专利名称：具有三维结构的生物传感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种生物传感器及其制造方法，所述生物传感器具有通过3D MID (模塑互连器件)技术形成的三维结构，尤其涉及一种生物传感器及其制造方法，其中使用3DMID技术在聚合物基材的表面上立体地形成反应电极和信号传递部件。
背景技术：
生物传感器指的是利用生物的功能来检测材料性质的装置，并且因为被用作检测生物材料的设备，生物传感器必须有极好的灵敏度和反应特异性。作为使用生物传感器的分析方法，有酶分析方法和免疫学方法。根据在生物样品中定量分析目标材料的方法，生物传感器分为光学生物传感器和电化学生物传感器。为了确认生物传感器测得的值，生物传感器必须插入到测量装置中。当生物传感器插入到测量装置中时，测量装置电化学分析目标材料的浓度等。当将样品(例如，血等)滴到生物传感器上时，生物传感器把发生的电化学反应的结果转变成电信号，并且将这些电信号传递到与生物传感器相连接的测量装置。为此，生物传感器必须配有在基材上形成的两个或多个反应电极，并且必须配有信号传递部件(例如，导线、引线、导电线路)。当然，生物传感器需要引起氧化还原反应的试剂以及目标材料，用于引入样品的样品入口，用于通过引起毛细管现象吸入样品的垫片(spacer)、盖子和空气出口。生物传感器的工艺复杂性、制造成本、性能等取决于使用工业技术在基材上形成反应电极和信号传递部件的制造生物传感器的方法。将参照图1和2描述一种制造生物传感器的常规方法。图1和2示出了常规的生物传感器的立体图。如图1和2所示，一种常规的生物传感器被配置为，反应电极和导线在基材上整体地形成图案，试剂涂覆到每个反应电极上，并且垫片和盖子连续堆叠在基材上。将上述结构的常规生物传感器的导线连接到(插入、接触到)测量装置的插口来测量血糖水平。通常，在基材上形成反应电极和导线的方法有:通过使用荫罩溅射形成导电电极的方法，使用普通溅射形成电极的方法，使用普通光刻或激光形成电极的方法，以及使用丝网印刷、化学镀、电镀等形成电极图案的方法。特别地，在常规的生物传感器中，基材以薄膜的形式制造。当使用这样的常规的电极图案形成技术时，可以在相同的平面中形成反应电极和导线，即，在一个平面中形成反应电极和导线。即，传统技术的问题在于，只能制造平面薄膜类型的生物传感器(二维的生物传感器)，并且其中，不能在基材的不同面上形成反应电极和导线。此外，传统技术的问题在于，不能立体地形成反应电极和导线，并且其中，不能制造具有各种三维结构的生物传感器。此外，传统技术的问题在于，不能提供各种连接装置，也不能为用户提供便利，因为与测量装置相连接的全部导线都具有平面的结构。
因此，迫切需要开发三维的生物传感器及其制造方法，其可以没有限制地形成三维结构，具有各种三维结构，可以用各种方式与测量装置连接，并且能为用户提供各种便利。
发明内容
技术问题因此，为了解决上述问题而作出了本发明。本发明的目的是提供一种生物传感器及其制造方法，其中使用3D MID技术在聚合物基材的表面上立体地形成反应电极和信号传递部件。然而，本发明的另一目的不局限于上述目的，本领域技术人员将从以下描述清楚地获悉本发明的其它目的和优点。此外，将容易理解可以通过在权利要求及其组合中公开的方式实现本发明的目的和优点。技术方案为了实现上述目的，本发明的一方面提供了 一种生物传感器及其制造方法，其中使用3D MID (模塑互连器件)技术在聚合物基材的表面上立体地形成反应电极和信号传递部件。可以通过至少一种3D MID技术制造生物传感器，3D MID技术选自激光直接成型、2点注射成型、柔性箔膜插入二次成型、金属喷涂技术，底漆技术(金属印刷)以及烫印。此外，可以在聚合物基材的不同表面分别形成反应电极和信号传递部件。此外，可以使用3D MID技术形成反应电极和信号传递部件，以使它们彼此电连接。
此外，聚合物基材可以包含具有规定厚度的各种立体形状。此外，聚合物基材可以是塑料基材。此外生物传感器还可以包括:试剂；以及垫片或者盖子中的至少一种。此外，垫片或者盖子可以由一种绝缘材料例如绝缘薄膜、绝缘塑料等制成。此外，垫片或者盖子可以与聚合物基材一体形成或者可以是聚合物基材的一部分。有益效果如上所述，本发明的生物传感器的有效性在于，可以无限制地形成三维结构，具有各种三维结构，以各种方式与测量装置相连接，并且为用户提供各种便利。此外，本发明的有效性在于，可以简化生物传感器的制造工艺，降低生物传感器的制造成本，并且改善生物传感器的性能。此外，本发明的有效性在于，聚合物基材的图案(pattern)，反应电极以及信号传递部件可以通过重编程修改，因此可以通过生物传感器制造机制造具有各种三维结构的生物传感器。
