[發明專利]在碳層上具有鈦金屬層作為電極材料的電化學生物傳感器電極帶及其制造方法

在審

• 申請號: 201180053215.4
• 申請日: 2011-10-26
• 公開（公告）號: CN103201619A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 金石勛
• 申請（專利權）人: 3M創新有限公司
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 顧晉偉;李德山

技術領域

本發明涉及一種可以低成本制造出的且具有優良性能的電化學生物傳感器電極帶及其制造方法。更具體地，本發明涉及一種用于對生物樣品中特定物質、如血液中葡萄糖進行定量分析的電化學生物傳感器測試帶的電極帶及其制造方法。

背景技術

在醫藥領域，電化學生物傳感器近來被頻繁用于分析包括血液在內的生物樣品。尤其地，使用酶的電化學生物傳感器被廣泛使用，這是因為它易于應用，具有高的測量靈敏度并且可以快速獲得結果。

至于這樣的電化學生物傳感器的實例，有葡萄糖測量生物傳感器。下文將描述其工作機理。

對于葡萄糖測量生物傳感器，形成某一電極，然后葡萄糖氧化酶作為分析試劑被固定到所述電極的一部分上以形成反應層。當血液樣品被引入到該反應層上時，血液中的葡萄糖被葡萄糖氧化酶氧化，而葡萄糖氧化酶則被還原。電子受體氧化葡萄糖氧化酶并被還原。被還原的電子受體在施加有預定電壓的電極表面上失去其電子，并且以電化學方式被重新氧化。由于血液樣品中的葡萄糖濃度與在電子受體氧化過程中產生的電流量成比例，因此葡萄糖濃度可以通過測量電流量來進行測量。

通過使用該電化學生物傳感器，除了血液中的葡萄糖以外，還可以測量血液中的尿酸和蛋白質。此外，還可以測量GOT(谷草轉氨酶)或GPT(谷丙轉氨酶)的酶活性以用于DNA以及肝臟功能測試。

本文中，生物傳感器被分為用于識別待測物的識別部分和用于進行電信號轉換的轉換部分。對于識別部分，使用生物材料，其中當該生物材料識別出待測物時，便發生化學或物理變化。轉換部分將該變化轉換成電信號，并且轉換部分通常被稱為生物傳感器電極。

至于制造該生物傳感器電極的方法，有絲印法。絲印法是一種采用鉑墨、碳墨或銀/氯化銀墨的印刷方法，其需要的設備費用低，但存在的問題是，難以調節電阻變化來制造要求重現性的傳感器電極。

至于制造所述生物傳感器電極的另一種方法，有使用圖案化掩模和貴金屬的真空沉積或濺鍍法。根據該方法，圖案化掩模被沉積在基底上，然后執行使用貴金屬的真空沉積或濺鍍以形成電極圖案。然而，該方法的問題是由于使用貴金屬而導致成本較高，并且在回收貴金屬方面也有困難。

此外，常規的濺鍍方法通過使用圖案化掩模來執行濺鍍。也就是說，由于要執行的是薄片型濺鍍，并且執行該濺鍍所需的時間較長，因此生產效率較低。

同時，為了制造生物傳感器電極，傳統上一直用于制造印刷電路板(PCB)的金屬圖案化技術可以用來制造用于對生物樣品、如血液中的特定物質進行定量的電化學生物傳感器電極。

然而，在常規PCB制造中，采用銅等來制造電極。銅基底上的層合金屬導致不均勻的和凹凸不平的表面，使得樣品流入下層銅中，從而產生干擾測量值的電信號。因此，該方法不適于用來制造生物傳感器電極。此外，由于PCB中使用的銅或鎳在電化學生物傳感器中通常所用的電壓處具有電活性，即不穩定，因此，它不適于用作電化學生物傳感器的電極材料。

電化學生物傳感器的電極材料應為對酶非活性的導電材料。對酶非活性的導電材料主要包括半導體材料等，例如摻雜有二氧化鈦的碳、鉑、鈀、金以及銦。這些材料通常用CVD(化學氣相沉積)法、PVD(物理氣相沉積)法以及絲網印刷法來沉積。這些方法需要有精確技術來實現電極的準確尺寸和性能。然而，盡管除了碳以外的其他非活性材料具有優良的電特性，但是由于它們較為昂貴，因此其大量生產是困難的。因此，為了減小電阻，通常采用的是使用絲網印刷法來沉積碳厚度。然而，由于使用碳墨的絲網印刷法會導致硬度低且厚度不均勻，因此它存在許多缺陷，例如電阻的不規則性、產生碳粒以及工藝復雜。

這樣，可以考慮將鉻層和鎳層濺鍍和沉積在基底上的技術。然而，由于鉻是對酶有活性的金屬，因此為了在激光蝕刻之后減小鉻與酶發生反應的風險，在此引入沉積碳層并且濺鍍鈦層的技術，鈦層表現出對酶的非活性特性并且具有高導電性。

發明內容

本發明的至少一項實施例提供了一種改良的電化學生物傳感器電極，它可以解決常規技術中存在的上述問題，并且提供了一種用于制造該電極的方法。

本發明的至少一項實施例的一個目的在于提供一種電化學生物傳感器電極和所述電極的制造方法，該方法通過采用較少的組件并簡化制造過程而可以減少制造時間和成本。

本發明的至少一項實施例的另一目的在于提供一種電化學生物傳感器電極以及用于制造該電極的方法，該電極具有均勻的表面，它可以被圖案化以具有期望的形狀，從而它可以根據需要而被適當地轉化，并且該電極具有優良的檢測特性。