一种葡萄糖传感系统的制作方法_3

文档序号:8594703阅读:来源:国知局
31的输入端与第一工作电极81电连接,电流电压转换器31的输出端与A/D转换器51的输入端电连接;电流电压转换器32的输入端与第二工作电极82电连接,电流电压转换器32的输出端与A/D转换器52的输入端电连接;A/D转换器51的输出端和A/D转换器52的输出端分别与差分运算器6连接。电流电压转换器31和电流电压转换器32分别用于将与其连接的工作电极上的电流信号转换为电压信号,A/D转换器51和A/D转换器52分别用于将与其输入端连接的电流电压转换器输出的电压信号转换为数字信号,再通过差分运算器6进行差分,最终得到第一工作电极81和第二工作电极82上的差分信号。本实用新型中的传感器电极2中的各电极可以为针状电极、平面电极等。其中,图3和图4示出了当各电极选用针状电极时的一种传感器电极2的结构。其中,一组传感器电极2包括一个第一工作电极81、一个第二工作电极82、一个参比电极9和一个对电极10。第一工作电极81、第二工作电极82、参比电极9和对电极10均安装在基座7上。
[0039]每一组传感器电极中,第一工作电极81和第二工作电极82的表面由内向外依次涂有酶固定层、控制释放层、生物相容性涂层。第一工作电极81具有与第二工作电极82相同的控制释放层和生物相容性涂层(即第一工作电极81和第二工作电极82的表面除酶固定层以外的其他各涂层,两个工作电极相互对应的同一种涂层的种类、物质组成以及涂层的厚度、高度等完全相同);而同一组传感电极中的第一工作电极81的酶固定层内则仅比第二工作电极82的酶固定层多固定有葡萄糖氧化酶(即第一工作电极81的酶固定层与第二工作电极82的酶固定层的区别仅在于:第一工作电极81的酶固定层内固定有葡萄糖氧化酶,而第二工作电极82的酶固定层内不固定葡萄糖氧化酶)。
[0040]图5和图6示出了当各电极选用平面电极时的一组传感器电极2的一种实施方式。传感器电极(包括第一工作电极81、第二工作电极82、参比电极9和对电极10)、导线13以及焊盘12通过MEMS加工工艺制作在基底11上,基底11包括衬底Ila以及覆盖在衬底Ila上的绝缘层lib。传感器电极2 (包括第一工作电极81、第二工作电极82、参比电极9和对电极10)通过导线13与焊盘12连接,焊盘12用作与外部电路的连接。衬底Ila的材料可以为硅、石英、玻璃中的任意一种,绝缘层Ilb的材料可以为氧化硅、氮化硅、氧化铝中的任意一种。第一工作电极81和第二工作电极82的形状可以为任意形状,如圆形、椭圆形、方形等。以下以工作电极为圆形为例,对本实用新型作进一步说明。
[0041]本实用新型葡萄糖传感系统中的传感器电极的制作过程如下:
[0042]参见图6,在基底11上涂覆一层光刻胶,使用掩膜板曝光显影后形成传感器电极
2、导线13和焊盘12的形状,其中,传感器电极2包括第一工作电极81、第二工作电极82、参比电极9和对电极10 ;然后通过溅射或气相沉积工艺在基底11的表面沉积一层厚度为几百纳米的金,通过剥离工艺将光刻胶及其表面的金剥离,即在基底11表面留下了金材料制作的第一工作电极81和第二工作电极82以及参比电极基层9a、对电极基层10a、导线13和焊盘12。采用同样的方法,在各电极的表面沉积一层厚度为几百纳米的铂,并通过光刻及剥离工艺,制作对电极铂表层10b。同样的,在各电极的表面沉积一层厚度为几百纳米的银,并通过光刻及剥离工艺,制作参比电极银表层%。参比电极9的银表层9b制作完成后,可将其放入盐酸溶液或者氯化钠溶液中进行氯化,进一步形成银/氯化银表层。
[0043]传感器电极2、导线13和焊盘12制作完成之后,在各电极的表面沉积一层绝缘层14,用于将金属与体液进行隔离。绝缘层14的材料可以为氧化硅、氮化硅、氧化铝中的任意一种。绝缘层14沉积完毕后,通过光刻工艺将传感器电极2中的各电极表面以及焊盘12表面的绝缘材料去除。
[0044]作为一种示例,当本实用新型中的传感器电极采用平面电极结构时,传感器电极的分布形式可以如图5所示,对电极10置于第一工作电极81和第二工作电极82之间从而将两者分隔,参比电极9包围半个第一工作电极81和第二工作电极82。传感器电极中的各电极的分布形式也可以如图7所不,对电极10将第一工作电极81和第二工作电极82分隔,且对电极10分别将第一工作电极81和第二工作电极82包围,参比电极9则将对电极10、第一工作电极81和第二工作电极82包围。
