FR3098598A1 - Procede de fabrication de bandelettes pour capteurs biomedicaux et bandelettes realisees selon ce procede - Google Patents
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Abstract
Procédé de réalisation de bandelettes pour mesures biologiques à partir de circuits souples sur une bande porteuse (1), pourvue d’un substrat isolant souple muni sur au moins une de ses faces de pistes conductrices (101), pastilles de contact (102) et électrodes (103, 104), comportant une application (40) sur ladite face de moyens de masquage (41) laissant les pastilles de contact et/ou les électrodes de la bandelette apparentes et un dépôt sélectif (50) d’une couche de métal noble sur lesdites pastilles de contact et électrodes au travers desdits moyens de masquage (41). Figure de l’abrégé : Figure 2
Description
La présente invention concerne un procédé de fabrication de bandelettes pour capteurs biomédicaux et bandelettes réalisées selon ce procédé
L’invention est du domaine des capteurs biomédicaux à bandelettes de mesures biologiques pour des tests diagnostiques à proximité du client appelés en anglais Point of Care Tests (POCT) et concerne notamment les bandelettes de mesure de taux de glucose pour le suivi des diabétiques.
Un exemple de bandelette à biocapteur est le glucomètre utilisé par les diabétiques pour mesurer la concentration de glucose dans le sang. L'élément sensible de ce biocapteur peut notamment être une enzyme telle que la glucose oxydase, qui convertit le glucose en acide gluconique ce qui va modifier des paramètres électriques au niveau d’électrodes d’une bandelette sur lesquelles est disposé le biocapteur, ces paramètres étant mesurés par un appareil de mesure associé auquel est raccordé la bandelette.
Il est connu de réaliser des bandelettes comportant un dépôt de carbone par sérigraphie pour réaliser des pistes de connexion d’un biocapteur.
Il est en outre connu de réaliser des bandelettes de mesure comportant un substrat souple isolant sur lequel sont réalisées des pistes conductrices comportant une succession de couches métalliques pour lesquelles la dernière couche est une couche d’or et/ou de palladium.
De telles bandelettes en général de taille réduite comportent à une extrémité des pistes des pastilles de contact pour la connexion de la bandelette avec des contacts d’un appareil de mesure et à une seconde extrémité des pistes des électrodes recevant un matériau bioactif par exemple à base d’enzyme qui réalise un biocapteur.
Leur fabrication comporte par exemple le dépôt d’une couche de résine sur un substrat isolant flexible, le dépôt d’une feuille de cuivre puis au moyen d’une technique de résine photosensible et de gravure chimique la réalisation de pistes de cuivre sur lesquelles vont être déposées des couches supplémentaires métalliques au moyen de technique telles que le dépôt en phase vapeur (PVD), le dépôt chimique ou le dépôt électrolytique.
Selon cette technique, les dépôts sont homogènes sur l’ensemble des pistes ce qui pour la couche d’or ou de palladium est onéreux.
Il existe par ailleurs pour de telles bandelettes un procédé comportant un dépôt d’or en phase vapeur sur un substrat isolant puis une structuration laser des pistes. Ce procédé est coûteux et qui consomme beaucoup d’or n’est pas adapté à une fabrication utilisant un procédé rouleau à rouleau.
Résumé
L’invention concerne en conséquence un procédé de fabrication de circuits souples de bandelettes de mesures biologiques qui a pour but notamment de réduire la quantité de métal noble tel que l’or ou le palladium déposée sur des pistes conductrices de la bandelette en localisant ce dépôt sur les zones de connexion des pistes conductrices. Le procédé permet en outre d’ajuster les dimensions du dépôt d’or en épaisseur mais aussi en longueur et en largeur.
Pour ce faire la présente invention propose un procédé de réalisation de bandelettes pour mesure biologique, à partir de circuits souples sur une bande porteuse, pourvue d’un substrat isolant souple muni sur au moins une de ses faces de pistes conductrices, pastilles de contact et électrodes, ledit procédé comportant une application sur ladite face de moyens de masquage laissant les pastilles de contact et/ou les d’électrodes de la bandelette apparentes et un dépôt sélectif d’une couche de métal noble sur lesdites pastilles de contact et/ou électrodes au travers des moyens de masquage.
Selon un mode de réalisation particulier, la réalisation de la bande porteuse comporte une succession d’étapes comprenant le dépôt ou le laminage d’une première couche métallique ou d’alliage métallique, par exemple une couche cuivre ou alliage de cuivre, sur la bande porteuse et une réalisation des pistes, pastilles de contact et électrodes par un procédé de photo-lithogravure ou de gravure laser (laser etching) sur ladite couche.
