[发明专利]用于制造用于证实分析物的装置的方法以及装置及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造用于证实分析物的装置的方法、以及这样的用于证实分析物的装置及其应用。

背景技术

大量的材料都能够以电化学方式被检测。在此，借助于参考电极将包含一种或多种要测量的材料的溶液置于所定义的电势。另外，在最简单的情况下，添加另一电极，在该另一电极处可以进行检测。如果该电极处于适于使分析物氧化或还原的电势，则在该电极处发生反应。在此，分析物在电极表面处被氧化或还原，并且因此生成电流，该电流可以在电极处被测量。该电流与经转化的分子的数目成比例，并且允许精确地推断出探头中的分子的浓度。

对此的已知示例是葡萄糖-氧化酶测试，该测试用于临床血糖确定。在该测试中，生物反应器中的葡萄糖借助于酶、即葡萄糖-氧化酶被催化成葡萄糖内酯和过氧化氢。过氧化氢浓度能够以电化学方式来测量。因为该浓度与葡萄糖的浓度成比例，因此可以精确地确定葡萄糖分量。

尽管该方法成功地应用在大量测试中，但是其仍展示出几个将更广应用领域中的应用排除在外的方法缺点。一方面，电极电流以及由此传感器的灵敏度始终受到分析物到电极的质量传输的限制。在测量期间，分析物的已经在电极表面处发生反应的分子扩散式地被用探头的本地分子代替。由于该过程一般比电极反应进行得显著更长，因此该过程限制了电极处的电流以及由此还限制了传感器的灵敏度。另一方面，传感器仅能被小型化到一定程度。电极表面越小，则有越少的分子能够在其上发生反应。因此，该方法仅能有限地在芯片上实验室中采用。此外，该传感器在芯片上的封装密度是有限的，因为每个传感器都必须通过自己的导体线路被接触。

这些问题部分地通过分析物的相互还原和氧化——在下面也简称氧化还原循环法——来解决。在该方案中，向上述测量构造添加第二电极，该第二电极位于紧邻第一电极之处。在测量期间，将一个电极置于氧化电势，并且将另一电极置于还原电势。这样，各个分子重复地在电极处发生反应，并且生成电极之间的持续的电流，该电流表现为与分析物的浓度成比例。该电流不再受到本地分析物到电极的质量传输的限制，而是仅受分析物在电极之间的扩散速度的限制。通过这种方式，可以在纳米范围内的小的电极间隔的情况下实现将灵敏度提高多个数量级。该方法和该传感器已经在Wolfrum等人的文献中描述（B.Wolfrum、M.Zevenbergen和S.Lemay“Nanofluidic Redox Cycling Amplification for the Selective Detection of Catechol”，Analytical Chemistry，第80卷，Nr. 4，第972－977页，2008年2月）。此外，氧化还原循环传感器展示出较高的灵敏度，因为不是所有可以电化学方式检测的分子都能够参与重复的氧化还原反应。但是适用于该检测方法的例如有大量的神经传递素，例如多巴胺、肾上腺素或血清素。

从K?telh?n等人的文献中已知一种用于通过氧化还原循环证实分析物的装置的制造方法（E. K?telh?n，B.Hofmann，S.G.Lemay，M.A.G. Zevenbergen, A.Offenh?user和B.Wolfrum,（2010）. Nanocavity Redox Cycling Sensors for the Detection of Dopamine Fluctuations in Microfluidic Gradients. Analytic Chemistry, 82, 8502-8509）。在SiO₂衬底上，布置由相叠地沉积的钛、铂和铬制成的电极，然后施加厚的铬牺牲层并且在其上布置由相叠地沉积的铬、铂和钛制成的第二电极。第二电极被打开，使得该厚的铬牺牲层对于蚀刻剂来说是可达到的。所提到的钛层和铬层用于将电极粘附到衬底或钝化部上。

在除去牺牲层以后，由两个在腔中相叠地布置的电极实现氧化还原所需的设计。所述电极分别配备有导体线路和接触面，并且被定向为彼此平行。高达29个腔以这样的方式布置在生物芯片中并且接通参考电极。用于证实的方法规定：通过由PDMS制成的微流化通道将分析物引向底部电极和顶部电极，并且在向测试电极施加电压以后通过电压改变来证实所述分析物。该方法可以用于制造具有多个传感器的传感器阵列。