抗刮金屬膜和金屬化表面及其制造方法

專利名稱：抗刮金屬膜和金屬化表面及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有紋路的金屬膜及金屬化表面。
背景技術(shù)：
金屬化表面或薄的金屬膜或?qū)?，例如由金屬噴涂或者熱蒸發(fā)技術(shù)制造的，通常使用在電子制造、食品包裝材料和窗涂層等領(lǐng)域。大部分的這種金屬表面的層或者膜的量級為100，因此對于在通常的處理過程中極易發(fā)生的刮擦非常敏感。為了避免刮壞，金屬層特別的覆蓋有一種厚度為250,000量級的聚合物材料附加層，從而使上述量級的金屬層更加抗刮。然而，用于傳導(dǎo)電信號的金屬層或膜，例如在半導(dǎo)體或者其他電子元件中的，如電化電池，不能用聚合物層覆蓋金屬層。因此，導(dǎo)電的金屬膜對于刮擦極其敏感。甚至非常輕微的刮擦，例如由灰塵引起的，都可能嚴(yán)重地破壞金屬層的導(dǎo)電路徑。
薄金屬膜在電化學(xué)被分析物濃度測定領(lǐng)域有一種特定的應(yīng)用。具體的，金屬膜使用在構(gòu)成電化電池的電極的制造中，且通常為條狀。這種電化學(xué)條形件用于生理液體的被分析物濃度測定中，如血液、間隙流體、尿液等。普通的被分析物包括葡萄糖、血色素、膽固醇等。
這種條形件的金屬層通常在一種平滑、表面沒有任何紋路的基片材料上構(gòu)成。同樣，具有與金屬層相同厚度量級，如100的刮痕，會影響被分析物測量的準(zhǔn)確度和精確度或者完全破壞金屬層的導(dǎo)電路徑。這個問題在以滾筒基制造條形件的過程中更為嚴(yán)重，其涉及了許多條形件的處理過程，如使用驅(qū)動滾筒，從而增加了刮擦條形件的可能性。而且，在制造過程中的一個缺陷，比如一個損壞的滾筒，都可能引起反復(fù)的刮擦，從而毀壞一批條形件而導(dǎo)致巨大的損失。此外，灰塵顆粒和類似物也會在制造過程中及制造過程后引起對金屬膜的隨意刮擦。
因此，需要找到一種使用薄的金屬層或膜更加抗刮的方法，且提高這種金屬層或膜的可制造性；提高使用金屬薄層或薄膜的裝置，例如電化學(xué)測試條的準(zhǔn)確性和精確性；并且提高滾筒基制造過程中的成本效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有用于傳導(dǎo)電信號的層狀結(jié)構(gòu)的裝置和及其制造這種結(jié)構(gòu)的方法。這種結(jié)構(gòu)是層狀的且包括至少一層有紋路的導(dǎo)電層、膜或者表面，其被設(shè)計成可以抗刮擦，從而保持導(dǎo)電層的導(dǎo)電性。具體的，這種裝置包括由峰和谷形成的薄的金屬膜或者金屬化表面，從而使膜或表面的刮痕無法完全延伸至谷的底面，因此保證了膜或表面的導(dǎo)電通路。


為了便于理解，(在實際表述中)使用相同的附圖標(biāo)記來表示在附圖中共用的相似的元件。然而，某些這類附圖標(biāo)記為了圖面清晰而被省略了。
圖1是表示本發(fā)明的層狀結(jié)構(gòu)的放大了的側(cè)視圖。
圖2A和2B分別表示具有幾何圖案的本發(fā)明金屬化表面或金屬膜的具體實施例的平面視圖和截面圖。
圖3A和3B分別表示同樣具有幾何圖案的本發(fā)明金屬化表面或金屬膜的另一實施例的平面視圖和截面圖。
圖4A和4B分別表示具有霜狀圖案的本發(fā)明金屬化表面或金屬膜的另一實施例的平面視圖和截面圖。
圖5表示一個采用本發(fā)明金屬化表面或金屬膜的電化學(xué)測試裝置的典型的
具體實施例方式
在本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述之前，應(yīng)注意這個發(fā)明并不僅限于這里給出的特定的變化，因為根據(jù)所描述的發(fā)明而得出的各種變化或改進(jìn)型或者可以替代的等效物都不偏離本發(fā)明的本質(zhì)和保護(hù)范圍。此外，在本發(fā)明的目標(biāo)、宗旨和保護(hù)范圍內(nèi)采用特定的位置、材料、物質(zhì)組分、處理過程、處理動作、處理步驟而可以得到多種改型。所有這些改型都在這里給出的權(quán)利要求書的保護(hù)范圍內(nèi)。
