TWI414432B - 血糖試紙導電層之製造方法 - Google Patents

Description

血糖試紙導電層之製造方法

本案係關於一種血糖試紙導電層之製造方法，尤指一種採用微液滴噴墨技術之血糖試紙導電層之製造方法。

由於潛力巨大的全球糖尿病測試消耗品市場的增長，糖尿病人每天測試血糖的實際需要，實施商品化血糖試紙的開發設計和生產有著極大的商業價值。目前血糖儀之測糖技術可以分為電化學法測試和光反射技術測試兩大類，其中電化學法測試之優點在於價格比較便宜，且電化學法血糖檢測系統已經成功開發了三十餘年，其可供糖尿病人實施血糖自我檢測、有效控制病情的重要手段。一般傳統使用之電化學法測試主要是將酶與葡萄糖反應產生的電子再運用電流記數設施，讀取電子的數量，再轉化成葡萄糖濃度讀數。

任何生產廠家或者技術開發商為了提高血糖檢測相關產品品質，降低生產成本，通常會對每一款待開發的測試系統進行全面綜合考慮和評估，其主要的評估項目包括：系統的準確度和精密度要求、血糖測定的速度、所使用氧化還原酶的種類和穩定化方式、採樣量、進樣方式、試紙的外觀尺寸，原材料的選擇包括導電介質、試紙基片材料和導電油墨，在儀器的外觀考慮用戶友好介面的設計、使用方便性、元氣件器件的價格成本、晶片的綜合性能因數等。

世界上第一個可擕式家用電化學血糖測試系統是1987年由美國Medisense公司推出的ExacTech，該系統採用二茂鐵及其衍生物作為氧化還原導電介質，通過網版印刷導電碳墨在聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride，PVC)塑膠基片上，製成外觀尺寸如同pH試紙大小的血糖試紙，可以大規模製作生產。

目前市面上通用之血糖試紙實質是在一些塑膠基片上印刷了導電碳墨後再複合印刷含酶塗層的生物電化學酶感測器，用以使酶與葡萄糖反應產生的電子再運用電流記數設施，讀取電子的數量，再轉化成葡萄糖濃度讀數。舉例來說，一般的電化學感測血糖試紙1係如第一圖所示，主要由基板10、導電層11、參數辨識元件12、上隔板13及反應區14所組成，其中導電層11設置於上隔板13及基板10之間，並包括導電膠層111及導電碳層112，導電碳層112覆蓋於導電膠層111上，且其係共同設置於基板10之第一表面101上。在上隔板13及導電層11更具有反應區14，其係用以與導電層11接觸，並可與之產生反應。以及，在基板10之第二表面102的一端則設置參數辨識元件12，用以對應一組特定之校正參數值。

其中基板10的材質一般趨向於使用聚乙烯對苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate，PET)，這種材料本身具有一定的折彎機械強度，容易實施機械切割，有利於規模化生產。此材料的耐熱溫度達到120℃，比較適合導電碳墨印刷完之後的高溫固化。因此，一般血糖試紙的工作電極多採取碳墨材料。且為了便於用戶使用和操作，基板10的厚度可控制在0.34～0.4mm，而整體電化學感測血糖試紙1的實際長寬尺寸一般控制在6mm×30mm左右。

此外，近年來在血糖試紙的製作中，亦開始採用金、鈀、鉑金等金屬材料，其主要是以電化學真空濺射之方法將前述等金屬材料均勻塗布在試紙基板表面，然而，由於這些貴金屬材料之成本較為高昂，且此電化學真空濺射方法的製程設備亦較為昂貴，更需相當的技術門檻，因而以此製程較不合乎大規模生產效益。

為了克服上述技術瓶頸，一般都對導電碳墨採以網版印刷技術，以此製程來降低製造成本。採用此網版印刷技術所製成之血糖試紙1係如第二圖所示，其中，電化學感測血糖試紙1之基板10上佈設有導電層11，該導電膠層111係以虛線表示，而該導電碳層112係以實線表示。導電碳層112採網版印刷技術塗佈於導電膠層111上，而且導電膠層112相較於導電碳層111具有較低之電阻值，故導電膠層112可變長度區112a之長度與該電極之電阻值呈反比關係，亦即導電膠層可變長度區112a愈長，該電極之電阻值便愈低。當此電化學感測血糖試紙1與一感測器裝置相連接時，由於該裝置能夠辨識因導電膠層112之可變長度區112a長度差異所造成之電阻值差異，進而確認電化學感測血糖試紙1是否為與感測器裝置相配合之試紙。

