[发明专利]电化学生物传感器电极带及其制造方法

说明书

背景技术

本发明涉及一种制造成本低且具有优异运行性能的电化学生物传感器电极带及其制造方法。更具体地，本发明涉及一种用于生物样品中特定物质如血液中葡萄糖的定量分析的电化学生物传感器测试带的电极带及其制造方法。

在医疗领域，电化学生物传感器近来被频繁用于分析生物样品，包括血液。特别地，采用酶的电化学生物传感器目前被广泛应用，因为其易于应用，测量敏感度高，并具有快速获得结果的能力。

酶分析被用于这种电化学生物传感器。根据检测方法，酶分析分为发色法(一种光谱方法)和电极法(一种电化学方法)。

首先，发色法用于通过观察由生物样品和酶反应导致的指示器颜色变化来分析生物样品。但是，在发色法中，精确实现测量是困难的，因为这种测量基于变色的程度。而且，发色法比电极法需要更长的测量时间并且伴有重要生物材料分析困难，其原因是由于生物样品浊度导致测量错误。

因而，在其中预先形成测量生物样品的电极系统，将分析试剂固定到所述电极上并将生物样品引入到所述分析试剂上的电极法近来被频繁用于电化学生物传感器上。在这种方法中，施加预定的电势测量电流和电压，从而定量测量样品中的特定物质。

作为这种电化学生物传感器的一个例子的血糖水平测量生物传感器的工作原理将在此后进行描述。

在血糖水平测量生物传感器中，形成某些电极，然后葡萄糖氧化酶作为分析试剂并固定到所述电极的一部分以形成反应层。I当血液样品被引入到该反应层时，血糖被葡萄糖氧化酶氧化，而葡萄糖氧化酶则被还原。电子受体氧化葡萄糖氧化酶并将其自身还原。被还原的电子受体失去电子并在带有施加有预定电压的电极表面被电化学重新氧化。由于血液样品中葡萄糖的浓度与电子受体氧化过程中产生的电流值成正比，血糖浓度就能够通过测量所述电流值进行测量。

通过采用这种电化学生物传感器，就可能测量血液中尿酸、蛋白质和葡萄糖，也可能测量DNA中和肝功能测试中GOT(谷草转氨酶)或GPT(谷丙转氨酶)的酶活性。

本申请中，所述生物传感器分为用于识别待测物的识别部分和用于进行电信号转换的转换部分。在识别部分使用生物材料，并且生物材料对被测物体的识别产生化学或物理变化。这种变化在所述转换部分转变为电信号，转换部分通常称为生物传感器的电极。

这种生物传感器电极的一种制造方法是丝印(silk printing)。丝印是一种采用铂、碳或银/氯化银的印染方法，其需要的设备费用低，但存在的问题在于，在调节电阻变化以制造传感器电极需要的可重复性方面有困难。

制造生物传感器电极的另一个方法是采用图案掩膜和贵金属形成电极图案的真空沉积或溅射法。在这个制造方法中，图案掩膜放在一基板上，采用贵金属在图案掩膜上进行真空沉积或溅射。采用昂贵的贵金属存在成本高、贵金属不易回收及为了大幅度减少电极电阻而导致的单位生产成本提高的负担问题。

另外，根据采用图案掩膜的常规溅射方法，溅射以片型进行，因此效率不太高。

同时，传统上一直用于制造印刷电路板(PCB)的金属图案化技术也可以用来制造用于对生物样品如血液中的特定物质进行定量的电化学生物传感器的电极。

然而，在采用铜等制造电极的传统PCB生产中，在铜基底上加金属层产生不均匀的和凹凸不平的表面，并且样品流入铜的下层，从而产生电信号干扰测量值。因此，该方法不适合制造生物传感器电极的用途。还有，PCB中采用的铜或镍在常规用于电化学生物传感器的电压下是电活性的(即，不稳定)，因此不适合作为电极材料用于电化学生物传感器。

同时，传统上，为了在一基底，如塑料膜上形成电极图案，采用通过热等将包括铜的厚膜线(thick-film wire)与沉积在其上的钯粘合的方法或采用丝网印刷液相电极材料的另一种方法。

然而，在将厚膜线粘合到基底如塑料膜上的方法中，采用钯沉积在其上的铜制造窄的轮廓清晰的厚膜线是困难的。由于窄的轮廓清晰的电极不用厚膜线方法制造，检测效率被限制。还有，钯用作电极材料非常昂贵，且由于和干扰物质的高反应性产生大量的不希望的电流。而且，厚膜线有一个问题，即由于线与塑料膜的弱粘合力使得电极容易从塑料膜上脱落。

同时，丝网印刷液相电极的方法需要液相镀液。特别地，为了通过采用具有高的检测效果和高的耐化学性的材料如金、钯、铂形成电极，需要非常昂贵的液相镀液。因此，由于可用材料的限制，主要采用碳。然而，通过碳的丝网印刷形成的电极带存在一个问题，即其表面非常不均匀从而导致低的检测性能。