CN105228522B - 用于生物监测的人体上的微传感器 - Google Patents

Abstract

一种微传感器及微传感器的制造方法，包括丝状体阵列，其中丝状体阵列的每个丝状体包括基体和耦合到基体且被配置成用于促进分析物检测的导电层。丝状体阵列的每个丝状体可进一步包括配置成隔离由导电层界定的用于分析物检测的区域的绝缘层、配置成实现将离子浓度转换为电子电压的耦合到导电层的传感层和配置成便于特定目标分析物/离子的检测的耦合到传感层的选择性涂层。该微传感器有利于与微传感器交互地检测使用者的体液中存在的至少一种分析物。

Description

用于生物监测的人体上的微传感器

相关申请的交叉引用

本申请要求序列号为61/905,583、于2013-11-18提交的美国临时申请和序列号为61/781,754、于2013-3-14提交的美国临时申请的权益，两者均通过此引用以其全部并入本文。

技术领域

本发明一般涉及医疗设备领域，并且更具体地，涉及用于生物监测的新的且有用的人体上的微传感器。

背景

生物监测设备被普遍使用，特别是由注重健康的个人和诊断患有疾病的个人使用，以监测身体化学。常规的生物监测设备通常包括分析和显示元件。这样的生物监测设备执行确定表征使用者的生理状态的一个或多个生命体征并向使用者提供有关该使用者的生理状态的信息的任务。在变型中，生物监测设备可确定存在于使用者的身体中的分析物水平，并向使用者提供关于分析物水平的信息；然而，这些当前的生物监测设备通常将细节受限、间歇性的且由使用者的命令提示的信息传递给使用者。由于设计和制造的考虑，包括血糖仪的这些生物监测设备也不适于间歇使用以外的许多应用。此外，由于在当前的生物监测设备中使用的传感器的限制，当前的设备被配置成用于分析促成整体身体化学的一种或有限数量的分析物。

因此，有必要在医疗设备领域创造用于生物监测的新的且有用的人体上的微传感器。该发明提供了这种新的且有用的微传感器。

附图简述

图1A示出了用于生物监测的微传感器的实施方案；

图1B示出了丝状体阵列和耦合到电子模块的微传感器的实施方案；

图2A示出了用于生物监测的丝状体的实施方案；

图2B示出了用于生物监测的丝状体的另一实施方案；

图2C和2D示出了用于生物监测的丝状体的示例；

图2E示出了用于生物监测的包括粘附层的丝状体的示例；

图2F示出了用于生物监测的包括临时功能层的丝状体的示例；

图3A-3H示出了丝状体几何结构的实施方案；

图4示出了用于生物监测的人体上的微传感器的制造方法的实施方案；

图5A-5C示出了用于生物监测的人体上的微传感器的制造方法的一部分的实施方案；

图6A和6B示出了形成丝状体基体的变型；

图7A-7D示出了用绝缘层界定丝状体的活性区和非活性区的变型；

图8A-8E示出了用于生物监测的人体上的微传感器的方法的实施方案的一部分的变型；和

图9示出了用于生物监测的人体上的微传感器的方法的实施方案的一部分。

优选实施方案的描述

本发明的优选实施方案的以下描述不旨在将本发明限制到这些优选实施方案，而是使本领域任何技术人员能够执行并使用本发明。

1.微传感器

如图1A、2A和2B中所示，微传感器100的实施方案包括丝状体阵列110，其中，丝状体阵列110的每个丝状体120包括基体130和配置成便于分析物检测的导电层140。可选择地，基体130本身可以是导电的，没有额外的导电层140。丝状体阵列110的每个丝状体120还可包括配置成隔离用于分析物检测的区域的绝缘层150、配置成使能够将离子浓度转换为电子电压的传感层160和配置成便于特定目标分析物/离子的检测的选择性涂层170。丝状体阵列110的任何丝状体120还可包括配置成保持丝状体120的层、涂层和/或基体之间的接触的粘附涂层180，和配置成便于丝状体穿透到体内的临时功能层190。微传感器100和丝状体阵列110从而用以穿透使用者的皮肤以感测表征使用者的身体化学的至少一种目标分析物。优选地，微传感器100被配置成由使用者佩戴，使得能够连续或半连续地监测使用者的身体化学；然而，微传感器100可以可选择地间歇地用于感测表征使用者的身体化学的分析物。优选地，微传感器100被配置成用于穿透使用者的角质层(例如，外部皮肤层)，以感测在使用者的间质(细胞外)液中表征使用者的身体化学的分析物；然而，微传感器100可以可选择地被配置成穿透使用者的皮肤的较深层，以感测使用者的任何适当的体液(例如使用者的血液)内的分析物。微传感器100可被配置成用于使用电位测量(例如，用于包括钾、钠钙、乙醇、皮质醇、激素等的分析物)、使用电流测量(例如，用于包括葡萄糖、乳酸、肌酸酐等的分析物)、使用电导测量或使用任何其他合适的测量来感测表征使用者的身体化学的分析物/离子。

如图1B所示，微传感器100也可耦合到电子模块115，使得感测的分析物导致信号(例如，电压、电流、电阻、电容、阻抗、力等)是由电子模块115可检测的；然而，分析物感测可包括使用微传感器100的任何其他合适的机制。在其中微传感器100与电子模块115耦合的实施方案中，在其中电子模块115的特征在于半导体结构的变型中，微传感器100也可以与电子模块115集成。在第一个变型中，微传感器100耦合到电子模块115的半导体结构(例如，微传感器100被耦合到包括电子模块115的集成电路)，在第二个变型中，微传感器100更紧密地集成到电子模块115的半导体结构中(例如，在微传感器100和包括电子模块115的集成电路之间存在更紧密的集成)，且在第三个变型中，微传感器100和电子模块115以单芯片系统(system-on-a-chip)的方式(例如，所有部件集成到单个芯片中)被构造。这样，在一些变型中，微传感器100的丝状体阵列110的丝状体120可以直接或间接地与电子部件集成，使得来自微传感器100的信号的预处理可在将信号发送到电子模块115(例如，模拟到数字转换器)之前或之后使用电子部件(例如电子模块115的、丝状体120的)进行。电子部件可耦合到丝状体基体上，或者另外以任何合适的方式(例如，有线的，使用触板等)与丝状体集成。可选择地，电子部件可以完全集成到电子模块115中并被配置成与微传感器100连通，或者电子部件可在微传感器和电子模块115之间被分离。但是，微传感器100可以包括任何其他合适的结构或配置。

微传感器100优选地使用丝状体阵列110感测分析物参数，使得特定分析物参数的绝对值可以被检测和分析。微传感器100可以另外地或者可选择地被配置成使用丝状体阵列110感测分析物参数，使得表征特定分析物参数或其衍生物的值的变化(例如，参数的值的趋势、表征参数与另一个参数的趋势的曲线的斜率、表征趋势的曲线下的区域、在一定的参数范围内花费的持续时间等)可以被检测和分析。在一个变型中，微传感器100的感测在离散时间点处(例如，每分钟或每小时)实现，而在另一个变型中，微传感器100的感测大体上连续地实现。此外，感测可以连续实现，其中信号传输以离散或非离散的方式进行(例如，在信号处理之前或之后)。在用于血液化学分析的一个具体示例中，微传感器100的丝状体阵列110被配置成感测使用者的身体化学的电解质、葡萄糖、碳酸氢盐、肌酸酐、血尿素氮(BUN)、钠和钾中的至少一者。在另一个具体示例中，微传感器100的丝状体阵列110被配置成用于感测使用者体液内的生物标志物、细胞数、激素水平、酒精含量、气体、药物浓度/药物代谢、pH和分析物中的至少一者。

1.1微传感器-丝状体阵列

丝状体阵列110的功能是以经皮的方式与使用者直接接合，以便感测表征使用者的身体化学的至少一种分析物。丝状体阵列可以是纤维阵列、支柱阵列、微针阵列和/或被配置成用于促进使用者中的分析物检测的任何其他合适的阵列。丝状体阵列110优选地以具有指定的密度的统一的模式布置，该指定的密度被优化以有效地穿透使用者的皮肤，并提供适当的信号，同时最小化使用者的疼痛。然而，丝状体阵列110可以另外地或可选择地以任何其他合适的方式(例如，使用粘合剂、使用耦合带/带子等)耦合到使用者。此外，丝状体阵列110可以以优化耦合到使用者的方式布置，使得在微传感器100的寿命使用中微传感器100牢固地耦合到使用者。例如，丝状体120可以包括若干件和/或附着到柔性基底，以允许丝基阵列110符合使用者的身体。在一个变型中，丝状体阵列110被布置成矩形模式，并且在另一个变型中，丝状体阵列110被布置成圆形或椭圆形模式。但是，在其他变型中，丝状体阵列110可被布置成任何其他合适的方式(例如，随机布置)。丝状体阵列110也可以被配置成通过包括不同长度或几何形状的丝状体便于耦合到使用者。具有不同长度的丝状体120可以另外地或者可选择地用以允许以不同穿透深度测量不同离子/分析物(例如，具有第一长度的丝状体可以在第一深度处感测一种分析物，且具有第二长度的丝状体可在第二深度处感测另一分析物)。丝状体阵列110也可包括不同的几何形状(例如，高度、直径)的丝状体120，以促进在较低或较高浓度处的分析物/离子的感测。在一个具体的示例中，丝状体阵列110以每平方厘米100个丝状体的密度布置，且丝状体阵列110中的每个丝状体120具有250-350微米的长度，这允许适当水平的检测、耦合到使用者并被使用者舒适地经历。在具体示例的变型中，丝状体阵列120中的丝状体120可以具有0-1000m的长度，或者更具体地，150-500μm的长度。

丝状体阵列110中的每个丝状体120优选地用以感测单种分析物；然而，丝状体阵列110中的每个丝状体120可另外地被配置成感测多于一种分析物。此外，丝状体阵列110还可以被配置成使得丝状体阵列110的子阵列用作被配置成感测特定分析物或生物标志物的单个传感器。如图1B所示，丝状体阵列110的多个子阵列然后可以被配置成感测不同的分析物/生物标记物或者相同的分析物/生物标记物。此外，丝状体阵列110的子阵列或单个丝状体120可以被配置为微传感器100的接地区域，使得微传感器100响应于分析物检测生成的信号可以被作为接地区域的子阵列或单个丝状体120生成的信号进行标准化。优选地，丝状体阵列110的所有子阵列的大小和密度大体上相等；然而，丝状体阵列110的每个子阵列可以可选择地被优化以最大化响应于特定分析物的信号产生和检测。在示例中，已知在使用者的体液(例如，间质液、血液)内具有较低浓度的分析物可对应于丝状体阵列110的较大的子阵列。在另一个示例中，已知在使用者的体液内具有较低浓度的分析物可对应于丝状体阵列110的较小的子阵列。在一个极端的示例中，整个丝状体阵列可以被配置成用于感测单个分析物，使得微传感器100被配置成用于感测和检测仅一种分析物。

