專利名稱：電化學(xué)傳感器連接器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含連接器的電化學(xué)傳感器，該連接器與測量計連接裝置相配合，以提供與測量計電路的電連接。
背景技術(shù)：
小型電化學(xué)傳感器在諸如化學(xué)測量的應(yīng)用中是有用的，其中條狀單元的電極與電子設(shè)備相連接。該電子設(shè)備，通常稱之為測量計，測量條狀單元對于樣品的電響應(yīng)，并且可為條狀單元提供電力以執(zhí)行測試。為了實現(xiàn)這些功能，條狀單元電極必須可以與測量計電路進行電連接。這種電連接可以通過測量計上的連接裝置來實現(xiàn)，該連接裝置與條狀單元上的區(qū)域相配合，從而可與電化學(xué)傳感器的電極進行電連接。
如WO98/43073、U.S.5437999、EP0964059A2、WO00/20626中公開的電化學(xué)傳感器的結(jié)構(gòu)中，上下電極相互面對面放置，中間有一個電隔離層。這種配置的電極典型地放置在單獨的基底上，該基底是在制作電化學(xué)傳感器的過程中裝配而成的。當(dāng)形成條狀單元電極通過其連接到測量計電路的部分時，這種結(jié)構(gòu)在制作上存在困難，因為它不同于常見的所有連接區(qū)都在同一平面上的連接結(jié)構(gòu)。
不同平面上連接區(qū)的問題已經(jīng)用各種方式解決了。在WO98/43073中，公開了一種方法和裝置，其中在一個電極層和絕緣層中構(gòu)造一個斷口，從而暴露出下面的電極層，其可用來作為連接區(qū)。在U.S.5437999和WO00/20626中，公開了一種方法和裝置，其中在一個電極層上構(gòu)造了一個擋板，因此，在另一個電極層中形成相應(yīng)的斷口以暴露出適當(dāng)?shù)倪B接區(qū)。在這種結(jié)構(gòu)中，絕緣層被切短從而不與連接區(qū)相干涉。
在EP0964059A2中，絕緣層被切短，在上層的基底中形成一個洞，從而暴露出所形成的空腔底部的連接區(qū)?？涨恢锌梢蕴畛鋵?dǎo)電材料，在填滿的空腔的頂部用導(dǎo)電材料制作一個觸點，這樣就將連接區(qū)帶到一個平面上。
這些結(jié)構(gòu)的缺陷在于，當(dāng)將傳感器層安裝到工作裝置上時，在一個以上傳感器層上需要提供相互定位的部件。這樣就會在生產(chǎn)裝置時產(chǎn)生困難，并且限制了可以應(yīng)用的生產(chǎn)技術(shù)。具體而言，基于成本和產(chǎn)量的考慮，通常需要制作連續(xù)網(wǎng)片形式的條狀單元。當(dāng)應(yīng)用連續(xù)網(wǎng)片時，在層壓步驟之前，經(jīng)常難以可靠地實現(xiàn)位于不同層上的重復(fù)部件的網(wǎng)片縱向(down-web)定位。如果可能實現(xiàn)，這通常需要昂貴的控制系統(tǒng)和具有相對破壞性的制作過程。

發(fā)明內(nèi)容
我們需要適用于與相對電極電化學(xué)傳感器相連的電化學(xué)傳感器連接器，以及制作該連接器的方法，此方法不需要在層壓電極層之前的網(wǎng)片縱向定位步驟。以下的優(yōu)選實施例提供了這種電化學(xué)傳感器連接器及其制作方法。
在第一個實施例中，提供了一種電化學(xué)傳感器，該電化學(xué)傳感器與測量計之間采用電連接，該傳感器包括具有第一導(dǎo)電涂層的第一絕緣基底，具有第二導(dǎo)電涂層的第二絕緣基底，以及位于兩者之間的絕緣隔離層，兩導(dǎo)電涂層以隔開的關(guān)系相互面對面設(shè)置，其中，具有第一導(dǎo)電涂層的第一絕緣基底的邊緣延伸超過了具有第二導(dǎo)電涂層的第二絕緣基底的邊緣，并且超過絕緣隔離層的邊緣，其中，具有第二導(dǎo)電涂層的第二絕緣基底的邊緣延伸超過了絕緣隔離層的邊緣。
在第一個實施例的一個方面中，在具有第一導(dǎo)電涂層的第一絕緣基底延伸超過絕緣隔離層邊緣的部分，具有第一導(dǎo)電涂層的第一絕緣基底包括一個小孔，使得第二電極層暴露出一個區(qū)域，從而通過小孔提供了一個表面，以構(gòu)造與測量計的電連接。
在第一個實施例的一個方面中，傳感器進一步包括一個附加絕緣隔離層，該附加隔離層位于第一導(dǎo)電涂層和第二導(dǎo)電涂層之間，其中絕緣隔離層和附加隔離層位于小孔的相對側(cè)。
