專利名稱：電化學(xué)生物感測試片成批制法及其金屬電極制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一電化學(xué)生物感測試片成批制法及其金屬電極制法，尤指一種藉由機(jī)械加工完成高質(zhì)量且快速成批生產(chǎn)的金屬電極制造方法。
背景技術(shù)：
電化學(xué)生物感測試片由于其具備有價(jià)格便宜、反應(yīng)靈敏以及使用方便等特性，被廣泛地應(yīng)用于拋棄式檢驗(yàn)試片，例如血糖、尿酸以及膽固醇等試片。電化學(xué)生物感測試片主要設(shè)計(jì)包含許多導(dǎo)電電極，提供外部檢測儀器透過該電極導(dǎo)線對特定電極上施加檢測電壓，并將反應(yīng)所得的電氣訊號藉由電極導(dǎo)線導(dǎo)入外部儀器提供其檢測及分析。便宜且穩(wěn)定的電極制法，可降低電化學(xué)生物感測試片的制造成本，使得電化學(xué)檢測技術(shù)所衍生出的產(chǎn)品能被廣泛開發(fā)使用。
目前較常應(yīng)用于電化學(xué)生物感測試片導(dǎo)電電極的制作方式主要以網(wǎng)版印刷(以下簡稱網(wǎng)印)為主。網(wǎng)印能夠大量且便宜地制造電化學(xué)生物感測試片所需的導(dǎo)電電極，其中該導(dǎo)電電極為一種碳電極，是由導(dǎo)電碳漿印制而成。為了加工的方便在導(dǎo)電碳漿中添加了許多高分子材料以作為結(jié)合劑與固化劑，使得印制的電極材料得以在適當(dāng)烘烤后固化成形于基材表面。然而這些額外添加的高分子材料并非導(dǎo)電材質(zhì)，且會(huì)包覆導(dǎo)電碳漿中的導(dǎo)電碳微粒影響其與溶液的接觸，因此一般在電極印制完畢后還會(huì)外加一拋光研磨制程，將覆蓋在碳微粒表面的高分子材料拋除使得導(dǎo)電碳微?？膳c反應(yīng)溶液接觸，同時(shí)增加電極表面的平整度。相對于金屬電極而言，以網(wǎng)印制造的碳電極，其電極表面平整度較差，同時(shí)單位面積的電流響應(yīng)也不如金屬電極高。近年來，為因應(yīng)檢測檢體量減少的市場需求，電極面積也必須隨之減少，如何在電極面積縮小后依然維持一定的電流響應(yīng)遂成為電極材料設(shè)計(jì)的重要課題，其中金屬電極的應(yīng)用提供了一個(gè)有效的解決方式。
如臺(tái)灣專利公告第496110號《印刷電路板電化學(xué)測試片》發(fā)明專利，公開了一種以印刷電路板(Printing Circuit Board；PCB)的顯影蝕刻工藝應(yīng)用于測試片導(dǎo)電電極的制作，此一發(fā)明專利是預(yù)先以曝光顯影的方式在銅箔基板上蝕刻出電極圖案，并以電鍍的方式將金形成于電極圖案表面，藉由良好的鍍金控制將電極圖案原本具電化學(xué)活性的銅層包覆，避免底層基板金屬透過鍍金層的針孔與配方或檢測溶液接觸，造成電化學(xué)檢測時(shí)的干擾；此外，鍍金電極可增加單位電極面積的反應(yīng)電流密度。該等方法雖然提高單位面積的電流響應(yīng)，但是蝕刻過程中的化學(xué)藥品殘留以及底層活性金屬(例如銅、鎳等材料)均可能成為電化學(xué)檢測的干擾物質(zhì)。
再如美國專利第6662439號與第6875327號分別公開一種使用金薄膜作為電極材料的技術(shù)，同時(shí)以雷射熔蝕(laser ablation)的方式在該金屬薄膜上精確刻劃出許多電極分隔線，分隔出的各單獨(dú)電極即分別作為電化學(xué)生物感測試片的導(dǎo)電電極(包含工作電極與對極)，該項(xiàng)技術(shù)同時(shí)應(yīng)用于電化學(xué)血糖感測試片。此一方法相較于前揭國內(nèi)發(fā)明專利案，雖然可以同時(shí)避免蝕刻液的殘留且提供反應(yīng)性較佳的金屬電極表面，然而由于雷射光必須依照設(shè)定路線移動(dòng)并逐點(diǎn)熔蝕表面金屬，其加工速度不及蝕刻以及網(wǎng)版印刷等批次生產(chǎn)方式。雖然目前有較高級的雷射切割設(shè)備可以多任務(wù)方式解決生產(chǎn)速度問題，但相對地必須投入更高成本的雷射切割設(shè)備。