然而，習知採以網版印刷製程技術所製成之電化學感測血糖試紙1，雖能降低生產成本，但卻具有製造良率之問題以及血糖試紙總的變異係數CV難以控制於4％以內之困難。舉例來說，由於電化學感測血糖試紙之尺寸微小化，使得其相鄰電極的導線寬度亦隨之減小，然而，網版印刷技術於印刷時需受限於其絲線的粗細及網孔大小，若網目太細則可能會使油墨塞住過於細小的網目，一般來說，為了使油墨可透過不鏽鋼絲所製成的網布，網布上的網孔必須經過精密的計算，一方面要盡可能的密集，一方面又要維持一定的線寬，通常會在每平方英吋的網布上設有400 × 400 個網孔。以目前較常使用的網印技術來看，其解析度大約可以達到40 微米，但此印刷技術很容易造成兩相鄰線路產生相互短路之現象，進而影響到製造良率。此外，血糖試紙一般係為一種“乾試劑”試紙，故對試紙上的試劑配合有嚴格要求，諸如此類含生物酶的試劑必須混合在工作電極的碳墨中，但以目前網板技術是無法達到的。由此可見，傳統網版印刷技術所製成的電化學感測血糖試紙實具有無法提升良率之問題及受到線寬技術限制的瓶頸。

有鑑於此，本發明乃為解決此技術瓶頸問題，乃提供一種血糖試紙導電層製法，並以微液滴噴墨技術製程來製造血糖試紙之所有導電層，供以此產業上利用。

本案之目的在於提供一種採用微液滴噴墨技術之血糖試紙導電層製造方法，藉由第一微液滴裝置及第二微液滴裝置以微液滴單點噴印或是複數噴印點之方式，依序將導電膠微液滴及導電介質微液滴噴塗於試紙媒介物之導電層塗佈區域內，以達到使血糖試紙導電層之生產、製造過程更為簡便，並具有成本低及易於大量生產之目的。

為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種血糖試紙導電層之製造方法，包含下列步驟:(a) 提供試紙媒介物，試紙媒介物具有導電層塗佈區域；(b) 提供第一微液滴裝置，第一微液滴裝置於導電層塗佈區域內以單點噴印之方式噴塗導電膠微液滴，以形成導電膠層；以及(c) 提供第二微液滴裝置，第二微液滴裝置於導電膠層上以單點噴印之方式噴塗導電介質微液滴，以形成導電碳層。

為達上述目的，本案之又一較廣義實施態樣為提供一種血糖試紙導電層之製造方法，包含下列步驟:(a) 提供試紙媒介物，試紙媒介物具有導電層塗佈區域；(b) 提供第一微液滴裝置，第一微液滴裝置於導電層塗佈區域內以複數噴印點之方式噴塗導電膠微液滴，以形成導電膠層；以及(c) 提供第二微液滴裝置，第二微液滴裝置於導電膠層上以複數噴印點之方式噴塗導電介質微液滴，以形成導電碳層。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。

請參閱第三圖，其係為本案第一較佳實施例之血糖試紙導電層之製造流程圖，如圖所示，首先，係如步驟S20所示，提供一試紙媒介物3(如第四圖所示)，且該試紙媒介物3係具有一導電層塗佈區域311；接著，再如步驟S21所示，提供一第一微液滴裝置4(如第五圖所示)，該第一微液滴裝置4於對應之該試紙媒介物3之導電層塗佈區域311內以單點噴印之方式，噴塗一導電膠微液滴(未圖式)，以形成一導電膠層312；最後，再如步驟S22所示，提供一第二微液滴裝置(未圖式)，該第二微液滴裝置亦於對應之該試紙媒介物3之導電膠層312上以單點噴印之方式，噴塗一導電介質微液滴(未圖式)，藉此以於導電膠層312上形成一導電碳層313，如此一來，則完成本案以微液滴噴墨技術製成之血糖試紙導電層31。於一些實施例中，該第二微液滴裝置係為與該第一微液滴裝置4相同之裝置，但不以此為限。

請參閱第四圖，其係為本案第一較佳實施例之試紙媒介物之結構示意圖。如圖所示，本案之試紙媒介物3，例如可為一電化學感測血糖試紙，但不以此為限。該試紙媒介物3係由一基板30及其上所佈設之導電層31所共同形成，其中，該基板30之材質係可為聚乙烯對苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate，PET)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚碳酸脂(Polycarbonate，PC)、聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride，PVC)等材質，但不以此為限。且因前述等材質具有一定的折彎機械強度，容易實施機械切割，因而有利於規模化生產，且此等材料的耐熱溫度達到120℃，更適合導電油墨噴印完後的高溫固化。