Selon un mode de réalisation particulier, le procédé comporte avant dépôt sélectif un dépôt d’une deuxième couche métallique ou d’alliage métallique, comme par exemple une couche de nickel avec ou sans phosphore, sur les pistes, pastilles de contact et électrodes.
Avantageusement, le procédé est un procédé bobine à bobine, réalisant une pluralité de bandelettes alignées les unes à côté des autres sur la bande porteuse.
Le procédé bobine à bobine est avantageusement réalisé en continu sur la bande porteuse qui est déroulée d’une première bobine et qui est ensuite ré-enroulée sur une seconde bobine.
De préférence dans une étape ultérieure, la bande porteuse est de nouveau déroulée et le procédé comporte un dépôt d’un matériau bioactif sur les électrodes des bandelettes de mesure et une ou plusieurs étapes de laminage et de découpe des bandelettes de mesure.
Selon des modes de réalisation, les moyens de masquage pour le dépôt sélectif peuvent notamment être choisis parmi un film, une courroie de masquage, un outil tel qu’un outil plastique formant pochoir ou une bande de masquage en mousse.
L’ensemble de ces moyens s’appliquent sur les pistes de la bande porteuse sont pourvus de découpes et laissant apparentes les pastilles de contact et électrodes pour permettre la métallisation sélective de ces pastilles de contact et électrodes avec le métal noble.
L’épaisseur de la première couche métallique ou d’alliage métallique peut notamment être choisie entre 10µm et 20µm.
Le dépôt de la deuxième couche métallique ou d’alliage métallique peut avoir une épaisseur de 1µm à 10µm et préférablement de 2µm à 5µm.
Le dépôt sélectif de la couche de métal noble peut avantageusement avoir une épaisseur de 10nm à 50nm.
Selon un mode de réalisation particulier, la bande est d’une largeur de 35mm à 150mm.
L’invention concerne en outre une bandelette pour mesure biologique réalisée selon le procédé de l’invention pour laquelle le matériau du substrat isolant souple est choisi entre le polyetherimide (PEI), le polyéthylène téréphtalate (PET), le polynaphtalate d'éthylène (PEN), le polyimide (PI), un composite verre époxy et un papier adapté.
Selon des modes de réalisation :
- la bandelette est telle que les pistes sont des pistes cuivre ayant une épaisseur de cuivre entre 10µm et 20µm,
- les pistes sont pourvues d’un revêtement nickel d’une épaisseur entre 2µm et 5µm,
- les pastilles de contact et les électrodes sont recouvertes de métal noble avec un dépôt d’une épaisseur de 10nm à 100nm.
D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels
Les dessins et la description ci-après contiennent, pour l’essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la présente divulgation, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
La présente demande concerne des bandelettes pour capteurs biomédicaux pour la réalisation de mesures biologiques. De telles bandelettes dont un exemple est schématisé en figure 1 avant découpe finale comportent un substrat souple, des pastilles de contact 102, ici de forme carrée, destinées à réaliser une connexion électriques avec des contacts complémentaires d’un dispositif de connexion de l’appareil de mesure recevant la bandelette, reliées à des électrodes 103, 104 par des pistes 101. Les électrodes reçoivent un produit actif tel qu’un enzyme qui lors d’une réaction avec un fluide corporel comportant un marqueur donné, par exemple le glucose dans le cas d’une bandelette pour suivi d’une personne diabétique, va modifier une caractéristique électrique de la bandelette.
Les bandelettes sont réalisées à partir d’une bande porteuse 1 pourvue de perforations latérales d’entraînement 120, qui forme le substrat isolant souple des bandelettes, sur lequel sont disposées les pistes, pastilles et électrodes au moyen d’un procédé avantageusement bobine à bobine (roll to roll en anglais).
Le matériau de la bande porteuse qui va former le substrat isolant souple des bandelettes peut être un polyetherimide (PEI) un polyéthylène téréphtalate (PET), un polynaphtalate d'éthylène (PEN), un polyimide (PI), un composite verre époxy ou un papier adapté. La largeur de la bande est adaptée en fonction de la longueur des bandelettes qui vont être réalisées côte à côte sur la bande. En fonction des dimensions traditionnelles de bandelettes utilisées dans le domaine et des dispositifs bobine à bobine, la largeur de la bande peut être de 35mm, 70mm ou 150mm.
L’épaisseur de la bande porteuse se situe dans la fourchette 50µm à 350µm.
