CN109557156A - 微流控电化学生物传感器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了微流控电化学生物传感器，包括连接料带、电极组以及绝缘体，电极组嵌入绝缘体内；连接料带连接有两个及以上的电极组，每个电极组至少包括工作电极和对电极，每个电极组和包裹它的绝缘体形成一个生物传感器。本发明还公开了微流控电化学生物传感器的制作方法。本发明提供一种能够批量生产的微流控电化学生物传感器及其制作方法。

Description

微流控电化学生物传感器及其制作方法

技术领域

本发明涉及生化检测领域，更具体的说，它涉及微流控电化学生物传感器及其制作方法。

背景技术

在医学领域中，微流控电化学生物传感器被广泛用于分析血液在内的生物物质，例如测试尿、血液、血浆或组织也等液体样本中的葡萄糖、酮体、胆固醇、脂蛋白、三酸甘油脂、醋氨酚、血容比和/或HbAlc等。在这种传感器中，利用酶的微流控电化学生物传感器的测量灵敏度高，并可以快速获得测试结果，常应用于医院诊所、实验室或家庭等场所。

例如，在用丝网印刷制造的电极系统中，通过将包含酶的试剂固定在电极上，加入试样，然后在电极两端加上电压，定量测量感兴趣的被分析物质。美国专利US5437999号披露了一种制造电化学生物传感器测试带的方法，该方法利用照相平版印刷术对固定在绝缘基片上的导电材料做出图形，和将导电材料通过丝网印刷直接印刷在标准的印刷电路基片。US5437999号还公开了将上面加有电极的绝缘基片与作为盖的另一个绝缘基片隔开的隔离片来形成一个吸取样本的毛细管空间。

照相平版印刷术的生产成本高，并且照相平版印刷术在一个大面积上制作精细图形的效果不好，难以用于大规模生产。丝网印刷需要液相的导电材料，如金、钯、铂等惰性金属，其检测性能和耐化学腐蚀性优越，适合用做制造电极的材料，但是其制造过程和工艺都很复杂，而且它们非常昂贵。因此，实践中都采用碳来代替这些昂贵的惰性金属。但用丝网印刷碳的方法制得的电极带的表面非常不平，因此检测性能不好。还有一种通过将惰性金属沉积在铜上得出的粗导线，利用加热的方法粘接在诸如塑料薄膜一类的基片上。这种方法的缺点是很难将电极带制成窄和薄的形状。而由试剂与试样之间的反应所产生的电荷更接近电极，这些电荷更有可能被电极捕捉和检测。另外，将粗导线粘接在塑料薄膜上，会使电化学的生物传感器的测试带检测效率降低。

并且，无论是丝网印刷碳制作电极，还是惰性金属沉积在铜上制作电极，都只是单独制造某一个电化学生物传感器的方法或结构，无法得知大规模生产时电化学生物传感器的结构和制作方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够批量生产的微流控电化学生物传感器及其制作方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：微流控电化学生物传感器，包括连接料带、电极组以及绝缘体，电极组嵌入绝缘体内；连接料带连接有两个及以上的电极组，每个电极组至少包括工作电极和对电极，每个电极组和包裹它的绝缘体形成一个生物传感器。

作为优选的方案，电极组具有通电区、传导区和生化感测区，通电区、传导区和生化感测区均注塑成型于绝缘体中。

作为优选的方案，所述绝缘体具有正面和反面，正面设有至少一个检测槽，检测槽具有加样口，所有检测槽共用一个加样口或者每个检测槽分别设有加样口；反面在加样口相应位置开有凹槽。作为优选的方案，检测槽通过分隔件进行隔开。优选的，检测槽之间平行布置。优选的，每个检测槽的深度相同，以及宽度相同。

