DE60115462T2

DE60115462T2 - Kontinuierliches verfahren zur herstellung von elektrochemischen wegwerffühlern

Info

Publication number: DE60115462T2
Application number: DE60115462T
Authority: DE
Inventors: William Oliver Inverness Circus DAVIES; Francis Jerome MCALEER; Malcolm Robert YEUDALL
Original assignee: Diabetes Diagnostics Inc
Current assignee: Diabetes Diagnostics Inc
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2001-03-28
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2021-03-29
Also published as: WO2001073109A2; EP1311702A2; DK1311702T3; RU2258922C2; CN1439057A; JP2003529061A; CN1283806C; KR100767204B1; HK1053151B; US20030024811A1; AU4960101A; EP1311702B1; KR20030010593A; AU2001249601B2; HK1053151A1; ES2252212T3; EP1666605A1; PL365243A1; US20040026243A1; ATE311472T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Anmeldung betrifft elektrochemische Sensoren, die für das Erfassen und/oder den mengenmäßigen Nachweis eines Zielanalyts in einer Probe verwendbar sind.
Entsorgbare elektrochemische Sensoren zum Überwachen von Zielanalyten in Blut oder Urin sind gut bekannt. Insbesondere ist die elektrochemische Messung der Menge von Glukose in einer kleinen Menge von Blut unter Verwendung von entsorgbaren elektrochemischen Sensoren und kleinen, tragbaren Meßgeräten die Hauptstütze von vielen Diabetikern geworden. Diese Systeme zur Verwendung zu Hause erlauben routinemäßige Messungen und versehen den Diabetiker mit einer vergrößerten Fähigkeit mit seinem Gesundheitszustand selbst umzugehen.
Die entsorgbaren elektrochemischen Sensoren, die in diesen Vorrichtungen verwendet werden, sind im allgemeinen als eine Reihe von gemusterten Schichten gestaltet, welche auf einem Substrat gehalten werden. Massenfertigungen von diesen Vorrichtungen sind mittels Siebdruck oder anderen Ablagerungsprozessen durchgeführt worden, wobei die mehreren Schichten, die die Vorrichtung bilden, nacheinander in einem Stapelprozeß aufgebracht worden sind.
WO 98/43075 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von elektrochemischen Sensoren durch einen Rotationstiefdruck von elektrisch leitender Druckerfarbe, um eine oder mehrere Elektroden auf einer flexiblen Bahn zu gestalten. Ein Zylinder kann verwendet werden, der mit einer die Kontur der Elektroden abgrenzenden Ummantelung beschichtet ist.
Die Herstellung von entsorgbaren elektrochemischen Sensoren durch diese Techniken hat mehrere Nachteile. Zuerst einmal ist der Betrieb im Stapelverarbeitungsmodus grundsätzlich unwirtschaftlich. Der Arbeitsablauf mit mehreren Schritten erfordert die Verwendung von mehreren Drucklinien, eine für jede Schicht in der Vorrichtung. Dieses erhöht nicht nur die Vermögensaufwendungen für die Ausstattung für die Herstellung, es führt außerdem mehrfache Gelegenheiten für eine Abweichung im Arbeitsvorgang ein, wie z.B. unterschiedliche Verzögerungen und Speicherbedingungen zwischen Druckschritten, wie auch Abweichungen in dem Arbeitsvorgang selber, wie eine Lagegenauigkeit zwischen unterschiedlichen Prozeßstationen. Solche Abweichungen im Arbeitsvorgang können zu einer mangelhaften Kalibrierung von einigen Sensorstapeln führen, was zu einem wahrscheinlich fehlerhaft abgelesenen Meßwert führt, wenn die Elektroden verwendet werden.
