CN102187213A - 电化学生物传感器结构和使用该生物传感器的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电化学生物传感器电极结构，其包括：用作样品测量电极的工作电极和参考电极，且它们在样品插入通道的纵向方向上彼此隔开设置，工作电极和参考电极都具有交替设置在其对应于样品插入通道部分上的至少一个突起和至少一个凹坑，工作电极的突起相应地靠近参考电极的凹坑，工作电极的凹坑相应靠近参考电极的突起；以及用作样品识别电极的至少两个样品识别电极，且它们彼此相隔，靠近并平行于工作电极和参考电极设置。本发明减小了双层电容的影响并独立地施加样品识别信号以精确检测样品插入时间和速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种电化学生物传感器结构和使用该生物传感器的测量方法，更特别涉及一种电化学生物传感器电极结构和使用该生物传感器的测量方法，该结构最小化双层电容，从而能实现快速且精确测量到达生物样品的响应信号。
背景技术
对包含在生物样品中的材料进行定性和定量分析在化学上和临床上都是重要的，这些材料例如包括糖尿病病人的血糖或者作为许多成人病因子的血液中的胆固醇。
正如现有技术中已知的，更快捷地且具有良好再现性地测量生物样品（以下称为“样品”）中包含的特定材料的酶活性对于应用酶活性的电化学生物传感器来说是极其重要的，该生物传感器例如是用于临床化学试验的葡萄糖传感器、尿酸传感器、蛋白质传感器、DNA传感器或蔗糖传感器或者用于肝功能试验的GOT(谷氨酸-丁酮二酸盐转氨酶)或GPT(谷氨酸-丙酮酸盐转氨酶)传感器。
生物传感器由识别目标分析物的识别部分和负责转换成电信号的转换部分组成。生物材料用作生物传感器的识别部分。该生物材料识别目标分析物引起化学或物理变化，且转换部分将该化学或物理变化转换成电信号。识别部分和转换部分一起称为“生物传感器电极”。
通常，使用常规条形生物传感器的测量方法包括在制造过程中将样品通过毛细管作用插入到样品插入通道中，该毛细管作用比地球重力还强且通过血浆（plasma）或化学表面活性剂处理获得，并将上述样品积聚在样品插入通道中，然后进行样品的定性和定量分析。
测量方法通常还包括，在样品测量之前检测插入的样品开始在样品插入通道中积聚时的样品插入时间。
通常，样品插入检测信号施加到生物传感器的工作电极和参考电极上，以检测样品插入时间，并且在经过预定时间后，将样品测量信号施加到工作电极和参考电极上来测量样品。换句话说，样品插入时间通过计算从样品到达工作电极和参考电极的时刻到样品全部体积插入到样品插入通道中的时刻所花费的时间来确定。然后，预定时间以后，样品测量信号施加到工作电极和参考电极上来测量样品。
这种情况遇到一个问题，即施加用来检测样品插入时间的样品插入检测信号对作为重要测量用电极的工作电极和参考电极表面上的样品的过早反应，形成电双层（EDL）。电双层，其通常存在于相邻不同物质之间的界面上（电极、样品或溶液），在向界面上施加电场时形成。电双层的电容，这也叫做“双层电容”，该电容是少量的，但可包含在施加样品检测信号时测量的电流信号中。这引起了生物传感器测量信号的失真（distortion）并影响测量。
样品的粘度依赖于样品的类型，且即使不显著，也能决定样品在样品插入通道中的积聚速度或时间。这也可以影响测量结果，因为在经过预定时间后开始测量，该预定时间计算为从样品插入时起到将样品完全积聚到通道中所花费的时间。因此，通过控制时间来确定施加样品测量信号的时间，在测量精度方面是相当有问题的。
发明内容
技术问题
因此，本发明的目的在于提供一种生物传感器电极结构和使用生物传感器的测量方法，以解决了现有技术中存在的问题。
本发明的另一目的在于提供一种生物传感器电极结构和使用生物传感器的测量方法，该生物传感器有效地除去了双层电容并在不使作为测量用电极的工作电极和参考电极的信号失真的情况下精确检测响应信号。
本发明的再一目的在于提供一种生物传感器电极结构和使用生物传感器的测量方法，该生物传感器能控制依赖于样品类型的样品插入速度。
技术方案
为了实现本发明的目的，提供了一种电化学生物传感器结构，其包括：用作样品测量电极的工作电极和参考电极，它们在样品插入通道的纵向方向上彼此隔开设置，该工作电极和参考电极都具有交替设置在其对应于样品插入通道部分上的至少一个突起和至少一个凹坑，该工作电极的突起相应地靠近参考电极的凹坑，该工作电极的凹坑相应地靠近参考电极的突起；以及用作样品识别电极的至少两个样品识别电极，且它们彼此相隔，靠近并平行于工作电极和参考电极设置。
