專利名稱：：具有增強(qiáng)的電化學(xué)活性的電化學(xué)裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及電化學(xué)設(shè)備及其制造方法。
背景技術(shù)：
：具有電化學(xué)活性(有時稱為電化學(xué)反應(yīng)性)的裝置被發(fā)現(xiàn)有多種用途。一種用途是作為健康診斷的一部分監(jiān)控生物流體中的分析物濃度水平。例如，電化學(xué)分析物傳感器可以用于監(jiān)控患者血液中的分析物水平(例如，葡萄糖水平)。由于常規(guī)電化學(xué)分析物傳感器可能具有相對較低的靈敏度，因此可能需要相對較大的生物流體樣品體積，以獲得分析物濃度水平的精確測量。上述裝置中電化學(xué)活性很重要的另一領(lǐng)域是在電化學(xué)轉(zhuǎn)化裝置的領(lǐng)域中(例如，燃料電池和/或電池組等)。這些常規(guī)電化學(xué)裝置(例如，分析物傳感器、燃料電池、電池組等)可能要求使用貴金屬和/或可能要求濕處理步驟，這樣可能會顯著增加這些裝置的制造成本。因此，有益的是提供廉價電化學(xué)裝置，其具有增強(qiáng)的性能，例如電化學(xué)活性。
發(fā)明內(nèi)容在一個方面，本發(fā)明提供一種傳感器，它包括半導(dǎo)體材料的傳感器構(gòu)件，所述傳感器構(gòu)件包括電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)。在另一個方面，本發(fā)明提供一種用于檢測生物流體樣品中的分析物濃度水平的分析物傳感器。所述分析物傳感器包括由半導(dǎo)體材料構(gòu)成的傳感器第一構(gòu)件；形成在所述傳感器構(gòu)件上的電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)；以及與所述電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)的至少一部分接觸的活性區(qū)。在一個方法方面，本發(fā)明提供一種制造傳感器的方法，包括以下步驟提供包含半導(dǎo)體材料的傳感器構(gòu)件；以及在所述傳感器構(gòu)件上設(shè)置電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)。在另一個方法方面，本發(fā)明提供一種制造電化學(xué)活性裝置的方法，包括以下步驟提供包含半導(dǎo)體材料的構(gòu)件；以及施加熱量到所述構(gòu)件的表面區(qū)，以引起所述表面區(qū)的電化學(xué)活性改變。在另一個方面，本發(fā)明提供一種電化學(xué)裝置。所述裝置包括多孔半導(dǎo)體材料的構(gòu)件，所述構(gòu)件包括電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)。在另一個方面，本發(fā)明提供一種電化學(xué)傳感器，它包括半導(dǎo)體材料的構(gòu)件，所述構(gòu)件包括導(dǎo)電率增強(qiáng)的區(qū)域。從以下詳細(xì)說明、所附權(quán)利要求書和附圖，本發(fā)明的其他特征和方面將變得更加清楚。圖1是根據(jù)本發(fā)明提供的示例性實施方案的分析物傳感器的俯視圖。圖2是圖1的分析物傳感器沿剖面線2-2的放大剖視圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的圖1的分析物傳感器的分解立體圖，為了清楚蓋子被分隔開。圖4是根據(jù)本發(fā)明的接收示例性實施方案的分析物傳感器的測試設(shè)備的部分主視圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明另一示例性實施方案的分析物傳感器的部分剖切的俯視圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明實施方案的分析物傳感器的編碼區(qū)的放大的部分剖切的俯視圖。圖7是示出在根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的分析物傳感器內(nèi)包括的傳感器構(gòu)件上形成軌道的部分俯視圖。圖8A-8D是根據(jù)本發(fā)明的分析物傳感器中包括的傳感器構(gòu)件的其他示例性實施方案的俯視圖。圖9A是根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面在10，000X放大倍數(shù)下的顯微照片圖。圖9B是比較用的未增強(qiáng)的表面在10，000X放大倍數(shù)下的顯微照片圖。圖9C是根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面在500X放大倍數(shù)下的顯微照片圖。圖9D是比較用的未增強(qiáng)的表面在500X放大倍數(shù)下的顯微照片圖。圖10是根據(jù)本發(fā)明的包括電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面的表面區(qū)的半導(dǎo)體纖維的顯微照片圖。圖IlA是示出與未增強(qiáng)的表面區(qū)的比較用分析物傳感器相比，根據(jù)本發(fā)明的利用電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)的本發(fā)明分析物傳感器的電化學(xué)響應(yīng)(nA)的第一示圖。圖IlB是示出與未增強(qiáng)的表面區(qū)的比較用分析物傳感器相比，根據(jù)本發(fā)明的利用電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)的本發(fā)明分析物傳感器的電化學(xué)響應(yīng)(nA)的第二示圖。圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的制造包括具有電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面的表面區(qū)的構(gòu)件的方法的流程圖。圖13是示出根據(jù)本發(fā)明的具有電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面的表面區(qū)的多孔半導(dǎo)體裝置的立體圖。圖14是根據(jù)本發(fā)明提供的示例性實施方案的分析物傳感器的剖切的側(cè)視圖。具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種電化學(xué)裝置，它包括至少部分地由半導(dǎo)體材料制成的構(gòu)件。所述構(gòu)件的表面部分可以包括電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)(下文中稱為“增強(qiáng)的表面區(qū)”或“增強(qiáng)區(qū)域”)。本文中使用的“電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)”是指以下的表面區(qū)與相同大小和材料的制品的未處理的表面區(qū)相比，具有增強(qiáng)的電化學(xué)反應(yīng)性，即在給定電位下具有更快的氧化和/或還原動力學(xué)。這種區(qū)域可以通過施加熱量來形成，即，其可以是熱致形成的。增強(qiáng)的表面區(qū)可以允許在電化學(xué)傳感器和裝置中產(chǎn)生增強(qiáng)的電流，例如在分析物傳感器和燃料電池中。此外，由于減少或消除了對貴金屬的需要和/或?qū)裉幚聿襟E的需要，因而這種增強(qiáng)可以簡化構(gòu)造。在一些實施方案中，半導(dǎo)體材料可以是碳化硅。在其他實施方案中，所述構(gòu)件可以包括多孔半導(dǎo)體材料(例如，多孔半導(dǎo)體泡沫)。在一些實施方案中，所述裝置可以是分析物傳感器，其可以包括至少部分地由半導(dǎo)體材料制成的傳感器構(gòu)件。所述傳感器構(gòu)件可以包括電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)。可以設(shè)置與增強(qiáng)區(qū)域接觸的活性區(qū)(例如，一種或多種催化劑和/或試劑)。因此，這種傳感器可以用于分析物檢測。在工作時，所述活性區(qū)可以適于與所述空腔內(nèi)接收的生物流體樣品中的分析物反應(yīng)并將其轉(zhuǎn)化為反應(yīng)產(chǎn)物，從而可以產(chǎn)生電流。所述傳感器構(gòu)件可以設(shè)置在另一元件中，例如基體或中空構(gòu)件(例如，針狀構(gòu)件)，其中所述傳感器可以例如作為傳感器的工作電極工作。有利的是，與沒有活性增強(qiáng)表面的類似制品相比，在傳感器上設(shè)置電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)可以提供增強(qiáng)的信號產(chǎn)生。下面參照圖1-14說明電化學(xué)裝置、傳感器、分析物傳感器、包括該分析物傳感器的設(shè)備以及制造該裝置和傳感器的方法的這些和其他實施方案。圖1-3示出根據(jù)本發(fā)明提供的分析物傳感器100的示例性實施方案的不同視圖。分析物傳感器100可以包括可由任何合適的絕緣材料形成的基體110，例如聚合物(例如，聚碳酸酯、聚苯乙烯、高密度聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺等絕緣材料)。基體110可以具有安裝在其上的傳感器第一構(gòu)件120，其可以通過在基體110內(nèi)設(shè)置某種程度的物理凹陷進(jìn)行安裝。例如，當(dāng)基體110是可變形聚合物時，可以施加足夠的壓力和/或熱量，從而使傳感器第一構(gòu)件120的包層124壓印到基體110內(nèi)。此外，凹陷可以模制到基體110中。任選地，傳感器第一構(gòu)件120可以粘附或膠合、熱熔、超聲熔合或以其他方式安裝到基體110上。在一些實施方案中，傳感器第一構(gòu)件120可以通過夾置在基體110和蓋子150之間而簡便地安裝到基體110上。粘合劑151可用于將蓋子150連接到基體上?；w110可以是任何合適的大小和形狀。在一些實施方案中，傳感器第一構(gòu)件120可以包括由導(dǎo)電材料制成的芯部122和可以至少部分地由半導(dǎo)體材料制成的包層124。在一些實施方案中，第一構(gòu)件120可以采用包含半導(dǎo)體材料的纖維的形式，并且在一些實施方案中，導(dǎo)電芯部122可以至少部分地被半導(dǎo)體包層124包圍。纖維可以具有圓形橫截面，并且長度基本上長于其橫向尺寸(例如，直徑)。在示出的示例性實施方案中，包層124可以呈環(huán)形形狀，其可以沿著芯部122長度的至少一部分完全包圍芯部122。芯部122可以呈例如圓柱棒的形狀。在工作中，芯部122和包層124都能夠傳導(dǎo)電流。在一些實施方案中，芯部122可以包含碳(例如，石墨)并且包層124可以包含碳化硅(SiC)。具有合適的SiC包層和碳芯部的碳化硅/碳纖維例如由Lowell,Massachusetts^SpecialtyMaterialsInc.t，。MM，胃122的帛電才才14還可以包含其他導(dǎo)電材料，包括金屬，如貴金屬、銅和鋁。包層124可以包含其他半導(dǎo)體材料，包括第IV族元素(例如，硅和鍺)、第IV族化合物(例如，鍺化硅(SiGe))和第III-V族化合物(例如，砷化鎵(GaAs)和磷化銦(InP))。在一些實施方案中，傳感器第一構(gòu)件120的總直徑(包括芯部122和包層124)可以為約150微米以下、約100微米以下、約75微米以下或甚至約50微米以下。在一些實施方案中，傳感器第一構(gòu)件120的直徑可以為約75微米至約150微米之間(盡管還可使用更大或更小的尺寸)。芯部122的直徑可以為約10微米至約100微米或甚至為約20微米至約40微米，并且在一些實施方案中可以為約30微米。