CN1856703A - 生物传感器及其生产方法 - Google Patents

Abstract

一种小型化的生物传感器，其中电极形成于一片电绝缘的基板上，并且将平面基板的片加工成立体，以使电极配置于基板的内侧以提供平面或立体电极配置，因此由毛细管现象引入的样品能够在小空间内定量测量。一种生物传感器的生产方法，包括以下步骤：弯曲板构件以使形成于电绝缘的板构件表面的电极配置于内侧，并且将电极配置在被基板和盖包围的空间内，因此由一片板构件形成基板和盖。

Description

生物传感器及其生产方法

发明背景

发明领域

本发明涉及生物传感器。更具体地，本发明涉及用于以下的生物传感器：家庭自我诊断用的血糖计、尿糖计、糖基化血红蛋白计、乳酸计、胆固醇计、尿酸计、蛋白质计、单核苷酸多态性传感器、基因诊断用DNA芯片，以及乙醇计、谷氨酸计、丙酮酸计和pH计，其中不同流体的组分浓度通过使用酶等进行电化学测定。本发明也涉及生产生物传感器的方法，包括折叠和弯曲步骤。更具体地，本发明涉及以下生产方法：优选包括折叠和弯曲步骤以及切断步骤，或者折叠和弯曲步骤和固定步骤。

相关技术说明

对于一次性传感器(专利文件1，JP-A-47-500，专利文件3：JP-A-52-142584)，已知有传感器机制(图1，专利文件7：JP-A-1-291153)，其具有立体结构用于确保定量，并且通过应用毛细管作用可以自动引入样品到传感器的内部(专利文件5：JP-A-56-79242，专利文件6：JP-T61-502419)。具有这种类型结构的传感器是通过在电绝缘的基板1上配置间隔2以及还有盖3而构成的。在基板上形成电极模式4；并且在盖上形成气孔5为毛细管作用排气所必要。为了以毛细管作用经过基板、间隔和盖引入预定量的样品流体6到检测部分，在其一侧形成具有气孔的5样品导入口7和样品传输通路8。这些构成部分必须是预先坯好的(blanked out)，每个具有它们自己预定的形状。为了在立体结构加工中准确装配这些部分，它们的位置必须预先测定。随着构成部分数量的增加，因此，用于生产目的传感器机制的立体结构方法就更复杂。此外，当传感器要求分子识别元件(element)、对其涂布的试剂比如介质(专利文件2：JP-A-48-37187，专利文件4：JP-A-54-50396)以及在其中形成用于避免干扰物质对其的任何干扰的膜(专利文件8：JP-A-3-202764)时，那么生产它们的方法将会更复杂。

关于生物传感器的文件及其中的关键词在以下列出：

专利文件1：JP-A-47-500(Miles)

一次性传感器，干试剂

专利文件2：JP-A-48-37187(Roche)

酶，介质

专利文件3：JP-A-52-142584(Kodak)

一次性传感器

专利文件4：JP-A-54-50396(Matsushita)

酶，介质

专利文件5：JP-A-56-79242(United)

毛细管

专利文件6：JP-T61-502419(Unilever)

毛细管

专利文件7：JP-A-1-291153(Matsushita)

基本结构，样品导入口，多项目检测传感器

专利文件8：JP-A-3-202764(Matsushita)

基本结构，血细胞过滤膜

专利文件9：JP-A-5-199898(Toshiba)

DNA芯片

专利文件10：JP-A-9-222414(NOK)

pH传感器

专利文件11：JP-A-2001-204494

糖基化血红蛋白传感器

专利文件12：WO 01/33216 A1(Serasense)

面对面(facing)电极，样品导入口

专利文件13：US 4225410(Technicon)

阵列电极

专利文件14：US 5653864(NOK)

蛋白质传感器

专利文件15：US 6071391(NOK)

样品导入口，面对面电极

非专利文件1：A.Ahmadian等，Biotechniques，32，748(2002)

SNPs

发明概述

上述常规传感器要求很多步骤和很多材料用于它们的生产，并且会有复杂的结构。因此，它们的生产线需要大量的资金总额，产品的可生产性不好，并且生产成本高。当然，在制备这些材料和生产这些产品时的环境负荷很大。而且，关于他们的性质，由于传感器是用复杂步骤的方法生产的(尤其是为了在基板上形成构成单元(constitutive unit)时准确定位)，它们在作为生产的产品的传感器特征的波动或分布指标的变异系数(CV)方面不令人满意。此外，由于生物传感器的形状改变引起其测量准确性和重现性的降低，因此，生物传感器期望在生产后保持其长期形状稳定性，盖和其他部分不翘曲或变形。

为了解决上述问题，本发明提供通过折叠或弯曲或者折叠和弯曲一片电绝缘的平面基板而生产的生物传感器。

生物传感器

本发明的生物传感器可以包括配置于夹在基板和盖之间的空间内的电极、用于注入样品到该空间的样品导入口、和从样品导入口延伸经过该电极的样品传输通路，其中基板和盖通过折叠和弯曲一片电绝缘的板构件而形成，电极固定在板构件表面上，该板构件以其表面向内折叠和弯曲使得电极配置于夹在基板和盖之间的空间内，并且样品传输通路配置于板构件的表面，并被为了面对面配置基板和盖而设的粘胶层所限定。

根据本发明，电极和粘胶层在一片电绝缘的板构件的表面上形成，并且板构件被折叠和弯曲以简单方式生产生物传感器。

在上述中，为了更简单地生产生物传感器，可以沿着板构件的部分形成穿孔，板构件沿着该穿孔被折叠和弯曲。

本发明的生物传感器可以包括通过将一片电绝缘的板构件的弯曲成圆筒状结构而形成的传感器体、在传感器体的内壁上配置的电极、在圆筒的一端或侧面形成的样品导入口，和从样品导入口延伸经过该电极的样品传输通路。圆筒状结构可以是圆柱、椭圆柱、半圆柱、扇形柱(fan-columnar)、月牙形柱、三角形柱(triangle-columnar)、方形柱(square-columnar)或多角柱(polygon-columnar)。

根据本发明，电极可以固定在一片电绝缘的板构件的表面上，并且该板构件可以被加工成圆筒状结构，由此可以生产装备有样品传输通路的圆筒状生物传感器。

本发明还提供具有提供在样品传输通路经过的电极或盖上的试剂层的生物传感器。根据本发明，来自样品传输通路的样品可以保持与电极或盖上的试剂层接触，并且样品因此与试剂反应。该反应作为电极上的电改变而被监测。

样品导入口可以在样品传输通路的一端或中点，只要其位于样品可以被注射到样品传输通路中的位置。

本发明中，表面活性剂和/或脂质可以被涂布在样品导入口周围，或涂布在样品传输通路表面和试剂层及其周围。用表面活性剂或脂质涂布，该区域能使其周围的样品平滑地流动。对于脂质，优选卵磷脂。对于用其涂布，脂质优选溶解在溶剂中。当用卵磷脂时，其溶剂优选2-丁醇。样品导入口可以设计成其尖端具有曲线部分。

板构件可以选自任何塑料、生物可降解材料或纸，只要是电绝缘的。塑料的一个优选实例是聚对苯二酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate)。

电极可以由任何下列物质形成：碳、银、银/氯化银、铂、金、镍、铜、钯、钛、铱、铅、氧化锡或铂黑(platinum black)。碳可以选自任何碳纳米管(nanotubes)、碳微线圈(microcoil)、carbon nanohorns、富勒烯(fullerenes)、树枝状高分子或其衍生物。电极可以以任何丝网印刷法、蒸镀法、溅射法(sputtering)、箔粘着法(foil-sticking)或电镀法形成于板构件上。

