專利名稱：分析裝置的制作方法
分析裝置技術領域0001本發(fā)明涉及分析裝置，具體說用于分析物質(zhì)樣本的分析裝置。
背景技術：
0002用于檢測分析物的樣本一次性化驗是已知的，例如，用于 檢測懷孕內(nèi)分泌人體絨膜促性腺激素的由Unipath Ltd銷售的ClearBlud Digital 裝置。與傳統(tǒng)的可視讀取裝置相比，電子化驗裝置的提供具有 各種優(yōu)點，其中測試結果可以顯示無需使用者的干預，該結果可以是半 定量或全定量的，并且結果可以存儲在存儲器中。但是，這種裝置可能 包括許多光電二極管和光電探測器以及處理信號的電子器件和LED顯示 器，所有這些都有一定的電能需求。這些裝置通常用設置在該裝置內(nèi)的 市場上可得買到的鈕扣電池組電池供給電能。在一些國家環(huán)境管理條例 要求電池能夠從裝置中去掉，這樣增加成本。而且，還有涉及這些裝置 的無選擇處理的環(huán)境因素和例如電池自身成本的成本因素。因此，希望 有其他可能的電源。0003
一種已知的分析裝置公開在WO 00/33063中并包括用于樣 本電化學檢測的傳感器。檢測器的電源由一對不同材料的電極提供，當 樣本通過該電極之間時該電極產(chǎn)生電流。利用這種已知的裝置的問題是 由構成電極的材料決定的只能獲得很低的電壓。發(fā)明內(nèi)容0004本發(fā)明在權利要求中進行了闡述。具體說，由于串聯(lián)的樣 本可激活的多個電池組電池的提供，能夠獲得增加的電壓和定制的電壓 電平。這使具有高電壓要求的電子元件，例如光電二極管或LED顯示器 能夠包含在裝置內(nèi)而無需從單獨的電池提供電源。通過制造由被測試的
流體樣本可激活的電池組電池，不需要引入單獨的電解液源，使得裝置 的使用簡化。而且，樣本可激活的電池組電池能夠簡單廉價地批量生產(chǎn)， 例如通過在基礎基質(zhì)上絲網(wǎng)印刷大量的電池組電池并且隨后進行切割以 提供(給)單個的化驗或分析裝置。


0005下面將參考附圖以舉例的方式描述本發(fā)明的實施例，其中 圖1是示出本發(fā)明元件的示意圖； 圖2a以俯視圖示出根據(jù)本發(fā)明的電極結構； 圖2b以底視圖示出圖2a的電極結構； 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的電極結構的詳細情況； 圖4a是側剖視圖，示出在填充階段該電極的潤濕； 圖4b是側剖視圖，示出在填充階段之后該電極的潤濕； 圖5示出另一種電極潤濕結構； 圖6a示出根據(jù)本發(fā)明的第一制造步驟； 圖6b示出根據(jù)本發(fā)明的第二制造步驟； 圖6c示出根據(jù)本發(fā)明的第三制造步驟； 圖7示出根據(jù)本發(fā)明的另一種檢測器的設置； 圖8示出根據(jù)本發(fā)明的另一種電極結構。
具體實施方式
0006總的來說，本發(fā)明包括化驗或其他分析裝置，例如用于分 析諸如血液或尿液的體液、具有多個由分析中的樣本激活的電池組電池 的分析裝置。該電池組串聯(lián)連接以便電壓總和提供較高的電壓。0007參考圖1，可以看到比較詳細地示意的一般地構造的裝置 100。樣本由樣本提供通道102提供給每個動力通道104和樣本分析通道 106。該動力通道104包括多個能量電池，例如原電池或電池組電池108， 每個電池包括一對由樣本激活的電極以產(chǎn)生電流。該電池經(jīng)由連接器110 串聯(lián)連接并且經(jīng)由連接器112提供電流。該樣本分析通道106包括樣本 分析電極114，其可以是任何合適的檢測器或分析器類型。該動力通道