Ein möglicher zweiter Nachteil geht aus einer Eigenschaft hervor, die dem Siebdruck inhärent ist, nämlich der Dicke der abgelagerten Schichten. Durchschnittliche Siebdruckprozesse können verwendet werden, um Schichten mit einer Dicke von 1 bis 100 μm abzulagern. In Wärme ausgehärtete Harze können verwendet werden, um dünnere Schichten mit einer Dicke von weniger als 1 μm zu erhalten. Zum Drucken von Elektroden ist die Fähigkeit des Siebdrucks, Schichten mit diesen Dimensionen herzustellen, günstig, da der dickere Druck eine größere Leitfähigkeit hat. Für Reagenzschichten, zum Beispiel Schichten von Enzymen, welche in vielen entsorgbaren elektrochemischen Reaktionen genutzt werden, sind wie auch immer, dicke Schichten für den zuverlässigen Betrieb der Vorrichtung schädlich. Speziell, da die Höhe des Signals, das durch die Vorrichtung von diesem Typ erzeugt wird, abhängig ist von der Wechselwirkung dieser Reagenzien und des Zielanalyts innerhalb eines sehr schmalen Bereichs an der Oberfläche der Elektrode, verringert die Verwendung von Reagenzschichten, welche über diesen Bereich hinausgehen, das gemessene Signal, indem sie das migrierende Analyt nach innen ziehen, bevor es die Meßzone erreichen kann.
Angesichts dieser Nachteile besteht der Bedarf an einer neuen Vorgehensweise für die Herstellung von entsorgbaren elektrochemischen Sensoren. Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, diesem Bedarf zu entsprechen.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von entsorgbaren elektrochemischen Sensoren anzugeben, welches als ein kontinuierlicher Arbeitsvorgang arbeitet und welches die Ablagerung einer dünnen Reagenzschicht gewährleistet.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, Kassetten bereitzustellen, welche aufgewickelte Sensoren beinhalten, einschließlich unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellter aufgespulter Sensoren.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Sensoren zur Verfügung zu stellen, die eine integrierte Dichtungsschicht aufweisen, welche in Kombination mit dem Substrat eine versiegelte Kammer für die Aufnahme der Probe erzeugt, wodurch die Reagenzien bis zum Zeitpunkt der Verwendung geschützt werden, wobei die Sensoren hergestellt sein können unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diesen und anderen Aufgaben der Erfindung wird durch ein Verfahren zum Herstellen von elektrochemischen Sensoren entsprechend der Erfindung entsprochen. Die Sensoren umfassen ein Substrat, eine Elektrodenschicht und zumindest eine erste Reagenzschicht. Das Verfahren umfaßt die Schritte des Transportierens einer kontinuierlichen Lage von Substrat an zumindest zwei Zylinder-Siebdruckstationen vorüber und des Druckens der Elektrodenschicht und der ersten Reagenzschicht auf das Substrat. Eine der Druckstationen druckt die Elektrodenschicht auf die kontinuierliche Lage des Substrats und die andere der Druckstationen druckt die erste Reagenzschicht auf die kontinuierliche Lage von Substrat, während sie an den Druckstationen vorbei transportiert wird. Zusätzliche Druckstationen können für das Drucken von Isolationsschichten, Klebedrucken und ähnlichem einbezogen werden. Die Reihenfolge des Druckens wird von der für den Sensor gewünschten Struktur abhängig sein, obwohl die Elektrodenschicht(en) häufig vor der Reagenzschicht oder den Reagenzschichten aufgebracht sein wird (werden).
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die 1A und 1B zeigen zwei alternative Ablagerungsmuster, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbar sind;
die 2A und 2B zeigen einen exemplarischen elektrochemischen Sensor, der unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden kann;
die 3 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Ausüben des erfindungsgemäßen Verfahrens;
die 4 zeigt die Nachbehandlung einer mit Sensoren bedruckten Lage, um Sensorspulen zu erzeugen;
die 5A und 5B zeigen Kassetten, die mit der Sensorspule von 4 verwendbar sind, die 5C zeigt ein Meßgerät in Zusammenhang mit der Kassette der 5A;
die 6 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Sensors, der unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden kann;
die 7A und 7B zeigen eine weitere alternative Ausführungsform eines Sensors, der unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden kann; und
die 8A, B und C zeigen das Auftragen einer Dichtungsschicht auf einem Band von Teststreifen in Zusammenhang mit der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen von elektrochemischen Sensoren zur Verfügung, das eine kontinuierliche Lage an Substrat, welche an einer Vielzahl von Druckstationen für das Ablagern von verschiedenen, den Sensor ausmachenden Schichten vorbei transportiert wird, verwendet. Das Verfahren kann verwendet werden zum Herstellen von Sensoren, die auf jegliche elektrochemisch erfaßbare Analyte gerichtet sind.
