DE60223447T2

DE60223447T2 - Biosensor

Info

Publication number: DE60223447T2
Application number: DE60223447T
Authority: DE
Inventors: Raghbir S. Indianapolis Bhullar; Christopher D. Carmel Wilsey; John T. Indianapolis Austera; Wolfgang O.L. Reiser
Original assignee: Roche Diagnostics GmbH
Current assignee: Roche Diagnostics GmbH
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2002-05-22
Publication date: 2008-11-13
Anticipated expiration: 2022-05-23
Also published as: EP1260589B1; CA2387283C; EP1260589A3; JP3828829B2; ES2295255T3; US7473398B2; DE60223447D1; US20020192115A1; ATE378419T1; CA2387283A1; JP2003014687A; EP1260589A2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Biosensor, insbesondere einen elektrochemischen Biosensor mit einem kontinuierlichen Kapillarkanal, der sich über Elektroden erstreckt.
HINTERGRUND UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Elektrochemische Biosensoren sind bekannt. Sie wurden zur Bestimmung der Konzentration verschiedener Analyten aus biologischen Proben, insbesondere aus Blut, verwendet. Elektrochemische Biosensoren sind in US Patent Nr. 5,413,690 ; 5,762,770 ; 5,798,031 und 5,997,817 sowie in EP 0 359 831 und WO 0 125 775 beschrieben.
Erfindungsgemäß werden ein Biosensor wie in Anspruch 1 definiert und ein Verfahren zur Bildung eines Biosensors wie in Anspruch 7 definiert bereitgestellt.
Weitere Merkmale der Erfindung sind für den Fachmann bei Betrachtung der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform ersichtlich, die das zurzeit beste Verfahren zur Durchführung der Erfindung beispielhaft darstellt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die detaillierte Beschreibung bezieht sich insbesondere auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen:
1A eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Biosensors ist, die den Biosensor mit einem Stützsubstrat und einer Abdeckung zeigt, die jeweils so geformt sind, dass eine Kerbe dazwischen entsteht.
1B ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Biosensors aus 1A mit weggebrochenen Teilen.
2 ist eine explodierte Ansicht des Biosensors aus 1, die den Biosensor mit zwei voneinander im Abstand angeordneten Elektrodenreihen an einem Ende, einem Abstandssubstrat mit ersten, zweiten und dritten Elementen, die sich um die Elektrodenreihen erstrecken, zeigt.
3 ist eine Ansicht entlang Linie 3-3 in 1A.
4 ist eine Ansicht entlang Linie 4-4 in 1A.
5 ist eine diagrammatische Ansicht eines Herstellungsverfahrens zum Zusammenbauen des Biosensors aus 1.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Biosensor und ein Verfahren zur Herstellung eines Biosensors, der dem Hersteller eine präzise und genaue doppelte Kanalposition bietet. Der Biosensor formt in einem kontinuierlichen Prozess einen Kanal, der sich über die Elektroden erstreckt. Aspekte der Erfindung sind in 1–5 gezeigt, die nicht maßstabsgerecht sind und in denen ähnliche Komponenten in den mehreren Ansichten mit den gleichen Ziffern versehen sind.
1–4 zeigen einen Aspekt der Erfindung in Form eines Biosensors 10 mit einem Elektrodenträgersubstrat 12, einem elektrischen Leiter 13, der auf dem Substrat 12 positioniert ist und unterbrochen ist, um die Elektroden 14, 16, 18 zu definieren, einem Abstandssubstrat 20, das auf dem Substrat 12 positioniert ist, und einer Abdeckung 22, die auf dem Abstandssubstrat 20 positioniert ist. Der Biosensor 10 ist vorzugsweise rechteckig geformt. Es versteht sich jedoch, dass der Biosensor 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung beliebige Formen annehmen kann. Der Biosensor 10 besteht vorzugsweise aus Materialrollen, aber es versteht sich, dass der Biosensor 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung auch aus einzelnen Platten geformt sein kann. Die Wahl des Materials zur Konstruktion des Biosensors 10 setzt also voraus, dass die verwendeten Materialien für die Bearbeitung der Rolle ausreichend flexibel sind, aber dass sie dennoch starr genug sind, um dem fertigen Biosensor 10 nützliche Steifheit zu verleihen.
