CN115698696A - 单次使用的一次性参比传感器 - Google Patents

Abstract

一种单次使用的一次性电位计参比传感器包括：绝缘底部基板；参比电极，所述参比电极设置在所述绝缘底部基板上，其中所述参比电极是银‑氯化银电极；内层，所述内层设置在所述参比电极上，其中所述内层是包括无定形多糖和具有等迁移率阳离子和阴离子的盐的无定形盐层；以及可半渗透覆盖膜，所述可半渗透覆盖膜设置在所述内层之上，其中所述可半渗透覆盖膜具有水蒸气和离子渗透性。

Description

单次使用的一次性参比传感器

技术领域

本发明大体涉及电化学传感器。特别地，本发明涉及电化学电位计参比传感器。更具体地，本发明涉及具有膜涂层的平面电化学电位计参比传感器。

背景技术

基本的现有技术电化学传感器通常由具有两个电极的电化学电池组成。第一电极响应于液体样品中的化学物种，并且通常称为指示电极。第二电极是参比电极，其不响应于液体样品组成的变化，并且提供恒定电位，相对于所述恒定电位测量由指示电极从液体样品产生的电位。

过去，用于定量测量包括血液的液体样品中的化学物种的化学分析器通常包括用于清洗和校准多用途传感器的非常复杂的流体结构。因此，此类化学分析器的制造商已经尝试以相对较低的成本生产传感器，使得传感器被用作单次使用的设备。适于此类传感器设备的技术是平面技术。由平面技术制作的传感器包括厚膜技术和薄膜技术两者。

现有技术的平面电化学传感器构造的典型部件是包括平面绝缘基板上的多个金属导体元件的设备。现有技术的平面电化学传感器由多个金属导体元件之上的多个层组成，其中多个金属导体元件的一端暴露以用于连接到外部测量电路，而多个金属导体元件的第二端暴露以用于接收形成整体电解质层的多个涂层，所述整体电解质层包括亲水性层诸如用作水性电解质的凝胶材料以及被选择用于测量液体样品中的特定物种的其他试剂。来自液体样品的化学物种在电极表面发生电化学反应，从而生成电流或电压。所生成的电流或电压通常与所提供的液体样品中的化学物种的浓度成比例，然而，参比电极在整个测量过程中保持稳定。

为了提供在多个过程中有用的电极，诸如例如用于医院、血液化学实验室等中的血液分析操作，希望提供一种小的、具有长储存寿命且廉价的经济上一次性使用的电极。大多数现有技术的电极采用亲水性或水性参比电解质，使得长储存寿命难以实现。亲水性电解质是允许离子传输的水合凝胶等。运送和储存“湿”电解质涉及相对复杂的封装。

盐桥电位计参比电极由银/氯化银(Ag/AgCl)基电极组成，所述电极与浓缩盐水溶液、优选地与等迁移率盐诸如氯化钾接触。浓缩的氯离子使Ag/AgCl电位饱和，而等迁移率的钾和氯离子防止参比传感器和样品界面处的结电位产生。为了长期保持稳定的参比电位，阵列贮存器中盐的量至关重要。在平面传感器阵列中，盐贮存器的大小非常有限，并且一旦其与水溶液接触，它就可迅速(即少于一秒)被冲走。已经有通过尝试各种覆盖膜来解决这个问题的很多努力，这些努力都不是很成功。先前的尝试失败主要是由于疏水性覆盖膜聚合物的水蒸气扩散性质差以及盐穿过膜的渗透性太慢(或太快)。

目前已经报告了一些不同的单次使用电位计参比传感器技术。美国专利号4,933,048(Lauks,1990)公开了一种开结参比电极组件。所述参比电极组件包括涂覆有对离子X可逆的电极材料的金属构件和形成在电极之上的包含离子X的电解质层。电解质延伸超出电极的周边。电解质的延伸超出电极周边的部分被可渗透H₂O分子但不可渗透离子X的膜覆盖。电解质的一部分延伸穿过可渗透膜或以其他方式能够在离电极相对远的位置处与样品溶液形成液体结。因此，离子必须沿着相对长的路径扩散通过液体结与电极之间的电解质，从而为离子扩散提供长的时间常数，同时电解质可相对较快地“润湿”。作为结果，在电解质润湿之后和在离子扩散影响电极邻近位置中的离子浓度之前有一段时间，在此期间电极的电位基本恒定。电解质由包含亲水性聚合物膜的浓缩盐作为内层组成，并且部分地覆盖有可将内层的一小部分直接暴露于样品溶液的疏水性膜。为了实现这种类型的配置，传感器制造过程很复杂，这可导致传感器故障率增加。

