CN102713610B - 用于生物传感器的电极布置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生物传感器。该生物传感器包括支撑基板，被设置在支撑基板上的电极，被设置在支撑基板上的间隔基板，和被设置在间隔基板上的覆盖物。该覆盖物与支撑基板配合以限定毛细管通道。所述电极包括在毛细管通道中限定工作电极区域的至少一个工作电极。所述工作电极被配置用于相对于工作电极最小化由于间隔基板置放中的变化引起的毛细管通道中的工作电极区域的变化。所述工作电极包括主体部分和至少一个连接部分。
Description
背景技术
电化学生物传感器是已知的。它们用于确定来自生物样本、特别是来自血液的各种分析物的浓度。电化学生物传感器在美国专利No.
5,413,690、No. 5,762,770、No. 5,798,031、No.
5,997,817l、No. 7,073,246、No. 7,195,705和No.
7,473,398以及美国专利申请公开物No. 2005/0016844中被描述，上述每一个的公开通过引用被明确地并入本文。
例如，随着遭受糖尿病和类似身体状况的患者的数目增多，血糖的自我监控已经变成普通实践，其中患者监控他的或她的血糖水平。监控血糖水平的目的是确定浓度水平，然后基于该水平是太高还是太低来采取正确的行动以将该水平带回到正常范围内。不能采取正确的行动可能具有严重的医疗含义。葡萄糖监控是糖尿病个体日常生活中的一个事实。不能正确地且定期地测试血糖水平可能会导致严重的与糖尿病相关的并发症，包括心血管病、肾病、神经损伤和失明。
许多生物传感器采用电化学分析通过测量与分析物浓度相关的电流来确定血糖水平。这种生物传感器可以采用毛细管通道，电极基板在该毛细管通道中提供工作电极区域。电化学单元的电流响应与工作电极区域成正比。然而，在限定毛细管通道的生物传感器的各部件的制造和组装期间产生工作电极区域的变化。由于电极区域的变化引起被测量的分析物浓度的不精确，因此从一个生物传感器到另一个生物传感器的毛细管通道中的工作电极区域的变化是不希望有的。因此，在生物传感器的制造中最小化了工作电极区域的变化的生物传感器布置是期望的。
发明内容
本发明涉及一种生物传感器。该生物传感器包括支撑基板、被设置在支撑基板上的电极、被设置在支撑基板上的间隔基板（spacer
substrate）、和被设置在间隔基板上的覆盖物。该覆盖物与支撑基板配合来限定毛细管通道。所述电极包括在毛细管通道中限定工作电极区域的至少一个工作电极。该工作电极被配置用于最小化相对于工作电极由于间隔基板置放的变化导致的毛细管通道中的有效工作电极区域的变化，同时还最大化毛细管通道内的有效工作电极区域。
根据一个方面，一种生物传感器包括在相对的第一和第二端以及相对的第一和第二边缘之间延伸的支撑基板；被设置在支撑基板上、包括沿支撑基板在第一和第二端以及第一和第二边缘之间延伸的内边缘的间隔基板；与间隔基板配合使得间隔基板的内边缘限定毛细管通道的边界的覆盖物；和在毛细管通道中的至少一个工作电极。该工作电极包括宽度和主体部分，该主体部分沿在主体部分的相对端之间横断所述宽度的长度延伸。该主体部分包括在毛细管通道中沿主体部分的长度设置的至少两个工作电极部分，该至少两个工作电极部分通过至少一个连接部分相连。工作电极进一步包括从主体部分的相对端中的至少一个且跨越间隔基板的内边缘延伸的至少一个连接颈部。该两个工作电极部分均限定最小的或最小宽度，该最小宽度大于连接颈部的最大的或最大宽度，并且该连接部分限定最大的或最大宽度，该最大宽度小于连接颈部的最小的或最小宽度。
在该方面的一个改良中，毛细管通道包括在支撑基板的第一端处的入口，且工作电极的主体部分完全位于毛细管通道内。
在该方面的另一个改良中，工作电极包括从毛细管通道中的主体部分的相对端中的另一个延伸的第二颈部，第二颈部跨越间隔基板的内边缘延伸。
在该方面的另一个改良中，工作电极包括在毛细管通道中的该至少两个工作电极部分之间延伸并将该至少两个工作电极部分相互连接的第一和第二连接部分。第一和第二连接部分均包括小于连接颈部的最小的或最小宽度的最大的或最大宽度，并且第一和第二连接部分借助连接部分和工作电极部分之间的不导电空间彼此分离。
在该方面的另一个改良中，工作电极的该至少一个连接部分包括在工作电极的该至少两个工作电极部分之间延伸的多个连接部分行。相邻的连接部分行对借助不导电空间彼此分离，并且每个连接部分行包括小于该至少一个连接颈部的最小的或最小宽度的最大的或最大宽度。
在该方面的另一个改良中，工作电极的主体部分的该至少两个工作电极部分包括沿该多个连接部分行间隔开以形成用于工作电极的主体部分的网格状图案的多个工作电极部分。
根据另一个方面，一种生物传感器包括在相对的第一和第二端以及相对的第一和第二边缘之间延伸的支撑基板；被设置在支撑基板上、包括沿支撑基板延伸的内边缘的间隔基板，该内边缘位于支撑基板的第一和第二端以及第一和第二边缘之间；与间隔基板配合使得间隔基板的内边缘限定毛细管通道的边界的覆盖物；和至少一个工作电极。该至少一个工作电极包括主体部分，该主体部分限定宽度和在主体部分的相对端之间横断所述宽度的长度。该长度和宽度被定尺寸使得主体部分位于毛细管通道中。工作电极进一步包括第一和第二连接颈部，所述第一和第二连接颈部均从主体部分的相对端中的相应的一个且跨越间隔基板的内边缘延伸。主体部分限定大于第一和第二颈部的每一个的最大的或最大宽度的最小的或最小宽度。第一和第二连接颈部的每一个从主体部分延伸到在支撑基板上的电极引线，使得第一和第二连接颈部中的每一个为工作电极提供电连接。
在该方面的一个改良中，工作电极的主体部分在主体部分的中心处包括最大值并且从该中心朝向第一和第二连接颈部中的每一个在宽度上逐渐变细。
在该方面的另一个改良中，第一连接颈部延伸到沿着支撑基板延伸到电极接触的电极引线，并且第二连接颈部延伸到位于毛细管通道外部的电极环绕部分。电极环绕部分将第二连接颈部接合到电极引线使得工作电极形成位于毛细管通道之内和外部的连续环。