Das Elektrodenträgersubstrat 12 ist in 2 und 3 gezeigt. In 3 weist das Substrat 12 eine erste Oberfläche 24, die zum Abstandssubstrat 20 weist, und eine zweite Oberfläche 26 auf. Darüber hinaus hat das Substrat 12 gegenüberliegende erste und zweite Enden 28, 30 und gegenüberliegende Ränder 32, 34, die sich zwischen den ersten und zweiten Enden 28, 30 erstrecken. Siehe 2. Das erste Ende 28 weist eine darin geformte Kerbe 36 auf. Eine allgemein konkave Grenze 38 definiert die Kerbe 36. Es versteht sich, dass die Kerbe gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Vielzahl von Formen und Größen annehmen kann. Das Substrat 12 ist allgemein rechteckig geformt, aber es versteht sich, dass der Träger gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Vielzahl von Formen und Größen aufweisen kann. Das Substrat 12 ist aus einem flexiblen Polymer und vorzugsweise aus einem Polymer wie z. B. Polyester oder Polyimid, Polyethylennaphthalat (PEN) geformt. Ein nicht einschränkendes Beispiel eines geeigneten PEN ist die 5 mil dicke KALADEX^®, ein PEN-Folie, die im Handel von E.I. DuPont de Nemours, Wilmington, Delaware, erhältlich ist und die von ROWO Coating, Henbolzhelm, Deutschland, mit Gold beschichtet wird.
Die Elektroden 14, 16, 18 werden auf der ersten Oberfläche 24 des Substrats 12 erzeugt oder vom Leiter 13 isoliert. Nicht einschränkende Beispiele eines geeigneten elektrischen Leiters 13 sind u. a. Aluminium, Kohlenstoff (z. B. Graphit), Kobalt, Kupfer, Gallium, Gold, Indium, Iridium, Eisen, Blei, Magnesium, Quecksilber (z. B. ein Amalgam), Nickel, Niob, Osmium, Palladium, Platin, Rhenium, Rhodium, Selen, Silikon (z. B. hochdotiertes polykristallines Silikon), Silber, Tantal, Zinn, Titan, Wolfram, Uran, Vanadium, Zink, Zirkonium, Gemische davon, und Legierungen, Oxide oder Metallverbindungen dieser Elemente. Vorzugsweise ist der elektrische Leiter 13 unter folgenden Stoffen ausgewählt: Gold, Platin, Palladium, Iridium oder Legierungen dieser Metalle, denn diese Edelmetalle und ihre Legierungen sind in biologischen Systemen nicht reaktiv. Insbesondere besteht der elektrische Leiter 13 aus Gold.
Die Elektroden 14, 16, 18 werden vom Rest des elektrischen Leiters 13 durch Laserablation isoliert. Siehe 3. Techniken zur Bildung von Elektroden auf einer Oberfläche mit Laserablation sind bekannt. Siehe beispielsweise US Patentanmeldung Nr. 09/411,940, eingereicht am 4. Oktober 1999, mit dem Titel „LASERDEFINIERTE MERKMALE VON GEMUSTERTEN LAMINATEN UND ELEKTRODE". Vorzugsweise werden die Elektroden 14, 16, 18 erzeugt, indem der elektrische Leiter 13 von einem sich um die Elektroden erstreckenden Bereich entfernt wird.
Deshalb werden die Elektroden 14, 16, 18 vom Rest des elektrisch leitenden Materials auf dem Substrat 12 durch eine Lücke mit einer Breite von ca. 25 μm bis ca. 500 μm, vorzugsweise durch eine Lücke mit einer Breite von ca. 100 μm bis ca. 200 μm isoliert. Alternativ versteht es sich, dass die Elektroden 14, 16, 18 nur auf Substrat 12 durch Laserablation geformt werden können. Es versteht sich, dass die Laserablation aufgrund ihrer Präzision und Sensitivität zwar die bevorzugte Methode zur Bildung der Elektroden 14, 16, 18 ist, dass aber auch andere Techniken, wie z. B. Lamination, Siebdruck oder Fotolithographie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können.
