通过物理气相沉积制备的生物传感器电极的制作方法

发明领域

本发明大体上涉及电极，例如用于电极，如存在于生物传感器中的电极的物理气相沉积组件。更具体地，本发明涉及由非贵金属合金形成的电极，例如存在于生物传感器组件中的电极。

相关技术描述

用于分析生物样品的生物传感器变得越来越普遍。例如，随着世界人口中的糖尿病病例的增加，对用于测量血糖的生物传感器的需要已显著增长。这样的生物传感器通常被称作血糖仪并通过让使用者将一滴血放在与血糖仪关联的试纸上运行。将试纸配置为对血滴中的葡萄糖量作出反应，以使血糖仪可检测和显示使用者血液的葡萄糖水平。

血糖仪型生物传感器的试纸通常由在基底上形成的两个或更多个电极（例如工作电极和对电极）形成。此外，在一个或两个电极，例如工作电极上形成与生物样品反应的生物反应物，例如酶（例如葡萄糖氧化酶、葡萄糖脱氢酶等），和介体（例如铁氰化物、钌配合物、锇配合物、醌类、吩噻嗪类、吩噁嗪类等）。在血糖仪型生物传感器的运行中，将一滴血施加到试纸上。此后，在工作电极上会发生与血液中的葡萄糖量成比例的电化学反应。更详细地，葡萄糖首先与生物反应物，例如酶（葡萄糖氧化酶、葡萄糖脱氢酶等）和有时酶辅因子（pqq、fad等）反应并被氧化成葡糖酸。生物反应物，例如酶、辅因子或酶-辅因子复合体被从葡萄糖转移到酶、辅因子或酶-辅因子复合体的两个电子暂时还原。接着，还原的生物反应物，例如酶、辅因子或酶-辅因子复合体与介体反应，在单电子过程中还原的介体的情况下，向两种介体物质（分子或配合物）各传递单个电子。当介体物质被还原时，酶、辅因子或酶-辅因子复合体由此回到其初始氧化态。然后，还原的介体扩散到电极表面，在此向生物传感器施加预定的和足够氧化的电位以将还原的介体氧化回其初始氧化态。测量通过介体物质被生物传感器氧化生成的电流并按比例与血液中的葡萄糖量相关联。

工作电极的品质在血糖水平的精确测量中起到重要作用。具体而言，电极的电活性表面积的可再现性、在特定葡萄糖测量布置中的电极的电子转移动力学的批次间可重复性和电极材料在储存时的长期稳定性（以使在检测运行时由电极产生的电化学信号）都是使血糖试纸的精确度改进的因素。特别地，重要的是使由电极的电活性产生的电信号最小化以防止在生物样品的测量和分析中的偏差或噪声。通常，这通过使用固有热力学惰性（noble）的电极材料，如金、钯、铂、铱等实现。因此，大多数现有血糖仪使用由被通常商业上可行的最纯形式的钯、金或其它贵金属涂布的基底形成的电极，以充当工作电极，为了易于制造，通常用于对电极或联合对电极和参比电极。这样的贵金属与干扰物质的反应性极低，因此为一致和精确的测量提供增强的耐化学性。但是，在电极中使用此类贵金属的成本令人望而却步。

已经作出使用由非贵金属形成的电极的一些尝试，以降低生物传感器的制造成本。但是，这样的非贵金属电极的电化学响应（例如剂量响应）通常明显偏离由贵金属形成的电极的电化学响应。非贵金属材料（non-preciousmaterials）通常不够阳极稳定以致由于在生物传感器的典型电压下工作时生成的高背景电流而无法用于电化学试纸。此外，非贵金属材料通常没有与所需被分析物的顺利非均质电子转移（heterogeneouselectrontransfer）。因此，由非贵金属形成的电极通常不足以在许多类型的生物传感器的试纸中用作贵金属的直接替代。除具有低的电响应外，还希望生物传感器电极具有充足的与介体的电子转移动力学。尽管有人暗示非贵金属具有相对较低的电化学响应（或合理的阳极稳定性），但它们也没有可接受的与介体的电子转移动力学。

因此，需要例如生物传感器中的可提供一致和精确测量同时为贵金属的使用提供成本有效的替代方案的电极。特别地，需要可用在生物传感器组件中以一致和精确地测量生物样品的由非贵金属合金形成的电极。

概述

已经发现，非贵金属在暴露于大气条件时会发生老化现象，以致其用于生物传感器应用的性能改变。还已经发现，通过在基底膜上沉积非贵金属而形成的电极需要足够的机械稳健度以实现用于生物传感器应用的充足性能。因此，需要可用于生物传感器组件以一致和精确地测量生物样品并具有良好机械稳健性以允许加工并实现或保持电性能的由非贵金属合金形成的电极。

本公开的一个或多个实施方案可涉及一种电极，其可包含基底、沉积在基底上的至少一个非贵金属合金导电层和至少一个沉积在所述非贵金属层上的电阻材料层。所述导电层可包含镍和铬，其中基于导电层的重量计，镍以至少4、或5、或6或8重量%的量存在且铬以至少10重量%的量存在。

在一个实施方案中，所述导电层可包含镍和铬，其中基于导电层的总重量计，所述导电层中的镍和铬的总重量%可为25至小于95重量%、至少10重量%铬，和至少4、或5、或6或8重量%镍。除镍和铬外，所述导电层还可包含铁，其中基于等于100重量%的导电层总重量计，铁以大于2重量%的量存在。在实施方案中，所述导电层可包含0至小于20、或0至17、或0至13、或0至10、或0至9、或0至8、或0至7、或0至6、或0至5、或0至4、或0至3、或0至2、或0至1、或0至0.5、或0至0.1重量%钼。尽管本公开主要涉及用作生物传感器组件的电极，但该电极预计也可用于其它最终应用。因此，本文中关于生物传感器中所用的电极的任何公开意在包含对本领域普通技术人员可合理适用这一技术的所有电极的适用性。

在第一个方面中，所述导电层可包含镍和铬，其中基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层中的镍和铬的总重量%可为25至90重量%、或26至89重量%。除镍和铬外，所述导电层还可包含铁，其中基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层中的铁的重量%可为大于5重量%至小于75重量%、或大约6至大约74重量%。

在第一个方面的实施方案中，基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层可包含大于7重量%的镍和大于13至小于21重量%的铬且其中所述导电层中的镍和铬的总重量%为大于25至小于90重量%、或26至89重量%。

在第一个方面的进一步实施方案中，基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层可包含8至72重量%的镍、大约14至大约20重量%的铬和大约6至大约74重量%的铁且其中所述导电层中的镍和铬的总重量%为大约25至大约90重量%、或26至89重量%。

在第一个方面的某些实施方案中，基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层可包含8至72重量%的镍、14至20重量%的铬和6至74重量%的铁。

在第一个方面的某些实施方案中，基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层可包含8至72重量%的镍、14至20重量%的铬和6至74重量%的铁，且其中所述导电层不包含基于等于100重量%的导电层总重量计以大于2重量%的量存在的任何其它元素物质。在一个实施方案中，基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层进一步包含0.01至2.0重量%的锰并且不包含以大于1.0重量%的量存在的任何其它元素物质。

在第一个方面的某些实施方案中，基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层可包含8至72重量%的镍、14至20重量%的铬和6至74重量%的铁，且其中基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层进一步包含0.01至2.0重量%的锰、0.01至1.0重量%的硅、0至0.5重量%的铜。在一个实施方案中，所述导电层含有小于0.2重量%的各下列元素物质：碳、硫、磷、钼、铌、钴、铝、钛或硼。在一个实施方案中，所述导电层不含或基本不含下列元素物质：钼、铌、钴、铝、钛或硼。在一个实施方案中，所述导电层不含下列元素物质：钼、铌、钴、铝、钛或硼。

在第二个方面中，所述导电层可包含镍和铬，其中基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层中的镍和铬的总重量%可为80至小于95重量%、或81至94重量%、或82至94重量%、或83至94重量%、或85至94重量%、或86至94重量%。除镍和铬外，所述导电层还可包含铁，其中基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层中的铁的重量%可为大于5重量%至小于12重量%、或大约6至大约11重量%、或6至11重量%、或6至10重量%、或6至9重量%、或7至10重量%、或7至9重量%、或大约9重量%。

在第二个方面的实施方案中，基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层可包含大于70重量%的镍和大于13至小于20重量%的铬且其中所述导电层中的镍和铬的总重量%为大于80至小于95重量%、或81至94重量%、或82至94重量%、或83至94重量%、或85至94重量%、或86至94重量%。

在第二个方面的进一步实施方案中，基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层可包含70至81重量%的镍、大约14至大约19重量%的铬和大约6至大约11重量%的铁且其中所述导电层中的镍和铬的总重量%为大约84至大约94重量%、或85至94重量%、或86至94重量%。

