TWI468680B

TWI468680B - 電化學檢測試片

Info

Publication number: TWI468680B
Application number: TW99135366A
Authority: TW
Inventors: Chuan Hsing Huang
Priority date: 2010-10-18
Filing date: 2010-10-18
Publication date: 2015-01-11
Also published as: TW201217775A

Description

電化學檢測試片

本發明係有關一種檢測試片，特別是關於一種電化學檢測試片。

由於機電技術的發展，在檢測生物檢體時，大多使用電化學式或是光學式的反應加以偵測。利用前者(電化學)反應的情況，舉例而言，在偵測血糖時，係以血液樣本中的葡萄糖與測試試片上搭載的葡萄糖氧化脢(glucose oxidase，GOD)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。而利用後者(光學)反應的情況，則可以葡萄糖與酵素反應後所造成測試試片的顏色變化，再藉由比色法將顏色變化量換算成血糖濃度。

而目前採用電化學反應的檢測試片，由於需要偵測反應中所產生的電子電流等訊號，因此需要有導電電極接收這些訊號，並且傳導至測量儀器中進行換算。習知技術的導電電極有在銅質電極鍍上鎳及鈀，或是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，將後續的鎳與鈀鍍在銅金屬層上，製作成本較高。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，後續再使用蝕刻製程將多餘部份去除，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，且更提昇製造成本。但是使用在印刷好的銀膠線路上塗佈有活性碳層以製成電極的方式，雖然成本較前述採用電鍍或蒸鍍濺鍍等方式為低，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度不佳，反而使得品管(QC)上要耗費額外的成本。

為克服上述缺點，本發明提供一種電化學檢測試片，包含有基板以及設置於基板上的導電電極。導電電極則包含有依序堆疊的導電膠體層、第一金屬層，第二金屬層，以及第三金屬層。導電膠體可為銅膠、鎳膠、銀膠、銀碳膠、或是碳膠；第一金屬層則是由第VIII族金屬組成；第二金屬層則由鎳組成；而第三金屬層是鈀(Pd)、金(Au)或是鉑(Pt)金屬所組成。

因此，本發明之主要目的係提供一種電化學檢測試片，由於採用導電膠體，因此易於製造，可有效降低成本。

本發明之另一目的係提供一種電化學檢測試片，由於係以鈀、金或是鉑金屬形成電極外層，因此可有效提昇測量的敏感性以及特異性。

此外，本發明亦提供另一種電化學檢測試片，包含有基板以及設置於基板上的導電電極。導電電極則包含有依序堆疊的導電膠體層、第一金屬層，第二金屬層，以及第三金屬層。導電膠體可為銅膠、鎳膠、銀膠、銀碳膠、或是碳膠，且導電膠體層係經由印刷流程印刷於基板上。第一金屬層則是由第VIII族金屬組成，並且是經將印刷有導電膠體層的基板經過電漿清洗與酸洗程序後，再經過化學鍍方式鍍於導電膠體層上。第二金屬層則由鎳組成，且經化學鍍方式鍍於第一金屬層上。而第三金屬層是鈀、金或是鉑金屬所組成，且經化學鍍方式鍍於第二金屬層上。

本發明之另一目的係提供一種電化學檢測試片，由於採用印刷方式將導電膠體印刷於基板上，因此易於製造，可有效降低成本。

由於本發明係揭露一種電化學檢測試片，其中所利用電化學原理及電路印刷技術，已為相關技術領域具有通常知識者所能明瞭，故以下文中之說明，不再作完整描述。同時，以下文中所對照之圖式，係表達與本發明特徵有關之示意，並未亦不需要依據實際情形完整繪製，合先敘明。

首先，請參考第1A圖，為本發明第一較佳實施例電化學檢測試片示意圖。電化學檢測試片1包含有基板11以及鋪設於基板11之上的導電電極12，在導電電極12上蓋設有絕緣層13。其中基板11的材質可以是聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)、聚碳酸酯(PC)等生物惰性塑膠(bio-inert plastic)材料，亦可採用聚亞醯胺(polyimide)、玻璃纖維板、或是電木板(酚醛樹脂)。

