生物傳感器及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種生物傳感器和制造生物傳感器的方法。生物傳感器包括絕緣性底板、電極系統(tǒng)、反應(yīng)試劑和絕緣層。絕緣層覆蓋部分電極系統(tǒng)，并在反應(yīng)試劑所在的位置處形成一個(gè)沒有絕緣層的封閉區(qū)域，絕緣層圍成的封閉區(qū)域具有一個(gè)不具尖角的封閉邊界，反應(yīng)試劑覆蓋該封閉區(qū)域，并不超出該封閉邊界。生物傳感器還包括輔助擴(kuò)散電極。由于采用了不具尖角的封閉邊界和輔助擴(kuò)散電極，能減少試劑的邊緣效應(yīng)，能均勻地將試劑分布在電極的相應(yīng)區(qū)域，有效控制反應(yīng)試劑的用量，降低產(chǎn)品成本。本發(fā)明所述的制造方法簡(jiǎn)單。
【專利說明】生物傳感器及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于檢測(cè)生理指標(biāo)含量的生物傳感器及其制造方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]近年來，從最初利用臨床實(shí)驗(yàn)室樣本檢測(cè)到只需在醫(yī)生辦公室或患者身邊即可實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)，醫(yī)學(xué)保健檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)生了巨大變化。帶有電極系統(tǒng)的一次性生物傳感器經(jīng)常被用于快速檢測(cè)當(dāng)中。以糖尿病患者的日常葡萄糖檢測(cè)為例，現(xiàn)在患者只需在家中利用一次性生物傳感器進(jìn)行檢測(cè)，就可獲得被測(cè)患者當(dāng)時(shí)的葡萄糖水平，幫助患者及時(shí)了解自身的身體狀況并據(jù)此調(diào)整自己的飲食結(jié)構(gòu)，或到醫(yī)院讓醫(yī)生根據(jù)日常監(jiān)控的數(shù)據(jù)對(duì)用藥劑量進(jìn)行調(diào)整。因此在疾病日常監(jiān)控中這類一次性生物傳感器的準(zhǔn)確性顯得尤為重要。
[0004]這類帶有電極系統(tǒng)的生物傳感器可以用于各種物質(zhì)的檢測(cè)，根據(jù)被分析物的不同，在電極系統(tǒng)上添加的反應(yīng)試劑也不同。例如測(cè)定血液中葡萄糖含量的生物傳感器，首先是將葡萄糖氧化酶等反應(yīng)試劑添加在工作電極上，當(dāng)血液樣品滴加在工作電極時(shí)，由于酶反應(yīng)試劑溶解在血液中，血液中的葡萄糖就會(huì)與工作電極上的氧化酶發(fā)生反應(yīng)，電子受體隨之還原。酶反應(yīng)結(jié)束后，將還原的電子受體電化學(xué)氧化，通過計(jì)算氧化電流值得到樣品中葡萄糖的含量。
[0005]這類生物傳感器的基本結(jié)構(gòu)包括:一個(gè)絕緣底板；在該絕緣底板上具有電極系統(tǒng)，該電極系統(tǒng)至少包括工作電極和對(duì)電極；含有依據(jù)樣品中被測(cè)物質(zhì)含量而產(chǎn)生可測(cè)信號(hào)的反應(yīng)試劑覆蓋在至少一個(gè)工作電極上；一個(gè)由隔離層形成的檢測(cè)樣品通道，該樣品通道位于工作電極和對(duì)電極之上，檢測(cè)樣品經(jīng)過該通話時(shí)與通道內(nèi)的反應(yīng)試劑反應(yīng)并產(chǎn)生可以被檢測(cè)到的信號(hào)。儀器根據(jù)該信號(hào)，得出檢測(cè)結(jié)果。
[0006]通道內(nèi)參與和檢測(cè)樣品反應(yīng)的反應(yīng)試劑的量對(duì)檢測(cè)結(jié)果具有很大的影響。因此，如何精確地控制參與反應(yīng)的反應(yīng)試劑的量是本領(lǐng)域的一大技術(shù)難題。參與反應(yīng)的反應(yīng)試劑的量等于樣品通道的面積乘以反應(yīng)試劑層的厚度，因此，精確地控制同一批次生產(chǎn)的不同產(chǎn)品之間的樣品通道的尺寸和控制反應(yīng)試劑厚度均一性是主要需要解決的問題。
[0007]精確地控制樣品通道的尺寸可以通過提高模具的精度和選用合適的材料來解決，但控制反應(yīng)試劑厚度的均一性是一個(gè)相對(duì)較難解決的技術(shù)問題。
[0008]如美國(guó)專利US7655119的圖1所示，在電極上添加一個(gè)帶有長(zhǎng)方形試劑擴(kuò)散控制區(qū)18的絕緣板16，所述長(zhǎng)方形試劑擴(kuò)散控制區(qū)暴露出需要添加反應(yīng)試劑的電極部分即電極的活性區(qū)域，反應(yīng)試劑滴加在此控制區(qū)18中并與電極接觸，而電極的其他非參與反應(yīng)的部分由于有蓋板16的遮蓋，而不會(huì)有試劑添加在上面，這樣反應(yīng)試劑就被限定在工作電極所需要的位置。我們發(fā)現(xiàn)以這樣的方式添加反應(yīng)試劑時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)所添加的反應(yīng)試劑不能完全覆蓋整個(gè)長(zhǎng)方形區(qū)域的現(xiàn)象，例如試劑不能到達(dá)長(zhǎng)方形擴(kuò)散控制區(qū)的四個(gè)頂角端。這也就意味著同一批次生產(chǎn)的產(chǎn)品，其反應(yīng)試劑覆蓋的面積不相等。在滴加的反應(yīng)試劑體積相等的情況下，同一批次生產(chǎn)的產(chǎn)品的反應(yīng)試劑的厚度就會(huì)存在偏差，因此，參與反應(yīng)的反應(yīng)試劑量也會(huì)不相等。所以，利用這些產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)所得到的檢測(cè)結(jié)果就會(huì)不準(zhǔn)確。采用這類方法在電極上添加反應(yīng)試劑時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)更為嚴(yán)重的不良現(xiàn)象，即反應(yīng)試劑不僅不能蓋滿整個(gè)長(zhǎng)方形區(qū)域，甚至有部分試劑溢出了長(zhǎng)方形試劑擴(kuò)散控制區(qū)的兩側(cè)邊。
