专利名称：一种多功能血液检测芯片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生物传感器，尤其涉及一种多功能血液检测芯片的结构设计，属于生物传感器技术领域。
背景技术：
目前，全世界已有一亿两千万糖尿病患者，国外发达国家糖尿病发病率已达2％-10％，国内该病群体规模也已超过4000万人，占总人口的4％左右.糖尿病已成为人类死亡的第三杀手。目前糖尿病发病率每年以10％的速度递增，但检出率却只有20％，也就是说，有80％的患者已经得了糖尿病但并不知晓，这些人绝大多数是早期患者，因不知道，病情极易加重。另外，随着饮食、生活习惯、工作压力等变化，患有高血脂的人越来越多。我国人口众多，高血脂症患者目前已达2.16亿之多，而且有逐渐年轻化的趋势。40岁以上这一人群中，患有高血脂、心脏病等心血管疾病的人相当多，占该年龄层的70％以上。解决高血糖和高血脂的有效手段之一是对病人血液中的血糖和血脂等成分的经常测试，并辅助以药物治疗和饮食控制。酮体是脂肪大量分解而又未能充分氧化的产物，包括乙酰乙酸、丙酮和β-羟丁酸。人体如果在短时间内产生大量的酮体并在体内堆积，将会引起代谢性酸中毒，严重者将危及生命，因此必要时定期监测酮体非常重要。乳酸盐比酸度或氧氯饱和度能更迅速反映因组织血氧偏低而产生的酸血症，乳酸含量是判断各种病危状况如心股梗塞、心室纤维颤动、败血性休克等病情的危急性的重要指标。
现有技术中定量检测血液中血糖等成分的方法主要有比色法和电化学法。利用光学反射原理的比色法精度较低，光路系统和仪器结构比较复杂。而利用酶电极制成的生物化学传感器使用方便，测试灵敏度高，可以快速得到测试结果。目前国内外已有测量血糖和胆固醇的生物传感器问世。中国发明发明(发明号99108434.9)公开了一种生物传感器，该传感器由上下两个极板组成，其中一个极板上有一对电极，电极上涂有酶试剂和含有电子转移体的试剂层，但该传感器都只能检测一项血液指标，而且与电极相连的两个导线分别位于不同的极板上，结构相对比较复杂，电极加工方法采用的是溅射法，成本较高。
在实际应用中，往往需要同时测量血液中多种成分的(指标)浓度，目前只有利用复杂昂贵的大型医疗仪器才能做到这一点，测试成本很高。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的一种多功能血液检测芯片，包括上层基片、下层基片以及注样孔和排气孔，其特征在于在上层基片和下层基片之间设置一个带有十字形沟槽的中间夹层，在所述的下层基片上设有四对呈十字型布置的酶电极，每一对酶电极分别与一对导线相接，导线末端是接线端子；所述的四对酶电极位于上下两个基片和带有十字沟槽的中间夹层构成的空间内。
本发明的特征还在于所述的排气孔设置在上层基片上，为四个排气孔且十字型对称排列，与中间夹层的十字形沟槽相通；所述的注样孔设置在上层基片上，并与十字沟槽的中心相对应。
本发明所提供的多功能血液检测芯片，是将四种不同的酶试剂固化在同一块基片的不同酶电极上，因此可以一次实现测量四个血液指标如血糖、胆固醇、乳酸、酮体或其他四种血液指标。结构简单，成本低。本发明使四对酶电极都位于有上下两个基片和中间夹层构成的十字型空间内，血样通过上层基片上的注样孔扩散到四对酶电极上。采用这种设计可以缩小芯片的体积，减小用血量，仅需滴入一滴血就可以充满整个测量区域；由于四对酶电极分别位于十字形沟槽的四个边上，彼此互不接触，最大限度地抑制了相互之间的影响。
图2为上层基片的结构示意图。
图3为带十字形沟槽的中间夹层的结构示意图。
图4为下层基片的结构示意图。
其中1-注样孔 2-上层基片 3-排气孔 4-十字沟槽 5-中间夹层6-工作电极 7-对电极8-下层基片 9-接线端子 10导线

图1为本发明提供的多功能血液检测芯片的结构示意图，该芯片包括上层基片2、下层基片8和一个带有十字形沟槽4的中间夹层5。在下层基片8上有四对酶电极，每一对酶电极由一个工作电极6和一个对电极7组成。在上层基片上设置四个排气孔3，四个排气孔呈十字型对称排列，分别与中间夹层的十字形沟槽的位置相对应。注样孔1设置在上层基片2上，并与十字沟槽的中心相对应。在每对酶电极上分别固化了不同种类的参与发生氧化还原反应的酶和生物试剂，由于中间夹层5很薄，所以在上、下层基片中间形成一个十字形的薄层空间，下层基片8上的四对酶电极都位于由上下两个基片和中间夹层构成的十字型空间内，并分别位于十字形沟槽的四个边上。血样通过上层基片上的注样孔1扩散到四对酶电极上。由于毛细作用血液会从注样孔1扩散并充满整个十字型沟槽，多余的空气会从上层基片的四个排气孔3排出。采用这种设计可以缩小芯片的体积，减小用血量，仅需滴入一滴血就可以充满整个测量区域；由于四对酶电极分别位于十字形沟槽的四个边上，彼此互不接触，最大限度地抑制了相互之间的影响。
