专利名称：离子选择性固体平面金电极传感芯片及制造方法
技术领域：
本发明涉及一种生物电解质传感芯片，属医疗用电解质离子快速检测技术领域，也适用于 食品卫生环保快速检测技术领域。具体是一种离子选择性固休平面金电极生物传感芯片及制造 方法背景技术离子选择性电极(ion selective electrode)是以固态或液态敏感膜为传感介质，对溶液 中某种离子产生选择性的响应，从而选择性的识别该离子，测出该离子的浓度(活度)。离子选 择性电极的电势与离子的浓度有关，浓度约大，产生的电势差约大。微型快速医疔分析仪器是近年来刚刚开始的新型高科技产业。其中最核心的技术是分子和 生物分子传感技术。例如，生物传感器是一类特殊的传感器，它是以生物活性单元(如酶、抗 体、核酸、细胞等)作为生物敏感单元，对目标测物具有高度选择性的检测器。通常，酶的定 向催化反应是生物传感器的技术核心和基础。但是离子选择性电极没有酶催化反应存在只是借 鉴了酶的选择性催化反应的优点，对不同电解质进行快速定量测量，进几十年来离子选择性膜 技术得到了长足发展，大力促进了离子选择性的开发应用。最早的离子选择性电极就是酸度计 (测试氢离子PT的pH计)，它是离子选择性电极的鼻祖，近年来受其启发有正面的效果，但受 其影响太深，离子选择性电极至今仍然都采用类似于酸度计的结构模式，其基本结构如图1所 示，电极为圆柱型结构，包括离子产生选择性膜8，参考电极电解质9和内部带有的参考电极 10，虽然在外部形式和尺寸大小有不同的变化，但是没有木质的区别。这种传统电极制造模式， 其制作工艺复杂，不能适应日以百万计超大规模生产，因此价格昂贵，限制离子选择性电极大 量的使用和普及，特别是影响在医院的临床检验、生物医学，急救中心的普及和快速诊断测试。 受其制约发展的还包括，食品、制药、化工、环境监测等方面，使得例子选择性电极没有得到 其应有的广泛发展和应用。发明内容本发明的目的是针对目前产品存在的制造技术上的复杂性，提供一种离子选择性固体平 面金电极生物传感芯片及制造方法，是以金纳米薄膜材料为基础的电极技术，用来生产离子选 择性电极。该生产工艺简便，易于超大规模生产。本发明的技术方案是 一种离子选择性固体平面金电极生物传感芯片，含有基片，在基片 上附着纳米级别金膜形成的离子选择性膜电极(工作电极)、参比电极和辅助电极(输导电流电 极)，所述工作电极，参比电极和辅助电极之上覆盖塑料片膜形成虹吸工作区。测试液体通过虹 吸进入平面夹缝型虹吸通道，再通过工作电极、参比电极和辅助电极完成。工作电极是由离子选择性膜形成；参比电极是由Ag/AgCl形成；辅助电极是金膜电路本身形成。离子选择性测试工作区，由平面夹缝型虹吸形成。离子选择性膜电极、参比电极，辅助电极和平面夹缝型虹吸的位置可以根据实际需要设 置在产品平面的任何位置。所述基片材料包括塑料片，PET， PVC， ABS，聚酰胺类，改性PP，醋酸纤维素和改性醋 酸纤维素，硝酸纤维素和改性硝酸纤维素，聚苯乙烯，聚甲级丙烯酸脂类，聚丙烯酸脂类非 导体材料；基片厚度为0. 05咖 2mm。各个电极的几何特征是所述离子选择性固体平面金电极生物传感芯片及其内部各个部 位的几何形状是矩形、梯形、三角形、圆、半圆、椭圆之一，包括各种形状的组合体。