TW201903404A - 金屬電極試片及其製作方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供用於檢測多種檢體(如血糖、酮體、尿酸、膽固醇)之金屬電極試片及其製作方法；包括一絕緣基板，絕緣基板上之金屬電極(工作電極及參考電極)；該金屬電極包含有依序堆疊的導電膠體層、第一金屬層及第二金屬層；該導電膠體為金屬導電膠，可為銅膠、鎳膠、銀膠及合金膠等；該第一金屬層則是由第VIIIB鉑族金屬所組成；而第二金屬層是由金(Au)、鈀(Pd)或是鉑(Pt)所組成。該金屬電極之兩端分別為酵素反應端以及生物感測器連接端；一絕緣墊高片，頂端具有一U型之內凹缺口與絕緣基板形成酵素反應區，該酵素反應區內塗佈有至少一層酵素反應膜；一上蓋片，與絕緣墊高片及絕緣基板共同形成一個三度空間之酵素反應室；該上蓋片之頂端具有一半月形開口為樣品吸入口；該上蓋片對應於絕緣墊高片U型內凹缺口之底部三度空間，具有一長方形小開口為樣品吸入之排氣口，亦可為樣品是否充滿酵素反應室之視窗。

Description

金屬電極試片及其製作方法

本發明係關於一種試紙，特別是關於一種用於檢測血糖、酮體、尿酸、膽固醇之多功能金屬電極試片及該金屬電極片製作方法。

20世紀以來，隨著醫療體系進步，人類平均壽命也不斷延長，在大部份的已開發國家中，糖尿病所造成的死亡人數排名為第四。預計到了2025年，全球糖尿病患者將增加到3億，佔全球總人口數的1.67%，此一龐大的數字使我們不得不重視糖尿病的控制。隨時監控血糖濃度乃是控制糖尿病的重要的關鍵。

血糖儀是一種血糖濃度偵測裝置，便攜型市售產品可分為光學法及電化學法二大類，但目前主流產品乃是利用電化學的原理進行設計開發。電化學法偵測的原理係利用試片表面反應區之酵素與標的物產生氧化還原反應所得之電流訊號，換算成為標的物的濃度。以偵測血糖為例，血液樣本中的葡萄糖與測試試片上搭載的葡萄糖氧化酶或去氫酶進行氧化還原反應，藉由氧化還原反應中所產生的電子或電流等訊號，以 偵測參與反應的葡萄糖含量，藉此換算成血糖濃度。光學法開發較早，反應視窗必須保持乾淨，否則偵測結果容易受到干擾，若以電化學法偵測則可免除上述缺點。

習知技術所採用電化學血糖試片之結構包括一絕緣基板；基板上之金屬電極(工作電極及參考電極)；一絕緣墊高片；酵素反應區；以及一上蓋片。習知技術的導電電極有在銅質電極鍍上鎳、鈀或金，或是以網版印刷方式將銀膠印刷後塗上活性碳層以製成電極。由於銅質電極在製作上多利用電鍍等方式，後續再將鎳、鈀、金鍍在銅金屬層上，該製作成本較高也具更高污染性。此外，亦有利用蒸鍍或濺鍍等方式，將惰性金屬(金、鉑、鈀)直接鍍在基板上，後續再使用蝕刻制程將多餘部份去除，僅留下需要的電路部份，這種製程則會造成更多的材料耗損及增加製造成本。而採取使用網版印刷製程的電極製作方式，雖然成本較前述採用電鍍、蒸鍍或濺鍍等方式為低，但是所製成的檢測試片，較前述採用惰性金屬為電極外層的檢測試片，在測量時的精準度與穩定性相對較差，對產品品質產生極大之挑戰。另外，也有先以網版印刷印製導電膠層後再結合化學鍍膜方式製作電極，該製程因網版印刷乃是其製程中的一部分，因此也脫離不了網印偏差所造成測量時的精準度與穩定性不佳的缺點。

綜合上述，如何提供一種製程簡便、低汙染、品質穩定、使用簡單方便、可多功能檢測、只需微量樣品以及防止操作錯 誤之電化學檢測試片，成為各血糖試紙開發商的努力方向，也是本發明所要揭露的技術內容。