由上述說明可知，目前電化學(xué)生物感測試片導(dǎo)電電極的制法無法兼具快速、便宜及高質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，而為了確保低成本檢測器的質(zhì)量，仍有必要再提出更經(jīng)濟(jì)且簡單的制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明的主要目的在于提出一種新式的電化學(xué)生物感測試片金屬電極制法，能夠以便宜的工藝方式快速且成批制造符合新式電化學(xué)生物感測試片所需的金屬電極，確保電化學(xué)生物感測試片具有低成本的優(yōu)勢。
欲達(dá)上述目的所使用的主要技術(shù)手段，是令該電化學(xué)生物感測試片的金屬電極制法包含有以下工藝步驟先取得金屬薄膜作為電極材料，再以刀模切割方式在金屬薄膜上切割出不同的電極分隔線，進(jìn)而在同一金屬薄膜上形成不同的電極，作為電化學(xué)測試片檢測所需的導(dǎo)電電極(包含工作電極、對極電極以及液體感知電極等)；由于金屬薄膜可預(yù)先大面積且成卷方式連續(xù)生產(chǎn)，配合刀模進(jìn)行切割，能夠在短時(shí)內(nèi)將該金屬薄膜切割出成批的金屬電極，切邊平整且完全沒有化學(xué)藥品殘留的問題，相較于雷射切割而言使用刀模進(jìn)行切割的成本來得更低且快速。所以，本發(fā)明確實(shí)能夠采用低成本的工藝，快速且成批生產(chǎn)高質(zhì)量的金屬電極，供電化學(xué)生物感測試片使用。


圖1是本發(fā)明一導(dǎo)電電極沖切示意圖。
圖2A～圖2C是本發(fā)明制法一較佳實(shí)施例的示意圖，并公開三種不同沖切的刀模實(shí)施例。
圖3是本發(fā)明制法所制出的一種電化學(xué)生物感測試片的分解圖。
圖4是圖3的組合俯視圖。
圖5是本發(fā)明制造圖4的流程示意圖。
主要組件符號說明10金屬薄膜 101分割線102導(dǎo)電電極11基材20沖切加工機(jī)臺(tái) 21刀模211模座212單刀22切割平臺(tái) 23水平滾輪24壓輪 25滾輪26環(huán)形刀模 261刀片27沖壓頭 271刀片30絕緣基材 31導(dǎo)線組311對極導(dǎo)線312作電極導(dǎo)線313感知電極導(dǎo)線32配方液層34間隔層 341通道缺口35保護(hù)層 351排氣孔
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是針對電化學(xué)生物感測試片的導(dǎo)電電極提供一種工藝方法，請配合參閱圖1及圖2A所示，其主要包含有以下步驟取一厚度約為0.2mm的金屬基材11，且該金屬基材11表面具有一厚度約為500nm的金屬薄膜10，該金屬薄膜10可采用真空蒸鍍或?yàn)R鍍方式形成于一絕緣基材上，而該金屬薄膜10材料可使用金、鉑、鈀、銠、鉻、鎳、銅或碳等；將包含有金屬基材11的絕緣基材設(shè)置于一組沖切加工機(jī)臺(tái)20上；控制沖切加工機(jī)臺(tái)20的沖程，對金屬基材11進(jìn)行切割程序；及調(diào)整刀模與金屬基材11的相對位置，令刀模對金屬基材11不同位置上切割出多條分隔線101，進(jìn)而分割出多個(gè)導(dǎo)電電極102。
