ES2609327T3 - Conector de celdas electroquímicas - Google Patents

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ES2609327T3
ES2609327T3 ES10182091.8T ES10182091T ES2609327T3 ES 2609327 T3 ES2609327 T3 ES 2609327T3 ES 10182091 T ES10182091 T ES 10182091T ES 2609327 T3 ES2609327 T3 ES 2609327T3
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electrode
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insulating substrate
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Alastair M. Hodges
Gary Chambers
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    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
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Abstract

Una celda electroquímica, la celda electroquímica adaptada para la conexión eléctrica con un medidor, la celda comprendiendo un primer sustrato aislante (1) que lleva un primer recubrimiento eléctricamente conductor, un segundo sustrato aislante (2) que lleva un segundo recubrimiento eléctricamente conductor, y una capa separadora aislante (3) dispuesta entre ellos, el primer y el segundo recubrimientos eléctricamente conductores estando dispuestos para encararse entre sí en una relación separada, en la que una porción del primer sustrato aislante (1) que lleva el primer recubrimiento eléctricamente conductor se extiende más allá de un borde del segundo sustrato aislante (2) que lleva el segundo recubrimiento eléctricamente conductor y más allá de un borde de la capa separadora aislante (3), y en el que cada uno del primer sustrato aislante (1) y la capa separadora aislante (3) tiene un orificio (4), dichos orificios (4) en cada una de las porciones que se extienden del primer sustrato aislante (1) y la capa separadora aislante (3) estando alineados exponiendo de esta manera un área de la segunda capa de electrodos (2) para permitir una conexión eléctrica con un medidor con el área expuesta de la segunda capa de electrodos (2).

Description

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Conector de celdas electroqmmicas Descripcion
Campo de la Invencion
La presente invencion se refiere a celdas electroqmmicas que incluyen un conector que se ajusta con un dispositivo de conexion medidor para proporcionar conexion electrica al circuito medidor.
Antecedentes de la Invencion
Las celdas electroquimicas en miniatura son utiles en aplicaciones tales como deteccion qmmica, en las que los electrodos de un elemento de tira tienen una interfaz con un dispositivo electronico. El dispositivo electronico, a menudo denominado medidor, mide la respuesta electrica del elemento de tira a la muestra y puede suministrar tambien energfa al elemento de tira para realizar un ensayo. Para realizar estas funciones, los electrodos del elemento de tira deben ser capaces de realizar una conexion electrica con el circuito medidor. Dicha conexion electrica puede realizarse mediante un dispositivo de conexion en el medidor que se adapta con areas sobre el elemento de tira en comunicacion electrica con los electrodos de la celda electroqmmica.
En las configuraciones de las celdas electroquimicas descritas en los documentos WO 98/43073, U.S. 5.437.999, EP 0 964 059 A2, WO 00/20626, un electrodo superior e inferior estan enfrentado entre sf, con una capa electricamente aislante entre ellos. Los electrodos en dicha configuracion se forman tfpicamente sobre sustratos separados que se ensamblan durante la fabricacion de la celda electroqmmica. Esta configuracion presenta dificultades en la fabricacion cuando se forma una parte mediante la que los electrodos del elemento de tira estan conectados al circuito medidor, puesto que es diferente de la configuracion de conexion habitual donde las areas de conexion estan todas en el mismo plano.
El aspecto de las areas de conexion en diferentes planos se ha abordado de diversas maneras. En el documento WO 98/43073, se describe un metodo y dispositivo en el que se forman cortes en una de las capas del electrodo y en la capa aislante para exponer un area de la capa del electrodo subyacente que puede usarse como un area de conexion. En los documentos U.S. 5.437.999 y WO 00/20626 se describe un metodo y dispositivo en el que se forma una solapa sobre una capa del electrodo con un corte correspondiente en la otra capa de electrodo para exponer un area de conexion adecuada. En esta configuracion, la capa aislante esta cortocircuitada, de manera que no interfiere con el area de conexion.
En el documento EP 0 964 059 A2, la capa aislante esta cortocircuitada y se forma un orificio en el sustrato superior para exponer un area de conexion en la base del pocillo que se forma.
El pocillo puede llenarse con un material conductor y puede hacer contacto con el material conductor en la parte superior del pocillo llenado, llevando de esta manera las areas de conexion sobre un plano.
Un inconveniente a estas configuraciones es que requieren que los elementos sobre mas de una de las capas de la celda sean coincidentes entre sf cuando las capas se ensamblan en un dispositivo de trabajo. Esto crea dificultades en la fabricacion de dispositivos y limita las tecnicas de fabricacion que pueden usarse. En particular, para consideraciones de coste y capacidad de produccion, a menudo es deseable fabricar los elementos de tira en una forma de banda continua. Cuando se usan bandas continuas a menudo es diffcil conseguir de forma fiable la coincidencia banda abajo de los elementos repetitivos formados sobre diferentes capas antes de una etapa de laminado. A menudo esto requiere sistemas de control caros y un proceso de fabricacion relativamente fragil, si acaso fuera posible.
Sumario de la Invencion
Son deseables conectores de celda electroqmmica que son adecuados para su uso junto con celdas electroqmmicas de electrodos opuestos y los metodos de formacion de los mismos, que no requieren etapas de ajuste banda abajo antes del laminado de las capas. La presente divulgacion proporciona dichos conectores de celdas electroqmmicas y metodos.