根据另一个方面，一种生物传感器包括在相对的第一和第二端以及相对的第一和第二边缘之间延伸的支撑基板；被设置在支撑基板上、包括沿支撑基板延伸的内边缘的间隔基板，该内边缘从第一边缘延伸到第二边缘，与支撑基板的第一端相邻；与间隔基板配合使得间隔基板的内边缘限定毛细管通道的边界的覆盖物；和在毛细管通道中的至少一个工作电极。工作电极包括主体部分，该主体部分具有朝向毛细管通道内的第一和第二边缘延伸的长度。工作电极进一步包括从主体部分的一端朝向支撑基板的第二端延伸的连接颈部。内边缘与主体部分间隔开并跨越连接颈部延伸，其中连接颈部被朝向支撑基板的第二端延伸定向。
在该方面的一个改良中，工作电极的主体部分完全位于毛细管通道内。
在该方面的另一个改良中，工作电极包括从主体部分的相对端朝向支撑基板的第二端延伸的第一和第二连接颈部，并且内边缘跨越第一和第二连接颈部的每一个延伸，其中第一和第二连接颈部被朝向支撑基板的第二端定向。
在该方面的另一个改良中，主体部分沿着所述长度的很大一部分包括最小的或最小宽度，并且连接颈部包括如沿朝向支撑基板的第一和第二边缘的方向测量的最大的或最大宽度，主体部分的最小宽度大于连接颈部的最大宽度。
根据另一个方面，一种用于制造生物传感器的方法包括：提供支撑基板；在支撑基板上形成至少一个工作电极，该工作电极包括主体部分和从主体部分的一端延伸的至少一个连接颈部，其中该至少一个连接颈部的宽度大于工作电极的主体部分的一部分的最小的或最小宽度；以及在支撑基板上设置间隔基板，间隔基板包括限定毛细管通道的边界的内边缘，该内边缘跨越工作电极的该至少一个连接颈部延伸使得主体部分的限定最小宽度的该部分完全位于毛细管通道内。
根据另一个方面，一种用于制造生物传感器的方法包括：提供支撑基板；在支撑基板上形成至少一个工作电极，该工作电极包括主体部分，该主体部分沿主体部分的长度的很大一部分限定基本恒定的宽度，该工作电极包括从该宽度向外突出的中央部分；以及将间隔基板设置在支撑基板上使得间隔基板的内边缘的相对部分跨越主体部分的相对的横向部分延伸，并且工作电极的中央部分被完全设置在由内边缘的各部分限定的毛细管通道内，其中该中央部分占据少于内边缘的各部分之间的主体部分的长度的一半。
由详细描述和为其提供的附图，另外的方面、实施例、形式、特征、益处、目的和优点将变得明显。
附图说明
图1是一个实施例生物传感器的透视图。
图2是以图1的生物传感器的局部虚线（partial phantom）所示的部分的平面图。
图3是沿观察线3-3的图1的生物传感器的一部分的截面图。
图4是示出样本修正腔室和电极布置的图1的生物传感器的一部分的平面图。
图5是另一实施例毛细管通道和电极布置的平面图。
图6是另一实施例毛细管通道和电极布置的平面图。
图7是另一实施例毛细管通道和电极布置的平面图。
图8是另一实施例毛细管通道和电极布置的平面图。
图9是另一实施例毛细管通道和电极布置的平面图。
图10是另一实施例毛细管通道和电极布置的平面图。
图11是另一实施例毛细管通道和电极布置的平面图。
图12是另一实施例毛细管通道和电极布置的平面图。
图13是另一实施例毛细管通道和电极布置的平面图。
图14是另一实施例毛细管通道和电极布置的平面图。
图15是另一实施例毛细管通道和电极布置的平面图。
图16是另一实施例毛细管通道和电极布置的平面图。
图17是另一实施例毛细管通道和电极布置的平面图。
具体实施方式
出于促进对本发明原理的理解的目的，现在将对在图中所示的实施例进行参考，并将使用特定语言来描述所述实施例。然而，将理解的是并不由此意图限制本发明的范围，所示设备中的这类变更和进一步的修改，以及如其中所示的本发明的原理的这类进一步的应用是本发明所涉及的领域中的技术人员所正常想到的。
本发明涉及一种生物传感器和一种用于制造生物传感器的方法，该方法减小了有效工作电极区域对制造变化的敏感度。本发明改善了被设置在生物传感器的毛细管通道中、与有效工作电极区域接触的分析物的电化学分析中的电流测量的精度和准确度。由于实现了各优点而不必需要制造过程中的大量附加的步骤或材料，这本是在丝网印刷绝缘覆盖物以限定工作电极区域的过程中所涉及的，因此该生物传感器和制造方法成本相对低。本发明的各个方面在图1-17中被呈现，所述图没有按比例绘制并且其中几个视图中的类似的部件被类似地编号。
图1-3示出生物传感器10形式的本发明的一个方面，该生物传感器10具有电极支撑基板12，被设置在支撑基板12上限定电极14, 16, 18的电导体13，被设置在支撑基板12上的间隔基板20，和被设置在间隔基板20上的覆盖物22。间隔基板20沿支撑基板12限定毛细管通道25。电极14, 16, 18包括在毛细管通道中限定有效工作电极区域的至少一个工作电极。有效工作电极区域是当毛细管通道25包括足够量的流体样本来启动测量序列时与毛细管通道25中的流体样本接触的工作电极的区域。
生物传感器10被示为矩形形状，然而，应当理解，根据本公开的原理，该生物传感器10可以以多个形状中的任何一种来提供。而且，根据本公开的原理，生物传感器10可以是由卷状材料、片状材料或其它存料制造的相当大量的生物传感器中的任何一种。在一个实施例中，用于构造生物传感器10的材料的选择包括足够柔性用于辊加工、但仍足够坚硬以便为已完成的生物传感器10提供有用的硬度的原料。这里描述的生物传感器布置和用于制造生物传感器的方法最小化了从一个生物传感器到下一个生物传感器的有效工作电极区域的变化，改善了在流体样本的电化学分析期间由工作电极测量的电流读数的精度和准确度。
有效工作电极区域的变化可能是由在形成工作电极或工作电极的被暴露在毛细管通道内的至少一部分的过程中的不精确引起的。然而，试图通过本发明来解决的变化问题是由在形成毛细管通道本身（在此有效工作区域被暴露）过程中的不精确引起的。对于利用间隔层来限定毛细管通道的生物传感器而言，不精确可能存在于被形成在间隔层中以限定毛细管通道的一个或多个内边缘中。这影响有效工作电极区域，在此工作电极跨越该内边缘延伸，其中在该位置处的间隔物的内边缘的偏差直接增加或减少工作电极在毛细管通道内的被暴露部分，由此增加或减少有效工作电极区域。因而，本发明涉及被设计用于最小化内边缘的不精确对被暴露在毛细管通道中的总工作电极区域的总体影响的工作电极配置。
