用于生物傳感器的電極構(gòu)造
【專利說明】用于生物傳感器的電極構(gòu)造
【背景技術(shù)】
[0001] 電化學(xué)生物傳感器在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，并且已經(jīng)用于確定來自生物樣本尤其 是來自血液中的多種分析物的濃度。在美國專利號5, 413, 690號、5, 762, 780、5, 798, 031、 5, 997, 8171、7, 073, 246、7, 195, 805 和 7, 473, 398 以及美國專利公開號 2005/0016844 中描 述了電化學(xué)生物傳感器的多種構(gòu)造，其公開內(nèi)容分別明確地以引用的方式全部并入本文。
[0002] 隨著患糖尿病和類似疾病的患者數(shù)量的增加，患者對自己的血糖水平進(jìn)行監(jiān)測的 血糖自監(jiān)測已經(jīng)變得常見。監(jiān)測血糖水平的目的是為了確定血糖濃度水平，并且然后基于 該水平是太高還是太低采取必需的正確措施以使該水平回到正?；蛘呖山邮艿姆秶鷥?nèi)。未 能采取正確的措施可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的醫(yī)療問題。血糖監(jiān)測對于成千上萬的糖尿病個體而言 是日常生活的一部分。另外，未能恰當(dāng)?shù)夭⑶叶ㄆ诘販y試血糖水平可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的與糖 尿病有關(guān)的并發(fā)癥，包括心血管疾病、腎臟疾病、神經(jīng)損傷和/或失明。
[0003] 許多生物傳感器利用電化學(xué)分析通過測量與分析物濃度相對應(yīng)的電流來確定血 糖水平。這種生物傳感器可以利用具有電極基板的毛細(xì)管腔，該電極基板提供了位于毛細(xì) 管腔中的工作電極。電化學(xué)電池的電流響應(yīng)于工作電極面積成正比。然而，工作電極面積 的變化可能由生物傳感器的限定毛細(xì)管腔和工作電極的位置/定位的部件的制造和組裝 而引起。在毛細(xì)管腔中的工作電極面積根據(jù)不同生物傳感器而變化是不期望的，這是由于 這種變化導(dǎo)致了測得的分析物濃度不精確和/或不準(zhǔn)確，這可能會導(dǎo)致不精確和/或不準(zhǔn) 確的血糖水平測量。
[0004] 因此，需要使與生物傳感器的制造相關(guān)聯(lián)的工作電極面積變化最小化的生物傳感 器布置。另外，也需要維持在對電極面積與工作電極面積之間的平衡率，以便提高生物傳感 器的精確度和/或準(zhǔn)確度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明大體上涉及一種生物傳感器，并且更加具體地，涉及一種用于在對電極面 積與工作電極面積之間具有相對恒定/平衡的比率并且具有較低的工作電極面積變化的 生物傳感器的電極構(gòu)造。
[0006] 根據(jù)一個形式，提供了一種生物傳感器，該生物傳感器包括：毛細(xì)管腔，該具有內(nèi) 邊界；工作電極，其包括位于毛細(xì)管腔內(nèi)的有效工作電極部；以及對電極，其包括位于毛細(xì) 管腔內(nèi)的有效對電極部。有效工作電極部限定平均工作電極寬度并且具有限定工作電極頸 部寬度的工作電極頸部，該工作電極頸部寬度相對于平均工作電極寬度減小。工作電極頸 部構(gòu)成工作電極的基礎(chǔ)部分，該基礎(chǔ)部分延伸跨過內(nèi)邊界并且延伸出毛細(xì)管腔。有效對電 極部具有對電極頸部，該對電極頸部構(gòu)成對電極的基礎(chǔ)部分，該基礎(chǔ)部分延伸跨過內(nèi)邊界 并且延伸出毛細(xì)管腔。
