TW200912308A - Biosensor and composition thereof - Google Patents

Description

200912308 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本^有關於-種生物感測器’特別是有關於—種整合有 加…、兀件以及具有金屬化石墨之電極的生 。 ，明之生物感測器係用於測量血液上t農度作不限 ϊϋ用，凡舉非血祕权絲巾之待職的濃度測量亦為 本發明之生物感測器的應用範圍。 里丌馮 【先前技術】 f- 習用的血糖機包含一測試片及電、^ ^ =定位置具有酵素。受測者先將 於測試片的特定位置，血液中的血糖可與::J 3 置中可由反應，其產生的電流變化經電極傳送至電子束 置中I由電子裝置判讀以估算血糖之濃度。子衣 及有的組合物包含導體材料以 以===:?=組合物係以二 测物質遭度，因為在如▲、祕n則里生物性水溶液中的待 會產^—較高的=：的樣與測試片的疏水性電極之間 片附來製作電極’則有與測試 極易j;電極」造結==反應時，含水的樣品 糠氧化酶或濃=方法中’血，品係與葡萄 度的影響： 不反應容易:到環= 200912308 【發明内容】 本發明之目的在於提供一種整合有加熱元件以及具有金 屬化石墨之電極的生物感測器，可避免習用感測器的缺失。 依據本發明之-種生物感測器，包括一試片 ，裝置。電子峨置具有一插槽可使試片插入。試片= 電極位於基材之表面並定義出樣品區。樣品區呈 有试劑可與血液樣品進行反應。 、 组人ΓίίίΓ之一目的，電極係以導體組合物所構成，導體 5 ^ 20% 之金屬顆粒所構成。金屬顆粒可作為電化學反鹿之了^ 例如過氧化氫的氧化還原反應或麵^腺哗吟 忒酸(NADH)之氧化反應，金屬顆粒即可降低其氧化 品進it 無機溶劑作為分散媒介’因此在水溶性樣 ；ί；；^ 行電化學反應日村性樣品進 誤差。又，為了辦逸美樣口 口破壞，減少樣品濃度的測量 之間可置入-導體層，導機極 且對 熱方式可；;= 依據本發明又一目的，電 針腳，該等複數支針腳係對庫曹内具有複數支 因此，在試片插入插槽時一子以的^極以及加熱元件。 加熱元件進行電連接。電由針腳分職電極和 否已電連接來辨_是否⑽腳是否與加熱元件是 200912308 【實施方式】 a下將參照相關圖式’說明依據本發明較佳實施例之-種 器及其組合物，其中相同的元件係以相同的“ 石黑本f=，第—特徵在於生物感·之電極含有金屬化之 』分1'弟，所不’本發明之一種生物感測器的試片10包 i ，極12以及試劑13。電極12係位於基材 i ί一Ϊ、面且定義出樣品區121，且試劑丨3係位於樣品區121 嫂。^了分析物的濃度測定時，血液係滴至樣品區12卜 由的酵素進行反應，其產生的電流變化藉 由If傳至一電子測量裝置(圖未示)以定量血糖濃度。 在t發明的實施例中’電極之表面可覆蓋有一金屬化的催 置?化::匕，旦不限於鉬、金、銀、鈀、対 '錢、銥以及 t 催化劑可降低反應活化能並同時促進用於定 物的=學反應。在實際制上，催化劑有助於減少反 學檢測的方法中可降低所施加的電化學 得以最H電位可使得其他非分析物的氧化_原反應 ί itli 對於待測分析物的干擾。故吾人可據此 製仏出八有尚度檢測專一性的生物感測器。 基材11表面的電極12以及催化劑可以各種方法來製 膜^及厚膜製程。薄縣程包含物理姐學沉積法。厚 括網版印刷或魅印刷。