CN101354375B - 一种快速检测试条电极的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种快速检测试条电极的制备方法，其采用表面平整、特性均一的玻璃、金属或塑料平板作基材1，将金属或导电油墨以导电薄膜的形式沉积在基材1的表面，再通过另一基材2上的胶粘剂将导电薄膜从基材1上转印下来，在基材2的表面上形成电极；也可以将胶粘剂印刷在基材1的导电薄膜上，再一同转印到基材2的表面形成电极。基材2的胶粘剂是先将其涂覆或印刷在离型化处理的基材3表面，再转印到基材2的表面；金属薄膜由金、钯、铂等惰性贵金属及铜、铝等一般金属层组成。本发明的制备方法可实现电极大规模制备，同时保证电极表面性质、图形均一，提高制备效率，降低成本，使后续试条的制备更加高效。

Description

一种快速检测试条电极的制备方法

技术领域

本发明涉及一种快速检测试条电极的制备方法，可用于采用电学、电化学方法进行生物医学参数测试的快速检测试条的制备。

背景技术

目前，糖尿病、血脂异常等健康问题为世界所关注。从全球范围来看，随着人们生活水平的不断提高，饮食结构的改变，劳动强度的改善，应激状态的增多，世界糖尿病正以惊人的速度增长。据1998年世界卫生组织统计，糖尿病发病数达1.35亿，2000年达到1.6亿，到2004年达到2.4亿。世界各地的糖尿病发病率也有不同程度的增长。在欧洲，糖尿病发病率为2％，北美(美国、加拿大)为5％；在亚、非、大洋洲糖尿病也不少见，日本发病率为3％～4％，印度是摄糖类较多的国家，为日本的7倍多，故在南非的印度人其发病率也相应增多；澳大利亚为2.9％，巴基斯坦为1.5％，菲律宾为9.7％。

糖尿病不但对病人的日常生活造成严重影响，其并发症也是一个不容忽视的问题。糖尿病并发症是由于糖尿病及糖尿病属血糖状态而继发的急性或慢性疾病以及临床症状，病变可涉及一个脏器、也可涉及多个脏器、多个系统，与糖尿病的病程长短及控制好坏有关。自胰岛素治疗应用于临床以来，糖尿病急性并发症的死亡率明显减少，而糖尿病慢性并发症成为糖尿病患者致死，致残的主要原因。但只要患者能经常进行监测，早诊断，早治疗，控制好血糖，调整血脂，降低高血压，平衡饮食，养成良好生活习惯，就能预防糖尿病周围神经病变、糖尿病肾病、糖尿病性视网膜病变，糖尿病足等各种糖尿病并发症。

目前，针对日常血糖检测的快速检测方法得到广泛应用，各种产品种类很多。基于电化学原理的血糖仪及配套试条由于其准确性、方便性和经济性，在其中占有很大的市场。

这类产品由于采用的是电化学测试原理，因此在试条的构成上电极是一个关键的组成部分。电极的制备一般多采用印刷在基材上将导电油墨印刷在表面形成图形，也有厂家采用贵金属，如金、钯薄膜作为电极。

由于电极表面发生的电化学反应属于界面反应，与界面的状况，尤其是界面的比表面积密切相关。比表面积是指表面微观构造三个维度表面状态的综合，而不仅仅考虑平面二维的情况。因此，控制表面微观构造的一致性是获得均一电极表面状况的关键。而在电极的生产加工过程中，这种控制的要求限制了电极制备效率的提高，也就制约了试条的产率，成为影响试条产量及成本的关键因素。

发明内容

本发明提出了一种新型的快速检测试条电极的制备方法，不但可以保证电极表面状态的一致，而且更适合电极的大规模生产，同时满足电极制备质量和数量的要求。可以为血糖测试条的生产制备，以及其它种类如血脂、尿酸等参数的快速检测试条的制备提供所需的电极。

