[发明专利]由物理气相沉积制备的生物传感器电极

说明书

提供了生物传感器组件，其提供用于生物传感器，如血糖传感器的增强特性。该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。该导电层包括镍和铬，以使该导电层中的镍与铬的组合重量百分比为50至100重量%，其中该导电层中的镍的重量%为大于20重量%或其中电阻层的厚度小于20 nm。

发明背景。

技术领域

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那些电极的物理气相沉积组件。更特别地，本发明涉及用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那些电极。

相关技术描述

用于分析生物样品的生物传感器正在变得越来越普遍。例如，随着世界人口中糖尿病病例的增加，对用于测量血糖的生物传感器的需要急剧增加。此类生物传感器通常被称为血糖仪，并通过让使用者将一滴血放在与血糖仪相关的试纸上来操作。该试纸配置成对血滴中的葡萄糖量具有反应性，使得血糖仪可以检测和显示使用者血液的葡萄糖水平。

用于血糖仪类型的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）构成。此外，与生物样品反应的生物反应物，例如酶（例如葡糖氧化酶、葡糖脱氢酶等等），和介体（例如铁氰化物、钌络合物、锇络合物、醌类、吩噻嗪类、吩噁嗪类等等）将在一个或两个电极（例如工作电极）上形成。在血糖仪类型的生物传感器的操作中，将一滴血施加到试纸上。随后，将在工作电极上发生与血液中葡萄糖量成比例的电化学反应。更详细而言，葡萄糖首先与生物反应物，例如酶（葡糖氧化酶、葡糖脱氢酶等等），有时为酶辅因子（PQQ、FAD等等）反应，并被氧化成葡糖酸。该生物反应物——例如酶、辅因子或酶-辅因子复合物——临时被两个从葡萄糖转移至酶、辅因子或酶-辅因子复合物的电子还原。接着，被还原的生物反应物（例如酶、辅因子或酶-辅因子复合物）与该介体反应，在该介体以单电子过程被还原的情况下将单个电子转移至两种介体物类（分子或复合物）的每一种。当该介体物类被还原时，该酶、辅因子或酶-辅因子复合物由此返回其原始氧化态。随后，被还原的介体扩散至电极表面，在那里将预先确定的和足够氧化性的电位施加到生物传感器上，使得还原介体被氧化回其原始氧化态。测量由生物传感器氧化该介体物类所生成的电流，并且其与血液中葡萄糖的量成比例地相关。

工作电极的品质在精确测量血液的葡萄糖水平方面起到重要的作用。具体而言，电极的电活性表面积的重现性、特定葡萄糖测量布置中电极的电子转移动力学的批次可重复性、以及电极材料在储存中的长期稳定性，使得在进行测定时由该电极产生的电化学信号是导致血糖试纸准确度提高的所有因素。特别地，重要的是最小化电极电活动所产生的电子信号以防止生物样品的测量和分析中的偏差或噪声。通常，这通过使用本质上为热力学惰性的电极材料（如金、钯、铂、铱等等）来实现。因此，大多数现行血糖仪使用由涂有钯、金或其它贵金属（通常为商业上可行的最纯形式）的基底形成的电极来充当工作电极，并且为了便于制造，通常用于对电极或组合的对电极与参比电极。此类贵金属具有与干扰物质最小程度的反应性，由此提供了提高的耐化学性以便进行一致和精确的测量。但是，在电极中使用此类贵金属的成本可能过高。

已经尝试使用由非贵金属形成的电极以降低生物传感器的制造成本。但是，此类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。因为在生物传感器的典型电压下运行时产生的高背景电流，非贵重材料通常不具有足以用于电化学试纸的阳极稳定性。此外，非贵重材料通常不具有与所需分析物的容易的异质电子转移。因此，用非贵金属形成的电极通常不足以用作许多类型的生物传感器的试纸中的贵金属的直接替代物。除了具有低电响应之外，对生物传感器电极而言同样合意的是与介体具有足够的电子转移动力学。虽然一些建议的非贵金属具有相对低的电化学响应（或合理的阳极稳定性），它们仍不具有可接受的与介体的电子转移动力学。

因此，需要一种能够提供一致和精确的测量，同时能够提供对使用贵金属（例如在生物传感器中）的成本有效的替代方案的电极。特别地，需要由非贵金属合金形成的电极，其可用于生物传感器组件以便一致和精确地测量生物样品。