專利名稱：在用于制造電化學傳感器的連續過程中預處理基底的制作方法
技術領域：
本發明總的涉及用于制造電化學傳感器的改進的過程，更具體的，涉及改進的幅制造過程，其中，在印刷電化學傳感器構件以前，預處理基底。
背景技術：
電化學傳感器用于廣泛地診斷程序，包括測量人的血液中的葡萄糖。這樣的電化學傳感器的制造包括制造數百萬的小條，每個小條包括設置在樣本容納單格中的電極，樣本容納單格適于容納血液或者其它體液。體液在單格的電極之間形成完整的電路。電極通常涂覆有至少一種試劑，其與血液中的分析物(例如，葡萄糖)反應，以形成中間分析物，該中間分析物可以通過適于測量電流或者電極處的電荷的儀表來測量。制造這樣的電化學傳感器需要在很小的空間中沉積幾層電極材料、絕緣材料和試劑，且這樣的層的精度和布置對于器件的最終功能是重要的。此外，為了降低成本和滿足需要，以很高的速度和層之間的對齊的絕對精確來制造電化學傳感器是必要的。
電化學傳感器可以用于很多應用。在一個應用中，電化學傳感器條插入特別合適的儀表，以自我監測例如血液或者組織液中的葡萄糖或者其它分析物(諸如果糖胺、血細胞比容等)。根據電化學傳感器的設計、電極的布置、使用的試劑和其它因素，使用這樣的電化學傳感器可以測試很多分析物。很多這些應用，尤其是用于測試葡萄糖的條，需要特定尺寸和結構的傳感器布局，其中，在特定的公差內進行制造，以得到具有盡可能可預知和可重復的特性的電化學傳感器。
由于需要很快地制造很多傳感器，其中，該傳感器具有很小的單格尺寸，因此具有在很緊的公差內的很小的電極，所以制造過程進一步復雜化。當測試血液或者組織液的葡萄糖時，阻礙經常測試的主要因素之一為提取需要量的血液或者組織液產生的痛苦。較大的體積通常比較小的體積需要更大的痛苦。因此，生產需要較小量的血液或者組織液，因此使用不太痛苦，促進更經常的分散或者連續測試的傳感器是有利的。需要較少分析物的一種方法在于，生產具有諸如很小的樣本容納單格和在這些樣本容納單格內的很小的電極之類的很小的結構部件的電化學傳感器條，然而，這樣的小部件制造更加困難，特別是以精確和可再現的方式制造，以便生產精確和可再現的分析物測量更加困難。
很多方法可以用于制造電化學傳感器，包括諸如轉輪凹板和圓柱絲網印刷之類的過程。在轉輪凹板印刷中，圓柱涂覆有限定要印刷的部件(例如，電極)的形狀的覆蓋物。此外，圓柱可以用于印刷進一步的膜或者層(例如，酶或者絕緣層)。
通過轉輪凹板印刷導電墨來在柔性幅上形成一個或者多個電極來制造電化學傳感器，該柔性幅可以是聚合物。通過使用很薄的墨，高質量的印刷精確度是可能的。對于在印刷電化學傳感器時需要的較厚的墨和較大的印刷厚度，固定的平的篩網通常用于電化學傳感器的單個饋給的平臺印刷。其它方法，包括使用旋轉印刷結構來制造電化學傳感器的方法，也已經被描述了。
在用于電化學傳感器的幅制造過程中，基底材料的幅通過一系列印刷站。在每個印刷站，通過使用例如絲網印刷過程，諸如電極材料之類的新的材料層沉積在基底上或者前面沉積的層上。在絲網印刷過程中，幅定位在篩網之下，用于制造電極的墨，例如導電墨，通過篩網的選定的部分被推動，以在定位在篩網下面的幅的部分上印刷具有預定的布局的層。因此，通過將基底從一個印刷站移動到下一個，連續印刷每一層，以及從完成的幅切割單個的傳感器，可以在基底上構成電化學傳感器。
在一個制造方法中，通過將基底的連續的幅運送通過至少兩個印刷站來制造電極層和至少第一試劑層。該印刷站可以是圓柱的轉輪凹板印刷站或者圓柱絲網印刷站。然而，當在幅上印刷電化學傳感器時，印刷的轉輪凹板(旋轉刻花的圓柱)和圓柱絲網印刷(旋轉圓柱的篩網/模板)方法遇到缺點。轉輪凹板印刷通常給定很薄的印刷高度。生產電化學傳感器(特別是那些用于血糖檢測的電化學傳感器)的需要的電極厚度所需的厚的導電墨尤其可能遭受不完全、不一致的印刷，結果降低電化學傳感器質量、一致性和可靠性。用碳墨(其通常具有高的固體含量，且可能想當粘滯)來生產碳電極的轉輪凹板印刷是特別困難的，因為墨中的固相/液相會分離，導致從印刷到印刷的刻紋的不完全或者不均勻填充或者清空。這可能導致不均勻的印刷厚度，使碳電極質量和一致性下降。圓柱絲網印刷很適合于單個饋給的布置(與連續的幅布置相對)。而且，由于篩網的圓柱的特性，限制了操縱篩網與印刷介質相互作用的方式，以及由此通過這樣做來對印刷質量施加影響的能力。同樣，可用于獲得對于每種類型的墨(碳、銀/氯化銀、絕緣、酶或者其它試劑層)的正確的墨厚度的多種模板不容易從市場上獲得。
通過使用平臺印刷機(諸如從Kippax UK，Huddersfield，UK以及Registerprint，London，UK可獲得的Thieme或者Svecia)，以及計量通過從DEK Machinery，Weymouth，UK以及BTPCraftscreen，Coventry，UK獲得的平行于要在其上印刷的平的基底卡設置的篩網模板的墨，也可以以多步印刷過程生產用于測試血液或者組織液葡萄糖的電化學傳感器。該過程具有的優點為，可以以精確的可重復的方式生產傳感器，使得使用者能夠時常比較結果。用于在其上印刷多行條的基底片通過幾個平臺印刷階段，使得行垂直于行進方向。在該制造過程中，墨的薄層順序絲網印刷到聚合物基底上，以形成一大批傳感器條。首先，可以放下碳墨，以形成電極層。接下來，可以放下絕緣墨層。接下來，可以放下試劑層，通常為酶墨。接下來，可以放下第二酶層。接下來，可以放下粘合劑層。最終，可以放下親水層。在將片切割成行，以及將行切割成單個條以前，保護膜可以放置在傳感器片的頂部上。以這樣的方式制造的基底的單個片可以生產500或者更多的傳感器條。這些傳感器條在垂直于基底片通過平臺印刷機的行進方向(印刷方向)上設置成0到9行，每行具有50個傳感器條。在每行中的條1到50每個平行于印刷方向。每個片可以在每個階段之間通過手來操縱。尤其是四個印刷步驟以后(印刷碳墨、絕緣墨和兩層酶墨)，每個片可以通過手來操縱進入切割機，使得可以沿著行進行切割，將一行傳感器條與另一行分開。接下來，可以操縱每一行，使得切割成50個獨立的條。這些操縱步驟是費時的和效率低的。
因此，需要一種改進的過程來制造電化學傳感器，尤其是，用于制造測量諸如血液或者組織液之類的身體中的標志(葡萄糖、果糖胺、血細胞比容等)的電化學傳感器。還需要一種高速、可預知、可再現的方式來以合理的成本制造傳感器條。此外，還需要一種高速、可預知、可再現的方式來制造具有很小的部件的傳感器條，其中，每個完成的條可以以可再現的方式用于可靠地、可預知地和精確地測量體液中的分析物。
在用于制造電化學傳感器的連續幅制造過程中，傳感器基底，其也可以稱為幅，在它在該過程期間被加熱和放置在張力下時，其可以膨脹或者伸展。在制造過程中的印刷站的每一個(即，沉積碳、絕緣和酶的印刷站)可以接下來是干燥站。為了干燥墨來有效地干燥，干燥器站在例如50-140攝氏度的溫度下工作。而且，為了輔助幅通過每個印刷站的對準，幅被放置在張力下。基底必須被保持在張力下，以控制過程內的對準，結果，無論何時基底被加熱，例如，來干燥印刷以后的墨，基底可能不可預知地伸展，引起在隨后的印刷中的圖像尺寸變化。
在每個印刷站印刷的圖像的尺寸由幾個因素確定，包括模板尺寸、墨粘性、相對的幅和模板/篩網速度，以及在該點的基底伸展(可逆的和不可逆的伸展)。在不同的印刷步驟之間的圖像尺寸也可能以不可預知的方式改變，極大地降低了生產量。在一個例子中，如果層之間的圖像尺寸之間的錯配沿著幅大于300微米，所得到的傳感器條將不能用，在該批中的所有的條必須被丟棄。
相信，過度的圖像尺寸變化是由于幅基底的過度和不可預知的伸展(由于熱和張力)和收縮。因此，設計一種幅過程，其中，能夠預處理幅或者基底，以防止在制造過程期間不可預知的伸展，這是有利的。
發明內容
本發明涉及一種在幅制造過程中預處理基底的方法，其中，該幅制造過程包括多個印刷步驟。在一個實施例中，本發明的方法包括在張力下移動基底通過幅過程，以及當基底通過印刷步驟時加熱基底的步驟。在本發明中，在任何印刷步驟以前，基底通過預處理站，其將基底加熱到預定的溫度，該溫度滿足或者超過在該過程的剩余部分期間基底遇到的任何溫度。在預處理過程期間，基底被加熱到的溫度可以近似160℃。預處理站還可以包括至少一個適于從基底去除雜質的表面清潔站。