电极可以被保护层(resist layer)限定。该保护层可以以丝网印刷法形成。

粘胶层也可以根据丝网印刷法形成。胶粘剂优选是丙烯酸树脂，更优选热固化性树脂或光固化性树脂，更优选可见射线固化性丙烯酸树脂。

试剂层可以根据丝网印刷法或分配器(dispenser)方法形成；并且试剂层在电极表面、板构件表面或盖上的固定，可以根据伴随干燥的吸附法或共价键合的方法。

优选地，试剂层在纯化后形成。对于纯化，例如，试剂可以通过膜过滤。通过纯化，杂质可以从试剂中除去。

不限制于一个位置，试剂层可以配置在两个或多个位置。在这种情况下，可以提供两种或多种不同类型的试剂层。当这样的试剂层在两个或多个位置中形成时，可以在它们之间提供凸起分隔(partition)。该凸起分隔可以根据丝网印刷法形成。凸起分隔可以由任何碳、保护剂或吸水性材料形成。

试剂层可以含有任何酶、抗体、核酸、引物、肽核酸、核酸探针、微生物、细胞器、受体、细胞组织、分子识别元件比如冠醚、介质、嵌入剂、辅酶、标记的抗体物质、底物、无机盐、表面活性剂、脂质或它们的组合。酶可以是任何氧化酶或脱氢酶，比如葡萄糖氧化酶、果糖基胺氧化酶、乳酸氧化酶、尿酸氧化酶、胆固醇氧化酶、乙醇氧化酶、谷氨酸氧化酶、丙酮酸氧化酶、葡萄糖脱氢酶、乳酸脱氢酶、乙醇脱氢酶，和胆固醇酯酶、蛋白酶、DNA聚合酶或它们的组合。

试剂层可以不只单独含有酶也可以含有酶和介质的组合。介质可以选自铁氰化钾、二茂铁和苯醌。试剂层含有无机盐比如氯化钠或氯化钾与醌氢醌的组合。

试剂层可以含有引物、DNA聚合酶和脱氧核苷三磷酸的组合。进一步，试剂层可以含有无机盐比如氯化钠或氯化钾与醌氢醌的组合，和引物、DNA聚合酶和脱氧核苷三磷酸。

当生物传感器是用作DNA芯片时，核酸探针优选作为试剂层固定于其中。

本发明涉及一种生物传感器装置，包括：上述本发明的生物传感器，测量生物传感器的电极的电参数值的测量单元，及显示测量单元测定的值的显示单元。对于测量单元的测量方法，可以采用的是任何电位阶跃计时电流法、库仑法或循环伏安法。该装置可以装配有作为无线单元的蓝牙(bluetooth)。

生产生物传感器的方法

生产本发明生物传感器的方法是生产包括以下部分的生物传感器的方法，生物传感器包括：配置于夹在基板和盖之间的空间内的电极，注入样品到空间的样品导入口，和从样品导入口延伸经过该电极的样品传输通路，并且其中样品传输通路被为了面对面配置基板和盖而设的粘胶层所限定，该方法特征在于包括如下的板构件折叠和弯曲步骤：

由一片电绝缘的板构件形成基板和盖的步骤，通过折叠和弯曲该板构件使在板构件表面上形成的电极面对其内侧，因此将电极配置在夹在基板和盖之间的空间内。

根据该生产方法，生物传感器能够以简单的方式生产。形成电极和粘胶层(样品传输通路)的方法如文中前述。

生产本发明生物传感器的方法可以包括上述的折叠和弯曲步骤，以及切断可折叠型部分以形成板构件的折叠和弯曲部位的步骤。

在说明书中，“折叠部分”指板构件的折叠和弯曲部位。

由于折叠部分被切断，对折叠部分的压力可以除去，并且在基板和盖之间的粘附可以长时间保持牢固和紧密。

优选地，在折叠部分的切断是沿着在该部分上形成的穿孔完成的。对于该切断，例如，可以采用沿着该穿孔折叠该部分并且用手术刀切断其的方法。

生产本发明生物传感器的方法优选地包括折叠和弯曲板构件的步骤；和通过基板和盖的压缩和改性加工，或向折叠部分涂布固化剂或热收缩剂，或装备固定工具来固定基板和盖的步骤(固定步骤)。

压缩、改性加工、涂布固化剂或热收缩剂，或装备固定工具可以单独地或组合的进行。

生产本发明生物传感器的方法包括折叠和弯曲一片板构件形成基板和盖的步骤。因此，其中，在板构件刚刚被折叠和弯曲后，板构件的该折叠和弯曲部位(折叠部分)可以恢复到其原始状态，并且该基板或盖可以翘曲或变形。据此，本方法包括上述的固定步骤，在该步骤中基板或盖被防止弯曲或变形。

固定方法可以包括基板或盖的压缩或改性加工，或涂布固化剂或热收缩剂，或装备固定工具。

压缩

压缩是在压力下固定至少部分的生物传感器的方法。涂布到基板或盖的压力可以是任一种均匀的并且不破坏生物传感器的压力。

改性加工

改性加工是指通过对其施加热、光照或化学品来改变生物传感器构成构件的物理性质或改变加入到生物传感器的构成构件中的材料的物理性质的方法。改性加工可以去除或减少施用到折叠部分的翘曲应力，并且可以防止基板或盖的翘曲和变形。

在本发明中可采用的改性加工方法(1)～(4)如下所示。

(1)以加热或热压缩进行改性加工

[1]加热或在压力下热固定生物传感器的折叠部分、或折叠部分及其周围或生物传感器的任何其他部分的方法。

根据热改性，例如，折叠和弯曲的板构件的折叠和弯曲部位(折叠部分)、或折叠部分及其周围，可以通过使用具有与折叠部分相同形状的模具进行过热，由此该折叠部分的构件本身可以被改性并且施加到其上的翘曲力可以被去除。代替使用这样的模具，也可以使用热线(hot wires)来改性该折叠部分。

“生物传感器的其他部分”优选是基板和盖表面之上且在其紧挨的下面没有试剂层的表面。加热方法优选在没有试剂层的位置，通过使用上述模具或热线进行加热，使构件的预定部分改性。

压力下的热固定方法也优选以与上述加热方法同样的方式进行。简言之，从生物传感器基板表面的上面或下面或从这两面将热模具压到预定部位。

加热或压力下的热固定的温度可以根据板构件材料而变化，但一般优选50～300℃，更优选50～150℃。

[2]生物传感器的粘胶层含有热固化性树脂，并且改性加工是根据加热或在压力下热固定生物传感器的折叠部分或折叠部分及其周围或生物传感器的任何其他部分，由此固化全部或部分粘胶层的方法。

当本发明的生物传感器具有粘胶层时，热固化性树脂被混合在粘胶层中，或热固化性树脂本身在该层中用作胶粘剂，板构件被折叠和弯曲以形成生物传感器，此后，将其进行加热或压力下热固化的上述处理。

在这样情况下，热固化性树脂包括例如环氧树脂、尿素树脂、三聚氰胺树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂。其中，丙烯酸树脂是优选的。环氧树脂也可以用作层中的胶粘剂本身。

交联剂和聚合引发剂可以适当地添加到其中有热固化性树脂的该层中。

(2)以光照进行改性加工

[1]生物传感器的板构件包括光透过性材料，并且粘胶层含有光固化性树脂，并且改性加工是用光照射生物传感器以固化该粘胶层。

当本发明的生物传感器具有粘胶层时，将光固化性树脂与粘胶层混合，或光固化性树脂本身被用于形成粘胶层，并且板构件被折叠和弯曲形成生物传感器，然后用光照射粘胶层，并且光固化性树脂因此被固化。在这种情况下，形成基板和盖的板构件必须是由光透过性材料形成的。该光透过性材料包括例如聚氯乙稀、聚碳酸酯、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯。优选地，光照射主要以折叠部分为中心进行。

光固化性树脂包括例如UV--固化性环氧树脂、UV-固化性丙烯酸树脂、UV--固化性有机硅树脂、UV--固化性有机硅凝胶(silicone gel)、延迟光固化性树脂、齿科用可见射线固化性树脂、可见射线固化性丙烯酸树脂。其中，UV-固化性丙烯酸树脂、延迟光固化性树脂和可见射线固化性丙烯酸树脂也可以用作胶粘剂本身。

