TWI757302B - 物理氣相沉積之生物感測器元件 - Google Patents

物理氣相沉積之生物感測器元件 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種生物感測器元件,其提供用於生物感測器(諸如血糖感測器)中之增強特性。該生物感測器元件包括一基板及塗布於該基板上之一導電層。該導電層包含鎳、鉻及鐵,使得該導電層中之鎳及鉻之組合重量百分比係在80重量百分比至小於95重量百分比之範圍內,且該導電層中之鐵之重量百分比係大於5重量百分比且小於12重量百分比。

Description

物理氣相沉積之生物感測器元件
本發明大體上係關於電極(例如生物感測器中發現之用於電極之物理氣相沉積之元件)。更特定言之,本發明係關於使用(例如)生物感測器元件中發現之非貴金屬合金形成之電極。
用於分析生物樣本之生物感測器變得越來越普遍。例如,隨著世界人口中之糖尿病增加,用於量測血糖之生物感測器之需要大幅增加。此等生物感測器一般稱為血糖測計儀且藉由使一使用者將一滴血放置於與血糖測計儀相關聯之一測試條上來操作。該測試條經構形以對該滴血中之葡萄糖之量具反應性使得血糖測計儀可偵測及顯示使用者之血之葡萄糖位準。 用於血糖測計儀類型生物感測器之測試條一般由形成於一基板上之兩個或兩個以上電極(例如一工作電極及一相對電極)形成。另外,與生物樣本反應之一生物反應物(例如一酶(例如葡萄糖氧化酶、葡萄糖脫氫酶或其類似者))及一介質(例如鐵氰化物、釕複合物、鋨複合物、醌、啡噻嗪、啡噁嗪或其類似者)將形成於以一或兩個電極(例如工作電極)上。在操作一血糖測計儀時,一滴血將應用於一測試條。此後,與血中之葡萄糖之量成比例之一電化學反應將在工作電極上發生。更詳細地,葡萄糖首先與生物反應物(例如酶(例如葡萄糖氧化酶、葡萄糖脫氫酶或其類似者)且有時一酶輔助因數(PQQ、FAD或其類似者))反應且氧化成葡萄糖酸。生物反應物(例如酶、輔助因數或酶-輔助因數複合物)暫時由自葡萄糖轉移至酶、輔助因數或酶-輔助因數複合物之兩個電極還原。接著,經還原之生物反應物(例如酶、輔助因數或酶-輔助因數複合物)與介質反應,從而就在一個一電子程序中還原之一介質而言將一單一電子轉移至兩個介質種類(分子或複合物)之各者。當還原介質種類時,酶、輔助因數或酶-輔助因數複合物因此返回至其原始氧化狀態。接著,經還原之介質擴散至其中一預定及充分氧化之電位施加於生物感測器使得經還原之介質氧化回其原始氧化狀態之電漿表面。由藉由生物感測器氧化之介質種類產生之電流被量測且與血中之葡萄糖之量成比例。 工作電極之品質在準確量測血中之葡萄糖位準中起重要作用。具體而言,電極之電活性表面區域之再現性、一特定葡萄糖量測配置中之電極之電子轉移動力學之逐批可重複性及儲存中之電極材料之長期穩定性使得當分析在操作時自電漿產生之電化學信號係導致血糖測試條之經改良之準確度之所有因數。特定言之,重要的係源自電極之電活動之電信號最小化以防止生物樣本之量測及分析中之偏壓或雜訊。通常,此藉由使用內在熱力高貴之電極材料(例如金、鈀、鉑、銥及其類似者)完成。因而,最新血糖測計儀使用由塗布有鈀、金或其他貴金屬(一般呈商業可行之最純形式)之基板形成之電極以充當工作電極,且為易於製造,通常充當相對電極或經組合之一相對及參考電極。此等貴金屬最低程度地與幹擾物質反應,且因此,提供用於一致及準確量測之增強耐化學性。然而,在電極中使用此等貴金屬之成本可係相當價昂的。 存在一些嘗試以使用由非貴金屬形成之電極以減少生物感測器之製造成本。然而,此等非貴金屬電極一般將具有自由貴金屬形成之電極之電化學回應顯著偏離之一電化學回應(例如劑量回應)。因而,由非貴金屬形成之電極一般係不適當地用作為諸多類型之生物感測器之測試條中之貴金屬的直接替代。除具有一低電氣響應之外,亦期望一生物感測器電極具有與介質之足夠電子轉移動力學。儘管所建議之一些非貴金屬具有一相對低電化學回應(或合理陽極穩定性),但非貴金屬不亦具有與一介質之可接受電子轉移動力學。 相應地,需要可提供一致及準確量測之一電極,同時提供在(例如)生物感測器中使用貴金屬之一成本有效替代。特定言之,需要由可用於一生物感測器元件中以一致及準確地量測生物樣本之一非貴金屬合金形成之一電極。
本發明之一或多個實施例可關於可包括一基板及塗布於該基板上之至少一導電層之一電極。該導電層可包括鎳及鉻,其中基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層中之該鎳及鉻之組合重量百分比可在80重量百分比至小於95重量百分比、或81重量百分比至94重量百分比、或82重量百分比至94重量百分比、83重量百分比至94重量百分比、或85重量百分比至94重量百分比、或86重量百分比至94重量百分比之範圍內。除鎳及鉻之外,該導電層亦可包括鐵,其中基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層中之該鐵之重量百分比可在大於5重量百分比至小於12重量百分比、或約6重量百分比至約11重量百分比、或6重量百分比至11重量百分比、或6重量百分比至10重量百分比、或6重量百分比至9重量百分比、或7重量百分比至10重量百分比、或7重量百分比至9重量百分比之範圍內或約9重量百分比。儘管本發明之大部分係關於用作為生物感測器元件之電極,但預期電極亦可用於其他最終用途應用中。因此,本文中關於用於生物感測器中之電極之任何揭示內容意欲由一般技術者併入本文中本技術可應用之所有電極之應用性。 本發明之一或多個實施例可關於一種生物感測器元件,其可包括一基板及塗布於該基板上之至少一導電層。該導電層可包括鎳及鉻,其中基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層中之該鎳及鉻之組合重量百分比可在80重量百分比至小於95重量百分比、或81重量百分比至94重量百分比、或82重量百分比至94重量百分比、或83重量百分比至94重量百分比、或85重量百分比至94重量百分比、或86重量百分比至94重量百分比之範圍內。 在一實施例中,本發明係關於一種生物感測器元件,其包括一基板及塗布於該基板上之至少一導電層,其中該導電層可包括在大於70重量百分比之範圍內之鎳及在大於13重量百分比至小於20重量百分比之範圍內之鉻且其中基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層中之該鎳及鉻之經組合之總重量百分比在大於80重量百分比至小於95重量百分比、或81重量百分比至94重量百分比、或82重量百分比至94重量百分比、或83重量百分比至94重量百分比、或85重量百分比至94重量百分比、或86重量百分比至94重量百分比之範圍內。 在一實施例中,本發明係關於一種生物感測器元件,其包括一基板及塗布於該基板上之至少一導電層,其中該導電層可包括在70重量百分比至81重量百分比之範圍內之鎳、在約14重量百分比至約19重量百分比之範圍內之鉻及在約6重量百分比至約11重量百分比之範圍內之鐵且其中基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層中該鎳及鉻之經組合之總重量百分比在約84重量百分比至約94重量百分比、或85重量百分比至94重量百分比、或86重量百分比至94重量百分比之範圍內。 在一態樣中,本發明之某些實施例係關於一種生物感測器元件,其包括一基板及塗布於該基板上之一導電層,其中基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層可包括在70重量百分比至81重量百分比之範圍內之鎳、在14重量百分比至17重量百分比之範圍內之鉻及在6重量百分比至11重量百分比之範圍內之鐵。 在一態樣中,本發明之某些實施例係關於一種生物感測器元件,其包括一基板及塗布於該基板上之一導電層,其中基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層可包括在72重量百分比至81重量百分比之範圍內之鎳、在14重量百分比至17重量百分比之範圍內之鉻及在6重量百分比至11重量百分比或在6重量百分比至10重量百分比之範圍內之鐵,且其中基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層不包含以大於1重量百分比之量存在之任何其他元素種類。