生产电化学传感器的连续过程中酶的印刷湿化的制作方法

专利名称：生产电化学传感器的连续过程中酶的印刷湿化的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及生产电化学传感器的改进方法，更具体而言，涉及改进的网板生产方法，其中丝网印刷站在酶印刷过程中保持在预定的温度和湿度水平下。
背景技术：
电化学传感器应用在多种诊断方法中，包括测量人体血液的葡萄糖。生产这样的电化学传感器包括生产许多小板条，它们包含设置在适于容纳血液或者其它体液的试样接收池内的电极。体液形成了池中电极之间的完整回路。电极通常由至少一种反应物覆盖，该反应物可与血液中的分析物(比如葡萄糖)反应形成中间分析物，其可由适于测量电极上的电流或者电量的测量计测量。生产这样的电化学传感器需要在很小的空间沉积几层电极材料、绝缘材料和反应物，而这些层的精确性以及布置对于设备的最终功能是关键的。此外，为了降低成本满足需求，迫切需要电化学传感器在高速下生产，并且层与层之间排列需具有绝对的精确性。
电化学传感器可以在许多应用中使用。在其中的一个应用中，电化学传感器板条被插入在自监视诸如血液或者其它间质流体中的葡萄糖或者其它分析物(比如果糖胺、血细胞比容等等)的特定测量计中。依据电化学传感器的设计、电极的布置、使用的反应物以及其它因素，电化学传感器可以测试许多分析物。许多这些应用，尤其是测量葡萄糖的板条需要传感器的外观具有特定的尺寸和结构，由此生产需要在特定的公差范围内进行以赋予电化学传感器以尽可能的可预测性和可重复性的特征。
由于需要快速的生产许多传感器，而每个传感器具有非常小的池尺寸由此需要在精密公差内设置非常小的电极，生产传感器的方法就更加复杂了。在测量血液或者间质流体葡萄糖时，阻碍正常测试的主要因素是在抽取所需数量血液或者间质流体时产生的疼痛。当需要更大量时产生的疼痛一般大于抽取小量产生的疼痛。因此，生产仅需要更小数量的血液或者间质流体的传感器是有益的，这样在使用时产生更少的疼痛，从而鼓励更加规律的分散或者连续测量。需要更少被分析物质的一种方法是制造具有更小结构特征的电化学传感器，比如具有更小的试样容纳池以及在这些试样容纳池中的非常小的电极。但是，这样小的特征更难于制备，尤其是为了精确和可重现性的分析物测量就更困难了。
有许多方法可以用于生产电化学传感器，包括轮转影印和圆筒丝网印刷方法。在轮转影印方法中，一个圆筒被覆盖限定印刷的零件(比如电极)的形状的涂层。进而圆筒可被印刷其它膜或层(比如酶或者绝缘材料层)。
通过轮转影印方法印刷电极导电墨，在一个可以是聚合物的柔性网板上形成一个或多个电极而生产电化学传感器。使用非常薄的墨可以得到高质量的印刷精确度。对于印刷电化学传感器时所需的更厚的墨和更大的印刷厚度，一般在单进料平坦层印刷电化学传感器时使用固定平板印刷网板。同时，还已经描述了其它方法，包括利用旋转印刷结构生产电化学传感器的方法。
在制备电化学传感器的网板制备方法中，基片材料网板通过一系列印刷站。在每个印刷站，比如电极材料等材料的新层沉积在基片上或者沉积在先前例如用丝网印刷方法沉积的层上。在丝网印刷方法中，网板设置在滤网和墨之下，比如用于制备电极的导电墨挤过滤网的选定部分在位于滤网下的网板的该部分印刷具有预定布置的层。由此，通过移动基片从一个印刷站到下一个印刷站，使在基片上形成电化学传感器成为可能，连续的印刷每一层并从完成的网板上切割出单个的传感器。
在一种制备方法中，传输连续的基片网板穿过至少两个印刷站制备一个电极层和至少一个第一反应物层。印刷站可以是圆柱轮转影印站或者圆柱丝网印刷站。但是轮转影印(旋转雕刻圆筒)和圆柱丝网印刷(旋转圆柱筛网/筛板)印刷方法在网板上印刷电化学传感器时存在着缺点。轮转影印印刷一般只有很薄的印刷高度。形成用于电化学传感器(尤其是那些用于检测血液葡萄糖的传感器)所需电极厚度的厚导电墨更可能因不完整、不一致的印刷导致电化学传感器质量、一致性和可靠性上的降低。使用碳墨(一般具有高固体含量并可以是非常粘的)的轮转影印方法制备碳电极尤其困难，这是因为墨中的固/液相将会分离导致在印迹之间刻图的不完整、不平填充或者排空。这将导致印刷厚度不均匀，并降低碳电极的质量和一致性。圆柱丝网印刷方法适合单进料装置(与连续的网板装置不同)。此外，操作筛网与印刷介质之间的相互作用由此影响印刷质量的能力由于筛网的圆柱形特征而受到限制。而且，适于获得每种类型墨(碳、银/氯化银、绝缘材料、酶或者其它反应物层)的准确厚度的各种筛板也并不是很容易买到。
用于测量血液或间质葡萄糖的电化学传感器也可以通过使用平台印刷机(比如可从Kippax UK，Huddersfield，UK和Registerprint，London，UK获得的Thieme或者Svecia)的多步骤印刷方法制备，并通过与印刷平板基片卡平行设置的可从DEK Machinery，Weymouth，UK和BTP Craftscreen，Coventry，UK获得筛板来计量墨。这个方法的优点是可以用精确的可重复的方式生产传感器，因此可以使用户随时比较结果。印刷多行板条的基片板通过具有多个垂直于运行方向的行的平台印刷站。在这种制备方法中，薄层墨被顺序丝网印刷在聚合物基片上形成大量传感器板条。首先沉积碳墨以形成电极层。接下来沉积绝缘墨层。然后沉积反应物层，一般是酶墨。接下来沉积第二酶层。然后沉积粘结剂层。最后可沉积亲水层。在将板切割成行然后再切割成单个板条之前可在传感器板之上设置保护膜层。这种基片制备方法制备的单个板可以生产500个或500个以上的传感器板条。这些传感器板条设置在以垂直于基片板运行通过平台印刷机(印刷方向)方向的0至9行中，而每一行有50个传感器板条。每行中的1-50个板条都平行于印刷方向。每个板条在每个印刷站之间可以用手来操作。尤其是在四个印刷步骤(印刷碳墨、绝缘墨和两层酶墨)之后，每个板可以用手操作放入切割机械中，因此可以一行传感器板条与另一行相分开的沿着每行进行切割。接下来，操作每行传感器板条将其切割为50个分离的板条。这些操作步骤是费时的、低效率的。
因此需要改进制备电化学传感器的方法，尤其是制备用于测量身体中的标志物诸如血液或者间质流体(葡萄糖、果糖胺、血细胞比容等等)的电化学传感器。此外还需要以适宜的成本高速的、可预测的、可重复的制备传感器板条的方法。另外还需要高速、可预测的和可重复的方法生产具有非常小的零件的传感器板条，每个完工的板条可以用于可靠的、可预测的和准确的以可重现的方式测量体液中的被分析物。
在制备电化学传感器的丝网印刷方法中，酶墨可以为大约60％的水。酶墨中水含量确保墨的粘度在整个印刷运行过程中保持相同。这样保证了在印刷运行中沉积在基片上的墨的量是一致的。如果墨中的水含量在印刷过程中变化将导致酶印刷的差异。酶墨中水分的丢失将使酶干在筛眼中导致差的印刷精度并减少沉积在基片表面上的墨的量。
本发明旨在用于制备检测诸如血液等体液中的葡萄糖等被分析物的电化学传感器的方法中。在这样的制备方法中，需要通过筛网沉积材料，而这样的材料比如酶具有很高的水含量，比如60％。如果处理不当，这样的材料将会干燥并且阻塞丝网印刷方法中所使用的筛网。如果筛网被堵塞，制备步骤将停止，导致更大的消耗并损失大量材料。由此设计用于制备电化学传感器的网板生产方法是有利的，其中高含水量印刷材料(比如墨)不会干燥而堵塞筛网。

发明内容
根据本发明的网板生产方法，包括至少一个适于在移动的基片上印刷酶的印刷站。在一个实施例中，网板生产方法包括在整个方法中连续移动基片，通过丝网印刷方法在基片上沉积酶墨，其中墨沉积在筛网的顶侧，受力穿过该顶侧落到在位于邻近筛网底侧的基片上。为了改进墨的传输，在筛网顶侧的空气湿化到第一相对湿度，在筛网的底侧的空气湿化到第二相对湿度。第一和第二相对湿度可以相同，可以在比如大约85-95％的范围内。在本发明的另一个实施例中，第一和第二相对湿度在大约87-88％的范围内。在本发明的另一个实施例中，第一和第二相对湿度在大约87-69％的范围内。通过控制在本发明的网板生产方法中用于印刷酶的筛网上下表面的热量和湿度可以进一步改进本发明的方法。特别的，位于筛网附近的空气温度可以控制在比如大约18至22摄氏度之间。空气温度可以进一步控制在大约百分之20至59摄氏度。此外，在根据本发明的网板印刷方法中，可以通过在沉积所有墨之前将基片冷却至预定的温度比如大约18摄氏度来改进沉积酶墨的方法。