En un primer ejemplo descrito no de acuerdo con la invencion, se proporciona una celda electroqmmica, la celda electroqmmica adaptada para la conexion electrica con un medidor, la celda incluyendo un primer sustrato aislante que lleva un primer recubrimiento electricamente conductor, un segundo sustrato aislante que lleva un segundo recubrimiento electricamente conductor, y una cada separadora aislante dispuesta entre ellos, los recubrimientos electricamente conductores estando dispuestos para encararse entre sf en una relacion separada, en la que un borde del primer sustrato aislante que lleva el primer recubrimiento electricamente conductor se extiende mas alla de un borde del segundo sustrato aislante que lleva el segundo recubrimiento electricamente conductor y mas alla de un borde de la capa espaciadora aislante y en el que el borde del segundo sustrato aislante
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que lleva el segundo recubrimiento electricamente conductor se extiende mas alia del borde de la capa espaciadora aislante.
En un aspecto del primer ejemplo descrito, el primer sustrato aislante que lleva el primer recubrimiento electricamente conductor incluye una apertura en una porcion del primer sustrato aislante que lleva el primer recubrimiento electricamente conductor que se extiende mas alla del borde de la separacion aislante, de tal manera que un area de la segunda capa de electrodos se expone para proporcionar una superficie para formar una conexion electrica con un medidor a traves de la apertura.
En un aspecto del primer ejemplo descrito, la celda incluye ademas una capa separadora aislante adicional, la capa separadora adicional dispuesta entre el primer recubrimiento electricamente conductor y el segundo recubrimiento electricamente conductor, en la que la capa separadora aislante y la capa separadora adicional esten situadas en lados opuestos de la apertura.
En un segundo ejemplo descrito no de acuerdo con la invencion se proporciona una celda electroqmmica, la celda electroqmmica adaptada para la conexion electrica con un medidor, la celda incluyendo un primer sustrato aislante que lleva un primer recubrimiento electricamente conductor, un segundo sustrato aislante que lleva un segundo recubrimiento electricamente conductor, y una cada separadora aislante dispuesta entre ellos, los recubrimientos electricamente conductores estando dispuestos para encararse entre sf en una relacion separada, en la que un borde del primer sustrato aislante que lleva el primer recubrimiento electricamente conductor se extiende mas alla de un borde del segundo sustrato aislante que lleva el segundo recubrimiento electricamente conductor y mas alla de un borde de la capa espaciadora aislante y en el que el primer sustrato aislante que lleva el primer recubrimiento electricamente conductor y la capa separadora aislante incluyen una apertura, de tal manera que un area de la segunda capa de electrodos se expone para proporcionar una superficie para formar una conexion electrica con un medidor a traves de la apertura.
En un tercer ejemplo descrito no de acuerdo con la invencion se proporciona una celda electroqmmica, la celda electroqmmica adaptada para la conexion electrica con un medidor, la celda incluyendo un primer sustrato aislante que lleva un primer recubrimiento electricamente conductor, un segundo sustrato aislante que lleva un segundo recubrimiento electricamente conductor, y una cada separadora aislante dispuesta entre ellos, los recubrimientos electricamente conductores estando dispuestos para encararse entre sf en una relacion separada, en el que una porcion del primer sustrato aislante que lleva el primer recubrimiento electricamente conductor se extiende mas alla de un borde del segundo sustrato aislante que lleva el segundo recubrimiento electricamente conductor y mas alla de un borde de la capa separadora aislante, y en el que una porcion del primer sustrato aislante que lleva el primer recubrimiento electricamente conductor y una porcion del separador aislante se eliminan para formar una muesca, la muesca situada adyacente al borde del segundo sustrato aislante que lleva el segundo recubrimiento electricamente conductor y el borde de la capa separadora aislante, de tal manera que un area de la segunda capa de electrodos se expone para proporcionar una superficie para formar una conexion electrica con un medidor.
En un cuarto ejemplo descrito no de acuerdo con la invencion, se proporciona un metodo para formar una conexion electrica entre una celda electroqmmica y un medidor, incluyendo el metodo en las etapas de: proporcionar una celda electroqmmica, comprendiendo la celda electroqmmica un primer sustrato aislante que lleva un primer recubrimiento electricamente conductor, un segundo sustrato aislante que lleva un segundo recubrimiento electricamente conductor, y una capa espaciadora aislante dispuesta entre ellos, recubrimientos electricamente conductores que estan dispuestos para enfrentarse entre sf en una relacion separada, en la que un borde del primer sustrato aislante que lleva el primer recubrimiento electricamente conductor se extiende mas alla de un borde del segundo sustrato aislante que lleva el segundo recubrimiento electricamente conductor y mas alla de un borde de la capa espaciadora aislante y en el que el borde del segundo sustrato aislante que lleva el segundo recubrimiento electricamente conductor se extiende mas alla del borde de la capa espaciadora aislante; proporcionar un medidor, incluyendo el medidor una cuna, incluyendo la cuna una superficie conductora superior de la cuna y una superficie conductora inferior de la cuna, estando las superficies conductoras en comunicacion electrica con el medidor; e insertar una porcion de la celda electroqmmica en el medidor, con lo que la cuna se inserta entre la porcion del primer sustrato aislante que lleva el primer recubrimiento electricamente conductor y la porcion del segundo sustrato aislante que lleva el segundo recubrimiento electricamente conductor que se extiende mas alla del borde de la capa espaciadora aislante, de manera que el primer sustrato aislante que lleva el primer recubrimiento electricamente conductor se divide desde el segundo sustrato aislante que lleva el segundo recubrimiento electricamente conductor, con lo que se forma una conexion electrica entre el primer recubrimiento electricamente conductor y la superficie conductora inferior de la cuna, con lo que se forma una conexion electrica entre el segundo recubrimiento electricamente conductor y la superficie conductora superior de la cuna.
En un aspecto del cuarto ejemplo descrito, el medidor incluye adicionalmente un punto de giro, siendo capaz la cuna de girar sobre el punto de giro.
