专利名称：改善试剂沉积的被分析物测试片的制作方法
技术领域：
100011本发明描述了被分析物、系统、测试片和方法。具体而言，本发
明提供了测试片，其包括基底、导电材料和导电材料的隔离部分。所述 基底具有通常是平面的表面，所述平面从第一端延伸至第二端。导电材 料分布于通常是平面的表面上，以限定互相间隔的多个电极。导电材料 的隔离部分位于至少两个电极之间，由此使得隔离部分无法与所述多个
电才及电连通。
，，， ，7背景技术、 、… 壯'，，、
于疾病(如糖尿病)的治疗和管理之中。糖尿病患者通常每天数次采用 此类方法监测其血糖浓度。
|0003j电化学方法一般依赖于电流、电势或累积电荷与被分析物浓度之 间的相互关系，通常与试剂共同使用。当试剂与被分析物结合时会产生 电荷载体。用于完成测试的电化学生物传感器通常是一次性测试片，其 上面已分布了试剂。所述试剂与生物流液(如血液)发生化学反应。测 试片与测试仪匹配，以使测试仪能够测量被分析物和试剂之间的反应， 从而测定被分析物的浓度。对于基于电化学的测试片而言，电信号通过 测试片上的电接触垫和测试仪试片端口连接器内的触点被传输到测试 仪。在另一方面，本发明还提供了测量流体样本中被分析物浓度的测 试片。该测试片包括基底材料。参比电极分布于基底之上，所述基底带 紧邻参比电极的第一工作电极。第二工作电极分布于基底之上，其紧邻 第一工作电极。导电材料的隔离部分紧邻第一和第二工作电极之一，并 远离参比电才及。
I0009J在另一方面，本发明还提供了被分析物测试片的制备方法。该方
法是通过下列方式实现的在基底上分布一层导电材料，并除去导电材 料层的选择部分，以限定多个电极。至少一个导电材料的隔离岛与所述 电极中的任一个以50微米或更小的距离相分离，从而使所述岛与所述 电才及电隔离。图IB图示了
图1A测试片的一端的自顶向下特写视图(close-叩 top down view);图ID是图1C所示测试片装配后的俯视00161图IE是示例性实施方案的图1A和IB所示测试片的导电层
的俯视图；图3B是另一个原型的彩色显微照片，它图示了当暴露基底的间 隙大于本文所述的间距时试剂的较差分布；
|002l|图4是示例性测试仪的俯^L图，该测试仪可与图1A-1E及2A -2B所示测试片一同使用。
具体实施例方式如本文所用的，用于任何数值或范围的术语"约"或"近似"表示适
当的尺寸公差，该尺寸公差允许部件或组件集按本文所述的预定用途起 作用。此外，如本文所用的，术语"患者"、"宿主"和"受试者"指的是任 何人或动物受试者，无意将该系统或方法局限于人类使用(尽管将本发 明用于人类患者是优选的实施方案)。图1A和IB图示了一个示例性实施方案，其中，提供的测试片90 有第一端3和第二端4。第一端或远端3包括图1B所示的生物传感 部分。第二端或近端4包括电接触部分。
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导电层50还包括第一隔离部分52、第二隔离部分54和任选 的第三隔离部分56。第一隔离部分52和第二隔离部分54可通过使其 为疏水性的暴露基底5的表面积最小化来促使试剂涂层均匀。第三隔 离部分56可以是任意形状(如三角形)，它提供了将流体吸收到样本 收集室84中的毛细管力，从而有利于测试片90的填充。参比电极10和 第一隔离部分52的距离为约2微米至约50微米，通常为约20微 米。在图1B中，间隙Al和A2形成于电才及14周边边缘和隔离部分 56周边边缘之间；间隙A3和A4形成于隔离部分54的边缘和相应 电极12、 14的边缘之间；间隙"A5"和"A6"形成于隔离部分52周 边边缘和电极12的周边边缘之间，为约2微米至约50微米，通常 为约20微米。Al、 A2、 A3、 A4、 A5、 A6各间隙均为约2微米至约50 微米，通常为约20微米。尽管这些间隙在间隙距离上的宽度优选相同， 但是只要间隙中的任 一 个为约2微米至约5 0微米，则其他实施方案便可 以采用不相等的间距距离。