交联剂和聚合引发剂可以适当地添加到其中还有光固化性树脂的该层中。

用于照射的光根据所用的光固化性树脂的类型而变化。例如，当使用UV--固化性树脂时，UV射线可以用于它；当使用可见射线固化性树脂时，可见光可以用于它。对于光照射，可以使用重氢灯、高压水银灯、低压水银灯、金属卤化物灯和无电极UV灯用于UV射线；对于可见射线，可以使用卤素灯、氙灯、金属卤化物灯、白炽灯(钨灯)、荧光灯、发光二极管和有机发光装置。

光透过性板构件的类型根据其所用光的类型而变化。例如，包括聚氯乙稀、聚碳酸酯、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯。

(3)当板构件本身是热或光改性材料时，可以使用下列方法。

[1]生物传感器的板构件含有热固化性树脂，并且改性加工是通过加热和固化全部或部分板构件而完成的。

[2]生物传感器的板构件含有光固化性树脂，并且改性加工是通过用光照射板构件并且固化它而完成的。

此外，板构件本身可以由热固化性树脂或光固化性树脂形成的。当板构件由热固化性树脂形成时，生物传感器是通过折叠和弯曲形成的，然后将折叠部分或折叠部分及其周围或生物传感器的任何其他部分加热或在压力下热固定，如上述(1)[1]中所述的。其中，热固化性树脂可以与上述中的相同。

当板构件是由光固化性树脂形成时，生物传感器是通过折叠和弯曲形成的，然后以与上述(2)[1]中所述的相同的方式用光照射它。其中，光固化性树脂可以与上述中的相同。

(4)溶剂可以以如下的方式浸入到折叠部分中

[1]将溶剂涂布到生物传感器的折叠部分的表面或折叠部分及其周围的表面，从而使溶剂浸入其中。

在这种情况下，溶剂被涂布到折叠部分或折叠部分及其周围，从而溶剂浸入到板构件中，保持在板构件中的翘曲力可以被除去或降低。

溶剂可以是任何能够侵入到板构件中的溶剂。尽管取决于板构件的材料，但有机溶剂是优选的。板构件和用于其的有机溶剂的优选组合的一些实例在下面列出。

聚四氟乙烯	乙醚
		聚乙烯	戊基苯
聚异丁稀	二甲苯
		聚苯乙烯	氯代甲烷
氯橡胶(chlorine rubber)	二氯甲烷
		醋酸乙烯树脂	氯化乙烯
聚甲基丙烯酸甲酯	二_烷
		氯乙烯树脂	环己烷
环氧树脂	丙酮
		醋酸纤维素	异丙醇
硝化纤维素	二甲基甲酰胺
		酚醛树脂	硝基甲烷

如上所述的，本发明的生物传感器优选根据上述方法进行改性和加工。

固化剂或热收缩剂的涂布

将固化剂或热收缩剂向折叠部分的涂布是以下方法：将固化剂或热收缩剂涂布到生物传感器构成构件的折叠部分，将固化剂固化或将热收缩剂半固化。根据该方法，给予到折叠部分的翘曲力可以被压制，基板和盖可以被防止翘曲和变形。

(1)用固化剂(热固化性树脂或光固化性树脂)或热收缩剂涂布折叠部分的方法。

[1]方法，包括：涂布热固化性树脂到生物传感器的折叠部分或折叠部分及其周围，然后加热该热固化性树脂以固化它。

[2]方法，包括：涂布光固化性树脂到生物传感器的折叠部分或折叠部分及其周围，然后用光照射该光固化性树脂以固化它。

[3]方法，包括：涂布热收缩剂到生物传感器的折叠部分或折叠部分及其周围，然后加热该热收缩剂以半固化它。

优选地，涂布是均匀地作用在折叠部分的外表面上或折叠部分及其周围的外表面上。

在这种情况下，上述热固化性树脂或光固化性树脂被涂布到折叠部分或折叠部分及其周围，这样被粘附到折叠部分的树脂以与上述相同的方式被加热或用光照射以固化它。

在另外的情况下，上述热收缩剂被涂布到折叠部分或折叠部分及其周围，这样被粘附到折叠部分的热收缩剂以与上述相同的方式被加热以半固化它。热固化剂包括例如聚烯烃、氟树脂和聚乙烯。

以上述的方式，可以防止可能来自折叠部分的基板和盖的翘曲和变形。

固定工具

对于用固定工具的固定，例如，可以使用以下方式：夹紧、包封、安装帽(capping)、用弹性构件夹紧、用热收缩剂加工或安装粘胶带。

夹紧指使用夹紧和固定工具比如夹子来夹紧并且固定至少部分传感器的方法。

包封指使用用于包封的成形的固定工具并且固定至少部分传感器的方法。

对于安装帽，期望帽被安装在生物传感器折叠部分的端部。帽的材料优选是任何下述的弹性构件、热光固化剂、光固化剂或热收缩剂。

对于用弹性构件夹紧，例如，弹性构件可以是天然橡胶、合成橡胶(例如丁基橡胶)或硅氧烷(silicone)。

热收缩剂包括，例如聚烯烃、氟树脂、聚乙烯。

对于实施上述的固定方法，例如，胶粘剂比如丙烯酸类(acrylic)粘合剂被涂布到固定工具(例如与传感器内侧部分相接触的部分，比如弹性构件或热收缩剂)的内侧更理想。有了它，固定可以更确保，基板和盖的翘曲或变形可以更有保证地防止。

粘胶带包括玻璃纸胶带、聚丙烯胶带、醋酸酯胶带、Kapton(聚酰亚胺)胶带、金属胶带(例如铝、铜)、纸胶带、无纺布胶带。作为用于这些胶带的胶粘剂，一般优选丙烯酸树脂。

根据上述固定方法，本发明的生物传感器可以具有用于防止其基板和盖翘曲和变形的固定工具。

如从上述说明而明显的，生物传感器能够通过折叠或弯曲或折叠和弯曲本发明的一片电绝缘的平面基板而生产，并且该方法在其可生产性和经济方面以及从其降低的环境负荷来看是良好的。在使用本发明的生物传感器用于测量时，样品流体可以通过毛细管被定量地引入到生物传感器的结构中，并且生物传感器可以准确地测量。据此，通过简单的生产方法能获得具有良好重现性的生物传感器。

生产本发明生物传感器的方法包括折叠和弯曲一片板构件的，它以极其简单的方式产生目的生物传感器。此外，当该生产方法组合有固定该折叠和弯曲的板构件的步骤时，那么这样生产的生物传感器防止翘曲或变形。

当生产本发明生物传感器的方法组合有切断该折叠和弯曲的板构件的步骤时，那么这样生产的生物传感器也防止翘曲或变形。

附图的简单说明

图1显示常规传感器的结构(JP-A-1-291153)

图2显示本发明实施方式的生物传感器的典型实例。(a)显示折叠型生物传感器的展开图(左)和结构图(右)；(b)显示圆筒形生物传感器的展开图(左)和结构图(右)。

图3显示另一折叠型(层积结构型(laminate-structured))生物传感器的展开图(左)和装配结构图(右)。

图4显示另一折叠型(层积结构型)生物传感器的展开图(左)和装配结构图(右)。

图5显示具有面对面电极的另一折叠型(层积结构型)生物传感器的展开图(左)和装配结构图(右)。

图6显示具有面对面电极的另一折叠型(层积结构型)生物传感器的展开图(左)和装配结构图(右)。

图7显示具有面对面电极的另一折叠型(层积结构型)生物传感器的展开图(左)和装配结构图(右)。

图8显示具有面对面电极的另一折叠型(层积结构型)生物传感器的展开图(左)和装配结构图(右)。

图9显示具有面对面电极的另一折叠型(层积结构型)生物传感器的展开图(左)和装配结构图(右)。

图10显示另一折叠型(层积结构型)生物传感器的展开图(左)和装配结构图(右)。

图11沿着在上面显示的折叠部分结构的展开图的A-A’线切断的横断面图显示为(a)～(c)。

图12显示具有曲线尖端的折叠型生物传感器的展开图(左)和装配结构图(右)。

图13显示具有曲线尖端的另一折叠型生物传感器的展开图(左)和装配结构图(右)。

图14显示另一折叠型(层积结构型)生物传感器；(a)和(c)各自显示具有平行电极的实例的展开图(左)和装配结构图(右)；(b)显示具有面对面电极的实例的那些；以及(e)～(g)各自显示具有三极(three pole)电极的实例的那些。