這里列舉的方法可以按照所列舉項目的順序以及其他符合邏輯的任意順序來實施。并且，所給出的數(shù)值范圍應(yīng)被理解為任意一個中間值，在該范圍的最高值和最低值之間和任何其他所述的或者在上述范圍內(nèi)的中間值都包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。并且，可以預(yù)料到所給出的任何可選的發(fā)明改進(jìn)特征可以被單獨的或者與這里給出的任意一個或者多個特征組合來給出并要求保護(hù)。
所有這里提及的現(xiàn)有裝置(例如，出版物、專利、專利申請和金屬制品)可以全部被結(jié)合作為參考，除非在這種裝置可能與本發(fā)明相抵觸的情況下(在這種情況下本發(fā)明會略勝一籌)。這些參考裝置只有在它們的公開早于本申請的
公開日的情況下才可以采用。此處沒有任何東西可以被解釋為不允許本發(fā)明記載包含這些在先發(fā)明的優(yōu)點的內(nèi)容。
提及一個單獨的物件時，也包括復(fù)數(shù)個相同的物件的可能性。特別的，這里及附加的權(quán)利要求書中使用的，單數(shù)形式的“一個(a)”、“一個(an)”“所述的(said)”、“這種(the)”也包括復(fù)數(shù)的指代物，除非文中明確指出其它情況。需要進(jìn)一步指出的是權(quán)利要求書可能寫成排除任何可選要素的形式。因此，這種語句傾向于作為使用絕對術(shù)語比如“單獨(solely)”、“唯一的(only)”或類似用語的在先基礎(chǔ)(antecedent basis)，與權(quán)利要求書中的要素列舉或者否定式限定相呼應(yīng)。除非特別說明其它情況，這里使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語的含義與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)中通常理解的的含義相同。最后，需要指出的是本文使用的詞“膜”、“層”和“表面”是可以互換的。
在本發(fā)明的進(jìn)一步說明中，首先描述具體裝置，即包括金屬化表面或金屬膜或?qū)拥膶訝罱Y(jié)構(gòu)，隨后說明制造具體裝置的方法。
具體裝置關(guān)于附圖，特別是圖1，表示的是本發(fā)明的一種典型的層狀結(jié)構(gòu)50的放大的側(cè)視圖。層狀結(jié)構(gòu)50包括基片52和導(dǎo)電膜或者層54。層狀結(jié)構(gòu)50的上表面包括帶紋路的圖案56。通過這種紋路，使得這種薄膜、層或者表面具有一種起伏的、三維的構(gòu)形。本發(fā)明的這種層狀結(jié)構(gòu)具有通過在其中的的微小凹槽或者在其上的微型結(jié)構(gòu)或者二者結(jié)合所形成的峰58和谷60。這種微小凹槽和微型結(jié)構(gòu)可以限定為一種重復(fù)的或均勻的幾何圖案或者一種無序的非幾何圖案，比如霜狀圖案或類似圖案。這種凹槽或者結(jié)構(gòu)可以具有一種全方向或者單向的布局。全方向的圖案特別適用于抵抗在任意方向產(chǎn)生的刮擦，而單方向的圖案適用于抵抗在單一方向產(chǎn)生的刮擦，例如，在以滾筒為基礎(chǔ)的制造過程中沿著滾筒的方向。
這種紋路特征的峰谷的間距大于金屬膜、層或表面54的厚度，該距離的范圍從最薄的金屬膜的厚度的5倍到金屬膜厚度的250倍。同樣，這種紋路在其最深點處的量級大于傳統(tǒng)金屬膜或?qū)樱蚨裳由斓綄訝罱Y(jié)構(gòu)的基片層。
這種峰峰之間或谷谷之間的距離在本申請中可以是任意合適的距離，但特別的可以是10,000左右到1,000,000左右的范圍內(nèi)，且可以進(jìn)一步為50,000左右到250,000左右。在垂直方向的峰谷間距離，即凹陷處的深度或者微型結(jié)構(gòu)的高度，特別的可以從500左右到500,000，且可以進(jìn)一步為10,000左右到25,000左右，而且不小于100。
