具有Mn2O3催化剂的传感器及其制造方法与流程
本发明涉及一种检测样品中的被分析物的方法，其包括以下步骤：
S1：提供传感器，所述传感器包含导电材料和叠加在至少一部分所述导电材料上以形成工作电极的第一电极材料；其中当被分析物存在于样品中时，所述第一电极材料适合于进行至少一种检测反应，其中所述第一电极材料包含Mn2O3；
S2：将电压施加到所述工作电极，其中所述电压选自样品中的H2O2将在工作电极上还原的电压范围。而且，本发明涉及用于检测样品中的被分析物的传感器，所述传感器包括以下：基材，其中所述基材包括传感器表面；叠加了传感器表面的至少一部分的导电材料；和叠加在所述导电材料的至少一部分上以形成工作电极的第一电极材料，其中当被分析物存在于所述样品中时，所述第一电极材料适合于进行至少一种检测反应，其中所述第一电极材料包含Mn2O3颗粒。此外，本发明涉及制造用于检测样品中的被分析物的传感器的方法，其包括以下步骤：提供基材，其中所述基材包括传感器表面，并且其中传感器表面的至少一部分被第一导电材料叠加；和将第一电极材料施加到第一导电材料的至少一部分上以形成第一电极，其中当被分析物存在于所述样品中时，所述第一电极适合于进行至少一种检测反应，其中所述第一电极材料包含Mn2O3颗粒。此外，本发明涉及用于检测样品中的被分析物的传感器系统，所述传感器系统包含至少一个根据本发明的传感器，所述传感器系统进一步包含至少一个检测器装置，其中所述检测器装置可电连接到所述工作电极和连接到至少一个另外的电极，其中所述检测器装置适合于测量至少一个参数，所述参数选自所述工作电极与所述另外的电极之间的电流和所述工作电极与所述另外的电极之间的电压或其混合。
背景技术：
在许多技术领域中传感器和特别是生物传感器被用来分析样品以测定存在于样品中的被分析物的浓度和/或以确定样品的其他参数。技术领域可以是水质分析，特别是饮用水，食品工业、军事和医学等。
本文所使用的术语生物传感器通常指用于通过使用至少一种生物检测材料检测样品中的至少一种被分析物的传感器。作为一个例子，所述至少一种生物检测材料可以为或可以包含酶、受体和抗体中的至少一种用于所述检测。此外，所述至少一种检测反应可以包含一种或多种额外的组分，如催化剂、辅酶、介体(mediator)和染料中的一种或多种。
由此，通常，传感器和，更优选地，生物传感器，可以包含至少一种检测材料，其可以适合于与待检测的被分析物一起进行至少一种检测反应和/或其在被分析物的存在下可以适合于改变至少一种可检测的性能，如电性能和/或物理性能，如颜色和/或反射。在所述传感器为生物传感器的这种情况下，如上所述，所述至少一种检测材料优选包含至少一种酶，并且所述检测反应优选为或包含酶促反应。往往，转化这种酶促反应的产物以生成可检测的部分。对于该转化，往往施加催化剂。
使用金属氧化物作为生物传感器的催化剂在本领域是已知的。所述催化剂加速所述H2O2的转化反应，其由被分析物特异性酶构建。例如，在文献EP 0 603 154 A2中，生物传感器的电极材料包含氧化锰（IV）（MnO2）。在该文献中提到了催化剂的其他例子：FeOOH、Fe3O4、Fe2O3、Cr2O3和V2O5。以350-500 mV的电压使用所述传感器。这些工作电压范围的风险是样品中的其他组分（如其他代谢产物或药物）的不期望的反应。可以在提到的350-500mV的电压范围内氧化的代谢产物为尿酸和抗坏血酸等等。可以在该电压范围内氧化的药物的一个典型的例子为对乙酰氨基酚。这些组分在电极上的氧化导致电极信号的不明确的增加。不可能区分由H2O2的被分析物相关反应导致的信号和其他组分的不期望的反应导致的信号。由此，所述传感器信号是两种反应的混合。由于在检测之后不能分开这些信号，所述被分析物的信号被反映其他组分的浓度的信号过载(overload)。这些测量导致所述被分析物的错误的和不精确的检测。
在使用六氰高铁酸盐的现有技术中也提到了使用在负电压范围内导致被分析物还原的催化剂。然而, 由于在约-0.1至-0.2 V的负电压范围内减少了氧，该方法也不导致减少的交叉反应。
需要适用于生物系统（如病人的身体）的传感器以精确和可重复的方式检测被分析物，如葡萄糖或其它代谢产物。目前为止,已知有许多传感器，其都表现与往往存在于活体中的许多代谢产物或分子的高交叉反应性。
待解决的问题
由此本发明的一个目的为减少或甚至克服本技术领域的至少一个缺点。
具体地，本发明的一个目的为提供检测被分析物的方法和传感器，其能提供精确和可重复的结果。
此外，本发明的一个目的为提供检测被分析物的方法和传感器，其表现对所述被分析物的高特异性和与所述样品中除了所述被分析物之外的其他成分的低交叉反应性。
此外，本发明的一个目的为提供检测被分析物的方法和传感器，其在所述被分析物的宽的浓度范围内具有高灵敏度。
另外，本发明的一个目的为提供检测样品中的被分析物的传感器系统，其能精确并可重复地工作。
本发明的另一目的为提供制造用于检测被分析物的传感器的简单和低本高效的方法。
技术实现要素：
对至少一个上述目的的解决方案的贡献由形成独立权利要求类别的主题提供，其中它们的从属子权利要求代表本发明的优选实施方案，其主题同样为解决至少一个目的做出了贡献。
以下使用的术语“具有”、“包含”或“包括”或其任何任意语法变体被以非排他性方式使用。由此，这些术语可以既指除了由这些术语引入的特征之外，在该上下文记述的实体中不存在其他特征的情况，又指其中存在一个或多个其他特征的情况。作为一个例子，表述“A具有B”、“A包含B”和“A包括B”可以既指其中除了B之外，没有其他元素存在于A中的情况(即，其中A仅仅并唯一地由B构成的情况)，又指其中除了B之外，在实体A中存在一个或多个其他元素,如元素C、元素C和D或甚至其他元素的情况。
本发明的第一方面为检测样品中的被分析物的方法，其包括步骤：
S1.提供传感器，所述传感器包括：
a.导电材料；
b.叠加在所述导电材料的至少一部分上以形成工作电极的第一电极材料，
其中当被分析物存在于样品中时，所述第一电极材料适合于进行至少一种检测反应，其中所述第一电极材料包含Mn2O3颗粒；
S2.将电压施加到所述工作电极；
其中所述电压选自其中所述样品中的H2O2将在所述工作电极上还原的电压范围。
可以通过本领域技术人员在检测样品中的被分析物的方法中将选择用来提供传感器的任何方式来实现提供传感器。提供可以是用于待被样品或包含所述被分析物（如身体，特别是身体的组织）的组件接触的传感器的至少一部分的任何方式。提供传感器的例子为将传感器放在基材上，使传感器接触样品，将传感器插入或植入身体中，和将传感器固定到包含所述样品的身体。
可以以至少所述工作电极可以被样品接触的方式，通过将所述传感器放在基材（如台、箔或任何其他基材）上来实现将传感器放在基材上。也可以以至少使所述工作电极与所述被分析物或样品接触为目标，通过将传感器的至少一部分固定到组件（如机器）上来实现放置传感器。
优选通过使所述传感器的至少一部分，特别是所述工作电极，与所述样品接触来实现使传感器接触样品。对于体外传感器,可以通过将传感器至少部分地浸到样品液体中来实现所述接触。或者，可以通过施加装置将所述样品施加到所述传感器，特别是所述工作电极。所述施加装置可以选自移液管、打印机、海绵或其至少两种的组合。对于体内传感器，可以通过使至少所述传感器的工作电极接触到活体，例如人体的组织，来实现所述接触。
优选通过使用插入装置来实现将传感器插入或植入身体中。可以安排所述插入装置进入活体的体内。所述插入装置优选提供尖端以进入活体体内。或者，所述传感器本身可以在一端提供尖端以使所述传感器进入活体的组织。
可以通过将传感器固定到活体的组织来实现将传感器固定到身体。所述组织可以是位于活体的内部或外部。所述组织可以选自皮肤或粘膜。所述皮肤可以位于使用者的身体上的任何地方。所述粘膜可以优选地位于鼻子内部、嘴巴内部或耳朵内部。
下面将提供关于传感器的任选的尺寸、材料和其他特性，其中更详细地记述和定义了所述传感器。下面记述的传感器和传感器系统的所有尺寸、材料、几何图形和与其他组件的关系也适合于本发明的方法。