本发明的新特征特别在所附权利要求中进行阐述。通过参考下述对使用了本发明原理的示例性实施例的详细描述，以及附图可以更好的理解本发明的特征和优点，其中图1为示出了网板印刷方法的8个部分的示意图；图2A为示出了网板印刷方法的第一和第二部分的示意图；图2B为示出了网板印刷方法的第三、第四和第五部分的示意图；图2C为示出了网板印刷方法的第六和第七部分的示意图；
图3为示出了围绕网板印刷的第五和第六部分的湿环境的示意图；图4为示出了围绕网板印刷的第五和第六部分的湿环境的底视图；图5为具有穿孔的管的透视图；图6为示出了溢流循环的示意图；图7为示出了印刷循环的示意图；图8为示出了两个不同涂刷器角度的示意图；图9为示出了两个不同涂刷器位置的示意图；图10为示出了筛网搭锁距离的示意图；图11为预处理区(211)的分解视图；图12为第一干燥区(217)的分解视图；图13为第二干燥区(224)的分解视图；图14为第三干燥区(230)的分解视图；图15为第四干燥区(236)的分解视图；图16为第一净化单元(240)的分解视图；图17A-17D为适当配准的碳层上的绝缘材料层的视图；图18A-18D为由于筛网被拉伸产生的工件时，不适当配准的碳层上的绝缘材料层的视图；图19A-19D为当工件从筛网301没有被拉伸时，不适当配准的碳层上的绝缘材料层的视图；图20A-20D为示出了在初始配准过程中使用第一检查导板目视检查的操作者配准网板的印刷结果的示意图；图21A为具有第一和第二网板检查导板的传感器板的例子；第一、第二、第三和第四Y配准标记；X配准标记；图21B为具有碳X配准标记的传感器板内的一行的分解视图；图21C为具有覆盖碳X配准标记之上的绝缘材料X配准标记的传感器板内的一行的分解视图；图22为用于配准网板印刷方法的参数X、Y和θ的示意图。
具体实施例方式
图1为示出了根据本发明的网板印刷方法的8个部分的示意图。部分1为退绕机单元101。部分2为预处理单元102。部分3为碳印刷站103。部分4为绝缘材料印刷站104。部分5为第一酶印刷站105。部分6为第二酶印刷站106。部分7为重绕机单元107。部分8为冲压机108。本领域技术人员知道，尽管下述说明关于涉及这8个部分的方法和装置，但是本发明的方法和装置可以具有更多或更少数量的部分。比如尽管在这个实施例中设计使用4个印刷站，但是在没有偏离本发明的范围下可以使用一个或者更多的印刷站。在一个实施例中具有最少两个印刷站用以印刷电极层和反应物层。
在本发明的一个实施例中，部分1可以使用比如可从Rockford IL.的Martin Automatic Inc.的Martin退绕机/自动拼接机的基片材料退绕机单元101进行实施。在本发明的这个实施例中，部分2，3，4，5和6可以使用从德国的bünde的Werner Kammann MaschinefabrikGmbh得到的改进型Kammann印刷机，型号为4.61.35进行实施。在本发明的这个实施例中，部分2可以为预处理单元102。预处理单元102可以在印刷之前预处理基片242，而部分3、4、5和6可以被用于将碳、绝缘材料、第一酶和第二酶墨丝网印刷在基片242上。部分7可以包括诸如可以从Rockford IL.的Martin Automatic Inc.的重绕机单元107。部分8可以包括比如可从Lenexa，Kansas的Preco Press获得型号为2024-P-40T XYT CCD CE的Preco穿孔机。尽管提到的是具体装置的型号，本领域技术人员能理解在没有偏离本发明范围的条件下，这些装置可以改变和/或替换和/或完全省略。
图2A、2B和2C为基片242通过根据本发明的网板印刷过程的部分1～8时的示意图。在本发明的一个实施例中，用于基片242的材料可以是一种聚酯材料(商标名MelinexST328)，由Dupont TeijinFilms制造。基片242以卷绕的材料提供，其可以是例如标称350微米厚、370mm宽、大约660m长。已经发现这些厚度和宽度的尺寸特别适合制造由平面丝网印刷在基片网板上的电化学传感器。这是因为使材料坚固以便印刷而又可操作的穿过设备，以及具有足够宽度来容纳合适量的传感器以使该过程在商业上可行。基片242可以包括施加在一侧或两侧上的丙烯酸涂层来改善墨的粘附。聚酯是优选的材料，因为其在本发明的网板印刷过程中的高温和张力下具有令人满意的性质。虽然聚酯，实际上Melinex是本发明一个实施例的优选材料，本领域技术人员根据说明书记载可以设想还可以使用其它材料。实际上其它的，本领域技术人员还可以预计材料厚度、宽度和长度的变化，更大的宽度和长度提供用于制造传感器的附加容量，而材料厚度的变化在一些条件下有助于预处理或者印刷过程中的配准。在本发明的优选实施例中，在进入碳印刷站103之前，基片242暴露于热稳定化处理中，加热基片至185℃并不将其置于大的拉力下争取确保基片242在温度为140-160℃、拉力为165N的网板印刷过程中产生最小的尺寸变形。采用的拉力一般最小，仅足够驱动网板通过加热器。但是，已发现尽管具有这一加热稳定化处理，仍然会发生从一个印刷步骤到下一个印刷步骤配准的变化导致传感器失效。由此，在邻近印刷之前已引入了预处理步骤。如在此后解释的，在预处理步骤中(部分1)基片被加热到高于在后一个印刷步骤中的温度(通常为160℃)。在一个优选实施例中，基片在这一预处理步骤中也被保持在拉力下(一般为165N)。在这一实施例中，预处理与放置在拉力下的结合大大降低了印刷配准的变化并提高了最终的产量。在本发明的一个实施例中，多卷基片242在退绕机单元101或者重绕机单元107中使用诸如可以从Intertape Polymer Group获得的PS-1拼接平底纸带拼接在一起。
图2A为描述本发明一个实施例的网板印刷方法的部分1和部分2的示意图。在图2A中，部分1为一个退绕机单元101。退绕机单元101包括第一心轴200和第二心轴201，第一拼接单元202和第一累加器203。在图2A中，部分2为预处理站102。预处理站102包括第一清洗单元204，一般不使用的第二拼接单元205，回程轧辊206，第二清洗单元207，测力传感器208，第一印刷滚筒209，第一驱动辊210和第一干料区域211。
在图2A中所示的本发明实施例中，退绕机单元101比如可包括Martin退绕机/自动拼接机，可以用以方便的将基片242在大约80N的拉力下连续输送进预处理站102中。退绕机单元101包括第一退绕心轴200和第二退绕心轴201。注意心轴也可以称为芯轴。第一退绕心轴200保持一卷基片材料242，并连续的将基片242送进部分2的预处理站102。第二退绕心轴201保持一卷备用基片242，其可以自动拼接到第一退绕心轴200的基片242末端以确保半连续的提供基片242。这一连续过程从第一退绕心轴200到第二退绕心轴201重复。基片材料累积器203储存预定长度的基片242，并且在第一拼接单元202中(在这一过程中第一退绕心轴200和第二退绕心轴201都是固定的)进行拼接操作时分配所储存的基片242进入部分2的预处理站102。拼接是在材料的连接位置处的任意一侧用一定长度的拼接带进行对接拼接。为了确保质量，在拼接的任意一侧大约10米的已印刷基片被丢弃。第一退绕心轴200和第二退绕心轴201包括网板边缘导轨(未示出)，引导基片进入第一拼接单元202。网板边缘导轨适于防止基片242在进料至第一拼接单元202时偏移。
通常，本发明的机器被设定在任何时刻同时生产2至10卷，更经常的是6卷基片。对于这些连接至墨连续提供源的印刷站，卷的使用数量一般不是问题。但是，对于两个酶印刷站来说，要限制墨的提供数量，卷的使用数量是一个重要的输入参数。卷的使用数量必定决定了在印刷工程开始之前放置在筛网上的墨量。比如使用6卷运行，在部分5和部分6开始印刷操作之前，需要在筛网上放置6卷(或者6卷以上)相当的酶墨量。由此，整个印刷运行过程需要有足够的酶墨以确保在整个印刷运行周期中一致的印刷酶。在酶印刷站筛网附近放置一间隔层以确保在筛网上加入足够数量的酶墨而不需要在一次运转过程中将筛网加满，减少酶墨从筛网上溢出并洒在筛网下运行的网板基片上的风险。
