CN110161095B - 一种生物传感器电阻调节激光系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种生物传感器电阻调节激光系统及其方法，对于通过印刷或其他方式得到的电阻，可以根据实际的需求，采用激光切割或者烧灼的方式使电阻变大，或者使电阻变小，满足任何一个阻值的要求，从而编码的数量不受电阻元件及电极数量的限制。

Description

一种生物传感器电阻调节激光系统及其方法

技术领域

本发明属于生物传感器领域，尤其是涉及一种生物传感器电阻调节激光系统及其方法。

背景技术

丝网印刷是加工生产生物传感器的常用方法，该方法被广泛使用，这不仅因为成本低，而且制作方法简单。但是该方法也存在固有的缺陷，那就是加工精度低，每个产品的批间差异大，就算是不同的传感器测试条，同一个批间内，两个不同的传感器测试条之间都存在较大的差异，如图1所示，当使用丝网印刷工艺进行加工时生物传感器电阻的符合率最高为76％，最低为36％，符合率之间偏差较大，电阻的一致性很差。

另外，常常在传感器上进行信息的设置，从而提前设置不同的信息，这种信息的不同通过电阻元件的不同来进行实现。例如，中国专利，公告号CN104034876B，中所描述的那样，电阻结构、电阻结构单元、辨认信息装置及生物传感器，该发明包括：一种电阻结构的多种表现形式及其每种表现形式对应的电阻结构单元，还包括包含任意一个电阻结构表现形式的电阻结构单元的辨认信息装置。其表现形式为，包括第一电极，第二电极，多个第一电阻元件，或者还包括第四电极，或者还包括第五电极，或者还包括第六电极，其中的多个第一电阻元件平行排列，以断口位置或者断口大小的不同，或者材料的不同得到不同的电学参数Rn，从而在实际运用当中得到不同的辨认信息。在进行实际生产中，该发明利用丝网网版印刷时，断口位置可以预先设置在丝网网版上，也可以在形成电极系统后用激光切割或者机械打孔等方法形成断口。

然而无论是预先在丝网版上设置断口还是使用激光切割或机械打孔的方式形成断口其对于印刷工艺的要求和激光切割精度的要求都是非常高的。丝网印刷的丝网通常是由尼龙、聚酯、丝绸或金属网制成的。顾名思义，网即如捕鱼网，蜘蛛网是一种由很多线纵横交错而成的东西，必然存在网孔，当将电极材料放在具有电极模板的丝网板上，在刮刀的挤压下穿过丝网间的网孔，由于刮刀的挤压力很难保持各处完全相同，那么通过网孔的电极材料在量上就会有不同程度的差异，而且随着使用时间的增加，网板的空隙也会发生一定的形变，得到电极的电阻值差异就越来越明显，想要通过预设断口的方式得到某个特定设计的大批量的辨认信息装置对工艺的要求是非常高的。而且即使严格控制工艺，仍然会无法避免随机误差，因此良品率不高。

激光切割是指利用高功率密度激光束照射被切割材料，使材料很快被加热至汽化温度，蒸发形成孔洞，随着光束对材料的移动，孔洞连续形成宽度很窄的(如0.1mm左右)切缝，完成对材料的切割。鉴于CN104034876B中所述的电阻元件之间的间距比较小，对于光束相对于电阻结构的定位要求高，由此得到的辨认信息装置的断口会出现断口错位的现象，也造成了良品率低的结果。另外用机械打孔的方式形成断口与激光修阻的表现形式相似，但是精度无法达到激光修阻的水平。因此，无论是丝网印刷直接预设断口还是，丝网印刷后再用激光切割或机械打孔的方式形成断口，对工艺的要求都非常高，进而导致成本剧增。

