[發明專利]生物傳感器及其制造方法

有效

• 申請號: 201310104732.0
• 申請日: 2013-03-28
• 公開（公告）號: CN103454321A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 章子毅;葛浣溪
• 申請（專利權）人: 利多（香港）有限公司
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26;G01N27/327
• 代理公司: 杭州裕陽專利事務所(普通合伙) 33221
• 代理人: 應圣義

技術領域

本發明涉及用于檢測生理指標含量的生物傳感器及其制造方法。

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背景技術

近年來，從最初利用臨床實驗室樣本檢測到只需在醫生辦公室或患者身邊即可實現快速檢測，醫學保健檢測領域發生了巨大變化。帶有電極系統的一次性生物傳感器經常被用于快速檢測當中。以糖尿病患者的日常葡萄糖檢測為例，現在患者只需在家中利用一次性生物傳感器進行檢測，就可獲得被測患者當時的葡萄糖水平，幫助患者及時了解自身的身體狀況并據此調整自己的飲食結構，或到醫院讓醫生根據日常監控的數據對用藥劑量進行調整。因此在疾病日常監控中這類一次性生物傳感器的準確性顯得尤為重要。

這類帶有電極系統的生物傳感器可以用于各種物質的檢測，根據被分析物的不同，在電極系統上添加的反應試劑也不同。例如測定血液中葡萄糖含量的生物傳感器，首先是將葡萄糖氧化酶等反應試劑添加在工作電極上，當血液樣品滴加在工作電極時，由于酶反應試劑溶解在血液中，血液中的葡萄糖就會與工作電極上的氧化酶發生反應，電子受體隨之還原。酶反應結束后，將還原的電子受體電化學氧化，通過計算氧化電流值得到樣品中葡萄糖的含量。

這類生物傳感器的基本結構包括：一個絕緣底板；在該絕緣底板上具有電極系統，該電極系統至少包括工作電極和對電極；含有依據樣品中被測物質含量而產生可測信號的反應試劑覆蓋在至少一個工作電極上；一個由隔離層形成的檢測樣品通道，該樣品通道位于工作電極和對電極之上，檢測樣品經過該通話時與通道內的反應試劑反應并產生可以被檢測到的信號。儀器根據該信號，得出檢測結果。

通道內參與和檢測樣品反應的反應試劑的量對檢測結果具有很大的影響。因此，如何精確地控制參與反應的反應試劑的量是本領域的一大技術難題。參與反應的反應試劑的量等于樣品通道的面積乘以反應試劑層的厚度，因此，精確地控制同一批次生產的不同產品之間的樣品通道的尺寸和控制反應試劑厚度均一性是主要需要解決的問題。

精確地控制樣品通道的尺寸可以通過提高模具的精度和選用合適的材料來解決，但控制反應試劑厚度的均一性是一個相對較難解決的技術問題。

如美國專利US7655119的圖1所示，在電極上添加一個帶有長方形試劑擴散控制區18的絕緣板16，所述長方形試劑擴散控制區暴露出需要添加反應試劑的電極部分即電極的活性區域，反應試劑滴加在此控制區18中并與電極接觸，而電極的其他非參與反應的部分由于有蓋板16的遮蓋，而不會有試劑添加在上面，這樣反應試劑就被限定在工作電極所需要的位置。我們發現以這樣的方式添加反應試劑時，經常會出現所添加的反應試劑不能完全覆蓋整個長方形區域的現象，例如試劑不能到達長方形擴散控制區的四個頂角端。這也就意味著同一批次生產的產品，其反應試劑覆蓋的面積不相等。在滴加的反應試劑體積相等的情況下，同一批次生產的產品的反應試劑的厚度就會存在偏差，因此，參與反應的反應試劑量也會不相等。所以，利用這些產品進行檢測所得到的檢測結果就會不準確。采用這類方法在電極上添加反應試劑時，有時會出現更為嚴重的不良現象，即反應試劑不僅不能蓋滿整個長方形區域，甚至有部分試劑溢出了長方形試劑擴散控制區的兩側邊。

用生物傳感器對樣品進行測試時，通常只需要很小的樣品量，例如只需要0.5微升到1微升的液體量。生物傳感器也被制作成很小的結構，覆蓋在電極上的反應試劑就更小了。在提高測試準確性的研究中，人們并沒有注意到反應試劑在這么小面積的電極上擴散情況呈現多樣性，并且這些多樣性對測試結果的影響。人們往往從電極的結構、電極的材料選用、測試方法學以及測試儀上做研究以提高生物傳感器的檢測準確性。而我們注意到當采用長方形試劑擴散控制區控制反應試劑在電極上的分布時，長方形控制區的面積很細小，試劑會因為表面張力作用在長方形控制區的凹槽中形成一個半球形液滴狀，造成電極上的試劑厚度不均勻，形成中間厚周圍薄的結果，特別是涂覆區的邊緣有不均勻或反應試劑集中在電極活性區域的中心部位的現象。而半球形液滴狀邊緣表面張力的存在又阻止了試劑進一步向周圍擴散，從而出現試劑邊緣和四個頂角之間留出試劑空白區現象，即四個頂角處不能被反應試劑填滿。以這樣的方式生產出來的生物傳感器會出現有的傳感器上的電極活性區域被反應試劑均勻蓋滿了，而有的電極活性區域的頂角沒有反應試劑或覆蓋的厚薄不均一。電極某些部位沒有反應試劑會導致部分樣品沒有參與反應，電極上所覆蓋的反應試劑厚薄不均一會使反應速率發生的變化不符合預先設定的方式，這些都會導致檢測結果的不準確。