在一實施例中,基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層進一步包括在0.01重量百分比至1.0重量百分比之範圍內之錳,但不包含以大於0.5重量百分比之量存在之任何其他元素種類。 在一實施例中,基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層可包括在72重量百分比至81重量百分比之範圍內之鎳、在14重量百分比至17重量百分比之範圍內之鉻及在6重量百分比至11重量百分比或在6重量百分比至10重量百分比之範圍內之鐵,且其中基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層進一步包括在0.01重量百分比至1.0重量百分比之範圍內之錳、在0.01重量百分比至0.5重量百分比之範圍內之銅及在0.01重量百分比至0.5重量百分比之範圍內之矽。在一實施例中,該導電層不含有或實質上無以下元素種類:鉬、鈮、鈷、鋁、鈦、磷或硼,或若存在任何種類,則此等種類呈小於0.25重量百分比、或小於0.2重量百分比、或小於0.1重量百分比、或小於0.05重量百分比、或微量或更少之量。在一實施例中,該導電層不含有或實質上無以下元素種類:鉬、鈮、鈷、鋁、鈦、磷或硼。 在一態樣中,本發明之某些實施例係關於一種生物感測器元件,其包括一基板及塗布於該基板上之一導電層,其中基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層可包括呈大於70重量百分比之量之鎳、在大於13重量百分比至小於18重量百分比之範圍內之鉻,其中該導電層中之該鎳及鉻之組合重量百分比可在83重量百分比至94重量百分比、或84重量百分比至94重量百分比、或85重量百分比至94重量百分比或86重量百分比至94重量百分比之範圍內。該導電層可藉由物理氣相沉積塗布於一基板上,該基板可包括本技術中所描述及/或本文所描述之任何聚合物之至少一者,包含(但不限於)聚碳酸酯、矽聚合物、丙烯酸、PET、經改質PET (諸如PETG或PCTG)、PCT、經改質PCT、聚酯(包括TMCD AND CHDM、PCCD、或PEN)。 在本發明之某些實施例中,該導電層可具有15 nm與200 nm之間之厚度,且該基板可具有25 μm與500 μm之間之厚度。在某些實施例中,該生物感測器元件亦可具有不超過20%或不超過15%或不超過10%或不超過5%或自0.01%至20%或自0.01%至15%或自0.01%至10%或自0.01%至5%之可見光傳輸,如由ASTM D1003所量測。 在某些實施例中,該導電層可具有15 nm與200 nm之間之厚度,且該基板可具有25 μm與500 μm之間之厚度,其中該生物感測器元件具有不超過20%之可見光傳輸。 在某些實施例中,該導電層可具有15 nm與200 nm之間之厚度,且該基板可具有25 μm與500 μm之間之厚度,其中該生物感測器元件具有不超過15%之可見光傳輸。 在某些實施例中,該導電層可具有15 nm與200 nm之間之厚度,且該基板可具有25 μm與500 μm之間之厚度,其中該生物感測器元件具有不超過10%之可見光傳輸。 在某些實施例中,該導電層可具有15 nm與200 nm之間之厚度,且該基板可具有25 μm與500 μm之間之厚度,其中該生物感測器元件具有不超過5%之可見光傳輸。 在一態樣中,本發明之某些實施例係關於一種生物感測器元件,其包括一基板及塗布於該基板上之一導電層,其中基於等於100重量百分比之該導電層孩子總重量,該導電層可包括在72重量百分比至81重量百分比之範圍內之鎳、在14重量百分比至17重量百分比之範圍內之鉻及在6重量百分比至11重量百分比之範圍內之鐵,且其中基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層可進一步包括在0.01重量百分比至1.0重量百分比之範圍內之錳、在0.01重量百分比至0.5重量百分比之範圍內之銅及在0.01重量百分比至0.5重量百分比之範圍內之矽,且其中該導電層不含有以下元素種類:鉬、鈮、鈷、鋁、鈦、磷或硼,或若存在任何種類,則此等種類呈小於0.25重量百分比、或小於0.2重量百分比、或小於0.1重量百分比、或小於0.05重量百分比、或微量或更少之量。該導電層可藉由本技術中已知之任何方式(包含(但不限於)物理氣相沉積)塗布於該基板上,該基板可包括本技術中所描述及/或本文所描述之任何聚合物之至少一者,包含(但不限於)聚碳酸酯、矽聚合物、丙烯酸、PET、經改質PET (諸如PETG或PCTG)、PCT、PCTA、聚酯(包括TMCD AND CHDM、PCCD、或PEN)。該導電層具有15 nm與200 nm之間之厚度,且該基板具有25 μm與500 μm之間之厚度,使得該生物感測器元件具有不超過20%或不超過15%或不超過10%或不超過5%之可見光傳輸。 本發明之一或多個實施例可關於一生物感測器之一電極,其中該電極包括一基板及塗布於該基板上之一導電層。該導電層可包括鎳及鉻,且該導電層可具有小於400毫伏(mV)、或小於375毫伏(mV)、或小於350毫伏(mV)、或小於325毫伏(mV)、或小於300毫伏(mV)或小於275毫伏(mV)之Fe(II)[CN]6 介質之一氧化波電壓(下文識別為E峰值,陽極 ),如一類型1線性掃描伏安法測試中所判定(如[實例]章節中所討論)。 在一態樣中,本發明之實施例可關於一生物感測器之一電極,其中該電極包括一基板及塗布於該基板上之一導電層,且該導電層可包括鎳及鉻,且可具有小於400毫伏(mV)、或小於375毫伏(mV)、或小於350毫伏(mV)、或小於325毫伏(mV)、或小於300毫伏(mV)或小於275毫伏(mV)之Fe(II)[CN]6 介質之一氧化波電壓(下文識別為E峰值,陽極 ),如一類型1線性掃描伏安法測試中所判定(如[實例]章節中所討論)。在一實施例中,該導電層可包括呈大於70重量百分比之量之鎳、在大於13重量百分比至小於18重量百分比之範圍內之鉻,其中基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層中之該鎳及鉻之組合重量百分比可在83重量百分比至94重量百分比、或84重量百分比至94重量百分比、或85重量百分比至94重量百分比、或86重量百分比至94重量百分比之範圍內。 在一態樣中,本發明之實施例可關於一生物感測器之一電極,其中該電極包括一基板及塗布於該基板上之一導電層,且該導電層可包括鎳及鉻,且可具有小於400毫伏(mV)、或小於375毫伏(mV)、或小於350毫伏(mV)、或小於325毫伏(mV)、或小於300毫伏(mV)或小於275毫伏(mV)之Fe(II)[CN]6 介質之一氧化波電壓(下文識別為E峰值,陽極 ),如一類型1線性掃描伏安法測試中所判定(如[實例]章節中所討論)。基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層可包括在70重量百分比至81重量百分比之範圍內之鎳、在14重量百分比至17重量百分比之範圍內之鉻及在6重量百分比至11重量百分比之範圍內之鐵。 在一態樣中,本發明之實施例可關於一生物感測器之一電極,其中該電極包括一基板及塗布於該基板上之一導電層,且該導電層可包括鎳及鉻,且可具有小於400毫伏(mV)、或小於375毫伏(mV)、或小於350毫伏(mV)、或小於325毫伏(mV)、或小於300毫伏(mV)或小於275毫伏(mV)之Fe(II)[CN]6 介質之一氧化波電壓(下文識別為E峰值,陽極 ),如一類型1線性掃描伏安法測試中所判定(如[實例]章節中所討論)。基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層可包括在72重量百分比至81重量百分比之範圍內之鎳、在14重量百分比至17重量百分比之範圍內之鉻及在6重量百分比至11重量百分比、或6重量百分比至10重量百分比之範圍內之鐵、在0.01重量百分比至1.0重量百分比之範圍內之錳、在0.01重量百分比至0.5重量百分比之範圍內之銅及在0.01重量百分比至0.5重量百分比之範圍內之矽。在一實施例中,該導電層可具有小於300毫伏(mV)或小於275毫伏(mV)之Fe(II)[CN]6 介質之一氧化波電壓(下文識別為E峰值,陽極 ),如一類型1線性掃描伏安法測試中所判定(如[實例]章節中所討論)。 