Le procédé schématisé en figure 2 comporte en première étape le dépôt de pistes, pastilles et électrodes métalliques par exemple en cuivre ou alliage à base de cuivre sur le substrat formé par la bande porteuse.
Celles-ci sont par exemple réalisées par photo-lithogravure d'une couche de cuivre collée et/ou laminée sur le substrat ou d’une couche issue d’un dépôt de cuivre tel qu’un dépôt électrolytique. Elles peuvent aussi être déposées par laminage.
Dans le cas d’un collage ou d’un laminage, la feuille de cuivre 2 peut elle-même être issue d’une bobine 12 déroulée et appliquée en continu sur la bande porteuse déroulée à partir de la bobine 11. Le collage est fait selon les techniques traditionnelles de réalisation de circuits souples électroniques et par exemple la colle pourra avoir 2 natures :
- - liquide, le procédé d’encollage sera alors une enduction par rouleau ou par fente ;
- - sous forme d’un film, le procédé de collage sera alors un laminage.
Après le collage, une étape de cuisson pourra être réalisée avec une température pouvant varier de 20 à 120 °C.
L’épaisseur de la feuille de cuivre 2 est traditionnellement choisie entre 10µm et 20µm et plus particulièrement de 12µm ou 18µm.
Ensuite, le procédé comporte la réalisation de pistes cuivre à partir de la feuille de cuivre, par un procédé de photo-lithogravure qui utilise une étape 20 de pose d’un vernis photosensible et d’un masque 20, une étape d’insolation du vernis sur les parties non masquées 21, la dissolution des parties de vernis insolé suivie d’une attaque chimique 22 qui retire les parties de cuivre dans les zones qui ne sont plus recouvertes par le vernis.
De manière alternative, les plages de contacts électriques peuvent aussi être découpées mécaniquement pour former une grille conductrice qui est ensuite co-laminée avec le substrat.
Une fois le circuit électrique réalisé en cuivre, le procédé continue éventuellement par un dépôt 30 d’une couche de nickel avec ou sans phosphore sur les pistes de cuivre en sorte de les protéger de l’oxydation.
Cette couche peut être déposée par électrodéposition ou dépôt auto catalytique.
La couche de nickel a une épaisseur qui offre une tenue à la corrosion adéquate, préférablement entre 2µm et 5µm.
Ensuite le procédé de la demande comporte une application 40 sur la bande côté pistes de moyens de masquage 41 laissant les pastilles de contact et les zones d’électrodes de la bandelette apparentes et un dépôt sélectif 50 d’une couche de métal noble sur lesdites pastilles de contact et zones d’électrodes au travers des moyens de masquage 41.
Le dépôt sélectif d’or d’une épaisseur de 1 à 100 nanomètres, par exemple réalisé par électrodéposition ou dépôt auto catalytique, permet d’obtenir des zones de connexion de faible résistance électrique et inoxydables.
Plusieurs solutions sont utilisables pour réaliser les moyens de masquage. Dans tous les cas, ces moyens 41 vont comporter des découpes 42 laissant apparentes les pastilles de contact et/ou électrodes pour permettre le dépôt sélectif du métal noble sur ces dernières.
Les moyens de masquage peuvent être constitués d’un film pourvu d’ouvertures permettant un dépôt sélectif du métal noble ;
Ils peuvent aussi être constitués d’une courroie de masquage (inlay en anglais) munie d’ouvertures permettant un dépôt sélectif et s’appliquant sur la bande lors de son déplacement dans un bain électrolytique ou sur un applicateur de liquide de dépôt ;
Ils peuvent encore être constitués d’un outil, par exemple un outil plastique formant pochoir, pourvu de découpes laissant apparentes les pastilles de contact et électrodes et qui est déposé sur la bande et appliqué sur les pistes de la bande porteuse au niveau d’un poste de dépôt du métal noble ;
Ils peuvent aussi être constitués d’une bande de masquage en mousse appliquée sur la bande et pourvue desdites découpes laissant apparentes les pastilles de contact et électrodes.
Les moyens de masquage sont positionnés dans le processus de fabrication pour réaliser un dépôt sélectif en s’appliquant sur la bande lors de son déplacement dans un bain électrolytique ou sur un applicateur de liquide de dépôt, les ouvertures laissant apparentes les pastilles de contact et/ou électrodes. Les étapes du procédé sont réalisées en continu successivement sur la bande porteuse déroulée. Le fabricant réalisant la bande porteuse formant les circuits souples pour réaliser les bandelettes peut alors poinçonner les segments inutiles des pistes 105 et ré-enrouler la bande avec ses circuits souples sur une bobine 13 pour éventuellement la stocker avant de la livrer à l’entreprise qui procède à l’étape de dépôt du biocapteur sur les bandelettes ou pour la transférer en interne sur une ligne de fabrication adaptée à la manipulation de produits biologiques afin de terminer les bandelettes.
