[发明专利]通过物理气相沉积制备的生物传感器电极

说明书

提供一种生物传感器组件，其提供用于生物传感器，如血糖传感器的增强的特征。所述生物传感器组件包含基底、沉积在基底上的导电层和沉积在导电层上的电阻材料层。所述导电层包含镍、铬和铁，以使所述导电层中的镍和铬的总重量%为25至小于95重量%，所述导电层中的镍的重量%为至少4重量%，所述导电层中的铬的重量%为至少10重量%，所述导电层中的铁的重量%为至少2重量%，且所述导电层包含0至20重量%钼。

背景。

发明领域

本发明大体上涉及电极，例如用于电极，如存在于生物传感器中的电极的物理气相沉积组件。更具体地，本发明涉及由非贵金属合金形成的电极，例如存在于生物传感器组件中的电极。

相关技术描述

用于分析生物样品的生物传感器变得越来越普遍。例如，随着世界人口中的糖尿病病例的增加，对用于测量血糖的生物传感器的需要已显著增长。这样的生物传感器通常被称作血糖仪并通过让使用者将一滴血放在与血糖仪关联的试纸上运行。将试纸配置为对血滴中的葡萄糖量作出反应，以使血糖仪可检测和显示使用者血液的葡萄糖水平。

血糖仪型生物传感器的试纸通常由在基底上形成的两个或更多个电极（例如工作电极和对电极）形成。此外，在一个或两个电极，例如工作电极上形成与生物样品反应的生物反应物，例如酶（例如葡萄糖氧化酶、葡萄糖脱氢酶等），和介体（例如铁氰化物、钌配合物、锇配合物、醌类、吩噻嗪类、吩噁嗪类等）。在血糖仪型生物传感器的运行中，将一滴血施加到试纸上。此后，在工作电极上会发生与血液中的葡萄糖量成比例的电化学反应。更详细地，葡萄糖首先与生物反应物，例如酶（葡萄糖氧化酶、葡萄糖脱氢酶等）和有时酶辅因子（PQQ、FAD等）反应并被氧化成葡糖酸。生物反应物，例如酶、辅因子或酶-辅因子复合体被从葡萄糖转移到酶、辅因子或酶-辅因子复合体的两个电子暂时还原。接着，还原的生物反应物，例如酶、辅因子或酶-辅因子复合体与介体反应，在单电子过程中还原的介体的情况下，向两种介体物质（分子或配合物）各传递单个电子。当介体物质被还原时，酶、辅因子或酶-辅因子复合体由此回到其初始氧化态。然后，还原的介体扩散到电极表面，在此向生物传感器施加预定的和足够氧化的电位以将还原的介体氧化回其初始氧化态。测量通过介体物质被生物传感器氧化生成的电流并按比例与血液中的葡萄糖量相关联。

工作电极的品质在血糖水平的精确测量中起到重要作用。具体而言，电极的电活性表面积的可再现性、在特定葡萄糖测量布置中的电极的电子转移动力学的批次间可重复性和电极材料在储存时的长期稳定性（以使在检测运行时由电极产生的电化学信号）都是使血糖试纸的精确度改进的因素。特别地，重要的是使由电极的电活性产生的电信号最小化以防止在生物样品的测量和分析中的偏差或噪声。通常，这通过使用固有热力学惰性（noble）的电极材料，如金、钯、铂、铱等实现。因此，大多数现有血糖仪使用由被通常商业上可行的最纯形式的钯、金或其它贵金属涂布的基底形成的电极，以充当工作电极，为了易于制造，通常用于对电极或联合对电极和参比电极。这样的贵金属与干扰物质的反应性极低，因此为一致和精确的测量提供增强的耐化学性。但是，在电极中使用此类贵金属的成本令人望而却步。

已经作出使用由非贵金属形成的电极的一些尝试，以降低生物传感器的制造成本。但是，这样的非贵金属电极的电化学响应（例如剂量响应）通常明显偏离由贵金属形成的电极的电化学响应。非贵金属材料（non-precious materials）通常不够阳极稳定以致由于在生物传感器的典型电压下工作时生成的高背景电流而无法用于电化学试纸。此外，非贵金属材料通常没有与所需被分析物的顺利非均质电子转移（heterogeneous electrontransfer）。因此，由非贵金属形成的电极通常不足以在许多类型的生物传感器的试纸中用作贵金属的直接替代。除具有低的电响应外，还希望生物传感器电极具有充足的与介体的电子转移动力学。尽管有人暗示非贵金属具有相对较低的电化学响应（或合理的阳极稳定性），但它们也没有可接受的与介体的电子转移动力学。