本发明的快速检测试条电极制备方法的工作原理是：金属尤其是金、铂、钯等贵金属，在进行表面成膜的过程中，例如蒸发镀膜、溅射镀膜及电镀膜时，与某些材料制成的基底的浸润性不好，附着力较低。例如金在玻璃或不锈钢表面直接溅射镀膜后，可采用胶粘剂将金膜从基材表面剥离下来。这时候，原来与基材表面接触的金属膜的那一面就暴露在表面，其表面形貌及特性由基材来决定。如果采用表面平整、特性均一的玻璃、金属或塑料平板作基材1，必要时对基材表面进行硅烷化或聚四氟乙烯化离型化处理以降低其表面能，将金属沉积在这样的表面，再通过另一基材2上的胶粘剂将金属从基材1剥离下来，使金属薄膜转印到基材2表面，这种采用胶粘剂转移薄膜的过程下文称为薄膜转印，相应的金属薄膜称为转印的金属薄膜。则通过这一过程，只需控制基材1的表面状况，就可以获得表面特性均一的金属薄膜，而不用考虑成膜方法对于膜均一性的影响。而基材1所采用的玻璃或金属平板，可通过制备工艺(如玻璃的浮法玻璃生产法)及后续的表面处理(如金属平板的打磨及电化学抛光工艺)获得。同理，将导电油墨通过印刷或涂覆的工艺在上述离型处理或与油墨附着力弱的基材1表面制成薄膜，采用胶粘剂薄膜转印的方法，也可以实现上述目标，即只需控制基材1的表面状况，就可以获得表面特性均一的薄膜。以上所述金属或导电油墨制备的薄膜在下文中统一称为导电薄膜。

从生产工艺及应用考虑，转印的导电薄膜可以采用热敏胶，并通过热转印技术将热敏胶按一定图形附着在拟转印的基材2表面，再将导电薄膜由基材1粘接到热敏胶的表面。热敏胶(也可考虑压敏胶)的转印过程也可利用这一原理。即先将胶粘剂按所需图形涂覆或印刷在离型化处理的基材3表面，再转印到基材2表面。转印之后，转印到基材2上的胶粘剂的表面情况也由之前的基材3表面决定。这样可以通过控制第一步胶粘剂涂覆时的基材3的表面特性，而获得新的表面平整均一的胶粘剂表面。该胶粘剂与导电薄膜接触后，可以将导电薄膜由基材1粘接到胶粘剂的表面，保证转印的导电薄膜表面的平整均一。也可以将胶粘剂通过印刷方法直接沉积在基材1的导电薄膜上，再转印到基材2表面形成电极。

本发明的第一种制备方法，可直接采用上述方法制备长条的电极条。基材2表面的热敏胶或压敏胶图形转印为长条型，长度及宽度根据应用实际确定。也可以直接将胶粘剂印刷成长条形沉积在基材1的导电薄膜上，再将导电薄膜转印到基材2表面形成电极。如果采用导电油墨制备导电薄膜，可将导电油墨直接印刷成长条形，沉积粘接剂后转印到基材2表面形成电极。为了获得齐整的电极的边缘，可以在导电薄膜转印前通过机械方法或激光切割等方法，按拟转印的图形将导电薄膜表面划出印迹，易于转印到带有热敏胶或压敏胶的基材时导电薄膜的分离。之后采用印刷方法覆盖基材2，暴露出作为反应区及与仪器连接的引线区的电极，具体图形根据产品需要确定，所述引线区是用作导线与测试仪器连接的引线的区域，所述反应区是指快速检测试条上涂覆或沉积在电极上的化学试剂的区域。其中反应区的图形有两种覆盖方法，一种如图6所示，每个反应区暴露出两条电极，仅在长的方向上覆盖油墨，形成一个矩形的区域，两根电极的反应区被包围在内。另一种覆盖方法是为了确保电极在平面上面积的一致，用油墨在每根电极表面分割暴露出确定的面积，即在长和宽方向上都涂覆油墨，以此围出确定的面积区域作为电极的反应区。

本发明的第二种制备方法，在采用金属材料制备导电薄膜时，考虑电极制备的材料成本，可以在基材2表面形成导电薄膜的区块，作为后续测试反应电极之用。为了获得齐整的电极的边缘，可以在导电薄膜转印前通过机械方法或激光切割等方法，按拟转印的图形将导电薄膜表面划出印迹，易于转印到带有热敏胶或压敏胶的基材时导电薄膜的分离。这种方法可以通过将热敏胶或压敏胶印制为区块型，大小按照电极未来应用时对于反应区的要求而定。而用作导线与测试仪器连接的引线可通过后续的印刷方法采用导电油墨实现。电极制备完成后功能区的分割的印刷方法与电极的第一种制备方法中介绍的相同，在此不再赘述。

热敏胶也可以不形成图形，在转印导电薄膜时，在转印过程中通过一定形状平面加热装置阵列或辊筒来实现；也可以采用红外光照的加热方法，转印的图形通过相应掩膜版实现。但导电薄膜转印所依据的原理及工艺方法与上述过程无实质性差异。