在其他变型中，丝状体阵列的子阵列117也可用于检测其他生理学相关参数，该参数包括：电生理学信号(例如，心电图、脑电图)、体温、呼吸、心率、心率变异性、皮肤电反应、皮肤阻抗变化(例如，以测量水合状态或炎症反应)以及任何其他合适的生物计量参数中的一者或多者。在这些其他变型中，子阵列将致力于测量这些生理学相关参数，这些生理相关参数可以与分析物/离子参数测量组合，以向使用者提供有意义的信息。作为示例，通过丝状体阵列的子阵列117能够同时测量钾水平和心电图测量，这可以比其本身进行的任一测量提供对心血管问题或事件的更完整的诊断。

1.2微传感器-丝状体

如图2A所示，丝状体阵列110的每个丝状体120包括基体130和配置成便于分析物检测的导电层140。丝状体阵列110的每个丝状体120还可包括配置成隔离用于分析物检测的区域的绝缘层150、配置成使能够将离子浓度转换为电子电压的传感层160和配置成便于特定目标分析物的检测的选择性涂层170。如图2E所示,每个丝状体120还可包括配置成保持丝状体120的层、涂层和/或基体之间的接触的粘附涂层180，和/或如图2F所示，每个丝状体120还可包括配置成便于丝状体120穿透到体内的临时功能层190。从而丝状体120用以直接穿透使用者的皮肤，并感测表征使用者的身体化学的特定目标分析物/离子。

基体130用以提供芯或基底结构，其他层或涂层可涂覆在该芯或基底结构上，以便于用于特定功能的每个丝状体120的加工。这样，基体130包括的材料可被加工，以形成作为丝状体120的基体芯的至少一个突起，其包括耦合到基体130主体的基底端部和在该基体芯的远端处的尖端，该尖端有利于进入使用者的体液。可选择地，基体130可耦合到突起(例如，作为与基体分离的件)或者突起可以从基体130的表面以任何其他合适的方式生长。优选地，基体130的材料是可加工的，以形成作为丝状体阵列110的基体芯的突起阵列；然而，基体130的材料可以可选择地以任何其他合适的方式是可加工的，以形成任何其他合适的丝状体结构。优选地，基体130具有均匀的组成；然而，基体130可以可选择地具有非均匀的组成，该非均匀的组成包括被配置成便于随后的功能层/涂层添加物的加工的区域或层。基体130可以包括半导体材料(例如，硅、石英、砷化镓)、导电材料(例如，金、钢、铂、镍、银、聚合物等)和/或绝缘的或非导电的材料(例如，玻璃、陶瓷、聚合物等)。在一些变型中，基体130可以包括材料的组合(例如，如以复合材料、如以合金)。另外，在其中基体130是非导电的变型中，界定在基体130处并耦合到导电层140(例如，导电基区、导电芯、导电外层)的流体路径(例如，流体通道、槽、中空区域、外部区域等)可实现在检测分析物/分析物的浓度时进行信号传输。在具体示例中，基体130包括P型、掺硼、<100>取向的硅，该硅具有0.005-0.01Ω-cm的电阻率、500-1500μm的厚度、<10μm的总厚度变化(TTV)，其中第一面侧抛光。在具体示例的变型中，基体130可以包括任何其他合适类型、掺杂物、米勒指数取向、电阻率、厚度、TTV和/或抛光的硅。此外，基体130可以使用半导体加工方法、机加工方法、适合于延性基体材料的制造工艺和/或适合于脆性材料的制造方法进行加工。

导电层140用以提供导电“活性”区，以便于在丝状体120检测分析物时进行信号传输。导电层140可包括单一材料层或者可以可选择地包括多种材料(例如，一种或多种材料的多个层)。在变型中，导电层140可包括：铂基材料、铱基材料、钨基材料，钛基材料、金基材料、镍基材料和任何其他合适的导电或半导电材料(例如，硅、掺杂的硅)中的任何一种或多种。另外，导电层140的层可由任何合适的厚度来界定，该厚度允许在丝状体120检测分析物时进行信号传输。在第一个具体示例中，导电层140包括厚的铂层、厚的铱层、厚的钨层和厚的氮化钛层。在第二个具体示例中，导电层140包括厚的铂层和厚的钛层。在第三个具体示例中，导电层140包括厚的铂层和厚的氮化钛层。在第四个具体示例中，导电层140包括厚的铱层和厚的氮化钛层。在第五个具体示例中，导电层140包括厚的钨层。在第六个具体示例中，导电层140包括：镍、金和铂(例如，电镀沉积)中的一种或多种。优选地，导电层140仅覆盖基体130的接触使用者的体液的一部分(例如，基体芯)，从而形成丝状体120的“活性区”，并且在一个变型中，导电层140覆盖每个丝状体120的尖端区域(例如，基体芯的尖端)；然而，导电层140可以可选择地覆盖基体130的接触使用者的体液的整个表面。在其中基体130是导电的变型中，丝状体120可以完全省略导电层140。另外，在其中基体130是非导电的变型中，界定在基体130处并耦合到导电层140(例如，导电基底区、导电芯、导电外层)的流体路径(例如，流体通道、槽、中空区域、外部区域等)可以实现如上所述的在检测分析物/分析物的浓度时进行信号传输。

绝缘层150用以形成丝状体120的绝缘区域，并被配置成提供丝状体120的“非活性”区。此外，绝缘层150用以界定和/或隔离丝状体120的“活性”区。这样，绝缘层150优选地使导电层140的至少一部分暴露，以界定丝状体120的活性区。在一个变型中，绝缘层150包盖丝状体阵列中的每个丝状体120的基体芯，并且可以另外地或者可选择地覆盖基体130的所有暴露的区域以隔离信号传输的区域。绝缘层150优选地包括氧化层，该氧化层在基体的期望表面处生长(例如，至0.1-10μm的厚度)，由此形成绝缘层。然而，绝缘层150可以另外地或者可选择地包括任何其他合适的材料，该材料在除去丝状体阵列110加工期间所用的牺牲层的过程中是不可除去的。这样，在其他变型中，绝缘层150可包括：化学的和/或耐热的绝缘聚合物(例如，聚酰亚胺、氰酸酯、聚氨基甲酸酯、硅酮)、(例如，钛的、硅的)氧化物、碳化物、氮化物、以及任何其他合适的绝缘材料中的任何一种或多种。优选地，绝缘层150只覆盖基体的接触使用者的体液的一部分，从而界定丝状体120的“活性区”和丝状体120的“非活性”区。可选择地，丝状体120可以完全省略绝缘层150。

传感层160用以使离子浓度能够转换成电子电压，以实现表征身体化学的分析物/离子浓度的测量。传感层160还可用以防止由于使用者的体液中的氧通量造成的无用的信号伪像。此外，传感层160还可以通过电流、电容或电阻变化实现分子物质浓度的转换。优选地，传感层是具有可逆的氧化还原反应特性的导电材料，使得在降低的离子浓度之前的增加的离子浓度的检测(或反之亦然)可以由传感层160实现。此外，传感层160优选地是适当的生物安全、消炎和抗菌的材料。传感层160可以是聚合物，如聚吡咯或聚苯胺，该聚合物经历可逆的氧化还原反应，该可逆的氧化还原反应的特征在于以下通用方程式：传感层160可以另外地或者可选择地包括具有可逆的氧化还原反应特性的任何适当的导电材料(例如，含硫的聚噻吩、氯化银等)。例如，氯化银经历特征在于以下方程式的可逆的氧化还原反应：在任一示例的氧化还原反应方程式中，电子(e^-)的生成导致对应于用于分析物检测的检测到的离子浓度的可测量的信号，并且进一步，传感层160用作基于跨越选择性涂层170的检测到的电压变化的离子浓度测量的参比电极，该选择性涂层170耦合到传感层160。但是，在其他变型中，传感层160可以不包括具有可逆的氧化还原反应特性的材料，且其他的变型还可包括受控离子涂层(例如，用氯化钾制备的聚甲基丙烯酸羟乙酯)，该受控离子涂层用以形成用于离子浓度测量的参比电极的一部分。另外地或可选择地，传感层160可以包括促进分析物检测的分子(如，葡萄糖氧化酶、苯二胺、戊二醛、赖氨酸、酪胺、海藻糖、脂质、表面活性剂等)。在一个示例中，传感层160包括电聚合苯二胺(electropolymerized phenylenediamene)、酪胺、葡萄糖氧化酶和聚赖氨酸，以便于葡萄糖感测。传感层160优选地在绝缘层150和丝状体120的由导电层140界定的活性区上是均匀的；然而，传感层160可以可选择地无区别地涂覆丝状体120的表面，和/或可以是非均匀的涂层。传感层160可以通过以水合状态包装微传感器100而保持在有活性的状态；然而，传感层160可以可选择地被配置成用于当丝状体阵列110耦合到使用者时在很短的时间周期(例如，小于一小时)内达到平衡。丝状体的可选择的变型可完全省略传感层160。

选择性涂层170用以便于特定目标分析物的感测。选择性涂层170优选地有利于离子选择性反应，该离子选择性反应产生反映离子浓度的信号；然而，选择性涂层170可另外地或可选择地有利于酶反应，该酶反应由于互补分子与目标分析物/离子的结合而产生信号变化(例如，电流)。选择性涂层170优选地是抗菌的和消炎的，并且可以另外地或可选择地包括鼓励在使用者使用期间的生物相容性的任何其他特征。优选地，选择性涂层170包括分布在聚合物基质172内的目标分析物/离子的至少一个互补分子171(例如，离子载体、蛋白质、肽、氨基酸等)，如图2A所示。优选地，互补分子171被均匀地分散在整个聚合物基质172内；然而，互补分子171可以可选择地以不均相的方式局限于聚合物基质172的区域内。在示例中，根据离子选择性反应，互补分子是用于钾感测的缬氨霉素/四钾(potassiumtetrakis)、用于钠感测的4-叔丁基杯[4]芳烃-四乙酸四乙酯、(-)-(R，R)-N,N’-双[11-(乙氧羰基)十一烷基]-N,N’,4,5-四甲基-3,6-二氧杂辛烷二酰胺、用于钙感测的二乙基N,N’-[(4R,5R)-4,5-二甲基-1,8-二氧代-3,6-二氧杂辛烷]双(12-甲氨基十二酸酯)以及用于氯化物感测的内消旋-四苯基卟啉氯化锰(Ⅲ)络合物。在示例中，聚合物基质172包括带有增塑剂的聚氯乙烯(PVC)，以影响聚合物基质的柔性；然而，聚合物基质172可以另外地或者可选择地包括任何其他合适的聚合物(例如，聚乙烯、聚四氟乙烯、氨基甲酸乙酯、聚对二甲苯、全氟磺酸、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚二甲基硅氧烷、氟化聚合物、乙酸纤维素等)或被配置成包含互补分子的分布的非聚合物(例如，氧化物、氮化物、碳化物等)。此外，选择性涂层170可以不包括增塑剂。选择性涂层170优选地由表征互补分子结合到目标分析物的速率(如，扩散速率)并且还表征选择性涂层170内互补分子的量(例如，浓度或总量)的厚度界定。另外，聚合物基质172可以包含添加剂，并且可以另外地或可选择地被处理(例如，带有极性官能团)以改善其到丝状体120的粘附，并且防止当丝状体120插入到使用者的皮肤中时层离。在示例中，聚合物基质172的添加剂可以包括氨基硅烷、多羟基醚酰亚胺、丁基化的二氧化硅和非均相的氧化剂。

