電化學電池和生產電化學電池的方法
【專利摘要】本發明涉及電化學電池和生產電化學電池的方法。進一步涉及通過將具有約束口的電阻薄板粘附到第一導電薄板，生產出具有精度和準確性的電化學試驗電池。然后，通過該電阻薄板和第一導電薄板沖缺口孔。該缺口孔與在該電阻薄板中的第一約束孔交叉，并且將第一約束孔轉變成在該電阻薄板中的缺口。第二導電薄板進行沖孔而具有相應于第一導電薄板缺口孔的缺口孔，再將這個薄板如此粘附到該電阻薄板的另一面上，以致對準這些缺口孔。從周圍材料分離這種結構形成電化學電池，它具有接受樣品的樣品空間，該樣品空間是由第一和第二導電薄板與在該電阻薄板中的缺口確定的。
【專利說明】電化學電池和生產電化學電池的方法
本申請是申請號為200580024249.5 (國際申請日為2005年05月20日)、發明名稱為“電化學電池和生產電化學電池的方法”的進入國家階段的PCT申請的分案申請。
[0001]本申請要求2004年3月21日提出的US臨時申請序號60/521555的權益，本文將該專利申請作為參考文獻加以引用。
本發明的【背景技術】
[0002]本發明涉及電化學電池和生產電化學電池的方法，這些電化學電池用于檢測在液體樣品中存在的一種或多種組分，測量它們的量和/或監測它們的水平。這些電池通過評價兩個或兩個以上與樣品接觸的電極之間的電化學參數(即電位、電流、電阻等)進行電化學測量。電極傳感器典型地包括工作電極和反或參比/反(〃參比〃)電極。
[0003]在化學工業中實施本發明時，特別遇到復雜混合物時(例如食品工業或生物化學工程中)，電化學電池在生物研究和控制技術中是特別有價值的。更特別地它適合于動物或人藥，并且特別適合于活體外測量或監測體液中的組分。為了方便起見，將就一個這樣的方法，人體內葡萄糖測定方法描述本發明。
[0004]為了進行人體內葡萄糖的測定，從試驗受檢者取血液樣品，并將該樣品與通常含有酶和氧化還原介質的試劑混合。以這樣一種測量方法所采用的化學典型地是:
[0005]匍萄糖+GODm >匍糖酸內脂+GODrad
[0006]G0Dred+2鐵氰化物>G0Dox+2亞鐵氰化物
[0007]式中GODm是呈氧化態的酶葡萄糖氧化酶，而GODral是呈還原態的酶葡萄糖氧化酶。鐵氰化物([Fe(CN)6]3 — )是氧化GODral的氧化介質，因此它可能還氧化葡萄糖分子。亞鐵氰化物([Fe(CN)6]4 — )是該介質的還原形態，它把電子轉移到電極上(從而再生鐵氰化物)。因此，產生的亞鐵氰化物(電化學方法測量的)顯示樣品中的葡萄糖濃度。也曾使用其它的酶，例如葡萄糖脫氫酶。
[0008]因為對糖尿病患者的葡萄糖監測優選地是一天進行幾次，還因為每次測試使用通常家用器械，這種測試需要由指尖得到血液或間質流體，所以發展的壓力已變成對用戶更加方便，成本更加低廉的器械。結果，曾公開測試樣品體積很小的電化學電池。例如參見US專利6576101、6551494、6129823和5437999。隨著樣品池的尺寸變得更小，而由制造公差的小誤差造成電極面積和電池體積的百分變化就變得更大。這是很重要的，因為信號大小可能取決于電極面積和電池體積。因此，為了達到必要的電池尺寸精度，可能需要更嚴格的生產控制，但是這些更嚴格的生產控制與降低成本的目標是不一致的。
本發明的簡要i兌明
[0009]第一個方面，本發明提供一種生產電化學電池的簡單方法，該方法特別可應用于生產樣品體積和電極面積小而一致的電池。得到的電化學電池包括被電阻薄板分開的對置第一和第二電極。這種方法包括下述步驟:
[0010](a)在電阻薄板中形成第一約束孔，從而形成沖孔電阻薄板；
[0011](b)把該沖孔電阻薄板附著到第一導電薄板上，從而形成復合薄板，其中通過第一約束孔露出第一導電薄板的第一導電表面部分，以及或者通過在該電阻薄板中的第二約束孔，或者作為超出該電阻薄板邊緣的延伸部分，露出該導電薄板的第二導電表面部分；
[0012](c)通過該復合薄板的電阻薄板和第一導電薄板沖缺口孔，其中該缺口孔與該電阻薄板中的第一約束孔相交，從而將第一約束孔轉變成在該電阻薄板中的缺口，并沖通過該導電薄板的第二露出部分敞口可見的第一接觸區域，以形成第一電接觸，從而形成沖孔復合薄板；
[0013](d)用一個或多個沖孔機將第二導電薄板沖孔，形成一種導電薄板，它具有相應于該沖孔復合薄板的缺口孔的缺口孔和該第二導電薄板中的第二接觸區域，從而形成對置電極薄板；
[0014](e)把該對置電極薄板附著到該沖孔復合薄板的電阻薄板部分上，使導電表面面向該電阻薄板，所述對置電極薄板如此附著，以致于讓相應于該復合薄板中的缺口孔的缺口孔對準在該復合薄板中的缺口孔，并讓該第二接觸區域對準該第二約束孔，從而形成電化學薄板，以及
[0015](f)分割該電化學薄板，從而形成廢電化學薄板和自由電化學電池，該自由電化學電池有用于接受樣品的樣品空間，該樣品空間是由該第一和第二導電薄板與在該電阻薄板中的缺口確定的，還有與在該樣品空間中露出的該第一和第二導電薄板的電極部分導電性接觸的第一和第二接觸區域，用于所述第一和第二電極部分與儀表的連接。
[0016]如果適合制成測試帶，在構造如前面描述的測試帶期間可以添加試劑。
[0017]在優選的具體實施方案中，在步驟(C)中切割第一主要敞開區域的兩端，形成在兩端敞開而這些側邊被限定的樣品空間。樣品空間的一個孔是在該器件樣品收集尖端的外邊緣，而另一個孔與靠近器件尖端形成的孔相鄰。
[0018]本發明構造電化學電池的方法比現有技術有許多優點。首先，這種方法僅僅使用數量有限的材料薄板，它們的尺寸可以相同，但比最后制成電池明顯大得多。第二，本發明的方法不需要任何印刷或平版印刷技術確定樣品空間體積以及電極面積，或形成電極導線和連接件。第三，因為采用沖切或類似沖孔操作可以確定很大的器件尺寸，所以采用宏觀方法時這種生產方法的準確性和精度都是很好的。這樣允許生產使用非常小的樣品體積，而生產費用沒有明顯增加的電化學電池。第四，采用本發明方法生產的電化學電池具有降低的電極"邊緣"作用，這樣的作用降低電池準確性。因此，本發明方法的電化學電池成本令人印象深刻，因此是可用的(單次使用)，僅需要最少量樣品時，證明這種電池具有顯著的測量準確性。
[0019]實施這種方法得到簡單結構的電化學電池。因此，在本發明的另一個方面，提供具有樣品接受末端和連接器末端的電化學電池，按順序包括:
[0020](a)第一基片,它具有施加到其第一表面上的未圖案化的導電材料層；
[0021](b)電阻中間層，以及
[0022](C)第二基片，它具有施加到其第一表面上的未圖案化的導電材料層；
[0023]其中第一基片的第一表面和第二基片的第一表面附著到電阻中間層；
[0024]其中該電池在靠近該樣品接受端但遠離該器件自由邊一定距離處配置有孔，所述孔通過第一基片、電阻中間層和第二基片，
[0025]其中該電池有樣品空間，所述樣品空間通過電阻中間層，并被第一基片的未圖案化導電材料和第二基片的未圖案化導電材料在對側限制，所述樣品空間從器件的該自由邊延伸到該孔，并且在兩端是敞開的。適合于生產這種電池時，這種電化學電池還可以包括在樣品空間中的試劑。
附圖簡要說明