還可以使用其他尺寸。在所示的實施方案中，傳感器第一構(gòu)件120可以包括熱致的電化學(xué)活性增強(qiáng)的區(qū)域125(“增強(qiáng)區(qū)域”)的端部。下面更完全地描述區(qū)域125的形成。如圖IlA和圖IlB中的示圖所示，在SiC包層上包括增強(qiáng)區(qū)域的分析物傳感器可以使對分析物(例如，葡萄糖)的響應(yīng)增加例如大于約5倍或甚至大于約10倍。因此，與沒有增強(qiáng)區(qū)域的類似SiC構(gòu)件相比，本發(fā)明的這一方面提供對分析物基本上更大的響應(yīng)。在本文所述的一些實施方案中，在傳感器接觸分析物時電流密度大于1μA/cm2,或甚至大于10μA/cm2。分析物傳感器100還可以包括傳感器第二構(gòu)件130，在優(yōu)選實施方式中，其包括可從導(dǎo)電材料制造的芯部132和可包含半導(dǎo)體材料的包層134。傳感器第二構(gòu)件130的材料可以與上面對于傳感器第一構(gòu)件120所述的材料相同。任選地，傳感器第二構(gòu)件130可以由更常規(guī)的材料制成，例如碳、石墨、金、銀、鈀、鉬等。例如，第二傳感器構(gòu)件可以由碳/石墨PTF形成。應(yīng)該認(rèn)識到，參比電極可以呈現(xiàn)其他形式(例如，線圈、箔、帶或膜)。然而，在一些實施方案中，傳感器第二構(gòu)件130可以是另一個纖維，如圖1所示，其可以與傳感器第一構(gòu)件120呈大致平行關(guān)系取向。可以設(shè)置成其他取向，例如非平行取向。如果傳感器第二構(gòu)件130包括半導(dǎo)體包層(例如，SiC)，則傳感器第二構(gòu)件130可以包括熱致的電化學(xué)活性增強(qiáng)的區(qū)域127，象上面對于傳感器第一構(gòu)件120所述的那樣。傳感器第二構(gòu)件130可以用作提供電流返回路徑的參比電極。在一個或多個實施方案中，傳感器第二構(gòu)件130可以用作對電極。再次參照圖1-3，下面更完全說明地活性區(qū)140涂布在基體110上并且至少與第一構(gòu)件120接觸和電連接。然而，簡言之，活性區(qū)140可適于接觸生物流體樣品，并且可以包含一種或多種催化劑或試劑，適用于促進(jìn)生物流體樣品內(nèi)的分析物與活性區(qū)140中包含的催化劑或試劑之間的電化學(xué)反應(yīng)。這樣可以生成反應(yīng)產(chǎn)物和遷移電子，然后可以例如通過傳感器第一構(gòu)件120的芯部122或包層傳導(dǎo)。本文中稍后描述的介體也可以供應(yīng)在活性區(qū)140中，以輔助電子輸送至芯部122或包層124的表面。根據(jù)本發(fā)明的實施方案，可以形成空腔155并且鄰近傳感器第一構(gòu)件120的開放端135設(shè)置?？涨?55(圖2)可以接收例如在傳感器100的開口端135插入的生物流體樣品。特別地，空腔155可以例如至少部分地由蓋子150的內(nèi)表面和基體110的表面(具有涂布的活性區(qū)140)形成和限定?？涨?55可以具有任何形狀，但優(yōu)選具有促進(jìn)毛細(xì)管作用以使生物流體液滴在區(qū)域125，127之間吸入并靜置而使得樣品接觸活性區(qū)140的形狀。設(shè)置孔152，以輔助置換空氣的釋放并促進(jìn)毛細(xì)管作用。在一些實施方案中，用于檢測分析物濃度水平的足夠生物流體樣品可以具有例如小于約0.5微升、小于約0.4微升或甚至小于約0.3微升的體積。一些示例性實施方案可以要求例如小于約0.2微升、小于約0.1微升或甚至小于約0.05微升的樣品體積以檢測分析物濃度水平。還可以使用其他樣品體積。為了有助于減少生物流體樣品體積的需要，可以使用纖維狀的傳感器第一構(gòu)件120。這被認(rèn)為為活性區(qū)140提供大致相對的表面141W，141R(其中“W”表示“工作”，“R”表示“參比”)，并因而提供三維形狀，以及露出電極的相對較大的有效表面積。這樣，使用相對較少樣品體積的生物流體，可以實現(xiàn)優(yōu)異的分析物檢測。此外，由于加入增強(qiáng)區(qū)域，所以可以提供基本上更高的信號水平(參見圖11)。因此，可以最小化或避免必須再次刺扎手指等以獲得測試用的足夠流體體積的趨勢。參照圖2，活性區(qū)140可以位于空腔155內(nèi)，并且優(yōu)選位于空腔155的底部，從而允許活性區(qū)140接觸進(jìn)入空腔155的樣品生物流體。如圖所示，活性區(qū)140涂布在包層124，134上并與其接觸。特別地，活性區(qū)140可以涂布在增強(qiáng)區(qū)域125，127長度的至少一部分上。在將生物流體樣品插入空腔155中時，包層124和/或芯部122可以傳導(dǎo)和引導(dǎo)電子流，提供可以與生物流體樣品中的分析物濃度成比例的電流。然后，電流可以被調(diào)整并在測試設(shè)備460上顯示，包括任何合適的讀數(shù)，例如數(shù)字讀數(shù)器470(例如，圖4所示)。如圖4進(jìn)一步所示，實施方案的分析物傳感器100，例如參照圖1-3所述的分析物傳感器，或者本文所述的另外實施方案中的任一種，可以插入并接收在測試設(shè)備460的端口465中。設(shè)備460中的電接頭(未示出)與傳感器構(gòu)件120，130(例如，其芯部和/或包層)的導(dǎo)電端部電接觸，從而進(jìn)行與設(shè)備460的電路系統(tǒng)的電連接。在施加偏電壓(例如，約400mV)時，常規(guī)處理程序和電路系統(tǒng)可以將由傳感器100供應(yīng)的電流換算為分析物濃度水平。再次參照圖1-3，用于設(shè)置活性區(qū)140的一組催化劑是氧化酶類，其包括例如葡萄糖氧化酶(其轉(zhuǎn)化葡萄糖)、乳酸氧化酶(其轉(zhuǎn)化乳酸鹽)和D-天冬氨酸氧化酶(其轉(zhuǎn)化D-天冬氨酸鹽和D-谷氨酸鹽)。在葡萄糖是目標(biāo)分析物的實施方案中，可以任選地使用葡萄糖脫氫酶(GDH)。