在一態樣中,本發明之實施例可關於一生物感測器之一電極,其中該電極包括一基板及塗布於該基板上之一導電層,且該導電層可包括鎳及鉻,且可具有小於400毫伏(mV)、或小於375毫伏(mV)、或小於350毫伏(mV)、或小於325毫伏(mV)、或小於300毫伏(mV)或小於275毫伏(mV)之Fe(II)[CN]6 介質之一氧化波電壓(下文識別為E峰值,陽極 ),如一類型1線性掃描伏安法測試中所判定(如[實例]章節中所討論)。基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層可包括在72重量百分比至81重量百分比之範圍內之鎳、在14重量百分比至17重量百分比之範圍內之鉻及在6重量百分比至11重量百分比、或6重量百分比至10重量百分比之範圍內之鐵,且其中基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層進一步包括在0.01重量百分比至1.0重量百分比之範圍內之錳、在0.01重量百分比至0.5重量百分比之範圍內之銅及在0.01重量百分比至0.5重量百分比之範圍內之矽。在一實施例中,該導電層不含有或實質上無以下元素種類:鉬、鈮、鈷、鋁、鈦、磷或硼,或若存在任何種類,則此等種類呈小於0.25重量百分比、或小於0.2重量百分比、或小於0.1重量百分比、或小於0.05重量百分比、或微量或更少之量。 該基板可包括本技術中已知之任何聚合物組合物,包含(但不限於)選自由以下組成之群組之至少一聚合物:尼龍、聚酯、共聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚醯胺;聚苯乙烯、聚苯乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯醯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯二烯共聚物、聚(甲基丙烯酸甲酯)、丙烯酸共聚物、聚(醚酰亞胺);聚苯氧化物或聚(伸苯基氧化物)/聚苯乙烯 混合物、聚苯乙烯樹脂;聚苯硫;聚苯硫/碸;聚(酯-碳酸酯);聚碳酸酯;聚碸;聚碸醚;及聚(醚-酮);或其他上述聚合物之任何者之混合物。 在一實施例中,該基板可包括包含選自由乙二醇、1,4-環己烷二甲醇及2,2,4,4-四甲基-1,3-環丁二醇組成之群組之至少一二醇之殘基之至少一聚酯。 在一實施例中,該基板可包括包含對苯二甲酸及/或對苯二甲酸二甲酯之殘基及選自由乙二醇、1,4-環己烷二甲醇及2,2,4,4-四甲基-1,3-環丁二醇組成之群組之及至少一二醇之殘基之至少一聚酯。 在一實施例中,該基板可包括包含一酸性成分(其包括對苯二甲酸及異酞酸之殘基及/或該酸性成分之酯(諸如對苯二甲酸二甲酯))之至少一聚酯及包括選自由乙二醇殘基、1,4-環己烷二甲醇殘基及2,2,4,4-四甲基-1,3-環丁二醇組成之群組之至少一二醇之殘基之二醇成分。 在一實施例中,該基板可包括包含對苯二甲酸殘基或殘基之一酯或殘基之混合物及1,4-環己烷二甲醇殘基之至少一聚酯。 在一實施例中,該基板可包括由對苯二甲酸殘基、或殘基之一酯或殘基之混合物、及1,4-環己烷二甲醇殘基及/或2,2,4,4-四甲基-1,3-環丁二醇殘基製成之至少一聚酯。 在一實施例中,該基板可包括由對苯二甲酸殘基、或殘基之一酯或殘基之混合物、2,2,4,4-四甲基-1,3-環丁二醇殘基及1,4-環己烷二甲醇殘基製成之至少一聚酯。 在一實施例中,該基板可包括由對苯二甲酸殘基、或其酯或其混合物、2,2,4,4-四甲基-1,3-環丁二醇殘基及乙二醇殘基製成之至少一聚酯。 在一實施例中,該基板可包括對苯二甲酸殘基、或其一酯或其混合物、乙二醇殘基及1,4-環己烷二甲醇殘基之至少一聚酯。 本發明中之導電層可由包括本申請案中所揭示之任何合金組合物之一單層構成。在某些實施例中,合金組合物含有一合金,其可為元素之一固體溶液(一單相)、金屬相之一混合物(兩個或兩個以上溶液)或相之間無明顯邊界之一金屬間化合物。 本發明之一或多個實施例係關於一種用於形成一生物感測器之一電極之方法。該方法包括(a)提供一基板;(b)提供一標靶;及(c)利用來自該標靶之材料物理氣相沉積該基板之至少一部分,藉此於該基板上形成一導電層。該導電材料可包括在大於70重量百分比之範圍內之鎳及在大於13重量百分比至小於18重量百分比之範圍內之鉻,且其中基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層中之鎳及鉻之經組合之總重量百分比在大於83重量百分比至小於95重量百分比、或84重量百分比至94重量百分比、或85重量百分比至94重量百分比、或86重量百分比至94重量百分比之範圍內。另外,該導電層可具有小於2000歐姆每平方之薄層電阻。 在一態樣中,本發明之實施例可關於一種用於形成一生物感測器之一電極之方法。該方法包括(a)提供一基板;(b)提供一標靶;及(c)利用來自該標靶之材料物理氣相沉積該基板之至少一部分,藉此於該基板上形成一導電層。該導電材料可包括鎳及鉻,其中基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層中之鎳及鉻之組合重量百分比可在80重量百分比至小於95重量百分比、或81重量百分比至94重量百分比、或82重量百分比至94重量百分比、或83重量百分比至94重量百分比、或84重量百分比至94重量百分比、或85重量百分比至94重量百分比、或86重量百分比至94重量百分比之範圍內。該導電層可具有小於2000歐姆每平方之薄層電阻。除鎳及鉻之外,該導電層亦可包括鐵,其中基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層中之該鐵之重量百分比可在大於5重量百分比至小於12重量百分比、或約6重量百分比至約11重量百分比、或6重量百分比至11重量百分比、或6重量百分比至10重量百分比、或6重量百分比至9重量百分比、或7重量百分比至10重量百分比、或7重量百分比至9重量百分比之範圍內或約9重量百分比。 在一態樣中,本發明之實施例係關於一種用於形成一生物感測器之一電極之方法。該方法包括(a)提供一基板;(b)提供一標靶;及(c)利用來自該標靶之材料物理氣相沉積該基板之至少一部分,藉此於該基板上形成一導電層。該導電材料可包括在72重量百分比至81重量百分比之範圍內之鎳、在約14重量百分比至約17重量百分比之範圍內之鉻及在約6重量百分比至約11重量百分比之範圍內之鐵且其中基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層中之該鎳及鉻之經組合之總重量百分比在約84重量百分比至約94重量百分比、或85重量百分比至94重量百分比、或86重量百分比至94重量百分比之範圍內。該導電層可具有小於2000歐姆每平方之薄層電阻。 在一態樣中,本發明之實施例係關於一種用於形成一生物感測器之一電極之方法。該方法包括(a)提供一基板;(b)提供一標靶;及(c)利用來自該標靶之材料物理氣相沉積該基板之至少一部分,藉此於該基板上形成一導電層。基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電材料可包括在72重量百分比至81重量百分比之範圍內之鎳、在14重量百分比至17重量百分比之範圍內之鉻及在6重量百分比至11重量百分比或6重量百分比至10重量百分比之範圍內之鐵。 在一態樣中,本發明之實施例係關於一種用於形成一生物感測器之一電極之方法。該方法包括(a)提供一基板;(b)提供一標靶;及(c)利用來自該標靶之材料物理氣相沉積該基板之至少一部分,藉此於該基板上形成一導電層。基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電材料可包括在72重量百分比至81重量百分比之範圍內之鎳、在14重量百分比至17重量百分比之範圍內之鉻及在6重量百分比至11重量百分比或6重量百分比至10重量百分比之範圍內之鐵,且其中基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層可進一步包括在0.01重量百分比至1.0重量百分比之範圍內之錳、在0.01重量百分比至0.5重量百分比之範圍內之銅及在0.01重量百分比至0.5重量百分比之範圍內之矽。該導電層可具有小於2000歐姆每平方之薄層電阻。 本發明之一或多個實施例係關於一種用於形成一生物感測器之一電極之方法。