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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Biosensor, insbesondere einen
elektrochemischen Biosensor mit einem kontinuierlichen Kapillarkanal,
der sich über
Elektroden erstreckt.
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HINTERGRUND UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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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.
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Erfindungsgemäß werden
ein Biosensor wie in Anspruch 1 definiert und ein Verfahren zur
Bildung eines Biosensors wie in Anspruch 7 definiert bereitgestellt.
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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.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
detaillierte Beschreibung bezieht sich insbesondere auf die beiliegenden
Zeichnungen, in denen:
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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.
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1B ist
eine vergrößerte perspektivische
Ansicht des Biosensors aus 1A mit
weggebrochenen Teilen.
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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.
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3 ist
eine Ansicht entlang Linie 3-3 in 1A.
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4 ist
eine Ansicht entlang Linie 4-4 in 1A.
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5 ist
eine diagrammatische Ansicht eines Herstellungsverfahrens zum Zusammenbauen
des Biosensors aus 1.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 | |
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.