在本发明的一个实施例中，基片242在整个过程中保持在大约165N的拉力下以保持需要印刷的4层的配准(通常印刷配准公差为300μm)。基片242也可以放置在140℃或140℃以下的温度下从而在每个印刷步骤中干燥印刷墨。由于这样的拉力和温度，使基片在处理过程中有伸展或者扩展的趋势，结果超出配准物误差。的确，图形尺寸的变化从一个印刷站到另一个印刷站，从一个印刷过程到另一个印刷过程以及在每个印刷过程中都是难于预料的，并且也不能过高。
在图2A所示的本发明实施例中，部分2为预处理单元102，预处理发生在将任何图形印刷在基体上之前。在网板印刷过程的接连步骤中预处理基片242以减少膨胀和拉伸的量，也有助于基片242经过部分3-6时的配准。预处理站可以加热基板242到不被后续印刷步骤超过的温度。一般其发生在150N到180N的拉力下，更典型的是165N左右。然而，在其它的实施例中，预处理单元102可以加热基片242到足够从基片242中除去不可回复的伸长的温度，也可选择在上述的拉力下进行。
在本发明的一个实施例中，基片在预处理区211被加热到大约160℃，如在图11中详细示出的。如上面所说明的，在本发明的一个实施例中，在预处理站102中基片被加热到的温度没有被基片242的后续操作赶上或超过，包括后续的干燥步骤。后续的印刷过程可以通过提供稍大的模板筛网尺寸(在网板的行进方向上一般为750μm)补偿由于预处理站102拉伸造成的稍大的图形。提供新的筛网可以是或然性的。在每一个印刷站其它参数可以因此变化，以便适应图形尺寸的变化，而不需要更换筛网，例如筛网和网板的相对速度。不过，对于可适应的图形大小变化存在限制。由此其优选如这里所述的那样预处理基片，减少总体图形尺寸的增加和减少在所述图形尺寸增加中的变化。
在本发明的一个实施例中，预处理站102还包括附加的元件，其实现有利于根据本发明的网板生产过程的正确操作的作用。在预处理单元102中，具有两个网板清洁单元，即清洁基片242的上部和下部的第一清洁单元204和第二清洁单元207。第一清洁单元204和第二清洁单元207使用涂覆胶粘剂的辊子在任何印刷步骤之前从基片242上除去颗粒物质。第一清洁单元204可以是例如可从在英国格拉斯哥的KSM Web Cleaners购买的、型号为WASP400清洁器。第二清洁单元207可以是例如从Teknek购买的清洁器。预处理单元102进一步包括一个回程轧辊206和一个测压元件208。回程轧辊206用于控制基片242的拉力(尤其是在回程轧辊206和输出轧辊238之间的拉力)。回程轧辊206经由一个控制系统(未示出)与测压元件208相连。基片242在输出轧辊238作用下以恒定速率离开部分6中的第二酶印刷站106。在部分2中的测压元件208测量当基片242穿过本发明的网板印刷过程移动时其上的拉力。回程轧辊206调节其速度以控制在预定位置处的拉力。本发明的网板生产过程中典型的基片拉力是大约150N到180N，更具体的是160N到170N，在本实施例中大约为165N。
图2B所示为根据本发明的网板印刷过程的部分3、部分4和部分5的示意图。在图2B中，部分3是碳印刷站103。在印刷之前安装一个清洁系统(从Meech购买)，所述清洁系统使用一个真空和刷系统清洁基片的上侧(印刷侧)和下侧，上部刷和真空站251和底部刷和真空站250彼此偏置。上部刷和真空站250刚刚在激冷辊212和累积器213之前与基片接触，且是在碳印刷之前最近的可到达的点。底部刷和真空站251在基片离开预处理单元102之后立即与基片接触。碳印刷站103包括第一激冷辊212、第二累积器213、第二印刷辊214、第一图像传感器215、第二驱动辊216、第一干燥区217和第二激冷辊218。在图2B所示的本发明实施例中，部分4是绝缘材料印刷站104。绝缘材料印刷站104包括第三激冷辊219、第三累积器220、第三印刷辊221、第二图像传感器222、在位置237A的第一Y配准系统(未示出)、第三驱动辊223和第二干燥区224。在图2B中，部分5是第一酶印刷站105。第一酶印刷站105包括第四激冷辊225、第四累积器226、第四印刷辊227、第三图像传感器228、第二Y配准系统，在237B(未示出)，第四驱动辊229和第三干燥区230。
在根据本发明的过程中，网板生产过程的部分3是进行碳印刷的位置。当然，如同本领域技术人员能够理解的，可以改变印刷过程的数量和类型，而不脱离本发明的最大的范围。例如，可以提供两个碳印刷或者一个或多个具有碳和金属颗粒的印刷，银/氯化银墨或金或钯基墨可用于提供电化学传感器中的一个电极层。绝缘材料和试剂层的组成、沉积顺序、沉积厚度和排布设计以及对于本领域技术人员来说显而易见的其它参数相对于这里所述的实施例也可以变化。在部分3中，根据本发明制造的用于电化学传感器的碳图案可以使用丝网印刷进行印制。碳印刷站103的基本组件如图6和7所示。特别的，根据本发明的合适的印刷站包括筛网301、下印刷辊303、印刷辊600、溢流刮刀603、橡皮刮板保持器605和橡皮刮板606。在碳印刷站103中，印刷辊600是第二印刷辊214。筛网301通常为扁平结构，并且典型的是包含用于提供所需图案的底片的丝网。碳墨施加到丝网上并在印刷时被推进穿过该丝网。在这个阶段，扁平的筛网可以在墨的重量和橡皮刮板的推动墨穿过丝网模板的拉力下，在扁平形状外稍微发生变形(对于酶印刷步骤中尤其如此，在整个印刷过程中所使用的全部的墨，通常在印刷过程开始时沉积在筛网上)。
在根据本发明的溢出循环过程中，通过在相应于基片242的网板运动的第一方向608上移动橡皮刮板606、溢出刮刀603、印刷辊600、和下印刷辊303，在筛网301中充满墨604。筛网301沿着与基片242的第一方向608相反的第二方向607移动，墨604被加到筛网301上。
在根据本发明的后续的印刷循环过程中，如图7所示，橡皮刮板606将墨604通过筛网301传送到基片242上。在印刷循环过程中，橡皮刮板606、溢出刮刀603、印刷辊600和下印刷辊303都在与基片242的网板移动方向相反的第二方向607上移动。筛网301在相应于印刷循环中基片242的网板移动方向的第一方向608上移动，其中墨604被推挤通过筛网301并沉积到基片242上。由此在印刷循环期间，筛网301在与网板基片相同的方向以与基片相同或非常接近相同的速度移动。筛网301在静止时基本是扁平的，但是在使用中，其被橡皮刮板606朝着网板推动而发生轻微的变形，但是当橡皮刮板606移走后可以基本上回复到原始形状。然后当被重新装载墨604准备下一个印刷循环时，筛网301沿着与基片运动相反的方向移动。当墨装载在筛网301上时，墨的重量非常轻微的使筛网发生弯曲。当离开印刷站时，筛网301与网板移动的方向608成一个角度。这一设置(该角度一般为大约10-30度，更具体的可以为大约15度)改善了墨从筛网上释放到基片上，从而提高了印刷精确度和再现性。筛网与基片的角度、橡皮刮板的角度、筛网与橡皮刮板的距离、橡皮刮板相对于印刷滚筒的位置、搭锁距离(snap distance)、基片和筛网的相对速度以及橡皮刮板的压力都可以用来控制和优化整个卡的最终精度和一致性(一个筛网印刷机构的实施例在授权的美国专利US4245554中描述的更加详细，这篇文献以引用的方式结合在这里)。
特别的，在碳印刷站103中，所述的墨为碳墨。一种合适的碳墨的例子将在下面进行描述。在本发明的实施例中，在使用橡皮刮板606传输墨604通过筛网并印刷在基片242上之前，筛网301用墨604填满。沉积在基片242上的印刷碳图形然后进行干燥，干燥方法比如可以使用在第一干燥区217中用4个分离的烘干组直接将140℃的热空气吹在基片印刷表面上的方法，在图12中说明的更详细。
在碳印刷站使用适当的墨包括，但不限于，具有金属颗粒碳、银/氯化银、金基的、钯基的导电可印刷墨。
可以使用其它类型的导电墨，例如具有金属颗粒碳、银/氯化银、金基的、钯基的导电可印刷墨。
在本发明的一个实施例中，在碳印刷操作之前且刚刚在干燥之后，使基片242通过第一激冷滚筒212，所述第一激冷滚筒被设计以快速冷却基片242至预定的温度，一般为室温(大约18-21℃，一般为19.5+/-0.5℃)。在根据本发明的网板生产方法的一个实施例中，第一激冷滚筒212的表面大约18℃。第一激冷滚筒212可以使用比如大约7℃的工厂冷却水冷却至合适的温度。可以通过控制工厂冷却水的流速和/或温度来控制该滚筒的温度。在印刷工艺中印刷碳图案被沉积后，基片242通过第二激冷滚筒218。降低基片242的温度并保持基片242的温度是有益的，这是因为更冷的温度减少了印刷过程中墨在筛网上干燥以及在网板上形成块的可能性。在根据本发明网板生产方法中使用激冷滚筒还有另一个益处，因为它可以减少基片242的伸展量，减少配准问题以及在运行中调整操作以校正这一问题的需要。
