專利名稱：一次性生物傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于可測量溶液中一種物質含量的生物傳感器。這種生物傳感器可在水溶液中檢測一種物質的存在、測量一種物質的濃度和在一定時間內監(jiān)測其濃度的變化。
可測量溶液中一種物質含量的生物傳感器有多種類型，如基于電流測量的金屬電極生物傳感器，基于電位測量的離子敏感場效應晶體管生物傳感器，光纖生物傳感器以及熱敏電阻生物傳感器等。盡管眾多類型的生物傳感器已在國內外得到研制，但由于所采用的制造工藝不適合于批量化、自動化生產，因而難以實現(xiàn)商品化。文獻Bioseneors，3，317－318(1998)和Sensors and Actuators B，8，59－64(1992)報道了一種可達到并適合于商品化生產的生物傳感器。這種生物傳感器的外形為長方形薄片，在聚酰亞胺襯底上，以絲網印刷方式首先印上兩條銀導電條，在其中一條上印上石墨導電層，再涂覆含電子傳受體的固定化葡萄糖氧化酶膜，用于檢測葡萄糖；在另一銀條上，印上氯化銀層，再以封裝材料封閉薄片表面，在薄片一端露出附著有固定化酶膜的電極和氯化銀電極，成為測量樣品的敏感部位，在薄片另一端露出一部分電極，使薄片與測量儀相接。最后，在敏感部位上貼有尼龍網，起保護固定化酶膜的作用。在該生物傳感器的結構中，由于參考電極與工作電極是做于一個襯底上，使用后與工作電極一同廢棄，因而提高了分析費用，造成浪費。另外，制造工藝中包含了制造參考電極的工藝過程，所以制造工藝復雜。由于該生物傳感器屬平面結構，由敏感區(qū)到接觸端需要有一段距離做過渡，因而體積難于縮小，且較難實現(xiàn)集成包裝，給攜帶和貯存帶來不便。
本實用新型的目的是提供一種在片狀金屬襯底上以印刷方法依次涂覆導電層，保護環(huán)，化學修飾層，固定化生物活性膜，以及抗干擾膜而構成片狀的一次性生物傳感器。
生物傳感器與被測溶液接觸時，被測物質的分子將穿過抗干擾膜到達固定化生物活性膜，而較大分子或具有與被測物質不同電性的物質分子將被阻擋。被測物的分子在固定化生物活性膜中被處于氧化態(tài)的生物活性物質(如酶)氧化，同時生物活性物質轉化為還原態(tài)，進而被下層的電子媒介體氧化而恢復為氧化態(tài)，電子媒介體同時變?yōu)檫€原態(tài)。還原態(tài)的電子媒介體在處于一定電位下的導電層表面釋放出電子，并恢復為氧化態(tài)，以上過程循環(huán)進行。由電子媒介體釋放出的電子引起測量電流的變化，并通過金屬襯底傳給測量電路，由測量電路檢測的電流變化量可反映被測物質的濃度。
本實用新型與目前已有的生物傳感器相比，由于采用了片狀導電結構，因而具有更小的面積和體積，從而節(jié)省了制造材料和分析樣品的體積。同時，由于采用了分立的參考電極，從而簡化了制造工藝，也避免了浪費。測量時對被測樣品的需要量很小，從幾微升到幾毫升，都可正常工作。此外，由于該傳感器的體積很小，形如藥片，適合于機械化集成包裝，便于攜帶、貯存和運輸。
該傳感器的設計方案結合
如下。
附圖1是生物傳感器的結構示意圖。
在附圖1(a)中，由金屬襯底1，印刷導電層2，保護環(huán)3構成基礎電極。導電層可以是混有超細石墨粉的膠粘劑，也可以是其他惰性金屬粉末的膠粘劑，其作用是生成具有電化學穩(wěn)定的，導電的薄膜，作為傳感器的工作電極。保護環(huán)可以是硅橡膠、油墨等耐水、耐酸堿腐蝕的材料，其作用是限定作為工作電極的導電層的中心部位與溶液接觸的幾何尺寸，并隔離傳感器表面的其余部分，防止水溶液的浸蝕。該基礎電極可用于檢測具有電化學活性的物質。在基礎電極表面以旋涂或滴加的方法依次形成化學修飾層4、固定化生物活性膜5和抗干擾膜6?；瘜W修飾層是由電子媒介體組成，如二茂鐵及其衍生物、苯醌、有機染料等，其作用是催化電極表面的電化學氧化還原過程，降低測量電壓，提離檢測靈敏度。固定化生物活性膜可以是固定化酶膜、固定化微生物膜、固定化生物組織膜以及固定化抗原抗體膜等，其作用是催化被測的有機物質，使其生成能夠被基礎電極檢測的具有電化學活性的產物。當測量不同物質時，可選用相應的固定化生物活性膜?？垢蓴_膜可以是纖維素膜、離子交換樹脂等，其作用是阻擋大分子物質到達電極表面，避免干抗和防止污染。制作完畢后的生物傳感器的外形如附圖1(b)7所示。
測量時，生物傳感器與可重復使用的參考電極構成測量回路，傳感器輸出的電信號經測量電路處理后顯示溶液中一種物質的濃度。如對葡萄糖的測量，線性測量范圍是0.5－25mmol／L，最離檢測限達55mmol／L，響應時間是25秒，每次測量時間是30－45秒。經封裝后的生物傳感器在4℃下保存，有效期8至12個月。使用基礎電極，以陽極溶出伏安法測量溶液中鉛離子的濃度，線性測量范圍達0.05－100μg／L。
本實用新型可在基礎電極表面進行化學修飾，構成化學修飾電極，也可涂覆多種固定化酶膜、固定化微生物膜、生物組織固定化膜，從而構成酶生物傳感器，微生物傳感器和生物組織傳感器，實現(xiàn)對多種物質的測量。基礎電極可作為電化學檢測器，用于測定重金屬離子的濃度。
這種生物傳感器適用于臨床檢驗、家庭監(jiān)護、環(huán)境監(jiān)測、健康檢查、勞動保護、化工過程監(jiān)測、發(fā)酵過程控制等領域。
權利要求1.一種一次性生物傳感器，其特征是在片狀金屬襯底上印刷導電層、保護環(huán)、化學修蝕層、固定化生物活性膜和抗干擾膜。
專利摘要本實用新型屬于可測量溶液中一種物質含量的一次性生物傳感器。該傳感器是以片狀金屬為導電襯底，以印刷工藝在其表面涂覆導電層及絕緣保護環(huán)，形成基礎電極，在基礎電極的表面涂覆電子傳受體膜，固定化酶膜及抗干擾膜，形成可測量水溶液中一種物質的生物傳感器。基礎電極也可作為電化學檢測器，用于測定重金屬離子的濃度。
文檔編號G01N27/26GK2195757SQ9421291
公開日1995年4月26日 申請日期1994年5月26日 優(yōu)先權日1994年5月26日
發(fā)明者于鵬光, 董紹俊 申請人:中國科學院長春應用化學研究所