生物传感器的制造方法
【专利摘要】提供了一种生物传感器，该生物传感器构造有包括多个电极部分的下基底、绝缘层、空间层和设置在空间层上的上基底。该生物传感器包括：第一试样注入部分，沿试样引入所沿的纵向方向设置在上基底和下基底之间；第二试样注入部分，沿与纵向方向基本上垂直的方向与第一试样注入部分连接并形成得比第一试样注入部分的试样入口大。
【专利说明】生物传感器
【技术领域】
[0001]本公开涉及一种生物传感器。更具体地讲，本公开涉及一种包括改善的试样注入口的生物传感器。
【背景技术】
[0002]通常，在用于临床和环境监测的需要液体试样的检验中，用于测量和分析的多数传感器优选具有小的试样容量。需要小的试样容量，使得准确到达发生反应的测量装置中。
[0003]例如，在糖尿病的诊断和防治中对周期性测量血液中的葡萄糖(血糖)的量的需求增加。使用利用血糖条(blood sugar strip)形式的生物传感器从患者收集试样的血糖测量装置可以容易地测量这种血糖。血糖测量装置利用在生物传感器中通过收集的试样和化学物质之间的电化学反应产生的电信号来测量血糖值。
[0004]生物传感器是包括多个电极的电极系统，电极系统通过诸如印刷的方法形成在绝缘基底上，由亲水性高聚合物、氧化还原酶和电子受体组成的酶反应层形成在所形成的电极系统上。
[0005]一旦包括葡萄糖的试样通过生物传感器的试样注入口被注入到酶反应层中，则酶反应层溶解该试样，并且试样的酶与酶反应层反应从而氧化葡萄糖，这样电子受体减少。
[0006]通过测量经由减少的电子受体的电化学氧化而获得的氧化电流，可以得到试样中葡萄糖的浓度。
[0007]在生物传感器中，反应需要充足的试样，并且充足的试样必须填充在准确地确定的区域中。为此，生物传感器通常使用其中形成有窄的流径(流动路径)的结构以产生毛细作用。
[0008]如图1中所示，这样的生物传感器I包括具有电极2a的下基底2、包括试样注入部分3a的中间基底3和上基底4。
[0009]图1是根据相关技术的生物传感器的分解透视图。
[0010]生物传感器I的三维(3D)形状大体上为成“ I ”或“一”形状的长方体。用户将试样注入到设置在端部的试样注入部分中来引导试样流到生物传感器中。
[0011]这样，生物传感器的试样注入部分的示例可以分为“ I ”形类型和“一 ”形类型。
[0012]前述两种类型的试样注入部分被构造为使得直线试样注入口的尖端部分被穿孔而形成毛细管。血糖测量条所需的血液体积小于I μ 1，如果从指尖收集该体积的血液，则血液成直径为大约2mm的小滴的形式。毛细管形状是宽度和长度在毫米范围内但是高度为100 μ m的长方体。因此，对于患者来讲不易将直径为大约2mm的小滴准确地注入到宽度为3mm或更小且高度为IOOym的固定的横截面积中。如果试样没有被正确地注入，则可能会多次收集用户的血液。此外，血糖条会被污染，因此不得不被丢弃。
[0013]S卩，随着试样注入口的毛细管的尺寸增大，需要更多的血液来填充毛细管，这会使用户产生不适。结果，传统的血糖条已被设计并制造成通过减小毛细管的尺寸来将所需血液体积最小化。虽然由于毛细管的尺寸被减小而使所需试样体积减小，但试样注入部分的注入位置和形状在尺寸上也被减小，从而对用户来讲难以将试样注入到尺寸减小的试样注入部分中。
[0014]因此，为了克服前述问题，需要比传统试样注入部分大的单独的试样注入部分，以改善小体积试样的注入。
[0015]提供以上信息作为背景信息仅为了帮助理解本公开。对于以上信息的任何信息是否可以用作关于本公开来讲的现有技术，没有做出确定，并且没有做出主张。
【发明内容】
[0016]本公开的多个方面在于至少解决上述问题和/或缺点并至少提供上述优点。
[0017]因此，本公开的各方面提供了一种生物传感器，其中，第二试样注入部分形成得比第一试样注入部分的试样入口大,便于试样通过较大的试样注入部分注入到装置中并提高成功的试样注入，因此防止了多次尝试收集试样的不便，还防止了装置的污染。
[0018]通过下面描述的各种实施例可以理解将在本公开中提供的其他目的。
[0019]根据本公开的一方面，提供了一种构造有包括多个电极部分的下基底、绝缘层、空间层和设置在空间层上的上基底的生物传感器。该生物传感器包括:第一试样注入部分，沿试样引入所沿的纵向方向设置在上基底和下基底之间；第二试样注入部分，沿与纵向方向基本上垂直的方向与第一试样注入部分连接并形成得比第一试样注入部分的试样入口大。