導電層31係由導電膠層312及導電碳層313共同組成，其製程方式係如前述，主要透過第一微液滴裝置4及第二微液滴裝置(結構與第一微液滴裝置相同，故省略圖式)以微液滴噴墨技術而依序製成。於一些實施例中，形成導電膠層312之導電膠微液滴係可為一銀膠，但不以此為限。於另一些實施例中，形成導電碳層313之導電介質微液滴則可由苯醌、鐵氰化鉀、二茂鐵、金屬導電化合物所組成之任ㄧ者，且不以此為限。

請參閱第五圖，其係為本案第一較佳實施例之第一微液滴裝置之結構示意圖。如圖所示，該第一微液滴裝置4主要由第一腔體40及第二腔體41所組成，其中第一腔體40具有第一流道401、容置部402及凹陷部403，第一流道401係貫穿第一腔體40設置，容置部402設置於鄰近第一流道401，用以容置一驅動電路板42，至於凹陷部403則設置於第一腔體40底部，用以供第二腔體41與第一腔體40連接設置。

第二腔體41具有本體411、噴孔元件412及致動元件413(如第六圖所示)，其中本體411具有第二流道411a，第二流道411a係貫穿本體411設置，且與第一腔體40之第一流道401相連通，而噴孔元件412直接設置於本體411上並具有噴嘴孔412a，且噴嘴孔412a對應於第二流道411a之流道出口411b(如第六圖所示)設置，至於致動元件413則可為一壓電元件，但不以此為限，其設置於噴孔元件412上並環繞於噴嘴孔412a周圍。

請參閱第六圖，其係為本案第一較佳實施例之第一微液滴裝置之下視結構示意圖。於本實施例中，第一微液滴裝置4更可設置一軟性電路板43於致動元件413上。如第六圖所示，軟性電路板43係部份覆蓋於致動元件413的下表面上，且具有第一電極431及第二電極432，其中，軟性電路板43可利用貼附、黏著或焊接等方式設置於致動元件413上，但不以此為限。第一電極431及第二電極432係為一平面電極且分別具有二端部431a、431b及432a、432b，其中第一電極431及第二電極432之一端部431a及432a分別與噴孔元件412及致動元件413連接，至於第一電極431及第二電極432之另一相對端部431b及432b則與驅動電路板42(如第五圖所示)連接。

於另一些實施例中，第一微液滴裝置4亦於第一腔體40之第一流道401的末端內側壁(未圖式)及第二腔體41之第二流道411a的外側壁(未圖式)分別對應設置一公螺紋及一母螺紋，使第一腔體40及第二腔體41可以透過該相互對應之公/母螺紋，而以轉動的方式直接鎖固連接，藉此以達到讓使用者可易於更換第二腔體41之目的。

至於第二微液滴裝置，由於其結構係與第一微液滴裝置4相同，其差異僅在於其中輸送噴灑之微液滴材質不同，故於此不再贅述。

另當第一微液滴裝置4及第二微液滴裝置作動時，主要係以21~37kHz及40~47kHz工作操作頻率，順利噴出直徑大小為140~24μm範圍噴印點，同時再搭配XYZ精密移動平台(未圖式)，以控制第一微液滴裝置4及第二微液滴裝置所噴出之導電膠微液滴及導電介質微液滴於試紙媒介物3之導電層塗佈區域311內。

請參閱第七圖，其係為本案第二較佳實施例之血糖試紙導電層之製造流程圖，如圖所示，首先，係如步驟S50所示，提供一試紙媒介物3(如第四圖所示)，且該試紙媒介物3係具有一導電層塗佈區域311；接著，再如步驟S51所示，提供一第一微液滴裝置4(如第五圖所示)，該第一微液滴裝置5於對應之該試紙媒介物3之導電層塗佈區域311內以複數噴印點之方式，噴塗一導電膠微液滴(未圖式)，以形成一導電膠層312；最後，再如步驟S52所示，提供一第二微液滴裝置(未圖式)，該第二微液滴裝置亦於對應之該試紙媒介物3之導電膠層312上以複數噴印點之方式，噴塗一導電介質微液滴(未圖式)，藉此以於導電膠層312上形成一導電碳層313，如此一來，則完成本案以微液滴噴墨技術製成之血糖試紙導電層31。

