CN100504373C - 电化学式感测试片与其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电化学式感测试片及其制作工艺。该电化学式感测试片包含绝缘基板、反应凹槽、覆盖部、电化反应层以及电极装置。其中，该反应凹槽具有第一区域与第二区域，且该第二区域的粗糙度低于该第一区域的粗糙度；另外，该覆盖部是覆于该反应凹槽上，而该反应凹槽在该绝缘基板的侧壁处具有与外界相通的一开口。

Description

电化学式感测试片与其制作方法

技术领域

本发明有关一电化学式感测试片，尤指一种抛弃式的电化学式感测试片。

背景技术

本发明为前申请专利序号第200310114220.9号的延续。本发明延续该专利的基本架构<但已改变试片结构>，以制造出另一种具有金属电极(Metal Electrode)的电化学式感测试片(Electrochemical Sensor Strip)，其适用于测试一待测流体中某分析物的含量，例如：测试血液中的血糖、尿酸、胆固醇浓度以及污水中的重金属与农药等物质的浓度；换言之，由本发明所制成的抛弃式的电化学式感测试片适用于各式的电化学式检测器、生物感测器、流体生化成分感测器以及各式居家医疗应用的检测器(例如血糖检测器)等。

电化学式感测试片(Electrochemical Sensor Strip)已被成熟地应用于各种流体的检测上，而其基本架构是包含：1.一个容置一待测流体的承装容器；2.一化学试剂(Reagent)，用于与该待测流体的一分析物产生一电化学作用，并产生一电性参数的输出信号，此电性参数的输出值与待测流体的该分析物有关；3.复数个测试电极，其包含对电极(Counter Electrode)、工作电极(Working Electrode)、参考电极(Reference Electrode)以及检测电极(Detecting Electrode)。其中，当待测流体为人的血液，而待分析物为血醣时，那么即可利用一葡萄糖氧化酵素及其他复合物来作为化学试剂。

美国专利第5,997,817号为一个使用金属电极的发明，其以两条相同尺寸且皆被覆<Coating>一层贵金属钯<Palladium>的金属条作为绝缘基板上的金属电极(其应用于工作电极与对电极之上)，但，因贵金属钯的耗材较大，且真正需要用到贵金属钯材质特性的只有在与电化反应层相接触的部分(其余的部分只要能导电即可)，故整个金属电极表面皆被覆钯金属实为一种无谓的浪费。

另外，美国专利第5,985,116号则是一个抛弃式印刷电极的实例，其需使用由糊状导电膏印刷成型的电极，其所具有的感测效果则受到使用的糊状导电膏的成分所左右；当以贵金属作为糊状导电膏时，其可具有较佳的敏感度与较低的化学干扰作用，但是成本却非常的高；反之，若是使用成本较低的导电碳膜来制作电极，其虽可有效降低所需成本，但是所获得的电极却因阻抗较高而易造成量测信号的误差。

然而，虽然各式电化学式感测试片已成为现今居家医疗检测试片(例如：血糖、尿酸、胆固醇的检测试片)的主力，但是检测精确度与制作成本却都存有可再改进的空间。

请参阅图1，其为公知电化学式感测试片的制作流程图，其步骤包含：1.提供一个绝缘基板；2.架设电极于该绝缘基板上；3.于该绝缘基板上组构出一反应凹槽；4.在该反应凹槽内及该电极上涂覆一化学试剂以形成一电化反应层；5.待化学试剂干燥后封闭该反应凹槽；6.以冲刷方式在绝缘基板的侧边冲刷出一开口。