在第二个方面的某些实施方案中，基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层可包含70至81重量%的镍、14至17重量%的铬和6至11重量%的铁。

在第二个方面的某些实施方案中，基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层可包含72至81重量%的镍、14至17重量%的铬和6至11、或6至10重量%的铁，且其中所述导电层不包含基于等于100重量%的导电层总重量计以大于1重量%的量存在的任何其它元素物质。在一个实施方案中，基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层进一步包含0.01至1.0重量%的锰，并且不包含以大于0.5重量%的量存在的任何其它元素物质。

在第二个方面的某些实施方案中，基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层可包含72至81重量%的镍、14至17重量%的铬和6至11、或6至10重量%的铁，且其中基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层进一步包含0.01至1.0重量%的锰、0.01至0.5重量%的铜和0.01至0.5重量%的硅。在一个实施方案中，所述导电层不含或基本不含下列元素物质：钼、铌、钴、铝、钛、磷或硼，或如果存在任何物质，此类物质的量小于0.25重量%、或小于0.2重量%、或小于0.1重量%、或小于0.05重量%或痕量或更少。在一个实施方案中，所述导电层不含或基本不含下列元素物质：钼、铌、钴、铝、钛、磷或硼。

在第三个方面中，所述导电层可包含镍和铬，其中基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层中的镍和铬的总重量%可为25至小于32重量%、或26至31重量%、或26至30.5重量%。除镍和铬外，所述导电层还可包含铁，其中基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层中的铁的重量%可为至少65重量%至小于75重量%、或大于65重量%至小于75重量%、或大约66至大约74重量%、或大于66至74重量%。

在第三个方面的实施方案中，基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层可包含7至小于12重量%的镍和大于16至小于22重量%的铬且其中所述导电层中的镍和铬的总重量%为25至小于32重量%、或26至31重量%、或26至30.5重量%。

在第三个方面的进一步实施方案中，基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层可包含8至11重量%的镍、大约18至大约20重量%的铬和大约66至大约74重量%的铁且其中所述导电层中的镍和铬的总重量%为大约26至大约31重量%、或26至30.5重量%。

在第三个方面的某些实施方案中，基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层可包含8至10.5重量%的镍、18至20重量%的铬和66至74重量%的铁。

在第三个方面的某些实施方案中，基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层可包含8至10.5重量%的镍、18至20重量%的铬和66至74重量%的铁，且其中所述导电层不包含基于等于100重量%的导电层总重量计以大于1重量%的量存在的任何其它元素物质。在一个实施方案中，基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层进一步包含0.01至1.0重量%的锰和0.01至1.0重量%的硅，并且不包含以大于0.2或0.1重量%的量存在的任何其它元素物质。

在第三个方面的某些实施方案中，基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层可包含8至10.5重量%的镍、18至20重量%的铬和66至74重量%的铁，且其中基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层进一步包含0.01至1.0重量%的锰、0.01至1.0重量%的硅并进一步包含各自的量小于0.1重量%的碳、硫和磷。在一个实施方案中，所述导电层不含或基本不含下列元素物质：钼、铌、钴、铝、钛、铜或硼，或如果存在任何物质，此类物质的量小于0.25重量%、或小于0.2重量%、或小于0.1重量%、或小于0.05重量%或痕量或更少。在一个实施方案中，所述导电层不含或基本不含下列元素物质：钼、铌、钴、铝、钛、铜或硼。

在本公开的某些实施方案中，所述导电层可通过物理气相沉积涂布在基底上，所述基底可由本领域中描述和/或本文中描述的任何聚合物的至少一种，包括但不限于聚碳酸酯、硅酮聚合物、丙烯酸系材料、pet、改性pet如petg或pctg、pct、改性pct、包含tmcd和chdm的聚酯、pccd或pen构成。

在本公开的某些实施方案中，所述电阻材料层可包含沉积在导电层的表面上的电阻材料的薄膜。术语“电阻材料”是指比导电层更具电阻性、在施加恒电位时允许电流流过并在形成到具有导电层和在导电层上的电阻材料层的薄膜电极中时与只有导电层的类似电极相比提高电极的阳极稳定性和/或提高通过1型线性扫描伏安试验测定的电子转移动力学的材料。

在某些实施方案中，所述电阻材料层可包含选自碳、硅、硼、氧及其组合的一种或多种元素。在某些实施方案中，所述电阻材料层包含碳。在某些实施方案中，所述电阻材料层包含非晶碳。在某些实施方案中，所述电阻材料层是通过溅射沉积的非晶碳。在某些实施方案中，所述电阻材料层是通过使用碳源的溅射沉积的非晶碳。在某些实施方案中，所述电阻材料层是通过在与用于沉积导电层的溅射步骤分开的溅射步骤中使用碳源的溅射沉积的非晶碳（即不进行导电层和碳层的共溅射）。

在某些实施方案中，所述电阻层包含主要由sp²杂化碳、sp³杂化碳或其组合构成的非晶碳。在某些实施方案中，主要由sp²杂化碳、sp³杂化碳或其组合构成的非晶碳层可使用如下建议的技术/方法形成：onoprienko,a.a.,shaginyan,l.r.,roleofmicrostructureinformingthincarbonfilmproperties.diamondrelat.mater.1994,3,1132-1136；onoprienko,a.,incarbon,thefuturematerialforadvancedtechnologyapplications；messina,g.,santangelo,s.,eds.；springerberlinheidelberg,2006；或cho,n.h.；krishnan,k.m.；veirs,d.k.；rubin,m.d.；hopper,c.b.；bhushan,b.；bogy,d.b.chemicalstructureandphysicalpropertiesofdiamond-likeamorphouscarbonfilmspreparedbymagnetronsputtering.j.mater.res.1990,5,2543-2554。

在本公开的某些实施方案中，所述电阻材料层可具有5至200nm的厚度，所述导电层可具有15至200nm的厚度，且所述基底可具有25和500µm的厚度。在某些实施方案中，所述生物传感器组件还可具有通过astmd1003测得的不大于20%或不大于15%或不大于10%或不大于5或0.01至20%或0.01至15%或0.01至10%或0.01至5%的可见光透射率。

在本公开的某些实施方案中，所述电阻材料层可具有5至200nm的厚度，所述导电层可具有15至200nm的厚度，且所述基底可具有25和500µm的厚度，其中所述生物传感器组件具有不大于20%的可见光透射率。

在本公开的某些实施方案中，所述电阻材料层可具有5至200nm的厚度，所述导电层可具有15至200nm的厚度，且所述基底可具有25和500µm的厚度，其中所述生物传感器组件具有不大于15%的可见光透射率。

在本公开的某些实施方案中，所述电阻材料层可具有5至200nm的厚度，所述导电层可具有15至200nm的厚度，且所述基底可具有25和500µm的厚度，其中所述生物传感器组件具有不大于10%的可见光透射率。

在本公开的某些实施方案中，所述电阻材料层可具有5至200nm的厚度，所述导电层可具有15至200nm的厚度，且所述基底可具有25和500µm的厚度，其中所述生物传感器组件具有不大于5%的可见光透射率。

在某些实施方案中，所述电阻材料层具有5至100nm、或5至50nm、或5至30nm、或5至25nm、或5至20nm、或5至小于20nm、或5至15nm的厚度。在实施方案中，所述电阻材料层是非晶碳并具有5至100nm、或5至50nm、或5至30nm、或5至25nm、或5至20nm、或5至小于20nm、或5至15nm的厚度。在实施方案中，所述电阻材料层是非晶碳并具有5至20nm、或5至小于20nm、或5至15nm的厚度。

在一个方面中，本公开的某些实施方案涉及一种生物传感器组件，其包含基底、沉积在基底上的导电层和沉积在导电层上的电阻材料层，其中所述电阻材料层可包含碳，所述导电层可包含基于等于100重量%的导电层总重量计25至小于95重量%的总重量的镍和铬、至少10重量%的量的铬、至少8重量%的量的镍、至少2重量%的量的铁和0至20重量%的量的钼，且所述基底可由本领域中描述和/或本文中描述的任何聚合物的至少一种，包括但不限于聚碳酸酯、硅酮聚合物、丙烯酸系材料、pet、改性pet如petg或pctg、pct、pcta、包含tmcd和chdm的聚酯、pccd或pen构成，所述生物传感器组件通过本领域中已知的任何手段，包括但不限于物理气相沉积制成。在实施方案中，所述电阻层可具有5至100nm的厚度，所述导电层可具有15至200nm的厚度，且所述基底可具有25至500µm的厚度，以使所述生物传感器组件具有不大于20%或不大于15%或不大于10%或不大于5%的可见光透射率。