Breve Descripcion de los Dibujos
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Las Figuras 1a y 1b proporcionan un esquema de una celda electroqmmica en la que el elemento 2 esta desplazado del borde correspondiente del elemento 1 de manera que se expone el recubrimiento conductor sobre el elemento 1. La Figura 1a ilustra una vista esquematica superior y la Figura 1b ilustra una vista en seccion transversal.
Las Figuras 2a y 2b proporcionan un esquema de una celda electroqmmica en la que se corta un orifico de paso en el elemento 1 para exponer el recubrimiento conductor sobre el elemento 2 para conexion electrica. La Figura 2a ilustra una vista esquematica superior y la Figura 2b ilustra una vista en seccion transversal.
Las Figuras 3a y 3b proporcionan un esquema de una celda electroqmmica similar a la celda de la Figura 2, excepto que se ha insertado una parte extra del elemento 3 entre los elementos 1 y 2. La Figura 3a ilustra una vista esquematica superior y la Figura 3b ilustra una vista en seccion transversal.
Las Figuras 4a y 4b proporcionan un esquema de una celda electroqmmica en la que se forma una ranura en el elemento 1, que da acceso a un area del recubrimiento conductor sobre el elemento 2. La Figura 4a ilustra una vista esquematica superior y la Figura 4b ilustra una vista en seccion transversal.
Las Figura 5a y 5b proporcionan un esquema de una celda electroqmmica de acuerdo con la presente invencion. La celda electroqmmica es similar a la celda de la Figura 2, excepto que el borde del elemento 3 es tal que esta situado por encima del elemento 4 en el elemento 1. La Figura 5a ilustra una vista esquematica superior y la Figura 5b ilustra una vista en seccion transversal.
Las Figura 6a y 6b proporcionan un esquema de una celda electroqmmica similar a la celda de la Figura 4, excepto que el borde del elemento 3 es tal que esta al menos cerca del borde del elemento 1. La Figura 6a ilustra una vista esquematica superior y la Figura 6b ilustra una vista en seccion transversal.
La Figura 7 proporciona una vista lateral que ilustra la division del elemento 1 del elemento 2 en el area del conector para permitir el acceso para un dispositivo de conexion de lengueta.
La Figura 8 proporciona una vista posterior que ilustra la division del elemento 1 del elemento 2 en el area del conector para permitir el acceso para un dispositivo de conexion de lengueta.
La Figura 9 proporciona una ilustracion que representa una tira parcialmente insertada en un conector del circuito externo.
La Figura 10 proporciona una ilustracion que representa una tira totalmente insertada en un conector del circuito externo.
La Figura 11 proporciona una vista lateral de un conector del circuito externo 100.
La Figura 12 proporciona una ilustracion que representa una tira parcialmente insertada en un conector del circuito externo 100 como se ilustra en la Figura 11.
La Figura 13 proporciona una ilustracion que representa una tira totalmente insertada en un conector del circuito externo 100 como se ilustra en la Figura 11.
Descripcion Detallada de la Realizacion Preferida
La siguiente descripcion y ejemplos ilustran una realizacion preferida de la presente invencion en detalle. Los expertos en la materia reconoceran que hay numerosas variaciones y modificaciones de esta invencion que estan incluidas por este alcance. Por consiguiente, la descripcion de una realizacion preferida no debena suponer una limitacion al alcance de la presente invencion.
Las realizaciones preferidas y ejemplos descritos se refieren a dispositivos y metodos para formar areas de conexion de electrodos en celdas electroqmmicas con electrodos opuestos. Los dispositivos y metodos no requieren el registro de caractensticas formadas en diferentes capas antes de la laminacion de las capas. En particular, se proporcionan dispositivos y metodos que no requieren el registro banda abajo de caractensticas repetidas en capas diferentes durante la laminacion de redes continuas de dispositivos durante la fabricacion. Las realizaciones preferidas pueden usarse junto con cualquier proceso de fabricacion adecuado, por ejemplo, un proceso en el que las secciones discretas de las capas se laminan juntas y en el que es ventajoso reducir los requisitos de registro y por lo tanto la complejidad de fabricacion.
Tambien se proporcionan los elementos preferidos del puerto en el dispositivo medidor adecuados para su uso con los conectores de tira divulgados
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El elemento basico de las celdas electroqmmicas ilustradas en las Figuras 1-6 es que el borde de al menos una capa del electrodo (denominado en este documento la capa superior del electrodo) esta desplazado de al menos otra capa del electrodo opuesta (denominada en este documento la capa inferior del electrodo) de manera que un area de la capa del electrodo inferior sobresale del borde de la capa del electrodo superior, exponiendo de esta manera un area de la capa del electrodo inferior adecuada para la conexion con el circuito medidor.
Las Figuras 1 a 6 representan vistas de diversas realizaciones preferidas de conectores de celda electroqmmica. Las Figuras 1, 2, 3, 4, 5 y 6 representan vistas en seccion transversal de las secciones de banda o cartulina de las capas ensambladas para las diversas realizaciones, mostrando los elementos repetitivos.
En las Figuras 1 a 6, el elemento 1 es la capa inferior del electrodo. Esta capa consiste en un sustrato electricamente aislante con un recubrimiento electricamente conductor sobre su cara superior, en el que el recubrimiento electricamente conductor esta en contacto electrico con al menos un primer electrodo de la celda electroqmmica.
El elemento 2 es la capa superior del electrodo. Esta capa consiste en un sustrato electricamente aislante con un recubrimiento electricamente conductor aplicado a su cara inferior, en el que el recubrimiento electricamente conductor esta en contacto electrico con al menos un segundo electrodo de la celda electroqmmica.