请参阅图2(A)-(C)，其中图2(A)为公知的电化学式感测试片在冲刷操作前的状态图，图2(B)为公知的电化学式感测试片在冲刷操作后的状态图，而图2(C)则为待测流体进入公知电化学式感测试片的示意图；其中该电化学式感测试片1包含绝缘基板11、电极12、电化反应层13、反应凹槽14、覆盖板15以及气孔17。如图2(A)所示，该反应凹槽14于未冲刷前为一四周封闭的凹槽，当一液体状的化学试剂进入时(未图示)，该化学试剂便不会流出反应凹槽14外，待化学试剂干燥后即生成该电化反应层13，最后再以一冲刷操作来处理该电化学式感测试片1以使其具有如图2(B)所示的侧边开口16，其中待测物A经由位于电化学式感测试片1侧边的该开口16进入反应凹槽14进而与该电化反应层13发生电化反应，并引发一信号。其中，以冲刷方式处理电化学式感测试片1时，其亦会冲掉一部分的该电化反应层13，而在该冲刷过程中，该电化反应层13将可能因受到冲刷而产生龟裂131，若龟裂131位于该电极12的上方，则当使该待测物A进入反应凹槽14后，其可能在未与电化反应层13的化学试剂反应前即直接与该电极12接触而发生预期外的电化反应，进而将降低了电化学式感测试片1的精确度。

发明内容

本发明的目的是提供一种可有效降低制作成本与简化制作流程并能有效避免在制作过程中遭受到不必要的破坏而提高检测精确度的电化学式感测试片及其制作方法。

根据本发明一方面的一种电化学式感测试片，该电化学式感测试片包含一绝缘基板、一覆盖部、一电化反应层以及电极装置。其中，该绝缘基板具有至少一个反应凹槽，且该反应凹槽具有一第一区域与一第二区域，该第二区域是介于该第一区域与该绝缘基板的一边缘之间，而该绝缘基板与该反应凹槽为一体成型；该覆盖部覆盖在该反应凹槽上，而该反应凹槽在该绝缘基板的边缘留有开口；该电化反应层则位于该反应凹槽内且为一电化反应发生的位置。该电极装置是装设于该反应凹槽中，用以检测并传输该电化反应所产生的一信号。其中，该第二区域的粗糙度是低于该第一区域的粗糙度。

根据上述构想，其中该第二区域的宽度为0.05mm至4.0mm。

根据上述构想，其中该第二区域的宽度为0.1mm至2.0mm。

根据上述构想，其中该电极装置的一端是与该电化反应层相连。

根据上述构想，其中该反应凹槽具有至少一贯孔。

根据上述构想，其中该电极装置穿过该贯孔。

根据上述构想，其中该电极装置包含复数个电极。

根据上述构想，其中该复数个电极选自于对电极、工作电极、参考电极与检测电极。

根据上述构想，其中该复数个电极分别由一导电素材覆盖一层金属薄膜而形成。

根据上述构想，其中该电化反应层包括一化学试剂，用以与一待测分析物(Analyte)发生该电化反应以引发该信号。

根据上述构想，其中该待测分析物由该开孔进入该反应凹槽。

根据上述构想，其中该覆盖部上至少具有一气孔；该气孔为一毛细流动通道的对流孔，以便调节反应凹槽内的压力，并进而调整该待测分析物在该反应凹槽内的分布。

根据上述构想，其中该反应凹槽与该绝缘基板为塑胶射出成型。

根据上述构想，其中该绝缘基板在该开口处具有不平坦的边缘。

根据本发明另一方面的一种电化学式感测试片，所述电化学式感测试片用于检测一待测流体中的某一分析物。所述电化学式感测试片包含：一绝缘基板、一覆盖部、一电化反应层以及电极装置。其中该绝缘基板具有至少一个反应凹槽，及至少一贯孔置于该反应凹槽中，而该绝缘基板、该反应凹槽与该贯孔为一体成型。该覆盖部覆盖在该反应凹槽上，而该电化反应层是位于该反应凹槽内，且为一电化反应发生的位置。该电极装置是装设于该反应凹槽的贯孔中，该电极装置组装于该贯孔而形成一第一电极面与一第二电极面，该第一电极面与该化学反应层相接，用以检测该电化学反应所产生的一信号电流，该第二电极面为该信号电流的输出端点。其中该覆盖部于覆盖于该反应凹槽后，使该反应凹槽在该绝缘基板的边缘处具有与外界相通的一开口，该开口为该待测流体的输入口。

