专利名称：测量生物材料的生物传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量生物材料的设备，尤其涉及用于当构成生物传感器的基板具有相当大厚度的三维结构时能防止通过手指接触而阻塞样本入口的测量生物材料的设备。
背景技术：
生物传感器是检查机体功能使用物质的性能的测量仪器。因为生物传感器用生物材料作为探测元件，所以这些生物传感器具有特别突出的灵敏性和反应特性。因此，生物传感器被广泛地应用在诸如临床化学分析、生物产业的生产过程用检测仪表、环境检测用检测仪表、化学品的稳定性评估等等的各种领域，并且它们的使用范围还在继续扩大。特别地，各种各样的生物传感器应用在医疗诊断领域以便分析样本，尤其是生物样本。根据探测元件的种类，生物传感器被分成酶化验生物传感器和免疫分析生物传感器；根据定量地分析生物样本内的目标物质的方法，生物传感器被分成光学生物传感器和电化学生物传感
ο酶化验生物传感器设计成利用酶和基板之间特定的反应以及酶和酶抑制剂之间的特定反应，免疫分析生物传感器设计成利用抗原和抗体之间的特定反应。光学生物传感器被广泛地应用于通过测量透明度、吸光率或者波长的变换测量目标材料的浓度。光学生物传感器具有的优点在于，因为要被分析的各种材料的反应机理是已知的并且是在用足够的时间发生反应后进行测量的，所以测量时间的偏差低。相比之下， 光学生物传感器具有的缺点在于，与电化学生物传感器相比，光学生物传感器需要较长的测量时间和更多的样本数量。此外，光学生物传感器具有的其它缺点在于测量的结果受到样本浊度的影响，并且很难使光学单元最小化。电化学生物传感器被用于通过测量从反应获得的电信号来测量目标材料的浓度。 电化学生物传感器的优点在于，使用非常少量的样本就能够放大信号、能够使电化学生物传感器最小化、能够稳定地获取测量的信号以及它们能够容易地与电信仪器相结合。但是， 电化学生物传感器具有的缺点在于，另外需要电极制造方法、生产成本高以及被测量的信号对于响应时间非常敏感。同时，在具有引入样本的毛细管的现有处理生物传感器的情况下，样本入口具有扁平横截面。由于这个原因，当例如用手指触及样本入口以便引入血液时，样本入口被完全阻塞，样本因而不能再被引入。因此，Roche制造了一种在其上形成锯齿状和切口以防止样本入口被手指阻塞的生物传感器，如图1所示。此外，Arkray制造了一种样本入口 14或者 16在其上构造成尖锐形状以防止样本入口 14或16被手指阻塞的生物传感器，如图2所示。由于所有这些现存的生物传感器都具有使用薄膜的二维结构，只有二维的处理能够在平面上实现切口。但是，当用来制造生物传感器的基板具有相当大厚度的三维结构时， 仅仅在样本入口形成这种切口来防止样本入口被手指阻塞是不够的。此外，现有的生物传感器存在的问题是，当手指放到样本入口并且接着在毛细管没有充分地充满血液前释放手指时，毛细管间隙被充分地充满样本，因此提供的测量结果
不一致。
发明内容
本发明的目的在于，如果使用的基板具有相当大厚度的三维结构，当样本被引入到所述样本入口中时防止样本入口被阻塞。本发明的目的在于，克服当手指在毛细管间隙被充分充满样本之前释放样本入口时，由于毛细管间隙没有被充分地充满样本而影响测量结果的问题。本发明的目的不限于上述提到的那些目的。从下面的说明将会理解未公开的本发明其他目的和优点，参考本发明的实施例将会使未公布的本发明的其它目的和优点很明显。还有，对那些本领域的技术人员很显然的是，本发明的目的和优点将能用如要求保护的设备以及这些设备的组合实现。