[0009]用生物傳感器對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試時(shí)，通常只需要很小的樣品量，例如只需要0.5微升到I微升的液體量。生物傳感器也被制作成很小的結(jié)構(gòu)，覆蓋在電極上的反應(yīng)試劑就更小了。在提高測(cè)試準(zhǔn)確性的研究中，人們并沒有注意到反應(yīng)試劑在這么小面積的電極上擴(kuò)散情況呈現(xiàn)多樣性，并且這些多樣性對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。人們往往從電極的結(jié)構(gòu)、電極的材料選用、測(cè)試方法學(xué)以及測(cè)試儀上做研究以提高生物傳感器的檢測(cè)準(zhǔn)確性。而我們注意到當(dāng)采用長(zhǎng)方形試劑擴(kuò)散控制區(qū)控制反應(yīng)試劑在電極上的分布時(shí)，長(zhǎng)方形控制區(qū)的面積很細(xì)小，試劑會(huì)因?yàn)楸砻鎻埩ψ饔迷陂L(zhǎng)方形控制區(qū)的凹槽中形成一個(gè)半球形液滴狀，造成電極上的試劑厚度不均勻，形成中間厚周圍薄的結(jié)果，特別是涂覆區(qū)的邊緣有不均勻或反應(yīng)試劑集中在電極活性區(qū)域的中心部位的現(xiàn)象。而半球形液滴狀邊緣表面張力的存在又阻止了試劑進(jìn)一步向周圍擴(kuò)散，從而出現(xiàn)試劑邊緣和四個(gè)頂角之間留出試劑空白區(qū)現(xiàn)象，即四個(gè)頂角處不能被反應(yīng)試劑填滿。以這樣的方式生產(chǎn)出來的生物傳感器會(huì)出現(xiàn)有的傳感器上的電極活性區(qū)域被反應(yīng)試劑均勻蓋滿了，而有的電極活性區(qū)域的頂角沒有反應(yīng)試劑或覆蓋的厚薄不均一。電極某些部位沒有反應(yīng)試劑會(huì)導(dǎo)致部分樣品沒有參與反應(yīng)，電極上所覆蓋的反應(yīng)試劑厚薄不均一會(huì)使反應(yīng)速率發(fā)生的變化不符合預(yù)先設(shè)定的方式，這些都會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果的不準(zhǔn)確。
[0010]又如中國(guó)200480023924.8專利中并不采用絕緣板遮蓋添加試劑的方法，而是通過?？p涂布頭直接將反應(yīng)試劑涂布在電極上，創(chuàng)建連續(xù)的試劑條。由于涂布的試劑面積很大，甚至包括了并不需要添加反應(yīng)試劑的部分。這會(huì)造成試劑的浪費(fèi)，增加產(chǎn)品成本。另一方面，由于絕緣性底板的表面張力作用，使得試劑在其上的擴(kuò)散會(huì)受到一定的阻力，這種阻力妨礙了反應(yīng)試劑在電極系統(tǒng)上的均勻擴(kuò)散，使反應(yīng)試劑到達(dá)不了預(yù)先設(shè)定的位置。
[0011]由于用于檢測(cè)人類的血液中葡萄糖濃度的生物傳感器尺寸非常小，檢測(cè)機(jī)制非常復(fù)雜，而且采用的血液樣品量通常介于0.3 — 1.0微升之間，因此目前的技術(shù)水平只能得到相對(duì)準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。美國(guó)食品與藥品監(jiān)督局(FDA)對(duì)用于檢測(cè)人類的血液中葡萄糖濃度的生物傳感器的法定要求是:只要95%以上的檢測(cè)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖濃度的正負(fù)偏差在20%以內(nèi)，產(chǎn)品即被認(rèn)為合格。由此可見，提升用生物傳感器檢測(cè)人類血液中葡萄糖濃度準(zhǔn)確性的技術(shù)難度非常高。
[0012]國(guó)際糖尿病聯(lián)盟(IDF)的2011年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全球糖尿病患者目前已增至3.66億人，預(yù)計(jì)在20年內(nèi)將達(dá)到近6億人。在中國(guó)，糖尿病的患病率在近10年翻了近兩倍。在2010年，中國(guó)成人糖尿病患病率為9.7%，糖尿病患者已達(dá)I億4千多人。由于基數(shù)巨大，即使測(cè)試準(zhǔn)確率僅提高1%，那么，在全球?qū)?huì)減少360萬人次的誤診，全球?qū)⒂?60萬人從中獲益，這將帶來相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
[0013]醫(yī)學(xué)專家提醒，糖尿病為非傳染性疾病的重要組成部分，如不加以合理監(jiān)測(cè)和治療，糖尿病患者的長(zhǎng)期高血糖狀態(tài)可致全身多系統(tǒng)的損害，引起各種急慢性并發(fā)癥，例如心血管疾病、糖尿病腎病、糖尿病神經(jīng)性病變、糖尿病視網(wǎng)膜病變等。因此，測(cè)試的準(zhǔn)確性非常重要，它能有效保證患者和醫(yī)生及早發(fā)現(xiàn)病情變化，及時(shí)修訂用藥劑量和飲食習(xí)慣，防止患者長(zhǎng)期處于高血糖狀態(tài)，避免可怕并發(fā)癥的發(fā)生。反應(yīng)試劑在電極上是否正確分布是一個(gè)被人們忽視卻又是保證整個(gè)測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確的關(guān)鍵因素之一。
[0014]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]為了克服上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的之一是提供一種具有反應(yīng)試劑精確定位且用量少的生物傳感器，該生物傳感器，包括絕緣性底板和位于絕緣性底板上的電極系統(tǒng)，在電極系統(tǒng)上包含有可與檢測(cè)樣品發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)試劑和絕緣層，該絕緣層覆蓋部分電極系統(tǒng)，但在反應(yīng)試劑所在的位置處形成一個(gè)沒有絕緣層的封閉區(qū)域，反應(yīng)試劑位于該封閉區(qū)域內(nèi)的電極部分之上，所述由絕緣層圍成的封閉區(qū)域具有一個(gè)不具尖角的封閉邊界，反應(yīng)試劑覆蓋該封閉區(qū)域，并且不超出該封閉邊界。
[0016]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述封閉邊界的形狀為圓形、橢圓形、兩個(gè)相對(duì)的橢圓形或四個(gè)頂角為圓弧形的矩形。
[0017]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，反應(yīng)試劑恰好填充滿所述封閉區(qū)域，反應(yīng)試劑覆蓋區(qū)域的面積與封閉區(qū)域的面積相等。
[0018]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述絕緣層的厚度為1-50微米。
[0019]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述絕緣層的厚度為3-30微米。
[0020]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述絕緣層的材料為疏水性材料。
[0021]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在電極系統(tǒng)之被檢測(cè)試劑覆蓋的電極部分的二側(cè)還各包括一個(gè)輔助擴(kuò)散電極，所述輔助擴(kuò)散電極與被檢測(cè)試劑覆蓋的電極部分并排排列。
[0022]本發(fā)明的目的之二是提供一種制造生物傳感器的方法，包括:
1)在絕緣性底板上形成電極系統(tǒng)；
2)在電極系統(tǒng)上形成一個(gè)絕緣層，該絕緣層覆蓋部分電極系統(tǒng)，并形成一個(gè)沒有絕緣層的封閉區(qū)域，該封閉區(qū)域具有一個(gè)不具尖角的封閉邊界；
3)向所述封閉區(qū)域添加反應(yīng)試劑，使反應(yīng)試劑覆蓋該封閉區(qū)域，但不超出該封閉區(qū)域的封閉邊界；
4)干燥所述反應(yīng)試劑。
[0023]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述封閉區(qū)域的封閉邊界是圓形、橢圓形或四個(gè)頂角為圓弧形的方形。