可以通过使用能够在所述工作电极和另外的电极（如计数器或参比电极或两者）之间产生电压的装置来实现将电压施加到所述工作电极。通常使用提供直流电压的电源。所述装置可以选自恒电位仪、电池、蓄电池、供电单元或其至少两种的组合。优选地，使用恒电位仪为工作电极供应电压。为了实现将电压施加到所述工作电极，可以将电源连接到所述传感器的触点引线，其在下面针对传感器有详细记述。通过电压调节器可以调节施加到所述工作电极的电压。当将施加了电压的工作电极与所述样品接触时，所述样品中的H2O2分子将与所述工作电极发生反应。H2O2分子在所述工作电极上的反应在所述传感器中引发电流，其可以通过检测装置测量。测量的电流优选与所述样品中的H2O2的量成正比。至少在特定的电压范围内，H2O2分子在所述工作电极上的反应速度直接取决于H2O2分子在所述样品中的扩散速度。这导致H2O2分子的扩散控制的测量并导致对于特定H2O2浓度测得的特定电流，也称为扩散阈值电流。因此，测量的电流信号的改变在该扩散控制的电压范围内与H2O2浓度的改变成正比。在该特定的扩散控制的电压范围内，提高或降低施加到所述工作电极上的电压不会改变H2O2分子的反应速度。
在本方法的一个优选的实施方案中，如果与包含具有3 m KCl的Ag/AgCl的参比电极相比，所述工作电极的电压在50-150 mV的范围内。对电极、参比电极或两者都可以包含石墨。所述参比或对电极可以具有在0.1-10mm2的范围内，或在0.5-5mm2的范围内，或在1-2mm2的范围内的尺寸。所述对电极的尺寸可以使得其中额外的参比电极是不必要。例如，所述对电极具有其中在所述传感器测量电流的操作过程中，电位改变不超过10 mV的尺寸。优选地，所述传感器测量在-100nA-100 nA的范围内，或在-50nA-50nA的范围内，或在-20nA-20nA的范围内的电流。
另一方面，提供了用于检测样品中的被分析物的传感器，所述传感器包含：
i. 基材，其中所述基材包括传感器表面，
ii. 叠加在所述传感器表面的至少一部分上的导电材料，
iii. 叠加在所述导电材料的至少一部分上以形成工作电极的第一电极材料，
其中当所述被分析物存在于所述样品中时，所述第一电极材料适合于进行至少一种检测反应，其中所述第一电极材料包含Mn2O3颗粒。
根据本发明的传感器也可以用于本发明的方法。如本文所用的，传感器是一种能够检测样品中的至少一种被分析物的装置。为了该目的，所述传感器可以适合于在与被分析物接触时产生检测信号和/或改变至少一种可检测的性能。如本文所用的，被分析物为待检测的特定化合物或化合物的组合。可检测信号通常以可重复的方式与被分析物的浓度相关。如上所述，所述传感器可包含至少一种检测材料，其适合于与待检测被分析物进行至少一种检测反应和/或其适合于在被分析物的存在下改变至少一种检测性能，如光学性能和/或电性能。所述传感器可以优选为能够检测包含或能够生成H2O2的任何被分析物的任何传感器。作为一个例子，所述被分析物的检测可以基于光学检测或电化学检测。优选地，所述检测基于电化学检测。
由此，优选地，根据本发明的传感器为或包括用于检测至少一种被分析物的电化学传感器。本文所用的术语电化学传感器通常指具有至少两个传感器电极的传感器，并且其适合于基于至少一种电测量，如电流和/或电压的测量，检测所述至少一种被分析物的浓度。所述至少两个传感器电极可以包括至少一个工作电极，其电势可以根据待检测的被分析物的浓度而变，和，进一步地，至少一种其他元件，如至少一个参比电极和/或至少一个对电极。所述工作电极可以包含一种或多种检测材料。所述检测材料可以为所述第一电极材料的一部分，可以构成第一电极材料，或所述第一电极材料可以为所述检测材料的一部分。电流和/或电压可以被测量并且可以被用作被分析物的浓度的量度。在WO 2007/071562 A1中公开了也可以用在本发明的上下文中的测量设置的例子。然而，此外或作为替代地，可以使用其他测量设置。
所述检测可以为直接检测或间接检测。直接检测可以为允许在没有被分析物的进一步反应或改变的情况下检测被分析物的检测。例如，这可以为被分析物的光学性能的检测，如折射率。间接检测可以为由被分析物的检测反应和/或改变引发的生成的化合物的检测。被分析物在检测反应和/或改变中的改变可以选自构象、颜色、电荷、组成、溶解度、聚集状态或其至少两种的混合的改变。例如，所述改变可以为被分析物与传感器的化合物的反应，借以构建了可被所述传感器检测的另一化合物。
所述传感器可以具有本领域技术人员将认为适用于本发明的上下文的任何形状。作为一个例子，所述传感器可以为或可以包括条状传感器、传感器盘、传感器带、传感器棒和传感器针之一。所述传感器可包含一个或多个测试区，其中每个测试区可包含至少一种检测材料。
根据本发明的传感器包含基材。所述基材可以为本领域技术人员将认为适用于本发明的上下文的任何基材。所述基材是传感器的构建部件之一，所以如果没有另外说明，对于所述传感器的形状和尺寸的说明也适用于所述基材。所述基材和优选地所述传感器可以具有至少在二维上，选自圆形、椭圆形、角或其至少两种的混合的形状。此外，所述基材或所述传感器可以具有选自板、条、带、立方体、长方体、圆锥体、球、角锥体、盘、针或其至少两种的混合的形状。在所述基材或所述传感器的一个优选的实施方案中，所述基材或所述传感器具有针或棒的形状。
所述传感器的尺寸可以为本领域技术人员将认为适合于用于检测被分析物的传感器的任何尺寸。例如，所述传感器可以具有在0.1-30cm的范围内，或在1-20cm的范围内，或在2-10cm的范围内的长度。所述传感器的宽度可以在0.1-50mm的范围内，或在0.5-20mm的范围内，或在1-10mm的范围内。所述传感器的高度可以在0.01-100mm的范围内，或在0.05-10mm的范围内，或在0.1-5mm的范围内。由于所述基材是所述传感器的主要构建部件，提到的传感器的尺寸也适用于基材的尺寸。
所述基材可以包含至少一种能够使所述基材被至少一种另外的材料叠加的材料。所述基材可以为固体。所述基材可以是柔性的或刚性的。优选地，所述基材是柔性的，其意味着所述基材可以被在至少一个方向上手动变形，如通过小于10N的力。所述基材的材料可以选自玻璃、聚合物、陶瓷、纸、金属氧化物和金属或其至少两种的组合。作为多组分基材的一个例子，所述基材可以为或可以包含具有两层或更多层的多层设置，如层压板。在所述传感器的一个实施方案中，所述基材的材料包括聚合物。所述聚合物优选选自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰亚胺或其至少两种的组合。所述聚合物可以具有在1 000-1 000 000g/mol的范围内，或在5 000-500 000 g/mol的范围内，或在10 000-100 000 g/mol的范围内的分子量。优选地，所述聚合物选自聚酰亚胺，例如，聚双马来酰亚胺(PBMI)、聚苯并咪唑(PBI)、聚噁二唑苯并咪唑(polyoxadiazobenzimidazole)(PBO)、聚酰亚胺砜 (PISO)和聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)或其至少两种的混合物。所述基材可以包含在10-100 wt.-%的范围内，或在20-95 wt.-%的范围内，或在30-90 wt.-%的范围内的聚合物。提到的基材组分可以总计100 wt. - %。
所述基材可以具有适用于传感器的任何形式或几何学。所述基材优选具有上面针对传感器所述的形式或几何学。所述基材的厚度或直径可以在0.1-10mm的范围内，或在0.5-5mm的范围内，或优选地在1-3mm的范围内。在所述基材的立方形的或长方形延伸的情况下，所述基材可以具有在1mm2-100cm2的范围内，或在10mm2-50cm2的范围内，或在50mm2-10cm2的范围内的水平延伸，被定义为产品的宽度和长度的积。除了对称的形状之外，所述传感器或所述基材可以具有不对称形状。例如，所述基材可以为L形的。所述L形基材的较长部分的扩展可以在如前面针对矩形基材所述的范围内。
根据本发明，所述基材包括传感器表面。所述传感器表面可以定义为所述基材表面的将被所述导电材料或所述电极材料叠加的部分。如上所述，所述电极材料可以构成检测材料和/或可以为检测材料的一部分。其中，所述导电材料和/或所述电极材料可以与所述基材直接接触。或者，可以将至少一个中间层插在所述导电材料和/或所述电极材料之间，如绝缘层和/或扩散阻挡层。
