专利名称：测量生物材料的设备和制造所述设备的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量生物材料的设备和一种制造所述设备的方法，尤其涉及一种对诸如血液的生物样本里的特定材料有选择性地进行定量分析的生物传感器和制造所述生物传感器的方法。
背景技术：
生物传感器是检查有机体功能使用的物质的性能的测量仪器。因为生物传感器以生物材料用作探测元件，所以这些生物传感器具有特别突出的灵敏性和反应特性。因此，生物传感器被广泛地应用在诸如临床化学分析、生物产业的生产过程用检测仪表、环境检测用检测仪表、化学品的稳定性评估等等的各种领域，并且它们的使用范围还在继续扩大。特别地，各种各样的生物传感器被应用在医疗诊断领域以便分析样本，尤其是生物样本。根据探测元件的种类,生物传感器被分成酶化验生物传感器和免疫分析生物传感器；根据定量地分析生物样本内的目标物质的方法，生物传感器被分成光学生物传感器和电化学生物传感器。酶化验生物传感器设计成利用酶和基片之间特定的反应以及酶和酶抑制剂之间的特定反应，免疫分析生物传感器设计成利用抗原和抗体之间的特定反应。光学生物传感器被广泛地应用于通过测量透明度、吸光率或者波长的变换来测量目标材料的浓度。光学生物传感器具有的优点在于，因为要被分析的各种材料的反应机理是已知的并且是在用足够的时间发生反应后进行测量的，所以测量时间的偏差低。相比之下，光学生物传感器具有的缺点在于，与电化学传感器相比，光学生物传感器需要较长的测量时间和更多的样本数量。此外，光学生物传感器具有的其它缺点在于测量的结果受到样本浊度的影响，并且很难使光学单元最小化。电化学传感器被用于通过测量从反应获得的电信号来测量目标材料的浓度。电化学生物传感器的优点在于，使用非常少量的样本就能够放大信号、能够使电化学生物传感器最小化、能够稳定地获取测量的信号以及它们能够容易地与电信仪器相结合。但是，电化学生物传感器具有的缺点在于，另外需要电极的制造方法、生产成本高以及被测量的信号对于响应时间非常敏感。同时，毛细管结构通常用于将诸如样本的生物材料引入生物传感器的测量区域中。在使用这种毛细管结构的传统生物传感器的情况下，通常在形成毛细管的基片上形成通风孔。这个通风孔允许将毛细管内的空气排出到外面，同时将生物样本引入到生物传感器的毛细管中，藉此迫使生物样本被连续地弓丨入到毛细管中。美国专利No. 5，437，999公开了一种具有反电极结构的生物传感器。在这种传感器中，包括间隔件的三个基片被附接以形成毛细管间隙，并且上面和下面的基片各在相同的位置设置有通气孔。这样，当样本被引入由包括间隔件的三个基片限定的毛细管间隙中时，毛细管间隙内的空气经由在上面和下面基片上形成的通气孔排出到外面。美国专利No. 5，759，364公开了另一种生物传感器，其中，包括压花基片的几个基片附接以形成毛细管间隙。在这种生物传感器中，最上面的基片设置有通气孔，以便当样本被引入时将毛细管间隙内的空气排出。在这些传统生物传感器的情况下，毛细管间隙由基片变形或者加工而形成，这使得制作方法复杂并且成本高。此外，当样本被引入毛细管间隙中时，只通过通气孔排挤出毛细管间隙内的空气，并且样本以较低的速度被引入。除此之外，当毛细管壁具有大的摩擦时，样本可以以较低的速度被弓IA。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种以较高的速度将样本引入到毛细管间隙(或者反应室)中的生物传感器。本发明的另一个目的是提供一种用非常简单的制造方法形成用于引入样本的毛