在一个实施例中，通过测量激冷滚筒的温度和控制水流/温度的反馈回路动态地控制激冷滚筒的温度。本领域技术人员通过此处所述实施例可以设想其它冷却滚筒的方法，比如电动冷却单元。
在根据本发明的方法中，网板生产方法的部分4是进行绝缘材料印刷的。在部分4中，用于本发明生产的电化学传感器的绝缘材料图形采用通常为平板筛网的丝网印刷方法进行印刷。绝缘材料印刷站104的基本元件如图6、7所示。特别的，根据本发明的合适印刷站包括筛网301、下印刷滚筒303、印刷滚筒600、溢流刮刀603、橡皮刮板保持器605和橡皮刮板606。在绝缘材料印刷站104中，印刷滚筒600为第三印刷滚筒221。
在根据本发明的溢出循环过程中，通过在相应于基片242的网板运动的第一方向608上移动橡皮刮板606、溢出刮刀603、印刷辊600、和下印刷辊303在筛网301中充满墨604。筛网301沿着与溢出循环过程中基片242的第一方向608相反的第二方向607移动，墨604被加到筛网301上。
在根据本发明的下面的印刷循环过程中，如图7所示，橡皮刮板606将墨604通过筛网301传送到基片242上。在印刷循环期间，橡皮刮板606、溢出刮刀603、印刷辊600和下印刷辊303都在与基片242的网板移动方向相反的第二方向607上移动。筛网301在相应于印刷循环中基片242的网板移动方向的第一方向608方向上移动，其中墨604被推挤通过筛网301并沉积到基片242上。一个筛网印刷机构的实施例在授权的美国专利US4245554中描述的更加详细，这篇文献以引用的方式结合在这里。
在可移动平板筛网印刷中，在印刷过程中一个通常的平板筛网具有一个沿着与基片相同的方向以及大致相同的速度移动的元件。一般的，在每个印刷站中，当筛网和基片移动离开印刷站时，基本为平板的筛网与基片成一个锐角(图6中A所示)。改变基片和筛网的相对速度可以改变沿着基片运动方向即X方向上印刷图形的尺寸。
在每个印刷站中使用的模板筛板一般包括弹性可变形聚酯或者拉伸并附接在刚性框架上的钢网。一个实施例使用了由DEKMachinery，Weymouth，UK提供的聚酯筛网。筛眼由紫外线(UV)敏感涂层覆盖并与一个胶片阳片筛网一起暴露在UV光源下，展开并干燥以使涂层在筛网上干燥形成所需布线图形。在橡皮刮板的帮助下，墨通过模板的开放区域，并沉积在基片上(墨在基片上形成正象)。框架为安装筛网的装置，承受拉伸筛网施加的力并产生最小的变形同时承受在印刷过程中产生的附加力。
特别的，在绝缘材料印刷站104中，所述的墨为绝缘墨。一种合适的绝缘墨的例子在下面说明。在本发明的实施例中，在使用橡皮刮板606传输墨604通过筛网并印刷在基片242上之前，筛网301用墨604填满。沉积在基片242上的印刷绝缘材料图案然后进行干燥，干燥方法比如可以使用在第二干燥区224中用4个分离的烘干组直接将140℃的热空气吹在基片印刷表面上的方法，在图13中更详细示出。本发明网板生产方法中在绝缘材料印刷站可以使用的合适的墨的例子为Ercon E6110-116 Jet Black Insulayer Ink，可以从Ercon，Inc获得。在本发明的一个实施例中，绝缘材料图案可以使用此处所述的技术在X方向(沿着机器)和Y方向(穿过机器)与碳图形配准。本领域技术人员根据此处描述可以预想可以使用的其它类型的绝缘墨。此外，可以采取不同的层以及不同的层顺序来提供不同顺序的层，因此可以产生不同结构的电化学传感器。
在本发明的一个实施例中，在绝缘材料印刷操作之前且刚刚在干燥之后，使基片242，包括印刷碳和绝缘图案通过第三激冷滚筒219，所述第三激冷滚筒被设计以快速冷却基片242至预定的温度，一般为室温(大约17-21℃，一般为19.5+/-0.5℃)。在根据本发明的网板生产方法的一个实施例中，第三激冷滚筒212的表面大约18℃。第三激冷滚筒219可以使用比如大约7℃的工厂冷却水冷却至合适的温度。降低基片242的温度并保持基片242的温度是有益的，因为更冷的温度减少了印刷过程中墨在筛网上干燥以及在网板上形成块的可能性。在根据本发明网板生产方法中使用激冷滚筒还有另一个益处，因为它可以减少基片242的伸展量，减少配准问题以及在运行中调整操作以校正这一问题的需要。
在根据本发明的工艺过程中，第一酶印刷在网板生产方法中中的部分5中发生。在部分5中，根据本发明生产出的电化学传感器的酶墨图案使用丝网印刷和如前面所述的可移动的基本上扁平的筛网进行印刷。第一酶印刷站105的基本组成如图6和7所示。特别的，根据本发明的合适的印刷站包括筛网301、下印刷辊303、印刷辊600、溢出刮刀603、橡皮刮板保持器605、橡皮刮板606。在第一酶印刷站105中，印刷辊600为第四印刷辊227。
在根据本发明的溢出循环过程中，通过在相应于基片242的网板运动的第一方向608上移动橡皮刮板606、溢出刮刀603、印刷辊600、和下印刷辊303在筛网301中充满墨604。筛网301沿着与溢出循环过程中基片242的第一方向608相反的第二方向607移动，墨604被加到筛网301上。
在根据本发明的后续印刷循环过程中，如图7所示，橡皮刮板606传送墨604穿过筛网301到达基片242上。在印刷循环期间，橡皮刮板606、溢出刮刀603、印刷辊600和下印刷辊303都在与基片242的网板运动相反的第二方向607上移动。筛网301在相应于用于印刷循环的基片242的网板运动方向的第一方向608上运动，在这里墨604被推挤穿过筛网301并沉积到基片242上。筛网印刷机构的一个实施例在授权的美国专利4245554中有更详细的描述，在此引入其作为参考。
特别的，在第一酶印刷站105中，所讨论的墨是酶墨。合适的酶墨的一个例子在下面列出。在本发明的该实施例中，筛网301在使用橡皮刮板606来传送墨604穿过筛网并施加到基片242上之前注满墨604。然后对沉积在基片242上印刷的酶图案进行干燥，使用导向基片被印刷的表面上的例如50℃下的热空气，使用在第三干燥区230内的两个单独的干燥台，在图14中更详细示出。在根据本发明的网板生产过程中的用于第一酶印刷站105的合适的墨的一个例子在表2中进行了总结。
表2

在本发明的一个实施例中，在绝缘材料印刷过程之后和刚刚在干燥后之后，包括印刷的碳和绝缘材料图案的基片242经过第四激冷滚筒225，所述第四激冷滚筒设计用于快速冷却基片242到一般为室温(17-21℃左右和典型的为19.5℃+/-0.5℃)的预定温度。在根据本发明的网板生产过程的一个实施例中，第四激冷滚筒225的表面大约为18℃。第四激冷滚筒225可以使用例如7℃左右的工业冷却水冷却到合适的温度。降低基片242的温度并保持基片242的温度是有益的，因为较低的温度减少了墨在筛网上干燥并在网板眼中结块的可能性。根据本发明，激冷滚筒在网板生产过程中的应用也是有益的，因为其缩小了基片242的伸长量，减少了配准问题和在操作中为补偿这样的问题而改变过程的需要。
另外，由于酶墨的高水分含量和由于筛网移动产生的气流，保证酶墨不在筛网内干燥是至关紧要的。移动的筛网遇到的空气的相对流动使墨在筛网上干燥，其方式不同于通常在平板筛网印刷机(例如Thieme平板筛网印刷机)中观察到的方式，因为筛网本身不在机器中移动，与本发明不同。不仅激冷滚筒通过确保基片在酶筛网-印刷步骤之前冷却至大约18℃来缓解这些问题，负载酶墨的筛网在印刷过程中也被湿化。在一个实施例中，湿化基本上是连续的。可以对筛网的上侧、下侧和/或侧边湿化，也可以三者一起湿化。管道装置分别在筛网的上侧、下侧和侧边提供基本上恒定的湿化空气流，确保墨中的水含量保持在恒定的水平。根据本发明的为筛网上侧、下侧和/或侧边提供湿化的合适装置如图3、4和5所示。湿化装置(通常为传输湿化空气的管道)的数量和设置取决于需要湿化的量、墨的水含量、周围空气的湿度和温度、当接近酶印刷站时基片的温度、印刷滚筒的温度、筛网尺寸以及筛网在周围环境(未湿化空气)中的暴露量。在一个实施例中，包括一列或者多列孔400的管道304在筛板来回的行程中沿着整个筛板下侧传输湿化空气。在上面且至机器的操作者一侧的管道(未示出)输送湿化空气流300和304(见图4)。