為克服上述之缺點，本發明提供一種多功能金屬電極試片及其製程方法，該金屬試片搭配一多功能血糖儀可以進行一血糖值、一酮體值、一尿酸值、一膽固醇值之量測，該金屬電極試片包含：一絕緣基板、一絕緣墊高片、一上蓋片。其中，在絕緣基板上形成有金屬電極：一工作電極、一參考電極與一酵素反應區。

本發明之金屬電極試片，該金屬電極包含有依序堆疊的導電膠體層、第一金屬層及第二金屬層，導電膠體為金屬導電膠，可為銅膠、鎳膠、銀膠及合金膠等；第一金屬層則是由第VIIIB鉑族金屬所組成；而第二金屬層是金(Au)、鈀(Pd)或是鉑(Pt)所組成。該導電膠層係採用噴墨列印方式精準的直接列印出所設定的電極圖型，此電極噴印技術相較於網版印刷技術該電極尺寸更精準，電極膠層厚度更均勻，所使用材料也更節省並避免餘料浪費及溶劑清洗的排放汙染問題，同時這也將有助於提升第二及第三金屬層的鍍膜品質及整體金屬電極的均一性及穩定性。第一金屬層及第二金屬層係利用化學鍍膜方式依序鍍上的，本發明技術有別於習知的化學鍍膜技術至少三層金屬鍍層之要求，本發明只需要二層金屬鍍膜層，因此也大大節省金屬鍍膜成本。綜合本發明之電極製作技術， 相較於習知金屬電極製作技術乃同時兼具進步性、新穎性及產業利用性的技術價值。

本發明之金屬電極試片，該工作電極之一端延伸至該酵素反應區，該工作電極之另一端為一單一指狀電極結構，用以與該多功能血糖儀之一連接埠進行導接。參考電極之一端延伸至該酵素反應區並構成一方型結構，該參考電極之另一端為一叉型電極結構，用以與該多功能血糖儀之該連接埠進行導接，該叉型電極結構為至少包括二個指狀電極相連而成的短路結構。酵素反應區配置於該參考電極之該方型結構上，塗佈有至少一層生物反應膜，該生物反應膜含有能與一樣品中葡萄糖、酮體、尿酸、膽固醇等產生生化或化學反應之物質，包括生物活性物質及非生物活性物質。絕緣墊高片覆蓋並遮蔽部分該工作電極、該參考電極及該絕緣基板之表面使該工作電極之另一端的部分及該參考電極之該叉型電極結構的部分使該叉型電極結構僅裸露出該至少二個指狀電極的部分，並使該酵素反應區裸露。上蓋片，該上蓋片覆蓋於該絕緣墊高片上，與該絕緣基板之該酵素反應區共同形成一個三度空間之酵素反應室與一樣品吸入側。

綜合上述，本發明之金屬電極試片，提供一種製程簡便、低成本、低汙染、高精準且品質穩定之電化學檢測試片，相較於習知金屬電極製作技術乃同時兼具進步性、新穎性及產業利用性的技術價值。為讓本發明之上述和其他目的、特徵、 和優點能更明顯易懂，下文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如(實施方式)。

100‧‧‧血糖試片

110‧‧‧絕緣基板

111‧‧‧頂端樣品吸入側

112‧‧‧底部多功能血糖儀接觸端

113‧‧‧酵素反應區

121‧‧‧工作電極

121a‧‧‧工作電極導電膠條

121b‧‧‧工作電極第一金屬層

121c‧‧‧工作電極第二金屬層

122‧‧‧參考電極

122a‧‧‧參考電極導電膠條

122b‧‧‧參考電極第一金屬層

122c‧‧‧參考電極第二金屬層

123‧‧‧生化反應端

124‧‧‧方形結構

125‧‧‧指狀電極

126‧‧‧指狀電極

127‧‧‧指狀電極

128‧‧‧指狀電極

210‧‧‧絕緣墊高片

211‧‧‧U型之內凹缺口

310‧‧‧上蓋片

311‧‧‧半圓形內凹缺口(樣品吸入口)