圖2、3和4表示的是本發(fā)明的有紋路的、導(dǎo)電的膜或?qū)踊蚪饘倩砻娴牡湫蛯嵤├D2A和圖2B的金屬化表面具有一種有紋路的圖案或者一種在上表面8形成的復(fù)數(shù)個重復(fù)的或均勻的穴或凹槽2和從上表面8到下表面4的傾斜的壁6。凹槽2最好但不要求一定每個都相同具有相同的尺寸和形狀。例如，凹槽2可以為倒金字塔或者截錐體形狀；然而，任意適合的形狀都可以被采用，包括(但不限定于)倒鉆石形、三角形、矩形和圓錐形，其中凹槽2可以限定為一種傾斜的或者直的構(gòu)形。
圖3A和3B表示金屬化表面的另一實施例20，其具有一種紋路圖案或者復(fù)數(shù)個重復(fù)的或均勻的微型結(jié)構(gòu)22。微型結(jié)構(gòu)22最好是但不要求一定是每個都相同具有相同的尺寸和形狀。例如，微型結(jié)構(gòu)22為倒金字塔或者截錐體形狀，其有四個從底部的平面28延伸到頂部平面24的側(cè)面或壁26；然而，任意適合的形狀都可以被采用，包括(但不限定于)鉆石形、三角形、矩形和圓錐形，其中微型結(jié)構(gòu)22可以限定為一種傾斜的或者直的構(gòu)形。
圖2A顯示了在金屬膜10上的“沿滾筒方向”的刮痕12和14，其平行于包著金屬膜10的滾筒的運動方向16。同時，圖3A顯示了“橫滾筒”產(chǎn)生的刮痕26，其垂直于包著金屬膜20的滾筒的運動方向30。當(dāng)然，刮痕可能產(chǎn)生在與金屬膜運動方向成任意角度的位置。
在膜10的上表面8產(chǎn)生的刮痕12是淺痕，其深度相對于凹槽2的深度最小，比如，小于100。因此，這些刮痕不會破壞膜10的電傳導(dǎo)連續(xù)性。刮痕14比刮痕12有一個相對更深的深度范圍，從100左右到20,000左右但不會大于25000左右。橫滾筒刮痕26的深度也相對較深，具有和縱向刮痕14同樣的深度范圍。對于本發(fā)明的帶有紋路的金屬膜，甚至這些較深的刮痕14、26都不會太大的增加金屬膜的電阻。只有當(dāng)延伸到金屬膜10、20的底面4、28的時候，這些刮痕才會較顯著的破壞金屬膜的電傳導(dǎo)路徑。然而，如此深的刮痕在干凈的、受控的環(huán)境下的生產(chǎn)過程中不太可能產(chǎn)生。
圖4A和4B分別表示了有紋路的金屬膜具體實施例30和40，其具有霜式圖案或者霜結(jié)構(gòu)。圖4A和4的微型結(jié)構(gòu)是任意無規(guī)則分布的，即不是均勻分布在膜表面的且可以具有不同的高度。這些微型結(jié)構(gòu)的密度在膜表面也可能不同。比如，圖4B的膜40就具有比圖4A中的膜30更密的霜結(jié)構(gòu)，即膜40含有更多的微型結(jié)構(gòu)且之間更緊密而膜30則含有較少的微型結(jié)構(gòu)且之間分開稍遠(yuǎn)。這些實施例中微型結(jié)構(gòu)的峰谷高度和峰峰間距與上文所述的有幾何圖案的金屬膜具有同樣的數(shù)值范圍。
雖然這些圖表示了重復(fù)幾何圖案和無序的霜式圖案的實施例，但這些實施例僅是典型的實施例并不能被視為對本發(fā)明的限制。
具體裝置的制造如上所述，本發(fā)明的有紋路的金屬化表面或金屬膜非常適用于在電化學(xué)裝置(如在被分析物的測量分析中使用的電化學(xué)測試條)中的導(dǎo)電層。舉例說明，有紋路的金屬化表面或金屬膜的制造將通過下文的電化學(xué)測試條的制造來進(jìn)行闡述，這種測試條上構(gòu)成電化電池的電極的一部分為這種金屬化表面或金屬膜。
這種有紋路的金屬化表面或膜的制造可以采用但不限于本發(fā)明所給出的各種便利的技術(shù)，包括微印、壓花和鑄造處理等。由于本發(fā)明的膜和由膜構(gòu)成的測試條都是平面的，則這些膜優(yōu)選使用一個或多個適當(dāng)材料的滾筒、層或者片來進(jìn)行制造和處理。這種滾筒基制造技術(shù)相對于一次一個的制造金屬膜、測試條或者類似物的傳統(tǒng)方法提供了相當(dāng)大的成本優(yōu)勢。
雖然下文主要討論的制造方法是滾筒基制造的制造方法，但所討論的技術(shù)也可以用于制造只有一個部分用于單個的測試條或者類似物上的金屬膜。此外，當(dāng)傾向于使用某一制造技術(shù)時，那些可在制造具有復(fù)雜特征的小型裝置時降低制造成本的、被認(rèn)為是現(xiàn)有技術(shù)的成熟的制造技術(shù)也可以被采用。