在根據本發明的方法中，為了改進印刷，在幅制造過程中可以包括其它步驟。例如，基底可以伸展的張力足夠確保在幅過程的隨后的階段期間該張力不被超過。此外，在一個實施例中，預定的張力為近似165N，第二預定的溫度為近似140℃。在本發明的還有的實施例中，在預處理步驟中，基底被加熱到一定的溫度，當基底移動通過幅過程時，該溫度足夠從基底去除不可逆的伸展。
通過在后附的權利要求書中的特性闡明本發明的新穎性特征。參考下面的在說明性的實施例中闡明的詳細描述可以獲得本發明的特征和優點的更好的理解，在這些說明性的實施例中使用了本發明的原理，其附圖為圖1是描述幅印刷過程的8個部分的示意圖。
圖2A是描述幅印刷過程的第一和第二部分的示意圖。
圖2B是描述幅印刷過程的第三、第四和第五部分的示意圖。
圖2C是描述幅印刷過程的第六和第七部分的示意圖。
圖3是描述圍繞幅印刷的第五和第六部分的濕潤環境的示意圖。
圖4是描述圍繞幅印刷的第五和第六部分的濕潤環境的底視圖。
圖5是具有穿孔的導管的透視圖。
圖6是描述充滿周期的示意圖。
圖7是描述印刷周期的示意圖。
圖8是描述2個不同的涂刷器角的示意圖。
圖9是描述2個不同的涂刷器位置的示意圖。
圖10是描述篩網捕獲距離的示意圖。
圖11是預處理區域(211)的分解視圖。
圖12是第一干燥區域(217)的分解視圖。
圖13是第二干燥區域(224)的分解視圖。
圖14是第三干燥區域(230)的分解視圖。
圖15是第四干燥區域(236)的分解視圖。
圖16是第一清潔單元(204)的分解視圖。
圖17A-17D是絕緣層到碳層具有合適的對準的視圖。
圖18A-18D是當由于篩網301產生的圖形伸展時，絕緣層到碳層具有不合適的對準的視圖。
圖19A-19D是當來自篩網301的圖形沒有伸展時，絕緣層到碳層具有不合適的對準的視圖。
圖20A-20D是描述在初始對準過程期間操作者使用用于視覺檢查的第一觀察引導件來對準幅的印刷結果的示意圖。
圖21A是具有第一和第二幅觀察引導件；第一、第二、第三和第四Y對準標記；以及X對準標記的傳感器片的例子。
圖21B是具有碳X對準標記的傳感器片內的一行的分解視圖。
圖21C是具有覆蓋碳X對準標記的絕緣X對準標記的傳感器片內的一行的分解視圖。
圖22是用于對準幅印刷過程參數X、Y和θ的示意圖。
具體實施例方式
圖1是描述根據本發明的幅印刷過程的8個部分的示意圖。部分1是退繞機單元101。部分2是預處理站102。部分3是碳印刷站103。部分4是絕緣印刷站104。部分5是第一酶印刷站105。部分6是第二酶印刷站106。部分7是重繞機單元107。部分8是沖壓機108。本領域中的普通技術人員可以理解，雖然下面的描述涉及與這8個部分相關的過程和設備，但是本發明的過程和設備可以以更多或者更少數量的部分實現。例如，盡管在本實施例中設想4個印刷站，在不偏離本發明的范圍的情況下，可以使用一個或者多個印刷站。在一個實施例中，有最少兩個印刷站來用于印刷電極層和試劑層。
在本發明的一個實施例中，部分1可以使用基底材料退繞機單元101來實現，例如，從Rockford IL的Martin Automatic Inc.可以得到的Martin Unwinder/Automatic Splice。在本發明的實施例中，部分2、3、4、5和6可以使用修改的Kammann Printer來實現，修改的Kammann Printer從德國的Bunde的Werner KammannMaschinefabrik Gmbh，型號4.61.35可以得到。在本發明的實施例中，部分2可以是預處理單元102。預處理單元102可以用于在印刷以前預處理基底242，部分3、4、5和6可以用于絲網印刷碳、絕緣、第一酶和第二酶墨到基底242上。部分7可以包括重繞機單元107，例如，從Rockford，IL的Martin Automatic Inc.可以得到的MartinRewinder。部分8可以包括沖壓機108，例如，從Lenexa，Kansas的Preco Press可以得到的Preco沖壓機，型號2024-P-40T XYT CCDCE。雖然提到了特殊型號的設備，但是在不偏離本發明的范圍的情況下，可以完全改變和/或替代和/或省略這些設備的件，如本領域中的普通技術人員可以理解的。
圖2A、2B和2C是示出了當基底通過根據本發明的幅印刷過程的部分1-8時的基底242的通道的示意圖。在本發明的一個實施例中，用于基底242的材料可以是聚酯材料(商品名MelinexST328)，其由DuPont Teijin Films制造。基底242以材料卷供給，其可以是例如額定的350微米厚，370mm寬和近似660m長。已經發現這些厚度和寬度的尺寸特別適于通過在基底的幅上平的絲網印刷來生產電化學傳感器。這是因為要求材料堅固來用于印刷，但是通過設備可操縱，且具有足夠的寬度來容納合適數量的傳感器，以使得該過程商業上可行。基底242可以包括施加到一側或者兩側上的丙烯酸涂層，以改進墨粘附。聚酯是優選的材料，因為其在根據本發明的幅過程期間使用的升高的溫度和張力下性能令人滿意。雖然聚酯，實際上Melinex在本發明的一個實施例中是優選的材料，但是本領域中的普通技術人員從這里提供的說明可以設想使用其它材料。實際上，其中，可以設想材料厚度、寬度和長度的變化，較大的寬度或者長度提供生產傳感器的額外的能力，以及在一些情況下材料厚度的變化有助于預處理，或者在印刷期間對準。在本發明的優選實施例中，在進入碳印刷站103以前，基底242暴露到熱穩定過程，通過在不使基底處于大的張力下加熱基底達到185℃，以在幅印刷過程期間試圖和確保基底242經歷最小的尺寸變形，其中，在達到165N的張力下可以遭遇在140和160℃之間的溫度。通常，使用的張力為最小的，剛好足夠驅動幅通過加熱器。然而，已經發現，盡管有該熱穩定過程，從印刷步驟到印刷步驟的對準的變化會出現，導致傳感器故障。因此，在緊接著印刷以前引入預處理步驟。如此后將要說明的，在預處理步驟(部分1)中，將基底加熱到比其在后面的印刷步驟期間遭遇的任何溫度大的溫度(通常160℃)。在一個優選實施例中，在該預處理步驟期間，基底還保持在張力下(通常，大約165N)。實際上，在該實施例中，預處理和設置在張力下的組合大大地減小了印刷對準中的變化，且改進了最終的產品產量。在本發明的一個實施例中，使用接合帶，例如，來自IntertapePolymer Group的PS-1 Splicing Flatback Paper Tape，基底242的卷在退繞機單元101或者重繞機107接合在一起。
圖2A是描繪根據本發明的一個實施例的幅印刷過程的部分1和部分2的示意圖。在圖2A中，部分1是退繞機單元101。退繞機單元101包括第一心軸200，第二心軸201，第一接合單元202和第一存儲器203。在圖2A中，部分2為預處理站102。預處理站102包括第一清潔單元204，通常不使用的第二接合單元205，入站軋輥206，第二清潔單元207，測壓儀208，第一印刷輥209，第一驅動輥210和第一干燥器區域211。
在圖2A所示的本發明的實施例中，退繞機單元101包括，例如，Martin Unwinder/Automatic Splice，其用于促進基底242在近似80N的張力下連續運動進入預處理站102。退繞機單元101可以包括第一退繞心軸200和第二退繞心軸201。注意，心軸也可以稱為主軸。第一退繞心軸200保持一卷基底材料242，且連續饋送基底242進入部分2的預處理站102。第二退繞心軸201保持備用的一卷基底242，其自動接合到來自第一退繞心軸200的基底242的卷的端部，確保半連續地供給基底242。該連續的過程從第一退繞心軸200到第二退繞心軸201重復。當在第一接合單元202進行接合操作時(在此期間，第一退繞心軸200和第二退繞心軸201都靜止)，基底材料存儲器203存儲預定長度的基底242，以及將存儲的基底242分配到部分2的預處理站102。產生的接合是對接接合，在接縫處在材料的任一側上有一定長度的接合帶。為了確保質量，可以丟棄接合的任一側的近似10m的印刷的基底。第一退繞心軸200和第二退繞心軸201包括幅邊緣引導件(沒有顯示)，其引導基底242進入第一接合單元202。幅邊緣引導件適于在基底饋送到第一接合單元202中時，防止基底242偏離。