312‧‧‧方向箭頭

313‧‧‧長方形開口

第1圖係本發明第一例多功能金屬電極試片之立體分解圖。

第2圖係本發明第一例多功能金屬電極試片之立體透視圖。

第3圖係本發明第一例多功能金屬電極試片之立體前視圖。

第4圖係本發明第二例多功能金屬電極試片之立體分解圖。

第5圖係本發明第二例多功能金屬電極試片之立體透視圖。

第6圖係本發明第二例多功能金屬電極試片之立體前視圖。

第7圖係本發明第二例多功能金屬電極試片之絕緣基板110印製電極後之上視圖。

第8圖係本發明金屬電極製作實施例一流程圖

第9圖係本發明金屬電極製作實施例二流程圖

本發明提供一種多功能金屬電極試片，搭配一多功能血糖儀可以進行一血糖值、一酮體值、一尿酸值、一膽固醇值之量測，本發明提供兩例多功能金屬電極試片之結構(分別為第1圖及第4圖)。由於此兩例多功能金屬電極試片的差異在於參考電極之多功能血糖儀連接端之短路結構上，以下將分別說明之。

實施例一請參考第1圖，本新型多功能金屬電極試片之結構包括絕緣基板110、絕緣墊高片210以及上蓋片310。絕緣基板110 上形成有一對金屬電極，分別為工作電極121與參考電極122。絕緣基板110之材料應具有良好的耐熱性、絕緣性以及質輕、耐衝擊、不易碎裂等特性，因此，可採用例如聚醯胺(polyamide)、聚酯(polyester)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride)等材料。絕緣基板110之材質可採用上述材料之其中一種或兩種以上混合而成，其外觀為一長方形條狀，如第1圖所示者。此長方形的絕緣基板110之四個側緣分別被定義為頂端、左側端、右側端以及底端。頂端為頂端樣品吸入側111，底端為絕緣基板與底部多功能血糖儀接觸端112。靠近絕緣基板之頂端樣品吸入側111之平面為一酵素反應區113。

形成於此絕緣基板110上之一對金屬電極分別為一工作電極121及一參考電極122。工作電極121之一端延伸至酵素反應區113為該工作電極121之生化反應端123。參考電極122之一端延伸至酵素反應區113，形成擴大面積之一方形結構124，進而構成參考電極122之生化反應端。工作電極121之另一端延伸至絕緣基板之底部多功能血糖儀接觸端112成為可與多功能血糖儀的連接埠接觸為工作電極121之指狀電極125。在第1圖的實施例中，參考電極122之另一端延伸至絕緣基板110之底部多功能血糖儀接觸端112，形成二個指狀電極126、127相連而成的叉型電極結構。換言之，為兩個指狀電極126、127 構成的短路結構，同樣可藉由指狀電極126、127的部分與多功能血糖儀之連接埠接觸，同時，其可作為多功能血糖儀區別多功能金屬電極試片種類之功能。

在本發明的實施例中，方形結構124，亦即參考電極122之生化反應端，以及參考電極122之至酵素反應區113的表面可進行粗糙化。

絕緣墊高片210其外觀為一長方形條狀，其寬度與絕緣基板110之寬度相同但長度不同，因此，在絕緣墊高片210覆蓋住絕緣基板110後，將使叉型電極結構僅裸露出指狀電極126、127的部分。請參考第2圖，當絕緣墊高片210與上蓋片310貼合到絕緣基板110後，絕緣基板110上叉型電極結構將只有指狀電極125、126、127裸露出來。長方形絕緣墊高片210之頂端對應於絕緣基板110之頂端，覆蓋並遮蔽部分工作電極121、參考電極122及絕緣基板110之表面。此外，長方形絕緣墊高片210之頂端具有一U型之內凹缺口211，此U型之內凹缺口211之長度與寬度用以決定酵素反應區面積之大小；絕緣墊高片210之厚度決定酵素反應區113三度空間之高度，請參考第3圖。酵素反應區113內之絕緣基板110上塗佈有一層酵素反應膜。此絕緣墊高片210之材質可採用下述材料之其中一種或兩種以上混合而成：聚醯胺(polyamide)、聚酯(polyester)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride)等。