典型地，印刷运转所需的全部酶墨在印刷运转开始时或者在开始前被放置在筛网上。由于酶墨包含大部分水(典型的是在55到65％重量百分比之间，更典型的是重量百分比在60％左右)，该墨倾向于在运转的连续操作期间被干燥。这种风险可以通过在担载有酶墨的筛网周围进行湿化得以降低。另一种可选方式或者更典型的是可以使基片在酶(或者任何一种)印刷站之前通过使用这里所描述的激冷滚筒进行冷却。一般基片的温度被控制在低于或等于室温。但是，基片的温度保持在室内大气的露点之上。如果室内湿度是60％，那么露点可能为15℃。如果基片的温度下降到低于这个温度，那么在基片上会发生冷凝，潜在的损害各种后续的印刷过程，尤其是任何使用水溶性的墨例如酶墨的后续印刷过程。因此基片温度的控制，例如在室温和露点的限值之间，对于一个成功的印刷过程可以说是很重要的。在控制基片温度中，控制经过激冷滚筒212、219、225和231的温度和/或时间是很重要的。一个反馈控制回路可用于测量基片的温度，例如相应于室温和/或露点(给定室内湿度)的温度以控制激冷滚筒的温度和基片离开激冷滚筒并接近下一个印刷站时的温度。
图2C表示的是根据本发明的网板印刷过程的部分6和部分7的示意图。在图2C中，部分6为第二酶印刷站106。第二酶印刷站106包括第五激冷滚筒231、第五累积器232、第五印刷辊233、第四图像传感器234、第五驱动辊235、第五干燥区236、Y配准系统237和输出轧辊238。在图2C所示的本发明的实施例中，部分7为重绕机单元107。重绕机单元107包括转向机构239、第一重绕轴240和第二重绕轴241。
在根据本发明的一个过程中，网板印刷过程的部分6是进行第二酶印刷之处。在部分6中，根据本发明制造的用于电化学传感器的酶墨图案通过丝网印刷进行印刷。施加两个酶墨涂层的目的是保证完全覆盖碳电极，使得电极基本平均，没有空白处。第二酶印刷站106的基本组成如图6和7所示。特别的，根据本发明的合适的印刷站包括筛网301、下印刷辊303、印刷辊600、溢出刮刀603、橡皮刮板保持器605、橡皮刮板606。在第二酶印刷站106中，印刷辊600为第五印刷辊233。
在根据本发明的溢出循环过程中，通过在相应于基片242的网板运动方向的第一方向608上移动橡皮刮板606、溢出刮刀603、印刷辊600和下印刷辊303在筛网301中充满墨604。筛网301在与用于溢出循环的基片242的第一方向相反的第二方向607上运动，这时墨604被充满到筛网301上。
在根据本发明的后续印刷循环过程中，如图7所示，橡皮刮板606传送墨604穿过筛网301到达基片242上。在印刷循环期间，橡皮刮板606、溢出刮刀603、印刷辊600和下印刷辊303都在与基片242的网板运动相反的第二方向607上移动。筛网301在相应于用于溢出循环的基片242的网板运动方向的第一方向608上运动，在这里墨604被推挤穿过筛网301并沉积到基片242上。一个筛网印刷机构的实施例在授权的美国专利US4245554中描述的更加详细，这篇文献以引用的方式结合在这里。
特别的，在第二酶印刷站106中，所讨论的墨是酶墨。在本发明的该实施例中，筛网301在使用橡皮刮板606来传送墨604穿过筛网并施加到基片242上之前注满墨604。然后对沉积在基片242上印刷的酶图案进行干燥，使用导向基片被印刷的表面上的例如50℃下的热空气，使用在第四干燥区236内的两个单独的干燥组，在图15中更加详细地示出。合适的用于第二酶印刷站106的墨的例子与上述表2中所述的用在第一酶印刷站的酶墨相同。
在本发明的一个实施例中，在第二酶印刷过程之后且刚刚在干燥之后，包括印刷的碳、绝缘材料和酶墨图案的基片242经过第五激冷滚筒231，所述第五激冷滚筒设计用于快速冷却基片242到预定的温度。在根据本发明的网板生产过程的一个实施例中，第五激冷滚筒231的表面大约为18℃。第五激冷滚筒231可以使用例如7℃左右的工业冷却水冷却到合适的温度。降低基片242的温度并保持基片242的温度是有益的，因为较低的温度减少了墨在筛网上干燥并在网板眼中结块的可能性。根据本发明激冷滚筒在网板生产过程中的应用也是有益的，因为其缩小了基片242的伸长量，减少了配准问题和在操作中为补偿这样的问题而改变过程的需要。
另外，由于酶墨的高水分含量和由于筛网移动产生的气流，保证酶墨不在筛网内干燥是至关紧要的。不仅激冷滚筒通过确保基片在酶丝网印刷步骤之前冷却至18℃缓解这些问题，也通过上侧和/或下侧和/或侧边筛网的湿化在筛网上部和下部提供湿化的空气气流，保证墨的水含量保持在恒定水平。一般的湿化的空气恒定地流过筛网。根据本发明的为筛板上侧和下侧提供湿化的合适装置如图3所示。
第二酶印刷站106可包括输出轧辊238、用于检查配准的检查系统237、在237C处的第三Y配准系统(未示出)和条码站(未示出)。输出轧辊238帮助控制基片242的拉力(特别是回程轧辊206和输出轧辊238之间的拉力)。基片242在输出轧辊238作用下以恒定的速率从第二酶印刷站106移开。在237A、237B和237C处的Y配准系统(未示出)，通过使用如图21A所示的第一Y配准标记2101、第二Y配准标记2102、第三Y配准标记2103、第四Y配准标记2104，控制印刷期间每个印刷循环的Y配准(即穿过网板)。在本发明的一个实施例中，第一Y配准标记2101、第二Y配准标记2102、第三Y配准标记2103、和第四Y配准标记2104可以分别对应于碳印刷站103、绝缘材料印刷站104、第一酶印刷站105、和第二酶印刷站106的Y配准。每个Y配准标记包含2个三角形，其在构成一个近似矩形的方向并置。在一个实施例中，位于237A、237B和237C位置处的Y配准系统可以通使用从德国Leopoldshoehe的Eltromat Gmbh购买的Eltromat DGC650而实施。
在本发明的一个实施例中，检查系统237可以使用Eltromat检查系统，型号为PC3100HD，其可以从德国Leopoldshoehe的EltromatGm bh购买。该检查系统237具有图像组件，检查如图17A到19D和/或图20D所示的配准标记，并可以用作评价传感器板21 06是否不合格(例如通过记录相对于在一个数据库中条码的检查结果)的工具。
Y方向(其可以在印刷期间通过位于237A、237B和237C位置处的配准系统(未示出)进行改变和/或通过在全部印刷阶段都已完成后使用检查系统237进行检查)上的配准问题可以归于网板拉力的改变或基片242的不均衡的变形。在本发明的一个实施例中，条码站包含下面可在商业上获得的部件条码印刷机(型号A400，从英国剑桥的Domino UK Ltd.购买)、条码横向系统(苏格兰佩思郡的ScottishRobotic Systems)和条码阅读器(在Canton，MA的RVSI AcuityCiMatrix)。条码站(未示出)用二维条码将传感器板2106的每行打上标签。这样为每行传感器提供了唯一的标识码、批/批次数字标识、传感器板数和行数。条码站也在印刷后立即阅读条码以校验条码已经被正确地印刷并向机器操作者提供可视指示。条码和从部分2到6的过程信息被存储到一个数据库中，并为了后续的过程而用于卡的识别和随之的废弃/接受。
重绕机单元107包括例如Martin自动重绕系统。这是机器的最后一部分，可以使基片242连续重绕。重绕机单元107包括第一重绕轴240和第二重绕轴241。第一重绕轴240保持一个基片242的卷并持续地从第二酶印刷站106拉出材料。第二重绕轴241保持备用材料卷，其在基片242的卷从第一重绕轴240上完成后自动地把第一基片242的卷拼接到第二卷中。从第一重绕轴240到第二重绕轴241重复这个连续的过程。在基片242仍在移动的时候进行的纸幅自动接头，使得基片242可以连续地重绕。拼接处被直接放置在预先备有双侧压敏粘结剂的基片材料242的新卷上。