在第二個實施例中，提供了一種電化學(xué)傳感器，該電化學(xué)傳感器與測量計之間采用電連接，該傳感器包括具有第一導(dǎo)電涂層的第一絕緣基底，具有第二導(dǎo)電涂層的第二絕緣基底，以及位于兩者之間的絕緣隔離層，兩導(dǎo)電涂層以隔開的關(guān)系相互面對面設(shè)置，其中，具有第一導(dǎo)電涂層的第一絕緣基底的邊緣延伸超過了具有第二導(dǎo)電涂層的第二絕緣基底的邊緣，并且超過絕緣隔離層的邊緣，其中，具有第一導(dǎo)電涂層的第一絕緣基底和絕緣隔離層包括一個小孔，使得第二電極層暴露出一個區(qū)域，從而通過小孔提供了一個表面，以形成與測量計的電連接。
在第三個實施例中，提供了一種電化學(xué)傳感器，該電化學(xué)傳感器適用于與測量計之間采用電連接，該傳感器包括具有第一導(dǎo)電涂層的第一絕緣基底，具有第二導(dǎo)電涂層的第二絕緣基底，以及位于兩者之間的絕緣隔離層，兩導(dǎo)電涂層以隔離的關(guān)系相互面對面設(shè)置，其中，一部分具有第一導(dǎo)電涂層的第一絕緣基底延伸超過了具有第二導(dǎo)電涂層的第二絕緣基底的邊緣，并且超過絕緣隔離層的邊緣，其中，一部分具有第一導(dǎo)電涂層的第一絕緣基底和一部分絕緣隔離層被去掉，從而形成一個凹槽，此凹槽與具有第二導(dǎo)電涂層的第二絕緣基底的邊緣和絕緣隔離層的邊緣位置相鄰，使得第二電極層暴露出一個區(qū)域，從而提供了一個表面，以構(gòu)造與測量計的電連接。
在第四個實施例中，提供了在電化學(xué)傳感器和測量計之間構(gòu)造電連接的方法，此方法包括以下步驟提供一種電化學(xué)傳感器，該電化學(xué)傳感器包括具有第一導(dǎo)電涂層的第一絕緣基底，具有第二導(dǎo)電涂層的第二絕緣基底，以及位于兩者之間的絕緣隔離層，兩導(dǎo)電涂層以隔開的關(guān)系相互面對面設(shè)置，其中，具有第一導(dǎo)電涂層的第一絕緣基底的邊緣延伸超過了具有第二導(dǎo)電涂層的第二絕緣基底的邊緣，并且超過絕緣隔離層的邊緣，其中，具有第二導(dǎo)電涂層的第二絕緣基底的邊緣延伸超過了絕緣隔離層的邊緣；提供一個測量計，該測量計包括一個楔塊，此楔塊包括一個上楔形導(dǎo)電表面和一個下楔形導(dǎo)電表面，兩導(dǎo)電表面與測量計電連接；將電化學(xué)傳感器的一部分插入測量計，這樣，楔塊就被插入延伸超過絕緣隔離層邊緣的一部分具有第一導(dǎo)電涂層的第一絕緣基底和一部分具有第二導(dǎo)電涂層的第二絕緣基底之間，這樣就構(gòu)成了第一導(dǎo)電涂層和下楔形導(dǎo)電表面之間的電連接，以及第二導(dǎo)電涂層和上楔形導(dǎo)電表面之間的電連接。
在第四個實施例的一個方面中，測量計進一步包括一個支點，其中楔塊可以在支點上旋轉(zhuǎn)。
附圖簡述

圖1a和1b表示電化學(xué)傳感器的原理圖，其中單元2偏離相應(yīng)的單元1的邊緣，從而暴露出單元1上的導(dǎo)電涂層。圖1a是頂視圖，圖1b是橫截面圖。
圖2a和2b表示電化學(xué)傳感器的原理圖，其中在單元1內(nèi)挖開一個洞，以暴露出用于電連接的單元2上的導(dǎo)電涂層。圖2a是頂視圖，圖2b是橫截面圖。
圖3a和3b表示類似于圖2中傳感器的電化學(xué)傳感器的原理圖，除了單元3的附加部分已被插入單元1和2之間。圖3a是頂視圖，圖3b是橫截面圖。
圖4a和4b表示電化學(xué)傳感器的原理圖，其中在單元1內(nèi)形成一個槽，該槽提供了單元2上的導(dǎo)電涂層區(qū)域的通道。圖4a是頂視圖，圖4b是橫截面圖。
圖5a和5b表示類似于圖2中傳感器的電化學(xué)傳感器的原理圖，除了單元3位于單元1內(nèi)的單元4的上方。圖5 a是頂視圖，圖5b是橫截面圖。
圖6a和6b表示類似于圖4中傳感器的電化學(xué)傳感器的原理圖，除了單元3的邊緣至少靠近單元1的邊緣。圖6a是頂視圖，圖6b是橫截面圖。
圖7是側(cè)視圖，顯示了在連接器范圍內(nèi)的單元1與單元2的分割，從而使其進入舌狀連接裝置。
圖8是端視圖，顯示了在連接器范圍內(nèi)的單元1與單元2的分割，從而使其進入舌狀連接裝置。
圖9是部分插入外部電路連接器的條狀物(strip)的圖解說明。
圖10是完全插入外部電路連接器的條狀物的圖解說明。
圖11表示外部電路連接器100的側(cè)視圖。
圖12是部分插入圖11中所示的外部電路連接器100的條狀物的圖解說明。
圖13是完全插入圖11中所示的外部電路連接器100的條狀物的圖解說明。
優(yōu)選實施例詳述以下的描述和例子詳細說明了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解在本發(fā)明的范圍內(nèi)包括許多變體和改型。因此，優(yōu)選實施例的描述并不會限制本發(fā)明的范圍。