电极支撑基板12在图2和3中被示出。支撑基板12包括面对间隔基板20的第一表面24和与第一表面24相对的第二表面26。此外，支撑基板12具有相对的第一和第二端28, 30和在第一和第二端28, 30之间延伸的相对的边缘32, 34。尽管支撑基板12的端28, 30和边缘32, 34被示为形成一般为矩形的形状，但是应当理解，根据本公开的原理，支撑基板12的端和边缘可以形成多种形状和尺寸中的任何一种。在一个具体实施例中，支撑基板12可以由柔性聚合物形成，包括，例如，聚酯或聚酰亚胺，诸如聚萘二甲酸乙二醇酯（polyethylene
naphthalate，PEN)。如将被本领域技术人员想到的用于支撑基板12的其他合适的材料也被考虑。
电极14, 16, 18由被提供在支撑基板12的第一表面24上的导体13形成。适合于电导体13的材料的非限制性实例包括铝、碳（例如石墨）、钴、铜、镓、金、铟、铱、铁、铅、镁、汞（例如汞齐）、镍、铌、锇、钯、铂、铼、铑、硒、硅（例如高掺杂的多晶硅）、银、钽、锡、钛、钨、铀、钒、锌、锆、其混合物，以及这些元素的合金、氧化物或金属化合物。在一个具体实施例中，电极14,
16, 18通过激光烧蚀或激光划刻与电导体13的其余部分隔离，并且通过从围绕电极延伸的区域广泛地（例如通过广域烧蚀）或者最低限度地（例如通过划线）去除电导体13来产生电极14, 16, 18。其他实施例考虑如将被本领域技术人员想到的用于形成电极14, 16,
18的其他技术，例如层压、丝网印刷或光刻。
电极14和18限定参考电极或反电极60，并且电极16限定工作电极70，其每一个的至少一部分位于毛细管通道25中。引线62, 64延伸远离反电极60，引线72延伸远离工作电极70。引线62, 64, 72从电极60,
70分别延伸到在电极支撑基板12的第二端30处的接触36, 38, 40。当生物传感器10位于仪器（未示出）或其他设备中时，接触36, 38, 40提供与所述仪器或其他设备的电连接。考虑从电极60,
70延伸的引线62, 64, 72可以被形成为具有任何合适的长度并延伸到在电极支撑基板12上的任何合适的位置。进一步考虑到的是，根据本公开，电极的配置、电极的数目、以及电极之间的间距可以改变，并且两个以上的电极可以如所示那样形成并且在本文被进一步讨论。
生物传感器10的间隔基板20包括在电极支撑基板12的边缘32, 34之间延伸的第一元件40。考虑间隔基板20可以包括单个元件或多个元件。第一元件40包括面对毛细管通道25并限定毛细管通道25的边界的内边缘。在图1-3的所示实施例中，内边缘50包括位于端28, 30和边缘32, 34之间的多个部分50a, 50b, 50c。边缘部分50a, 50b, 50c沿着通常为U形图案的毛细管通道25的至少三个边延伸以限定在生物传感器的一端28处具有样本入口46的毛细管通道25的边界。入口46还可以根据需要被提供在边缘32, 34中的一个处（未示出）。其他实施例考虑线性的内边缘50，如图15-17中所示的。另外的其他实施例考虑形成半卵形、半圆形或其他形状的毛细管通道的内边缘50，并且内边缘50的各部分中的一个或多个可以包括沿其全部长度或其长度的一部分的线性或非线性的边缘。
当间隔基板20被耦合到支撑基板12时，电极60和70被定位成位于由在支撑基板12和覆盖物22之间的间隔基板20形成的毛细管通道25内。由内边缘50限定的毛细管通道25的宽度方面的任何变化引起位于毛细管通道25中的工作电极70的有效区域的变化，导致关于分析物浓度所测量的电流的不精确。生物传感器10被布置成相对于可能无意地被间隔基板20暴露或覆盖的工作电极70的有效区域而最大化当间隔基板20位于支撑基板12上时工作电极70的必定被暴露的有效区域。
间隔基板20由绝缘材料形成，诸如，例如柔性聚合物，其包括涂有粘合剂的聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene
terephthalate，PET)－聚酯。合适的材料的非限制性实例包括白PET膜，其两面都被涂有压敏粘合剂。考虑间隔基板20可以由多种材料构造并且包括可以耦合到支撑基板12的内表面44以及使用很多种商业上可获得的粘合剂中的任何一种或组合被耦合到覆盖物基板22的外表面48。另外地，当支撑基板12的表面24被暴露并且没有被电导体13覆盖时，间隔基板20可以通过焊接（诸如热或超声焊接）耦合到支撑基板12。还考虑支撑基板12的第一表面24可以利用例如供生物传感器10使用的产品标示或指令（未示出）被印刷。
覆盖物基板22被耦合到间隔基板20的上表面48。覆盖物基板22包括面对间隔基板20的内表面58和外表面59。此外，覆盖物基板22包括相对的第一和第二端61, 63以及在第一和第二端61,
63之间延伸的边缘66, 68。当生物传感器10被组装时，覆盖物22与间隔支撑基板20以及电极支撑基板12配合来限定样本容纳腔或毛细管通道25。覆盖物基板22通常形状为矩形，然而，应认识到，根据本公开的原理，覆盖物基板22可以以多种形状和尺寸中的一种形成。覆盖物基板22可以由柔性聚合物且优选由诸如聚脂或聚酰亚胺的聚合物形成。合适的聚合物的非限制性实例是亲水性聚脂膜。
现在参考图3，毛细管通道25包括在覆盖物22和支撑基板12之间、邻近端61和28的样本入口46。如图1和2所示，毛细管通道25分别位于边缘32, 66和边缘34, 68 之间。毛细管通道25还可以包括穿过覆盖物22的一个或多个孔或延伸到边缘32, 66和/或边缘34, 68、用作空气出口的另外的通道。毛细管通道25还由间隔基板20的第一元件40的内边缘50限定。因此，当生物传感器10被组装时，毛细管通道25跨越反电极和工作电极60, 70的至少一部分延伸。
