專利名稱：生物傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種生物傳感器，尤其是關(guān)于一種電化學(xué)檢測生物樣品中 所含分析物的生物傳感器。
背景技術(shù)：
在臨床診斷中，定量或定性分析生物樣品中所含的分析物是很重要的。 例如，測量患有糖尿病患者血樣中的血糖水平，或者測量膽固醇水平以檢測 成人疾病?；加刑悄虿〉幕颊邞?yīng)該定期測量他們的血糖水平。許多公司已經(jīng) 將血糖測量產(chǎn)品投放市場。通常，大多數(shù)血糖測量產(chǎn)品使用生物傳感器測量從患者身上抽取的血液 的血糖水平。然而，由于從患者身上抽取血液會使得患者疼痛，所以應(yīng)該從 患者身上抽取最少量的血液以便減輕患者的疼痛。根據(jù)US 6156173、 6616819和5437999，將電極相互面向設(shè)置以抽取測 量所需的最少量的血液。在傳統(tǒng)的生物傳感器中，工作電極、參比電極和/ 或?qū)﹄姌O在單一的基材上形成。然而，在上述的美國專利中，電極在上基材 和下基材上形成以相互面向，從而使測量所需的血液量最小。然而，在上述美國專利中，附加電極應(yīng)該在由絕緣材料制成的上基材和 下基材上形成，以便電極可以相互面向。此外，在上基材和下基材上形成的 電極應(yīng)該由導(dǎo)電材料制成以相互連接。結(jié)果，出現(xiàn)制造過程變得復(fù)雜、相對 于電極在單一基材上形成的傳統(tǒng)方法而言生產(chǎn)成本增加的問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種使用最少量血液、用簡單制造方法制造的生物傳感器。本發(fā)明的其它特點將在下面的描述中提出，并且描述中一部分是明顯 的，或者可以通過本發(fā)明的實踐來了解。本發(fā)明公開了一種測量樣品中所含分析物的生物傳感器，該生物傳感器 包括具有至少一個電極的絕緣下基材，在該電極上形成有與分析物反應(yīng)的 酶反應(yīng)層；面向下基材的由導(dǎo)電材料制成的上基材；以及在酶反應(yīng)層上具有 預(yù)定高度的樣品入口的粘合層，該粘合層將上基材和下基材相互粘合，其中， 上基材的一端作為電極，在該電極中，酶反應(yīng)層中所含的電子傳遞媒介 (electron-transfer mediator)被氧化或還原，該上基材的另一端作為與測量 單元電接觸的電接觸部件。作為電極的上基材的一端可以面向在下基材上形成的電極。本發(fā)明也公開了一種測量樣品中所含分析物的生物傳感器，該生物傳感 器包括具有至少一個電極的絕緣下基材，在該電極上形成有與分析物反應(yīng) 的酶反應(yīng)層；面向下基材由導(dǎo)電材料制成的上基材；以及在酶反應(yīng)層上具有 預(yù)定高度的樣品入口的粘合層，該粘合層將上基材和下基材相互粘合，其中， 在上基材--端的下側(cè)上形成電極，在該電極中，酶反應(yīng)層中所含的電子傳遞 媒介被氧化或還原，該上基材的另一端作為與測量單元電接觸的電接觸部 件。應(yīng)該理解上述一般描述和下述詳細描述是示例性的和解釋性的，意欲提 供對權(quán)利要求所述發(fā)明的更進一步解釋。
附圖被包括在內(nèi)是為了提供對本發(fā)明的進一步理解，并且附圖與本說明 書結(jié)合并構(gòu)成說明書的--部分，用于闡明本發(fā)明的實施方式，與說明書一起 用于解釋本發(fā)明的原理。圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的生物傳感器上基材的平面
圖；圖IB示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的生物傳感器粘合層的平面圖.'圖1C示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的生物傳感器下基材的平面圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的生物傳感器的平面圖； 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的生物傳感器的分解透視圖 (exploded perspective view);圖4示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的生物傳感器的橫截面圖； 圖5示出了圖4中從"A"方向所視的生物傳感器的橫截面圖； 圖6A和圖6B示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的生物傳感器上基材 的橫截面圖；圖7A和圖7B是根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的具有上基材的生物傳感 器的透視圖；圖8示出了使用根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的生物傳感器測量血糖時， 血糖濃度與信號之間相互關(guān)系的圖。