图1和2是显示常规的生物传感器的立体图。图3到22是显示根据本发明的各种实施例的三维生物传感器及其制造方法的立体图。
图23显示使用LDS (激光直接成型)在塑料基材的表面上形成反应电极和输送信号部件的方法的示意图。
具体实施例方式通过下面的详述并结合附图，将会更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和优点，因而本领域技术人员将容易地实现本发明的技术理念。此外，在本发明的说明书中，当确定相关技术的详细描述将使本发明的要点难于理解时，将省略其描述。在下文，将参照附图详细描述本发明的优选实施方式。本发明提供了一种立体生物传感器及其制造方法，S卩，一种生物传感器及其制造方法，其中使用3D MID (模塑互连器件)技术在聚合物基材的表面上立体地形成反应电极和信号传递部件。本发明中公开的立体生物传感器定义为“3D生物传感器(三维生物传感器)”。在本发明中，为了制造3D生物传感器，使用3D MID技术，例如LDS(激光直接成型法)、2K (2点注射成型)、柔性箔膜插入二次成型、金属喷涂技术、底漆技术(金属印刷)、烫�。捌渥楹�。在本发明中，为了制造3D生物传感器，使用具有规定厚度的各种立体的聚合物基材。即，在本发明中，聚合物基材形成3D生物传感器的主体(框架或者支撑材料)，并且在该聚合物基材的表面上形成反应电极和信号传递部件。在本发明中，聚合物基材可以有各种复杂的多面形状，例如薄膜类平面、具有规定厚度的平面、多边形(正方形、矩形、梯形、菱形或者三角形)、椭圆体、半圆柱体、圆柱体、具有曲面、弯曲或者槽口的立方体等。当然，本发明的聚合物基材的尺寸、重量等没有限制。这样的聚合物基材的例子可以包括合成树脂、合成纤维、合成橡胶等。本发明的聚合物基材可以通过注射成型、挤压成型、空气吹塑、泡沫成型等形成。在本发明中，塑料基材(热塑性塑料基材或者热固性塑料基材)用作聚合物基材的例子。在本发明中，没有详细描述测量装置与3D生物传感器相连接的插口的结构，SP，没有详细描述测量装置与3D生物传感器的信号传递部件连接的结构。不过，如通常所知的那样，测量装置使用在生物传感器领域通常知晓的插口或者使用与如图3到22显示的与信号传递部件相配的插口，因此本领域技术人员将容易理解本发明的测量装置的插口的结构。而且，为了能够理解本发明，插口是连接3D生物传感器和测量装置的节点(连接节点)的例子。应当理解的是，该连接节点包括所有用于连接(插入、接触)电气/电子器具的装置。连接节点的例子可以包括插口、连接器、终端、电连接器、线连接媒介、插头等等。为了能够理解本发明，使用电化学的电流分析来测量血液中血糖的3D生物传感器，将作为例子进行描述。在这种情况下，本领域技术人员应当理解，在本发明中公开的技术可以在包括血糖测量的全部生物传感技术领域中使用。在下文中，本发明的3D生物传感器将参考附图，基于3D生物传感器和传统的薄膜类型平面生物传感器(二维生物传感器)的差异和该3D生物传感器的特性进行描述。如果可以的话，将忽略3D生物传感器的常见功能组成的详细说明。本发明的组成在图3到22进行了放大显示，以示出本发明的特征。
此外，图3到22示出了根据本发明的实施方式的各种3D生物传感器。各种3D生物传感器可以通过结合附图显示的技术构造和在说明书中描述的技术构造而呈现。本发明的3D生物传感器的构成描述如下。由聚合物基材、反应电极、试剂和盖子(或垫片和盖子)形成的空间称为“反应室”。在该反应室中进行目标材料(例如，在样品(血液)中的血糖)的电化学反应。反应电极是这样一种电极，其用于产生与试剂引起的化学反应一致的电信号。即，反应电极产生与由试剂和目标材料引起的氧化还原反应一致的模拟电信号。两个反应电极之一可以是工作电极，而另一个可以是参比电极。在电化学测量中，需要至少两个反应电极，而且反应电极的数量可以是不同的，例如三个、五个、八个等等。