該方法包括(a)提供一基板;(b)提供一標靶;及(c)利用來自該標靶之材料物理氣相沉積該基板之至少一部分,藉此於該基板上形成一導電層。該導電材料可包括鎳及鉻,其中基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層中之該鎳及鉻之組合重量百分比可在80重量百分比至小於95重量百分比、或81重量百分比至94重量百分比、或82重量百分比至94重量百分比、或83重量百分比至94重量百分比、或84重量百分比至94重量百分比、或85重量百分比至94重量百分比、或86重量百分比至94重量百分比之範圍內。如由ASTM F1711-96所量測,該導電層可具有不超過5000歐姆每平方、不超過2000歐姆每平方、不超過100歐姆每平方、不超過80歐姆每平方、不超過60歐姆每平方、不超過50歐姆每平方、不超過40歐姆每平方、不超過20歐姆每平方、不超過10歐姆每平方或不超過5歐姆每平方之薄層電阻。在一些實施例中,該導電層可具有1歐姆每平方至5000歐姆每平方、1歐姆每平方至4000歐姆每平方、1歐姆每平方至3000歐姆每平方、1歐姆每平方至2000歐姆每平方、1歐姆每平方至1000歐姆每平方、1歐姆每平方至500歐姆每平方、5歐姆每平方至100歐姆每平方、5歐姆每平方至20歐姆每平方、5歐姆每平方至15歐姆每平方、5歐姆每平方至10歐姆每平方、10歐姆每平方至80歐姆每平方、20歐姆每平方至60歐姆每平方或40歐姆每平方至50歐姆每平方之薄層電阻,如由ASTM F1711-96所量測。該導電層可具有小於2000歐姆每平方之薄層電阻。除鎳及鉻之外,該導電層亦可包括鐵,其中基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層中之該鐵之資料百分比可在大於5重量百分比至小於12重量百分比、或約6重量百分比至約11重量百分比、或6重量百分比至11重量百分比、或6重量百分比至10重量百分比、或6重量百分比至9重量百分比、或7重量百分比至10重量百分比、或7重量百分比至9重量百分比之範圍內或約9重量百分比。該導電層可藉由一般技術者已知之任何方法(例如藉由物理氣相沉積)塗布於該基板上,該基板可包括本技術中所描述及/或本文所描述之任何聚合物,包含(但不限於) PET、經改質PET (諸如PETG或PCTG)、PCT、經改質PCT、聚酯(包括TMCD AND CHDM、PCCD、或PEN)。該導電層可具有15 nm與200 nm之間之厚度,且該基板可具有25 μm與500 μm之間之厚度,使得該生物感測器元件可具有不超過20%之可見光傳輸。 本發明之一或多個實施例係關於一種用於形成一生物感測器之一電極之方法。該方法包括(a)提供一基板;(b)提供一標靶;及(c)利用來自該標靶之材料物理氣相沉積該基板之至少一部分,藉此於該基板上形成一導電層。該導電材料可包括鎳及鉻,其中基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層中之該鎳及鉻之組合重量百分比可在80重量百分比至小於95重量百分比、或81重量百分比至94重量百分比、或82重量百分比至94重量百分比、或83重量百分比至94重量百分比、或84重量百分比至94重量百分比、或85重量百分比至94重量百分比、或86重量百分比至94重量百分比之範圍內。該導電層可具有小於2000歐姆每平方之薄層電阻。基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層可進一步包括在72重量百分比至81重量百分比之範圍內之鎳、在14重量百分比至17重量百分比之範圍內之鉻及在6重量百分比至11重量百分比之範圍內之鐵,且其中基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層可進一步包括在0.01重量百分比至1.0重量百分比之範圍內之錳、在0.01重量百分比至0.5重量百分比之範圍內之銅及在0.01重量百分比至0.5重量百分比之範圍內之矽。該導電層可藉由一般技術者已知之任何方法(例如藉由物理氣相沉積)塗布於該基板上,該基板可包括本技術中所描述及/或本文所描述之任何聚合物,包含(但不限於) PET、經改質PET (諸如PETG或PCTG)、PCT、經改質PCT、聚酯(包括TMCD AND CHDM、PCCD、或PEN)。該導電層可具有15 nm與200 nm之間之厚度,且該基板可具有25 μm與500 μm之間之厚度,使得該生物感測器元件可具有不超過20%之可見光傳輸。該電極可為該生物感測器之一工作電極。 本發明之一或多個實施例係關於一種用於形成一生物感測器之一電極之方法。該方法包括(a)提供一基板;(b)提供一標靶;及(c)利用來自該標靶之材料物理氣相沉積該基板之至少一部分,藉此於該基板上形成一導電層。該導電材料可包括鎳及鉻,其中基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層中之該鎳及鉻之組合重量百分比可在80重量百分比至小於95重量百分比、或81重量百分比至94重量百分比、或82重量百分比至94重量百分比、或83重量百分比至94重量百分比、或84重量百分比至94重量百分比、或85重量百分比至94重量百分比、或86重量百分比至94重量百分比之範圍內。該導電層可具有小於2000歐姆每平方之薄層電阻。基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層可進一步包括在72重量百分比至81重量百分比之範圍內之鎳、在14重量百分比至17重量百分比之範圍內之鉻及在6重量百分比至11重量百分比、或6重量百分比至10重量百分比之範圍內之鐵,且其中基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層可進一步包括在0.01重量百分比至1.0重量百分比之範圍內之錳、在0.01重量百分比至0.5重量百分比之範圍內之銅及在0.01重量百分比至0.5重量百分比之範圍內之矽。該導電層可藉由一般技術者已知之任何方法(例如藉由物理氣相沉積)塗布於該基板上,該基板可包括本技術中所描述及/或本文所描述之任何聚合物,包含(但不限於) PET、經改質PET (諸如PETG或PCTG)、PCT、經改質PCT、聚酯(包括TMCD AND CHDM、PCCD、或PEN)。該導電層可具有15 nm與200 nm之間之厚度,且該基板可具有25 μm與500 μm之間之厚度,使得該生物感測器元件可具有不超過20%之可見光傳輸。該電極可為該生物感測器之一工作電極,且該生物感測器可為一血糖感測器。
本發明大體上係關於諸如用於一生物感測器中之一電極之一元件。如本文所使用,術語「生物感測器」應指示一種用於分析生物樣本之器件。在一些實施例中,如圖1中所繪示,生物感測器元件可為一分層薄膜電極100且可廣泛地包括一基板102及塗布於基板102之至少一部分上之一導電層104。在一些實施例中,生物感測器可為一醫療感測器(諸如一葡萄糖量測系統)且生物感測器元件可為與生物感測器一起使用之一測試條。如本文所使用,術語「醫療感測器」應指示用於醫療監測及/或診斷之一生物感測器。例如,如圖2中所繪示,一些實施例預期生物感測器元件將包括包含由一反應空間112自一第二電極100a分離之一第一電極100之一測試條110。第一電極100可包括一工作電極且第二電極100a可包括一參考電極或一相對電極或經組合之一參考及相對電極。因而,一生物樣本(諸如一滴血)可放置於反應空間112內且與第一電極100及第二電極100a電接觸以分析。如本文所使用,術語「血糖感測器」應指示用以判定血中之葡萄糖之一濃度之一醫療感測器。另外,與生物樣本反應之一生物反應物(例如一蛋白質、一酶(例如葡萄糖氧化酶、葡萄糖脫氫酶或其類似者)及一介質(例如鐵氰化物、釕複合物、鋨複合物、醌、啡噻嗪、啡噁嗪或其類似者)可形成於一或兩個電極(例如工作電極)上。 不同於習知物理氣相沉積之生物感測器元件(其通常包含及/或使用貴金屬(諸如鈀及/或金)),本文所描述之生物感測器元件可由非貴金屬合金(諸如包含鎳及鉻之非貴金屬合金)形成。然而,本文所描述之非貴金屬合金可在量測生物樣本時展現優異一致性及準確度。因此,藉由使用包括本文所描述之非貴金屬合金之生物感測器元件,可顯著減少通常與生物感測器元件之製造及使用相關聯之材料及製造成本。 本發明之實施例提供由任何類型之材料(撓性或剛性)形成之基板102,其大體上係非導電的且對本文所描述之涵蓋化學反應呈化學惰性。