用于生物传感器的厚膜导体组合物制造技术

本发明专利技术涉及含有下列成分的组合物：（ａ）粉末状或沉积于石墨载体上的铂族金属粉末，其合金或混合物；（ｂ）聚乙二醇醚，其衍生物或混合物；（ｃ）碳基导电填充剂以及（ｄ）热塑性聚合物或其混合物。本发明专利技术进一步涉及将铂族金属粉末，其合金及混合物分散于聚乙二醇醚、其衍生物或混合物中的工艺，用于本组合物。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利技术的领域本专利技术涉及对含有铂族金属催化剂，催化剂增效添加剂、石墨或导电碳填充剂和热塑性粘合剂的聚合物厚膜(PTF)组合物的改进。改进的PTF导体组合物可应用于基于过氧化氢测定的电化学生物传感器的印刷传感/工作电极。
技术介绍
电化学生物传感器是电化学传感器和生物分子识别元件的结合体，用于分析生物分析物，例如体液中的葡萄糖、胆固醇、肌酸酐、乙醇、尿酸、乳酸盐，为此也用于医疗诊断的医疗设备和分析仪器的领域。大多数电化学生物传感器属于下述两种类型(1)金属催化的电化学生物传感器或(2)电子传递介体改性的电化学生物传感器，例如，金属催化葡萄糖传感器检测过氧化氢副产物，这种副产物是从葡萄糖通过一种酶催化空气氧化过程以一比一的比率产生的，如 Clark申请的美国专利3,539,455(1970)提出了一种用于测定糖尿病患者血糖的铂基葡萄糖传感器。Guibault和Lubrano(1973)报导了一种适合于葡萄糖传感器应用的带有一种固定化酶的铂电极的测电流生物传感器。Mizutani等人(1992)报道了一种适用于制造葡萄糖传感器的铂/碳比(Pt/C)为1/9的铂碳糊组合物。Bennetto等人申报的美国专利4,970,145(1990)披露了一种含有氟聚合物粘结剂的镀铂碳纸的多孔酶电极生物传感器，这些铂/碳基生物传感器只有在葡萄糖浓度为毫摩尔(mM)级范围内，电流响应＜20μA/cm2.mM葡萄糖时，才有测定葡萄糖的敏感性。Mullen等人申请的美国专利5,160,416(1992)披露了一种用含有镀铂碳或石墨粒子和酶的水基悬浮液涂覆而制成的酶电极。Maley等人申请的美国专利5,616,222(1997)披露了一种由镀铂碳粒子、酶、蛋白质和聚合物粘结剂组成的传感器工作电极。这些含酶组合物要求涂覆过程在远低于酶失活温度下进行，通常低于60℃，而且也不适用于高生产量的传感器制造工艺。加之，这些酶电极具有高的金属负载量，通常是碳/石墨总重量的5-15％Pt。铂族金属负载量高的工作电极造成高的材料成本，并且由于金属催化的过氧化氢分解反应造成高得不能接受的过氧化氢损失。专利申请WO 98/20331披露了用于印制一种工作电极的印墨组合物，该工作电极由沉积在石墨上的铂族金属催化剂和交联结合基体中的碳黑填充剂组成。基于热固性聚合物粘结剂的印墨需要长的熟化期以形成一种交联基体，因此使之不适合于低成本高生产量的传感器加工工艺。对于一次性可处理生物传感器，至关重要的是工作电极的催化剂印墨的低成本，以及适合于高产量低成本的传感器加工工艺。还要求电化学传感器材料具有大为改进的传感器性能，即高催化活性/电流响应及低的背景电流噪声，使得以过氧化氢为基础的测定生物分析物的生物传感器的能力可以扩大到微摩尔(μM)的水平，并保证在检测体液中低水平分析物的高可靠度。有一个例子表明需要高性能的生物传感器，Tamada Bohanon及Potts(1995)报道了体液的离子电渗提取，可以用于非侵袭性葡萄糖监控。然后原位分析体液中的葡萄糖水平。由此提供了非侵袭性监测葡萄糖的方法。抽出体液中的葡萄糖浓度一般在微摩尔级水平，此时产生的电流在纳安(nA)水平，因此需要一种具有低检测极限的葡萄糖测定的生物传感器。影响葡萄糖检测极限的关键因素是电化学信号噪声，背景电流，这两种因素可能来自电化学活性杂质、温度波动或许多其它来源。因此要求生物传感器具有在温度波动时变化不大的低背景电流。为了得到催化剂印墨组合物的高催化活性，组合物中的催化剂粒子，不论是分散的粒子或是在碳/石墨载体上的沉积粒子，都可以有非常小的粒度和大的总表面积。市场上可购得的铂金属黑粉末是一种平均粒子尺寸小于100纳米(nm)的纳米粒子的团聚体。