再例如，在中国公开的专利中，CN101156066A，用于在生物传感器检验条上编码信息的系统和方法，公开了一种用于测量生物流体内的分析物的浓度的设备，更特别地涉及用于在生物传感器检测条上编码的系统和方法。该系统利用激光烧蚀设备，透过预设的石英掩模，再透过单一透镜在金属膜上获得在石英掩模上预设的电极形状，是利用激光直接烧灼得到电极，通过不同触点之间的电阻来编码信息。利用这种方法进行编码得到的信息编码数量仍旧有限，那就要求有不同的石英掩模，产品的成本也比较高。而且，这样的方法，对于不同信息编码的传感器测试条，也会有批间的差异，就算是同一个批次，通过激光烧灼的方法进行，由于检测仪器误差，也会存在不同的数值，从而造成很大的误差。不仅如此，采用这样的方法，制造成本非常高，毕竟利用透过单一透镜在金属膜上获得在石英掩模上预设的电极形状，所需要的材料成本高，加工复杂。

另外上述两项发明均公布了一种用激光切割或烧灼的方式得到电阻而获得编码的方法，这种方法获得编码的数量有限，主要是被印刷获得电阻元件及电极数量所限制。这就需要对传统的设备和方法进行改进，从而提供更加一致性的产品，提供更为精密准确用于传感器测试条的一种生物传感器电阻调节设备。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种生物传感器电阻调节激光系统及其方法。

由常识可知，电阻值R＝ρ*(L/S)其中ρ为电阻材料的电阻率， L为电阻材料的长度，S为电阻材料的横截面积。改变电阻可以通过单一变量法来实现，若要增加电阻值，可以保持电阻长度不变，减小电阻的横截面积，或者保持横截面积不变，增大电阻的长度；若要减小电阻值，则可以保持电阻长度不变，增大电阻的横截面积，或者保持横截面积不变，减小电阻的长度。本发明涉及的电阻，其中a为电阻的厚度12，b为电阻的宽度11，L为电阻的长度10，整个电阻的电阻值R＝ρ*L/(a*b)，其中b与L组成的平面为印刷在需要用本发明加工的生物传感器测试条的平面，当需要减小电阻时就需要减小L，由于厚度a无法改变，当需要增大电阻时就需要减小b。激光设备移动过程中可以命令激光束进行纵向趋势划线得到激光迹线和横向趋势划线得到激光迹线，通过减小横截面积使电阻变大的方式编码信息，通过减小长度使电阻变小的方式编码信息。

本发明根据该原理解决其技术问题所采用的技术方案是，一种生物传感器电阻调节激光系统及其方法，包括有：

主体单元，包括测析系统101，用于下达测试指令及进行运算，定位系统102，识别系统103以及图像显示系统104；

外接单元，包括有触点设备200和激光设备300；所述触点设备用于与所加工的生物传感器上的至少一对电极的触点连接，从而测试所接触生物传感器上的电极之间电阻的大小。所述激光设备用于对电阻进行切割或烧灼，从而让触点设备所接触的电极之间所限定的电阻值改变，达到预先设置的电阻值或者符合预先设置的信息码。

所述的图像显示系统对移动的触点设备上图像采集装置采集的探针和生物传感器的图像进行显示，识别系统对图像进行计算，获得探针与生物传感器上的电极之间的距离或者位置关系。

所述的图像显示系统对移动的激光设备上图像采集装置采集的激光器和生物传感器的图像进行显示，识别系统对图像进行计算，获得激光器相对于生物传感器的位置关系。

定位系统对探针及激光器相对于生物传感器的位置进行调整，从而让探针能与生物传感器上的电极接触连接，让激光针在正确的电阻的位置进行激光切割或烧灼，优选的采用平台定位或CCD定位的方法定位探针。

测析系统发出探针之间的电阻的测试指令，并与预设信息进行比较，根据比较的结果，计算激光的运行轨迹。

激光设备上的图像采集装置实时采集激光器相对于生物传感器的位置，从而激光器能够按既定的轨迹进行移动；所述的激光器在移动的同时，其上的激光针发出激光束在生物传感器的电阻上烧灼出既定轨迹相应的迹线，从而使生物传感器上的电阻符合预设要求。如图 2所示，经过本发明的设备加工后获得生物传感器电阻值符合率高达 100％，电阻一致性好。

所述触点设备包含三个部分，探针205/206、图像采集装置203 及数据接收器202，数据接收器的顶部和底部各具有一个移动装置 201/204，顶部的移动装置201用于触点设备的移动，底部的移动装置204用于探针的移动，优选的，移动装置包括滑轨或机械手臂。所述的激光设备包含三个部分，激光器302、激光针304和图像采集装置303，激光器上部设置有一个移动装置301，用于激光器的移动，优选的，移动装置包括滑轨或机械手臂。

