專利名稱：具多功能取樣方式之生化感測器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種生化感測器，更具體而言，涉及一種用以檢測檢體中生化成分含量或濃度的電流式片狀生化感測器。
生化分析儀一般可分為濕式、干式及生化感測器三種；濕式生化分析儀是將檢品與試劑(通常含顯色劑)混合，進行化學反應，再以光學判讀裝置例如比色計，分光光度計等測讀前后的顏色變化。以此種方式測試的檢品不能使用全血，因此須經前處理，且儀器較昂貴，以及非專業(yè)人員無法操作等限制，因此，常用在醫(yī)院及檢驗所使用。干式生化分析儀則是在試片表面涂布化學試劑，酶或抗體等，直接與檢品接觸，來進行分析，省去了試劑配制并且操作方法簡化，但仍然是以呈色法之原理來測定的；這種分析儀之試片容易氧化變色，易受檢品顏色干擾，因此亦無法使用全血。
生化感測器由生物元件、薄膜元件及傳感器所組成，其中的生物元件是一種包括了微生物、細胞、組織、酶、抗原或抗體等具有特異性辨識能力的生物材料；薄膜元件一般為高分子材料，用以固定前述的生物元件及篩除干擾物質；傳感器則包括電極，離子選擇性場效晶體、熱敏電阻器、壓電裝置、光纖、光電管及聲波計數器等，其中過氧化氫電極是目前應用最廣的生化感測器用傳感器之一。
以分析血糖之生化感測器為例，其原理是將葡萄糖氧化酶固定于薄膜上并將此薄膜緊套于柱狀的過氧化氫電極表面，再于白金陽極和銀/氯化銀陰極施予極化電位，經由葡萄糖氧化酶催化葡萄糖氧化反應使產生過氧化氫，過氧化氫可繼續(xù)在陽極表面附近被氧化成水，且同時釋出電子，依據電子之釋出量可推算出檢品中之葡萄糖濃度。
前述的柱狀電極須經常拋光，且套膜不易、清洗困難，因此易交叉污染，不易校正，不易作成丟棄型，以及制作成本偏高等缺點，實際使用不便，因此便有試片狀電極之開發(fā)，以克服柱狀電極之缺點，利于工業(yè)化制作。
美國專利5，120，420公開了一種片狀生化檢測電極，包括電極部分、絕緣層、作用層，以及位于該作用層上方的以樹脂板及親水性質上蓋板造成檢體承載空間，其中該檢體承載空間須具有一個檢體吸入口與一個氣體排出口；其中該作用層之形成，乃是依序于該電極基板部分覆上羧基甲基纖維素(CMC)水溶液，干燥后形成一層CMC層，繼續(xù)在其上噴覆葡萄糖氧化酶溶液(GOD)，然后干燥，再于其上噴覆含有導電介質的有機相懸浮液，予以干燥便完成生化反應區(qū)，最后于基板上覆上造成檢體承載空間之樹脂板及親水性材料之上蓋板以完成該板狀生化檢測電極。
該生化檢測電極的缺點在于第一，完成作用反應區(qū)需要三個步驟形成CMC層用以改善碳質電極表面之疏水性、形成GOD層以及形成導電介質，且每一步驟完成前須先經干燥，步驟繁雜第二，取樣方式為接觸電極試片的尖端后，將檢品導入反應區(qū)，取樣口只有一個位置。
美國專利5，628，890揭示另一種片狀生化檢測電極，包括一個電極部分、一個絕緣層、一個作用層，位于該作用層上方的親水性雙層網，以及覆蓋雙層網的上蓋層。其電極為三極式，先印制碳層再印制銀層。反應區(qū)中之工作極、參考極與對極分別再覆上生物活性物質、銀/氯化銀及導電介質。隨后再披覆兩層網布，該雙層網布必須為親水處理，以便利于樣品之導入，而當血液樣品加入親水雙層網，易被親水網之親和力作用而限制在作用層上，之后于網布上再貼合一層上蓋，于上蓋層留下一取樣口。上述之檢測電極不僅制作程序復雜，網布多層且需要親水處理，取樣口只有一個，血樣加入試片時無法判別是否已確實導入反應區(qū)，而且血樣需求量高，高達10微升(μl)以上。
本發(fā)明即針對前述現有技術的缺點，將反應成分混合在一起，一次加入反應層，并于試片樣品吸入缺口上面，加上一層網狀覆蓋層，可在網狀覆蓋層與反應層間產生毛細吸引力，由試片旁邊之缺口加入樣品，使取樣容易，或若網狀覆蓋為親水層，樣品可由網狀覆蓋藉親水性由試片上方加入，因此提供一種制作簡單、檢測方便且有效的生化感測器。
