CN104122386A

CN104122386A - 一种传感器阵列芯片

Info

Publication number: CN104122386A
Application number: CN201410401401.8A
Authority: CN
Inventors: 刘玲; 陈明峰; 钱生君; 徐阳
Original assignee: SHENZHEN GOLDSITE DIAGNOSTICS Inc
Current assignee: SHENZHEN GOLDSITE DIAGNOSTICS Inc
Priority date: 2014-08-14
Filing date: 2014-08-14
Publication date: 2014-10-29

Abstract

本申请公开了一种传感器阵列芯片，该传感器阵列芯片应用于POCT快速诊断中，包括：芯片基体和传感器膜；所述芯片基体包括：绝缘层、金属层以及所述绝缘层与金属层之间的至少一层粘结层；所述绝缘层与粘结层分布有多个通孔；所述传感器膜涂覆在所述绝缘层、粘结层的通孔所形成的孔内，一面与待测物质接触，另一面与所述金属层接触。该传感器阵列芯片不仅制作工艺简单、成本低，而且能够通过集成多个传感器实现一次测试多个项目参数，进一步降低单个测试项目的成本。

Description

一种传感器阵列芯片

技术领域

本发明涉及体外诊断医疗器械技术领域，尤其涉及一种传感器阵列芯片。

背景技术

POCT(Point-Of-CareTesting，快速诊断)技术是指在病人旁边进行的临床检测，通常不一定是临床检验师来进行，是在采样现场即刻进行分析，省去标本在实验室检验时的复杂处理程序，快速得到检验结果的一类新方法。随着社会的发展，POCT技术已成为医疗诊断的一个发展趋势，相应的固态干式传感器芯片也有很多，主要有胶体金试纸、免疫荧光试纸、血糖试纸等。

胶体金试纸和免疫荧光试纸由于仪器所采用的测试方法学的限制，测量精度较低，一般是定性或半定量测量，而且，无论是胶体金试纸和免疫荧光试纸还是血糖试纸都是单一测试项目，无法在同一试纸条上完成多个测试项目，即每一次测试仅能完成一个参数的测试，尤其是当不同项目之间的测试原理不一样时，这样在很大程度上导致单个测试项目成本的提高。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种传感器阵列芯片，以解决现有技术中POCT快速诊断中的传感器芯片无法同时完成多个测试项目，从而导致单个测试项目成本的提高的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种传感器阵列芯片，该传感器阵列芯片应用于POCT快速诊断中，包括：芯片基体和传感器膜；

所述芯片基体包括：绝缘层、金属层以及所述绝缘层与金属层之间的至少一层粘结层；

所述绝缘层与粘结层分布有多个通孔；

所述传感器膜涂覆在所述绝缘层、粘结层的通孔所形成的孔内，一面与待测物质接触，另一面与所述金属层接触。

优选的，还包括：

所述芯片基体左上角和右下角的两个通孔；

或者，所述芯片基体右上角和左下角的两个通孔。

优选的，所述金属层设置有与所述孔一一对应的传感器位点以及与所述传感器位点相连的电接触触点。

优选的，所述金属层还包括加热区域。

优选的，所述金属层为表面镀镍/金的铜箔。

优选的，所述传感器位点为表面镀镍/铂或镍/金的传感器位点。

优选的，所述粘结层为具有绝缘性的胶状物质粘结层。

优选的，所述传感器膜为具备电化学活性或生物活性的传感器膜。

优选的，所述多个通孔为单排或多排排列。

优选的，所述多个通孔为均匀或非均匀排列。

从上述的技术方案可以看出，本申请公开的该传感器阵列芯片，由包括绝缘层、粘结层、金属层的芯片基体和传感器膜构成，并且在绝缘层与粘结层分布有多个通孔。该传感器阵列芯片不仅制作工艺简单、成本低，而且能够通过集成多个传感器实现一次测试多个项目参数，进一步降低单个测试项目的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一公开的一种传感器阵列芯片正面投影示意图；

图2为本申请实施例一公开的一种传感器阵列芯片各层拆解示意图；

图3为本申请实施例二公开的一种传感器阵列芯片正面投影示意图；

图4为本申请实施例二公开的一种金属层的结构示意图；

图5为本申请实施例二公开的传感器阵列芯片及液体流道的正面投影示意图；

图6为本申请实施例二公开的传感器阵列芯片及液体流道的截面示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本申请实施例一公开了一种传感器阵列芯片，该芯片应用电化学原理，可被用于对疾病患者的体外诊断，分析检测人体血液样本中的一些生物、化学物质，可被应用在多个医疗诊断领域，如生化项目测试、血气项目测试、代谢物测试、血液学测试、凝血测试、免疫学测试(心脏标记物等)。