细管间隙(或者反应室)的生物传感器。本发明的又一个目的在于，当所述样本被引入到所述反应室中时，通过引起将反应室内的空气以较高的速度排出到外面而以高的速度引入样本。本发明的又另一个目的在于防止由于样本与毛细管壁的摩擦减小样本的弓I入速度。本发明的目的不限于上述提到的那些目的。参考下面的说明将会理解未公开的本发明的其他目的和优点，并且参考本发明的实施例，本发明的未公开的其它目的和优点将会很明显。还有，对于本领域的技术人员很显然的是，利用如权利要求所要求保护的主题以及它们的组合实现本发明的目的和优点。为了达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种用于测量生物材料的设备，所述设备包括具有在其一侧表面上形成的凹口的第一基片；第二基片，其具有发生样本的生物化学反应的多个反应电极和将所述生物化学反应产生的电信号传递给探测器的多个输送电极；以及位于所述凹口中并且引起与所述样本发生生物化学反应的反应试剂，其中，所述第二基片附接所述第一基片，使得所述反应电极指向所述入口，所述凹口与所述第二基片的至少一个边缘表面相结合而形成至少一个通气缝隙，并且所述第一和第二基片附接以形成样本入口和反应室。根据本发明的另一方面，提供一种用于测量生物材料的设备，所述设备包括具有在其一侧表面形成的凹口的第一基片；第二基片；附接到所述第一基片或者所述第二基片的多个电极；以及位于所述凹口内并且引起与样本发生生物化学反应的反应试剂，其中，所述第二基片附接所述第一基片，使得所述凹口与所述第二基片的至少一个表面的边缘相结合而形成至少一个通气缝隙。根据本发明的又一个方面，提供一种制造用于测量生物材料的设备的方法，所述方法包括制造具有在其一侧表面形成凹口的第一基片；制造第二基片，所述第二基片具有发生样本的生物化学反应的多个反应电极和将生物化学反应产生的信号传递给探测器的多个输送电极；将引起与所述样本发生生物化学反应的反应试剂固定到所述第一基片或者第二基片以便定位到所述凹口中；以及将所述第二基片附接到所述第一基片，使得所述反应电极指向所述凹口，并且所述凹口与所述第二基片的至少一个边缘表面相结合而形成至少一个通气缝隙，藉此形成样本入口和反应室。
根据本发明，能够使用非常简单的制造方法形成用于引入样本的毛细管间隙(或者反应室)。此外，当所述样本被引入到所述反应室中时，所述反应室里的空气允许以足够快的速度排出到外面，使得所述样本能够以高速度引入。除此之外，能够防止所述样本与毛细管壁的摩擦降低所述样本的引入速度。
图I是解释根据本发明第一实施例的生物传感器的结构的视图。图2是解释空气是如何从图I所示的生物传感器的毛细管排出的视图。图3是解释制造根据本发明第一实施例的生物传感器的流程图。图4是解释根据本发明第二实施例的生物传感器的结构的视图。图5是解释空气是如何从图4所示的生物传感器的毛细管排出的视图。图6是解释根据本发明第三实施例的生物传感器的结构的视图。图7是解释空气是如何从图6所示的生物传感器的毛细管排出的视图。图8是解释根据本发明第四实施例的生物传感器的结构的视图。图9是根据本发明第五实施例的生物传感器的正视图。图10是根据本发明第六实施例的生物传感器的正视图。图11是根据本发明第七实施例的生物传感器的平面视图。图12是根据本发明第八实施例的生物传感器的平面视图。图13是根据本发明第九实施例的生物传感器的平面视图。图14是解释本发明的反应电极和输送电极是彼此电连接的另一实施例的视图。
具体实施例方式结合附图阅读本发明下面的详细描述，本发明的前面的以及其它的目的、特色和优点将会变得更加明显。相应地，本领域的技术人员将容易理解，在不脱离本发明的技术精神的情况下，能够对本发明做出多种形式的变型。在下面的描述中，由于熟知的功能或者结构将会使本发明隐藏在不必要的细节中，因而对它们将不再做详细的描述。下面将参考附图详细地描述本发明的示例性实施例。图I是解释根据本发明第一实施例的生物传感器的结构的视图。具体地，图I (a)是所述生物传感器的侧视图，图I (b)是所述生物传感器的平面视图，以及图I (C)是所述生物传感器的正视图。参考图I，根据本发明第一实施例的生物传感器包括具有凹口和样本入口的第一基片，和具有多个反应电极和多个输送电极的第二基片。第一基片105是用作物理支撑的附接基础的基片，并且在其一侧表面中设置有凹口 110。凹口 110的一部分，优选是其一端面形成样本入口。第二基片104是具有参考电极