作为优选的方案，加样口边缘设有凸起。

作为优选的方案，生化感测区位于检测槽内并具有与待检测物质接触的外露面。

作为优选的方案，每个电极组具有一个或一个以上的工作电极以及一个或一个以上的对电极，每个工作电极有各自的引出线，一个以上的对电极并联。优选的，对电极的生化感测区交替穿插于工作电极的生化感测区之间。优选的，所述每个电极组包括五个电极，分别为第一工作电极、第二工作电极、第三工作电极、第一对电极以及第二对电极；五个电极依次排列为第一工作电极、第一对电极、第二对电极、第二工作电极和第三工作电极。每个电极组的电极数目不限。优选的，第一对电极和第二对电极的传导区由通电区延伸而成并连为一体。优选的，电极组的数量为2的n次方个，n=1，2···。一次冲压成型8组、16组、32组等偶数（即2的n次方，n=1，2···）组电极，生产速度快，产量高，成本低。

作为优选的方案，检测槽两侧设有用于与盖片盖合的插槽，插槽相对的两侧壁为斜接面。

作为优选的方案，绝缘体的表面具有多个定位孔，定位孔与电极位置对应，电极外露在定位孔中。

作为优选的方案，检测槽表面放置有生化检测片。

作为优选的方案，传导区的两端分别与通电区和生化感测区连接；生化感测区弯折于传导区；通电区和传导区位于同一平面，生化感测区凸出于通电区和传导区。

作为优选的方案，连接料带通过预断槽与电极组连接。使用时，折断预断槽分离电极组与连接料带。

作为优选的方案，连接料带设有定位孔，每个电极组均对应设有一个定位孔。定位孔用于测试电极与注塑模具定位。

作为优选的方案，通电区表面镀镍材料。

作为优选的方案，电极组具有生化感测区，生化感测区从内向外依次是金属基材和惰性金属层。优选的，生化感测还具有介质层，介质层位于金属基材和惰性金属层之间。优选的，金属基材的材料为银或铜，介质层的材料为镍，惰性金属层的材料为钯、金或金合金。优选的，生化感测区设有多个惰性金属检测点。优选的，惰性金属检测点为2个以上。惰性金属具有较强的化学稳定性，例如金、钯等。

作为优选的方案，连接料带设有定位片，定位片位于每个电极组之间。优选的，定位片为凸块，或者定位片向上弯折，在对多个电极组冲压成型时，定位片有利于分隔电极组之间的距离，同时具有限位的作用，对电极组进行注塑成型时防止电极组和连接料带移动。

微流控电化学生物传感器制作方法，包括以下步骤：

（1）选取基材，对基材冲压成型，形成以预断槽连接的连接料带和多个电极组；

（2）对连接料带和多个电极组进行卷带包装；

（3）清洁每个电极组的通电区表面，对通电区表面进行镀镍；

（4）清洁每个电极组的生化感测区表面，对生化感测区由内向外依次电镀铜、镍、惰性金属；

（5）清洁每个电极组表面，再次对电极组和连接料带进行卷带包装；

（6）将绝缘体和多个电极组一体注塑成型，形成多个传感器。

本发明的优点在于：

1、多组传感器通过一体注塑成型，能批量生产，生产效率高，成本低。

2、电极组与绝缘体一体注塑成型，刚性强，稳定性佳，精密度高。

3、惰性金属电极注塑成型于绝缘体中，无需第二次加工，感测面积尺寸稳定，从而感应准确。

4、多个电极组冲压成型，表面金属层由内向外依次为铜、镍、惰性金属，传导讯号稳定且表面精细，面积与体积准确稳定，从而反应误差小。

5、传感器设有1个以上的检测槽，可同时进行多个样本的检测。

6、电极组的生化感测区设有2个以上的惰性金属检测点，确保每个检测槽内均有惰性金属检测点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为测试电极的结构示意图。

图3为传感器的立体图。

图4为传感器的俯视图。

图5为图4传感器C-C的剖视图。

图6为传感器一端面的示意图。

图7为传感器另一端面的示意图。

图中标识：连接料带1，电极2，绝缘体3，预断槽11，工作电极21，第一工作电极211，第二工作电极212，第三工作电极213，对电极22，第一对电极221，第二对电极222，通电区25，传导区26，生化感测区27，定位孔12，定位片13，检测槽31，第一检测槽311，第二检测槽312，分隔件32，加样口313，凸起3131，凹槽314，插槽33，斜接面331，穴号区34，模号区35，生化检测片4。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1所示，电化学生物传感器，包括连接料带1、电极组以及绝缘体3，电极组嵌入绝缘体3内；连接料带1连接有两个及两个以上的电极组，每个电极组至少包括工作电极21和对电极22，每个电极组和包裹它的绝缘体3形成一个生物传感器。