本发明所述离子选择性固体平面金电极生物传感芯片的制作方法是(1) 制备金纳米薄膜即把几个纳米厚到几百个纳米厚的金膜载到塑料基板上；(2) 用激光刻蚀法，在载有金膜的塑料板上刻蚀出离子电极所需要的金导电电极线路板；(3) 在电极板上印上或涂上Ag/AgCl参比电极；(4 )在电极板上印上或涂上一个或一个以上离子选择性膜；(5) 在印/涂好所有功能材料后，用覆膜法盖在上面的电极上并使其形成微型虹吸通道，成为离子选择性电极的雏形；(6) 剪裁，包装。本发明的有益效果是制造成本低，而且可以结合现代和经典传统成熟工艺进行超大规模生产，如，纳米超薄金膜生产技术，激光高速刻蚀技术，机械自动化印刷，微孔或微孔狭 缝涂膜，喷吐和/或喷印工艺等，使得超大规模生产不存在任何技术和工程障碍。
图1是己有技术离子选择性电极基本结构；图中8、离子产生选择性膜，9、参考电极电解质，10、参考电极。 图2是本发明生物传感芯片结构示意图；图3是图2的侧视图；图4是制造方法流程图。图中1、基片，2、金纳米薄膜，3、工作电极，4、参比电极，5、辅助电极，6、塑料 盖片，7、粘合材料。
具体实施例方式
如图2、图3所示，生物传感芯片包括基片1、在基片1上附着纳米级别'金膜2形成的 离子选择性膜电极即工作电极3、参比电极4和辅助电极即输导电流电极5，所述工作电极3， 参比电极4和辅助电极5之上覆盖塑料片6膜形成虹吸工作区。各个独立金电极是由激光刻蚀形成，所述激光刻蚀宽度在10纳米到1毫米之间,形成的 金电极宽度不小于100纳米，长度大于20 mm。离子选择性膜参比电极Ag/AgCl厚度在50纳米到50微米范围，其宽度不小于50纳米。 具体制作过程是(但不限于)1、 制备金纳米薄膜即把几个纳米厚到几百个纳米厚的金膜载到塑料基板上；2、 用激光刻蚀法，在载有金膜的塑料板上刻蚀出离子电极所需要的金导电电极线路板；3、 在电极板上印上或涂上(包括等离子法)，Ag/AgCl金纳米或微米级别薄膜；4、 在电极板上印上或涂上， 一个或一个以上离子选择性膜3;5、 在印/涂好所有功能材料后，用覆膜法将塑料片盖在上面的电极上并使其形成微型虹吸 通道，成为离子选择性电极的雏形；然后得产品；6、 剪裁，包装。上述高分子材料的参数范围是- 金膜载体塑料基板(如PVC， PET):厚度在100微米到1毫米之间； 金纳米薄膜厚度IO个纳米到IOOO纳米，最佳在50—150纳米之间； 刻蚀出金导电电极线路宽度从10个纳米到IO毫米范围之内；Ag/AgCl参比电极其制作过程可以是一次完成，也可以是先制备Ag，在用氯化法 将部分Ag转化成AgCl，形成Ag/AgQ参比电极，其中Ag: AgCl从10: 90到如10之间；其厚度在50到20微米之间； 离子选择性膜的尺寸离子选择性膜的厚度在10纳米到20微米之间，其宽度至少大 于50纳米； 每个导电线路和电极活性部位的各自的虹吸尺寸.虹吸通道宽度在0. 1毫米到10毫米之间，虹吸通道高度在20微米到200微米之间； 虹吸覆盖塑料片厚度不低小于0.1毫米。实施例 PET片才(厚度0.125mm)载有50纳米厚的金膜； 用激光刻蚀出金导电电极线路板如图二所示 在电极板上印上Ag/AgCi参比电极； 在电极板上印上或涂上， 一个或一个以上离子选择性膜； 在印/涂好所有功能材料后，用覆膜法盖在上面的电极上并使其形成微型虹吸通道，成为离子选择性电极的雏形；然后 剪裁，包装。
权利要求