還可以依情況使用吡咯喹啉醌(PQQ)或黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)?？梢杂迷诒景l(fā)明中的氧化酶的更詳細(xì)列表在ClarkJr.的美國專利No.4，721，677中提供，其題目為“ImplantableGas-containingBiosensorandMethodforMeasuringanAnalytesuchasGlucose”，在此將其全部內(nèi)容并入作為參考。還可使用除了氧化酶之外的催化酶?；钚詤^(qū)140可以包括一層或多層(未明確示出)，催化劑(例如，氧化酶)和/或其他試劑可以在其中固定或沉積。所述一層或多層可以包含多種聚合物，例如包括硅樹脂系或有機(jī)聚合物(例如聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚環(huán)氧乙烷)、纖維素聚合物(例如，羥乙基纖維素或羧甲基纖維素)、聚乙烯、聚氨酯、聚丙烯、聚四氟乙烯、嵌段共聚物、溶膠-凝膠等。多種不同的技術(shù)可用于使酶固定在活性區(qū)140的一層或多層中，包括但不限于使酶固定到聚合物基質(zhì)例如溶膠_凝膠的晶格中、使試劑交聯(lián)到合適的基質(zhì)(例如戊二醛)、電聚合以及利用共價鍵在酶之間形成陣列，等等。在一些實施方案中，電化學(xué)活性層(未明確示出)可以鄰近芯部122或包層124的工作端135。電化學(xué)活性層可以包含例如沉積的金屬，例如貴金屬(例如，鉬、鈀、金或銠)或其他合適的材料。在葡萄糖檢測的實施方案中，當(dāng)合適地極化時，活性層可以與過氧化氫進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。氧化還原反應(yīng)利用電子轉(zhuǎn)移導(dǎo)致電流產(chǎn)生，電流與已經(jīng)轉(zhuǎn)化為過氧化氫的分析物的濃度成比例。該電流可以從電化學(xué)活性層通過芯部122和/或包層124傳導(dǎo)和輸送到如前面參照圖4所述的測試設(shè)備460。在一些實施方案中，介體可以在活性區(qū)140內(nèi)，以促進(jìn)分析物轉(zhuǎn)化為可檢測的反應(yīng)產(chǎn)物。介體包括在催化劑和工作電極(例如，芯部的表面、包層、涂布到芯部上的電化學(xué)活性層或增強(qiáng)區(qū)域等)之間充當(dāng)中間物的物質(zhì)。例如，介體可以促進(jìn)反應(yīng)中心(在那里發(fā)生分析物的催化分解)和工作電極之間的電子轉(zhuǎn)移，并且可以增強(qiáng)工作電極處的電化學(xué)活性。合適的介體可以包括以下中的一種或多種金屬絡(luò)合物(包括二茂鐵)及其衍生物、氰亞鐵酸鹽、吩噻嗪衍生物、鋨絡(luò)合物、奎寧、酞菁、有機(jī)染料以及其他物質(zhì)。在一些實施方案中，介體可以與催化劑一起直接交聯(lián)到工作電極上。為了形成電化學(xué)電池，傳感器第二構(gòu)件130可以與空腔155中的活性區(qū)140連接。特別地，活性區(qū)140可以被涂布成與其上形成有增強(qiáng)區(qū)域125，127的包層124，134接觸并構(gòu)造成在包層124，134之間延伸。如圖2所示，活性區(qū)140可以沿著包層124，134的大致相對表面141W，141R延伸，使得生物流體滴可以接收在由活性區(qū)140形成的三維特征中，所述活性區(qū)涂布在包層124，134和基體110的表面上。圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的分析物傳感器500的部分剖切的局部視圖。傳感器500包括包含半導(dǎo)體材料的傳感器構(gòu)件520。傳感器500可以包括導(dǎo)電材料的棒狀芯部522，并且可以包括至少部分地由半導(dǎo)體材料形成的包層524。在一些實施方案中，構(gòu)件520可設(shè)置為纖維形式，其中包層524沿著纖維長度的至少一部分包圍和環(huán)繞芯部522。在這種實施方案中，包層524包括熱致的電化學(xué)活性增強(qiáng)的區(qū)域525?？梢园ㄅc傳感器構(gòu)件520的增強(qiáng)區(qū)域525的至少一部分接觸的活性區(qū)540。該活性區(qū)可以與上面描述的相同。涂布在熱致的電化學(xué)活性增強(qiáng)的區(qū)域525上的活性區(qū)540可以增強(qiáng)電化學(xué)活性和分析物響應(yīng)，這將在下面更詳細(xì)地描述。分析物傳感器500可以包括在另一結(jié)構(gòu)或裝置內(nèi)，例如在空腔內(nèi)或者在中空構(gòu)件內(nèi)。另外，在圖6所示的實施方案中，分析物傳感器600的傳感器構(gòu)件620可以設(shè)置有一個或多個環(huán)形帶，其構(gòu)成一個或多個熱致的導(dǎo)電率改變區(qū)域625A-625C。特別地，增強(qiáng)區(qū)域625A-625C可以例如提供信息編碼的應(yīng)用。編碼可以允許某些信息編碼到傳感器構(gòu)件620上。編碼的信息可以涉及到例如傳感器600的性能和/或特征。特別地，生產(chǎn)日期、批次號、部件號或版本號、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)或常數(shù)、有效期等可以被編碼。在傳感器600插入設(shè)備中時，該編碼的信息可由測試設(shè)備(例如，圖4中所示的設(shè)備460)讀取。如圖6中的放大視圖所示，并且在使用半導(dǎo)體包層材料(例如，SiC)的情況下，熱致的導(dǎo)電率改變區(qū)域625A-625C可以由一個或多個導(dǎo)電率改變的軌道(例如，環(huán))形成并包括它們。軌道可以形成在傳感器構(gòu)件620的包層624上，并且可沿徑向向內(nèi)延伸到芯部622。在所示的實施方案中，示出三個導(dǎo)電率改變的軌道625A-625C。