微流控电化学生物传感器的制作方法

微流控电化学生物传感器制作方法，包括以下步骤：

（1）选取基材，对基材冲压成型，形成以预断槽连接的连接料带和多个电极组；

（2）对连接料带和多个电极组进行卷带包装；

（3）清洁每个电极组的通电区表面，对通电区表面进行镀镍；

（4）清洁每个电极组的生化感测区表面，对生化感测区依次电镀铜、镍、惰性金属；

（5）清洁每个电极组的表面，再次对电极组和连接料带进行卷带包装；

（6）将绝缘体和多个电极组一体注塑成型，形成多个传感器。

测试电极

如图2所示，测试电极，包括连接料带1和两个及以上的电极组，电极组包括工作电极和对电极，电极组均与连接料带1通过预断槽11连接。使用时，折断预断槽11分离电极组与连接料带1。

如图2所示，电极组具有通电区25，预断槽11位于通电区25与连接料带1之间。连接料带1设有定位孔12。定位孔12用于测试电极组与注塑模具定位。作为一个具体的实施方式，每个电极组均对应有一个定位孔12。通电区25表面镀镍材料。电极组还具有生化感测区27，生化感测区从内到外依次电镀有金属基材和惰性金属层，惰性金属即为惰性金属。作为一个具体的实施方式，生化感测区还具有介质层，介质层位于金属基材和惰性金属层之间。金属基材为银或铜，介质层的材料为镍，惰性金属层的材料为钯、金或金合金。目前，惰性金属无法直接镀到金属基材上，需要镍作为介质，将铜和惰性金属结合。随着科技的发展，可能会出现无需介质层就可以直接将金属基材和惰性金属层结合的方法。电镀过程中，惰性金属层需要完全包裹住金属基材和介质层，具体的，惰性金属层均匀地包裹住金属基材和介质层。这是因为金属基材为银、铜等材料，银、铜性质不稳定，若被氧化后的银或铜与待检测物质接触，会影响待检测物质的检测结果。具体的，生化感测区27设有2个以上的惰性金属检测点。惰性金属具有较强的化学稳定性，例如金、钯等。由于在生化感测区27开有多个检测槽31，设置2个以上的惰性金属检测点能够分布于多个检测槽31内，确保每个检测槽31内均有惰性金属检测点。

作为一个具体的实施例，连接料带1的边缘处设有定位片13，每个电极组之间均具有定位片13。定位片13为凸块，或者定位片13向上弯折，在对多个电极组冲压成型时，定位片13有利于将多个电极组之间分隔，同时具有限位的作用，防止对电极组进行注塑成型时电极组和连接料带1移动。

作为一个实施例，电极组的数量为8组、16组、32组等偶数（即2的n次方，n=1，2···）组。一次冲压成型多个电极组，生产速度快，产量高，从而成本极大降低。

如图2和图3所示，作为一个实施例，电极组还包括传导区26，传导区26的两端分别与通电区25和生化感测区27连接；生化感测区27弯折于传导区26。生化感测区27弯折于传导区26有利于在绝缘体3上做出检测槽31。作为一个具体的实施例，每个电极组的生化感测区27位于同一平面。

如图2所示，作为一个实施例，传导区26和通电区25位于同一平面，生化感测区27凸出于传导区26和通电区25。绝缘体3采用塑料材质。具体的，绝缘体3采用PBT材质。生化感测区27凸出于传导区26和通电区25是为了增加塑料包裹的厚度及用来控制检测槽31的深浅，来达到最适用的检测槽31深度。

