[发明专利]电化学测量生物化学反应的装置和方法以及该装置的制造方法有效

专利信息
申请号: 201080015573.1 申请日: 2010-01-26
公开(公告)号: CN102369432A 公开(公告)日: 2012-03-07
发明(设计)人: H.巴拉格 申请(专利权)人: 西门子公司
主分类号: G01N27/403 分类号: G01N27/403;B01L3/00
代理公司: 北京市柳沈律师事务所 11105 代理人: 贾静环
地址: 德国*** 国省代码: 德国;DE
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摘要:
搜索关键词: 电化学 测量 生物 化学反应 装置 方法 以及 制造
【说明书】:

发明涉及用于电化学测量生物化学反应的装置,具体涉及基于电路板并且包括流动吸收池(Durchflusszell)和涂覆辅助物(Beschichtungshilfe)的生物传感器。本发明还涉及制造该装置的方法和通过上述装置电化学测量生物化学反应的方法。

电化学生物传感器在生物传感器技术中应用较广,例如检测病毒或抗体或进行DNA分析。大量检测反应需特定的温度条件以及必须经受特定的温度循环。因此电化学生物传感器不仅需要进行电接触和流体接触也需要进行热接触。电化学传感器通常包含金属表面,该金属表面是被涂覆的或未被涂覆的,并且其在待分析的溶液中必须是稳定的。传感器以阵列的形式设置在底板上,从而可以进行平行测试,并且同时分析大量单个成分。

当使用传感器阵列时,每种传感器位点或电化学传感器必须用不同的识别分子进行涂覆。特异性涂覆可以通过光刻方法或点样来进行。由于每次施涂时均需制备光刻掩模并且涂覆用的化学反应包括多个步骤,因此光刻方法的成本非常高且非常复杂。

更简单的和更经济的是,通过点样包含待施涂的识别分子的溶液特异性地涂覆传感器,其中该识别分子包含结合基团。当使用金电极时,结合基团可以包括硫醇化合物,其可以定向结合金表面上的识别分子。可选地,电极可以包括铂,其在很多溶液中是非常化学稳定的,虽然在电化学测量中铂可能导致所使用的溶液中发生电位漂移。

电极可以机械稳定地设置在由玻璃、硅或塑料制造的底板上。在该情况中,金属电极通过薄膜或厚膜工艺施涂在底板上且通过接线片(Stege)进行电接触。在硅底板的情况中,测量和评估电子设备可以以整合电路的形式容纳在底板上。硅是非常昂贵的,而在硅上制造整合电路同样是昂贵且复杂的。可选地,底板可以包括印刷电路板(PCB,printed circuit board)。制造印刷电路板是特别简单和经济的。电导线和电触点以铜层的形式形成电路板上且通过清漆(Lack)与环境电绝缘。当使用夹层时,电极可以通过使用例如金涂覆铜而形成,并且无清漆层覆盖。

通过将包含不同识别分子的液体点样至阵列的不同电极上,可以制备用于特异性检测不同生物分子的电极。对于每个电极,点样一滴含特定识别分子的溶液,并且识别分子结合电极。溶剂可以例如通过蒸发除去。然而,在点样过程中必须抑制的是,一个电极的点样溶液扩散至底板的表面上从而与第二电极接触。扩散(Verlaufen)将引起相邻电极不按期望方式涂覆,该相邻电极将不由识别分子特异性涂覆且不能进行特异性检测。为了抑制点样溶液扩散,可以在电极周围使用底板的疏水涂层。该方法的成本较高,不是非常可靠的且仅当点样少量溶液时起作用。

可选地,可以提供凹部(Vertiefung),在该凹部中电极作为凹部的基面嵌入在该凹部中。为了提供凹部,例如,可以将塑料环固定在底板上电极的周围或可以在电极的位置处将具有留空的结构化膜引入或粘附在底板上。由此形成了高出底板的表面平面的凸起,其用作涂覆辅助物。然而这些涂覆辅助物在流体流过传感器时将形成和固定会干扰电化学测量和导致错误的测量结果的气泡。

通过装配以机械方式连接生物传感器的流动池(Flusszell)实现电化学生物传感器的流体接触。流动池包含流入口和流出口。从而可以抽取待研究的液体使其经过流动池,即流经底板上的传感器阵列,且当生物分子结合在传感器阵列的单个传感器时,通过电化学信号测量该结合。在此,从底板上设置传感器阵列的一面实现流体接触。从底板上设置传感器阵列的一面的相对面实现热接触。

在包含生物传感器的底板上装配流动吸收池和通过密封环进行密封将经常导致操作问题和密封问题。通过底板上的生物传感器和所装配的流动吸收池构造装置一般是非常复杂的,其中包含大量需要精细制造的单个组件。具体地,,特别通过碾磨制造的常用于流动吸收池中的结构细小的微腔在制造过程中是非常复杂的。

本发明的目的是提供一种装置以及通过该装置电化学测量生物化学反应的方法,通过该装置进行的测量成本不高,其中可以将该装置制造为对流体是密封的并且允许进行可靠的特异性研究,以及从热控制装置的背面。具体地,本发明的目的是确保简单的操作,实现使用尽可能少的组件简单且低成本地制造装置,但是仍然可以提供密封的、具有功能性的生物传感器。

本发明的另一目的是提供制造该装置的方法,该方法在涂覆电极时抑制了液体扩散,并且在使用装置时由于装置表面上的平坦表面而且没有高的凸起从而确保了层流。

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