|0030|第一隔离部分52和第二隔离部分54的宽度通常为120微米至200微 米。当通过激光烧蚀除去宽度约为20微米的导电材料线以在导电层50上 生成电极和隔离部分图案时，自基底5表面除去低于10%的导电层50。 尽可能少地除去导电材料以降低基底5和导电层50之间的表面能差，而 没有使测试片电极短路。其优点是可以使试剂22更好地粘附于导电层 50,从而能够控制试剂涂层图案和干试剂22的耐久性。
任何导电材料均能够用于导电层，如金、钇、铱、柏、铑、不
锈钢、掺锡氧化物、碳及类似物。在一个实施方案中，用于导电层的材
料可以是碳墨，例如描述于美国专利5653918中的那些。在另一个实施 方案中，用于导电层的材料可以是溅射的金属，如厚度为约15纳米至约 35纳米的金或钯。在使用金做导电层材料的实施方案中，賊射导电层通 常用亲水性材料涂覆，以有利于试剂涂覆(如美国专利6716577所述)。 示例性亲水性材料包括浓度为约0.05%至约0.2 %的2-巯基乙璜 酸钠。也可将表面活性剂添加至含有亲水性材料的金的涂料溶液中，以 助于均匀涂覆。示例性表面活性剂包括浓度为约0.01%至约0.05% 的PluronicF87和浓度为约0.01%至约0.05%的PluronicP103。
Cl3，简称六亚曱基四胺钌)。适合用于各种实施方案的 緩冲剂的实例可包括磷酸盐或柠康酸盐。适合用于各种实施方案的试剂 配制剂或油墨的实例可在美国专利5708247和6046051 、公开的国际申请 WO01/67099和WO01/73124中找到。
0035]在一个实施方案中，配制剂可包括pH值约为7的200mM的磷酸盐 緩冲液，以及浓度约5%或以更高的六亚曱基四胺钌媒介物(优选是10 %或更高，更优选是约15%至约20% )(百分比基于媒介物的重量/緩冲 液的体积)。将pH值选择为在7左右是因为使用六次亚甲基四胺钌作为 媒介物时，葡萄糖氧化酶在该pH值下活性足够高。六亚曱基四胺钌含量 的上限基于其溶解度。当酶油墨被配制为具有大于20 %的六亚曱基四胺 钌浓度时，测试过程中未溶的六亚曱基四胺钌固体颗粒存在于试剂层22 中。未溶解的六亚曱基四胺钌的存在导致测试片对测试片的精确度下降。当酶油墨被配制为具有小于15%的六亚曱基四胺钌浓度时，测试电 流值的大小将随着六亚甲基四胺钌的浓度下降。 一般而言，测试电流值 的大小依赖于六亚曱基四胺钌的浓度是不想要的，因为六亚曱基四胺钌 浓度的微小变化也会导致测试电流值的可变性，从而将增加各个批次测 试片的可变性。试剂层22可任选包括基质材料。该基质材料不仅能在存在流体样 本的情况下帮助试剂层22留存于导电层表面50上，并同时具有疏水和亲 水区。有用的基质材料包括亲水性粘土、高呤土、滑石、硅酸盐、硅藻 土或二氧化硅，如Cab-o-SH⑧TS-610或Cab-o-SU⑧TS-530 (美国波士顿 Cabot Corporation)。尽管不希望被任何特定理论所约束，但确信在存 在样本的情况下二氧化硅会形成凝胶网络，这可有效保持电极表面的涂
