电化学生物传感器结构和使用该生物传感器的测量方法技术

本发明专利技术提供了一种电化学生物传感器电极结构，其包括：用作样品测量电极的工作电极和参考电极，且它们在样品插入通道的纵向方向上彼此隔开设置，工作电极和参考电极都具有交替设置在其对应于样品插入通道部分上的至少一个突起和至少一个凹坑，工作电极的突起相应地靠近参考电极的凹坑，工作电极的凹坑相应靠近参考电极的突起；以及用作样品识别电极的至少两个样品识别电极，且它们彼此相隔，靠近并平行于工作电极和参考电极设置。本发明专利技术减小了双层电容的影响并独立地施加样品识别信号以精确检测样品插入时间和速度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种，更特别涉及一种电化学生物传感器电极结构和使用该生物传感器的测量方法，该结构最小化双层电容，从而能实现快速且精确测量到达生物样品的响应信号。
技术介绍
对包含在生物样品中的材料进行定性和定量分析在化学上和临床上都是重要的， 这些材料例如包括糖尿病病人的血糖或者作为许多成人病因子的血液中的胆固醇。正如现有技术中已知的，更快捷地且具有良好再现性地测量生物样品(以下称为 “样品”)中包含的特定材料的酶活性对于应用酶活性的电化学生物传感器来说是极其重要的，该生物传感器例如是用于临床化学试验的葡萄糖传感器、尿酸传感器、蛋白质传感器、DNA传感器或蔗糖传感器或者用于肝功能试验的GOT (谷氨酸-丁酮二酸盐转氨酶)或 GPT (谷氨酸-丙酮酸盐转氨酶)传感器。生物传感器由识别目标分析物的识别部分和负责转换成电信号的转换部分组成。 生物材料用作生物传感器的识别部分。该生物材料识别目标分析物引起化学或物理变化， 且转换部分将该化学或物理变化转换成电信号。识别部分和转换部分一起称为“生物传感器电极”。通常，使用常规条形生物传感器的测量方法包括在制造过程中将样品通过毛细管作用插入到样品插入通道中，该毛细管作用比地球重力还强且通过血浆(plasma)或化学表面活性剂处理获得，并将上述样品积聚在样品插入通道中，然后进行样品的定性和定量分析。测量方法通常还包括，在样品测量之前检测插入的样品开始在样品插入通道中积聚时的样品插入时间。通常，样品插入检测信号施加到生物传感器的工作电极和参考电极上，以检测样品插入时间，并且在经过预定时间后，将样品测量信号施加到工作电极和参考电极上来测量样品。换句话说，样品插入时间通过计算从样品到达工作电极和参考电极的时刻到样品全部体积插入到样品插入通道中的时刻所花费的时间来确定。然后，预定时间以后，样品测量信号施加到工作电极和参考电极上来测量样品。这种情况遇到一个问题，即施加用来检测样品插入时间的样品插入检测信号对作为重要测量用电极的工作电极和参考电极表面上的样品的过早反应，形成电双层(EDL)。电双层，其通常存在于相邻不同物质之间的界面上(电极、样品或溶液)，在向界面上施加电场时形成。电双层的电容，这也叫做“双层电容”，该电容是少量的，但可包含在施加样品检测信号时测量的电流信号中。这引起了生物传感器测量信号的失真(distortion)并影响测量。样品的粘度依赖于样品的类型，且即使不显著，也能决定样品在样品插入通道中的积聚速度或时间。这也可以影响测量结果，因为在经过预定时间后开始测量，该预定时间计算为从样品插入时起到将样品完全积聚到通道中所花费的时间。因此，通过控制时间来确定施加样品测量信号的时间，在测量精度方面是相当有问题的。
技术实现思路
技术问题因此，本专利技术的目的在于提供一种生物传感器电极结构和使用生物传感器的测量方法，以解决了现有技术中存在的问题。本专利技术的另一目的在于提供一种生物传感器电极结构和使用生物传感器的测量方法，该生物传感器有效地除去了双层电容并在不使作为测量用电极的工作电极和参考电极的信号失真的情况下精确检测响应信号。本专利技术的再一目的在于提供一种生物传感器电极结构和使用生物传感器的测量方法，该生物传感器能控制依赖于样品类型的样品插入速度。技术方案为了实现本专利技术的目的，提供了一种电化学生物传感器结构，其包括用作样品测量电极的工作电极和参考电极，它们在样品插入通道的纵向方向上彼此隔开设置，该工作电极和参考电极都具有交替设置在其对应于样品插入通道部分上的至少一个突起和至少一个凹坑，该工作电极的突起相应地靠近参考电极的凹坑，该工作电极的凹坑相应地靠近参考电极的突起；以及用作样品识别电极的至少两个样品识别电极，且它们彼此相隔，靠近并平行于工作电极和参考电极设置。