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一次性生物傳感器的制作方法

文檔序號(hào):6094141閱讀:457來(lái)源:國(guó)知局
專(zhuān)利名稱(chēng):一次性生物傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型屬于可測(cè)量溶液中一種物質(zhì)含量的生物傳感器。這種生物傳感器可在水溶液中檢測(cè)一種物質(zhì)的存在、測(cè)量一種物質(zhì)的濃度和在一定時(shí)間內(nèi)監(jiān)測(cè)其濃度的變化。
可測(cè)量溶液中一種物質(zhì)含量的生物傳感器有多種類(lèi)型,如基于電流測(cè)量的金屬電極生物傳感器,基于電位測(cè)量的離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管生物傳感器,光纖生物傳感器以及熱敏電阻生物傳感器等。盡管眾多類(lèi)型的生物傳感器已在國(guó)內(nèi)外得到研制,但由于所采用的制造工藝不適合于批量化、自動(dòng)化生產(chǎn),因而難以實(shí)現(xiàn)商品化。文獻(xiàn)Bioseneors,3,317-318(1998)和Sensors and Actuators B,8,59-64(1992)報(bào)道了一種可達(dá)到并適合于商品化生產(chǎn)的生物傳感器。這種生物傳感器的外形為長(zhǎng)方形薄片,在聚酰亞胺襯底上,以絲網(wǎng)印刷方式首先印上兩條銀導(dǎo)電條,在其中一條上印上石墨導(dǎo)電層,再涂覆含電子傳受體的固定化葡萄糖氧化酶膜,用于檢測(cè)葡萄糖;在另一銀條上,印上氯化銀層,再以封裝材料封閉薄片表面,在薄片一端露出附著有固定化酶膜的電極和氯化銀電極,成為測(cè)量樣品的敏感部位,在薄片另一端露出一部分電極,使薄片與測(cè)量?jī)x相接。最后,在敏感部位上貼有尼龍網(wǎng),起保護(hù)固定化酶膜的作用。在該生物傳感器的結(jié)構(gòu)中,由于參考電極與工作電極是做于一個(gè)襯底上,使用后與工作電極一同廢棄,因而提高了分析費(fèi)用,造成浪費(fèi)。另外,制造工藝中包含了制造參考電極的工藝過(guò)程,所以制造工藝復(fù)雜。由于該生物傳感器屬平面結(jié)構(gòu),由敏感區(qū)到接觸端需要有一段距離做過(guò)渡,因而體積難于縮小,且較難實(shí)現(xiàn)集成包裝,給攜帶和貯存帶來(lái)不便。
本實(shí)用新型的目的是提供一種在片狀金屬襯底上以印刷方法依次涂覆導(dǎo)電層,保護(hù)環(huán),化學(xué)修飾層,固定化生物活性膜,以及抗干擾膜而構(gòu)成片狀的一次性生物傳感器。
生物傳感器與被測(cè)溶液接觸時(shí),被測(cè)物質(zhì)的分子將穿過(guò)抗干擾膜到達(dá)固定化生物活性膜,而較大分子或具有與被測(cè)物質(zhì)不同電性的物質(zhì)分子將被阻擋。被測(cè)物的分子在固定化生物活性膜中被處于氧化態(tài)的生物活性物質(zhì)(如酶)氧化,同時(shí)生物活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化為還原態(tài),進(jìn)而被下層的電子媒介體氧化而恢復(fù)為氧化態(tài),電子媒介體同時(shí)變?yōu)檫€原態(tài)。還原態(tài)的電子媒介體在處于一定電位下的導(dǎo)電層表面釋放出電子,并恢復(fù)為氧化態(tài),以上過(guò)程循環(huán)進(jìn)行。由電子媒介體釋放出的電子引起測(cè)量電流的變化,并通過(guò)金屬襯底傳給測(cè)量電路,由測(cè)量電路檢測(cè)的電流變化量可反映被測(cè)物質(zhì)的濃度。
本實(shí)用新型與目前已有的生物傳感器相比,由于采用了片狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu),因而具有更小的面積和體積,從而節(jié)省了制造材料和分析樣品的體積。同時(shí),由于采用了分立的參考電極,從而簡(jiǎn)化了制造工藝,也避免了浪費(fèi)。測(cè)量時(shí)對(duì)被測(cè)樣品的需要量很小,從幾微升到幾毫升,都可正常工作。此外,由于該傳感器的體積很小,形如藥片,適合于機(jī)械化集成包裝,便于攜帶、貯存和運(yùn)輸。
該傳感器的設(shè)計(jì)方案結(jié)合
如下。