104包括芯帶116，以沿著該通道吸入樣本——類似的芯帶(未示出)也 可以設置在分析通道106。在樣本分析通道106中的檢測器電極114連接 于分析/指示裝置118，例如，包括用于樣本分析和指示分析結果的電路。 該分析指示裝置118經(jīng)由連接器112由動力通道104中的電池組電池108 供給電源。選擇地，在電路中設置控制器124，其經(jīng)由連接器120為樣本 和分析單元118提供供電和控制指令。0008參考圖2a和圖2b，在圖2a和圖2b中能夠詳細地看到具體 的電極結構。具體說，單個的電池組電池108包括面向的半圓形形狀的 電極陽極-陰極對108a、 108b，樣本通道在其之間并經(jīng)由連接器IIO連接 在下側上。完全是為了封裝的目的，多個樣本可激活的電池組電池108 以一般的圓形結構并且以交錯的同心布局設置，因而徑向地外部和內(nèi)部 相鄰的電池順序地串聯(lián)連接。在所示的實施例中，電池設置在基質(zhì)200 上，該基質(zhì)200還與具有樣本提供面和電連接面的阻擋層202相重疊， 該樣本提供面在圖2a中可以看見，電連接如圖2b所示設置在下側該電 連接面上。該阻擋層202由疏水的或其他的樣本排斥材料構成，因而電 池組電池108由親水材料或其他的樣本吸引材料構成。這樣確保當樣本 被引入到如圖2a所示的該設置的樣本供給基礎時，它只在電池處收集而 不會在電池之間形成短路，通過下側的連接提供電池之間的電連接性。0009將會看到，作為結果，當樣本提供給該設置時，多個電壓 產(chǎn)生在每個電池上，并且當他們被串聯(lián)連接時，能夠獲得相當大的相加 的電壓，在設計時通過適當?shù)剡x擇所用的電池數(shù)目除了得到的電壓是定 制的之外，還得到特定的連接性的結構。還有容限和冗余度能夠被形成 在該設置上，使得一些電池的短路將不會降低電壓低于預定值。0010參考圖3，從該設置的下側可以看見電池組電池的詳細情況。 電池108經(jīng)由連接器110連接于相鄰的電池，并且包括間隔開的電極 108a、 108b。電極之一用作陽極而另一個用作陰極，當樣本被引入時使 得電極作為電池工作。具體說，正如下面更詳細地討論的，電極108a、 108b的其中之一可以用合適的材料，例如，以樣本稀釋劑涂料的形式涂 覆，以便當添加樣本時提供潛在的區(qū)別。0011在工作中，樣本例如通過毛細作用提供給電池設置(裝置)，
并且與電極材料或涂層一起用作試劑并且還用作電極之間的電解液沉積 在親水電極部分，結果產(chǎn)生電壓。由于多個樣品串聯(lián)設置，所以電壓總 和以提供期望的輸出電壓。在相鄰電池短路的情況下，該電路不被損壞 并且對于大量的電池，電壓減低比較小的量同時保持同樣的電流。電池 的一種可能使用是在單用或限時使用裝置中使用，其中電池中的材料用 盡經(jīng)歷很長的時間量度以便是不明顯的。具體說，令人驚奇的是，即便 沒有薄膜設置在電池的電極之間，作為限制時間量度或使用數(shù)目的結果， 由于樣本輸送通過電極之間的空間，該電極沒有明顯的中毒。因此，能夠得到簡化的結構。0012圖4a和4b示出一種可能的提供模式，用于確保樣本到達 電池。具體說通常指定400的該動力通道包括上壁402和明顯間隔開的 下壁404，以使毛細作用能夠沿著通道400吸入樣本。此外，芯帶和任何 其他具有很強毛細拉力的元件可以設置在通道400的遠端以確保樣本的 流動。多個電極408設置在上面所述類型的下壁404上并電連接到壁404 的下側上，即，與沿著吸入樣本的一側相對的一側。為了沿著通道吸入 樣本，該上壁是親水的。結果盡管分開電極408的下壁404的阻擋元件 如上所述是疏水的，但是樣本越過上壁被吸入，樣本傳輸表面使得它接 觸并停留在親水的電池組電池408上。具體說，正如能夠看見的，樣本 沿著通道400行進，具有在上親水壁基礎402的"前邊緣"。結果如圖 4b所示，當樣本巳經(jīng)通過時， 一些如410所示停止在電池組電池408上， 能夠激活電池并且產(chǎn)生電壓，如上所述為分析裝置提供電源。