为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于测量生物材料的设备，所述设备包括具有在其一侧表面中形成的凹口的第一基板；第二基板，其具有在其中发生样本的生物化学反应的多个反应电极和将所述生物化学反应产生的信号传输给探测器的多个输送电极；以及位于所述凹口内并且引起与所述样本发生生物化学反应的反应试齐IJ，其中，所述第二基板附接到所述第一基板，使得所述反应电极指向所述凹口，并且所述凹口与所述第二基板的至少一边缘表面相结合而形成至少一个通气缝隙，所述第一基板和所述第二基板附接以便形成样本入口和反应室，并且所述第一基板或者第二基板具有在高度方向上朝向所述样本入口倾斜的表面。根据本发明的另一方面，提供了一种用于测量生物材料的设备，所述设备包括第一基板；附接到所述第一基板以便形成样本入口和反应室的第二基板；位于反应室中并且附接到所述第一基板或者第二基板的多个电极；以及位于反应室中并且引起与所述样本发生生物化学反应的反应试剂，其中，所述第一基板或者第二基板具有在高度方向上朝向所述样本入口倾斜的表面。根据本发明，当样本被引入到使用的基板具有相当大厚度的三维结构的生物传感器的样本入口时，在高度方向上朝向样本入口倾斜的表面能够防止用手指阻塞所述样本入口。此外，所述倾斜表面附加地保留所述样本，使得即使当手指在所述毛细管间隙被所述样本充分地充满前释放手指时，毛细管间隙能够被充分地充满，并因而能够从同一样本获得稳定的测量结果。
图1是解释具有锯齿状和切口的传统生物传感器的视图。图2是解释具有凸起的样本入口的传统生物传感器的视图。图3是解释根据本发明的生物传感器的结构的视图。图4是解释本发明的实施例的视图，其中每个都包括在高度方向上朝向样本入口倾斜的表面。图5是解释根据本发明的其它实施例的视图，其中，在倾斜表面上形成圆形凸起或者凹口。
图6是仍然解释根据本发明的其它实施例的视图，其中，在倾斜表面上形成一个或者多个凸起或者凹口。图7是也解释根据本发明的其它实施例的视图，其中，在倾斜表面上形成一个或者多个杆状凸起或者凹口。图8是仍然解释根据本发明的其它实施例的视图，其中，在倾斜表面的边缘上形成凸起或者切口。图9是仍然解释根据本发明的其它实施例的视图，其中，在倾斜表面的边缘上形成切口并且在倾斜表面上形成一个或者多个圆形或者杆状凸起或者凹口。图10是解释本发明的另一实施例的视图，其中，本发明的反应电极和输送电极是彼此电连接的。
具体实施例方式当结合附图阅读本发明下面的详细描述时，本发明的前述以及其它的目的、特色和优点将会更加明显。因此，本领域的技术人员将会容易理解，在不脱离本发明的技术精神的情况下能够对本发明做出多种形式的修改。在下面的描述中，熟知的功能或者结构将不再做详细的描述，由于它们会将本发明在不必要的细节中不分明。下面将参考附图详细地描述本发明的示例性实施例。图3是解释根据本发明一个实施例的生物传感器的结构的视图。图3(a)是所述生物传感器的侧视图，图3(b)是所述生物传感器的平面视图，图3(c)是所述生物传感器的正视图。参考图3，根据本发明的一个实施例的生物传感器器包括具有凹口和样本入口的第一基板和具有多个反应电极和多个输送电极的第二基板。第一基板105是用作实体支撑的粘结基板，并且在其一侧表面中设有凹口 110。凹口 110的一部分，优选凹口的一端形成样本入口。第二基板104是具有参考电极102、工作电极103、第一输送电极112以及第二输送电极113的反应基板。反应试剂(未显示)穿过参考电极102和工作电极103固定在第二基板104上，使得所述反应试剂定位在凹口 110 内。所述反应试剂和样本之间的生物化学反应发生在所述反应试剂固定于其上的参考电极 102和工作电极103的周围。第一输送电极112电连接到参考电极102上，第二输送电极 113电连接到工作电极103。藉此，由所述反应试剂和样本之间的生物化学反应在参考电极 102和工作电极103所产生的电信号被传递到探测器。在这里，参与生物化学反应的诸如所述参考电极和工作电极的电极通常被称为“反应电极”，其区别于将由生物化学反应产生的电信号传递给测量设备的输送电极。所述参考电极在相关技术中一般被称为“平衡电极”。