上蓋片310的寬度與絕緣基板110之寬度相同但長度不同，上蓋片310的長度原則上與絕緣墊高片210的長度相同。上蓋片310之頂端對應於絕緣墊高片210之頂端並覆蓋在酵素反應區113上以形成一個具有三度空間之酵素反應區113，如第3圖所示。上蓋片310之頂端包含一半圓形內凹缺口311與絕緣基板110之頂端樣品吸入側111形成一待測樣品之吸入口。上蓋片310上有一方向箭頭312(倒三角形)作為本新型多功能金屬電極試片插入多功能血糖儀之方向指標。上蓋片310上方向箭頭312中具有一長方形開口313，對應於絕緣墊高片U型內凹缺口之底部三度空間，為樣品吸入之排氣口，亦可為吸入之樣品是否充滿酵素反應室之視窗。

請參考第4圖，本發明多功能金屬電極試片之結構包括絕緣基板110、絕緣墊高片210以及上蓋片310。絕緣基板110上形成有一對金屬電極，分別為工作電極121與參考電極122。工作電極121導電膠層121a上依序設置有工作電極第一金屬層121b與工作電極第二金屬層121c，最後形成工作電極121；參考電極122導電膠層122a上依序設置有參考電極第一金屬層122b與參考電極第二金屬層122c，最後形成參考電極121。絕緣基板110外觀為一長方形條狀，如第4圖所示者。此長方形的絕緣基板110之四個側緣分別被定義為頂端、左側端、右側端以及底端。頂端為頂端樣品吸入側111，底端為絕緣基板與 底部多功能血糖儀接觸端112。靠近絕緣基板之頂端樣品吸入側111之平面為一酵素反應區113。

形成於此絕緣基板110上之一對金屬電極分別為一工作電極121及一參考電極122。工作電極121之一端延伸至酵素反應區113為該工作電極121之生化反應端123。參考電極122之一端延伸至酵素反應區113，形成擴大面積之一方形結構124，進而構成參考電極122之生化反應端。工作電極121之另一端延伸至絕緣基板之底部多功能血糖儀接觸端112成為可與多功能血糖儀的連接埠接觸為工作電極121之指狀電極125。在第4圖的實施例中，參考電極122之另一端延伸至絕緣基板110之底部多功能血糖儀接觸端112，形成三個指狀電極126、127、128相連而成的叉型電極結構；換言之，為三個指狀電極126、127、128構成的短路結構。

絕緣墊高片210外觀為一長方形條狀，其寬度與絕緣基板110之寬度相同但長度不同，因此，在絕緣墊高片210覆蓋住絕緣基板110後，將使叉型電極結構僅裸露出指狀電極126、127、128的部分。請參考第5圖，當絕緣墊高片210與上蓋片310貼合到絕緣基板110上，絕緣基板110上的叉型電極結構將只有指狀電極125、126、127、128裸露出來。長方形絕緣墊高片210之頂端對應於絕緣基板110之頂端，覆蓋並遮蔽部分工作電極121、參考電極122及絕緣基板110之表面。此外，長方形絕緣墊高片210之頂端具有一U型之內凹缺口211，此U型之內 凹缺口211之長度與寬度用以決定酵素反應區面積之大小；絕緣墊高片210之厚度決定酵素反應區113三度空間之高度，請參考第6圖。酵素反應區113內之絕緣基板110上塗佈有一層酵素反應膜。

上蓋片310的寬度與絕緣基板110之寬度相同但長度不同，上蓋片310的長度原則上與絕緣墊高片210的長度相同。上蓋片310之頂端對應於絕緣墊高片210之頂端並覆蓋在酵素反應區113上以形成一個具有三度空間之酵素反應區113，如第6圖所示。上蓋片310之頂端包含一半圓形內凹缺口311與絕緣基板110之頂端樣品吸入側111形成一待測樣品之吸入口。上蓋片310上有一方向箭頭312(倒三角形)作為本發明多功能金屬電極試片插入多功能血糖儀之方向指標。上蓋片310上方向箭頭312中具有一長方形開口313，對應於絕緣墊高片U型內凹缺口之底部三度空間，為樣品吸入之排氣口，亦可為吸入之樣品是否充滿酵素反應室之視窗。