在某些實施例中,生物感測器元件之基板102可包括一撓性非導電薄膜(包含聚合物)(諸如一聚合薄膜、一聚酯薄膜、一聚碳酸酯薄膜或其類似者)。在某些特定實施例中,基板102可包括一聚對苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜。本發明之實施例涵蓋基板102可具有至少25 µm、至少125 µm或至少250 µm及/或不超過800 µm、不超過500 µm或不超過400 µm之厚度。在某些實施例中,基板102可具有介於25 µm至800 µm之間、25 µm至500 µm之間或25 µm至400 µm之間、介於125 µm至800 µm之間、125 µm至500 µm之間或125 µm至400 µm之間、或介於250 µm至800 µm之間、250 µm至500 µm之間或250 µm至400 µm之間之厚度。 塗布於基板102上之導電層104可包括一或多種非貴金屬。此導電層104可經由一或多種物理氣相沉積技術(諸如濺鍍塗布(例如磁控濺鍍、非平衡磁控濺鍍、面向標靶濺鍍或其類似者)、熱蒸鍍、電子束蒸鍍、電弧蒸鍍、共蒸鍍、離子鍍或其類似者)塗布於基板102上。導電層104可塗布於基板102上至少1 nm、至少10 nm、至少15 nm或至少30 nm及/或不超過1000 nm、不超過200 nm、不超過100 nm或不超過50 nm之厚度。在某些實施例中,導電層104可具有1 nm至1000 nm之間、1 nm至200 nm之間、1 nm至100 nm之間或1 nm至50 nm之間、10 nm至1000 nm之間、10 nm至200 nm之間、10 nm至100 nm之間或10 nm至50 nm之間、15 nm至1000 nm之間、15 nm至200 nm之間、15 nm至100 nm之間或15 nm至50 nm之間或30 nm至1000 nm之間、30 nm至200 nm之間、30 nm至100 nm之間或30 nm至50 nm之間之厚度。 導電層104可塗布於基板102上,使得所得薄膜電極100將大體上對可見光不透明。例如,所得薄膜電極100可具有不超過50%、不超過40%、不超過30%或不超過20%之可見光傳輸,如由ASTM D1003所量測。在某些實施例中,所得薄膜電極100可具有1%至50%之間、10%至40%之間、15%至30%之間或約20%之可見光傳輸。另外,所得薄膜電極100可具有不超過5000歐姆每平方、不超過2000歐姆每平方、不超過100歐姆每平方、不超過80歐姆每平方、不超過60歐姆每平方、不超過50歐姆每平方、不超過40歐姆每平方、不超過20歐姆每平方、不超過10歐姆每平方或不超過5歐姆每平方之薄層電阻。在一些實施例中,所得薄膜電極100可具有1歐姆每平方至5000歐姆每平方、2歐姆每平方至2000歐姆每平方、5歐姆每平方至100歐姆每平方、10歐姆每平方至80歐姆每平方、20歐姆每平方至60歐姆每平方或40歐姆每平方至50歐姆每平方之薄層電阻。 本文所描述之非貴金屬(其等形成一導電層104)可由鎳及鉻之合金組成。例如,下文之表1繪示用以製備一生物感測器元件之導電層104之非貴金屬合金。表1包含具有可變量之鐵之鎳及鉻之合金。 除上文在表1中所描述之量之外,在某些實施例中,包含於包括電極之導電層(例如生物感測器元件之導電層104)之非貴金屬合金中之鎳及鉻之量可取決於電極(例如生物感測器元件)之具體要求改變。在各種實施例中,非貴金屬合金可包括至少約70重量百分比、至少約71重量百分比或至少約72重量百分比及/或高達約81重量百分比、高達約80重量百分比、高達約78重量百分比、高達約77重量百分比、高達約76重量百分比或高達約75重量百分比之鎳。在某些實施例中,非貴金屬合金可包括在約70重量百分比至81重量百分比、71重量百分比至81重量百分比、72重量百分比至81重量百分比、70重量百分比至80重量百分比、70重量百分比至78重量百分比、70重量百分比至77重量百分比、71重量百分比至80重量百分比、71重量百分比至78重量百分比、71重量百分比至77重量百分比、71重量百分比至75重量百分比、72重量百分比至80重量百分比、72重量百分比至79重量百分比、72重量百分比至78重量百分比、72重量百分比至77重量百分比、72重量百分比至76重量百分比或72重量百分比至75重量百分比之範圍內之鎳。另外,在各種實施例中,非貴金屬合金可包括至少約12重量百分比、至少約13重量百分比、至少約14重量百分比及/或高達約25重量百分比、高達約20重量百分比、高達約19重量百分比、高達約18重量百分比或高達約17重量百分比之鉻。更特定言之,非貴金屬合金可包括在約12重量百分比至25重量百分比、13重量百分比至20重量百分比、13重量百分比至19重量百分比、13重量百分比至18重量百分比、13重量百分比至17重量百分比、14重量百分比至20重量百分比、14重量百分比至19重量百分比、14重量百分比至18重量百分比或14重量百分比至17重量百分比之鉻。 在某些實施例中,包含於包括電極(例如生物感測器元件)之導電層之非貴金屬合金中之鎳及鉻之量可取決於生物感測器元件之具體要求而改變如下:12重量%至25重量%之鉻及70重量%至81重量%之鎳;或13重量%至20重量%之鉻及70重量%至81重量%之鎳;或13重量%至19重量%之鉻及70重量%至81重量%之鎳;或13重量%至18重量%之鉻及70重量%至81重量%之鎳;或13重量%至17重量%之鉻及70重量%至81重量%之鎳、或14重量%至20重量%之鉻及70重量%至81重量%之鎳;或14重量%至19重量%之鉻及70重量%至81重量%之鎳;或14重量%至18重量%之鉻及70重量%至81重量%之鎳;或14重量%至17重量%之鉻及70重量%至81重量%之鎳;或13重量%至20重量%之鉻及71重量%至81重量%之鎳;或13重量%至19重量%之鉻及71重量%至81重量%之鎳;或13重量%至18重量%之鉻及71重量%至81重量%之鎳;或13重量%至17重量%之鉻及71重量%至81重量%之鎳;或14重量%至20重量%之鉻及71重量%至81重量%之鎳;或14重量%至19重量%之鉻及71重量%至81重量%之鎳;或14重量%至18重量%之鉻及71重量%至81重量%之鎳;或14重量%至17重量%之鉻及71重量%至81重量%之鎳;或13重量%至20重量%之鉻及72重量%至81重量%之鎳;或13重量%至19重量%之鉻及72重量%至81重量%之鎳;或13重量%至18重量%之鉻及72重量%至81重量%之鎳;或13重量%至17重量%之鉻及72重量%至81重量%之鎳;或14重量%至20重量%之鉻及72重量%至81重量%之鎳;或14重量%至19重量%之鉻及72重量%至81重量%之鎳;或14重量%至18重量%之鉻及72重量%至81重量%之鎳;或14重量%至17重量%之鉻及72重量%至81重量%之鎳;或13重量%至18重量%之鉻及70重量%至80重量%之鎳;或13重量%至17重量%之鉻及70重量%至80重量%之鎳;或14重量%至18重量%之鉻及70重量%至80重量%之鎳;或14重量%至17重量%之鉻及70重量%至80重量%之鎳;或13重量%至18重量%之鉻及71重量%至80重量%之鎳;或13重量%至17重量%之鉻及71重量%至80重量%之鎳;或14重量%至18重量%之鉻及71重量%至80重量%之鎳;或14重量%至17重量%之鉻及71重量%至80重量%之鎳;或13重量%至18重量%之鉻及72重量%至80重量%之鎳;或13重量%至17重量%之鉻及72重量%至80重量%之鎳;或14重量%至18重量%之鉻及72重量%至80重量%之鎳;或14重量%至17重量%之鉻及72重量%至80重量%之鎳;所有此等重量百分比基於等於100重量百分比之導電層之總重量百分比。 包括電極(例如生物感測器元件)之導電層之非貴金屬合金亦可包含鐵。在各種實施例中,非貴金屬合金可包括至少約5重量百分比、至少約6重量百分比或至少約7重量百分比及/或高達約12重量百分比、高達約11重量百分比、高達約10重量百分比或高達約9重量百分比之鐵。在某些實施例中,基於等於100重量百分比之導電層之總重量,非貴金屬合金可包括在大約5重量百分比至小於12重量百分比、或約6重量百分比至約11重量百分比、或6重量百分比至10重量百分比、6重量百分比至9重量百分比、7重量百分比至11重量百分比、7重量百分比至10重量百分比、7重量百分比至9重量百分比之範圍內或約9重量百分比之鐵。 