El elemento 3 es una capa electricamente aislante que sirve para espaciar los elementos 1 y 2. En las realizaciones preferidas, las caras superior e inferior del elemento 3 son adhesivas y tambien sirven para adherir juntas las capas del dispositivo. En esta realizacion preferida, el elemento 3 puede consistir en un sustrato recubierto con un adhesivo. Como alternativa puede consistir solo en una capa de adhesivo.
El elemento 4 es un componente recortado en el elemento 1 que, como se ilustra en las Figuras 2 a 6, sirve para dar acceso a un area expuesta del recubrimiento electricamente conductor de la cara inferior del elemento 2.
En la Figura 1, un borde del elemento 2 esta desplazado del borde correspondiente del elemento 1, de manera que un area sobresaliente del recubrimiento conductor sobre el elemento 1 esta expuesta. En una realizacion preferida, una lengueta del material de sustrato electricamente aislante con los recubrimientos o capas electricamente conductores sobre sus caras superior e inferior se inserta entre los elementos 1 y 2 para crear una conexion electrica con el circuito medidor.
En la Figura 2, se corta un orifico de paso en el elemento 1 para exponer un area del recubrimiento conductor sobre el elemento 2 para conexion electrica. Esto obvia la necesidad de tener un dispositivo de conexion insertado entre las capas.
El dispositivo representado en la Figura 3 es similar al representado en la Figura 2, excepto que se ha insertado una porcion extra del elemento 3 entre los elementos 1 y 2. Esta configuracion es deseable puesto que es probable que los elementos 1 y 2 se empujen juntos durante el uso y, de esta manera, creen un cortocircuito electrico entre los recubrimientos conductores sobre los elementos 1 y 2.
La Figura 4 representa una realizacion donde se ha formado una ranura en el elemento 1 que da acceso a un area del recubrimiento conductor sobre el elemento 2.
La Figura 5 representa una realizacion similar a la de la Figura 2. Sin embargo, en esta realizacion el borde del elemento 3 es tal que esta por encima del elemento 4 en el elemento 1. Para que esta realizacion sea operativa, en la realizacion preferida los elementos 1 y 2 deben laminarse o ensamblarse juntos de otra manera antes de que se forme el elemento 4.
La Figura 6 representa una realizacion similar a la de la Figura 4. Sin embargo, en esta realizacion el borde del elemento 3 es tal que al menos esta cerca del borde del elemento 1. En esta realizacion, se prefiere que los elementos 1 y 2 se laminen o se ensamblen juntos de otra manera antes de que se forme el elemento 4.
Tambien se describen metodos para formar conexiones electricas en algunos de los dispositivos de conexion analizados anteriormente.
Para las celdas electroqmmicas de las realizaciones preferidas representadas en las Figuras 2 a 6, es adecuado usar partes para la conexion de los recubrimientos conductores sobre los elementos 1 y 2 en el circuito externo como las descritas en la solicitud de patente U.S. en tramite 09/399.512 presentada el 20 de Septiembre de 1999.
Para el ejemplo representado en la Figura 1, es deseable una configuracion diferente para la conexion externa. Para esta realizacion, es deseable dividir el elemento 1 del elemento 2 en el area del conector para permitir
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un acceso mas facil para un dispositivo de conexion de lengueta. De acuerdo con este aspecto de la realizacion, el elemento 1 se divide del elemento 2 durante la insercion del conector de tira en el conector del circuito externo mediante una proyeccion con forma de cuna.
Las Figuras 7 y 8 muestran una vista lateral y una vista posterior, respectivamente, que ilustran la division del elemento 1 del elemento 2 en el area del conector para permitir el acceso para un dispositivo de conexion con lengueta. Las Figuras 9 y 10 muestran esta realizacion con una tira parcial y totalmente insertada, respectivamente, en el conector del circuito externo.
El conector del circuito externo 10, representado en las Figuras 7 a 10, contiene una camara 18, que contiene cavidades 11 y 12 en las que pueden insertarse el elemento 1 y el elemento 2 de la tira, respectivamente. Una o mas proyecciones con forma de cuna 17 en las paredes laterales de la camara 18 sirven para separar los elementos de tira 1 y 2 a medida que la tira se inserta en la camara 18. A medida que la tira se inserta en la camara 18, el elemento 1 primero golpea la cara inferior de la proyeccion 17 y se fuerza hacia abajo. Esta accion, junto con la accion de insercion sirve para separar adicionalmente el elemento 1 del elemento 2 para permitir la insercion fiable del elemento 2 en la cavidad 12.
Otra proyeccion con forma de cuna sobresale de la cara trasera de la camara 18. Las capas conductoras se montan sobre las caras 13 y 14 de esta proyeccion, donde las dos capas conductoras se afslan electricamente entre st Estas capas hacen un contacto electrico con los recubrimientos conductores sobre los elementos de tira 1 y 2. Los cables electricamente conductores u otros canales conductores 15 y 16 estan conectados electricamente a las capas conductoras en las caras 13 y 14 y sirven para realizar la conexion al circuito externo. Como apreciara un experto en la materia, el dispositivo con superficies que comprenden las capas conductoras 13 y 14 puede construirse de manera que se integra con las proyecciones 17.
En las Figuras 11 a 13 se representa un segundo ejemplo. La Figura 11 muestra una vista lateral de la realizacion. Las Figuras 12 y 13 muestran una vista lateral de la realizacion con una tira parcial o totalmente insertada, respectivamente.