通常，設立本發明的機器，以同時生產2到10，更通常為6卷基底。對于連接到連續的墨供給的那些印刷站，要使用的卷的數量通常不是問題。然而，對于兩個供給有限數量的墨的酶印刷站，要使用的卷的數量是重要的輸入參數。實際上，在開始印刷過程以前，要使用的卷的數量確定放置在篩網上的墨的數量。例如，對于6卷運行，在部分5和6的每一個的印刷開始以前，與6(或者剛好多于6)卷相當的酶墨放置在篩網上。因此，貫穿印刷運行，需要準備好酶墨用于印刷，以在印刷運行的整個壽命確保酶的一致印刷。在酶印刷站中圍繞篩網放置壁，以確保足夠量的酶墨可以加入篩網，而不需要在運行期間裝滿篩網，以及也降低了酶墨溢出篩網和溢到在篩網下面行進的幅基底上的風險。
在本發明的一個實施例中，貫穿該過程，基底242保持在大約165N的張力下，以便維持要印刷的四層的對準(通常，印刷對準公差為300微米)。在每個印刷步驟期間，基底242還經歷140℃或者較小的各種溫度，以便干燥印刷的墨。由于該張力和溫度，在該過程期間，基底242有伸展或者膨脹的趨勢，因此，落到對準公差以外。實際上，從印刷階段到印刷階段，印刷運行到印刷運行，以及印刷運行本身中的圖像尺寸變化是不可預知的，以及高于可以容忍的。
在圖2A中所示的本發明的實施例中，部分2是預處理站102。在任何圖像印刷到基底上以前進行預處理。預處理基底242，以減少在幅過程的隨后的部分內的膨脹和伸展的量，也有助于通過部分3-6的基底242對準。預處理站可以將基底242加熱到不超過隨后的印刷步驟的溫度。典型地，這發生在150和180N之間的張力下，更典型地，發生在大約165N。然而，在另一個實施例中，再次可選的在上述的張力下，預處理站102可以將基底242加熱到足夠從基底242去除不可逆的伸展的溫度。
在本發明的一個實施例中，在預處理區域211將基底加熱到近似160℃，這在圖11中更詳細地顯示。如前所說明的，在本發明的一個實施例中，在基底242隨后的處理期間，包括隨后的干燥步驟，沒有達到或者超過在預處理站102中將基底242加熱到的溫度。隨后的印刷過程可以通過提供稍微較大的模板篩網尺寸(通常在幅的行進方向上750微米)來補償由于由預處理站102的過程引起的伸展產生的稍微較大的圖像。提供新的篩網可能有問題。因此，在每個印刷站可以改變其它參數，諸如篩網和幅的相對速度，以適應圖像尺寸的變化，而不需要更換篩網。無論如何，可以適應的圖像尺寸變化的量有限制。因此，最好如這里描述地預處理基底，減小整體圖像尺寸增加，以及減小所述圖像尺寸增加的變化。
在本發明的一個實施例中，預處理站102還包括額外的元件，其執行促進根據本發明的幅制造過程的正確操作的功能。在預處理單元102中，有兩個幅清潔單元，第一清潔單元204和第二清潔單元207，其清潔基底242的頂部和底側。在任何印刷步驟之前，第一清潔單元204和第二清潔單元207使用膠粘粘合劑涂覆的輥來從基底242去除顆粒。第一清潔單元204可以是例如市場上從Glasgow，UnitedKingdom的KSM Web Cleaners可以得到的型號WASP400的清潔器。第二清潔單元207例如是市場上從Teknek可以得到的清潔器。預處理站102還包括入站軋輥206和測壓儀208。入站軋輥206用于控制基底242的張力(特別是在入站軋輥206和出站軋輥238之間的張力)。入站軋輥206經由控制系統(沒有顯示)鏈接到測壓儀208。基底242通過出站軋輥238以恒定的速率從在部分6中的第二酶印刷站106取出。當基底移動通過根據本發明的幅過程時，在部分2中的測壓儀208測量基底242的張力。入站軋輥206調節其速度，以便在預定的設置點控制張力。在根據本發明的幅制造過程中典型的基底張力為近似150N到180N，更具體的，為160N到170N，在本實施例中，該張力為近似165N。
圖2B是描繪根據本發明的幅印刷過程的部分3、部分4和部分5的示意圖。在圖2B中，部分3是碳印刷站103。在印刷以前，安裝清潔系統(從Meech可以得到)，該清潔系統使用真空和刷子系統來清潔基底的頂側(印刷側)和底側，頂部刷子和真空站251以及底部刷子和真空站250彼此偏移。頂部刷子和真空站250緊接冷卻輥212和存儲器213以前接觸基底，且為碳印刷以前最近的可到達點。底側刷子和真空站251緊接基底離開預處理單元102以后接觸基底。碳印刷站103包括第一冷卻輥212，第二存儲器213，第二二印刷輥214，第一視覺傳感器215，第二驅動輥216，第一干燥器區域217和第二冷卻輥218。在圖2B中所示的本發明的實施例中，部分4是絕緣印刷站104。絕緣印刷站104包括第三冷卻輥219，第三存儲器220，第三印刷輥221，第二視覺傳感器222，在位置237A處的第一Y對準系統(沒有顯示)，第三驅動輥223和第二干燥器區域224。在圖2B中，部分5是第一酶印刷站105。第一酶印刷站105包括第四冷卻輥225，第四存儲器226，第四印刷輥227，第三視覺傳感器228，在位置237B處的第二Y對準系統(沒有顯示)，第四驅動輥229和第三干燥器區域230。
在根據本發明的過程中，幅制造過程的部分3為進行碳印刷的地方。當然，如本領域中的普通技術人員可以理解的，印刷過程的數量和類型可以變化，而不偏離本發明的最寬的范圍。例如，可以設置兩個碳印刷，或者通過具有金屬顆粒銀/氯化銀的墨或者基于金或鈀的墨的碳的一個或者多個印刷可以用來提供電化學傳感器的電極層。絕緣和試劑層也可以改變它們的成分、沉積順序、沉積厚度和布局，以及本領域中的普通技術人員從這里描述的實施例會明白的其它參數。在部分3中，用于根據本發明制造的電化學傳感器的碳圖形可以利用絲網印刷來印刷。碳印刷站103的基本構件在圖6和7中顯示。特別地，根據本發明的合適的印刷站包括篩網301、下部印刷輥303、印刷輥600、充滿片603、涂刷器保持器605和涂刷器606。在碳印刷站103中，印刷輥600為第二印刷輥214。篩網301為通常的平的結構，通常包括網眼，其設置為提供需要的圖形的負片。碳墨施加到網眼，且在印刷期間將碳墨推過網眼。在該階段，平的篩網可能由于墨的重量(對于酶印刷步驟，尤其是這樣，其中，在整個印刷運行期間要使用的所有的墨通常在印刷運行的開始處沉積在篩網上)以及來自將墨推過網眼模板的涂刷器的壓力而稍微變形脫離平的形狀。
在根據本發明的充滿周期過程中，通過在相應于基底242的幅運動的第一方向608上移動涂刷器606，充滿片603，印刷輥600和下部印刷輥303，篩網301裝滿墨604。對于充滿周期，其中，墨604被裝滿到篩網301上，篩網301在與基底242的第一方向608相反的第二方向607上移動。
在根據本發明的隨后的印刷周期過程中，如圖7所示，涂刷器606傳遞墨604通過篩網301且到達基底242上。在印刷周期期間，涂刷器606，充滿片603，印刷輥600和下部印刷輥303都在與基底242的幅運動方向相反的第二方向607上移動。對于印刷周期，其中，墨604被推過篩網301且沉積在基底242上，篩網301在相應于基底242的幅運動的第一方向608上移動。因此，在印刷周期期間，篩網301在與幅基底相同的方向上以與基底相同或者很接近相同的速度運動。當靜止時，篩網301大致為平的，盡管在使用中，其由涂刷器606朝著幅推動，當這種情況發生時，篩網稍微變形，且一旦去除涂刷器606時，篩網大致恢復到其原來的形狀。然后，當篩網301被重新加載墨604準備好用于下一個印刷周期時，其在與基底相反的方向上運動。當墨加載到篩網301上時，墨的重量可能非常輕微地彎曲篩網。當幅離開印刷站時，篩網301與幅的行進方向608成一個角度。這種布置(角度通常大約10到30度，更具體的，大約15度)改進了墨從篩網釋放到基底上，改進了印刷清晰度和可再現性。篩網相對于基底的角度，涂刷器角度，篩網相對于涂刷器的距離，涂刷器相對于印刷輥的位置，捕獲距離，基底和篩網的相對速度，以及涂刷器壓力，都可以用于控制和優化最終得到的印刷清晰度和橫過卡的一致性(絲網印刷機構的一個實施例在頒發的美國專利4245554中更加詳細地描述，其通過參考在此引入)。
特別地，在碳印刷站103中，所述的墨為碳墨。合適的碳墨的例子在此在下面闡述。在本發明的實施例中，在使用涂刷器606來將墨604傳遞通過篩網且到達基底242上以前，篩網301充滿墨604。然后使用例如140℃的熱空氣來干燥沉積在基底242上的印刷的碳圖形，該熱空氣使用第一干燥器區域217中的四個獨立的干燥組來引導到基底的印刷的表面上，這在如圖12中更詳細地顯示。
用于碳印刷站的合適的墨包括，但不限于，具有金屬顆粒，銀/氯化銀，基于金，基于鈀的碳的導電可印刷的墨。