多功能血液测试芯片的上下基片和夹层可由聚碳酸酯、聚乙酯等高分子聚合材料制成，这些材料不导电，柔韧，而且有一定的硬度和强度。利用银糊膏通过丝网印刷的方法在下层基片8上形成与工作电极6和对电极7相连的导线10和接线端子9，用碳膏形成矩形形状的工作电极6和对电极7。将酶试剂和电子传递媒介体固化在电极表面构成生物元件，当对下层基片上的四对酶电极的工作电极和对电极之间施加一定的电压时，十字形沟槽内的血液会分别与四对酶电极发生不同的电化学反应，在每对酶电极的工作电极和对电极之间产生电流，并通过导线10和接线端子9与外部测试仪器相连；这些生物元件分别与血液中的血糖、胆固醇、乳酸、酮体等物质发生氧化还原反应，产生氧化电流，通过测量电流的大小可以测定血液中血糖、胆固醇、乳酸和酮体等物质的浓度。
实施例将厚度为0.2mm毫米的聚碳酸酯板材切割成长32mm，宽16mm的小片，用来形成多功能血液测试芯片的上层基片2和中间夹层5，其中在上层基片2上开有一个直径2mm的注样孔1和四个直径为1mm的排气孔3，这四个排气孔呈十字型排列，位置与中间夹层5的十字形沟槽的位置相对应，注样孔1位于十字的中心。
然后在将厚度为0.5mm毫米的聚碳酸酯板材切割成长32mm，宽16mm的小片，形成多功能血液测试芯片的下层基片8。利用银糊膏通过丝网印刷的方法在下层基片8上形成与工作电极6和对电极8相连的导线10和接线端子9，用碳膏形成矩形形状的工作电极6和对电极8，电极的长和宽分别为1.8mm和1.5mm。其中第一对酶电极的工作电极上固化的酶试剂是葡萄糖氧化酶，用来测量血液中葡萄糖的浓度，第二对酶电极的工作电极上固化的酶试剂是乳酸氧化酶，用来测量血液中乳酸的浓度，第三对酶电极的工作电极上固化的酶试剂是胆固醇氧化酶和胆固醇酯水解酶，用来测量血液中胆固醇的浓度，第四对酶电极的工作电极上固化的酶试剂是b-羟丁酸脱氢酶和还原性辅酶，用来测量血液中酮体的浓度。电子传递酶介质采用铁氰化钾溶液，将以上酶试剂和溶液再加上明胶等粘结剂喷涂在底层基片上的工作电极上，然后在室温下干燥4-8小时。最后将上层基片、开有十字沟槽的中间夹层和下层基片用粘结剂粘合在一起，完成整个多功能血液测试芯片的制作。
权利要求
1.一种多功能血液检测芯片，包括上层基片(2)、下层基片(8)以及注样孔(1)和排气孔(3)，其特征在于在上层基片和下层基片之间设置一个带有十字形沟槽(4)的中间夹层(5)，在所述的下层基片上设有四对呈十字型布置的酶电极，每一对酶电极分别与一对导线(10)相接，导线末端是接线端子(9)；所述的四对酶电极位于上下两个基片和带有十字沟槽的中间夹层构成的空间内。
2.按照权利要求1所述的多功能血液检测芯片，其特征在于所述的排气孔(3)设置在上层基片上，为四个排气孔且十字型对称排列，与中间夹层的十字形沟槽的位置相对应。
3.按照权利要求1或2所述的多功能血液检测芯片，其特征在于所述的注样孔(1)设置在上层基片上，并与十字沟槽的中心相对应。
全文摘要
一种多功能血液检测芯片，涉及一种多功能血液检测芯片的结构设计。该芯片包括上层基片、下层基片以及注样孔和排气孔以及设置在上层基片和下层基片之间的带有十字形沟槽的中间夹层，在所述的下层基片上设有四对呈十字型布置的酶电极，每一对酶电极分别与一对导线相接，导线末端是接线端子；所述的四对酶电极位于上、下两个基片和带有十字型沟槽的中间夹层构成的空间内。在每对酶电极上分别固化了不同种类的参与发生氧化还原反应的酶和生物试剂。本发明可以同时检测血液中如葡萄糖、胆固醇等四种不同成份的浓度，结构简单，无需利用复杂昂贵的大型医疗仪器即可实现，因此大大降低了测试成本。
文档编号G01N27/327GK1460852SQ0313757
公开日2003年12月10日 申请日期2003年6月18日 优先权日2003年6月18日
发明者郝鹏飞, 姚朝晖, 陈强, 史海滨 申请人:清华大学, 南开大学