El conector del circuito externo 100, representado en las Figuras 11 a 13, contiene una camara 105 que contiene una cuna 101 que es capaz de girar dentro de la camara 105 alrededor de un punto de giro 102. La cuna comprende superficies electricamente conductoras 106 y 107 que estan conectadas electricamente a los puntos de conexion externos 103 y 104. En esta posicion inicial, la cuna 101 se mantiene por gravedad o mediante un dispositivo de tensado por resorte (no mostrado) de manera que se situa como se muestra en la Figura 11. Cuando se inserta una tira en la camara 105, el elemento inferior del electrodo golpea la superficie inferior de la cuna 101 detras del punto de giro 102. Esta accion hace girar la cuna 101 de manera que el punto de la cuna 101 se situa entre las capas superior e inferior del electrodo de la tira. Despues, a medida que la tira se inserta adicionalmente en la camara 105, la superficie superior de la cuna 106 se pone en contacto con el recubrimiento conductor sobre el elemento superior de la tira. La conexion electrica del recubrimiento conductor sobre el elemento superior de la tira al punto de conexion 103, mediante la superficie conductora 106 se consigue entonces, puesto que el recubrimiento conductor sobre el elemento inferior de la tira del electrodo esta en conexion electrica con el punto de conexion 104 mediante una superficie conductora 107.
La ventaja de la realizacion mostrada en las Figuras 11 a 13 es que el punto de la cuna 101 se situa automaticamente entre los elementos superior e inferior del electrodo de la tira para asegurar una conexion fiable.
Celdas Electroqmmicas
Los conectores de celda electroqmmica de las realizaciones preferidas son adecuados para usar en una diversidad de celdas electroquimicas. Por ejemplo, los conectores pueden usarse junto con las celdas electroquimicas usadas como detectores amperometricos para la deteccion y cuantificacion de analitos.
En dichas aplicaciones, los electrodos pueden situarse de manera que el electrodo de trabajo esta aislado de las reacciones del contra-electrodo y los productos de reaccion, o esta situado de manera que los productos de la reaccion del contra-electrodo se difunden hacia el electrodo de trabajo donde reaccionan. El primer anterior de celda electroqmmica se conoce bien en la tecnica anterior. El ultimo tipo de celda electroqmmica se analiza en los documentos US 6.179.979 y US 5.942.102.
Estas dos configuraciones de electrodo vanan en que, en el caso aislado, el contra-electrodo esta situado lo suficientemente lejos del electrodo de trabajo de manera que durante el tiempo que se esta usando la celda, los productos de las reacciones electroquimicas en el contra-electrodo no alcanzan al electrodo de trabajo. En la practica, esto se consigue tfpicamente mediante una separacion del electrodo de trabajo del contra-electrodo de al menos un milfmetro.
En la configuracion no aislada, el electrodo de trabajo y el contra-electrodo se situan juntos lo
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suficientemente cerca de manera que los productos de las reacciones electroqmmicas en el contra-electrodo pueden difundir hacia el electrodo de trabajo durante el tiempo que se esta usando la celda. Estos productos de reaccion pueden reaccionar entonces en el electrodo de trabajo, dando una mayor corriente que puede estar presente en el caso de un electrodo aislado. En la configuracion no aislada, las reacciones en el electrodo de trabajo pueden describirse como acopladas a las reacciones del contra-electrodo.
Fabricacion de la Celda Electroqmmica
En ciertas realizaciones, las celdas electroqmmicas de las realizaciones preferidas pueden fabricarse usando metodos similares a los descritos en el documento U.S. 5.942.102.
Como reconocera un experto en la materia, las capas de electrodo y los sustratos electricamente aislantes pueden seleccionarse independientemente segun se desee, por ejemplo, por facilidad de fabricacion, para reducir los costes de material o para conseguir otros atributos deseables de la celda o del proceso de fabricacion. Igualmente, las capas de electrodo pueden aplicarse a las capas de sustratos electricamente aislantes en cualquier patron adecuado, por ejemplo, un patron que solo cubra parcialmente el sustrato.
En las realizaciones preferidas, diversas capas en la celda pueden adherirse usando un adhesivo adecuado. Los adhesivos adecuados incluyen, por ejemplo, adhesivos activados por calor, adhesivos sensibles por presion, adhesivos curados por calor, adhesivos curados qmmicamente, adhesivos de fusion en caliente, adhesivos fluidos en caliente y similares. Los adhesivos sensibles a presion se prefieren para el uso en ciertas realizaciones donde se desea la simplificacion de la fabricacion. Sin embargo, en otras realizaciones la adhesividad de los adhesivos sensibles a presion puede dar como resultado el engomado de la herramienta de fabricacion o producir adhesividad. En dichas realizaciones, generalmente se prefieren los adhesivos curados por calor o qmmicamente. Se prefieren especialmente los adhesivos activados por calor o curados por calor, que pueden activarse convenientemente en el momento apropiado.
En ciertas realizaciones, puede preferirse usar un adhesivo de fusion en caliente. Un adhesivo de fusion en caliente es un material termoplastico sin disolvente que es solido a temperatura ambiente y que se aplica en forma fundida a una superficie a la que se adhiere cuando se enfna a una temperatura por debajo de su punto de fusion. Los adhesivos de fusion en caliente estan disponibles en diversas composiciones qmmicas en un amplio intervalo de puntos de fusion. El adhesivo de fusion en caliente puede estar en forma de una banda, un material no tejido, un material tejido, polvo, solucion o cualquier otra forma adecuada. Los adhesivos de fusion en caliente de poliester pueden preferirse para ciertas realizaciones. Dichos adhesivos (disponibles, por ejemplo, en Bostik Corp. of Middleton, MA) son compuestos de fusion en caliente de poliester saturado lineal que presentan puntos de fusion de 65°C a 220°C y vanan de una naturaleza completamente amorfa a altamente cristalina. Los adhesivos de fusion en caliente de poliamida (nylon), disponibles tambien en Bostik, pueden preferirse, incluyendo tanto adhesivos de poliamida de acido dimerico como de tipo nylon. Los productos qmmicos adhesivos de fusion en caliente adecuadas incluyen EVA, polietileno y polipropileno.