在本發明的一個實施例中，在碳印刷過程之前，緊接干燥之后，基底242通過第一冷卻輥212，其設計為快速冷卻基底242到預定的溫度，通常為室溫(大約18-21℃，通常19.5℃+/-0.5℃)。在根據本發明的幅制造過程的一個實施例中，第一冷卻輥212的表面為近似18℃。第一冷卻輥212可以例如使用大約7℃的工廠冷卻水來冷卻到合適的溫度。通過控制工廠冷卻水的流率和/或溫度可以控制輥的溫度。在印刷的碳圖案在印刷過程中沉積以后，基底242通過第二冷卻輥218。降低基底的溫度，以及維持基底242的溫度是有利的，因為較冷的溫度減小了在印刷期間在篩網上墨干燥以及在網眼中產生阻塞的可能性。在根據本發明的幅制造過程中使用冷卻輥也是有利的，因為其降低了基底242的伸展量，減小了對準問題，以及修改進行中的過程來彌補這樣的問題的需要。
在一個實施例中，通過測量冷卻輥的溫度和控制水流/溫度的反饋回路來動態控制冷卻輥的溫度。本領域中的普通技術人員從這里描述的實施例可以設想冷卻該輥的其它方法，例如，電動制冷單元。
在根據本發明的過程中，幅制造過程的部分4是進行絕緣印刷的地方。在部分4中，利用使用通常的平的篩網的絲網印刷來印刷根據本發明制造的電化學傳感器的絕緣圖形。絕緣印刷站104的基本構件在圖6和7中顯示。特別地，根據本發明的合適的印刷站包括篩網301、下部印刷輥303、印刷輥600、充滿片603、涂刷器保持器605和涂刷器606。在絕緣印刷站104中，印刷輥600為第三印刷輥221。
在根據本發明的充滿周期過程中，通過在相應于基底242的幅運動的第一方向608上移動涂刷器606，充滿片603，印刷輥600和下部印刷輥303，篩網301裝滿墨604。對于充滿周期，其中，墨604被裝滿到篩網301上，篩網301在與基底242的第一方向608相反的第二方向607上移動。
在根據本發明的隨后的印刷周期過程中，如圖7所示，涂刷器606傳遞墨604通過篩網301且到達基底242上。在印刷周期期間，涂刷器606，充滿片603，印刷輥600和下部印刷輥303都在與基底242的幅運動方向相反的第二方向607上移動。對于印刷周期，其中，墨604被推過篩網301且沉積在基底242上，篩網301在相應于基底242的幅運動的第一方向608上移動。絲網印刷機構的一個實施例在頌發的美國專利4245554中更加詳細地描述，其通過參考在此引入。
在可移動的平的絲網印刷中，在印刷期間，通常平的篩網具有其運動為在與基底相同的方向上且為以與基底近似相同的速度的分量。通常，在印刷站的每一個中，當篩網和基底從印刷位置(鄰近圖6中的印刷輥200)移動離開時，大致平的篩網相對于基底成銳角(圖6中為A)。改變基底和篩網的相對速度改變了印刷的圖像在基底行進方向，即，X方向上的尺寸。
用于印刷站的每一個的模板篩網通常包括伸展和接附到剛性框架的可彈性變形的聚酯或者鋼網眼。一個實施例使用由Weymouth，UK的DEK Machinery供應的聚酯篩網。網眼涂覆有UV敏感的涂層，結合膜正片，篩網暴露到UV光源，顯影，以及干燥，使得涂層在篩網上干燥，以形成需要的圖形圖像的負片。在涂刷器的幫助下，墨通過模板的開口區域且到達基底上(給定由墨在基底上形成的正片圖像)。框架提供安裝網眼的裝置，以及承受由伸展的網眼施加的力，具有最小的變形，且承受在印刷期間產生的額外的力。
特別地，在絕緣印刷站104中，所述的墨為絕緣墨。合適的絕緣墨的例子在此在下面闡述。在本發明的實施例中，在使用涂刷器606來將墨604傳遞通過篩網且到達基底242上以前，篩網301充滿墨604。然后使用例如140℃的熱空氣來干燥沉積在基底242上的印刷的絕緣圖形，該熱空氣使用第二干燥器區域224中的四個獨立的干燥組來引導到基底的印刷的表面上，這在如圖13中更詳細地顯示。用于根據本發明的幅制造過程中的絕緣印刷站的合適的墨的例子為ErconE6110-116 Jet Black Insulayer Ink，其可以從Ercon，Inc.購買。在本發明的一個實施例中，使用這里描述的技術，絕緣圖形在X方向(沿著機器)和Y方向(橫過機器)上對準到碳圖形。可以使用絕緣墨的其它類型，如本領域中的普通技術人員從這里的描述可以理解的。而且，可以使用不同的層，或者不同的層的順序來提供不同的層的順序，因此提供生產的電化學傳感器的不同的結構。
在本發明的一個實施例中，在絕緣印刷過程之前，緊接干燥之后，基底242，包括印刷的碳和絕緣圖案，通過第三冷卻輥219，其設計為快速冷卻基底242到預定的溫度，通常為室溫(大約17-21℃，通常19.5℃+/-0.5℃)。在根據本發明的幅制造過程的一個實施例中，第三冷卻輥的表面溫度為近似18℃。第三冷卻輥219可以例如使用大約7℃的工廠冷卻水來冷卻到合適的溫度。降低基底242的溫度，以及維持基底242的溫度是有利的，因為較冷的溫度減小了在篩網上墨干燥以及在網眼中產生阻塞的可能性。在根據本發明的幅制造過程中使用冷卻輥也是有利的，因為其降低了基底242的伸展量，減小了對準問題，以及修改進行中的過程來彌補這樣的問題的需要。
在根據本發明的過程中，幅制造過程的部分5是進行第一酶印刷的地方。在部分5中，利用絲網印刷和如前所述的可移動的通常平的篩網來印刷根據本發明制造的電化學傳感器的酶墨圖形。第一酶印刷站105的基本構件在圖6和7中顯示。特別地，根據本發明的合適的印刷站包括篩網301、下部印刷輥303、印刷輥600、充滿片603、涂刷器保持器605和涂刷器606。在第一酶印刷站105中，印刷輥600為第四印刷輥227。
在根據本發明的充滿周期過程中，通過在相應于基底242的幅運動的第一方向608上移動涂刷器606，充滿片603，印刷輥600和下部印刷輥303，篩網301裝滿墨604。對于充滿周期，其中，墨604被裝滿到篩網301上，篩網301在與基底242的第一方向608相反的第二方向607上移動。
在根據本發明的隨后的印刷周期過程中，如圖7所示，涂刷器606傳遞墨604通過篩網301且到達基底242上。在印刷周期期間，涂刷器606，充滿片603，印刷輥600和下部印刷輥303都在與基底242的幅運動方向相反的第二方向607上移動。對于印刷周期，其中，墨604被推過篩網301且沉積在基底242上，篩網301在相應于基底242的幅運動的第一方向608上移動。絲網印刷機構的一個實施例在頒發的美國專利4245554中更加詳細地描述，其通過參考在此引入。
特別地，在第一酶印刷站105中，所述的墨為酶墨。合適的酶墨的例子在此在下面闡述。在本發明的實施例中，在使用涂刷器606來將墨604傳遞通過篩網且到達基底242上以前，篩網301充滿墨604。然后使用例如50℃的熱空氣來干燥沉積在基底242上的印刷的酶圖形，該熱空氣使用第三干燥器區域230中的兩個獨立的干燥組來引導到基底的印刷的表面上，這在如圖14中更詳細地顯示。用于根據本發明的幅制造過程中的第一酶印刷站105的合適的墨的例子在表格2中總結。
表格2
在本發明的一個實施例中，在絕緣印刷過程之后，緊接干燥之后，基底242，包括印刷的碳和絕緣圖案，通過第四冷卻輥225，其設計為快速冷卻基底242到預定的溫度，通常為室溫(大約17-21℃，通常19.5℃+/-0.5℃)。在根據本發明的幅制造過程的一個實施例中，第四冷卻輥225的表面為近似18℃。第四冷卻輥225可以例如使用大約7℃的工廠冷卻水來冷卻到合適的溫度。降低基底242的溫度，以及維持基底242的溫度是有利的，因為較冷的溫度減小了在篩網上墨干燥以及在網眼中產生阻塞的可能性。在根據本發明的幅制造過程中使用冷卻輥也是有利的，因為其降低了基底242的伸展量，減小了對準問題，以及修改進行中的過程來彌補這樣的問題的需要。
另外，由于酶墨的高的水含量以及由于篩網運動的氣流，確保酶墨不干燥到篩網中是關鍵的。由運動篩網遇到的空氣的相對流以在平臺絲網印刷機(諸如Thieme平臺印刷機)中不常見的方式干燥篩網上的墨，因為不像本發明，篩網本身不在機器內運動。不但在基底遇到酶絲網印刷步驟以前冷卻輥通過確保基底冷卻到大約18℃來減輕這樣的情況，而且在印刷期間增濕加載有酶墨的篩網。在一個實施例中，增濕大致是連續的。可以是頂側、底側和/或側部篩網增濕，實際上可以提供所有三種增濕。導管的布置分別從上、下和側面提供大致恒定的增濕空氣流到篩網上，確保墨的水含量維持在恒定的水平。用于提供根據本發明的頂側、底側和/或側面篩網增濕的合適的布置在圖3、4和5中顯示。增濕裝置(通常為運送增濕空氣的導管)的數量和布置其中依賴于需要增濕的量、墨的水含量、周圍空氣的濕度和溫度、當基底接近酶印刷站時的基底的溫度、印刷輥的溫度、篩網的尺寸，以及篩網到周圍環境(未增濕的空氣)的暴露。在一個實施例中，在篩網來回一次行程期間，包括一行或者多行孔400的導管304將增濕的空氣運送過篩網的整個底側。上面的和機器的操作者側的導管(沒有顯示)輸送增濕的空氣流300和304(如圖4可見)。
