專利名稱：具有預(yù)定劑量響應(yīng)曲線的生物傳感器以及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在測量生物流體中的分析物濃度中使用的生物傳感器，并且更具體來說涉及在生產(chǎn)期間發(fā)生的此類生物傳感器的劑量響應(yīng)曲線的變化。對于許多醫(yī)療狀況的診斷和治療來說，測量生物流體中的物質(zhì)濃度是很重要的。 舉例來說，測量諸如血液之類的體液中的葡萄糖對糖尿病的有效治療是關(guān)鍵的。已經(jīng)知道許多用于確定血液樣本中的分析物濃度的方法，并且通常將這些方法歸為兩個類別(光學(xué)方法和電化學(xué)方法)中的一種。光學(xué)方法通常涉及光譜法以便觀察由于分析物的濃度而導(dǎo)致的流體中的光譜偏移，典型地結(jié)合在與分析物組合時會產(chǎn)生已知的顏色的試劑。電化學(xué)方法通常依賴于電流(電流測定法)、電勢(電勢測定法)或積聚電荷(電量測定法)與分析物濃度之間的關(guān)系，典型地結(jié)合在與分析物組合時會產(chǎn)生載荷子的試劑。例如參見授予Columbus的美國專利號4，233，029，授予I3ace的美國專利號4，225，410，授予 Columbus的美國專利號4，323，536，授予Muggli的美國專利號4，008，448，授予Lil ja等人的美國專利號4，654，197，授予kuminsky等人的美國專利號5，108，564，授予Nankai等人的美國專利號5，120，420，授予Szuminsky等人的美國專利號5，128，015，授予White的美國專利號5，243，516，授予Diebold等人的美國專利號5，437，999，授予Pollmann等人的美國專利號5，288，636，授予Carter等人的美國專利號5，628，890，授予Hill等人的美國專利號5，682，884，授予Hill等人的美國專利號5，727，548，授予Crismore等人的美國專利號5，997，817，授予Fujiwara等人的美國專利號6，004，441，授予Priedel等人的美國專利號4，919，770，以及授予Siieh的美國專利號6，054，039，它們被整體合并在此。用于實施測試的電化學(xué)生物傳感器通常被提供為一次性測試條帶，其上具有與生物流體中的感興趣分析物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的試劑。將所述測試條帶與測試儀表配對，從而使得測試儀表可以測量分析物與試劑之間的反應(yīng)，以便確定分析物濃度并向用戶顯示。電化學(xué)傳感器對電勢階躍的響應(yīng)在很大程度上取決于Cottrell等式(F.G. CottrelUZ. Physik. Chem (1902))，即下面的等式(1)
其中，
η一分析物的每個分子的電子數(shù) F一法拉第常數(shù) A一工作電極面積 D —擴(kuò)散系數(shù)
t一應(yīng)用電勢階躍之后的時間
背景技術(shù)：
C一分析物濃度
從等式(1)可以認(rèn)識到，擴(kuò)散系數(shù)D的改變將導(dǎo)致傳感器的劑量響應(yīng)的改變。在許多電化學(xué)傳感器中采用了干的化學(xué)膜，其通常覆蓋工作電極或者工作電極和對應(yīng)(counter)電極。這些干的膜包含有助于分析物與媒劑之間的(一個或多個)電子交換的酶。當(dāng)液體樣本(比如包含感興趣分析物的血液)與所述膜水合時，會發(fā)生化學(xué)過程。在該過程期間，所述膜會膨脹，分析物分子擴(kuò)散到膜中，并且在存在于膜中的特定于分析物的酶的幫助下與媒劑分子交換(一個或多個)電子。在存在特別施加或控制的電勢的情況下， 媒劑分子會擴(kuò)散到電極表面并且被還原或氧化。隨后利用已知的技術(shù)(例如電流測定法、電量測定法、電勢測定法、電壓測定法)測量所得到的電流并且將其與一個數(shù)量(分析物的濃度或其他所期望的特性)相關(guān)。在等式(1)中所闡述的簡單擴(kuò)散系數(shù)D實際上會(a)例如由于試劑的膨脹會隨時間變化；(b)是多個擴(kuò)散過程(例如分析物從流體樣本擴(kuò)散到膜中擴(kuò)散到酶，媒劑從反應(yīng)中心擴(kuò)散到電極等等)的總和；以及(c)可能需要被調(diào)節(jié)以考慮到酶反應(yīng)的動力學(xué)。出于說明的目的，可以使用下面的簡單線性劑量響應(yīng)等式(等式(2))