所述传感器表面可以具有在所述基材的总表面积的5-90%范围内，或10-80 %范围内，或20-70 %范围内的面积。可在所述基材的任何一侧或表面上提供所述传感器的传感器表面。根据本发明所述传感器表面可以具有任何，至少在生产过程中，可从所述传感器或基材的外部接近的或接触的基材的任何延伸。所述基材的任何可接近的或可接触的表面也可以被称为外表面。所述传感器的至少一个表面的延伸可以在其形状上是均匀的或一致的。表面的延伸可以是平的、倾斜的或弯曲的。在基材上提供所述传感器表面的侧面或表面可以位所述传感器的基材的外部。所述传感器表面可以为所述基材的外表面的全部或至少一部分。所述传感器表面可以具有所述基材的至少一个表面提供的任何形状。所述传感器表面的形状可以选自平的、倾斜的、有角的和弯曲的或其至少两种的混合。
在所述传感器的一个实施方案中，所述基材可具有立方体的延伸，其中可在所述基材的较宽的侧面中的至少一个上提供所述传感器表面。也可以在所述立方体的较小的侧面中的一个上提供所述传感器表面。此外，可以在所述基材的超过一个表面上提供所述传感器表面。所述传感器表面可以在所述基材的两个或更多个表面上延伸。所述传感器表面可以具有在0.05-50cm2的范围内，或在0.1-20cm2的范围内，或在0.2-10cm2的范围内的延伸。
所述导电材料叠加所述传感器表面的至少一部分。所述导电材料可以为适合于本发明的目的的任何材料。所述导电材料可以包括能够传导电流的任何材料。所述导电材料可以包括选自金属、半金属、导电聚合物和导电无机材料或其至少两种的混合物的至少一种导电材料。
所述金属可以优选选自金、银、铂、钨和钯或其至少两种的混合物。优选地，所述导电材料包括金。
所述半金属可以优选选自硅、硼、α锡或其至少两种的混合物。
所述导电聚合物可以优选包括选自聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚乙炔、聚异硫茚 (polyisothionaphthalene)、聚对苯(poly-p-phenylene)和衍生物及其至少两种的混合物或共聚物的聚合物。导电聚合物的例子为聚对苯乙炔(poly(p-phenylenevinylene),)、聚苯硫醚(poly(p-phenylene sulphide))、聚(3,4-乙撑二氧噻吩)或其至少两种的混合物。
所述无机材料可以优选选自导电陶瓷材料、石墨烯、石墨或其混合物。
所述导电无机材料可以优选为导电陶瓷材料，也称为金属陶瓷，其包含陶瓷和金属材料。所述陶瓷材料可优选包括一种或多种选自氧、碳、硼、氮、硅或其至少两种的混合物的元素。所述陶瓷材料可以选自铝氧化物，特别是Al2O3；锆氧化物，特别是ZrO2；锰氧化物，特别是MgO；锆增韧铝氧化物(ZTA)；铝氮化物；钛酸铝；选自Ba (Zr, Ti)O3、Ba (Ce, Ti)O3、铌酸钾钠(PSN)、PSN-LiSbO3和PSN-LiTaO3或其至少两种的混合物的压电陶瓷。所述导电无机材料的金属材料可以优选地包括选自镍、钼、钼合金、铱、钽、钽合金、钴、钴铬合金、钛、钛合金、铌、铌合金、铂、铂合金、钨、钨合金、钢或其至少两种的混合物的金属。所述导电陶瓷可以选自硅化钨(WSi2)、碳化钨(WC)、氮化钛(TiN)、碳氮化钛(TiCN)、碳化钛(TiC)。
所述导电材料可以包含基于所述导电材料的总重量的10-100 wt.-%，或20-100 wt.-%，或30-95 wt.-%的导电材料。优选地，所述导电材料包含50-100 wt.-%，或70-100 wt.-%，或80-100 wt.-%的金。
所述导电材料叠加所述基材的传感器表面的至少一部分。所述导电材料按面积可以叠加所述传感器表面的5-100 %，或10-95 %，或20-90 %。所述导电材料可以叠加面积为0.01 mm2-50 cm2，或0.1 mm2-40 cm2，或0.5 mm2-10 cm2的基材表面。
可以通过本领域技术人员为了该目的将选择的所有方法实现用所述导电材料叠加所述传感器表面。例如，可以通过一种或多种沉积技术，如选自印刷、旋涂、分配、刮涂、喷涂、滴法、敷设、涂覆、浸渍或浸泡或其至少两种的组合的一种或多种沉积技术，来实现叠加。所述印刷可以优选选自胶版印刷、凹版印刷、喷墨印刷、丝网印刷、雕版印刷、移印(tampon printing)、柔版印刷或其组合。所述涂覆可以优选选自化学气相沉积、物理气相沉积、化学和电化学涂覆、喷涂、光学涂覆或其至少两种的组合。所述物理气相沉积可以选自阴极电弧沉积、电子束物理气相沉积(EBPVD)、离子镀、离子束辅助沉积(IBAD)、磁控溅射、脉冲激光沉积、溅射沉积、真空沉积、蒸发沉积（如真空蒸发）或其至少两种的组合。优选地，通过在所述基材上溅射金的方法实现所述叠加。通过用所述导电材料叠加所述传感器表面的至少一部分可以实现一个或多个导电触点引线。优选地，在所述传感器表面上提供超过一个导电触点引线。优选地，通过所述叠加方法将三个导电触点引线施加到所述传感器表面。所述导电触点引线可以以0.1-10 mm，或0.3-5 mm，或0.5-2 mm的宽度彼此隔开。每个触点引线可以为电极构建基础。如上所述，所述传感器可以优选包含至少两个电极，其中提供至少一个工作电极，所述工作电极具有所述导电材料和所述第一电极材料。此外，如上所述，可以提供一个或多个其他电极，如一个或多个参比电极和/或一个或多个对电极。所述一个或多个其他电极每一个都可以包含至少一种导电材料和/或至少一个触点引线和，额外地或任选地，至少一种其他电极材料，如至少一种参比材料。此外，所述至少一个工作电极和，任选地，所述至少一个其他电极可以完全或部分地被至少一个保护层（如膜）覆盖，其对于待检测的被分析物和/或对于所述样品的至少一种电解质是可渗透的，而第一电极材料可以被保留并被防止接触所述样品和/或周围的身体组织。由此，可以提供所述传感器的生物相容性。作为一个例子，可以参考WO 2007/071562 A1。
叠加在所述导电材料的至少一部分上的第一电极材料可以包含适合于本发明的目的的任何材料。由此，如上所述，所述第一电极材料可以为或可包含至少一种检测材料或可形成如上定义的检测材料的一部分。所述第一电极材料构成工作电极或工作电极的至少一部分。
优选地，所述第一电极材料可以包含任意检测材料和，更优选地，当将所述样品施加到所述工作电极时，适合于与被分析物进行检测反应的任何化合物。
除了所述检测材料之外，所述第一电极材料可以包含至少一种能够传导电流的材料。能够传导电流的材料称为导电材料。所述导电材料可以优选选自金属、半金属、导电聚合物或其至少两种的混合物。
所述金属可以优选选自金、银、铂、钨、钯或其至少两种的混合物。
所述半金属可以优选选自硅、硼、α锡或其至少两种的混合物。
所述导电聚合物可以优选包括选自聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚乙炔、聚异异硫茚、聚对苯(poly-p-phenylene)和衍生物及其至少两种的混合物或共聚物的聚合物。导电聚合物的例子为聚对苯乙炔、聚苯硫醚、聚(3,4-乙撑二氧噻吩)或其至少两种的混合物。
所述无机材料可以优选选自导电陶瓷材料、石墨烯、石墨或其混合物。优选地，所述导电材料包括石墨。
如上所述，所述第一电极材料可包含至少一种检测材料，如能够与样品中的被分析物相互作用的材料。所述检测材料可以优选为或可以包含生物组分。生物组分的一个特性可以是与另一组分，如样品中的被分析物，相互作用的能力。在很多情况下，所述生物组分源自活体。所述检测材料可以选自酶、受体、抗体、螯合物或其至少两种的混合物。当在传感器中，尤其是在检测材料中，使用至少一种生物组分时，所述传感器可以称为生物传感器。所述检测材料可以能够以改变所述被分析物的或所述检测材料或两者的至少一种可检测性能，优选可光学地和/或通过电气测量检测到的性能，的方式与所述被分析物相互作用。所述检测反应可以提供一个、两个或更多个反应步骤。在任一反应步骤中，所述被分析物或所述检测材料可以提供可以被所述传感器检测的化合物。性能的变化可以是物理或化学性能的改变。所述物理性能可以选自光学性能、电性能，如电荷、聚集状态、折射率、溶解度、颜色或其至少两种的混合。所述化学性能可以选自构象、组成、聚集或其至少两种的混合。可以通过检测器装置检测所述物理或化学改变的结果。所述检测器装置可以是或可以包括光学检测器装置和/或电子检测器装置。所述光学检测器装置可以选自CCD摄相机、LED检测器、CMOS传感器或其至少两种的组合。所述电子检测器装置可以选自模拟安培计、数字安培计、皮可安培计、万用表或其至少两种的组合。