優(yōu)選實施例涉及在具有相對電極的電化學(xué)傳感器中構(gòu)造電極連接區(qū)的裝置和方法。該裝置和方法在層壓傳感器層之前，不需要定位位于不同層上的部件。具體而言，本發(fā)明提供的裝置和方法，在制作過程中層壓該裝置的連續(xù)網(wǎng)片時，不需要重復(fù)器件的網(wǎng)片縱向定位。優(yōu)選實施例可以結(jié)合任何適當(dāng)?shù)闹谱鬟^程使用，例如，傳感器層的不連續(xù)部分被一起層壓的過程，以及有利于減少定位需求從而降低制作復(fù)雜性的過程。
在另一個實施例中，提供了一種適用于和公開的條狀連接器配合使用的測量計裝置中的端口優(yōu)選單元。
圖1-6中所示的電化學(xué)傳感器的基本特征是至少一個電極層(這里稱之為上電極層)的邊緣偏離至少另一個相對的電極層(這里稱之為下電極層)，使得下電極層的一個區(qū)域延伸超過上電極層的邊緣，從而暴露出適用于連接測量計電路的下電極層的一個區(qū)域。
圖1到6顯示了電化學(xué)傳感器連接器的各種優(yōu)選實施例的示圖。圖1a、2a、3a、4a、5a和6a是各種實施例各裝配層的網(wǎng)片或卡片部分的頂視圖，顯示了重復(fù)特征。圖1b、2b、3b、4b、5b和6b是相應(yīng)的橫截面圖。
在圖1到6中，單元1是下電極層。該層包括具有導(dǎo)電涂層的電絕緣基底，涂層位于該基底的頂面，其中，導(dǎo)電涂層至少與電化學(xué)傳感器的第一電極電接觸。
單元2是上電極層。該層包括具有導(dǎo)電涂層的電絕緣基底，涂層位于該基底的底面，其中，導(dǎo)電涂層至少與電化學(xué)傳感器的第二電極電接觸。
單元3是用來隔離單元1和2的電絕緣層。在優(yōu)選實施例中，單元3的頂面和底面具有粘性，用來將裝置的各層粘合到一起。在這個優(yōu)選實施例中，單元3可包括涂有粘合劑的基底。單元3可以選擇性地只包括一個粘合層。
單元4是單元1中的斷口部位，如圖2到6所示，其用來給出一個通道，以暴露出單元2底面的導(dǎo)電涂層區(qū)。
在圖1中，單元2的一個邊緣偏離單元1相應(yīng)的邊緣，從而暴露出單元1上的導(dǎo)電涂層伸出區(qū)。在優(yōu)選實施例中，在頂面和底面具有導(dǎo)電涂層或薄層的電絕緣基底材料舌狀物被插入單元1和2之間，從而和測量計電路形成電連接。
在圖2中，在單元1中切開一個通孔以暴露出用于電連接的單元2上的導(dǎo)電涂層的區(qū)域。這樣消除了將連接裝置插入傳感器層之間的要求。
圖3中所示的裝置類似于圖2所示，除了將單元3的附加部分插入單元1和2之間。如果在使用過程中，可能要將單元1和2合到一起，從而在單元1和單元2上的導(dǎo)電涂層之間形成電短路時，這種結(jié)構(gòu)是理想的。
圖4所示的實施例中，在單元1上構(gòu)造了一個狹槽，該狹槽給出了到單元2上導(dǎo)電涂層區(qū)的通道。
圖5示出類似于圖2中的實施例。但是，在這個實施例中，單元3的邊緣在單元1中的單元4的上方。為了實現(xiàn)該實施例的可操作性，在優(yōu)選實施例中，在構(gòu)造單元4之前，單元1和2必須被層壓或?qū)⑺鼈冄b配到一起。
圖6示出類似于圖4中的實施例。但是，在這個實施例中，單元3的邊緣至少靠近單元1的邊緣。在這個實施例中，優(yōu)選為，在構(gòu)造單元4之前，單元1和2必須被層壓或?qū)⑺鼈冄b配到一起。
在另一個實施例中，公開了與上述的一些連接裝置構(gòu)成電連接的方法。
對于圖2到6中所示的優(yōu)選實施例的電化學(xué)傳感器，其適用于用元件將單元1和2上的導(dǎo)電涂層連接到外部電路，如1999年9月20日申請的共同未決美國專利申請09/399512中所述的電路。
對于圖1中所示的實施例，需要一個不同的外部連接結(jié)構(gòu)。對于該實施例，我們需要在連接區(qū)將單元1和單元2分開，從而易于接入舌狀連接裝置。根據(jù)該實施例的這種特點，在將條狀連接器插入外部電路連接器時，單元1和單元2被分開，例如，用刀片形或楔形突出物或其他適合的分離裝置。
圖7和8分別是側(cè)視圖和端視圖，其顯示了連接區(qū)單元1和單元2的分離，以接入舌狀連接裝置。圖9和10顯示了條狀物被部分和完全插入外部電路連接器的該實施例。
圖7到10中所示的外部電路連接器10包括一個內(nèi)腔18，該內(nèi)腔包括可分別將條狀物的單元1和單元2插入其中的空腔11和12。在內(nèi)腔18的側(cè)壁上有一個或多個楔形突出部17，當(dāng)條狀物插入內(nèi)腔18時，該突出部用來分離條狀物單元1和2。當(dāng)條狀物插入內(nèi)腔18時，單元1首先撞擊到突出部17的底面并被壓低。在插入動作的同時，該動作進一步將單元1和單元2分開，從而可靠的將單元2插入空腔12。