信号传递部件是用于传递施加在反应电极和测量装置之间的电压，以及由电化学反应产生的模拟电信号(电流、电压等)的装置。这样的信号传递部件称为“导线、引线或导电线路”。特别地，在本发明的3D生物传感器中，在聚合物基材的表面上使用3D MID技术立体地形成反应电极和信号传递部件。即，使用3D MID技术将反应电极和信号传递部件整体图案化(patterned)，从而使得它们彼此电连接。这样的反应电极和信号传递部件可以由导电材料制成，例如碳、石墨、钼碳、银、金、钯、钼等。可以在聚合物基材的不同面上分别形成反应电极和信号传递部件。S卩，可以在聚合物基材的上面形成反应电极，而在聚合物基材的侧面和背面形成信号传递部件。在两个信号传递部件中，可以在聚合物基材的一面形成第一信号传递部件，而在聚合物基材的另一面形成第二信号传递部件。此外，在两个反应电极中，可以在聚合物基材的正面形成第一反应电极，而在聚合物基材的背面形成[称为“对面式(夹层式)3D生物传感器”]第二反应电极。如上所述，本发明的3D生物传感器可以被配置为，反应部分(即，反应电极)和连接部分(即，信号传递部件)存在于聚合物基材的不同面，从而使得在反应部分和连接部分之间的功能分离。相反，本发明的3D生物传感器可以被配置为，在聚合物基材的同侧上形成反应电极和信号传递部件，这意味着在三维的坐标系的X轴、Y轴和Z轴的任意I个坐标轴上形成反应电极和信号传递部件，而不是在聚合物基材的相同平面上形成反应电极和信号传递部件。此外，可以在聚合物基材的任一侧(例如，正面、侧面、后面等等)形成反应电极，可以在聚合物基材的任意形状表面(例如，平面、曲面、弯曲面等)形成反应电极，并且可以以各种形式形成反应电极。即，当反应电极有一预定的尺寸用于输出具有预定强度的输出信号时，可以确保3D生物传感器的性能(精确度、重复性等等)。因此，如附图中所示，也可以在圆柱体的聚合物基材的曲面上形成反应电极。此外，可以在聚合物基材的任一侧(例如，正面、侧面、背面等等)形成信号传递部件，可以在聚合物基材的任意形状表面(例如，平面、曲面、弯曲面等等)形成信号传递部件，并且可以以各种形式形成信号传递部件。因此，这些信号传递部件可以以各种方式与测量装置连接，并且能为用户提供连接便利。而且，在本发明的3D生物传感器中，可以使用3D MID技术在聚合物基材的表面上形成反应电极和信号传递部件，从而它们彼此依照电极图案和布线图案电连接。在这种情况下，聚合物基材的试剂涂覆部分可以是反应电极，而其它部分可以是信号传递部件。试剂与目标材料引起氧化还原反应并且用于反应电极。在本发明中，试剂可以根据目标材料的种类使用。即，本发明的3D生物传感器可以测量各种生物材料，例如血糖、酮等，并且，在这种情况下，试剂可以根据待测量的目标材料使用。将垫片堆叠在涂有试剂的反应电极上，并且形成空间，用于引起样品被迅速引入3D生物传感器的反应室的毛细管现象。当然，在本发明中，因为盖子有穹顶结构，当盖子形成了用于引起毛细管现象的空间时，就不再需要垫片了。这样的垫片可以由绝缘材料(例如薄膜、塑料等)制成。盖子围绕反应室，以保护涂覆到反应电极上的试剂，并且可以配有空气出口，以通过毛细管现象迅速把样品引入反应室。当然，当样品入口在与空气出口相反的方向打开时，盖子可以不配有空气出口。这样的盖子可以由绝缘材料(例如薄膜、塑料等)制成。同时，垫片或者盖子可以与聚合物基材一体形成，S卩，可以形成为聚合物基材的一部分。即，制备具有可折叠的盖子的聚合物基材，将试剂涂覆到反应电极上，然后可折叠的盖子通过热熔合、粘合等安装到反应室，从而制造3D生物传感器。包含目标材料的样品，通过样品入口引入3D生物传感器的反应室中。将连接固定单元连接到测量装置的插口，以防止与测量装置的插口连接的信号传递部件移动。这样的连接固定单元在附图中有举例说明，其中信号传递部件在聚合物基材的侧面形成。同时，本发明的3D生物传感器还可以配有位于聚合物基材的表面上的辅助电极。这样的辅助电极可以用来确认样品是否引入或者样品是否足量地引入，或者从3D生物传感器向测量装置提供传感器鉴别信息(目标材料的种类、测量条件、制造信息、用户信息等)。这样的辅助电极可以配置在连接固定单元、信号传递部件、反应电极等的附近。同时，本发明的3D生物传感器还可以包括传感器鉴别信息提供单元。