請參考第1B圖，為第1A圖中電化學檢測試片1沿AA連線的剖面示意圖。導電電極12的構成，如同圖中所示，由基板11向上，依序堆疊有導電膠體層120、第一金屬層121、第二金屬層122、以及第三金屬層123。而導電膠體層120則為含有金屬導體或碳粒子的樹脂膠體，其材質可以是銅膠(copper paste)、鎳膠(nickel paste)、銀膠(silver paste)、銀碳膠(含有銀粒子與碳粒子的樹脂膠)、或是碳膠，並且採用印刷方式將導電膠體層120印刷於基板11之上。第二金屬層122的材質則採用鎳。此外，在印刷導電膠體層120之後，會將印有導電膠體層120的基板10，經過清洗程序，利用電漿(plasma)去除導電膠體的雜質，並且再藉由酸洗程序將導電膠體層120的表面活化，以利後續第一金屬層121、第二金屬層122以及第三金屬層123的製作。

另外，由於導電膠體層120之中的導電材料，如上所述，是使用銅、鎳、銀、碳，或是銀碳膠，因此為了要將第二金屬層122的鎳以及第三金屬層123採用化學鍍的方式堆疊上去，第一金屬層121的材質則是要使用第VIII族金屬，亦即要使用鎳(nickel，Ni)、鈀(Palladium，Pd)、或是鉑(Platinum，Pt)金屬；其中又以使用鈀的情況，對於後續第二金屬層122與第三金屬層123的化學鍍效果較好。此外，導電膠體層120中所使用的膠體樹脂的材質則與印刷上去的基板材質為相同時(例如基板11和導電膠體層120中膠體樹脂的材質均是聚乙烯對苯二甲酸酯)，對於後續進行第一金屬層121的化學鍍的效果較好。此外，導電膠體層120的印刷厚度也會影響第一金屬層121的化學鍍的結果。

為了要能讓電化學反應中所產生的電子順利的傳導到導電電極12，以利後續的訊號測量以及相對應的待測物質濃度換算，第三金屬層123的材質是使用鈀、金或者鉑等具有良好導電性的金屬，其中又以使用鉑所製成的電化學檢測試片1在使用測量的精準度為最佳，且鉑本身可以當作觸媒，有利於電化學反應的產生。雖然使用鉑的效果最佳，但因鉑的材料成本較高，因此，在材料成本與試片測量精準度兩者的平衡考量下，也可以採用金做為第三金屬層123的材質。

此外，除了如上述第一較佳實施例中所示的，在整條導電電極12中都鍍有第一金屬層121、第二金屬層122以及第三金屬層123的情況(亦即是鍍在整個導電膠體層120的上面)，也可以依照實際情況，只在導電電極12的部份區域鍍上第一金屬層121、第二金屬層122與第三金屬層123。

因此，本發明的第二較佳實施例，亦為一種電化學檢測試片。請參考第2A圖，電化學檢測試片2與第一較佳實施例中所述的電化學檢測試片1大致相同，亦包含有基板21以及鋪設於基板21之上的導電電極22，而在導電電極22上蓋設有絕緣層23。與第一較佳實施例不同之處是電化學檢測試片2的導電電極22，進一步包含有反應區22a、插入區22c，以及介於反應區22a與插入區22c之間的傳導區22b。反應區22a上則塗佈有反應材料24，以供與待測物質(未圖示)進行電化學反應，藉此產生電子電流等訊號；而在反應區22a所產生的電子電流訊號，是經由傳導區22b傳導至插入區22c。插入區22c則是電化學反應試片2與測量儀器(未圖示)連接的區域。在實際使用時，插入區22c會藉由與測量儀器(未圖示)的連接，將電子電流訊號傳送至測量儀器中進行運算，藉此換算成待測物質的濃度等資訊。

請再參考第2B圖，為第2A圖中所示的電化學檢測試片2沿BB連線的剖面示意圖。如圖中所示，在基板21上，則是自反應區22a、傳導區22b 一直到插入區22c都有印刷有導電膠體層220。而在傳導區22b處，在導電膠體層220之上直接蓋設有絕緣層23。而在反應區22a處，則是自導電膠體層220起依序堆疊有第一金屬層221、第二金屬層222以及第三金屬層223。