具體實施方式
下面參照附圖對本發(fā)明進行更充分地描述，其中示出了本發(fā)明的示例性 實施方式。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式實施，不應(yīng)該理解為僅限于 此處提出的實施方式。更確切地說，提供這些實施方式是為了徹底公開本發(fā) 明，完整地向本領(lǐng)域的技術(shù)人員傳達本發(fā)明的范圍。在附圖中，為了清楚起 見，層和區(qū)的尺寸和相對尺寸可能夸大了。附圖中相同的附圖標記表示相同 的部件。應(yīng)該理解，當提到一個部件或?qū)釉诹硪粋€部件或?qū)?上"或"連接"時， 該部件或?qū)涌梢灾苯釉诹硪粋€部件或?qū)?上"或直接與另一個部件或?qū)?連 接"，或者可以存在介入部件或?qū)?。相反，當提到一個部件直接在另一個部 件或?qū)?上"或與另一個部件或?qū)?直接連接"時，不存在插入部件或?qū)?。不像上述傳統(tǒng)的方法所提到的上基材由絕緣材料制成且附加電極在上 基材上形成，本發(fā)明的特點在于由于上基材由導(dǎo)電材料制成且被用作電極， 因此不需要附加電極，而且制造方法簡單。也就是說，上基材由導(dǎo)電材料制 成，這樣，通過與樣品中所含分析物反應(yīng)產(chǎn)生的電子傳遞媒介易于被氧化或 還原。通常，生物傳感器是一種將生物元件與物理化學(xué)檢測元件結(jié)合起來用于 檢測分析物的裝置，包括工作電極、參比電極和/或?qū)﹄姌O。例如，電化學(xué)傳 感器根據(jù)下述反應(yīng)式使用氧化還原酶和電子傳遞媒介進行測量。反應(yīng)式分析物+酶(被氧化的)+電子傳遞媒介(被氧化的)》生成物 +酶(被氧化的)+電子傳遞媒介(被還原的)在上述反應(yīng)式中，被還原的電子傳遞媒介與樣品中所含的分析物濃度成 比例。在這種情況下，被還原的電子傳遞媒介通過將預(yù)定的電壓施加到相對 于參比電極或?qū)﹄姌O的工作電極上而被氧化。此時，通過測量氧化電流，可 以對樣品中所含的分析物進行定量分析。酶的例子包括氧化還原酶如葡萄糖氧化酶、乳酸氧化酶、膽固醇氧化酶或酒精氧化酶，轉(zhuǎn)移酶如谷氨酸草酰乙酸轉(zhuǎn)氨酶(GOT)或谷氨酸丙酮酸轉(zhuǎn) 氨酶(GPT)、或水解酶。電子傳遞媒介的例子包括鐵氰化鉀、亞鐵氰化鉀、氯化六氨合釕 (hexaaminemthenium chloride)、 二茂鐵及其衍生物、或奎寧及其衍生物。構(gòu)成工作電極的材料由碳、石墨、鍍鉑碳、銀、金、鈀或鉑組成。例如， 由碳或鍍鉑碳組成的墨或含鈀的墨可以用于打印下基材上的工作電極。工作 電極可以通過真空沉積方法使用金在下電極上形成。詳細描述生物傳感器。
圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的生物傳感器上基材的平面圖?？諝獬隹?11在上基材IO上形成以便樣品可以通過毛細作用注入。上基 材10由導(dǎo)電材料制成以便通過與樣品中所含分析物反應(yīng)產(chǎn)生的氧化或還原電子傳遞媒介易于氧化或還原。因此，由于構(gòu)成上基材的材料被用作電極， 所以不需要附加電極，這樣傳感器的制作方法被簡化了。圖IB示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的生物傳感器粘合層的平面圖。上基材10和下基材30通過粘合層20相互粘合，這樣通過樣品入口 21 形成一個毛細管。粘合層20可以是厚度為10 — 300微米的雙面涂敷帶(double coated tape)。優(yōu)選情況下，粘合層20的厚度為10—150微米，以便注入最 少量的樣品。樣品通過毛細作用通過樣品入口 21自動注入，樣品入口 21中 存在的空氣通過上基材10的空氣出口 11排出。圖1C示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的生物傳感器下基材的平面圖。下基材30可以是由諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC) 或聚碳酸酯的絕緣材料制成的薄板。下基材30可以由厚度為50—400微米 更優(yōu)選為100 — 300微米的絕緣材料制成。至少一個電極和至少一個連接線在下基材20上形成。參照圖1C，工作 電極31和工作電極連接線32在下基材20上形成。連接線32可以是由與工 作電極31相同的材料或其它的諸如導(dǎo)電材料制成。下基材30包括酶反應(yīng)層 33以測量樣品中所含的分析物。酶反應(yīng)層33包括酶、與酶反應(yīng)的電子傳遞 媒介和用于將緩沖溶液、酶穩(wěn)定劑和其它物質(zhì)固定到工作電極或下基材30 上的聚合物支架(polymeric scaffold)。酶反應(yīng)層33被設(shè)置在工作電極31上 以覆蓋工作電極31。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的生物傳感器的平面圖。圖3示