图15显示其他折叠型(层积结构型)生物传感器的实施方式。

图16显示不同圆筒形生物传感器的实施方式；((a)～((h)都显示展开图((左)和装配结构图((右)。

图17显示具有三角形横截面的不同圆筒形生物传感器的实施方式；(a)～(h)都显示展开图(左)和装配结构图(右)。

图18显示具有方形横截面的不同圆筒形生物传感器的实施方式；(a)～(h)都显示展开图(左)和装配结构图(右)。

图19((a)～(d))显示具有用于测量多项目(multiple items)的复数试剂层的折叠型生物传感器的展开图。

图20((a)～(d))显示具有用于测量多项目的复数试剂层的折叠型生物传感器的展开图。

图21((a)～(d))显示具有用于测量多项目的复数试剂层的折叠型生物传感器的展开图。

图22显示层积型生物传感器施用于DNA芯片的实例。

图23是显示实施例中血糖标准曲线的图。

图24显示通过使用模具将生物传感器的折叠部分热改性的方法。

图25显示通过使用热线将生物传感器的折叠部分热改性的方法。

图26显示用热压模具将生物传感器的折叠部分的端部改性的方法。

图27显示用热压模具将生物传感器的折叠部分的端部和盖的端部改性的方法。

图28显示通过使用光射线将生物传感器的折叠部分及其周围光固化的方法。

图29显示用化学处理的模具将生物传感器的折叠部分及其周围固化的方法，化学处理包括将模具浸入到化学试剂中。

图30显示用化学处理的模具将生物传感器的折叠部分及其周围固化的方法，化学处理包括将模具与浸有化学试剂的滚子(roller)相接触。

图31显示通过使用夹子(大)将生物传感器的折叠部分的端部固定的方法。

图32显示通过使用夹子(小)将生物传感器的折叠部分的端部固定的方法。

图33显示通过使用夹子(大)从其一侧夹紧而将生物传感器的折叠部分的端部固定的方法。

图34显示通过使用夹子(小)从其两侧夹紧而将生物传感器的折叠部分的端部固定的方法。

图35显示通过对其安装帽而将生物传感器的折叠部分的端部固定的方法。

图36显示通过使用框架而将生物传感器的折叠部分的端部固定的方法。

图37显示通过使用环形弹性构件而将生物传感器的折叠部分的端部固定的方法。

图38显示通过使用管形弹性构件而将生物传感器的折叠部分的端部固定的方法。

图39显示通过在其周围缠绕粘胶带而将生物传感器的折叠部分的端部固定的方法。

参照数字的说明：

1	基板
		2	间隔
3	盖
		4	电极模式
5	气孔
		6	样品流体
7	样品导入口
		8	样品传输通路
9	穿孔
		10	粘胶层
11	试剂层
		12	凸起部分
13	排气口
		101	生物传感器
102	板构件
		103	电极
104	样品导入口
		105	折叠部分
106	改性和加工装置
		107	改性的和加工的部分
108	固定工具
		109	盖端部

优选实施方式的详细说明

本发明的实施方式参照附图在以下说明。图2显示本发明生物传感器的典型结构；(a)显示折叠型生物传感器的实例；(b)显示圆筒形生物传感器的实例。

图2(a)左图显示生物传感器的展开图。该生物传感器由具有平面表面的板构件1装配。文中所说的表述“平面表面”，指没有由于人工切断、粘连、刻蚀等而形成的表面凹凸。板构件1具有穿孔9以便于它的折叠和弯曲加工。板构件1被穿孔9将分成两部分，其中上面部分是基板部分1a，其在以下提到的折叠和弯曲加工之后成为基板；下面部分是盖部分1b，其在折叠和弯曲加工之后作为盖起作用。

包括电极的模式4形成在板构件1的基板部分1a的表面上。关于电极模式4，附图中其下端如L-形折叠和弯曲，并且该L型部分垂直穿过将在下面提到的试剂传输通路8。如果期望，试剂层11可以在电极模式4的L型部分中提供。

另一方面，粘胶层10在盖部分1b的表面上被提供。粘胶层10具有粘住并且固定折叠的基板部分1a和盖部分1b的作用，并且还另有限定样品传输通路8的作用。据此，粘胶层10在盖部分1b的两侧被提供，除了作为样品传输通路8的中间部分。在样品传输通路8与穿孔9的交叉位置，形成用于注射样品6到样品传输通路8中的样品导入口7。在这种方式中，在电极4之后，用于限定样品传输通路8的粘胶层10以及样品导入口7在板构件1上形成，然后板构件1被沿着穿孔9折叠和弯曲，由此产生了如图2(a)右图的生物传感器。样品导入口的对面(排气口)在生产过程中起排气的作用。试剂层11可以如文中上述那样在电极上提供，但也可以在盖部分1b上提供。

当生物传感器用于检测时，在其下端形成的样品导入口8保持与样品6接触以吸起样品6。这样被吸起的样品6当通过样品传输通路8时被带入与试剂层11接触，然后试剂与样品中的目的组分反应。由该反应引起的电位的电化学变化，电流等，用电极检测。当传感器中没有试剂层时，目的组分只被电极检测。

具有了上述结构，传感器能以一次折叠的方法生产，因此它不要求在生产常规传感器中的积层时必不可少的任何复杂定位。本发明生物传感器的优点是生产方法可以简单化并且产品的可生产性可以提高。

折叠型生物传感器的其他实施方式在图3～16中显示。在图2中，样品传输通路被提供在板构件1的纵长方向上；但在图3中，盖部分1b中的粘胶层10被分成上面和下面部分，因此样品传输通路7形成以横向穿过板构件1。在这种方式中，样品传输通路7在横向方向延伸，并且因此电极模式4不要求如图2(a)中L型那样在其尖端折叠，但可以具有两个电极互相平行地延伸的模式。在其上具有如此形成的电极和粘胶层的板构件1沿着穿孔9折叠，由此样品传输通路8形成，并且样品导入口7在它的一端形成。这种结构不需要通过如图2中那样加工板构件1来形成样品导入口，因此生产它的方法可以更简化。

如图2和3那样在上面和下面端部或在侧面提供样品导入口并不总是必须的。例如，在图4中，样品导入口7可以形成在样品传输通路8的中途。具体地，样品导入口7可以在盖部分1b的样品传输通路8上形成，而不是如图2(a)的穿孔9上。在这种结构中，样品导入口8在盖表面上形成，如图4右图。

板构件中的基板部分和盖部分的构型不限制于如图2(a)、3和4中的上面和下面位置，而是可以如图10中的左边和右边位置。图10是图3的改良。当基板部分和盖部分如图10位于左和右，那么必须提供排气口13以排出通过样品导入口7注入的样品6。

上述电极可以配置在盖部分1b的侧面上，但不限于板构件1的基板部分1a的侧面。而且，如图5，电极可以固定在基板部分1a和盖部分1b上，以构成面对面电极构型结构。在图5生物传感器的情况下，它的底部形成如其右侧图的三角形，底部的锥形部分作为样品导入口起作用。通过样品导入口吸起的样品在没有粘胶层10的三角形上面的整个样品传输通路中扩散，然后在形成面对面结构的电极之间被捕获并在那里被分析。

面对面电极结构的其他实例在图6、7、8、9、图14(b)、图15(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)中显示。在图6中，电极固定在板构件1的基板部分1a和盖部分1b上，两个电极形成面对面结构。样品传输通路8被形成，被粘胶层10限定以使其可以与电极垂直交叉。图7在电极构型方面与图6相同。然而在前者中，样品导入口7被提供在穿孔9上，并且从样品导入口7形成样品传输通路8，其被粘胶层10沿着电极模式4限定。图8也是具有面对面电极结构的生物传感器的实例，其中除了在样品导入口7周围的小部分电极，粘胶层10被提供。在图8生物传感器的情况下，通过样品导入口注射的样品6被带到与具有面对面结构的电极的端部分相接触并被分析。在图9中，U形粘胶层10在盖部分或者在基板部分上任一方的电极上被提供，从U形结构的底部，样品传输通路7沿着电极朝向传感器而形成。在另外的盖部分或基板部分，样品导入口7在面对U形结构底部的位置上形成。在图9的结构中，通过样品导入口7注射的样品6被输送到在面对面电极之间形成的样品传输通路中，并且当样品在它们之间时被分析，如右图。