在制造一個電化學(xué)測試條的電極時，將使用一種惰性的基片材料，其具有足夠的剛性來作為電極的支撐結(jié)構(gòu)。電極的導(dǎo)電層可以噴鍍到惰性支撐結(jié)構(gòu)的一個面上，從而產(chǎn)生一個金屬薄膜。共同地，基片和金屬膜形成了一個層狀結(jié)構(gòu)，其包含一個或者多個附加層。用于本發(fā)明的金屬膜可通過Windsor，CT的Techni-Met公司制造，且包括，例如，噴鍍在125微米的聚酯上且每平方米的電阻小于7歐姆的鈀和噴鍍在125微米的聚酯上且每平方米的電阻小于7歐姆的金。
美國專利申請No.10/013856公開了一種制造電化學(xué)測試條的具體的制造過程，其名稱為“對啟動化驗計時的無源樣本檢測”(Passive Sample Detection toInitiate Timing of an Assay)，在2001年12月10日提交申請，其中本發(fā)明的具有紋路的金屬化表面和金屬膜可以替代此參考文件中公開的金屬表面或膜。關(guān)于圖5，給出了采用本發(fā)明的這種典型的電化學(xué)測試條100的簡要說明。
測試條100由底層102和頂層104組成，之間由一個薄的間隔層106分隔，其有一個切口部分確定的反應(yīng)區(qū)108。通常，底層102和頂層104分別由長度為2到6厘米(通常為3到4厘米)、寬度為0.3到1厘米(通常為0.5到0.7厘米)、厚度為0.2到1.2毫米(通常為0.38到0.64毫米)的長矩形條構(gòu)成。
底層102和頂層104各確定了一個基底110和112，分別由惰性支撐材料構(gòu)成，其上沉積了(特別是通過噴鍍)一種導(dǎo)電材料從而分別形成參比電極和工作電極，114和116。這種支撐材料特別為一種剛性材料可以為每個電極114和116提供支撐結(jié)構(gòu)，從而構(gòu)成整個電化學(xué)測試條。這種可用的材料包括塑料(例如PET、PETG、聚酰亞胺、聚碳酸酯、聚苯乙烯和聚酯)、硅、陶瓷、玻璃和類似物。導(dǎo)電材料優(yōu)選一種金屬，可選用的金屬包括鈀、金、鉑、銥、摻雜銦的氧化錫、不銹鋼、碳或類似物。例如，用鈀涂層構(gòu)成工作電極116而用金涂層構(gòu)成參比電極114。
間隔層106位于或者夾在電極114和116之間。間隔層106的厚度通常在1到500μm范圍內(nèi)，且特別在50到150μm范圍內(nèi)。間隔層106可以用任意一種適宜的材料制成，其典型的適合的材料包括PET、PETG、聚酰亞胺、聚碳酸酯和類似物。間隔層106的表面可分別與電極114和116粘結(jié)從而保持電化學(xué)測試條10的結(jié)構(gòu)。
間隔層106被切割出一個反應(yīng)區(qū)域108，其可具有任意適宜的形狀包括圓形、正方形、三角形、矩形或者不規(guī)則形狀的反應(yīng)區(qū)。反應(yīng)區(qū)的頂部和底部由電極114和116相對的表面確定，同時間隔層106確定了反應(yīng)區(qū)108的側(cè)壁。反應(yīng)區(qū)的體積范圍在至少0.1到10μL左右，通常在0.2到5.0μL左右，特別為0.05到1.6μL左右。
反應(yīng)區(qū)108提供一種氧化還原劑系統(tǒng)，其沉積在電極114的一端118附近，通常指一種信號產(chǎn)生系統(tǒng)，其提供與目標(biāo)被分析物起化學(xué)反應(yīng)的特定的試劑組分從而得到生物樣本中的被分析物的濃度。這種氧化還原劑系統(tǒng)或者信號產(chǎn)生系統(tǒng)特別的包括至少一種酶組分和一種介質(zhì)。