进一步考虑电化学试剂可以位于反电极和工作电极60, 70上。试剂为特定分析物提供电化学探针。特定试剂的选择取决于将被测量的一个或多个分析物，并且对于本领域技术人员来说是公知的。可以在生物传感器10中使用的试剂的实例是用于测量来自全血样本的葡萄糖的试剂。
反电极60和工作电极70在毛细管通道25中的一种布置进一步在图4中示出。工作电极70包括主体部分74，其具有在相对端之间的长度、和横断于并沿着其长度的很大一部分的最小的或最小宽度W1。该长度和宽度被定尺寸使得主体部分74完全位于毛细管通道25中。连接颈部76从主体部分的相对端且跨越内边缘50延伸。连接颈部76均具有大大小于最小宽度W1的最大的或最大宽度W2。连接颈部76包括长度，该长度被定尺寸使得内边缘50的部分50a,
50c必定位于连接颈部76上而不位于主体部分74上。由于主体部分74的必定在毛细管通道25中的区域大大地大于连接颈部76的区域，因此由内边缘50的形状和尺寸的变化以及由间隔基板20在支撑基板12上的置放产生的毛细管通道25中的有效工作电极区域的变化被最小化。
而且，借助通过至少引线72提供到接触40的工作电极70的连接性的两个连接颈部76来改善测量准确度。电极环绕部分78在间隔基板20下面从在工作电极70一侧的连接颈部76延伸并且被接合到引线72，该引线72从在与毛细管通道25相邻的位置处的另一个连接颈部76延伸。
就包括电极环绕部分78的生物传感器是期望的基本实施例而言，连接颈部76进一步能够最小化环绕部分的有效区域，其最小化了电极、尤其是工作电极对电磁干扰的易感性。
图5示出了用于生物传感器100的电极布置的另一实施例的一部分，其中各特征能够与本文讨论的其他生物传感器实施例的其他特征中的任何特征组合使用。生物传感器100包括具有第一反电极60和第二反电极160的毛细管通道25。工作电极170位于毛细管通道25中，在反电极60, 160之间。样本充足性工作电极 (SSWE) 180位于毛细管通道25的一端处，与入口46相对，以便检测足够量的分析物样本何时被容纳在毛细管通道25中。工作电极170类似于工作电极70，并且包括主体部分174，该主体部分174具有在相对端之间的长度和完全位于毛细管通道25中的最小宽度W1。连接颈部176从主体部分174的相对端且跨越内边缘50延伸。连接颈部176具有大大小于最小宽度W1的最大宽度W2。由于主体部分174的必定位于毛细管通道25中的区域大大地大于连接颈部176的在毛细管通道25中变化的区域，因此通过由内边缘50形成的通道的尺寸变化以及间隔基板20在支撑基板12上的置放所产生的有效工作电极区域在毛细管通道25中的变化被最小化。
而且，连接颈部176中的仅一个提供工作电极170到接触40的连接性。另一个连接颈部176延伸到感测引线连接178，其沿着支撑基板12延伸到生物传感器10的另一接触（未示出）。
图6示出用于生物传感器200的电极布置的另一实施例的一部分，其中各特征能够与本文讨论的其他生物传感器实施例的其他特征中的任何特征组合使用。生物传感器200包括具有第一反电极60和第二反电极260的毛细管通道25。反电极60, 260跨越内边缘50延伸到沿支撑基板12的边缘32定位的引线62, 262。工作电极270位于毛细管通道25中，在反电极60, 260之间。SSWE 280和样本充足性反电极 (SSCE) 290位于毛细管通道25的一端处，与入口46相对，以便检测足够量的分析物样本何时被容纳在通道25中。SSWE 280和SSCE 290沿引线延伸到在支撑基板12上的接触（未示出）。
工作电极270包括主体部分，该主体部分具有沿其长度间隔开的一对工作电极部分274a,
274b。工作电极部分274a, 274b均具有横断长度的最小宽度W1，并且被定尺寸以便完全位于毛细管通道25中。颈部276从工作电极部分274a, 274b中的相应的工作电极部分的相对端延伸并包括足够的长度以跨越内边缘50延伸到在毛细管通道25外部的位置。颈部276之一是终端颈部，通常意味着它终止在毛细管通道外部并且不延伸或引导到电极16的另一部分，而另一颈部276与延伸到在支撑基板12上的至少一个接触40的引线连接。颈部276均具有大大小于最小宽度W1的最大宽度W2。
而且，工作电极部分274a, 274b通过连接部分278彼此相连，该连接部分278具有小于颈部276中的任一个的最小宽度的最大宽度W3。由于工作电极部分274a, 274b的必定位于毛细管通道25中的区域大大地大于由内边缘50引起的颈部276的有效区域的变化，因此有效工作电极区域在毛细管通道25中的变化被最小化。
图7示出了用于生物传感器200’的另一实施例电极布置的一部分，生物传感器200’可以与生物传感器200相同，除了另外指出的以外。生物传感器200’包括毛细管通道25，该毛细管通道25具有位于毛细管通道25中、在反电极60, 260之间的工作电极270’。工作电极270’包括主体部分，该主体部分具有均具有最小宽度W1的一对工作电极部分274a, 274b，和从工作电极部分274a,
274b中的相应的工作电极部分的相对端且跨越内边缘50延伸的颈部276。颈部276具有大大小于最小第一宽度W1的最大宽度W2。而且，主体部分274a, 274b借助一对连接部分278a,
278b彼此相连，该对连接部分278a, 278b均具有小于每个颈部276的最小宽度的最大宽度W3。