另一個楔形突出部從內(nèi)腔18的后面突出。該突出部的表面13和14上裝有導(dǎo)電層，其中，這兩個導(dǎo)電層是相互電絕緣的。這些層與條狀物單元1和2上的導(dǎo)電涂層進行電接觸。電導(dǎo)線或其他導(dǎo)電軌道15和16電連接到表面13和14上的導(dǎo)電層，用來與外部電路形成連接。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會理解，可以構(gòu)造表面包含導(dǎo)電層13和14的裝置，從而使其與突出部17形成一個整體。
圖11到13示出了第二實施例。圖11是實施例的側(cè)視圖。圖12和13是將條狀物分別部分或完全插入其中的實施例的側(cè)視圖。
圖11到13所示為外部電路連接器100，該連接器包括一個內(nèi)腔105，該內(nèi)腔包括一個可繞支點102在內(nèi)腔105內(nèi)旋轉(zhuǎn)的楔塊101。該楔塊包括電連接到外部連接點103和104上的導(dǎo)電表面106和107。楔塊101在其初始位置上受到重力或彈簧拉伸裝置(未示出)的作用被固定，使得楔塊的位置如圖11所示。當(dāng)條狀物插入內(nèi)腔105時，下電極單元撞擊支點102后的楔塊101的底面。此動作會旋轉(zhuǎn)楔塊101，使得楔塊101的頂點位于條狀物的上下電極層之間。然后，當(dāng)條狀物進一步插入內(nèi)腔105時，上楔塊表面106接觸到上條狀物單元的導(dǎo)電涂層。從而經(jīng)過導(dǎo)電表面106可實現(xiàn)上條狀物單元上的導(dǎo)電涂層與連接點103的電連接，同樣，經(jīng)過導(dǎo)電表面107可實現(xiàn)下電極條狀物單元上的導(dǎo)電涂層與連接點104的電連接。
圖11到13所示的實施例的優(yōu)點在于楔塊101的頂點可自動定位到上下條狀物電極單元之間，以保證可靠連接。
電化學(xué)傳感器優(yōu)選實施例的電化學(xué)傳感器連接器適用于各種電化學(xué)傳感器。例如，連接器可用來連接用做安培計傳感器的電化學(xué)傳感器，用于分析物的檢測和量化。
在這種應(yīng)用中，確定電極的位置使得工作電極與計數(shù)電極反應(yīng)以及反應(yīng)產(chǎn)物相隔離，或使得計數(shù)電極反應(yīng)產(chǎn)物擴散到工作電極上，它們在此工作電極處發(fā)生反應(yīng)。前一種類型的電化學(xué)傳感器在現(xiàn)有技術(shù)中是眾所周知的，后一種類型的電化學(xué)傳感器在US6179979和US5942102中論述。
這兩種電極結(jié)構(gòu)的不同點在于隔離狀況，將計數(shù)電極放置在距工作電極足夠遠的位置，使得在傳感器使用過程中，計數(shù)電極上的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物不會到達工作電極。實際上，這種結(jié)構(gòu)可以典型地通過將工作電極與計數(shù)電極隔開至少1毫米的距離來實現(xiàn)。
在非隔離結(jié)構(gòu)中，工作電極與計數(shù)電極的位置足夠近，使得在傳感器使用過程中，計數(shù)電極上的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物可擴散到工作電極上。然后，這些反應(yīng)產(chǎn)物在工作電極上發(fā)生反應(yīng)，獲得比在隔離電極情況下可能得到的更高的電流。在非隔離結(jié)構(gòu)中，工作電極反應(yīng)可描述為計數(shù)電極反應(yīng)的耦合(couple)。
電化學(xué)傳感器的制作在某些實施例中，優(yōu)選實施例的電化學(xué)傳感器可以用類似于U.S.5942102中公開的方法來制作。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，電極層和電隔離基底可根據(jù)需要獨立選擇，例如，為了便于制作，為了降低材料成本，或為了達到傳感器或制作過程的其他所需特征。同樣，電極層可以用任何適當(dāng)?shù)姆绞綉?yīng)用到電絕緣層，例如，以僅部分覆蓋基底的方式。
在優(yōu)選實施例中，傳感器中的各層可用適當(dāng)?shù)恼澈蟿┱澈?。適當(dāng)?shù)恼澈蟿┌?，例如，熱活性粘合劑、壓敏粘合劑、熱處理粘合劑、化學(xué)處理粘合劑、熱熔粘合劑、熱流粘合劑、及其類似的粘合劑。壓敏粘合劑優(yōu)選使用在其中需要簡化制作過程的某些實施例中。但是，在另外的實施例中，壓敏粘合劑的粘性可導(dǎo)致制作工具的粘合或產(chǎn)物粘合。在這些實施例中，熱或化學(xué)處理粘合劑通常是優(yōu)選的。特別優(yōu)選的是熱活性和熱處理粘合劑，其在適當(dāng)?shù)臅r侯可以方便地被活化。