所述被分析物可以是感兴趣检测的任何化合物或元素。所述被分析物可以是样品的一部分。所述样品一般为流体或液体或其混合物。在医学领域中，例如，所述被分析物可以为在样品（如病人的组织或体液）中的化合物。所述体液可优选为血液、血清、血浆、组织液、尿液、唾液、汗液或其至少两种的组合。所述被分析物可优选选自病人的体液中的葡萄糖、乳糖、乳酸、尿酸、尿素、胆固醇、甘油三酸酯和任何其他化合物或其至少两种的组合。在下文中，在无意限制本发明的范围的情况下，将主要涉及血液或组织液中的葡萄糖的电化学检测。
可以在体外或体内将所述样品至少施加到传感器的工作电极上。用于体外分析的样品的体积可以在0.001-10 ml的范围内，或在0.01-5 ml的范围内，或在0.05-1 ml的范围内。可以通过适合于该目的的任何方法施加用于体外分析的样品。所述样品的施加可以选自移液、浸渍、计量加料和其至少两种的混合。对于体内分析，可以使至少所述工作电极与病人的体液进行接触。可以通过适合于体内分析的任何方法实现所述工作电极与体液的接触。所述接触可以选自引进入身体和触碰身体或其组合。所述引入可以为植入，例如，在病人的皮肤下面，到组织或皮下组织内或到血管内。由此，优选地，所述传感器可以为植入式传感器，其可至少部分地植入到用户的身体组织内。所述触碰可以是固定，例如通过粘附，或所述传感器的至少所述工作电极身体的某个区域的接触，其中所述工作电极可以开始与体液，如汗液或唾液接触。优选地，将所述传感器引入皮肤下的组织液内。因此，所述传感器优选为生物相容的。
此外，所述第一电极材料包含Mn2O3颗粒。Mn2O3颗粒可催化所述被分析物或所述被分析物在第一检测反应中的产物与所述检测材料的检测反应的至少一部分。例如，检测反应的一部分可以是电解反应，根据方程(I)实现：
。
方程式(I)中显示的H2O2的还原反应被Mn2O3颗粒催化。已经发现通过使用Mn2O3颗粒，可以在其中不会发生O2的还原的电压范围内实现H2O2的还原反应。由此，在任何电极上产生的信号不是由氧气的反应伪造的。如果将足够的电压施加在所述工作电极与参比和/或对电极之间，则在所述工作电极上可以实现以H2O2的还原形式的检测反应。该电压也被称为分解电压。对于电化学传感器，也称为电解传感器，在所述工作电极上方程式(I)的分解电压应当与还原形式的氧气(O2)反应的分解电压不同。组分在所述工作电极上的分解电压可取决于所述工作电极包含的材料等。通过将Mn2O3颗粒添加到所述第一电极材料，可以将H2O2的分解电压移至正电位范围。如果与包含具有3 M KCl的Ag/AgCl参比电极相比，施加到工作电极上的电压可以选自0.025-0.175V，或0.050-0.150V，或0.100-0.130V。选择该范围的电压的一个积极的影响是在工作电极上的H2O2的反应是特异性的。这意味着，优选地，在工作电极上几乎没有样品的其他组分被氧化或还原。通过将所述分解电压移至更低的电压，也可以在所述工作电极上还原其他反应物，如前面提到的氧气。
叠加在所述导电材料的至少一部分上的第一电极材料也可意味着所述基材的一部分也被所述第一电极材料叠加。可以通过印刷、分层、涂覆、浸渍或浸泡或其组合，优选通过印刷，实现用所述第一电极材料叠加所述导电材料的至少一部分。至少印刷是叠加表面的至少一部分的一种形式，其中所述第一电极材料作为液相和/或可变形材料（如浆体）的另一形式施加。通过印刷，借助于辅助(aid)将所述液相和/或浆体施加到所述基材的传感器表面上。这可以通过不同形式的辅助来实现。例如，可以通过挤出或喷射借助于喷嘴或阀来施加所述液相和/或浆体。作为替代或此外，可以借助于辊或转鼓(drum)施加或印刷所述液相和/或浆体。作为印刷方法，借助于辊的凹版印刷或通过开口（如喷嘴或阀）的喷墨印刷，以及通过网的丝网印刷和旋涂是众所周知的。在叠加过程中，可以向所述液相和/或浆体或所述基材施加压力。或者，仅使用重力施加所述液相和/或浆体。
由于它们往往用于喷墨打印机，可以通过压电元件或气动阀操作喷嘴或阀。这些阀具有构建可优选在压力下施加到表面的施加的液相和/或浆体部分的性能。所述液相和/或浆体部分优选具有在0.1-500nl的范围内，或优选在1-100 nl的范围内，或优选在10-50 nl的范围内的体积。
在凹版印刷过程中，在两个彼此接触的辊之间提供待叠加的表面。一个辊称为加压辊而另一个辊称为凹印辊，因为所述液相和/或浆体与它接触。通过在传感器表面面向所述凹印辊情况下在接触辊之间引导基材，所述液相和/或浆体可以被转移到所述基材的传感器表面。
在丝网印刷过程中，通常，迫使浆体通过网到所述基材的表面上。这可以仅通过重力或替代地或额外的通过使用刮板或刮刀实现。可以重复几次所述叠加过程以叠加所述传感器表面的多个部分。
所述液相或浆体可以包含本领域的技术人员将用来携带第一电极材料的任何液体或固体物质。优选地，所述液相包含能够溶解至少一部分第一电极材料的液体。所述液相或浆体优选包含至少一种选自有机化合物和无机化合物(优选水)或其混合物的化合物。在包含有机化合物的液相和/或浆体情况下，所述有机化合物可以选自醇、胺、酯、醚、烃、亚砜、砜、磺酸酯/盐、内酯、内酰胺、硝基化合物、腈、油或其至少两种的组合。此外，所述液相和/或浆体可以包含选自脂肪醇、芳香醇、环烯烃醇、乙二醇醚、脂肪烃、芳香烃、支链烃、苯、卤代烃、乙二醇乙醚乙酸酯或其至少两种的组合的有机化合物。所述液相和/或浆体的有机化合物优选选自甲醇、乙醇、丁醇、丙醇、丙酮、γ-丁内酯、N-甲基-2-吡咯烷酮、乙腈、硝基甲烷、三乙胺、二甲基甲酰胺、庚烷、己烷、二甲亚砜、环丁砜、碳酸亚乙酯、乙二醇单丁醚、碳酸二甲酯、丙二醇甲醚乙酸酯、丙二醇甲醚乙酸酯或其至少两种的混合物。所述液相和/或浆体可以包含0.1-99wt.-%，或优选1-95 wt.-%，或优选10-90 wt.-%或优选20-80 wt.-%的有机化合物，各自基于所述液相和/或浆体的总重量。
所述液相和/或浆体通常可以包含一种或多种溶剂和/或粘合剂。其中，可以使用无机或有机溶剂。
在所述液相和/或浆体包含无机化合物的情况下，所述无机化合物可以选自水、酸和碱，特别是盐酸、硝酸、硫酸和碱溶液或其混合物。所述液相和/或浆体可以包含0.1-99wt.-%，或1-95wt.-%或10-90wt.-%的无机化合物，各自基于所述液相和/或浆体的重量。所提到的所述液相和/或浆体的组分总计100 wt. - %。
所述液相和/或浆体可以具有在100-50000mPa*s的范围内，或在500-10000mPa*s的范围内，或在1000-5000 mPa*s的范围内的粘度。
在用包含至少所述第一电极材料的液相和/或浆体叠加所述传感器表面之后，干燥所述液相和/或浆体以形成工作电极。可以通过适合于本发明的目的的任何方法进行干燥。可以通过不同的干燥方法支持所述干燥。所述干燥方法可以选自加热、鼓风、辐射或其至少两种的组合。可以通过提供烘箱或通过供应加热的表面或其组合来实现所述加热。可以通过供应气流，例如通过热空气，实现所述鼓风。可以通过UV或IR灯实现所述辐射。可以在20-40℃，或25-35℃的温度范围内实现所述干燥。提供干燥1分钟-24小时，或30分钟-10小时，或1小时-5小时。通过干燥基材上的液相和/或浆体，提供所述工作电极。
通过这些施加或叠加方法，可以在所述基材的表面上创建第一电极材料的图案。通过所述叠加过程可以形成第一电极材料的至少一个点、线或网格。所述至少一个点或线可以具有在0.01-10mm的范围内，或在0.05-5mm的范围内，或在0.1-1 mm的范围内的直径或宽度。所述网格的线可以在与提到的点的相同范围内。所述网格的点或线可以具有在0.05-10mm的范围内，或在0.1-5mm的范围内，或在0.5-3mm的范围内的间距或网格尺寸。由第一电极材料形成的所述至少一个点、线或网格可以形成至少一个工作电极或其一部分。网格中的点或线可以具有相同的或不同的延伸，特别是相同或不同的宽度和长度。所述网格的线的长度可以在0.01-50mm的范围内，或在0.05-10mm的范围内，或在0.1-5mm的范围内。所述点或线的高度可以在0.01-10mm的范围内，或在0.1-5 mm的范围内，或在0.5-2 mm的范围内。