层。其他有用的基质材料包括聚合物材料，如藻酸钠、聚乙二醇、聚氧 乙烯、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚合的乳胶材料、聚醚砜、丙烯酸和 甲基丙烯酸聚合物以及衍生于淀粉、纤维素和其他天然多糖、聚酰胺或 胶原蛋白的聚合物。美国专利5708247在实施例1中披露了 一种有用的涂 层组合物的实例。试剂层22也可任选包括至少一种稳定剂(如清蛋白、 蔗糖、海藻糖、甘露醇或乳糖)、调整粘度的制剂(如羟乙基纤维素)、 防泡沫剂(如DC1500 )，以及至少一种润湿剂(如聚乙烯基吡咯烷酮或 聚醋酸乙烯酯)。现在参见图2A,测试片IOO另一个示例性实施方案图示于展开的 透视图中。测试片100包括布置在基底105上的多个层。这些层可包括导 电层150、试剂层122、间隔层160和具有亲水性粘合剂涂层的顶层180。 测试片IOO可在 一 系列步骤中制备，其中可使用美国授权前出版物 US20050096409A1以及公开的国际申请WO2004040948A1 、 WO2004040290A1 、 WO2004040287A1 、 WO2004040285A2 、 WO2004040005Al、 WO2004039897A2、 WO2004039600A2中描述的丝 网印刷工艺，使导电层150和试剂层122相继在基底105上沉积。在替代 性的实施方案中，可采用喷墨工艺使试剂层122在基底105上沉积。美国 专利6,179,979描述了喷墨工艺的实例。另 一替代性的将试剂层22沉积在 导电层50上的工艺包括按需即喷印刷工艺。间隔层160和顶层180可从巻 料中取出并层压在基底105上。在另一个替代性实施方案中，采取溅射 工艺来施用导电层150，并通过激光烧蚀、激光蚀刻或雕刻等机械手段 在导电层150上生成图案，由此只有少于10%(或者更通常情况下，少于 6% )的导电层150被除去。测试片100包括远端103和近端104,如图1A 和1B所示。
100421 如图2B所示，完全组装的测试片IOO包括入口 182。血液样本 可通过入口 182吸入到达样本收集室184之中。切断测试片IOO的远端部 分103可形成入口 182。血液样本纟皮施用到入口 182以填充样本收集室 184，以能够对葡萄糖进行测量。间隔层160的U形开口边缘与试剂层122 相邻，各自限定了样本收集室184的壁。样本收集室184的底部或"底层" 包括基底105和导电150的一部分，顶部或"顶层"包括远端顶层180。10043制造测试片90或100时要提供基底5，在基底5上将一层通常均匀的 导电材料层沉积于整个基底的表面，优选通过溅射沉积。之后，利用激
光烧蚀形成导电图案150。在一种技术中，控制激光束运动以形成包括 导电层中的烧蚀间隙"A1"、 "A2"、 "A3"、 "A4"、 "A4"、 "A5"、 "A6，，等 的电极图案，以使得这些间隙优选是50微米或以下，最优选约20微米。 在另 一个实施方案中，用以限定电极图案的带孔掩模被置于烧蚀激光和 基底及导电层之间，从而在合适的时间范围内，如不超过100纳秒，用 足够大的能量和密度烧蚀导电层。激光烧蚀可采用多种技术，例如 《/7a6〃'c ,/o" rec/ww艦v 朋(i 77ze//- 々/ "c"/7o/w /1。 尸rodwce 7Vove/
C1997年，SPIE3223巻;作者Erol C. Harvey等;地址Exitech Ltd., Hanborough Park, Long Hanborough, Oxford, UK, Hanborough Park, Long Hanborough, Oxford, UK;以引用方式引入本文)中描述的技术。无论使 用何种技术，导电层150包括参比电极110、第一工作电极112、第二工 作电极U4、参比接触垫lll、第一接触垫U3、第二接触垫115,且测试 片检测接触垫117可形成于导电层或金层之中，正如图A.2A和2B所示。 参比接触垫lll、第一接触垫113、第二接触垫115和测试片检测接触垫 117提供连接到测试仪的电连接，以便收集数据和测量值。