102、工作电极103、第一输送电极112以及第二输送电极113的反应电极基片。反应试剂(未显示)横穿参考电极102和工作电极103固定到第二基片104，使得所述反应试剂位于凹口 110中。所述反应试剂固定于其上的参考电极102和工作电极103的周围发生所述反应试剂和所述样本之间的生物化学反应。第一输送电极112电连接到参考电极102，而第二输送电极113电连接到工作电极103。藉此，将由所述反应试剂和所述样本之间的生物化学反应在参考电极102和工作电极103产生的电信号传递到探测器。此处，参与生物化学反应的诸如所述参考电极和工作电极的电极通常被称为“反应电极”，其区别于将生物化学反应产生的电信号传递给测量设备的所述输送电极。所述参考电极在相关技术中一般被称为“平衡电极”。参考图1(a)至图I (C)，第一基片105具有前侧面打开的凹口，第二基片104具有电极以及平面构造，第一基片105与第二基片104彼此结合，使得所述凹口的前侧面构成样本入口 101。作为替代，在所述第一基片上，只有前侧面是封闭的所述凹口的部分可以被所述第二基片覆盖，所述凹口的其它部分可以朝向所述第一基片的顶表面打开以便形成所述样本入口。当第一基片105和第二基片104彼此附接时，在毛细管结构中形成反应室。也就是说，第一基片105被第二基片104覆盖，使得在第一基片中形成的凹口 110形成生物材料引入或者具有毛细管结构的反应室的通路。第二基片104附接到第一基片105上，使得参考
电极102和工作电极103指向凹口 110并且通过结合凹口 110和第二基片104的至少一个边缘表面109形成通气缝隙107。通气缝隙107在生物传感器100的纵向方向上从样本入口 101连续地延伸。此处，生物传感器100的纵向方向是指所述样本被引入到凹口 110中或者所述反应室中的方向。生物传感器100的纵向方向相当于样本入口 101的纵向方向，因而，所述两个方向在这里是彼此可互换的。参考电极102和工作电极103形成在指向凹口 110的第二基片104的表面上，而第一输送电极112和第二输送电极113形成在第二基片104的相对表面上。第一输送电极112和第二输送电极113经由穿过第二基片104的导电体104分别电连接到参考电极102和工作电极103。在这个实施例中，在第二电极的各自不同的表面上形成第一输送电极112、第二输送电极113、参考电极102以及工作电极103，但是它们也可以形成在第二基片104的相同表面上。此外，在这个实施例中，在第一基片105上形成的凹口 110内，通气孔106形成在形成样本入口 101的所述凹口的前侧面的另一端面中。作为替代，通气孔106可以形成在第二基片104中而不是在第一基片105上，或者可以不形成在任何基片上。所述样本借助于毛细管现象被引入到所述反应室中。所述毛细管现象发生在指向凹口 110的第二基片104的表面和第一基片105的凹口 110的底部表面之间以及在第二基片104的边缘表面109和凹口 110的壁111之间。更详细地说，当所述样本被引入时，第二基片104的边缘表面109和凹口 110的壁111之间形成的一个或者多个通气缝隙107作为空气出口。这样，通气缝隙107将所述反应室内的空气排出到外面，同时利用毛细管现象将所述样本弓I入所述反应室中，藉此更快速地将所述样本弓I入所述反应室中。第二基片104在物理上被隔离在所述样本与反应试剂起反应的间隙内。也就是说，和现有的生物传感器不同，由于所述间隙内的通气缝隙107，第二基片104不与其它基片接触。在这个实施例中，排气缝隙107不是由单独地处理具体基片而形成的，而是作为调整第二基片104和第一基片105之间的位置关系而三维地形成的。通过第二基片104的厚度能够很容易地调整通气缝隙107的间隙。图2是解释如何将空气从图I所示生物传感器的反应室内排出的视图。图2(a)显示在第一基片105上只形成通气孔106，图2(b)显示了形成的通气孔106和通气缝隙107。在图2(a)中，当样本被引入到具有毛细管结构的反应室中时，所述反应室内的空气200只经过通气孔106排出到外面。同样地，所述样本以低速引入。相比之下，在图2(b)中，所述反应室内的空气200经过通气孔106和通气缝隙107两者排出到外面。