所述主体单元的测析系统中预设有信息码，所述信息码用于在生物传感器上编码信息。

一种生物传感器电阻调节编码信息的方法，预先设置一个信息码 S0，S0为一个非零自然数或一个数据区间，通过探针测得的两个电极之间的电阻为A值，其中A值可以大于S0或者小于S0，所述电阻调节，包括有以下步骤；

第一步，在测析系统中预选一个信息码S0；第二步，触点设备中的图像采集装置实时采集探针位置及触点位置，将探针位置及触点位置传输到识别系统和图像显示系统，识别系统通过图像判断确定探针位置，图像显示系统实时显示图像；

第三步，识别系统给予触点设备命令“测试触点X1，X2之间电阻值”，数据接收器收到指令后探针通过底部移动装置移动并接触触点X1，X2，图像采集装置同步采集图像信息，并将探针位置信息传输到识别系统和图像显示系统，图像显示系统实时显示图像，同时，电路连通，数据接收器得到触点X1，X2之间电阻值A，并将其传输到测析系统；

第四步，测析系统中，将A与S0进行对比运算，计算出A与S0 偏差值S1＝A-SO，同时激光设备中图像采集装置对激光器与生物传感器的位置进行采集，将图像信息传输到识别系统和图像显示系统，识别系统识别图像信息，图像显示系统实时显示图像；

第五步，识别系统将信息传输到测析系统，测析系统结合偏差值 S1与图像信息，运算出光束运行轨迹,并结果传输到定位系统，当 S1>0时，运行轨迹整体趋势为横向；当S小于0时，运行轨迹整体趋势为纵向；

第六步，定位系统给予激光设备“光束运行轨迹”命令，激光设备通过顶部移动装置移动到达电阻顶部边缘，同时图像采集装置实时采集图像信息，将图像信息传输到识别系统和图像显示系统，识别系统识别图像信息，图像显示系统实时显示图像；

第七步，激光器通过激光针发出激光，激光设备通过移动装置移动完成“光束运行轨迹”指令。

附图说明

图1：一种丝网印刷工艺得到的电阻值；

图2：经过本发明加工后得到的电阻值；

图3：本发明激光系统的结构图(101-为测析系统，102-为定位系统， 103-为识别系统，104-为图像显示系统，200-为触点设备，201-移动装置，202-数据接收器，203-图像采集装置，204-移动装置，205- 探针1,206-探针2；300-为激光设备，301-移动装置，302-激光器， 303-图像采集装置，304-激光针)；

图4：本发明中的电阻结构图(10-电阻长度，11-电阻宽度，12-电阻厚度)；

图5：实施例1中未加工电阻元件；(400-电阻元件，401-触点a,402- 触点b,403-电阻)；

图6：实施例1中加工后的电阻元件(404-激光迹线)；

图7：实施例2中加工后的电阻元件(700-电阻元件，701-激光迹线)；

具体实施方式

下面对本发明涉及的结构或这些所使用的技术术语做进一步的说明。这些说明仅仅是采用举例的方式进行说明本发明的方式是如何实现的，并不能对本发明构成任何的限制。

检测

检测表示化验或测试一种物质或材料是否存在，比如，但并不限于此，化学物质、有机化合物、无机化合物、新陈代谢产物、药物或者药物代谢物、有机组织或有机组织的代谢物、核酸、蛋白质或聚合物。另外，检测表示测试物质或材料的数量。进一步说，化验还表示免疫检测，化学检测、酶检测等。

测试条

本发明中所述的测试条即所述的生物传感器的表现形式，广义的测试条可以有多种使用形式，例如采用免疫或者化学测试形式，用于检测样品中的被分析物，例如毒品或指示身体状况的相关代谢物。在有些形式中，测试条上带有化学试剂和电极，例如发明专利2013101065210中的传感器测试条就可以为本发明的测试条。还有以下专利号或者专利申请号中的测试条都可以用于本发明中的测试条，如发明专利038193396，美国专利7,316,766；5,508,171，中国实用专利200920161408等。这些都可以作为本发明所述的测试条，特别是，带有电极的测试条，所谓传感器测试条。