如图1所示，图1为本申请实施例一公开的一种传感器阵列芯片正面投影示意图。

该传感器阵列芯片包括：芯片基体101和传感器膜102。

如图2所示，图2为本申请实施例一公开的一种传感器阵列芯片各层拆解示意图，也即为芯片基体的结构示意图。芯片基体包括：绝缘层2、金属层5以及绝缘层2与金属层5之间的粘结层，粘结层至少为一层，在本申请实施例一中，如图2所示的芯片基体包括2层粘结层，即3和4。

绝缘层可以称之为光板，可以为FR4基材、柔性PCB板基材、环氧玻璃带等，在此不做限定，可以根据具体情况进行选择。

绝缘层2与粘结层3和4分布有多个通孔。

绝缘层光板上钻有直径为800～1500μm的通孔，绝缘层上钻有直径为几百微米的通孔，形成传感器点的第一、二层边界。

传感器膜102涂覆在绝缘层2、粘结层3和4的通孔所形成的孔内，一面与待测物质接触，产生与待测物质浓度相关的电信号，另一面与金属层5接触，输出电信号。

由于芯片基体的孔结构为一层或一层以上的一定形状的边界层叠而成的井，不同层上的一定形状边界的几何中心可以重合，也可以不重合；不同层上一定形状的边界的厚度和外形尺寸可以一样，也可以不一样；一般要求下层(靠近金属层为下层)的一定形状的边界尺寸小于上一层(远离金属层为上一层)。每层边界的形状、厚度和外形尺寸因传感器膜的差异而不同，例如边界可以做成圆形，圆的半径通常在300μm～2mm之间。边界厚度一般在10～200μm。

化学或生物传感器膜材料被涂覆在绝缘层形成的孔内，形成大小一致、厚度均一的传感器膜。膜的一面与待测的血液样本接触，产生与待测物质浓度相关的电信号；膜的另一面与金属层接触，输出电信号。

传感器膜材料可以分为疏水部分材料和亲水部分材料。疏水部分材料的主要成分通常是一些大分子聚合物，如PVC、PU、丙烯酸树脂、有机硅化合物等；为了使膜能与血液中待测成份发生选择性相互作用，有生物、电化学活性，可以有选择性的添加离子载体、酶、氧化还原活性中间体等物质；亲水部分材料主要是一些亲水性的大分子聚合物，如聚乙烯醇等，通常会在亲水材料里加入少量的无机盐，改进膜的导电性能。这些膜可以是由疏水部分和亲水部分混合而成的单层膜，也可以是由疏水部分和亲水部分层叠而成的多层膜，在此不做限定，可以根据具体情况进行选择。

从上述的技术方案可以看出，本申请实施例一公开的该传感器阵列芯片，由包括绝缘层、粘结层、金属层的芯片基体和传感器膜构成，并且在绝缘层与粘结层分布有多个通孔。该传感器阵列芯片不仅制作工艺简单、成本低，而且能够通过集成多个传感器实现一次测试多个项目参数，进一步降低单个测试项目的成本。

实施例二

在实施例一的基础上，本申请还公开了另一种传感器阵列芯片，如图3所示，图3为本申请实施例二公开的一种传感器阵列芯片正面投影示意图。

该传感器阵列芯片应用于POCT快速诊断中，包括：芯片基体301、传感器膜302以及芯片基体对角位置的两个通孔303。

芯片基体301包括：绝缘层、金属层以及绝缘层与金属层之间的至少一层粘结层。

如图4所示，图4为本申请实施例二公开的一种金属层的结构示意图。金属层为表面镀镍/金的铜箔。金属层上设置有与绝缘层、粘结层的通孔对应的传感器位点401以及与传感器位点401相连的电接触触点402，还包括加热区域403。

如图4所示，金属层中间的圆形点即传感器位点，传感器位点为表面镀镍/铂或镍/金的传感器位点，传感器位点的上表面镀有Ni/Au或Ni/Pt，即传感器位点可以为与原表面镀镍/金的金属层材质相同的传感器位点，也可以为表面镀镍/铂的传感器位点，从而为传感器提供稳定的活性电化学位点。分布在芯片两侧的与传感器位点相连的泪滴状触点为芯片测试过程中的电接触触点，对于一次性使用芯片，电接触触点只需要很薄的一层Ni/Au，这也为整个芯片节省了不少成本。