Exemplarische Analyte von besonderer wirtschaftlicher Bedeutung, für die unter Verwendung des Verfahrens Sensoren angefertigt werden können, umfassen: Glukose, Fruktosamin, HbAIC, Laktat, Cholesterin, Alkohol und Ketone.
Die spezifische Struktur des elektrochemischen Sensors wird von der Natur des Analyts abhängen. Im allgemeinen wird wie auch immer jeder Apparat eine Elektrodenschicht und zumindest eine Reagenzschicht umfassen, die auf dem Substrat abgelagert sind. Wie in der Beschreibung und den Ansprüchen hiervon verwendet, bezieht sich der Begriff "Schicht" auf eine Beschichtung, die aufgebracht ist auf die ganze oder einen Teil der Oberfläche des Substrats. Eine Schicht soll betrachtet werden als "aufgebracht auf" oder "gedruckt auf" die Oberfläche des Substrats, wenn sie direkt auf das Substrat aufgebracht ist oder auf die Oberfläche einer Schicht oder von Schichten, die vorher auf das Substrat aufgebracht wurden. Daher führt die Ablagerung von zwei Schichten auf dem Substrat zu einer Sandwichbauart mit drei Schichten (Substrat, Schicht 1 und Schicht 2), wie in 1A gezeigt oder zu der Ablagerung von zwei parallelen Leiterbahnen, wie in 1B gezeigt, ebenso wie zu dazwischenliegenden Konfigurationen mit einer teilweisen Überlappung.
In dem Verfahren der Erfindung werden die elektrochemischen Sensoren in einer linearen regelmäßigen Anordnung gedruckt oder als eine Vielzahl von parallelen linearen Anordnungen auf eine flexible Lage von Substrat. Wie nachstehend diskutiert werden wird, kann diese Lage nach der Formation durch Schneiden in Bänder überarbeitet werden. Wie in der Beschreibung und den Ansprüchen dieser Anmeldung verwendet bezieht sich der Begriff "Band" auf einen Abschnitt der bedruckten Lage, welcher gebildet wurde durch Schneiden der Lage in eine Richtung oder in beide Richtungen von Längsrichtung und Querrichtung, und welcher eine Vielzahl an elektrochemischen Sensoren darauf aufgedruckt hat.
Die 2A und 2B zeigen die Struktur eines elektrochemischen Sensors zum Erfassen von Glukose im Zusammenhang mit der Erfindung. Auf dem Substrat 10 sind eine leitende Grundschicht 16, eine Leiterbahn 15 für eine Arbeitselektrode, eine Leiterbahn 14 für eine Bezugselektrode und leitfähige Kontakte 11, 12 und 13 plaziert. Eine Isolationsmaske 18 wird dann ausgebildet, wobei ein Abschnitt der leitfähigen Basisschicht 16 und die Kontakte 11, 12 und 13 frei bleiben. Eine Reagenzschicht einer Arbeitsbeschichtung 17, zum Beispiel eine Mischung von Glukoseoxidase und einem Redox-Vermittler wird dann aufgebracht über die Isolationsmaske 18, um mit der leitfähigen Grundschicht 16 Kontakt herzustellen. Zusätzliche Reagenzschichten können aufgebracht werden über die Arbeitsbeschichtung 17, falls gewünscht. Zum Beispiel können das Enzym und der Redox-Vermittler in einzelnen Schichten aufgebracht werden.
Es wird gewürdigt werden, daß die spezifische Struktur, die in den 2A und 2B gezeigt ist, lediglich exemplarisch ist und daß das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden kann, um elektrochemische Sensoren für eine breite Vielfalt von Analyten herzustellen und unter Verwendung von einer breiten Vielfalt von Elektroden-/Reagenz-Konfigurationen. Exemplarische Sensoren, welche hergestellt werden könnten unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen solche, die offenbart sind im europäischen Patent 0 127 958 und den US-Patenten 5,141,868; 5,286,362; 5,288,636 und 5,437,999.