该至少两个样品识别电极设置在工作电极和参考电极之间。该至少两个样品识别电极的端部靠近样品插入通道的端部。
该至少两个样品识别电极响应于样品识别信号来识别样品。样品识别信号独立于施加到参考电极或工作电极上的样品测量信号进行施加来识别样品。
电化学生物传感器电极结构还包括条形识别电极，以检测具有生物传感器电极插入到测量设备中进行测量的时刻。
在对应于样品插入通道的部分上，工作电极和参考电极彼此相隔，相隔距离为50mm 至120mm。
根据本发明的另一实施方式，提供了一种电化学生物传感器结构，其包括：底板，其包含样品测量用电极；至少两个样品识别电极，其在绝缘衬底上与样品测量用电极隔开设置；样品测量用电极，其包括工作电极和参考电极，该工作电极和参考电极在样品插入通道的纵向方向上彼此隔开设置，该工作电极和参考电极都具有交替设置在其对应于样品插入通道的部分上的至少一个突起和至少一个凹坑，该工作电极的突起相应地靠近参考电极的凹坑，该工作电极的凹坑相应靠近参考电极的突起，该至少两个样品识别电极彼此相隔，靠近并平行于工作电极和参考电极设置；中间板，其具有双层涂布粘合绝缘膜结构，该中间板上形成有样品插入通道；以及具有至少两个排气孔的顶板，该排气孔形成在绝缘衬底上对应于样品插入通道的端部。至少两个排气孔对应于至少两个样品识别电极的端部进行设置，以垂直地叠合在至少两个样品识别电极的端部。
该至少两个样品识别电极响应于样品识别信号来识别样品。该样品识别信号独立于施加到参考电极或工作电极上的样品测量信号进行施加来识别样品。
作为至少两个样品识别电极之一的第一样品识别电极设置用来施加样品识别信号，并作为至少两个样品识别电极中另一个的第二样品识别电极设置用来接收样品到达信号。
在对应于样品插入通道的部分上，该工作电极和参考电极彼此相隔，相隔距离为50mm至120mm。
根据本发明的另一实施方式，提供了一种使用生物传感器的样品测量方法，该方法包括：（a）制备生物传感器，该传感器具有样品测量用电极，和与样品测量用电极隔开设置的至少两个样品识别电极，该样品测量用电极包括工作电极和参考电极，该至少两个样品识别电极接收与施加到工作电极和参考电极上的样品测量信号分开控制的样品识别信号；（b）施加样品识别信号到至少两个样品识别电极之一上以确定样品到达与否，该样品识别信号独立于样品测量信号产生并控制；且（c）如果样品已到达，施加样品测量信号到工作电极和参考电极上并测量样品上的响应信号。
在步骤（b）中，样品是否到达由通过至少两个样品识别电极中的另一个接收样品到达信号来确定。
工作电极和参考电极在样品插入通道的纵向方向上彼此隔开设置。工作电极和参考电极每个都具有交替设置在其对应于样品插入通道的部分上的至少一个突起和至少一个凹坑。该工作电极的突起相应地靠近参考电极的凹坑，该工作电极的凹坑相应靠近参考电极的突起。
根据本发明的再一实施方式，提供了一种用于制造电化学生物传感器电极的方法，包括：通过层叠在绝缘衬底上粘合形成第一导电薄膜；通过层叠在第一导电薄膜上涂覆光敏性干膜，并进行光学蚀刻过程，形成包括第一导电薄膜材料的电极图案，该电极图案整体上具有至少两个样品识别电极和样品测量用电极，该样品测量用电极包括工作电极和参考电极，该工作电极和参考电极在样品插入通道的纵向方向上彼此隔开设置，该工作电极和参考电极每个都具有交替设置在其对应于样品插入通道的部分上的至少一个突起和至少一个凹坑。该工作电极的突起相应地靠近参考电极的凹坑，该工作电极的凹坑相应地靠近参考电极的突起；以及在电极图案的表面上形成第二导电薄膜，该第二导电薄膜比电极图案具有更高的导电性。
上述绝缘衬底是一种聚合膜，包含选自聚酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚乙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的至少一种材料。
上述第一导电薄膜包括铜或铜合金的材料。
上述方法进一步包括：通过镀覆在第一和第二导电薄膜之间形成镍或铬层来提高第一和第二导电薄膜之间的粘合强度。
上述第二导电薄膜通过镀金或镀铂来形成。
上述至少两个样品识别电极包括与工作电极或参考电极相邻的两个样品识别电极。