通常，在印刷運行開始時或者在印刷運行開始前，印刷運行需要的所有的酶墨放置在篩網上。因為酶墨包括大部分水(典型地重量百分比在55和65％之間，更典型地重量百分比大約為60％)，所以在運行壽命期間墨趨向于變干。通過圍繞加載有酶墨的篩網提供增濕減輕了該風險。可選地，或者更典型地另外在遇到酶(或者實際上任何)印刷站以前，通過使用這里描述的冷卻輥來冷卻基底。典型地，基底的溫度控制為小于或者等于室溫。然而，基底的溫度保持在房間中的大氣的露點之上。如果房間處于60％的濕度，那么露點可能是15℃。如果基底的溫度低于該溫度，那么在基底上會出現凝露，可能損害任何隨后的印刷運行，特別是通過諸如酶墨之類的可水溶的墨的任何隨后的印刷運行。因此，基底溫度的控制，例如，在室溫和露點的限制之間，對于成功的印刷運行是重要的。冷卻輥212、219、225和231的溫度和/或通過冷卻輥212、219、225和231的時間的控制對于控制基底溫度是重要的。可以使用反饋控制回路來例如相對于室溫和/或露點(給定的房間濕度)測量基底溫度，以控制冷卻輥的溫度和當基底離開輥和接近下一個印刷站時的基底溫度。
圖2C是描繪根據本發明的幅印刷過程的部分6和部分7的示意圖。在圖2C中，部分6是第二酶印刷站106。第二酶印刷站106包括第五冷卻輥231，第五存儲器232，第五印刷輥233，第四視覺傳感器234，第五驅動輥235，第五干燥器區域236，Y對準系統237和出站軋輥238。在圖2C所示的本發明的實施例中，部分7是重繞機單元107。重繞機單元107包括轉向機構239，第一重繞心軸240和第二重繞心軸241。
在根據本發明的過程中，幅制造過程的部分6是進行第二酶印刷的地方。在部分6中，利用絲網印刷來印刷根據本發明制造的電化學傳感器的酶墨圖形。施加2個酶墨涂層的目的為確保完全覆蓋碳電極，使得電極大致均勻而沒有空隙。第二酶印刷站106的基本構件在圖6和7中顯示。特別地，根據本發明的合適的印刷站包括篩網301、下部印刷輥303、印刷輥600、充滿片603、涂刷器保持器605和涂刷器606。在第二酶印刷站106中，印刷輥600為第五印刷輥233。
在根據本發明的充滿周期過程中，通過在相應于基底242的幅運動的第一方向608上移動涂刷器606，充滿片603，印刷輥600和下部印刷輥303，篩網301裝滿墨604。對于充滿周期，其中，墨604被裝滿到篩網301上，篩網301在與基底242的第一方向608相反的第二方向607上移動。
在根據本發明的隨后的印刷周期過程中，如圖7所示，涂刷器606傳遞墨604通過篩網301且到達基底242上。在印刷周期期間，涂刷器606，充滿片603，印刷輥600和下部印刷輥303都在與基底242的幅運動方向相反的第二方向607上移動。對于印刷周期，其中，墨604被推過篩網301且沉積在基底242上，篩網301在相應于基底242的幅運動的第一方向608上移動。絲網印刷機構的一個實施例在頒發的美國專利4245554中更加詳細地描述，其通過參考在此引入。
特別地，在第二酶印刷站106中，所述的墨為酶墨。在本發明的實施例中，在使用涂刷器606來將墨604傳遞通過篩網且到達基底242上以前，篩網301充滿墨604。然后使用例如50℃的熱空氣來干燥沉積在基底242上的印刷的酶圖形，該熱空氣使用第四干燥器區域236中的兩個獨立的干燥組來引導到基底的印刷的表面上，這在如圖15中更詳細地顯示。用于第二酶印刷站106的合適的墨的例子與用于第一酶印刷站中的酶墨相同，其在前述的表格2中描述。
在本發明的一個實施例中，在第二酶印刷過程之后，緊接干燥之后，基底242，包括印刷的碳，絕緣，和酶墨圖案，通過第五冷卻輥231，其設計為快速冷卻基底242到預定的溫度。在根據本發明的幅制造過程的一個實施例中，第五冷卻輥231的表面為近似18℃。第五冷卻輥231可以例如使用大約7℃的工廠冷卻水來冷卻到合適的溫度。降低基底242的溫度，以及維持基底242的溫度是有利的，因為較冷的溫度減小了在篩網上墨干燥以及在網眼中產生阻塞的可能性。在根據本發明的幅制造過程中使用冷卻輥也是有利的，因為其降低了基底242的伸展量，減小了對準問題，以及修改進行中的過程來彌補這樣的問題的需要。
另外，由于酶墨的高的水含量以及由于篩網運動的氣流，確保酶墨不干燥到篩網中是關鍵的。不但在基底遇到酶絲網印刷步驟以前冷卻輥通過確保基底冷卻到18℃來減輕這樣的情況，而且還有能夠提供在篩網之上和之下的增濕空氣流的頂側和/或底側和/或側面篩網增濕，確保墨的水含量維持在恒定的水平。典型地，增濕空氣在篩網之上恒定地流動。用于提供根據本發明的頂側和底側篩網增濕的合適的布置在圖3中顯示。
第二酶印刷站106可以包括出站軋輥238，用于檢查對準的檢查系統237，在237C(沒有顯示)第三Y對準系統，以及條形碼站(沒有顯示)。出站軋輥238有助于控制基底242的張力(特別是在入站軋輥206和出站軋輥238之間的張力)。通過出站軋輥238，基底242以恒定的速率從第二酶印刷站106取出。在位置237A、237B和237C處的Y對準系統(沒有顯示)通過利用第一Y對準標記2101、第二Y對準標記2102、第三Y對準標記2103、第四Y對準標記2104來控制印刷期間每個印刷周期的Y對準(即，跨過幅)，這些對準標記在圖21A中顯示。在本發明的一個實施例中，第一Y對準標記2101、第二Y對準標記2102、第三Y對準標記2103和第四Y對準標記2104可以分別相應于碳印刷站103、絕緣印刷站104、第一酶印刷站105和第二酶印刷站106的Y對準。每個Y對準標記包括2個三角形，其以近似矩形的方位并置。在一個實施例中，位于位置237A、237B和237C處的Y對準系統可以通過來自德國的Leopoldshohe的Eltromat Gmbh的Eltromat DGC650來實現。
在本發明的一個實施例中，檢查系統237可以使用市場上從德國的Leopoldshohe的Eltromat Gmbh得到的型號PC3100HD的EltromatInspection System來實現。檢查系統237具有視覺構件，其檢查在圖17A到19D和/或圖20D中所示的對準標記，且可以用作評價傳感器片2106是否應該被丟棄的工具(例如，通過相對于數據庫中的條形碼記錄檢查結果)。
在Y尺度(其可以在印刷期間通過位于237A、237B和237C處的對準系統(沒有顯示)來改變和/或在完成所有的印刷階段以后通過檢查系統237來檢查)上的對準問題可以歸于幅張力的變化或者基底242的不均勻的變形。在本發明的實施例中，條形碼站包括下面的市場上可得到構件，條形碼打印機(來自Cambridge，United Kingdom的Domino UK Ltd.的型號A400)，條形碼橫動系統(Perthshire，Scotland的Scottish Robotic Systems)，以及條形碼讀取器(Canton，MA的RVSI Acuity CiMatrix)。條形碼站(沒有顯示)用2維條形碼給每行傳感器片2106貼標簽。這給每行傳感器提供獨特的標識符碼、批號/批數識別、傳感器片號和行號。條形碼站還緊接著印刷之后讀取條形碼，以確定條形碼被正確地印刷，以及給機器操作者提供視覺標識符。條形碼和來自部分2到6的過程信息存儲在數據庫中，以后用于識別和隨后丟棄/接受卡來用于將來的過程。
重繞機單元107包括例如Martin Automatic Rewind System。這是機器的最后的部分，以及允許基底242的連續重繞。重繞機單元107包括第一重繞心軸240和第二重繞心軸241。第一重繞心軸240保持基底材料242的卷，以及從第二酶印刷站106連續地拉材料。第二重繞心軸241保持備用的材料卷，當完成來自第一重繞心軸240的基底242的卷時，第二重繞心軸自動將基底242的第一卷接合到第二卷。該連續過程從第一重繞心軸240到第二重繞心軸241重復。在基底242仍在運動時出現的快速接合用于能夠進行基底242的連續重繞。接合直接放置在涂有雙面壓敏粘合劑的新的基底材料242的卷上。