Die 3 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Ausüben der Erfindung. Eine laufende Lage des Substrats 31 wird auf einer Vorschubwalze 32 zur Verfügung gestellt und wird über eine Vielzahl von Druckstationen 33, 34 und 35 transportiert, wobei jede von ihnen eine andere Schicht auf das Substrat druckt. Die Anzahl an Druckstationen kann jede Zahl sein und wird abhängig sein von der Anzahl von Schichten, die erforderlich sind für die spezielle Vorrichtung, die hergestellt wird. Zwischen aufeinanderfolgenden Druckstationen wird die Lage bevorzugt durch einen Trockner 36, 37 und 38 (zum Beispiel ein Umluft- oder Infrarottrockner) transportiert, um jede Schicht zu trocknen, bevor zum Ausbringen der nächsten Schicht fortgeschritten wird. Nach dem letzten Trockner 38 wird das bedruckte Gewebe gesammelt auf einer Aufwickelwalze oder direkt eingeführt in eine Vorrichtung 39 für die Nachbehandlung.
Während die am wirtschaftlichsten Ausführungsformen der Erfindung im allgemeinen eine Vielzahl von Druckstationen verwenden werden, wie in der 3 dargestellt, zum Drucken von unterschiedlichen Materialien, wird es geschätzt sein, daß viele der Vorteile der Erfindung erreicht werden können mit einem Arbeitsvorgang, in welchem eine einzelne Druckstation mehrere Male mit unterschiedlichen Druckreagentien verwendet wird. Speziell wird ein Vorteil erzielt werden von einem erhöhten Durchsatz und verbesserter Lagegenauigkeit, wenn dieselbe Druckstation mehrere Male verwendet wird. Daher wird die Phrase "zumindest zwei Printstationen" wie in der Beschreibung und in den Ansprüchen dieser Anmeldung verwendet bezogen auf sowohl die Ausführungsformen in welchen zwei oder mehr verschiedene Druckstationen gebraucht werden als auch auf Ausführungsformen in welcher eine gemeinsame Druckstation verwendet wird in mehreren Durchgängen, um die erforderlichen Materialien auf das Substrat zu drucken.
Wie oben bemerkt ist, wenn die verschiedenen Schichten eines Biosensors gedruckt werden, einer der wichtigsten Parameter die Dicke der abgelagerten Schicht zu steuern, speziell mit Bezug auf die Reagenzschicht. Die Dicke einer gedruckten Schicht wird durch unterschiedliche Faktoren beeinflußt, einschließlich dem Winkel, in welchem das Substrat und das Sieb voneinander getrennt werden. In einem herkömmlichen Lochkartendruckvorgang, wo das Substrat präsentiert wird als individuelle Lochkarten auf einer flachen Bahn, verändert sich der Winkel, während sich das Rakel über das Sieb bewegt, was zu Abweichungen in dem Ansprechverhalten des Sensors über der Lochkarte führt. Um diese Quelle von Abweichungen zu minimieren, nutzen die Druckstationen, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, Zylinder-Siebdruck.
Im Zylinder-Siebdruck wird ein flexibles Substrat unter Verwendung einer zylindrischen Walze der Unterseite eines Siebs, welches das gewünschte Bild trägt, gezeigt und wird dieses synchron mit dem Rakel bewegt. Im Gegensatz zum herkömmlichen Drucken, wo das Sieb sich wegbewegt von einem stehenbleibendem Substrat, wird in diesem Arbeitsvorgang das sich bewegende Substrat von dem Sieb weggezogen. Dies läßt zu, daß ein konstanter Trennungswinkel beibehalten wird, so daß eine gleichmäßige Dicke der Ablagerung erzielt wird. Was wichtiger ist, der Kontaktwinkel und daher die Druckdicke können optimiert werden durch Wählen des geeigneten Kontaktpunktes. Durch angepaßte Optimierung kann der Arbeitsvorgang so entwickelt sein, daß die Druckerfarbe sehr viel wirtschaftlicher aus dem Sieb herausgezogen und auf das Substrat übertragen wird. Dieses schärfere "Abblättern" führt zu einer sehr verbesserten Druckgenauigkeit, was einen geschärften Detaildruck erlaubt. Daher können kleinere Elektroden gedruckt werden und über Alles gemessen kleinere Sensoren erreicht werden.