在某些實施例中，可以優(yōu)選應(yīng)用熱熔粘合劑。熱熔粘合劑是無溶劑的熱塑性材料，其在室溫時是固體，當(dāng)冷卻到其熔點以下時以融化形式應(yīng)用到其粘合的表面。熱熔粘合劑在各種超過熔點范圍的化學(xué)處理中是有效的。熱熔粘合劑可以是網(wǎng)片、非織造材料、織造材料、粉末、溶液的形式或任何其他適當(dāng)?shù)男问?。聚酯熱熔粘合劑可?yōu)選用于某些實施例。這種粘合劑(例如，可從Middleton，MA的Bostik公司獲得)是線性飽和聚酯熱熔融物，其熔點從65℃到220℃，本質(zhì)上其狀態(tài)范圍從完全非晶體到高度結(jié)晶。聚酰胺(尼龍)熱熔粘合劑也可從Bostik公司獲得，也可優(yōu)選，包括二聚酸和尼龍型聚酰胺粘合劑。適當(dāng)?shù)臒崛壅澈蟿┗瘜W(xué)物質(zhì)包括EVA、聚乙烯和聚丙烯。
可以選擇的是，在某些其他的實施例中，可以優(yōu)選應(yīng)用層壓技術(shù)將某些層粘合到一起。適合的層壓技術(shù)在2000年10月20日申請的申請?zhí)枮?9/694106的申請和2000年10月20日申請的申請?zhí)枮?9/694120的申請中描述，其題目為“LAMINATES OF ASYMMETRICMEMBRANES(不對稱隔板的層壓技術(shù))”。被層壓的各層相鄰放置并加熱，這樣就形成了各層之間的接合。也可施加壓力以有助于接合的形成?？梢詢?yōu)選在加熱和/或加壓的情況下，能接合任何兩種可形成接合的材料的層壓方法。優(yōu)選可在兩種適合的聚合材料之間形成接合的層壓。
可優(yōu)選作為隔離層、作為電極層的支撐或應(yīng)用于傳感器其他層的適合的電阻材料包括，例如，類似聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚烯烴、聚乙烯對苯二酸鹽、玻璃、陶瓷的這些材料的混合物和/或組合物，以及類似的材料。適合應(yīng)用作為隔離或支撐層的電阻性粘合劑包括，但不僅限于，聚丙烯酸脂、聚甲基丙烯酸酯、聚氨酯以及磺化聚酯。
應(yīng)用于傳感器內(nèi)的化學(xué)制劑，如氧化還原試劑、溶劑、緩沖劑、惰性鹽和其他物質(zhì)，可以保持在傳感器電極或內(nèi)壁上、可以保持在一個或多個傳感器內(nèi)的獨立支撐上或自立。如果要將化學(xué)制劑保持在傳感器電極或內(nèi)壁上，則可以利用本領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的應(yīng)用技術(shù)施加化學(xué)制劑，諸如噴墨印刷、絲網(wǎng)印刷、平版印刷、超聲波噴涂、溝槽涂覆、凹版印刷以及其他類似的技術(shù)。適合的獨立支撐包括，但不僅限于，網(wǎng)格、非織造片、纖維填料、大孔薄膜以及燒結(jié)粉末。傳感器內(nèi)使用的化學(xué)制劑可以分布在支撐上或包含在支撐內(nèi)。
在優(yōu)選實施例中，傳感器內(nèi)以及構(gòu)成傳感器的優(yōu)選材料是以服從批量生產(chǎn)的需要的形式，并且傳感器本身是設(shè)計為單次試驗后可丟棄的。可丟棄傳感器是生產(chǎn)成本低，只用于單次試驗、經(jīng)濟上可接受的一次性傳感器?？蓙G棄傳感器是可以方便地只用于單次試驗的一次性傳感器，即，單次使用后，可能需要采取諸如清洗和/或重裝試劑的步驟處理該傳感器以使其可以適于再次使用。
上下文中經(jīng)濟上可接受的意思是對于使用者來說，試驗結(jié)果的感覺價值與購買并使用的傳感器的成本相同或比之更高，傳感器購買價格由提供給使用者的傳感器的成本增加相應(yīng)的加價而決定。對于一些應(yīng)用來說，優(yōu)選的是具有相對低材料成本和簡單制作過程的傳感器。例如，傳感器的電極材料可以是便宜的，例如碳，或者所需的材料總量足夠少，使得可優(yōu)選高價材料。絲網(wǎng)印刷碳墨或銀是適用于制作相對廉價材料的電極的方法。但是，如果需要使用諸如鉑、鈀、金或銥的電極材料，則較好的材料采用的方法諸如濺射法或蒸汽噴涂是優(yōu)選的，因為這樣可得到特別薄的薄膜。一次性傳感器用的基底材料也優(yōu)選為廉價的。這些廉價材料的例子是諸如聚氯乙烯、聚酰亞胺、聚酯的聚合物以及銅版紙和硬紙板。