这样的传感器鉴别信息提供单元可以用于从3D生物传感器向测量装置提供传感器鉴别信息(目标材料的种类、测量条件、制造信息、用户信息等)。这样的传感器鉴别信息提供单元可以通过3DMID技术实现，或者是彩色标签、条形码，具有电阻值的图案布置或者具有特定形状的图案布置的形式。在本发明的附图中，传感器鉴别信息提供单元配置在连接固定单位附近。下文说明了本发明的使用电化学的电流分析的3D生物传感器的操作方法(例如，血糖测量)。当将电压施加到测量装置时，该电压通过测量装置的插口传递到3D生物传感器的信号传递部件，然后通过信号传递部件施加到反应电极。当电压施加到反应电极时，由试剂和目标材料(例如，在血液中的血糖)之间的电化学反应产生模拟信号(电流)。该电流通过信号传递部件从反应电极转移到测量装置。测量装置使用算术处理来推断与电流一致的结果值(例如，血糖值作为目标材料的浓度值)。图3到22是显示根据本发明的各种实施方式的三维生物传感器及其制造方法的立体图。在图3的3D生物传感器中，在聚合物基材的正面形成反应电极，并且在聚合物基材的侧面和背面上方形成信号传递部件。该3D生物传感器可以在向下的方向连接到测量装置。聚合物基材有矩形的六面结构。因此，在本发明中，在聚合物基材的不同侧面形成的反应电极和信号传递部件可以不使用通孔(viahole)、夹具等而彼此电连接。
在图4的3D生物传感器中，在聚合物基材的正面形成反应电极，而在聚合物基材的两侧面上(或者可以在聚合物基材的一侧形成所有信号传递部件)形成信号传递部件。在该3D生物传感器中，聚合物基材的侧面可以连接到测量装置。为此，面对信号传递部件的穹顶形状的盖子的一部分打开。聚合物基材有矩形的六面结构。在图5的3D生物传感器中，在聚合物基材的正面形成反应电极，并且在聚合物基材的侧面和背面上方形成信号传递部件。在该3D生物传感器中，面对在聚合物基材的侧面形成的信号传递部件的穹顶形状的盖子的一部分打开。在该3D生物传感器中，聚合物基材的侧面可以连接到测量装置或者其背面可以连接到测量装置。聚合物基材有矩形的六面结构。图6的3D生物传感器有这样一种结构,其中在其前面的方向引入样品，并且在其前端提供样品入口。使用具有矩形井部分的聚合物基材制造该3D生物传感器，该部分通过以预定形状(例如，四边形)切割聚合物基材的一端形成。在该3D生物传感器中，在聚合物基材的矩形井部分上形成反应电极，并且从聚合物基材的矩形井部分的侧面到聚合物基材的另一端形成信号传递部件。在该3D生物传感器中，由于使用具有矩形井部分的聚合物基材，可以不用另外形成用于引起毛细管现象的空间(即，反应室)。即，如图6中所示，垫片是不必要的，可以提供具有空气出口的盖子，来覆盖反应室。该3D生物传感器可以使用常见的带状生物传感器连接方式连接到测量装置。图7的3D生物传感器的结构类似于图6的3D生物传感器的结构。使用具有梯形井部分的聚合物基材制造图7的3D生物传感器，通过以预定形状(例如，梯形)切割聚合物基材的一端形成梯形井部分。在该3D生物传感器中，在聚合物基材的梯形井部分上形成反应电极，而从聚合物基材的梯形井部分的侧面到聚合物基材的另一端形成信号传递部件。因此，在该3D生物传感器中，由于反应室有梯形的井结构，在样品引入反应室的方向，反应室的空间逐渐缩�。虼丝梢愿杆俚亟芬敕从κ抑�。图8的3D生物传感器有这样一种结构，其中样品在其侧面方向引入，并且在其中心提供样品入口。使用具有预定形状的井部分的聚合物基材制造该3D生物传感器，以预定形状切割聚合物基材的中心形成该部分。在该3D生物传感器中，在聚合物基材的井部分上形成反应电极，并且从聚合物基材的井部分的侧面到聚合物基材的另一端形成信号传递部件。在该3D生物传感器中，垫片是不必要的，并且盖子可以不配有空气出口。S卩，可以在3D生物传感器的侧面形成的反应室引入样品，而3D生物传感器另一侧面作为空气出口，因为它是打开的。同时，也能在与如图8显示的3D生物传感器的侧面相反的方向引入样品。图9的生物传感器的3D的结构通常称为带状结构。在该3D生物传感器中，在聚合物基材的一侧(正面)形成反应电极和信号传递部件。如图9显示的聚合物基材是薄的，但是聚合物基材可以是厚的。此外，图9显示的3D生物传感器被配置为，垫片和盖子堆叠，但是也可以配置为，具有穹顶形状的盖子而没有垫片。