Die Vorrichtung 39 für die Nachbehandlung kann jede einer Vielzahl von Behandlungen oder Kombinationen von Behandlungen auf der bedruckten Bahn durchführen. Zum Beispiel kann die Vorrichtung für die Nachbehandlung eine Deckschicht über die elektrochemischen Vorrichtungen aufbringen durch Schichten einer zweiten kontinuierlichen Lage auf das bedruckte Substrat. Die Vorrichtung für die Nachbehandlung kann ebenso die bedruckte Lage in kleinere Segmente schneiden. Um individuelle elektrochemische Vorrichtungen herzustellen von dem Typ, der allgemein in bekannten tragbaren Glukosemeßgeräten verwendet wird, würde dieser Schneideprozeß im allgemeinen dazu führen, die Lage in zwei Richtungen, longitudinal und lateral, zu schneiden. Die Verwendung der Technologie mit kontinuierlicher Lage bietet die Gelegenheit, elektrochemische Sensoren mit unterschiedlichen Konfigurationen zu bilden, die Vorteile für die Unterbringung und die Verwendung bieten.
Wie in 4 gezeigt kann die bedruckte Lage in eine Vielzahl an longitudinalen Bändern geschnitten werden, jedes einen Sensor breit. Die Bänder können einer nach dem anderen in kleinere Bänder mit einer geeigneten Länge geschnitten werden, zum Beispiel 10, 25, 50 oder sogar 100 Sensoren. Diese Bänder können zu Spulen aufgerollt werden und in einer Kassette 55 abgepackt werden, welche in ein Meßgerät 56 (5A) eingesetzt wird. Alternativ kann ein kurzes Band von beispielsweise 5 Streifen vorbereitet werden, um genug Sensoren zum Testen an einem normalen Tag zur Verfügung zu stellen. Für diese Länge ist eine Kassette wahrscheinlich nicht nötig, obwohl sie zur Verfügung gestellt werden könnte, falls gewünscht. In jedem Fall wird jeweils ein Sensor zur Zeit benutzt und in die geeignete Position zu dem Zeitpunkt der Verwendung bewegt. Bevorzugt wird diese Bewegung durchgeführt durch einen Mechanismus, der dem Meßgerät innewohnt, und welcher ebenfalls verhindert, daß verwendete Streifen in das Meßgerät zurückgezogen werden.
Die Verwendung von aufgewickelten Bändern mit mehreren Sensoren hat grundsätzliche Vorteile gegenüber bekannten Systemen, welche einzelne elektrochemische Sensoren verwenden. Da die aufgewickelten elektrochemischen Vorrichtungen innerhalb einer Kassette untergebracht sind, sind sie weniger anfällig für Beschädigung. Weiterhin, da die Spule mit Vorrichtungen ein durchgängiger Streifen ist und es nicht beabsichtigt ist, diesen vor der Verwendung aus der Kassette zu nehmen, ist die Wahrscheinlichkeit geringer, daß ein Sensor mit den falschen Kalibriercodes verwendet werden wird. Das Risiko fehlerhafter Kalibrierwerte kann weiter reduziert werden, wenn die Kassette und das Meßgerät wechselwirken, um Eichwerte für die in der Kassette enthaltenen Sensoren zur Verfügung zu stellen. Wechselwirkungen dieser Art sind beschrieben für individuelle Sensorvorrichtungen in der internationalen Patentveröffentlichung WO97/29847.
Ein weiterer Vorteil durchgängiger Spulen von elektrochemischen Sensoren ist die Fähigkeit jeden individuell kleiner zu machen. Vieles an der Größe von bekannten individuellen Sensoren wird durch das Erfordernis geführt, daß der Verwender in der Lage sein soll, die Sensoren für das Einfügen in das Meßgerät handhaben zu können. Die Verwendung von durchgängigen Spulen mit Sensoren vermeidet diese Zwänge an der Größe der Vorrichtung, da der Benutzer eine Kassette oder ein Band von elektrochemischen Sensoren handhaben wird, welche deutlich leichter handzuhaben sind als individuelle Streifen. Daher erlaubt die vorliegende Erfindung die Fabrikation von kleineren und daher ökonomischeren Vorrichtungen.
Falls es gewünscht ist, benutzte Vorrichtung von der Spule abzutrennen, kann eine Trennvorrichtung in dem Meßgerät oder in der Kassette eingebaut sein. Eine Trennvorrichtung diesen Typs ist offenbart in US Patent Nr. 5,525,297, obwohl andere Konfigurationen verwendet werden könnten.