在对应于样品插入通道的部分上，上述工作电极和参考电极彼此相隔，相隔距离为50mm至120mm。
上述绝缘衬底是包括顶板、中间板和底板的生物传感器的底板，绝缘衬底上形成有工作电极、参考电极以及至少两个样品识别电极。该方法还包括：在制备生物传感器的底板后，具有双层涂布粘合绝缘膜结构的中间板，该中间板上形成有样品插入通道；并形成对应于绝缘衬底中的样品插入通道端部具有至少两个排气孔的顶板。该至少两个排气孔对应于至少两个样品识别电极的端部进行设置，以垂直地叠合在至少两个样品识别电极的端部。
有效效果
本发明最小化双层电容的影响，独立的施加样品识别信号，并精确地检测样品插入时间和速度，而与待测量样品的粘度无关。此外，本发明也不存在在测量样品中涉及测量信号失真的问题，因此，样品测量能够更快地且高再现性地完成。
附图说明
图1显示了根据本发明实施方式的电化学生物传感器电极结构；
图2至图5是用于说明具有图1电极结构的试验条形生物传感器结构的图示；
图6是显示使用图2至图5的生物传感器的测量方法流程图；
图7是显示图6测量结果的图表；和
图8至图14是显示用于制造图1生物传感器电极过程的截面图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明，该附图旨在例示的目的，并不旨在限制本发明的保护范围。
图1显示了根据本发明实施方式的电化学生物传感器电极结构。
如图1中所示，在绝缘衬底100上，制造根据本发明实施方式的生物传感器电极110, 120, 130和140。用于制造生物传感器电极110, 120, 130和140的方法例示在图8至图14中。
生物传感器电极110, 120, 130和140包括用作样品测量电极的工作电极110和参考电极140，以及用作样品识别电极的至少两个样品识别电极120和130。
通常，两电极用于测量两点之间的电势差，以确定电解液中的电势。测量电势的电极称为“工作电极”，并连接用来测量电势差的另一电极称为“参考电极”。
尽管电极方便地分成如根据说明书中的定义进行选择的工作电极110和参考电极140，但对本领域的技术人员而言显然的是，该工作电极110可用作参考电极140，反之亦然。
工作电极110和参考电极140彼此相隔并在其中插入样品的样品插入通道（如图2中表示为210）的纵向方向上设置。
对应于样品插入通道210的部分在图1的上部放大表示。参考放大图，工作电极110和参考电极140中的每个都具有至少一个突起和至少一个凹坑，它们交替设置在对应于样品插入通道210的部分上（例如，样品插入通道形成的部分）。
工作电极110的突起在参考电极140的凹坑附近对应设置，并该工作电极110的凹坑在参考电极140的突起附近对应设置。换句话说，工作电极110的突起设置来装配到参考电极140的凹坑中，参考电极140的突起设置用来装配到工作电极110的凹坑中。在啮合时，工作电极110并不与参考电极140直接接触，但以预定的距离与参考电极140隔开。在对应样品插入通道210的部分上工作电极110和参考电极140之间的相隔距离为50mm 至120mm。
当工作电极110和参考电极140用于测量时，可施加样品测量信号。
电极设置和结构在相关的化学反应中起着重要作用，因为对于电化学测量重要的氧化还原反应通过电极界面与溶液之间的电子转移而发生。因此，工作电极110和参考电极140交替设置在如上所述的特定部分中，因此有效检测电极之间的响应信号。
工作电极110和参考电极140如图8至图14的制造方法中例示的进行成型，该方法包括在绝缘膜上层叠导电薄膜并通过光刻法形成生物传感器电极的图案。通过湿法腐蚀技术目前可获得的最小电极间相隔距离为50mm，根据其他尖端技术可降低到小于50mm。
此外，对于电化学测量需要的样品数量最小到小于0.25ml，且交替设置的电极之间的恰当距离设置在约80mm。工作电极110和参考电极140之间的相隔距离在50mm至120mm的范围内是容易获得的。
因为工作电极110和参考电极140在特定部分上彼此之间以如此微小的距离进行设置，所以它以较短的时间到达校正状态的当前值，导致快速的响应时间。此外，这种小区域包括低的电容，因此与法拉第电流相噪声信号低，且具有这种小绝对值的电流引起溶液电阻处的低压降。另一方面，具有小绝缘值的电流需要使用具有高放大倍数的低噪声放大器，该放大器可根据常规技术容易获得。
更优选地，作为生物传感器制造中的关键步骤之一，酶的固定化可通过电极之间物理上和结构上均匀的酶分散体来获得。