根据上述构想，其中该绝缘基板、该反应凹槽与该贯孔为塑胶射出一体成型。

根据上述构想，其中该电极装置包含对电极。

根据上述构想，其中该电极装置包含工作电极。

根据上述构想，其中该电极装置包含参考电极。

根据上述构想，其中该电极装置包含检测电极。

根据上述构想，其中该电极装置由一导电素材覆盖一层金属薄膜而形成，其中该金属薄膜形成该第一电极面。

根据上述构想，其中该覆盖部上至少具有一气孔；该气孔为一毛细流动通道的对流孔，以便调节该反应凹槽内的压力，并进而调整该分析物在该反应凹槽内的分布。

根据上述构想，其中该绝缘基板在该开口处具有不平坦的边缘。

此外，本发明还提供一种制作电化学式感测试片的方法，其包括如下步骤：提供一绝缘基板，其具有至少一反应凹槽，且该绝缘基板与该反应凹槽为一体成型；在该反应凹槽内形成一第一区域与一第二区域，其中该第二区域是介于该第一区域与该绝缘基板的边缘之间且该第二区域的粗糙度是低于该第一区域的粗糙度；架设至少一个电极装置于该反应凹槽；在该反应凹槽内形成一个与该电极装置相接触的电化反应层；以及以一覆盖板覆盖该反应凹槽。其中，该反应凹槽在该绝缘基板的边缘具有与外界相通的开口。

根据上述构想，其中该电极装置包含复数个电极。

根据上述构想，其中该复数个电极分别由一导电素材覆盖一层金属薄膜而形成。

根据上述构想，其中该覆盖板具有至少一气孔，其用以调节该反应凹槽的压力。

根据上述构想，其中该绝缘基板在该开口处具有不平坦的边缘。

附图说明

图1为公知的电化感测试片的制作流程图；

图2(A)为公知的电化感测试片在进行冲刷操作前的状态图；

图2(B)为公知的电化感测试片在进行冲刷操作后的状态图；图2(C)为待测物进入公知电化感测试片的示意图；

图3为本发明的电化感测试片制作的流程图；

图4(A)为本发明的一较佳实施例的电化感测试片分解立体图；

图4(B)为本发明的一较佳实施例的电化感测试片的组合图；

图4(C)为本发明的一较佳实施例的电化感测试片的背面图；以及

图5(A)-(B)为使用本发明的一较佳实施例的电化感测试片检测一待测物质的示意图。

具体实施方式

本发明的电化学式感测试片与制作方法，将可由以下的实施例说明而得到充分了解，并使得熟悉本技术的人士可以据以完成之，然而本发明的实施型态并不限制于下列实施例中。

请参阅图3，其为本发明的电化学式感测试片的制作流程图；其步骤包含：1.提供具有至少一反应凹槽的绝缘基板；2.在该反应凹槽内形成一第一区域与一第二区域；3.架设至少一个电极装置于该反应凹槽；4.在该反应凹槽内涂布一液体或胶状的化学试剂，经干燥后形成一个与该电极装置相接触的电化反应层；以及5.以一覆盖板覆盖该反应凹槽。其中，该反应凹槽有一与外界间相通的开口。该绝缘基板与该反应凹槽可利用塑胶射出而一体成型；而该第二区域是介于该第一区域与该绝缘基板的边缘之间且该第二区域的粗糙度是低于该第一区域的粗糙度。其中该电化反应层借助涂附、散布或是滴落等方式施加一化学试剂入该反应凹槽而得；而该电极装置是由复数个电极与复数个金属薄膜所组成。其中该复数个电极是是由金属或是合金或是碳或是其他具导电性的物质所组成，常见的基材有：铜、钛、镍、金、白金、钯、铑、钌、铱、银、铬、铁或铝等金属或其等的合金；而金属薄膜的材料则是选自于铜、钛、镍、金、白金、钯、铑、钌、铱。另外，常使用的绝缘基板是由聚氯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸亚丁烯基酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氧化亚苯或是丙烯丁二烯苯乙烯树酯所组成。由于本发明是在制作上透过将具有特殊几何结构的元件予以组合，故成功地免除了公知的冲刷步骤，也因此可完全避免化学反应层遭到非必要性的应力的破坏。