[0024]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述絕緣層的厚度為3-30微米。
[0025]
本發(fā)明的目的之三是提供一種生物傳感器，包括絕緣性底板和位于絕緣性底板上的電極系統(tǒng)，在電極系統(tǒng)上包含有可與檢測(cè)樣品發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)試劑，其特征在于，所述的電極系統(tǒng)包括用于檢測(cè)的功能性電極和用于控制反應(yīng)試劑擴(kuò)散的輔助擴(kuò)散電極，功能性電極位于輔助擴(kuò)散電極之間。
[0026]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，包括至少兩個(gè)輔助擴(kuò)散電極。
[0027]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述至少兩個(gè)輔助擴(kuò)散電極分別位于功能性電極的外側(cè)。
[0028]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，輔助擴(kuò)散電極和功能性電極之間的距離，正好使添加在功能性電極上的反應(yīng)試劑的前端能觸碰到該輔助擴(kuò)散電極。[0029]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，功能性電極包括工作電極、對(duì)電極和參考電極，這些功能性電極與輔助電極并排排列，并且大致相互平行。
[0030]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述輔助電極是二個(gè)，分別位于功能性電極的外側(cè)。
[0031]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，包括覆蓋部分電極系統(tǒng)的絕緣層，該絕緣層在反應(yīng)試劑所在的位置處形成一個(gè)沒有絕緣層的封閉區(qū)域，反應(yīng)試劑位于該封閉區(qū)域內(nèi)的電極部分之上，所述由絕緣層圍成的封閉區(qū)域具有一個(gè)不具尖角的封閉邊界，反應(yīng)試劑覆蓋該封閉區(qū)域，并且不超出該封閉邊界。
[0032]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述封閉邊界的形狀為圓形、橢圓形、兩個(gè)相對(duì)的橢圓形或四個(gè)頂角為圓弧形的矩形。
[0033]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述絕緣層的厚度為3-30微米。
[0034]本發(fā)明的有益效果是:通過大量的實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明所述的生物傳感器由于采用不具尖角的試劑擴(kuò)散控制區(qū)的加樣模式，有效地克服了反應(yīng)試劑的邊緣效應(yīng)，使反應(yīng)試劑能均勻地分布到電極的相應(yīng)區(qū)域，從而可以準(zhǔn)確地控制相同批次生產(chǎn)的生物傳感器的反應(yīng)試劑厚度的均一性，進(jìn)而提高了檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。在生物傳感器的生產(chǎn)過程中，所添加的反應(yīng)試劑填充滿與其形狀相同的反應(yīng)試劑添加區(qū)，避免了反應(yīng)試劑添加區(qū)四個(gè)頂角未被反應(yīng)試劑填滿的現(xiàn)象。另一方面本發(fā)明所述的制造方法簡(jiǎn)單，無需經(jīng)過復(fù)雜的步驟來控制反應(yīng)試劑的用量。再一方面本發(fā)明的生物傳感器的電極系統(tǒng)具有至少兩個(gè)輔助擴(kuò)散電極，該輔助擴(kuò)散電極能夠克服絕緣性底板的表面張力作用，使得試劑能在電極系統(tǒng)上順暢均勻擴(kuò)散，并到達(dá)預(yù)先設(shè)定的位置。且反應(yīng)試劑也不會(huì)溢出預(yù)先設(shè)定的區(qū)域。
[0035]【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1是本發(fā)明第一種生物傳感器；
圖2A-2E是圖1所示的生物傳感器的生產(chǎn)步驟；
圖3是圖1所示的生物傳感器的分解圖；
圖4是圖1所示的生物傳感器滴加反應(yīng)試劑后的電極顯微照片；
圖5是本發(fā)明第二種反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制層結(jié)構(gòu)圖；
圖6是利用圖5的結(jié)構(gòu)滴加反應(yīng)試劑后的電極顯微照片；
圖7是帶有輔助擴(kuò)散電極的生物傳感器分解圖；
圖8是利用圖7的結(jié)構(gòu)滴加反應(yīng)試劑后的電極顯微照片；
圖9是第三種反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制層結(jié)構(gòu)圖；
圖10是利用圖9的結(jié)構(gòu)滴加反應(yīng)試劑后的電極顯微照片；
圖11是第四種反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制層結(jié)構(gòu)圖；
圖12是利用圖11的結(jié)構(gòu)滴加反應(yīng)試劑后的電極顯微照片；
圖13是現(xiàn)有技術(shù)的生物傳感器的分解圖；
圖14是利用圖13的結(jié)構(gòu)滴加反應(yīng)試劑后的電極顯微照片；
圖15是利用本發(fā)明的生物傳感器測(cè)定葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液的線性圖；
圖16是現(xiàn)有技術(shù)的生物傳感器測(cè)定葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液的線性圖。
[0037]圖17是生物傳感器與血樣檢測(cè)儀聯(lián)合使用狀態(tài)圖。[0038]圖18是現(xiàn)有技術(shù)中檢測(cè)試劑擴(kuò)散情況的示意圖。
[0039]圖19是本發(fā)明中檢測(cè)試劑擴(kuò)散情況的示意圖。
[0040]
【具體實(shí)施方式】
[0041]下面結(jié)合具體附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。這些具體的實(shí)施例僅僅是在不違背本發(fā)明精神下的有限列舉，并不排除本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員把現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明結(jié)合而產(chǎn)生的其他具體的實(shí)施方案。