本發(fā)明的一個目的在于提供一種生化感測器，其具有多元之取樣位置，可以檢體滴放、或使試片靠近檢體如靠近人體耳下垂處的方式進行檢體的取樣，因此非常方便取樣。
本發(fā)明之又一目的在于提供一種生化感測器，其可以輕易且迅速地將檢體導入反應層，以有效取得檢體進行檢測反應。
本發(fā)明之另一目的在于提供一種生化感測器，其可以減少檢體的取樣量，采血量在5微升以下，進一步減少患者的痛楚。
本發(fā)明之更一目的在于提供一種制造簡便的生化感測器，其不須分層干燥，即可在表面形成一均勻平整的生物性反應層，而且依然可以達到準確性的要求。
為達到上述目的并避免現有技術的缺點，本發(fā)明提供一種生化感測器，用以檢測檢體中生化成分之含量，包含一塊電絕緣基板；一個位于該基板上的陽極部分，其兩端分別形成一個工作電極以及一個陽極接頭；一個位于該基板上的陰極部分，其兩端分別形成一個參考電極以及一個陰極接頭；一層位于該工作電極以及該參考電極上之反應層，用以與檢體接觸以產生化學反應；一層位于該基板上之電絕緣層，其具有一個用以容納該檢體至該反應層之缺口以及一個缺口的開口端；以及一層位于該反應層片上之網狀覆蓋層，其至少覆蓋部分該缺口；藉此，該檢體可以藉由該網狀覆蓋層之親水性由網狀覆蓋層上面加入樣品或藉由網狀覆蓋層與反應層間所產生之毛細吸引力由該缺口的開口端到達反應層。其中該反應層系由酶、載體以及電子媒介物(mediator)及表面活性劑之配方所組成。
本發(fā)明生化感測器之網狀覆蓋層為親水性網狀材料或疏水性網狀材料或金屬網，其提供毛細作用力以輕易且迅速有效地將檢體由生化感測器旁邊缺口之開口端導入反應層進行檢測。
該缺口的開口端作為檢體的接觸點，可用以靠近并接觸患者身上的檢體取樣處，使檢體由該缺口的開口端進入反應層進行檢測；只要將生化感測器靠近患者，就可以有效取得檢體，取樣方便。于一優(yōu)選實施方案中，該基板于該缺口的開口端下緣處還具有一半圓形的突出部，以作為檢體的接觸點，該半圓形的突出部不僅易于辯識且能更接近取樣點以方便取樣，并且舒緩患者接觸感測器時的感覺。
藉由本發(fā)明的揭示，制造廠商得以方便地生產生化感測器、檢驗人員得以簡便且有效地取得檢體進行檢測、患者的不便減到最低、而且能夠得到準確的檢測結果，可謂一舉數得。
本發(fā)明之前述和其他目的、優(yōu)點以及如何達成之技術內容，將根據下列詳細說明配合附圖作進一步說明，附圖中

圖1是根據本發(fā)明的一個實施方案的生化感測器之結構分解圖；圖2是該實施方案之結構外觀圖；圖3是該實施方案之上視圖；圖4是該實施方案在圖3之A斷面的剖面圖；以及圖5是根據本發(fā)明的一個實施方案的生化感測器與YSI血糖分析儀檢測血液中血糖濃度的結果比較圖。
請參考圖1至4，根據本發(fā)明的一個實施方案的生化感測器1，是用以檢測檢體中生化成分之含量的，該生化感測器包含一塊電絕緣基板2；一個位于該基板2上之陽極部分3，其兩端分別形成一個工作電極4(如圖3所示)以及一個陽極接頭5；一個位于該基板2上之陰極部分6，其兩端分別形成一個參考電極7(如圖3所示)以及一個陰極接頭8。
該基材2具有平直的表面、電絕緣的特性以及可耐40℃～200℃加溫處理的耐熱能力，以便于加溫處理以及增加該陽極部分3以及陰極部分6導電度及附著性，適用之基材2的材料包括但不限于PVC板、聚酯、電木板、玻璃纖維板(FR-4)板、PET板、PC、PP、PE、PA、PS板、玻璃板、或陶瓷(CEM-1)。
該陽極部分3以及陰極部分6為兩條分離且互相不接觸的導電膜，用以連接于感測裝置(未示出)。