在其他变型中，丝状体120的选择性涂层170可另外地或可选择地用以实现使用固定化酶进行分子(如，葡萄糖、肌酸酐)的安培检测。在这些变型中，选择性涂层170可被固定化酶层替换，或者可进一步包含固定化酶(例如，用于葡萄糖的葡萄糖氧化酶、用于肌氨酸酐的肌酸脒基水解酶)层，该固定化酶用以催化分析物的反应，以生成中介物质(如，过氧化氢)，其中，中介物质的浓度可以通过在导电层140或传感层160表面处的氧化或还原来被安倍检测。在一个示例中，葡萄糖被葡萄糖氧化酶氧化而生成过氧化氢。生成的过氧化氢然后通过导电表面(例如，铂导电层)水解，同时其保持在一定电势。在本示例的变型中，例如，在分子或其他物质(例如，亚铁氰化铁)用作转换层的情况下，导电表面可以可选择地不保持在一定电势。此外，在本示例的其它变型中，其它氧化酶(例如，醇氧化酶、D-和L-氨基酸氧化酶、胆固醇氧化酶、半乳糖氧化酶、尿酸氧化酶等)可以以类似的方式用来对其补充物进行分析。

在传感层包括固定化酶层的变型中，该固定化酶层可被一个或多个膜覆盖，该膜用以控制分析物、中介物质(例如，过氧化氢、二茂铁)或者干扰物质(例如，尿酸、乳酸、抗坏血酸、对乙酰氨基酚、氧气)的扩散速率和/或浓度。膜还可以用以提供机械稳定性。在示例中，膜可包括：聚氨基甲酸酯、全氟磺酸、乙酸纤维素、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚对二甲苯、聚丁酸乙烯酯和任何其他合适的膜材料中的任何一种或多种。

如图2E中所示，丝状体阵列110的任何丝状体120可进一步包括粘附涂层180，该粘附涂层180用以保持丝状体120的层、涂层和/或基体之间的接触。粘附涂层180可另外用以将层、涂层和/或基体结合，并可防止层、涂层和/或基体之间的层离。粘附涂层180优选地是适当的生物安全、消炎且抗菌的材料，并优选地在微传感器100的整个寿命使用期间保持丝状体120的层、涂层、和/或基体之间接触。在示例中，粘附涂层180包括：聚氨基甲酸酯、全氟磺酸、乙酸纤维素、聚乙烯醇、聚丁酸乙烯酯、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚对二甲苯、在选择性涂层170的变型中使用的任何材料、以及任何其他合适的粘附材料中的任何一种或多种。然而，在变型中，微传感器100的丝状体120可以可选择地不包括粘附涂层180。可选择地，丝状体的层、涂层和/或基体可以被处理(例如，热处理、紫外线照射处理、化学结合等)和/或加工成使得即使没有粘附涂层180也保持适当的接触。

如图2F所示，任何丝状体120还可包括临时功能层190，该临时功能层190用以促进丝状体120穿透到身体内。丝状体120已穿透身体后，临时功能层190优选地配置成溶解或被人体吸收，使丝状体120的其它部分用以检测表征使用者的身体化学的目标分析物/离子。临时功能层190可被配置成使得一旦临时功能层190已穿透使用者的身体，则传感层160处于进行检测的适当的深度(例如，进入使用者的角质层之下的间质液)。临时功能层190优选地包括惰性、生物可吸收的材料，该材料是多孔的；然而，临时功能层190可以可选择地不为多孔的或生物可吸收的。在一些变型中，临时功能层190可被配置成释放具有已知的释放曲线(例如，剧增或连续释放)的初始离子浓度，以校准微传感器100。在具体的示例中，临时功能层190可包括氮化物材料(例如，厚的氮化物)、氧化物材料、碳化物材料、盐、糖、聚合物(例如，聚乙二醇)和/或在随后的加工步骤期间不恶化的任何其他合适的材料。丝状体的其它变型还可以包括提供任何其他合适的功能的任何其他合适的临时功能层190。

微传感器100的任何丝状体120还可包括任何其他合适的功能层或涂层。在变型中，丝状体120可包括执行下列功能中的任何一个或多个的层或涂层：抑制或防止炎症反应(例如，通过包括表面处理或消炎剂)、防止生物排斥、防止封装(例如，通过包括生物惰性物质，如热解碳)、增强目标分析物/离子检测、以及提供用于丝状体阵列110的任何其他合适的防故障机制。在一个这样的变型中，微传感器100的丝状体120可包括适当定位的生物相容层185(例如，位于比临时功能层190更深处、位于粘附层的表面等)，以增强丝状体120的生物相容性。在示例中，生物相容层185可包括聚合物(例如，氨基甲酸乙酯、聚对二甲苯、特氟隆、氟化聚合物等)或任何其他合适的生物相容性材料。在另一个变型中，微传感器100的丝状体120可另外地或者可选择地包括适当定位的中间保护层166(例如，位于比选择性涂层170更深处等)，该中间保护层166用作可选层，以提供中间保护和/或阻止不需要的物质的运输。在示例中，中间保护层可包括聚合物(例如，特氟隆、氯化聚合物、全氟磺酸、聚乙二醇等)，并且可包括被配置成提供保护屏障的功能化合物(例如，脂质、阻断带电物质运输的带电的化学物质等)。在另一个变型中，微传感器100的丝状体120可另外地或可选择地包括适当定位的稳定层163(例如，位于比中间保护层166更深处、位于比选择性涂层170更深处、位于传感层160的表面等)，该稳定层163用以稳定传感层160。在一个示例中，稳定层163可包括用以稳定葡萄糖氧化酶传感层160的聚合物(例如，电聚合苯二胺)。在另一个变型中，微传感器100的丝状体120可另外地或可选择地包括适当定位的中间选择性层145(例如，位于比传感层160更深处、位于导电层140的表面等)，该中间选择性层145用以提供另外的选择性层。中间选择性层可包括或被耦合至固定的互补分子(例如，葡萄糖氧化酶)，以促进分析物检测。在示例中，中间选择性层145包括聚合物(例如，电聚合苯二胺)并且位于导电层140的表面；然而，在该示例的变型中，中间选择性层145可包括任何其他合适的选择性材料，并且可以以任何其他合适的方式相对于其它层定位。在另一个变型中，微传感器100的丝状体120可另外地或可选择地包括适当定位的中间活性层143(例如，位于比中间选择性层145更深处、位于比传感层160更深处、位于导电层140的表面等)，该中间活性层143的功能是促进信号传导。这样，在其中导电层140未保持在给定电势的变型中，中间活性层143可以促进传导，和/或可以以任何其他合适的方式促进传导。在一个示例中，中间活性层143包括亚铁氰化铁(即，普鲁士蓝)，并在另一个示例中，中间活性层143包括纳米铂；然而，中间活性层143可以另外地或者可选择地包括任何其他合适的材料。

在上述实施方案、变型和示例中的任一个中，层185、166、163、145、143中的任何一个或多个可与丝状体120的期望区域隔离，或者可以无区别地在给定深度处涂覆丝状体120的整个表面上。此外，微传感器100的任何丝状体120可包括任何层或涂层140、143、145、150、160、163、166、170、180、185 190的多个实例，可省略层或涂层140、143、145、150、160、163、166、170、180、185 190，和/或可包括以不同于上面和下面描述的变型和示例的任何其他合适的方式设置的层或涂层。在一个这样的变型中，层的不同的配置可允许具有不同性能(例如，化学性质、尺寸)的分子的选择性通过。然而，可以提供丝状体120的任何合适的配置以用于任何其他合适的应用。

如图3所示，丝状体阵列110的每个丝状体120可具有几何形状的变型中的一个。在丝状体120可以是实心的第一个几何变型中，其示例示于图3B和3D-3G中。在实心丝状体120的第一个示例中，实心丝状体120可以具有连续逐渐变细为至少一个点的轮廓(例如，具有一个或多个尖端的角锥形或圆锥形)，并且可具有直的或弯曲的边缘，如图3B、3D和3G所示。在变型中，丝状体120的点可以通过任何合适数目的面来界定。在实心丝状体120的第二个示例中，实心丝状体120可以包括两个区域-被配置成用于穿刺使用者皮肤的尖端区域121，和耦合到尖端区域的钝区122(例如，柱状突起、支柱)，如图3E所示。在实心丝状体120已穿透使用者皮肤后，尖端区域121可配置为是生物可吸收的、溶解(例如，使用可降解材料)，或者，在极端的示例中，尖端区域121断开(例如，利用工程化应力集中)并从使用者的系统中排出；然而，在实心丝状体120已穿透使用者的皮肤后，尖端区域121也可以可选择地配置成用于保持附接到实心丝状体120。在实心丝状体120的第三个示例中，实心丝状体120可以包括两个区域-有倒钩的尖端区域123和第二区域122，该有倒钩的尖端区域123包括被配置成用于穿透使用者的皮肤并促进皮肤粘附的倒钩，第二区域122耦合到有倒钩的尖端区域，如图3F中所示。在实心丝状体120的第三个示例中，有倒钩的尖端区域可以配置成具有用于皮肤穿透的一个尖锐突起，或者可以可选择地配置成具有用于皮肤穿透的多个尖锐突起。

在第二个几何变型中(其示例示于图3A、3C和3H中)，丝状体120可以是中空的，并且包括位于中空丝状体120的内部区域内的通道125。在中空丝状体120的第一个示例中，中空丝状体120可以具有连续逐渐变细为至少一个点的轮廓(例如，具有一个或多个尖端的角锥形或圆锥形)，并且可具有直的或弯曲的边缘。此外，丝状体120的点可以通过任何合适数目的面来界定。在中空丝状体120的第一个示例中，中空丝状体120可以另外被加工成具有一个或多个通道125，该通道125被配置成便于表征使用者的身体化学的分析物的感测。在第一个示例中，中空丝状体120的通道125可以特征在于沿通道125的长度的均匀的横截面，或可以可选择地特征在于，沿通道125的长度的非均匀的横截面。在中空丝状体120的第二个示例中，中空丝状体120可以配置成接收进入到感测室中的使用者的体液的体积，以促进分析物检测。在第二个几何变型中，中空丝状体120可以包括金属或半导体或者任何适当的材料，以促进分析物的感测。在其他示例中，中空丝状体120可实施上述实心丝状体中的任何一种的变型，但被加工成具有位于中空丝状体120的内部区域内的至少一个通道125。丝状体阵列110中的每个丝状体120可包括上述几何变型中的任何一种的组合、上述几何变型的不同变型，并且此外丝状体阵列110可包括特征在于不同的几何变型的丝状体。