[0007] 根據(jù)另一個形式，提供了一種生物傳感器，該生物傳感器包括毛細(xì)管腔，其具有內(nèi) 邊界；工作電極，其包括位于毛細(xì)管腔內(nèi)的有效工作電極部；以及對電極，其包括位于毛細(xì) 管腔內(nèi)的有效對電極部。有效工作電極部具有主體和從主體延伸的工作電極頸部，該工作 電極頸部構(gòu)成工作電極的基礎(chǔ)部分，該基礎(chǔ)部分延伸跨過內(nèi)邊界并且延伸出毛細(xì)管腔。有 效對電極部具有主體和從該主體延伸的對電極頸部，有效對電極部的主體通常位于與有效 工作電極部的主體相鄰，并且對電極頸部構(gòu)成對電極的基礎(chǔ)部分，該基礎(chǔ)部分延伸跨過內(nèi) 邊界并且延伸出毛細(xì)管腔。
[0008] 根據(jù)另一個形式，提供了一種生物傳感器，該生物傳感器包括毛細(xì)管腔，其具有內(nèi) 邊界；工作電極，其包括位于毛細(xì)管腔內(nèi)的有效工作電極部；以及對電極，其包括位于毛細(xì) 管腔內(nèi)的有效對電極部。有效工作電極部限定暴露于毛細(xì)管腔的有效工作電極面積，有效 工作電極部具有工作電極頸部，該工作電極頸部構(gòu)成工作電極的基礎(chǔ)部分，該基礎(chǔ)部分延 伸出毛細(xì)管腔。有效對電極部限定暴露于毛細(xì)管腔的有效對電極面積，該有效對電極部具 有對電極頸部，該對電極頸部構(gòu)成對電極的基礎(chǔ)部分，該基礎(chǔ)部分延伸出毛細(xì)管腔。工作電 極頸部和對電極頸部都延伸跨過限定毛細(xì)管腔的內(nèi)邊界的單個內(nèi)側(cè)壁，并且由于單個內(nèi)側(cè) 壁的位置隨著工作電極頸部和對電極頸部的長度而變化，所以有效工作電極面積與有效對 電極面積之間的比率基本恒定。
[0009] 另外的方面、實施例、形式、特征、有益效果、目標(biāo)以及優(yōu)勢將從本文提供的描述和 附圖中變得明顯。
【附圖說明】
[0010] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個形式的生物傳感器的透視圖。
[0011] 圖2是圖1的生物傳感器的俯視平面圖。
[0012] 圖3是圖2的生物傳感器移除親水性頂板后的俯視平面圖。
[0013] 圖4是圖3的生物傳感器移除間隔基板后的俯視平面圖。
[0014] 圖5a是沿著圖2的視線5a-5a所截取的圖1的生物傳感器的部分的截面圖。
[0015] 圖5b是沿著圖2的視線5b_5b所截取的圖1的生物傳感器的部分的截面圖。
[0016] 圖6是圖1的生物傳感器的遠(yuǎn)端部的放大平面圖，示出了位于該生物傳感器中的 毛細(xì)管腔和電極構(gòu)造。
[0017] 圖7是圖1的生物傳感器的遠(yuǎn)端部的放大平面圖，示出了間隔基板相對于支撐基 板和電極布置的標(biāo)稱放置。
[0018] 圖7b是圖1的生物傳感器的遠(yuǎn)端部的放大平面圖，示出了間隔基板相對于支撐基 板和電極布置的最大放置。
[0019] 圖7c是圖1的生物傳感器的遠(yuǎn)端部的放大平面圖，示出了間隔基板相對于支撐基 板和電極布置的最小放置。
[0020] 圖8a是對比生物傳感器的遠(yuǎn)端部的放大平面圖，示出了間隔基板相對于支撐基 板和電極布置的的標(biāo)稱放置。
[0021] 圖8b是對比生物傳感器的遠(yuǎn)端部的放大平面圖，示出了間隔基板相對于支撐基 板和電極布置的最大放置。
[0022] 圖8c是對比生物傳感器的遠(yuǎn)端部的放大平面圖，示出了間隔基板相對于支撐基 板和電極布置的的最小放置。
[0023] 圖9a是第二對比生物傳感器的遠(yuǎn)端部的放大平面圖，示出了間隔基板相對于支 撐基板和電極布置的標(biāo)稱放置。
[0024] 圖9b是第二對比生物傳感器的遠(yuǎn)端部的放大平面圖，示出了間隔基板相對于支 撐基板和電極布置的最大放置。
[0025] 圖9c是第二對比生物傳感器的遠(yuǎn)端部的放大平面圖，示出了間隔基板相對于支 撐基板和電極布置的最小放置。
【具體實施方式】
[0026] 為了促進(jìn)對本發(fā)明的原理的理解，現(xiàn)在將參考在附圖中示出的實施例并且使用專 用語言來描述這些實施例。然而，要理解，不旨在限制本發(fā)明的范圍，在示出裝置中的這種 更改和進(jìn)一步修改以及在本文中示出的本發(fā)明的原理的進(jìn)一步應(yīng)用對本發(fā)明涉及的領(lǐng)域 的技術(shù)人員來說是容易想到的。