Wie in 2 gezeigt wirken die Elektroden 14, 16, 18 zusammen, um erste und zweite Elektrodenreihen 76, 78 und Leitungen 80 zu bilden, die sich von den ersten und zweiten Reihen 76, 78 weg erstrecken. Die Leitungen 80 erstrecken sich von den Reihen 76, 78 bis zu Kontakten 74 am zweiten Ende 30 des Elektrodenträgersubstrats 12. Es versteht sich, dass die sich von den Reihen weg erstreckenden Leitungen mit zahlreichen Längen geformt werden können und dass sie sich bis zu einer Vielzahl von Orten auf dem Elektrodenträgersubstrat 12 erstrecken können. Es versteht sich, dass die Konfiguration der Elektrodenreihen, die Anzahl Elektroden und der Abstand zwischen den Elektroden gemäß der vorliegenden Offenbarung variieren können und dass auch mehr als zwei Reihen geformt werden können, wie für den Fachmann offensichtlich sein wird.
Das Abstandssubstrat 20 des Biosensors 10 weist ein erstes Element 40 auf, das sich zwischen den Rändern 32, 34 des Elektrodenträgersubstrats 12 erstreckt, und zweite und dritte Elemente 42, 44, die vom ersten Element 40 in einem Abstand angeordnet sind. Jedes Element 40, 42, 44 weist eine Oberseite 46 und eine Unterseite 48 auf, die zum Substrat 12 weist. Darüber hinaus weist das erste Element 40 einen Innenrand 50 auf, der zu den zweiten und dritten Elementen 42, 44 weist, und einen Außenrand 52. Die zweiten und dritten Elemente 42, 44 weisen einen ersten Rand 54 auf, der zum ersten Element 40 weist, und einen zweiten Rand 56. Die zweiten Ränder 56 der zweiten und dritten Elemente 42, 44 weisen jeweils zueinander hin.
Wenn das Abstandssubstrat 20 wie in 1B und 4 gezeigt mit dem Substrat 12 verbunden ist, sind die Elektrodenreihen 76, 78 so positioniert, dass sie zwischen dem ersten Element 40 und den zweiten und dritten Elementen 42, 44 liegen. Darüber hinaus liegen die zweiten und dritten Elemente 42, 44 neben der Grenze 38 der Kerbe 36. Das Abstandssubstrat 20 besteht aus einem flexiblen Polymer und insbesondere aus einem Polymer wie z. B. einem mit Klebstoff beschichteten Polyethylenterephthalat (PET)-Polyester. Ein nicht einschränkendes Beispiel eines geeigneten PET ist die 3 mil (75 μm) dicke weiße PET-Folie, deren beide Seiten mit einem Kontaktkleber (Produkt Nr. ARcare 8877) beschichtet sind und die im Handel von Adhesives Research, Inc. Glen Rock, Pennsylvania, erhältlich ist.
Es versteht sich, dass das Abstandssubstrat 20 aus einer Vielzahl von Materialien bestehen kann und dass es mit dem Substrat 12 und dem Abdecksubstrat 22 mit einer Vielzahl von handelsüblichen Klebstoffen verbunden sein kann. Wenn die Oberfläche 24 des Substrats 12 darüber hinaus frei liegt und nicht vom elektrischen Leiter 13 bedeckt ist, kann das Abstandssubstrat 20 gemäß der vorliegenden Offenbarung auch durch Schweißen (Wärme oder Ultraschall) mit dem Substrat 12 verbunden werden. Es versteht sich auch, dass die erste Oberfläche 24 des Substrats 12 beispielsweise mit Produktkennzeichnung oder Gebrauchsanweisungen gemäß der vorliegenden Offenbarung bedruckt sein kann.
Das Abdecksubstrat 22 ist mit der Oberseite 46 des Abstandssubstrats 20 verbunden. Siehe 1B. Das Abdecksubstrat 22 weist eine Innenseite 58, die zum Abstandssubstrat 20 weist, und eine Außenseite 60 auf. Darüber hinaus weist die Abdeckung 22 gegenüberliegende erste und zweite Enden 62, 64 und Ränder 66, 68 auf, die sich zwischen den ersten und zweiten Enden 62, 64 erstrecken. Das erste Ende 62 weist eine Kerbe 70 auf. Eine allgemein konkave Grenze 72 definiert die Kerbe 70. Es versteht sich, dass die Kerbe gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Vielzahl von Formen und Größen annehmen kann. Wenn der Biosensor 10 zusammengebaut wird, wirkt die Abdeckung 22 mit dem Abstandsträger 20 und dem Elektrodenträger 12 zusammen, um einen Kapillarkanal 82 zu definieren.