在所述传感器的另一实施方案中，所述工作电极形成至少一个工作电极垫，其中样品可直接或间接地施加到所述工作电极垫。优选通过至少一个点、线或网格形成每个工作电极垫，其中每个点、线或网格各自可以构成所述工作电极的相干面积(coherent area)。如果在导电材料上叠加了第一电极材料的超过一个点、线或网格，则所述传感器提供多个电极垫。所有电极垫一起构建工作电极。所述传感器可以包含具有在1-50个，或2-30个，或5-20个范围内的许多个电极垫的工作电极。
如上所述，特别是在所述传感器可植入到用户的身体组织内的情况下，所述传感器可以完全或部分地被至少一个保护层，如生物相容性膜（如聚甲基丙烯酸酯膜），特别是覆盖至少一个工作电极垫的膜，覆盖。
此外，提供了传感器的一个实施方案，其中将工作电极垫的导电材料电连接到至少一个导电触点引线。
提供了传感器的另一实施方案，其中第一电极材料包含1-90 wt.-%，或3-80 wt.-%，或5-50 wt.-%的Mn2O3颗粒，基于所述第一电极材料的总重量，优选在完全干燥的状态。
提供了传感器的另一实施方案，其中第一电极材料包含选自石墨、酶、粘合剂或其至少两种的混合物的材料。所述第一电极材料可以包含基于所述第一电极材料总重量的10-90wt.-%，或20-80 wt.-%或30-70 wt.-%的石墨。进一步地，所述第一电极材料可以包含基于所述第一电极材料总重量的0.1-50wt.-%，或1-40wt.-%，或5-30wt.-%的酶。所述第一电极材料可以进一步包含基于所述第一电极材料总重量的0.1-20wt.-%，或1-15 wt.-%，或2-10wt.-%的粘合剂。所述粘合剂可以为有助于使第一电极材料呈某种形状以容易被施加到所述导电材料的任何材料。所述粘结剂可以为聚合和/或有机粘合剂。可能的粘合剂为，例如，聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚丁酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸酰胺、聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酰胺、聚丙烯腈、苯乙烯/丙烯酸酯、醋酸乙烯酯/丙烯酸酯和乙烯/醋酸乙烯酯共聚物、聚丁二烯、聚异戊二烯、聚苯乙烯、聚醚、聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚砜、三聚氰胺-甲醛树脂、环氧树脂、有机硅树脂或纤维素。此外，优选的可能的聚合有机粘合剂还包括通过添加交联剂，例如，三聚氰胺化合物、掩蔽的(masked)异氰酸酯或官能硅烷，如3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷和四乙氧基硅烷水解产物，或可交联聚合物，例如聚氨酯、聚丙烯酸酯或聚烯烃，和随后交联产生的那些。例如，也可以通过添加的交联剂与任选地包含在第一电极材料中的聚合阴离子的反应形成适合作为聚合粘合剂的这种交联产物。所提到的电极材料的组分可以总计100 wt. - %。
Mn2O3颗粒可以被聚集到第一电极材料的另一组分。例如，所述第一电极材料可以包含石墨作为一种组分，如上所述。所述石墨可以作为液相和/或浆体提供，如以石墨浆体的形式。所述液相的另一组分可以为醇。在干燥所述传感器上的液相和/或浆体之后，所述第一电极材料的石墨和其他组分可以形成多孔块。Mn2O3颗粒可以聚集在所述多孔块的表面。所述粘合剂可以有助于将Mn2O3颗粒和所述第一电极材料的其他部分（如检测材料）聚集到所述多孔物质上。通过将所述检测材料与Mn2O3颗粒一起聚集在所述第一电极材料的表面上，可以在所述第一电极材料的表面上获得大量的反应性化合物。而且，可以通过所述第一电极材料的孔隙度获得检测材料（例如酶）对Mn2O3颗粒的亲密性。
在传感器的另一实施方案中，所述酶为或者包含氧化酶。此外，提供了所述传感器的一个实施方案，其中所述氧化酶选自醇氧化酶、葡萄糖氧化酶、尿酸酶、单胺氧化酶、细胞色素P450氧化酶、NADPH氧化酶、黄嘌呤氧化酶、L-古洛糖酸内酯氧化酶、漆酶、赖氨酰氧化酶或其至少两种的混合物。在所述传感器的一个优选实施方案中，所述酶为葡萄糖氧化酶（GOD）。
提供了传感器的另一实施方案，其中采用了所述第一电极材料使得在检测反应中生成H2O2。在该实施方案中，所述检测反应可以是提供H2O2的任何反应。当作为电化学传感器提供所述传感器时，所述H2O2可以在工作电极上还原以产生能被检测的电流。优选在化学计量关系的检测材料与被分析物的检测反应中形成H2O2。化学计量在本发明的意义上意味着一个被分析物分子的检测反应提供自然数量的H2O2分子或在检测反应过程中生成的H2O2分子由一个或多个被分析物分子生成。优选地，在所述检测反应中，在一个被分析物分子的反应过程中形成一个、两个或更多个H2O2分子。例如，根据方程式II，在一分子葡萄糖与酶GOD在水性环境中的反应过程中生成了一个H2O2：
。
根据方程式(I)，如上所述，H2O2分子可在所述工作电极上被氧化。
为了获得具有低电阻和因此低能量需求的传感器，应适当地选择所述传感器的组分。在根据方程式(I)的反应过程中，当闭合适当的电路时，电流发生或被测量。所述电流应当从所述工作电极传导至所述检测装置。这可以通过所述第一电极材料与所述导电材料的连接实现。所述导电材料应当能够传导电流并应当可电连接到检测装置。所述检测装置可以包括至少一个电流测量装置和/或至少一个电压测量装置，如电位计或恒电位仪。在WO2007/071562 A1中给出了包括检测装置的适当的测量设置的例子。其他检测装置也是可行的。
在传感器的一个实施方案中，所述导电材料包含选自金、铂、钯、银或其至少两种的混合物的组分。所述导电材料可以形成所述触点引线。所述触点引线可以具有在10-250µm的范围内，或在30-180µm的范围内，或在50-150µm的范围内的厚度。
在传感器的另一实施方案中，所述传感器的至少一部分被保护层叠加。一般，所述保护层用于被引入用户（如病人）的身体，如身体组织和/或血管中的生物传感器。所述保护层的功能可以是将所述传感器转换成生物相容性装置。优选地，所述保护层可以为或可以包含至少一个膜。当所述传感器被植入病人的身体时，所述保护层可以是与部分身体，如病人的组织液、血液或组织，发生接触的层。所述保护层可以充当生物相容性层。因此，所述保护层可以至少部分地包含生物相容性材料。所述保护层可以包含基于所述保护层的总重量的50-100 wt.-%，或70-100 wt.-%，或90-100 wt.-%的生物相容性材料。生物相容性材料是当与活体发生接触时，不负面地影响活体的一种材料。为了确定一种材料是否是生物相容性的，可以根据ISO 10993使用所述材料。所述保护层可以包含聚合物和蛋白质或其混合物。所述聚合物可以选自聚甲基丙烯酸酯、聚氨酯(PU)、聚乙烯醇(PVA)、聚酰亚胺和铜铵薄膜(CUP)或其至少两种的混合物。优选地，所述保护层包含聚(2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱-共-甲基丙烯酸正丁酯)(MPC)。MPC可以溶解于乙醇。
提供了传感器的另一实施方案，其中基材包含生物相容性材料。所述生物相容性材料可以与本发明的上下文中提到的保护层相同。所述基材可以包含1-100 wt.-%，或30-100 wt.-%，或50-100 wt.-%的生物相容性层。
此外，提供了传感器的一个实施方案，其中所述传感器包含至少一个选自参比电极、对电极和结合的参比和对电极的其他电极。由此，作为一个例子，所述传感器可以为包含至少一个工作电极和至少一个结合的对/参比电极的双电极设置的传感器，或所述传感器可以为包含至少一个工作电极、至少一个对电极和至少一个与对电极分离的参比电极的三电极设置的传感器。
所述另外的电极包含另外的电极材料。所述对电极可以包含至少一种电极材料，优选导电材料，如金属。所述金属可以选自Au、Ag、Pd、Pt或其至少两种的混合物。所述参比电极可以包含选自金属、金属硫酸盐和金属卤化物或其混合物的另外的电极材料。所述金属可以选自Au、Ni、Ag、Hg、Cu、Pd、Pt或其至少两种的混合物。所述金属卤化物可以选自AgCl、AgBr、AgI、Hg2Cl2、CuSO4或其混合物。所述参比电极可以包含基于所述参比电极总重量的1-100 wt.-%，或30-100 wt.-%，或50-100 wt.-%的Ag和AgCl的混合物。所述对电极可以包含与所述工作电极相同的组分，除了所述检测材料之外。例如，所述对电极可以包含石墨。所述对电极的尺寸可以使得其中额外的参比电极是可有可无的。例如，所述对电极具有其中在传感器测量电流的操作过程中，电位改变不超过10mV的尺寸。
