电化学电池和生产电化学电池的方法
【专利摘要】本发明涉及电化学电池和生产电化学电池的方法。进一步涉及通过将具有约束口的电阻薄板粘附到第一导电薄板，生产出具有精度和准确性的电化学试验电池。然后，通过该电阻薄板和第一导电薄板冲缺口孔。该缺口孔与在该电阻薄板中的第一约束孔交叉，并且将第一约束孔转变成在该电阻薄板中的缺口。第二导电薄板进行冲孔而具有相应于第一导电薄板缺口孔的缺口孔，再将这个薄板如此粘附到该电阻薄板的另一面上，以致对准这些缺口孔。从周围材料分离这种结构形成电化学电池，它具有接受样品的样品空间，该样品空间是由第一和第二导电薄板与在该电阻薄板中的缺口确定的。
【专利说明】电化学电池和生产电化学电池的方法
本申请是申请号为200580024249.5 (国际申请日为2005年05月20日)、发明名称为“电化学电池和生产电化学电池的方法”的进入国家阶段的PCT申请的分案申请。
[0001]本申请要求2004年3月21日提出的US临时申请序号60/521555的权益，本文将该专利申请作为参考文献加以引用。
本发明的【背景技术】
[0002]本发明涉及电化学电池和生产电化学电池的方法，这些电化学电池用于检测在液体样品中存在的一种或多种组分，测量它们的量和/或监测它们的水平。这些电池通过评价两个或两个以上与样品接触的电极之间的电化学参数(即电位、电流、电阻等)进行电化学测量。电极传感器典型地包括工作电极和反或参比/反(〃参比〃)电极。
[0003]在化学工业中实施本发明时，特别遇到复杂混合物时(例如食品工业或生物化学工程中)，电化学电池在生物研究和控制技术中是特别有价值的。更特别地它适合于动物或人药，并且特别适合于活体外测量或监测体液中的组分。为了方便起见，将就一个这样的方法，人体内葡萄糖测定方法描述本发明。
[0004]为了进行人体内葡萄糖的测定，从试验受检者取血液样品，并将该样品与通常含有酶和氧化还原介质的试剂混合。以这样一种测量方法所采用的化学典型地是:
[0005]匍萄糖+GODm >匍糖酸内脂+GODrad
[0006]G0Dred+2铁氰化物>G0Dox+2亚铁氰化物
[0007]式中GODm是呈氧化态的酶葡萄糖氧化酶，而GODral是呈还原态的酶葡萄糖氧化酶。铁氰化物([Fe(CN)6]3 — )是氧化GODral的氧化介质，因此它可能还氧化葡萄糖分子。亚铁氰化物([Fe(CN)6]4 — )是该介质的还原形态，它把电子转移到电极上(从而再生铁氰化物)。因此，产生的亚铁氰化物(电化学方法测量的)显示样品中的葡萄糖浓度。也曾使用其它的酶，例如葡萄糖脱氢酶。
[0008]因为对糖尿病患者的葡萄糖监测优选地是一天进行几次，还因为每次测试使用通常家用器械，这种测试需要由指尖得到血液或间质流体，所以发展的压力已变成对用户更加方便，成本更加低廉的器械。结果，曾公开测试样品体积很小的电化学电池。例如参见US专利6576101、6551494、6129823和5437999。随着样品池的尺寸变得更小，而由制造公差的小误差造成电极面积和电池体积的百分变化就变得更大。这是很重要的，因为信号大小可能取决于电极面积和电池体积。因此，为了达到必要的电池尺寸精度，可能需要更严格的生产控制，但是这些更严格的生产控制与降低成本的目标是不一致的。
本发明的简要i兑明
[0009]第一个方面，本发明提供一种生产电化学电池的简单方法，该方法特别可应用于生产样品体积和电极面积小而一致的电池。得到的电化学电池包括被电阻薄板分开的对置第一和第二电极。这种方法包括下述步骤:
[0010](a)在电阻薄板中形成第一约束孔，从而形成冲孔电阻薄板；
[0011](b)把该冲孔电阻薄板附着到第一导电薄板上，从而形成复合薄板，其中通过第一约束孔露出第一导电薄板的第一导电表面部分，以及或者通过在该电阻薄板中的第二约束孔，或者作为超出该电阻薄板边缘的延伸部分，露出该导电薄板的第二导电表面部分；
