42與基準(zhǔn)電極41之間的電流大小，比較測量值并確定生物傳感器制造時以及與基質(zhì)反應(yīng)時產(chǎn)生的誤差，從而以高準(zhǔn)確度定量地得到生物樣品中所含基質(zhì)的濃度。
根據(jù)本發(fā)明生物傳感器的實(shí)施例，為了在相同的電化學(xué)條件下測量基準(zhǔn)電極41與各個工作電極42和43中的電流大小，每個工作電極42和43必須具有相同的電阻和面積，基準(zhǔn)電極41必須與每個工作電極42和43間隔相同的距離。另外，優(yōu)選地，基準(zhǔn)電極41的面積比工作電極42和43的面積大1.5倍以上。由于基準(zhǔn)電極41和每個工作電極42和43中產(chǎn)生的電流大小正比于電極的相應(yīng)面積，因此較大面積的基準(zhǔn)電極41可以減小基準(zhǔn)電極41與每個工作電極42和43之間的測量誤差。基準(zhǔn)電極41和工作電極42和43統(tǒng)稱為“電極系統(tǒng)40”。使用導(dǎo)電碳墨，通過絲網(wǎng)印刷方法可以形成電極系統(tǒng)40。
為了使電極41、42和43絕緣，將絕緣材料部分地涂覆在除了電極41、42和43上部以外的電極41、42和43上，形成絕緣層50，如圖5所示。作為絕緣材料，可以使用絲網(wǎng)印刷用的不導(dǎo)電墨或絕緣墨。接著在電極41、42和43的暴露部分以及絕緣層50上形成酶反應(yīng)層80。酶反應(yīng)層80包括與進(jìn)入的生物樣品反應(yīng)的酶以及電子接受體。
酶反應(yīng)層80必須包括與被檢測的基質(zhì)反應(yīng)的酶。即，酶反應(yīng)層80可以包括不同的酶，這取決于生物傳感器的應(yīng)用。酶和基質(zhì)的例子表示在下面的表1中。如表1所示，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的生物傳感器是葡萄糖傳感器時，酶反應(yīng)層80包括葡萄糖氧化酶。當(dāng)血液樣品作為生物樣品進(jìn)入傳感器的酶反應(yīng)層80時，血液中的葡萄糖被葡萄糖氧化酶氧化，此后葡萄糖氧化酶被還原。這里，酶反應(yīng)層80中包括的電子接受體將葡萄糖氧化酶氧化，并且它自身被還原。還原的電子接受體在電極表面上失去電子，其中電極上施加恒定的電壓，并且還原的電子接受體通過電化學(xué)方法再次氧化。由于血液樣品中的葡萄糖濃度正比于電子接受體氧化時產(chǎn)生的電流大小，因此可以通過測量流過引線端子32的電流大小，得到血液樣品中葡萄糖的濃度。
表1

另一方面，根據(jù)按照本發(fā)明實(shí)施例的生物傳感器S，在酶反應(yīng)層80上形成有隔板60，該隔板60具有樣品進(jìn)入口61用于形成樣品接收空間，并被夾在基板20和蓋70之間。為了在蓋70與隔板60彼此結(jié)合時在蓋70與酶反應(yīng)層80之間形成樣品接收空間62，隔板60必須高于基板20上形成的酶反應(yīng)層80。隔板60可以由樹脂制成。在本發(fā)明的實(shí)施例中，使用樹脂制成的雙面帶作為隔板60。
根據(jù)按照本發(fā)明實(shí)施例的生物傳感器S，蓋70結(jié)合到隔板60上。此時，為了將隔板60與蓋70之間的樣品接收空間62中的空氣排出，在蓋70上形成縫隙71。為了穩(wěn)定地將生物樣品輸送到電極42上方，縫隙71延伸到電極41、42和43的上方一段預(yù)定的距離。
在圖5所示的生物傳感器S中，隔板60結(jié)合到絕緣層50的上側(cè)。但是，隔板60可以直接結(jié)合到基板20上，而不是絕緣層50。
圖6是從圖5的方向A觀看時的生物傳感器的正視圖。
參看圖6，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，基板20置于生物傳感器S的底部，絕緣層50將基板20上形成的電極41、42和43絕緣，并且酶反應(yīng)層80形成在絕緣層50上。由于隔板60比酶反應(yīng)層80高，并且布置在電極41、42和43周圍，樣品接收空間62形成在蓋70和酶反應(yīng)層80之間。由于形成在蓋70上的縫隙71作為空氣出口，因此在毛細(xì)管現(xiàn)象的作用下生物樣品進(jìn)入樣品接收空間62。