[0026]圖1A和B顯示采用本發明方法生產的電化學電池等角投影圖。
[0027]圖2A和B顯示根據本發明生產的電化學電池另一個具體實施方案的樣品接受末端和樣品空間。
[0028]圖3A — D顯示樣品接受末端具體實施方案的頂視圖。
[0029]圖4A — C顯示根據本發明生產的電化學電池連接器末端的不同具體實施方案。
[0030]圖5顯示本發明步驟的示意圖。
[0031]圖6A和B顯示有約束孔電阻薄板的具體實施方案。
[0032]圖7顯示在本發明方法中形成的復合沖孔薄板詳圖。
[0033]圖8顯示在本發明方法中形成的沖孔第二導電薄板詳圖。
[0034]圖9顯示在本發明方法中使用的沖孔復合薄板詳圖。
[0035]圖10顯示采用本發明方法形成的節段電極視圖。
[0036]圖11說明采用本發明方法的多試驗器件的組成。
[0037]圖12A和B顯示通過如圖11構成的多試驗器件的截面。
[0038]圖13說明采用本發明方法的多試驗器件另外具體實施方案的構成。
[0039]圖14顯示另外的多測試器件。
[0040]圖15顯示另外的多測試器件。
本發明的詳細描述
[0041]根據本發明的具體實施方案，提供一種電化學電池的生產方法，該方法包括下述步驟:
[0042](a)將電阻薄板沖一個或多個約束孔，從而形成沖孔電阻薄板，所述的一個或多個約束孔限定了第一和第二主要孔區域，
[0043](b)將沖孔電阻薄板附著到第一導電薄板上，從而形成復合薄板，其中第一導電薄板的導電表面通過沖孔電阻薄板中的一個或多個孔是可見的，
[0044](C)沖缺口孔，它通過該復合薄板的電阻薄板和第一導電薄板，其中該缺口孔與該電阻薄板中的第一主要區域相交，從而將第一主要敞開區域轉變成該電阻薄板的缺口，并沖通過該導電薄板的通過該電阻薄板的所述第二主要敞開區域可見的那部分敞口的第一接觸區域，以形成第一電接觸，從而形成沖孔復合薄板；
[0045](d)用一個或多個沖孔機將第二導電薄板沖孔，形成一種導電薄板，它具有相應于該沖孔復合薄板的缺口孔的缺口孔和該第二導電薄板中的第二接觸區域，從而形成對置電極薄板；
[0046](e)把該對置電極薄板附著到該沖孔復合薄板的電阻薄板部分上，使導電表面面向該電阻薄板，所述對置電極薄板如此附著，以致于讓相應于該復合薄板中的缺口孔的缺口孔對準在該復合薄板中的缺口孔，并讓該第二接觸區域對準該第二約束孔，從而形成電化學薄板，以及
[0047](f)分割該電化學薄板，從而形成廢電化學薄板和自由電化學電池，該自由電化學電池有用于接受樣品的樣品空間，該樣品空間是由該第一和第二導電薄板與在該電阻薄板中的缺口確定的，還有與在該樣品空間中露出的該第一和第二導電薄板的電極部分導電性接觸的第一和第二接觸區域，用于所述第一和第二電極部分與儀表的連接。
定義
[0048]本申請說明書和權利要求書中的數值應該理解包括降低到有效數字的相同數時相同的數值，和與指出值的差小于在本申請測量該值時所描述這類通常測量技術的實驗誤差的數值。
[0049]如在本申請說明書和權利要求書中使用的，采用的下述術語應該理解如下:
[0050]如在本申請說明書和權利要求書中使用的術語"分析物"表示待測量樣品的組分。特定分析物的非限制性實例包括葡萄糖、血紅蛋白、膽固醇和維生素C。
[0051]如在本申請說明書和權利要求書中使用的術語"氧化還原介質"表示除分析物外的化學物種，它在將電子轉移到電化學電池電極或從該分析物轉移到電化學電池電極的多步驟過程中被氧化和/或被還原。介質的非限制性實例包括:
?鐵氰化物