藉由叉型電極結構所構成的短路結構，可讓參考電極實際接觸多功能血糖儀的連接埠(Connector)接觸面積變大，而使電阻降低、電流穩定；並且，藉由此2-3腳位的短路，與多功能血糖儀與其他工作插片的腳位配置不同，例如密碼卡(code card)、檢測卡(check card)、測試卡(test card)等，達到腳位辨識的目的。

配合感測器裝置使用，此種頂吸式電化學多功能金屬電極試 片能夠方便且迅速的檢測出待測樣品中標的物之濃度。

本發明之主要目的是提供一種使用簡單、方便、準確、只需微量樣品以及防止操作錯誤之多功能金屬電極試片。

為了改善過去使用血糖試片將樣品吸入口位於試片的側面(側吸式)造成使用者在操作過程中的不方便，本發明將多功能金屬電極試片之結構改為將上蓋片之半圓形內凹缺口與絕緣墊高片之U型內凹缺口均對應於絕緣基板之頂端側，如此樣品吸入口將位於試片的頂端(頂吸式)。具頂吸式結構之多功能金屬電極試片將有利於使用者之操作，不需於樣品吸入時轉變多功能金屬電極試片的方向或角度。

為了減少使用者在操作過程中因樣品(例如，血液)需求量多而造成使用者的疼痛感，或因樣品採取量不夠、無法充滿酵素反應室而造成之數值不準，需重覆檢測的困擾以及因而導致血糖試片的浪費，本發明將酵素反應區之三度空間縮小以減少血糖試片之樣品需求量(約0.1-2.5微升)。

為了避免使用者在操作過程中擔心會因為吸入血糖試片的樣品量不足而導致所測出特定標的物之數值不準，本發明將多功能金屬電極試片之上蓋片上之方向箭頭(倒三角形)中設有一長方形小開口，對應於絕緣墊高片U型內凹缺口之底部三度空間，可作為樣品採取量是否足夠之視窗。例如，當此開口內的顏色改變為樣品之顏色時，代表樣品已充滿酵素反應區之三度空間，此為一固定的量，則此時所測出之數值將會準 確的反應出樣品中特定標的物之濃度。如此使用者在操作過程中只需判斷上蓋片上之方向箭頭中之開口內的顏色變化，即可確定酵素反應室之樣品吸入量是否足夠。

配合一機多功能血糖儀時，使用者常常在操作過程中因不容易辨認不同功能之血糖試片，而導致錯用及誤判。為了改善過去因使用者在操作上的困擾，本新型將多功能金屬電極試片上參考電極與多功能血糖儀接觸之連接端，形成至少二個電極相連而成的短路結構(本發明之第一例、第二例分別為二個、三個電極相連而成的短路結構)，如此多功能血糖儀則具有區別多功能金屬電極試片種類之功能。使用者在操作過程中將不需擔心放錯多功能金屬電極試片而導致誤判病情以及造成試片的浪費。

本發明之金屬測試片，該工作電極121及參考電極122之金屬材料具有良好電傳導性，例如金、銀、鈀、銅、鉑、或其合金。該對工作電極121及參考電極122之材質可採用上述材料之其中一種或兩種以上混合而成。

本發明金屬試片製作實施例一，如圖八所示，工作電極121及參考電極122採用多層金屬結構設計，底層導電膠層可採用銀、銅、鎳或其合金等金屬作為基材，採噴墨列印方式直接列印於基材之上，後續以化學鍍膜方式依序鍍上第一金屬層-VIII鉑族金屬及第二金屬層-金、鈀、鉑等貴金屬作為接觸層。