在丝状体120的第一个具体示例中，如图2A所示，实心丝状体120包括均匀的硅基体130，该硅基体130被构造成P型、掺硼取向<100>的硅，该硅具有0.005-0.01Ω-cm的电阻率、500-1500μm的厚度以及小于10μm的TTV，被加工成界定带有通过切割锯形成的尖端区域121的基体芯，如在下面第2部分所述。在第一个具体示例中，丝状体包括镍的导电层140，该导电层140通过电镀耦合到基体130，其中，导电层140与基体芯的尖端区121隔离，并与基体130的与包括丝状体120的面直接相对的面隔离。在第一个具体的示例中，丝状体120还包括1μm的氧化物的绝缘层150，该绝缘层150通过在900-1050C热生长1-2小时形成，如在下面进一步详细描述的，其中绝缘层150形成在基体130的所有暴露的表面处并界定了在丝状体120的尖端区域121处的活性区。在第一个具体示例的变型中，导电层140可以另外地或者可选择地包括金基材料和铂基材料中的一种或多种。此外，在第一个具体示例中，丝状体120可以包括作为在丝状体120的尖端区域121处耦合到导电层140的传感层160的导电性聚合物(聚吡咯)涂层和具有目标分析物的互补分子171的耦合到传感层160的PVC选择性涂层170。在第一个具体示例中，实心丝状体120包括矩形棱柱形的柱状突起，该柱状突起带有由逐渐变细为点的四个面界定的尖端区域，如图5C所示，其中，四个面中的两个面互相垂直并与矩形的棱柱形柱状突起的两个面邻接，并且其中另外两个面通过带有倾斜刀片的切割锯形成，如以下在第2部分中进一步描述的。

在用于葡萄糖感测的丝状体120的第二个具体的示例中(其可如图2B中所示的为特征)，实心丝状体120包括均匀的硅基体130，该硅基体130被构造成P型、掺硼取向<100>的硅，该硅具有0.005-0.01Ω-cm的电阻率、500-1500μm的厚度和小于10μm的TTV，被加工成界定带有由切割锯形成的尖端区域121的基体芯，如在下面第2部分所述。在第二个具体示例中，丝状体包括镍、金和铂的导电层140，该导电层140通过电镀耦合到基体130，其中，导电层140与基体芯的尖端区121隔离，并与基体130的与包括丝状体120的面直接相对的面隔离。在第二个具体的示例中，丝状体120还包括0.1-10μm的氧化物的绝缘层150，该绝缘层150通过在900-1050C热生长1-2小时形成，如在下面进一步详细描述的，其中绝缘层150形成在基体130的所有暴露的表面处并界定了包括在丝状体120的尖端区域121处的导电层140的活性区。此外，在第二个具体示例中，丝状体包括电聚合苯二胺、酪胺、葡萄糖氧化酶和聚赖氨酸，其作为在丝状体120的尖端区域121处位于导电层140表面的传感层160。在尖端区域121处在导电层140和传感层160之间，第二个具体示例包括电聚合的苯二胺聚合物的中间选择性层145，该中间选择性层145耦合到包括亚铁氰化铁的中间活性层143，该中间活性层143直接耦合到导电层140。最后，第二个具体示例包括氨基甲酸乙酯的中间保护层166，该中间保护层166耦合到苯二胺的稳定层163，该稳定层163耦合到传感层160，该传感层160被PVC选择性涂层170包围，该PVC选择性涂层170具有耦合到传感层160的目标分析物的互补分子171。在第二个具体示例中，实心丝状体120包括矩形棱柱形的柱状突起，该柱状突起带有由逐渐变细为点的四个面界定的尖端区域，如图5C所示，其中，四个面中的两个面互相垂直并与矩形的棱柱形柱状突起的两个面邻接，并且其中另外两个面通过带有倾斜刀片的切割锯形成，如以下在第2部分中进一步描述的。

在丝状体120的第三个具体示例中，如图2C所示，实心丝状体120包括均匀的硅基体130、在丝状体120的尖端处的铂的导电层140、包括聚酰亚胺的将丝状体120的活性区与丝状体的尖端隔离的绝缘层150、作为传感层160的导电聚合物(聚吡咯)涂层和带有目标分析物的互补分子171的PVC选择性涂层170。在第三个具体示例中，实心丝状体120是圆锥形的，并具有逐渐变细为单一的尖点的轮廓。

在丝状体120的第四个具体示例中，如图2D所示，中空丝状体120包括均匀的硅基体130、涂覆有包括聚酰亚胺的绝缘层150的外表面、覆盖内通道125的表面的铂导电层140、作为覆盖铂导电层140的传感层160的导电聚合物(聚吡咯)涂层、以及覆盖传感层160的选择性PVC涂层170。在第四个具体示例中，中空丝状体120是圆锥形的，该圆锥形带有穿过圆锥形丝状体120的旋转轴线的单个圆柱形管道125。

丝状体阵列110中的每个丝状体120也可构造为上述变型和/或丝状体120组成和/或几何结构的示例的任何适当的组合，和/或可以与用作参比电极的丝状体120配对，该参比电极被配置成将响应于分析物感测而检测到的信号标准化。此外，丝状体阵列110可以包括特征在于丝状体组成(例如，层和/或涂层的组成)的不同变型的丝状体。

2.制造方法

如图4所示，微传感器的制造方法200的实施方案包括形成丝状体基体S210；将导电层涂覆到丝状体基体上S220；用绝缘层界定丝状体的活性区和非活性区S230；将传感层涂覆到至少导电层上S240；和形成选择性层S250，该选择性层耦合到传感层，被配置成针对表征身体化学的至少一个特定分析物。制造方法200用以形成作为用于监测身体化学的微传感器的一部分的丝状体阵列。优选地，制造方法200形成大体上相同的丝状体的阵列，其中，丝状体阵列中的每个丝状体包括用于分析物检测的活性区和包括绝缘层的非活性区。可选择地，制造方法200可以形成大体上不相同的丝状体的阵列，阵列的不同部分具有不同的功能和/或配置。

2.1制造方法-基体、导电层以及绝缘层加工

方框S210叙述形成丝状体基体，且用以形成其他层或涂层可涂覆在其上的芯或基底结构，以便于用于特定功能的每个丝状体的加工。如图5A所示，在第一个变型中，方框S210包括通过切割锯在基体的第一表面处形成突起阵列S211。在方框S211中的变型中，形成突起阵列可以包括形成尖锐突起的阵列S211a，如图5B和5C所示，该尖锐突起的阵列的形成是通过特征在于所需深度(例如，150-500μm)、配置成以所需的速率(例如，1-10mm/s)切削所需数目的小平面-丝状体尖端(例如，2-小平面尖端、4-小平面尖端、6-小平面尖端等)的切割锯或其他锯的一定角度的刀片(例如，60度的刀片、45度的刀片)的方式。在方框S211a中，切割锯可以被配置成形成尖锐突起的阵列，通过在第一方向上的相邻的切口，随后通过在第二方向(例如，与第一方向正交)上的相邻的切口，由此形成2维的尖锐突起(即，尖端)阵列。然而，在任何适当数目的方向上的任何适当数目的切口可用于形成阵列。另外地或可选择地，在方框S211中形成突起的阵列可包括：在基体的第一表面处形成柱状突起的阵列S211b，该柱状突起的阵列的形成是通过配置为以所需的速率(例如，1-10mm/s)切削所需数目的柱状突起的、具有所需的间隙(例如，25-2000μm)的所需深度(例如，25-500μm)和宽度(例如，75-200μm)的切割锯的非成一定角度的刀片，其中，每个柱状突起界定任何合适的横截面轮廓(例如，多边形、非多边形)。在方框S211b中，切割锯可以配置成形成柱状突起的阵列，通过在第一方向上的相邻的切口，随后在第二方向(例如，与第一方向正交)上的相邻的切口，由此形成2维柱状突起阵列。然而，在任何适当数目的方向上的任何适当数目的切口可用于形成阵列。

在方框S211中的变型中，方框S211a和S211b优选地形成带有尖端的突起，该尖端以一对一的方式界定在每个柱状突起的端部处，如图5B所示，其中，该尖端大体上与相应的柱状突起对准并连续：然而，尖端可以与相应的柱状突起不对准，可以与相应的柱状突起不连续，和/或可以以与柱状突起的阵列以非一对一的方式形成。在一些变型中，尖端可以包括角锥状的尖端区域，该角锥状的尖端区域由不规则的角锥体界定，具有与柱状突起的两个面大体连续的第一对正交面和相对于第一对正交面成一定角度的第二对正交面，使得尖端大体上与柱状突起的矩形横截面的顶点对准；然而，在其它变型中，尖端可以与柱状突起的矩形横截面的顶点不对准。此外，方框S211a和S211b可以以任何合适的顺序执行，以便于在方框S220的变型中将导电层涂覆到丝状体基体和/或在方框S230的变型中用绝缘层界定丝状体的活性区和非活性区。在另外的变型中，方框S210的第一变型的可选择方案包括通过去除主体材料的任何其它合适的方法在基体的第一表面处形成突起阵列。

在第一个变型中，基体可包括半导体材料(例如，硅、石英、砷化镓)、导电材料(例如，金、钢、铂)和/或绝缘材料(例如，玻璃、陶瓷)。在一些变型中，基体130可以包括材料的组合(例如，如以复合材料、如以合金)。在具体示例中，基体包括P型、掺硼、<100>取向的硅，该硅具有0.005-0.01Ω-cm的电阻率、500-1500μm的厚度、和<10μm的TTV，其中第一面侧抛光。在具体示例的变型中，基体130可以包括任何其他合适类型、掺杂物、米勒指数取向、电阻率、厚度、TTV和/或抛光的硅。