为了增加分析的灵敏度，本发明的实施方式使用了以预定相隔距离设置的多个微电极，该相隔距离足够宽，以避免扩散层的重叠，因此，信号本身可放大，使得本发明用作显著有利于测量电流的传感器。
工作电极110和参考电极140之间设置有至少两个样品识别电极120和130。在说明书中为了方便，该至少两个样品识别电极120和130包括两个样品识别电极120和130。然而，对本领域的技术人员而言显然的是，本发明可包括三个或三个以上的样品识别电极。
样品识别电极120和130设置在工作电极110和参考电极140之间，而没有一个样品识别电极120和130形成在以交替设置方式设置的工作电极110和参考电极140的部分中。换句话说，除了对应于样品插入通道210端部，样品识别电极120和130并不形成在形成样品插入通道210的部分中。因此，样品识别电极120和130的端部与样品插入通道210的端部靠近。该设置结构对于识别样品是必要的。
样品识别电极120和130靠近并平行于工作电极110或参考电极140。装备有工作电极110，例如，第一样品识别电极120形成在工作电极110的附近，第二样品识别电极130设置在第一样品识别电极120的附近，且最后参考电极140设置在第二样品识别电极130的附近。样品识别电极120和130中的一个（例如，样品识别电极120）可以是在测量样品中接收样品识别信号的电极，另一个（例如，样品识别电极130）可以是用于接收样品到达信号的电极。
样品识别信号120和130，离开工作电极110和参考电极140，设置在样品插入通道210端部的最小区域中。正如下文所述，两个排气孔310和320对应于样品识别电极120和130垂直设置在样品识别电极120和130上方。根据该结构，样品到达信号仅在样品完全插入到样品插入通道210时能够获得，而样品识别电极120和130不会受到样品的粘度、包围环境（例如温度、湿度等）等的影响。
当获得样品到达信号时，任何其他信号并不施加给对于测量重要的工作电极110和参考电极。
样品识别信号120和130的端部与工作电极110和参考电极140隔开并设置在样品插入通道210端部的最小区域中。
因此，该结构设计用来防止工作电极110和参考电极140受到识别样品时发生的双层电容的影响。
在随后的样品测量中，独立于样品识别信号的独立测量信号仅施加给独立设置的工作电极110和参考电极140，以进行测量。
工作电极110，参考电极140，样品识别电极120和130，除了对应于样品识别通道210的部分外，以预定宽度进行设置并平行地彼此隔开。工作电极110或参考电极140的宽度要大于样品识别电极120和130的宽度。这可通过降低工作电极110和参考电极140的电阻低于样品识别电极120和130的电阻，从而最小化样品测量期间噪声对已检信号的影响而获得更好再现性的、更稳定的测量。
引线端子部分（参照图1中的下部放大图），即外部信号或响应于外部信号的信号施加给工作电极110、 参考电极140以及样品识别电极120和130，可具有大于工作电极110、参考电极140以及样品识别电极120和130的正常宽度的宽度。这有利于信号传递。
除了工作电极110、参考电极140以及样品识别电极120和130之外，生物传感器电极可进一步包括条形识别电极150。假定生物传感器成型为试验条形时，则设置条形识别电极150。对于除了试验条形以外类型的生物传感器，并不设置条形识别电极150或者使用另外类型的电极。
条形识别电极150通过在包括生物传感器电极的试验条形生物传感器插入到测量设备主体中的时刻检测试验条形而产生条形插入信号。因此，条形识别电极150可设置在配置单个电极引线端子部分的前面，也是插入测量设备中的生物传感器部分的最前面。
测量设备主体，如果并不例示，则是一种插入生物传感器测量样品的设备，它对本领域的技术人员来说是已知的。
图2至图5是用于说明具有图1电极结构的试验条形生物传感器结构图示；图2是生物传感器分解透视图；图3是图2的分解透视图中单个组成部分相应关系和位置关系的放大图示；图4是生物传感器的组合透视图；图5是详细显示排气孔和样品插入通道的放大图示。
如图2中所示，根据本发明另一实施方式的电化学生物传感器具有试验条底板100、试验条中间板200和试验条顶板300的组合结构。
试验条底板100包括设置在绝缘衬底180上的生物传感器电极110、120、130、140和150，其中生物传感器电极110、120、130、140和150如图1中例示进行设置。