Die Abdeckung 22 ist allgemein rechteckig geformt, aber es versteht sich, dass die Abdeckung gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Vielzahl von Formen und Größen aufweisen kann. Das Abdecksubstrat 22 besteht aus einem flexiblen Polymer und vorzugsweise aus einem Polymer wie z. B. Polyester oder Polyimid. Ein nicht einschränkendes Beispiel eines geeigneten Polymers ist 3,9 mil (99 μm) dicke 3 M hydrophile Polyesterfolie (3 M Produkt Nr. 9971), die im Handel von 3 M Healthcare, St. Paul, MN, erhältlich ist.
In 1A und 1B ist der Kapillarkanal 82 allgemein linear geformt und weist einen Probeneinlass 84 und voneinander im Abstand angeordnete Enden 86 auf. Wie in 1A gezeigt sind die Enden 86 zwischen den Rändern 32, 66 bzw. 34, 68 angeordnet. Es versteht sich, dass der gezeigte Biosensor 10 zwar Enden 86 aufweist, die als Luftauslässe fungieren, dass er aber gemäß der vorliegenden Offenbarung auch mit einer beliebigen Anzahl von Luftauslässen geformt werden kann. Der Kapillarkanal 82 erstreckt sich zwischen den Grenzen 38, 72 und den Rändern 32, 66 bzw. 34, 68. Der Kanal wird auch durch den Innenrand 50 des ersten Elements 40 des Abstandssubstrats 20 und den ersten Rändern 54 der zweiten und dritten Elemente 42, 44 geformt. Wenn der Biosensor 10 zusammengebaut wird, erstreckt sich deshalb der Kanal 82 über die Elektrodenreihen 76, 78. Siehe beispielsweise 1B.
Elektrochemische Reagenzien 88 sind auf den ersten und zweiten Reihen 76, 78 angeordnet. Die Reagenzien 88 stellen elektrochemische Sonden für spezifische Analyten dar. Die Wahl der jeweiligen Reagenzien 88 hängt von dem bzw. den jeweils zu messenden Analyten ab und ist für den normalen Fachmann wohlbekannt. Ein Beispiel für ein Reagenz zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Biosensor 10 ist ein Reagenz zur Messung von Blutzucker in einer Ganzblutprobe. Ein nicht einschränkendes Beispiel eines Reagenz zur Messung von Blutzucker in einer menschlichen Blutprobe enthält 62,2 mg Polyethylenoxid (mittleres Molekulargewicht 100–900 kiloDalton), 3,3 mg NATROSOL 244 M, 41,5 mg AVICEL RC-591 F, 89,4 mg monobasisches Kaliumphosphat, 157,9 mg dibasisches Kaliumphosphat, 437,3 mg Kaliumferricyanid, 46,0 mg Natriumsuccinat, 148,0 mg Trehalose, 2,6 mg TRITON X-100 Tensid und 2000 bis 9000 Einheiten Enzymaktivität pro Gramm Reagenz. Das Enzym wird als Enzymlösung aus 12,5 mg Coenzym PQQ und 1,21 Millionen Einheiten des Apoenzyms Chinoproteinglucosedehydrogenase hergestellt. Das Reagenz wird in US Patent Nr. 5,997,817 weiter beschrieben.