然而，可以使用更多或更少數(shù)量的軌道。例如，在一個實施方案中，可以使用變化寬度的單一軌道，其中可以進(jìn)行電阻的兩點測量以測量和確定電阻水平。然后，電阻值可以例如與查詢表中的編碼相關(guān)聯(lián)。例如，可以通過調(diào)節(jié)在形成軌道時使用的電力和/或掃描條件來改變電阻值。在圖6所示的實施方案中，多個間隔的導(dǎo)電率改變軌道可以設(shè)置在傳感器構(gòu)件620上。位于構(gòu)件620上的軌道可以用于提供編碼的信息的位元(例如，1和0)，隨后可以通過設(shè)置在測試設(shè)備(參見圖4)中的合適的讀數(shù)器從構(gòu)件620讀取。例如，在與傳感器600的末端隔開的限定位置處存在的軌道可以用于表示“1”，而在限定位置(參見位置691)處不存在軌道可以表示“0”。因此，通過僅使用4個預(yù)定的軌道位置，可以提供24位元或16個編碼，然后可以例如通過測試設(shè)備(未示出)讀取。測試設(shè)備可以包括電接頭(未示出)，其在可以放置軌道的各間隔位置接觸，并且可以讀取電阻值以確定在各位置處的位元(1或0)。在一些實施方案中，可能希望在其他傳感器構(gòu)件(如果提供)上編碼信息。如圖7中所示，提供形成一個或多個熱致的導(dǎo)電率改變區(qū)域625A-625C的方法。各區(qū)域625A-625C可以例如通過使傳感器構(gòu)件620的SiC包層624在合適溫度下經(jīng)歷強(qiáng)烈的局部熱量而形成。提供的表面溫度應(yīng)該足以相對于未處理區(qū)域而言為處理區(qū)域的導(dǎo)電率提供合適改變。在形成活性增強(qiáng)區(qū)的情況下，可以使用合適的溫度，以相對于未處理區(qū)域提供電化學(xué)活性的合適改變。形成這些區(qū)域的合適表面溫度可以例如大于約1，000°C，大于約1，5000C，或甚至大于約2，OOO0C。例如，隨著構(gòu)件620和激光器797垂直相對運(yùn)動(由箭頭728表示)，包層可以接觸從激光器797發(fā)射的激光束796。然后纖維可以旋轉(zhuǎn)或翻轉(zhuǎn)180度，并且在另一側(cè)上重復(fù)相同的處理。在一些情況下，通過使以并排取向放置的多個纖維全部經(jīng)歷共同的激光處理，可以更有效地處理它們。激光器797可以是具有合適功率以在纖維中實現(xiàn)合適熱變化的任何合適的激光器。一種合適的激光器可以例如是釩酸釔激光器("Y-VO4激光器”)，其功率為約5至250瓦特，提供約30微米至約250微米的光束寬度。使用的波長可以是約1064nm的自然波長、二倍頻波長(約532nm)或三倍頻波長(約355nm)。構(gòu)件620的掃描運(yùn)動可以使得激光束796在垂直方向上的表面速度可以是約20mm/s至2000mm/s的掃描速度，并且在一些實施方案中為約200mm/s。在構(gòu)件的較大面積被處理的情況下，激光器797可以沿Y方向掃描，然后沿構(gòu)件620的縱向長度(X方向)以小增量逐漸增大間隔，并且沿Y方向重復(fù)掃描。增量可以足夠小，使得影響的區(qū)域鄰接或略微重疊。激光器可以同時沿著X方向和Y方向一次掃描多個平行排列的纖維，即掃描可以覆蓋方形或矩形區(qū)域，并且標(biāo)記整個所期望的圖案，而未移動纖維。纖維可被翻轉(zhuǎn)以處理之前隱藏的下側(cè)。掃描和間隔的連續(xù)工作可以重復(fù)，直到形成期望長度的區(qū)域。激光器可以在約IOkHz至約IOOKHz的頻率下產(chǎn)生脈沖?？梢允褂闷渌吖β始す馄?，例如YAG、CO2、受激準(zhǔn)分子、激光二極管、板條、薄盤、纖維和綠光激光器。對由半導(dǎo)體材料(例如，SiC)構(gòu)成的包層624進(jìn)行強(qiáng)烈的局部加熱可能會引起包層624的電阻率和/或電化學(xué)活性局部改變。這樣，局部加熱可以提供環(huán)繞芯部622的一個或多個導(dǎo)電率改變的軌道625A-625C(點線示出)。在一些實施方案中，所述區(qū)域可以徑向滲透到構(gòu)件中足以到達(dá)芯部622的深度。在接觸足夠的熱量時，軌道625A-625C可以具有幾個數(shù)量級或更大的導(dǎo)電率，或者可以具有與未經(jīng)歷來自激光器應(yīng)用的熱處理的周圍SiC材料明顯不同的導(dǎo)電率。另外，在形成增強(qiáng)區(qū)域的情況下，例如在圖1-3、圖5、圖8A-8D和圖14的實施方案中，可以使用上述方法。根據(jù)另一方面，填充檢測器可以鄰近活性區(qū)設(shè)置，從而確保當(dāng)進(jìn)行分析物濃度的檢測時存在足夠的生物流體樣品。例如，可以通過在兩個傳感器構(gòu)件(傳感器第一構(gòu)件和傳感器第二構(gòu)件)的每一個鄰近活性區(qū)的位置處形成導(dǎo)電軌道(例如，軌道625C)來設(shè)置填充檢測器。例如，填充檢測器軌道可以距每一個傳感器構(gòu)件上的活性區(qū)等距設(shè)置?？梢园瓷鲜龇椒ㄐ纬绍壍?。在工作時，如果存在足夠的生物流體樣品，則一部分生物流體樣品在傳感器構(gòu)件上形成的填充檢測器軌道之間靜置，并且提供通過流體樣品的導(dǎo)電途徑。因此，當(dāng)在填充檢測器軌道的位置處存在生物流體時，可以測量到傳感器構(gòu)件之間的電阻明顯降低。圖8A-8D分別示出根據(jù)本發(fā)明不同實施方案的傳感器構(gòu)件820A-820D。在圖8A的第一實施方案中，傳感器構(gòu)件820A可以形成為包含半導(dǎo)體材料的纖維(例如，SiC包層)，并且可以僅在半導(dǎo)體構(gòu)件820A的端部上包括電化學(xué)活性增強(qiáng)的區(qū)域825。區(qū)域825可以例如形成在半導(dǎo)體構(gòu)件的半導(dǎo)體部分的表面區(qū)上，并且如上所述可以是熱致形成的。任選地，增強(qiáng)區(qū)域825可以形成在構(gòu)件上的其他地方，例如在中部(圖8C)或者在若干縱向間隔的位置(圖8D)。