平面几何尺寸均一，微观结构一致的快速检测试条电极制备完成后，采用印刷的方法将电极部分覆盖，暴露出用于检测信号的的反应区和引线区部分，即可用于相应的传感器的制备。

所使用的金属材料可以是单独的贵金属如金、铂、钯等；或者复合金属薄膜，即先在基材表面沉积比较薄的贵金属薄膜如金、铂、钯等，再在贵金属薄膜上面沉积其他金属材料，如铝、铜等，厚度可适当加厚，起支撑作用。所述导电油墨是由碳、银、铜、铝等导电材料及粘接剂组成的导电油墨。

利用本发明的快速检测试条电极的制备方法，可应用于血糖、血脂、乳酸、尿酸等基于电化学测试原理的快速检测试条的制备，也可以应用于基于类似机理、涉及到电化学原理的其它生理生化参数的测试。这类检测方法可大规模应用于临床、食品、医药、化工、环境、畜牧、农业等方面所需的快速、集成检测分析。与现有这类电极的制备方法相比，这种制备方法具有电极表面状态可控、均一，生产效率高，适合大规模生产，可同时满足产品对电极质量和数量的要求。

因此，本发明提出了一种快速检测试条电极的制备方法，其采用表面平整、特性均一的玻璃、金属或塑料平板作基材1，将金属或导电油墨以导电薄膜的形式沉积在基材1的表面，通过另一基材2上的胶粘剂将导电薄膜从基材1上转印下来，使导电薄膜转印到基材2的表面上形成电极，或者是将胶粘剂印刷在基材1的导电薄膜上，再一同转印到基材2的表面形成电极，所述基材2上的胶粘剂是先将胶粘剂涂覆或印刷在离型化处理的基材3的表面上，再转印到基材2的表面上。

所述胶粘剂是热敏胶或压敏胶，所述基材3是表面平整、特性均一的玻璃、金属或塑料平板，所述基材2是塑料材料。

所述玻璃是平板玻璃，所述金属平板通过打磨及电化学抛光工艺进行表面处理。

对所述基材1和基材3进行硅烷化或聚四氟乙烯化离型处理。

所述金属构成的导电薄膜是单独的贵金属薄膜或者复合金属薄膜。

所述单独的贵金属薄膜是金、铂或钯。

所述复合金属薄膜是先在基材1的表面沉积比较薄的单独的贵金属薄膜，再在单独的贵金属薄膜上沉积其他金属材料。

所述其他金属材料是铝或铜。

所述导电油墨是由包括碳、银、铜、铝的导电材料及粘接剂组成的导电油墨。

所述基材1和基材2上的胶粘剂形成为各种形状，其形状和大小按照电极未来应用时的要求而确定。

附图说明

图1A-1D示出了本发明蒸镀、溅射或印刷在玻璃、金属或塑料平板等基材102表面的导电薄膜101，图1B和图1C示出了在导电薄膜转印前通过机械方法或激光切割等方法，按拟转印的图形将导电薄膜101表面划出印迹103，这样就有利于转印到带有热敏胶或压敏胶201的基材时，导电薄膜101的相互间的完整分离。图1D为采用导电油墨制备长条电极时，采用印刷方式在基材102上形成的导电薄膜104。

图2A为本发明第一种制备方法中转印在基材202上的热敏胶或压敏胶201的实施例结构立体图；

图2B为本发明的在基材302上具有待转印的热敏胶或压敏胶303的立体图；

图2C为本发明的在基材102上的导电薄膜104上按第一种制备方法所需图形印刷的胶粘剂203；

图3为本发明第一种制备方法中从沉积导电薄膜的基材102上通过加热或加压转印到基材202的热敏胶或压敏胶201上的导电薄膜301实施例结构立体图；

图4为本发明第二种制备方法中转印在基材202上的热敏胶或压敏胶401的实施例结构立体图；

图5为本发明第二种制备方法中从沉积导电薄膜基材102上通过加热或加压转印到基材202的热敏胶或压敏胶401上的导电薄膜501实施例结构立体图；

图6为本发明所制备电极及引线经油墨印刷覆盖隔离出反应区601及引线区的电极602后的第一种制备方法实施例结构图；

图7为本发明所制备电极及引线经油墨印刷覆盖隔离出反应区701及引线区702后的第二种制备方法实施例结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例详细解释本发明的快速检测试条电极的制备方法及所对应的试条基本构成。