关于其中的电极，两个电极，即工作电极和对电极(counter electrode)形成上述实例中的传感器单元。然而，形成传感器单元的电极不限于两个，也可以是三个电极，即工作电极、对电极和参比电极可以形成传感器单元。包括这样三个电极的实例在图14(e)～(g)和图15(e)～(g)中显示。对于小型传感器，期望传感器单元包括工作电极和对电极两个电极。另一方面，为了提高传感器的测量可靠性，期望采用具有另外的参比电极的三个电极的传感器单元。在任何两个电极或三个电极单元的情况下，电极的大小和配置不是特别限定的。在三个电极单元中，电极配置可以是任何平行配置(图14(e)、(g))或面对面配置(图14(f)，图15(e)～(g))。

板构件1具有穿孔的优选实例在上面提到了。然而，文中促进折叠和弯曲加工的结构不限于穿孔，可以在板构件1的背面形成如在图11(a)中的三角型沟，或者如图(b)中扇形沟(c)。

如图12和13以及图15(b)和(f)中，样品导入口是在传感器的尖端(在所有附图中，它显示在装配结构中的底部上)，考虑到与人体的接触，尖端可以形成具有曲线表面。

本发明生物传感器不限于上述折叠层积结构，也可以是通过弯曲一片板构件形成圆筒状结构。一个典型的结构实例在图2(b)中显示。具体地，电极模式4在一片电绝缘的板构件1的表面上形成，并且粘胶层10在其一端被提供。在这种状态下，将其弯曲一次使粘胶层粘在片另一端的背面，由此简单地形成圆筒形传感器。在这种圆筒形传感器中，端部作为样品导入口和排出口起作用，因此在板构件中形成样品导入口的步骤可以省略。圆筒形传感器的其他实例在图16～图18中显示。图16是圆筒形传感器的实例；图17是具有三角形横截面的圆筒形传感器的实例；图18是具有方形形横截面的圆筒形传感器的实例。然而，本发明不限制于这些，也可以是其他任何具有椭圆、半圆、扇形或月牙形横截面的圆筒形结构传感器。圆筒形传感器可以具有两个电极或三个电极，电极配置可以以任何期望的方式选择。此外，这些的电极配置可以是平行的或面对面配置。具有三个电极的圆筒形生物传感器结构的实例在图16(e)、(f)、(g)、(h)，图17(e)、(f)、(g)、(h)，图18(e)、(f)、(g)、(h)中显示。作为保持圆筒形结构的生物传感器的立体结构传感器形式的方法，胶粘剂被涂布到与传感器的模式电极平行的侧表面，或涂布到与从该侧面延伸形成的粘胶边缘，然后将其粘到立体结构传感器的预定位置中，由此生物传感器的立体形式可以这样来保持。代替胶粘剂，也可以应用粘性双面胶带。

在上述附图中，试剂层不是总显示，但在没有显示其的附图中，如果需要试剂层可以被提供。例如，当使用镍电极时，传感器可以用作蛋白质传感器(US 5653864)用于蛋白质检测，即使它没有试剂层。当使用铂电极时，传感器可以用作电导率传感器或过氧化氢传感器；当与氧透过性膜和电解质(electrode)并用时可以用作氧传感器。另一方面，当使用试剂层时，可以生产不同类型的生物传感器，例如使用酶和介质的血糖传感器、尿糖传感器、糖基化血红蛋白传感器(JP-A-2001-204494)、乳酸传感器、尿酸传感器、胆固醇传感器、乙醇传感器、谷氨酸传感器、丙酮酸传感器；使用银/氯化银电极、醌氢醌和无机盐的pH传感器；pH传感器和DNA引物；使用DNA聚合酶的单核苷酸多态性传感器；使用固定的核酸探针的DNA芯片，这些可以被施用到检测不同化学和物理状态的不同传感器中。试剂层可以形成在电极上或电极周围，样品传输通路从中经过。

在样品导入口周围和样品传输通路的表面上，可以涂布表面活性剂和脂质以便于样品的引入。

上述实施方式中的材料、生产方法和应用在此后进行详细说明。

作为板构件，可以使用塑料比如聚对苯二甲酸乙二醇酯，生物可降解材料比如聚乳酸，和纸。

本发明传感器中可用的电极材料包括金属，比如铂、金、银/氯化银、银、铜、钯、铱、铅、镍、钛、氧化锡或铂黑。这些具有良好的导电性，并且可以根据蒸镀法、溅射法、电镀法、CVD或涂布和干燥来形成。尽管在其导电性方面不如铂和金，碳粉也可以根据丝网印刷法通过将其形成糊状(paste)然后涂布到基板上而象银粉那样容易地形成电极。此外，铂和金的粒状物质可以形成糊状并且可以以印刷法加工。

作为碳材料，也可以使用碳纳米管、碳微线圈、carbon nanohoms、富勒烯、树枝状高分子及它们的衍生物。这些由于它们独特的性质(结构，导电性)而适合于固定分子识别元件或适合于电极材料。

在蛋白质传感器中，镍优选用作电极材料。镍可以在预定条件下氧化蛋白质的氨基，可以是蛋白质传感器。它可用于FIA(流动注射分析)。

优选地，粘胶层根据丝网印刷法形成。粘性双面胶也可以用于它。此处可用的胶粘剂包括例如带(bond)、粘性糊。

试剂可以加入到粘胶层中，并且粘胶层和试剂层可以根据丝网印刷法同时形成。

优选地，试剂层根据包括以下的方法形成：以水溶液的形式将试剂通过分配器滴下，然后将其干燥。通过控制其粘度，试剂层也可以根据丝网印刷法形成。

当传感器具有一个试剂层时，它可以检测一种物质。然而，当检测两种不同类型物质时，可以在一片电绝缘的平面基板上形成不同类型的试剂层(JP-A-1-291153)，如图19～21。在这种情况下，如附图所示，可以根据丝网印刷法在试剂层之间的中间空间形成由碳、保护剂或吸水材料形成的凸起(12)，以防止试剂层混在一起。在这种情况下，凸起的初始厚度必须小于粘胶层的厚度，并且当折叠和弯曲时，凸起的顶部、左侧和右侧必须互不接触。这是为了促进样品流过生物传感器结构。当使用吸水物质时，在样品经过它后它会溶胀，它起到防止溶解了的试剂混在一起的作用。当电极数量不是4(图19～21的(a)、(b))而是3时，那么例如，一个中心电极可以用作普通对电极(图19～21的(c)、(d))。

试剂与电极表面或基板的结合可以根据干燥后的吸附法或共价键法进行。

对于试剂，此处可用的是酶、抗体、核酸、引物、肽核酸、核酸探针、微生物、细胞器、受体、细胞组织、分子识别元件比如冠醚、介质、嵌入剂、辅酶、标记的抗体物质、底物、无机盐、表面活性剂、脂质。

例如，在酶传感器中，用作分子识别元件的酶的类型根据所要检测的对象的不同而变化。例如，当要检测的对象是血糖(葡萄糖)或尿糖时，使用葡萄糖氧化酶或葡萄糖脱氢酶；当要检测的对象是糖基化血红蛋时，使用果糖基胺氧化酶和蛋白酶的混合物；当要检测的对象是乳酸时，使用乳酸氧化酶；当要检测的对象是总胆固醇时，使用胆固醇酯酶和胆固醇氧化酶的混合物；当要检测的对象是尿酸时，使用尿酸氧化酶；当要检测的对象是乙醇时，使用乙醇氧化酶；当要检测的对象是谷氨酸时，使用谷氨酸氧化酶；当要检测的对象是丙酮酸时，使用丙酮酸氧化酶。