Como alternativa, en otras ciertas realizaciones puede preferirse usar tecnicas de laminado para unir ciertas capas juntas. Dichas tecnicas de laminado se describen en el documento US 6.596.112 titulado “LAMINATES OF ASYMMETRIC MEMBRANES”. Las capas a laminar se situan adyacentes entre sf y se aplica calor, con lo que se forma un enlace entre las capas. Tambien puede aplicarse presion para ayudar a formar el enlace. Los metodos de laminado pueden preferirse para unir dos materiales cualquiera capaces de formar un enlace tras la aplicacion de calor y/o presion. El laminado se prefiere para formar un enlace entre dos materiales polimericos adecuados.
Los materiales electricamente resistivos adecuados que pueden preferirse como capas espaciadoras, como soportes para capas de electrodo o en otras capas en la celda incluyen, por ejemplo, materiales tales como poliesteres, poliestirenos, policarbonatos, poliolefinas, polietilentereftalato, vidrios, ceramicos, mezclas y/o combinaciones de los mismos y similares. Los ejemplos de adhesivos electricamente resistivos adecuados para usar como espaciadores o capas de soporte incluyen, aunque sin limitacion poliacrilatos, polimetacrilatos, poliuretanos y poliesteres sulfonatados.
Los compuestos qmmicos para usar en la celda, tales como reactivos redox, agentes de lisis, tampones, sales inertes y otras sustancias, pueden soportarse sobre los electrodos o las paredes de la celda, o uno o mas soportes independientes contenidos dentro de la celda o pueden auto-soportarse. Si los compuestos qmmicos deben soportarse sobre los electrodos o paredes de la celda, los compuestos qmmicos pueden aplicarse usando tecnicas de aplicacion bien conocidas en la tecnica tales como impresion por chorro de tinta, impresion serigrafica, litograffa, pulverizacion ultrasonica, recubrimiento por ranura, impresion por rotograbado y similares. Los soportes independientes adecuados pueden incluir, aunque sin limitacion, mallas, laminas no tejidas, cargas fibrosas, membranas macroporosas y polvos sinterizados. Los compuestos qmmicos para usar en la celda pueden soportarse sobre o estar contenidos dentro de un soporte.
En una realizacion preferida, los materiales preferidos dentro de la celda asf como los materiales a partir de
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los que se construye la celda estan en una forma que puede adaptarse a produccion en masa y las propias celdas estan disenadas para un solo experimento y despues desecharlas. Una celda desechable es una que es suficientemente barata de producir y que es economicamente aceptable usarla para un solo ensayo. Una celda desechable es una que puede usarse convenientemente solo para un unico ensayo, en concreto, puede ser necesario realizar etapas tales como lavado y/o recarga de reactivos para procesar la celda despues de un solo uso para hacerla adecuada para un uso posterior.
Economicamente aceptable, en este contexto, significa que el valor percibido del resultado del ensayo para el usuario es el mismo o mayor que el coste de la celda si se adquiere y usa, ajustandose el precio de adquisicion de la celda por el coste de suministro de la celda al usuario mas una subida apropiada. Para muchas aplicaciones, se prefieren celdas que tienen costes de material relativamente bajos y procesos de fabricacion sencillos. Por ejemplo, los materiales de electrodo de las celdas pueden ser baratos, tales como carbono o pueden estar presentes en cantidades suficientemente pequenas de manera que pueden preferirse materiales caros. El carbono para impresion serigrafica o la tinta de plata es un proceso adecuado para formar los electrodos con materiales relativamente baratos. Sin embargo, si se desea usar materiales de electrodo tales como platino, paladio, oro o iridio, se prefieren metodos con una mejor utilizacion de un material tal como bombardeo o recubrimiento evaporativo en fase vapor, puesto que pueden producir pelfculas extremadamente finas. Los materiales de sustrato para las celdas desechables tambien son preferiblemente baratos. Los ejemplos de dichos materiales baratos son polfmeros tales como cloruro de polivinilo, poliimida, poliester y papeles y carton recubiertos.
Los metodos de ensamblaje de la celda preferiblemente pueden adaptarse a produccion en masa. Estos metodos incluyen la fabricacion de multiples celdas o cartulinas y separar la cartulina en tiras individuales despues de las etapas de ensamblaje principales, y fabricacion de la banda, donde las celdas se producen en una banda continua, que se separa posteriormente en tiras individuales. El procesado de las cartulinas es mas adecuado cuando se desea un ajuste espacial proximo de multiples elementos para la fabricacion y/o cuando se prefieren materiales de sustrato celular ngido. El procesado de la banda es mas adecuado cuando el ajuste banda abajo de los elementos no es cntico y pueden preferirse bandas flexibles.
En ciertas realizaciones, un uso individual conveniente para la celda electroqmmica puede ser deseable, de manera que los usuarios no esten tentados de intentar reutilizar la celda y, posiblemente, obtener un resultado de ensayo impreciso. El uso unico de la celda puede establecerse en las instrucciones para el usuario que acompanan a la celda. Mas preferiblemente, en ciertas realizaciones donde es deseable un solo uso, la celda puede fabricarse de manera que el uso de la celda mas de una vez es diffcil o no es posible. Esto puede conseguirse, por ejemplo, incluyendo reactivos que se lavan o que se consumen durante el primer ensayo y no son funcionales en un segundo ensayo. Como alternativa, la senal del ensayo puede examinarse para indicaciones de que los reactivos en la celda ya han reaccionado, tal como una senal inicial anormalmente alta, y el ensayo se aborta. Otro metodo incluye proporcionar un medio para romper las conexiones electricas en la celda despues de que se haya completado el primer ensayo en una celda.
