[发明专利]具有含钽和铌的基层的传感器元件及其制备方法

说明书

发明内容

本发明涉及用于电化学方法研究样品、特别是体液的传感器元件，其具有电绝缘的载体基材和施加在该基材表面上的、导电性的层结构，该层结构具有可用样品作用的电极装置。此外，本发明涉及这种传感器元件的制备方法。

WO2009/056299 A1公开了一种分类别的生物传感器，其具有不同的结构区域，其中层结构的表面图案由不同的导电性金属形成。例如，除了由第二导电性材料形成的第二表面区域，由第一导电性材料形成的第一表面区域据信被设置在基材上。不同的区域可以在几个毫米宽的接点处导电性地相互连接。因此，所述层结构的不同金属层都在其下方与基材表面形成面接触，并且必须在其上特别地进行结构化。通过仅仅是线状的接点处可以得到变化的过渡电阻。

WO2006/018447 A2公开了一种电化学传感器系统，其具有夹芯状的三维电极结构。在一个实施方式中，导电层通过蚀刻由Au或Ag或Cu或Al或InSnO组成的连续基层而形成，并设计在待形成的电极表面的区域中，该电极表面具有由Pt或Au或Ag形成的金属涂层。以此方式据信实现了电极表面更好的电化学特性。

本发明的目的在于，进一步改良现有技术中已知的制品和方法，并给出一种可靠的、可简单制造的并且节省材料的制造方式以便大规模制造分析用的消费品。

该目的的解决方案是在独立权利要求中给出的特征组合。本发明的有利实施方式和扩展实施方式在从属权利要求中给出。

本发明基于的想法是，将多层金属组合层用于导电性的层结构。本发明因此建议，该层结构具有由钽或铌或其合金形成的连续的金属基层和整个构建在该基层上并将其完全或者局部覆盖住的、与基材表面保持一定距离的金属覆盖层，其中该覆盖层由贵金属形成。基层的非贵金属由此连续地形成了粘附在基材表面上的、在基材上存在的结构的下侧，而覆盖层整体上没有与基材接触或者没有接触基材表面，并且可以通过降低的层厚度和任选有限的表面扩展（例如仅仅在功能区中）来节约材料而不影响使用。其中，不同的层材料可以有针对性地决定着其各自的功能，通过由相对不贵的非贵金属形成连续的、粘附性好的、坚固的和导电性好的基层和由贵金属形成电化学惰性的和表面特性稳定的覆盖层。另一特别的优点在于，组合层可以复合式地一起进行结构化。

有利地，基层具有比覆盖层更大的层厚度，从而可以尽可能节约材料地使用贵金属。其中也可以将覆盖层限定在一定的层结构功能区上，但其中覆盖层一定要覆盖住基层总面积的超过5%、优选超过10%。

为了优化对于进行测试特别重要的功能区，有利的是所述电极装置和任选用于电连接该电极装置的接触垫区域是以双层的形式由金属形成的。

对于电化学测试元件特别有利的是，覆盖层由贵金属、优选金形成。除了金，原则上也可以考虑其它的贵金属例如钯、铂或其合金或者由此作为覆盖层的材料。

为了降低过多的材料使用费，有利的是所述覆盖层的层厚度小于50nm、优选小于20nm。

优选的实施方式设计为，基材完全由钽形成。钽作为优选的非贵金属，因为其可以容易地被溅射并且在空气中形成薄的、致密的、化学钝态的氧化层。通过钝态的氧化钽层也避免在诊断用的传感器上由于电化学活性的表面行为而出现所不希望的额外信号。另外令人惊奇地发现，钽比起金来说基本上更好地粘附在常见的载体基材上。溅射的钽层的可锻性也保持相对高，特别是当避免了由于在溅射设备中的空气和水而形成的气体杂质。此外，钽在作为诊断用的物件使用时不会引起毒物学的问题。原则上，适合于基层的是所有在空气中同样形成致密的、化学钝态的氧化层的金属。这些主要是铌以及钽和铌的合金。然而，出于费用和加工的原因，优选单独使用钽。

有利地，所述基层的基本上恒定的层厚度优选在50-200nm的范围。有利的应用也可以在于，在载体基材上施加低层厚度（例如0.5-10nm）的钽基层作为用于位于其上的贵金属覆盖层的增附剂。

对于具体的测试，在所述电极装置的区域中优选以层状的形式设置用于电化学方法检测样品中的分析物而形成的试剂体系。

在方法相关的方面，为了实现开始所述的目的而建议：该层结构由连续的基层和至少局部由构建在该基层上的覆盖层形成，其中基层由钽或铌或其合金形成，而覆盖层由比基层的金属更贵重的金属形成。

这样的组合层可以在适合于大规模生产的工艺中如下制备：首先将所述基层施加到载体基材上，然后将覆盖层通过连续涂覆方法施加到该基层上。在本发明中特别优选通过溅射沉积而形成所述基层和所述覆盖层。