参考图3 (a)至3 (c)，第一基板105和第二基板104相互粘结，使得所述凹口的前侧面形成为样本入口 101，其中，第一基板105具有前侧面打开的凹口 110，和第二基板104 具有所述电极以及平面构造。作为替代，在具有前侧面封闭的凹口的所述第一基板上，只有所述凹口的一部分可以被所述第二基板覆盖，并且所述凹口的其它部分可以是打开的，以便形成所述样本入口。当第一基板105和第二基板104彼此粘结时，在毛细管结构中形成反应室。也就是说，第一基板105被第二基板104覆盖，使得在所述第一基板上形成的凹口 110构造成具有毛细管结构的反应室或者通道。第二基板104附接第一基板105，使得参考电极102和工作电极103指向凹口 110，并且使得通过接合凹口 110和第二基板104的至少一边缘表面 109形成至少一个通气缝隙107。通气缝隙107在生物传感器100的纵向方向上从样本入口 101连续延伸。在这里，生物传感器100的纵向方向是指所述样本被引入凹口 110或者反应室中的方向。所述生物传感器100的纵向方向相当于样本入口 101的纵向方向，这样所述两个方向在此是彼此一致的。参考电极102和工作电极103形成在指向凹口 110的第二基板104的表面上，第一输送电极112和第二输送电极113形成在第二电极104的相对表面上。第一输送电极112 和第二输送电极113经由穿过第二基板104的导电体114分别电连接到参考电极102和工作电极103。在这个实施例中，第一输送电极112和第二输送电极113、参考电极102以及工作电极103形成在第二基板104的各自不同的表面上，但是它们可以形成在第二基板的同一表面上。此外，在这个实施例中，在形成于第一基板105上的凹口 110中，通气孔106可以形成在样本入口形成于其上的凹口的前侧面的另一端中。作为替代，通气孔106可以形成在第二基板104上，而不是形成在第一基板105上，或者可以不形成在任何基板上。所述样本利用毛细管现象引入到所述反应室中。所述毛细管现象发生在指向凹口 110的第二基板104的表面和第一基板105的凹口 110的底表面之间以及在第二基板104 的边缘表面109和凹口 110的壁111之间。详细地说，当所述样本被引入时，在第二基板 104的边缘表面109和凹口 110的壁111之间形成的一个或者多个通气缝隙107用作空气出口。这样，通气缝隙107将所述反应室内的空气排向外面，同时借助于毛细管现象将所述样本弓I入所述反应室中，藉此更快地将所述样本弓I入所述反应室中。第二基板104在物理上被隔离在所述样本与所述反应试剂反应的间隙内。也就是说，和现有的生物传感器不同，由于通气缝隙107，第二基板104不与其它基板接触。在这个实施例中，通气缝隙107不是由单独地处理特定的基板形成的，而是作为调整第二基板104 和第一基板105之间的位置关系的结果而三维地形成的。通气缝隙107的间隙通过第二基板104的厚度很容易被调整。图4是解释本发明的实施例的视图，其中每个都包括在高度方向上朝向样本入口倾斜的表面，并且是图3的虚线圆A的放大视图。图4(a)显示在其第二基板402上形成在高度方向上朝向样本入口 406倾斜的表面408的生物传感器。样本入口 406由第二基板402和第一基板404构成。第二基板402 和第一基板404在其端部彼此对齐。图4(b)显示在其第一基板412上形成在高度方向上朝向样本入口 414倾斜的表面的生物传感器。样本入口 414由第二基板410和第一基板412 构成。第二基板410和第一基板412在其端部彼此对齐。图4 (c)显示在其第二基板418上形成朝向在高度方向上样本入口 422倾斜的表面424的生物传感器。样本入口 422由第二基板418和第一基板420构成。具有倾斜表面似4的第二基板418的一端部比第一基板420的一端部向前突出更多。