在上述酶传感器中，电子传递体(介质)与酶一起使用。对于该介质，此处可用的是铁氰化钾、二茂铁、二茂铁衍生物、烟酰胺衍生物、黄素衍生物、苯醌和醌衍生物。

在pH传感器中，无机盐比如氯化钠或氯化钾和醌氢醌的试剂层在其上形成有银/氯化银电极和任何其他电极的基板上形成。在这种情况下，电极间的电位变化被测量。

在单核苷酸多态性传感器(SNPs)中(A.Ahmadian等，Biotechniques，32，748，2002)，引物、DNA聚合酶和脱氧核苷三磷酸的混合物在上述pH传感器中被另外用作试剂。其中，当样品中被检测的目的DNA与引物互补时，则pH变化被测量。

在免疫传感器中，抗原-抗体反应被利用，例如，当测量人血清白蛋白时，抗白蛋白抗体在其中被用作分子识别元件。在免疫传感器中，可以测量由于抗原抗体复合物的形成而变化的电极间的电位。

在微生物传感器中，例如微生物比如荧光假单孢菌属(pseudomonasfluorescence)(被检测对象：葡萄糖)或trichosporon brassicae(被检测对象：乙醇)被用作分子识别单元。这些微生物是氧气呼吸(需氧性)的，或在没有氧气下产生代谢物，具有它们的传感器是电检测氧气呼吸量或代谢物量。

在细胞器传感器中使用细胞器作为分子识别元件。例如，当使用线粒体电子传递粒子时，能够测量NADH。原理是：NADH被线粒体电子传递粒子氧化，此时消耗氧，基于在该阶段的氧的量为指标，可以测量NADH或NADPH。

在受体传感器中使用受体(rector)例如细胞膜作为分子识别元件。被检测的对象可以是激素或神经递质。检测原理如下：受体变化转化成电位，其通过传感器中的电极测量。

在组织传感器中使用动物或植物组织作为分子识别元件。对于动物或植物组织，例如此处可用的是青蛙皮肤、动物肝脏切片，或黄瓜或香蕉皮。测量原理如下：例如，在使用青蛙皮肤组织的钠传感器中，青蛙皮肤组织选择性地透过钠离子，因此皮肤组织的电位发生变化。据此，测量该电位变化以测定钠离子的量。

文中说明的生物传感器的施用的其他实例是DNA芯片(JP-A-5-199898)。如图22中在电极阵列上(US 4225410)，固定有多种单链核酸探针，各与多种所要检测的目的基因互补。核酸探针的一种类型固定在一个电极上。为了确认大量目的基因的存在或是不存在，将变性为单链形式的基因样品与核酸探针杂交，然后将能够特异性结合到双链核酸上的电化学活性双链识别体(recognition body)加入其中。洗涤后，基板在有缓冲液存在下折叠，依次对其施加电压，用阵列电极作为工作电极，上部大的电极作为对电极。在这种条件下，当双链形成时，该双链嵌入剂被氧化，并且氧化电流流过传感器。在没有双链形式形成的电极中，由嵌入剂引起的电流不流过它。根据电流流过的电极的位置，核酸探针的类型是已知的，因此能够知道目的基因的存在或不存在，并且目的基因的定性分析是可能的。作为双链识别因子，此处可用的是嵌入剂比如吖啶橙，和金属嵌入剂比如三(菲咯啉)钴复合物。

优选地，本发明的生物传感器在干燥下贮存。优选地，它与干燥剂一起贮存。干燥剂包括活性氧化铝、沸石、硅胶、氯化钙。

当上述生物传感器用于测量时，生物传感器被安装在仪器上，在生物传感器中产生的电参数值被测量。对于该测量，该仪器被提供有测量生物传感器的电参数值测量单元，和显示测量的值的显示单元。对于在测量单元的测量方法，可以采用任何电位阶跃计时电流法、库仑法或循环伏安法。该仪器可以包括记忆单元用于存储测量的值。此外，它可以在其中安装有无线单元比如蓝牙用于远距离控制测量的值。

图24是显示通过折叠一片弹性板构件而生产生物传感器的方法的附图的实例，其中所生产的生物传感器的固定是通过热改性加工完成的以使板构件防止翘曲和变形。

图24(a)是通过折叠和弯曲板构件而生产的生物传感器101的实例。该生物传感器包括绝缘性弹性板构件102，在板构件上的电极103，样品导入口104和折叠部分105。尽管没有显示，在生物传感器的板构件102的上部和下部之间存在用于形成样品导入口以及反应检测器部分的间隔层。间隔层可以由粘胶层单独形成，或可以由板构件和在其上部和下部层上形成的粘胶层形成。

当板构件通过折叠和弯曲例如沿着穿过基板形成的穿孔塑形成传感器时，形成折叠部分105。

图24(b)、(c)显示折叠部分105的热改性部分(107)的实例。对于此，生物传感器的折叠部分105被插入到热改性装置106(模具)中，由此该折叠部分105或其周围被加热和热改性。

模具106不总是需要沟，也可以是具有平面表面的模具(热源)。生物传感器的折叠部分边缘(“折叠部分边缘”，指除了样品导入口104和反应检测器部分周围的区域外的部分，指包括折叠部分105或折叠部分105及其周围的存在有生物传感器折叠部分的边缘区域)可以不与模具直接接触，并且折叠部分的边缘可以通过加热从模具改性。

此处，由于酶可以通过加热而失活，因此期望被加热的区域限制在生物传感器101的折叠部分105，或在折叠部分及其周围，或在折叠部分对侧的盖边缘(盖边缘-“盖边缘”是除了样品导入口104和反应检测器部分周围的区域外的部分，指在折叠部分对侧(opposite side)上的盖边缘存在的区域)部分的周围。据此，样品导入口和反应检测器部分可以这样来控制以使它们几乎不受加热的影响。

图25显示得到具有热改性部分107的生物传感器的实例，其中折叠部分105或折叠部分105及其周围是通过在生物传感器101的折叠部分边缘以及其上面和下面提供的三个热改性装置(热线圈)106形成的热改性部分107来进行热改性的。在这种情况下，生物传感器的相应部分可以通过与热线圈接触而热改性，或者可以不与热线圈直接接触而是通过热线圈的热辐射而热改性。

如上所述的，期望热线圈配置在生物传感器101内部的酶不被它们的热影响的区域。

图26显示得到具有热改性部分107的生物传感器的实例，其中将用于热压结合(bonding)改性的成对的上部和下部改性单元(模具)106热压在生物传感器的折叠部分的边缘上，由此板构件102和间隔的必要部分被固化和改性形成改性部分107。

在图26中使用的是成对的上部和下部模具106。然而除了它，单独的上部或下部模具也可用于热改性由此降低翘曲和变形的影响。

如上所述，模具优选配置在在生物传感器101内部的酶不被它们的热影响的区域。

图27显示象图26那样通过将两个部分，即包括生物传感器101的折叠部分的折叠部分106周围和盖边缘109周围，以用于热压结合改性的成对上部和下部模具106进行热压结合改性而将板构件102和间隔的必要部分进行固化和改性的例子。

在图27中使用的是成对的上部和下部模具106。然而除了它，单独的上部或下部模具也可用于热改性由此降低翘曲和变形的影响。

如上所述，模具优选配置在在生物传感器101内部的酶不被它们的热影响的区域。

图28显示光固化的实例，其中在其折叠部分105处具有光固化性树脂的基板102，或由光固化性树脂形成的板构件102上形成的折叠部分105，或折叠部分105及其周围暴露于光，由此该光固化性树脂被光固化。

图29显示折叠部分105，或折叠部分105及其周围浸入到放在改性装置106的沟中的化学试剂中，并在其中被改性。此处所用的化学试剂优选是溶解基板的有机溶剂。溶剂渗透入折叠部分中，由此能够去除或者降低翘曲力(力)。

当图29中的化学试剂是热固化性树脂或光固化性树脂时，浸入的部分可以在加热或用光照射的预定步骤中被处理，树脂可以由此而固化并且它的翘曲可以被防止。

图30显示通过与用化学试剂浸润的旋转滚子的表面相接触而将折叠部分105，或折叠部分105及其周围改性的实例。

当图30中的化学试剂是热固化性树脂或光固化性树脂时，该部分可以在加热或用光照射的预定步骤中被处理，树脂可以由此而固化并且它的翘曲可以被防止。在这种情况下，旋转滚子型加热器或光源可以用于代替上述滚子来完成热固化或光固化。