[0012](c)通过该复合薄板的电阻薄板和第一导电薄板冲缺口孔，其中该缺口孔与该电阻薄板中的第一约束孔相交，从而将第一约束孔转变成在该电阻薄板中的缺口，并冲通过该导电薄板的第二露出部分敞口可见的第一接触区域，以形成第一电接触，从而形成冲孔复合薄板；
[0013](d)用一个或多个冲孔机将第二导电薄板冲孔，形成一种导电薄板，它具有相应于该冲孔复合薄板的缺口孔的缺口孔和该第二导电薄板中的第二接触区域，从而形成对置电极薄板；
[0014](e)把该对置电极薄板附着到该冲孔复合薄板的电阻薄板部分上，使导电表面面向该电阻薄板，所述对置电极薄板如此附着，以致于让相应于该复合薄板中的缺口孔的缺口孔对准在该复合薄板中的缺口孔，并让该第二接触区域对准该第二约束孔，从而形成电化学薄板，以及
[0015](f)分割该电化学薄板，从而形成废电化学薄板和自由电化学电池，该自由电化学电池有用于接受样品的样品空间，该样品空间是由该第一和第二导电薄板与在该电阻薄板中的缺口确定的，还有与在该样品空间中露出的该第一和第二导电薄板的电极部分导电性接触的第一和第二接触区域，用于所述第一和第二电极部分与仪表的连接。
[0016]如果适合制成测试带，在构造如前面描述的测试带期间可以添加试剂。
[0017]在优选的具体实施方案中，在步骤(C)中切割第一主要敞开区域的两端，形成在两端敞开而这些侧边被限定的样品空间。样品空间的一个孔是在该器件样品收集尖端的外边缘，而另一个孔与靠近器件尖端形成的孔相邻。
[0018]本发明构造电化学电池的方法比现有技术有许多优点。首先，这种方法仅仅使用数量有限的材料薄板，它们的尺寸可以相同，但比最后制成电池明显大得多。第二，本发明的方法不需要任何印刷或平版印刷技术确定样品空间体积以及电极面积，或形成电极导线和连接件。第三，因为采用冲切或类似冲孔操作可以确定很大的器件尺寸，所以采用宏观方法时这种生产方法的准确性和精度都是很好的。这样允许生产使用非常小的样品体积，而生产费用没有明显增加的电化学电池。第四，采用本发明方法生产的电化学电池具有降低的电极"边缘"作用，这样的作用降低电池准确性。因此，本发明方法的电化学电池成本令人印象深刻，因此是可用的(单次使用)，仅需要最少量样品时，证明这种电池具有显著的测量准确性。
[0019]实施这种方法得到简单结构的电化学电池。因此，在本发明的另一个方面，提供具有样品接受末端和连接器末端的电化学电池，按顺序包括:
[0020](a)第一基片,它具有施加到其第一表面上的未图案化的导电材料层；
[0021](b)电阻中间层，以及
[0022](C)第二基片，它具有施加到其第一表面上的未图案化的导电材料层；
[0023]其中第一基片的第一表面和第二基片的第一表面附着到电阻中间层；
[0024]其中该电池在靠近该样品接受端但远离该器件自由边一定距离处配置有孔，所述孔通过第一基片、电阻中间层和第二基片，
[0025]其中该电池有样品空间，所述样品空间通过电阻中间层，并被第一基片的未图案化导电材料和第二基片的未图案化导电材料在对侧限制，所述样品空间从器件的该自由边延伸到该孔，并且在两端是敞开的。适合于生产这种电池时，这种电化学电池还可以包括在样品空间中的试剂。
附图简要说明
[0026]图1A和B显示采用本发明方法生产的电化学电池等角投影图。
[0027]图2A和B显示根据本发明生产的电化学电池另一个具体实施方案的样品接受末端和样品空间。
[0028]图3A — D显示样品接受末端具体实施方案的顶视图。
[0029]图4A — C显示根据本发明生产的电化学电池连接器末端的不同具体实施方案。
[0030]图5显示本发明步骤的示意图。
