用于生物传感器的钌合金制造技术

本公开涉及用于生物传感器的金属合金。电极由钌金属或钌基合金制成。与现有的纯金属电极相比，所得电极具有物理和电学特性优势。

Ruthenium Alloy for Biosensor

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生物传感器的钌合金相关申请的交叉引用本申请要求于2016年11月21日提交的序列号为62/424,911的美国临时专利申请和于2017年1月30日提交的序列号为62/451,948的美国临时专利申请的优先权。这些申请的全部内容均通过引用的方式整体并入本文中。
技术介绍
本公开涉及金属合金；电极，例如，用于如生物传感器中发现的那些电极的物理气相沉积组分；以及生物传感器的制备方法。具体地，生物传感器具有一个或多个电极，这些电极由非贵金属合金制成(例如，由钌基合金与具有良好机械和电气性能的诸如铝(Al)、铬(Cr)、铜(Cu)、钼(Mo)、镍(Ni)、铼(Re)和钨(W)之类的元素组成的合金)，并且具体据此进行描述。然而，应当领会，本公开也适用于其他类似的应用中。生物传感器可以用于多种应用中，诸如用于测量生物流体(例如，血液)中分析物(例如，葡萄糖)的量。血糖监测是糖尿病管理的重要工具。糖尿病是一种身体无法严格控制血糖水平的疾病，其中，血糖是人体最重要且最基础的燃料。糖尿病是由于胰腺不能产生足够的胰岛素，或者是身体细胞对所产生的胰岛素没有做出适当响应而引起的。鼓励糖尿病患者监测他们的血糖水平可以预防高血糖症以及其他长期并发症，诸如心脏病、中风、肾衰竭、足部溃疡和眼睛损伤。葡萄糖生物传感器是用于检测血液中分析物(葡萄糖)的分析设备。尽管已经基于电位分析法、安培分析法和比色法设计了葡萄糖生物传感器，但是迄今为止，大多数市售的生物传感器是电流型生物传感器。这些生物传感器使用氧化还原酶(例如，谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)、一氧化氮合酶(eNOS、iNOS和nNOS)、过氧化物酶、超氧化物歧化酶(SOD)、硫氧还蛋白(Trx)等)作为负责选择性识别目标分析物(例如，葡萄糖)的生物组分。这种类型的生物传感器是相对较小的层压塑料条带，其可以暴露于诸如血液之类的生物样品中。生物传感器的一个重要特征是它是一次性的，并且只使用一次。该条带用作反应室和连接到反应室的两个电极(参比电极和工作电极)的基板。葡萄糖生物传感器包含附着在工作电极上的试剂层。该试剂层包括选择性识别组分(即，氧化还原酶)以及电子介体。电子介体是一种人造电子转移剂，其有助于电子从氧化还原酶转移到电极表面。介体通过与还原酶反应然后扩散到电极表面来实现这一点。示例性地，介体包括由2,2'-偶氮二异丁腈(AIBN)引发的乙烯基二茂铁(VFc)、锇络合物、醌类、铁氰化物、亚甲基蓝、2,6-二氯吲哚酚、硫堇、镓菁、靛酚、及其组合等。将生物流体的样品引入葡萄糖生物传感器的反应室中，并且使用该生物传感器的电极将该生物传感器连接到测量设备，诸如分析仪表。样品中的分析物(葡萄糖)在工作电极(氧化还原酶所在的位置)处发生还原/氧化反应，而测量设备通过生物传感器的电极施加偏压电势信号。氧化还原反应响应于偏压电势信号而产生输出信号。输出信号通常是电信号，诸如电势或电流，对该电信号进行测量并且该电信号与生物流体样品中的分析物浓度相关联。这种生物传感器中的电极通常由诸如银、金、钯或铂之类的昂贵的贵金属制成。期望开发可以用作生物传感器电极的新合金，这些新合金当与特异酶/介体系统一起使用时具有附加优点。如果这些合金不包括昂贵的贵金属，则也是理想的。
技术实现思路
本公开涉及生物传感器，其具有由金属合金(诸如钌基合金)制成的电极。电极上设置有试剂，该试剂包括酶和电子介体的特定组合。该电极与试剂一起使用时具有良好的物理和/或电学特性。这些特性可以包括厚度、与氧化还原试剂反应时的安全性、电导率、以及与氧化还原试剂的反应程度。虽然本公开的电极大部分用作生物传感器的部件，但是可以设想，这些电极也可以用于其他最终用途的应用中。因此，本文中与用于生物传感器的电极有关的内容旨在将本领域技术人员可以合理应用该技术的所有电极并入到本文。在各种实施例中公开了包括钌与至少一种附加合金元素的金属合金。可以想到的是，含钌合金可以是二元、三元或四元合金。在一些具体实施例中，合金可以含有约5at％至约95at％的钌，其包括50at％或更多的钌；约5at％至约45at％的钌；约50at％至约95at％的钌；约55at％至约95at％钌；约50at％至约65at％的钌；约50at％到约60at％；约55at％至约75at％的钌；约60at％到约70at％；约65at％至约85at％的钌；约70at％至约80at％；约75at％至约95at％的钌；约80at％至约90at％；或约85at％至约95at％的钌。