陽極部分3于部分覆蓋一層電絕緣層10及10，之后，裸露兩端分別是用以連接感測裝置的陽極接頭5以及其上覆蓋有一層作為反應層9的生物活性層之工作電極4(請參考圖3)，用以傳導檢體在化學或生化反應時所誘發(fā)之電效應至該感測裝置。陰極部分6于部分覆蓋一層電絕緣層10及10，之后，裸露兩端則分別是該用以連接感測裝置的陰極接頭8以及其上覆蓋有一作為反應層9的生化活性層之參考電極7(請參考圖3)，用以配合工作電極4對檢體的電效應進行檢測。
本發(fā)明之生化感測器1另包含一位于該工作電極4以及該參考電極7上之反應層9(請參考圖4)，其為一層生化活性層，用以與檢體接觸以產生化學反應。其中該反應層并不與前述之電絕緣層重疊。
該反應層9由一生化活性物質的組成配方置于基板2之陰極電極上后所形成，該反應層由酶、載體、電子媒介物及表面活性劑之配方所組成。于具體實施例中，該載體使用量為配方的重量0.05％至1.5％，可使用之載體有超微粒纖維素、甲基纖維素(MC)、羧基甲基纖維素(CMC)、淀粉、乙烯醇、乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇(PEG)或明膠(gelatin)等。
可選用的組成配方如下酶，如葡萄糖氧化酶，使用量200～1200U/ml酶保護劑，使用最為配方重量的0.1％至1.0％，可用之保護劑有白蛋白、糊精、葡萄聚糖、氨基酸等，上述之保護劑可單獨使用一項或多項混合使用；電子媒介物，使用量為配方重量的2.0％至10.0％，可用之導電介質有赤血鹽(鐵氰化鉀)；表面活性劑，占配方重量的0.1％以下，可使用之表面活性劑有烷基苯聚乙二醇醚(Triton X-100)、Triton X-405、Triton X-114、十二烷基硫酸鈉溶液(sodium lauryl sulfate)、聚氧乙烯化失水山梨糖醇單月桂酸酯(吐溫20)、吐溫40、吐溫60、吐溫80或其它水溶性表面活性劑或清潔劑。
本發(fā)明之生化感測器1另包含一位于該基板2上之電絕緣層10及10，其具有一個用以容納該檢體至該反應層9之缺口11(高度0.25～0.3毫米)以及一個缺口的開口端12。該電絕緣層可選自PP、PVC、PET、PC或PE。
該電絕緣層10及10′于覆蓋上基板2之后，除了使裸露的一端陽極部分3以及陰極部分6分別形成陽極接頭5以及陰極接頭8，更于另一端由該缺口中11所局限的區(qū)域分別形成工作電極4以及參考電極7。在優(yōu)選的實施方案中，該工作電極4之面積為參考電極7之面積的2至3倍。
由該缺口11所局限的區(qū)域與該缺口11以下的反應層9形成所謂的反應區(qū)域，以容納檢體并進行反應。反應區(qū)域上方之電絕緣層10的厚度一般為0.25至0.30毫米。
本發(fā)明之生化感測器1還包含一層位于該電絕緣片10上之網狀覆蓋層13，用以保護反應層以及促進與檢體的毛細作用，其至少覆蓋部分該缺口11；藉此，該檢體可以藉由該網狀覆蓋層13與反應層9之間所產生之毛細吸引力由該缺口的開口端12到達反應膜層9。
該網狀覆蓋層13可選自親水性網狀材料或疏水性網狀材料或金屬網，其網目數目包括但不限于60至300目。當網狀覆蓋層13由親水性網狀材料所組成時，對親水性的檢體而言，檢體可由缺口開口端12導入或由網狀覆蓋層開口上方，如圖4之a方向導入。當網狀覆蓋層13是由疏水性網狀材料所組成時，對于親水性的血液檢體而言，其親和性較弱，因此檢體主要是由缺口的開口端12藉毛細現象導入。該網狀覆蓋層亦可為經過表面活性劑處理之疏水性網狀材料，使檢體可經由圖4之a或b方向導入；其中該表面活性劑選自Triton X-100，Triton X-405，Triton X-114，十二烷基硫酸鈉溶液、聚氧乙烯化失水山梨糖醇單月桂酸酯(吐溫20)，吐溫40，吐溫60，吐溫80或其它水溶性表面活性劑或清潔劑。