美国专利号7,767,068(Lauks等人，2010)公开了异质膜电极。异质膜由油与水溶性隔室的混合物组成。水性部分由盐和包含可交联亲水性聚合物的氧化还原对组成。油部分由可交联疏水性聚合物组成。该混合物乳化以便支持使用分配或印刷的制造过程。接下来的步骤需要沉积层的沉降、脱气和最后的UV固化以使所有隔室固定。由于异质膜的相分离特性(这可引起传感器到传感器的差异)，该过程是一个复杂的时间依赖性过程。

发明内容

众所周知，电位计参比电极必须通过提供稳定的电位而可靠并且不易受环境因素的影响。所有电位计参比电极都具有液体结电位。这些是在参比电极与样品之间产生的边界/界面电位。尽管所有电位计参比电极都具有结电位，但结电位相对恒定且不受参比电极周围的温度或局部化学组合物影响非常重要。

在平面传感器阵列内集成电化学电位计参比电极是单次使用的平面传感器中的关键挑战。

重要的是，结合到平面传感器阵列中的任何单次使用的电位计参比电极都具有相对恒定且可再现的结电位，其中血液样品中各种电解质的浓度可能会根据从其采集血液样品的动物的健康状态而变化。如前所讨论，平面传感器阵列具有带有非常有限尺寸的盐贮存器的电位计参比电极。为了防止有限尺寸的盐贮存器在暴露于血液样品时被快速冲走，必须在电位计参比电极中并入疏水性组分，以防止这种情况发生或将参比电位或参比电极的结电位的任何变化延迟一段时间，在此期间进行血液样品测量。

本发明的一个目标是提供一种单次使用的一次性电化学电位计参比电极/传感器。本发明的另一目标是提供一种具有相对长储存寿命的单次使用的一次性电位计参比电极/传感器。本发明的再一目标是提供一种盐桥电化学电位计参比电极/传感器，其具有在使用时吸收水蒸气后达到活性状态的干燥试剂。

本发明通过提供包括将无定形多糖/盐层与可半渗透覆盖膜结合的单次使用的一次性电位计参比传感器来实现这些和其他目标。

在一个实施方式中，单次使用的一次性电位计参比传感器包括：绝缘底部基板；参比电极，所述参比电极设置在绝缘底部基板上，其中参比电极是银-氯化银电极；内层，所述内层设置在参比电极上，其中内层是包括无定形多糖和具有等迁移率阳离子和阴离子的盐的无定形盐层；以及可半渗透覆盖膜，所述可半渗透覆盖膜设置在内层之上，其中可半渗透覆盖膜具有水蒸气和离子渗透性。

在一个实施方式中，无定形多糖具有无定形性质，使得当用盐过饱和时，无定形多糖和盐在内层形成时不会分离。

在一个实施方式中，无定形多糖选自各种化合物，包括但不限于普鲁兰、葡聚糖和淀粉糖。

在一个实施方式中，盐是氯化钾、氯化铵、硝酸钾、乙酸锂等中的一种，其中阳离子和阴离子具有基本上等迁移率。

在一个实施方式中，可半渗透覆盖膜由氯磺化聚乙烯制成或由乙酸丁酸纤维素聚合物制成。

在另一实施方式中，单次使用的一次性电化学传感器包括：具有感测表面的绝缘底部基板；形成在感测表面上的电位计工作电极，其中电位计工作电极具有设置在其上的物种特定试剂基质，其中物种特定试剂基质具有被选择用于测量液体样品中的特定物种的一个或多个层；以及形成在感测表面上的电位计参比电极，其中参比电极是在其上具有多层参比涂层的银-氯化银电极。多层参比涂层具有设置在Ag/AgCl参比电极上的内层以及设置在内层之上的可半渗透覆盖膜，其中内层包括无定形多糖和具有等迁移率阳离子和阴离子的盐，可半渗透覆盖膜是可半渗透疏水性聚合物，其中可半渗透覆盖膜具有水蒸气渗透性和离子渗透性。