Die 5B zeigt eine Abweichung des Meßgeräts der 5A. In diesem Fall beinhaltet die Kassette einen Aufnahmemechanismus, so daß die Sensorspule von einer Zufuhrspule 51 zu einer Aufwickelspule 52 transferiert wird, während sie verwendet wird. Dieses macht das gesamte Kassettensystem in sich abgeschlossen und vermeidet den Bedarf individuelle Sensoren wegzuwerfen, welche regelmäßig mit Blut beschmutzt sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ebenso verwendet werden, um Sensorspulen herzustellen, welche parallele regelmäßige Anordnungen von Sensoren unterschiedlichen Typs haben. Daher, wie in 6 gezeigt, könnte ein Sensorstreifen vorbereitet sein, in welchem Sensoren eines ersten Typs 61 längsseits von Sensoren eines zweiten Typs 62 aufgetragen sind. Durch Ausstatten mit separaten Kontakten und Analyseschaltkreisen für jeden Sensor können zwei Werte gleichzeitig in demselben Meßgerät mit derselben Probe bestimmt werden. Geeignete Analyt-Paare schließen Glukose und gukosebezogenes Hämoglobin sowie LDL und HDL ein. Zwei unterschiedliche Sensoren, die die Höhe desselben Analyts messen, können ebenfalls verwendet werden, um eine interne Prüfung zur Verfügung zu stellen oder um den dynamischen Bereich des Streifens zu erhöhen.
Das erfindungsgemäße Verfahren erleichtert ebenfalls die Herstellung von Sensoren, die Strukturen haben, welche unter Verwendung von konventionellen Stapelverarbeitungsvorgängen nicht passend produziert werden können. Zum Beispiel, wie in den 7A und 7B gezeigt, kann eine Vorrichtung hergestellt werden durch Ablagern von parallelen Leiterbahnen 71 und 72; Reagenzschicht(en) 73 und einer Isolationsschicht 74 auf einem Substrat 70. Das Substrat wird dann gefaltet entlang einer Knicklinie, die angeordnet ist zwischen den zwei Leiterbahnen, um einen Sensor herzustellen, in welchem zwei einander zugewandte Elektroden durch eine Reagenzschicht getrennt sind. Eine Elektrodengeometrie diesen Typs ist bevorzugt, da der Spannungsabfall aufgrund des Widerstandes der Lösung niedrig ist als Ergebnis der dünnen Schicht von Lösung, die die Elektroden trennt. Im Gegensatz führt in einer herkömmlichen Vorrichtung mit koplanaren Elektroden die Verwendung einer dünnen Schicht von Lösung zu einem beträchtlichen Spannungsabfall entlang der Länge der Zelle und zeitgleich zu einer ungleichmäßigen Stromverteilung. Des weiteren kann die Vorrichtung der 7A und 7B über das aufgebrachte Reagenz geschnitten werden, um für eine Probenanalyse eine Kammer mit sehr kleinem Volumen zu produzieren, was weiterhin die Leistung der Vorrichtung verbessert.
Wie aus der vorangehenden Diskussion ersichtlich stellt das erfindungsgemäße Verfahren eine sehr vielseitige Vorgehensweise für das Herstellen von elektrochemischen Sensoren zur Verfügung. Die folgende Diskussion über geeignete Materialien, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können, ist beabsichtigt, um die Vielseitigkeit weiter zu veranschaulichen und nicht, um den Umfang der Erfindung zu begrenzen, welcher durch die Ansprüche definiert ist.
Das in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Substrat kann jegliches formstabile Material mit ausreichender Flexibilität sein, um seinen Transport durch die Vorrichtung des in 3 gezeigten allgemeinen Typs zu gestatten. Im allgemeinen wird das Substrat ein elektrischer Isolator sein, obwohl dieses nicht erforderlich ist, falls eine Isolationsschicht aufgebracht wird zwischen dem Substrat und den Elektroden. Das Substrat sollte ebenfalls chemisch kompatibel sein mit den Materialien, welche beim Druck von jeglichem vorausgesetzten Sensor verwendet werden. Dies bedeutet, daß das Substrat mit diesen Materialien nicht wesentlich reagieren sollte oder durch diese abgebaut werden sollte, obwohl ein ziemlich stabiles Druckbild nicht gebildet werden braucht. Spezielle Beispiele von geeigneten Materialien schließen Polycarbonat und Polyester ein.