该至少两个样品识别电极设置在工作电极和参考电极之间。该至少两个样品识别电极的端部靠近样品插入通道的端部。该至少两个样品识别电极响应于样品识别信号来识别样品。样品识别信号独立于施加到参考电极或工作电极上的样品测量信号进行施加来识别样品。电化学生物传感器电极结构还包括条形识别电极，以检测具有生物传感器电极插入到测量设备中进行测量的时刻。在对应于样品插入通道的部分上，工作电极和参考电极彼此相隔，相隔距离为 50mm 至 120mm。根据本专利技术的另一实施方式，提供了一种电化学生物传感器结构，其包括底板， 其包含样品测量用电极；至少两个样品识别电极，其在绝缘衬底上与样品测量用电极隔开设置；样品测量用电极，其包括工作电极和参考电极，该工作电极和参考电极在样品插入通道的纵向方向上彼此隔开设置，该工作电极和参考电极都具有交替设置在其对应于样品插入通道的部分上的至少一个突起和至少一个凹坑，该工作电极的突起相应地靠近参考电极的凹坑，该工作电极的凹坑相应靠近参考电极的突起，该至少两个样品识别电极彼此相隔， 靠近并平行于工作电极和参考电极设置；中间板，其具有双层涂布粘合绝缘膜结构，该中间板上形成有样品插入通道；以及具有至少两个排气孔的顶板，该排气孔形成在绝缘衬底上对应于样品插入通道的端部。至少两个排气孔对应于至少两个样品识别电极的端部进行设置，以垂直地叠合在至少两个样品识别电极的端部。该至少两个样品识别电极响应于样品识别信号来识别样品。该样品识别信号独立于施加到参考电极或工作电极上的样品测量信号进行施加来识别样品。作为至少两个样品识别电极之一的第一样品识别电极设置用来施加样品识别信号，并作为至少两个样品识别电极中另一个的第二样品识别电极设置用来接收样品到达信号。在对应于样品插入通道的部分上，该工作电极和参考电极彼此相隔，相隔距离为 50mm 至 120mm。根据本专利技术的另一实施方式，提供了一种使用生物传感器的样品测量方法，该方法包括(a)制备生物传感器，该传感器具有样品测量用电极，和与样品测量用电极隔开设置的至少两个样品识别电极，该样品测量用电极包括工作电极和参考电极，该至少两个样品识别电极接收与施加到工作电极和参考电极上的样品测量信号分开控制的样品识别信号；(b)施加样品识别信号到至少两个样品识别电极之一上以确定样品到达与否，该样品识别信号独立于样品测量信号产生并控制；且(c)如果样品已到达，施加样品测量信号到工作电极和参考电极上并测量样品上的响应信号。在步骤(b)中，样品是否到达由通过至少两个样品识别电极中的另一个接收样品到达信号来确定。工作电极和参考电极在样品插入通道的纵向方向上彼此隔开设置。工作电极和参考电极每个都具有交替设置在其对应于样品插入通道的部分上的至少一个突起和至少一个凹坑。该工作电极的突起相应地靠近参考电极的凹坑，该工作电极的凹坑相应靠近参考电极的突起。根据本专利技术的再一实施方式，提供了一种用于制造电化学生物传感器电极的方法，包括通过层叠在绝缘衬底上粘合形成第一导电薄膜；通过层叠在第一导电薄膜上涂覆光敏性干膜，并进行光学蚀刻过程，形成包括第一导电薄膜材料的电极图案，该电极图案整体上具有至少两个样品识别电极和样品测量用电极，该样品测量用电极包括工作电极和参考电极，该工作电极和参考电极在样品插入通道的纵向方向上彼此隔开设置，该工作电极和参考电极每个都具有交替设置在其对应于样品插入通道的部分上的至少一个突起和至少一本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种电化学生物传感器电极结构，包括：用作样品测量电极的工作电极和参考电极，且它们在样品插入通道的纵向方向上彼此隔开设置，所述工作电极和参考电极都具有交替设置在其对应于样品插入通道部分上的至少一个突起和至少一个凹坑，该工作电极的突起相应地靠近参考电极的凹坑，该工作电极的凹坑相应靠近参考电极的突起；且用作样品识别电极的至少两个样品识别电极，且它们彼此相隔，靠近并平行于工作电极和参考电极设置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永泰，
申请(专利权)人：安东大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：KR