[发明专利]燃料电池及包含该燃料电池的分析装置

说明书

技术领域

本发明涉及在分析装置内可以供电的燃料电池，所述的分析装置优选的是侧流试纸条，更优选的是能够自治的。

背景技术

燃料电池为将燃料的化学能转化成电能的装置，只要燃料被供入到电池中，所述的转化便发生。这些装置已经研发十几年，近来在例如医药应用中开始发现利用的机会。

燃料电池不同于传统的电池，因为燃料电池允许连续补充消耗的试剂，即，由外部来源的燃料和氧产生电流，这与具有电池的能量储备的有限能力相反。此外，电池中的电极根据其如何加载或卸载而反应并变化，而燃料电池的电极是催化的且相对稳定的。此外，传统的电池消耗固体反应物，并且反应物一旦耗尽，必须丢弃或再次充入电流。通常，在燃料电池中，试剂在内部流动，并且反应产物在外部流动。通常，通过使用例如外部泵来取得这种反应物的流动，这会得到燃料电池的复杂且昂贵的构造。

例如U.S.2009092882A1(Kjeang E.et al.)公开了具有流动通过电极的微流体燃料电池结构。阳极和阴极电极是多孔的，并包含空隙孔的网络。虚拟绝缘体位于电极之间的电解液槽中。虚拟绝缘体由共层流的电解液组成。入口基本上基本定向于通过多孔电极的所有液体反应物流。该构造具有需要一些手段(例如外部泵)使液体试剂通过燃料电池入口以进行操作的缺点。

最近，公开了微型直接甲醇燃料电池集成可以成功地向微流体平台提供泵送和电流[JP Esquivel,et al.,Fuel cellpowered microfluidicplatformforlab on a chip applications,Lab on a Chip(2011)12,74-79]。在燃料电池中发生的电化学反应产生CO₂，其通常被认为是不具有任何用途的残余物。但是，在这种情况下，CO₂累积，并用于将流体泵入至微流体平台中。因此，流体(其可以为燃料电池的试剂)的泵入无需外部泵即可取得，但是必须使用甲醇燃料电池用于该目的。因此，在这种情况下，所获得的构造也是复杂且昂贵的。此外，使用第一燃料电池来形成第二燃料电池的试剂流会得到复杂的系统。

此外，目前已知的燃料电池可以包含大量不可生物降解的材料，这样这些燃料电池最终得到不可生物降解的废物，其并非是环境友好的。

发明详述

在第一个方面中，本发明特写了燃料电池，其包含：至少一个微流体通道，其允许用于产生电流的至少一种合适的流体发生毛细流动；至少一个接收吸收剂的区域；至少一个收集吸收剂的区域；包含至少一个阴极的一个阴极区；和包含至少一个阳极的一个阳极区。每个接收吸收剂的区域(其中可以沉积至少一种流体)与一个微流体通道偶联，这样微流体通道可以通过毛细管作用由接收吸收剂区域接收所述的一种或多种流体。每个收集吸收剂的区域与一个微流体通道偶联，这样其可以通过毛细管由所述的微流体通道接收之前沉积在接受吸收剂区域(与相同的微流体通道偶联)中的一种或多种流体。在将所述的一种或多种流体接收于收集吸收剂区域中之后，这些流体吸附于所述的区域中，从而一旦微流体通道饱和，便允许通过毛细管作用使流动继续。至少一个阴极和至少一个阳极与每个微流体通道偶联，这样可以在用于产生电流的至少一种合适的流体流动通过微流体通道的同时，产生电能。

在本发明中，术语“用于产生电流的合适的流体”被理解为包含至少一种氧化或还原物质的任何流体，这样该流体可以与阴极或阳极中的一者相互作用，从而产生电流。优选的是，所述的流体为液体，但是其可以包含悬浮的颗粒，或者为气体或胶体。

除了适当地流动以产生电流以外，本发明的燃料电池还可以将至少一种电解流体引入到与至少一个微流体通道偶联的一个接收区域中。优选的是，该电解流体位于与用于沉积任一种合适的流体从而产生电流的接收区域不同的接收区域中。

在优选的实施方案中，本发明涉及燃料电池，其中任一个微流体通道还允许用于产生电流的至少一个合适的流体产生扩散。在这种优选的实施方案中，所述的微流体通道可以允许所述的流体由接收区域以毛细管作用和/或扩散至微流体通道中。