图4(d)显示了在其第一基板4 上形成在高度方向上朝向样本入口 430倾斜的表面432的生物传感器。样本入口 430由第二基板似6和第一基板4 构成。具有倾斜表面432的第一基板428的一端部比第二基板426的一端部向前突出更多。如图4(c)或者4(d)所示，当所述第二和第一基板的端部彼此不对齐时，这对避免手指阻塞所述样本入口提供更大的效果，但是其具有的缺点在于，由于所述电极在短基板上形成，所以减少了所述电极的面积。如图4所示，当在高度方向上朝向样本入口倾斜的表面形成在所述第一或者第二基板上时，在手指放到样本入口时所述样本入口不会被所述手指阻塞以便引入所述样本， 使得所述样本很容易被引入。此外，所述倾斜表面用来像水库一样额外地保留所述样本，藉此使得所述毛细管被充分地充满。结果，所述样本的测量结果变得一致。图5是解释本发明的另一个实施例的视图，其中，在倾斜表面上形成圆形凸起。倾斜表面504形成在第一基板502的一端部，并且圆形凸起506形成在倾斜表面504的中部。 在倾斜表面504上形成的凸起506允许更有效地避免样本入口 508被手指阻塞，并且通过将所述样本俘获在凸起506内允许额外地保留样本。在图5中，形成所述凸起。作为替代， 可以形成凹口。图6是解释本发明的其它实施例的视图，其中，在倾斜表面上形成至少一个凸起。 在图6(a)中，在倾斜表面604上形成一个圆形凸起602。在图6(b)中，在倾斜表面上形成排成一行的多个圆形凸起。在图6(c)中，在倾斜表面上以阵列图案形成多个圆形凸起。在倾斜表面上形成的圆形凸起越多，避免手指阻塞样本入口的功能越强，并且越能够提高保留样本的功能。在图6中，形成所述凸起。作为替代，可以形成凹口。图7是仍然解释本发明的其它实施例的视图，其中，在倾斜表面上形成至少一个杆状凸起。在图7(a)中，在倾斜表面704上形成一个杆状凸起702。在图7(b)中，在倾斜表面上在水平方向上形成多个杆状凸起。在图7(c)中，在倾斜表面上在垂直方向上形成多个杆状凸起，即在高度方向上，它们指向样本入口。在所述倾斜表面上形成的杆状凸起越多，避免手指阻塞样本入口的功能越强，并且越能够改善提高保留样本的功能。在图7中， 形成所述凸起。作为替代，可以形成凹口。此外，所述倾斜表面可以形成为阶梯形状。同时，如图7(b)所示，当在所述倾斜表面上在水平方向上形成多个杆状凸起时， 提高了保留所述样本的功能。如图7(c)所示，当在倾斜表面上在垂直方向上形成多个杆状凸起时，即在高度方向上，它们指向样本入口，因为所述杆状凸起用于引导所述样本的引入，所以提高了将所述样本引入毛细管间隙的功能。图8是仍然解释本发明的其他实施例的视图，其中，在倾斜表面的边缘上形成凸起或者切口。在图8(a)中，凸起804形成在倾斜表面802的下部边缘803上。在图8(b) 中，切808形成倾斜表面806的下部边缘807上。凸起804和切808与倾斜表面802和806 相结合而防止手指阻塞样本入口。图9是仍然解释本发明的其它实施例的视图，其中，在倾斜表面的边缘上形成的切口与在倾斜表面上形成的圆形或者杆状凸起相结合。在图9(a)中，在倾斜表面902的下边缘上形成的切口 904与在所述倾斜表面902上以阵列图案形成的圆形凸起相结合。在图 9(b)中，在倾斜表面908的下边缘上形成的切口 910与在所述倾斜表面908上在垂直方向上形成的杆状凸起相结合(在高度方向上，所述杆状凸起指向所述样本入口)。在图9中， 形成所述圆形或者杆状凸起。作为替代，可以形成凹口。图10是解释另一个实施例的视图，其中，本发明的反应电极和输送电极彼此电连接。如图所示，在第二基板1402的一侧面上形成的第一或第二输送电极1406可以经由在第二基板1402的边缘上形成的导电夹紧构件1408电连接到反应电极1404。为了稳固地固
7定输送电极1406和反应电极1404，导电夹紧构件1408可以由弹性材料构成。