请参阅图4(A)-(C)，图4(A)为本发明的一较佳实施例的电化学式感测试片分解立体图；图4(B)为该电化学式感测试片的组合图；而图4(C)则为该电化学式感测试片的背面图。如图4(A)-(C)所示，本发明的电化学式感应试片S1包含：一具有一反应凹槽21的绝缘基板2、在该反应凹槽21内的一电化反应层22、一覆盖部23、一开口24以及一不平坦的边缘25，其中该覆盖部23具有一气孔231以及一观察窗232。而当覆盖部23遮蔽反应凹槽21后，该反应凹槽21在该绝缘基板2的边缘是存有开口24；另外，在反应凹槽21具有一第一区域214以及一第二区域215。一般而言，第二区域215的宽度为0.05mm至4.0mm，而其中又以0.1mm至2.0mm为较佳。另外，该第一区域214的粗糙度是大于第二区域215的粗糙度，因此，当液状化学试剂(未图示)涂布于反应凹槽21的第一区域214与第二区域215之后，该液状化学试剂与该第一区域214之间所产生的附着力将会大于在该液状化学试剂与该第二区域215之间所产生的附着力，此将使得该液状化学试剂不易自该第一区域214中漏出流到开口24处，利用表面粗糙度不同的两区域使化学液体产生不同的表面张力而不致流出具有开口的凹槽外。此有别于传统作法，须先制作一封闭开口的凹槽，滴入液体化学试剂经干燥后再利用冲压制造一待测流体的输入开口，于冲压过程易造成干燥的化学反应层龟裂而影响量测精确度。另外，值得注意是，该第一区域214与该第二区域215间可存有一高度差。再者，因为存有不平坦的边缘25，因此开口24整个被待测物质完全封住的机会将会降低而利于待测物质进入反应凹槽21。

另外，在反应凹槽21底部具有二个贯孔211，而对电极(CounterElectrode)212与工作电极(Working Electrode)213可贯穿该等贯孔211，其中对电极212与工作电极213的端点面各具有金属薄膜2121、2122、2131以及2132(请参阅图4(A)与图4(C))；其中金属薄膜2121与2131与该电化反应层22接触，以便检测来自于电化反应层22内发生的电化反应。因为本发明提供了具有不平坦的边缘25以及开口24的电化学式感测试片S1，因此在制作过程中无须进行公知的冲刷步骤(用以产生一个可供待测物质进入反应凹槽的入口)，因此应用本发明将可确保电化反应层22的完整性，并进而增进电化反应的精确度。另外，本发明的反应凹槽21、覆盖部23以及开口24的位置与形状应并不受限于本实施例的实施型态。

请参考图5(A)-(B)，其为利用本发明的较佳实施例的电化学式感测试片检测一待测流体的某一分析物(例如检测血液中的血糖、尿酸值，或检测污水中的汞含量等)的示意图。当一待测物质A由开口24进入反应凹槽21时，该待测物质A随即与电化反应层22内所含的化学物质发生该电化反应，而气孔231除了可排除反应凹槽21内的部分气体而使待测流体A能顺利分布的外，其亦可用来宣泄在该电化反应中所产生的气体，进以确保反应凹槽21内外维持在气压平衡的状态下而使该反应凹槽21内的该电化反应不受到非必要的影响。观测窗232包含一透明膜，以便在待测物质A进入反应凹槽22时观察待测物质A是否完全布满反应凹槽21，若待测物质未能布满时能及时补充，以免因待测物质A不足而产生不正常的电化反应。于开口24处设计一不平坦的边缘25，以避免当加入待测物质A时该开口24会被完全封住而使待测物质A无法流入凹槽中，例如作居家血糖值测试时，在手指上扎一针，挤出一小滴血于手指上，当手指紧紧靠进开口24时可能会将开口24完全封住，使血液(即待测物质A)无法顺利流入反应凹21槽中，使用者需注意只能轻轻靠进开口24，开口24的不平坦的边缘25设计可避免开口24会被完全封住而引发待测物质A无法流入反应凹槽21的缺点；另外，因为气孔231调节了反应凹槽内21的气压，因此亦使得待测物体A可藉毛细现象而进入反应凹槽21。另外，在必要时，可以一参考电极取代该对电极212，并可多设置其他电极以作为检测电极的用。目前常被用来制作电极或是金属薄膜的材料包含：铜、钛、镍、金、白金、钯、铑、钌、银、铁或铝等金属及其合金或是碳等物质；而其中又以黄铜、无氧铜、青铜、磷铜、洋白铜、铍铜为目前较常见的材质。另外，以金属薄膜搭配电极作设计的主要好处在于可有效减少成本；因为真正需要具有高反应性与稳定性的部分仅在于电极装置的端点，故仅在该部分利用贵金属材质，并在其他部位使用其他金属或是碳棒将可有效降低电极装置的成本。另外，本实施例的绝缘基板与反应凹槽为利用塑胶发射法一体成型而得，此可免除公知试片以层状结构叠合时所需花费的成本。