图10的生物传感器的3D的结构通常称为带状结构，但是不同于图9的3D生物传感器的结构，因为在聚合物基材的正面的一端形成反应电极，而从聚合物基材的侧面到聚合物基材的背面的另一端形成信号传递部件。图9的3D生物传感器的正面与测量装置相连接，而图10的3D生物传感器的背面与测量装置相连接。图11的3D生物传感器被配置为，连接固定单元与聚合物基材一体形成。使用在其一端具有井部分的聚合物基材制造该3D生物传感器。即，在聚合物基材的井部分上形成反应电极，而从聚合物基材的井部分的侧面到聚合物基材的另一端形成信号传递部件。在聚合物基材的另一端上形成的信号传递部件连接到测量装置。为了防止与测量装置的插口相连接的信号传递部件移动，将连接固定单元连接到测量装置的插入口。同时，如图11中所示，本发明的3D生物传感器，如上所述，还可以包括在连结固定单元的侧面上的传感器鉴别信息提供单元。图12示出的3D生物传感器被配置为，在聚合物基材的曲面上形成信号传递部件。这里，可以在聚合物基材的一个曲面上形成所有两个信号传递部件，或者可以在聚合物基材的一个曲面上形成第一信号传递部件，而在聚合物基材的另一曲面(与该曲面邻接的曲面，与该曲面相对的曲面等)上形成第二信号传递部件。图13示出的3D生物传感器被配置为，在五面的聚合物基材的两个面上方形成信号传递部件。这里，可以在聚合物基材的两个面上方形成第一信号传递部件，而在聚合物基材的一个面上形成第二信号传递部件。图14示出的3D生物传感器被配置为，在直角梯形的多面的聚合物基材的倾斜的面上形成信号传递部件。图15示出的3D生物传感器被配置为，在梯形的多面的聚合物基材的两个倾斜的面上形成信号传递部件。这里，在梯形的多面的聚合物基材的顶部形成的井部分上形成反应电极。图16示出的3D生物传感器被配置为，在三角形的多面的聚合物基材的两个倾斜的面上形成信号传递部件。图13到16示出的每个3D生物传感器都被配置为，在多面的聚合物基材的井部分上形成反应电极，而图17和18示出的每个3D生物传感器都被配置为，在多面的聚合物基材的平面上形成反应电极。这里，图17的3D生物传感器被配置为，将垫片和盖子堆叠在反应电极上，而图18的3D生物传感器被配置为，将穹顶形盖子堆叠在反应电极上。如上所述，本发明的3D生物传感器的信号传递部件可以在聚合物基材的任何面形成(例如，正面、侧面、背面等等)，可以在聚合物基材的任何形状表面(例如，平面、曲面、弯曲面等等)上形成，并且可以以各种形式形成。图19、20、2Ia和21b示出了具有折叠结构的3D生物传感器。S卩，图19、20、21a和21b的每个3D生物传感器可以使用结合有盖子的聚合物基材制造，聚合物基材的一部分起盖子的作用，不必提供额外的盖子。如图19和20中所示，图19和20的每个3D生物传感器可以通过在具有盖子部分的聚合物基材的井部分上形成反应电极和信号传递部件制造，涂覆试剂到反应电极上，折叠盖子部分到反应室上，然后通过热熔合、粘合等将盖子部分连接至井部分。图21a和21b示出了使用具有折叠结构的圆柱形的聚合物基材制造的3D生物传感器。如图2Ia和2Ib中所示，两个半圆柱状聚合物基材中的任何一个起盖子的作用。在另一半圆柱状聚合物基材的内表面上形成反应电极，而在聚合物基材底部圆周和聚合物基材外表面上形成信号传递部件。此后，将试剂涂覆到反应电极上，然后这两个半圆柱状聚合物基材通过折叠彼此连接，从而制造3D生物传感器。
这样的圆柱形的3D生物传感器不需要形成反应室的结构，如盖子等，因为它的内层空间起室的作用，并且可以被用户在所有方向上连接到测量装置，因为信号传递部件在圆柱形的聚合物基材的外表面上形成。因此，该圆柱形的3D生物传感器能为用户提供便利(类似于耳机插座的连接)。图22的3D生物传感器是一种对面式(夹层式)3D生物传感器，并且被配置为，分别在不同的聚合物基材的表面上形成反应电极和信号传递部件。即，在第一聚合物基材的正面形成第一反应电极和第一信号传递部件，而在第二聚合物基材的背面形成第二反应电极和第二信号传递部件。当第一反应电极和第二反应电极彼此面对时，反应区域可以最小化，而信号强度可以增加。在本实施方式中，使用两种聚合物基材来制造3D生物传感器。如上所述，本发明的3D生物传感器的反应电极可以在聚合物基材的任何面(例如，正面、侧面、背面等等)上形成，可以在聚合物基材的任何形状表面(例如，平面、曲面、弯曲面等等)上形成，并且可以以各种形式形成。