出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的生物傳感器的分解透視圖。例如，當血液通過樣品入口 21注入時，血液中所含的血糖被酶反應(yīng)層 33中所含的葡萄糖氧化酶氧化，并且葡萄糖氧化酶被還原。在氧化葡萄糖氧化酶時，酶反應(yīng)層33中所含的電子傳遞媒介被還原。酶反應(yīng)層33中所含的 電子傳遞媒介被還原被還原而氧化了葡萄糖氧化酶。被還原的電子傳遞媒介 通過在施加了預(yù)定電壓的工作電極31表面上失去電子而再一次被電化學(xué)氧 化。由于血液樣品中血糖的濃度與電子傳遞媒介被氧化時產(chǎn)生的電流成比 例，血糖的濃度可以通過連接線32測量電流的量來進行測量。此時，上基 材的左端作為參比電極或?qū)﹄姌O，而其右端作為電接觸部件與測量單元連 接。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的生物傳感器的橫截面圖。圖5 示出了圖4中從"A"方向所視的生物傳感器的橫截面圖。工作電極31和工作電極連接線32在絕緣的下基材30上形成，并且酶 反應(yīng)層33被固定在工作電極31上。下基材30通過具有樣品入口 21的粘合 層20與上基材10連接?？諝獬隹?11在由導(dǎo)電材料制成的上基材10上形成 以排出當注入樣品時通過樣品入口21的空氣。優(yōu)選情況下，上基材10具有 小于3千歐/毫米的線性電阻。此時，上基材10的一端作為用于氧化或還原 的電極，而另一端作為電接觸部件。因此，當酶反應(yīng)層33的酶與分析物即 樣品中所含的血糖反應(yīng)時，與血糖濃度成比例的氧化或還原電流在T"基材30 的工作電極31和上基材10的一端即電極41之間產(chǎn)生。因此，血糖的濃度 可以通過與電接觸部件40連接的測量單元測量氧化電流或還原電流來進行 測里。上基材可以以不同的形狀提供。圖6A和圖6B示出了根據(jù)本發(fā)明示例 性實施方式的生物傳感器上基材的橫截面圖。參照圖6A，上基材10的下部作為參比電極和/或?qū)﹄姌O41來測量與樣 品中所含的分析物反應(yīng)產(chǎn)生的電子傳遞媒介的氧化或還原電流，而在其相對
側(cè)上的上部作為電接觸部件40與測量單元電連接(未示出)。參照圖6B，附加電極41a通過將不同于上基材的材料打印或沉積在由 導(dǎo)電材料制成的上基材10的一端上形成。電極41a可以用作參比電極、對 電極或工作電極。構(gòu)成電極41a的材料可以與在下基材30上形成的工作電 極31的材料相同。所述材料的例子包括碳、鍍鉑碳、銀、氯化銀、鈀和金。 電極40或41a由形成于將上基材和下基材相互固定的粘合層20上的樣品入 口 21限定。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的具有不同上基材的生物傳感器 的透視圖。圖7A不出了上基材的具有狹長切口形狀的空氣出口 lla。圖7B示出了 上基材的具有突出形狀的空氣出口 11b?？諝獬隹诘男螤羁梢耘c上述的不同。圖8示出了使用根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的生物傳感器測量血糖時， 血糖濃度與信號之間相互關(guān)系的圖。在本實施方式中，上基材10由厚度為0.2毫米的鋁板形成，下基材30 通過具有用碳/石墨的墨(由Erconlnc.制造)打印在厚度為0.17毫米的PET 板上的工作電極31形成。粘合層20通過將厚度為0.01毫米的粘合劑施用于 厚度為0.03毫米的透明PET的兩面制成。酶反應(yīng)層33通過在pH值為7.3 的磷酸鹽緩沖溶液中溶解0.5%的羧甲基纖維素(CMC)形成。作為電子傳 遞媒介的100毫摩爾的鐵氰化鉀(K3Fe(CN)6)溶解在IOO毫升的所得溶液中， 并且加入和溶解1000單位/毫升(U/ml)的葡萄糖脫氫酶(GDH)。粘合層 與下基材粘合，并且使用溶液分配器將0.001毫升的所得溶液注入樣品入口 21。在35"C的烘箱中干燥30分鐘后將上基材與粘合層固定。由此制得用于測量血糖的生物傳感器。圖8示出了使用根據(jù)本發(fā)明上述示例性實施方式的生物傳感器測量血糖 吋，血糖濃度與信號之間相互關(guān)系的圖。該圖顯示信號與血糖濃度幾乎成比例。