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)生物傳感器的系統(tǒng)，包括相同型號的第一和第二生物傳感器，第一生物傳感器具有第一電氣圖案，所述第一電氣圖案包括第一多個調(diào)節(jié)指狀物，并且第二生物傳感器具有第二電氣圖案，所述第二電氣圖案包括第二多個調(diào)節(jié)指狀物；第一和第二電氣圖案，它們具有不同數(shù)目的電氣斷開的它們各自的調(diào)節(jié)指狀物，并且從而具有不同的有效面積；以及其中，第一和第二生物傳感器的劑量響應(yīng)曲線處在共同的預(yù)定范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，第一和第二電氣圖案中的每個都包括工作電極和對應(yīng)電極，其中第一電氣圖案的工作電極的有效面積不同于第二電氣圖案的工作電極的有效面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中，第一和第二電氣圖案的工作電極分別包括第一和第二多個調(diào)節(jié)指狀物，所述第一電氣圖案的調(diào)節(jié)指狀物中的至少一個被切斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中，試劑覆蓋工作電極的一部分，并且所述至少一個指狀物在與被試劑所覆蓋的工作電極的部分間隔開的位置處被切斷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，第一和第二生物傳感器中的每個都包括襯底，第一生物傳感器的襯底具有在其上形成的第一電氣圖案，并且第二生物傳感器的襯底具有在其上形成的第二電氣圖案，第一和第二電氣圖案中的每個都包括工作電極、 對應(yīng)電極以及被配置成把生物傳感器連接到儀表的接觸件；蓋在襯底上并且與襯底協(xié)作以限定樣本容納腔室的覆蓋層和間隔層中的一個或多個；以及布置在樣本容納腔室中并且與工作電極的至少一部分接觸的試劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中，襯底、間隔層和覆蓋層中的一個或多個以及試劑在第一和第二生物傳感器中全部都基本上相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6的系統(tǒng)，其中，間隔層和覆蓋層中的一個或多個包括開口，在生產(chǎn)期間穿過所述開口能夠接近第一和第二電氣圖案的段。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括具有第三電氣圖案的第三生物傳感器，第一和第三電氣圖案是相同的，其中第一、第二和第三生物傳感器的劑量響應(yīng)曲線處在共同的預(yù)定范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括具有第三電氣圖案的第三生物傳感器，所述第三電氣圖案具有第三多個調(diào)節(jié)指狀物，第一、第二和第三多個指狀物中的每個都包括不同數(shù)目的電氣斷開的指狀物，其中第一、第二和第三生物傳感器的劑量響應(yīng)曲線處在共同的預(yù)定范圍內(nèi)。
10.一種制造相同型號的電化學(xué)生物傳感器的方法，所述生物傳感器中的每個都具有電氣圖案，所述電氣圖案包括能夠單獨從所述電氣圖案斷開或者與所述電氣圖案連接的幾個調(diào)節(jié)指狀物，以便調(diào)節(jié)所述電氣圖案的有效面積，所述方法包括(a)生產(chǎn)第一和第二生物傳感器；(b)確定第一生物傳感器的劑量響應(yīng)曲線；(c)根據(jù)第一生物傳感器的劑量響應(yīng)曲線來選擇第二生物傳感器的電氣圖案的有效面積；以及(d)連接或斷開第二生物傳感器的幾個調(diào)節(jié)指狀物中的至少一個以獲得所選有效面積，其中第二生物傳感器的劑量響應(yīng)曲線落在所期望的預(yù)定范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，步驟(d)包括電氣斷開第二生物傳感器中的幾個調(diào)節(jié)指狀物中的至少一個。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中，所述至少一個電氣斷開的調(diào)節(jié)指狀物包括工作電極的節(jié)段。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中，所述至少一個電氣斷開的調(diào)節(jié)指狀物至少部分地定位于第二生物傳感器的毛細(xì)管腔室內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，所述幾個調(diào)節(jié)指狀物延伸到毛細(xì)管腔室中。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，在第二生物傳感器上形成電氣圖案之前執(zhí)行步驟(b)。