此外，可根據實際需求，將依序堆疊的第一金屬層221、第二金屬層222以及第三金屬層223設置於插入區22c處；或是更進一步地將第一金屬層221、第二金屬層222以及第三金屬層223設置在反應區22a與插入區22c兩處。

上述設計即是在電化學反應試片2中，並非如同第一較佳實施例中是沿著整條導電膠體層220都鍍有第一金屬層221、第二金屬層222以及第三金屬層223。由於反應區22a是塗佈有反應材料24，待測物質(未圖示)與反應材料24進行電化學反應後所產生的電子或電流，需要傳導至反應區22a的導電電極22上，因此此處需要有良好導電性的導體金屬，藉此降低阻抗以及導電電極22的訊噪比(Signal/Noise Ratio)，以增進電化學反應試片2在測量上的敏感性(sensitivity)以及特異性(specificity)。此外，由於插入區22c的導電電極22是需要將電子或電流等訊號傳送至測量儀器中進行運算，因此此處使用具有良好導電性的導體金屬，亦有助於增進電化學反應試片2在測量上的敏感性以及特異性。

因此，在製作時，可以在基板21印刷上導電膠體層220，經過電漿清洗以及酸洗程序後，在傳導區22b處的導電膠體層220噴上或塗上一層絕緣漆2201。藉此，讓傳導區22b處的導電膠體層220在後續的化學鍍製程中，不會再與化學鍍所使用的反應溶液接觸，使得傳導區22b處的導電膠體層220不再鍍上金屬層，可以有效節省第一金屬層221、第二金屬層222與第三金屬層223中所需的惰性金屬(例如金、鉑、鈀)用量，以降低製造成本。

此外，第二較佳實施例中所述的基板21、導電膠體層220、第一金屬層221、第二金屬層222以及第三金屬層223，其材質以及較佳的配置狀態則與第一較佳實施例中所述大致相同，在此不再重複贅述。

本發明進一步提供第三較佳實施例，其結構與第一較佳實施例相同，故請參考第1A圖與第1B圖。本發明中的第三較佳實施例所提供的電化學檢測試片11包含有基板11以及鋪設於基板11之上的導電電極12，在導電電極12上蓋設有絕緣層13。而導電電極12的構成，則由基板11向上，依序堆疊有導電膠體層120、第一金屬層121、第二金屬層122、以及第三金屬層123。

導電膠體層120可為銅膠、鎳膠、銀膠、銀碳膠，或是碳膠所組成，且導電膠體層120係經由印刷流程印刷於基板11上。第一金屬層121則是由第VIII族金屬組成，並且是經將印刷有導電膠體層120的基板11經過電漿清洗與酸洗程序後，再經過化學鍍方式鍍於導電膠體層120上。第二金屬層122則由鎳組成。而第三金屬層123是鈀、金或是鉑金屬所組成。而第二金屬層122與第三金屬層123同樣地是經過化學鍍方式分別鍍於在第一金屬層121與第二金屬層122之上。此外，第一金屬層121則是將印刷有導電膠體層120且經過電漿清洗與酸洗程序的基板11，浸泡到含有第VIII族金屬離子的電解液中，控制電解的溫度、時間以及電解液中的第VIII族金屬的離子濃度以及電解液的pH值在適當範圍，將第一金屬層121鍍在導電膠體層120上。而第二金屬層122與第三金屬層123的化學鍍方式，則與第一金屬層121的化學鍍方式類似，只是在將第二金屬層122鍍到第一金屬層121之上時，是將已經鍍上第一金屬層121的基板11浸泡到含有鎳離子的電解液中，而第三金屬層123鍍在第二金屬層122上時則將已經鍍上第二金屬層122的基板11浸泡到含有是鈀、金或是鉑離子的電解液中，並且控制電解的溫度、時間以及電解液中要鍍上去的金屬離子濃度以及電解液的pH值在適當範圍。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之申請專利權利；同時以上的描述，對於熟知本技術領域之專門人士應可明瞭及實施，因此其他未脫離本發明所揭示之精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在申請專利範圍中。