在這些實施方案中，增強(qiáng)區(qū)域825可以分別設(shè)置在構(gòu)件820C，820D的少于全部的徑向外周面上。區(qū)域825可以例如設(shè)置為一個環(huán)形帶或多個環(huán)形帶。在每種情況下，活性區(qū)，例如圖5的實施方案中所示的區(qū)域M0，可以涂布在增強(qiáng)區(qū)域825的至少一部分上，以形成分析物傳感器。在圖8B的實施方案中，構(gòu)件820B的整個徑向外周面均可設(shè)置有電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)825。在所示的實施方案中，可以施加熱量(例如，通過激光束)，使得區(qū)域825可以在傳感器構(gòu)件820A-820D的外表面上是熱致形成的。區(qū)域825可以包括至少5微米的徑向深度(d)，從表面(例如，徑向外周面)向內(nèi)測量(參見圖8A)。在一些實施方案中，區(qū)域825的深度(d)可以為至少10微米，或甚至至少20微米。在一些實施方案中，區(qū)域825可以延伸到構(gòu)件820A-820D的導(dǎo)電芯部。圖9A-9D示出不同放大倍數(shù)的顯微照片，其中在構(gòu)件表面上設(shè)置或未設(shè)置熱致的電化學(xué)活性增強(qiáng)的區(qū)域825B。特別地，圖9A和圖9B示出在10，000X放大倍數(shù)下的半導(dǎo)體構(gòu)件(例如，半導(dǎo)體纖維)的表面區(qū)，分別進(jìn)行和未進(jìn)行提供增強(qiáng)區(qū)域的熱表面處理(例如，使用激光器加熱)。圖9A清楚地示出表面形態(tài)的變化，其中大致球狀小球950形成在表面上。小球950的橫截面最大尺寸可以例如從約100納米變化至約5微米。據(jù)認(rèn)為，小球可以增大有效表面積或有效表面導(dǎo)電率或兩者。在任何情況下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，施加熱量到半導(dǎo)體構(gòu)件的表面區(qū)可以引起至少表面區(qū)的電化學(xué)活性改變。圖9B示出與圖9A的區(qū)域相比構(gòu)件的類似大小但未施加熱量到表面的區(qū)域(未增強(qiáng)區(qū)域)。圖9C和圖9D示出在500X放大倍數(shù)下的顯微照片，在相同放大倍數(shù)下將圖9C中的熱致的活性增強(qiáng)的表面與圖9D中的未增強(qiáng)的表面作比較。圖10示出構(gòu)件1020的實施方案，該構(gòu)件可以是半導(dǎo)體纖維，并且其中纖維的半導(dǎo)體包層的表面上形成有電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)1025，該表面區(qū)可以是熱致形成的。如圖所示，增強(qiáng)區(qū)域1025可以設(shè)置在傳感器構(gòu)件1020的少于全部的表面上。如上所述，活性區(qū)1040可以涂布在增強(qiáng)區(qū)域1025的至少一部分上，從而形成分析物傳感器。圖IlA示出在接觸不同水平的葡萄糖分析物(含有對照溶液)時，包括本發(fā)明的電化學(xué)活性增強(qiáng)的區(qū)域的傳感器構(gòu)件(標(biāo)記1101A)相對于沒有增強(qiáng)區(qū)域的傳感器構(gòu)件(標(biāo)記1102A)的電氣響應(yīng)(毫微安培(nA))的示圖。傳感器構(gòu)件分別是具有外徑約140微米的碳化硅外包層和具有直徑約30微米的碳芯部的纖維。包括增強(qiáng)區(qū)域的傳感器構(gòu)件經(jīng)歷來自功率設(shè)定在約50瓦特并在約IOOkHz下產(chǎn)生脈沖的YAG激光器的熱量。激光束寬為約65微米，并且通過在約200mm/s的掃描速度及合適間隔下激光跨過纖維表面多次掃描來燒蝕纖維。多個纖維在陽極化背襯板的平坦表面上并排放置，并且跨過纖維集合的寬度進(jìn)行激光掃描。然后，激光沿著纖維的縱向長度以小增量(約0.025mm)間隔，并且重復(fù)掃描，形成約5mm長的露出區(qū)域。然后，將纖維翻轉(zhuǎn)并重復(fù)處理。通過激光器施加熱量提供電化11學(xué)活性增強(qiáng)的區(qū)域，該區(qū)域是熱致形成的。其他傳感器構(gòu)件保持未處理(未增強(qiáng))。然后，每個構(gòu)件被涂布相同的活性區(qū)，通過在0.9g氰鐵酸鹽、0.3gHEC和0.3gGOx的14.4g、7.4pH緩沖液中浸漬而制成。在處理的纖維中，活性區(qū)涂布在電化學(xué)活性增強(qiáng)的區(qū)域的頂部。在該試驗中，纖維的芯部被密封以評價半導(dǎo)體包層的效果。在該試驗中，每個傳感器構(gòu)件接觸含有約4至約62mg/dL的不同濃度葡萄糖對照溶液的分析物溶液。如圖所證實的，對于60mg/dL濃度的葡萄糖溶液，具有活性增強(qiáng)區(qū)的傳感器構(gòu)件的電化學(xué)響應(yīng)大于約5倍，或甚至大于約10倍。因此，本發(fā)明的包括電化學(xué)增強(qiáng)區(qū)域的分析物傳感器與類似的未處理的纖維相比對于分析物(例如，葡萄糖)具有基本上增大的電化學(xué)響應(yīng)(電流密度)。圖IlB證實上面參照圖IlA所述的未處理和處理纖維的另一對比，然而，在該試驗中，碳芯部在各纖維中保持未密封。使用與圖IlA試驗相同的制備條件，不同之處在于芯部保持未密封。在該試驗中，具有通過激光處理形成的電化學(xué)活性增強(qiáng)的區(qū)域的處理纖維1101B與未處理纖維1102B相比，也顯示出響應(yīng)增加大于約5倍，或甚至大于約10倍。這些試驗可以表明，增加來自于纖維的SiC包層受到的熱處理。下面，參照圖12說明制造根據(jù)本發(fā)明各個方面的具有電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面的區(qū)域的裝置的方法的實施方案。