傳感器的裝配方法優(yōu)選適合批量生產(chǎn)的方法。這些方法包括在主要裝配步驟之后，在卡片(card)上制作多個傳感器，然后將卡片分成單條，以及網(wǎng)片(web)制作，其中傳感器在連續(xù)網(wǎng)片上生產(chǎn)，隨后被分成單條。卡片方法最適用于當(dāng)需要制作的多個部件的空間定位較緊密時，和/或當(dāng)優(yōu)選堅硬的傳感器基底材料時。網(wǎng)片方法最適用于當(dāng)部件的網(wǎng)片縱向定位要求不嚴格以及可以優(yōu)選柔性網(wǎng)片時。
在某些實施例中，可能需要電化學(xué)傳感器是方便的一次性使用，以致于使用者不會試圖重新使用傳感器并可能獲得不精確的試驗結(jié)果。傳感器的一次性使用可能在隨傳感器附帶的用戶說明書中規(guī)定。更優(yōu)選為，在某些需要一次性使用的實施例中，可制作這種傳感器，使得使用該傳感器一次以上是困難的或不可能的。例如，在第一次試驗過程中，可以用清除試劑或消耗試劑的方法來實現(xiàn)以上功能，這樣，第二次試驗時傳感器會失效?？蛇x擇性地，檢測試驗信號以指示傳感器中的試劑是否反應(yīng)完畢，例如，一個非正常的高初始信號以及試驗中斷。另一種方法包括當(dāng)傳感器已完成第一次試驗后，提供一種斷開傳感器內(nèi)電連接的裝置。
電極電化學(xué)傳感器檢測樣品中分析物的存在和/或總量，或指示樣品中分析物的存在和/或總量的物質(zhì)，在這種優(yōu)選實施例中，傳感器中的至少一個電極是工作電極。當(dāng)工作電極的電勢指示分析物的電平(例如在電勢傳感器中)時，需要第二電極作為參考電極以用于提供參考電勢。
在安培計傳感器實例中，工作電極電流指示分析物例如葡萄糖的電平，優(yōu)選為，至少存在一個另外的電極，其作為計數(shù)電極以使電路完整。該第二電極也可作為參考電極。單個電極可以選擇性地執(zhí)行參考電極的功能。
適用于工作、計數(shù)和參考電極的材料與裝置中存在的任何試劑或物質(zhì)是相容的。相容材料與傳感器中的其他物質(zhì)基本上不會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這種適合的材料的例子可以包括，但不僅限于，碳、碳和有機粘結(jié)劑、鉑、鈀、石墨、氧化銦、氧化錫、氧化銦/氧化錫的混合物、金、銀、銥，以及它們的混合物?？梢杂萌魏芜m當(dāng)?shù)姆椒▽⑦@些材料構(gòu)成電極結(jié)構(gòu)，例如，濺射、蒸汽噴涂、絲網(wǎng)印刷、熱力蒸發(fā)、凹版印刷、溝槽噴涂或平版印刷術(shù)。在優(yōu)選實施例中，材料用濺射或絲網(wǎng)印刷的方法來構(gòu)造電極結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選用做參考電極的材料的非限定性的例子包括金屬/金屬鹽系統(tǒng)，例如和氯化銀、溴化銀或碘化銀接觸的銀，以及和氯化汞或硫酸汞接觸的汞。金屬可以用任何適當(dāng)?shù)姆椒ǔ练e，然后與適當(dāng)?shù)慕饘冫}相接觸。適當(dāng)?shù)姆椒òɡ?，在適當(dāng)?shù)柠}溶液中電解或化學(xué)氧化。這種金屬/金屬鹽系統(tǒng)在電勢計測量方法上比單個金屬成分的系統(tǒng)提供了更好的電勢控制。在優(yōu)選實施例中，在安培計傳感器中，金屬/金屬鹽電極系統(tǒng)優(yōu)選作為單獨的參考電極。
可以采用任何適當(dāng)?shù)碾姌O間距。在某些實施例中，可以優(yōu)選隔開電極的距離為約500μm、400μm、300μm、200μm、100μm、50μm、20μm、10μm或更少。在其他的實施例中，可以優(yōu)選隔開電極的距離為約500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1mm或更多。
溶劑在某些實施例中，可能需要在電化學(xué)傳感器中包含一種或多種溶劑。適合的溶劑包括電離和非電離的清潔劑、蛋白酶以及脂肪酶。適合的電離清潔劑包括，例如，十二烷基磺酸鈉和十六烷基三甲基溴化銨。蛋白酶的非限定性的例子包括胰島素、胰凝乳蛋白酶、胃蛋白酶、木瓜蛋白酶、鏈霉蛋白酶E、具有廣泛特性的活性酶。適用的非電離表面活性劑包括，例如，乙氧基化辛基酚、包括從賓夕法尼亞州費城的Rohm&Haas獲得的TRITON XTM系列。在優(yōu)選實施例中，皂甙，即在水中起泡的植物苷優(yōu)選作為溶劑。在一個具體的優(yōu)選實施例中，從澳大利亞新南威爾士Hill城的Sigma Aldrich Pty公司獲得的脫氧膽酸的堿金屬鹽優(yōu)選作為溶劑。