在一个实施方式中，一种形成单次使用的一次性电位计参比传感器的方法包括：提供传感器主体，所述传感器主体具有带有至少一个导电路径的绝缘底部基板和设置到绝缘底部基板上的绝缘和试剂保持层，其中位于绝缘底部基板之上的绝缘和试剂保持层具有至少一个试剂保持开口，其中至少一个试剂保持开口暴露至少一个导电路径的一部分；将包含无定形多糖和具有等迁移率阳离子和阴离子的盐的无定形盐层混合物设置到至少一个试剂保持开口中的一者中；干燥无定形盐层混合物，从而形成内层；将包含疏水性聚合物的覆盖膜溶液设置在内部亲水性层之上；以及干燥覆盖膜溶液，从而形成可半渗透覆盖膜，其中可半渗透覆盖膜具有水蒸气渗透性和离子渗透性。

在一个实施方式中，无定形盐层混合物通过以下方式来形成：将包含预限定量的无定形多糖和预限定量的3mol/L盐溶液的多种组分添加在一起，并且混合多种组分，从而形成无定形盐层混合物。

在一个实施方式中，无定形盐层混合物通过以下方式来形成：测量750毫克的无定形多糖，测量3毫升体积的3mol/L盐溶液，并且混合多种组分，从而形成无定形盐层混合物。

在一个实施方式中，覆盖膜溶液通过以下方式来形成：测量预限定量的疏水性聚合物，所述疏水性聚合物是氯磺化聚乙烯或乙酸丁酸纤维素中的一种，并且将疏水性聚合物混合进预限定量的THF/环己酮，从而形成覆盖膜溶液。

在一个实施方式中，覆盖膜溶液通过以下方式来形成：测量8-10重量％的氯磺化聚乙烯或乙酸丁酸纤维素中的一种，并且将疏水性聚合物混合进预限定量的THF/环己酮，从而形成覆盖膜溶液。

在再一实施方式中，一种形成单次使用的一次性电化学电位计参比传感器的方法包括：提供传感器主体，所述传感器主体具有带有至少一个导电路径的绝缘底部基板以及设置在绝缘底部基板上的绝缘和试剂保持层，其中绝缘和试剂保持层具有至少一个试剂保持开口，其中至少一个试剂保持开口暴露至少一个导电路径的一部分；将包含无定形多糖和具有等迁移率阳离子和阴离子的盐的无定形盐层混合物设置到至少一个试剂保持开口中的一者中；干燥无定形盐层混合物，从而形成内层；将包含疏水性聚合物的覆盖膜溶液设置在亲水性内层之上；以及干燥覆盖膜溶液，从而形成可半渗透覆盖膜，其中可半渗透覆盖膜具有水蒸气渗透性和离子渗透性。

在一个实施方式中，公开了一种用于将电位计参比电极制成单次使用的一次性参比传感器的多层试剂基质。多层基质包括由包含无定形多糖和盐的无定形盐层混合物形成的内层，其中内层覆盖Ag/AgCl参比电极。无定形多糖具有无定形性质，使得当用盐过饱和时，无定形多糖和盐在内层形成时不会分离。由覆盖膜溶液形成的疏水性覆盖膜设置在内层之上，覆盖膜溶液包含疏水性聚合物，其中疏水性可半渗透膜聚合物是水蒸气和离子可渗透的。

在一个实施方式中，内层是氯化钾与普鲁兰、葡聚糖和淀粉糖中的至少一种的混合物。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的透视图，其示出电位计参比传感器。

图2是图1中实施方式的分解视图，其示出电位计参比传感器的两个部件层。

图3是电位计参比传感器的电绝缘底部层的顶视图。

图4是电绝缘试剂保持层的顶视图。

图5是沿着图1中的线5-5截取的电位计参比传感器的放大剖视图。

图6是电位计参比电极的多层试剂基质的放大视图，其示出内层和疏水性覆盖膜层。

图7是连接到流通池以用于测试参比传感器的结电位的稳定性和再现性的电位计参比传感器的例示性顶视图。

图8是示出在各种离子强度溶液中本发明的电位计参比传感器结电位读数相对于双结参比电极的稳定性的图示。

具体实施方式

本发明在图1至图8中示出。在一个实施方式中，本发明的单次使用的一次性电位计参比传感器10是使用2层构造制作的单次使用的一次性电化学传感器5的一部分(参见图1至图4)。2层构造具有层合体12，所述层合体包括电极端部部分14、电接触端部部分16、工作电极17、电极端部部分14处的参比电极18以及电接触端部部分16处的电接触垫16a和16b。层合体12还包括电绝缘底部层20，以及电绝缘和电极限定层30。层合体12的所有层由介电材料、优选地由塑料制成。优选的介电材料的实例是聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚砜、尼龙、聚氨酯、硝酸纤维素、丙酸纤维素、醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、聚酯、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等。