再請配合參閱圖2A所示，為上述工藝方法的一種較佳實(shí)施例，該沖切加工機(jī)臺(tái)20包含有一刀模21、一設(shè)置于刀模21下方的切割平臺(tái)22、至少兩水平滾輪23及四個(gè)分置于切割平臺(tái)22兩側(cè)的壓輪24。將金屬基材11卷繞于兩水平滾輪23上并經(jīng)過四個(gè)壓輪24，使其平整的壓制于切割平臺(tái)22上，并且可以在水平方向平順地移動(dòng)。隨后，控制兩水平滾輪23同步轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整刀模21切割的速度，即能快速地于金屬薄膜10上形成多條分隔線101，而分割出多個(gè)導(dǎo)電電極102，其中該分隔線的切割深度大于金屬薄膜厚度并且小于絕緣基材30總厚度。此一較佳實(shí)施例所使用的刀模21由一模座211及一單刀212組合而成，切割一次只對金屬薄膜10形成一道分隔線101，該單刀刀片厚度約為2mm，刀刃高度則約為1mm。
請配合參閱圖2B所示，上述刀模21也可以環(huán)形刀模26方式配置。該環(huán)形刀模26的制成方式為將一可撓性金屬片體平鋪，表面預(yù)先涂布一層光阻劑，經(jīng)過適當(dāng)溫度烘烤后，再以預(yù)先設(shè)計(jì)的光罩或底片貼附于光阻表面并以紫外光或X光曝光，隨后將曝光完成的可撓性金屬片體設(shè)置在一單滾輪26的外圍，之后再經(jīng)顯影及蝕刻等步驟，于該金屬片體表面形成特定分隔線條的刀片261，再藉由蝕刻時(shí)間的控制調(diào)整刀模上刀刃的高度。藉由蝕刻出的刀片261對金屬薄膜壓切，以形成與前述使用刀模沖切的相同分隔線。此一顯影蝕刻制造的環(huán)形刀模26，適合切割導(dǎo)電電極形狀較為精密且復(fù)雜的電化學(xué)生物感測試片。
由于該環(huán)形刀模26設(shè)置于一單滾輪25上，故制造導(dǎo)電電極時(shí)，需同時(shí)控制兩平滾輪23及單滾輪25的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，以成批制造出形狀精密且復(fù)雜的導(dǎo)電電極。
請?jiān)倥浜蠀㈤唸D2C所示，本發(fā)明工藝方法中所使用的刀模21可為一長形沖壓頭27，該長形沖壓頭27表面上依照圖2B環(huán)形刀模的顯影蝕刻制法，于其上形成多個(gè)刀片271，如此，可于制造導(dǎo)電電極時(shí)，控制兩水平滾輪的速度，及該沖壓頭27向下沖切的速度，可于一次沖切步驟下將金屬薄膜10分割出多個(gè)導(dǎo)電電極，相較單刀的刀模來說，導(dǎo)電電極制造的速度更快。
由上述三種制法的實(shí)施例可知，要調(diào)整各種刀模與金屬薄膜相對位置的方式，是將刀模位置固定，令金屬薄膜放置于切割平臺(tái)上，由滾輪帶動(dòng)金屬薄膜移動(dòng)，令刀模于金屬薄膜上形成多個(gè)分隔線，也可直接控制切割平臺(tái)移動(dòng)，藉以移動(dòng)置于其上的金屬薄膜，達(dá)到調(diào)整與刀模的相對位置。此外，也可令該金屬薄膜固定切割平臺(tái)上，控制沖切刀模呈平面移動(dòng)，同樣可以改變其與金屬薄膜的相對位置。
以上為本發(fā)明制造電化學(xué)生物感測試片的導(dǎo)電電極制法，以下謹(jǐn)進(jìn)一步介紹一種電化生物測試片的結(jié)構(gòu)，請配合參閱圖3及圖4所示，該電化生物測試片包含有一基材30；一導(dǎo)線組31，至少包含有一工作電極導(dǎo)線311及一對極導(dǎo)線312，也可進(jìn)一步包含有一感知電極導(dǎo)線313，該導(dǎo)線組31設(shè)于該基板(30)的上方；一配方液層32，設(shè)置于該導(dǎo)線組31的一端上方，以葡萄糖測試片為例，其所需的配方液成分包括葡萄糖氧化酵素(glucose oxidase)、赤血鹽(potassium ferricynaide)、界面活性劑(Triton X-100)以及磷酸緩沖液等，而該配方液加以攝氏45度烘干，即形成一配方液層；一間隔層34，設(shè)于該配方液層32與導(dǎo)線組31的上方，其中對應(yīng)該配方液層32位置形成有一信道缺口341，為方便固定在配方液層32及導(dǎo)線組31的上方，該間隔層34可為一雙面膠，而該導(dǎo)線組31相對間隔層通道缺口341的位置即可定義為工作電極、對極電極以及檢體感知電極；一保護(hù)層35，用以覆蓋保護(hù)該間隔層34，并相對該間隔層34的信道缺口341位置形成有一排氣孔351。