图8示出了用于生物传感器200’’的另一实施例电极布置的一部分，生物传感器200’’可以与生物传感器200相同，除了本文另外讨论的以外。生物传感器200’’包括毛细管通道25，该毛细管通道25具有位于毛细管通道25中、在反电极60, 260之间的工作电极270’’。工作电极270’’包括主体部分，该主体部分具有均具有位于毛细管通道25中的最小宽度W1的一对工作电极部分274a’’, 274b’’，和从工作电极部分274a’’, 274b’’中的相应的工作电极部分的相对端且跨越内边缘50延伸的颈部276。颈部276具有大大小于最小宽度W1的最大宽度W2。而且，主体部分274a’’, 274b’’借助连接部分278彼此相连，该连接部分具有小于连接颈部276的最小宽度的最大宽度W3。
工作电极部分274a’’, 274b’’均包括在相应颈部276和连接部分278之间延伸的椭圆形。在一个实施例中，工作电极部分的增加的区域是通过将电极材料添加到在颈部276和连接部分278之间的位置而形成的。在另一个实施例中，电极部分的增加的区域是通过去除或覆盖在主体部分274a’’, 274b’’之间且围绕主体部分274a’’, 274b’’的充足的电极材料以形成连接部分278和颈部276而形成的。例如，绝缘体材料可以被印刷在毛细管通道25中或者是被置于毛细管通道25中的粘合剂和/或间隔材料以覆盖充足的导体材料来形成主体部分的期望的形状和配置。
图9示出了用于生物传感器200’’’的另一实施例电极布置的一部分，生物传感器200’’’可以与生物传感器200相同，除了另外指出的以外。生物传感器200’’’包括毛细管通道25，该毛细管通道25具有位于毛细管通道25中、在反电极60, 260之间的工作电极270’’’。工作电极270’’’包括向外突出的中央体部分274a’’’，该中央体部分274a’’’具有位于毛细管通道25中的最小宽度W1和从中央体部分274a’’’的相对端且跨越内边缘50延伸的横向部分276a’’’, 276b’’’。横向部分276a’’’, 276b’’’中的每一个具有大大小于第一宽度W1的最大宽度W2。而且，横向部分276a’’’, 276b’’’沿着工作电极270’’’在毛细管通道25中在边缘50的相对部分之间的长度的很大一部分延伸。
在一个实施例中，横向部分276a’’’, 276b’’’沿着工作电极270’’’在边缘50的相对边之间的总长度的至少50％延伸。在另一个实施例中，横向部分276a’’’, 276b’’’沿着工作电极270’’’在边缘50的相对边之间的总长度的至少75％延伸。向外突出的中央体部分274a’’’增加了必定位于毛细管通道25中的工作电极270’’’的有效区域，减小了由内边缘50产生的有效工作电极区域中的可变性的影响。在一个实施例中通过将附加导体材料包括到在横向部分276a’’’, 276b’’’之间的工作电极以增加在工作电极 270’’’的中心处或附近的宽度来形成中央体部分274a’’’。代替包括附加的导体材料，间隔物可以被配置（或者添加绝缘材料）使得横向部分276’’’的暴露的宽度被减小，该宽度的未被减小的部分形成中央体部分274a’’’。
这些实施例中的某些的一个有用方面是图6-8的实施例的至少一个连接部分和图9的实施例的中央体部分可以用作用于制造目的的正性或负性对位图案。例如，制造设备可以被配置用于光学地检测连接部分或中央体部分的位置用于确定粘合剂的正确置放或间隔物本身的正确置放。鉴于本公开，本领域技术人员将认识到本发明的这些和其它方面的更多有用方面。
图10示出了生物传感器的另一实施例300，其中各特征能够与本文讨论的其他生物传感器实施例的其他特征中的任何特征组合使用。生物传感器300包括工作电极370，该工作电极370具有限定最小宽度W1的主体部分374和从主体部分374的末端且跨越内边缘延伸到毛细管通道25外部的位置的相对颈部376。主体部分374包括一系列互连行378和列的工作电极部分380以形成网格状图案。不导电区域382位于所述行和列378, 380之间。所述行和列378, 380中的每一个限定小于颈部376的最小宽度的最大宽度。
在图10实施例中，反电极360, 390分别包括增厚的端部分362, 392和中央部分364,
394，所述增厚的端部分362, 392延伸到毛细管通道25中，并且所述中央部分364, 394跨越毛细管通道25延伸到相应的端部分362, 392。端部分362, 392和中央部分364, 394把工作电极370的网格状主体部分374框起来。而且，内边缘50与中央部分394和端部分362, 392重叠并且沿着中央部分394和端部分362, 392延伸。图11实施例与生物传感器300相同，除了生物传感器300’包括反电极360’, 390’以外，所述反电极360’, 390’均包括完全跨越毛细管通道25并经过内边缘50延伸到毛细管通道25外部的位置的均匀宽度。
图12示出另一个实施例生物传感器300’’，其与另一生物传感器实施例300’相同，除了其仅包括SSWE 386’’而不是双样本充足性电极布置并且还包括工作电极370的另一配置以外。工作电极370’’包括位于毛细管通道25内的主体部分374’’。主体部分374’’是由被相应的一些绝缘或不导电的细长的端部分378’’分离的多个细长的工作电极部分行376’’形成的。主体部分374’’还包括跨越行376’’的相应端延伸以连接行376’’与相应的其中一些颈部382’’的相对工作电极端部分380’’。每个行376’’限定最大宽度W1并且每个颈部376’’限定大于宽度W1的最小宽度W2。而且，主体部分374’’包括在端部分380’’处的、大于颈部382’’的最大宽度的最小总宽度。
具有完全或至少部分地被电极的导电部分包围（诸如图10-12中所示的）的工作电极的“开放”区域或不导电部分的这些实施例中的某些的一个有用方面在于，工作电极将在短持续时间内类似于具有对应于工作电极部分的实际区域的区域的平面电极那样运转。然而，在更长的持续时间内，工作电极将类似于具有包含工作电极部分的实际区域和有界限的不导电部分的区域两者的区域的平面电极那样运转。由此，随着时间的过去，工作电极区域看起来增加了，允许生物传感器利用所测量的电流的不同时间过程。用于电流测量的此变化的时间常数与在所测量的流体或样本物质中的电活性物质的扩散系数相关。这允许获得关于流体中的电活性物质的浓度和扩散系数的信息。与电流测量相关联的不同时间常数还允许电容和法拉第电流的分开测量，因为电容与工作电极的实际导电表面区域相关，但是在更长的持续时间，法拉第电流与被导电工作电极部分包围或至少部分地被导电工作电极部分包围的工作电极的区域相关，包括不导电部分。由此，工作电极可以用较小的‘峰值’电流来制作，所述‘峰值’电流有助于电流测量设备的运行。鉴于本公开，本领域技术人员将认识到本发明的这些和其它实施例的更多有用方面。