[0042]如圖1至3所示的生物傳感器100，包括絕緣性底板1，在絕緣性底板上包括有電極系統(tǒng)，電極系統(tǒng)包括工作電極2、對(duì)電極3和參考電極4。在電極系統(tǒng)的某些區(qū)域上覆蓋著反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制層5，該控制層5上包括具有開口的反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制區(qū)6。反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制層5是絕緣材料，因此，也稱之為絕緣層，即在本專利申請(qǐng)中，反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制層等同于絕緣層。反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制區(qū)6的開口面積與需要添加在電極上的試劑面積相同并正好位于電極活性區(qū)域之上。所述的電極活性區(qū)域是指其上附著有反應(yīng)試劑并能傳遞電子信號(hào)的那部分電極。在如圖3所示的實(shí)施方式中，在反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制層5之上具有帶凹槽9的空間制造層7，上蓋8覆蓋在所述空間制造層7上并與空間制造層7的凹槽9形成了一個(gè)添加樣品的樣品通道10。上蓋8還帶有排氣孔11，當(dāng)樣品通過毛細(xì)作用在通道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，位于樣品前端的氣體通過排氣孔11被排出通道，這樣就保證了樣品在通道內(nèi)的順利流動(dòng)。
[0043]換一種方式說，本發(fā)明的生物傳感器包括絕緣性底板I和位于絕緣性底板上的電極系統(tǒng)，在電極系統(tǒng)上包含有可與檢測(cè)樣品發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)試劑和絕緣層5，該絕緣層5覆蓋部分電極系統(tǒng)，但在反應(yīng)試劑所在的位置處形成一個(gè)沒有絕緣層的封閉區(qū)域6(此封閉區(qū)域等同于反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制區(qū)6)，反應(yīng)試劑位于該封閉區(qū)域6內(nèi)的電極部分之上，所述由絕緣層圍成的封閉區(qū)域具有一個(gè)不具尖角的封閉邊界，反應(yīng)試劑覆蓋該封閉區(qū)域，并且不超出該封閉邊界。封閉邊界的形狀可以是圓形、橢圓形、兩個(gè)相對(duì)的橢圓形或四個(gè)頂角為圓弧形的矩形等。在一個(gè)較佳的方案中，反應(yīng)試劑恰好填充滿所述封閉區(qū)域，反應(yīng)試劑覆蓋區(qū)域的面積與封閉區(qū)域的面積相等。絕緣層的厚度為1-50微米。絕緣層的厚度為3-30微米會(huì)更好。絕緣層的材料為疏水性材料。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在電極系統(tǒng)之被檢測(cè)試劑覆蓋的電極部分的二側(cè)還各包括一個(gè)輔助擴(kuò)散電極，所述輔助擴(kuò)散電極與被檢測(cè)試劑覆蓋的電極部分并排排列。
[0044]以上的方案通常被稱為平行毛細(xì)加樣技術(shù)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，也可以采取垂直加樣的方案，即，具有加樣孔的上蓋粘附在控制層5上，上蓋的加樣孔正好位于試劑擴(kuò)散控制區(qū)上并與該控制區(qū)的開口面積相同或略小。也即當(dāng)樣品滴加在加樣孔時(shí)，樣品垂直流動(dòng)與控制區(qū)內(nèi)的試劑接觸發(fā)生反應(yīng)。
[0045]反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制區(qū)6是不帶有尖角的孔，添加的反應(yīng)試劑在該控制區(qū)內(nèi)擴(kuò)散并能到達(dá)該控制區(qū)設(shè)定的所有區(qū)域。試劑擴(kuò)散控制區(qū)的形狀可以是帶有圓弧形邊的孔，例如圓形、橢圓形、葫蘆形等形狀。還可以是未出現(xiàn)尖角的其他形狀，例如擴(kuò)散控制區(qū)內(nèi)四個(gè)頂角為圓弧形的四邊形。通過大量的試驗(yàn)，我們驚奇地發(fā)現(xiàn)利用本發(fā)明所述的試劑擴(kuò)散控制區(qū)，反應(yīng)試劑被添加在電極上時(shí)可以形成擴(kuò)散均勻、厚度一致的試劑層，并且試劑層蓋滿了電極的整個(gè)活性區(qū)域。
[0046]根據(jù)實(shí)際需要的試劑量來確定反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制區(qū)6的深度和面積大小。在一個(gè)實(shí)施例中試劑擴(kuò)散控制區(qū)的深度為1-50微米，較佳的深度是3-30微米，優(yōu)選的深度為5-20微米。
[0047]當(dāng)上蓋8覆蓋在所述空間制造層7上，與空間制造層7的凹槽形成了一個(gè)添加樣品的通道10。為了能使樣品順利的流入通道并到達(dá)電極系統(tǒng)上，上蓋8還帶有加樣通道10的排氣孔11。
[0048]圖2是制造本發(fā)明圖3所示實(shí)施例的生物傳感器的方法。但本發(fā)明所述的制造方法不限于圖2所示步驟。
[0049]如圖2A所示，提供一個(gè)絕緣底板I，并在絕緣性底板上添加電極系統(tǒng)，本實(shí)施例所述的電極系統(tǒng)包括工作電極2、對(duì)電極3和參考電極4。在另一個(gè)實(shí)施方式中，電極系統(tǒng)包括工作電極2、對(duì)電極3和參考電極4，還包括如圖7所示的輔助擴(kuò)散電極12。
[0050]絕緣底板I可以選用但不限于以下各種材料:碳、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯樹脂和聚酯等絕緣性材料。在一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，底板可用聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成。所述底板厚度為3-10密耳，例如5密耳(mil，密耳，長(zhǎng)度單位，I密耳等于千分之一英寸，即0.0254毫米)的PET條帶可以提供適宜的支撐，14密耳的PET白膜同樣適用。當(dāng)然，許多不同的厚度在本發(fā)明中也可起到很好的作用。絕緣底板為電極和電極導(dǎo)線提供支持。
[0051]換一種方式說，本發(fā)明的制造生物傳感器的方法，包括下列步驟:
1)在絕緣性底板上形成電極系統(tǒng)；
2)在電極系統(tǒng)上形成一個(gè)絕緣層，該絕緣層覆蓋部分電極系統(tǒng)，并形成一個(gè)沒有絕緣層的封閉區(qū)域，該封閉區(qū)域具有一個(gè)不具尖角的封閉邊界；
3)向所述封閉區(qū)域添加反應(yīng)試劑，使反應(yīng)試劑覆蓋該封閉區(qū)域，但不超出該封閉區(qū)域的封閉邊界；
4)干燥所述反應(yīng)試劑。
[0052]可以采用各種方式將電極放置在絕緣底板I上。這些方式包括但不限于絲網(wǎng)印刷、噴墨印刷、粘合劑粘合、平版印刷和激光雕琢法等。銀或氯化銀、石墨、鈀、金、鉬、銥不銹鋼和其他合適的導(dǎo)電材料都可以作為電極的材料。電極也可以由這些材料組合而成，而并非單一的成分。例如，與反應(yīng)試劑接觸端的電極采用石墨，該電極的后端與檢測(cè)儀器接觸端采用銀材料。