實(shí)際檢測時(shí)，首先在工作電極311與檢體感知電極上外掛一相對于對極電極的正電壓，當(dāng)待測檢體與該測試片通道缺口341接觸時(shí)，會(huì)藉由毛細(xì)作用原理檢體將自動(dòng)進(jìn)入由導(dǎo)線組31、間隔層34以及保護(hù)層35所構(gòu)成的檢體通道內(nèi)，進(jìn)入的檢體首先接觸到對極，隨后與工作電極接觸并產(chǎn)生一觸發(fā)信號，此時(shí)外部檢測儀器感知檢體已經(jīng)進(jìn)入檢體通道，并立刻將工作電極上的正電壓移除，當(dāng)檢體繼續(xù)流入并且與檢體感知電極接觸時(shí)，又可行成另一觸發(fā)信號，外部檢測儀器感知檢體已經(jīng)充滿檢體通道，并立刻將檢體感知電極上的正電壓移除。利用此三極式電極設(shè)計(jì)，可以避免使用者操作時(shí)因檢體不足所產(chǎn)生的錯(cuò)誤檢測結(jié)果。
以上為一種電化學(xué)生物感測試片的結(jié)構(gòu)及實(shí)際檢測步驟，請?jiān)倥浜蠄D5所示，為結(jié)合本發(fā)明導(dǎo)電電極制法的電化學(xué)生物感測試片制作方法流程先取一卷厚度為0.3mm的PET(Poly Ethylene Terephthalate)絕緣基材(膠片)30，并且以貼合的方式在其上方貼附一預(yù)先蒸鍍有金屬薄膜10且厚度為0.1mm的金屬基材，隨后以圖2A的方式在該金屬薄膜10上切割出許多電極分隔線101，以構(gòu)成多個(gè)導(dǎo)線組31，緊接著于導(dǎo)線組31一端上方以噴涂(spray)方式涂布一配方層，予以烘干后形成配方液層32，之后再于其上貼附一厚度為0.2mm且預(yù)留許多通道孔341的間隔層34，最后在間隔層34上方再貼附一厚度為0.1mm的PET薄膜作為保護(hù)層35，并配合雷射切割、機(jī)械打孔或熱熔方式在對應(yīng)信道缺口341處形成許多排氣孔351，最后，采用圖2A的刀模，依照各測試片的邊界進(jìn)行沖切，以分割出多個(gè)單獨(dú)試片，至此完成成批電化學(xué)生物感測試片的制作。
由上述說明可知，本發(fā)明制成電化學(xué)生物感測試片的導(dǎo)電電極主要采用沖切方式，不但能以低成本的方式快速成批的制造，沖切出的導(dǎo)電電極切邊平整，且其自金屬薄膜沖切而出，故電極表面的平整度及單位面積的電流響應(yīng)均佳，所以，本發(fā)明采用低成本的沖切方式，確實(shí)可提供一種兼具快速、成批量產(chǎn)且高質(zhì)量的導(dǎo)電電極生產(chǎn)方式。而此一導(dǎo)電電極制作方式也有助于簡化電化學(xué)生物感測試片工藝，增加其在拋棄式感測試片上的應(yīng)用性。
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)生物感測試片的金屬電極制法，其特征在于，包含有取一形成于一絕緣基材上的金屬薄膜；將形成有金屬薄膜的絕緣基材平整設(shè)置于一組沖切加工機(jī)臺(tái)下方，并使金屬薄膜面向刀模；控制沖切加工機(jī)臺(tái)沖切深度與速度，切割金屬薄膜形成分隔線；及調(diào)整刀模與金屬薄膜的相對位置，于金屬薄膜切割出多條分隔線，而分割出多個(gè)導(dǎo)電電極。
2.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)生物感測試片的金屬電極制法，其特征在于，該刀模為單一刀片，且該刀片的刀刃高度大于或等于分隔線深度，使得每一次刀模沖切在金屬薄膜上形成一條分隔線。