图3为在网板印刷的第五和第六部分周围的潮湿环境的示意图。用于提供网板印刷环境湿化方式的基本组成如图3所示，其包括顶部潮湿空气300、筛网301、底部潮湿空气302、下印刷辊303、包括多个穿孔400的管道304、基片242和第四印刷辊227或第五印刷辊233。设定湿化和温度以试图并保证酶墨的性质在溢出和印刷循环期间，优选的是在印刷运转的整个期间不随时间发生明显程度的改变。特别的，所希望的是酶墨的粘度和水含量在溢出和印刷循环期间，优选的是在印刷运转的整个期间不随时间发生改变。酶墨含有大约63％的水。恒定的水含量保证施加在基片242上的墨的量是一致的。如果墨的水含量在印刷过程中发生改变，这会导致酶层厚度的改变。此外，酶墨中水分的损失将会导致酶在筛网301上干燥，造成不好的印刷精确度和施加在基片242上的墨的量减少。第一酶印刷站105或第二酶印刷站106中的潮湿空气保持在85到95％的相对湿度。顶部潮湿空气300和底部潮湿空气302被泵送到筛网301的两侧以保持所需的相对湿度。侧管305设置在网板的一侧，并在紧邻酶印刷站的一侧向网板上引入湿化的空气。可以改变湿化装置的性质和类型以适应印刷站的尺寸和形状，和对于墨的某种类型在某个印刷站的某个环境下的湿化需要。经常可以使用一个罩把筛网的上侧和/或下侧封装起来以使得湿化的空气可输送进入与筛网直接相邻的罩内，并由于罩的存在而保持在筛网附近。如果罩被安装在筛网的上部框架上，如同典型的情况，罩可以在x方向(印刷方向)具有一个狭缝以使得橡皮刮板在正常的溢出/印刷循环中相对于筛网运动。
图4为网板印刷的第五和第六部分周围的潮湿环境的示意图。用于提供网板印刷环境的湿化方式的基本组成也如图4中所示，其包括顶部潮湿空气300、筛网301、底部潮湿空气302、具有穿孔的管道304和穿孔400、305处的侧管(未示出)。具有多个穿孔400的管道304位于筛网301的下面，作为用于鼓入底部潮湿空气302的方式来保持筛网301上的酶墨的粘度。图5为用以鼓入底部潮湿空气302的具有穿孔400的管道304的示意图。
图8是2个不同的橡皮刮板角度的示意图，其中包括基片242、印刷辊600和橡皮刮板606。可以改变橡皮刮板的角度800来使印刷区域的精确度最优化。在本发明的一个实施例中，橡皮刮板的角度可以为15+/-5优选的+/-1到2度。需要注意的是橡皮刮板606与印刷辊600的接触点对于每个橡皮刮板角800来说是相同的。
图9是2个不同的橡皮刮板位置的示意图，其中包括基片242、印刷辊600、下印刷辊303、橡皮刮板606、第一橡皮刮板位置900、和第二橡皮刮板位置901。橡皮刮板位置为橡皮刮板相对于印刷辊600的中心的位置。橡皮刮板位置可对印刷墨的厚度产生主要影响。可以改变橡皮刮板位置来使印刷区域的精确度最优化。
图10是示出了筛网搭锁距离(1000)的示意图，其中包括基片242、印刷辊600、下印刷辊303和筛网301。在本发明的一个实施例中，筛网搭锁距离(1000)为筛网301和基片242之间的最近距离。在本发明的优选实施例中，筛网搭锁距离(1000)大约为0.7mm。如果筛网搭锁距离(1000)设置过高，橡皮刮板606不能使筛网301足够的翻转以足够的印刷精确度把墨604传送到基片242上。如果筛网搭锁距离(1000)设置过低，筛网301会从前面的印刷循环抹掉墨604导致印刷的精确度不够。
图11所示为预处理区211的分解视图，其包含第一驱动辊210、热板1100、第一加热台1101、第二加热台1102和第三加热台1103。在本发明的一个实施例中，热板1100与基片242的未印刷的侧面接触。在本发明的一个优选的实施例中，热板1100可涂覆有聚四氟乙烯(Teflon)，并可以加热到160℃左右。在本发明的一个实施例中，第一加热台1101、第二加热台1102和第三加热台1103鼓出160℃左右的热空气。如同本领域技术人员能够理解的，对这些条件可以进行变化以适应基片的类型和/或厚度和/或任何预处理和/或随后过程中的温度。
图12所示为第一干燥区217的分解视图，其包含第二激冷辊218、第二驱动辊216、第一干燥台1200A、第二干燥台1101A、第三干燥台1102A、和第四干燥台1103A。在本发明的一个实施例中，第一干燥台1200A、第二干燥台1101A、第三干燥台1102A和第四干燥台1103A鼓出大约140℃的热空气，但是通过这里的描述本领域技术人员能够理解对这些条件可以进行变化。
图13所示为第二干燥区224的分解视图，其包含第三驱动辊223、第一干燥台1200B、第二干燥台1101B、第三干燥台1102B、和第四干燥台1103B。在本发明的一个实施例中，第一干燥台1200B、第二干燥台1101B、第三干燥台1102B和第四干燥台1103B鼓出大约140℃的热空气，但是通过这里的描述本领域技术人员能够理解对这些条件可以进行变化。
图14为第三干燥区230的分解视图，其包含第四驱动辊229、第一干燥台1200C、和第二干燥台1101C。在本发明的一个实施例中，第一干燥台1200C和第二干燥台1101C鼓出大约50℃的热空气，但是通过这里的描述本领域技术人员能够理解对这些条件可以进行变化。
图15为第四干燥区236的分解视图，其包含第五驱动辊235、第一干燥台1200D、和第二干燥台1101D。在本发明的一个实施例中第一干燥台1200D和第二干燥台1101D鼓出大约50℃的热空气，但是通过这里的描述本领域技术人员能够理解对这些条件可以进行变化。
图16所示为第一清洁单元204的分解视图，其包含胶粘辊1600、蓝色聚合物辊1601。在本发明的一个实施例中，蓝色聚合物辊1601与基片242的顶部和底部侧接触，将颗粒/异物传送到胶粘辊1600上。
图17A到17D所示为本发明的一个正确配准的实施例的碳层印刷的绝缘材料层的视图。注意到图17A表示传感器板2106的顶部左侧，图17B表示顶部右侧，图17C表示底部左侧，图17D表示底部右侧。标记没有在图21A所示的传感器板上示出。在本发明的一个实施例中，碳印刷站103印刷包含在基片242上的由矩形碳边界线1703包围的固态碳矩形1700的碳层。在后续的印刷循环中，绝缘材料印刷站104在基片242上印刷矩形绝缘边界线1701，其位于固态碳矩形1700和矩形碳边界线1703之间。当绝缘材料层与碳层的配准在全部四个角都是正确的时，一般在矩形绝缘边界线1701和固态碳矩形1700之间没有未涂覆的基片242。绝缘材料层与碳层的配准可以由操作者手动检查，或者可以使用第二图像传感器222进行检查，在一个实施例中，包含一个指向基片的每个角的照相机。通常这形成了印刷运行开始时初始的一部分。操作者可以在电视(TV)屏幕上看到基片相互邻近的全部四个角。操作者随后可以可视检查在这一初始过程(实际上在印刷运行中剩余阶段)中绝缘材料层到碳层的配准，并且可作出使绝缘材料层和碳层印迹配准的任何必要的调整。应理解网板观察器222(包括，比如4个指向基片卡四个角上位置的照相机)观看和传递每个卡的四个角的快照。由此每个卡的角在显示器上只能观察几分之一秒，因为当网板穿过设备时位于观察相机下面的基片经常地被替换。这一系统可以使操作者立即看到他所采取的任何调整在将绝缘材料层到碳层的配准中取得的效果。操作者采取的调整包括，但不限于，丝网印刷行程、搭锁高度、橡皮刮板的拉力，筛网相对于“Y”方向的位置、筛网相对于“θ”的位置。一旦在这个和其它印刷站上(使用观测器228、234)建立了观测器配准，可以采用自动内部X配准系统(使用标记2107、2108)和自动Y配准系统(比如，位于237A、237B和237C位置处使用标记2101至2104的配准系统)在印刷过程中监测和自动修正X和Y方法的配准。如图17A至20D中所示的标记1700至1703可以在印刷过程中用于自动X和Y方向的配准，作为另一种可选方式或者除此之外，本领域技术人员根据说明书中的记载还可以使用标记2101至2104以及2107和2108。
图18示出了本发明一个实施例中当绝缘材料层图案在印刷方向上比碳层图案更长时绝缘材料层与碳层不正确配准的视图。即使碳和绝缘材料筛网在这个尺度上具有相同的尺寸，也会发生这种情况，这是因为基片可能已被拉伸或者筛网在不同阶段的行程不相同(相对慢的筛网行程会得到沿着基片筛网运行方向更长的图案印迹)。注意图18A为传感器板2106的顶部左侧、图18B为传感器板2106的顶部右侧、图18C为传感器板2106的底部左侧、图18D为传感器板2106的底部右侧。当绝缘材料层与碳层的配准在未覆盖的基片的四个角中的一个上不正确时，可以在矩形的绝缘边界线1701和固体的碳矩形1700之间被观察出来。操作者使用第二图像传感器222可以手工检查绝缘材料层与碳层的配准。