16.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，還包括 在襯底上提供第二生物傳感器的電氣圖案；以及在襯底之上層疊至少一個覆蓋層或間隔層，從而在第二生物傳感器上形成蓋和樣本容納腔室。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，步驟(d)包括穿透所述至少一個覆蓋層或間隔層， 以便切斷第二生物傳感器的電氣圖案的幾個調(diào)節(jié)指狀物中的至少一個。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中，所述切斷是利用激光器執(zhí)行的。
19.一種制造相同型號的電化學(xué)生物傳感器的方法，包括(a)生產(chǎn)具有第一電氣圖案的第一生物傳感器，所述第一電氣圖案具有第一有效面積；(b)確定第一生物傳感器的劑量響應(yīng)曲線；(c)利用對于第一生物傳感器確定的劑量響應(yīng)曲線來確定對于第二生物傳感器的第二電氣圖案的第二有效面積，所述第二有效面積不同于第一有效面積；以及(d)形成第二生物傳感器，在最初在第二襯底上形成第二電氣圖案期間獲得第二有效面積，其中第二生物傳感器具有處在所期望的預(yù)定范圍內(nèi)的劑量響應(yīng)曲線，并且從而在最初形成之后不需要對第二電氣圖案進(jìn)行改變。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中，步驟(a)包括形成具有第一寬度的第一生物傳感器的第一工作電極，并且步驟(d)包括形成具有不同于第一寬度的第二寬度的第二生物傳感器的第二工作電極。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中，步驟(a)包括形成在其間具有間隙的第一工作電極和第一對應(yīng)電極，并且步驟(d)包括在第二生物傳感器中保持相同尺寸的間隙。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中，步驟(a)包括形成在其間具有第一間隙的第一工作電極和第一對應(yīng)電極，并且步驟(d)包括形成在其間具有第二間隙的第二工作電極和第二對應(yīng)電極，第二間隙具有與第一間隙不同的尺寸。
23.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中 第一生物傳感器包括多個第一生物傳感器；在步驟(b)中確定的劑量響應(yīng)曲線包括所述多個第一生物傳感器的平均劑量響應(yīng)曲線；以及第二生物傳感器包括多個第二生物傳感器。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，還包括確定所述多個第二生物傳感器的平均劑量響應(yīng)曲線；確定對于多個第三生物傳感器的第三電氣圖案的第三有效面積，所述第三有效面積不同于第二有效面積；以及形成具有第三電氣圖案的多個第三生物傳感器，所述第三電氣圖案具有第三有效面積，其中第三生物傳感器具有處在所期望的預(yù)定范圍內(nèi)的劑量響應(yīng)曲線。
25.根據(jù)權(quán)利要求M的方法，其中，第一和第三有效面積是相同的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種生物傳感器的系統(tǒng)，其劑量響應(yīng)曲線在生產(chǎn)期間被保持在預(yù)定且期望的范圍或容差之內(nèi)，這是通過選擇可以在生產(chǎn)期間改變的生物傳感器的特征而實現(xiàn)的。舉例來說，在一個示例性實施例中，可以在生產(chǎn)期間按照需要改變電化學(xué)生物傳感器的工作電極的有效面積，以便抵消例如隨著生產(chǎn)的進(jìn)行在生物傳感器的試劑中發(fā)生的變化。在另一個示例性實施例中，可以預(yù)測尚未生產(chǎn)的生物傳感器的劑量響應(yīng)曲線，并且可以選擇這些生物傳感器的一項或多項特征來把劑量響應(yīng)曲線保持在預(yù)定范圍或容差之內(nèi)。
文檔編號G01N33/487GK102369437SQ201080014452
公開日2012年3月7日 申請日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月30日
發(fā)明者格羅爾 H. 申請人:霍夫曼-拉羅奇有限公司