[0053]如圖2B所示，當(dāng)電極系統(tǒng)在絕緣底板I上干燥成形后，將反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制層5放置在電極系統(tǒng)上，并且該控制層上的試劑擴(kuò)散控制區(qū)6正好位于電極系統(tǒng)的活性區(qū)域上。反應(yīng)試劑200被添加在試劑擴(kuò)散控制區(qū)6內(nèi)，并在電極活性區(qū)域上均勻擴(kuò)散，并且實(shí)際覆蓋在電極上的試劑面積與預(yù)選設(shè)定面積相同。
[0054]反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制層5通過粘合、熱封、超聲焊接或碾壓等方式被放置在電極系統(tǒng)上。反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制層5選自疏水性的材料，例如選自絕緣的聚苯乙烯、絕緣的疏水性油墨或膠。所述的膠可以是雙面膠、單面膠或轉(zhuǎn)移膠等。在一個(gè)實(shí)施方案中，反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制層5為一個(gè)雙面膠材料，其一面可以將控制層粘附在帶有電極系統(tǒng)的底板上，另一面與上蓋8粘合或與空間制造層7粘合。[0055]反應(yīng)試劑中含有一種或多種用于檢測(cè)液體樣品中被分析物存在與否或其含量的化學(xué)成分。例如，電化學(xué)生物傳感器的反應(yīng)試劑包括氧化還原酶和電子接受體，二者用來檢測(cè)樣品并產(chǎn)生一種電子檢測(cè)系統(tǒng)可測(cè)的反應(yīng)產(chǎn)物。在檢測(cè)血液中葡萄糖含量的實(shí)施方式中，反應(yīng)試劑含有葡糖氧化酶、氯化六氨合釕(III)、BSA、CaS04、TritonX-1OO和PVP等。通過絲網(wǎng)印刷、液體滴加、刮刀涂布和槽噴嘴的噴涂等工藝將反應(yīng)試劑添加在電極上。
[0056]如圖2C所示，當(dāng)添加在電極上的反應(yīng)試劑干燥后，將帶有凹槽9的空間制造層7放置在具有電極系統(tǒng)和反應(yīng)試劑的底板上。在帶有反應(yīng)試劑層的這一端，空間制造層覆蓋住不與樣品接觸的電極部分，并將反應(yīng)試劑層暴露在凹槽9中?？臻g制造層并沒有覆蓋住與帶有反應(yīng)試劑層的相對(duì)另一端的電極，使得這部分裸露的電極可以與檢測(cè)儀器300上的接腳接觸，如圖17所示連接方式?？臻g制造層通過粘合、熱封、超聲焊接或碾壓等方式被放置在電極系統(tǒng)上。其材料為絕緣疏水材料，例如粘合劑的材料。當(dāng)空間制造層采用絕緣的聚苯乙烯時(shí)，可以在該層的兩面均涂上粘合劑以粘附在試劑擴(kuò)散控制層5和上蓋8。在一個(gè)實(shí)施方式中，為使樣品在凹槽中順利流動(dòng)，可以對(duì)凹槽9進(jìn)行親水處理，例如對(duì)凹槽的表面涂覆表面活性劑或等離子處理，賦予與樣品接觸的凹槽表面具有親水性。
[0057]如圖2D所示，將上蓋8放置在空間制造層7之上，制得生物傳感器。如圖2E所示，上蓋8覆蓋在帶有凹槽的空間制造層上后，使得凹槽9成為了樣品進(jìn)入生物傳感器的通道
10。樣品從通道入口中進(jìn)入生物傳感器，并利用凹槽所形成的毛細(xì)管作用順利進(jìn)入并與反應(yīng)試劑接觸。上蓋材料可以是絕緣的疏水材料或其他性質(zhì)的材料。上蓋8具有排氣孔11，所述排氣孔11位于凹槽9上方并遠(yuǎn)離樣品通道入口端。
[0058]圖7是本發(fā)明所述的另一種生物傳感器100，包括絕緣性底板1，在絕緣性底板上包括有電極系統(tǒng)。所述的電極系統(tǒng)包括工作電極2、對(duì)電極3或參考電極4等功能性電極。在絕緣性底板上還包括輔助擴(kuò)散電極12，該輔助擴(kuò)散電極能協(xié)助滴加在功能性電極上的反應(yīng)試劑在電極上迅速均勻地?cái)U(kuò)散。在需要添加反應(yīng)試劑的電極系統(tǒng)的兩側(cè)具有輔助擴(kuò)散電極。例如，功能電極位于輔助擴(kuò)散電極之間，輔助擴(kuò)散電極位于功能性電極外側(cè)。輔助擴(kuò)散電極與功能性電極之間的距離適中，該距離使滴加在功能性電極上的反應(yīng)試劑的前端能觸碰到該輔助擴(kuò)散電極。
[0059]優(yōu)先的方案中輔助擴(kuò)散電極由多孔性材料制成，例如碳電極。本專利申請(qǐng)的發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，電極材料的多孔結(jié)構(gòu)會(huì)形成毛細(xì)管效應(yīng)，使到達(dá)該電極的溶液在毛細(xì)管作用下在該輔助電極上迅速擴(kuò)散，這種在輔助擴(kuò)散電極上的擴(kuò)散所產(chǎn)生的動(dòng)力大于液體的表面張力作用，促使溶液在電極上的快速擴(kuò)散達(dá)到預(yù)先設(shè)定的范圍。因此，當(dāng)反應(yīng)試劑擴(kuò)散后呈橢圓形狀、近似橢圓形狀、矩形、近似矩形或者其它的在某個(gè)方面的尺寸大于另一個(gè)方面的尺寸的形狀時(shí)，在距離反應(yīng)試劑擴(kuò)散后的形狀的中心點(diǎn)較遠(yuǎn)的位置處(比如橢圓長(zhǎng)軸的二端點(diǎn)的外側(cè)、矩形較短邊的外側(cè))設(shè)置擴(kuò)散性電極時(shí)，試劑在這個(gè)方向的擴(kuò)散速度會(huì)比不設(shè)置擴(kuò)散性電極的那個(gè)方向要快，因此，有利于使試劑在各個(gè)方向同時(shí)到達(dá)形狀的輪廓邊界，從而有利于提高試劑擴(kuò)散的均勻性。為達(dá)到此目的，可以在試劑擴(kuò)散速度相對(duì)較慢的任何位置處設(shè)置一個(gè)或者多個(gè)增加試劑擴(kuò)散速度的輔助擴(kuò)散電極。在另一個(gè)優(yōu)選方案中，輔助擴(kuò)散電極根據(jù)滴加溶液的性質(zhì)，預(yù)先對(duì)輔助擴(kuò)散電極做親水處理。
[0060]如圖7所述的實(shí)施方案中，生物傳感器還包括在電極系統(tǒng)上覆蓋有反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制層5，該控制層5上包括具有開口的反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制區(qū)6。試劑擴(kuò)散控制區(qū)6的開口面積與需要添加在電極上的試劑面積相同并正好位于電極活性區(qū)域之上。在反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制層5之上具有帶凹槽9的空間制造層7，上蓋8覆蓋在所述空間制造層7上并與空間制造層7的凹槽9形成了一個(gè)添加樣品的通道10。上蓋8還帶有排氣孔11，當(dāng)樣品通過毛細(xì)作用在通道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，位于樣品前端的氣體通過排氣孔11被排出通道，保證了樣品在通道內(nèi)的順利流動(dòng)。
[0061]反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制區(qū)6是不帶有尖角的孔，添加的反應(yīng)試劑在該控制區(qū)內(nèi)擴(kuò)散并能到達(dá)該控制區(qū)設(shè)定的所有區(qū)域。試劑擴(kuò)散控制區(qū)的形狀可以是帶有圓弧形邊的孔，例如圓形、橢圓形、葫蘆形等形狀。還可以是未出現(xiàn)尖角的其他形狀，例如擴(kuò)散控制區(qū)內(nèi)四個(gè)頂角為圓弧形的四邊形。