绝缘层与粘结层分布有多个通孔。在一小片芯片基体上可以有一个或多个带边界的孔，以形成一个或多个传感器。绝缘层与粘结层上的通孔与金属层构成的井状结构，即传感器膜所在位置处为传感器点。绝缘层与粘结层上的多个通孔为单排或多排排列、均匀或非均匀排列，在此不作限制，可以根据具体情况进行设置。相邻传感器之间有绝缘材料隔开，相互不影响。

传感器的形状可以是环环相套的圆形结构，如图3中左侧传感器膜302位置对应的传感器，也可以是一些特殊形状的结构，如图3中最右侧传感器膜302位置对应的传感器点。环环相套的传感器点一般适用于离子选择性传感器，其最内层的圆环用于固定稳定电化学电位的试剂，如Ag/AgCl、醌氢醌、K₃Fe(CN)₆/K₄Fe(CN)₆等，直径一般较小，通常在100～600μm；中间层的圆环用于固定导电电解质试剂，主要是包覆在聚合物矩阵中的KCl、NaCl、NaHCO3等无机盐；最外层圆环用于固定离子选择性膜试剂，如PVC、PU等。各层的圆形半径大小可根据传感器生产工艺的需求制定。

环环相套的传感器点也可以适用于电流型传感器，如PO₂、Glucose、Lactate等，而且可以根据传感器膜本身的结构特点可以调整中间层的数量及各层的相对尺寸。

绝缘层光板上钻有直径为800～1500μm的通孔，粘结层上钻有几百微米的通孔，形成传感器点的第一、二层边界。粘结层为具有绝缘性的胶状物质粘结层。

传感器膜302涂覆在绝缘层、粘结层的通孔所形成的孔内，一面与待测物质接触，产生与待测物质浓度相关的电信号，另一面与所述金属层接触，输出电信号。

传感器膜为具备电化学活性或生物活性的传感器膜。传感器膜材料可以分为疏水部分材料和亲水部分材料。疏水部分材料的主要成分通常是一些大分子聚合物，如PVC、PU、丙烯酸树脂、有机硅化合物等；为了使膜能与血液中待测成份发生选择性相互作用，有生物、电化学活性，可以有选择性的添加离子载体、酶、氧化还原活性中间体等物质；亲水部分材料主要是一些亲水性的大分子聚合物，如聚乙烯醇等，通常会在亲水材料里加入少量的无机盐，改进膜的导电性能。这些膜可以是由疏水部分和亲水部分混合而成的单层膜，也可以是由疏水部分和亲水部分层叠而成的多层膜，在此不做限定，可以根据具体情况进行选择。

芯片基体左上角和右下角的两个通孔303，或者，芯片基体右上角和左下角的两个通孔，用于传感器膜制备及测试卡组装时的位置限定或者其它工艺用途。

通过在绝缘层、粘结胶层上打通孔，然后再与金属层粘接，可以形成各种不同结构的传感器芯片。粘结后，通过绝缘层的通孔露出金属面作为生物电化学传感器的反应接触面，材质一般为Au或Pt。绝缘层通孔形成的井对传感器膜的制备起到了关键作用。通常情况下，生物电化学传感器都是有多层膜构成，且每层膜的厚度都有不同的要求，例如导电电解质层一般为几μm到几十μm，离子选择性膜层厚度通常为20～40μm，透气层膜厚度一般为几个μm。绝缘层或粘结层通孔形成的井状边界可以在传感器膜制备时限制膜配方溶液的随意流动，当每次滴加在边界内的液体量一定时，由于边界限制形成的传感器面积一定，因此膜的厚度也被很好的控制，而膜厚度是影响传感器性能的关键参数。也正因有了通孔边界的限制，不需要像许多传统传感器膜工艺中那样，需要通过对Au或Pt等接触表面进行严格的表面等离子体处理以达到控制膜形状和厚度的目的。根据具体传感器的要求，可以选择不同厚度的绝缘层与粘接层，开通孔的尺寸也可以根据实际要求设计，因而可以很方便的在同一微小的芯片上(例如30mm×10mm)集成电导型传感器、电压型传感器、电流型传感器。

传感器层与信号采集连接层分别在同一金属片的正反两面，大大缩小了传感器芯片的尺寸。传感器层与待测样品接触，由于传感器尺寸可以设计成几百微米的微小尺寸，流过传感器表面的流道也可以设计成几百微米宽，测试所需要的样本量也就非常少(典型值：20～100μL)，这样就可节省大量的血液样本。