在許多實施例中，氧化還原劑系統(tǒng)中的酶組分包或一種或多種酶，其共同氧化/還原相關(guān)被分析物。換句話說，氧化還原劑系統(tǒng)中的酶組分是由一種單一的被分析物氧化/還原酶或者一組由兩種或者更多的共同氧化還原相關(guān)被分析物的酶構(gòu)成的。典型的酶包括氧化還原酶、水解酶、轉(zhuǎn)移酶、脫氫酶、酯酶或類似物；然而，在反應(yīng)區(qū)提供的具體的酶取決于電化學(xué)測試條所要測定的特定的被分析物。氧化還原劑系統(tǒng)的第二種組分是介質(zhì)，其由一種或多種介質(zhì)組成。在葡萄糖為被分析物而葡糖氧化酶或者葡糖脫氫酶為酶組分的實施例中，特選的介質(zhì)為鐵氰化物。反應(yīng)區(qū)的其他反應(yīng)物包括緩沖液，如檸康酸鹽，檸檬酸鹽，磷酸鹽，“合適的(Good)”緩沖液或者類似物。氧化還原劑系統(tǒng)通常為干的形態(tài)。不同組分的量可以不同，其中酶組分的量特別在重量的0.1到20％范圍內(nèi)。
盡管在前述的發(fā)明為便于理解以圖示和舉例的方式進(jìn)行了具體描述，但很顯然在本發(fā)明的啟示下產(chǎn)生的、進(jìn)行了某種變化或者改型的技術(shù)是不背離本發(fā)明的宗旨的，且仍在權(quán)利要求書所保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種層狀結(jié)構(gòu)包括一個基片；一個覆蓋在所述基片的一個表面上的導(dǎo)電膜；和一個在所述層狀結(jié)構(gòu)內(nèi)的由凹槽形成的帶紋路的圖案，其中所述凹槽的深度大于所述導(dǎo)電膜的厚度。
2.一種層狀結(jié)構(gòu)包括一個基片；一個覆蓋在所述基片的一個表面上的導(dǎo)電膜；和一個在所述層狀結(jié)構(gòu)內(nèi)的由微型結(jié)構(gòu)形成的帶紋路的圖案，其中所述微型結(jié)構(gòu)的高度大于所述導(dǎo)電膜的厚度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的層狀結(jié)構(gòu)，其中所述帶紋路的圖案為幾何圖案。
4.如權(quán)利要求1或2所述的層狀結(jié)構(gòu)，其中所述帶紋路的圖案為不規(guī)則圖案。
5.如權(quán)利要求1或2所述的層狀結(jié)構(gòu)，其中所述帶紋路的圖案包括霜式圖案。
6.一種層狀結(jié)構(gòu)包括一個基片；一個覆蓋在所述基片的一個表面上的導(dǎo)電膜，其具有一定厚度；和一個在所述層狀結(jié)構(gòu)內(nèi)的由峰和谷形成的帶紋路的圖案，其中所述峰和所述谷間的垂直距離不小于所述導(dǎo)電層厚度的5倍。
7.如權(quán)利要求6所述的層狀結(jié)構(gòu)，其中峰峰間的距離范圍為10,000左右到1,000,000左右。
8.如權(quán)利要求6所述的層狀結(jié)構(gòu)，其中峰谷間的距離不小于100左右。
9.一種裝置包括一具有一定厚度的金屬化表面；和一個由凹槽形成的帶紋路的圖案，其中所述凹槽的深度至少5倍于所述厚度。
10.一種裝置包括一具有一定厚度的金屬化表面；和一個由微型結(jié)構(gòu)形成的帶紋路的圖案，其中所述凹槽的高度至少5倍于所述厚度。
11.如權(quán)利要求9或10所述的裝置，其中所述裝置為電化學(xué)測試條且所述金屬化表面為電極。
12.如權(quán)利要求9或10所述的裝置，其中所述的帶紋路的圖案由一種或多種微型復(fù)制技術(shù)制成。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于傳導(dǎo)電信號的裝置和制造這種裝置的方法。此裝置為層狀結(jié)構(gòu)，包括至少一層具有紋路的導(dǎo)電膜、層或者表面，其被設(shè)計成可以抗刮擦從而保持材料的導(dǎo)電性。具體的，這種裝置包括由峰和谷形成的薄的金屬層或者金屬化表面，從而使膜或表面的刮痕無法完全延伸至谷的底面，因此保證了膜或表面的導(dǎo)電通路。
文檔編號B32B3/00GK1500628SQ200310115700
公開日2004年6月2日 申請日期2003年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月2日
發(fā)明者R·J·沙特爾, R J 沙特爾 申請人:生命掃描有限公司