除本發明中可呈現之鎳、鉻及鐵之外之非貴金屬合金可包含I族如下:錳及銅。除本發明中可呈現之鎳、鉻及鐵之外之非貴金屬合金可包含II族如下:碳及矽。本發明中有用之所有金屬合金之重量百分比基於等於100重量百分比之導電層中之材料之總重量百分比。 在某些實施例中,導電層可進一步包括至少約0.001重量百分比、至少約0.01重量百分比或至少約0.1重量百分比及/或高達1.0重量百分比、高達0.9重量百分比、高達0.8重量百分比、高達0.7重量百分比或高達0.6重量百分比之錳。在某些實施例中,非貴金屬合金可包括在約0.001重量百分比至約1.0重量百分比、約0.01重量百分比至約1.0重量百分比、約0.1重量百分比至約1.0重量百分比之範圍內或小於約1.0重量百分比之錳。 在某些實施例中,導電層可進一步包括至少約0.001重量百分比、至少約0.01重量百分比、至少約0.1重量百分比或至少約0.2重量百分比及/或高達0.5重量百分比、高達約0.4重量百分比或高達約0.3重量百分比之銅。在某些實施例中,非貴金屬合金可包括在約0.001重量百分比至約0.5重量百分比、約0.01重量百分比至約0.5重量百分比、約0.1重量百分比至約0.5重量百分比之範圍內或小於約0.5重量百分比之銅。 在某些實施例中,導電層可進一步包括0.015重量百分比之一最大值之矽。在某些實施例中,導電層可包括0.15重量百分比之一最大值之碳。 在某些實施例中,基於導電層之總重量,導電層含有呈小於1重量百分比、或小於0.8重量百分比、或小於0.6重量百分比、或小於0.4重量百分比、或小於0.2重量百分比或小於0.1重量百分比之量之鉬(若存在)。在實施例中,導電層實質上無鉬。在實施例中,導電層不含有鉬。 在某些實施例中,導電層不含有或實質上無以下元素種類:鉬、鈮、鈷、鋁、鈦、磷或硼,或在存在任何種類之實施例中,此等種類呈小於0.25重量百分比、或小於0.2重量百分比、或小於0.1重量百分比、或小於0.05重量百分比、或微量或更少之量。在某些實施例中,導電層不含有或實質上無以下元素種類:鉬、鈮、鈷、鋁、鈦、磷或硼。 在某些實施例中,包含於包括電極(例如生物感測器元件)之導電層之非貴金屬合金中之鎳、鉻及鐵之量可取決於生物感測器元件之具體要求而改變如下:13重量%至25重量%之鉻、70重量%至81重量%之鎳及大於5重量%至小於12重量%之鐵;或13重量%至20重量%之鉻、70重量%至81重量%之鎳及6重量%至11重量%之鐵;或13重量%至18重量%之鉻、70重量%至81重量%之鎳及6重量%至11重量%之鐵;或14重量%至17重量%之鉻、70重量%至81重量%之鎳及6重量%至11重量%之鐵;或13重量%至18重量%之鉻、72重量%至81重量%之鎳及6重量%至11重量%之鐵;或14重量%至17重量%之鉻、72重量%至81重量%之鎳及6重量%至11重量%之鐵;或14重量%至17重量%之鉻、72重量%至81重量%之鎳及6重量%至10重量%之鐵,所有此等重量百分比基於等於100重量百分比之導電層之總重量百分比。 本發明中之導電層可由包括本申請案中所揭示之合金組合物之任何者之一單層構成。在某些實施例中,合金組合物含有一合金,其可為元素之一固體溶液(一單相)、金屬相之一混合物(兩個或兩個以上溶液)或相之間無明顯邊界之一金屬間化合物。 如熟習技術者將易於瞭解,非貴金屬合金之元素可包括附帶雜質。如本文所使用,「附帶雜質」指稱用以產生非貴金屬合金之礦石中自然出現或在生產程序期間無意添加之任何雜質。非貴金屬合金可包括小於約0.1重量百分比、小於約0.05重量百分比或小於約0.001重量百分比之附帶雜質。 本文所描述之非貴金屬合金亦可含有除上文所描述之元素之外之一或多個額外合金元素。然而,在各種實施例中,非貴金屬合金可實質上無此等額外合金元素。如本文所使用,術語「事實上無」及「實質上無」意謂非貴金屬合金包括小於0.001重量百分比之此等額外合金組分。此外,可互換地使用術語「事實上無」及「實質上無」。 在本發明之某些實施例中,本文所描述之生物感測器元件可藉由執行以下步驟來製備: (a)提供一基板; (b)提供一標靶;及 (c)利用來自該標靶之材料物理氣相沉積該基板之至少一部分,藉此於該基板上形成一導電層。 提供一基板之步驟(a)可包含提供任何類型之材料(諸如PET),如先前所描述。在某些實施例中,基板將包括可在一高真空室內致動之一片基板材料。該片基板材料可包括材料之一單一區段(諸如一方片)。在一些其他實施例中,基板材料片可包括經由一卷對卷機制通過該高真空室之一卷材料,如下文將更詳細描述。在其他實施例中,基板可保持靜止或可在沉積期間旋轉,如下文亦將描述。 提供一標靶之步驟(b)可包含提供由先前所描述之非貴金屬合金之任何者組成之一物理氣相沉積之標靶。例如,在一些實施例中,包括表1中所列之合金(合金1至15)之該物理氣相沉積之標靶。此等合金標靶可包括小於約0.1重量百分比、小於約0.05重量百分比或小於約0.001重量百分比之附帶雜質。在一些實施例中,在物理氣相沉積程序期間,該物理氣相沉積之標靶將容置於一電極內及/或將包括一電極(諸如一濺鍍陰極)。在某些實施例中,該物理氣相沉積之標靶可為具有至少2 cm、至少4 cm、至少8 cm、至少12 cm、至少16 cm或至少20 cm之一直徑之一圓。在其他實施例中,該物理氣相沉積之標靶可為具有至少2 cm、至少4 cm、至少8 cm或至少16 cm之一內徑及20 cm、24 cm、28 cm或32 cm之一外徑之一管狀標靶。在其他實施例中,該物理氣相沉積之標靶可為具有以下尺寸之矩形:5 cm至25 cm之間之一寬度、25 cm至75 cm之間之一長度及0.3 cm至5 cm之間之厚度。然而,應理解本發明之實施例預期使用其他形狀及大小之標靶。 物理氣相沉積之步驟(c)大體上包含使用來自非貴金屬合金標靶之材料塗布基板以形成導電層。如本文所使用,術語「物理氣相沉積」應指示藉由提供蒸鍍材料之冷凝使薄膜沉積於一基板上。可使用先前所描述之任何類型之物理氣相沉積程序(即濺鍍塗布、熱蒸鍍、電子束蒸鍍、電弧蒸鍍、共蒸鍍、離子鍍或其類似者)來執行物理氣相沉積之塗布。例如,在一些實施例中,物理氣相沉積步驟將經由一濺鍍程序執行,其中基板藉由經由濺鍍器件濺鍍非貴金屬合金標靶而塗有導電層。此一濺鍍類型物理氣相沉積之具體實例將在下文更詳細描述。具有塗布於其上之導電層之所得基板可用作為一生物感測器元件(諸如一電極)。此等電極可包含一工作電極、一參考電極及/或一相對電極。在某些實施例中(諸如當一卷基板材料經由一卷對卷物理氣相沉積程序真空塗有一導電層時),所得薄膜片可切開至適當大小以形成針對生物感測器元件特定設定大小之一薄膜電極。在其他實施例中,生物感測器元件可藉由蝕刻(諸如化學蝕刻或雷射蝕刻)由該薄膜片形成。在其他實施例中,生物感測器元件可使用一圖案化遮罩(其位於基板上)形成且導電層物理氣相沉積於其上以形成生物感測器元件。 在某些特定實施例中,生物感測器元件可經由包含卷對卷磁控濺鍍之一卷對卷物理氣相沉積程序產生。例如,具有在自25 µm至250 µm之範圍內之厚度 及33.02 cm之寬度之包括由PET (聚對苯二甲酸乙二酯)製成之一聚合物薄膜的一基板片可使用一77.50 cm寬卷對卷磁控濺鍍塗布器(諸如由Applied Materials, Inc.提供之Smartweb塗布器或由CHA Industries, Inc.提供之Mark 80)濺鍍。可採用一單標靶構形或一雙標靶構形以沉積非貴金屬合金(諸如來自表1之合金)之一導電層。可使用由一非貴金屬合金板(諸如可自Tricor Industries Inc.獲得)組成之一標靶。可使用一擴散及機械泵抽組合將濺鍍塗布器之一真空室泵入至少10-5 Torr之基礎壓力。在其他實施例中,可使用一機械泵、一渦輪泵、一低溫泵及/或一油擴散泵之一組合。可使用2 KW電源供應器(諸如自Advanced Energy Inc.提供)賦能容置具有15.24 cm X 30.48 cm之一大體上矩形形狀之非貴金屬合金標靶之磁控濺鍍陰極。至真空室中之一氬氣流動可經控制(諸如經由一MKS模型1179A流量控制器)以設定3 mTorr至10 mTorr之間之一濺鍍壓力以在濺鍍程序期間使用。 濺鍍導電層之厚度及薄層電阻可藉由控制特定程序參數而有效地原位控制。程序參數之實例包含卷對卷網速(即當基板片在濺鍍期間行進通過真空室時控制其速度)、供應至濺鍍標靶之電力(即施加於形成於標靶表面附近之電漿之電壓及電流至一產物)、濺鍍腔室中之氣壓及呈現於腔室中之標靶之數目。