图3表示本发明试条电极由第一种制备方法获得的结构。如图3所示，基材202表面通过转印方法形成了热敏胶或压敏胶201的图形。沉积在基材102(如图1A所示)的导电薄膜101，经过加热加压过程被转印到基材202表面的热敏胶或压敏胶201的图形的表面上形成了电极301；采用导电油墨制备长条电极时，可直接通过印刷在导电薄膜104(如图1D所示)上的胶粘剂203(如图2C所示)将导电薄膜104转印到基材202表面，形成电极301。电极301的宽度及相互间的距离可以根据实际需要进行设计。图5表示本发明试条电极的结构第二种制备方法获得的结构。基本过程与第一种制备方法相同，基材202上的热敏胶或压敏胶401区块化设计和制备，使转印到其上面的导电薄膜501也呈现区块化的形状。

图1A表示本发明的导电薄膜101沉积在基材102表面的情况。导电薄膜101的成分可以是单独的贵金属如金、铂、钯等；或者是复合金属薄膜，即先在基材表面沉积比较薄的贵金属薄膜如金、铂、钯等，再在贵金属薄膜上面沉积其他金属材料，如铝、铜等，厚度可适当加厚，起支撑作用，也可以视需要沉积包括导电油墨在内的其它种类的导电材料。沉积方法可以采用磁控溅射技术；也可以蒸发镀膜，对于导电油墨材料可采用印刷方法；对于金属基材，可采用电化学镀膜。薄膜厚度对于贵金属，以实现薄膜结构连续为标准，一般要求在100nm以上；如果是贵金属材料为底，其他金属材料沉积在上面的复合金属薄膜，其它种类金属的厚度可适当加厚到1um甚至更厚。基材102可采用光学平板玻璃材料或不锈钢平板材料，也可以采用塑料平板，必要时表面采用可降低表面能水平的硅烷试剂或聚四氟乙烯材料进行离型处理，金属平板可采用不锈钢等材料，表面经打磨及电化学抛光，也可以视情况进行离型化处理。材料表面平整，特性均一，粗糙度控制在50nm左右。玻璃材料宜采用浮法玻璃产品，不锈钢平板表面要经过打磨和电化学抛光。基材102的宽度可以根据镀膜方法而定，对于磁控溅射法可以到2米左右，一般应用可选择0.5米左右。根据生产实际具体决定。基材1在完成薄膜转印后经适当处理可重新使用。

首先介绍试条电极的第一种制备方法。图2A所示为依据相应原理和生产工艺，在基材202表面转印的热敏胶或压敏胶201。基材202采用耐受高温的塑料材料，如聚酯塑料PET或聚碳酸酯塑料PC等。要求基材2在热转印过程中不软化，不变形。热敏胶或压敏胶201选择市售产品，要求热敏胶热转印温度高于50℃但低于基材202的软化温度。热敏胶或压敏胶的图形单条的宽度1.5mm左右，长度视基材长度而定，每两条为一组，组内两条之间间距1.5mm；每一组之间的间距5-6mm。胶的厚度1-100微米。如图2B所示，热敏胶或压敏胶转印的方法是预先把图案用网印、凹印等印刷方法印在耐热基材302上，该基材302可离型处理，要求同基材102；再配合专用的转印设备，将图形化热敏胶转印到基材202的表面上，图形化压敏胶则可以通过加压方法转印到基材202表面，形成热敏胶或压敏胶201的结构图形。

将图2A带有热敏胶或压敏胶图形的基材铺展到图1A的沉积导电薄膜基材上，热敏胶采用热转印的方法将面向导电薄膜101上的热敏胶201软化，使之可以粘附导电薄膜101；压敏胶直接在两基材之间加压实现上述效果。适当的时间后，将两个基材分离，图形化的导电薄膜就通过转印的方法从原来薄膜沉积的基材102表面转印到另外的基材202表面，这个过程称为导电薄膜的转印。为了获得齐整的电极的边缘，可以在导电薄膜转印前通过机械方法或激光切割等方法，按拟转印的图形将导电薄膜101表面划出印迹103，这样就有利于转印到带有热敏胶或压敏胶201的基材时，导电薄膜101的相互间的完整分离，参见图1B。本实施例中，这一划痕之间的距离为1.5mm。通过定位装置，可在另一块如图2A所示带有热敏胶或压敏胶201图形的基材表面将图1的镀金属基材上未转印的导电薄膜101转印到新的基材表面。