Nicht einschränkende Beispiele von Enzymen und Mediatoren, die bei der Messung bestimmter Analyten in Biosensor 10 verwendet werden können, sind in Tabelle 1 unten aufgeführt. TABELLE 1

Analyt	Enzyme	Mediator (oxidierte Form)	Zusätzlicher Mediator
Glucose	Glucosedehydrogenase und Diaphorase	Ferricyanid
Glucose	Glucosedehydrogenase (Chinoprotein)	Ferricyanid
Cholesterin	Cholesterinesterase und Cholesterinoxidase	Ferricyanid	2,6-Dimethyl-1,4-benzochinon, 2,5-Dichlor-1,4-benzochinon oder Phenazinethosulfat
HDL-Cholesterin	Cholesterinesterase und Cholesterinoxidase	Ferricyanid	2,6-Dimethyl-1,4-benzochinon, 2,5-Dichlor-1,4-benzochinon oder Phenazinethosulfat
Triglyceride	Lipoprotein-Lipase, Glycerinkinase und Glycerin-3-Phosphatoxidase	Ferricyanid oder Phenazinethosulfat	Phenazinmethosulfat
Lactat	Lactatoxidase	Ferricyanid	2,6-Dichlor-1,4-benzochinon
Lactat	Lactatdehydrogenase und Diaphorase	Ferricyanid, Phenazinethosulfat oder Phenazinmethosulfat
Lactat-dehydrogenase	Diaphorase	Ferricyanid	Phenazinethosulfat oder Phenazinmethosulfat
Pyruvat	Pyruvatoxidase	Ferricyanid
Alkohol	Alkoholoxidase	Phenylendiamin
Bilirubin	Bilirubinoxidase	1-Methoxyphenazinmethosulfat
Harnsäure	Uricase	Ferricyanid

In einigen der in Tabelle 1 gezeigten Beispiele wird mindestens ein zusätzliches Enzym als Reaktionskatalysator verwendet. Einige der in Tabelle 1 gezeigten Beispiele können ferner einen zusätzlichen Mediator verwenden, der den Elektronentransfer zur oxidierten Form des Mediators erleichtert. Der zusätzliche Mediator kann dem Reagenz in einer geringeren Menge als die oxidierte Form des Mediators zugeführt werden. Trotz der oben beschriebenen Assays ist vorgesehen, dass mit dem Biosensor 10 gemäß dieser Offenbarung Strom, Ladung, Impedanz, Leitfähigkeit, Potential oder andere elektrochemische Eigenschaften der Probe genau mit der Konzentration des Analyten in der Probe korreliert werden können.
Eine Vielzahl von Biosensoren 10 sind in der Regel in einem Fläschchen verpackt, wobei das Fläschchen üblicherweise mit einem Stopfen verschlossen ist. Es versteht sich jedoch, dass Biosensoren 10 auch einzeln verpackt sein können oder dass Biosensoren aufeinander gefaltet, aufgerollt, in einem Kassettenmagazin gestapelt oder in einer Blisterpackung verpackt sein können.
Der Biosensor 10 wird in Verbindung mit Folgendem verwendet:

1. einer Stromquelle, die mit den Kontakten 74 elektrisch verbunden ist und ein elektrisches Potentialgefälle zwischen den Elektroden 14, 16 bzw. 18, 16 liefern kann, um eine diffusionsbegrenzte Elektrooxidation der reduzierten Form des Mediators an der Oberfläche der Arbeitselektrode zu verursachen; und
2. einem Messgerät, das mit den Kontakten 74 elektrisch verbunden ist und den diffusionsbegrenzten Strom, der durch die Oxidation der reduzierten Form des Mediators erzeugt wird, wenn das oben erwähnte elektrische Potentialgefälle angelegt wird, messen kann.

Das Messgerät legt normalerweise einen Algorithmus an die Strommessung an, wobei eine Analytkonzentration bereitgestellt und visuell angezeigt wird. Verbesserungen dieser Stromquelle, des Messgeräts und des Biosensorsystems sind Gegenstand von US Pat. Nr. 4,963,814 , das am 16. Oktober 1990 erteilt wurde; US Pat. Nr. 4,999,632 , das am 12. März 1991 erteilt wurde; US Pat. Nr. 4,999,582 , das am 12. März 1991 erteilt wurde; US Pat. Nr. 5,243,516 , erteilt am 7. September 1993; US Pat. Nr. 5,352,351 , erteilt am 4. Oktober 1994; US Pat. Nr. 5,366,609 , erteilt am 22. November 1994; White et al., US Pat. Nr. 5,405,511 , erteilt am 11. April 1995; und White et al., US Pat. Nr. 5,438,271 , erteilt am 1. August 1995.