这是以合金总计为100at％为基础。在其他具体实施例中，合金含有约95at％至小于100at％的钌，其包括约95at％至约96at％的钌；约96at％至约97at％的钌；约97at％至约98at％的钌；以及约98at％至约99at％的钌。附加合金元素的总量大于0at％至约5at％。这是以合金总计为100at％为基础。在具体实施例中，附加合金元素选自铝、铬、铜、镍、铼以及钨。在具体实施例中，合金可以含有钌与约5at％至约95at％的附加合金元素，其包括约55at％至约95at％；约5at％至约50at％；约35at％至约50at％；约40at％至约50at％；约25at％至约45at％；约30at％至约40at％；约15at％至约35at％；约20at％至约30at％；约5at％至约25at％；约10at％至约20at％；或约5at％至约15at％；或约0at％至约10at％的附加合金元素。在具体实施例中，当钌基合金是三元合金时，第一合金元素与第二合金元素的重量比可以为约1:1至约2:1。在其他具体实施例中，合金可以含有钌与大于0at％至约5at％的附加合金元素，其包括约1at％至约2at％；约2at％至约3at％；约3at％至约4at％；以及约4at％至约5at％的附加合金元素。在具体实施例中，当钌基合金是三元合金时，第一合金元素与第二合金元素的重量比可以为约1:1至约2:1。在一些具体实施例中，合金是(a)钌和(b)铬或钨的二元合金。这些二元合金可以包括约55at％至约85at％的钌，其余为铬或钨；或约55at％至约65at％的钌，其余为铬或钨；或约75at％至约85at％的钌，其余为铬或钨。在一些具体实施例中，合金是(a)钌和(b)铝的二元合金。这些二元合金可以包括约60at％至约70at％的钌，其余为铝；或约15at％至约25at％的钌，其余为铝。在一些具体实施例中，合金是(a)钌和(b)镍的二元合金。这些二元合金可以包括约5at％至约25at％的钌，其余为镍。在一些具体实施例中，合金是(a)钌和(b)镍和铝的三元合金。这些二元合金可以包括约20at％至约55at％的钌，其余为镍和铝的组合。在一些具体实施例中，合金是(a)钌和(b)铬和钨的三元合金。这些二元合金可以包括约20at％至约55at％的钌，其余为铬和钨的组合。本文还公开了包括这些合金或钌金属的生物传感器、电极和制品。在各种实施例中还公开了生物传感器的制备方法，其包括：在基板的表面上由钌基合金形成第一电极。钌基合金可以包括上述任一合金。该方法可以进一步包括：通过共溅射形成第一电极。该方法可以附加地包括：在基板中形成反应室，该反应室与第一电极接触。另外，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属合金，所述金属合金用于形成电极，所述电极用于测量分析物，所述金属合金包括钌和第一合金元素。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.21 US 62/424,911;2017.01.30 US 62/451,9481.一种金属合金，所述金属合金用于形成电极，所述电极用于测量分析物，所述金属合金包括钌和第一合金元素。2.根据权利要求1所述的合金，其中，所述第一合金元素选自所述由铝、铬、铜、镍、铼以及钨组成的组。3.根据权利要求1所述的合金，其中，所述合金包括约5at％至约95at％、或约5at％至约45at％、或约50at％至约95at％、或约50at％至约65at％、或约55at％至约75at％、或约65at％至约85at％、或约75at％至约95at％、或约85at％至约95at％、或约95at％至小于100at％的钌。4.根据权利要求3所述的合金，其中，所述合金是二元合金，所述第一合金元素选自所述由铝、铬、铜、镍、铼以及钨组成的组。5.根据权利要求3所述的合金，其中，所述合金是三元合金，所述三元合金基本上由钌、所述第一合金元素和第二合金元素组成，其中所述第一合金元素和所述第二合金元素各自选自所述由铝、铬、铜、镍、铼以及钨组成的组。6.根据权利要求1所述的合金，其中，所述合金是二元合金，所述二元合金基本上由(a)约55at％至约65at％的钌以及(b)约35at％至约45at％的铬或钨组成。7.根据权利要求1所述的合金，其中，所述合金是二元合金，所述二元合金基本上由(a)约75at％至约85at％的钌以及(b)约15at％至约25at％的铬或钨组成。8.根据权利要求1所述的合金，其中，所述合金是二元合金，所述二元合金基本上由(a)约60at％至约70at...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯文·V·古德温，罗伯特·R·牛顿，伊恩·S·特里贝克，伊桑·方丹，
申请(专利权)人：美题隆公司，
类型：发明
国别省市：美国,US