为了得到高活性，在用于PTF印墨组合物之前，这些金属粉末可以在分散体系中进一步分散。仍然需要一种工艺以生产非常细的、稳定的、具有分散粒子尺寸小于100nm的铂族金属分散体用于PTF组合物。专利技术的概述本专利技术涉及下列成分组成的组合物(a)粉末状或沉积于石墨载体或其混合物上的铂族金属粉末，其合金或混合物；(b)聚乙二醇醚、其衍生物或混合物；(c)碳基导电填充剂，以及(d)热塑性聚合物或其混合物。本专利技术还进一步涉及分散铂族金属粉末，其合金或混合物的工艺，包括将铂族金属粉末，其合金或其混合物与聚乙二醇醚，其衍生物或混合物混合的工序，使用一种分散方法将铂族金属粉末，合金或其混合物和聚乙二醇醚，其衍生物或混合物一起分散。本专利技术进一步涉及到上述组合物，其中铂族金属粉末、合金及其混合物已经按照上述工艺分散。附图简要说明附图说明图1是显示实施例1及实施例4中测试C得到的传感器对H2O2浓度的响应，该图表明了PTMEG对传感器性能的影响。专利技术的详述本专利技术所描述的组合物可以用于电化学生物传感器应用中的印制传感电极和工作电极，更具体地是测电流葡萄糖传感器。组合物可用于制造对于分析微摩尔级葡萄糖浓度有特别高灵敏度的工作电极的葡萄糖生物传感器，例如，一种用于非侵袭性监测从体内经皮提取的分析物的方法。当用作工作电极时，该组合物具有下列特点(a)印制的PTF工作电极对于靶化合物或生物分子具有高的电催化活性，因此即使在靶化合物浓度特别低的情况下也能提供强的电信号。而且PTF工作电极并不引入会限制生物传感器检测低浓度靶化合物能力的过量背景电流信号噪声；(b)印制的PTF工作电极具有稳定、持久的电催化活性，使生物传感器能够在葡萄糖连续监测时处理多重分析。(c)组合物可以用于低成本制造一次性使用的生物传感器。(d)组合物具有的流变学性质便于用常规印刷工艺制造传感器。通过铂族金属电催化剂和碳基导电材料的独特组合，一种低成本的、含有低至0.5/99.5的金属/碳比例的电催化系统生产了一种可检测100纳摩尔葡萄糖水平的生物传感器工作电极。这种独特的电催化剂和一种热塑性树脂溶液相结合，提供了一种用于制造一次性使用的生物传感器的低成本、可靠的金属/碳基组合物。该组合物包括已经分散在聚乙二醇醚、其衍生物及混合物中的铂族金属粉末、其合金及混合物。该分散工艺可生产平均粒度小于100nm的金属粒子。这种分散粒子可产生较高的催化活性。该组合物包含下列成分(A)从铂族金属、其合金或混合物选出的电催化剂，可以是粉末，或沉积于石墨载体上，或分散在聚乙二醇醚，其衍生物或混合物中；(B)从石墨、改性石墨、石墨载体、导电碳或其混合物的粒子中选出的碳基导电填充剂；(C)聚乙二醇醚，其衍生物或混合物，以及(D)热塑性聚合物及其混合物。该组合物还可含有(E)溶剂。当数字在专利说明书和权利要求书中被说明时，这些数字包括按照标准舍入技术四舍五入到被说明数字的所有数字。当成分的百分比范围是以固体为基准时，它们是以无溶剂加入或除去任何溶剂的组合物为基础计算的。当提到比表面积或粒子尺寸时，它们是在混合到组合物中之前原材料的比表面积和粒子尺寸。(A)电催化剂电催化剂可以下列形式用于本专利技术中(1)铂族金属粉末，其合金或混合物；(2)沉积在导电载体上的铂族金属粉末、其合金或混合物；(3)分散在聚乙二醇醚中的铂族金属粉末、其合金或混合物；或(4)任何上述成分组合成的混合物。(1)铂族金属粉末铂族金属对于无机和有机反应以及催化电化学反应的催本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合物，所述组合物包含：（ａ）电催化剂，选自：（１）铂族金属粉末，其合金或混合物；（２）沉积在石墨载体粒子上的铂族金属，其合金及混合物；或（３）由（１）和（２）组成的混合物；（ｂ）碳基导电填充剂或它们的混合物；（ｃ）聚乙二醇 醚聚合物，其衍生物或混合物；以及（ｄ）热塑性聚合物或其混合物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MS占，
申请(专利权)人：EI内穆尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]