导电层150还包括第一隔离部分152,第二隔离部分154和任选的第 三隔离部分156。第一隔离部分152和第二隔离部分154可通过使其为疏 水性的暴露基底105的表面积最小化，来促使试剂涂层均勻。第三隔离 部分156可以是任意形状(如三角形)，它提供了将流体吸收到样本收 集室184中的毛细管力，从而有利于测试片100的填充。第三隔离部分156 还包括开孔159,由此穿过导电层150和基底05。开孔159作为测试片100 的排放口。开孔159可通过激光或机械打孔形成。开孔159能够在层压测 试片所有组件后形成，从而减少装配成本和错误。开孔159优选为约40 微米至约400微米的圆形。
10045参比电极110和第 一 隔离部分152的距离为约2微米至约50微米，通 常为约20微米。第一隔离部分152和第一工作电极112的距离为约2微米 至约50微米，通常为约20微米。同样，第一工作电极112和第二隔离部 分154之间的距离以及第二隔离部分154与第二工作电极114之间的距离 均为约2微米至约50微米，通常为20微米。同样，第二工作电极114和第三隔离部分156之间的距离为约2微米至约50微米，通常为20微米。第一 隔离部分152和第二隔离部分154的宽度通常为约120微米至约200微米。 当通过激光烧蚀除去宽度约为20微米的导电材料线以在导电层150上生 成电极和隔离部分图案时，自基底105表面上除去低于10%的导电层 150 。尽可能少地除去导电材料以减少基底105和导电层的150之间的表 面能差，而没有使测试片电极短路。其优点是可以使干试剂更好地粘附 于导电层15 0,从而能够控制试剂涂层图案和干试剂垫的耐久性。0046]导电层50或150还包括在测试片100远端103的抗静电条158。在用 血液填充测试片的过程中，当测试片IOO与患者接触时，抗静电条158有 助于散去进入到导电层150之中的的静电荷。通过使疏水性的暴露基底 105的表面积最小化，抗静电条158还有助于试剂涂层的均匀性；通过提 供将液体吸收至样本收集室184之中的毛细管力，抗静电条158还有助于 测试片IOO的填充。Cl3，简称六亚甲基四氨钌)。适合用于各种实施方案的 緩沖剂的实例可包括磷酸盐或柠康酸盐。适用于不同实施方案的试剂配 制剂或油墨的实例可在美国专利5J08,247和6，046,051,以及公开的国际 申请WOO 1 /67099和WOO 1/73124中找到。
0050j在一个实施方案中，配制剂可包括pH值约为7的200mM磷酸盐緩 冲液，以及浓度约5%或更高的亚甲基六氨钌媒介物(优选是约10 %或以 上，仍然更优选是约15%至约20 %)(百分比基于媒介物的重量/緩冲 液的体积)。pH值选择在7左右是因为使用钌六亚曱基四胺作为媒介物 时，葡萄糖氧化酶在该pH值下活性足够高。六亚甲基四胺钌的含量上限 基于其溶解度。当酶油墨被配制为具有大于20%的六亚曱基四胺钌浓度 时，测试过程中未溶解的六亚曱基四胺钌固体颗粒存在于试剂层22中。 未溶解的钌六亚甲基四胺的存在导致测试片对测试片的精确度下降。当 酶油墨被配制为具有小于15 %的六亚甲基四胺钌浓度时，测试电流值的 大小将随着六亚甲基四胺钌的浓度下降。 一般而言，测试电流值的大小 依赖于六亚曱基四胺钌的浓度是不想要的，因为六亚曱基四胺钌浓度的 微小变化导致测试电流值的可变性，从而将增加各个批次测试片的可变 性。
0051在一个实施方案中，配制剂可具有约1500单位/毫升至约50000单 位/毫升(通常是约18000单位/毫升)的酶活性。可以选择酶活性范围从 而使只要酶活性处于该范围内葡萄糖电流就不依赖于配制剂中酶的活 性水平。酶的活性应足够大，以确保产生的葡萄糖电流不依赖酶活性的 微小变化。举例来说，如果酶活性小于1500单位/毫升，葡萄糖电流则依 赖于配制剂中酶活性的量。另一方面，就酶活性水平大于50000单位/毫 升而言，如果葡萄糖氧化酶不能充分溶解于配制剂中，就产生溶解度问 题。此外，配制剂中过多的酶会导致高的测试片成本。葡萄糖氧化酶可 /人美国力口州圣i也亚哥的Biozyme Laboratories International Limited商购。如果酶活性单位是基于pH值7、 25。C的邻联茴香胺测试，则葡萄糖氧化 酶可具有约250单位/毫克的酶活性。