氧化還原劑在優(yōu)選實施例中電化學(xué)傳感器還可包括氧化還原劑。電化學(xué)傳感器中使用的用來測量血液中葡萄糖的優(yōu)選的氧化還原劑包括那些可氧化酶的降解形式的氧化還原劑，這種酶可以選擇性地氧化葡萄糖。適合的酶的例子包括，但不僅限于，葡萄糖氧化脫氫酶、附屬于葡萄糖脫氫酶的PQQ、以及附屬于葡萄糖脫氫酶的NAD。適用于分解葡萄糖的氧化還原劑的例子包括，但不僅限于，鐵氰化物的鹽、重鉻酸鹽、氧化釩、高錳酸鹽以及電活性有機金屬混合物。有機氧化還原劑如雙氯酚靛酚和醌也是適合的。在優(yōu)選實施例中，分解葡萄糖的氧化還原劑是鐵氰化物。
緩沖劑緩沖劑以干燥形式在電化學(xué)傳感器中可以沿氧化還原劑任意放置。如果放置緩沖劑，則其存在的總量導(dǎo)致的PH值應(yīng)該是適合將氧化還原劑的氧化電勢調(diào)整到適合氧化例如葡萄糖，而不是其他不需要檢測的類型的值。緩沖劑應(yīng)該具有足夠的量從而將試驗過程中樣品的PH值基本保持在所需要的值。適合的緩沖劑的例子包括磷酸鹽、碳酸鹽、苯六甲酸的堿金屬鹽、檸檬酸的堿金屬鹽、以及檸康酸的堿金屬鹽。在其他各種因素中，緩沖劑應(yīng)該根據(jù)所需的PH值來選擇。選擇緩沖劑使其不會與氧化還原劑發(fā)生反應(yīng)。
惰性鹽在各種實施例中優(yōu)選使用的惰性鹽包括分解后在被分析的樣品中形成離子，而不與樣品中或包括傳感器電極的傳感器中的任何氧化還原劑或其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的鹽。適合的惰性鹽的例子包括，但不僅限于，堿金屬氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽和磷酸鹽。
傳感器內(nèi)的其他物質(zhì)除了氧化還原劑和緩沖劑，電化學(xué)傳感器中還可以存在其他物質(zhì)。這些物質(zhì)包括，例如，粘度增強劑和低分子量聚合物。傳感器中也可包含親水物質(zhì)，如聚乙二醇、聚丙烯酸、右旋糖苷、以及如賓夕法尼亞州費城的Rohm&Hass公司銷售的商標名稱為TRITONTM的表面活性劑或特拉華州、Wilmington的ICI美國公司銷售的商標名稱為TWEENTM的表面活性劑。在優(yōu)選實施例中，使用了是從BASF獲得的Pluronic表面活性劑和泡沫抑制劑。這些物質(zhì)可以增加傳感器的填充率，提供更穩(wěn)定的測量，以及在小體積樣品中抑制蒸發(fā)。
電路導(dǎo)電層優(yōu)選通過這里描述的連接器連接到電路上，該電路可以在電極和所測的最終電流例如測量計之間提供電勢。適合的測量計可以包括一個或多個電源、用來提供控制電勢或電流的電路、微處理器控制設(shè)備、計算機或數(shù)據(jù)存儲裝置、顯示裝置、聲音報警裝置或本領(lǐng)域已知的其他裝置或組件。測量計也可以能連接到計算機或數(shù)據(jù)存儲裝置上。例如，典型的測量計可以是一個由蓄電池供電、由單板微處理器控制的手持裝置，并且該裝置還包括在例如條狀電極連接針與如模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路之間提供預(yù)定電勢或電流的電路。在這個實施例中，來自條狀電極連接器的模擬信號可以轉(zhuǎn)換成可由微處理器分析和/或存儲的數(shù)字信號。測量計也可以包括如液晶顯示器的顯示裝置以及適合的連接電路，以向用戶顯示試驗的結(jié)果。在一個可選的實施例中，測量計可包括專用電路，如電勢施加和信號獲取電路。這種專用電路可以結(jié)合與通用計算裝置如手提計算機或其他類型的計算機相連的單獨的模塊構(gòu)成。在這種實施例中，通用計算裝置可執(zhí)行控制、分析、數(shù)據(jù)存儲和/或顯示功能。該實施例可以獲得低成本的測量計，因為通用計算裝置可優(yōu)選實現(xiàn)許多功能，因此這些功能就不會成為電化學(xué)測量系統(tǒng)成本的一部分。在這些測量計實施例中，任一個測量計或通用計算裝置都可以和外部裝置，如本地計算機網(wǎng)絡(luò)或國際互連網(wǎng)連接，以便于向用戶發(fā)布試驗結(jié)果和提供系統(tǒng)升級。
以上描述提供了本發(fā)明的幾種方法和材料。本發(fā)明的方法和材料易于修改，并且其制作方法和設(shè)備易于更換。參考這里提供的本發(fā)明的公開或?qū)嵺`，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會很容易實現(xiàn)這些修改。因此，本發(fā)明不會局限于這里提供的具體的實施例，而是覆蓋了權(quán)利要求書中體現(xiàn)的真正范圍和要旨內(nèi)所有的修改和變更。
