复合修改电极试片制造技术

本发明专利技术涉及一种用于测量电化学信号的表面经修改的电极试片，其中所述电子信号由纳米尺寸金粒子层与脂溶性电子介质层协同放大。本发明专利技术还提供含有所述电极试片的生物传感器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用纳米尺寸金粒子层与脂溶性电子介质层协同放大用于测量电化学信 号的电子信号的电极试片，和含有所述电极试片的生物传感器。
技术介绍
生物感测分析技术被誉为二十一世纪科技的新宠，生物传感器是应用生物感测分析 技术构成的检测分析系统，是由生物识别性材料与各种信号转换器组合而成。电化学生 物传感器系统特性简易，同时具有优异的灵敏度，因此成为一个绝佳的感测元件传导机 制，加上生物分子间的特异性(specificity)关系，更可解决感测元件经常面临的选择性 (selectivity)问题。由于生物传感器与电极试片可提供高准确度的快速检测，因此其可 在研究和临床上用以处理大批的检体，其中酵素-电化学传感器(例如市售的电化学血糖 测量系统)就是利用电极上的葡萄糖氧化酶进行葡萄糖分子的浓度测定。酵素固定化的 生物传感器的演进可概分为三个发展阶段，第一阶段是利用一般溶氧感测电极感测氧化 酵素催化待测物过程中所消耗的溶氧，间接得知待测物浓度；另一种检测酵素催化反应 中具有电化学活性的产物，常见的如过氧化氢。第二阶段的运用主要为电子传递物的加 入，通过电子传递物提高电子传递到电极表面的效率，同时还利用其具有氧化还原可逆 的特性，接收酵素催化反应所产生的电子使电子传递物质还原成还原态，并在电极表面 进行氧化反应以顺利地将电子传递给电极以形成电信号，其优点为电子传递物具有较低 的氧化还原电位，可降低整个感测作用所需的电位，避免因高电位所产生的其它干扰物 质所造成的影响。第三阶段是运用一些具有辅助因子的酵素，可加入辅助因子以降低酵 素催化氧化或还原反应时电子从酵素传递出的阻力，最常见的辅助因子如烟酰胺腺嘌呤 二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide; NADH)， NADH可将电子通过可逆的氧化 和还原过程将电子传递到电极上，许多研究成果显示此种方法的电子传递效率远高于前 两个阶段的方法，而使传感器有较高的灵敏度，但缺点是酵素固定化的制备过程繁琐， 并且其在室温下的安定性不佳，不利于商品的运输与储放。利用抗体与抗原或双股互补或部分互补的核醣核酸或去氧核糖核酸，这些具有高选 择性和亲和性作为生物分子检测设计模式，研究者可将高选择性和亲和性生物分子固定 在各式传感器上，作为检测标识。所述生物分子包括(但不限于)抗体、各式抗原、酵素、核酸、组织或个体细胞。因此，可选用抗原、抗体与电化学装置的组合，其原理与 传统固相免疫分析法相似，但抗体或抗原固定在传感器的表面，通过固定相分子与其相 对应的流动相分子结合，用来检测抗体与抗原间的交互作用，并以传感器中的转换器扩 大可检测的电信号来进行定量分析，此装置称为免疫电化学传感器。酵素标定式的免疫电化学感测是目前最为普遍发展的方式，其中的非均相的酵素免 疫分析方法包括竞争式分析与三明治式分析两种。竞争式的主要步骤包括(1)将对待 测抗原具有特异性的抗体固定在电极表面，(2)同时置入经酵素标定的抗原和待测抗原， (3)以润洗步骤移去未结合的抗原，置入此标定酵素的基质(substrate)进行催化反应， 并产生具有电化学活性的产物，(4)通过检测此产物进而定量待测抗原，基于此感测原 理，在竞争式分析中所得电流信号和待测抗原浓度呈反比关系。相反，三明治式的感测 机制所得电流信号与待测抗原浓度呈正比关系。免疫电化学传感器与传统免疫分析法相 比，能够有效降低少量多样的分析操作成本。但免疫电化学传感器在实际应用时，经常 因检测标的物浓度过低，造成后续电流的信号/噪音比过低的问题。因此，在发展免疫电 化学测量系统时，需要发展一种具有放大氧化还原电流信号的生物感测电极试片，其具 有经强化的电信号因而提升检测准确度的方法。此外， 一般免疫分析方法可检测生物或生物分子种类的范围很广，例如常引起食物 中毒事件的大肠杆菌与肠炎弧菌常为新颖的免疫分析方法的研究对象。