[0031]图6A和B显示有约束孔电阻薄板的具体实施方案。
[0032]图7显示在本发明方法中形成的复合冲孔薄板详图。
[0033]图8显示在本发明方法中形成的冲孔第二导电薄板详图。
[0034]图9显示在本发明方法中使用的冲孔复合薄板详图。
[0035]图10显示采用本发明方法形成的节段电极视图。
[0036]图11说明采用本发明方法的多试验器件的组成。
[0037]图12A和B显示通过如图11构成的多试验器件的截面。
[0038]图13说明采用本发明方法的多试验器件另外具体实施方案的构成。
[0039]图14显示另外的多测试器件。
[0040]图15显示另外的多测试器件。
本发明的详细描述
[0041]根据本发明的具体实施方案，提供一种电化学电池的生产方法，该方法包括下述步骤:
[0042](a)将电阻薄板冲一个或多个约束孔，从而形成冲孔电阻薄板，所述的一个或多个约束孔限定了第一和第二主要孔区域，
[0043](b)将冲孔电阻薄板附着到第一导电薄板上，从而形成复合薄板，其中第一导电薄板的导电表面通过冲孔电阻薄板中的一个或多个孔是可见的，
[0044](C)冲缺口孔，它通过该复合薄板的电阻薄板和第一导电薄板，其中该缺口孔与该电阻薄板中的第一主要区域相交，从而将第一主要敞开区域转变成该电阻薄板的缺口，并冲通过该导电薄板的通过该电阻薄板的所述第二主要敞开区域可见的那部分敞口的第一接触区域，以形成第一电接触，从而形成冲孔复合薄板；
[0045](d)用一个或多个冲孔机将第二导电薄板冲孔，形成一种导电薄板，它具有相应于该冲孔复合薄板的缺口孔的缺口孔和该第二导电薄板中的第二接触区域，从而形成对置电极薄板；
[0046](e)把该对置电极薄板附着到该冲孔复合薄板的电阻薄板部分上，使导电表面面向该电阻薄板，所述对置电极薄板如此附着，以致于让相应于该复合薄板中的缺口孔的缺口孔对准在该复合薄板中的缺口孔，并让该第二接触区域对准该第二约束孔，从而形成电化学薄板，以及
[0047](f)分割该电化学薄板，从而形成废电化学薄板和自由电化学电池，该自由电化学电池有用于接受样品的样品空间，该样品空间是由该第一和第二导电薄板与在该电阻薄板中的缺口确定的，还有与在该样品空间中露出的该第一和第二导电薄板的电极部分导电性接触的第一和第二接触区域，用于所述第一和第二电极部分与仪表的连接。
定义
[0048]本申请说明书和权利要求书中的数值应该理解包括降低到有效数字的相同数时相同的数值，和与指出值的差小于在本申请测量该值时所描述这类通常测量技术的实验误差的数值。
[0049]如在本申请说明书和权利要求书中使用的，采用的下述术语应该理解如下:
[0050]如在本申请说明书和权利要求书中使用的术语"分析物"表示待测量样品的组分。特定分析物的非限制性实例包括葡萄糖、血红蛋白、胆固醇和维生素C。
[0051]如在本申请说明书和权利要求书中使用的术语"氧化还原介质"表示除分析物外的化学物种，它在将电子转移到电化学电池电极或从该分析物转移到电化学电池电极的多步骤过程中被氧化和/或被还原。介质的非限制性实例包括:
?铁氰化物
?[FeIII (CN)5(ImH)F
?[FeIII (CN) 5 (Im)]
?[RuIII (NH3) 5 (ImH)J3+
?[RuIII (NH3) 5 (Im)J2+
?[Fell (CN) 5 (ImH)]
?[RuII (NH3) 5 (Im) H]2+
?[ (NC) 5FeII (Im) RuIII (ΝΗ3)5
?[(NC)5Fe I11 (Im)RuI11 (NH3)5]0
?[ (NC) 5FeII (Im) RuII (NH3)5F
?二茂铁(Fe)及其衍生物，其中包括但不限于:
?一磺酸二茂铁
?二磺酸二茂铁