本公开的一个或多个实施方案可涉及生物传感器的电极，其中所述电极包含基底、沉积在基底上的导电层和沉积在导电层上的电阻材料层。在某些实施方案中，所述导电层可包含镍和铬，且所述导电层可具有在1型线性扫描伏安试验（如在实施例部分中论述）中测定的小于1000、或小于950、或小于925或小于大约900毫伏(mv)的对fe(ii)[cn]6介体的氧化波电压（下文指定为epeak,anodic）。在某些实施方案中，所述导电层可包含镍和铬，且所述导电层可具有在1型线性扫描伏安试验（如在实施例部分中论述）中测定的小于450、或小于400、或小于375、或小于350、或小于325、或小于300、或小于275毫伏(mv)的对fe(ii)[cn]6介体的氧化波电压（下文指定为epeak,anodic）。

在一个方面中，本公开的实施方案可涉及生物传感器的电极，其中所述电极包含基底、沉积在基底上的导电层和沉积在导电层上的电阻材料（例如非晶碳）层，其中所述导电层可包含镍、铬和铁（如上述各种方面和实施方案中描述），并且其中所述电极可具有在1型线性扫描伏安试验（如在实施例部分中论述）中测定的小于1000、或小于950、或小于925或小于大约900毫伏(mv)的对fe(ii)[cn]6介体的氧化波电压（下文指定为epeak,anodic）。在实施方案中，所述导电层可包含镍、铬和铁（如上述各种方面和实施方案中描述），并且其中所述电极可具有在1型线性扫描伏安试验（如在实施例部分中论述）中测定的小于450、或小于400、或小于375、或小于350、或小于325、或小于300或小于275毫伏(mv)的对fe(ii)[cn]6介体的氧化波电压（下文指定为epeak,anodic）。在一个实施方案中，基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层可包含至少8重量%的量的镍、至少10重量%的量的铬，其中所述导电层中的镍和铬的总重量%可为25至95重量%，且其中所述导电层可包含至少2重量%的量的铁和0至20重量%的量的钼。在另一实施方案中，基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层可包含8至72重量%的量的镍、14至20重量%的量的铬，其中所述导电层中的镍和铬的总重量%可为25至90重量%，且其中所述导电层可包含至少2至75重量%的量的铁和0至20、或0至10、或0至5、或0至2、或0至1重量%的量的钼。

在一个方面中，本公开的实施方案可涉及生物传感器的电极，其中所述电极包含基底、沉积在基底上的导电层和沉积在导电层上的电阻材料层，其中所述导电层可包含镍、铬和铁，并可具有在1型线性扫描伏安试验（如在实施例部分中论述）中测定的小于400、或小于375、或小于350、或小于325、或小于300或小于275毫伏(mv)的对fe(ii)[cn]6介体的氧化波电压（下文指定为epeak,anodic），且其中基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层可包含大于70重量%的量的镍、大于13至小于18重量%的铬，其中所述导电层中的镍和铬的总重量%可为83至94重量%、或84至94重量%、或85至94重量%、或86至94重量%，且其中所述导电层可包含大于5至小于12重量%、或6至11重量%的量的铁。

在一个方面中，本公开的实施方案可涉及生物传感器的电极，其中所述电极包含基底、沉积在基底上的导电层和沉积在导电层上的电阻材料层，其中所述导电层可包含镍、铬和铁，并可具有在1型线性扫描伏安试验（如在实施例部分中论述）中测定的小于400、或小于375、或小于350、或小于325、或小于300或小于275毫伏(mv)的对fe(ii)[cn]6介体的氧化波电压（下文指定为epeak,anodic），且其中基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层可包含7至小于12重量%的量的镍、大于16至小于22重量%的铬，其中所述导电层中的镍和铬的总重量%可为25至32重量%、或26至31重量%、或26至30.5重量%，且其中所述导电层可包含65至小于75重量%、或66至74重量%的量的铁。

所述基底可由本领域中已知的任何聚合物组合物构成，包括但不限于选自：尼龙、聚酯、共聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺；聚苯乙烯、聚苯乙烯共聚物、苯乙烯丙烯腈共聚物、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物、聚(甲基丙烯酸甲酯)、丙烯酸系共聚物、聚(醚-酰亚胺)；聚苯醚或聚(苯醚)/聚苯乙烯共混物、聚苯乙烯树脂；聚苯硫醚；聚苯硫醚/砜；聚(酯-碳酸酯)；聚碳酸酯；聚砜；聚砜醚；和聚(醚-酮)的至少一种聚合物；或任何其它上述聚合物的混合物。

在一个实施方案中，所述基底可由至少一种包含选自乙二醇、1,4-环己烷二甲醇和2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇的至少一种二醇的残基的聚酯构成。

在一个实施方案中，所述基底可由至少一种包含对苯二甲酸和/或对苯二甲酸二甲酯的残基和选自乙二醇、1,4-环己烷二甲醇和2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇的至少一种二醇的残基的聚酯构成。

在一个实施方案中，所述基底可由至少一种包含酸组分（其包含对苯二甲酸和间苯二甲酸和/或其酯如对苯二甲酸二甲酯的残基）和二醇组分（其包含选自乙二醇残基、1,4-环己烷二甲醇残基和2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇的至少一种二醇的残基）的聚酯构成。

在一个实施方案中，所述基底可由至少一种包含对苯二甲酸残基或其酯或其混合物和1,4-环己烷二甲醇残基的聚酯构成。

在一个实施方案中，所述基底可由至少一种由对苯二甲酸残基或其酯或其混合物和1,4-环己烷二甲醇残基和/或2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇残基制成的聚酯构成。

在一个实施方案中，所述基底可由至少一种由对苯二甲酸残基或其酯或其混合物、2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇残基和1,4-环己烷二甲醇残基制成的聚酯构成。

在一个实施方案中，所述基底可由至少一种由对苯二甲酸残基或其酯或其混合物、2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇残基和乙二醇残基制成的聚酯构成。

在一个实施方案中，所述基底可由至少一种包含对苯二甲酸残基或其酯或其混合物、乙二醇残基和1,4-环己烷二甲醇残基的聚酯构成。

本公开中的导电层可由包含本申请中公开的任何合金组合物的单层构成。在某些实施方案中，所述合金组合物含有可为元素的固溶体（单相）、金属相的混合物（两种或更多种溶体）或在相之间没有明显边界的金属间化合物的合金。

本公开的一个或多个实施方案涉及一种形成生物传感器的电极的方法。所述方法包括(a)提供基底；(b)提供导电层靶；(c)在所述基底的至少一部分上物理气相沉积来自所述导电层靶的材料由此在所述基底上形成导电层，其具有面向基底的相反面的导电层表面；(d)提供在用作物理气相沉积的源材料时产生电阻材料的靶，其在下文称为“电阻材料靶”；和(e)在所述导电层的至少一部分上物理气相沉积来自所述电阻材料靶的材料由此在所述导电层表面上形成电阻材料层。为清楚起见，应该理解的是，电阻材料靶可具有与沉积的电阻材料不同的组成和/或结构。基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电材料可包含至少8重量%的镍、大于10重量%的铬和至少2重量%的铁，其中所述导电层中的镍和铬的总重量%为25至小于95重量%、或25至90重量%、或26至89重量%。在一个实施方案中，基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电材料可包含0至20重量%的钼。所述电阻材料层可包含非晶碳并具有5至100nm、或5至50nm、或5至25nm、或5至小于20nm的厚度。另外，组合的导电层和电阻材料层可具有小于2000欧姆/平方的薄层电阻。

在一个方面中，本公开的实施方案可涉及一种形成生物传感器的电极的方法。所述方法包括(a)提供基底；(b)提供导电层靶；(c)在所述基底的至少一部分上物理气相沉积来自所述导电层靶的材料由此在所述基底上形成导电层，其具有面向基底的相反面的导电层表面；(d)提供电阻材料靶；和(e)在所述导电层的至少一部分上物理气相沉积来自所述电阻材料靶的材料由此在所述导电层表面上形成电阻材料层。基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电材料可包含8至72重量%的镍、14至20重量%的铬和大于5至75重量%的铁，其中所述导电层中的镍和铬的总重量%为25至小于95重量%、或25至90重量%、或26至89重量%。所述电阻材料层可包含非晶碳并具有5至100nm、或5至50nm、或5至25nm、或5至小于20nm的厚度。另外，组合的导电层和电阻材料层可具有小于2000欧姆/平方的薄层电阻。除镍、铬和铁外，所述导电层还可包含基于等于100重量%的导电层总重量计最多2重量%锰和最多1重量%硅。

在一个方面中，本公开的实施方案涉及一种形成生物传感器的电极的方法。所述方法包括(a)提供基底；(b)提供导电层靶；(c)在所述基底的至少一部分上物理气相沉积来自所述导电层靶的材料由此在所述基底上形成导电层，其具有面向基底的相反面的导电层表面；(d)提供电阻材料靶；和(e)在所述导电层的至少一部分上物理气相沉积来自所述电阻材料靶的材料由此在所述导电层表面上形成电阻材料层。所述导电材料可包含镍和铬，其中基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层中的镍和铬的总重量%可为80至小于95重量%、或81至94重量%、或82至94重量%、或83至94重量%、或85至94重量%、或86至94重量%。除镍和铬外，所述导电层还可包含铁，其中基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层中的铁的重量%可为大于5重量%至小于12重量%、或大约6至大约11重量%、或6至11重量%、或6至10重量%、或6至9重量%、或7至10重量%、或7至9重量%、或大约9重量%。所述电阻材料层可包含非晶碳并具有5至100nm、或5至50nm、或5至25nm、或5至小于20nm的厚度。另外，组合的导电层和电阻材料层可具有小于2000欧姆/平方的薄层电阻。