[0027] 本發(fā)明大體上涉及一種生物傳感器，并且更加具體地，涉及一種用于生物傳感器 的電極構(gòu)造，該生物傳感器在對電極面積與工作電極面積之間具有相對恒定/平衡的比率 并且具有較低的工作電極面積的變化，從而提高了對位于生物傳感器的毛細(xì)管腔中的分析 物的電化學(xué)分析的電流測量精確度和/或準(zhǔn)確度。圖1至圖7中示出了生物傳感器的多個 方面和特征，這些附圖不必按比例繪制而成并且各個附圖中的類似部件編號相似。
[0028] 參照圖1至圖6,這些圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的一個形式的生物傳感器10的多個 方面和特征。在示出的實施例中，生物傳感器10具有沿縱軸L設(shè)置的近端10a和相對的遠(yuǎn) 端l〇b，并且通常包括電極支撐基板12、位于支撐基板12上的中間間隔基板14、以及位于間 隔基板14上的覆蓋基板或者親水性頂板16。支撐基板12、間隔基板14、以及覆蓋基板16 相互協(xié)作，以限定具有樣本入口 19的毛細(xì)管腔或者通道18,用于接收與生物傳感器10的遠(yuǎn) 端10b相鄰的流體樣本。另外，支撐基板12包括電導(dǎo)體布置20,該電導(dǎo)體布置20包括一系 列電極22、24、26a和26b，每個電極包括位于毛細(xì)管腔18內(nèi)的一個或者多個電極部，該電極 部的進(jìn)一步細(xì)節(jié)將在下面闡述。雖然示出的生物傳感器10的實施例包括三個獨立的基板 12、14和16,這三個獨立的基板夾層地設(shè)置在一起以形成毛細(xì)管腔18,但是應(yīng)該理解，也可 以設(shè)想其他實施例，包括：例如，不包括覆蓋基板16的實施例。
[0029] 在示出的實施例中，生物傳感器10示出為具有矩形構(gòu)造，該矩形構(gòu)造限定通常沿 著縱軸L在近端10a和遠(yuǎn)端10b之間延伸的總長度L并且進(jìn)一步限定通常沿著橫軸T在側(cè) 向方向上延伸的總寬度r。然而，應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的原理的情況下，生物傳感器 10可以設(shè)置有其他適當(dāng)?shù)男螤詈蜆?gòu)造。應(yīng)該理解，生物傳感器10可以是由卷料、片料、或者 其他存料生產(chǎn)的大量生物傳感器中的任何一種。在一個實施例中，構(gòu)造生物傳感器10的材 料的選擇包括用于乳輥加工的足夠柔軟的存料，但仍然足夠剛硬以向生物傳感器10提供 有用的/充分的剛度。另外，生物傳感器10的設(shè)置和構(gòu)造以及與形成生物傳感器10相關(guān) 的制造方法提供了在對電極面積和工作電極面積之間的相對恒定/平衡的比率以及較低 的工作電極面積變化，從而提高了對位于生物傳感器10的毛細(xì)腔室18中的分析物的電化 學(xué)分析中的電流測量的精確度和/或準(zhǔn)確度，其進(jìn)一步細(xì)節(jié)將在下面闡述。
[0030] 一并參照圖4、圖5a、圖5b和圖6,在示出的實施例中，支撐基板12具有矩形構(gòu)造， 該矩形構(gòu)造限定基本等于生物傳感器10的總長度的長度尺寸存P基本等于生物傳感器10 的總寬度響寬度尺寸。支撐基板12包括限定生物傳感器10的外面的底/下外表面30和 面向與外表面30相反的方向的頂/上內(nèi)表面32。另外，支撐基板12包括通常沿著橫軸T (例如，沿著寬度尺寸）延伸的相對的第一和第二端面或者邊緣34a、34b和通常沿著在端面 34a和34b之間的縱軸L (例如，沿著長度尺寸）延伸的相對的第一和第二側(cè)表面或者邊緣 36a、36b。雖然支撐基板12的端面34a、34b和側(cè)表面36a、36b示出為形成通常為矩形的形 狀，但是如上面所指示的，應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的原理的情況下，包括支撐基板12的 生物傳感器10可以形成其他形狀和構(gòu)造。