绝缘底部层20具有导电层21，在所述导电层上限定至少两个导电路径22和24。导电路径22和24可通过对导电层21进行划线或刻痕，或通过将导电路径22和24丝网印刷到绝缘底部层20上来形成。导电层21的划线或刻痕可通过对导电层21进行机械划线从而形成足以形成至少两个独立导电路径22和24的非导电刻痕线28来完成。本发明优选的划线或刻痕方法是通过使用二氧化碳激光、YAG激光或准分子激光来完成的。导电层21可由任何导电材料制成，诸如例如铜、金、氧化锡/金、钯、其他贵金属或它们的氧化物、或碳膜组合物。该实施方式中所使用的导电材料是钯。底部层20的可接受厚度在0.002英寸(0.05mm)至0.010英寸(0.25mm)的范围内。用于底部层20的一种这样的可用材料是由Marian公司,Indianapolis,Indiana出售的0.005英寸(0.125mm)的钯聚酯膜(货号Melinex 329)。

绝缘和电极限定层30具有至少两个开口32和34。开口32暴露导电路径22的一部分，并且开口34暴露导电路径24的一部分，从而形成试剂保持井。在该实施方式中，绝缘和电极限定层30是可从Transcendia公司,Franklin Park,Illinois获得的医用级单面粘合带/膜。在本发明中使用的带的可接受厚度在约0.001英寸(0.025mm)至约0.005英寸(0.13mm)的范围内。一种这样的带/膜，货号PE31280(约0.002英寸(0.045mm))被使用，因为它易于处理并且在保持足够量的化学试剂的能力方面具有良好的性能。应当理解，带的使用不是必需的。绝缘和电极限定层30可由塑料片材制成并且可涂覆有压敏粘合剂、光聚合物，超声粘结到底部层20，丝网印刷到底部层20上，或3-D印刷到底部层20上，以实现与使用提到的聚酯带相同的结果。

至少两个开口32和34分别限定电极区域W和R，形成工作电极W和参比电极R。通常，工作电极W装载有直接沉积到导电层21在电极区域W中暴露的部分上的试剂基质，其中试剂基质被配制用于测量液体样品中的特定物种。预期第二工作电极、第三工作电极和更多个工作电极可与一个参比传感器10结合并入电化学传感器中。还预期参比传感器可以是与用于测量样品液体的一个或多个工作电极中的任何一个分离的、独立的传感器，并且只要工作电极和参比传感器10接触相同液体样品，参比传感器仍然正常工作。

在组合传感器中，工作电极和参比电极各自分别与单独的导电路径22和24电接触。单独的导电路径终止并暴露，以便与同层合体12的电极端部部分14相对的端部上的读取设备进行电连接。

试剂保持开口的尺寸优选地制作得尽可能小，同时仍然能够保持足够的化学试剂以使传感器正常工作。该实施方式中的试剂保持开口的形状为圆形并且具有约0.03英寸(约0.76mm)的直径。两个试剂保持开口32、34彼此对齐并且彼此间隔约0.0256英寸(0.65mm)。圆形试剂保持开口仅用于例示性目的。应当理解，试剂保持开口的形状不是关键的，并且开口的尺寸更多地受将试剂基质混合物分配到开口中的技术可行性和其他制造限制驱动。

当参比传感器与流通池耦接时可能的电极布置应当为W-R。如果包括两个或更多个工作电极传感器，则布置应当为W-W-R，其中被列为电极布置的布置将基于首先穿过工作电极传感器W，然后最后穿过参比电极传感器R的样品流动方向出现。换句话讲，流体样品进入流通池70，流体样品将首先覆盖工作电极传感器W，然后覆盖参比电极传感器R。在这种情况下该位置布置很重要，因为如果工作电极传感器在参比传感器的下游，则KCI离子从参比传感器的释放可能污染工作电极传感器。

优选地，电位计参比电极18(电极井34)可装载有Ag/AgCl层(例如，通过施加Ag/AgCl墨水或通过(a)溅射涂覆Ag层，之后氯化Ag或(b)溅射涂覆Ag/AgCl层)或其他不需要氧化还原介体来正常工作的参比电极材料。设置/沉积在Ag/AgCl层上的是亲水性内层。内层是作为无定形盐层的无定形结构层。无定形盐层包括无定形多糖和具有等迁移率阳离子和阴离子的盐。