本發(fā)明生化感測器1將檢體導入反應層9的方式有二，當網狀覆蓋層為親水性時，由于親水性網狀覆蓋層13所提供的親水性作用，檢體可以由如圖4所示之第一檢體導入方向a滴放，或由第二檢體導入口方向b藉毛細作用導入，由此方向導入，生化感測器可直接靠近檢體，檢體得以迅速而全面地被吸往反應層9，不僅得以確保有效的檢測結果，而且可以減少檢體的滴放量；再者，若網狀覆蓋層為疏水性時，檢體也可以由第二檢體導入方向b進入反應層9，這種方式是將生化感測器直接靠近患者身體，例如于患者耳下以細針穿刺使滴出小血滴，而將生化感測器靠近該血滴，使血滴由第二檢體導入方向b進入反應層9，如此檢體的采樣量可以降到最低。
糖尿病患者在使用血糖試片時采血量多，尤其是較嚴重的患者，一天內常要進行多次的采樣以進行監(jiān)控，若能在血液需求量上減少，便能使用較纖細的采血針，使患者的傷口及疼痛減到最低。再者，血樣加到電極試片上時容易因為血量少而涂抹試片，進而造成量測上的誤差。本發(fā)明可降低血糖電極試片在量測時的血液需求量，并且改進采血樣的方式。
在一個優(yōu)選的實施方案中，該生化感測器1之基板2于該缺口的開口端12下緣處還具有一半圓形的突出部14，以作為檢體的接觸點。該半圓形的突出部不僅能使之更接近取樣點以方便取樣，并且舒緩患者接觸感測器時的感覺。
不同于現有技術，如美國專利5，120，420及5，628，890，本發(fā)明采用單層網布結構材料附著于反應區(qū)上方，由于網布材料上有很多孔洞在反應區(qū)之缺口開口端12處容易產生毛細現象，因此造成采血容易，不論是疏水性或親水性網布結構材料均可使用于作為生化感測器之電極試片反應區(qū)上面。若網狀覆蓋為疏水性時，樣品可由b方向吸入，若為親水性，樣品可由a方向或b方向吸入。
本發(fā)明生化感測器1之片狀電極的制造過程簡單，更能提高品質；其制作流程之步驟依序如下步驟一，首先在1一片平板狀基板2之任一平直表面上，以網版印刷技術印出一層包含有一個陽極部分3與一個陰極部分6的導電膜，導電膜的材質可以是適合網版印刷的導電性漿狀材質，如碳膠、銀膠、金膠或銀碳混合膠、或其組合(如印銀膠后再印碳膠)，然后在40～150℃之下烘干；步驟二，以薄膜貼合技術，在前述印制有導電膜的同一表面，被覆一層厚度為0.1至1.0毫米之電絕緣層10′，并于反應區(qū)位置上被覆一層厚度為0.25～0.30毫米，且具有一個缺口11以及一個缺口的開口端12之電絕緣層10，并且保留部分裸露且為該缺口11所限制的區(qū)域之導電膜用以形成工作電極4與參考電極7，而此工作電極4與參考電極7部分形成之區(qū)域即稱為反應區(qū)；步驟三，在前述之反應區(qū)之區(qū)域滴加生物活性物質后，于40～60℃之環(huán)境下干燥，以形成一反應層9；以及步驟四，再將網狀覆蓋層13被覆于該反應層9之上。
以下，以具體實施例詳細說明本發(fā)明。
之后將含下列配方成份及比例之材料滴加于該反應區(qū)域表面以形成一反應層葡萄糖氧化酶0.63％
白蛋白 0.5％赤血鹽 6％甲基纖維素 0.5％Triton X-100(叔辛基苯氧基聚乙醇)0.07％磷酸鹽緩沖液(pH5.0) 92.30％于反應區(qū)中點加上述之生物活性物質后，將試片置于50℃下烘干15分鐘，隨即在反應層上被覆一層網狀材料(特多龍，T120-54)，制成一個電流式電極試片之生化感測器。
所制得之可拋棄式電流式電極試片，由圖4之b方向吸入樣品，以全血進行血液中血糖之含量測試，結果如圖5，以本發(fā)明之試片與YSI血糖分析儀檢測血液中血糖濃度之比較，本發(fā)明之試片CV值在5％以下，檢測所需之血量在4微升(μ1)以下。由此可知，本發(fā)明生化感測器的量測結果準確。