试验条中间板200包括形成在双层涂布的粘合绝缘膜280上的样品插入通道210。该样品插入通道210在双层涂布的粘合绝缘膜280侧面上具有预定深度的凹坑。
该凹坑结构的样品插入通道210，正如图3b的放大视图所能看到的，对应于突起和凹坑交替设置在工作电极110和参考电极140上的部分，该工作电极和参考电极设置在试验条底板100上。该样品插入通道210的端部延伸到至少两个样品识别电极120和130的端部。在图3b中，样品插入通道210表示为虚线。
对于粘合地装配有试验条形中间板200的试验条形底板100，上述样品插入通道210露出突起和凹坑交替设置在工作电极110和参考电极140上的部分，以及至少两个样品识别电极120和130的端部。
试验条形顶板300包括至少两个排气孔310和320，该排气孔310和320形成在绝缘衬底380上对应于样品插入通道210的端部。该至少两个排气孔310和320对应于至少两个样品识别电极120和130进行设置，以垂直重叠在至少两个识别电极120和130的端部上。
因此，当试验条形底板100、试验条形中间板200和试验条形顶板300粘合装配在一起时，如图3a和3b的放大图中所示，样品插入通道210的端部和至少两个样品识别电极120和130的端部被露出。本文使用的术语“露出”意指样品插入通道210的端部和至少两个样品识别电极120和130的端部可通过排气孔310和320看到。
如本发明中描述的样品插入通道210的端部，是放入样品插入通道210中的样品到达的终点。样品识别电极120和130的端部是对应于样品到达终点的部分。
至少两个排气孔310和320中的每一个形成在对应于样品插入通道210的纵向端部和至少两个样品识别电极120和130端部的位置处的最小区域中。此处，至少两个排气孔310和320的数目对应于至少两个样品识别电极120和130的数目而确定。例如，对于至少三个样品识别电极120和130，设置至少三个排气孔310和320。
至少两个排气孔310和320的设计要考虑到当样品由毛细管作用通过样品插入通道210时样品通过表面活性沿着样品插入通道210的倾斜面移动的特性。也就是说，至少两个排气孔310和320构造用于有效收集来自样品插入通道210中的样品，该样品插入通道位于突起和凹坑交替设置在工作电极110和参考电极140部分上的位置处。
对于两个样品识别电极120和130以及两个排气孔310和320，该两个排气孔310和320设置如图3a的部分放大视图中所示，其中样品识别电极120和130的端部精确地位于垂直低于（垂直重叠）排气孔310和320的位置中。为了更精确，两个排气孔310和320的第一排气孔310垂直叠合在两个样品识别电极120和130的第一样品识别电极120的端部上，而第二排气孔320垂直叠合第二样品识别电极130的端部上。
对于装配在一起的试验条形底板100、试验条形中间板200和试验条形顶板300，如图4中所示，露出了试验条形底板100的部分。
沿着样品插入通道210的纵向观测，试验条形中间板200和试验条形顶板300比试验条形底板100短。因此，试验条形底板100、试验条形中间板200和试验条形顶板300的装配露出了试验条形底板100的电极110、120、130和140施加或接收信号的部分。整个条形识别电极150也被露出。
正如图5中所示，样品插入通道210在装配结构中具有凹坑或沟槽结构，该装配结构包括试验条形低板100上的试验条形中间板200以及试验条形中间板200上的试验条形顶板300。
图6是显示使用图2至图5的生物传感器的测量程序流程图。如上所述，测量装置单独提供用于测量样品。
如图6中所示，图2至图5的生物传感器插入到设置用于测量的测量专制主体中（S112）。条形识别电极150识别生物传感器的插入并产生条形插入信号。测量装置需要（接收）条形插入信号（S113）。如果不能从测量装置获得条形插入信号（否，NO），条形识别电极150等待直到获得条形插入信号。
在从测量装置获得条形插入信号后（是，YES），识别样品的样品识别信号施加到第一样品识别电极120（S114）上。样品识别信号施加到第一样品识别电极120上是方便描述的，尽管它也可施加到第二样品识别电极130上。