方法1200可以包括以下步驟在步驟1202中，提供包含半導(dǎo)體材料的構(gòu)件(例如，傳感器構(gòu)件)，然后在步驟1204中，在足以在所述構(gòu)件的半導(dǎo)體部分上形成電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)的時間和溫度下施加熱量到所述構(gòu)件的表面區(qū)。與未處理構(gòu)件相比，處理可以足夠引起電化學(xué)活性改變大于2倍、大于5倍或甚至大于10倍。所述構(gòu)件可以是由長度基本上長于寬度的纖維形成的傳感器構(gòu)件，并且纖維可以包含半導(dǎo)體材料，例如SiC包層?？梢园瓷鲜鍪┘訜崃浚缤ㄟ^高功率激光器，使溫度例如超過1，0001、1，5001或甚至2，0001。這樣形成的電化學(xué)增強(qiáng)區(qū)域可以包括構(gòu)件表面的全部或少于全部(例如，一些徑向表面或僅一個側(cè)面)。在所述構(gòu)件用在分析物傳感器中的情況下，在進(jìn)行施加熱量的步驟后，在步驟1206中，可以在電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)的至少一部分上形成活性區(qū)。涂布活性區(qū)的步驟可以通過用于涂布上述催化劑和/或試劑的任何常規(guī)方法來進(jìn)行。圖13示出電化學(xué)活性裝置1300的實施方案，其可以從半導(dǎo)體材料(例如，碳化硅)制造。象上述構(gòu)件那樣，裝置1300可以包括電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)1325，其可以是熱致形成的。區(qū)域1325可以延伸入該裝置中深度(d)，深度(d)可以小于裝置1300的總厚度。在一些實施方案中，裝置1300可以從多孔半導(dǎo)體材料主體(例如，半導(dǎo)體多孔泡沫主體)形成。多孔泡沫半導(dǎo)體材料可以是SiC，并且其密度可以例如小于約20%，甚至為4%至12%。如圖所示，構(gòu)件1300可以形成為厚度遠(yuǎn)小于長度或?qū)挾瘸叽绲拿姘濉Ｌ貏e地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了裝置1300作為電化學(xué)處理中使用的電化學(xué)轉(zhuǎn)化裝置的多孔電極的用途，例如燃料電池或電池組。通過對面板的表面進(jìn)行加熱，可以使裝置1300的表面具有基本上更大的電化學(xué)活性，例如通過利用從激光器1397(例如，YAG激光器)發(fā)出的激光束1396沿著跨越多孔半導(dǎo)體泡沫面板的表面1399的路徑1398進(jìn)行光柵掃描。合適的光柵掃描可以包括以合適間距重復(fù)跨過面板表面，使得基本上全部表面1399可以具有增強(qiáng)的電化學(xué)活性。如上所述，表面1399可以加熱到足夠量(例如，大于1，000°C，大于1，500°C，大于2，000°C)以引性活性合適地改變(例如，與未處理的裝置相比，大于約2倍、大于約5倍或大于約10倍)。圖14示出分析物傳感器1400的另一示例性實施方案。分析物傳感器1400可以包括傳感器第一和第二構(gòu)件1420，1430，它們平行取向彼此靠近。構(gòu)件1420，1430可以是半導(dǎo)體纖維，象參照圖5所述的那樣，并且可以收容和固定在例如可由絕緣材料制成的環(huán)形套管1414內(nèi)。傳感器構(gòu)件1420，1430可以包括電化學(xué)活性增強(qiáng)的區(qū)域1425，其可以是熱致的(如本文中所述)，并且可以包括涂布在增強(qiáng)區(qū)域1425上的活性區(qū)1440，活性區(qū)的末端在構(gòu)件1420，1430之間形成材料橋。當(dāng)然，傳感器第一和第二構(gòu)件1420，1430可以其他方式沿著它們的長度彼此電絕緣?？梢酝ㄟ^灌注混合物或合適的聚合物絕緣薄層來提供絕緣，例如聚丙烯層、聚碳酸酯、聚四氟乙烯等。包括構(gòu)件1420，1430和套管1414的組件可以容納在中空構(gòu)件1402中，該中空構(gòu)件可以包括形成刺血針的裂開端。中空構(gòu)件1402可以由合適的剛性材料制成，例如不銹鋼管。分析物傳感器1400提供組合的刺血針和傳感器設(shè)備，這樣不需要具有單獨(dú)的刺血針，也不需要使用者將生物流體轉(zhuǎn)移到試驗帶。該分析物傳感器還可以包括編碼區(qū)1450，編碼區(qū)可以包括參照圖6和圖7所述的一個或多個軌道。上述說明僅以示例性方式公開了本發(fā)明的裝置、構(gòu)件、傳感器、分析物傳感器、包括它的設(shè)備以及制造傳感器和裝置的方法的實施方案。對上述公開的裝置、構(gòu)件、傳感器、分析物傳感器、包括它的設(shè)備以及制造傳感器和裝置的方法的改進(jìn)落入本發(fā)明的范圍內(nèi)，并且這些改進(jìn)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯然的。因此，盡管已經(jīng)結(jié)合示例性實施方案公開了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，其他實施方案也落入所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.一種傳感器，包括半導(dǎo)體材料的傳感器構(gòu)件，所述傳感器構(gòu)件包括電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)是熱致形成的。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述傳感器構(gòu)件包括半導(dǎo)體包層，并且所述包層包括所述的電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器，其中所述半導(dǎo)體包層包含碳化硅。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述傳感器構(gòu)件包括纖維，并且所述電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)形成在所述纖維的表面上。