[发明专利]在碳层上具有钛金属层作为电极材料的电化学生物传感器电极带及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可以低成本制造出的且具有优良性能的电化学生物传感器电极带及其制造方法。更具体地，本发明涉及一种用于对生物样品中特定物质、如血液中葡萄糖进行定量分析的电化学生物传感器测试带的电极带及其制造方法。

背景技术

在医药领域，电化学生物传感器近来被频繁用于分析包括血液在内的生物样品。尤其地，使用酶的电化学生物传感器被广泛使用，这是因为它易于应用，具有高的测量灵敏度并且可以快速获得结果。

至于这样的电化学生物传感器的实例，有葡萄糖测量生物传感器。下文将描述其工作机理。

对于葡萄糖测量生物传感器，形成某一电极，然后葡萄糖氧化酶作为分析试剂被固定到所述电极的一部分上以形成反应层。当血液样品被引入到该反应层上时，血液中的葡萄糖被葡萄糖氧化酶氧化，而葡萄糖氧化酶则被还原。电子受体氧化葡萄糖氧化酶并被还原。被还原的电子受体在施加有预定电压的电极表面上失去其电子，并且以电化学方式被重新氧化。由于血液样品中的葡萄糖浓度与在电子受体氧化过程中产生的电流量成比例，因此葡萄糖浓度可以通过测量电流量来进行测量。

通过使用该电化学生物传感器，除了血液中的葡萄糖以外，还可以测量血液中的尿酸和蛋白质。此外，还可以测量GOT(谷草转氨酶)或GPT(谷丙转氨酶)的酶活性以用于DNA以及肝脏功能测试。

本文中，生物传感器被分为用于识别待测物的识别部分和用于进行电信号转换的转换部分。对于识别部分，使用生物材料，其中当该生物材料识别出待测物时，便发生化学或物理变化。转换部分将该变化转换成电信号，并且转换部分通常被称为生物传感器电极。

至于制造该生物传感器电极的方法，有丝印法。丝印法是一种采用铂墨、碳墨或银/氯化银墨的印刷方法，其需要的设备费用低，但存在的问题是，难以调节电阻变化来制造要求重现性的传感器电极。

至于制造所述生物传感器电极的另一种方法，有使用图案化掩模和贵金属的真空沉积或溅镀法。根据该方法，图案化掩模被沉积在基底上，然后执行使用贵金属的真空沉积或溅镀以形成电极图案。然而，该方法的问题是由于使用贵金属而导致成本较高，并且在回收贵金属方面也有困难。

此外，常规的溅镀方法通过使用图案化掩模来执行溅镀。也就是说，由于要执行的是薄片型溅镀，并且执行该溅镀所需的时间较长，因此生产效率较低。

同时，为了制造生物传感器电极，传统上一直用于制造印刷电路板(PCB)的金属图案化技术可以用来制造用于对生物样品、如血液中的特定物质进行定量的电化学生物传感器电极。

然而，在常规PCB制造中，采用铜等来制造电极。铜基底上的层合金属导致不均匀的和凹凸不平的表面，使得样品流入下层铜中，从而产生干扰测量值的电信号。因此，该方法不适于用来制造生物传感器电极。此外，由于PCB中使用的铜或镍在电化学生物传感器中通常所用的电压处具有电活性，即不稳定，因此，它不适于用作电化学生物传感器的电极材料。

电化学生物传感器的电极材料应为对酶非活性的导电材料。对酶非活性的导电材料主要包括半导体材料等，例如掺杂有二氧化钛的碳、铂、钯、金以及铟。这些材料通常用CVD(化学气相沉积)法、PVD(物理气相沉积)法以及丝网印刷法来沉积。这些方法需要有精确技术来实现电极的准确尺寸和性能。然而，尽管除了碳以外的其他非活性材料具有优良的电特性，但是由于它们较为昂贵，因此其大量生产是困难的。因此，为了减小电阻，通常采用的是使用丝网印刷法来沉积碳厚度。然而，由于使用碳墨的丝网印刷法会导致硬度低且厚度不均匀，因此它存在许多缺陷，例如电阻的不规则性、产生碳粒以及工艺复杂。

这样，可以考虑将铬层和镍层溅镀和沉积在基底上的技术。然而，由于铬是对酶有活性的金属，因此为了在激光蚀刻之后减小铬与酶发生反应的风险，在此引入沉积碳层并且溅镀钛层的技术，钛层表现出对酶的非活性特性并且具有高导电性。

发明内容

本发明的至少一项实施例提供了一种改良的电化学生物传感器电极，它可以解决常规技术中存在的上述问题，并且提供了一种用于制造该电极的方法。

本发明的至少一项实施例的一个目的在于提供一种电化学生物传感器电极和所述电极的制造方法，该方法通过采用较少的组件并简化制造过程而可以减少制造时间和成本。

本发明的至少一项实施例的另一目的在于提供一种电化学生物传感器电极以及用于制造该电极的方法，该电极具有均匀的表面，它可以被图案化以具有期望的形状，从而它可以根据需要而被适当地转化，并且该电极具有优良的检测特性。