圖3是描繪圍繞幅印刷的第五和第六部分的濕潤環境的示意圖。用于提供增濕幅印刷環境的裝置的基本構件在圖3中顯示，其包括頂部濕潤空氣300、篩網301、底部濕潤空氣302、下部印刷輥303、包括多個穿孔400的導管304、基底242和第四印刷輥227或者第五印刷輥233。增濕和溫度設置為在充滿和印刷周期期間，以及最好在印刷運行的整個壽命期間，試圖以及確保酶墨的性質不隨著時間變化任何重大程度。特別地，需要酶墨的粘性和水含量在充滿和印刷周期期間，以及最好在印刷運行的整個壽命期間，不隨著時間變化。酶墨為近似63％的水。恒定的水含量確保放下到基底242上的墨的量為一致的。如果墨的水含量在印刷過程期間變化，這會導致酶層厚度的變化。另外，從酶墨失去水分會導致酶在篩網301上干燥，導致差的印刷清晰度和放置在基底242上的墨的量的減小。第一酶印刷站105或者第二酶印刷站106內的濕潤空氣維持在85到95％之間的相對濕度。頂部濕潤空氣300和底部濕潤空氣302泵送到篩網301的兩側上，以維持需要的相對濕度。側面導管305設置到幅的一側，以及在緊鄰酶印刷站的一側上將增濕空氣引入到幅上。增濕布置的種類和類型可以改變，以適合印刷站的尺寸和形狀，以及在該環境中的該印刷站處的該類型的墨的增濕要求。通常，可以使用罩來封閉篩網的上部和/或下部側，使得增濕空氣可以輸送到直接鄰近篩網的罩中，且通過罩的存在保持篩網附近內。如果罩安裝在上部篩網框架上，這是典型的情況，罩可以具有在x方向(印刷方向)上的槽，以允許涂刷器在正常的充滿/印刷周期期間相對于篩網運動。
圖4是描繪圍繞幅印刷的第五和第六部分的濕潤環境的底部視圖。用于提供用于幅印刷環境的增濕的裝置的基本構件也在圖4中顯示，其包括頂部濕潤空氣300、篩網310、底部濕潤空氣302、具有穿孔的導管304，以及穿孔400，在305處的側導管(沒有顯示)。具有幾個穿孔400的導管304定位在篩網301下面，作為用于吹底部濕潤空氣302來維持篩網301上的酶墨的粘性的裝置。圖5是具有穿孔400來吹底部濕潤空氣302的導管304的透視圖。
圖8是描繪2個不同的涂刷器角度的示意圖，其包括基底242、印刷輥600和涂刷器606。涂刷器的角度800可以變化，以優化印刷區域的清晰度。在本發明的一個實施例中，涂刷器的角度可以為15+/-5，最好為+/-1到2度。注意，涂刷器606與印刷輥600的接觸點對于每個涂刷器角度800是相同的。
圖9是描繪2個不同的涂刷器位置的示意圖，其包括基底242、印刷輥600、下部印刷輥303、涂刷器606、第一涂刷器位置900和第二涂刷器位置901。涂刷器位置是涂刷器相對于印刷輥600的中心的位置。涂刷器位置對印刷的墨的厚度會有主要影響。涂刷器的位置可以變化，以優化印刷區域的清晰度。
圖10是描繪篩網捕獲距離(1000)的示意圖，其包括基底242、印刷輥600、下部印刷輥303和篩網301。在本發明的一個實施例中，篩網捕獲距離(1000)是篩網301和基底242之間的最接近的距離。在本發明的優選實施例中，篩網捕獲設置(1000)可以近似0.7mm。如果篩網捕獲設置(1000)設置太高，涂刷器606不能充分偏轉篩網301來以充分的印刷清晰度將墨604傳遞到基底242上。如果篩網捕獲設置(1000)設置太低，篩網301將會從前面的印刷周期抹掉墨604，引起不充分的印刷清晰度。
圖11示出了預處理區域211的分解視圖，其包括第一驅動輥210、熱板1100、第一加熱器組1101、第二加熱器組1102和第三加熱器組1103。在本發明的實施例中，熱板1100接觸基底242的未印刷的側。在本發明的優選實施例中，熱板1100可以涂覆有特富龍，以及可以加熱到近似160℃。在本發明的實施例中，第一加熱器組1101、第二加熱器組1102和第三加熱器組1103吹近似160℃的熱空氣。這可以變化，以適合基底類型和/或厚度和/或任何預處理和/或以后在該過程中遇到的溫度，如本領域中的普通技術人員可以理解的。
圖12示出了第一干燥區域217的分解視圖，其包括第二冷卻輥218、第二驅動輥216、第一干燥器組1200A、第二干燥器組1101A、第三干燥器組1102A和第四干燥器組1103A。在本發明的實施例中，第一干燥器組1200A、第二干燥器組1101A、第三干燥器組1102A和第四干燥器組1103A吹近似140℃的熱空氣，盡管這可以變化，如本領域中的普通技術人員從這里的描述可以理解的。
圖13示出了第二干燥區域224的分解視圖，其包括第三驅動輥223、第一干燥器組1200B、第二干燥器組1101B、第三干燥器組1102B和第四干燥器組1103B。在本發明的實施例中，第一干燥器組1200B、第二干燥器組1101B、第三干燥器組1102B和第四干燥器組1103B吹近似140℃的熱空氣，盡管這可以變化，如本領域中的普通技術人員從這里的描述可以理解的。
圖14示出了第三干燥區域230的分解視圖，其包括第四驅動輥229、第一干燥器組1200C和第二干燥器組1101C。在本發明的實施例中，第一干燥器組1200C和第二干燥器組1101C吹近似50℃的熱空氣，盡管這可以變化，如本領域中的普通技術人員從這里的描述可以理解的。
圖15示出了第四干燥區域236的分解視圖，其包括第五驅動輥235、第一干燥器組1200D和第二干燥器組1101D。在本發明的實施例中，第一干燥器組1200D和第二干燥器組1101D吹近似50℃的熱空氣，盡管這可以變化，如本領域中的普通技術人員從這里的描述可以理解的。
圖16示出了第一清潔單元204的分解視圖，其包括膠粘輥1600、藍色聚合物輥1601。在本發明的實施例中，藍色聚合物輥1601接觸基底242的頂側和底側，以及將顆粒/外來物質傳遞到膠粘輥1600。
圖17A到17D示出了本發明的實施例的具有正確對準的絕緣層到碳層的視圖。注意，圖17A表示傳感器片2106的左上部，圖17B表示傳感器片2106的右上部，圖17C表示傳感器片2106的左下部，圖17D表示傳感器片2106的右下部。這些標記沒有在圖21A中所示的傳感器片上顯示。在本發明的一個實施例中，碳印刷站103將包括由矩形碳線1703圍繞的實心碳矩形1700的碳層印刷到基底242上。在隨后的印刷周期中，絕緣印刷站104將矩形絕緣線1701印刷到基底242上，該矩形絕緣線定位在實心碳矩形1700和矩形碳線1703之間。當絕緣層到碳層的對準在所有四個角部都正確時，通常在矩形絕緣線1701和實心碳矩形1700之間沒有未涂覆的基底242顯示。絕緣層到碳層的對準可以由操作者手動檢驗，或者可以使用第二視覺傳感器222來檢驗，在一個實施例中，第二視覺傳感器包括指向基底的每個角部的攝像機。通常，這形成了在印刷運行開始時的初始化的一部分。操作者可以在TV屏幕上觀察相互鄰近的基底的所有四個角部。然后，操作者可以在該初始化過程期間(實際上，在印刷運行的剩余部分期間)視覺檢查絕緣層與碳層的對準，以及可以進行任何必須的調節來使絕緣印刷和碳印刷對準。應該理解，幅觀察器222(例如包括指向基底卡的四個角部之上的位置的4個攝像機)觀察和發送，以顯示每個卡的四個角部的每一個的快照。這樣，在顯示器上只觀察了每個卡的角部為一轉眼的工夫，因為當幅行進通過設備時，在觀察攝像機下面的基底不斷地被替代。該系統使得操作者可以立即看到他進行的任何調節對絕緣層到碳層對準的效果。操作者可能進行的調節包括，但不限于，絲網印刷行程、捕獲高度、涂刷器壓力、相對于“Y”方向的篩網位置、相對于θ(Theta)的篩網位置。一旦在這個和其它印刷站上已經建立觀察器對準(使用觀察器228和234)，允許自動內部X對準系統(使用標記2107和2108)和自動Y對準系統(例如，位于位置237A、237B和237C處的對準系統使用標記2101到2104)在印刷期間接管和監控，以及自動校正X和Y對準。在圖17A到20D中所示的標記1700到1703可以用于在印刷期間自動X和Y對準，作為使用標記2101到2104以及2107和2108的另一種選擇或者補充，如本領域中的普通技術人員從這里的描述可以理解的。