在厚難針，催化劑可併 的石黑來麟電極。導舰合物包含但不限於金屬化 版印r丨二及無機溶劑。導體組合物可配置為適用於網 =;===料導體組合财，金屬 Ρϋ發明的實施例中，該導體組合物包括： 木乃 至·化石墨(含金屬的碳粉，不限比例的金屬沉積於碳/ 200912308 石墨粉末的表面，如購自^者 比為 5-30 %; ^ £ 2.聚合物，包含黏合劑以及具有濕強度之聚合物，其重量百 分比為5-20 % ;以及 3·水或無機溶劑，如〇·ι M、pH 7 〇的碟酸鹽緩衝溶液。 金屬^石墨中的金屬可為舶、金、銀、把、釕、姥、銀之 純金^、氧化物或其合金。較佳者為該金屬化石墨包括奈米化 的金屬附著於該石墨顆粒的表面。 黏合劑包括羥乙基纖維素或羥丙基纖維素。具有濕強度之 聚合物包括聚乙烯亞胺、丙_)之鉀飾吻⑽神办 potassmm salt)、聚(丙稀酸)之鈉鹽add)，s〇dium salt)、聚（丙烯酸-共聚-丙烯醯胺）之鉀鹽（p〇Wac^iic aC1d普acrylamide)，P〇tassium salt)、側鏈為聚(環氧乙烧)之聚 (^^Si)^^(p〇ly(acrylic acid), sodium salW-p〇ly(ethylene oxife))、聚（2-經乙基丙烯酸醋）⑽_hyd服㈣㈣ methacrylate)) (poly(2.hydr〇xypr〇pyl methaCrylate))、聚（異丁烯_共聚-順丁烯二酸） (poly⑽butyleneTnaleic acid))或其組合。一般來說，黏合劑 係與具有㈣度之聚合物交聯。因此，在導體組合物以網版印 刷形成電極之後，水或無機溶劑會揮發，黏合劑係錄有渴強 合物職吸水可膨難不會溶解的聚合網狀結構，因此 ，導，合物形·電極可避免被分析物水溶液(如血液)所 > 谷解破壞。 由導體組合物形成的電極，經分析後包括：Q1_5%之 =比=屬、少於55%之重量百分比的石墨以及聚合物。該 成勿之差異在於水或無機溶劑已在製 =务。在電極中’石墨係細微顆粒，且金屬係以奈米化的 大小附者於石墨顆粒的表面。 試片10更包含導體層14位於電極12與基材η之間。該 200912308 f _卩晴卩刷或其他薄 ======f姆，綱丨4係先 14上。即，表面，電極12再印製於導體層 成於基材Η上;匕 體声14來維拉。D極與基材11之附著性可藉由導 積。曰、、’、。電本12的區域可小於或等於導體層14的面 由月舜的實施，中’由電極12所定義的樣品區121係 齊ϊϊ*極參照第1圖’試片1〇更包含阻隔層15 ίΓ對廣於該樣f區121 ’即阻隔層15具有一凹面 望勺二“妄二ΐ ，使得樣品區121可不被阻隔層15所覆 ί===劑i3位於凹面151之中且覆蓋樣品區⑵。 二_夹更^3二上盍、16.，可與凹面151及基材11形成一腔 至太名Γ1 谷納血液樣品與試劑13進行電化學反應。 # 4 在於生物感測器的試片整合有加熱元 # ^ 3使献物感應11在—升溫或定溫條件下操;乍， ，。*此分別影響電化學反應以及酵素反應。電流 係以子反應之時間的函數，如以下cottrell方程式所述： (1) 其中β為轉換的電子數目、F為法拉第常數、」為_面積以 及Z)為擴散係數。即’電流係與擴散係數的平方根成正比。 又二擴散魏係與溫度成正比，如以下st()kes_Einstein方程式 (2) 6πψ 其'^ * Boltzmann常數、"為溶液黏度以及r為溶液中的離 子半徑。