Es können viele Flüssigkeitsproben untersucht werden. Beispielsweise können menschlichen Körperflüssigkeiten, wie z. B. Ganzblut, Plasma, Sera, Lymphe, Galle, Urin, Samen, Liquor, Spinalflüssigkeit, Tränenflüssigkeit und Stuhlproben sowie andere biologische Flüssigkeiten, die für den Fachmann offensichtlich sind, gemessen werden. Auch flüssige Zubereitungen von Geweben sowie Nahrungsmittel, Fermentationsprodukte und Umweltsubstanzen, die Umweltverschmutzungen enthalten können, können untersucht werden. Vorzugsweise wird mit dieser Erfindung Ganzblut untersucht.
Zur Herstellung des Biosensors 10 wird eine Rolle aus metallisiertem Elektrodenträgermaterial 90 wie durch den Pfeil 92 in 5 gezeigt durch die Führungsrollen in eine Ablations/Wasch- und Trocknungsstation 94 geführt. Ein Lasersystem, das den Träger 14 ablatieren kann, ist dem normalen Fachmann bekannt. Nicht einschränkende Beispiele umfassen Exzimerlaser, wobei das Ablationsmuster durch Spiegel, Linsen und Masken kontrolliert wird. Ein nicht einschränkendes Beispiel eines solchen maßgeschneiderten Systems ist LPx-400, LPX-300 oder LPX-200, die im Handel vom LPKF Laser Electronic GmbH; Garbsen, Deutschland, erhältlich sind.
In der Laserstation 94 wird die Metallschicht der metallisierten Folie in einem vorbestimmten Muster ablatiert, um ein Band aus isolierten Elektrodenreihen auf dem Elektrodenträgermaterial zu formen. Zum Ablatieren der Elektroden 14, 16, 18 in dem 50 nm dicken Goldleiter 13 wird 90 mJ/cm² Energie angelegt. Es versteht sich jedoch, dass die erforderliche Energiemenge von Material zu Material, Metall zu Metall oder Dicke zu Dicke unterschiedlich sein kann. Das Band wird dann durch weitere Führungsrollen mit einer Spannungsschlaufe und durch ein optionales Inspektionssystem geführt, wo die optische und elektrische Inspektion erfolgen kann. Das System wird zur Qualitätskontrolle zur Prüfung auf Defekte verwendet.
Nach dem Verlassen der Station 94 wird die metallisierte Folie wie durch den Pfeil 96 gezeigt in eine Reagenz-Ausgabestation 98 geführt. Vermischte Reagenzien werden wie durch den Pfeil 100 gezeigt in die Ausgabestation 98 geführt, wo sie linienbeschichtet werden, um einen Teil des Kanals 82 mit einem maßgeschneiderten handelsüblichen System von Iwashita Engineering Incorporated, Tokio, Japan, zu überdecken.
Alternativ werden vermischte Reagenzien gesondert in flüssiger Form auf die Mitte der jeweiligen ersten und zweiten Reihen 76, 78 mit einem maßgeschneiderten handelsüblichen System von Fluilogic Systems, Espoo, Finnland, aufgetragen. Wenn die gesonderte Auftragung von Reagenzien gewählt wird, ist es vorteilhaft, mindestens eine Vertiefung (nicht gezeigt) im Trägersubstrat 12 um die gewünschte Reagenzienauftragungsstelle zu bilden, um die Reagenzien 88 innerhalb der Grenzen der umschriebenen Reagenzienauftragungsstelle zu halten. Techniken zum Auftragen von Reagenzien sind für den normalen Fachmann wohl bekannt und in US Patent Nr. 5,762,770 beschrieben. Es versteht sich, dass die Reagenzien in flüssiger oder anderer Form auf die Reihen 76, 78 aufgetragen und auf den Reihen 76, 78 gemäß der vorliegenden Offenbarung getrocknet oder halb getrocknet werden können.
In einem separaten Verfahren wird eine doppelseitige Kontaktfolie mit doppelter Freigabeschicht 102 wie durch den Pfeil 104 gezeigt in eine Laminations- & Schneidestation 112 geführt. Gleichzeitig wird eine Rolle aus Abdecksubstratmaterial 106 über eine Führungsrolle 110 wie durch den Pfeil 108 gezeigt in die Station 112 geführt. In der Station 112 wird die Freigabeschicht von der Oberfläche 46 wie durch den Pfeil 114 gezeigt, von der Station 112 gelöst und zur Entsorgung wieder über die Führungsrolle 116 zu einer Rolle 118 gewickelt. In der Station 112 wird die Oberseite 46 der Folie 42 auf die Innenseite 58 des Abdecksubstratmaterials aufgebracht. Das Abdeckmaterial wird zwischen dem ersten Element 40 und dem zweiten/dritten Element freigelegt.