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述傳感器構(gòu)件包括纖維，并且所述電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)形成在所述纖維的少于全部的徑向外周上。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)形成在所述傳感器構(gòu)件的外表面上，并且深度為至少5微米。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的傳感器，其中所述深度為至少10微米。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)由形成在所述傳感器構(gòu)件的表面上的一個環(huán)形帶構(gòu)成。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)由形成在所述傳感器構(gòu)件的表面上的多個環(huán)形帶構(gòu)成。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中在所述傳感器接觸分析物時，電流密度大于1μA/cm2。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，還包括活性區(qū)，它與所述電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)的至少一部分接觸。13.一種制造傳感器的方法，包括以下步驟提供由半導(dǎo)體材料構(gòu)成的傳感器構(gòu)件；以及在所述傳感器構(gòu)件上設(shè)置電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中設(shè)置表面區(qū)的步驟包括施加熱量到所述傳感器構(gòu)件的表面。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中施加熱量的步驟包括使所述傳感器構(gòu)件經(jīng)歷來自激光器的熱量。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述激光器在約IOkHz至約IOOKHz的頻率下產(chǎn)生脈沖。17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述激光器以約20mm/s至約200mm/s的速度沿著所述傳感器構(gòu)件的尺寸移動。18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述表面區(qū)占所述傳感器構(gòu)件整個表面的比例為少于全部。19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述表面區(qū)占所述傳感器構(gòu)件外周面的比例為基本上全部。20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)從所述傳感器構(gòu)件的表面向內(nèi)延伸到至少5微米的深度。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述深度為至少10微米。22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)通過使所述表面區(qū)經(jīng)歷大于約1000°C的溫度而熱致形成。23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述溫度大于約1500°C。24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述溫度大于約2000°C。25.一種制造電化學(xué)活性裝置的方法，包括以下步驟提供由半導(dǎo)體材料構(gòu)成的構(gòu)件；以及施加熱量到所述構(gòu)件的表面區(qū)，以引起所述表面區(qū)的電化學(xué)活性改變。26.一種電化學(xué)裝置，包括多孔半導(dǎo)體材料的構(gòu)件，所述構(gòu)件包括電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)。27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)是熱致形成的。28.一種電化學(xué)傳感器，包括半導(dǎo)體材料的構(gòu)件，所述構(gòu)件包括導(dǎo)電率增強(qiáng)的區(qū)域。全文摘要本發(fā)明在一些方面中提供一種具有構(gòu)件的裝置，該構(gòu)件具有電化學(xué)活性增強(qiáng)的區(qū)域。在一個方面中，提供一種電化學(xué)活性增強(qiáng)的傳感器，用于檢測生物流體樣品中的分析物濃度水平。該傳感器可以包括半導(dǎo)體材料的傳感器構(gòu)件，其中該傳感器構(gòu)件具有電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)。在其他方面中，該構(gòu)件可以由具有電化學(xué)活性增強(qiáng)的表面區(qū)的半導(dǎo)體泡沫制成。在一些實施方案中，該表面區(qū)可以是熱致形成的。在其他方面中，本發(fā)明還提供制造方法和設(shè)備。文檔編號G01N27/26GK102171557SQ200980138927公開日2011年8月31日申請日期2009年9月18日優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日發(fā)明者史蒂芬·C·查爾頓,塞爾邦·彼得尤,孫海昌,王媛申請人:拜爾健康護(hù)理有限責(zé)任公司