0013圖5示出另一種設置，其中傳輸通道500經(jīng)由相應的毛細 活性通道504與多個電池502相連。正如能夠看到的，樣本停止在該活 性通道504并且在電極502上，但是在樣本已經(jīng)通過該通道500之后被 抽空。即便少量的樣本在活性通道504附近保持在傳輸通道的表面上， 可以看到其層很薄因此其阻力足夠大，不會被引導到電池之間并使電池 短路。0014參考圖6a至圖6c，能夠更好地了解涉及構造該電池組件的 制造步驟。正如在圖6a所看到的，電池結構600被絲網(wǎng)印刷在基質(zhì)602 上。該絲網(wǎng)印刷能夠通過任何合適的方式進行，并且正如所理解的，隨 后是烘干階段。具體說，該基質(zhì)可以包括聚碳酸酯片并且電池結構印刷 在"椏鈴"結構上，因而每個相鄰的電池相應的半個和它們之間的連接 器以任何希望的結構印刷在相互的旁邊。絲網(wǎng)印刷的碳膏本身可以是任何合適的材料，例如通過編碼C2000802D2已知的材料。0015為了在電池的相對的電極提供類似的材料，在圖6b所示的 下一步，添加鋅粉的上述類型的碳膏中具有攙入鋅末的45%的鋅，例如 顆粒尺寸小于10微米并且98+%Sigma-Aldrich定量混合物11010EA印 刷在每對電極之一上，例如電極108a以提供陽極604。每對電極的第二 個可以包括未添加的碳膏以提供陰極?？蛇x地，用銅粉末或任何其他合 適的金屬粉末添加的碳膏可以印刷到每對電極的第二個電極上，以提供 陰極。0016參考圖6c，例如，介電膏D60202D1形式的介電層606印 刷到在電池108附近被掩蓋但是重疊連接器110的基質(zhì)600上，以在樣 本傳輸面和電連接面之間提供阻擋層，該介電層提供所要求的疏水性質(zhì)。0017最終，通過提供上面所述類型的具有親水內(nèi)表面的間隔的 上層，形成樣本傳輸面，以及正如可理解的， 一個芯帶，以確保樣本流 過該面。結果樣本只沉積在電池上，該電池提供電化學反應和電解液性 質(zhì)以激活該電池提供電壓。根據(jù)該樣本也可以希望增強其電解質(zhì)性質(zhì)， 其目的在于，例如，該通道的表面可以用樣本可溶解的導電材料進行涂 覆，例如，溶解在樣本中的鹽，以提供希望的電性質(zhì)。選擇地，該表面 可以用諸如在合適的聚乙烯醇(PVA)或諸如分子量為85K到146K的 Sigma-Aldrich的其他聚合物溶液中用硫酸氫鉀酸化的硫酸銅的鹽進行涂 覆。在鹽/PVA溶液中增加的PVA濃度將增加其粘稠度，這對于絲網(wǎng)印 刷是有用的。此外，在PVA中溶解鹽能夠很慢地釋放該鹽，使得它們在 潤濕時不會被樣本沖洗掉，并且能夠沉積均勻和同質(zhì)的鹽層。這個層的 親水性質(zhì)主要是由于鹽的含量并且由于也保留水分PVA而增加。0018在其最簡單的形式中每個電池包括(碳膏中的)鋅陽極和 在酸化的鹽溶液中的碳陰極，例如用硫酸氫鉀酸化的硫酸銅。當樣本激 活該電池時，鋅被氧化而來自該鹽的銅離子在陽極被還原。在陰極進行 相反的反應，H+離子轉換成氫氣。當用高阻抗的電壓表測量時，每個電
池的理論電壓是u伏，但是業(yè)已發(fā)現(xiàn)，實際上每個電池的上述的化學物 質(zhì)產(chǎn)生大約0.5伏電壓，意味著整個裝置產(chǎn)生7伏電壓。0019將會看到，能夠采用任何電池結構，包括圖2a、 2b所示的 同心圓結構或線性結構。這里示出形成圈的結構，因為它減小裝置的長 度并且確保樣本只需通過減少的距離激活該電池；當然也能夠提供包括 比較曲折的路經(jīng)的任何可選的裝置。同樣，可以采用任何數(shù)量的電池。 此外，由該電路提供的電流能夠被適當?shù)囟ㄖ?，例如通過適當?shù)馗淖冸?