I0052J试剂层122可任选包括基质材料。该基质材料不仅能在存在流体样 本的情况下帮助试剂层122留存于导电层表面150上，并同时有疏水和 亲水区。有用的基质材料包括亲水性粘土、高岭土、滑石、硅酸盐、硅 藻土或二氧化硅，如Cab-o-Si1⑧TS-610或Cab-o-Si产TS-530 (美国波士 顿Cabot Corporation制造)。尽管不希望被任何特定理论所约束，但 确信在存在样本的情况下二氧化硅会形成凝胶网络，这可有效保持电极 表面的涂层。其他有用的基质材料包括聚合物材料，如藻酸钠、聚乙二 醇、聚氧乙烯、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚合物乳胶材料、聚醚砜、 丙烯酸和曱基丙烯酸聚合物；衍生于淀粉、纤维素和其他天然多糖、聚 酰胺或胶原蛋白的聚合物。美国专利5708247在实施例1中披露了的有用 的涂层组合物的实例。试剂层122也可任选包含至少一种稳定剂，如清 蛋白、蔗糖、海藻糖、甘露醇或乳糖，调整粘度的制剂，如羟乙基纤维 素，防泡沫剂，如DC1500,以及至少一种润湿剂，如聚乙烯基吡咯烷酮 或聚乙烯醇。现在参见图4，图1A-1C (或图2A-2B)所示测试片卯(或测试 片100)典型地通过电连接器202与测试仪200或其他电气设备相连接， 电连接器202被设置为与测试片90末端在接触垫11、 13、 15和17连接接 触。测试仪200通常包括稳压器或其他组件，从而为测试片90的电极提 供电势和/或电流。测试仪通常还包括处理器(如微处理器或硬件)，可 以从测试片信号测定被分析物浓度。测试仪还包括显示器204，可显示 由测试片信号测定的结果，如被分析物浓度、被分析物浓度的变化率和 /或超出阈值的被分析物浓度(举例来说，表明了低/高血糖)。0063虽然对本发明的具体变量和说明性特征方面做了描述，但本领域 的普通技术人员将认识到本发明并不仅限于所描述的变量或特征。此 外，尽管上述方法和步骤表明某些情况下是按特定顺序发生的，但本领
18域的普通技术人员将认识到某些步骤的顺序可能会被修改，且此类修改 是根据本发明变化作出的。另外，只要可能，某些步骤可能在平行的进 程中同时实施，也可能如上所述顺序实施。因此，对于本发明存在的变 化而言，且这些变化符合公开的精神或与权利要求中记载的发明相等 同，则本专利也将涵盖这些变化。最后，本说明书中引用的所有出版物 和专利申请以引用的方式全文卩I入本文，就如同在本说明书中具体和分 别陈述了各单独出版物或专利申请一样。
权利要求
1.被分析物测试片，其中包括具有通常是平面的表面的基底，所述表面从第一端延伸至第二端；分布于该通常是平面的表面之上的导电材料，以限定互相间隔的多个电极；及分布于至少两个电极之间的导电材料的隔离部分，以使得所述隔离部分无法与所述多个电极电连通。
2. 权利要求1所述的测试片，其中隔离部分的宽度为约120微米至 约200微米。
3. 权利要求1所述的测试片，其中一电极与隔离部分之间的距离以 及隔离部分与另一电极之间的距离为约2微米至约50微米。
4. 权利要求1所述的测试片，其中少于10%的导电材料被从该多个电极除去。
5. 权利要求1所述的测试片，还包括导电材料的另一隔离部分，其 远离第 一端和任一 电极，由此使得当用沉积在测试片上的流体样本填充 测试片时毛细管作用被协助。