圖18示出了當絕緣圖形在印刷方向上比碳圖形長時，本發明的實施例的具有不正確對準的絕緣層到碳層的視圖。即使碳和絕緣篩網在該尺度上具有相同的尺寸，也會發生這樣的情況，因為基底可能伸展了，或者篩網行程可能在每個階段不一樣(較慢的篩網行程沿著基底幅的行進方向給定相對較長的圖形印刷)。注意，圖18A表示傳感器片2106的左上部，圖18B表示傳感器片2106的右上部，圖18C表示傳感器片2106的左下部，圖18D表示傳感器片2106的右下部。當在四個角部之一處的絕緣層到碳層的對準不正確時，在矩形絕緣線1701和實心碳矩形1700之間可以觀察到未涂覆的基底242。絕緣層到碳層的對準可以由操作者使用第二視覺傳感器222來手動檢驗。
圖19示出了當印刷的絕緣圖形比碳印刷的圖形短時(例如，絕緣印刷的篩網行程可能比碳印刷的行程長，或者絕緣篩網可能比碳印刷站的篩網短)，本發明的實施例的具有不正確對準的絕緣層到碳層的視圖。注意，圖19A表示傳感器片2106的左上部，圖19B表示傳感器片2106的右上部，圖19C表示傳感器片2106的左下部，圖19D表示傳感器片2106的右下部。當在四個角部之一處的絕緣層到碳層的對準不正確時，在矩形絕緣線1701和實心碳矩形1700之間可以觀察到未涂覆的基底242。絕緣層到碳層的對準可以由操作者使用第二視覺傳感器222來手動檢驗。
圖20A到20D是描繪了印刷第二觀察引導件2002(如圖21A可見)的過程的結果的示意圖，其包括實心碳矩形1700、空心絕緣矩形線1701、空心碳矩形1703、來自第一酶層2000的實心矩形、來自第二酶層2001的實心矩形和未涂覆的基底242。可選的，通過自動正在進行的檢查系統，諸如在部分6中的檢查系統237(在第二酶印刷以后)，也可以在制造期間使用這樣的印刷。正在進行的對準典型地另外通過在“Y”方向上的位置237A、237B和237C處的對準系統(沒有顯示)以及在“X”方向上查看標記2105(如圖21A可見)的對準控制系統來進行。
圖21A是具有第一觀察引導件2100和第二觀察引導件2002；第一Y對準標記2101、第二Y對準標記2102、第三Y對準標記2103和第四Y對準標記2104；以及X對準標記2105的傳感器片的例子。注意，X對準標記2105包括碳X對準標記2107和絕緣X對準標記2108。圖21B是具有碳X對準標記2107和第二觀察引導件2002的傳感器片2106內的一行的分解視圖。圖21C是具有絕緣X對準標記2108和第二觀察引導件2002的傳感器片2106內的一行的分解視圖。絕緣X標記2108完全涂覆碳X對準標記2107，如圖21C所示，這樣，提供了在原來的碳標記2107的觸發點之前的觸發點(所述標記2108的左手邊緣)。這意味著，任何隨后的層相對于第二印刷的層(在這種情況下為絕緣層)而不是碳層來印刷。如果第二和隨后的篩網圖形尺寸在X方向上(沿著幅)比在X方向上的第一篩網圖形尺寸長，那么這是有用的。
在圖20A-D中以它們被印刷的順序顯示了印刷引導件的一個角部的分解視圖。在碳印刷站103的部分3處，實心碳矩形1700連同矩形碳線1703印刷，該矩形碳線圍繞實心碳矩形1700。在絕緣印刷站104的部分4處，矩形絕緣線1701印刷在實心碳矩形1700和矩形碳線1703之間。當在所有四個角部絕緣到碳的對準正確時，通常在實心碳矩形1700和矩形絕緣線1701之間沒有未涂覆的基底242顯示。另外，在絕緣印刷站104的部分4處，有兩個更多的矩形絕緣線1701直接印刷在實心碳矩形1700之上。這兩個另外的絕緣線用于視覺評價第一酶層2000到絕緣層和第二酶層2001到絕緣層的對準，這通過在矩形絕緣線內印刷酶墨的實心矩形來進行，如圖20C和20D所示。這樣，第三和第四印刷的層可以對準到第二而不是第一印刷的層。這具有這樣的優點，即，能夠適應在第一和第二層之間的圖形尺寸的變化(例如由于在第一干燥區域217中遇到的熱和張力，如果在第一印刷站以后基底伸展，可能需要這樣的情況)，而對印刷對準沒有反作用(在X方向上300微米的公差是典型的)。
如圖1和2所示，在過程的末端，包括印刷在其上的傳感器的基底242由重繞機單元107重繞，然后饋給到沖壓機108，該沖壓機例如可以是Preco沖壓機，其位于低濕度的環境內。該Preco Punch為CCD X，Y，Theta，Floating Bolster Punch。該Preco Punch對準系統使用CCD視覺系統來查看“Preco點”，其在碳印刷站上印刷，這允許沖壓機相對于碳印刷調節，使得沖壓機能夠將卡“沖壓”出正方形。沖壓機108的輸出為一組沖壓的卡，諸如在圖21A中所示的。沖壓的卡從沖壓機108排出到傳送帶上，該傳送帶在條形碼讀取器下運送卡，該讀取器讀取每個卡上的條形碼中的兩個，以確定該卡相對于幅數據庫接受還是丟棄。可以進行丟棄的卡的自動或者手動取出。然后，一個疊一個地堆疊卡，以為下面的制造步驟準備。
在碳印刷站103、絕緣印刷站104、第一酶印刷站105和第二酶印刷站106處，緊接著使用第一視覺傳感器215、第二視覺傳感器222、第三視覺傳感器228、第四視覺傳感器234的印刷過程步驟之后，分別都具有用于視覺檢查對準的裝置。對于在幅印刷制造過程中的每個部分——部分3、4、5和6——有幅觀察器攝像機系統位于緊接著印刷過程步驟之后。如圖2A-2C可見的幅觀察器位置。在部分3有兩個攝像機，在部分4、5和6的每個有四個攝像機。幅觀察器攝像機是在印刷運行的開始期間幅機器的操作者使用的手動設置過程的一部分。攝像機用于觀察印刷的標記，其有助于碳對齊到基底242的初始設置，以及絕緣層到碳層，第一酶層到絕緣層和第二酶層到絕緣層之間的對準。印刷引導件顯示指示在圖21A上。對于碳印刷對齊，使用第二觀察引導件2100來指示當基底242運行通過碳印刷站103時，相對于基底242的邊緣的碳印刷位置。有前緣線和尾緣線，如圖21A所示。調節碳印刷，直到這些線指示印刷與基底邊緣垂直。在X方向(沿著機器的長度)和Y方向(跨過機器的寬度)上需要各個印刷的層的對準，如圖21A可見。通過機器的內部對準系統控制X方向對準。這利用了在圖21A、B和C上指示的印刷的區域。在碳印刷周期時，碳X對準標記2107印刷在該區域。使用傳感器來將絕緣印刷周期對準到碳印刷，該傳感器使用碳X對準標記2107來允許絕緣篩網調節，以便在正確的位置印刷絕緣墨。然后，用于此目的的碳X對準標記2107被絕緣X對準標記2108覆蓋印刷，以及以相同的方式用于正確地將第一酶層2000和第二酶層2001與絕緣印刷對準。Y方向對準通過位于位置237A、237B和237C處的Y對準系統(沒有顯示)來控制，在本發明的實施例中，該Y對準系統可以是來自德國的Leopoldshohe的型號為DGC650的Eltromat對準系統。這利用了在圖21A中指示的印刷的區域2101到2104。在每個印刷周期——碳、絕緣、酶1和酶2——這些標記以隨后的印刷經由傳感器在Y方向上對準的順序印刷。幅數據庫在印刷期間記錄過程信息。在數據庫中記錄的信息能夠經由條形碼追溯到每個單個的卡，在一個實施例中，使用2D條形碼。在幅數據庫中收集的典型的信息在表格3中略述。幅數據庫能夠評價過程參數是否可接受或者不可接受，且可以據此——參數是否運行在公差限度內——用于丟棄卡。不可接受的卡可以在將來的過程手動或者自動去除。
表格3
圖22是用于對準幅印刷過程的參數X、Y、Z和θ的示意圖。參數Y表示從操作者到幅印刷機器的機器側的方向(通常水平)。參數X表示從退繞單元101到重繞機單元107的方向(通常水平)。參數Z表示垂直于X和Y方向的方向(通常垂直)。參數θ表示圍繞Z軸的角度。在本發明的實施例中，下面的參數用于對準下面的印刷過程，例如，碳印刷站103、絕緣印刷站104、第一酶印刷站105和第二酶印刷站106。
在本發明的一個實施例中，幅制造過程的產物是印刷有圖形的卡，包括相互對準印刷的碳、絕緣和兩個同樣的酶層，以形成每個包含電化學傳感器和相關的接觸電極的條，用于檢測血液樣本中的葡萄糖。這些條結合儀表用于自我監控血糖。可以設想這些條的幾種設計的生產。當前，幅設計為生產“One Touch Ultra”條，以用于從LifeScan，Inc.可以得到的One Touch Ultra儀表。
生產的圖形的示意圖樣本顯示在圖21A中。這示出了一個完整的印刷的卡，其包含10“行”50“條”。每個卡總共具有500“條”。還指示了印刷方位。通過印刷平行于印刷方向的行0到9(每行50條)，該過程可以容易地拓展到包括切割步驟，將行相互分離。而且，這意味著，可以容易地確定印刷質量中由跨過幅的變化(垂直于印刷方向)引起的任何有缺陷的行。給每行分配號碼(由條形碼確定)，因此來自幅上的特殊的片的特殊的行以后可以參照數據庫來確定，且不需要丟棄整個片來去除。這增加了來自該過程的有用的產品的生產量，且使得整個過程更加有效。