[0062]可以采用圖2所示方法制造圖7所示的生物傳感器。在制造過程中，在圖2A這一步添加電極系統(tǒng)的同時(shí)或之后或之前，輔助擴(kuò)散電極12被添加在絕緣底板上。圖7所示的生物傳感器也可以用其他方法制造。
[0063]換一種方式說，本發(fā)明的生物傳感器包括絕緣性底板I和位于絕緣性底板上的電極系統(tǒng)，在電極系統(tǒng)上包含有可與檢測(cè)樣品發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)試劑，所述的電極系統(tǒng)包括用于檢測(cè)的功能性電極(2、3、4)和用于控制反應(yīng)試劑擴(kuò)散的輔助擴(kuò)散電極(10、12)，功能性電極位于輔助擴(kuò)散電極之間。本發(fā)明包括至少兩個(gè)輔助擴(kuò)散電極。所述至少兩個(gè)輔助擴(kuò)散電極分別位于功能性電極的外側(cè)。輔助擴(kuò)散電極和功能性電極之間的距離，正好使添加在功能性電極上的反應(yīng)試劑的前端能觸碰到該輔助擴(kuò)散電極。功能性電極包括工作電極、對(duì)電極和參考電極，這些功能性電極與輔助電極并排排列，并且大致相互平行。所述輔助電極是二個(gè)，分別位于功能性電極的外側(cè)。包括覆蓋部分電極系統(tǒng)的絕緣層，該絕緣層在反應(yīng)試劑所在的位置處形成一個(gè)沒有絕緣層的封閉區(qū)域，反應(yīng)試劑位于該封閉區(qū)域內(nèi)的電極部分之上，所述由絕緣層圍成的封閉區(qū)域具有一個(gè)不具尖角的封閉邊界，反應(yīng)試劑覆蓋該封閉區(qū)域，并且不超出該封閉邊界。所述封閉邊界的形狀為圓形、橢圓形、兩個(gè)相對(duì)的橢圓形或四個(gè)頂角為圓弧形的矩形。所述絕緣層的厚度為3-30微米。
[0064]下面再解釋一下本發(fā)明的工作原理。
[0065]請(qǐng)參考圖18。圖18是現(xiàn)有技術(shù)中反應(yīng)試劑擴(kuò)散的一種情況。其中，標(biāo)號(hào)200是擴(kuò)散后的反應(yīng)試劑，標(biāo)號(hào)6是由絕緣材料圍成的封閉區(qū)域(在本申請(qǐng)中又稱之為反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制區(qū))，標(biāo)號(hào)7是空間制造層，標(biāo)號(hào)9是空間制造層7所形成的凹槽，空間制造層7用于形成此凹槽9的側(cè)壁與絕緣底板I和上蓋8共同形成了樣品通道10。經(jīng)過研究和實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)，那些位于通道10之外的反應(yīng)試劑(比如被空間制造層所覆蓋的那部分試齊IJ)基本上不參與和檢測(cè)樣品的反應(yīng)，只有那些位于通道10內(nèi)的反應(yīng)試劑才參與和檢測(cè)樣品的反應(yīng)，通道10內(nèi)的反應(yīng)試劑的量是影響檢測(cè)結(jié)果的重要因素。因此，有效地減少同一批次生產(chǎn)的不同產(chǎn)品之間通道內(nèi)的反應(yīng)試劑的量的偏差將有利于提高這些產(chǎn)品的檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0066]在現(xiàn)有技術(shù)中，由于由絕緣層形成的封閉區(qū)域6 (在本申請(qǐng)中又稱之為反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制區(qū))是方形、矩形等帶尖角的形狀，同一批次生產(chǎn)的不同產(chǎn)品在添加反應(yīng)試劑時(shí)，反應(yīng)試劑在封閉區(qū)域6內(nèi)擴(kuò)散后的形狀差異性較大(因?yàn)榉磻?yīng)試劑不容易覆蓋所有的尖角區(qū)域)，不同產(chǎn)品之間反應(yīng)試劑擴(kuò)散后的面積的差異性也較大，而添加的反應(yīng)試劑總量基本上是相等的，因此，不同產(chǎn)品之間反應(yīng)試劑擴(kuò)散后的厚度存在較大的差異，從而導(dǎo)致通道10內(nèi)的反應(yīng)試劑的量存在較大的差異。即，不同產(chǎn)品之間，通道10內(nèi)的反應(yīng)試劑的量的一致性較差。這將導(dǎo)致用同一批次生產(chǎn)的不同的產(chǎn)品檢測(cè)相同的樣品，得到的檢測(cè)結(jié)果偏差較大，從而導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。
[0067]請(qǐng)參考圖19。在本發(fā)明中，由于由絕緣層形成的封閉區(qū)域6 (在本申請(qǐng)中又稱之為反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制區(qū))是圓形、橢圓形或者其它不帶尖角的形狀，在添加液態(tài)的反應(yīng)試劑時(shí)，反應(yīng)試劑比現(xiàn)有技術(shù)更容易填充滿整個(gè)封閉區(qū)域6，而不容易留下一些沒有被反應(yīng)試劑覆蓋的“死角”。因此，同一批次生產(chǎn)的不同產(chǎn)品在添加反應(yīng)試劑時(shí)，反應(yīng)試劑在封閉區(qū)域6內(nèi)擴(kuò)散后的形狀差異性較小(基本上與封閉區(qū)域的形狀一致)，不同產(chǎn)品之間反應(yīng)試劑擴(kuò)散后的面積的差異性也較小(基本上等于封閉區(qū)域的面積)，而添加的反應(yīng)試劑總量基本上是相等的，因此，不同產(chǎn)品之間反應(yīng)試劑擴(kuò)散后的厚度基本上是相等的，從而通道10內(nèi)的反應(yīng)試劑的量基本上是相等的。即，不同產(chǎn)品之間，通道10內(nèi)的反應(yīng)試劑的量的一致性較好。這將使得用同一批次生產(chǎn)的不同的產(chǎn)品檢測(cè)相同的樣品，得到的檢測(cè)結(jié)果偏差較小，從而提高了檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0068]在本發(fā)明之采用增加輔助電極的技術(shù)方案中，研究和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在反應(yīng)試劑擴(kuò)散時(shí)不容易到達(dá)(包括在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)經(jīng)常不能到達(dá)和偶爾不能到達(dá))或者比其它區(qū)域明顯較晚到達(dá)的區(qū)域(該區(qū)域是應(yīng)該被反應(yīng)試劑覆蓋的)增加輔助電極的技術(shù)方案將提高反應(yīng)試劑在這些的區(qū)域的擴(kuò)散能力，因此該方案有利于促進(jìn)反應(yīng)試劑在封閉區(qū)域內(nèi)均勻擴(kuò)散并且覆蓋整個(gè)封閉區(qū)域，但不超出封閉區(qū)域的邊界，從而達(dá)到使反應(yīng)試劑擴(kuò)散后的厚度均勻的目的。在本專利申請(qǐng)中(包括但不限于說明書和權(quán)利要求)，反應(yīng)試劑填充、填充滿、恰好填充、恰好填充滿、覆蓋、恰好覆蓋(或者其它類似術(shù)語(yǔ))封閉區(qū)域6是指反應(yīng)試劑基本上完全覆蓋了封閉區(qū)域6的全部面積，但是又基本上不超出或者溢出該封閉區(qū)域6的邊界。根據(jù)上面的分析，該技術(shù)方案提高了檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0069]實(shí)施例1采用橢圓形試劑擴(kuò)散控制區(qū)在電極上添加反應(yīng)試劑