Die Elektroden können aus jeglichem leitfähigem Material gebildet werden, das in einem kontinuierlichen Druckprozeß in Mustern aufgebracht werden kann. Dies würde Kohlenstoffelektroden und Elektroden, die aus platiniertem Kohlenstoff, Gold, Silber und Mischungen von Silber und Silberchlorid geformt sind, einschließen.
Isolationsschichten werden wenn geeignet aufgebracht, um das Analysevolumens der Probe zu begrenzen, und um einen Kurzschluß des Sensors zu vermeiden. Isolationsmaterialien, die gedruckt werden können, sind geeignet, einschließlich zum Beispiel auf Polyester basierte Druckerfarben.
Die Auswahl der Bestandteile der Reagenzschicht(en) wird von dem Zielanalyt abhängen. Für die Erfassung von Glukose wird (werden) die Reagenzschicht(en) geeigneterweise ein Enzym enthalten, das geeignet ist, Glukose zu oxidieren und eine Vermittlermischung, welche Elektronen von dem Enzym zu der Elektrode transferiert, was zu einem meßbaren Strom führt, wenn Glukose vorhanden ist. Typische Vermittlermischungen umfassen Hexacyanoferrat (III), Metallocen-Verbindungen wie Ferrocen, Chinon, Phenazinsalze, Redoxindikator DCPIP und Imidazol-substituierte Osmiummischungen. Die Reagenzien, die für andere Typen von Sensoren geeignet sind, werden für den Fachmann ersichtlich sein.
Eine der Beschränkungen jeder Vorrichtungen, in welcher mehrere Testelemente innerhalb einer Testvorrichtung gespeichert sind, ist, daß die Elemente für die erwartete Lebensdauer des Testelements innerhalb der Testvorrichtung stabil gemacht werden müssen. Im allgemeinen bedeutet dies für elektrochemische Sensorstreifen Verschaffen einer luftdichten Umgebung mit Feuchtigkeitsschutz für die nicht verwendeten Sensorstreifen. Dies kann erreicht werden durch die Gestaltung der Kassette und des dazugehörigen Meßgerätes oder es kann erreicht werden durch Hinzufügen einer Dichtungsschicht auf das Testband, so daß individuelle Teststreifen individuell versiegelt und vor Feuchtigkeit geschützt sind.
Die 8A bis C beziehen sich auf Bänder von Teststreifen mit einer Dichtungsschicht. Die 8A zeigt eine Verbundstruktur umfassend als untere Schicht ein Band von Testreifen 80 und als obere Schicht eine Versiegelungsschicht 81. Die obere Versiegelungsschicht 81 ist teilweise abgelöst gezeigt, um das erste Testelement freizulegen. Die obere Schicht enthält Öffnungen 82, durch welche ein elektrischer Kontakt mit dem darunterliegenden Teststreifen hergestellt werden kann. Die Versiegelungsschicht 81 ist an dem Band 80 typischerweise unter Verwendung eines Heißklebers oder eines Haftklebers befestigt. Das Meßgerät, das mit den versiegelten Teststreifen auf dem Band von 8A verwendet wird, würde einen Mechanismus wie eine Messerklinge umfassen, um die Versiegelungsschicht 81 abzulösen, damit der Zielbereich des Streifens freigelegt wird, der dran ist. Nach der Benutzung können die benutzten Teststreifen und die abgelöste Versiegelungsschicht von dem unbenutzten Abschnitt des Bandes abgeschnitten werden, beispielsweise durch Verwenden einer Abtrennvorrichtung, die in der Kassette integriert ist. Die verwendeten Streifen und die abgelöste Versiegelungsschicht könnten ebenfalls aufgerollt werden auf eine Aufwickelspule innerhalb der Kassette wie in 8B gezeigt, dadurch vermeidend, daß der Anwender direkten Kontakt mit den verwendeten Streifen hat.