?FcCO2H
?FcCH2C02H
?FcCH:CHCO2H
?Fe (CH2) 3C02H
?Fe (CH2) 4C02H
?FcCH2CH(NH2) CO2H
?FcCH2SCH2CH (NH2) CO2H
?FcCH2CONH2
?Fe (CH2) 2C0NH2
?Fe (CH2) 3C0NH2
?Fe (CH2) 4C0NH2
?FcOH
?FcCH2OH
?Fe (CH2) 20H
【权利要求】
1.一种电化学电池的生产方法，其中该电化学电池包括被电阻薄板分开的相对第一和第二电极，其中这种方法包括下述步骤: (a)在电阻薄板中形成第一约束孔，从而形成冲孔电阻薄板； (b)把这个冲孔电阻薄板粘附到第一导电薄板上，从而构成复合板，其中通过第一约束孔露出第一导电薄板的第一导电表面部分，以及或者通过在该电阻薄板中的第二约束孔，或者以超出该电阻薄板边缘的延伸部分露出该导电薄板的第二导电表面部分； (c)通过该复合板的电阻薄板和第一导电薄板冲缺口孔，其中该缺口孔与该电阻薄板中的第一约束孔交叉，从而将第一约束孔转变成在该电阻薄板中的缺口，以及通过可见导电薄板第二露出部分冲第一接触区域孔，形成第一电接触，从而构成冲孔复合薄板； (d)用一个或多个冲孔机将第二导电薄板冲孔，构成一种导电薄板，它具有相应于冲孔复合薄板缺口孔的缺口孔，以及第二导电薄板中的第二接触区域，从而构成相对的电极薄板； (e)把该相对电极薄板粘附到冲孔复合薄板的电阻薄板部分上，而该冲孔复合薄板具有面向该电阻薄板的导电表面，所述的相对电极薄板如此粘附，以致于让相应于该复合板中缺口孔的缺口孔对准在该复合板中的缺口孔，而让第二接触区域对准第二约束孔，从而构成电化学薄板，以及 (f)分离电化学薄板，从而构成废电化学薄板和空的电化学电池，它有接受样品的样品空间，这个样品空间是由第一和第二导电薄板与在该电阻薄板中的缺口确定的，还有与在样品空间中露出的第一和第二导电薄板电极部分导电接触的第一和第二接触区域，用于所述第一和第二电极部分与仪表的连接。
2.根据权利要求1所述的方法，它还包括作为构成相反电极的一部分，通过该复合板的第二导电薄板冲排气孔的步骤，其中在组装电池中该排气孔对准在该电阻薄板中的缺口，构成达到接受样品空间内部的通道。
3.根据权利要求1或2所述的方法，它还包括作为构成该冲孔复合薄板的一部分，通过该复合板的电阻薄板和第一导电薄板冲排气孔的步骤，其中该排气孔对准在该电阻薄板中的缺口，构成达到接受样品空间内部的通道。
4.根据权利要求1所述的方法，它还包括构成排气孔的步骤，该排气孔与第一主要敞开区域一端交叉，还与限定样品空间长度的缺口孔交叉。
5.根据权利要求1一 4中任一项所述的方法，它还包括把试剂加到接受样品空间的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其中在形成电化学薄板前，把试剂加到在该冲孔复合薄板的缺口中。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中该试剂含有酶和氧化还原介质。
8.根据权利要求7所述的方法，其中该酶是葡萄糖氧化酶。
9.根据权利要求1一 8中任一项所述的方法，其中第一和第二导电薄板含有金。
10.根据权利要求1一 9中任一项所述的方法，其中在该电阻薄板中的约束孔是直线截面的。
【文档编号】G01N27/327GK103954668SQ201410219207
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2005年5月20日 优先权日:2004年5月21日
【发明者】I.哈丁, S.G.尹加, M.T.拉森, C.奥佩达尔 申请人:埃葛梅崔克斯股份有限公司