池的尺寸或表面面積。0020在可選的制造方法中，由于免疫識別事件，可能發(fā)生電池 的完工或干擾。在金屬溶液的標準的橫向流動免疫性測定的應用中，例 如，在具有停止不動的抗體的80納米的銀或金的金屬顆粒在現(xiàn)有技術中 是已知的。在存在抗原的情況下，諸如上面描述的碳電極可以用提供的 抗體和金屬涂覆。這形成夾層，得到具有金屬顆粒涂層的碳電極(其將 形成電池的一個電極)因此完成該電池，并且得到流動的電流?？蛇x地， 這種方法可以用于使令人滿意的系統(tǒng)中毒，以己減少其電流和/或電壓。 從基于得到的電特性，例如電流或電壓電平的系統(tǒng)，能夠得到與分析物 濃度相關的測量。0021將會看到，根據(jù)裝置的希望的性質(zhì)，可以采用可選的結構 和電路選擇。例如，該電池可以經(jīng)由控制器、選擇地可轉換的定時門電 路為一個或多個樣本分析通道供給電能，使得不同的分析通道能夠在不 同的時間打開，這可以有利于復雜的或時間變化的分析方法，例如，涉 及多個分析步驟的分析方法。在這種情況下，可以利用任何合適的定時 門電路，例如，機電定時門電路，或例如在通道上或圍繞通道的石墨阻 擋涂層。0022正如所熟知的，在正常的結構中石墨是疏水的，但是，當 施加適當?shù)淖兓瘯r，由于石墨表面的氧化形成親水氧化物它可以變成親 水的。因此，在具有控制電路的結構中該電池可以在預定的時間對阻擋 層施加電荷以改變阻擋層的表面張力性質(zhì)，因此控制樣本流體越過該阻 擋層。0023在圖7所示的可選檢測器結構中，在通道706中的包括電 極702、 704的檢測器700，當樣本通過通道并且在該電極702、 704之間 產(chǎn)生電壓時，為指示器或分析單元708提供信號。此外，如果電極702、 704用不同的材料形成，例如，如上面詳細地所述在陽極-陰極結構中涂 覆的材料，那么，當樣本到達該檢測器時，它能夠為檢測器供電，使得 電極既用作檢測元件又用作分析和指示單元708的電源元件。0024參考圖8，可以看到所示的另一個可選的電源電池結構。具 體說，設置多個電池800，包括單獨的激活通道802，用于提供由共用的 傳輸通道804輸送的流體。該電極經(jīng)由連接器806并聯(lián)，以向合適的元 件808提供電源，該元件可以是例如如上所述的分析單元或指示單元。 此外，激活通道802在打開和關閉結構之間是單獨地可轉換的，例如， 利用上面所述類型的定時門電路，在任何合適的控制器的控制下。結果， 在并聯(lián)的電路中被激活的電池的數(shù)目，正如可以理解的，在任何時間可 以變化。這確保在提供恒定電壓的同時，電流可以以任何希望的形式變 化，以便為裝置提供可控制的、可定制的電流供給。還可以看到，不用 并聯(lián)設置的單個電池，而是可以設置多組并聯(lián)的電池，其中每個單獨組 內(nèi)部串聯(lián)，因此增加電壓。還可以看到，利用上面所述類型的可激活的 通道，可以引進更復雜的電源控制操作，例如，在分析完成之前第一個 電池預計減弱的情況下，電池的時間延遲轉換。0025作為所描述的設置的結果，提供一種自供電的高電壓分析 裝置，能夠附加控制和定制電流特性，并且用最少數(shù)目的元件以簡單的 方式制造。具體說，在電極之間不需要薄膜，用于單個使用或短期使用 裝置，還有，盡管如可以理解的，合適金屬涂層可以施加于兩個電極， 但是只需要一種金屬(鋅)，未涂覆的碳電極與它一起工作。0026可以理解的是，正如可以理解的，可以改變上面所述的各 種元件和材料，只要能夠獲得希望的效果?？梢圆捎萌魏晤愋偷碾姵?， 例如利用可溶解的試劑或不同的金屬用于每個電極，并且可以采用任何 合適的電池結構。同樣，檢測器本身也可以是本領域的讀者所熟知的任 何合適的類型。用于分析的樣本可以是身體樣本或可以是工業(yè)樣本，例 如海水或河水或工業(yè)污染物。