[0045]为了提高传感器电极的寿命,本实用新型在采用两个工作电极进行差分的传感器电极结构的基础上,进一步在工作电极的最外层引入具有生物相容性的可降解涂层,在不同组的传感器电极的工作电极的可降解涂层降解的过程中,形成葡萄糖氧化酶释放的接力机制,使新释放的葡萄糖氧化酶的代替已经失活的葡萄糖氧化酶完成催化反应,提高传感器电极的寿命。
[0046]图8和图9所示的是本实用新型引入可降解涂层后的两组传感器电极的结构,它是在图7所示的传感器电极结构的基础上,增加一组差分结构的工作电极,即增加第一工作电极83和第二工作电极84,从而构成两组传感器电极。该两组传感器电极共用一个对电极10和一个参比电极9。该两组传感器电极的制作过程可参见图5所示的传感器电极的制作过程。第一工作电极81和第二工作电极82的表面由内向外各自涂有相同的酶固定层、控制释放层、生物相容性涂层,第一工作电极81和第二工作电极82的表面的对应的同一种涂层的种类、物质组成以及涂层的厚度、高度完全相同。第一工作电极83和第二工作电极84的表面由内向外各自涂有相同的酶固定层、控制释放层、生物相容性涂层和具有生物相容性的可降解涂层,除酶固定层以外,第一工作电极83和第二工作电极84的同一种表面涂层的种类、物质组成以及涂层的厚度、高度完全相同。第一工作电极81和第一工作电极83的酶固定层内固定有葡萄糖氧化酶,而第二工作电极82和第二工作电极84的酶固定层内均不固定葡萄糖氧化酶。因此,在相同的工作电压下,第一工作电极81和第一工作电极83上的电流信号为葡萄糖在葡萄糖氧化酶催化下产生的电流与体内电化学活性物质在电压下氧化产生的电流之和,而第二工作电极82和第二工作电极84上的电流信号只是体内电化学活性物质在电压下氧化产生的电流。将这两组电流进行差分,即可得到体内葡萄糖在葡萄糖氧化酶催化作用下的电流,从而排除干扰物的影响,计算出体内葡萄糖浓度。
[0047]为了方便可降解涂层的涂覆,在第一工作电极83和第二工作电极84的外围对应地制作了具有一定高度的第一圆筒151和第二圆筒152。第一圆筒151和第二圆筒152的壁厚和高度均相同。第一工作电极83的外表面与第一圆筒151的内壁之间、第二工作电极84的外表面与第二圆筒152的内壁之间分别形成了具有一定容积的腔体,可用于盛放具有生物相容性的可降解材料。第一圆筒151和第二圆筒152的材料可以是PDMS(聚二甲基硅氧烷)或者SU8光刻胶中的任意一种,通过光刻工艺制作。在第一工作电极83和第二工作电极84的表面涂覆可降解材料时,将溶解在溶剂中的可降解材料通过移液器转移至第一工作电极83和第二工作电极84的外表面与第一圆筒151和第二圆筒152的内壁对应形成的腔体中,经溶剂挥发形成可降解涂层。在第一工作电极83和第二工作电极84的外围制作圆筒,一方面可以防止可降解材料涂覆在工作电极上后流出,避免污染参比电极9和对电极10;另一方面通过将降解材料束缚在腔体中,可以使溶剂均匀挥发,形成厚度均匀的可降解涂层,从而在植入体内的降解过程中,第一工作电极83和第二工作电极84表面的可降解涂层的降解速度一致,可以提高传感器电极的稳定性。同时,在制作过程中使用圆筒,可以利用圆筒的高度来控制可降解涂层的厚度:圆筒的高度越高,对应的可降解涂层的厚度越厚。由于可降解涂层的厚度与其降解时间相关,可降解涂层越厚,其降解时间越长,被可降解涂层覆盖的葡萄糖氧化酶释放所需要的时间越长,传感器电极植入体内后的寿命也越长。
[0048]为了进一步提高传感器电极的寿命,可以通过增加工作电极的数量来增加传感器电极的组数,并且使同一组传感器电极中的工作电极的最外层的可降解涂层的厚度相同,不同组的传感器电极中的工作电极的最外层的可降解涂层的厚度不同。当未覆盖可降解材料的工作电极的灵敏度开始下降时,厚度最小的可降解涂层开始降解,释放出新的葡萄糖氧化酶参与反应,从而使传感器电极的灵敏度保持稳定;随后不同厚度的可降解涂层依次在一段时间后降解,释放出新的葡萄糖氧化酶,代替已经失活的或者流失的葡萄糖氧化酶参与反应,使得不同组的传感器电极的可降解涂层形成依次降解的接力机制,使传感器电极表面的葡萄糖氧化酶浓度保持恒定,从而保持传感器电极的稳定性。
[0049]图10和图11所示的是采用三组传感器电极的一种结构,并且使第二组传感器电极的第一工作电极
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