在一个方面中，本公开的实施方案涉及一种形成生物传感器的电极的方法。所述方法包括(a)提供基底；(b)提供导电层靶；(c)在所述基底的至少一部分上物理气相沉积来自所述导电层靶的材料由此在所述基底上形成导电层，其具有面向基底的相反面的导电层表面；(d)提供电阻材料靶；和(e)在所述导电层的至少一部分上物理气相沉积来自所述电阻材料靶的材料由此在所述导电层表面上形成电阻材料层。所述导电材料可包含镍和铬，其中基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层中的镍和铬的总重量%可为25至小于32重量%、或26至31重量%、或26至30.5重量%。除镍和铬外，所述导电层还可包含铁，其中基于等于100重量%的导电层总重量计，所述导电层中的铁的重量%可为65重量%至小于75重量%、或大约66至大约74重量%、或大于66至74重量%。所述电阻材料层可包含非晶碳并具有5至100nm、或5至50nm、或5至25nm、或5至小于20nm的厚度。另外，组合的导电层和电阻材料层可具有小于2000欧姆/平方的薄层电阻。

本公开的一个或多个实施方案涉及一种形成生物传感器的电极的方法。组合的导电层和电阻材料层可具有不大于5000、2000、100、80、60、50、40、20、10或5欧姆/平方的通过astmf1711-96测得的薄层电阻。在一些实施方案中，所述层可具有通过astmf1711-96测得的1至5000欧姆/平方、1至4000欧姆/平方、1至3000欧姆/平方、1至2000欧姆/平方、1至1000欧姆/平方、1至500欧姆/平方、5至100欧姆/平方、5至20欧姆/平方、5至15欧姆/平方、5至10欧姆/平方、10至80欧姆/平方、20至60欧姆/平方、或40至50欧姆/平方的薄层电阻。所述层可具有小于2000欧姆/平方的薄层电阻。

附图简述

在本文中参考下列附图描述本公开的实施方案，其中：

图1是本公开的实施方案的薄膜电极生物传感器组件的横截面示意图；

图2是本公开的实施方案的试纸生物传感器组件的示意图；

图3是描绘薄膜电极在含介体的溶液中的线性扫描伏安图的曲线图；

图4是描绘薄膜电极的线性扫描伏安图的曲线图，其比较在无介体和含fe(ii)[cn]6介体的缓冲溶液中的具有和没有碳层的不锈钢316；

图5是描绘具有被碳覆盖的各种金属合金导电层的薄膜电极在含fe(ii)[cn]6介体的缓冲溶液中的线性扫描伏安图的曲线图；

图6是描绘对于被碳覆盖的各种导电层合金，在各种直径的心轴上弯曲薄膜电极（基底面接触）对薄层电阻的影响的曲线图；且

图7是描绘对于被碳覆盖的各种导电层合金，在各种直径的心轴上弯曲薄膜电极（涂布面接触）对薄层电阻的影响的曲线图。

详述

本发明大体上涉及用于电极，如用于生物传感器中的电极的组件。本文所用的术语“生物传感器”应该是指用于分析生物样品的装置。在一些实施方案中，如图1中图示说明，生物传感器组件可以是分层薄膜电极100并可概括地包含基底102、沉积在基底102的至少一部分上的导电层104和沉积在导电层104的至少一部分上的电阻材料层106。在一些实施方案中，生物传感器可以是医用传感器，如葡萄糖测量系统，且生物传感器组件可以是与生物传感器一起使用的试纸。本文所用的术语“医用传感器”应该是指用于医学监测和/或诊断的生物传感器。例如，如图2中图示说明，一些实施方案考虑到生物传感器组件包括试纸110，其包括通过反应空间112与第二电极100a分开的第一电极100。第一电极100可包括工作电极且第二电极100a可包括参比电极或对电极或组合的参比电极和对电极。因此，可将生物样品，如一滴血置于反应空间112内并与第一和第二电极100和100a电接触以供分析。应该理解的是，图2无意构成限制并且显示试纸的一个可能的实施方案。试纸的其它实施方案可包括一个或多个电极的不同配置，例如共面电极配置。本文所用的术语“血糖传感器”应该是指用于测定血液中的葡萄糖浓度的医用传感器。此外，可在一个或两个电极，例如工作电极上形成与生物样品反应的生物反应物，例如蛋白质、酶（例如葡萄糖氧化酶、葡萄糖脱氢酶等），和介体（例如铁氰化物、钌配合物、锇配合物、醌类、吩噻嗪类、吩噁嗪类等）。

不同于通常包含和/或使用贵金属如钯和/或金的传统物理气相沉积的生物传感器组件，本文所述的生物传感器组件可由非贵金属合金，如包含镍和铬的那些形成。但是，如本文所述的具有沉积在其上的电阻材料层的由非贵金属合金形成的生物传感器组件，如薄膜电极在测量生物样品时可表现出优异的一致性和精确性。因此，通过使用如本文所述的由非贵金属合金和电阻材料层构成的生物传感器组件，可以显著降低通常与生物传感器组件的制造和使用相关的材料和制造成本。

本公开的实施方案提供由通常不导电并对本文所述的预期化学反应化学惰性的任何类型的材料（柔性或刚性的）形成的基底102。在某些实施方案中，生物传感器组件的基底102可包含含有聚合物的柔性非导电膜，如聚合物膜、聚酯膜、聚碳酸酯膜等。在某些具体实施方案中，基底102可包含聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）膜。本公开的实施方案认为基底102可具有至少25µm、125µm或250µm和/或不大于800µm、500µm或400µm的厚度。在某些实施方案中，基底102可具有25至800µm、25至500µm、或25至400µm、125至800µm、125至500µm、或125至400µm、或250至800µm、250至500µm、或250至400µm的厚度。

涂布在基底102上的导电层104可包含一种或多种非贵金属。这样的导电层104可通过一种或多种物理气相沉积技术，如溅射涂布（例如磁控溅射、非平衡磁控溅射、对向靶溅射等）、热蒸发、电子束蒸发、激光烧蚀、电弧汽化、共蒸发、离子电镀等涂布在基底102上。导电层104可在基底102上涂布到至少1、10、15或30nm和/或不大于1000、200、100或50nm的厚度。在某些实施方案中，导电层104可具有1至1000nm、1至200nm、1至100nm、或1至50nm、10至1000nm、10至200nm、10至100nm、或10至50nm、15至1000nm、15至200nm、15至100nm、或15至50nm、或30至1000nm、30至200nm、30至100nm、或30至50nm的厚度。

电阻材料层106可通过一种或多种物理气相沉积技术，如溅射涂布（例如磁控溅射、非平衡磁控溅射、对向靶溅射等）、热蒸发、电子束蒸发、电弧汽化、共蒸发、离子电镀、等离子体增强的气相沉积、原子层沉积等沉积在导电层104上。在某些实施方案中，电阻材料层106可在基底104上涂布到至少1、5、10或15nm和/或不大于200、100、50、25、20、小于20或15nm的厚度。在某些实施方案中，电阻层106可具有1至200nm、1至100nm、1至50nm、1至20nm、1至小于20nm、或1至15nm；或5至200nm、5至100nm、5至50nm、5至25nm、5至20nm、5至小于20nm、或5至15nm；或10至200nm、10至100nm、10至50nm、或10至25nm、10至20nm、10至小于20nm、或10至15nm的厚度。

导电层104和电阻材料层106可沉积在基底102上，以使所得薄膜电极100通常对可见光不透明。例如，所得薄膜电极100可具有不大于50%、不大于40%、不大于30%或不大于20%的通过astmd1003测得的可见光透射率。在某些实施方案中，所得薄膜电极100可具有1至50%、10至40%、15至30%、或大约20%的可见光透射率。另外，所得薄膜电极100可具有不大于5000、2000、100、80、60、50、40、20、10或5欧姆/平方的通过astmf1711-96测得的薄层电阻。在一些实施方案中，所得薄膜电极100可具有1至5000欧姆/平方、2至2000欧姆/平方、5至100欧姆/平方、10至80欧姆/平方、20至60欧姆/平方、或40至50欧姆/平方的薄层电阻。