样品

用本发明方法得到的测试条可以检测的样品包括生物液体(例如病例液体或者临床样品)。液体样品或者流体样品可以来源于固态或者半固态的样品，包括排泄物，生物组织和食品样品。利用任何适当的方法可以将固态或半固态的样品转化成液体样品，例如混合、捣碎、浸软、孵育、溶解或在合适的溶液中(例如水，磷酸盐溶液或其他缓冲溶液)利用酶解作用消化固体样品。“生物样品”包括来源于动物，植物和食品样品，例如包括来源于人或动物的尿液，唾液、血及其成分、脊髓液、阴道分泌物、精子、粪便、汗液、分泌物、组织、器官、瘤、组织和器官的培养物，细胞培养物和介质。“食品样品”包括食品加工的物质，最终产品，肉，干酪，酒，牛奶和饮用水。“植物样品”包括源于任何植物，植物组织，植物细胞培养物和介质。“环境样品”来源于环境(例如，来自于湖或者其他水体的液体样品，污水样品、土质样品、地下水、海水和废液样品)。“环境样品”还可包括污水或者其他废水。利用本发明方法得到的所述测试条和合适的检测元件，可以检测任何被分析物。优选利用本发明检测血液样本中的葡萄糖。

实施例1

如图5所示为一个未加工的电阻元件400，该电阻元件为生物传感器中包含电阻的单元。第一步，在测析系统中预选一个信息码

S0＝(200,400]；第二步，触点设备通过数据接收器顶部的滑轨移动，其中的图像采集装置实时采集探针位置及触点位置，将探针位置及触点位置传输到识别系统和图像显示系统，识别系统通过图像判断确定探针位置，图像显示系统实时显示图像；

第三步，识别系统给予触点设备命令“测试触点a401，b402之间电阻值”，数据接收器收到指令后探针通过底部滑轨移动并接触触点a401，b402，图像采集装置同步采集图像信息，并将探针位置信息传输到识别系统和图像显示系统，图像显示系统实时显示图像，同时，电路连通，数据接收器得到触点a401，b402之间电阻值A，并将其传输到测析系统；

第四步，将A与S0进行对比运算，计算出A与S0偏差值S1＝A-200， S1’＝A-400同时激光设备中图像采集装置对激光器与生物传感器的位置进行采集，将图像信息传输到识别系统和图像显示系统，识别系统识别图像信息，图像显示系统实时显示图像；

第五步，识别系统将信息传输到测析系统，测析系统结合偏差值 S1与图像信息，运算S1和S1’均小于0，运行轨迹整体趋势为纵向；

第六步，定位系统给予激光设备“光束运行轨迹”命令，激光设备通过顶部滑轨移动到达电阻体顶部边缘，同时图像采集装置实时采集图像信息，将图像信息传输到识别系统和图像显示系统，识别系统识别图像信息，图像显示系统实时显示图像；

第七步，激光器通过激光针发出激光，激光设备通过滑轨移动完成“光束运行轨迹”指令。

如图6所示，为通过以上步骤得到的加工后的电阻元件。

实施例2

如图5所示为一个未加工的电阻元件400，该电阻元件为生物传感中包含电阻的单元。第一步，在测析系统中预选一个信息码

S0＝622；第二步，触点设备通过数据接收器顶部的机械手臂移动，其中的图像采集装置实时采集探针位置及触点位置，将探针位置及触点位置传输到识别系统和图像显示系统，识别系统通过图像判断确定探针位置，图像显示系统实时显示图像；

第三步，识别系统给予触点设备命令“测试触点a401，b402之间电阻值”，数据接收器收到指令后探针通过底部机械手臂移动并接触触点a401，b402，图像采集装置同步采集图像信息，并将探针位置信息传输到识别系统和图像显示系统，图像显示系统实时显示图像，同时，电路连通，数据接收器得到触点a401，b402之间电阻值A，并将其传输到测析系统；

第四步，将A与S0进行对比运算，计算出A与S0偏差值S1＝A-SO，同时激光设备中图像采集装置对激光器与生物传感器的位置进行采集，将图像信息传输到识别系统和图像显示系统，识别系统识别图像信息，图像显示系统实时显示图像；