Die Baugruppe aus Abdeckmaterial/Abstandssubstrat wird wie durch den Pfeil 122 gezeigt in eine Sensorlaminier- & Schneide/Verpackungsstation 124 geführt. Das mit dem Reagenz beschichtete Elektrodenträgersubstratmaterial wird von der Station 98 wie durch den Pfeil 120 gezeigt ebenfalls in die Sensorlaminier- & Schneide/Verpackungsstation 124 geführt. Die restliche Freigabeschicht wird vom Abstandssubstrat entfernt und das Abstandssubstrat wird auf dem Elektrodenträgersubstratmaterial so positioniert, dass die Elektrodenreihen 76, 78 zwischen dem ersten Element 40 und dem zweiten/dritten Elementstreifen liegen. Nach dem Zusammenbauen werden die Kerben 36, 70 durch das Elektrodenträgersubstratmaterial, das zweite/dritte Element des Abstandssubstrats und das Abdecksubstratmaterial gestanzt. Dieser Schnitt bildet den Probeneinlass 84 in den Kapillarkanal 82.
Danach wird das resultierende zusammengesetzte Material zu einzelnen Biosensoren 10 geschnitten, die sortiert und in Fläschchen abgepackt werden, wobei jedes Fläschchen mit einem Stopfen verschlossen wird, um verpackte Biosensorstreifen zu erhalten.
Im Gebrauch legt ein Anwender eines Biosensors 10 einen Finger mit einem Einschnitt zur Blutentnahme an die Grenze 38, 72 der Kerben 36, 70. Kapillarkräfte ziehen eine flüssige Blutprobe an, die vom Einschnitt in den Probeneinlass 84 und durch den Kapillarkanal 82 über die Reagenzien 88 und die Reihen 76, 78 fließt. Die flüssige Blutprobe löst die Reagenzien auf und greift in die Reihen 76, 78 ein, wo die elektrochemische Reaktion stattfindet.
Im Gebrauch legt am Ende der Reaktion eine Stromquelle (z. B. eine Batterie) ein Potentialgefälle zwischen den Elektroden 14, 16 bzw. 18, 16 an. Wenn das Potentialgefälle angelegt wird, muss die Menge der oxidierten Form des Mediators an der Referenzelektrode und das Potentialgefälle ausreichend sein, um eine diffusionsbegrenzte Elektrooxidation der reduzierten Form des Mediators an der Oberfläche der Arbeitselektrode hervorzurufen. Ein (nicht gezeigter) Strommesser misst den durch die Oxidation der reduzierten Form des Mediators an der Oberfläche der Arbeitselektrode erzeugten diffusionsbegrenzten Strom.
Der gemessene Strom kann genau mit der Konzentration des Analyten in der Probe korreliert werden, wenn die folgenden Anforderungen erfüllt sind:

1. Die Oxidationsrate der reduzierten Form des Mediators wird durch die Diffusionsrate der reduzierten Form des Mediators an der Oberfläche der Arbeitselektrode bestimmt.
2. Der erzeugte Strom wird durch die Oxidation der reduzierten Form des Mediators an der Oberfläche der Arbeitselektrode begrenzt.

Die oben beschriebenen Verfahren und Produkte weisen einen Einweg-Biosensor 10 auf, der speziell für die Verwendung in diagnostischen Vorrichtungen vorgesehen ist. Umfasst sind aber auch elektrochemische Sensoren für nicht-diagnostische Zwecke, wie z. B. für die Messung eines Analyten in einer beliebigen biologischen, Umwelt- oder anderen Probe. Wie oben besprochen kann der Biosensor 10 eine Vielzahl von Formen und Größen aufweisen und zur Durchführung einer Vielzahl verschiedener Assays verwendet werden, von denen nicht-einschränkende Beispiele Strom, Ladung, Impedanz, Leitfähigkeit, Potential oder andere elektrochemische Eigenschaften der an den Biosensor angelegten Probe sind.