在本发明的另一方面，提供了用于检测样品中的被分析物的传感器系统，所述传感器系统包含如上所述的至少一个传感器，所述传感器系统进一步包含至少一个检测器装置，其中所述检测器装置可电连接到工作电极和电连接到至少一个另外的电极，其中所述检测器装置适于测量至少一个参数，该参数选自所述工作电极与所述另外的电极之间的电流和所述工作电极与所述另外的电极之间的电压或其混合。
所述检测器装置可以与在上述传感器的上下文中已经记述的相同。所述至少一个检测器装置应当能够为所述传感器提供电压并且还能够测量由所述电极产生的电流。所述至少一个检测器装置可以提供并测量电压。此外，所述至少一个检测器装置可以提供并测量电流。由此，所述检测器装置可以包含至少一个电流测量装置和一个电压测量装置。作为一个例子，所述检测器装置可以包含至少一个电位计或恒电位仪。所述检测器装置可以被电连接到所述传感器，例如通过至少一个触点。所述检测器装置的触点可以接触所述传感器的导电触点引线以向电极提供电压或电流，或以测量来自电极的电压或电流。所述触点可以为本领域技术人员将用于提供电连接目的的任何触点。所述触点可以包含适合于电连接所述传感器与所述检测装置的任何材料。
所述传感器系统可以进一步包括能量来源，如电池。此外或作为替代地，可以提供外部电源供应。所述能量来源可以，例如，为检测器装置提供能源。此外，所述传感器系统可以包含数据存储器。
所述传感器系统可以包含一个或多个用户接口，如一个或多个控制装置和/或一个或多个显示器。此外或作为替代地，所述传感器系统可以包含一个或多个电子接口，如无线和/或有线接口。
所述传感器系统可以优选为便携式传感器系统和/或手持装置。然而，其他装置也是可能的。
在本发明的另一方面，提供了制造用于检测样品中的被分析物的传感器的方法，该方法包括步骤：
P1. 提供基材，其中所述基材包括
a.传感器表面，和
P2. 用导电材料叠加所述传感器表面的至少一部分，
P3. 至少在所述导电材料的一部分上施加第一电极材料以形成第一电极，
其中当被分析物存在于样品中时，所述第一电极材料适合于进行至少一种检测反应，其中所述第一电极材料包含Mn2O3颗粒。
可以以所给的顺序进行所述方法步骤。或者，所述方法的其他顺序也是可行的。而且，可以重复和/或在时间上重叠地进行一个或多个方法步骤。而且，所述方法可以包括额外的方法步骤。
所述方法可以优选适合于制造如上面公开的传感器。由此，对于所述方法和由此制造的传感器的可能的细节，可以参考上面公开的或下面进一步详细公开的传感器。
在制造传感器的方法的第一步骤中，提供了基材。可以通过使所述方法的进一步的步骤b)能够实现的任何方式提供所述基材。提供基材的方式的例子可以选自铺设、解卷和展开所述基材或其至少两种的组合。可以以能确保所述基材的传感器表面可接近以将导电材料施加到所述基材的任何方式提供所述基材。所述基材的材料和性能可以与上面已经针对传感器所记述的相同。所述基材优选为柔性的。所述基材在所述传感器表面的一部分上被第一导电材料叠加。所述导电材料可以具有如上面已经针对用于所述传感器的导电材料所记述的性能。在制造传感器的方法的一个优选的实施方案中，所述基材的传感器表面的区域被包含金的层以该第二表面的总面积的50-100 %，或优选60-100 %，或优选70-100 %叠加。可以通过提到过的用于叠加上述传感器的传感器表面的叠加方法来实现叠加。优选地，通过将金溅射到传感器表面上以获得金层来实现叠加。对于将金层叠加到所述基材上，可以作为聚合物的箔提供所述基材。所述聚合物优选为聚酰亚胺。在将所述金层叠加到所述传感器表面上之后，可以去除部分金层。可以通过适合于从聚合物表面去除金属层的任何方法实现去除部分金层。在根据本发明的方法的步骤a)中提供基材之前，所述基材可以作为箔储存在辊或卷上。所述箔可以提供多种传感器基材，借以每个传感器基材的轮廓被模压到所述箔中。为了将所述基材从辊转移到辊，可以在第一辊上提供所述箔，其中所述箔的开口端被固定到第二辊。通过所述箔在两辊之间的该固定，所述基材的至少一个表面对于根据本发明的方法的下一步骤来说可接近。该可接近的表面为所述基材的传感器表面的至少一部分。在所述方法的至少一个步骤过程中，所述箔的可接近表面优选在1mm2-1000m2，或优选10mm2- 500 m2，或优选1cm2-100m2的范围内。
可以通过已经针对传感器记述的叠加将第一电极材料至少施加到所述导电材料的一部分上以形成第一电极。同样所述第一电极材料的所有性能和组成可以与上面针对传感器记述的相同。通过施加所述第一电极材料获得的第一电极可以为如上针对传感器记述的工作电极。这同样适用于检测反应以及Mn2O3颗粒的组成和性能。
提供了所述方法的另一实施方案，包括进一步的步骤：
P4. 将另外的电极材料施加到所述导电材料的至少一部分上以形成另外的电极。
可以以与施加所述第一电极材料相同的方式实现另外的电极材料的施加。如上面已经针对传感器的实施方案提到的，任何的电极材料的施加可以是印刷、铺设、涂覆、浸渍或浸泡或其组合。所述电极材料的施加的可能细节，例如以叠加的形式，可以从上面对传感器的描述获得。
提供了所述方法的另一实施方案，其中通过印刷进行步骤P3或P4中的任意一个或两者中的施加。
此外，提供了所述方法的一个实施方案，其中步骤P3或P4中的任意一个或两者中的施加选自：胶版印刷、凹版印刷、喷墨印刷、丝网印刷、雕版印刷、移印、柔版印刷或其组合。优选通过丝网印刷施加所述第一和/或另外的电极材料。可以如上面已经针对传感器所记述的实现所述丝网印刷。作为替代或此外，可以以分批工艺实现所述丝网印刷，其中提供了被所述导电材料叠加的的基材的箔(也称为基材箔)。所述箔可以提供在1-1000，或10-500，或50-200范围内的许多被压印(emboss)到所述基材中的传感器。可以在所述基材箔的有传感器表面的一侧上提供由聚合物或钢制成的网格。可以通过所述网格施加所述工作电极、参比电极和/或对电价的电极材料。所述网格的尺寸可以在1-300µm的范围内，或在5-250µm的范围内，或在10-200µm的范围内。
在本发明的另一方面，提出了一种传感器，其可以根据上述方法获得。
总结本发明的发现，以下实施方案是优选的：
实施方案1：检测样品中的被分析物的方法，包括步骤：
S1. 提供一个传感器，所述传感器包含：
a.导电材料；
b.叠加在所述导电材料的至少一部分上以形成工作电极的第一电极材料，
其中当被分析物存在于样品中时，所述第一电极材料适合于进行至少一种检测反应，其中所述第一电极材料包含Mn2O3颗粒；
S2. 将电压施加到所述工作电极；
其中所述电压选自其中所述样品中的H2O2将在所述工作电极上还原的电压范围。
实施方案2：根据前前面一个实施方案的方法，其中如果与包含具有3 M KCl的Ag/AgCl参比电极相比，所述工作电极的电压在50-150 mV的范围内。
实施方案3：用于检测样品中的被分析物的传感器，所述传感器包括：
i. 基材，其中所述基材包括传感器表面，
ii. 叠加在所述传感器表面的至少一部分上的导电材料，
iii. 叠加在所述导电材料的至少一部分上以形成工作电极的第一电极材料，
其中当被分析物存在于样品中时，所述第一电极材料适合于进行至少一种检测反应，其中所述第一电极材料包括Mn2O3颗粒。
实施方案4：根据前面一个实施方案的传感器，其中所述工作电极形成至少一个工作电极垫，其中所述样品可施加到所述工作电极垫。
实施方案5：根据前面两个实施方案中任一个的传感器，其中所述工作电极的导电材料被电连接到至少一个导电触点引线。
实施方案6：根据前面三个实施方案中任一个的传感器，其中所述传感器包含选自参比电极、对电极和结合的参比和对电极中的至少一个另外的电极。
实施方案7：根据前面四个实施方案中任一个的传感器，其中所述第一电极材料包含5-50 wt.-%的Mn2O3颗粒。
实施方案8：根据前面五个实施方案中任一个的传感器，其中所述第一电极材料进一步包含选自石墨、酶、粘合剂或其至少两种的混合物的材料。
实施方案9：根据前面一个实施方案的传感器，其中所述酶为氧化酶。
实施方案10：根据前面一个实施方案的传感器，其中所述氧化酶选自醇氧化酶、葡萄糖氧化酶、尿酸酶、单胺氧化酶、细胞色素P450氧化酶、NADPH氧化酶、黄嘌呤氧化酶、L-古洛糖酸内酯氧化酶、漆酶、赖氨酰氧化酶或其至少两种的混合物。