附圖1是生物傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
在附圖1(a)中,由金屬襯底1,印刷導(dǎo)電層2,保護(hù)環(huán)3構(gòu)成基礎(chǔ)電極。導(dǎo)電層可以是混有超細(xì)石墨粉的膠粘劑,也可以是其他惰性金屬粉末的膠粘劑,其作用是生成具有電化學(xué)穩(wěn)定的,導(dǎo)電的薄膜,作為傳感器的工作電極。保護(hù)環(huán)可以是硅橡膠、油墨等耐水、耐酸堿腐蝕的材料,其作用是限定作為工作電極的導(dǎo)電層的中心部位與溶液接觸的幾何尺寸,并隔離傳感器表面的其余部分,防止水溶液的浸蝕。該基礎(chǔ)電極可用于檢測(cè)具有電化學(xué)活性的物質(zhì)。在基礎(chǔ)電極表面以旋涂或滴加的方法依次形成化學(xué)修飾層4、固定化生物活性膜5和抗干擾膜6。化學(xué)修飾層是由電子媒介體組成,如二茂鐵及其衍生物、苯醌、有機(jī)染料等,其作用是催化電極表面的電化學(xué)氧化還原過(guò)程,降低測(cè)量電壓,提離檢測(cè)靈敏度。固定化生物活性膜可以是固定化酶膜、固定化微生物膜、固定化生物組織膜以及固定化抗原抗體膜等,其作用是催化被測(cè)的有機(jī)物質(zhì),使其生成能夠被基礎(chǔ)電極檢測(cè)的具有電化學(xué)活性的產(chǎn)物。當(dāng)測(cè)量不同物質(zhì)時(shí),可選用相應(yīng)的固定化生物活性膜??垢蓴_膜可以是纖維素膜、離子交換樹(shù)脂等,其作用是阻擋大分子物質(zhì)到達(dá)電極表面,避免干抗和防止污染。制作完畢后的生物傳感器的外形如附圖1(b)7所示。
測(cè)量時(shí),生物傳感器與可重復(fù)使用的參考電極構(gòu)成測(cè)量回路,傳感器輸出的電信號(hào)經(jīng)測(cè)量電路處理后顯示溶液中一種物質(zhì)的濃度。如對(duì)葡萄糖的測(cè)量,線性測(cè)量范圍是0.5-25mmol/L,最離檢測(cè)限達(dá)55mmol/L,響應(yīng)時(shí)間是25秒,每次測(cè)量時(shí)間是30-45秒。經(jīng)封裝后的生物傳感器在4℃下保存,有效期8至12個(gè)月。使用基礎(chǔ)電極,以陽(yáng)極溶出伏安法測(cè)量溶液中鉛離子的濃度,線性測(cè)量范圍達(dá)0.05-100μg/L。
本實(shí)用新型可在基礎(chǔ)電極表面進(jìn)行化學(xué)修飾,構(gòu)成化學(xué)修飾電極,也可涂覆多種固定化酶膜、固定化微生物膜、生物組織固定化膜,從而構(gòu)成酶生物傳感器,微生物傳感器和生物組織傳感器,實(shí)現(xiàn)對(duì)多種物質(zhì)的測(cè)量?;A(chǔ)電極可作為電化學(xué)檢測(cè)器,用于測(cè)定重金屬離子的濃度。
這種生物傳感器適用于臨床檢驗(yàn)、家庭監(jiān)護(hù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、健康檢查、勞動(dòng)保護(hù)、化工過(guò)程監(jiān)測(cè)、發(fā)酵過(guò)程控制等領(lǐng)域。
權(quán)利要求1.一種一次性生物傳感器,其特征是在片狀金屬襯底上印刷導(dǎo)電層、保護(hù)環(huán)、化學(xué)修蝕層、固定化生物活性膜和抗干擾膜。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型屬于可測(cè)量溶液中一種物質(zhì)含量的一次性生物傳感器。該傳感器是以片狀金屬為導(dǎo)電襯底,以印刷工藝在其表面涂覆導(dǎo)電層及絕緣保護(hù)環(huán),形成基礎(chǔ)電極,在基礎(chǔ)電極的表面涂覆電子傳受體膜,固定化酶膜及抗干擾膜,形成可測(cè)量水溶液中一種物質(zhì)的生物傳感器?;A(chǔ)電極也可作為電化學(xué)檢測(cè)器,用于測(cè)定重金屬離子的濃度。
文檔編號(hào)G01N27/26GK2195757SQ9421291
公開(kāi)日1995年4月26日 申請(qǐng)日期1994年5月26日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月26日
發(fā)明者于鵬光, 董紹俊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所
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