如图6A所示，在第二个变型中，方框S210包括产生基体、将光致抗蚀剂涂覆到基体，并且蚀刻基体以形成丝状体基体。方框S210的第二个变型优选地界定尖锐的突起的阵列，其中每个尖锐的突起具有尖锐的尖端、耦合到基体的基底端部、和界定在基底端部与尖锐的尖端之间的对称的旋转轴线。在变型中，每个尖锐的突起可以由向内逐渐变细的轮廓界定，使得尖锐的突起具有由第一宽度(或直径)界定的基底端部，并在尖锐的突起的长度的至少一部分内从基底端部加宽。然而，方框S210的第二个变型可包括在基体处形成突起，该突起由任何其他合适的轮廓界定。第二个变型可包括执行波希法(Bosch process)、深反应离子蚀刻(DRIE)工艺、任何适合的蚀刻(例如，氢氧化钾蚀刻)、或任何其他合适的工艺，以形成丝状体基体。在第二个变型的具体示例中，基体包括具有氧化物垫的P++和/或硅掺杂的硅片，负光致抗蚀剂以均匀的方式涂覆到氧化物垫，且氢氧化钾各向异性蚀刻用来形成丝状体基体。在关于具体示例的另外细节中，基体包括P型、掺硼、<100>取向的硅，该硅具有0.005-0.01Ω-cm的电阻率、500-1500μm的厚度、和<10μm的TTV，其中第一面侧抛光。在具体示例的变型中，基体130可以包括任何其他合适类型、掺杂物、米勒指数取向、电阻率、厚度、TTV和/或抛光的硅。在第二变型的可选择的示例中，方框S210可包括使用任何适当的半导体基体、将正光致抗蚀剂和/或负光致抗蚀剂涂覆到半导体基体、以非均匀的方式涂覆光致抗蚀剂和/或使用任何适当的蚀刻方法(例如，各向异性的、各向同性的)，以形成丝状体基体。

在第三个变型中，如图6B所示，方框S210'包括将阵列蚀刻到可延展的基体中，并使阵列变形，以形成突起阵列，从而形成丝状体基体。在第三个变型的具体示例中，v形特征的阵列激光蚀刻到可延展的钢基体中，且v形特征的阵列中的每个V形特征然后从钢基体向外变形90°，以形成v形丝状体突起的阵列。第三个变型的可选择的示例可包括使用任何适当的方法(例如，冲孔、模切、水切割)蚀刻阵列、蚀刻任何适当的阵列特征(例如，任何尖锐的特征)和以任何适当的方式(例如，通过用于每个或所有阵列特征的任何角度量)使阵列变形，以形成突起阵列。在可选择的变型中，丝状体基体可以通过任何其他合适的方法(例如，模制、激光切割、冲压、三维印刷等)来形成。

方框S220叙述了将导电层涂覆到丝状体基体S220，且用以形成导电“活性”区，以便当微传感器的丝状体检测分析物时促进信号的传输。优选地，方框S220包括将导电层耦合到形成在例如方框S211a和S211b的变型中的柱状突起的阵列中的每个柱状突起的尖端。在变型中，耦合导电层可包括将导电材料或导电材料的合金(例如，镍、银、铱、钨、钛、氮化钛、铝、镉、铬、钼、铅、金、铂等)电镀到每个柱状突起的尖端。方框S220可以另外地或者可选择地包括通过将任何合适的导电材料(例如，金、铂、掺杂的硅、镍、银、铱、钨、钛、氮化钛、铝、镉、铬、钼、铅等)层溅射到丝状体基体上来将丝状体基体金属化。但是，在另外的其他变型中，方框S220可以可选择地或另外地包括通过将任何合适的导电材料层镀覆或蒸发到丝状体基体上或者通过以任何其他合适的方式涂覆导电材料(例如，镍、金、铂、掺杂硅、钨、铱、氮化钛)来将丝状体基体金属化。除了将导电材料涂覆到在方框S210中界定的突起阵列的尖端之外，方框S220可包括将第二导电层耦合到基体的第二表面(例如，基体的与突起阵列直接相对的表面)，以便界定基体的第二导电表面，以促进用于信号传输的电耦合(例如，在检测分析物时)。

优选地，方框S220包括以大体上均匀的方式将导电层涂覆到丝状体基体(例如，作为具有大体均匀的厚度的平坦层)；然而，方框S220可以可选择地包括以非均匀的方式将导电层涂覆到丝状体基体，使得导电层的某些区域比其他区域厚。此外，方框S220可包括涂覆一种或多种导电材料的多个层，以形成包括多层材料的导电层。在涉及溅射或蒸发的变型中，丝状体基体可平移或旋转，同时被溅射涂覆或蒸发涂覆，以促进导电层的均匀沉积。在涉及镀覆来涂覆导电层的变型中，镀覆可使用化学或电化学镀覆来涂覆至任何适当的厚度。

方框S230叙述了用绝缘层界定丝状体的活性区和非活性区，并且用以形成微传感器的丝状体的至少一个绝缘区域。优选地，方框S230包括以其中导电层的至少一个区域未被绝缘层覆盖(例如，裸露、暴露、未覆盖)(从而形成丝状体的活性区和非活性区)的方式将绝缘层涂覆到丝状体基体/导电层组件的一部分。方框S230可以使用热氧化物生长、旋涂、喷涂或将绝缘材料的局部层沉积的任何其他适当的方法进行。优选地，绝缘层包括绝缘氧化物；然而，绝缘层可以另外地或者可选择地包括化学的且耐热的绝缘聚合物(例如，聚酰亚胺、氰酸酯)和/或被配置成用于将丝状体基体/导电层组件的一部分绝缘的任何适当的材料(如，热生长硅氧化物、化学气相沉积氧化物、钛氧化物、钽氧化物、其它氧化物、化学气相沉积氮化物、其他氮化物、聚对二甲苯等)。此外，在方框S230中，绝缘层可以均匀或非均匀地生长或沉积在所需的表面上(例如，所有暴露的表面、通过去除主体材料形成的活性区、通过化学蚀刻、等离子体蚀刻、高能量的蚀刻、任何其他适当类型的蚀刻等界定的活性区)。

在方框S230的第一个示例中，氧化层可以通过热氧化物的生长过程形成在基体的暴露表面(例如，基体的所有暴露表面、突起的基体芯的暴露表面、切割表面等)处。氧化层优选地通过在方法200的后续步骤期间阻碍氧化物材料的脱离或去除的方式耦合到基体的暴露表面。在第一个示例中，氧化层通过在900-1050C、1-2小时的热氧化物生长过程形成，以引起0.1-10μm厚的热氧化物生长。但是，在第一示例的变型中，氧化层可以使用由任何合适的温度参数界定、持续任何合适的持续时间的热过程来形成在基体处或者耦合到基体，以便界定任何其他合适厚度的氧化层。

在方框S230’的第二个示例中，如图7A所示，绝缘聚合物(例如，聚酰亚胺、氰酸酯)可沉积在基体或基体/导电层组件上S231。绝缘体然后可以被软烘烤S232，以便绝缘聚合物的选择性去除。在第二个示例中，丝状体的尖端区域然后可以通过选择性溶解或蚀刻软烘烤的绝缘聚合物而露出S233，且丝状体的尖端区域可以被清洁S234(例如，使用等离子体蚀刻工艺)。最后，包括活性区和非活性区的丝状体组件可以被硬烘烤，以固化绝缘聚合物S235。在第二个示例的变型中，绝缘聚合物可以是光敏的，以便方框S232使用光刻工艺来选择性地暴露丝状体之上或丝状体之间的区域(以增加溶解度)，并且使得正光刻工艺或负光刻工艺可用于界定活性区/非活性区。此外，方框S235可以使用光交联工艺来固化绝缘聚合物。

在方框S230”的第三个示例中，如图7B所示，耦合到丝状体尖端的一组氧化帽(例如，在波希或DRIE过程中生成)可被用来屏蔽丝状体尖端S236，且电介质或其它绝缘材料可以被应用以界定活性区和非活性区S237。第三个示例中的绝缘材料可以使用视线沉积方法(a line of sight deposition method)优选地以一定的角度被应用，使得绝缘材料仅应用到特定区域(例如，在丝状体尖端之间)。该视线沉积方法可以是蒸发法(例如，沉积绝缘聚合物)或者可以另外地或可选择地是溅射法(例如，钛或钽的溅射)，随后进行氧化以生成绝缘层。丝状体组件然后可以被钝化(例如，在DRIE加工期间)且氧化帽可以被去除(例如，夹断)以暴露活性区。

在方框S230”'的第四个示例中，如图7C所示，绝缘材料可以被流体地沉积在丝状体结构之间(例如，通过喷墨印刷、丝网印刷、滴涂)S238。绝缘材料可以是熔融的聚合物(例如，尼龙)或者可以是处于溶液形式的聚合物(例如，硅、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺)，其随后被固化S235’(例如，烘烤、光交联)以去除溶剂并形成活性区和非活性区。

在方框S230””的第五个示例中，如图7D所示，光致抗蚀剂可以被涂覆到基体或基体/导电层组件S239，并且然后被蚀刻掉以暴露丝状体的尖端S271。尖端随后可以用中间层(例如，金属或可溶的绝缘体)来保护S272，光致抗蚀剂可以通过进一步蚀刻被去除S273，并且然后非尖端区域可以随后被钝化以形成非活性绝缘区域S274。最后，中间层可以被去除以界定活性区S275。方框S230可以可选择地包括用绝缘层界定丝状体的活性区和非活性区的任何其他合适的方法。

在方框S230””'的第六个示例中，用于界定活性区和非活性区的绝缘材料(例如，聚对二甲苯)也可以通过化学气相沉积(CVD)工艺沉积。在该示例中，丝状体的尖端可以用临时保护层保护(例如，通过使用光致抗蚀剂光刻地覆盖每个针尖或将小滴光致抗蚀剂或其它可溶的聚合物涂覆到每个丝状体尖端)。然后，绝缘材料(例如，聚对二甲苯)可以在CVD工艺中沉积，以保形地涂覆未受保护的丝状体区域。绝缘材料沉积后，临时保护层可以去除(例如，通过使用适当的溶剂)，以形成活性区和非活性区。

在方法200的变型中，关于在方框S210的变型中界定尖端阵列，且为了确定活性区/非活性区，方框S220和S230可以以任何合适的顺序执行。在方法200的第一个变型中，在基体处形成柱状突起的阵列S211b可在方框S230中在基体的暴露表面处形成绝缘层之前执行。然后，如需要的话，绝缘层可以从基体的表面(例如，在基体的与柱状突起的阵列的表面直接相对的表面处)选择性地去除。在包括方框S211a的方法的变型中，在选择性去除绝缘层后，尖锐的突起的阵列可以形成在柱状突起的阵列的远端处，并且在方框S220的变型中，导电层可以耦合到基体的未被绝缘层覆盖的所有区域，由此将导电层耦合到突起阵列的至少尖端区域。因此，活性区/非活性区可通过主体材料的去除(例如，切削、切块)或任何其他合适的方法来界定，该任何其他合适的方法包括：选择性化学蚀刻、等离子体蚀刻、高能量的蚀刻和任何其他合适的蚀刻方法中的一种或多种。