在這種情況下，利用疏水的/親水的涂層提 供希望的樣本流動，于是可以利用任何含水的樣本，如果必要與可溶解 的導電涂層一起提供希望的電性質(zhì)，或通?？梢岳斫獾?，任何可流動的 樣本可以用于適當?shù)慕Y構中。同樣，該電池可以用于具有一體化的電子 元件的任何樣本分析裝置或檢測裝置，該一體化的電子元件例如是光電 二極管、光電檢測器、顯示器、存儲裝置和計算裝置。例如，這里所述的裝置已經(jīng)表明為發(fā)光二極管(LED)供電大約40分鐘。該電源可以另 外用于為其他元件供電，例如機電的定時門電路、化學的定時門電路、 諸如電磁泵的流體泵送裝置等。該裝置可以從下述裝置選擇例如化驗 或分析裝置、樣品供給或操作裝置、從諸如來自一個對象的中間流體的 分離的源除去流體樣本的裝等，裝置的元件需要的電源可以作為該裝置 自身的一部分，或可以是可連接于裝置的。該裝置可以是例如橫向流動 化驗裝置，或微型流體裝置。該裝置可以包括一個或多個分開的樣本可 激活的電源，其可以具有相同的或不同的電源特性。用于電源的電解液 可以來自被分析的流體樣本，或者除了流體樣本之外可以是單獨提供的。
權利要求
1.一種用于分析物質(zhì)樣本的分析裝置，所述裝置包括多個串聯(lián)的樣本可激活的電池組電池。
2. 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述電池包括樣本吸引區(qū)，并且 相應的電池被樣本排斥區(qū)分開。
3. 根據(jù)權利要求2所述的裝置，其中所述樣本是含水的樣本，所述樣 本吸引區(qū)是親水區(qū)，而所述樣本排斥區(qū)是疏水區(qū)。
4. 根據(jù)前述任何一項權利要求所述的裝置，還包括樣本傳輸通道。
5. 根據(jù)權利要求4所述的裝置，其中所述樣本傳輸通道包括毛細作用 樣本傳輸通道。
6. 根據(jù)權利要求4或權利要求5所述的裝置，其中所述電池設置在通道表面o
7. 根據(jù)權利要求6所述的裝置，其中所述通道還包括與所述電池設置 在其上的表面相對的樣本吸引表面。
8. 根據(jù)權利要求4所述的裝置，還包括相應的活化通道，用于從所述 樣本傳輸通道向每個電池提供樣本。
9. 根據(jù)權利要求4至8中任何一項所述的裝置，還包括與所述樣本通 道相聯(lián)芯帶，以沿著所述通道吸入樣本。
10. 根據(jù)權利要求4至9中任何一項所述的裝置，其中所述樣本通道 的一部分具有可溶解的導電材料。
11. 根據(jù)前述任何一項權利要求所述的裝置，其中所述電池包括電-化學電池。
12. 根據(jù)權利要求11所述的裝置，其中所述電-化學電池是由用作電 解液的流體樣本可激活的。
13. 根據(jù)權利要求11或權利要求12所述的裝置，其中所述電池還包 括用于增加所述流體樣本的離子導電性的試劑。
14. 根據(jù)權利要求13所述的裝置，其中所述試劑是鹽。
15. 根據(jù)前述任何一項權利要求所述的裝置，其中每個電池包括一對 間隔開的電極，在其之間形成不間斷的流動空間。
16. 根據(jù)前述任何一項權利要求所述的裝置，其中所述電池組電池設 置成以便在其之間使連接長度最小化。
17. 根據(jù)權利要求16所述的裝置，其中所述電池以交錯的構造形式設置。
18. 根據(jù)權利要求16或權利要求17所述的裝置，其中所述電池以同 心的構造形式設置。
19. 根據(jù)前述任何一項權利要求所述的裝置，其中所述電池延伸通過 具有樣本傳輸面和電連接面的樣本阻擋層。
20. 根據(jù)前述任何一項權利要求所述的裝置，其中所述電池還用作樣 本檢測器。
21. 根據(jù)前述任何一項權利要求所述的裝置，還包括與樣本分析元件 連通的樣本分析通道。