如圖3所示的生物傳感器包括絕緣性底板1，工作電極2、對(duì)電極3和參考電極4。在電極系統(tǒng)上覆蓋有反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制層5，該控制層5上包括一個(gè)具有橢圓形的反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制區(qū)6，該試劑擴(kuò)散控制區(qū)6的開口面積與電極所需要添加的試劑面積相同并正好位于電極活性區(qū)域之上。本實(shí)施例所述的生物傳感器還包括空間制造層7和帶有排氣孔的上蓋8。
[0070]在生物傳感器制造過程中通過點(diǎn)液的方法將反應(yīng)試劑通過橢圓形的試劑擴(kuò)散控制區(qū)添加到電極上。在反應(yīng)試劑添加到電極系統(tǒng)上后，用數(shù)碼體式顯微鏡(顯微鏡型號(hào)M0TICAM 2306，制造商麥克迪奧實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司)對(duì)試劑在電極上的分布情況進(jìn)行拍照，以觀察反應(yīng)試劑在電極上的分布情況圖。如圖4顯示，添加在電極上的反應(yīng)試劑擴(kuò)散均勻，也沒有試劑溢出試劑擴(kuò)散控制區(qū)限定的邊線6-1。并且反應(yīng)試劑200鋪滿由邊線6-1設(shè)定的整個(gè)試劑區(qū)，整個(gè)控制區(qū)都顯示了反應(yīng)試劑的顏色。因此本實(shí)施例所述的生物傳感器中反應(yīng)試劑在電極上分布的一致性良好。
[0071]實(shí)施例2采用圓形試劑擴(kuò)散控制區(qū)在電極上添加反應(yīng)試劑
如圖5所示是反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制區(qū)6的形狀為圓形的反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制層5。在生物傳感器制造過程中通過點(diǎn)液的方法將反應(yīng)試劑通過圓形的試劑擴(kuò)散控制區(qū)添加到電極上。在反應(yīng)試劑添加到電極系統(tǒng)上后，用數(shù)碼體式顯微鏡(顯微鏡型號(hào)M0TICAM 2306,制造商麥克迪奧實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司)對(duì)試劑在電極上的分布情況進(jìn)行拍照，以觀察反應(yīng)試劑在電極上的分布情況圖。如圖6顯示，添加的反應(yīng)試劑在工作電極2、對(duì)電極3和參考電極上均勻擴(kuò)散，也沒有試劑溢出試劑擴(kuò)散控制區(qū)限定的邊線6-1。并且反應(yīng)試劑200鋪滿整個(gè)試劑區(qū)，即整個(gè)控制區(qū)都顯示了反應(yīng)試劑的顏色。因此本實(shí)施例所述的生物傳感器中反應(yīng)試劑在電極上分布的一致性良好。
[0072]實(shí)施例3在帶有輔助擴(kuò)散電極的電極系統(tǒng)上添加反應(yīng)試劑
如圖7所示的生物傳感器的電極系統(tǒng)包括功能電極2、3、4和輔助電極12。該生物傳感器還包括帶有橢圓形6的反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制層5。在生物傳感器制造過程中通過點(diǎn)液的方法將反應(yīng)試劑通過橢圓形的試劑擴(kuò)散控制區(qū)添加到電極上。在反應(yīng)試劑添加到電極系統(tǒng)上后，用數(shù)碼體式顯微鏡(顯微鏡型號(hào)M0TICAM 2306，制造商麥克迪奧實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司)對(duì)試劑在電極上的分布情況進(jìn)行拍照，以觀察反應(yīng)試劑在電極上的分布情況圖。如圖8顯示，添加的反應(yīng)試劑在電極上均勻擴(kuò)散，也沒有試劑溢出試劑擴(kuò)散控制區(qū)限定的邊線6-1。并且反應(yīng)試劑200鋪滿整個(gè)試劑區(qū)，即整個(gè)控制區(qū)都顯示了反應(yīng)試劑的顏色。因此本實(shí)施例所述的生物傳感器中反應(yīng)試劑在電極上分布的一致性良好。
[0073]實(shí)施例4采用雙圓型試劑擴(kuò)散控制區(qū)結(jié)合輔助擴(kuò)散電極的設(shè)計(jì)
如圖9所示是帶有雙圓形6的反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制層5。頭對(duì)頭的雙圓形試劑擴(kuò)散控制層可用于同時(shí)制造兩個(gè)生物傳感器。在制造生物傳感器的過程中，在絕緣底板上頭對(duì)頭的放置兩套電極系統(tǒng)，包括工作電極2、對(duì)電極3和參考電極4，并且包括輔助擴(kuò)散電極12。如圖9中包括三個(gè)輔助擴(kuò)散電極12，其中兩個(gè)在兩套功能性電極(工作電極2、對(duì)電極3和參考電極4)的最外端，另一個(gè)在兩套功能性電極的中間作為共用的輔助擴(kuò)散電極。將圖9所示的反應(yīng)試劑擴(kuò)散層放置在該電極系統(tǒng)之上后，往電極系統(tǒng)上滴加反應(yīng)試劑。
[0074]在生物傳感器制造過程中通過點(diǎn)液的方法將反應(yīng)試劑通過橢圓形的試劑擴(kuò)散控制區(qū)添加到電極上。在反應(yīng)試劑添加到電極系統(tǒng)上后，用數(shù)碼體式顯微鏡(顯微鏡型號(hào)M0TICAM 2306，制造商麥克迪奧實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司)對(duì)試劑在電極上的分布情況進(jìn)行拍照，以觀察反應(yīng)試劑在電極上的分布情況圖。如圖10顯示，添加的反應(yīng)試劑擴(kuò)散均勻，也沒有試劑溢出試劑擴(kuò)散控制區(qū)限定的邊線6-1。并且反應(yīng)試劑200鋪滿整個(gè)試劑區(qū)，即整個(gè)控制區(qū)都顯示了反應(yīng)試劑的顏色。因此本實(shí)施例所述的生物傳感器中反應(yīng)試劑在電極上分布的一致性良好。
[0075]實(shí)施例5采用頂角為弧形的雙矩形試劑擴(kuò)散控制區(qū)結(jié)合輔助擴(kuò)散電極的設(shè)計(jì) 如圖11所示是頂角為弧形的雙矩形試劑擴(kuò)散控制區(qū)6的反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制層5。這種
雙矩形試劑擴(kuò)散控制層可用于同時(shí)制造兩個(gè)生物傳感器。在制造生物傳感器的過程中，在絕緣底板上頭對(duì)頭的放置兩套電極系統(tǒng)包括工作電極2、對(duì)電極3和參考電極4。還包括輔助擴(kuò)散電極12。如圖11中包括三個(gè)輔助擴(kuò)散電極12，其中兩個(gè)在兩套功能性電極的最外端，另一個(gè)在兩套功能性電極的中間為共用的輔助擴(kuò)散電極。將圖11所示的反應(yīng)試劑擴(kuò)散層放置在該電極系統(tǒng)之上后，往電極系統(tǒng)上滴加反應(yīng)試劑。