在可以从第一个变型延伸的第二个变型中，方法200可包括块方框S210、S220和S230，并且还包括在工艺S283中使用牺牲层以选择性地隔离基体的区域，以便于分别在块方框S220和S230中加工导电层和/或绝缘层。牺牲层可包括氮化物材料(例如，厚的氮化物)、氧化物材料、碳化物材料、盐、糖、聚合物(例如，聚乙二醇)和/或在随后的加工步骤期间不恶化的任何其他合适的材料。此外，牺牲层可以是生物可吸收的和/或多孔的，以促进生物相容性和/或加工。在一个示例中，形成尖锐突起的阵列S211a可以在如在块方框S230的变型中将导电层耦合到尖锐突起的阵列和基体的任何其它所需的表面(例如，与尖锐突起的阵列的表面直接相对的表面)之前执行，接着是用导电层将牺牲层耦合到基体的全部表面。在该示例中，柱状突起的阵列可以通过去除尖锐突起的阵列之间的材料形成，如在块方框S211b中，在此之后可在基体的所有暴露表面处生成绝缘层，如在块方框S230中。牺牲层然后可以在随后的处理步骤之前去除。在另一个示例中，在基体的旨在耦合到导电层的所有表面处形成尖锐突起的阵列S211a可以在如在块方框S283中牺牲层的耦合之前来执行。在尖锐突起的阵列之间的材料随后可以去除，以形成柱状突起的阵列，如在块方框S211b中，在此之后，可在基体的所有暴露表面处形成绝缘层，如在块方框S230中。然后，牺牲层可以被去除且导电层可耦合到基体的之前被牺牲层占据的所有区域，如在块方框S220的变型中。在其它示例中，牺牲层的耦合可以被省略或者在方法200的任何适合的阶段执行，该方法200的具体示例在下面进一步详细地描述。

如图8A所示，在方框S210、S220和S230中加工基体、导电层和传感层的第一个具体示例中，材料从基体的第一表面除去，由此形成柱状突起的阵列，如在方框S211b中。在第一个具体示例中去除材料是通过切割锯的非成一定角度的刀片来执行，以便以2-3mm/s的切割速率从基体的第一表面移除所需深度为～400μm、宽度为100μm和间隙为500μm的材料。在第一个具体示例中，切割锯被配置成形成柱状突起的阵列，通过在第一方向上的相邻的切口，随后在与第一方向正交的第二方向上的相邻的切口，由此形成2维柱状突起阵列。在第一个具体示例中，基体包括P型、掺硼、<100>取向硅，该硅具有0.005-0.01Ω-cm的电阻率、500-1500μm的厚度、<10μm的总厚度变化(TTV)且其中第一面侧抛光。在形成柱状突起的阵列之后，通过引起热氧化物在900-1050C生长1-2小时,在基体的所有暴露的表面上形成具有～1μm的氧化物的绝缘层，如在方框S240中。然后，绝缘层通过定向等离子体蚀刻从基体的第二表面去除，该第二表面与基体的形成圆柱状突起的表面直接相对。随后，通过从每个柱状突起的远端去除材料形成尖锐突起的阵列，如在方框S211a中。形成尖锐突起的阵列通过切割锯的500μm、60度角的刀片执行，该切割锯被配置成以4mm/s的速率切割2-小平面尖端。类似于形成柱状突起的阵列，切割锯被配置成形成尖锐突起的阵列，通过在第一方向上的相邻的切口，随后在与第一方向正交的第二方向上的相邻的切口，由此形成2维尖锐突起(即，尖端)的阵列。最后，在第一个具体示例中，导电层通过电镀(如，镍的、金的和/或铂的)耦合到尖锐突起的阵列和基体的第二表面，如在方框S220中。

如图8B所示，在方框S210、S220和S230中加工基体、导电层和传感层的第二个具体示例中，材料从基体的第一表面除去，由此形成柱状突起的阵列，如在方框S211b中。在第二个具体示例中去除材料是通过切割锯的非成一定角度的刀片来执行，以便以2-3mm/s的切割速率从基体的第一表面移除所需深度为～400μm、宽度为100μm和间隙为500μm的材料。在第二个具体示例中，切割锯被配置成形成柱状突起的阵列，通过在第一方向上的相邻的切口，随后在与第一方向正交的第二方向上的相邻的切口，由此形成2维柱状突起的阵列。在第二个具体示例中，基体包括P型、掺硼、<100>取向硅，该硅具有0.005-0.01Ω-cm的电阻率、500-1500μm的厚度、<10μm的总厚度变化(TTV)，且其中第一面侧抛光。在形成柱状突起的阵列之后，通过引起热氧化物在900-1050C生长1-2小时，在基体的所有暴露的表面处形成具有～1μm的氧化物的绝缘层，如在方框S230中。然后，绝缘层通过定向等离子体蚀刻从基体的第二表面去除，该第二表面与基体的形成圆柱状突起的表面直接相对。从第二表面去除绝缘层之后，牺牲层被耦合到基体的仍然耦合到绝缘层的所有表面。随后，通过从每个柱状突起的远端去除材料来形成尖锐突起的阵列，如在块S211a中。形成尖锐突起的阵列通过切割锯的500μm、60度角的刀片执行，该切割锯配置成用于以4mm/s的速率切割2-小平面尖端。类似于形成柱状突起的阵列，切割锯被配置成形成尖锐突起的阵列，通过在第一方向上的相邻的切口，随后在与第一方向正交的第二方向上的相邻的切口，由此形成2维尖锐突起(即，尖端)的阵列。最后，在第二个具体示例中，导电层通过电镀(例如，镍的、金的和/或铂的)耦合到尖锐突起的阵列和基体的第二表面，如在方框S220中，随后从绝缘层去除牺牲层。在第二个具体示例中，牺牲层的功能因而是促进导电层与所需的表面隔离，使得导电层大体上不与绝缘层以不希望的方式重叠。

如图8C所示，在方框S210、S220和S230中加工基体、导电层和传感层的第三个具体示例中，材料从基体的第一表面除去，以形成尖锐突起(例如，尖端)的阵列，如在方框S211a中。形成尖锐突起的阵列通过切割锯的500μm、60度角的刀片执行，该切割锯被配置成以4mm/s的速率切割2-小平面尖端。在第三个具体示例中，切割锯被配置成形成尖锐突起的阵列，通过在第一方向上的相邻的切口，随后在与第一方向正交的第二方向上的相邻的切口，由此形成2维尖锐突起的阵列。在第三个具体示例中，基体包括P型、掺硼、<100>取向硅，该硅具有0.005-0.01Ω-cm的电阻率、500-1500μm的厚度、<10μm的总厚度变化(TTV)，且其中第一面侧抛光。形成尖锐突起的阵列之后，在所需表面处通过沉积的铂、的铱、的钨和的氮化钛，导电层被耦合到尖锐突起的阵列和基体的与尖锐突起的阵列直接相对的第二表面，如在方框S220中。在第三个具体示例的变型中，导电层可以包括：厚的铂层和厚的钛层、厚的铂层和厚的氮化钛层、厚的铱层和厚氮化钛层、或者厚的钨层。包括厚的氮化物层的牺牲层然后耦合到导电层，如在方框S283中，并且从尖锐突起阵列中的每个尖锐突起之间的基体去除材料，从而形成耦合到尖锐突起阵列的柱状突起阵列，如在方框S211b中。形成柱状突起阵列是通过切割锯的非成一定角度的刀片来执行，以便以2-3mm/s的切割速率从基体的第一表面移除所需深度为～400μm、宽度为100μm和间隙为500μm的材料。在第三个具体示例中，切割锯被配置成形成柱状突起的阵列，通过在第一方向上的相邻的切口，随后在与第一方向正交的第二方向上的相邻的切口，由此形成2维柱状突起的阵列。绝缘层通过引起热氧化物在900-1050C持续1-2小时生长到1μm厚来形成在基体的所有暴露的表面上(例如，没有导电层或牺牲层的切割表面)，如在方框S230中。然后，牺牲层通过定向等离子体蚀刻去除。

如图8D所示，在方框S210、S220和S230中加工基体、导电层和传感层的第四个具体示例中，材料从基体的第一表面除去，以形成尖锐突起的阵列(例如，尖端)，如在方框S211a中。形成尖锐突起的阵列通过切割锯的500μm、60度角的刀片执行，该切割锯被配置成以4mm/s的速率切割2-小平面尖端。在第四个具体示例中，切割锯被配置成形成尖锐突起的阵列，通过在第一方向上的相邻的切口，随后在与第一方向正交的第二方向上的相邻的切口，由此形成2维尖锐突起的阵列。在第四个具体示例中，基体包括P型、掺硼、<100>取向硅，该硅具有0.005-0.01Ω-cm的电阻率、500-1500μm的厚度、<10μm的总厚度变化(TTV)，且其中第一面侧抛光。包括厚的氮化物层的牺牲层然后耦合到尖锐突起的阵列和基体的与尖锐突起的阵列直接相对的第二表面，如在方框S283中，并且从尖锐突起阵列中的每个尖锐突起之间的基体去除材料，从而形成耦合到尖锐突起阵列的柱状突起阵列，如在方框S211b中。形成柱状突起阵列是通过切割锯的非成一定角度的刀片来执行，以便以2-3mm/s的切割速率从基体的第一表面移除所需深度为～400μm、宽度为100μm和间隙为500μm的材料。在第四个具体示例中，切割锯被配置成形成柱状突起的阵列，通过在第一方向上的相邻的切口，随后在与第一方向正交的第二方向上的相邻的切口，由此形成2维柱状突起阵列。绝缘层通过引起热氧化物在900-1050C持续1-2小时生长到1μm厚而形成在基体的所有暴露的表面(例如，没有牺牲层的切割表面)处，如在方框S230中。然后，牺牲层通过定向等离子体蚀刻去除。去除牺牲层之后，在所需表面处通过沉积的铂、的铱、的钨和的氮化钛，导电层被耦合到尖锐突起阵列和基体的与尖锐突起阵列直接相对的第二表面，如在方框S220中。在第四个具体示例的变型中，导电层可以包括：厚的铂层和厚的钛层、厚的铂层和厚的氮化钛层、厚的铱层和厚的氮化钛层、或者厚的钨层。第四个具体示例的其他变型可包括任何合适的金属(例如，镍、金、铂)的电镀。

如图8E所示，在方框S210、S220和S230中加工基体、导电层和传感层的第五个具体示例中，具有逐渐变细轮廓(即，从尖端朝向耦合到基体的基底端部逐渐变细)的尖锐突起的阵列通过DRIE工艺形成在基体的第一表面处，如在方框S210中。通过在基体的所有暴露的表面处沉积的铂、的铱、的钨和的氮化钛，导电层然后耦合到基体的所有暴露的表面，如在方框S220中。在第五个具体示例的变型中，导电层可以包括：厚的铂层和厚的钛层、厚的铂层和厚的氮化钛层、厚的铱层和厚氮化钛层、或者厚的钨层。第五个具体示例的其他变型可包括任何合适的金属(例如，镍、金、铂)的电镀，以形成导电层。在导电层的形成之后，包含氮化物材料的绝缘层然后被耦合到导电层，如在方框S230中，并且然后牺牲层在基体的位于尖锐突起的阵列的基底端部之间的区域处被耦合到绝缘层，如在方框S283中。在第五个具体示例中，牺牲层通过自旋光致抗蚀剂的方式涂覆。随后，通过各向异性定向等离子体场的方式，将绝缘层从尖锐突起的阵列的尖端区域和基体的与尖锐突起的阵列直接相对的第二表面去除。最后，牺牲层被去除(例如，通过蚀刻)。