[0020]通过下面结合附图进行的详细描述，本公开的其他方面、优点和突出特征对本领域技术人员来讲将变得明显，下面的详细描述公开了本公开的各种实施例。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]通过结合附图进行的以下描述，本公开的各种特定实施例的以上和其他方面、特征和优点将更加明显，在附图中:
[0022]图1是根据相关技术的生物传感器的分解透视图；
[0023]图2是根据本公开实施例的生物传感器的分解透视图；
[0024]图3是示出根据本公开实施例的生物传感器的组装状态的透视图；
[0025]图4是示出根据本公开实施例的在生物传感器操作之前的状态的顶视图；
[0026]图5是示出根据本公开实施例的生物传感器的操作过程的顶视图；
[0027]图6是示出根据本公开实施例的在生物传感器操作之后的状态的顶视图。
[0028]在整个附图中，同样的附图标记将被理解为指代同样的部件、组件和结构。
【具体实施方式】
[0029]提供参照附图进行的以下描述来帮助全面理解由权利要求及其等同物限定的本公开的各种实施例。它包括各种具体细节以帮助理解，但是这些细节将被认为仅仅是示例性的。因此，本领域普通技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围和精神的情况下，可以对这里所描述的各种实施例做出各种改变和修改。另外，为了清楚和简明，可以省略对公知功能和结构的描述。
[0030]在以下描述和权利要求中使用的术语和词语不限于书面含义，而仅仅是被发明人使用从而能够清楚且一致地理解本公开。因此，对本领域技术人员应该明显的是，提供对本公开的各种实施例的以下描述仅是出于说明性目的而非出于限制由权利要求及其等同物限定的本公开的目的。
[0031]将理解的是，除非上下文另外清楚地表示，否则单数形式也包括复数个对象。因此，例如，对于“组件表面”来讲包括参照一个或多个这样的表面。
[0032]图2和图3示出了根据本公开实施例的生物传感器的结构。
[0033]参照图2和图3，生物传感器10可以包括具有多个电极部分21的下基底20、绝缘层30、空间层40和设置在空间层40上的上基底50。下基底20被设置为包括具有参考电极、辅助电极和操作电极(未示出)的电极部分21。绝缘层30设置在下基底20上以使电极部分21电绝缘。空间层40设置在绝缘层30上以包括酶部分(未示出)，酶部分包括可以与试样Al (未示出)发生电化学反应的材料。设置在空间层40上方的上基底50包括空气排放孔51以使所引入试样Al移动。第一试样注入部分60沿纵向方向设置在下基底20和上基底50之间以使试样Al引入。第二试样注入部分70放置在下基底20和上基底50之间，第二试样注入部分70与第一试样注入部分60连接并且通常被构造为相对于纵向方向基本上垂直。第二试样注入部分70形成得比第一试样注入部分60的试样入口要大。
[0034]以该方式，第二试样注入部分70形成得比第一试样注入部分60的试样入口要大，从而在用户注入的试样Al的接触部分大的情况下，第二试样注入部分70便于收集试样Al。
[0035]第一试样注入部分60和第二试样注入部分70优选通过除去绝缘层30和空间层40的一部分来形成。S卩，下基底20、绝缘层30、空间层40和上基底50以堆叠方式顺序地结合，同时，第一试样注入部分60和第二试样注入部分70形成。
[0036]此外，第一试样注入部分60和第二试样注入部分70以“T”形形成。这里，第一试样注入部分60和第二试样注入部分70也可以以其他合适形状(例如，箭头(一)形、“L”形和“Y”形)构造。
[0037]第二试样注入部分70优选以半球形形成。然而，第二试样注入部分70也可以为其他合适形状(例如，椭圆形)。
[0038]第一试样注入部分60和第二试样注入部分70之间的角度为45° -135° ,优选地为60° -120°，最优选地为75° -105°。
[0039]试样Al的体积为0.1 μ 1- 2.0 μ I,优选地为0.1 μ 1- 1.0 μ I,最优选地为
0.3μ1_0.7μ1。