3.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)生物感測試片的金屬電極制法，其特征在于，該刀模為一具有多個(gè)刀片的金屬模板，且該多個(gè)刀片的刀刃高度均大于或等于分隔線深度，使得每一次刀模沖切在金屬薄膜上形成多條與刀模配置相同的分隔線。
4.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)生物感測試片的金屬電極制法，其特征在于，上述控制刀模與金屬薄膜相對位置的步驟中，是將金屬薄膜固定后再移動(dòng)刀模位置。
5.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)生物感測試片的金屬電極制法，其特征在于，上述控制刀模與金屬薄膜相對位置的步驟中，是固定刀模后，再移動(dòng)金屬薄膜的位置。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的電化學(xué)生物感測試片的金屬電極制法，其特征在于，該分隔線的切割深度大于金屬薄膜厚度并且小于絕緣基材總厚度。
7.一種電化學(xué)生物感測試片的成批制法，其特征在于，使用材料與工藝包含有先分別取得一絕緣基材、一金屬薄膜、一間隔層及一保護(hù)層，其中該間隔層上預(yù)留有多個(gè)并排的通道缺口；將金屬薄膜貼合于絕緣基材上；以權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)的金屬電極制法于金屬薄膜上切割出分隔線，形成電化學(xué)檢測所需的導(dǎo)線組，包含有對極導(dǎo)線、工作電極導(dǎo)線以及液體檢知電極導(dǎo)線；于導(dǎo)線組上方涂布一層配方液層，并將水分烘干使其固定于導(dǎo)線組表面；將間隔層的通道孔對準(zhǔn)配方液層位置，貼合于導(dǎo)電組及配方液層上；將保護(hù)層貼附于間隔層之上，并在保護(hù)層對應(yīng)間隔層的各個(gè)通道缺口處，分別形成排氣孔；沖切各測試片的邊界，以分割出多個(gè)單獨(dú)試片。
8.如權(quán)利要求7所述的電化學(xué)生物感測試片的成批制法，其特征在于，該試片的金屬薄膜至少具有兩條分隔線，其中導(dǎo)電組的工作電極導(dǎo)線的寬度由兩條分隔線的間距決定，使得工作電極寬度不受測試片邊緣切割誤差影響。
9.如權(quán)利要求7或8所述的電化學(xué)生物感測試片的成批制法，其特征在于，該通道缺口的長邊與分隔線垂直，使檢體流動(dòng)方向與分隔線垂直。
10.如權(quán)利要求7或8所述的電化學(xué)生物感測試片的成批制法，其特征在于，該導(dǎo)線組的工作電極面積，由工作電極導(dǎo)線寬度與信道缺口短邊的長度所決定。
全文摘要
本發(fā)明是一種電化學(xué)生物感測試片成批制法及其金屬電極制法，先取得一金屬薄膜，再以刀模切割方式在金屬薄膜上切割出多條電極分隔線，使同一金屬薄膜分割出多個(gè)電化學(xué)感測試片檢測所需的金屬電極；由于金屬薄膜可預(yù)先以成卷方式大面積制作，配合刀模進(jìn)行切割時(shí)，可迅速將該金屬薄膜切割出成批的金屬電極，切邊平整而且完全沒有化學(xué)藥品殘留的問題，故本發(fā)明采用刀模進(jìn)行切割方式相較于雷射切割的成本來得更低，而能快速且成批生產(chǎn)電化學(xué)生物感測試片所需高質(zhì)量的金屬電極。
文檔編號H01L49/00GK1982886SQ20051013204
公開日2007年6月20日 申請日期2005年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月16日
發(fā)明者張景裕 申請人:張景裕