食物中所含有的 病原菌很多，传统上需要以不同的增菌性和选择性培养基进行分离，然后再进一步以生 化反应测试才能将菌种准确地鉴定出来。这也是现今传统检测方法往往需要较多的时间 和人力的缘故，而且经常在遇到新型或变种的病原菌时束手无策，这也是迫切需要解决 的问题。第6,491，803号美国专利与第1462880A号和第1462881A号中国大陆专利申请公开案 是纳米尺寸材质在生化感测电极中的相关应用。然而，所述专利仍不脱离现有技术，其 仍需要繁复的制备过程。第6，491，803 B1号美国专利揭示一种试片，但所述试片制备时需 先行混合所有反应物质(包含纳米金属粒子)，随后通过网印来涂布于电极上，然而其网 印条件要相当严格才能维持网印的均一性。第1462880A号和第1462881A号中国大陆专利 申请公开案需依序涂布并干燥羧甲基纤维素等水溶性高分子载体、修改过的纳米碳管和 酵素反应层(包含酵素、电子介质、稳定剂、缓冲液等)等至少三层物质的加工，电极 试片制作过程极为繁复。中国台湾地区第I276799号专利技术专利是纳米碳管在生化感测电极 中的一种简化加工的应用。但即便综合前述技术，包括电子介质的使用、亲和性生物分子辨识程序、纳米材质 在电化学测量中的使用，并不能轻易推知、或可直接实施于免疫辨识过程中反复的浸泡、 清洗程序，也不能同时解决低含量免疫检测标的物所伴随而来的低信噪比问题；因此， 对此业界来说，仍存在不需如现有技术般繁琐的加工步骤且同时仍能保留足够大的电流 信号的电极试片的需求。本专利技术就是为解决这种极具应用性的课题。
技术实现思路
本专利技术的一目的在于提供一种用于测量电化学信号的电极试片，其表面经修改以增 加氧化还原电子信号，其包含 平板绝缘基材具有导电膜的电极系统，其中所述导电膜涂覆在所述平板绝缘基材的一面，以形成分离且不相连接的工作电极与参考电极；涂布在所述平板绝缘基材上的电绝缘层，其部分覆盖所述电极系统，使所述电极系 统未被所述电绝缘层覆盖的部分分别形成包含工作电极和参考电极的接线端和电化学反 应端；具有纳米尺寸的金粒子层，其至少部分覆盖所述工作电极的电化学反应端；以及 脂溶性电子介质层，其至少部分覆盖所述工作电极的电化学反应端。 本专利技术的另一目的在于提供一种生物传感器，其包含本专利技术的电极试片和检测装置。 附图说明图l (A)是本专利技术一实施例的电极试片的制备及其元件展开示意图，图l (B)是电 化学反应端(5)和其中的电极系统被纳米尺寸金粒子层(7)和脂溶性电子介质层(9) 所覆盖的三种状态。图2是本专利技术一实施例的电极修改层示意图，图2A是表示所述电化学反应端的截面 图，图2B是经脂溶性电子介质层(9)覆盖的电化学反应端，图2C是经脂溶性电子介质 层和纳米尺寸金粒子层(7)覆盖的电化学反应端，图2D是表面经架桥剂结合的电化学反 应端，图2E是经脂溶性电子介质层(9)覆盖且表面具有架桥剂的电化学反应端，图2F 是经脂溶性电子介质层(9)与纳米尺寸金粒子层(7)覆盖且表面具有架桥剂的电化学 反应端，以及图2G是经纳米尺寸金粒子层(7)覆盖且表面具有架桥剂的电化学反应端。图3是本专利技术实例1的循环伏安法测定结果。图4是本专利技术实例2的循环伏安法测定结果。图5 (a)到(e)是本专利技术实施例3的氧化还原酵素固定流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量电化学信号的表面经修改的电极试片，其包含：　平板绝缘基材；　具有导电膜的电极系统，其中所述导电膜涂覆在所述平板绝缘基材的一面上，以形成分离且不相连接的工作电极与参考电极；　涂布在所述平板绝缘基材上的电绝缘层，其部分覆盖所述电极系统，使所述电极系统未被所述电绝缘层覆盖的部分分别形成包含工作电极和参考电极的接线端和电化学反应端；　纳米尺寸金粒子层，其至少部分覆盖所述工作电极的电化学反应端；以及　脂溶性电子介质层，其至少部分覆盖所述工作电极的电化学反应端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈思豪，林志生，陈冠廷，林岳晖，沈燕士，
申请(专利权)人：五鼎生物技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]