[0040]通常，如果试样Al的体积小于0.1 μ 1，则试样Al的体积太小并且生物传感器10的误差范围存在，从而不能保证准确测量。另一方面，如果试样Al的体积超过3.0 μ 1，则可能因过量试样Al而产生问题。
[0041]因此，如上面所提到的，试样Al的体积最优选为0.3μ 1- 0.7μ I。
[0042]用于第一试样注入部分60和第二试样注入部分70的材料优选为诸如陶瓷材料、玻璃板和高分子材料的刚性材料。用于第一试样注入部分60和第二试样注入部分70的材料也可以是除前述材料之外的其他材料。
[0043]此外，高分子材料可以包括聚酯、聚氯乙烯和聚碳酸酯材料。
[0044]第一试样注入部分60和第二试样注入部分70可以用氧等离子体处理并且可以用表面活性剂涂覆。
[0045]电极部分21的材料可以包括环氧树脂、钯、铜、金、白金、铱、银、氯化银和碳中的一种或多种。然而，电极部分21的材料也可以是除前述材料之外的材料。
[0046]例如，电极部分21可以使用诸如丝网印刷、气相沉积、蚀刻和导电带中的一种或多种方法的合适方法附着到下基底20。
[0047]电极部分21包括参考电极(未示出)、辅助电极(未示出)和操作电极(未示出)。
[0048]参考电极和辅助电极测量通过第一试样注入部分60和第二试样注入部分70注入的试样Al的电阻。
[0049]操作电极检测电流的量并通过使用所检测的电流的量来测量试样Al的血糖水平。
[0050]即，在注入试样Al之后测量参考电极和辅助电极之间的电阻，并计算从操作电极中检测到电流的量到感测到参考电极和辅助电极之间的电阻的改变的时间。使用计算的时间，确定试样Al的注入是否正常。在该状态下，根据参考电极和辅助电极之间的测量电阻来正确地测量所测量的血糖水平。
[0051]这里，将参照图2和图3描述生物传感器10的组装。在包括多个电极部分21的下基底20上放置绝缘层30，在绝缘层30上堆叠空间层40，并在空间层40上堆叠上基底50。
[0052]空间层40包括酶部分(未示出)，酶部分包括可以与试样Al发生电化学反应的材料。
[0053]这样，上基底50、下基底20、绝缘层30和空间层40以堆叠方式结合，此时，第一试样注入部分60和第二试样注入部分70形成在上基底50和下基底20之间。
[0054]除去绝缘层30和空间层40的部分来形成第一试样注入部分60和第二试样注入部分70。
[0055]S卩，沿纵向方向除去绝缘层30和空间层40的一部分来形成第一试样注入部分60。然后，大体上沿相对于纵向方向垂直的方向除去绝缘层30和空间层40的一部分来形成第二试样注入部分70。
[0056]因此,第一试样注入部分60沿纵向方向设置,第二试样注入部分70与第一试样注入部分60连接并且大体上垂直于纵向方向。此外，第二试样注入部分70形成得比第一试样注入部分60的试样入口要大。
[0057]将更详细地描述在该状态下的生物传感器10的操作。
[0058]图4是示出根据本公开的在生物传感器操作之前的状态的顶视图。
[0059]参照图4，体积为0.3 μ 1- 0.7 μ I的试样Al注入到第二试样注入部分70中。第二试样注入部分70形成得比第一试样注入部分60的试样入口要大。第二试样注入部分70的较大的入口被构造为使得试样Al可以流入第二试样注入部分70中。
[0060]图5是示出根据本公开实施例的生物传感器的操作过程的顶视图。
[0061]参照图5，注入到第二试样注入部分70中的试样Al移动到第二试样注入部分70的中心部分并继续移动到第一试样注入部分60。
[0062]图6是示出根据本公开实施例的在生物传感器操作之后的状态的顶视图。
[0063]参照图6，试样Al流过第一试样注入部分60并移动到包括在空间层40中的酶部分(未不出)。
[0064]参照图3，形成在上基底50上的空气排放孔51排出空气，使得试样Al流到第一试样注入部分60和第二试样注入部分70中。[0065]换句话说，注入的试样Al流过第一试样注入部分60，流入第二试样注入部分70，并且流入酶部分，酶部分通过包括在其中的材料(未示出)与试样Al发生电化学反应。
[0066]一旦生物传感器的在空间层40中的酶部分与试样Al发生电化学反应，则血糖测量装置(未示出)从操作电极、参考电极和辅助电极接收电信号以测量血糖水平，并在显示单元(未示出)上显示所测量的血糖水平。