此外，在本发明中，所有具有各种复杂的多面形状，例如薄膜类平面、具有规定厚度的平面、多边形(正方形、矩形、梯形、菱形或者三角形)、椭圆体、半圆柱体、圆柱体、具有曲面、弯曲或者槽口的立方体等等的聚合物基材，都可以用于制造3D生物传感器。图23是显示使 用LDS (激光直接成型)在塑料基材的表面上形成反应电极和信号传递部件的方法的示意图。首先，提供具有井结构的聚合物基材，例如，包含金属芯成型添加剂的塑料基材，该塑料基材用作3D生物传感器的主体((框架或者支撑材料))。优选地，这样的聚合物基材可以由塑料((例如，聚碳酸酯))制成，塑料包括可以由激光照射激活的金属芯成型添加剂，即，激光敏感添加剂((或者激光器敏感的金属络合物))。聚合物基材的原料的例子可以包括无定形的PSU、PES、PC和ABS ；以及半结晶LCP ((液晶聚合物))、PPA、HTN、PA6/6T、PET、PBT和PP。例如，3D生物传感器的主体可以由热塑性塑料或包含至少一种耐热的尖晶石类型有机金属螯合物的热固性塑料形成。目前使用的聚合物基材的原料，有德固赛(Degussa)公司制造的“Vestodur CL2230”和'“Vestodur CL3230””，巴斯夫(BASF)公司制造的“Ultramid T4380LS”，泰科纳(Ticona)公司制造的“Vectra Ε820 LDS”，朗盛(Lanxess)公司制造的“Pocan DP7102”、“Pocan TP710-003” 和“Pocan TP710-004，，等等。此后，在塑料基材一端的井部分的表面上形成反应电极图案，并且从井部分的侧面到塑料基材的另一端形成信号传递部件图案。在这种情况下，使用激光仪激光照射塑料基材的表面，从而激活聚合物基材激光照射的表面，即，包括在塑料基材中的金属芯成型添加剂(重金属芯)释放到塑料基材的表面上，从而使得该反应电极图案和信号传递部件图案包含具有金属镀层粘着性的粗糙表面。这里，将金属芯成型添加剂释放到塑料基材的表面上意味着，塑料基材的表面被损坏，因此包含在塑料基材中的金属芯成型添加剂暴露到外侦U。这里，激光的波长可以是248纳米、308纳米、355纳米、532纳米、I, 064纳米、10, 600纳米等等。同时，待形成在塑料基材的表面上的图案(所需的图案)可以通过使用与激光仪相连接的计算机再编程而进行修改(设计)，因此可以使用生物传感器制造机械随意地制造具有各种立体结构的3D生物传感器。此后，通过化学镀将具有反应电极图案和信号传递部件图案的塑料基材金属化，因此在各自的图案点形成反应电极和信号传递部件。即，在塑料基材的表面释放的金属芯成型添加剂涂覆(沉淀)上金属，因此在各自的图案点形成反应电极和信号传递部件。例如，可以通过把塑料基材浸入一种包含还原剂的溶液而将反应电极和信号传递部件金属化。至此，已经描述了在聚合物基材的表面上形成反应电极和信号传递部件的方法。下列方法可以根据通常已知的生物传感器制造过程或者参照图3至23描述的制造生物传感器的上述方法。即，当将试剂涂覆到在塑料基材上形成的反应电极后，随后将垫片或/和盖子堆叠，完成3D生物传感器的制造。如上所述，考虑到3D生物传感器的需要的主体结构、3D生物传感器的原料、反应电极和信号传递部件的需要的结构，反应电极和信号传递部件的原料等等，制造生物传感器的方法可以通过选择性地使用3D MID技术进行，例如LDS (激光直接成型)法、2K (2点注射成型)、柔性箔膜插入二次成型、金属喷涂技术、底漆技术(金属印刷)、烫印等。上文中，参照附图23，举例示出了在构成3D生物传感器的主体的塑料基材的表面上使用LDS (LDS是各种3D MID技术的一种)形成反应电极和信号传递部件的方法。下一步，将描述在聚合物基材的表面上使用其它3D MID技术立体地形成反应电极和信号传递部件的方法。为了提供额外的解释，3D MID技术是一项在塑料基材上形成导电金属图案的技术，并且最近已经在布线去除、降低复杂性上等吸引了相当多的注意。使用2K (2点注射成型)在塑料基材的表面上形成反应电极和信号传递部件的方法描述如下。在本发明中，在2点注射成型中，在第I点形成导电图案(反应电极图案和信号传递图案)，而在第二点形成绝缘层。S卩，提供不能电镀的塑料制成的注射成型塑料基材，然后另一可电镀塑料在注射成型塑料基材的选定部分上注射成型。