由于芯片小而薄(厚度一般0.15mm～0.2mm)，非常方便用于大规模生产。且可以在芯片丝印(或者采用其它工艺实现)上光学检测标记，用于自动化生产时的生产批次识别、视觉定位、视觉QC(Quality Control，质量控制)等。0.15mm～0.2mm的厚度也对后续芯片的裁剪与分装也非常便利。

芯片的制作过程简单，先给光板层即绝缘层打通孔，再给绝缘层打通孔，金属层目标区域两面镀Ni/Au或Ni/Pt，将绝缘层、粘结层、金属层对齐、压合后，刻蚀出如图4所示的线路。

为了使芯片各层粘接牢固，压合时需要进行一定程度的加热，但如果温度过高，会使绝缘胶层熔化而随意流动，导致影响传感器边界的尺寸结构。因而，压合时温度与压力的控制是整个芯片基体制作过程的关键。为了增加粘合力，可以采用逐层压合的方式。即先将层4与层5进行压合，然后将层3与层4、层5的合体进行压合，最后将层2光板层与层3、层4、层5的合体进行压合。

为了方便后续传感器的覆膜生产，传感器芯片需要有一定的柔性，因此，金属层厚度不能太厚，一般在50～200μm；光板基材也需要很好地挠性，光板厚度一般在100～200μm。

如图5所示，图5为本申请实施例二公开的传感器阵列芯片及液体流道的正面投影示意图。

将芯片与测试卡上对应的凹槽贴合，就形成了样品流道503，流道的宽度通常为800μm～2mm。样本流动顺序可以从左至右，也可以从右往左。形成液体流道的测试卡基材502一般选择化学性能稳定的透明塑料，如PE、PP、ABS、PC、PVC等，最理想的选择是ABS，化学性能稳定又便于加工。芯片与卡凹槽之间通过双面胶粘合。

图6为本申请实施例二公开的传感器阵列芯片及液体流道的截面示意图，图6为芯片图5沿AA’方向的横截面图。2、3、4、5分别对应芯片的各结构层，双面胶604用于粘接芯片与测试卡601，厚度通常在0.05～0.08mm，传感器膜602即为具备电化学活性或生物活性传感器膜，传感器的测试项目及性能完全取决于膜602的配方组成、厚度、表面能、均一性等。传感器膜主要组分通常是一些掺杂的高分子聚合物，这些膜通常有很好的防水透气性能，既能有效的阻止膜内试剂成份605向外流失，又有很好的水汽、pO2、pCO2等气体透过性能，以保证在液体样品流过测试通道时，这些传感器能够由干态变为润湿态，因而构成一个导电性良好的电化学测量回路。

从上述的技术方案可以看出，本申请实施例二公开的该传感器阵列芯片，由包括绝缘层、粘结层、金属层的芯片基体和传感器膜构成，并且在绝缘层与粘结层分布有多个通孔。该传感器阵列芯片不仅制作工艺简单、成本低，而且能够通过多个通孔实现一次测试能够集成测试多个项目参数的测量，进一步降低单个测试项目成本的目的。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种传感器阵列芯片，其特征在于，该传感器阵列芯片应用于POCT快速诊断中，包括：芯片基体和传感器膜；

所述绝缘层与粘结层分布有多个通孔；

2.根据权利要求1所述的传感器阵列芯片，其特征在于，还包括：

所述芯片基体左上角和右下角的两个通孔；

或者，所述芯片基体右上角和左下角的两个通孔。

3.根据权利要求1所述的传感器阵列芯片，其特征在于，所述金属层设置有与所述孔一一对应的传感器位点以及与所述传感器位点相连的电接触触点。

4.根据权利要求3所述的传感器阵列芯片，其特征在于，所述金属层还包括加热区域。

5.根据权利要求1所述的传感器阵列芯片，其特征在于，所述金属层为表面镀镍/金的铜箔。

6.根据权利要求5所述的传感器阵列芯片，其特征在于，所述传感器位点为表面镀镍/铂或镍/金的传感器位点。

7.根据权利要求1所述的传感器阵列芯片，其特征在于，所述粘结层为具有绝缘性的胶状物质粘结层。

8.根据权利要求1所述的传感器阵列芯片，其特征在于，所述传感器膜为具备电化学活性或生物活性的传感器膜。

9.根据权利要求1所述的传感器阵列芯片，其特征在于，所述多个通孔为单排或多排排列。

10.根据权利要求9所述的传感器阵列芯片，其特征在于，所述多个通孔为均匀或非均匀排列。