1、 一种离子选择性固体平面金电极生物传感芯片，含有基片，其特征是在基片上附 着有纳米级别金膜形成的离子选择性膜电极即工作电极、参比电极和辅助电极，所述工作电 极，参比电极和辅助电极之上覆盖塑料片膜形成虹吸工作区。
2、 根据权利要求1所述金电极生物传感芯片，其特征是金膜厚度在10纳米到200纳 米之间，或大于200纳米。
3、 根据权利要求l所述离子选择性固体平面金电极生物传感芯片，其特征是工作电 极是由离子选择性膜形成；参比电极是由Ag/AgCl形成；辅助电极是金膜本身。
4、 根据权利要求l所述离子选择性固体平面金电极生物传感芯片，其特征是离子选 择性测试工作区，由平面夹缝型虹吸形成。
5、 根据权利要求3或4所述离子选择性固体平面金电极生物传感芯片，其特征是离子选择性膜电极、参比电极，辅助电极和平面夹缝型虹吸的位置在产品平面的任何位置。
6、 根据权利要求1或2所述离子选择性固体平面金电极生物传感芯片，其特征是各个独立金电极是由激光刻蚀完成，所述激光刻蚀宽度在i0纳米到1毫米之间，形成的金电极 宽度不小于100纳米，长度大于20 mm。
7、 根据权利要求3所述离子选择性固体平面金电极生物传感芯片，其特征是离子选择 性膜，参比电极Ag/AgCl厚度在50纳米到50微米范围，其宽度不小于50纳米。
8、 根据权利要求l所述离子选择性固体平面金电极生物传感芯片，其特征在于所述 基片材料包括塑料片，PET， PVC， ABS，聚酰胺类，改性PP，醋酸纤维素和改性醋酸纤维素， 硝酸纤维素和改性硝酸纤维素，聚苯乙烯，聚甲级丙烯酸脂类，聚丙烯酸脂类非导体材料； 基片厚度为0. 05mm 2mm。
9、 根据权利要求l、或2、或3、或4所述离子选择性固体平面金电极生物传感芯片， 其特征在于各个电极的几何特征在于所述离子选择性固休平面金电极生物传感芯片及其 内部各个部位的几何形状可以至少是矩形、梯形、三角形、圆、半圆、椭圆之一，也包括 各种形状的组合体。
10、 一种用于权利要求l所述离子选择性固体平面金电极生物传感芯片的制作方法，其 特征是，制备步骤如下-(1) 在基板上制备金纳米薄膜即把几个纳米厚到几百个纳米厚的金膜载到塑料基板上；(2) 用激光刻蚀法，在载有金膜的塑料板上刻蚀出离子电极所需要的金导电电极线路板；(3) 在电极板上印上或涂上Ag/AgCl参比电极；(4) 在电极板上印上或涂上一个或一个以上离子选择性膜；(5) 在印/涂好所有功能材料后，用覆膜法将塑料片覆盖在电极上使其形成微型虹吸通 道，成为离子选择性电极的雏形；(6) 剪裁，包装。
全文摘要
本发明涉及一种离子选择性固体平面金电极生物传感芯片及制造方法。属医疗用电解质离子快速检测技术领域。金电极生物传感芯片含有基片，其上附着纳米级别金膜，形成离子选择性膜电极、参比电极和辅助电极。所述工作电极，参比电极和辅助电极之上覆盖塑料片膜形成虹吸工作区。参比电极是由Ag/AgCl形成。辅助电极是金膜本身。测试液体通过虹吸进入平面夹缝型虹吸通道，再通过工作电极、参比电极和辅助电极完成。本发明的有益效果是制造成本低，而且可以结合现代和经典传统成熟工艺进行超大规模生产。
文档编号G01N27/333GK101144791SQ200710131898
公开日2008年3月19日 申请日期2007年9月7日 优先权日2007年9月7日
发明者张祥成 申请人:张祥成