圖7a到7e是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的生物傳感器S中，不同的電極排列和排出空氣的縫隙71的位置。
在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的生物傳感器S中，包括基準(zhǔn)電極41和工作電極42和43的電極系統(tǒng)40可以形成如圖7a所示。即，基準(zhǔn)電極41是E形，各個工作電極42和43可以布置在水平軸B的上部和下部，水平軸B位于基準(zhǔn)電極41的中心。在這種情況下，各個工作電極42和43必須也具有相同的電阻和面積，并且基準(zhǔn)電極41必須與每個工作電極42和43間隔相同的距離。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，電極系統(tǒng)40可以形成圖7b所示。即，當(dāng)樣品接收空間62處于垂直方向時，基準(zhǔn)電極41是H形，每個工作電極42和43處于基準(zhǔn)電極41的水平軸的上部和下部。而且，每個工作電極42和43必須具有相同的電阻和面積，并且基準(zhǔn)電極41必須與每個工作電極42和43間隔相同的距離，并且其面積比工作電極42和43的面積大1.5倍以上。
在圖7a和7b所示的電極系統(tǒng)中，形成在蓋70上的縫隙71延伸到基準(zhǔn)電極41和工作電極42和43的上方。
圖7c至7e表示形成在蓋70上的縫隙71的不同位置。例如，圖7c表示縫隙71沿蓋70的長度方向形成，圖7d表示在蓋70的中心處形成多個縫隙71，每個縫隙隔開預(yù)定的間距，并且圖7e表示沿蓋70的右側(cè)形成縫隙71。圖7c到7e所示的所有縫隙71延伸到布置在基板20上的電極41、42和43的上方，從而將生物樣品穩(wěn)定地輸送到電極41、42和43的上部。
下面將解釋作為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的生物傳感器的一個例子的葡萄糖傳感器的操作。
參看圖3a，在葡萄糖傳感器的彎曲槽72接觸血液樣品后，血液樣品在毛細(xì)管現(xiàn)象的作用下輸入到樣品進(jìn)入口61，同時存在于樣品接收空間62中的空氣通過形成在蓋70上的縫隙71排出。隨后，血液樣品通過樣品接收空間62輸送到第一工作電極43、基準(zhǔn)電極41以及第二工作電極42，并接著將血液樣品輸送到酶反應(yīng)層80。血液樣品所含的葡萄糖與GOD發(fā)生酶反應(yīng)，從而將葡萄糖氧化，同時將GOD還原。還原的GOD與電子接受體反應(yīng)并被再次氧化，此后，再次氧化的GOD與其它仍未氧化的葡萄糖反應(yīng)。還原的電子接受體遷移到施加電壓的電極表面，并在此表面失去電子，通過電化學(xué)方法再次氧化。此后，電子接受體連續(xù)地參與上述反應(yīng)。在電子接受體的氧化過程中產(chǎn)生的電流正比于血液樣品中的葡萄糖濃度。因此，通過分別測量流過第一工作電極43與基準(zhǔn)電極41以及第二工作電極42與基準(zhǔn)電極41的電流大小，并將測量的數(shù)值平均，可以更準(zhǔn)確地和定量地得到血液樣品中的葡萄糖濃度。
為了便于樣品進(jìn)入生物傳感器，根據(jù)本發(fā)明的生物傳感器在蓋上形成縫隙71，而不是氣孔。因此，根據(jù)本發(fā)明的生物傳感器可以為操作生物傳感器提供簡單性和方便性。另外，由于縫隙71從蓋70的一端延伸到電極上方，因此樣品可以快速地進(jìn)入電極中。
工業(yè)實(shí)用性如上所述，由于根據(jù)本發(fā)明的生物傳感器具有從蓋的一端延伸到電極上方的排氣縫隙，因此可以使生物樣品快速地進(jìn)入。另外，通過測量流過兩個工作電極和一個基準(zhǔn)電極的電流大小，并將測量的數(shù)值平均，可以將生物傳感器產(chǎn)生的測量誤差減小到最低程度。而且，由于根據(jù)本發(fā)明的生物傳感器不包括便于樣品進(jìn)入生物傳感器的單獨(dú)的氣孔，因此對操作生物傳感器提供簡單性和方便性。