?[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
?二茂鐵(Fe)及其衍生物，其中包括但不限于:
?一磺酸二茂鐵
?二磺酸二茂鐵
?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
【權利要求】
1.一種電化學電池的生產方法，其中該電化學電池包括被電阻薄板分開的相對第一和第二電極，其中這種方法包括下述步驟: (a)在電阻薄板中形成第一約束孔，從而形成沖孔電阻薄板； (b)把這個沖孔電阻薄板粘附到第一導電薄板上，從而構成復合板，其中通過第一約束孔露出第一導電薄板的第一導電表面部分，以及或者通過在該電阻薄板中的第二約束孔，或者以超出該電阻薄板邊緣的延伸部分露出該導電薄板的第二導電表面部分； (c)通過該復合板的電阻薄板和第一導電薄板沖缺口孔，其中該缺口孔與該電阻薄板中的第一約束孔交叉，從而將第一約束孔轉變成在該電阻薄板中的缺口，以及通過可見導電薄板第二露出部分沖第一接觸區域孔，形成第一電接觸，從而構成沖孔復合薄板； (d)用一個或多個沖孔機將第二導電薄板沖孔，構成一種導電薄板，它具有相應于沖孔復合薄板缺口孔的缺口孔，以及第二導電薄板中的第二接觸區域，從而構成相對的電極薄板； (e)把該相對電極薄板粘附到沖孔復合薄板的電阻薄板部分上，而該沖孔復合薄板具有面向該電阻薄板的導電表面，所述的相對電極薄板如此粘附，以致于讓相應于該復合板中缺口孔的缺口孔對準在該復合板中的缺口孔，而讓第二接觸區域對準第二約束孔，從而構成電化學薄板，以及 (f)分離電化學薄板，從而構成廢電化學薄板和空的電化學電池，它有接受樣品的樣品空間，這個樣品空間是由第一和第二導電薄板與在該電阻薄板中的缺口確定的，還有與在樣品空間中露出的第一和第二導電薄板電極部分導電接觸的第一和第二接觸區域，用于所述第一和第二電極部分與儀表的連接。
2.根據權利要求1所述的方法，它還包括作為構成相反電極的一部分，通過該復合板的第二導電薄板沖排氣孔的步驟，其中在組裝電池中該排氣孔對準在該電阻薄板中的缺口，構成達到接受樣品空間內部的通道。
3.根據權利要求1或2所述的方法，它還包括作為構成該沖孔復合薄板的一部分，通過該復合板的電阻薄板和第一導電薄板沖排氣孔的步驟，其中該排氣孔對準在該電阻薄板中的缺口，構成達到接受樣品空間內部的通道。
4.根據權利要求1所述的方法，它還包括構成排氣孔的步驟，該排氣孔與第一主要敞開區域一端交叉，還與限定樣品空間長度的缺口孔交叉。
5.根據權利要求1一 4中任一項所述的方法，它還包括把試劑加到接受樣品空間的步驟。
6.根據權利要求5所述的方法，其中在形成電化學薄板前，把試劑加到在該沖孔復合薄板的缺口中。
7.根據權利要求5或6所述的方法，其中該試劑含有酶和氧化還原介質。
8.根據權利要求7所述的方法，其中該酶是葡萄糖氧化酶。
9.根據權利要求1一 8中任一項所述的方法，其中第一和第二導電薄板含有金。
10.根據權利要求1一 9中任一項所述的方法，其中在該電阻薄板中的約束孔是直線截面的。
【文檔編號】G01N27/327GK103954668SQ201410219207
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2005年5月20日 優先權日:2004年5月21日
【發明者】I.哈丁, S.G.尹加, M.T.拉森, C.奧佩達爾 申請人:埃葛梅崔克斯股份有限公司
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