Triton X-100(叔辛基苯氧基聚乙醇) 0.07％磷酸鹽緩沖液(pH7.0) 92.30％
本發(fā)明所揭示的生化感測器不僅制造簡便、檢測結果準確，并且具有多元之取樣位置，可以檢體滴放、或靠近檢體的方式進行檢體的取樣，方便取樣；檢體可以輕易且迅速地導入反應層，以有效取得檢體進行檢測反應；并且可以減少檢體的取樣量，以進一步減少患者的痛楚。對于制造廠商、檢驗人員以及患者而言，都能夠提供最方便且有效的解決方案。
本發(fā)明的方法和特征，已充分揭示于上述實例說明中；應了解的是，任何不脫離本發(fā)明精神下所為之修飾或改變，皆應涵蓋于本發(fā)明之保護范圍中。
權利要求
1.一種生化感測器，用以檢測檢體中生化成分之含量，包含一塊電絕緣基板；一個位于該基板上之陽極部分，其兩端分別形成一個工作電極以及一個陽極接頭；一個位于該基板上之陰極部分，其兩端分別形成一個參考電極以及一陰極接頭；一層位于該工作電極以及該參考電極上之反應層，用以與檢體接觸以產生化學反應；一層位于該基板上之電絕緣層，其具有一個用以容納該檢體至該反應層之缺口以及一個缺口的開口端；以及一個位于該反應層上之網狀覆蓋層，其至少覆蓋部分該缺口。
2.如權利要求1的生化感測器，其中該網狀覆蓋層是親水性網狀材料或疏水性網狀材料或金屬網。
3.如權利要求2的生化感測器，其中該網狀覆蓋層具有60至300目。
4.如權利要求1的生化感測器，其中該網狀覆蓋層是經過表面活性劑處理之疏水性網狀材料。
5.如權利要求4的生化感測器，其中該表面活性劑選自TritonX-100，Triton X-405，Triton X-114，十二烷基硫酸鈉溶液，吐溫20，吐溫40，吐溫60，吐溫80或其他水溶性表面活性劑或清潔劑。
6.如權利要求1的生化感測器，其中該基板于該缺口的開口端下緣處還具有一個半圓形的突出部，以作為檢體的接觸點。
7.如權利要求1的生化感測器，其中該反應層是由酶、載體、電子媒介物及表面活性劑之配方所組成。
8.如權利要求7的生化感測器，其中該載體為超微粒纖維素、甲基纖維素、羧基甲基纖維素、淀粉、乙烯醇、乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇或明膠。
9.如權利要求8的生化感測器，其中該載體組成占配方重量的0.05％至1.5％。
10.如權利要求7的生化感測器，其中該電子媒介物為赤血鹽。
11.如權利要求7的生化感測器，其中該表面活性劑是Triton X-100，Triton X-405，Triton X-114，十二烷基硫酸鈉溶液，吐溫20，吐溫40，吐溫60，吐溫80或其它水溶性表面活性劑或清潔劑。
12.如權利要求7的生化感測器，其中該表面活性劑占配方重量的0.1％以下。
13.如權利要求1的生化感測器，其中該工作電極之面積為參考電極之面積的2至3倍。
14.如權利要求1的生化感測器，其中該電絕緣層是PP、PVC、PET、PC、PE或其它絕緣塑膠材料。
15.如權利要求1的生化感測器，其中該電絕緣層之厚度在0.25至0.35mm之間。
全文摘要
檢測檢體生化成分含量之生化感測器,包含:電絕緣基板;其上之陽極部分和陰極部分,分別在其兩端形成工作電極及陽極接頭以及參考電極及陰極接頭;工作電極及參考電極上之反應層,與檢體接觸產生化學反應;基板上之電絕緣層,有容納檢體至反應層之缺口及其開口端;以及反應層上之網狀覆蓋層,至少覆蓋部分缺口。檢體藉由網狀覆蓋層與反應層間的毛細吸引力,由旁邊缺口加入樣品,或若網狀覆蓋為親水層,由網狀覆蓋親水性由試片上方加入樣品。
文檔編號G01N27/327GK1296180SQ9912380
公開日2001年5月23日 申請日期1999年11月11日 優(yōu)先權日1999年11月11日
發(fā)明者黃英哲, 謝俊隆, 沈燕士 申請人:五鼎生物技術股份有限公司