图19示出了本发明一个实施例中当印刷绝缘材料图案比碳印刷层更短(比如，用于绝缘材料印刷的筛网行程可能比碳的更长，或者绝缘材料筛网可能比碳印刷站的更短)时绝缘材料层与碳层不正确配准的视图。图19A为传感器板2106的顶部左侧、图19B为传感器板2106的顶部右侧、图19C为传感器板2106的底部左侧、图19D为传感器板2106的底部右侧。当绝缘材料层与碳层的配准在未覆盖的基片242的四个角中的一个上不正确时，可以在矩形的绝缘边界线1701和固体的碳矩形1700之间被观察出来。操作者使用第二图像传感器222可以手工检查绝缘材料层与碳层的配准。图20A至图20D为示出了印刷第二视图导向件2002过程的结果的示意图(见图21A)，其中包括固体碳矩形1700、中空的绝缘矩形边界线1701、中空的碳矩形1703、自第一酶层2000的固体矩形、自第二酶层2001的固体矩形和未覆盖的基片242。可选择的，通过诸如部分6中(第二酶印刷之后)的检查系统237等的自动进行检查体系，在生产中可以使用这样的印刷方法。正在进行的配准一般通过在位置237A、237B和237C处的配准系统(未示出)在“Y”方向上实施，并通过配准控制系统见标记2105(见图21A)在“X”方向上实施。
图21A为传感器板的例子，具有第一视图导向2100和第二视图导向2002；第一Y配准标记2101，第二Y配准标记2102，第三Y配准标记2103，和第四Y配准标记2104；以及X配准标记2105。注意X配准标记2105包括碳X配准标记2107和绝缘材料X配准标记2108。图21B为具有碳X配准标记2107和第二视图导向2002的传感器板2106中的一行的分解视图。图21C为具有绝缘材料X配准标记2108和第二视图导向2002的传感器板2106中的一行的分解视图。如图21C所示，绝缘材料X配准标记2108完全覆盖了碳X配准标记2107，因此通过这样做在原始碳标记2107之前提供了触发点(所说标记2108的左手边)。这意味着任何随后的层将相对于第二印刷层(在这个例子中为绝缘材料层)而不是相对于碳层进行印刷。如果第二和随后的筛板图案在X方向(沿着网板)的尺寸比第一筛板图案沿着X方向的尺寸长，这将是有用的。
图20A-D为印刷导向一角的分解视图，按照它们被印刷的顺序排列。在碳印刷站103的部分3中，固体碳矩形1700连同围绕该固体碳矩形1700的矩形碳边界线1703一起进行印刷。在绝缘材料印刷站104的部分4中，在固体碳矩形1700和矩形碳边界线1703之间印刷矩形绝缘边界线1701。如果绝缘材料层与碳层的配准在全部4个角上都是正确的，那么在固体碳矩形1700和矩形绝缘材料边界线1701之间一般不会显示有未覆盖的基片242。此外，在绝缘材料印刷站的部分4中，存在两条额外的直接印刷在固体碳层矩形1700上的矩形绝缘材料边界线1701。这两条附加绝缘材料边界线用以可视地评估第一酶层2000与绝缘材料层和第二酶层2001与绝缘材料层的配准，如图20C和20D所示，这可以通过在矩形绝缘材料边界线内印刷酶墨的固体矩形来实现。由此，第三和第四印刷层可以相对于第二而不是相对于第一印刷层进行配准。这样做的优点是第一层和第二层之间图案尺寸的变化(这可能是在第一印刷站之后比如由于在第一干燥区217中受到的热和拉力，基片被拉伸所需的)可以被调节而不会对印刷配准产生不利影响(一般在X方向的误差为300μm)。
如图1和2所示，在所述方法过程的结尾阶段，在其上印刷有传感器的基片242通过重绕机单元107进行重绕，然后被送入可以是比如位于低湿度环境中的Preco冲压机的冲压机108中。Preco冲压机为CCD X，Y，Theta，浮动Bolster冲压机。Preco冲压机配准系统使用CCD视觉系统查看在碳层印刷站上印刷的“Preco点”，这可以使冲压机适应碳印刷并使冲压机“冲压”出方形卡。冲压机108的输出为如图21A所示的一组冲压卡。冲压卡从冲压机中弹出到传输带上，该传输带在条码读取器下传输卡，条码读取器可以读取每个卡上的两个条码以鉴别该卡相对于网板数据库是否接收还是作为不合格品废弃。可以自动或者手动抽出废弃的卡。这些卡然后堆积在彼此顶部以准备下一个生产步骤。
在碳印刷站103、绝缘材料印刷站104、第一酶印刷站105和第二酶印刷站106都有用于在印刷过程步骤之后即刻可视检查配准的方法，其分别使用第一图像传感器215、第二图像传感器222、第三图像传感器228、第四图像传感器234。对于网板印刷制造过程的每个部分-部分3、4、5和6-具有在印刷过程步骤之后即刻定位的网板观测器照相机系统。网板观测器的位置见图2A-2C。在部分3有两个照相机且在部分4、5和6分别具有4个照相机。网板观测器照相机是在印刷运转开始期间由网板机器操作者使用的人工设置过程的一部分。照相机用于观测印刷标记，其有助于碳对准基片242的起始设置和绝缘材料层向碳层、第一酶层向绝缘材料层、和第二酶层向绝缘材料层的配准。印刷导向如图21A所示。对于碳印刷对准，第二观测导向2100被用于表示在运转经过碳印刷站103时碳印刷相对于基片242边缘的位置。在图21A中示出了导向线和牵引线。碳印迹被调整，直到上述线指示印迹与基片边缘成直角。见图21A，在X方向(沿着机器的长度)和Y方向(穿过机器的宽度)需要对单独的印刷层进行配准。X方向配准受机器的内部配准系统控制。其利用图21A、B和C所示的被印刷的区域。在碳印刷循环中，一个碳X配准标记2107被印在这个区域中。为了在正确的位置印刷绝缘墨，绝缘材料印刷循环利用传感器配准到碳印迹上，其使用碳X配准标记2107以调节绝缘筛网。然后用于这个目的的碳X配准标记2107以绝缘材料印刷用绝缘X配准标记2108进行覆盖印刷，并以同样的方式被使用以正确地配准第一酶层2000和第二酶层2001。Y方向配准受位于位置237A、237B和237C处的Y配准系统(未示出)控制，在本发明的一个实施例中，其可以是一个从德国Leopoldshoehe购买的型号为DGC650的Eltromat配准系统。其利用图21A中所示的印刷区域2101到2104。在每个印刷循环中-碳、绝缘材料、酶1和酶2-这些标记被印刷，以使后续印刷经由传感器在Y方向配准。在印刷期间网板数据库记录过程信息。在数据库中记录的信息可经一个条码在每个单独的卡中找到根源，在一个实施例中使用2D条码。在网板数据库中收集的典型的信息列在表3中。网板数据库具有评估一个过程参数是否可接受或不能接收的功能，并能够在此基础上用来拒绝某些卡-参数是否在它们的公差极限内。不能接受的卡可以在下面的过程中手动或自动地去除。
表3 图22为用于配准网板印刷过程的参数X、Y、Z和θ的示意图。参数Y代表从操作者到网板印刷机的机器侧的方向(一般为水平的)。参数X代表从退绕单元101到重绕机单元107的方向(一般为水平的)。参数Z代表与X和Y方向垂直的方向(一般为垂直的)。参数θ代表围绕Z轴的角度。在本发明的一个实施例中，下面的参数被用来配准下列的印刷过程，例如碳印刷站103、绝缘材料印刷站104、第一酶印刷站105和第二酶印刷站106。
在本发明的一个实施例中，网板生产过程的输出是印有包含碳、绝缘材料和两个同样的酶层图案的卡，所述图案彼此配准地印刷构成分别包含用于检测血样中的葡萄糖的一个电化学传感器和相关联的接触电极的条。该条用于与计量计协同作用进行血液葡萄糖的自监控。设想了条的多种设计产品。目前这种网板被设计用来生产可用在从LifeScan公司购买的One Touch Ultra计量计中的“One Touch Ultra”条。
在图21A中为所生产的图案的样品的示意图。其所示为一张被完全印刷的卡，其包含10“行”50“条”。每张卡总共具有500“条”。其中也示出了印刷取向。通过印刷与印刷方向平行的0到9行(每个50条)，所述过程可以容易地扩展至将各行彼此分离的切割步骤。而且这种方法，可以容易地识别在印刷质量(垂直于印刷方向)中由网板的变化而形成的任何有缺陷的行。每行分配有一个数字(由条码识别)，由此随后可以参照数据库识别和排除在网板上特殊的板上的特殊的行，而不需要拒绝放弃整个板。这样提高了过程中可用产品的产量并使整个过程的效率更高。