图31～图36显示防止翘曲和变形的方法，其中夹子被用作固定工具，生物传感器的具有折叠部分的端部被整个或者部分夹住以固定基板或盖用于防止翘曲。

图31是使用固定工具(夹子)的固定方法的一个实例，该工具具有能够整个夹住并且固定生物传感器101的折叠部分边缘的大小。在这种情况下使用的夹子的材料可以是它的夹强度能够足够固定该折叠部分并且防止其翘曲，并且它不产生过度损伤比如生物传感器体上的凹陷，尤其能够防止样品导入口和反应检测器部分的变形。例如，该材料可以是金属或塑料，并且优选塑料。

图32除了夹子的大小外与图31相同。在这种情况下，考虑到其左右平衡，固定工具(夹子)108优选安装在生物传感器101的折叠部分边缘的中心。此外，更窄的固定工具比如更小的夹子或发夹可以用于固定生物传感器101的折叠部分边缘的至少一部分以防止翘曲。

图33是使用固定工具(夹子)108的固定方法的一个实例，该固定工具具有能够从生物传感器101的折叠部分边缘的一侧整个夹住生物传感器的整个宽度的大小。

图34是固定方法的一个实例，其中生物传感器101的折叠部分边缘的侧面通过使用两个固定工具(夹子)108在其两侧夹住它们而固定。

图35是用固定工具(帽)108整个罩住生物传感器101的折叠部分边缘的固定方法的一个实例。在这种情况下使用的帽的材料没有特别的限定，可以是金属或塑料，但是优选塑料。当热收缩性材料被用作帽时，生物传感器的折叠部分边缘可以用适合的力均匀地固定。

图36是固定方法的一个实例，其中生物传感器101的折叠部分边缘用固定工具(框架)108固定。在这种情况下使用的框架的材料没有特别的限定，可以是金属或塑料，但是优选塑料。

图37是固定方法的一个实例，其中生物传感器101的折叠部分边缘用固定工具(环)108固定。在这种情况下使用的环的材料没有特别的限定，但是优选塑料。尤其优选地使用橡胶等的弹性环，或者热收缩剂的环可以通过热收缩处理而固定以用于这种情况。

图38是固定方法的一个实例，其中生物传感器101的折叠部分边缘用固定工具(管形环)108固定。在这种情况下使用的环的材料没有特别的限定，但是优选塑料。尤其优选地使用橡胶等的弹性环，或者热收缩剂的环可以通过热收缩处理而固定以用于这种情况。

图39是固定方法的一个实例，其中生物传感器101的折叠部分边缘用固定工具(粘胶带)108固定。在这种情况下使用的粘胶带的材料没有特别的限定，但是优选塑料。尤其优选地使用橡胶等的弹性环，或者热收缩剂的环可以通过热收缩处理而固定以用于这种情况。

实施例

本发明参照下列实施例进行详细地说明，然而本发明不限制于这些实施例。在实施例中，葡萄糖传感器用作酶传感器的实例。

实施例1

图2(a)是显示本发明实施方式的葡萄糖传感器的附图。作为试剂层使用的是葡萄糖氧化酶和铁氰化钾。显示在图2(a)中的葡萄糖传感器的测量原理如下：

在该传感器中，通过毛细管作用将样品经过样品导入口被引入传感器中。这样的引入中，葡萄糖溶液的作用如下：通过葡萄糖的氧化，由于试剂层中GOD的催化剂作用，铁氰离子转化成亚铁氰离子，如下式1中所示：

式1

产生的亚铁氰离子根据下式2的电极反应在碳电极上被氧化，并由此被电化学检测。

式2

根据使用本发明葡萄糖传感器的检测方法，产生的亚铁氰离子被阳极电极氧化产生阳极电流，亚铁氰离子再次恢复到铁氰离子。如上所述，通过检测由酶反应而产生的亚铁氰离子浓度的电流值变化，可以定量地测定葡萄糖。

下面说明的是生产方法和测量方法。

具有长度65mm、宽度6mm以及厚度188μm的PET被用作传感器基板。在该传感器基板上通过使用丝网印刷装置以2.6mm的间隔形成两个碳电极，每个具有1.3mm的宽度。以丝网印刷法将胶粘剂涂布到其上以在基板上形成粘胶层。在将要折叠的部分形成穿孔。样品量是0.5μl。

酶和介质的试剂层按照如下形成：将葡萄糖氧化酶(GOD)和铁氰化钾(介质)溶解在蒸馏水中，并涂布到电极表面上。将4单位的GOD和0.1mg的铁氰化钾溶解在10μl蒸馏水中。将3μl的该GOD溶液涂布到电极的表面上并在真空下干燥以在两个电极上形成酶/介质试剂层。

通过使用该葡萄糖传感器测量血糖(血中葡萄糖)的实施例被说明。作为用于用该葡萄糖传感器分析检测血糖的样品溶液，使用的是具体制备成具有50、100、200、300、400或500mg/dl的葡萄糖浓度和40％血细胞比容值的全血样品。测量通过电位阶跃计时电流法完成。通过毛细管作用将0.5μl的血液样品经过样品导入口引入到传感器中，在5秒钟后，将900mV的电压施加到传感器的两个电极上。再过5秒钟后，测量流经传感器的电流值。

图23表示本发明传感器根据葡萄糖浓度显示的电流值变化。参照图23，在50、100、200、300、400和500mg/dl的血糖范围内观察到1～2.5μA的电流值变化。当100mg/dl的全血样品被分析10次时，测量值的重现性就其波动变异系数而言是4.1％。

实施例2

在实施例1中，葡萄糖氧化酶和铁氰化钾的试剂层在电极上形成。在实施例2中，它不是在电极上而是在盖部分上形成。参照图2(a)对其说明。试剂层在样品传输通路8的盖部分的一部分中形成，该样品传输通路8在形成于盖部分中的粘胶层10之间。实施例2在传感器基板、形成酶/介质试剂层的方法以及测量条件方面与实施例1相同，除了在前者中试剂层是在盖层中形成的。因此，在50、100、200、300、400和500mg/dl的血糖范围内观察到1～3.0μA的电流值变化，几乎与图23中的相似。当100mg/dl的全血样品被分析10次时，测量值的重现性就其波动变异系数而言是5.9％。

Claims (59)