实施方案11：根据前面八个实施方案中任一个的传感器，其中调整所述第一电极材料，使得在所述检测反应中生成H2O2。
实施方案12：根据前面九个实施方案中任一个的传感器，其中所述导电材料包括选自金、铂、钯、银或其至少两种的混合物的组分。
实施方案13：根据前面十个实施方案中任一个的传感器，其中所述传感器表面的至少一部分被保护层叠加。
实施方案14：根据前面十一个实施方案中任一个的传感器，其中所述基材包含生物相容性材料。
实施方案15：用于检测样品中的被分析物的传感器系统，所述传感器系统包括至少一个根据前面十三个实施方案中任一个所述的传感器，所述传感器系统进一步包含至少一个检测器装置，其中所述检测器装置可电连接到所述工作电极和电连接到至少一个另外的电极，其中，所述检测器装置适于测量至少一个当应用根据前述方法实施方案之一所述的方法时所产生的参数，该参数选自所述工作电极与所述另外的电极之间的电流和所述工作电极与所述另外的电极之间的电压或其混合。
实施方案16：制造用于检测样品中的被分析物的传感器的方法，所述方法包括步骤：
P1. 提供基材，其中所述基材包括
a.传感器表面，和
P2. 用导电材料叠加所述传感器表面的至少一部分，
P3. 至少在所述导电材料的一部分上施加第一电极材料以形成第一电极，
其中当被分析物存在于样品中时，所述第一电极材料适合于进行至少一种检测反应，其中所述第一电极材料包含Mn2O3颗粒。
实施方案17：根据实施方案16的方法，包括进一步的步骤：
P4. 在所述导电材料的至少一部分上施加另外的电极材料以形成另外的电极。
实施方案18：根据实施方案16或17所述的方法，其中在步骤P2或P3中的任一个或两者中的施加为印刷。
实施方案19：根据实施方案16-18中任一个所述的方法，其中在步骤P2或P3中的任一个或两者中的施加选自丝网印刷、凹版印刷或其混合。
实施方案20：根据实施方案16-19中任一个所述的方法，其中如果与包含具有3 M KCl的Ag/AgCl的参比电极相比，将50-150 mV的电压施加到所述工作电极。
实施方案21：可根据前述方法实施方案16-20中任一个的方法获得的传感器。
附图说明
在优选实施方案的随后描述中，优选地连同从属权利要求一起，将更详细地公开本发明的其他任选的特性和实施方案。其中，可以以独立的方式以及以任一任意的可行组合实现各个任选的特性。本发明的范围不受优选的实施方案限制。在附图中概要地描绘了实施方案。其中，在这些附图中相同的标记表示相同的或功能上相当的要素。
在附图中：
图1a：显示了根据本发明的具有工作、参比、和对电极的传感器的示意俯视图；
图1b显示了根据本发明的具有工作、参比和对电极的传感器的示意侧视图；
图2：显示了两个电极（一个具有Mn2O3，一个不具有Mn2O3）的测量结果图解；
图3：显示了对于不同的葡萄糖浓度，具有Mn2O3-GOD-石墨基质的传感器的测量结果图解；
图4：显示了在10mM葡萄糖溶液中对于不同的干扰分子，具有Mn2O3-GOD-石墨基质的传感器的结果的图解；
图5显示了具有检测装置的传感器系统的示意图；
图6显示了传感器的生产过程的示意图。
具体实施方式
在图 1中，显示了根据本发明的传感器 2的示意俯视图。传感器2包含由来自DuPont Teijin Films, Europe的Melinex®箔制成的基材4。传感器2具有矩形形状；然而传感器2可以具有适合于检测样品26中被分析物的任何形状。在该实施例中，在接触区域16传感器2具有2cm的长度、0.5mm的宽度和0.15mm的高度。传感器2的其余区域的高度可以大于0.15mm，因为电极 6、10、12和/或隔离层 18在传感器2的该部分中可能更厚。在接触区域之外的传感器区域的高度可以在0.15-2 mm的范围内。
在基材4的传感器表面20上，三个导电触点引线 28以0.05mm的间距彼此相邻放置。每个导电触点引线28的宽度为0.05mm。导电触点引线28构成三个由金制成的平行线。在基材4的一端，图 1中的左手侧，放置接触区16。导电触点引线28的起点构成垂直于基材4的左边界的线。根据它们接触的电极，每个导电触点引线28的长度可以变化。在该实施例中，在传感器2中间的导电触点引线28是最短的，因为其接触参比电极10。导电触点引线28具有1.5-1.9cm的长度。最长的导电线28是接触对电极12的那个。与工作电极6接触的导电触点引线28在基材4的右端提供弯曲来实现第一电极材料24可以位于传感器2的中心轴80上。
基材4可以扩大其在传感器2的接触区域16中的宽度。接触区域16可以具有长0.5cm、宽4.5mm和高0.15mm的尺寸。由此，传感器2的宽度在传感器2的该部分中变宽了。可以仅在传感器2的一侧上不对称地或在传感器2的两侧上对称地放置基材4的变宽的接触区域16。
在接触区域16中，导电触点引线28也可以比基材4的剩余区域上更宽。在接触区域16中，导电触点引线28在0.5cm的长度上具有1mm的宽度。高度与上面提到的保持相同。在传感器2的接触区域16中，导电触点引线28终止。如图5中所示, 这是检测装置52可以与传感器2连接的部位。在三个导电导线28上, 放置了三种不同的电极材料24、24´。工作电极6包含第一电极材料24，其呈具有葡萄糖氧化酶和Mn2O3的石墨基质的形式。参比电极10包含呈Ag/AgCl形式的另外的电极材料24´，而对电极12包含如实施例中所述的另外的电极材料。
隔离层18覆盖工作电极6、参比电极10和对电极12。隔离层18也可以覆盖大部分的基材4和导电触点引线28。隔离层18的高度在0.01-0.02mm的范围内。然而，每个导电触点引线28的一端不被隔离层18覆盖。或者，所述隔离层提供至少一个孔用于接触触点引线28。这是传感器2的可以被检测装置52接触的部分。电极6、10、12的位置可以变化。不必将工作电极6放置在三个电极6、10、12的中间。也可以将参比电极10或对电极12放置在基材4的中间。如果传感器2被浸涂以用保护层覆盖它，则与所述传感器表面20相对的表面也被所述保护层覆盖(在此没有显示)。
在图 1b中，以侧视图显示了传感器2。与图 1a的俯视图相比，图 1a中显示的传感器2绕传感器2中间的虚线80旋转了90°。在该侧视图中，说明了传感器2的材料的顺序。图 1b的传感器2显示了层状结构。在传感器2的底部，基材4构成作为传感器2的基础的第一层。
在基材2上，放置了一层导电触点引线28。在导电触点引线28上放置了隔离层18，除了接触区域16和导电材料22上其中放置了第一电极材料24以构建工作电极6、另外的电极材料24´以构建参比电极10和另外的电极材料以构建对电极12的部分之外。在侧视图中没有显示导电触点引线28被连接到参比电极10的另外的电极材料24´的细节。
可以在整个传感器2上（除了接触区域16之外），提供另一保护层，如扩散膜。此外，保护层可以覆盖传感器2，除了接触区域16之外。当所述传感器将被至少部分地引入人体时，所述保护层可以为生物相容性材料。
图 2显示了在作为被分析物的恒定浓度的H2O2下，在不同极化电压下两个传感器的测量值34、36的图解。所述传感器之一包含PE401(Acheson, 参见实施例)的工作电极6并由正方形36标记。另一个传感器包含具有Mn2O3的工作电极6，其包含84.6 wt.-%的 (Acheson PE401)、15.4 wt.-%的Mn2O3，由菱形34标记。两个传感器的对电极12都包含100 wt.-%的Acheson PE401。两个传感器的参比电极10都包含Electrodag 6037SS (Acheson)。导致测量值34和36的具有和不具有Mn2O3的所述两个传感器都包含对电极12的相似组成。
对于图2中所示的测量，以将电极6、10、12浸入具有147mM的NaCl和50µM的H2O2的pH为7.4的10mM的磷酸盐缓冲溶液中的方式将所述两个传感器独立地放置在所述缓冲溶液中。
在添加H2O2之前，于37℃通过Milli-Q Academic (Merck Millipore) 将所提到的盐溶解在去离子水中持续30分钟来制备所述缓冲溶液。所述传感器被浸入到如此制备的缓冲溶液中。