在方法200的其他实施例中，在方框S210、S220和S230中加工基体、导电层和传感层可以根据任何其他适合的工艺并以任何其他合适的顺序执行。此外，在所描述的过程的变型中，任何适当数目的刀片、切割表面、用于去除材料的其他工具可用于提高加工速度/效率。

2.2制造方法-传感层和选择性层加工

方框S240中叙述了将传感层涂覆到至少导电层，且用以形成丝状体涂层，该丝状体涂层使离子浓度转换成电子电压。优选地，传感层在暴露导电层的区域处(例如，只在活性区处)被选择性地涂覆到丝状体基体/导电层/绝缘层组件；然而，传感层可以可选择地被涂覆到整个丝状体基体/导电层/绝缘层组件上。在其中传感层被选择性地涂覆到丝状体基体/导电层/绝缘层组件的变型中，方框S240中可以包括电沉积、平版印刷(lithography)、喷墨印刷、丝网印刷或用于选择性地涂覆传感层的任何其他合适的方法。在其中传感层被涂覆到整个丝状体基体/导电层/绝缘层组件的变型中，方框S240中可以包括上光、旋涂、喷涂或以非选择性的方式涂覆聚合物涂层的任何方法。优选地，传感层包括具有可逆的氧化还原反应特性的材料，如前所述。在一个示例中，传感层可以包括含氮聚合物，如聚吡咯或聚苯胺。传感层可以另外地或者可选择地包括任何适当的导电材料。在另一个示例中，传感层可以另外地或者可选择地包括作为分析物的互补分子的蛋白质或肽，如用于葡萄糖感测的葡萄糖氧化酶或用于钾感测的缬氨霉素。在该示例的变型中，传感层可以包括氨基酸(例如，赖氨酸)和/或随后与氨基酸相关的聚合物链(例如，聚赖氨酸)。在方框S240中在传感层处提供蛋白质分布、氨基酸分布、聚合物链分布和/或任何其它颗粒的分布时，该分布可以是均匀的或者非均匀的(例如，集中在所需的区域中、集中在表面处等)、均相地或者非均相的，并以任何合适的方式产生。

在一些变型中，方框S240可包括至少在方框S242形成的尖锐突起的阵列的一个尖锐突起(即，尖端)处形成凹槽，如在方框S211a中。如图9所示，凹槽可以用作口袋以隔离传感层，并且可以另外地或者可选择地填充有任何其他合适的功能性材料。在一个这样的变型中，凹槽可以填充有保护材料，该保护材料用以在插入期间或与使用者的体液接触的时期期间保护传感层。在另一个变型中，凹槽可以填充有“校准物质”，该“校准物质”被配置为根据已知的曲线(例如，释放曲线、浓度、降解曲线等)提供或释放分析物。在另一个变型中，凹槽可以填充有治疗物质，以促进治疗物质在药物输送应用中输送到使用者。凹槽可以与丝状体的尖端对准形成，或者可以可选择地与丝状体的歪曲尖端未对准地形成。方框S240的变型可以完全省略形成凹槽，或可以包括提供用于任何其他合适的目的的凹槽。

该方法的一些变型还可包括方框S245，该方框S245叙述了：将中间选择性层耦合到方框S220中界定的导电层。在其中另一层(例如，促进传导的中间活性层，如上述第1部分所述)被耦合至方框S220中界定的导电层的表面的变型中，方法可包括方框S245的变型，如方框S246，该方框S245的变型叙述了：提供能够将信号传输到导电层的中间选择性层，以及将方框S240中界定的传感层耦合到中间选择性层。方框S245及S246用以提供另外的选择性层，以便于以选择性的方式进行分析物(例如，葡萄糖)的检测。在一些变型中，方框S245和S246可以包括将聚合物涂覆到导电层的表面，和使聚合物聚合以固着(set)中间选择性层。在方框S245和S246的具体示例中，中间选择性层可包括用于葡萄糖感测的苯二胺，该苯二胺电聚合以固着中间选择性层。这些具体示例的其他变型可以包括任何其他合适的材料的以任何其他合适的方式的聚合(例如，化学聚合、热聚合、光聚合等)。方框S245和S246的其他变型可以可选地包括提供非聚合材料作为中间传感层，该非聚合材料可以以任何其他合适的方式进行处理。

方框S250叙述了形成选择性层，且用以形成被配置成便于特定目标分析物的感测的层。优选地，方框S250包括形成选择性层，该选择性层包括具有表征使用者的身体化学的至少一个目标分析物的互补分子分布S252的聚合物基质。方框S252优选地包括形成具有互补分子分布的聚合物基质材料的均相混合物(例如，在溶液或凝胶相中)，但可以可选择地包括形成具有互补分子分布的聚合物基质材料的非均相混合物。可选择地，方框S252可被方框S254替代，该方框S254包括以任何顺序将聚合物基质层和互补分子的分布沉积到方框S240之后产生的组件上。在又一可选择方案中，方框S250、S252和/或方框S254可在方框S220、S230和S240中的一个或多个之前执行，使得选择性层在微传感器的处理过程中在不同的时间和/或不同位置被沉积。在一个这样的示例中，在用于葡萄糖检测应用的传感器中，方框S250在方框S220之后执行(例如，直接在导电层上方)。在另一个示例中，具有导电基体时，方框S250可以在方框S210之后执行(例如，选择性层可以沉积到导电基体的尖端区域)。在其中方框S250需要柔性聚合物基质的实施方案中，形成包括聚合物基质的选择性层还可以包括形成带有聚合物基质和增塑剂的选择性层。在一个具体示例中，聚合物基质包括带有增塑剂的聚氯乙烯(PVC)，以增加柔性；然而，在其他变型中，聚合物基质可以包括任何合适的聚合物(例如，聚乙烯、聚四氟乙烯、氨基甲酸乙酯、聚氨基甲酸乙酯、苯二胺、邻苯二胺、蛋白质基质、氨基酸基质等)，该聚合物带有或没有增塑剂，并被配置成包含互补分子的分布。再次，在一个示例中，互补分子的分布包括用于葡萄糖感测的葡萄糖氧化酶分子，并在另一个示例中，互补分子的分布包括用于钾感测的缬氨霉素分子。方框S250可以通过旋涂带有或没有增塑剂的聚合物基质互补分子混合物、通过滴涂(drop casting)带有或没有增塑剂的聚合物基质互补分子混合物、或者通过任何适当的方法执行。此外，旋涂、滴涂、电沉积、电镀或任何其他合适的涂覆方法可以分阶段执行，使得选择性层的特征在于可调的厚度。可调的厚度优选地控制互补分子与目标分析物结合的速率(如，扩散速率)，并控制选择性层内互补分子的量(例如，浓度或总量)和/或界定分子大小的界限。

在一些变型中，特别是制造用于葡萄糖感测的微传感器的变型中，方法200可以另外地或者可选地包括方框S256，该方框S256叙述了：提供被配置成稳定传感层的稳定层。方框S256优选地用以在制造用于葡萄糖感测的微传感器中稳定葡萄糖氧化酶的传感层；然而，方框S256可以另外地或者可选择地用以稳定用于任何其他合适的应用的传感层。在一些变型中，方框S256可以包括将聚合物提供到传感层的表面，和使聚合物聚合以固着中间选择性层。在方框S256中的具体示例中，稳定层可包括用于葡萄糖感测的苯二胺，该苯二胺被电聚合以固着稳定层。该具体示例的其他变型可以包括任何其他合适的材料的以任何其他合适的方式的聚合(例如，化学聚合、热聚合、光聚合等)。方框S256的其他变型可以可选地包括提供非聚合材料作为中间传感层，该非聚合材料可以以任何其他合适的方式进行处理。

在一些变型，特别是制造用于葡萄糖感测的微传感器的变型中，方法200可以另外地或者可选地包括方框S258，该方框S258叙述了：将中间保护层提供到传感层的表面。方框S258优选地用以形成提供中间保护和/或阻碍不需要的物质的传输的层。在一些变型中，方框S258可包括将聚合物提供到传感层的表面，该聚合物包括被配置成提供保护屏障的至少一种功能化合物。在示例中，中间保护层的聚合物可包括：特氟隆、氯化聚合物、全氟磺酸、聚乙二醇以及任何其他合适的聚合物中的任何一种或多种，并且可以包括功能化合物，该功能化合物包括：脂质、阻碍带电物质的传输的带电的化学物质、表面活性剂以及任何其他合适的化合物中的一种或多种。方框S258的其他变型可以可选地包括提供非聚合材料作为中间保护层，该非聚合材料可以以任何其他合适的方式进行处理。

方法200可另外地或可选地包括被配置成在与使用者的体液接触的过程中产生用于分析物感测的丝状体阵列的任何其他合适的方框或步骤。这样，方法200可以包括以下中的任何一种或多种：将粘附层耦合到在方法的过程中使用的任何合适的层，其中粘附层用以有利于为了稳固性而维护层的耦合；将临时功能层耦合到选择性层，这有利于穿透到使用者的身体内和/或微传感器的校准；提供被配置成抑制或防止炎症反应(例如，通过包括表面处理或消炎剂)、防止生物排斥、防止封装(例如，通过包括生物惰性物质，如热解碳)、增强目标分析物/离子检测、和/或提供任何其他合适的抗破坏机制的功能性外层；以及根据任何其他适当的工艺处理基体。

附图示出了根据优选实施方案、示例配置以及其变型的系统、方法和计算机程序产品的架构、功能和的可能实施的操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以表示代码的模块、段、步骤或部分，该代码包括用于实现指定的逻辑功能的一个或更多个可执行指令。还应当指出的是，在一些可选的实施方式中，方框中提到的功能可以打乱图中指出的顺序而发生。例如，连续显示的两个方框实际上可以大体上同时执行，或者这些方框有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。还应当指出的是，在框图和/或流程图中的每个方框以及框图和/或流程图中方框的组合，可以由执行指定功能或行为的专用的基于硬件的系统或专用硬件和计算机指令的组合来实现。

本领域技术人员将从先前详细描述以及从附图和权利要求理解，可对本发明的优选实施方案作出修改和改变而不脱离在以下权利要求中界定的本发明的范围。

Claims (40)

1.一种传感器，其用于感测存在于使用者的体液中的分析物，所述传感器包括：

基体，其包括半导体材料；和

丝状体，其包括：

基体芯，其界定在所述基体处，所述基体芯包括耦合到所述基体的基底端部和有利于进入使用者的体液的尖端区域；

导电层，其作为活性区仅覆盖所述基体芯的所述尖端区域，所述活性区使能对在检测到分析物时产生的电信号进行传输；

绝缘层，其包盖所述基体芯并暴露所述导电层的一部分，从而界定所述活性区的边界；

传感层，其与所述活性区连通，特征在于用于将分析物的离子浓度转换成电信号的可逆的氧化还原特性；

中间选择性层，其位于所述导电层的表面，所述中间选择性层有利于分析物检测，其中所述传感层位于所述中间选择性层的表面；

中间保护层，其位于所述传感层的表面，包括促进产生保护屏障的功能化合物；和

选择性涂层，其位于所述中间保护层的表面，具有响应于分析物存在的分子分布。

2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述导电层包括金、镍和铂中的至少一种，其中所述绝缘层包括0.1-10μm的热氧化物。