[0076]在生物傳感器制造過程中通過點(diǎn)液的方法將反應(yīng)試劑通過具有圓弧形頂角的矩形的試劑擴(kuò)散控制區(qū)添加到電極上。在反應(yīng)試劑添加到電極系統(tǒng)上后，用數(shù)碼體式顯微鏡(顯微鏡型號(hào)M0TICAM 2306,制造商麥克迪奧實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司)對(duì)試劑在電極上的分布情況進(jìn)行拍照，以觀察反應(yīng)試劑在電極上的分布情況圖。如圖12顯示，添加的反應(yīng)試劑擴(kuò)散均勻，也沒有試劑溢出。并且反應(yīng)試劑鋪滿整個(gè)試劑區(qū)，即整個(gè)控制區(qū)都顯示了反應(yīng)試劑的顏色。因此本實(shí)施例所述的生物傳感器中反應(yīng)試劑在電極上分布的一致性良好。
[0077]實(shí)施例6采用直角長(zhǎng)方形試劑擴(kuò)散控制區(qū)在電極上添加反應(yīng)試劑
如圖13所示是依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法制造生物傳感器。在絕緣性底板I上添加電極系統(tǒng)，將帶有矩形試劑擴(kuò)散控制區(qū)6的擴(kuò)散控制層5覆蓋在電極上，并且矩形試劑擴(kuò)散控制區(qū)正好位于電極的活性區(qū)域，即電極需要添加反應(yīng)試劑的區(qū)域。通過點(diǎn)液的方法將反應(yīng)試劑通過試劑擴(kuò)散控制區(qū)這個(gè)槽孔添加到電極上，然后蓋上空間制造層7和上蓋8。
[0078]在反應(yīng)試劑添加到電極系統(tǒng)上后，用數(shù)碼體式顯微鏡(顯微鏡型號(hào)M0TICAM2306，制造商麥克迪奧實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司)對(duì)試劑在電極上的分布情況進(jìn)行拍照，以觀察反應(yīng)試劑在電極上的分布情況圖。如圖14顯示，添加的反應(yīng)試劑不能覆蓋整個(gè)矩形區(qū)，在矩形擴(kuò)散控制區(qū)的四個(gè)頂端50處，都沒有試劑到達(dá)，而在矩形區(qū)兩側(cè)又有添加的試劑溢出，這就造成了在電極上的試劑厚度不均勻。
[0079]實(shí)施例7生物傳感器對(duì)標(biāo)準(zhǔn)品中葡萄糖含量測(cè)定的準(zhǔn)確性分析
配置葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品溶液，并用實(shí)施例3和實(shí)施例6中的生物傳感器測(cè)定該標(biāo)準(zhǔn)溶液中的葡萄糖含量。
[0080]表I和圖15是利用本發(fā)明所述實(shí)施例3的生物傳感器測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)品中的葡萄糖含量。實(shí)施例3中的生物傳感器其電極系統(tǒng)包括輔助擴(kuò)散電極，并且還包括具有橢圓形擴(kuò)散控制區(qū)的反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制層。測(cè)定結(jié)果表明，其測(cè)定的相關(guān)系數(shù)R2值達(dá)到了 0.9993。表2和圖16是利用現(xiàn)有技術(shù)中實(shí)施例6的生物傳感器測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)品中的葡萄糖含量。實(shí)施例6中的生物傳感器不包括輔助擴(kuò)散電極，并且反應(yīng)試劑擴(kuò)散控制區(qū)是一個(gè)頂角為直角的矩形。測(cè)定結(jié)果表明，其測(cè)定的相關(guān)系數(shù)R2值僅為0.9941。
[0081 ] 表I利用實(shí)施例3中的生物傳感器測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)品中葡萄糖含量的測(cè)定結(jié)果
【權(quán)利要求】
1.生物傳感器，其特征在于，包括絕緣性底板和位于絕緣性底板上的電極系統(tǒng)，在電極系統(tǒng)上包含有可與檢測(cè)樣品發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)試劑和絕緣層，該絕緣層覆蓋部分電極系統(tǒng)，但在反應(yīng)試劑所在的位置處形成一個(gè)沒有絕緣層的封閉區(qū)域，反應(yīng)試劑位于該封閉區(qū)域內(nèi)的電極部分之上，所述由絕緣層圍成的封閉區(qū)域具有一個(gè)沒有尖角的封閉邊界，反應(yīng)試劑覆蓋該封閉區(qū)域，并且不超出該封閉邊界。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其特征在于，所述封閉邊界的形狀為圓形、橢圓形、兩個(gè)相對(duì)的橢圓形或四個(gè)頂角為圓弧形的矩形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物傳感器，其特征在于，反應(yīng)試劑恰好填充滿所述封閉區(qū)域，反應(yīng)試劑覆蓋區(qū)域的面積與封閉區(qū)域的面積相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物傳感器，其特征在于，所述絕緣層的厚度為1-50微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物傳感器，其特征在于，所述絕緣層的厚度為3-30微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物傳感器，其特征在于，所述絕緣層的材料為疏水性材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其特征在于，在電極系統(tǒng)之被檢測(cè)試劑覆蓋的電極部分的二側(cè)還各包括一個(gè)輔助擴(kuò)散電極，所述輔助擴(kuò)散電極與被檢測(cè)試劑覆蓋的電極部分并排排列。
8.—種制造生物傳感器的方法，包括: 1)在絕緣性底板上形成電極系統(tǒng)； 2)在電極系統(tǒng)上形成一個(gè)絕緣層，該絕緣層覆蓋部分電極系統(tǒng)，并形成一個(gè)沒有絕緣層的封閉區(qū)域，該封閉區(qū)域具有一個(gè)不具尖角的封閉邊界； 3)向所述封閉區(qū)域添加反應(yīng)試劑，使反應(yīng)試劑覆蓋該封閉區(qū)域，但不超出該封閉區(qū)域的封閉邊界； 4)干燥所述反應(yīng)試劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述封閉區(qū)域的封閉邊界是圓形、橢圓形或四個(gè)頂角為圓弧形的方形體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述絕緣層的厚度為3-30微米。
【文檔編號(hào)】G01N27/26GK103454321SQ201310104732
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月28日
【發(fā)明者】章子毅, 葛浣溪 申請(qǐng)人:利多(香港)有限公司