Die 8C zeigt eine Abweichung der Struktur von 8A. In diesem Fall dient die Versiegelungsschicht als eine Wand der Probenkammer des Teststreifens. Diese Geometrie hat bestimmte Vorteile, besonders daß Verdampfungskühlung der Probe (was zu fehlerhaft niedrigen Meßwerten führen kann) vermindert wird. Um einen Teststreifen auf einem Band dieses Typs für die Verwendung vorzubereiten, wird ein Schnitt gemacht, welcher das Ende der Kammer öffnet, welche durch die Versiegelungsschicht 81 und das Band 80 mit den Teststreifen gebildet wird. In 8C sind separate Schneidelinien 88 und 89 zum Abtrennen von verwendeten Vorrichtungen und zum Öffnen einer neuen Vorrichtung gezeigt. Diese Schnitte können zu derselben Zeit oder zu unterschiedlichen Zeiten gemacht werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen elektrochemischer Sensoren, die ein Substrat, eine Elektrodenschicht und wenigstens eine erste Reagenzschicht aufweisen, wobei das Verfahren die Schritte Transportieren einer kontinuierlichen Lage des Substrats (31) hinter wenigstens zwei Druckstationen (33, 34, 35) und Aufdrucken der Elektrodenschicht (16) und der ersten Reagenzschicht (17) auf das Substrat, wobei eine der Druckstationen die Elektrodenschicht (16) auf die kontinuierliche Lage des Substrats (31) druckt und die andere der Druckstationen (34) die erste Reagenzschicht (17) auf die kontinuierliche Lage des Substrats (31) druckt, wenn sie hinter die Druckstationen transportiert wird, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstationen (33, 34, 35) Zylinder-Siebdruckstationen sind.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die elektrochemischen Sensoren Glukose erfassen.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die erste Reagenzschicht (17) Glukoseoxidase aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die entsorgbaren elektrochemischen Sensoren weiterhin eine zweite Reagenzschicht aufweisen, die auf der kontinuierlichen Substratlage durch eine dritte Druckstation abgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die zweite Reagenzschicht einen Vermittler für den Elektronenübergang aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Vermittler für den Elektronenübergang Hexacyanoferrat (III) ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Druckstationen (33, 34), welche die Elektrodenschicht (16) und die erste Reagenzschicht (17) drucken, getrennte und unterschiedliche Druckstationen sind.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die kontinuierliche Lage des Substrats (31) zwischen den Druckstationen (33, 34, 35) in einem kontinuierlichen Prozeß transportiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die kontinuierliche Lage des Substrats (31) durch einen Trockner (36, 37, 38) zwischen den Druckstationen (33, 34, 35), welche die Elektrodenschicht (16) und die erste Reagenzschicht (17) drucken, transportiert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Trockner (36, 37, 38) ein Infrarot-Trockner ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das weiterhin einen Schritt des Versiegelns nach der Bearbeitung aufweist, der auf die Lage angewendet wird, nachdem die elektrochemischen Sensoren gedruckt sind, bei dem eine Versiegelungsschicht (81) über die elektrochemischen Sensoren gelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Versiegelungsschicht (81) und die Lage (31) mit den darauf gedruckten elektrochemischen Sensoren zusammenwirken, um eine probenaufnehmende Kammer zu bilden, die geöffnet werden kann, indem das Ende eines Sensors geschnitten wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das weiterhin einen Schritt des Schneidens nach der Bearbeitung aufweist, der bei der Lage nach dem Drucken der elektrochemischen Sensoren angewendet wird, bei dem die Lage in Bänder geschnitten wird, wobei jedes Band eine Vielzahl von Sensoren enthält.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem jedes Band 5 bis 100 Sensoren enthält.
Kassette, mit einem Gehäuse und einem Band, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, auf dem eine Vielzahl entsorgbarer elektrochemischer Sensoren vorgesehen ist, wobei die Sensoren entsprechend dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 hergestellt sind.
Kassette nach Anspruch 15, bei der die elektrochemischen Sensoren für das Erfassen von Glukose vorgesehen sind.
Elektrochemischer Sensor, hergestellt durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
Elektrochemischer Sensor nach Anspruch 17 für die Erfassung einer analytischen Substanz, so wie Glukose, wobei das Verfahren das Drucken eines Sensors auf ein Substrat und das Abdecken des Sensors durch eine Versiegelungsschicht aufweist, wobei das Substrat und die Versiegelungsschicht zusammenwirken, um eine versiegelte probenaufnehmende Kammer zu bilden, und wobei das Verfahren weiterhin das Schneiden der versiegelten probenaufnehmenden Kammer bei der Verwendung aufweist, um eine Öffnung in dem Probenaufnehmer für das Einführen der analytischen Substanz zur Probe zu erzeugen.