综上所述，本发明通过将特殊的几何设计而免除了公知的冲刷步骤，其将可有效避免感测试片内部结构在制作过程中遭受到不必要的破坏而造成检测精确度降低的缺点；更甚者，因为本发明因可免除一冲刷步骤，因此不论是在感测试片的制作复杂度或是在成本上都将大幅降低。

Claims (10)

1.一种电化学式感测试片，其包含：

一绝缘基板，其具有至少一个反应凹槽，且该反应凹槽具有一第一区域与一第二区域，该第二区域是介于该第一区域与该绝缘基板的一边缘之间，而该绝缘基板与该反应凹槽为一体成型；

一覆盖部，覆盖在该反应凹槽上；

一电化反应层，其位于该反应凹槽内；以及

一电极装置，其装设于该反应凹槽中，用以检测并传输该电化反应所产生的一信号，

其中，该第二区域的粗糙度是低于该第一区域的粗糙度，而该反应凹槽在该绝缘基板的边缘处具有与外界相通的一开口。

2.如权利要求1所述的电化学式感测试片，其特征在于该第二区域的宽度为0.05mm至4.0mm。

3.如权利要求1所述的电化学式感测试片，其特征在于该电极装置的一圆形端与该电化反应层相连。

4.如权利要求1所述的电化学式感测试片，其特征在于：该反应凹槽具有至少一贯孔；及

该电极装置穿过该贯孔。

5.如权利要求1所述的电化学式感测试片，其特征在于该电极装置包含复数个电极，而该复数个电极：

包含一对电极及一工作电极，及分别由一导电素材覆盖一层金属薄膜而形成。

6.如权利要求1所述的电化学式感测试片，其特征在于：

该电化反应层包括一化学试剂，用以与一待测流体中的某一分析物发生该电化反应以引发该信号；

该待测流体由该开口进入该反应凹槽；及

该覆盖部上至少具有一气孔；该气孔为一毛细流动通道的对流孔，以便调节反应凹槽内的压力，并进而调整该待测分析物在该反应凹槽内的分布。

7.如权利要求1所述的电化学式感测试片，其特征在于：

该反应凹槽与该绝缘基板为塑胶射出成型；及/或

该绝缘基板在该开口处具有不平坦的边缘。

8.如权利要求1所述的电化学式感测试片，其特征在于该第二区域的宽度为0.1mm至2.0mm。

9.如权利要求5所述的电化学式感测试片，其特征在于该复数个电极还包含选自于一参考电极或一检测电极。

10.一种制作电化学式感测试片的方法，其包括如下步骤：

提供一绝缘基板，其具有至少一反应凹槽，且该绝缘基板与该反应凹槽为一体成型；

在该反应凹槽内形成一第一区域与一第二区域，其中该第二区域是介于该第一区域与该绝缘基板的边缘之间且该第二区域的粗糙度是低于该第一区域的粗糙度；

架设至少一个电极装置于该反应凹槽；

在该反应凹槽内形成一个与该电极装置相接触的电化反应层；以及

以一覆盖板覆盖该反应凹槽，

其中该反应凹槽在该绝缘基板的边缘处具有与外界间相通的开口。

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