可運動的大致平的篩網很好地處理用于電化學傳感器的印刷中的墨的類型(固體/液體組合)。與轉輪凹板或者圓柱絲網印刷可以允許的相比，可運動的平的篩網的使用能夠更好地控制印刷清晰度，以及在電化學傳感器中需要沉積更厚的墨層。多種類型的篩網(具有不同的網眼，網眼中線的直徑，線間隙，厚度，網眼數量)容易從市場上得到，以應付在連續的幅印刷過程(碳、絕緣、酶)中不同類型的墨的不同要求。
由于平的篩網、印刷輥、基底和朝著基底推動篩網的涂刷器的布置，許多參數可以被操縱(篩網相對于基底的角度，涂刷器角度，篩網相對于涂刷器的位置，篩網相對于印刷輥的位置，捕獲距離，基底和篩網和涂刷器的相對速度等)，以優化電化學傳感器的印刷過程。
簡單總結用于制造電化學傳感器的幅制造過程，當在該過程期間幅被加熱且放置在張力下時，幅膨脹或者伸展。印刷站(例如，碳、絕緣、兩個酶)通常每個后面是干燥站。為了有效地干燥墨，干燥器站在相當高的溫度(50-140攝氏度)下操作。而且，為了有助于幅通過每個印刷站的對準，幅放置在張力下。
基底必須保持在張力下，以控制過程內的對準，結果，無論何時基底被加熱，例如印刷后的干燥墨，基底會不可預知地伸展，引起在隨后印刷中的圖像尺寸變化。
在每個印刷站處印刷的圖像的尺寸由幾個因素確定，模板尺寸、墨粘性、相對的幅和模板/篩網速度以及在該點的基底伸展(可逆和不可逆的伸展)等。當在過程末端看時，發現圖像尺寸變化(在不同的印刷步驟之間)改變。這是不可預知的，且比預期的要高，極大地降低了生產量。如果層之間的圖像尺寸之間的錯配沿著幅(x方向)大于300微米，那么產品沒有用。過度的圖像尺寸變化被認為是由于幅基底的過度和不可預知的伸展(由于加熱和張力)和收縮。
伸展和張力的問題在平臺印刷中不引起相同的問題。為了解決幅印刷中的問題，嘗試預收縮的基底。在被用于幅過程中以前，該基底被加熱到大約185攝氏度。然而，圖像尺寸中的變化留有一個問題，引起生產量降低。
對于幅過程的當前的建議為在第一干燥器中使用高溫，或者寧愿在足夠高的溫度下預處理，使得在一個例子中，在圖像被印刷在基底上以前，從基底大致去除不可逆的伸展。
在幅機器中的第一處理站中，干燥器組將基底加熱達到160攝氏度。基底以后在該過程中遇到的溫度通常不超過140度。
在圖2A中，未印刷的基底遇到的第一加熱器組為熱板。這是特富龍涂覆的板，其在幅運動期間升高且接觸基底。熱被引入到基底的背面。這當前運行在具有+/-4℃的規格的160℃的設置點。該160℃的設置點統計學上提供了最好的尺寸控制。計算的均值為160.9℃。在組2中，熱空氣在具有+/-4℃的規格的160℃的設置點下引入到基底的正面。計算的均值為161.29℃。在組3中，熱空氣在具有+/-4℃的規格的160℃的設置點下引入到基底的正面。計算的均值為161.18℃。在組4中，熱空氣在具有+/-4℃的規格的160℃的設置點下引入到基底的正面。計算的均值為160.70℃。
由于幅張力和在干燥器中引入的熱，幅基底每個圖形反復伸展近似0.7mm。這是利用站1作為預處理單元來在隨后的印刷站以前穩定基底的主要原因之一。使用站1來預處理基底改進了碳和絕緣行長度的穩定性，因為在印刷前從基底去除了很多材料伸展。
在本發明的一個實施例中，高溫用于在足夠高的溫度下的第一干燥器，使得在任何圖像被印刷在基底上以前(即，在基底到達任何印刷站以前)，從基底大致去除不可逆的伸展。在根據本發明的第一處理站中，干燥器組將基底加熱到第一溫度，其大致高于在印刷過程期間基底將遇到的任何溫度。例如，如果在印刷過程期間基底將遇到的最高溫度為140攝氏度，那么第一溫度可以在大約160攝氏度的量級。
根據本發明的方法可以通過下面的步驟來描述。該步驟包括通過加熱到第一溫度來預處理連續的基底；在基底上印刷電極層；將電極層暴露到熱源，使得將電極層加熱到第二溫度；可選的，第一溫度大于第二溫度。在還有的實施例中，該方法還可以包括這樣的步驟，即，在連續的基底上印刷絕緣層；將絕緣層暴露到熱源，使得將絕緣層加熱到第三溫度，其中，第一溫度可以大于第三溫度。
在本發明的還有的實施例中，基底以預定的張力拉離卷，且通過第一加熱器組，在一個實施例中，該加熱器組可以是涂覆有特富龍的熱板。當基底通過熱板時，熱板抬起且加熱基底。這樣，將熱引入基底的背面。可以調節熱板來將基底加熱到近似160℃+/-5℃的溫度。然后，基底移動到第二加熱器組，其中，基底的與熱板相反的側被熱空氣加熱，該熱空氣具有近似帶有+/-5℃規格的160℃的溫度。基底然后運動到第三加熱器組，其中，基底的與熱板相反的側被熱空氣加熱，該熱空氣具有近似160℃+/-5℃的溫度。基底然后運動到第四加熱器組，其中，基底的與熱板相反的側被熱空氣加熱，該熱空氣具有近似160℃+/-5℃的溫度。
由于幅張力和在干燥器中引入的熱，預處理幅基底，這樣減少了在連續制造過程中在隨后的過程步驟中的伸展。
可以理解，等價的結構可以替代這里所示和描述的結構，以及本發明的描述的實施例不是可以用于實現要求的本發明的唯一的結構。另外，應該理解，上述每個結構都具有功能，以及這樣的結構可以稱為用于執行該功能的裝置。
雖然這里顯示和描述了本發明的優選實施例，但是本領域中的普通技術人員明白，這樣的實施例只是通過舉例來提供的。在不偏離本發明的情況下，本領域中的普通技術人員現在想到多種變化、改變和替代。應該理解，這里描述的本發明的實施例的各種選擇可以用于實現本發明。趨向于由下面的權利要求書限定本發明的范圍，這些權利要求的范圍內的方法和結構及其等價物都由其覆蓋。
權利要求
1.一種在幅制造過程中預處理基底的方法，其中，所述幅制造過程包括多個印刷步驟，所述方法包括的步驟為在張力下移動所述基底通過所述幅過程；當所述基底通過所述印刷步驟時，加熱所述基底；其中，在所述印刷步驟期間，所述基底溫度不超過第一預定的溫度；以及使所述基底進入預處理站，其中，將所述基底加熱到超過所述第一預定溫度的第二預定溫度。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，在所述幅過程的隨后階段期間，不滿足或者超過所述第二預定溫度。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，所述第二預定溫度為近似140℃。
4.根據權利要求2所述的方法，其中，所述預處理站包括至少一個適于從所述基底去除雜質的表面清潔站。
5.根據權利要求2所述的方法，其中，所述第一預定溫度為近似160℃。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，在被加熱到所述第二預定溫度以前，所述基底在預定的張力下伸展。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，在所述幅過程的隨后的階段期間不超過所述的預定的張力。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，在所述幅過程的隨后的階段期間不滿足或者超過所述的第二預定的溫度。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，所述預處理站包括至少一個適于從所述基底去除雜質的表面清潔站。
10.根據權利要求7所述的方法，其中，所述預定的張力為近似165N，所述第二預定的溫度為近似140℃。
11.根據權利要求7所述的方法，其中，所述預定的張力為近似165N，所述第一預定的溫度為近似160℃。
12.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第二預定的溫度為足夠從所述基底去除不可逆的伸展的溫度。
全文摘要
本發明描述了一種在幅制造過程中預處理基底的方法，其中，幅制造過程包括多個印刷步驟，該方法包括的步驟為在張力下移動基底通過幅制造過程；當基底通過印刷步驟時，加熱基底，其中，在印刷步驟期間，基底溫度不超過第一預定的溫度；以及使基底進入預處理站，其中，將基底加熱到超過第一溫度的第二溫度。
文檔編號C12Q1/00GK1826524SQ200380108071
公開日2006年8月30日 申請日期2003年10月30日 優先權日2002年10月30日
發明者O·W·H·達維斯 申請人:因弗內斯醫療有限公司