例如，可电镀塑料可以包括用于反应电极图案和信号传递部件图案的金属芯成型添加剂，即，激光敏感添加剂(或者激光敏感的金属络合物)。在可电镀塑料基材的表面上形成反应电极图案和信号传递部件图案的方法，可以使用蚀刻或者上述激光照射进行。此后，将该反应电极图案和信号传递部件图案金属化，以在塑料基材上形成反应电极和信号传递部件，将试剂涂覆到在塑料基材上形成的反应电极，并且将垫片或者/和盖子堆叠在试剂上，从而制造3D生物传感器。使用柔性箔膜插入二次成型(一步式自动操作)在塑料基材的表面上形成反应电极和信号传递部件的方法描述如下。柔性箔膜插入二次成型基于插入成型来进行，其中不同质量或者颜色的塑料基材或元件(金属零件、电缆、印刷电路板、磁铁等等)在模具中彼此结合。S卩，在该方法中，将薄的导电金属层(例如，金薄膜)用作反应电极和信号传递部件的原料。将该薄的导电金属层附着到厚的不导电聚合物薄膜上，例如聚酰胺膜(例如:卡普顿)或者聚酯薄膜(例如:迈拉)等等，以在3D生物传感器的主体的表面上形成反应电极和信号传递部件。这里，3D生物传感器的主体的必要部分(除了反应电极和信号传递部件)可以通过制造印制电路板的常用方法清除。即，3D生物传感器可以是薄膜类型的3D生物传感器。此后，将试剂涂覆到反应电极上，并且将垫片或者/和盖子堆叠在试剂上，从而制造3D生物传感器。使用金属喷涂技术在塑料基材的表面上形成反应电极和信号传递部件的方法描述如下。
在这个方法中，提供将被用作3D生物传感器的主体的聚合物基材。特别地，在金属喷涂技术中，通常不能电镀的塑料基材可以用作3D生物传感器的主体。即，3D生物传感器的主体可以由常用的塑料制成，不需要像在LDS中一样使用包含金属芯成型添加剂的塑料。此后，使用激光构造方法(注意:该方法可以不是LDS方法)粗略处理塑料基材的表面(反应电极图案和信号传递部件图案将形成在其上)。此后，将金属(将被用作反应电极和信号传递图案的原料)喷在塑料基材的粗糙表面上，用金属(例如:金)涂覆反应电极图案和信号传递部件图案，从而在3D生物传感器的主体的表面上形成反应电极和信号传递部件。此后，将试剂涂覆到反应电极上，并且将垫片或者/和盖子堆叠在试剂上，从而制造3D生物传感器。使用底漆技术(金属印刷)在塑料基材的表面上形成反应电极和信号传递部件的方法描述如下。在这个方法中，通过在薄膜基材(例如，PET、PEN、PC和PEI的混合物)上丝网印刷可电镀的底漆材料(例如:基于底漆油墨的聚氨酯)，形成反应电极图案和信号传递部件图案。这样的底漆材料可以包括用于金属电镀的催化剂。然后，干燥底漆材料(底漆油墨)，将薄膜基材放入注射模具，然后与不能电镀的聚合物(例如:ABS和PC的混合物)模塑在一起。从而，在3D生物传感器的聚合物制造的主体的表面上配置反应电极图案和信号传递部件图案。此后，将反应电极图案和信号传递部件图案金属化，形成反应电极和信号传递部件，将试剂涂覆到在塑料基材上形成的反应电极上，然后将垫片或者/和盖子堆叠，从而制造3D生物传感器。在塑料基材的表面上使用烫印形成反应电极和信号传递部件的方法描述如下。在这个方法中，将烫印箔(金属薄膜)附着在塑料基材的表面(反应电极图案和信号传递部件将形成在其上)上，然后在高温和高压下熨烫(热传递)以在3D生物传感器的主体的表面上形成反应电极和信号传递部件。然后，将试剂涂覆到在塑料基材上形成的反应电极上，然后将垫片或者/和盖堆叠，从而制造3D生物传感器。这里，优�。却菀鸬奶逃〔牟辛粑锴宄�。如上所述，虽然本发明的优选实施方式已经出于说明目的进行了公开，但本领域技术人员将理解各种修改、添加和代替都是可能的，而不会背离权利要求中所公开的本发明的范围和精神。工业实用性根据本发明使用3D MID技术制造的3D生物传感器及其制造方法可以用于相关的工业领域。
权利要求
1.一种生物传感器,包括: 至少一种聚合物基材； 与所述至少一种聚合物基材连接形成反应室的结构； 反应电极和信号传递部件，其通过3D模塑互连器件技术在所述至少一种聚合物基材的至少一个表面上形成；以及 固定到所述反应电极的一部分区域上的试剂。
2.根据权利要求1所述的生物传感器，其中所述3D模塑互连器件技术包括选自激光直接成型法、2点注射成型、柔性箔膜插入二次成型、金属喷涂技术、底漆法(金属印刷)以及烫印之中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的生物传感器，其中所述反应电极和信号传递部件立体地形成。