图13示出了另一实施例生物传感器400，其中各特征能够与本文讨论的其他生物传感器实施例的其他特征中的任何特征组合使用。生物传感器400包括毛细管通道25，该毛细管通道25具有第一反电极460和第二反电极490。工作电极470位于毛细管通道25中，在反电极460, 490之间。工作电极470包括具有位于毛细管通道25中的最大的第一宽度W1的主体部分474和从主体部分474的相对端且跨越内边缘50延伸的颈部476。颈部476均包括基板小于最大宽度W1的最大宽度W2。而且，主体部分474从在主体部分474的中心处或附近的最大宽度W1逐渐变细到在与相应的其中一些颈部476的接合处的最小宽度W3，其中主体部分476的最小宽度W3大于颈部476的最大宽度W2。反电极460, 490以相对的方式被布置使得每一个具有在其中心处或附近的最小宽度，其朝着在反电极460,
490的相对面上的内边缘50的部分远离最小宽度而增加。该布置最大化了毛细管通道25中的反电极区域和工作电极区域，同时还提供相对于必定跨越延伸内边缘50的颈部476的区域必定位于限定毛细管通道25的内边缘50的部分之间的工作电极区域470的更大的有效区域。
图14示出了另一实施例生物传感器500，其中各特征能够与本文讨论的其他生物传感器实施例的其他特征中的任何一个组合使用。生物传感器500包括毛细管通道25，该毛细管通道25具有第一反电极560和第二反电极590。工作电极570位于毛细管通道25中，在反电极560, 590之间。工作电极570包括主体部分574，该主体部分574具有利用连接部分580彼此连接的多个节点形工作电极部分578。颈部576从主体部分574的相对侧且跨越内边缘50延伸。工作电极部分578均具有位于毛细管通道25中的最大宽度W1，并且颈部576均具有大大小于第一宽度W1的最大宽度W2。连接部分578均包括小于颈部576的最小宽度的最大宽度W3。
在所示的实施例中，工作电极部分578均包括基本为圆形的形状。其它实施例考虑用于工作电极部分578的其它节点状形状，包括例如椭圆形、正方形、矩形、多边形和非圆形形状。在所示的实施例中，该多个节点包括五个节点形工作电极部分并且所述连接部分包括四个连接部分，相邻的工作电极部分对通过该四个连接部分中的相应的连接部分相连。其它实施例考虑两个或更多的节点形部分和连接所述节点形部分的适当数目的连接部分。
图15示出了另一实施例生物传感器600，其是全宽端部剂量生物传感器。生物传感器600包括跨越支撑基板612的整个宽度延伸的毛细管通道625。毛细管通道的边缘650由间隔基板620形成。第一反电极660和第二反电极690跨越毛细管通道625延伸，并且工作电极670位于毛细管通道625中，在反电极660, 690之间。SSCE 692和SSWE 694位于毛细管通道625中，与支撑基板612的边缘相邻。生物传感器600的没有被描述的部分可以包括本文讨论的生物传感器实施例的特征中的任何特征。
工作电极660包括在朝向支撑基板612的侧边缘之间横向地延伸的主体部分674，和从主体部分674朝向与毛细管通道625相对的生物传感器600的一端横断地延伸的相对连接颈部676。间隔基板612被定位使得内边缘650跨越连接颈部676延伸并且使得主体部分674完全位于毛细管通道625内。该布置相对于可能由于内边缘650沿着连接颈部676的置放位置和/或由于由内边缘650形成的毛细管通道625的边界中的任何不规则导致的有效工作电极区域的变化而最大化必定位于毛细管通道625中的工作电极670的区域。
在图16中，示出图15的生物传感器600的另一实施例。生物传感器600’包括工作电极670’，其包括从主体部分674’跨越内边缘650延伸的仅一个连接颈部676’。由此，由连接颈部676’形成的、工作电极670’在毛细管通道625中的有效区域是图15实施例的由连接颈部676形成的有效区域的一半。因此，必定位于毛细管通道625中的工作电极670的主体部分的区域大大地大于可能由于内边缘650沿着连接颈部676’的置放位置和/或由于由内边缘650形成的毛细管通道625的边界中的任何不规则导致的有效工作电极区域的任何变化。
图16的实施例在反电极的布置方面进一步不同于图15的实施例。反电极660’, 690’连接到沿着支撑基板612的一侧的单个引线662’。在图15和图16实施例中，内边缘650都沿着反电极690, 690’延伸并且与反电极690, 690’部分地重叠。
在图17中，示出了图16的全宽端部剂量生物传感器600’的另一实施例。生物传感器600’’包括工作电极670’’，其包括从主体部分674’’跨越内边缘650延伸的仅一个连接颈部676’’。而且，工作电极670’’沿着其长度的全部或很大一部分包括最小宽度W1，其大大地大于跨越内边缘650延伸的连接颈部676’’的一部分的最大宽度W2。由此，必定位于毛细管通道625中的工作电极670’’的区域被最大化并且大大地大于可能由于内边缘650沿着连接颈部676’’的被减小的宽度部分的置放位置和/或由于由内边缘650形成的毛细管通道625的边界中的任何不规则导致的有效工作电极区域的任何变化。
在使用中，多个生物传感器通常被封装在小瓶中，通常利用塞子或形成的其它布置来密封该小瓶。然而，应当认识到，生物传感器可以被单个地封装，或者生物传感器可以一个折叠在另一个之上，卷成线圈，堆叠在暗盒（cassette