Los Electrodos
En una realizacion preferida en la que la celda electroqmmica detecta la presencia y/o cantidad de analito en la muestra o una sustancia indicativa de la presencia y/o cantidad del analito presente en la muestra, al menos uno de los electrodos en la celda es un electrodo de trabajo. Cuando el potencial del electrodo de trabajo es indicativo del nivel de analito (tal como en un detector potenciometrico), esta presente un segundo electrodo que actua como electrodo de referencia, que actua para proporcionar un potencial de referencia.
En el caso de un detector amperometrico en el que la corriente del electrodo de trabajo es indicativa del nivel de un analito, tal como glucosa, esta presente al menos otro electrodo, que preferiblemente funciona como un contra-electrodo para completar el circuito electrico. Este segundo electrodo puede funcionar tambien como un electrodo de referencia. Como alternativa, un electrodo puede realizar la funcion de un electrodo de referencia.
Los materiales adecuados para los electrodos de trabajo, contra-electrodo y electrodo de referencia son compatibles con cualquier reactivo o sustancia presente en el dispositivo. Los materiales compatibles no reaccionan sustancialmente qmmicamente con otras sustancias presentes en la celda. Los ejemplos de dichos materiales adecuados pueden incluir, aunque sin limitacion, carbono, carbono y un aglutinante organico, platino, paladio, carbono, oxido de indio, oxido de estano, oxidos mixtos de indio/estano, oro, plata, iridio y mezclas de los mismos. Estos materiales pueden formarse en estructuras de electrodo por cualquier metodo adecuado, por ejemplo, por bombardeo, recubrimiento en fase vapor, impresion serigrafica, evaporacion termica, impresion por rotograbado, recubrimiento por ranura o litograffa. En las realizaciones preferidas, el material se bombardea o se serigraffa para formar las estructuras de electrodo.
Los ejemplos no limitantes de los materiales preferidos para uso en los electrodos de referencia incluyen sistemas de sal de metal/metal, tal como plata en contacto con cloruro de plata, bromuro de plata o yoduro de plata, y mercurio en contacto con cloruro mercurioso o sulfato mercurioso. El metal puede depositarse por cualquier
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metodo adecuado y despues ponerse en contacto con la sal metalica apropiada. Los metodos adecuados incluyen, por ejemplo, electrolisis en una solucion salina adecuada u oxidacion qmmica. Dichos sistemas de sal de metal/metal proporcionan un mejor control del potencial en los metodos de medicion potenciometricos que los sistemas de un solo componente metalico. En una realizacion preferida, los sistemas de electrodo de sal de metal/metal se prefieren como un electrodo de referencia separado en un detector amperometrico.
Puede usarse cualquier espaciado de electrodo adecuado. En ciertas realizaciones puede preferirse que los electrodos esten separados por una distancia de aproximadamente 500 |im, 400 |im, 300 |im, 200 |im, 100 |im, 50 |im, 20 |im, 10 |im o menos. En otras realizaciones, puede preferirse que los electrodos esten separados por una distancia de aproximadamente 500 |im, 600 |im, 700 |im, 800 |im, 900 |im, 1 mm o mayor.
Agentes de Lisis
En ciertas realizaciones, puede ser deseable incluir uno o mas agentes de lisis en la celda electroqmmica. Los agentes de lisis adecuados incluyen detergentes, tanto ionicos como no ionicos, enzimas proteoltticas y lipasas. Los detergentes ionicos adecuados incluyen, por ejemplo, dodecilsulfato sodico y bromuro de cetiltrimetil amonio. Los ejemplos no limitantes de enzimas proteoltticas incluyen tripsina, quimiotripsina, pepsina, papama y Pronasa E, una enzima muy activa que tiene una amplia especificidad. Los tensioactivos no ionicos adecuados para el uso incluyen, por ejemplo, octilfenoles etoxilados, incluyendo la serie TRITON X™ disponible en Rohm & Haas de Philadelphia, Pennsylvania. En una realizacion preferida, las saponinas, en concreto los glucosidos vegetales que forman espuma en agua, se prefieren como agente de lisis. En una realizacion particularmente preferida, las sales de metal alcalino de acido desoxicolico disponibles en Sigma Aldrich Pty. Ltd. of Castle Hill, NSW, Australia se prefieren como agentes de lisis.
Reactivo Redox
Los reactivos redox pueden incluirse tambien en la celda electroqmmica en las realizaciones preferidas. Los agentes redox preferidos para el uso en las celdas electroqmmicas para la medicion de glucosa en sangre incluyen aquellos que son capaces de oxidar la forma reducida de las enzimas que son capaces de oxidar selectivamente la glucosa. Los ejemplos de enzimas adecuadas incluyen, aunque sin limitacion, glucosa oxidasa deshidrogenasa, glucosa deshidrogenasa dependiente de PQQ y glucosa deshidrogenasa dependiente de NAD. Los ejemplos de reactivos redox adecuados para el uso en el analisis de glucosa incluyen, aunque sin limitacion, sales de ferricianuro, dicromato, oxidos de vanadio, permanganato y complejos organometalicos electroactivos. Los reactivos redox organicos tales como diclorofenolindofenol y quinonas tambien son adecuados. En una realizacion preferida, el reactivo redox para analizar la glucosa es ferricianuro.
Tampones
Opcionalmente, un tampon puede estar presente junto con un reactivo redox en forma seca en la celda electroqmmica. Si un tampon esta presente, lo esta en una cantidad tal que el nivel de pH resultante es adecuado para ajustar el potencial de oxidacion del reactivo redox a un nivel adecuado para la oxidacion, por ejemplo, de glucosa, pero no de otras especies que no se desea detectar. El tampon esta presente en una cantidad suficiente para mantener sustancialmente el pH de la muestra al nivel deseado durante el ensayo. Los ejemplos de tampones adecuados incluyen fosfatos, carbonatos, sales de metal alcalino de acido cftrico melftico, sales de metal alcalino de acido cftrico y sales de metal alcalino de acido citraconico. La eleccion del tampon puede depender, entre otros factores, del pH deseado. El tampon se selecciona para que no reaccione con el reactivo redox.
