[发明专利]物理气相沉积生物传感器组件

说明书

一种生物传感器组件，其提供了用于用在生物传感器(例如血糖传感器)中的增强的特性。生物传感器组件包含基底，以及沉积在基底上的复合材料层。复合材料层包括导电金属组分和电阻材料组分，其中导电金属组分包含一种或多种非贵金属，并且其中复合材料层中的电阻材料组分以大于20原子％的量存在。

技术领域

本发明主要涉及电极，例如用于电极的物理气相沉积组分，如在生物传感器中发现的那些。更具体地说，本发明涉及由非贵金属合金形成的电极，例如，在生物传感器组件中发现的那些。

背景技术

用于分析生物样品的生物传感器正变得越来越普遍。例如，随着世界人口中糖尿病病例的增加，对用于测量血糖的生物传感器的需求急剧增加。这种生物传感器通常被称为血糖仪，并且通过让用户将一滴血放置在与血糖仪相配合的试纸上来进行操作。试纸被配置为对血滴中的葡萄糖量有反应性，使得血糖仪可以检测和显示用户血液中的葡萄糖水平。

用于血糖仪型生物传感器的试纸通常由在基底上形成的两个或更多个电极(例如，工作电极和对电极)形成。此外，与生物样品反应的生物反应物，例如酶(例如葡萄糖氧化酶、葡萄糖脱氢酶等)和介体(例如铁氰化物、钌络合物、锇络合物、醌、吩噻嗪、吩恶嗪等)将形成在一个或两个电极(例如工作电极)上。在血糖仪型生物传感器的操作中，将一滴血施加到试纸上。此后，将在工作电极上发生与血液中葡萄糖量成比例的电化学反应。更详细地，葡萄糖首先与生物反应物例如酶(葡萄糖氧化酶、葡萄糖脱氢酶等)反应，并且有时与酶辅因子(PQQ、FAD等)反应，然后被氧化为葡萄糖酸。通过将两个电子从葡萄糖转移到酶、辅因子或酶-辅因子复合物，生物反应物(例如酶、辅因子或酶-辅因子复合物)被暂时还原。接着，还原的生物反应物(例如酶、辅因子或酶-辅因子复合物)与介体反应，将单个电子转移到两个介体种类(分子或复合物)中的每一个(就以单电子过程还原的介体来说)。当介体种类被还原时，酶、辅因子或酶-辅因子复合物因此回到其初始氧化态。然后，还原的介体扩散到电极表面，在那里将预定的和足够的氧化电势施加到生物传感器，使得还原的介体被氧化回到它们的初始氧化态。通过生物传感器测量由介体种类的氧化所产生的电流，并将其与血液中的葡萄糖量成比例地关联。

工作电极的质量在血液葡萄糖水平的精确测量中起重要作用。具体地，电极的电活性表面积的再现性，在特定的葡萄糖测量装置中的电极的电子转移动力学的批次间可重复性，以及电极材料在存储过程中的长期稳定性，以至于当测定操作时由电极产生的电化学信号都是导致血糖试纸的准确度改进的因素。特别地，重要的是，使由电极的电活性产生的电信号最小化，以防止在生物样品的测量和分析中的偏差或噪声。通常，这是通过使用热力学上固有的惰性电极材料(例如金、钯、铂、铱等)来实现的。因此，大多数当前的血糖仪使用的电极是由涂有钯、金或其他贵金属(通常为市售可获取的最纯形式)的基底形成的，以用作工作电极，为了易于制造，通常用于对电极，或组合的对电极和参比电极。这种贵金属与干扰物质的反应性最小，并因此提供更高的耐化学性，用于一致且准确的测量。然而，在电极中使用这种贵金属的成本可能是高昂的。

已经尝试使用由非贵金属形成的电极，以降低生物传感器的制造成本。然而，这种非贵金属电极通常会具有电化学响应(例如，剂量响应)，其显著偏离由贵金属形成的电极的电化学响应。非贵重材料通常在阳极上不够稳定到足以用于电化学试纸，因为当在生物传感器的通常电压下操作时产生高背景电流。此外，非贵重材料通常不容易与所需分析物进行异质电子转移。因此，由非贵金属形成的电极通常不足以用作许多类型的生物传感器的试纸中的贵金属的直接替代物。除了具有低电响应之外，还期望生物传感器电极具有与介体的足够的电子转移动力学。虽然一些建议的非贵金属具有相对低的电化学响应(或合理的阳极稳定性)，但它们也不具备与介体的可以接受的电子转移动力学。

因此，需要一种电极，其可以提供一致且准确的测量，同时提供例如在生物传感器中使用贵金属的成本有效的替代方案。特别地，需要一种由非贵金属合金形成的电极，其可以用在生物传感器组件中，以一致地且准确地测量生物样品。

发明内容