22. 根據(jù)權利要求21所述的裝置，其中所述樣本分析通道在打開和關 閉結構之間是選擇地可轉換的。
23. 根據(jù)前述任何一項權利要求所述的裝置，還包括用于控制樣本傳 輸?shù)目刂破鲉卧?br> 24. 根據(jù)前述任何一項權利要求所述的裝置，其中所述樣本可激活的 電池設置成當與接觸到樣本或攜帶樣本的流體時形成陰極或陽極材料。
25. 根據(jù)權利要求24所述的裝置，其中所述電池具有電極涂層，所述 電極涂層設置成當與樣本接觸時從攜帶樣本的流體吸引陽極或陰極材 料。
26. 根據(jù)權利要求24所述的裝置，其中所述電池設置成當與樣本接觸 時提供增加或減少的電壓或電流其中之一。
27. 根據(jù)權利要求26所述的裝置，還包括指示器，所述指示器設置成 根據(jù)所述增加或減少的電壓或電流提供樣本檢測信號。
28. —種免疫化驗、基于酶的化驗、微型流體、樣本傳輸、操縱或提 取或微型分析裝置，包括前述任何一項權利要求所述的分析裝置。
29. 根據(jù)前述任何一項權利要求所述的裝置，其中樣本包括生物樣本 或工業(yè)樣本中的一種。
30. —種樣本分析裝置，包括通過樣本接觸起動的第一和第二電極以 激活分析指示器，其中所述第一和第二電極或者也可以通過樣本接觸可 激活以用作指示器能源。
31. —種樣本分析裝置，具有多個并聯(lián)的并且通過樣本接觸可選擇地 激活的電池，以提供所希望的電流電平。
32. —種控制分析裝置的方法，該分析裝置用于分析物質(zhì)樣本并具有 多個并聯(lián)的樣本可激活的電池組電池，該方法包括通過樣本接觸選擇地 激活所述電池，以提供所希望的電流電平。
33. —種控制用于分析物質(zhì)樣本的分析裝置的方法，該分析裝置包括 至少一個樣本可激活的電池組電池和多個與樣本分析元件連通的樣本分 析通道，該方法包括選擇地轉換在打開和關閉結構之間的一個或多個樣 本分析通道。
34. —種構造用于分析物質(zhì)樣本的分析裝置的方法，包括如下步驟 在基質(zhì)上印刷至少一對電極，兩個電極具有陽極或陰極性質(zhì)之一；并且 在該對電極的其中一個上套印具有陽極和陰極性質(zhì)的另一性質(zhì)的電極。
35. 根據(jù)權利要求34所述的方法，其中印刷一對電極的步驟還包括印 刷電連接器。
36. 根據(jù)權利要求35所述的方法，還包括掩蓋所述一對電極并且在所 述基質(zhì)上印刷介電材料的步驟。
37. —種用于分析物質(zhì)樣本的分析裝置，所述裝置包括樣本可激活的 電池組電池，其中所述樣本可激活的電池設置成當與樣本或攜帶樣本的 流體接觸時形成陰極或陽極材料。
38. —種用于分析物質(zhì)樣本的分析裝置，所述裝置包括樣本可激活的 電池組電池，其中所述樣本可激活的電池組電池設置成當與樣本接觸時 提供電壓或電流的下降，并且還包括指示器，所述指示器設置成根據(jù)所 述下降的電壓或電流提供樣本檢測信號。
39. —種用于分析物質(zhì)樣本的分析裝置，所述裝置包括樣本可激活的 電池組電池，其中所述樣本可激活的電池組電池設置成當與樣本接觸時 提供增加或減少的電壓或電流，并且還包括指示器，所述指示器設置成 提供與所述增加或減少的電壓或電流相關的幅度的樣本級檢測信號。
40.—種裝置或方法，基本上如這里參考附圖所描述的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于分析物質(zhì)樣本的分析裝置，該裝置包括多個串聯(lián)的樣本可激活的電池組電池。
文檔編號G01N27/416GK101166973SQ200680014464
公開日2008年4月23日 申請日期2006年3月20日 優(yōu)先權日2005年3月31日
發(fā)明者D·威廉姆斯, J·迪林 申請人:因弗內(nèi)斯醫(yī)療瑞士公司