同样地，所述样本以较高的速度引入。此外，因为通气缝隙107的宽度小于指向凹口 110的第二基片104的表面和凹口110的底表面之间的间隔，生物传感器100的这种结构引起更强的毛细管现象。这样，由于通气缝隙107引起的所述毛细管现象使将所述样本引入所述反应室中变得更快。图3是解释制造根据本发明第一实施例的生物传感器的方法的流程图。首先，制造第一基片105(S302)，在第一基片105中的一侧表面具有凹口 110。第一基片105可以使用注射模制法、挤出模制法或者塑料层压法制造。接着，制造第二基片104(S304)，所述第二基片具有参与生物化学反应的参考电极102和工作电极103以及将所述生物化学反应产生
的电信号传递给探测器的第一输送电极112以及第二输送电极113。作为替代，制造第二基片104的步骤S304可以在制造所述基础基片的步骤之后。接着，固定横穿参考电极102和工作电极103的引起与样本发生生物化学反应的反应试剂(S306)。随后，第二基片104附接到第一基片105，使得形成样本入口 101和所述反应室，通过结合凹口 110和第二基片的至少一个边缘表面109在生物传感器100的纵向方向上形成至少一个通气缝隙107，并且参考电极102和工作电极103指向凹口110(S308)。在传统的生物传感器中，为了形成毛细管间隙必需变形和加工特定的基片，然后附接多个基片。在这个实施例中，所述第二基片只需要附接到例如用注射模制法制造的第一基片上，这样所述制造方法非常简单。详细地说，在传统的生物传感器中，要形成所述毛细管间隙或者所述反应室需要至少三个基片。在本发明中，两者都具有毛细管结构的所述反应室和通气缝隙能够通过只附接两个基片(所述第一和第二基片)形成，因此简化了制造方法。图4是解释根据本发明第二实施例的生物传感器的结构的视图。图4(a)是所述生物传感器的侧视图，图4(b)是所述生物传感器的平面视图，图4(c)是所述生物传感器的正视图。与图I所示的第一实施例的生物传感器100相比，图4所示的第二实施例的生物传感器400不同之处在于，图4所示的生物传感器没有通气孔。但是，所有的其它组件都是相同的。参考图2的上面描述，当所述样本被引入到所述反应室中时，通气缝隙107作为将所述反应室内的空气排出到外面的空气出口。同样地，即使当生物传感器400没有单独的排气孔时，所述样本也能够迅速地被引入到所述反应室中。图5显示了所述反应室内的空气500是如何通过图4所示生物传感器400中的通气缝隙107排出的。但是，如果通气缝隙107的宽度太小而不足以作为所述空气出口时，所述样本被引入到所述反应室中的速度可能会有点减慢。图6是解释根据本发明第三实施例的生物传感器600的结构的视图。图6(a)是所述生物传感器的侧视图，图6(b)是所述生物传感器的平面视图，图6 (c)是所述生物传感器的正视图。
图I所示的生物传感器100具有在第一基片105上形成的通气孔106，而图6所示的生物传感器600具有在第二基片104上形成的通气孔602。在这方面，它们彼此不同。但是，所有的其它组件都是相同的。图7显示的是如何经过图6所示的生物传感器600上的通气孔602和通气缝隙107将所述反应室内的空气700排出。参考图6,第一基片105是作为实体支撑的基础基片，并且具有在其一侧表面中形成的凹口。凹口 110的一部分，优选一个端部形成样本入口 101。第二基片104是具有参考电极102、工作电极103以及输送电极612和613的反应基片。由于在第二基片104中形成通气孔602，在通气孔602的周围形成输送电极612和613。反应试剂(未显示)横穿参考电极102和工作电极103固定到第二基片104上，使得所述反应试剂定位在凹口 110中。所述反应试剂和样本之间的生物化学反应发生在所述反应试剂固定于其上的参考电极102和工作电极103周围。第一输送电极112电连接参考电极102，且第二输送电极113电连接工作电极103。藉此，将由所述反应试剂和所述样本之间的生物化学反应在参考电极102和工作电极103产生的电信号传递给探测器。当第一基片105和第二基片104彼此附接时，在毛细管结构中形成反应室。