作为优选的方案，所述每个电极组包括一个或一个以上的工作电极21，以及一个或一个以上的对电极22，每个工作电极21有各自的引出线，多个对电极22并联。作为一个具体的实施例，工作电极21和对电极22的生化感测区27交替排列，对电极22的生化感测区27穿插于工作电极21的生化感测区27之间。具体的，所述每个电极组包括五个电极2，分别为第一工作电极211、第二工作电极212、第三工作电极213、第一对电极221和第二对电极222；五个电极排列依次为第一工作电极211、第一对电极221、第二对电极222、第二工作电极212和第三工作电极213。同一个电极组的工作电极和对电极可以相互组合，例如，第一工作电极211和第一对电极221组合形成检测回路，第一对电极221和第二工作电极212组合形成另一个检测回路。每个电极组的电极数目不限，可应电化学作用不同需求搭配不同数目的电极。具体的，第一对电极221和第二对电极222的传导区26由通电区25延伸而成并联为一体，参见图2。

微流控电化学生物传感器

如图3所示，微流控电化学生物传感器，包括电极组和绝缘体3，绝缘体3设有至少1个检测槽31，电极组位于检测槽31内。具体的，检测槽31平行排列，多个检测槽31之间通过分隔件32进行隔开，具体的，绝缘体3开有两个检测槽31，分别为第一检测槽311和第二检测槽312，参见图4。每个检测槽31对应一种待检测物质，每个检测槽31内只有一个有效工作电极，有效工作电极是指每个检测槽31中只有1个工作电极覆有酶层，当向检测槽31中添加待检测物质时，覆有酶层的工作电极21与对电极22构成检测回路。同时对一种或多种待检测物质进行检测时，各个检测槽31的有效工作电极错开。

作为一个具体的实施方式，每个检测槽31的深度均相同，以及宽度均相同。检测槽31一致性好，批间误差小。

如图3所示，作为一个具体的实施方式，检测槽31一端具有加样口313，待检测物质通过加样口313进入检测槽31中，所有检测槽31可以共用一个加样口313，或者每个检测槽31分别设有加样口313。如图3所示，箭头A表明的是胆固醇的加样方式，即在检测槽31上方直接向检测槽中添加胆固醇物质。所述绝缘体3具有正面和反面，检测槽31和加样口313均位于正面，反面在加样口313相应位置开有凹槽314，凹槽314是为了防止待检测物质从加样口313流入绝缘体3的反面，影响待检测物质的检测。作为一个具体的实施方式，加样口313边缘设有凸起3131，凸起3131是为了防止待检测物质从加样口313中流出来。

作为一个具体的实施方式，每个电极组均具有通电区25、传导区26和生化感测区27，传导区26和生化感测区27均注塑成型于绝缘体3中。绝缘体3与电极组为一体注塑成型，刚性强，稳定性佳，精密度高。

作为一个具体的实施方式，生化感测区27位于检测槽31内，生化感测区27外露于绝缘体3。一个电极组的生化感测区27均位于检测槽31内。

作为一个具体的实施方式，绝缘体3设有两个插槽33，所有检测槽31均位于两个插槽33之间，如图5所示，插槽33两侧壁为斜接面331。亲水盖片盖合检测槽31时，斜接面331方便插槽33与亲水盖片贴合，贴合时产生的高低差能提高密合性。亲水盖片为软质塑胶或其他适合材质制成。

作为一个具体的实施方式，如图6和图7所示，绝缘体3的表面具有多个定位孔12，定位孔12与电极组位置对应，电极组外露在定位孔12中。作为具体的一个实施方式，绝缘体3的正面和反面均设有多个大小不同的定位孔12。

作为更为具体的一个实施方式，多个电极组可以卷式包装，因此需要定位孔12将电极组固定。每个电极组的电极依次排列为第一工作电极211、第一对电极221、第二对电极222、第二工作电极212和第三工作电极213。如图6所示，绝缘体3的正面具有15个定位孔，该端面具有检测槽31。所述正面的通电区25外露于绝缘体3。工作电极211的传导区26以一定间距竖向设有3个定位孔12。对电极22的传导区26以一定间距竖向设有2个定位孔12。工作电极212的传导区26以一定间距竖向设有2个定位孔12。其中，传导区26横向具有两排呈“一”字型排列的定位孔12，其中一排定位孔12为镂空设置，电极组位于其中，该定位孔12的尺寸小于其余定位孔12。