形成导电层104的本文所述的非贵金属可由镍和铬的合金构成。例如，使用由至少4、或5、或6或8重量%镍和至少10重量%铬构成的非贵金属合金制备生物传感器组件的导电层104，其中通过在导电层104上沉积非晶碳电阻材料层106而进一步涂布导电层。表1包括用于制备包含导电层和非晶碳电阻材料层的电极的含镍和铬的合金。表1还包括具有镍导电层和非晶碳层的电极。应该理解的是，除非明确地另行规定，在本文中为导电层中所含的元素提供的重量百分比仅基于导电层的总重量计，并且不包含电阻层中所含的元素。

除表1中描述的量外，在某些实施方案中，构成电极的导电层（例如生物传感器组件的导电层104）的非贵金属合金中包含的镍和铬的量可随电极，例如生物传感器组件的具体要求而变。在各种实施方案中，该非贵金属合金可包含至少大约4或5或6或8至大约72重量%的镍。另外，在各种实施方案中，该非贵金属合金可包含至少大约10、13、14和/或最多大约30、25、20、19、18或17重量%的铬。更特别地，在实施方案中，该非贵金属合金可包含大约12至30、12至25、13至20、13至19、13至18、13至17、14至20、14至19、14至18、或14至17重量%的铬。

在某些实施方案中，构成电极，例如生物传感器组件的导电层的非贵金属合金中包含的镍和铬的量可如下随生物传感器组件的具体要求而变：10至30重量%铬和4至81重量%镍；10至30重量%铬和8至81重量%镍；或10至25重量%铬和8至81重量%镍；或12至25重量%铬和8至81重量%镍；或13至23重量%铬和8至81重量%镍；或13至21重量%铬和8至81重量%镍、或14至20重量%铬和8至81重量%镍；或12至25重量%铬和8至75重量%镍；或13至23重量%铬和8至75重量%镍；或13至21重量%铬和8至75重量%镍；或14至20重量%铬和8至75重量%镍；或12至25重量%铬和8至72重量%镍；或13至23重量%铬和8至72重量%镍；或13至21重量%铬和8至72重量%镍；或14至20重量%铬和8至72重量%镍。在某些实施方案中，这些金属合金还可包含至少2重量%铁；或2至75重量%铁、或3至75重量%铁；或4至75重量%铁；或5至75重量%铁。

在某些实施方案中，构成电极，例如生物传感器组件的导电层的非贵金属合金中包含的镍和铬的量可如下随生物传感器组件的具体要求而变：12至25重量%铬和70至81重量%镍；或13至20重量%铬和70至81重量%镍；或13至19重量%铬和70至81重量%镍；或13至18重量%铬和70至81重量%镍；或13至17重量%铬和70至81重量%镍、或14至20重量%铬和70至81重量%镍；或14至19重量%铬和70至81重量%镍；或14至18重量%铬和70至81重量%镍；或14至17重量%铬和70至81重量%镍；或13至20重量%铬和71至81重量%镍；或13至19重量%铬和71至81重量%镍；或13至18重量%铬和71至81重量%镍；或13至17重量%铬和71至81重量%镍；或14至20重量%铬和71至81重量%镍；或14至19重量%铬和71至81重量%镍；或14至18重量%铬和71至81重量%镍；或14至17重量%铬和71至81重量%镍；或13至20重量%铬和72至81重量%镍；或13至19重量%铬和72至81重量%镍；或13至18重量%铬和72至81重量%镍；或13至17重量%铬和72至81重量%镍；或14至20重量%铬和72至81重量%镍；或14至19重量%铬和72至81重量%镍；或14至18重量%铬和72至81重量%镍；或14至17重量%铬和72至81重量%镍；或13至18重量%铬和70至80重量%镍；或13至17重量%铬和70至80重量%镍；或14至18重量%铬和70至80重量%镍；或14至17重量%铬和70至80重量%镍；或13至18重量%铬和71至80重量%镍；或13至17重量%铬和71至80重量%镍；或14至18重量%铬和71至80重量%镍；或14至17重量%铬和71至80重量%镍；或13至18重量%铬和72至80重量%镍；或13至17重量%铬和72至80重量%镍；或14至18重量%铬和72至80重量%镍；或14至17重量%铬和72至80重量%镍；所有这些重量百分比基于等于100重量%的导电层的总重量百分比计。在某些实施方案中，这些金属合金还可包含至少5重量%铁；或5至12重量%铁、或6至12重量%铁；或6至11重量%铁。

在某些实施方案中，构成电极，例如生物传感器组件的导电层的非贵金属合金中包含的镍和铬的量可如下随生物传感器组件的具体要求而变：16至22重量%铬和7至12重量%镍；或17至21重量%铬和7至12重量%镍；或18至20重量%铬和7至12重量%镍；或16至22重量%铬和8至11重量%镍；或17至21重量%铬和8至11重量%镍、或18至20重量%铬和8至11重量%镍。在某些实施方案中，这些金属合金还可包含至少65重量%铁；或65至75重量%铁、或65至74重量%铁；或66至75重量%铁、或66至74重量%铁。

构成电极，例如生物传感器组件的导电层的非贵金属合金还可包含铁。在各种实施方案中，该非贵金属合金可包含至少大约2、3、4、5、6或7和/或最多大约80、75或74重量%的铁。在某些实施方案中，基于等于100重量%的导电层总重量计，该非贵金属合金可包含2至小于80、或大约2至75、3至75、4至75、5至75、6至75、7至75、2至74、3至74、4至74、5至77、6至74、7至74重量%的铁。在某些实施方案中，该非贵金属合金可包含至少大约5、6或7和/或最多大约12、11、10或9重量%的铁。在某些实施方案中，基于等于100重量%的导电层总重量计，该非贵金属合金可包含大于5至小于12、或大约6至11、6至10、6至9、7至11、7至10、7至9、或大约9重量%的铁。在某些实施方案中，该非贵金属合金可包含至少大约60、61、62、63、64、65或66和/或最多大约80、78、76、75或74重量%的铁。在某些实施方案中，基于等于100重量%的导电层总重量计，该非贵金属合金可包含60至80、或大约61至79、62至78、63至77、64至76、65至75、65至小于75、65至74、66至小于75、或66至74重量%的铁。

在某些实施方案中，可存在于本发明中的非镍、铬和铁的非贵金属合金可包含一种或多种如下的第i组：锰和铜，和/或一种或多种如下的第ii组：碳和硅。可用于本发明的所有金属合金的重量百分比基于等于100重量%的导电层中的材料的总重量百分比计。

在某些实施方案中，该导电层可进一步包含至少大约0.001、0.01或0.1和/或最多2.0、1.5、1.0、0.9、0.8、0.7或0.6重量%的锰。在某些实施方案中，该非贵金属合金可包含大约0.001至2.0、小于大约2.0、0.001至1.0、0.01至1.0、0.1至1.0、或小于大约1.0重量%的锰。

在某些实施方案中，该导电层可进一步包含至少大约0.001、0.01、0.1或0.2和/或最多大约1.0、0.5、0.4或0.3重量%的铜。在某些实施方案中，该非贵金属合金可包含大约0.001至1.0、小于大约1.0、0.001至0.5、0.01至0.5、0.1至0.5、或小于大约0.5重量%的铜。

在某些实施方案中，该导电层可进一步包含最多3.0、2.5、2.0、1.5、1.0、0.5、0.3、0.2、0.1、0.05或0.015重量%的硅。在某些实施方案中，所述导电层可包含最多0.15重量%的碳。

在某些实施方案中，该导电层含有钼，如果存在，其量为基于导电层总重量的0至20、0至15、0至13、0至10、0至5、0至4、0至3、0至2、或0至1重量%。在某些实施方案中，该导电层含有钼，如果存在，其量为基于导电层总重量的小于1、或小于0.8、或小于0.6、或小于0.4、或小于0.2、或小于0.1重量%。在实施方案中，该导电层基本不含钼。在实施方案中，该导电层不含钼。

在某些实施方案中，该导电层含有小于0.2重量%的各下列元素物质：碳、硫、磷、钼、铌、钴、铝、钛或硼。在一个实施方案中，该导电层不含或基本不含下列元素物质：钼、铌、钴、铝、钛或硼。在一个实施方案中，该导电层不含下列元素物质：钼、铌、钴、铝、钛或硼。在一个实施方案中，该导电层不含或基本不含下列元素物质：钼、铌、钴、铝、钛、磷或硼，或在存在任何物质的实施方案中，此类物质的量小于0.25重量%、或小于0.2重量%、或小于0.1重量%、或小于0.05重量%或痕量或更少。在某些实施方案中，该导电层不含或基本不含下列元素物质：钼、铌、钴、铝、钛、磷或硼。在一个实施方案中，该导电层不含或基本不含下列元素物质：钼、铜、铌、钴、铝、钛或硼，或在存在任何物质的实施方案中，此类物质的量小于0.25重量%、或小于0.2重量%、或小于0.1重量%、或小于0.05重量%或痕量或更少。在某些实施方案中，该导电层不含或基本不含下列元素物质：钼、铜、铌、钴、铝、钛或硼。