[0067]更具体地讲，一旦功率(power)被施加到操作电极，则血糖测量装置的放大器(未示出)基于功率提供(power supply)检测流过操作电极的电流的量，并将所检测的电流的量输出为模拟电压。
[0068]血糖测量装置的模拟到数字(A/D)转换器(未示出)将该电压转换成数字信号，并将数字信号传输至控制器(未示出)。
[0069]血糖测量装置的电阻测量单元测量辅助电极和参考电极之间的电阻，并将所测量电阻传输至控制器。
[0070]通过控制血糖测量装置的整体操作，血糖测量装置在显示单元上显示所测量的血糖水平。
[0071]S卩，在传统生物传感器中，随着试样入口的毛细管的尺寸减小，试样的体积减小。因此，将要执行注入的位置的尺寸和试样注入部分的尺寸也减小，使得对用户来讲难以将试样注入到尺寸减小的注入部分中。
[0072]为了克服这样的缺点，本公开提供了形成得比第一试样注入部分60大的第二试样注入部分70以便于试样(图5中Al)的注入，从而用户可以通过比传统试样注入部分大的试样注入部分容易地注入试样Al，因此，可以改善产品的试样Al的收集。
[0073]同时，可以在血糖测量装置中实施根据本公开实施例的生物传感器。然而，也可以在用于收集和分析血液试样的各种形式的电化学检测传感器(例如，便携式检测装置等)中实施本公开。
[0074]根据本公开的上述生物传感器不受前述实施例和附图限制，对本领域普通技术人员将明显的是，在本公开的技术范围内可以做出各种代替、改变和修改。
[0075]虽然已参照本公开的各种实施例示出和描述了本公开，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离由权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，在此可以做出形式和细节上的各种改变。
【权利要求】
1.一种生物传感器(10)，构造有包括多个电极部分(21)的下基底(20)、绝缘层(30)、空间层(40)和设置在空间层上的上基底(50)，生物传感器包括: 第一试样注入部分(60)，沿试样(Al)引入所沿的纵向方向设置在上基底和下基底之间；以及 第二试样注入部分(70)，沿与纵向方向基本上垂直的方向与第一试样注入部分连接并形成得比第一试样注入部分(60)的试样入口大。
2.如权利要求1所述的生物传感器，其中，第一试样注入部分(60)和第二试样注入部分(70)通过除去绝缘层(30)和空间层(40)的一部分而形成。
3.如权利要求1所述的生物传感器，其中，第一试样注入部分(60)和第二试样注入部分(70)具有“T”形。
4.如权利要求1所述的生物传感器，其中，第二试样注入部分(70)具有半球形形状。
5.如权利要求1所述的生物传感器，其中，第一试样注入部分(60)和第二试样注入部分(70)之间的角度为45° -135。。
6.如权利要求1所述的生物传感器，其中，第一试样注入部分(60)和第二试样注入部分(70)之间的角度为75° -105。。
7.如权利要求1所述的生物传感器,其中，试样(Al)的体积为0.1 μ 1- 2.0 μ I。
8.如权利要求1所述的生物传感器,其中，试样(Al)的体积为0.3μ 1- 0.7μ I。
9.如权利要求1所述的生物传感器，其中，用于第一试样注入部分(60)和第二试样注入部分(70)的材料为陶瓷、玻璃和高分子材料中的一种或多种。
10.如权利要求9所述的生物传感器，其中，高分子材料包括聚酯、聚氯乙烯和聚碳酸酯中的一种或多种。
11.如权利要求1所述的生物传感器，其中，第一试样注入部分(60)和第二试样注入部分(70 )用氧等离子体处理并用表面活性剂涂覆。
12.如权利要求1所述的生物传感器，其中，用于电极部分(21)的材料包括环氧树脂、钯、铜、金、白金、铱、银/氯化银和碳中的一种或多种。
13.如权利要求1所述的生物传感器，其中，电极部分(21)通过丝网印刷、气相沉积、蚀刻和导电带中的一种或多种附着到下基底(20)。
14.如权利要求1所述的生物传感器，其中，电极部分(21)包括参考电极、辅助电极和操作电极。
【文档编号】G01N27/26GK103837586SQ201310606626
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年11月25日 优先权日:2012年11月23日
【发明者】赵徹浩, 赵在桀 申请人:三星电子株式会社