可移动的基本扁平的筛网很好地适应用在电化学传感器印刷中的墨的类型(固态/液态组合物)。使用可移动的扁平筛网可以比轮转凹版印刷或圆筒丝网印刷更好地控制印刷精确度和电化学传感器所需的墨的厚层的沉积。多种筛网类型的筛网(具有不同的网板格、网板格线的直径、线间隔、厚度、网板格数目)可以在商业上获得以满足在连续网板印刷过程(碳、绝缘材料、酶)中不同类型墨的不同需要。
由于扁平筛网、印刷辊、基片和迫使筛网朝向基片的橡皮刮板的设置，可以获得各种操作参数(筛网到基片的角度、橡皮刮板角度、筛网到橡皮刮板的位置、橡皮刮板到印刷辊的位置、搭锁距离、基片和筛网和橡皮刮板的相对速率)以使电化学传感器的印刷过程最优化。
简要概括生产电化学传感器的网板生产过程，在过程中当网板被加热并处于拉力下时会扩展或者拉伸。印刷站(比如碳、绝缘材料、两个酶印刷站)一般都紧跟干燥台。为了有效地干燥墨，干燥台在相当高的温度(50-140摄氏度)下操作。此外，为了有助于网板通过每个印刷站的配准，网板置于拉力之下。
在该过程中基片必须保持在拉力下以控制配准，结果是只要基片被加热，比如印刷后干燥墨，基片都将不可预测地被拉伸导致在随后印刷中图像尺寸的变化。
在每个印刷站中图像的尺寸由多种因素(模板尺寸、墨的粘度、相关网板和筛板/筛网的相对速度和基片在那点的伸长量(可逆的和不可逆的拉伸)等)决定。当过程结束时会发现图像尺寸的改变(在不同的印刷步骤之间)。不可预测比预期的产量显著降低要更高。如果层间图像尺寸不匹配沿着网板(X方向)方向超过300μm，产品将失效。过大的图像尺寸变化被认为是由于过多的和不可预测的拉伸(由于加热和拉力)以及网板基片的收缩造成的。
拉伸和拉力带来的问题不会导致在平面印刷中同样的问题。为了解决网板印刷过程中的问题，尝试使用预收缩的基片。该基片在被用到网板印刷过程之前被加热到185摄氏度左右。然而，图像尺寸的改变依然是一个问题并造成产量降低。
目前对于该网板印刷过程的建议是在第一干燥器中使用高温或更合适地在足够高的温度下进行预处理，以使得在一个实施例中，在把图像印刷到基片上之前，基本排除基片不可逆的拉伸。
在网板机器的第一处理站中，一个干燥台将基片加热到高达160摄氏度。在随后过程中基片受到的温度一般不超过140度。
在图2A中，未被印刷的基片遇到的第一加热台为热板。它是涂覆Teflon的板，在网板运动过程中抬高并接触基片。热量被引入到基片的背面。其通常在设定值160℃+/-4℃规格内运转。160℃的设定值令人满意地提供了最佳的尺寸控制。计算出的平均值为160.9℃。在台2处，在设定值160℃+/-4℃规格的热空气被引入到基片的前表面。计算出的平均值是161.29℃。在台3处，设定值160℃+/-4℃规格的热空气被引入到基片的前表面。计算出的平均值是161.18℃。在台4处，设定值160℃+/-4℃规格的热空气被引入到基片的前表面。计算出的平均值是160.70℃。
网板拉力和干燥器中引入的热量带来的结果是，网板基片的每次图案重复被拉伸大约0.7mm左右。这是在后续的印刷站之前利用作为预处理单元的台1来稳定基片的主要原因。使用台1对基片进行预处理提高了碳和绝缘材料行长度的稳定性，因为在印刷前材料的许多拉伸已经从基片中排除。
根据本发明的下部筛网湿化的一个实施例中，一个中空的圆筒位于一个酶印刷筛网的下部，刚好在印刷辊的前面。一条管道将湿气带到中空圆筒中。在一个邻近的印刷辊移动时，圆筒随其移动，湿化筛网的整个下部。酶湿化可用于保证酶墨的性质在贯穿印制运转期间的溢出和印刷过程中不发生改变，尤其是它们的粘性(厚度)和水含量。
在本发明的一个实施例中，在罩内的相对湿度在85到95％之间，罩内的温度在18到22℃之间，罩外的环境相对湿度大约为-50+/-10％，罩外的温度大约-20℃+/-2℃，希望罩内的相对湿度保持在87.69％的平均值，Cp为2.81，Cpk为1.52，并且希望罩内的温度保持在20.59℃的平均值，Cp为5.60，Cpk为3.94。
可以理解的是等效结构可以替代这里所示和所述的结构，已描述的本发明实施例不是仅有的可实施要求保护的本发明的结构。此外，可以理解的是上述的每种结构具有一定的功能，这些结构可以作为实施这种功能的方式的参考。
虽然这里已经示出和描述了本发明的优选实施例，但是对于本领域技术人员来说很明显的是这些实施例仅是以实例的方式提供的。本领域技术人员能够想到多种改变、变化和替代，而不便离本发明。应理解的是在实施本发明时可以对这里所述的本发明实施例进行各种替换。下面的权利要求限定了本发明的范围，这些权利要求范围内的方法和结构及其等效方式被其覆盖。
权利要求
1.一种在网板生产过程中提高印刷质量的方法，其中所述网板生产过程包括至少一个适于将酶印刷到移动的基片上的印刷站，所述网板生产过程包括以下步骤连续移动所述基片通过所述过程；通过筛网印刷过程将酶墨沉积到所述基片上，其中墨被沉积到所述筛网的顶面上，并受力穿过所述顶面到达与所述筛网底面邻近的所述基片上；湿化在所述筛网的所述顶面处的空气至第一相对湿度；湿化在所述筛网的所述底面处的空气至第二相对湿度。
2.根据权利要求1所述的在网板生产过程中提高印刷质量的方法，其中所述第一相对湿度介于大约百分之85到百分之95之间。
3.根据权利要求2所述的在网板生产过程中提高印刷质量的方法，其中所述第一相对湿度介于大约百分之87到百分之88之间。
4.根据权利要求3所述的在网板生产过程中提高印刷质量的方法，其中所述第一相对湿度介于大约百分之87到百分之69之间。
5.根据权利要求1所述的在网板生产过程中提高印刷质量的方法，其中所述第二相对湿度介于大约百分之85到百分之95之间。
6.根据权利要求5所述的在网板生产过程中提高印刷质量的方法，其中所述第二相对湿度介于大约百分之87到百分之88之间。
7.根据权利要求6所述的在网板生产过程中提高印刷质量的方法，其中所述第二相对湿度介于大约百分之87到百分之69之间。
8.一种在网板生产过程中提高印刷质量的方法，其中所述网板生产过程包括至少一个适于将酶印刷到移动的基片上的印刷站，所述网板生产过程包括以下步骤连续移动所述基片通过所述过程；通过筛网印刷过程将酶墨沉积到所述基片上，其中墨被沉积到所述筛网的顶面上，并受力穿过所述顶面到达与所述筛网底面邻近的所述基片上；加热在所述筛网区域中的空气到第一预定温度；以及湿化所述空气至第一相对湿度。
9.根据权利要求8所述的在网板生产过程中提高印刷质量的方法，其中所述第一相对湿度介于大约百分之85到百分之95之间，所述第一预定温度介于18到22摄氏度之间。
10.根据权利要求9所述的在网板生产过程中提高印刷质量的方法，其中所述第一相对湿度介于大约百分之87到百分之88之间，所述第一预定温度介于大约18到22摄氏度之间。
11.根据权利要求10所述的在网板生产过程中提高印刷质量的方法，其中所述第一相对湿度介于大约百分之87到百分之69之间，所述第一预定温度介于大约百分之20到59摄氏度之间。
12.根据权利要求1所述的在网板生产过程中提高印刷质量的方法，其中所述基片在所述沉积步骤之前被冷却到第二预定温度。
13.根据权利要求12所述的在网板生产过程中提高印刷质量的方法，其中所述基片在所述沉积步骤之前被冷却到大约18摄氏度的温度。
14.根据权利要求8所述的在网板生产过程中提高印刷质量的方法，其中所述基片在所述沉积步骤之前被冷却到第二预定温度。
15.根据权利要求14所述的在网板生产过程中提高印刷质量的方法，其中所述基片在所述沉积步骤之前被冷却到大约18摄氏度的温度。
全文摘要
在根据本发明的网板生产过程中，该过程包括至少一个用于将酶印刷到移动的基片上的印刷站。在一个实施例中，网板生产过程包括连续移动基片，通过筛网印刷过程将酶墨沉积到基片上，其中墨被沉积到筛网的顶面，并受力穿过该顶面到达与筛网底部相邻的基片上。为了改善墨的传送，在筛网顶部的空气被湿化至第一相对湿度，在筛网底部的空气被湿化至第二相对湿度。
文档编号B41M3/00GK1732092SQ200380108094
公开日2006年2月8日 申请日期2003年10月30日 优先权日2002年10月30日
发明者O·W·H·达维斯, J·T·哈尔福德, A·G·辛, R·M·尤伊达尔 申请人:因弗内斯医疗有限公司