Sales Inertes
Las sales inertes preferidas para el uso en las diversas realizaciones incluyen sales que se disocian para formar iones en la muestra a analizar pero que no reaccionan con cualquiera de los reactivos redox u otras sustancias en la muestra o en la celda, ni con los electrodos de la celda. Los ejemplos de sales inertes adecuadas incluyen, aunque sin limitacion cloruros, nitratos, sulfatos y fosfatos de metal alcalino.
Otras Sustancias Presentes Dentro de la Celda
Ademas de los reactivos y tampones redox, otras sustancias pueden estar presentes tambien dentro de la celda electroqmmica. Dichas sustancias incluyen, por ejemplo, potenciadores de la viscosidad y polfmeros de bajo peso molecular. Las sustancias hidrofilas pueden estar contenidas tambien dentro de la celda, tales como polietilenglicol, acido poliacnlico, dextrano y tensioactivos tales como aquellos comercializados por Rohm & Haas Company of Philadelphia, Pennsylvania con el nombre comercial TRITON X™ o por ICI Americas Inc. of Wilmington, Delaware, con el nombre comercial TWEEN™. En una realizacion preferida estan presentes los tensioactivos Pluronic y los agentes antiespumantes disponibles en BASF. Dichas sustancias pueden potenciar la velocidad de carga de la celda, proporcionar una medicion mas estable e inhibir la evaporacion en muestras de pequeno volumen.
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Circuito Electrico
Las capas electricamente conductoras estan conectadas preferiblemente mediante los conectores descritos en este documento a circuitos electricos capaces de aplicar potenciales entre los electrodos y medir las corrientes resultantes, por ejemplo, medidores. Los medidores adecuados pueden incluir uno o mas de una fuente electrica, un circuito para aplicar potenciales o corrientes controlados, un dispositivo de control de microprocesador, un ordenador o dispositivo de almacenamiento de datos, un dispositivo de visualizacion, un dispositivo de alarma audible u otros dispositivos o componentes como se sabe en la tecnica. El medidor puede ser capaz tambien de tener una interfaz con un ordenador o dispositivo de almacenamiento de datos. Por ejemplo, un medidor tfpico puede ser un dispositivo portatil que se activa con una batena, controlado por un microprocesador a bordo, y que contiene un circuito para aplicar potenciales o corrientes predeterminados entre, por ejemplo, las clavijas de conexion del electrodo y el circuito, tal como un convertidor analogico a digital. En esta realizacion, la senal analogica de la tira puede convertirse en una senal digital que puede analizarse y/o almacenarse por un microprocesador. El medidor puede contener tambien una pantalla tal como una Pantalla de Cristal Lfquido y un circuito asociado adecuado para mostrar el resultado del ensayo al usuario. En una realizacion alternativa, el medidor puede incorporar un circuito especializado, tal como el circuito de aplicacion de potencial y de adquisicion de senal. Dicho circuito especializado puede incorporarse en un modulo separado que puede tener una interfaz con un dispositivo de calculo generico, tal como un ordenador portatil u otro tipo de ordenador. En dicha realizacion, el dispositivo generico puede realizar las funciones de control, analisis, almacenamiento de datos y/o visualizacion. Dicha realizacion permite que se produzca un medidor menos caro debido a que el dispositivo de calculo generico puede preferirse para muchas funciones y, como tal, no se considera parte del coste del sistema de medicion electroqmmico. En cualquiera de estas realizaciones de medidor, el medidor o dispositivo de calculo generico puede ser capaz de comunicarse con dispositivos externos tales como redes informaticas locales o Internet para facilitar la distribucion de los resultados del ensayo y proporcionar las actualizaciones del sistema al usuario.
La descripcion anterior proporciona diversos metodos y materiales de la presente invencion. Esta invencion es susceptible de modificaciones en los metodos y materiales, asf como de alteraciones en los metodos de fabricacion y el equipo. Dichas modificaciones resultaran evidentes para los expertos en la materia a partir de una consideracion de esta descripcion o de la practica de la invencion proporcionada en este documento. Por consiguiente, no se pretende que esta invencion se limite a las realizaciones espedficas proporcionadas en este documento, sino que cubra todas las modificaciones y alternativas que se incluyen dentro del verdadero alcance de la invencion representado por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (1)

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    Reivindicaciones
    1. Una celda electroqmmica, la celda electroqmmica adaptada para la conexion electrica con un medidor, la celda comprendiendo
    un primer sustrato aislante (1) que lleva un primer recubrimiento electricamente conductor, un segundo sustrato aislante (2) que lleva un segundo recubrimiento electricamente conductor, y una capa separadora aislante (3) dispuesta entre ellos,
    el primer y el segundo recubrimientos electricamente conductores estando dispuestos para encararse entre sf en una relacion separada,
    en la que una porcion del primer sustrato aislante (1) que lleva el primer recubrimiento electricamente conductor se extiende mas alla de un borde del segundo sustrato aislante (2) que lleva el segundo recubrimiento electricamente conductor y mas alla de un borde de la capa separadora aislante (3), y
    en el que cada uno del primer sustrato aislante (1) y la capa separadora aislante (3) tiene un orificio (4), dichos orificios (4) en cada una de las porciones que se extienden del primer sustrato aislante (1) y la capa separadora aislante (3) estando alineados exponiendo de esta manera un area de la segunda capa de electrodos (2) para permitir una conexion electrica con un medidor con el area expuesta de la segunda capa de electrodos (2).
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