因此，隨著升溫提高的電流，可使得電 之擴散係數提高。 Γ 200912308 _另方面，酵素反應的反應速率常數通常隨著升溫而提 二—升溫不會高於酵素的失活溫度。因此，升溫有助 於酵素反應並增進對特定待測物的靈敏度。 在本發明的實施射，試片1G $包含—加熱树設 ^材11上且對應樣品區121。復參照第i圖’加埶元件含 苐=導體17、第二導體18以及電阻層19，電阻層19係 一導體17及第二導體18連接並對應於樣品區121。在本發 的實施例中’電阻層19係姐溫度係數材料所製成x = 12!可藉由施加至第—導體17及第二_18的電流來= 如第1圖所示’電極12以及加熱元件係分別位於基材u 表面。再者’第—導體17包含多數個第—端子i7i且 ^一¥體18包含多數個第二端子181。第一端子171及第二 端子181係彼此交錯並連接至電阻層19。 — 第^圖顯示如第1圖所示之試片之另—種變化的分解圖 5之处在於試片10a包含有一加熱元件，加熱元件包含一 =導體17a、-第二導體18a以及一電阻層19 =示’第-導體17a亦包含多數個第一端子171丄^ 只二包含多數個第二端？ 181a。帛—端+ ma及第二端巧 a係彼此交錯並連接至電阻層19a。試片1〇a與第丨圖不民 之处在於其更包含—絕緣層111位於電極12以及電阻層⑼ 之間，因為加熱元件與電極皆位於該基材u之同一側。 腐制^70件可以多财式製作，包括將正溫度絲材料以厚 方式製作但不此。加熱元件可使得生滅測器在一 j $所欲溫度麵下操作，如25至，或％至45c>c的升 二二可預見的是以酵素反應為主但不限於此的生物感應器 敎定儀所使用_為例’整合有加 為其乳化血糖的酵素反應可藉由加熱元件的 σ…在37°C的溫度下進行，其效率較在—般室溫下的酵素 10 200912308 反應為佳且不亦受室溫影響。 復參考第1圖，具有可撓性的電阻層19係由正溫度係數 的材料所製成，因此施加電流至導體17及18的電流所產生的 熱可以傳導至樣品區121。正溫度係數材料可藉由厚膜製程製 ^1’因此電阻層19可覆蓋並連接第一端子171以及第二端 本發明之生物感應器的應用包含用酵素反應來偵測糖尿 病^者的血糖濃度，其生物感測器的試片為一次拋棄型。一般 而言，血糖的測定係基於以下的化學反應式： 又 (3) glucose + 〇2 ^ gluconic acid + H2〇2 其中GOD係葡萄糖氧化酶。 ㈣中的產物過氧化氫係為電化學活性物質，可在 氧化或彻。當錢、體液或其他物倾試劑中的 化學氧化或縣反應所產生的電 化發明之生物感測器係以酵素反應所產生的過氧 武二塔。在本發明的實施例中，試劑13含有可氧化 i. 酶遇葡酵t該酵素為氧化還原酶，如葡萄糖氧化 糖化魅，购、咖醇氧化酶、D_3_減"^"酸®旨去氫酶、 糖化知基__或她合但不祕此。 飞 置’ 物感測器更含有—電子測量裝 士笛1ί置具有一插槽可供試片ι〇或i〇a插入。 ^-^ρί!：2 3i 上，四。二，p p4分別連接至微控制器31。實際 32可供試二2 ?〇2 '卜4係位在-插槽32之中，插槽 P2、p3及n4 #、 &插入。位在插槽32中的四支針腳pi、 器31可分別^H子應於試片的電極以及導體，因此微控制 I、忒片的電極以及導體電連接。以第2圖的試片 200912308 l〇a為例’當試片i〇a插入插槽32時，針腳pl及p4係分別與 電極12連接，且針腳P2及p3係分別與導體17a及18a連接 由於導體17a及18a經由電阻層19a導通，因此針腳拉及的 在試片10a插入插槽32之後導通。