Claims

Biosensor (10), umfassend: ein Trägersubstrat (12) mit einem ersten (28) und einem zweiten (30) Ende, Elektroden (14, 16, 18), die auf dem Trägersubstrat positioniert sind, wobei die Elektroden zusammenwirken, um neben dem ersten Ende angeordnete Elektrodenanordnungen (76, 78) zu definieren, ein Abstandssubstrat (20), das auf dem Trägersubstrat positioniert ist, und eine Abdeckung (22), die auf dem Trägersubstrat positioniert ist, wobei die Abdeckung mit dem Trägersubstrat zusammenwirkt, um einen Kapillarkanal mit sich gegenüberliegenden ersten und zweiten Enden zu definieren, und eine Kerbe (36, 70) durch das Trägersubstrat (12), wobei ein Teil des Abstandssubstrats (20) und der Abdeckung (22) dadurch gekennzeichnet sind, dass die Kerbe (36, 70) einen Einlass (84) in den Kapillarkanal formt, wobei der Kapillarkanal den Einlass (84) aufweist, wobei der Einlass (84) neben dem ersten Ende des Trägersubstrats (12) zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Kapillarkanals liegt, wobei jede Elektrodenanordnung (76, 78) im Kanal neben einem der Enden positioniert ist.
Biosensor (10) nach Anspruch 1, worin jede Kerbe (36, 70) eine im Wesentlichen konkave Gestalt aufweist.
Biosensor (10) nach Anspruch 1, worin das Trägersubstrat ein erstes Element (40) aufweist, das sich zwischen den Enden erstreckt.
Biosensor (10) nach Anspruch 3, worin das Abstandssubstrat (20) ein zweites Element (42), das zwischen einem Ende und dem Probeneinlass (84) positioniert ist, und ein drittes Element (44) aufweist, das zwischen dem gegenüberliegenden Ende und dem Probeneinlass (84) positioniert ist.
Biosensor (10) nach Anspruch 3, worin das Abstandssubstrat (20) zweite (42) und dritte (44) Elemente aufweist, die im Abstand vom ersten Element angeordnet sind, und worin sich der Kanal zwischen den ersten (40), zweiten (42) und dritten (44) Elementen erstreckt.
Biosensor (10) nach Anspruch 1, worin der Probeneinlass (84) so positioniert ist, dass er zwischen den Elektrodenanordnungen (76, 78) liegt.
Verfahren zur Bildung eines Biosensors (10), wobei das Verfahren die folgenden Schritte beinhaltet: Formen von im Abstand angeordneten Elektrodenanordnungen (76, 78) auf einer Oberfläche eines Trägersubstrats (12), Platzieren eines Abstandsubstrats (20) auf dem Trägersubstrat (12) über die Elektrodenanordnungen (76, 78), Entfernen eines Teils des Abstandsubstrats (20), um die Elektrodenanordnungen (76, 78) freizulegen, Platzieren einer Abdeckung (22) auf dem Abstandsubstrat (20), um einen Kapillarkanal mit gegenüberliegenden Enden zu definieren, der sich über die Elektrodenanordnungen (76, 78) erstreckt, und Stanzen einer Kerbe (36, 70) durch das Trägersubstrat (12), eines Teils des Abstandsubstrats (20) und der Abdeckung (22), um einen Einlass (84) in den Kapillarkanal zu formen, wobei der Einlass (84) zwischen den gegenüberliegenden Enden positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 7, worin der Stanzschritt das Formen des Einlasses (84) zwischen den Elektrodenanordnungen (76, 78) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, worin der Entfernungsschritt den Schritt des Formens eines ersten Elements und eines zweiten/dritten Elementenstreifens umfasst und die Elektrodenanordnungen (76, 78) zwischen dem ersten Element und dem zweiten/dritten Elementenstreifen positioniert sind.
Verfahren nach Anspruch 9, worin der Stanzschritt den Schritt des Trennens des zweiten/dritten Elementenstreifens in ein zweites Element (42) und ein drittes Element (44) umfasst und der Einlass (84) sich zwischen dem zweiten (42) und dem dritten (44) Element erstreckt.