雖然參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但上述說明僅僅是用于解釋的目的，而不構(gòu)成對本發(fā)明范圍的限制。在不偏離權(quán)利要求限定的本發(fā)明的真正范圍的情況下，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以做出不同的修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種生物傳感器，包括電絕緣基板(20)；在基板(20)上形成的多個引線端子(32)；分別連接引線端子(32)的多根引線(31)；電極系統(tǒng)(40)，所述電極系統(tǒng)包括分別與引線(31)連接的兩個工作電極(42和43)和一個基準(zhǔn)電極(41)；使電極(41、42和43)絕緣的絕緣層(50)；形成在絕緣層(50)和電極(41、42和43)上的酶反應(yīng)層(80)；隔板(60)，所述隔板形成在酶反應(yīng)層(80)上，用于保證接收樣品的充分空間；以及形成在隔板(60)上的蓋(70)，其中隔板(60)具有在隔板(60)一側(cè)開口的樣品進(jìn)入口(61)；蓋(70)具有至少一個縫隙(71)，用于排出隔板(60)與蓋(70)之間形成的樣品接收空間(62)中存在的空氣；縫隙(71)從蓋(70)的一端延伸到電極(41、42和43)的上方。
2.如權(quán)利要求1所述的生物傳感器，還包括在蓋(70)的一端朝電極(41、42和43)形成的彎曲槽(72)，縫隙(71)從彎曲槽(72)的一個位置形成預(yù)定的長度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的生物傳感器，其中縫隙(71)是沿長度方向間隔預(yù)定間距的多個縫隙。
4.如權(quán)利要求1或2所述的生物傳感器，其中每個工作電極(42和43)具有相同的電阻和面積，并且基準(zhǔn)電極(41)與每個工作電極(42和43)間隔相同的距離。
5.如權(quán)利要求4所述的生物傳感器，其中基準(zhǔn)電極(41)具有比工作電極(42和43)大1.5倍的面積。
6.如權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其中當(dāng)樣品接收空間(62)置于垂直方向時，基準(zhǔn)電極(41)是H形的，并且每個工作電極(42和43)布置在基準(zhǔn)電極(41)水平軸的上部和下部。
7.如權(quán)利要求6所述的生物傳感器，其中每個工作電極(42和43)具有相同的電阻和面積，并且基準(zhǔn)電極(41)與每個工作電極(42和43)間隔相同的距離。
8.如權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其中當(dāng)樣品接收空間(62)置于垂直方向時，基準(zhǔn)電極是E形的，并且每個工作電極(42和43)布置在水平軸(B)的上部和下部，水平軸(B)形成在基準(zhǔn)電極(41)的中心。
9.如權(quán)利要求8所述的生物傳感器，其中每個工作電極(42和43)具有相同的電阻和面積，并且基準(zhǔn)電極(41)與每個工作電極(42和43)間隔相同的距離。
全文摘要
本發(fā)明公開一種生物傳感器，用于定量生物樣品所含的特定物質(zhì)，生物傳感器包括電絕緣基板；在基板上形成的多個引線端子；分別連接引線端子的多根引線；電極系統(tǒng)，所述電極系統(tǒng)包括分別與引線連接的兩個工作電極和一個基準(zhǔn)電極；使電極絕緣的絕緣層；形成在絕緣層和電極上的酶反應(yīng)層；隔板，所述隔板形成在酶反應(yīng)層上，用于保證接收樣品的充分空間；以及形成在隔板上的蓋，其中隔板具有在隔板一側(cè)開口的樣品進(jìn)入口，蓋具有至少一個縫隙，用于排出隔板與蓋之間形成的樣品接收空間中存在的空氣，縫隙從蓋的一端延伸到電極的上方。
文檔編號G01N33/487GK1628178SQ02828999
公開日2005年6月15日 申請日期2002年10月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月20日
發(fā)明者裵柄宇, 李憲權(quán), 李星東, 權(quán)美重 申請人:因福皮亞有限公司