对于上述第一种制备方法，采用导电油墨制备长条电极时，可直接在基材102表面通过印刷方法制备导电薄膜104(如图1D所示)，再在上面涂布或印刷胶粘剂203(如图2C所示)，再通过转印的方式将导电薄膜104转印到基材202表面，形成电极301。

下面介绍试条电极的结构第二种制备方法。图4所示为转印热敏胶或压敏胶401图形。依据相应原理和生产工艺，在基材202表面上转印得到热敏胶或压敏胶的图形，图形面积宽1.5mm，长度2-3mm；横向两个图形为一组，一组内图形中心间距横向1.5mm，纵向25-30mm；组间横向距离5-6mm。热敏胶或压敏胶401同201，转印方法同第一种制备方法。导电薄膜的转印过程与第一种制备方法相同，为了获得齐整的电极的边缘，可以在导电薄膜转印前通过机械方法或激光切割等方法，按拟转印的图形将导电薄膜101表面划出印迹103，参见图1C，易于转印到带有热敏胶或压敏胶的基材时导电薄膜的分离。

以血糖化验为例，说明如何利用本发明的快速检测试条电极的制备方法。利用该方法制备电极，每次可在1平方米以上的基材上形成相应数量的电极，采用印刷的方法在该基材上的电极表面分隔出在如图6或图7所示的反应区和引线区。采用第二种制备方法要在该基材表面印刷导电油墨，构成导线，一端与导电薄膜电学连接，另一端作为引线区的电极602将测试时反应区601的信号引出。导电油墨的固化温度要远低于热转印胶的软化温度，最好采用紫外固化的导电油墨。对转印有导电薄膜的基材进行适当分割后，使之适合放置在微量点样仪的平台上，将葡萄糖氧化酶等试剂组成的溶液等体积滴加在反应区电极表面。经过适当的封装工序，即可制成可用于血糖快速检测的试条。其它种类的试条制备过程与此类似。

本领域技术人员应当注意，本说明书实施例中仅仅对所使用材料进行举例式说明，作为镀膜基材102及热转印基材的材料可采用其它耐热、表面平整、特性均一、可离型化处理的材料；平板玻璃不限于浮法玻璃法制造的玻璃；金属平板材料不限于不锈钢材料；离型化处理也不限于表面硅烷化或聚四氟乙烯化等；电极301的宽度及相互间的距离可以根据实际需要进行设计；所有热敏胶或压敏胶的图形根据具体工艺及材料进行设计，其印刷不限于网印及凹版印刷；基材202不限于聚酯塑料PET及聚碳酸酯塑料PC。

Claims (9)

1.一种快速检测试条电极的制备方法，其特征在于采用表面平整、特性均一的玻璃、金属或塑料平板作第一基材(1)，将金属或导电油墨以导电薄膜的形式沉积在第一基材(1)的表面，通过另一第二基材(2)上的胶粘剂将导电薄膜从第一基材(1)上转印下来，使导电薄膜转印到第二基材(2)的表面上形成电极，或者是将胶粘剂印刷在第一基材(1)的导电薄膜上，再一同转印到第二基材(2)的表面形成电极，所述第二基材(2)上的胶粘剂是先将胶粘剂涂覆或印刷在离型化处理的基材(3)的表面上，再转印到第二基材(2)的表面上。

2.如权利要求1所述的方法，所述胶粘剂是热敏胶或压敏胶，所述基材(3)是表面平整、特性均一的玻璃、金属或塑料平板，所述第二基材(2)是塑料材料。

3.如权利要求2所述的方法，所述玻璃是平板玻璃，所述金属平板通过打磨及电化学抛光工艺进行表面处理。

4.如权利要求3所述的方法，对所述第一基材(1)和基材(3)进行硅烷化或聚四氟乙烯化离型处理。

5.如权利要求4所述的方法，所述金属构成的导电薄膜是单独的贵金属薄膜或者复合金属薄膜，所述复合金属薄膜是先在第一基材(1)的表面沉积比较薄的单独的贵金属薄膜，再在单独的贵金属薄膜上沉积其他金属材料。

6.如权利要求5所述的方法，所述单独的贵金属薄膜是金、铂或钯。

7.如权利要求6所述的方法，所述其他金属材料是铝或铜。

8.如权利要求4所述的方法，所述导电油墨是由包括碳、银、铜、铝的导电材料及粘接剂组成的导电油墨。

9.如权利要求1-8任一所述的方法，所述第一基材(1)和第二基材(2)上的胶粘剂形成为各种形状，其形状和大小按照电极未来应用时的要求而确定。 

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