例如,為濺鍍一給定合金之一導電層,網速可設定為每分鐘0.1米至每分鐘3.5米之間且濺鍍功率密度可設定為每平方cm 2瓦特至每平方cm 8瓦特之間。因而,合金之濺鍍導電層可經形成具有約25 nm之經量測之厚度值及約45歐姆每平方之薄層電阻。 除上文所描述之卷對卷程序之外,可使用相同幾何形狀之一放大版本、使用一大規模卷對卷程序製造生物感測器元件。在此一大規模卷對卷程序中,最大網速可為每分鐘0.1米至每分鐘10米、每分鐘3米至每分鐘7米之間或高於每分鐘10米。該大規模卷對卷程序可提供每平方cm 0.1瓦特至每平方cm 13瓦特之間、每平方cm 2瓦特至每平方cm 10瓦特之間或每平方cm 5瓦特至每平方cm 8瓦特之間之一濺鍍功率密度。另外,標靶之數目可包含2個、4個、6個或6個以上,且基板片之網寬度可為自75 cm或更大。 實施例額外預期可利用物理氣相沉積程序,其中基板片固定地固持於真空室內。某些此等實施例在下文之[實例]章節中詳細描述。在一些實施例(其中基板片固定地固持)中,用於將導電層沉積於基板片上之沉積時間可為5分鐘、10分鐘、15分鐘、30分鐘或30分鐘以上。 如上文先前所述,包含由本文所描述之非貴金屬合金形成之導電層之生物感測器元件可展現使生物感測器元件特別良好地適於併入貴金屬(諸如鈀及/或金)之生物感測器元件之替代物之期望電化學性質。例如,本發明之實施例之生物感測器元件可包括經形成具有當經理計時電流法測試時展現期望劑量反應特性之一非貴金屬合金導電層之一薄膜電極。 在各種實施例中,導電層可包括鎳、鉻及鐵(呈如上文所討論之量)且導電層可具有小於400毫伏(mV)、或小於390毫伏(mV)、或小於380毫伏(mV)、或小於375毫伏(mV)、或小於360毫伏(mV)、或小於350毫伏(mV)、或小於340毫伏(mV)、或小於330毫伏(mV)、或小於325毫伏(mV)、或小於320毫伏(mV)、或小於310毫伏(mV)、或小於300毫伏(mV)、或小於290毫伏(mV)、或小於280毫伏(mV)、或小於275毫伏(mV)、或小於270毫伏(mV)、或小於260毫伏(mV)之Fe(II)[CN]6 介質之一氧化波電壓(下文識別為E峰值,陽極 ),如一類型1線性掃描伏安法測試中所判定(如[實例]章節中所討論)。 本發明可由本發明之實施例之以下實例進一步繪示,儘管應理解除非本文另有指示,否則此等實例僅為繪示而包含且不意欲限制本發明之範疇。實例 薄膜電極之製備 對於下文所描述之實例之各者,呈薄膜電極之形式之生物感測器元件藉由下文所描述之物理氣相沉積程序形成。應理解可使用以下程序形狀薄膜電極以包含複數個不同類型之元素及元素合金(諸如表1中所列舉之非高貴成分及貴金屬(諸如鈀及金))之一導電層。程序包含藉由以下形成薄膜電極: (a)在一高真空室中使用直流電(「DC」)磁控濺鍍將金屬或金屬合金沉積於10.16 cm x 10.16 cm單位面積PET基板片上,其中已使用一Denton Vacuum Desktop Pro濺鍍器件執行該濺鍍; (b)真空室抽空至~10-5 Torr之一初始基礎壓力; (c)將10 sccm之氬氣引入高真空室中以產生4 mTorr之一沉積壓力; (d)基板片依每分鐘約2轉在真空室內旋轉; (e)金屬或金屬合金之一5.08 cm直徑標靶依40瓦特之一恆定功率固持於DC磁控濺鍍器件下達15分鐘之沉積時間以使用導電層塗布基板片之至少一部分(以初始化標靶,在將基板引入真空室中之前標靶依40瓦特之一恆定功率固持於DC磁控濺鍍器件下達一5分鐘預濺鍍時間);及 (f)在室溫下實施所有沉積。 具有5.08 cm x 7.62 cm之一大小之個別薄膜電極自由物理氣相沉積形成之薄膜電極膜切割,如上文所提供。使用呈一三電極構形之一Gamry Instruments Reference 600恆電位器實施電化學實驗,其中含有薄膜電極膜之電化學電池定位於一Gamry Instruments VistaShield Faraday內部。薄膜電極之各者藉由使用具有模切至其之一單一3 mm直徑孔隙之電鍍膠帶部分地遮蔽薄膜電極而形成為一工作電極,因而,由薄膜電極之模切孔隙形成之一無遮部分提供0.0707平方cm之一幾何工作電極表面積。薄膜電極之無遮蔽部分之另一不同區域充當至恆電位器之一工作電極導線之一電連接點。薄膜電極之遮蔽部分放置於非導電材料(諸如塑膠)之一扁平支撐塊上。此後,薄膜電極放置於一玻璃電化學電池之一工作電極端口中。薄膜電極之經曝露之3 mm直徑部分定位於電化學電池之工作電極端口之一底部開口之一中心附近。使用一夾鉗及一O形環密封電化學電池之工作電極端口。電化學電池亦含有包括一飽和甘汞參考電極及一碳輔助電極之一參考電極。參考電極及輔助電極分別放置於一參考電極端口及一輔助電極端口中。另外,參考電極及輔助電極分別連接至恆電位器之一參考導線及一輔助導線。電化學電池亦包含一氣流端口,藉此使用惰性氣體(諸如氮氣)進行脫氣作用及圍包測試溶液。 根據上文所討論之程序,薄膜電極由含有變化量之鎳、鉻及鐵之合金製備。所使用之合金列於下文之表1中。 表1:合金(以重量%為單位之元素)
Figure 106119558-A0304-0001
金1至8及10至15使用根據表1之成分客製。此等合金據信實質上無任何其他元素。合金9係一市售INCONEL® 600合金,其據信包含表1中未展示之某些元素之額外微量(或較高)濃度。 額外薄膜電極由市售非貴金屬合金製備。所使用之市售合金全部在商標名稱Inconel®下銷售。各種Inconel®金屬合金之所報導之合金組合物列於下文之表2中。 表2:Inconel®合金(源:www.specialmetals.com/alloys)
Figure 106119558-A0304-0002
* 代表最大濃度類型 1 線性掃描伏安法測試描述 一類型1線性掃描伏安法測試可用以測試薄膜電極之電化學回應。類型1線性掃描伏安法測試包括以下步驟:將含有pH 7.1處之145 mM氯化鈉之50 ML之10 mM磷酸鉀放置於電化學電池中且使用塞子密封電化學電池。與氣流端口相關聯之進氣口及出氣口配件允許使用一介質多孔濾棒使惰性氣體經由氮之一氣流噴灑(即脫氣作用)緩衝溶液。氣流端口額外地允許氣流自該濾棒切換成一頂隙-圍包配置。出氣口連接至一油起泡器以防止外部氣體(例如空氣)逆擴散至電化學電池中。在將氣流切換成一圍包構形之前,使用一磁性攪棒攪拌緩衝溶液同時噴灑氮達至少5分鐘。在經由類型1線性掃描伏安法測試實施電化學實驗期間不自噴灑或其他方式呈現無攪拌之緩衝溶液(即溶液在電化學測試期間靜止)。 對包括電化學電池內之工作電極之薄膜電極執行一線性掃描伏安法測試。線性掃描伏安法之初始電壓電位係0 V對斷路電位(亦稱為靜止電位),如工作電極與參考電極(即飽和甘汞參考電極)之間所量測,且在伏安實驗之前至少10秒之一中止期之後,電壓電位依每秒25 mV亞電化學掃描直至觀察到至少50 µA之一電流。對於含有Fe(II)[CN]6 介質之溶液,介質呈現為1 mM濃度且線性掃描伏安法條件否則與無介質溶液相同。類型 1 線性掃描伏安法測試之應用於薄膜電極 使用類型1線性掃描伏安法測試測試複數個不同薄膜電極。更詳細地,測試經形成具有選自表1中所列之非貴金屬合金(合金1至15)之各者之一導電層之一薄膜電極。具體而言,測試以下薄膜電極:經形成分別具有合金1至15之一導電層之薄膜電極。另外,測試經形成具有表2中所列之各種INCONEL®金屬合金之一導電層之薄膜電極。 圖3至圖7中以圖形繪示此等測試之結果。表1展示Fe(II)[CN]6 介質之氧化波電壓(資料列於名稱為E峰值,陽極 之行中)之一數值表示。表1亦展示+0.76V處發生之氧化波之峰值陽極電流對SCE參考電極(資料列於名稱為i0.76V 之行中)。此峰值陽極電流值可解譯為表1中所列之任何特定合金之陽極穩定性之一指示器。大體上可期望用於生物感測器中之薄膜電極展現儘可能低之一電壓處之發生之Fe(II)[CN]6 之一峰值陽極電流。大體上亦可期望用於生物感測器中之薄膜電極在特定電極電位之影響下展現最小化及/或減少電流。圖3係使用一無介質磷酸鹽緩衝溶液對來自表1之特定合金實施之一類型1線性掃描伏安法測試之一圖表且繪示依據鐵含量之合金之背景電流及陽極穩定性。如圖3中所繪示,由合金5、6、9及11 (來自表1)形成之薄膜電極展示當鐵含量增加時繼續改良之陽極擊穿。如圖5中所繪示,+0.76V處之電流對SCE在合金中之低Fe濃度處迅速減少且接著在8%至30% Fe濃度範圍內較緩慢減少。