虽然参考附图已经描述了本发明的具体实施例，但是本发明不限于这些具体的实施例。对本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的附加权利要求所意图限定的保护范围的情况下，能够对本发明做出多种修改、补充和替代。特别地，上述实施例是基于两个电极系统的。但是，需要理解的是，本发明可以应用到包括三个电极的系统在内的所有类型的电极系统。
权利要求
1.一种用于测量生物材料的设备，包括 第一基板，其具有在其一侧表面中形成的凹口 ；第二基板，所述基板具有在其中发生样本的生物化学反应的多个反应电极和将所述生物化学反应产生的信号传递给探测器的多个输送电极；以及置于所述凹口中并且引起与所述样本发生生物化学反应的反应试剂， 其中，所述第二基板附接到所述第一基板，使得所述反应电极指向所述凹口，并且所述凹口与所述第二基板的至少一个边缘表面相结合而形成至少一个通气缝隙， 所述第一和第二基板附接以形成样本入口和反应室，以及所述第一或第二基板具有在高度方向上朝向所述样本入口的倾斜表面。
2.一种用于测量生物材料的设备，所述设备包括 第一基板；第二基板，所述第二基板附接所述第一基板以便形成样本入口和反应室； 位于所述反应室内并且附接到所述第一或者第二基板的多个电极；以及位于所述反应室内并且引起与样本发生生物化学反应的反应试剂， 其中，所述第一或第二基板具有在高度方向上朝向所述样本入口的倾斜表面。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于， 所述凹口是部分打开的。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述凹口与第二基板的至少一个边缘表面相结合而形成至少一个通气缝隙。
5.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于， 所述倾斜表面还包括至少一个凸起或者凹口。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于， 所述凸起或者凹口具有杆状形状。
7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于， 所述凸起或者凹口在数量上是多个。
8.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于， 所述倾斜表面具有台阶形状。
9.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于， 所述第一或者第二基板还包括切口。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述倾斜表面还在垂直方向上包括杆状凸起或者凹口，并且所述杆状凸起或者凹口连接到所述切口。
全文摘要
本发明涉及一种用于测量生物材料的设备，所述设备包括在其一侧具有凹口的第一基板；第二基板，其具有生物材料发生生物化学反应的参考电极和工作电极、将来自所述反应的电信号传递给探测器的第一和第二输送电极；以及引起与所述生物材料发生反应的固定在所述第二基板上的反应试剂，其中，所述第一或第二基板具有在高度方向上朝向样本入口的倾斜表面。所述第二基板附接到所述第一基板，使得所述入口的一部分形成样本入口，并且所述参考和工作电极指向所述凹口。在使用的基板具有相当大厚度的三维结构的情况下，当通过所述样本入口引入所述生物材料时，所述倾斜表面防止所述样本入口被使用者的手指阻塞。
文档编号G01N33/48GK102460138SQ201080029854
公开日2012年5月16日 申请日期2010年4月30日 优先权日2009年6月2日
发明者崔在奎, 李进雨 申请人:喜来健迈德斯