现在转到图3和图4，示出底部层20以及绝缘和试剂保持层30的顶视图。如图3所示，导电路径的对称性使得底部层20的任一纵向端部可被指定为电极端部部分14或电接触端部部分16，这取决于绝缘和试剂保持层30相对于底部层20的取向和组装过程。在该实施方式中，底部层20在导电层21中具有限定两个单独的导电路径的划线标记。应当理解，绝缘底部层可具有一个、两个或更多个导电路径，其中另外的导电路径可以被指定用于类似的或其他的分析物传感器试剂，从而使电化学传感器成为多分析物传感器。

图4是绝缘和试剂保持层30的顶视图。绝缘和试剂保持层30具有两个或更多个开口，所述两个或更多个开口彼此间隔开，使得每个开口与在底部层20上限定的导电路径中的一者重合。可以清楚地理解，如果仅制作参比电极，则绝缘和试剂保持层将仅包括底部层20上的一个导电路径。应当理解，本文公开的导电路径可由任何非腐蚀金属制成。碳沉积物诸如例如碳糊或碳墨也可以用作导电路径，所有这些都是本领域普通技术人员所熟知的。

现在转到图5，示出沿着图1中的线5-5截取的参比传感器10的放大剖视图。应当理解，层20、30、金属涂层21、电极井34以及电位计参比电极试剂基质60的相对尺寸不是按比例的，而仅仅是为了说明参比传感器10的各种部件。如图5所示，绝缘底部层20具有设置在其上的导电层21和形成到导电层21上的Ag/AgCl层70。绝缘和试剂保持层30具有包含电位计参比电极试剂基质60的试剂保持开口34。

图6是电位计参比电极试剂基质60的放大视图。多层试剂基质60包括亲水性聚合物层50和疏水性聚合物层40。内层50包括无定形多糖52和盐54。顾名思义，疏水性覆盖膜层40不是水溶性的，而是水蒸气和离子可渗透的。

用作内层50的聚合物应当具有足够的水溶性并且还应当能够将试剂中的所有其他化学物质稳定到电极区域中的导电表面层21。合适的聚合物包括但不限于无定形多糖(包括但不限于普鲁兰、葡聚糖、淀粉糖等)。内层50可以是单一聚合物或优选浓度范围为约0.02％(w/w)至约7.0％(w/w)的聚合物的组合。本发明的内层中优选的亲水性部分是普鲁兰。

内层还包含等迁移率盐，诸如氯化钾、硝酸钾、氯化铵、乙酸锂等。

在可半渗透膜层中使用的可接受聚合物包括氯磺化聚乙烯聚合物和乙酸丁酸纤维素聚合物。在实例中使用的聚合物是氯磺化聚乙烯。它可从Scientific PolymerProducts,Ontario,NY,USA获得。

图7是示出连接到流通池70以用于确定参比传感器10的结电位的电位计参比传感器10的顶视图图解。流通池70具有测试室74，并且设置了一个或多个参比电极18。测试室74具有测试室入口72，所述测试室入口连接到六通阀100以提供五个测试样品，每个测试样品具有不同的离子强度。预限定量的五个测试样品中的每一个被串联地供应到测试室74，以用于确定参比传感器10在五个测试样品中的每一个中的结电位。应当理解，参比传感器10电连接到标准双结参比电极200并且两者都连接到适当的电子设备以执行结电位测量。