样品插入通过样品插入通道210（S115）。然后确定是否样品已经到达。也就是说，产生了样品到达信号，并确定样品到达信号的获得（接收）（S116）。只有当样品从样品插入点精确地到达第一和第二排气孔310和320时，产生样品到达信号。该样品到达通过样品是否到达排气孔310和320来确定。
样品到达信号通过第二样品识别电极130获得。如果施加给第二样品识别电极130而不是第一样品识别电极120，那么样品到达信号通过第一样品识别电极120来获得。
如果样品不到达排气孔310和320（否），并不产生样品到达信号。且也不施加测量样品的样品测量信号。如果样品到达排气孔310和320且获得样品到达信号（是），则测量装置施加用于样品测量的样品测量信号给工作电极110和参考电极140（S117）。
样品测量信号就产生和控制来说独立于样品识别信号。产生并控制样品测量信号是一件事情，并且产生和控制样品识别信号是另一件事情。
作为本发明的生物传感器的特性，样品识别信号仅施加给样品识别电极120和130，而非施加给工作电极110或参考电极140。样品测量信号并不施加给样品识别信号120和130，而是施加给工作电极110和参考电极140。
在电化学样品测量中，例如施加的样品测量信号对工作电极110是正电（+）性的，对参考电极140是负电（-）性的。
在施加样品测量信号后，通过工作电极110和参考电极140获得（接收）样品电流信号，然后测量（S118）。然后显示测量结果（S119）。样品电流信号在工作电极110和参考电极140之间测量，且电流经测定数量来计算样品的浓度，该值以mM或mg/dL计。
本发明中，如上所述，样品识别电极120和130在结构或信号施加方法方面独立于作为样品测量用电极的参考电极140和工作电极110。即使对不同类型的样品（例如关于粘度等），本发明也能在精确的时间（样品到达点）下进行测量，而不受样品插入时间或速度的影响。
特别地，独立于样品识别信号进行控制的样品测量信号仅施加给工作电极110和参考电极140。这对确定重要的施加样品测量信号的时间在电化学中具有相当显著的意义。因此，本发明实现了依赖于样品类型的样品插入时间和速度的有效控制，以及样品的快速和精确的测量。
更优选地，本发明单独提供并控制独立于用作样品测量用电极的工作电极110和参考电极140的样品识别电极120和130，因此。快速并精确的测量可实现，而无需考虑因双层电容产生失真信号或样品不精确插入的影响。
图7是显示图6测量方法结果的图表。更具体地，图7显示了使用绝缘衬底上具有极低电阻（小于0.1W）的生物传感器的葡萄糖传感器的示例性测量结果以及使用生物传感器的测量方法。
如图7的图表中所示，显示了对于葡萄糖浓度（缓冲液~33mM）的测量电流信号的再现性，进行测量100次并在3秒钟内相当精确地给出小于3.17%的非线性误差。
图8至图14是显示制造图1的生物传感器电极的方法截面图。
如图8中所示，制备了绝缘衬底180。该绝缘衬底180可以是聚合膜，其由至少一种选自聚酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚乙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯( PET)的材料组成。绝缘衬底180通过切割过程将聚合膜切割成期望尺寸来制备。
如图9中所示，第一导电薄膜172通过层叠粘合涂布在绝缘衬底180上。第一传导薄膜172形成电极材料，且可以是，但并不限制于部分由铜组分如黄铜或青铜组成的铜膜或铜合金膜。本领域的技术人员显而易见的是，也可以使用其他导电材料的膜。
如图10中所示，用于形成电极的光敏性干膜174施加在绝缘衬底180上，其上形成有第一导电薄膜172。光敏性干膜174通过层叠涂布在具有第一导电薄膜172的绝缘衬底180上。例如，通过用层压机在约100℃至120℃的预热温度滚涂进行层叠。对于本领域的技术人员而言显而易见的是，光敏性干膜174可在除了约100℃至120℃的其他温度范围内进行涂布。
如图11中所示，作为光学方法进行曝光和显影。
对于曝光过程，工作膜（未示出）（例如，负电性膜）排列在层叠的光敏性干膜174上。在预定强度的光能持续预定的曝光时间下，将作为电极的干膜部分进行从单体到聚合物的反应以复制期望的图案像。
在随后的显影过程中，通过曝光过程未转换成聚合物的干膜部分，也就是说，没有光曝光(light exposure)的干膜单体部分用碳酸钠（Na2CO3）化学除去，在光敏性干膜174上留下形成电极用的掩膜图案174a。