1.一种通过折叠、弯曲或折叠和弯曲一片电绝缘的平面基板而生产的生物传感器。

2.一种生物传感器，包括：

配置于夹在基板和盖之间的空间内的电极；

样品导入口，样品通过该入口注入到该空间；和

样品传输通路，其从样品导入口延伸经过该电极，

其中基板和盖通过折叠和弯曲一片电绝缘板构件而形成，

电极是在板构件表面上形成，并且该板构件以其表面向内折叠和弯曲，使得电极配置于夹在基板和盖之间的空间内，并且

样品传输通路配置于板构件的表面，并被为了面对面配置基板和盖而设的粘胶层所限定。

3.根据权利要求2的生物传感器，其中在要被折叠和弯曲的板构件的可折叠和可弯曲部分形成穿孔。

4.一种生物传感器，包括：

传感器体，其通过将一片电绝缘的板构件的弯曲成圆筒状结构而形成；

电极，在传感器体的内壁上形成；

样品导入口，在所述圆筒的一端和侧面形成；

样品传输通路，从样品导入口延伸经过该电极。

5.根据权利要求4的生物传感器，其中该圆筒状结构是圆柱、椭圆柱、半圆柱、扇形柱、月牙形柱、三角形柱、方形柱和多角柱。

6.根据权利要求2～5中任一项的生物传感器，其中电极被保护层限定。

7.根据权利要求2～6中任一项的生物传感器，其中在样品传输通路经过的电极上有试剂层。

8.根据权利要求2～6中任一项的生物传感器，其中在样品传输通路经过的盖上有试剂层。

9.根据权利要求2～8中任一项的生物传感器，其中样品导入口在样品传输通路的一端或中点上形成。

10.根据权利要求2～9中任一项的生物传感器，其中表面活性剂和/或脂质被涂布在样品导入口周围，或涂布在样品传输通路表面和试剂层周围。

11.根据权利要求10的生物传感器，其中脂质是卵磷脂。

12.根据权利要求2～11中任一项的生物传感器，其中样品导入口的尖端部分具有曲线部分。

13.根据权利要求2～12中任一项的生物传感器，其中板构件是任何塑料、可生物降解材料或纸。

14.根据权利要求13的生物传感器，其中塑料是聚对苯二甲酸乙二醇酯。

15.根据权利要求2～14中任一项的生物传感器，其中电极由以下的任何材料形成：碳、银、银/氯化银、铂、金、镍、铜、钯、钛、铱、铅、氧化锡或铂黑。

16.根据权利要求15的生物传感器，其中电极由镍形成。

17.根据权利要求15的生物传感器，其中碳选自以下任何材料：碳纳米管、碳微线圈、carbon nanohorns、富勒烯、树枝状高分子或其衍生物。

18.根据权利要求2～17中任一项的生物传感器，其中电极以以下任何方法形成于板构件上：丝网印刷法、蒸镀法、溅射法、箔粘着法或电镀法。

19.根据权利要求2～18中任一项的生物传感器，其中粘胶层以丝网印刷法形成。

20.根据权利要求2～17中任一项的生物传感器，其中试剂被包括在粘胶层中。

21.根据权利要求6的生物传感器，其中保护层以丝网印刷法形成。

22.根据权利要求7的生物传感器，其中试剂层在纯化后形成。

23.根据权利要求7～22中任一项的生物传感器，其中试剂层以丝网印刷法或分配器法形成。

24.根据权利要求7～23中任一项的生物传感器，其中试剂层以试剂被干燥的吸附法或共价键法被固定在电极的表面、板构件的表面或盖上。

25.根据权利要求7～24中任一项的生物传感器，其中提供两种或更多种不同的试剂层。

26.根据权利要求25的生物传感器，其中在不同试剂层之间配置有凸起分隔部分。

27.根据权利要求26的生物传感器，其中凸起分隔部分以丝网印刷法形成。

28.根据权利要求27的生物传感器，其中凸起分隔部分由任何碳、保护剂或吸水性材料形成。

29.根据权利要求7～28中任一项的生物传感器，其中试剂层包括下列任何物质：酶、抗体、核酸、引物、肽核酸、核酸探针、微生物、细胞器、受体、细胞组织、分子识别元件比如冠醚、介质、嵌入剂、辅酶、标记的抗体物质、底物、无机盐、表面活性剂、脂质或它们的组合。

30.根据权利要求29的生物传感器，其中酶是任何氧化酶或脱氢酶，比如葡萄糖氧化酶、果糖基胺氧化酶、乳酸氧化酶、尿酸氧化酶、胆固醇氧化酶、乙醇氧化酶、谷氨酸氧化酶、丙酮酸氧化酶、葡萄糖脱氢酶、乳酸脱氢酶、乙醇脱氢酶，和胆固醇酯酶、蛋白酶、DNA聚合酶或它们的组合。

31.根据权利要求7～30中任一项的生物传感器，其中试剂层包括酶和介质的组合。

32.根据权利要求31的生物传感器，其中介质选自铁氰化钾、二茂铁和苯醌。

33.根据权利要求7～32中任一项的生物传感器，其中试剂层包括无机盐比如氯化钠或氯化钾与醌氢醌的组合。

34.根据权利要求7～33中任一项的生物传感器，其中试剂层包括引物、DNA聚合酶和脱氧核苷三磷酸的组合。

35.根据权利要求7～34中任一项的生物传感器，其中试剂层包括无机盐比如氯化钠和氯化钾与醌氢醌、引物、DNA聚合酶和脱氧核苷三磷酸的组合。

36.根据权利要求7的生物传感器，其中核酸探针被固定作为试剂层。

37.根据权利要求36的生物传感器，其中电极形成阵列。

38.一种生物传感器仪器，包括：

权利要求1～37中任一项的生物传感器，

测量单元，其测量生物传感器的电极的电参数值，

显示单元，其显示测量单元测定的值，

记忆单元，其存储测定的值。

39.根据权利要求38的生物传感器仪器，其中任何电位阶跃计时电流法、库仑法和循环伏安法被测量单元用作测量方法。

40.根据权利要求38和39的生物传感器仪器，其中蓝牙作为无线单元被进一步提供。

41.一种用干燥剂贮存权利要求1～37中任一项的生物传感器的方法。

42.一种生产包括以下部分的生物传感器的方法，

生物传感器包括：

电极，

样品导入口，样品通过该入口注入到空间，和

样品传输通路，其从样品导入口延伸经过该电极，

它们配置于夹在基板和盖之间的空间内

其中样品传输通路被为了面对面配置基板和盖而设的粘胶层所限定；

该方法包括如下的折叠和弯曲板构件步骤：

通过将电绝缘的板构件折叠和弯曲使在板构件上形成的电极面对内侧，因此将电极配置在夹在基板和盖之间的空间内，从而由该板构件形成基板和盖的步骤。

43.根据权利要求42的生产生物传感器的方法，包括：

折叠和弯曲步骤；和

切断板构件的折叠和弯曲部分的折叠部分的步骤。

44.根据权利要求43的生产生物传感器的方法，其中折叠部分沿着穿孔被切断。

45.根据权利要求42的生产生物传感器的方法，其包括：

板构件的折叠和弯曲步骤；和

通过基板和盖的压缩和改性加工，或向折叠部分涂布固化剂或热收缩剂，或装备固定工具来固定基板和盖的步骤。

46.根据权利要求45的方法，其中压缩是在压力下固定至少一部分生物传感器的方法。

47.根据权利要求45的方法，其中改性加工是在压力下加热和热固定生物传感器的折叠部分、或折叠部分及其周围、或生物传感器的任何其他部分的方法。

48.根据权利要求45的方法，其中生物传感器的粘胶层包括热固化性树脂，并且改性加工是在压力下加热和热固定生物传感器的折叠部分，或折叠部分及其周围，或生物传感器的任何其他部分，以固化全部或部分粘胶层的方法。

49.根据权利要求45的方法，其中生物传感器的板构件由光透过性材料形成，粘胶层包括光固化性树脂，并且改性加工是用光照射生物传感器以固化粘胶层的方法。

50.根据权利要求45的方法，其中生物传感器的板构件包括热固化性树脂，并且改性加工是加热全部或部分板构件以固化全部或部分板构件的方法。

51.根据权利要求45的方法，其中生物传感器的板构件包括透光树脂，并且改性加工是用光照射板构件以固化板构件的方法。

52.根据权利要求45的方法，其中改性加工是涂布溶剂到生物传感器的折叠部分的表面，或折叠部分及其周围的表面，以使溶剂浸入到折叠部分内的方法。

53.根据权利要求45的方法，其中固化剂的应用是将热固化性树脂涂布到生物传感器的折叠部分，或折叠部分及其周围，并且进一步加热热固化性树脂以固化该固化性树脂的方法。

54.根据权利要求45的方法，其中固化剂的涂布是将透光树脂涂布到生物传感器的折叠部分，或折叠部分及其周围，并且进一步照射透光树脂以固化该透光树脂的方法。

55.根据权利要求45的方法，其中热收缩剂的涂布是将热收缩剂涂布到生物传感器的折叠部分，或折叠部分及其周围，并且进一步加热热收缩剂以半固化该热收缩剂的方法。

56.根据权利要求45的方法，其中固定工具的装备是通过夹紧、包封、安装帽、用弹性构件夹紧、用热收缩剂加工或装备粘胶带进行的。

57.根据权利要求2的生物传感器，其中生物传感器的折叠部分是以权利要求43或44的方法切断的。

58.根据权利要求2的生物传感器，其中生物传感器以权利要求45～55中任一项的方法固定。

59.根据权利要求2的生物传感器，其中生物传感器具有防止基板和盖翘曲的固定工具。

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