内层和可半渗透膜层组合物的制备

用于创建内层的亲水性混合物的试剂层组合物优选地以两个步骤制备(尽管它可以一个步骤制备)：

步骤1：将750mg的普鲁兰(无定形多糖)和3ml的3mol/L KCI溶液添加到一起。

步骤2：将上述步骤1中的组分混合，直到无定形多糖完全溶解在KCI溶液中。

用于创建可半渗透膜的覆盖膜溶液的试剂层组合物也优选以两个步骤制备(尽管它也可以一个步骤制备)：

步骤1：在THF/环己酮中添加8-10重量％的氯磺化聚乙烯聚合物或醋酸丁酸纤维素中的一者。

步骤2：将步骤1中的成分混合在一起形成覆盖膜溶液。

传感器构造

本发明的各种实施方式的组装相对简单。通常，绝缘底部层20以及绝缘和试剂保持层30层压到彼此，之后将适当的试剂混合物分配到试剂保持开口中。

对于图1中所示的2层构型，更具体地，将一片涂覆有钯的聚酯膜(仅涂覆在一侧上)切割成如图2所示的形状，形成传感器10的底部层20。尽管机械划线是一种选择，但优选使用激光对导电钯聚酯膜进行刻痕。如图2所示，膜由激光进行刻痕，使得在样品流体端部14处形成至少两个电极区域并且在电接触端部16处形成至少两个接触点22和24。如果仅制作电位计参比传感器10，则仅形成样品流体端部14处的一个电极区域和电接触端部16处的一个接触点。刻痕线非常细，但足以创建两条单独且不同的导电路径。如果仅制作电位计参比传感器10，则可选的刻痕线可沿着参比传感器10的周边制作，以减少静态电位对参比传感器10的影响的可能性。然后将一块单面粘合带切割成一定尺寸和形状，形成绝缘和电极限定层30，使得其将覆盖底部层20的导电层21的大部分，除了暴露在图1中由附图标记16示出的小的电接触区域。

在组合传感器中将绝缘和电极限定层30附接到底部层20之前，通过激光或通过机械装置诸如冲模组件冲压出至少两个尺寸基本相等的开口32和34，从而在绝缘和电极限定层30中创建开口32和34。电极开口的形状可以是任何形状。在所示的实施方式中，开口是圆形。开口32和34的优选洞尺寸具有约0.030英寸(0.76mm)的典型直径，但可以是任何尺寸。如图2所示，电极开口32和34彼此对齐并且在相邻开口之间具有约0.020英寸(0.508mm)至约0.050英寸(1.27mm)的间距。圆形开口仅用于例示性目的。应当理解，开口的形状和尺寸或它们之间的距离不是关键的。只要表面积的比率保持基本恒定，圆形开口就不必在尺寸上基本相等。尽管电极的布置可以是任何组合，但是形成在开口32和34中的电极的优选布置是如从测试室入口72定位的W(工作电极)和R(电位计参比电极)。然后以限定用于创建工作电极W和参比电极R的电极井的这种方式将绝缘和电极限定层30附接到底部层20。预期如果仅制作参比传感器10，则参比传感器10在样品室70中的位置将被放置在与如前述位置布置相似的位置布置中。

为了创建电位计参比传感器，将预限定量的亲水性混合物分配到电位计参比电极井34中以完全覆盖Ag/AgCl电极并干燥。例如，它可以在室温下风干几分钟或在37℃下干燥更短的时间，形成内层。在高于室温的温度下干燥更短的时间使得制造过程更有效率。内层混合物及其组合物如上所述。在此干燥过程期间，随着3mol/L KCI溶液中的水蒸发，无定形多糖和氯化钾沉积到金属层上。多糖的无定形性质使得多糖可与高浓度的盐(即过饱和)混合，当多糖/盐溶液干燥成均匀的内层膜时，多糖和盐没有任何分离。这种形成的内层在与扩散穿过覆盖膜的水蒸气接触时加速盐的溶解，这快速生成离子并开始补偿可半渗透膜界面处的结电位，同时稳定平面阵列上的Ag/AgCl电位。

接下来，将覆盖膜溶液分配到内层上，使得溶液完全覆盖内层。覆盖膜溶液在室温下风干过夜或在37℃下干燥30秒或更长时间。在此过程期间，覆盖膜组分(即氯磺化聚乙烯)形成可渗透水蒸气和离子的疏水性层。在此电位计参比传感器的情况下，当内层被校准物或样品水合时，水蒸气从电位参比传感器暴露于其中的样品溶液扩散到内层中，溶解盐，由此来自等迁移率盐的阳离子和阴离子穿过可半渗透膜层传输到样品溶液，从而防止样品/覆盖膜界面处的结电位波动。如前所讨论，可半渗透膜层允许水蒸气和离子扩散穿过覆盖膜，而内层包含水溶性亲水性聚合物和盐，当测量样品中的特定物种时，这在传感器阵列中的工作电极和参比电极之间形成电连接，或者在确定电位计参比传感器结电位的稳定性的情况下，与图7所示的标准双结参比电极形成电连接。

干燥试剂所需的时间长度取决于执行干燥过程的温度。

测试电位计参比传感器的结电位的稳定性

一个或多个电位计参比传感器10与标准双结参比电极200一起连接到如图7所示的流通池。当流体样品被供应到图1所示的本发明的电位计参比传感器时，流体样品进入流通池70并流过电极W和R，并且穿过双结参比电极200并停止达预限定的时间段。