第二基片104附接到第一基片105，使得参考电极102和工作电极103指向凹口 110，并且使得凹口 110与第二基片104的至少一个边缘表面109相结合而形成通气缝隙107。通气缝隙107在样本入口 101的纵向方向上从样本入口 101连续地延伸。参考电极102和工作电极103形成在指向凹口 110的第二基片104的表面上，并且电连接到参考电极102和工作电极103的第一输送电极612和第二输送电极613分别形成在第二基片104的相对表面上。第一输送电极612和第二输送电极613经由穿过第二基片104的导电体114或者导电夹紧构件(未显示)分别电连接到参考电极102和工作电极
103。在下文中，将描述制造图6所示的生物传感器的方法。首先，制造第一基片105，其中，第一基片105具有其一侧表面上形成的凹口。第一基片105可以使用注射模制法、挤出模制法或者塑料层压法制造。接着，制造第二基片104(S304)，第二 104具有参与生物化学反应的参考电极102和工作电极103、将所述生物化学反应产生的电信号传递给探测器的第一输送电极612和第二输送电极613,以及通气孔602。当制造第二基片104时,参考电极102、工作电极103以及输送电极612和613可以使用半导体处理技术形成，并且接着可以形成通气孔602。接着，固定横穿参考电极102和工作电极103的引起与样本发生生物化学反应的反应试剂(未显示)。随后，第二基片104附接到第一基片105，使得形成样本入口 101和所述反应室，通过结合凹口和第二基片的至少一个边缘表面在生物传感器100的纵向方向上形成至少一个通气缝隙107，并且参考电极102和工作电极103指向第一基片105的所述凹口。图8是解释根据本发明第四实施例的生物传感器的结构的视图。图8(a)是所述生物传感器的侧视图，图8(b)是所述生物传感器的平面视图，图8 (C)是所述生物传感器的正视图。图I中所示的生物传感器100具有在所述反应室内形成的通气孔106，而图8中所示的生物传感器800具有在所述反应室外形成的通气孔802。在这一方面，它们彼此是不相同的。
图9是根据本发明第五实施例的生物传感器的正视图。图I中所示的生物传感器100构造成，使得第二基片104的顶表面同第一基片105的顶表面齐平，而图9中所示的生物传感器900构造成，使得第二基片904的顶表面在高度上与第一基片905的顶表面不同。也就是说，第二基片904的顶表面稍微升高出第一基片905的顶表面。图10是根据本发明第六实施例的生物传感器的正视图。图I中所示的生物传感器100构造成，使得具有同样宽度的通气缝隙沿着第二基片104的相对边缘构成，而图10中所示的生物传感器1000构造成，使得通气缝隙只沿着第二基片1004的边缘形成。也就是说，第二基片1004相对于第一基片1005的一侧是失衡的。图11是根据本发明第七实施例的生物传感器的平面视图。生物传感器1100的特征在于如“A”所指示的，通气缝隙1104从样本入口 1102不连续地延伸。图12是根据本发明第八实施例的生物传感器的平面视图。生物传感器1200的特
征在于如“B”所指示的，至少一个凸起1206在每个通气缝隙1202的中间部分从第一基片1204凸出。图13是根据本发明第九实施例的生物传感器的平面视图。生物传感器1300的特征在于，至少一个凸起1308在每个通气缝隙1304的中间部分从第一基片1306突出，并且由于凸起1308，每个通气缝隙1304从样本入口 1302不连续地延伸，如“C”所指示的那样。图14是解释本发明的反应电极和输送电极彼此电连接的另一实施例的视图。如图所示，在第二基片1402的一个侧面形成的第一或者第二输送电极1406经由在第二基片1402的边缘上形成的导电夹紧构件1408可以电连接到反应电极1402。为了稳固地固定输送电极1406和反应电极1404，导电夹紧构件1408可以用弹性材料形成。虽然参考附图已经描述了本发明的具体实施例，但是本发明不限于这些具体的实施例。对本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离本发明所附的权利要求所要限定的范围的情况下，能够对本发明做出多种修改、补充和替代。尤其是上述实施例是基于两个电极系统的。但是，需要理解的是，本发明可以应用到包括三个电极的系统在内的所有类型的电极系统。