6. 权利要求1所述的测试片，其中电极和导电材料的隔离部分用亲 水性材料涂覆。
7. 测量流体样本中被分析物浓度的被分析物测量系统，其中包括 测试仪，所述测试仪包括用于在参比电极和工作电极之间施加测试电压的电路； 信号处理器；及测试片，所述测试片包括具有参比电极和工作电极的基底， 该参比电极和工作电极被导电材料的隔离部分分隔， 由此使得当用流体样本填充测试片时毛细管作用被协助。
8. 权利要求7所述的系统，其中隔离部分的宽度为约120微米至约 200微米，并且其中参比电极和隔离部分的距离以及隔离部分与工作电 极之间的距离为约2微米至约50微米。
9. 权利要求7所述的系统，其中少于10%的导电材料被从参比电极 和工作电极除去。
10. 用于测试流体样本中被分析物浓度的测试片，所述测试片包括基底材料分布于基底上的参比电极；分布于紧邻参比电极的基底上的第一工作电极；分布于紧邻第一工作电极的基底上的第二工作电极；以及 导电材料的隔离部分其紧邻第一和第二工作电极中的之一，并远离 参比电才及。
11. 权利要求io所述的测试片，还包括位于参比电极和工作电极 之间的第一隔离部分，位于第一工作电极和第二工作电极之间的第二隔 离部分，且其中的参比电极、第一工作电极、第二工作电极以及导电材 料的隔离部分均涂覆有亲水性材料。
12. 权利要求11所述的测试片，其中亲水性材料包括2-巯基乙璜酸钠。
13. 权利要求IO所述的测试片，其中隔离部分包括基本上是三角形的部分。
14. 权利要求10所述的测试片，还包括穿过导电材料的隔离部分 和穿过基底的开口。
15. 权利要求10所述的测试片，其中少于10%的导电材料从参比 电极和工作电极上除去。
16. 权利要求10所述的测试片，其中隔离部分的宽度为约120微 米至约200微米。
17. 权利要求IO所述的测试片，其中参比电极与第一隔离部分之间 的距离以及第 一隔离部分与工作电极之间的距离为约2微米至约50微 米。
18. 制造被分析物测试片的方法，所述方法包括 在基底上分布一层导电材料；及移除导电材料层的选择部分以限定多个电极，其中至少 一个导电 材料的电隔离岛与电极中的任 一 个以5 0微米或更小的距离相分离，以 使所述岛与电极电隔离。
19. 权利要求18所述的方法，其中所述除去包括在低于100納秒 时间内，宽场(broad field)激光烧蚀导电材料层。
20. 权利要求18所述的方法，还包括用一层材料涂覆电极和至少一 个电隔离岛，以使这种表面具亲水性。
21. 权利要求18所述的方法，还包括在至少两个电极和至少一个岛之上分布试剂层。
22. 权利要求21所述的方法，还包括使覆盖层与导电层相连接。
23. 权利要求22所述的方法，还包括形成一个室，其由试剂层表面、 覆盖层壁以及室之上的顶盖限定。
24. 权利要求23所述的方法，其中所述除去包括烧蚀导电层以形成 第一和第二电极，其中，第一岛位于第一电极和第二电极之间，第二岛 位于第三电极和第二电极之间，第三岛与第三电极紧邻。
25. 权利要求24所述的方法，还包括在基底和导电层中穿孔。
全文摘要
本发明涉及改善试剂沉积的被分析物测试片。描述了被分析物、系统、测试片和方法。在一个实例中，提供了测试片，其包括基底、导电材料和导电材料的隔离部分。所述基底具有通常是平面的表面，所述平面从第一端延伸至第二端。导电材料分布于通常是平面的表面上，以限定互相间隔的多个电极。导电材料的隔离部分位于至少两个电极之间，由此使得隔离部分无法与所述多个电极电连通。
文档编号G01N33/50GK101551355SQ20081021274
公开日2009年10月7日 申请日期2008年9月4日 优先权日2007年9月4日
发明者K·梁, M·特奥多尔奇克, R·达托 申请人:生命扫描有限公司