綜上所述，本案之血糖試紙導電層之製造方法主要藉由兩相同之第一微液滴裝置及第二微液滴裝置依序於試紙媒介物上以單點噴印或是複數噴印點之方式，依序將導電膠微液滴及導電介質微液滴噴塗於導電層塗佈區域內，藉由此導電層塗佈方式以突破過往網版印刷製造導電層而導致產品良率低及線寬技術受限等缺失，進而使血糖試紙導電層之生產、製造過程更為簡便，且具有成本低及易於大量生產之優點。

本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

1‧‧‧電化學感測血糖試紙

10、30‧‧‧基板

101‧‧‧第一表面

102‧‧‧第二表面

11、31‧‧‧導電層

111、312‧‧‧導電膠層

112、313‧‧‧導電碳層

112a‧‧‧可變長度區

12‧‧‧參數辨識元件

13‧‧‧上隔板

14‧‧‧反應區

3‧‧‧試紙媒介物

311‧‧‧導電層塗佈區域

4‧‧‧第一微液滴裝置

40‧‧‧第一腔體

401‧‧‧第一流道

402‧‧‧容置部

403‧‧‧凹陷部

441‧‧‧第二腔體

411‧‧‧本體

411a‧‧‧第二流道

411b‧‧‧流道出口

412‧‧‧噴孔元件

412‧‧‧噴嘴孔

第一圖：其係為習知電化學感測血糖試紙之結構示意圖。

第二圖：其係為習知採用網版印刷技術之電化學感測血糖試紙之結構示意圖。

第三圖：其係為本案第一較佳實施例之血糖試紙導電層之製造流程圖。

第四圖：其係為本案第一較佳實施例之試紙媒介物之結構示意圖。

第五圖：其係為本案第一較佳實施例之第一微液滴裝置之結構示意圖。

第六圖：其係為本案第一較佳實施例之第一微液滴裝置之下視結構示意圖。

第七圖：其係為本案第二較佳實施例之血糖試紙導電層之製造流程圖。

S20~S22‧‧‧以微液滴噴墨技術製造血糖試紙導電層之步驟

Claims (10)

1. 一種血糖試紙導電層之製造方法，包含下列步驟:
     (a) 提供一試紙媒介物，該試紙媒介物具有一導電層塗佈區域；
     (b) 提供一第一微液滴裝置，該第一微液滴裝置於該導電層塗佈區域內以單點噴印之方式噴塗一導電膠微液滴，以形成一導電膠層；以及
     (c) 提供一第二微液滴裝置，該第二微液滴裝置於該導電膠層上以單點噴印之方式噴塗一導電介質微液滴，以形成一導電碳層。
2. 如申請專利範圍第1項所述之血糖試紙導電層之製造方法，其中該第一微液滴裝置與該第二微液滴裝置噴塗該導電膠微液滴及該導電介質微液滴之頻率係為21~37kHz及40~47kHz。
3. 如申請專利範圍第1項所述之血糖試紙導電層之製造方法，其中該電膠微液滴及該導電介質微液滴之直徑實質上介於140~24μm。
4. 如申請專利範圍第1項所述之血糖試紙導電層之製造方法，其中該導電膠微液滴係為一銀膠。
5. 如申請專利範圍第1項所述之血糖試紙導電層之製造方法，其中該導電介質微液滴係為由苯醌、鐵氰化鉀、二茂鐵、金屬導電化合物所組成之任ㄧ者。
6. 一種血糖試紙導電層之製造方法，包含下列步驟:
     (a) 提供一試紙媒介物，該試紙媒介物具有一導電層塗佈區域；
     (b) 提供一第一微液滴裝置，該第一微液滴裝置於該導電層塗佈區域內以複數噴印點之方式噴塗一導電膠微液滴，以形成一導電膠層；以及
     (c) 提供一第二微液滴裝置，該第二微液滴裝置於該導電膠層上以複數噴印點之方式噴塗一導電介質微液滴，以形成一導電碳層。
7. 如申請專利範圍第6項所述之血糖試紙導電層之製造方法，其中該第一微液滴裝置與該第二微液滴裝置噴塗該導電膠微液滴及該導電介質微液滴之頻率係為21~37kHz及40~47kHz。
8. 如申請專利範圍第6項所述之血糖試紙導電層之製造方法，其中該電膠微液滴及該導電介質微液滴之直徑實質上介於140~24μm。
9. 如申請專利範圍第6項所述之血糖試紙導電層之製造方法，其中該導電膠微液滴係為一銀膠。
10. 如申請專利範圍第6項所述之血糖試紙導電層之製造方法，其中該導電介質微液滴係為由苯醌、鐵氰化鉀、二茂鐵、金屬導電化合物所組成之任ㄧ者。