所述传感器通过所述接触区域与来自Gamry Instruments (USA)的Gamry potentiostat G300接触。调节电源供应以在开始测量时在所述工作和所述参比电极之间供应325 mV(相对于Ag/AgCl 3M KCl)。固定该电压10分钟。在该时间之后，改变所述电压八次，每次比前一电压低50 mV，直至-75mV。在每次改变所述电压之后，进行测量电流10分钟。通过所述检测装置测量电流。图 2中显示了包含Mn2O3的传感器和不包含Mn2O3的传感器的结果。
在图 2中显示的，具有Mn2O3的传感器的测量值34与不具有Mn2O3的传感器的测量值36的比较，表明当浸入包含H2O2的溶液时，独立于施加的在-75mV-325mV范围内的极化电压，具有测量值36的不具有Mn2O3的传感器的石墨电极10不传送电流。然而，由测量值34表示的具有Mn2O3的传感器显示了从325mV到约175 mV的电流变化。从175 mV到25 mV，具有Mn2O3的传感器传送了-25-40 nA的恒定电流。在所述电压降低至25mV和更小之前不久，具有Mn2O3的传感器传送了稳定的电流结果。在超出25mV至负电压的电流增加，导致电极与包含在溶液中的氧气O2 的反应。这是一个值得注意的结果，因为具有包含不同的金属的催化剂的电极能在较低的电压下提供与H2O2的反应。可以用如此低的电压下运行传感器而没有氧气反应的干扰是一个惊人的结果。
图 3显示了具有包含石墨、GOD和Mn2O3的工作电极6、参比电极10和对电极12的传感器2的测量结果的图解（所有都按照上面实施例部分所记述的制备）。如准备图2的试验时一样，将传感器2浸入缓冲溶液中而不添加H2O2。测量系统的设置与图2 的实验相同。在工作电极6和参比电极10之间的125mV的电压下，通过所述检测装置测量电流。在25分钟均衡之后，测得0.8nA的电流。在该测量之后，将传感器2浸入如前记述的具有5mM葡萄糖的缓冲溶液中。在25分钟的均衡之后，再次测量电流。电流变为3.8nA，如测量值34显示的。对于10、15、20和25mM的葡萄糖的浓度，以与前面所述相同的方式重复该过程。图 3的测量值34显示了电流随葡萄糖浓度的增加而线性增加。在这些测量过程中没有测量到氧气的干扰。
在图4中，显示了通过添加不同干扰物质对针对图3所描述的传感器的测量结果的影响。在工作电极6和参比电极10之间的125mV的电压下，通过所述检测装置测量电流。当将2mg/dl的抗坏血酸添加到包含具有10mM浓度的葡萄糖的缓冲溶液（如针对图2和3中的测量所述的）中时，第一个块40代表信号被干扰的百分比。在25分钟的均衡之后，测量电流。同一缓冲剂被用于代表具有8mg/dl浓度的尿酸的干扰的第二个块44的干涉测量。第三种干扰物质为该框图的第三个块46所代表的3mg/dl浓度的对乙酰氨基酚。
从图中可以看出，尿酸的干扰最大。其中向样品溶液中添加尿酸引起了信号的增大。对乙酰氨基酚对传感器的信号有减小作用。抗坏血酸和对乙酰氨基酚的干扰都在正常的测量误差的范围内。由于所有三种干扰物都显示了非常低的信号干扰，与现有技术的传感器相比，所述传感器的测量误差被缩小了。
在图5中显示了传感器系统50。将图 1a和 1b中所述的具有相同几何学和组件的传感器2的接触区16放置到检测器装置52中。检测器装置52提供至少一个触点54用于接触与工作电极6、参比电极10和对电极12连接的导电触点引线28。优选地，每个导电触点引线28被检测器装置52的一个触54点接触。检测器装置52能够在工作电极6和参比电极10之间提供并保持恒定电压。当应用公式I和II时，通过保持电压恒定，在工作电极6和对电极12之间测量的电流能提供与被分析物浓度成正比的测量信号。通过测量电极6和12之间的电流的电检测器56测量该电流，电检测器56是检测器装置52的一部分。
在图 6中显示了制造根据本发明的传感器的方法的示意图。在第一步骤P1 60中提供了基材4，其中基材4包含传感器表面20。通过展开存储在辊上的聚酰亚胺箔实现第一步骤P1 60中的提供基材。所述箔具有0.5mm的厚度。箔的一端被缠绕在第二辊上。所述辊的间距在1-100 m的范围内。在一个实施例中，所述间距为约10m。所述箔具有1 m的宽度。在箔中约100褶每米压印所述传感器的形状。在第二步骤P2 62中通过溅射工艺将金形式的导电材料22施加到传感器表面22上。通过刮除多余部分的金由所述金层形成导电触点引线28。在第三步骤P3 64中，在压印的传感器2的每个传感器表面20上，将第一电极材料24施加到导电触点引线28上以形成工作电极6或工作电极垫8。以上面实施例1中所述的方式将第一电极材料24施加到导电触点引线28上。根据第四步骤P4 66，将参比电极10和/或对电极12施加到导电触点引线28上，如上面在实施例2或3中所述的。任选地，可以应用第五步骤P5(未显示)用生物相容性膜和/或保护层覆盖传感器2的至少一部分。这根据如上所述的实施例4实现。
附图标记列表
2 传感器
4 基材
6 工作电极
8 工作电极垫
10 另一或参比电极
12 另一或对电极
16 接触区域
18 隔离层
20 传感器表面
22 导电材料
24 第一电极材料
24´ 另外的电极材料
26 样品
28 导电触点引线
30 x-轴
32 y-轴
34 具有Mn2O3的传感器的测量值
36 不具有Mn2O3的传感器的测量值
40 第一个块/2mg/dl抗坏血酸
44 第二个块/8mg/dl尿酸
46 第三个块/3mg/dl对乙酰氨基酚
50 传感器系统
52 检测器装置
54 触点
56 电检测器
60 步骤1
62 步骤2
64 步骤3
66 步骤4
80 虚线/传感器2的中心轴。
■实施例：
1. 工作电极的制备
为了在传感器的基材上制备工作电极，在所述导电材料的一部分上叠加液相和/或浆体，所述导电材料叠加在所述基材上的传感器表面的至少一部分上。用于形成工作电极的浆体形式的液相和/或浆体包含以下组分：
● 66.80 wt. - %的来自Acheson Industries Deutschland （德国）的石墨PE401；
● 0.8 wt. - %的来自Roche Diagnostics GmbH, Germany的葡萄糖氧化酶；
● 15.4 wt.-%的来自Strem Chemicals Inc., Germany的Mn2O3颗粒；
● 17 wt.-%的来自Merck KGaA, Germany的DEGMBE。
所述石墨PE401包含：
● 36 wt.-%的石墨；
● 64 wt.-%的未知溶剂。
在快速混合器(Hauschild & Co KG,Germany)中以3000 rpm混合所述组分两次持续5分钟。将所述混合物施加到所述传感器表面以叠加所述导电材料的至少一部分。在室温下真空干燥所述混合物240分钟。
2. 参比电极的制备
为了在传感器的基材上制备参比电极，在所述导电材料的一部分上叠加液相和/或浆体，所述导电材料叠加在所述基材上的传感器表面的至少一部分上。用于形成参比电极的液相和/或浆体包含以下组分：
● 94 wt.-%的来自Acheson Industries Deutschland (Germany)的Electrodag 6037；
● 6 wt.-%的来自Merck KGaA, Germany的DEGMBE。
在快速混合器(Hauschild& Co KG，德国)中以3000 rpm混合所述组分4次持续15秒。将所述混合物施加到所述传感器表面以叠加所述导电材料的至少一部分。在常压下于80℃干燥所述混合物120分钟。
3. 对电极的制备
为了在传感器的基材上制备对电极，在所述导电材料的一部分上叠加液相和/或浆体，所述导电材料叠加在所述基材上的传感器表面的至少一部分上。用于形成对电极的液相和/或浆体包含以下组分：
● 94 wt.-%的来自Acheson Industries Deutschland (Germany)的石墨PE401；
● 6 wt.-% 的来自Merck KGaA, Germany的DEGMBE。
所述石墨PE401包含：
● 36 wt.-%的石墨；
● 64 wt.-%的未知溶剂。
在快速混合器(Hauschild& Co KG，德国)中以3000 rpm混合所述组分5分钟。将所述混合物施加到所述传感器表面以叠加所述导电材料的至少一部分。于80℃干燥所述混合物120分钟。
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