如图12中所示，蚀刻过程用蚀刻溶液如酸蚀刻剂（CuCl2、FeCl2等）溶液除去光敏性干膜174覆盖的绝缘衬底180上的第一导电薄膜172的部分，也就是说，该第一导电薄膜172的曝光部分而不是电极图案。上述蚀刻过程可包括任何蚀刻方法，例如干蚀刻法或等离子蚀刻法以及湿蚀刻法。
上述蚀刻过程给出了如图1中所示的电极图案172a的基底。然后在单独过程中除去掩膜图案174a。
如图13中所示，进行镀覆过程以形成镍（Ni）薄膜176。
在蚀刻过程后进行的清洗过程中，形成镍（Ni）薄膜176的过程可在清洗过程之后。
镍（Ni）薄膜176设置用来提高在形成第二导电薄膜178的后续过程中电极图案172a和第二导电薄膜178之间的粘着性和粘合强度。当不需要提高粘着性和粘合强度时，或者当个别意义在于提高粘着性和粘合强度时，可省略镀覆镍薄膜176的过程。镍（Ni）可用其他材料如铬（Cr）来替代。
如图14中所示，第二导电薄膜178形成在绝缘衬底180上，其上设置有电极图案172a或镍或铬薄膜176。镀覆金（Au）或铂（Pt）用于第二导电薄膜178。通过电化学生物传感器电极的测量大部分使用了电流测量，且电流沿着电极表面流动。因此，在形成生物传感器电极中，在电极表面上薄膜镀覆新金属如金或铂降低了制造成本并显著降低电阻分量到约0.1W。
位于除生物传感器电极之外部分的镍或铬薄膜以及第二导电薄膜可通过单个过程在每个步骤中除去或者在第二导电薄膜178形成后全部除去。
随后，进行清洗和干燥过程来消除因镀铂过程而保留在表面上的溶液，以完成如图1中所示的生物传感器电极结构，也就是试验条形底板100。
如果在附图中未示出，则形成具有图2至图5中结构的试验条形中间板200的过程在形成试验条形底板100之后。形成具有图2至图5中结构的试验条形顶板300的过程之后另外进行以完成试验条形类型电化学生物传感器。
尽管结合实施方式已经对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解的是，该说明并不旨在穷尽或限制本发明的保护范围。根据上述的教导，在不脱离以下权利要求的保护范围下可以进行许多修改和变化。
工业实用性
本发明减小了双层电容的影响，独立的施加样品识别信号，并精确地检测样品插入时间和速度，而与待测量样品的粘度无关。此外，本发明也不存在在测量样品中涉及测量信号失真的问题，因此，样品测量能够更快地且高再现性地完成。
Claims (20)
1.一种电化学生物传感器电极结构，包括：
用作样品测量电极的工作电极和参考电极，且它们在样品插入通道的纵向方向上彼此隔开设置，
所述工作电极和参考电极都具有交替设置在其对应于样品插入通道部分上的至少一个突起和至少一个凹坑，该工作电极的突起相应地靠近参考电极的凹坑，该工作电极的凹坑相应靠近参考电极的突起；且
用作样品识别电极的至少两个样品识别电极，且它们彼此相隔，靠近并平行于工作电极和参考电极设置。
2.如权利要求1所述的电化学生物传感器电极结构，其特征在于，所述至少两个样品识别电极设置在工作电极和参考电极之间，所述至少两个样品识别电极的端部靠近样品插入通道的端部。
3.如权利要求2所述的电化学生物传感器电极结构，其特征在于，所述至少两个样品识别电极响应于样品识别信号来识别样品，所述样品识别信号独立于施加到参考电极或工作电极上的样品测量信号进行施加来识别样品。
4.如权利要求1所述的电化学生物传感器电极结构，其特征在于，进一步包括：
条形识别电极，以检测具有生物传感器电极的生物传感器插入到测量设备中进行测量的时刻。
5.如权利要求1所述的电化学生物传感器电极结构，其特征在于，对应于样品插入通道的部分上，工作电极和参考电极彼此相隔，相隔距离为50mm 至120mm。
6.一种电化学生物传感器结构，包括：
底板，其包含样品测量用电极；至少两个样品识别电极，其在绝缘衬底上与样品测量用电极隔开设置，且所述样品测量用电极包括工作电极和参考电极，
所述工作电极和参考电极在样品插入通道的纵向方向上彼此隔开设置，
所述工作电极和参考电极都具有交替设置在其对应于样品插入通道部分上的至少一个突起和至少一个凹坑，该工作电极的突起相应地靠近参考电极的凹坑，该工作电极的凹坑相应靠近参考电极的突起，
所述至少两个样品识别电极彼此相隔，靠近并平行于工作电极和参考电极设置；
中间板，其具有双层涂布粘合绝缘膜结构，该中间板上形成有样品插入通道；以及