第五步，识别系统将信息传输到测析系统，测析系统结合偏差值 S1与图像信息，运算S1大于0，运行轨迹整体趋势为横向；第六步，定位系统给予激光设备“光束运行轨迹”命令，激光设备通过顶部机械手臂移动到达电阻体顶部边缘，同时图像采集装置实时采集图像信息，将图像信息传输到识别系统和图像显示系统，识别系统识别图像信息，图像显示系统实时显示图像；

第七步，激光器通过激光针发出激光，激光设备通过机械手臂移动完成“光束运行轨迹”指令。

如图7所示，为通过以上步骤得到的加工后的电阻元件。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。

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Claims (5)

1.一种生物传感器电阻调节激光系统，其特征在于，包括有：

主体单元，包括有测析系统，定位系统，识别系统以及图像显示系统；

外接单元，包括有触点设备和激光设备；

所述触点设备由与生物传感器的电极接触的探针、图像采集装置和数据接收器组成，用于与所加工的生物传感器上的至少一对电极的触点连接，从而测试所接触生物传感器上的电极之间电阻的大小；所述数据接收器的底部具有移动装置，其用于探针的移动；

所述激光设备由激光器、图像采集装置和激光针组成，用于对电阻进行切割或烧灼，从而让触点设备所接触的电极之间所限定的电阻值改变，达到预先设置的电阻值或者符合预选的信息码；所述激光器上部设置有一个移动装置；

所述测析系统发出探针之间的电阻的测试指令，并与预设信息进行比较，根据比较的结果，计算激光的运行轨迹；

所述定位系统对探针及激光器相对于生物传感器的位置进行调整；

所述图像显示系统显示图像采集装置采集的图像信息，所述识别系统识别该图像信息。

2.根据权利要求1所述的生物传感器电阻调节激光系统，其特征在于所述数据接收器的顶部具有一个移动装置，顶部的移动装置用于触点设备的移动。

3.根据权利要求1或2所述的激光系统，其特征在于所述移动装置为滑轨或机械手臂。

4.根据权利要求1所述的激光系统，其特征在于所述测析系统中预设有信息码，所述信息码用于在生物传感器上编码信息。

5.一种生物传感器电阻调节编码信息的方法，预先设置一个信息码S0，S0为一个非零自然数或一个数据区间，通过探针测得的两个电极之间的电阻为A值，其中A值大于S0或者小于S0，所述电阻调节，包括有以下步骤；

第一步，在测析系统中预选一个信息码S0；

第二步，触点设备中的图像采集装置实时采集探针位置及触点位置，将探针位置及触点位置传输到识别系统和图像显示系统，识别系统通过图像判断确定探针位置，图像显示系统实时显示图像；

第三步，识别系统给予触点设备命令“测试触点X1，X2之间电阻值”，数据接收器收到指令后探针通过底部移动装置移动并接触触点X1，X2，图像采集装置同步采集图像信息，并将探针位置信息传输到识别系统和图像显示系统，图像显示系统实时显示图像，同时，电路连通，数据接收器得到触点X1，X2之间电阻值A，并将其传输到测析系统；

第四步，测析系统中，将A与S0进行对比运算，计算出A与S0偏差值S1＝A-SO，同时激光设备中图像采集装置对激光器与生物传感器的位置进行采集，将图像信息传输到识别系统和图像显示系统，识别系统识别图像信息，图像显示系统实时显示图像；

第五步，识别系统将信息传输到测析系统，测析系统结合偏差值S1与图像信息，运算出光束运行轨迹,并结果传输到定位系统，当S1>0时，运行轨迹整体趋势为横向；当S小于0时，运行轨迹整体趋势为纵向；

第六步，定位系统给予激光设备“光束运行轨迹”命令，激光设备通过顶部移动装置移动到达电阻顶部边缘，同时图像采集装置实时采集图像信息，将图像信息传输到识别系统和图像显示系统，识别系统识别图像信息，图像显示系统实时显示图像；

第七步，激光器通过激光针发出激光，激光设备通过移动装置移动完成“光束运行轨迹”指令。