從以上描述可以明顯地看出，所提供的生物傳感器通過設(shè)計使工作電極 和參比電極或?qū)﹄姌O相互面向而使用最少量的血液，并且通過使用電化學(xué)檢 測樣品中所含分析物的生物傳感器的電極材料作為上基材使得制造方法簡 化。因此，以較低生產(chǎn)成本制造生物傳感器是可能的。在不背離本發(fā)明精神或范圍的情況下，可以對本發(fā)明進行各種修改和變 化，這對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是明顯的。因此，本發(fā)明包括屬于本發(fā)明所附 權(quán)利要求和它們的等同物的范圍內(nèi)的修改和變化。
權(quán)利要求
1、一種測量樣品中所含分析物的生物傳感器，該生物傳感器包括具有至少一個電極的絕緣下基材，在該電極上形成有與分析物反應(yīng)的酶反應(yīng)層；面向下基材且由導(dǎo)電材料制成的上基材；以及在酶反應(yīng)層上具有預(yù)定高度的樣品入口的粘合層，該粘合層將上基材和下基材相互粘合，其中，上基材的一端作為電極，在該電極上，酶反應(yīng)層中所含的電子傳遞媒介被氧化或還原，該上基材的另一端作為與測量單元電接觸的電接觸部件。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其中，作為電極的上基材的一 端面向在下基材上形成的電極。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其中，酶反應(yīng)層包括至少一種 酶和至少一種電子傳遞媒介。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物傳感器，其中，酶是氧化還原酶、脫氫 酶、轉(zhuǎn)移酶或水解酶。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其中，上基材的線性電阻小于3千歐/毫米。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其中，在下基材上形成的電極 由碳、石墨、鉑-碳、銀、金、鈀或鉑組成。
7、 一種測量樣品中所含分析物的生物傳感器，該生物傳感器包括 具有至少一個電極的絕緣下基材，在該電極上形成的與分析物反應(yīng)的酶反應(yīng)層；面向下基材且由導(dǎo)電材料制成的上基材；以及在酶反應(yīng)層上具有預(yù)定高度上的樣品入口的粘合層，該粘合層將上基材 和下基材相互粘合，其中，在上基材一端的下側(cè)上形成電極，在該電極上，酶反應(yīng)層中所含 的電子傳遞媒介被氧化或還原，該上基材的另一端作為與測量單元電接觸的 電接觸部件。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的生物傳感器，其中，形成于上基材一端的下 側(cè)上的電極面向在下基材上形成的電極。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的生物傳感器，其中，酶反應(yīng)層包括至少一種 酶和至少一種電子傳遞媒介。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的生物傳感器，其中，酶是氧化還原酶、脫氫 酶、轉(zhuǎn)移酶或水解酶。
11、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的生物傳感器，其中，上基材的線性電阻小于 3千歐/毫米。
12、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的生物傳感器，其中，在下基材和上基材上形 成的電極由碳、石墨、銷-碳、銀、金、鈀或鉑組成。
全文摘要
一種測量樣品中所含分析物的生物傳感器，該生物傳感器包括具有至少一個電極的絕緣下基材，在該電極上形成有與分析物反應(yīng)的酶反應(yīng)層；面向下基材由導(dǎo)電材料制成的上基材；以及在酶反應(yīng)層上具有預(yù)定高度的樣品入口的粘合層，該粘合層將上基材和下基材相互粘合，其中，上基材的一端作為電極，在該電極上，酶反應(yīng)層中所含的電子傳遞媒介被氧化或還原，該上基材的另一端作為與測量單元電接觸的電接觸部件。
文檔編號G01N27/327GK101162213SQ20061014964
公開日2008年4月16日 申請日期2006年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月13日
發(fā)明者劉珍雅, 李星東, 李起元, 柳宰現(xiàn), 石洪成, 裵柄宇, 金玟先 申請人:因福皮亞有限公司