magazine）中，以起泡包装来包裹。在另一个实施例中，封装被形成为包括生物传感器的、具有可移除的各个片段的卡，其实例可以在题为“BIOSENSOR
TEST STRIP CARDS”的美国申请No. 12/198,197中找到，该美国申请的内容通过引用被整体并入本文。由于生物传感器包括这里描述的布置以相对于受间隔基板的内边缘的置放影响的工作电极的一部分的区域而最大化必定位于毛细管通道中的工作电极的区域，因此改善了利用生物传感器获取的分析测量结果的精度。
许多流体样本类型可以使用本文讨论的生物传感器来分析。例如，可以测量人体体液，诸如全血、血浆、血清、淋巴液、胆汁、尿液、精液、脑脊液、脊髓液、泪液和粪便样本以及其他对本领域技术人员来说显而易见的生物流体。组织的流体准备也可以与食物、发酵产品以及环境物质一起被化验，所述环境物质潜在地包含环境污染物。优选地，利用生物传感器来化验全血。
生物传感器的使用者对着毛细管通道的入口放置具有采血切口或刺孔的手指。毛细力牵引从切口或刺孔流入并流过毛细管通道的液体血液样本跨过试剂和毛细管通道中的电极。液体血液样本溶解试剂并占用毛细管通道中的电极，在此发生电化学反应。
有时在该反应已经发生之后，电源（例如电池）分别在电极之间施加电势差。当施加电势差时，在参考电极或反电极处的氧化形式的媒剂的量和电势差必须足以引起在工作电极的表面处的还原形式的媒剂的电氧化。电流测量计（未示出）测量由在工作电极的表面处的还原形式的媒剂的氧化产生的电流。本文讨论的生物传感器最小化了在毛细管通道中的工作电极区域的变化，改善了从一个生物传感器到另一个生物传感器的测量的电流的准确度和精度。
被配置成供电化学技术使用的生物传感器的实例是ACCU-CHEK® Aviva测试条，其在美国专利申请公开物No. 2005/0016844中被更全面地描述，据此将该专利申请公开物的公开通过引用整体并入本文中。该示例性测试元件由印第安纳州的印第安纳波利斯的Roche
Diagnostics Corporation（罗氏诊断公司）在美国经售。
一种用于制造生物传感器的说明性方法包括提供支撑基板；在支撑基板上形成至少一个工作电极，该工作电极包括主体部分和从主体部分的一端延伸的至少一个连接颈部，其中该至少一个连接颈部的宽度大于工作电极的主体部分的最小宽度；以及将间隔基板设置在支撑基板上，该间隔基板包括限定毛细管通道的边界的内边缘，该内边缘跨越工作电极的该至少一个连接颈部延伸，使得主体部分的限定最小宽度的部分完全位于毛细管通道内。
在一个实施例中，该方法还可以包括至少在间隔基板上设置覆盖物以在支撑基板和覆盖物之间形成毛细管通道。在该方法的进一步改良中，生物传感器是葡萄糖传感器。
在该方法的另一个改良中，工作电极的主体部分包括第一和第二工作电极部分以及在该第一和第二工作电极部分之间延伸的连接部分，限定主体部分的所述部分的连接部分以及该第一和第二工作电极部分均限定在毛细管通道中的最小宽度，该最小宽度大于该至少一个连接颈部的最大宽度。在该方法的进一步改良中，所述连接部分包括形成在第一和第二工作电极部分之间延伸的多行的多个连接部分，所述多个连接部分中的每一个限定对应于最小宽度的宽度。在该方法的又一进一步改良中，第一和第二工作电极部分包括沿着所述多个连接部分间隔开以形成用于工作电极的主体部分的网格状图案的多个工作电极部分。
另一种用于制造生物传感器的说明性方法包括提供支撑基板；在支撑基板上形成至少一个工作 ，该工作电极包括主体部分，该主体部分沿着主体部分的长度的很大一部分限定基本恒定的宽度，该工作电极包括从该宽度向外突出的中央部分；以及将间隔基板设置在支撑基板上使得间隔基板的内边缘的相对部分跨越主体部分的相对的横向部分延伸并且工作电极的中央部分完全位于由该内边缘的各部分限定的毛细管通道内，其中该中央部分占据少于在内边缘的各部分之间的主体部分的长度的一半。在该方法的一个改良中，该中央部分占据少于在内边缘的各部分之间的主体部分的长度的四分之一。
常规血糖计以及相关电部件和光学部件和它们的相应测量技术的进一步的细节和实例在美国专利No. 5,352,351;
No. 4,999,482; No. 5,438,271; No. 6,645,368; No. 5,997,817; No. 6,662,439; No.
RE 36,268; No. 5,463,467; No. 5,424,035; No. 6,055,060; No. 6,906,802; 和No. 5,889,585中被描述，据此这些专利的公开通过引用被整体并入本文中。
尽管已经在附图和前面描述中示出和详细描述了本发明，但是所述附图和前面描述应当被认为在性质上是说明性的和非限制性的，应当理解，仅示出和描述了特定实施例，并且在本发明的精神内的所有变化和修改都期望得到保护。应当理解，尽管上文在描述中采用的诸如优选的、优选地、优选或更优选的词语的使用表示如此描述的特征可能是更期望的，但是其依然可能不是必要的并且缺少其的实施例可以被考虑为在本发明的范围内，该范围由随附的权利要求限定。在阅读权利要求时，意图是，当诸如“一”、“一个”、“至少一个”或“至少一部分”的词语被使用时，并不旨在将该权利要求限制为仅一个物品，除非在该权利要求中相反地特别说明。当使用语言“至少一部分”和/或“一部分”时，该物品可以包括一部分和/或整个物品，除非相反地特别说明。
Claims (19)
1.一种生物传感器，包括：
在相对的第一和第二端以及相对的第一和第二边缘之间延伸的支撑基板；
被设置在支撑基板上的间隔基板，所述间隔基板包括沿支撑基板在第一和第二端以及第一和第二边缘之一或两者之间延伸的内边缘；
与间隔基板配合的覆盖物，所述间隔基板的内边缘限定毛细管通道的边界；和