藉此，微控制器31可辨識 出試片10a已插入插槽32之中，並開始測量針腳pl及以之 間的電流變化，即電化學反應的電流變化。試片1〇a之導體 17a及18a可作為啟動該電子測量裝置之用。 旦同樣地，試片10亦可啟動電子測量裝置30，只要電子測 里裝置30中插槽32的針腳pl、p2、p3及P4對應於試片1〇 的電極12以及導體π及18即可。 ^以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利 範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明專利之涵蓋範圍。 【圖式簡單說明】 ，1圖顯示依據本發明之一實施例的試片分解圖； ^圖顯示如第1®所示之試片之另—種變化的分解圖；以及 弟3圖顯示依據本發明之實施例的電子測量裝置的略圖。 【主要元件符號說明】 10,10a 試片 11 基材 12 電極 121 樣品區 13 試劑 14 導體層 15 阻隔層 151 凹面 32 插槽 16 上蓋 17, 17a 第一導體 171， 171a 第一端子 18,18a 第二導體 181,181a 第二端子 19, 19a 電阻層 30 電子測量裝置 31 微控制器 pl,p2, p3,p4 針腳 12

Claims (1)

1. 200912308 、申請專利範圍： 一種生物感測器，包括： 一試片，具有： 一基材； 至少二電極’位於該基材上以定義出一樣品區；以及 一試劑，位於該樣品區， 其中該電極包括： 重量比為0.1-5%的金屬； 2. 重量比低於55%的石墨；以及 聚合物。 如申請專利範圍第1項所述之生物感測器，並 ^顆粒且該金屬係-奈米化之顆粒並覆蓋於、該二^粒的表 ^申^利範圍第1項所述之生物感測器，其中該金屬包括 4 if、銀、把、釕、铑、鈒以及其氧化物或合金。 5. Hi，範圍第1項所述之生物_11，其巾棘合物包括 黏δ劑以及一具有濕強度之聚合物。 ϊ Γίΐ利範圍第4項所述之生物感測器，其中該黏合劑包括 备乙基纖維素或羥丙基纖維素。 6 利範圍第4項所述之生物感測器，其中該具有濕強度 #^%物包括聚乙稀亞胺、聚(丙烯酸)之鉀鹽、聚(丙烯酸)之 、’·一、4(丙烯酸-共聚-丙烯醯胺)之鉀鹽、侧鏈為聚 7. '聚(2·Μ乙基丙、聚_丙基甲丙 知、聚(異丁烯-共聚_順丁烯二酸)或其組合。 =申，專利範圍第丨項所述之生物感測器，其更包括 位於S亥電極以及該基材之間。 曰 8· 請專利範圍第7項所述之生物感測器，其中該導體層包括 9·如申請專利範圍第8項所述之生物感測器’其中該石墨係溶解 13 200912308 於有機》谷劑中並且以網版印刷形成於該美材上。 10·如申請專利範圍第7項所述之生物感“ Γ其中該導㈣、 該電極係以網版印刷在不同步驟所形成。、 體層以及 H. ^申請專利範圍第1項所述之生物感測器，其中該試劑包括酵 12.=:圍第11項所述之生物感測器，其中該酵素包括 3.如申凊專利範圍第12項所述之生物感測器，直 ^ 酶係為葡萄糖氧化酶、葡萄糖去氫酶、膽固；=化二原 經基丁_旨去麟、糖化胺級氧觸一、ΜΗ. — 種生物感測器 ，包括 ： 〜口 —試片，具有： 一基材； 至f二電極，位於該基材上以定義出一樣品區； —試劑’位於該樣品區；以及 15.