本發明金屬試片製作實施例二，如圖九所示，工作電極121及參考電極122亦可採用多層金屬結構，底層導電膠層可採用銀、銅、鎳等金屬作為基材，採噴墨列印方式直接列印於基材之上。為精準有效控制鍍膜區域，乃採以噴墨列印方式印製絕緣層於導電膠層上並空出反應區及接觸角位區，後續再進行以化學鍍膜方式依序鍍上第一金屬層-VIII鉑族金屬及第二金屬層-金、鈀、鉑等貴金屬作為接觸層。

雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內。

Claims (10)

1. 一種多功能金屬電極試片，搭配一多功能血糖儀以進行一血糖值、一酮體值、一尿酸值、一膽固醇值之量測，包含：一絕緣基板，該絕緣基板上設有：一工作電極，該工作電極之一端延伸至一酵素反應區，該工作電極之另一端為一單一指狀電極結構，用以與該多功能血糖儀之一連接埠進行導接；一參考電極，該參考電極之一端延伸至該酵素反應區並構成擴大面積之一方型結構，該參考電極之另一端為一叉型電極結構，用以與該多功能血糖儀之該連接埠進行導接，該叉型電極結構為至少包括二個指狀電極相連而成的短路結構；及一酵素反應區，配置於該參考電極之該方型結構上，塗佈有至少一層生物反應膜，該生物反應膜含有能與一樣品中葡萄糖、酮體、尿酸、膽固醇產生生化或化學反應之物質，包括生物活性物質及非生物活性物質；一絕緣墊高片，覆蓋並遮蔽部分工作電極、參考電極及絕緣基板之表面使該工作電極之另一端的部分及該參考電極之叉型電極結構的部分露出，而該叉型電極結構裸露出至少二個指狀電極，並使該酵素反應區裸露；及一上蓋片，該上蓋片覆蓋於該絕緣墊高片上，與該絕緣基板之該酵素反應區共同形成一個三度空間之酵素反應室與一樣品吸入側；其中，該工作電極與該參考電極係為金屬電極。
2. 如請求項1的多功能金屬電極試片，其中該絕緣基板係選自下列材料之其中一種或兩種以上混合而成：聚醯胺、聚酯、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚氯乙烯等。
3. 如請求項1的多功能金屬電極試片，其中該工作電極與該參考電極係由多 層金屬結構組成之金屬電極，該金屬電極包含有依序堆疊的導電膠體層、第一金屬層及第二金屬層。
4. 如請求項3之金屬電極，該導電膠體係為金屬導電膠，可為銅膠、鎳膠、銀膠及合金膠等。而該導金屬電膠層係採用噴墨列印方式精準地直接列印出所設定的電極圖型。
5. 如請求項3之金屬電極，其中該第一金屬層則是由第VIIIB鉑族金屬所組成。第一金屬層-VIIIB鉑族金屬包括釕(Ru)、鋨(Os)、銠(Rh)、銥(Ir)、鈀(Pd)、鉑(Pt)及其合金。而該第一金屬層係利用化學鍍膜方式鍍於導電膠體層表面上。
6. 如請求項3之金屬電極，其中該第二金屬層是金(Au)、鈀(Pd)、鉑(Pt)或其合金所組成。而該第二金屬層係利用化學鍍膜方式鍍於第一金屬層表面上。
7. 如請求項1的多功能金屬電極試片，其中該參考電極所形成之該短路結構具有啟動該多功能血糖儀之功能。其中該參考電極所形成之該短路結構具有區別多功能金屬電極試片種類之功能。
8. 如請求項1的多功能金屬電極試片，其中該絕緣墊高片對應於該絕緣基板之該樣品吸入側具有一U型之內凹缺口。該U型之內凹缺口之大小決定該酵素反應區之面積。
9. 如請求項1的多功能金屬電極試片，其中該酵素反應區之面積長度可介於2至6毫米，寬度可介於1至4毫米。其中該酵素反應室之體積可介於0.1至12微升。
10. 如請求項1的多功能金屬電極試片，其中該絕緣墊高片之厚度決定該酵素反應區三度空間之高度，絕緣墊高片之厚度可介於0.1至0.5毫米。絕緣墊高片係選自下列材料之其中一種或兩種以上混合而成：聚醯胺、聚酯、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚氯乙烯等。