Pour terminer les bandelettes il faut les équiper de leur biocapteur ou de leurs biocapteurs. Pour ce faire, la bande porteuse 1 est de nouveau déroulée à partir de la bobine 13 pour réaliser le dépôt 61 de matériau bioactif avec un dispositif de dépôt 60 sur les électrodes. Le matériau bioactif peut par exemple être un enzyme adapté à une mesure de glucose dans le traitement du diabète.
Une fois cette opération faite, une ou plusieurs étapes de laminage sont réalisées et les bandelettes 100 sont séparées dans une ou plusieurs étapes de découpe 70, 71 par exemple au moyen d’une première lame de découpe qui sépare les ébauches de bandelettes et d’un poinçon 71 qui détoure les bandelettes.
La présente demande offre une solution optimisée pour la fabrication de bandelettes de biocapteurs en grande série en particulier dans le cadre d’un procédé bobine à bobine et une réduction de la quantité d’or ou de métal noble nécessaire à cette fabrication.
La présente demande offre une solution optimisée pour la fabrication de bandelettes de biocapteurs en grande série en particulier dans le cadre d’un procédé bobine à bobine et une réduction de la quantité d’or ou de métal noble nécessaire à cette fabrication.
Claims (10)
- Procédé de réalisation de bandelettes pour mesures biologiques à partir de circuits souples sur une bande porteuse (1), pourvue d’un substrat isolant souple muni sur au moins une de ses faces de pistes conductrices (101), pastilles de contact (102) et électrodes (103, 104), comportant une application (40) sur ladite face de moyens de masquage (41) laissant les pastilles de contact et/ou les électrodes de la bandelette apparentes et un dépôt sélectif (50) d’une couche de métal noble sur lesdites pastilles de contact et électrodes au travers desdits moyens de masquage (41).
- Procédé de réalisation de bandelettes selon la revendication 1, pour lequel la réalisation de la bande porteuse comporte une succession d’étapes comprenant le dépôt (10) ou le laminage d’une première couche métallique ou d’un alliage métallique (2) sur le substrat isolant souple de la bande porteuse et une réalisation des pistes (101), pastilles de contact (102) et électrodes (103, 104) par un procédé de photo-lithogravure ou de gravure laser (20, 21, 22) sur ladite couche.
- Procédé selon la revendication 1 ou 2, comportant avant dépôt sélectif un dépôt (30) d’une deuxième couche métallique ou d’un alliage métallique sur les pistes, pastilles de contact et électrodes.
- Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, pour lequel le procédé est un procédé bobine (11) à bobine (13) réalisant une pluralité de bandelettes (100) alignées les unes à côté des autres en continu sur la bande porteuse déroulée d’une première bobine (11) puis ré-enroulée sur une seconde bobine (13).
- Procédé selon la revendication 4, pour lequel, la bande porteuse étant de nouveau déroulée, le procédé comporte un dépôt (60, 61) d’un matériau bioactif sur les électrodes des bandelettes de mesure, une ou plusieurs étapes de laminage puis de découpe (70, 71) de ces bandelettes (100) de mesure.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, pour lequel les moyens de masquage (41) pour le dépôt sélectif sont choisis parmi un film, une courroie de masquage, un outil tel qu’un outil plastique formant pochoir ou une bande de masquage en mousse et sont appliqués sur la bande porteuse et pourvus de découpes laissant apparentes les pastilles de contact et/ou électrodes pour la métallisation sélective.
- Procédé selon la revendication 2, pour lequel l’épaisseur de la première couche métallique ou d’un alliage métallique (2) est choisie entre 10µm et 20µm.
- Procédé selon la revendication 3, pour lequel le dépôt (30) de la deuxième couche métallique ou d’un alliage métallique est un dépôt d’une épaisseur de 1µm à 10µm et préférablement de 2µm à 5µm.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, pour lequel le dépôt sélectif (50) de la couche de métal noble est un dépôt d’une épaisseur de 10nm à 100nm.
- Bandelette pour mesure biologique réalisée selon le procédé de l’une quelconque des revendications précédentes, pour laquelle le matériau du substrat isolant souple est choisi entre le polyetherimide (PEI) le polyéthylène téréphtalate (PET), le polynaphtalate d'éthylène (PEN), le polyimide (PI), un composite verre époxy et un papier adapté.
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