4.根据权利要求3所述的生物传感器，其中所述反应电极和所述信号传递部件形成使得它们彼此电连接。
5.根据权利要求4所述的生物传感器，其中所述反应电极和所述信号传递部件在聚合物基材的不同表面上形成。
6.根据权利要求4所述的生物传感器，其中所述反应电极和所述信号传递部件包括: 第一反应电极，和连接到第一反应电极的第一信号传递部件；以及 第二反应电极，和连接到第二反应电极的第二信号传递部件， 其中在不同的聚合物基材上形成所述第一反应电极和所述第一信号传递部件以及所述第二反应电极和所述第二信号传递部件。
7.根据权利要求1所述的生物传感器，其中所述聚合物基材是立体的塑料基材或者平面的塑料基材。
8.根据权利要求1所述的生物传感器，其中所述结构包括垫片和具有空气出口的盖子中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的生物传感器，其中所述结构与聚合物基材一体形成。
10.一种制造生物传感器的方法，包括以下步骤: 在至少一种聚合物基材的表面上形成反应电极和信号传递部件； 在反应电极上固定试剂；以及 将结构连接到至少一种聚合物基材上以形成反应室， 其中在至少一种聚合物基 材的任一表面上形成所述反应电极和所述信号传递部件。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述3D模塑互连器件技术包括选自激光直接成型法、2点注射成型、柔性箔膜插入二次成型、金属喷涂技术、底漆法(金属印刷)以及烫印之中的至少一种。
12.根据权利要求10的方法，其中所述反应电极和所述信号传递部件立体地形成。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述反应电极和所述信号传递部件形成使得它们彼此电连接。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述反应电极和所述信号传递部件在聚合物基材的不同表面上形成。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述反应电极和所述信号传递部件包括:第一反应电极，和连接到第一反应电极的第一信号传递部件；以及 第二反应电极，和连接到第二反应电极的第二信号传递部件， 其中在不同的聚合物基材上形成所述第一反应电极和所述第一信号传递部件以及所述第二反应电极和所述第二信号传递部件。
16.根据权利要求10所述的方法，其中所述聚合物基材是立体的塑料基材或者平面的塑料基材。
17.根据权利要求10所述的方法，其中所述结构包括垫片和具有空气出口盖子中的至少一种。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述结构与所述聚合物基材一体形成。
19.一种制造生物传感器的方法，包括以下步骤: 根据反应电极图案和信号传递部件图案从聚合物基材的表面暴露包含在聚合物基材中的金属芯成型添加剂； 将金属涂覆到暴露出的金属芯成型添加剂上，以形成反应电极和信号传递部件；以及 将试剂固定到所述反应电极上， 其中在聚合物基材的任一表面上形成所述反应电极和所述信号传递部件。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述金属芯成型添加剂通过照射到聚合物基材的表面上的激光加以暴露。
21.根据权利 要求19所述的方法，其中金属通过化学镀涂覆到所述暴露出的金属芯成型添加剂上。
全文摘要
本发明涉及一种生物传感器及其制造方法，其具有通过3D模塑互连器件(MID)技术形成的三维结构。本发明提供一种生物传感器及其制造方法，其中使用3D模塑互连器件技术在聚合物的表面上立体地形成反应电极和信号传递部件。
文档编号G01N35/00GK103210309SQ201180055297
公开日2013年7月17日 申请日期2011年10月7日 优先权日2010年10月7日
发明者李进雨, 崔在奎, 金泰勲 申请人:喜来健迈德斯
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