电位法用于使用恒电位器诸如Lawson Labs EMF16恒电位器,Malvern,PA测量参比传感器10的结电位。如图1中示出和上述的那些电位计参比传感器制作的电位计参比传感器被用来测试本发明的参比传感器10当在进行初始80秒的水合后暴露于各种离子强度溶液(80-200mmol/L)时在这些离子强度溶液中的一种中的结电位。

实施例1

电位计参比电极结电位在不同离子强度溶液水平下的稳定性和再现性的演示

使用具有不同离子强度(IS1至IS5)的液体样品来确定本发明的单次使用的、一次性的参比传感器的结电位的稳定性。使用本发明的电位计参比传感器相对于标准双结参比电极测量结电位。使用恒电位器来测量本发明的单次使用的一次性参比传感器10与标准双结参比电极200之间的结电位。恒电位器是Lawson Labs EMF16恒电位器,Malvern,PA。

该过程包括使离子强度为140mmol/L的初始溶液流入流通池中，到达每个被测试的参比传感器以及双结参比电极并停止，从而允许样品溶液在流通池中停留80秒以使电位计参比传感器的内层水合。在80秒水合期结束时，测量结电位。在初始离子强度样品后，四个另外的连续样品以大约四十(40)秒的间隔各自流入流通池中，停止并测量电位。在大约每个40秒间隔，测量结电位，如下表1所示。

在此实例中，制作使用钯基板的多个电位计参比传感器以用于测试参比传感器的结电位。结果在表1中示出。

表1

使用5个一次性电位计参比传感器10在从约80秒至约240秒的持续时间内测试每种离子强度溶液。计算平均值并将其显示在表1中。还提供了每个测试的参比传感器的标准偏差值。

图8示出本发明的电位计参比电极/传感器(即内层/可半渗透覆盖膜层电极)对140mmol/L(IS1)、80mmol/L(IS2)、100mmol/L(IS3)、160mmol/L(IS4)和200mmol/L(IS5)的不同离子强度水溶液的结电位响应。如图8所示，单次使用的电位计参比传感器中的毫伏变化看起来与溶液的离子强度无关。特定参比传感器的所测量的总体毫伏变化小于+/-0.1mV。

结电位相对稳定并且看起来在上述五个离子强度溶液范围的整个测量中没有波动。数据表明，覆盖膜允许内层相对较快地水合、足够的离子释放速率(这足以防止参比传感器的结电位出现任何异常)，并且当与水溶液接触时，在相对长的时期(大约4分钟)内保持高离子浓度。数据进一步表明，一个参比传感器10到其他类似参比传感器10的结电位在参比传感器之间相对一致。对于给定的离子强度溶液，从一个参比传感器10到另一参比传感器10的结电位差小于+/-0.33mV。这表明可制作和使用本发明的电位计参比电极10，而没有从一个参比电极10到另一参比电极10的结电位中的显著变化，使其适合作为单次使用的、一次性的电位计参比传感器。

本发明相对于现有技术的单次使用电位计参比传感器的优点包括零维护、可接近性、易用性、减少污染、成本效率、快速分析、便利等。

尽管本文中已经描述本发明的优选实施方式，但以上描述仅为例示性的。相应领域技术人员将了解本文公开的本发明的其他修改，并且所有此类修改被认为在如由附加权利要求限定的发明范围内。

Claims (18)

1.一种单次使用的一次性电位计参比传感器，包括：

绝缘底部基板；

参比电极，所述参比电极设置在所述绝缘底部基板上，其中所述参比电极是银-氯化银电极；

内层，所述内层设置在所述参比电极上，其中所述内层是包括无定形多糖和具有等迁移率阳离子和阴离子的盐的无定形盐层；以及

可半渗透覆盖膜，所述可半渗透覆盖膜设置在所述内层之上，所述可半渗透覆盖膜具有水蒸气渗透性和离子渗透性。

2.如权利要求1所述的单次使用的一次性电位计参比传感器，其中所述无定形多糖具有无定形性质，使得当用所述盐过饱和时，所述无定形多糖和所述盐在所述内层形成时不会分离。