如图7所示，绝缘体3的反面具有18个定位孔12。每个电极组的电极2通电区相应地设有定位孔12，所述定位孔12呈“一”字型排列，定位孔12为长方形，用于注塑成型时定位且固定通电区25。传导区26设有三排定位孔12，每排定位孔12呈“一”字型排列。每个电极2的生化检测区27均设有一个定位孔12，所述定位孔12竖向排列，用于定位生化检测区27。该端面设有用于标记的穴号区34和模号区35，穴号区34与通电区25位置对应，模号区35与传导区26位置对应。

作为一个实施例，检测槽31表面放置有生化检测片4，如图3所示。使用时，分别将两个生化检测片4放入对应的检测槽31中，进行分区放置，在盖片上通过颜色或文字进行标记，一滴被检测液经过分流进入检测槽31内，透过生化检测片4反应后透过电极将讯号传到检查设备就会告知检测结果。

在缺少本文中所具体公开的任何元件、限制的情况下，可以实现本文所示和所述的发明。所采用的术语和表达法被用作说明的术语而非限制，并且不希望在这些术语和表达法的使用中排除所示和所述的特征或其部分的任何等同物，而且应该认识到各种改型在本发明的范围内都是可行的。因此应该理解，尽管通过各种实施例和可选的特征具体公开了本发明，但是本文所述的概念的修改和变型可以被本领域普通技术人员所采用，并且认为这些修改和变型落入所附权利要求书限定的本发明的范围之内。

本文中所述或记载的文章、专利、专利申请以及所有其他文献和以电子方式可得的信息的内容在某种程度上全文包括在此以作参考，就如同每个单独的出版物被具体和单独指出以作参考一样。申请人保留把来自任何这种文章、专利、专利申请或其他文献的任何及所有材料和信息结合入本申请中的权利。

Claims (10)

1.微流控电化学生物传感器，其特征在于，包括连接料带、电极组以及绝缘体，电极组嵌入绝缘体内；连接料带连接有两个及以上的电极组，每个电极组至少包括工作电极和对电极，每个电极组和包裹它的绝缘体形成一个生物传感器。

2.如权利要求1所述的微流控电化学生物传感器，其特征在于，电极组通过预断槽与连接料带连接；连接料带和绝缘体的表面均具有定位孔。

3.如权利要求1所述的微流控电化学生物传感器，其特征在于，电极组具有生化感测区，生化感测区由内到外依次是金属基材和惰性金属层。

4.如权利要求3所述的微流控电化学生物传感器，其特征在于，生化感测区具有介质层，介质层位于金属基材和惰性金属层之间。

5.如权利要求4所述的微流控电化学生物传感器，其特征在于，金属基材的材料为银或铜，介质层的材料为镍，惰性金属层的材料为钯、金或金合金。

6.如权利要求1所述的微流控电化学生物传感器，其特征在于，工作电极有一个或一个以上，对电极有一个或一个以上；一个以上的对电极并联，每个工作电极有各自的引出线。

7.如权利要求1所述的微流控电化学生物传感器，其特征在于，所述绝缘体具有正面和反面，正面设有至少一个检测槽，检测槽具有加样口，所有检测槽共用一个加样口或者每个检测槽分别设有加样口；反面在加样口相应位置开有凹槽。

8.如权利要求7所述的微流控电化学生物传感器，其特征在于，检测槽通过分隔件隔开；电极组位于检测槽内并具有与待检测物质接触的外露面。

9.如权利要求8所述的微流控电化学生物传感器，其特征在于，检测槽两侧设有插槽，插槽侧壁为斜接面。

10.微流控电化学生物传感器制作方法，包括以下步骤：

（1）选取基材，对基材冲压成型，形成以预断槽连接的连接料带和多个电极组；

（2）对连接料带和多个电极组进行卷带包装；

（3）清洁每个电极组的通电区表面，对通电区表面进行镀镍；

（4）清洁每个电极组的生化感测区表面，对生化感测区由内向外依次电镀铜、镍、惰性金属；

（5）清洁每个电极组表面，再次对电极组和连接料带进行卷带包装；

（6）将绝缘体和多个电极组一体注塑成型，形成多个传感器。