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)傳感器，該電化學(xué)傳感器與測量計電連接，該傳感器包括具有第一導(dǎo)電涂層的第一絕緣基底，具有第二導(dǎo)電涂層的第二絕緣基底，以及位于它們之間的絕緣隔離層，兩導(dǎo)電涂層以相隔開的關(guān)系相互面對面設(shè)置，其中具有第一導(dǎo)電涂層的第一絕緣基底的邊緣延伸超過了具有第二導(dǎo)電涂層的第二絕緣基底的邊緣，并超過了絕緣隔離層的邊緣，其中具有第二導(dǎo)電涂層的第二絕緣基底的邊緣延伸超過了絕緣隔離層的邊緣。
2.如權(quán)利要求1中所述的電化學(xué)傳感器，其特征在于，具有第一導(dǎo)電涂層的第一絕緣基底中，在延伸超過了絕緣隔離層邊緣的具有第一導(dǎo)電涂層的第一絕緣基底的部分包括一個小孔，使得暴露出第二電極層的一個區(qū)域，從而通過小孔提供了一個與測量計形成電連接的表面。
3.如權(quán)利要求2中所述的電化學(xué)傳感器，其進一步包括一個附加絕緣隔離層，該附加絕緣隔離層位于第一導(dǎo)電涂層和第二導(dǎo)電涂層之間，其特征在于，絕緣隔離層和附加絕緣隔離層位于小孔的相對側(cè)。
4.一種電化學(xué)傳感器，該電化學(xué)傳感器與測量計電連接，該傳感器包括具有第一導(dǎo)電涂層的第一絕緣基底，具有第二導(dǎo)電涂層的第二絕緣基底，以及位于它們之間的絕緣隔離層，兩導(dǎo)電涂層以相隔開的關(guān)系相互面對面設(shè)置，其中具有第一導(dǎo)電涂層的第一絕緣基底的邊緣延伸超過了具有第二導(dǎo)電涂層的第二絕緣基底的邊緣，并超過了絕緣隔離層的邊緣，并且其中具有第一導(dǎo)電涂層的第一絕緣基底和絕緣隔離層包括一個小孔，使得暴露出第二電極層的一個區(qū)域，從而通過小孔提供了一個與測量計形成電連接的表面。
5.一種電化學(xué)傳感器，該電化學(xué)傳感器與測量計電連接，該傳感器包括具有第一導(dǎo)電涂層的第一絕緣基底，具有第二導(dǎo)電涂層的第二絕緣基底，以及位于它們之間的絕緣隔離層，兩導(dǎo)電涂層以相隔開的關(guān)系相互面對面設(shè)置，其中具有第一導(dǎo)電涂層的第一絕緣基底的一部分延伸超過了具有第二導(dǎo)電涂層的第二絕緣基底的邊緣，并超過了絕緣隔離層的邊緣，并且其中具有第一導(dǎo)電涂層的第一絕緣基底的一部分和絕緣隔離層的一部分被除去，從而形成了一個狹槽，該狹槽位于具有第二導(dǎo)電涂層的第二絕緣基底的邊緣和絕緣隔離層的邊緣附近，以致于暴露出第二電極層的一個區(qū)域，從而提供了一個與測量計形成電連接的表面。
6.一種在電化學(xué)傳感器和測量計之間形成電連接的方法，該方法包括以下步驟a)提供一個電化學(xué)傳感器，該電化學(xué)傳感器包括具有第一導(dǎo)電涂層的第一絕緣基底，具有第二導(dǎo)電涂層的第二絕緣基底，以及位于它們之間的絕緣隔離層，兩導(dǎo)電涂層以相隔開的關(guān)系相互面對面設(shè)置，其中具有第一導(dǎo)電涂層的第一絕緣基底的邊緣延伸超過了具有第二導(dǎo)電涂層的第二絕緣基底的邊緣，并超過了絕緣隔離層的邊緣，其中具有第二導(dǎo)電涂層的第二絕緣基底的邊緣延伸超過了絕緣隔離層的邊緣；b)提供一個測量計，該測量計包括楔塊，該楔塊包括上楔形導(dǎo)電表面和下楔形導(dǎo)電表面，兩導(dǎo)電表面與測量計電連接；以及c)將電化學(xué)傳感器的一部分插入測量計，這樣，楔塊被插入延伸超過絕緣隔離層的邊緣的具有第一導(dǎo)電涂層的第一絕緣基底的一部分和具有第二導(dǎo)電涂層的第二絕緣基底的一部分之間，這樣就構(gòu)成了第一導(dǎo)電涂層和下楔形導(dǎo)電表面之間的電連接，由此構(gòu)成了第二導(dǎo)電涂層和上楔形導(dǎo)電表面之間的電連接。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中該測量計還包括一個支點，其特征在于，楔塊可在該支點上轉(zhuǎn)動。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括連接器的電化學(xué)傳感器，該連接器與連接裝置相配合，以提供與測量計電路的電連接。
文檔編號G01N27/327GK1432807SQ03100219
公開日2003年7月30日 申請日期2003年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月4日
發(fā)明者A·M·霍格斯, G·錢伯斯 申請人:生命掃描有限公司