1、2‧‧‧電化學檢測試片

11、21‧‧‧基板

12、22‧‧‧導電電極

120、220‧‧‧導電膠體層

121、221‧‧‧第一金屬層

122、222‧‧‧第二金屬層

123、223‧‧‧第三金屬層

13、23‧‧‧絕緣層

24‧‧‧反應材料

22a‧‧‧反應區

22b‧‧‧傳導區

22c‧‧‧插入區

2201‧‧‧絕緣漆

第1A圖，為本發明第一較佳實施例電化學檢測試片示意圖。

第1B圖，為本發明第一較佳實施例電化學檢測試片剖面示意圖。

第2A圖，為本發明第二較佳實施例電化學檢測試片示意圖。

第2B圖，為本發明第二較佳實施例電化學檢測試片剖面示意圖。

1‧‧‧電化學檢測試片

11‧‧‧基板

12‧‧‧導電電極

120‧‧‧導電膠體層

121‧‧‧第一金屬層

122‧‧‧第二金屬層

123‧‧‧第三金屬層

13‧‧‧絕緣層

Claims

一種電化學檢測試片，包含有：一基板；以及一導電電極，設置於該基板上，該導電電極具有一反應區、一插入區、以及一介於該插入區與該反應區之間之傳導區，該反應區上塗佈有一反應材料，供與一待測物質進行電化學反應，藉此產生一電子電流訊號，該傳導區係藉以將該電子電流訊號傳導至該插入區，該插入區係藉以與一測量儀器連接，其中該導電電極包含有由該基板向上依序堆疊的：一導電膠體層，係一含有金屬導體或碳粒子的樹脂膠體層，係設置於該反應區、該插入區以及該傳導區，該導電膠體係選自由銅膠、鎳膠、銀膠、銀碳膠、以及碳膠所組成之群組，且該樹脂膠體層之樹脂材質與該基板之材質相同；一第一金屬層，該第一金屬係為一第VIII族金屬；一第二金屬層，該第二金屬為鎳；以及一第三金屬層，該第三金屬係選自由鈀(Pd)、金(Au)以及鉑(Pt)所組成之群組；其中該依序堆疊的該第一金屬層、該第二金屬層以及該第三金屬層係設置於該反應區，或設置於該反應區及該插入區，且該傳導區之該導電膠體層上具有一絕緣層。
如申請專利範圍第1項所述之電化學檢測試片，其中該第一金屬為鈀。
如申請專利範圍第1項所述之電化學檢測試片，其中該第三金屬為金或鉑。
一種電化學檢測試片，包含有：一基板；以及一導電電極，設置於該基板上，該導電電極具有一反應區、一插入區、以及一介於該插入區與該反應區之間之傳導區，該反應區上塗佈有一反應材料，供與一待測物質進行電化學反應，藉此產生一電子電流訊號，該傳導區係藉以將該電子電流訊號傳導至該插入區，該插入區係藉以與一測量儀器連接，其中該導電電極包含有由該基板向上依序堆疊的：一導電膠體層，係一含有金屬導體或碳粒子的樹脂膠體層，係設置於該反應區、該插入區以及該傳導區，該導電膠體係選自由銅膠、鎳膠、銀膠、銀碳膠、以及碳膠所組成之群組，且該導電膠體層係經一印刷流程印刷於該基板上，且該樹脂膠體層之樹脂材質與該基板之材質相同；一第一金屬層，該第一金屬係為一VIII族金屬，且該第一金屬層係經將該印刷有該導電膠體層之該基板經一電漿清洗與酸洗程序後，再經化學鍍方式鍍於該導電膠體層上；一第二金屬層，該第二金屬為鎳，且該第二金屬層係經化學鍍方式鍍於該第一金屬層上；以及一第三金屬層，該第三金屬係選自由鈀(Pd)、金(Au)以及鉑(Pt)所組成之群組，且該第三金屬層係經化學鍍方式鍍於第二金屬層上；其中該依序堆疊的該第一金屬層、該第二金屬層以及該第三金屬層係設置於該反應區，或設置於該反應區及該插入區，且該傳導區之該導電膠體層上具有一絕緣層。