圖3之一審查顯示自5重量%增加至12重量%之經測試之合金之鐵含量導致較大陽極穩定性。其通常可為一電極膜之一期望特性以具有足夠陽極穩定性使得電極自身之氧化不係由葡萄糖儀量測之電流之一顯著貢獻者,其(電極之氧化)將導致所報道之葡萄糖結果之正偏壓及減弱準確度。 圖4係使用一磷酸鹽緩衝溶液及一Fe(II)[CN]6 介質對用於圖3之來自表1之相同合金(合金5、6、9及11)實施之一類型1線性掃描伏安法測試之一圖表,且繪示異質電子轉移動力學,其中Fe(II)[CN]6 之氧化在由電壓所指示之此等合金之Fe(II)[CN]6 介質處發生。圖6繪示表1中所列之所有合金之氧化波之電壓。對於特定合金,異質電子轉移動力學較低使得難以區分Fe(II)[CN]6 介質之氧化之一波。對於此等難以區分之波,字母「B」作圖於+0.4V處,其指示波較寬且難以識別為一離散氧化波。一較高正(更陽極)電壓指示較慢異質電子轉移動力學。通常,可期望一感測器(諸如一血糖感測器)中之一電極材料具有儘可能快之異質電子轉移動力學使得操作該感測器所需之所施加之氧化電壓儘可能小。在一些實施例中,一生物感測器可依足夠陽極之一電壓操作以引起工作電極電流由電活性種類(例如介質)之擴散來控制。若所施加之電壓太氧化,則可存在於血中之干擾種類(諸如尿酸、乙醯胺酚及其類似者)之氧化可被氧化。此可導致經判定之葡萄糖濃度中之非所要正偏壓及一不太準確之感測器。因此,需要具有足夠快之異質電子轉移動力學以達成儘可能溫和(例如慢)之氧化電位及一足夠陽極穩定之電極膜材料以防止產生於電極材料自身之氧化之大背景氧化電流。圖4之一審查顯示具有亞鐵氰化物之異質電子轉移動力學針對相較於含有12重量%之鐵之合金之含於8重量%之鐵之合金顯著增加。較高鐵含量繼續減緩電子轉移動力學至其變得在一生物感測器應用中不再有用之一點。據信用於一生物感測器中之一電極膜應在足夠快之異質電子轉移動力學與有用之足夠陽極穩定性之間具有一適當平衡。 圖7係使用一磷酸鹽緩衝溶液及一Fe(II)[CN]6 介質對來自表2之合金實施之一類型1線性掃描伏安法測試之一圖表且繪示具有用於此等合金之亞鐵氰化物之異質電子轉移動力學。三種合金之各者之Fe(II)[CN]6 氧化波在圖表中使用一*指示。圖7之一審查顯示Inconel® 600合金具有優於Inconel® 625合金及Inconel® X750合金兩者之電子轉移動力學,如由一不太陽極氧化波所指示。圖7之進一步審查顯示Inconel 625之陽極穩定性顯著小於Inconel® 600及Inconel® X750之陽極穩定性,如由源自電極膜之陽極擊穿之氧化電流在該處快速產生之電位所指示(在圖表中標記為「AB」)。Inconel® 783合金對濺鍍太磁性(透過DC磁控濺鍍)且一薄膜電極可不形成。 本發明之實施例之以上詳細描述意欲足夠詳細地描述本發明之各種態樣以使熟習技術者能夠實踐本發明。可在不會背離本發明之範疇之情況下利用其他實施例及實行改變。因此,以上詳細描述不具限制性。本發明之範疇僅由呈現於後續規則公用應用中之申請專利範圍以及此等申請專利範圍享有之等效物之全範疇界定。 在本描述中,參考「一實施例」或「實施例」意謂所參考之該(等)圖包含於本技術之至少一實施例中。除非如此陳述及/或除熟習技術者自本描述所易於明白之外,否則本描述中單獨參考「一實施例」或「實施例」不必要指稱相同實施例且亦不相互排他。例如,一實施例中描述之一特徵、步驟等等亦可包含於其他實施例中,但不必要包含於其他實施例中。因此,本發明可包含本文所描述之實施例之多種組合及/或整合。 發明者特此陳述其意圖以依靠均等論以將本發明之合理地公平範疇判定及評估為其係關於材料上不背離但超出如以下申請專利範圍中所闡述之本發明之文字範疇之任何裝置。定義 應理解下文不意欲為所界定之術語之一排他性列表。諸如(例如)當伴隨使用內文中之經界定之一術語時可在前述描述中提供其他定義。 如本文所使用,術語「一」及「該」意謂一或多個。 如本文所使用,術語「及/或」在用於兩個或兩個以上項目之一列表中時意謂所列之項目之任一者可由自身採用或可採用所列之項目之兩者或兩者以上之任何組合。例如,若一組合物被描述為含有組分A、B及/或C,則該組合物可僅含有A;僅含有B;僅含有C;A與B組合;A與C組合、B與C組合;或A、B與C組合。 如本文所使用,術語「包括」係用以自術語之前所敘述之一主體過渡至術語之後所敘述之一或多個要素的開放式過渡術語,其中過渡術語之後所列出之該或該等要素未必為組成主體之僅有要素。 如本文所使用,術語「具有」具有相同於上文所提供之「包括」之開放端意義。 如本文所使用,術語「包含」具有相同於上文所提供之「包括」之開放端意義。數值範圍 本發明使用數值範圍來量化有關本發明之特定參數。應理解當提供數值範圍時,此等範圍被解釋為提供針對僅列舉範圍之下限值之聲明限制及僅列舉範圍之上限值之聲明限制之文字支持。例如,10至100之所揭示之一數值範圍提供針對列舉「大於10」(無上界)之一聲明及列舉「小於100」(無下界)之一聲明之文字支持。
100‧‧‧分層薄膜電極/第一電極100a‧‧‧第二電極102‧‧‧基板104‧‧‧導電層110‧‧‧測試條112‧‧‧反應空間
本文參考以下圖式描述本發明之實施例,其中: 圖1係本發明之實施例之一薄膜電極生物感測器元件之一截面示意性繪示; 圖2係本發明之實施例之一測試條生物感測器元件之一示意性繪示; 圖3係描繪一無介質溶液中之薄膜電極之一線性掃描伏安圖的一圖表; 圖4係描繪一含介質溶液中之薄膜電極之一線性掃描伏安圖的一圖表; 圖5係描繪依據一系列薄膜電極中之鐵濃度之+0.76V之一電壓處之以微安培為單位之經量測之電流對一無介質溶液中之一SCE參考電極的一圖表; 圖6係描繪用於Fe(II)[CN]6 介質之氧化之峰值電流發生之電壓的一圖表;及 圖7係描繪無介質緩衝溶液及含Fe(II)[CN]6 介質緩衝溶液兩者中之表2中列舉之特定Inconel®合金之一線性掃描伏安圖的一圖表。

Claims (18)

  1. 一種用於分析一生物樣本之生物感測器元件,該生物感測器元件包括:一基板;一導電層,其塗布於該基板上,及一生物反應物,其用於與該生物樣本電化學反應,其中該導電層包括鎳、鉻及鐵,其中該導電層中之鎳及鉻之組合重量百分比係在80重量百分比至小於95重量百分比之範圍內,其中該導電層中之鐵之重量百分比係大於5重量百分比且小於12重量百分比,其中該導電層中之鎳之重量百分比係72重量百分比或更大。
  2. 如請求項1之生物感測器元件,其中該生物感測器元件包括一電極。
  3. 如請求項2之生物感測器元件,其中該電極係一工作電極或一參考電極或一相對電極。
  4. 如請求項1之生物感測器元件,其中該生物感測器係一血糖感測器。
  5. 如請求項1之生物感測器元件,其中該生物感測器元件包括一測試條。
  6. 如請求項1之生物感測器元件,其中該基板具有介於25μm與500μm之間之厚度,且該導電層具有介於15nm與200nm之間之厚度。
  7. 如請求項1之生物感測器元件,其中該導電層係物理氣相沉積於該基板上。
  8. 如請求項7之生物感測器元件,其中該導電層係濺鍍於該基板上。
  9. 如請求項1之生物感測器元件,其中該導電層中之鐵之重量百分比係在自6重量百分比至11重量百分比之範圍內。
  10. 如請求項9之生物感測器元件,其中該導電層中之鉻之重量百分比係大於13重量百分比且小於18重量百分比。
  11. 如請求項10之生物感測器元件,其中該導電層中之鉻之重量百分比係在自14重量百分比至17重量百分比之範圍內。
  12. 如請求項1之生物感測器元件,其中基於等於100重量百分比之該導電層之總重量,該導電層不包含以大於1重量百分比之量存在之任何其他元素種類。
  13. 如請求項1之生物感測器元件,其中該導電層包括0重量百分比至0.2 重量百分比之鉬。
  14. 如請求項13之生物感測器元件,其中該導電層不含鉬。
  15. 如請求項1之生物感測器元件,其中該基板包括一撓性非導電薄膜。
  16. 如請求項1之生物感測器元件,其中該基板包括聚對苯二甲酸乙二酯(PET)。
  17. 如請求項1之生物感測器元件,其中該生物感測器元件具有不超過20%之可見光傳輸。
  18. 如請求項1之生物感測器元件,其中該生物感測器元件具有不超過100歐姆每平方之薄層電阻。
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