如申：1設置於該基材上且對應於該樣品區。 5 利靶圍第14項所述之生物感測器，其中誃Λ勒-处 己1括一第一導體、一第-墓卿以泠方贫 ’、〇Λ σ”、、兀件 -電阻層。 弟一V肢以及與料—及第二導體連接的 .明專利範圍第15項所述之生物感測器， 由正溫度係數材料所製成。 ，、甲。亥电阻層係 17. =請專利範圍第15項所述之 具有複數個第一端子，目古、具中5亥弟一導體 一端子_第5亥弟體具有硬數個端子，以及該第 18. 如申靖父錯排列且連接至該電阻層。 ί圍弟14項所述之生物感測器，盆中嗲#σ 稭=加熱树以—升溫方式加熱。 /、樣4係 14 1 專c利ΐ||。18項所述之生物她，其中該升溫係在 〇.如申凊專概_ 18項所述之生膽im，其中該升溫係在 200912308 30至45°C的範圍。 21. ^申請專利範圍第14項所述之 藉由該加熱元件以一定溫方式加熱。 “Ml。區係 22. =請專利範圍第21項所述之生物感測器，其中該定溫係 其中§亥二電極以 其更包括一絕緣 其更包括一電子 23. 如申請專利範圍冑14項所述之生物感測器 及該加熱元件係分別位於該基材之相對表面 24. 如申請專利範圍帛14項所述之生物感測器 層位於該加熱元件以及該樣品區之間。 e 25. 3 利14項所述之生物感測器，共更包括― 26 ί電子測量裝置具有一插槽可使該試片插入。 • : Μ專利fen第25項所述之生物感·、，其 ΪΓΙΪ該插槽中且分別對應該二電極以及該第-導iii 27· 範圍第26項所述之生物感測器，其中該電子、、則旦 =可猎由該等針腳分職該第—導體 二、= 接來辨識該試片是否插入至該插槽中。弟㈣的毛連 28. —種生物感測器，包括： 一試片，具有： 一基材； 至=二電極，位於該基材上以定義出—樣品區； 一試劑，位於該樣品區；以及 牛，設置於該基材上且對應於該樣品區， 的石墨St重量比為。桃的爾 29. ΐίΐΐ利範圍第28項所述之生物感測器，其更包括-恭子 30. 以利置具有-插槽可使該= 节明專利乾圍第29項所述之生物咸、、目丨丨哭 於該插槽中且分別對應該二電極以^包括針腳位 汉成弟—導體及該第二導 15 200912308 體:因此該電子測4裝置可藉由該等針腳分顺該第一導體及 該第二導體的電連接來辨識該試片是否插入至該插槽中。 31. —種導體組合物，包括： 重量比為5-30。/。的金屬化石墨；以及 重量比為5-2G%之-黏合劑以及—具有濕強度之聚合物。 32. 如申請專利範圍第31項所述之導體組合物，其中該金屬化石 墨包括奈米化之金屬附著於石墨顆粒的表面。 33. 如申請專利範圍第32項所述之導體組合物，其中該金屬包括 始、金、銀、把、針、铑、银以及其氧化物或合金。 34. 如申凊專利範圍第31項所述之導體組合物，其中該黏合劑包 括羥乙基纖維素或羥丙基纖維素。 35. 如申請專利範圍第31項所述之導體組合物，其中該具有濕強 度之聚合物包括聚乙烯亞胺、聚(丙怫酸)之鉀鹽、聚(丙稀酸) 之納鹽、聚(丙烯酸-共聚-丙烯醯胺)之鉀鹽、侧鏈為聚(環氧乙 烧)之?κ(丙歸酸)納鹽、聚(2-超_乙基丙稀酸醋）、聚(2_經丙基曱 丙焊酸醋）、聚(異丁烯_共聚-順丁稀二酸)或其組合。 36. 如申請專利範圍第31項所述之導體組合物，其更包括一無機 溶劑。 37. 如申請專利範圍第36項所述之導體組合物，其中該無機溶劑 包括pH7.0的構酸鹽緩衝液。 16