3.如权利要求1所述的单次使用的一次性电位计参比传感器，其中所述无定形多糖选自由普鲁兰、葡聚糖和淀粉糖组成的组。

4.如权利要求1所述的单次使用的一次性电位计参比传感器，其中所述盐是氯化钾。

5.如权利要求1所述的单次使用的一次性电位计参比传感器，其中所述可半渗透覆盖膜由氯磺化聚乙烯或乙酸丁酸纤维素中的一种制成。

6.一种单次使用的一次性电化学传感器，包括：

具有感测表面的绝缘底部基板；

形成在所述感测表面上的电位计工作电极，其中所述工作电极具有设置在其上的物种特定试剂基质，其中所述物种特定试剂基质具有被选择用于测量液体样品中的特定物种的一个或多个层；以及

形成在所述感测表面上的电位计参比电极，其中所述参比电极是在其上具有多层参比涂层的银-氯化银电极，所述涂层包括：

内层，其中所述内层是包括无定形多糖和具有等迁移率阳离子和阴离子的盐的无定形盐层；以及

可半渗透覆盖膜，所述可半渗透覆盖膜设置在所述内层之上，所述可半渗透覆盖膜具有水蒸气渗透性和离子渗透性。

7.如权利要求6所述的单次使用的一次性电化学传感器，其中所述无定形多糖具有无定形性质，使得当用所述盐过饱和时，所述无定形多糖和所述盐在所述内层形成时不会分离。

8.如权利要求6所述的单次使用的一次性电化学传感器，其中所述无定形多糖选自由普鲁兰、葡聚糖和淀粉糖组成的组。

9.如权利要求6所述的单次使用的一次性电化学传感器，其中所述盐是氯化钾。

10.如权利要求6所述的单次使用的一次性电化学传感器，其中所述可半渗透覆盖膜由氯磺化聚乙烯或乙酸丁酸纤维素中的一种制成。

11.一种形成单次使用的一次性电化学电位计参比传感器的方法，包括：

提供传感器主体，所述传感器主体具有带有至少一个导电路径的绝缘底部基板以及设置到所述绝缘底部基板上的绝缘和试剂保持层，其中所述绝缘和试剂保持层具有至少一个试剂保持开口，其中所述至少一个试剂保持开口暴露所述至少一个导电路径的一部分；

将包含无定形多糖和具有等迁移率阳离子和阴离子的盐的无定形盐层混合物设置到所述至少一个试剂保持开口中的一者中；

干燥所述无定形盐层混合物，从而形成作为无定形结构层的内层；

将包含疏水性聚合物的覆盖膜溶液设置在所述内层之上；以及

干燥所述覆盖膜溶液，从而形成可半渗透覆盖膜，其中所述可半渗透覆盖膜具有水蒸气渗透性和离子渗透性。

12.如权利要求11所述的方法，进一步包括：形成所述无定形盐层混合物，其包括：

将包含预限定量的无定形多糖和预限定量的3M盐溶液的多种组分添加到一起；以及

混合所述多种组分，从而形成所述无定形盐层混合物。

13.如权利要求11所述的方法，进一步包括：

测量750毫克的所述无定形多糖；以及

测量3毫升体积的所述3M盐溶液。

14.如权利要求11所述的方法，进一步包括：形成所述覆盖膜溶液，其包括：

测量预限定量的所述疏水性聚合物，所述疏水性聚合物是氯磺化聚乙烯聚合物或乙酸丁酸纤维素聚合物中的一种；以及

将所述疏水性聚合物混合进预限定量的THF/环己酮，从而形成所述覆盖膜溶液。

15.如权利要求11所述的方法，进一步包括：测量8-10重量％的氯磺化聚乙烯或乙酸丁酸纤维素。

16.一种用于将参比电极制成参比传感器的多层试剂基质，所述试剂基质包括：

由包含无定形多糖和盐的无定形盐层混合物形成的内层，所述内层覆盖所述电位计参比电极，其中所述无定形多糖具有无定形性质，使得当用所述盐过饱和时，所述无定形多糖和所述盐在所述内层形成时不会分离；以及

由覆盖膜溶液形成的可半渗透覆盖膜，所述可半渗透覆盖膜设置在所述内层之上，所述覆盖膜溶液包含疏水性聚合物，其中所述疏水性聚合物是水蒸气和离子可渗透的。

17.如权利要求16所述的试剂基质，其中所述内层是氯化钾与普鲁兰、葡聚糖和淀粉糖中的至少一种的混合物。

18.如权利要求16所述的试剂基质，其中所述可半渗透膜由氯磺化聚乙烯或乙酸丁酸纤维素中的一种制成。

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