在某些实施方案中，构成电极，例如生物传感器组件的导电层的非贵金属合金中包含的镍、铬和铁的量可如下随生物传感器组件的具体要求而变：10至30重量%铬、8至75重量%镍和2至75重量%铁；或10至25重量%铬、8至75重量%镍和3至75重量%铁；或10至25重量%铬、8至75重量%镍和4至75重量%铁；或10至25重量%铬、8至75重量%镍和5至75重量%铁；或13至21重量%铬、8至73重量%镍和6至75重量%铁、或14至20重量%铬、8至72重量%镍和6至74重量%铁，所有这些重量百分比基于等于100重量%的导电层的总重量百分比计。

在某些实施方案中，构成电极，例如生物传感器组件的导电层的非贵金属合金中包含的镍、铬和铁的量可如下随生物传感器组件的具体要求而变：13至25重量%铬、70至81重量%镍和大于5至小于12重量%铁；或13至20重量%铬、70至81重量%镍和6至11重量%铁；或13至18重量%铬、70至81重量%镍和6至11重量%铁；或14至17重量%铬、70至81重量%镍和6至11重量%铁；或13至18重量%铬、72至81重量%镍和6至11重量%铁、或14至17重量%铬、72至81重量%镍和6至11重量%铁；或14至17重量%铬、72至81重量%镍和6至10重量%铁，所有这些重量百分比基于等于100重量%的导电层的总重量百分比计。

在某些实施方案中，构成电极，例如生物传感器组件的导电层的非贵金属合金中包含的镍、铬和铁的量可如下随生物传感器组件的具体要求而变：16至22重量%铬、7至12重量%镍和65至75重量%铁；或17至21重量%铬、7至12重量%镍和65至75重量%铁；或18至20重量%铬、7至12重量%镍和65至75重量%铁；或16至22重量%铬、8至12重量%镍和65至75重量%铁；或16至22重量%铬、8至11重量%镍和65至75重量%铁、或18至20重量%铬、8至11重量%镍和66至74重量%铁，所有这些重量百分比基于等于100重量%的导电层的总重量百分比计。

本公开中的导电层可由包含本申请中公开的任何合金组合物的单层构成。在某些实施方案中，该合金组合物含有可为元素的固溶体（单相）、金属相的混合物（两种或更多种溶体）或在相之间没有明显边界的金属间化合物的合金。

本领域技术人员容易认识到，该非贵金属合金的元素可能包含附带杂质。本文所用的“附带杂质”是指在用于生产非贵金属合金的矿石中天然存在的或在生产过程中无意加入的任何杂质。该非贵金属合金可包含少于大约0.1、0.05或0.001重量%的附带杂质。

本文所述的非贵金属合金还可含有除上述元素外的一种或多种附加成合金元素。但是，在各种实施方案中，该非贵金属合金可以基本不含这样的附加成合金元素。本文所用的术语“几乎不含”和“基本不含”是指该非贵金属合金包含少于0.001重量%的此类附加成合金组分。此外，术语“几乎不含”和“基本不含”可互换使用。

在本公开的某些实施方案中，本文所述的生物传感器组件可通过实施下列步骤制备：

(a)提供基底；

(b)提供导电层靶；

(c)在所述基底的至少一部分上物理气相沉积来自所述靶的材料由此在所述基底上形成导电层；

(d)提供电阻材料靶；

(e)在所述导电层的至少一部分上物理气相沉积来自所述电阻材料靶的材料由此在所述基底上形成电阻材料层。

步骤(a)的提供基底可包括提供如上所述的任何类型的基底材料，如pet。在某些实施方案中，该基底包含可在高真空室内传动（actuated）的基底材料片。该基底材料片可包含单块材料，如正方形片材。在另一些实施方案中，基底材料片可包含材料卷，其如下文更详细描述借助卷到卷机制经过高真空室。在另一些实施方案中，也如下文所述，该基底在沉积过程中可保持固定或可旋转。

步骤(b)的提供靶可包括提供由如上所述的任何非贵金属合金构成的物理气相沉积靶。例如，在一些实施方案中，使用包含表1中所列的合金的物理气相沉积靶制造薄膜导电层。这样的合金靶可包含少于大约0.1、0.05或0.001重量%的附带杂质。在一些实施方案中，该物理气相沉积靶在物理气相沉积过程中安置在电极内和/或包含电极，如溅射阴极。在某些实施方案中，该物理气相沉积靶可以是圆形的，具有至少2、4、8、12、16或20cm的直径。在另一些实施方案中，该物理气相沉积靶可以是具有至少2、4、8或16cm的内径和20、24、28或32cm的外径的管状靶。在另一些实施方案中，该物理气相沉积靶可以是尺寸如下的矩形：5至25cm的宽度、25至75cm的长度和0.3至5cm的厚度。但是，应该理解的是，本公开的实施方案考虑使用其它形状和尺寸的靶。

步骤(c)的物理气相沉积通常包括用来自非贵金属合金靶的材料涂布基底以形成导电层。本文所用的术语“物理气相沉积”应该是指通过使汽化材料冷凝到基底上而沉积薄膜。物理气相沉积的涂层可用上述任何类型的物理气相沉积法实现，即溅射涂布、热蒸发、电子束蒸发、激光烧蚀、电弧汽化、共蒸发、离子电镀等。例如，在一些实施方案中，物理气相沉积步骤经由溅射法进行，其中通过经由溅射装置溅射非贵金属合金靶而用导电层涂布基底。下面更详细描述这样的溅射型物理气相沉积的具体实例。具有涂布在其上的导电层的所得基底可用作生物传感器组件，如电极。这样的电极可包括工作电极、参比电极和/或对电极。在某些实施方案中，如当通过卷到卷物理气相沉积法在基底材料卷上真空涂布导电层时，可将所得薄膜片切开到适当尺寸以形成尺寸专门适合生物传感器组件的薄膜电极。在另一些实施方案中，该生物传感器组件可由薄膜片通过蚀刻，如化学或激光蚀刻形成。在另一些实施方案中，该生物传感器组件可使用置于基底上的图案化掩模形成，并在其上物理气相沉积导电层以形成生物传感器组件的导电层。

步骤(d)的提供靶可包括提供由上述任何电阻材料构成的物理气相沉积靶。例如，在一些实施方案中，使用包含碳的物理气相沉积靶制造薄膜非晶碳层。这样的电阻材料靶可包含少于大约0.1、0.05或0.001重量%的附带杂质。在实施方案中，靶可包含可不同于沉积的电阻层材料但在用作物理气相沉积的源材料时产生电阻材料的材料。应该理解的是，电阻材料靶可具有与沉积的电阻材料不同的组成和/或结构。在一些实施方案中，该物理气相沉积靶在物理气相沉积过程中安置在电极内和/或包含电极，如溅射阴极。在某些实施方案中，该物理气相沉积靶可以是圆形的，具有至少2、4、8、12、16或20cm的直径。在另一些实施方案中，该物理气相沉积靶可以是具有至少2、4、8或16cm的内径和20、24、28或32cm的外径的管状靶。在另一些实施方案中，该物理气相沉积靶可以是尺寸如下的矩形：5至25cm的宽度、25至75cm的长度和0.3至5cm的厚度。但是，应该理解的是，本公开的实施方案考虑使用其它形状和尺寸的靶。

步骤(e)的物理气相沉积通常包括用来自电阻材料靶的材料涂布基底以形成电阻材料层。本文所用的术语“物理气相沉积”应该是指通过使汽化材料冷凝到基底上而沉积薄膜。物理气相沉积的涂层可用上述任何类型的物理气相沉积法实现，例如溅射涂布、热蒸发、电子束蒸发、电弧汽化、共蒸发、离子电镀等。例如，在一些实施方案中，物理气相沉积步骤经由溅射法进行，其中通过经由溅射装置溅射电阻材料靶而用电阻材料层涂布（之前沉积在基底上的）导电层。下面更详细描述这样的溅射型物理气相沉积的具体实例。具有涂布在其上的导电层和电阻材料层的所得基底可用作生物传感器组件，如电极。在实施方案中，“电阻材料”层通常是与导电层不同的层，以形成层状结构，其中在层之间存在明显界面以使电阻材料层和导电层各自是具有不同组成的单独和不同的层。

在某些实施方案中，如当通过卷到卷（roll-to-roll）物理气相沉积法在基底材料卷上真空涂布导电层时，可将所得薄膜片切开到适当尺寸以形成尺寸专门适合生物传感器组件的薄膜电极。这样的电极可包括工作电极、参比电极和/或对电极。电极还可包括用于检测样品的电导率、是否已将样品施加到生物传感器组件上或可用于生物传感器的样品或样品环境的其它电特性的那些。在另一些实施方案中，该生物传感器组件可由薄膜片通过蚀刻，如化学或激光蚀刻形成。在另一些实施方案中，该生物传感器组件可使用置于基底和导电层上的图案化掩模形成，并在其上物理气相沉积电阻材料层以形成生物传感器组件。