权利要求
1.一种用于测量生物材料的设备，包括 第一基片，所述基片具有在其一侧表面中形成的凹口 ； 第二基片，所述基片具有其中发生样本的生物化学反应的多个反应电极和将所述生物化学反应产生的信号传递给探测器的多个输送电极；以及 置于所述凹口中并且引起与所述样本发生生物化学反应的反应试剂， 其中，所述第二基片附接到所述第一基片，使得所述反应电极指向所述凹口，并且所述凹口与所述第二基片的至少一个边缘表面结合而形成至少一个通气缝隙， 所述第一和第二基片附接以形成样本入口和反应室。
2.根据权利要求I所述的设备，其特征在于， 所述通气缝隙从所述样本入口连续地延伸。
3.根据权利要求I所述的设备，其特征在于， 通气缝隙形成在所述样本入口的纵向方向上。
4.根据权利要求I所述的设备，其特征在于， 所述第二基片具有分别在其一个表面和另一个表面上形成的所述反应电极和输送电极；以及 所述反应电极和输送电极彼此是电连接的。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于， 所述输送电极经由穿过所述第二基片的导电体电连接所述反应电极。
6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于， 所述输送电极经由导电夹紧构件电连接所述反应电极。
7.根据权利要求I所述的设备，其特征在于， 所述反应电极和输送电极形成在所述第二基片的同一表面上。
8.根据权利要求I所述的设备，其特征在于， 所述设备还包括在所述第一或者第二基片上在所述样本入口的相对侧形成的通气孔。
9.根据权利要求I所述的设备，其特征在于， 所述反应试剂被固定到所述反应电极上。
10.一种用于测量生物材料的设备，所述设备包括 具有其一侧表面中形成的凹口的第一基片； 第二基片； 附接到所述第一基片或者第二基片的多个电极； 位于所述凹口中并且引起与所述样本发生生物化学反应的反应试剂； 其中，所述第二基片附接到所述第一基片，使得所述凹口与第二基片的至少一个边缘表面相结合而形成至少一个通气缝隙。
11.一种制造用于测量生物材料的设备的方法，所述方法包括 制造具有其一表面中形成的凹口的第一基片； 制造第二基片，其中，所述第二基片具有在其中发生样本的生物化学反应的多个反应电极和将所述生物化学反应产生的信号传递给探测器的多个输送电极； 固定引起与所述样本发生生物化学反应的反应试剂到所述第一或第二基片，以便将其置于所述凹口中；以及将所述第二基片附接到所述第一基片，使得所述反应电极指向所述凹口，并且所述凹口与所述第二基片的至少一个边缘表面相结合而形成至少一个通气缝隙，藉此形成样本入口和反应室。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于， 所述第一基片是用注射模制法、挤出模制法或者塑料层压法制造的。
全文摘要
本发明涉及一种用于测量生物材料的设备和一种用于制造所述设备的方法。本发明的所述设备包括在其一侧具有凹口的第一基片；第二基片，其具有生物材料发生生物化学反应的多个反应电极和将来自所述生物化学反应的信号传递给探测器的多个输送电极；以及引起与所述生物材料发生反应的置于所述凹口中的反应试剂。所述第二基片附接到所述第一基片，使得所述凹口的一部分形成样本入口，并且所述凹口与第二基片的至少一个边缘表面相结合以形成至少一个通气缝隙，并且所述反应电极指向所述凹口。本发明的这种装置能够使得随着生物材料的引入而将所述毛细管内空气彻底地和快速地排出到外面，藉此提高所述生物材料的引入速度。
文档编号G01N27/416GK102803945SQ201080029855
公开日2012年11月28日 申请日期2010年4月30日 优先权日2009年6月2日
发明者李进雨, 崔在奎 申请人:喜来健迈德斯