在一個具體實施例中，支撐基板12由柔性聚合 物材料形成，該柔性聚合物材料包括：例如，聚酯或者聚酰亞胺，諸如，酸乙二酯（PEN)。然 而，也可以設(shè)想用于支撐基板12的其他適當(dāng)?shù)牟牧稀?br>[0031] 如上面所指示的，支撐基板12包括電導(dǎo)體布置或者燒蝕電極圖案20,該電導(dǎo)體布 置或者燒蝕電極圖案20包括一系列電極22、24、26a和26b。電極22、24、26a和26b由電 導(dǎo)體28形成，該電導(dǎo)體28沿著支撐基板12的內(nèi)表面32延伸。適合用于電導(dǎo)體28的材料 的非限制性示例包括鋁、碳(諸如，石墨)、鈷、銅、鎵、金、銦、銥、鐵、鉛、鎂、汞(諸如，汞齊)、 鎳、鈮、鋨、鈀、鉑、錸、銠、硒、硅(諸如，高摻雜多晶硅)、銀、鉭、錫、鈦、鎢、鈾、釩、鋅、鋯、以上 的混合物、以及這些元素或者其他元素的合金、氧化物或者金屬化合物。在一個具體實施例 中，單個電極22、24、26a和26b經(jīng)由激光燒蝕或者激光劃片彼此分離，并且可以通過從圍繞 /沿著電極22、24、26a和26b廣泛地(諸如，通過寬場燒蝕）或者最小化地(諸如，通過劃片） 延伸的區(qū)域移除電導(dǎo)體28的選擇部分，來創(chuàng)建電極22、24、26a和26b。然而，應(yīng)該理解，本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員也可以設(shè)想將用于形成電極22、24、26a和26b的其他適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，這 些技術(shù)包括：例如，層壓、絲網(wǎng)印刷、或者光刻。
[0032] 在示出的實施例中，電極22構(gòu)造為工作電極，電極24構(gòu)造為參比電極或者對電 極，并且電極26a、26b構(gòu)造為樣本充足的電極，每個電極22、24、26a和26b的至少一部分位 于毛細(xì)管腔18內(nèi)并且暴露于毛細(xì)管腔18。關(guān)于電極22、24、26a和26b的構(gòu)造和布置的另 外的方面將會在下文詳細(xì)闡述。然而，應(yīng)該理解，也將其他適當(dāng)?shù)碾姌O構(gòu)造和設(shè)置設(shè)想為落 入本發(fā)明的范圍。
[0033] 具體參照圖4和圖6,工作電極22包括：有效工作電極部70,其位于毛細(xì)管腔18 內(nèi)并且暴露于毛細(xì)管腔18 ;至少一個引線部72,其延伸遠(yuǎn)離有效工作電極部70并且位于毛 細(xì)管腔18的外面；以及至少一個觸頭74,其延伸遠(yuǎn)離引線部72并且位于靠近生物傳感器 10的近端l〇a。對電極24包括：有效對電極部80,其位于毛細(xì)管腔18內(nèi)并且暴露于毛細(xì) 管腔18 ;至少一個引線部82,其從有效對電極部80延伸并且位于毛細(xì)管腔18的外面；以 及至少一個接觸部84,其從引線部82延伸并且位于靠近生物傳感器10的近端10a。另外， 樣本充分的電極26a包括：有效樣本充分的電極部90a，其位于毛細(xì)管腔18內(nèi)并且暴露于 毛細(xì)管腔18 ;引線部92a，其從有效樣本充分的電極部90a延伸并且位于毛細(xì)管腔18的外 面；以及接觸部94a，其從引線部92a延伸并且位于靠近生物傳感器10的近端10a，并且相 似地，樣本充分的電極26b包括：有效樣本充分的電極部90b，其位于毛細(xì)管腔18內(nèi)并且暴 露于毛細(xì)管腔18 ;引線部92b，其從有效樣本充分的電極部90b延伸并且位于毛細(xì)管腔18 的外面；以及接觸部94b，其從引線部92b延伸并且位于靠近生物傳感器10的近端10a。
[0034] 在示出的實施例中，引線72、82、92a、92b通常分別沿著生物傳感器10的從位于 毛細(xì)管腔18內(nèi)的有效電極部70、80、90a、90b到觸頭74、84、94a、94b的長度J延伸。當(dāng)生 物傳感器10聯(lián)接至觸頭74、84、94a、94b時，觸頭74、84、94a、94b提供了