在某些具体实施方案中，该生物传感器组件可通过包括卷到卷磁控溅射的卷到卷物理气相沉积法制造。例如，可使用77.50cm宽幅卷到卷磁控溅射涂布机，如appliedmaterials,inc.提供的smartweb涂布机或chaindustries,inc.提供的mark80溅射包含具有25µm至250µm的厚度和33.02cm的宽度的由pet（聚对苯二甲酸乙二醇酯）制成的聚合物膜的基底片。可以使用单靶或双靶配置沉积非贵金属合金，如来自表1的某些合金的导电层。可以使用由非贵金属合金板构成的靶（如可获自tricorindustriesinc.）。可以使用扩散和机械泵组合将溅射涂布机的真空室抽空到至少10^-5torr的基准压力。在另一些实施方案中，可以使用机械泵、涡轮泵、低温泵和/或油扩散泵的组合。可以使用2kw电源（如由advancedenergyinc.提供）向容纳大致矩形的非贵金属合金靶的磁控溅射阴极供给能量。可以控制流入真空室的氩气流（如借助mks型号1179a流量控制器）以设定在溅射过程中使用的3至10mtorr的溅射压力。

可通过控制具体工艺参数而有效地现场控制溅射导电层的厚度和薄层电阻。工艺参数的实例包括卷到卷卷料速度（webspeeds）（即控制基底片在溅射过程中经过真空室时的速度）、向溅射靶供应的功率（即向在靶表面附近形成的等离子体施加的电压和电流的乘积）、溅射室中的气体压力和室中存在的靶数。例如，为了在给定合金上溅射导电层，可以将卷料速度设定为0.1至3.5米/分钟且溅射功率密度为1至8瓦/平方厘米。在实施方案中，可以形成具有大约25纳米的测得厚度值和大约45欧姆/平方的薄层电阻的合金的溅射导电层。

可以通过上述沉积技术之一在导电层顶部上沉积电阻材料层。例如，在一个实施方案中，可以使用dc磁控溅射从碳靶沉积电阻层。可通过控制具体工艺参数来控制电阻材料层的厚度。工艺参数的实例包括卷到卷卷料速度（即控制基底片在溅射过程中经过真空室时的速度）、向溅射靶供应的功率（即向在靶表面附近形成的等离子体施加的电压和电流的乘积）、溅射室中的气体压力和室中存在的靶数。例如，在某些实施方案中，为了在给定合金上溅射电阻层，可以将卷料速度设定为0.1至3.5米/分钟且溅射功率密度为1至8瓦/平方厘米。在实施方案中，可以形成具有大约1-200纳米的测得厚度值的溅射电阻层。

除上述卷到卷工艺外，还可使用大规模卷到卷工艺、使用相同几何形状的放大版本制造生物传感器组件。在这样的大规模卷到卷工艺中，最大卷料速度可为0.1至10米/分钟、3至7米/分钟或高于10米/分钟。大规模卷到卷工艺可提供0.1至13、2至10、或5至8瓦/平方厘米的溅射功率密度。另外，靶数可包括2、4、6或更多，且基底片的幅宽可为75厘米或更大。

实施方案另外认为可以使用其中基底片在真空室内保持固定的物理气相沉积法。下面在实施例部分中详细描述了某些这样的实施方案。在其中基底片保持固定的一些实施方案中，用于在基底片上沉积导电层的沉积时间可为5、10、15、30分钟或更久。

如上所述，如本文所述的包括由非贵金属合金形成的导电层和电阻材料层的生物传感器组件可表现出使它们特别适合作为包含贵金属，如钯和/或金的生物传感器组件的替代品的合意电化学性质。例如，本公开的实施方案的生物传感器组件可包含由在经受计时电流法试验时表现出合意的剂量响应特征的非贵金属合金导电层和电阻材料层形成的薄膜电极。

在各种实施方案中，该导电层可包含镍、铬和铁（以如上文论述的量）且该导电层和电阻材料层组合可具有在1型线性扫描伏安试验（如在实施例部分中论述的）中测定的小于400、或小于390、或小于380、或小于375、或小于360、或小于350、或小于340、或小于330、或小于325、或小于320、或小于310、或小于300、或小于290、或小于280、或小于275、或小于270、或小于260毫伏（mv）的对fe(ii)[cn]6介体的氧化波电压（下文指定为epeak,anodic）。

通过本发明实施方案的下列实施例进一步举例说明本发明，尽管要理解的是，除非明确地另行指明，这些实施例仅用于举例说明而包括并且无意限制本发明的范围。

实施例

薄膜电极的制备

对于各下述实施例（和对比例），通过下述物理气相沉积法形成薄膜电极形式的生物传感器组件。要理解的是，薄膜电极可使用下述方法形成以包括许多不同类型的元素和元素合金，如表1中所列的非贵金属组合物的导电层。在大多数实施例中，除非另行指明，这些薄膜电极还包括沉积在导电层顶部上的碳电阻材料层。该方法包括如下形成薄膜电极膜：

(a)在高真空室中使用直流（“dc”）磁控溅射在10.16cmx10.16cm正方形pet基底片上沉积金属或金属合金，用dentonvacuumdesktoppro溅射装置进行该溅射；

(b)将真空室抽空至~10^-5torr的初始基准压力；

(c)将10sccm的氩气引入高真空室以建立4mtorr的沉积压力；

(d)基底片在真空室内以大约2转/分钟旋转；

(e)将该金属或金属合金的5.08厘米直径靶在40瓦的恒定功率下保持在dc磁控溅射装置下方15分钟的沉积时间以在基底片的至少一部分上涂布导电层（为了将靶初始化，在将基底引入真空室之前，将靶在40瓦的恒定功率下保持在dc磁控溅射装置下方5分钟的预溅射时间）；

(f)在沉积导电层后，然后沉积碳层。将石墨材料的5.08厘米直径靶在40瓦的恒定功率下保持在dc磁控溅射装置下方15分钟的沉积时间以在（步骤e）中沉积的）导电层的至少一部分上涂布碳层（为了将靶初始化，在将导电层涂布的基底引入真空室之前，将靶在40瓦的恒定功率下保持在dc磁控溅射装置下方5分钟的预溅射时间）；和

(g)所有沉积在室温下进行。

从如上文提供的通过物理气相沉积形成的薄膜电极膜切割尺寸为5.08cmx7.62cm的独立薄膜电极。使用在三电极配置中的gamryinstrumentsreference600恒电位器进行电化学实验，该电化学电池含有置于gamryinstrumentsvistashield法拉第笼内的薄膜电极膜。通过用具有在其中冲切出的单个3mm直径孔的电镀带部分掩蔽薄膜电极而将各薄膜电极形成工作电极。因此，薄膜电极的由冲切孔形成的未掩蔽部分提供0.0707平方厘米的几何工作电极表面积。薄膜电极的未掩蔽部分的另一不同区域充当与恒电位器的工作电极引线的电连接点。将薄膜电极的掩蔽部分置于非导电材料，如塑料的平支承块上。此后将薄膜电极置于玻璃电化学电池的工作电极端口中。将薄膜电极的暴露的3mm直径部分置于电化学电池的工作电极端口的底部开口的中心附近。用夹具和o形环密封电化学电池的工作电极端口。该电化学电池还含有包括饱和甘汞参比电极的参比电极和碳辅助电极。参比电极和辅助电极分别置于参比电极端口和辅助电极端口。另外，参比电极和辅助电极分别连向恒电位器的参考引线和辅助引线。电化学电池还包括气流端口，经其脱气和用惰性气体，如氮气覆盖试验溶液。

根据上文论述的程序由不锈钢316合金制备薄膜电极，其具有和没有碳电阻材料层。

根据上文论述的程序由含有不同量的镍、铬和/或铁的合金制备另一些薄膜电极。所用合金是inconel®600(in600)、不锈钢304(ss304)、hastelloy®c-22(c22)、hastelloy®b3(b3)和纯ni。具体合金组成列在下表1中。具有如表1中所列的导电层的薄膜电极还包括根据上文论述的程序制备的碳电阻层。通过横切电极的tem成像测定碳电阻层厚度为大约15nm。

1型线性扫描伏安试验描述

可以使用1型线性扫描伏安试验测试薄膜电极的电化学响应。1型线性扫描伏安试验包括下列步骤：将在ph7.1下的含有145mm氯化钠的50毫升10mm磷酸钾缓冲液置于电化学电池中并用塞子密封电化学电池。与气流端口相连的气体入口和出口配件允许使用中孔过滤棒借助氮气流进行缓冲液的惰性气体鼓泡（即脱气）。气流端口另外允许将气流从过滤棒切换至顶空覆盖布置。将气体出口连向油鼓泡器以防止外部气体（例如空气）反向扩散到电化学电池中。在将气流切换到覆盖配置之前，用磁力搅拌棒搅拌缓冲液，同时用氮气鼓泡至少5分钟。否则在通过1型线性扫描伏安试验进行的电化学实验的过程中不存在来自鼓泡或其它的缓冲液搅动（即该溶液在电化学测试过程中静止）。