在毛细管通道中的至少一个工作电极，并且所述工作电极包括宽度和主体部分，所述宽度沿在支撑基板的相对的第一和第二端之间的方向延伸，所述主体部分沿在主体部分的相对端之间横断所述宽度的长度延伸，所述主体部分包括在毛细管通道中沿主体部分的长度设置的至少两个工作电极部分，所述至少两个工作电极部分通过至少一个连接部分相连，所述工作电极进一步包括从主体部分的相对端中的至少一个且跨越间隔基板的内边缘延伸到在支撑基板上的工作电极的引线的至少一个连接颈部，其中所述两个工作电极部分均限定大于所述连接颈部的最大宽度的最小宽度，并且所述连接部分限定小于连接颈部的最小宽度的最大宽度。
2.根据权利要求1的生物传感器，其中所述毛细管通道包括在支撑基板的第一端处的入口，并且所述工作电极的主体部分完全位于所述毛细管通道内。
3.根据权利要求1的生物传感器，其中所述工作电极包括从在毛细管通道中的所述主体部分的相对端中的另一个延伸的第二颈部，所述第二颈部跨越间隔基板的内边缘延伸。
4.根据权利要求1的生物传感器，进一步包括在毛细管通道中的第一反电极和第二反电极，并且所述工作电极位于所述第一反电极和第二反电极之间。
5.根据权利要求1的生物传感器，其中所述工作电极包括在毛细管通道中在所述至少两个工作电极部分之间延伸并将所述至少两个工作电极部分彼此连接的第一和第二连接部分，其中第一和第二连接部分均包括小于所述连接颈部的最小宽度的最大宽度，并且所述第一和第二连接部分借助连接部分和工作电极部分之间的不导电空间彼此分离。
6.根据权利要求1的生物传感器，其中所述工作电极部分中的每一个包括矩形形状、圆形形状和椭圆形形状中的一个。
7.根据权利要求1的生物传感器，其中所述至少两个工作电极部分包括五个工作电极部分，所述至少一个连接部分包括四个连接部分，以及相邻的工作电极部分对通过所述四个连接部分中的相应的连接部分相连。
8.根据权利要求1的生物传感器，其中所述工作电极的所述至少一个连接部分包括在工作电极的所述至少两个工作电极部分之间延伸的多个连接部分行，相邻的连接部分行对借助不导电空间彼此分离，所述连接部分行中的每一个包括小于所述至少一个连接颈部的最小宽度的最大宽度。
9.根据权利要求8的生物传感器，其中所述工作电极的主体部分的所述至少两个工作电极部分包括沿着所述多个连接部分行间隔开以形成用于工作电极的主体部分的网格状图案的多个工作电极部分。
10.一种生物传感器，包括：
在相对的第一和第二端以及相对的第一和第二边缘之间延伸的支撑基板；
被设置在支撑基板上的间隔基板，所述间隔基板包括沿支撑基板延伸的内边缘，所述内边缘位于支撑基板的第一和第二端以及第一和第二边缘之间；
与间隔基板配合的覆盖物，所述间隔基板的内边缘限定毛细管通道的边界；和
至少一个工作电极，所述至少一个工作电极包括主体部分，所述主体部分限定沿在支撑基板的相对的第一和第二端之间的方向延伸的宽度和在主体部分的相对端之间横断所述宽度的长度，所述长度和宽度被定尺寸使得主体部分位于毛细管通道中，所述工作电极进一步包括第一和第二连接颈部，所述第一和第二连接颈部均从主体部分的相对端中的相应的一个且跨越间隔基板的内边缘延伸，所述主体部分限定大于第一和第二颈部的每一个的最大宽度的最小宽度，其中所述第一和第二连接颈部的每一个从主体部分延伸到在支撑基板上的电极引线，使得第一和第二连接颈部中的每一个在工作电极和被配置用于将生物传感器连接到仪器的至少一个接触之间提供电连接。
11.根据权利要求10的生物传感器，其中支撑基板的相对的第一和第二端以及相对的第一和第二边缘形成矩形形状。
12.根据权利要求10的生物传感器，其中毛细管通道位于支撑基板的第一端处，并且毛细管通道包括在第一端处、在支撑基板和覆盖物之间的入口。
13.根据权利要求12的生物传感器，其中所述内边缘限定通常为U形的配置，并且工作电极的主体部分完全位于毛细管通道内。
14.根据权利要求10的生物传感器，其中工作电极的主体部分包括在主体部分的中心处或附近的最大宽度，并且在宽度上从最大宽度逐渐变细到最小宽度，与所述第一和第二连接颈部中的每一个相邻。
15.根据权利要求10的生物传感器，其中所述第一连接颈部延伸到沿着支撑基板延伸到所述至少一个接触的电极引线，并且所述第二连接颈部延伸到位于毛细管通道外部的电极环绕部分，所述电极环绕部分将第二连接颈部接合到电极引线使得工作电极形成位于毛细管通道之内和外部的连续环。
16.一种生物传感器，包括：
在相对的第一和第二端以及相对的第一和第二边缘之间延伸的支撑基板；
被设置在支撑基板上的间隔基板，所述间隔基板包括沿支撑基板延伸的内边缘，所述内边缘从第一边缘延伸到第二边缘，与支撑基板的第一端相邻；
与间隔基板配合的覆盖物，所述间隔基板的内边缘限定毛细管通道的边界；和
在毛细管通道中的至少一个工作电极，所述工作电极包括在毛细管通道内的主体部分，所述主体部分具有朝向第一和第二边缘延伸的长度，所述工作电极进一步包括从主体部分的一端并横断主体部分朝向支撑基板的第二端延伸的连接颈部，其中所述内边缘与主体部分间隔开并跨越连接颈部延伸，其中连接颈部被朝向支撑基板的第二端定向，
其中所述工作电极包括从主体部分的相对端并横断主体部分朝向支撑基板的第二端延伸的第一和第二连接颈部，并且所述内边缘跨越所述第一和第二连接颈部的每一个延伸，其中所述第一和第二连接颈部被朝向所述支撑基板的第二端定向，以及
其中所述主体部分沿着所述长度的很大一部分包括最小宽度，并且所述连接颈部沿着在支撑基板的第一和第二边缘之间延伸的方向包括最大宽度，所述主体部分的最小宽度大于所述连接颈部的最大宽度。
17.根据权利要求16的生物传感器，其中所述工作电极的所述主体部分完全位于毛细管通道内。
18.根据权利要求16的生物传感器，其中所述连接颈部提供跨越所述内边缘延伸的主体部分的唯一电连接。
19.根据权利要求16的生物传感器，还包括在毛细管通道中的第一和第二反电极，其中：
所述工作电极的主体部分位于第一和第二反电极之间；
第一反电极位于支撑基板的第一端和工作电极之间；以及
第二反电极包括在第一和第二边缘之间取向的体部分，并且所述内边缘沿着第二反电极的体部分延伸。
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