顶板，其具有至少两个排气孔，所述排气孔形成在绝缘衬底上对应于样品插入通道的底部，
所述至少两个排气孔，其对应于至少两个样品识别电极的端部进行设置，以垂直地叠合在至少两个样品识别电极的端部。
7.如权利要求6所述的电化学生物传感器结构，其特征在于, 至少两个样品识别电极响应于样品识别信号来识别样品，样品识别信号独立于施加到参考电极或工作电极上的样品测量信号进行施加来识别样品。
8.如权利要求6所述的电化学生物传感器结构，其特征在于, 作为至少两个样品识别电极之一的第一样品识别电极设置用来施加样品识别信号，
作为至少两个样品识别电极中另一个的第二样品识别电极设置用来接收样品到达信号。
9.如权利要求6所述的电化学生物传感器结构，其特征在于, 在对应于样品插入通道部分上， 工作电极和参考电极彼此相隔，相隔距离为50mm 至120mm。
10.一种使用生物传感器的样品测量方法，包括：
制备生物传感器，该传感器具有样品测量用电极；至少两个样品识别电极与样品测量用电极隔开设置，且所述样品测量用电极包括工作电极和参考电极，
至少两个样品识别电极接收与施加到工作电极和参考电极上的样品测量信号分开控制的样品识别信号；
（b）施加样品识别信号到至少两个样品识别电极之一上以确定样品到达与否，样品识别信号独立于产生并控制样品测量信号；且
（c）如果样品已到达，施加样品测量信号到工作电极和参考电极上并测量样品上的响应信号。
11.如权利要求10所述的使用生物传感器的样品测量方法，其特征在于，在步骤（b）中，其样品是否到达由通过至少两个样品识别电极中的另一个接收样品到达信号来确定。
12.如权利要求11所述的使用生物传感器的样品测量方法，其特征在于，工作电极和参考电极在样品插入通道的纵向方向上彼此隔开设置，
工作电极和参考电极每个都具有交替设置在其对应于样品插入通道部分上的至少一个突起和至少一个凹坑，该工作电极的突起相应地靠近参考电极的凹坑，该工作电极的凹坑相应靠近参考电极的突起。
13.一种用于制造电化学生物传感器电极的方法，包括：
通过层叠在绝缘衬底上粘合形成第一导电薄膜；
通过层叠在第一导电薄膜上涂覆光敏性干膜，并进行光学蚀刻过程形成包括第一导电薄膜材料的电极图案，所述电极图案整体上具有至少两个样品识别电极和样品测量用电极，样品测量用电极包括工作电极和参考电极，
工作电极和参考电极在样品插入通道的纵向方向上彼此隔开设置，
工作电极和参考电极每个都具有交替设置在其对应于样品插入通道部分上的至少一个突起和至少一个凹坑，该工作电极的突起相应地靠近参考电极的凹坑，该工作电极的凹坑相应靠近参考电极的突起；以及
在电极图案的表面上形成第二导电薄膜，第二导电薄膜比电极图案具有更高的导电性。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，绝缘衬底是一种聚合膜包含选自聚酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚乙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种材料。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，第一导电薄膜包括铜材料或铜合金材料。
16.如权利要求13所述的方法，进一步包括：
通过镀覆在第一和第二导电薄膜之间形成镍或铬层来提高第一和第二导电薄膜之间的粘合强度。
17.如权利要求13所述的方法，其特征在于，第二导电薄膜通过镀金或镀铂来形成。
18.如权利要求13所述的方法，其特征在于，至少两个样品识别电极包括与工作电极或参考电极相邻的两个样品识别电极。
19.如权利要求13所述的方法，其特征在于，在对应于样品插入通道的部分上，工作电极和参考电极彼此相隔，相隔距离为50mm 至120mm。
20.如权利要求13所述的方法，其特征在于，绝缘衬底与形成其上的工作电极、参考电极以及至少两个样品识别电极是包括顶板、中间板和底板的生物传感器的底板，
所述方法还包括：在制备生物传感器的底板后，形成其上形成有样品插入通道的双层涂布粘合绝缘膜的中间板；形成对应于绝缘衬底中的样品插入通道端部具有至少两个排气孔的顶板，该至少两个排气孔对应于至少两个样品识别电极的端部进行设置，以垂直地叠合在至少两个样品识别电极的端部。
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