对电化学电池内的包含工作电极的薄膜电极进行线性扫描伏安试验。在工作电极和参比电极（即饱和甘汞参比电极）之间测得的用于线性扫描伏安法的初始电压电位相对于开路电位（也称作静止电位）为0v，并在伏安实验前至少10秒的静止期后，以25mv/秒阳极扫描电压电位直至观察到至少50µa的电流。对于含有fe(ii)[cn]6介体的溶液，该介体以1或2mm浓度存在，线性扫描伏安法条件在其它方面与无介体溶液相同。

测定氧化波的峰值电压（“epeak,anodic”），这样的epeak,anodic被定义为如在工作电极和对电极vs参比电极之间测得，由于溶液中的电活性物质的氧化而观察到电流的局部最大值时的电压。如使用1型线性扫描伏安试验由薄膜电极获得的氧化波和相关epeak,anodic的图示显示在图3中。从图3中可以看出，如对照参比电极测得，测得的epeak,anodic（或e-peak）值为大约-76mv。

向薄膜电极施加1型线性扫描伏安试验

使用1型线性扫描伏安试验测试许多不同的薄膜电极。更详细地，测试由没有沉积在其上的电阻材料层和具有沉积在其上的非晶碳层（在ss316上的c）的不锈钢316（ss316）导电层形成的薄膜电极。另外，测试由选自表1中所列的各非贵金属合金并被非晶碳层覆盖的导电层形成的薄膜电极。

这样的试验的结果图示说明在图3-4中。通常合意的是，生物传感器中所用的薄膜电极表现出在尽可能低的电压下出现的对于fe(ii)[cn]6的峰值阳极电流。也通常合意的是，生物传感器中所用的薄膜电极表现出在某些电极电位的影响下最小化和/或降低的电流。图3是对ss316和在ss316上的c的薄膜电极进行的1型线性扫描伏安试验的曲线图。如图3中图示说明，该薄膜电极表明，与无碳层的ss316电极相比，在ss316上的c的电极的与fe(ii)[cn]6的非均质电子转移动力学和阳极稳定性都改进。

图4是使用磷酸盐缓冲溶液和fe(ii)[cn]6介体对来自表1的合金进行的1型线性扫描伏安试验的曲线图，并图示说明如发生fe(ii)[cn]6氧化时的电压所示的这些合金与fe(ii)[cn]6介体的非均质电子转移动力学。通常合意的是，传感器如血糖传感器中的电极材料具有尽可能快的非均质电子转移动力学以使运行传感器所需的施加的氧化电压尽可能小。在一些实施方案中，生物传感器可在足够阳极的电压下运行以通过电活性物质（例如介体）的扩散控制工作电极电流。如果施加的电压太氧化，可能将血液中可能存在的干扰物质，如尿酸、对乙酰氨基酚等氧化。这可能造成测定的葡萄糖浓度的不合意的正偏差和较不精确的传感器。图4的回顾揭示，对于用inconel®600(in600)、不锈钢304(ss304)和hastelloy®c-22(c22)制成的电极，与亚铁氰化物的非均质电子转移动力学通常可接受，c-22和ss304具有比in600略快的非均质电子转移。使用hastelloy®b3(b3)和纯ni制成的电极不可接受。这归因于这些电极的阳极击穿电位太接近氧化还原介体fe(ii)[cn]6的氧化还原对。具有接近该介体的氧化还原对的阳极击穿电位会导致电化学测量过程中的背景噪声提高。

使用薄膜电极的心轴弯曲测试的机械挠性分析

使用心轴弯曲测试分析不同膜的机械挠性。根据上述程序制造测试的膜并包括cr、ss304、in600和mo的导电层，各自具有碳电阻层。

使用下列装置进行心轴弯曲测试：

a.万用表-能够测量电阻到0.01欧姆精确度的万用表/欧姆计

b.探针-测量薄膜的电阻探针，其在两个位置垂直于膜的长尺寸接触该膜，沿长轴用分开2英寸的触头接触该膜的全宽。

c.心轴-具有1/8"、1/4"、1/2"、5/8"的直径并具有光滑和干净的表面并在各端安装在滚珠轴承上以使心轴可平滑和容易地旋转的心轴。

通过首先目测检查涂层和确保涂层表面没有划痕、折痕、褶皱和撕裂边缘，进行心轴测试。将要测试的薄膜电极切割成2英寸宽的条和至少9英寸的长度。在切割膜的同时小心避免任何裂纹。

然后如下测试切割的膜：

a.沿试样长度使用2英寸电阻探针测量和记录以欧姆/sq计的初始薄层电阻（ro），以3英寸为间隔进行测量。

b.然后围绕5/8"心轴弯曲该膜以使涂布面接触心轴。

c.同时固定膜的末端并对该膜施加足够的张力以确保膜与心轴接触。

d.在膜上朝着心轴小心施加温和压力以使心轴辊贴着涂层的同时，来回拉动该膜。小心确保该膜贴着心轴滚动而不滑落，以避免划痕。标记测试的涂层区。

e.步骤d进行3个循环或6个行程（strokes）。

f.沿在试验过程中接触心轴的试样长度使用2英寸电阻探针测量和记录以欧姆/sq计的薄层电阻(r)，在试验区域上以3英寸为间隔进行测量。

使用上述程序对所有膜重复心轴测试，除了基底的背面（未涂布面）接触心轴表面。

将最终薄层电阻(r)与初始薄层电阻(r0)比较的心轴测试的结果显示在图5和6中。这些图的回顾揭示，在mo上的c和在in600上的c最好，其次是在ss304上的c，在cr上的c具有最低机械稳定性。图5和6揭示，使用在ss304上的c和在in600上的c制成的电极比使用在cr上的c制成的电极更机械稳健，在in600上的c具有比在ss304上的c好的机械稳健性。如通过这一试验证实的具有更好的相对机械完整性的薄膜电极据信由于卷材法和片材法的改进的制造稳健性而更合意。当使用上述心轴试验比较两个膜时，相信表现更好的膜代表对于在生物传感器应用中加工和使用该薄膜电极膜的更稳健的机械性能和改进的可重复性和一致性。

本公开的实施方案的上述详述意在足够详细地描述本发明的各种方面以使本领域技术人员能够实施本发明。可以采用其它实施方案并可作出改变而不背离本发明的范围。上述详述因此不应在限制意义上解释。本发明的范围仅由后续常规实用应用中呈现的权利要求以及这样的权利要求赋予的等同物的完整范围限定。

在本说明书中，提到“一个实施方案”、“一实施方案”或“实施方案”是指提到的一个或多个特征包括在该技术的至少一个实施方案中。在本说明书中单独提到“一个实施方案”、“一实施方案”或“实施方案”不一定是指同一实施方案并且也不互相排斥，除非这样规定和/或除非本领域技术人员从说明书中显而易见。例如，一个实施方案中描述的特征、步骤等也可能包括在另一些实施方案中，但不一定包括。因此，本技术可包括本文所述的实施方案的各种组合和/或整合。

当本公开属于没有实质性背离下文权利要求书中所述但在下文权利要求书中所述的本发明的字面范围之外的任何情况（apparatus）时，发明人在此陈述他们的意图以依赖等同原则确定和评价本公开的公平合理的范围。

定义

应该理解的是，下文无意构成所定义的术语的排他列表。在上文的描述中可能提供其它定义，例如在伴随着所定义的术语在文中的使用时。

本文所用的术语“一个”、“一种”和“该”是指一个或多个。

本文所用的术语“和/或”当用于两个或更多个项目的列表中时，是指任一所列项目可以独自使用或可以使用两个或更多个所列项目的任何组合。例如，如果一组合物被描述成含有组分a、b和/或c，该组合物可以仅含a；仅含b；仅含c；含a和b的组合；含a和c的组合；含b和c的组合；或含a、b和c的组合。

本文所用的术语“包含”是用于从该术语前列举的对象过渡到该术语后列举的一个或多个要素的开放性过渡术语，其中该过渡术语后列举的一个或多个要素不一定是构成该对象的仅有要素。

本文所用的术语“具有”具有与上文提供的“包含”相同的开放含义。

本文所用的术语“包括”具有与上文提供的“包含”相同的开放含义。

数值范围

本说明书使用数值范围量化与本发明相关的某些参数。应该理解的是，当提供数值范围时，这样的范围应被解释为对仅列举该范围的下限值的权利要求限定以及仅列举该范围的上限值的权利要求限定提供字面支持。例如，10至100的公开数值范围为列举“大于10”（无上限）的权利要求和列举“小于100”（无下限）的权利要求提供字面支持。