3.根据权利要求2所述的传感器，其中所述中间选择性层包括苯二胺，且所述中间保护层包括氨基甲酸乙酯、聚对二甲苯和全氟磺酸中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的传感器，其中所述传感层包括酪胺、葡萄糖氧化酶和聚赖氨酸的分布以及苯二胺。

5.根据权利要求1所述的传感器，还包括中间活性层，所述中间活性层位于所述导电层的表面，包括用于在检测到分析物时促进信号传导的亚铁氰化铁和纳米铂中的至少一种，其中所述中间选择性层位于所述中间活性层的表面。

6.根据权利要求1所述的传感器，还包括生物相容层，所述生物相容层位于所述选择性涂层的表面，并包括氨基甲酸乙酯、聚对二甲苯、特氟隆和氟化聚合物中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的传感器，其中所述丝状体是所述基体处的丝状体阵列中的一个，并且其中所述丝状体阵列的每个丝状体具有150-500μm的长度。

8.根据权利要求1所述的传感器，其中所述丝状体包括具有矩形横截面的柱状突起，所述柱状突起耦合到界定所述尖端区域的角锥状的尖端区域，其中所述导电层仅覆盖所述角锥状的尖端区域。

9.根据权利要求8所述的传感器，其中所述角锥状的尖端区域由不规则的角锥体界定，具有与所述柱状突起的两个面大体连续的第一对正交面和相对于所述第一对正交面成一定角度的第二对正交面，使得所述尖端区域大体上与所述柱状突起的矩形横截面的顶点对准。

10.一种用于感测存在于使用者的体液中的分析物的传感器，所述传感器包括：

基体，其包括半导体材料；和

丝状体阵列，所述丝状体阵列中的每个丝状体包括：

基体芯，其界定在所述基体处，所述基体芯包括耦合到所述基体的基底端部和有利于进入使用者的体液的尖端区域；

导电层，其作为活性区仅覆盖所述基体芯的所述尖端区域，所述活性区使能对在检测到分析物时产生的电信号进行传输；

绝缘层，其包盖所述基体芯并暴露所述导电层的一部分，从而界定所述活性区的边界；

传感层，其与所述活性区连通，特征在于用于将分析物的离子浓度转换成电信号的可逆的氧化还原特性；

选择性涂层，其具有响应于分析物存在的分子分布，耦合到所述传感层。

11.根据权利要求10所述的传感器，其中所述基体包括掺硼的<100>取向的硅，所述导电层包括镍基材料、金基材料和铂基材料中的至少一种，且所述绝缘层包括至少1μm厚的氧化层。

12.根据权利要求10所述的传感器，其中所述丝状体阵列的每个丝状体包括具有矩形横截面的柱状突起，所述柱状突起耦合到界定所述尖端区域的角锥状的尖端区域，其中所述导电层仅覆盖所述角锥状的尖端区域。

13.根据权利要求12所述的传感器，其中所述角锥状的尖端区域由不规则的角锥体界定，具有与所述柱状突起的两个面大体连续的第一对正交面和相对于所述第一对正交面成一定角度的第二对正交面，使得所述尖端区域大体上与所述柱状突起的矩形横截面的顶点对准。

14.根据权利要求10所述的传感器，其中所述传感层包括导电聚合物，且所述选择性涂层包括目标分析物的互补分子，所述互补分子在整个聚合物基质中均匀分布。

15.根据权利要求10所述的传感器，其中所述丝状体阵列的每个丝状体在几何结构上大体上相同。

16.根据权利要求15所述的传感器，其中所述丝状体阵列包括第一阵列和第二阵列，所述第一阵列被配置成检测第一分析物的浓度，所述第二阵列被配置成检测不同于所述第一分析物的第二分析物的浓度。

17.根据权利要求10所述的传感器，还包括粘附层，所述粘附层被配置成有利于所述基体芯、所述导电层、所述绝缘层、所述传感层和所述选择性涂层中的至少两个之间的耦合。

18.根据权利要求10所述的传感器，还包括位于所述选择性涂层表面的临时功能层，所述临时功能层有利于所述传感器穿透到使用者的身体内，其中所述临时功能层被配置成用于在与使用者的体液接触期间溶解并被配置成在溶解时释放离子浓度，以利于所述传感器的校准。

19.根据权利要求10所述的传感器，还包括凹槽，所述凹槽界定在所述丝状体阵列的至少一个丝状体的尖端区域处。

20.根据权利要求19所述的传感器，其中所述凹槽执行以下中的一项或多项：隔离所述传感层的至少一部分、接收被配置成用于释放分析物以用于所述传感器的校准的校准材料、以及接收治疗物质以有利于将所述治疗物质递送到使用者。

21.一种制造用于感测分析物的传感器的方法，所述方法包括：

利用切割锯，从基体去除材料，由此在所述基体的第一暴露表面处形成柱状突起阵列；

形成耦合到所述基体的暴露表面和所述柱状突起阵列的暴露表面的绝缘层；

去除在与所述基体的形成所述柱状突起阵列的所述第一暴露表面直接相对的所述基体的第二暴露表面处的所述绝缘层的一部分；

利用所述切割锯，从所述柱状突起阵列中的每个柱状突起的远端去除材料，从而界定未被所述绝缘层覆盖的、在所述柱状突起阵列中的每个柱状突起的远端处的尖锐尖端；和

将导电层耦合到所述柱状突起阵列中的每个柱状突起的所述尖锐尖端。

22.根据权利要求21所述的方法，其中形成所述柱状突起阵列以及在所述柱状突起阵列中的每个柱状突起的远端处界定所述尖锐尖端中的至少一者包括用所述切割锯形成2维突起阵列。

23.根据权利要求22所述的方法，其中形成所述绝缘层包括诱导热氧化物在900℃和1050℃之间的温度生长，并且其中耦合所述导电层包括将金、镍和铂中的至少一种电镀到所述柱状突起阵列中的每个柱状突起的所述尖锐尖端。

24.根据权利要求21所述的方法，还包括：将传感层涂覆到所述传感器的所述导电层的表面和将选择性涂层耦合到所述传感器的所述传感层的表面，所述传感层的特征在于可逆的氧化还原反应特性，所述选择性涂层包括目标分析物的互补分子的分布。

25.根据权利要求24所述的方法，还包括：将中间选择性层耦合到所述传感器的所述导电层的表面，其中耦合所述中间选择性层包括电聚合苯二胺材料。

26.根据权利要求24所述的方法，还包括：将中间保护层耦合到所述传感器的所述传感层的表面，其中所述传感器的所述选择性涂层位于所述中间保护层的表面，其中所述中间保护层包括配置成提供保护屏障的功能化合物。

27.根据权利要求26所述的方法，其中耦合所述中间保护层包括耦合特氟隆、氯化聚合物、全氟磺酸和聚乙二醇中的至少一种，并且其中所述功能化合物包括脂质和带电化学物质中的至少一种。

28.根据权利要求24所述的方法，还包括：在所述柱状突起阵列的至少一个柱状突起的所述尖锐尖端处界定凹槽，以及执行隔离所述传感层的在所述凹槽内的部分、将校准材料沉积在所述凹槽内和将治疗物质沉积在所述凹槽内中的至少一者。

29.根据权利要求21所述的方法，还包括：将生物相容层提供到所述导电层的表面，其中，提供所述生物相容层包括沉积具有消炎和抗菌特性的生物相容的聚合物。

30.一种制造传感器的方法，所述传感器用于感测存在于使用者的体液中的分析物，所述方法包括：

在基体的第一表面处形成尖锐突起阵列；

将导电层耦合到所述尖锐突起阵列；

在所述尖锐突起阵列处形成牺牲层；

从位于所述尖锐突起阵列的每个尖锐突起之间的区域去除材料，由此在所述基体的所述第一表面处形成柱状突起阵列，所述柱状突起阵列的每个柱状突起的远端被耦合到所述尖锐突起阵列中的尖锐突起；

在所述基体的所有暴露表面处形成绝缘层；和

从所述尖锐突起阵列去除所述牺牲层。

31.根据权利要求30所述的方法，其中形成所述尖锐突起阵列和形成所述柱状突起阵列包括用切割锯切削所述基体以形成2维突起阵列。

32.根据权利要求30所述的方法，其中去除材料包括化学蚀刻、等离子体蚀刻和高能量蚀刻中的至少一种。

33.根据权利要求30所述的方法，其中将所述导电层耦合到所述尖锐突起阵列是在所述尖锐突起阵列处形成所述牺牲层之前执行，使得所述牺牲层位于所述导电层的表面且所述导电层被直接耦合到所述基体。

34.根据权利要求33所述的方法，其中形成所述绝缘层包括在所述基体的未耦合到所述导电层的所有切削表面处诱导热氧化物在900℃和1050℃之间的温度生长。

35.根据权利要求30所述的方法，其中在所述尖锐突起阵列处形成所述牺牲层是在从位于所述尖锐突起阵列的每个尖锐突起之间的区域去除材料之前执行，而从位于所述尖锐突起阵列的每个尖锐突起之间的区域去除材料是在将所述导电层耦合到所述尖锐突起阵列之前执行。

36.根据权利要求30所述的方法，其中所述牺牲层的形成包括至少在所述尖锐突起阵列处形成氮化物层，并且其中去除所述氮化物层包括进行蚀刻工艺。

37.根据权利要求30所述的方法，还包括：将传感层涂覆到所述传感器的所述导电层的表面和将选择性涂层耦合到所述传感器的所述传感层的表面，所述传感层的特征在于可逆的氧化还原反应特性，所述选择性涂层包括目标分析物的互补分子的分布。

38.根据权利要求37所述的方法，还包括：将中间选择性层耦合到所述传感器的导电层的表面，其中耦合所述中间选择性层包括电聚合苯二胺材料。

39.根据权利要求38所述的方法，还包括：将包括功能化合物的中间保护层耦合到所述传感器的所述传感层的表面，其中所述传感器的所述选择性涂层位于所述中间保护层的表面，其中耦合所述中间保护层包括耦合特氟隆、氯化聚合物、全氟磺酸和聚乙二醇中的至少一种，并且其中所述功能化合物包括脂质和带电化学物质中的至少一种。

40.根据权利要求37所述的方法，还包括：在所述柱状突起阵列的至少一个柱状突起的尖锐尖端处界定凹槽，以及执行隔离所述传感层的在所述凹槽内的部分、将校准材料沉积在所述凹槽内和将治疗物质沉积在所述凹槽内中的至少一者。