JP2003503702A - General purpose transducer - Google Patents

General purpose transducer

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JP2003503702A
JP2003503702A JP2001507077A JP2001507077A JP2003503702A JP 2003503702 A JP2003503702 A JP 2003503702A JP 2001507077 A JP2001507077 A JP 2001507077A JP 2001507077 A JP2001507077 A JP 2001507077A JP 2003503702 A JP2003503702 A JP 2003503702A
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general
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purpose transducer
transducer according
perforations
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JP2001507077A
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Japanese (ja)
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クノール,マインハルト
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クノール,マインハルト
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28Electrolytic cell components
    • G01N27/30Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/327Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
    • G01N27/3271Amperometric enzyme electrodes for analytes in body fluids, e.g. glucose in blood
    • GPHYSICS
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    • G01N27/333Ion-selective electrodes or membranes
    • G01N27/3335Ion-selective electrodes or membranes the membrane containing at least one organic component

Abstract

(57)【要約】 本発明は、例えば分析化学または医用診断学等において、流体中の物質濃度またはイオン活量を測定するために使用される、上述のような小型汎用トランスデューサに基づく汎用トランスデューサ、化学センサおよびバイオセンサに関する。本発明の汎用トランスデューサは、少なくとも2つの平坦なキャリア層(1、2)からなるキャリアを有し、キャリア層(1、2)はそれぞれ少なくとも1つの穿孔(4、5)を備えている。これらの穿孔(4、5)は、キャリアの第1活性面から第1および第2のキャリア層を越えてのびるコヒーレントな空洞を形成する。空洞の充填材料に接触する導電層は、2つのキャリア層(1、2)のうちの少なくとも一方の表面上に少なくとも部分的に配置され、その表面が第1活性面(10)と反対向きになるように配置される。 (57) Abstract: The present invention relates to a general-purpose transducer based on the miniature general-purpose transducer as described above, which is used for measuring a substance concentration or an ion activity in a fluid, for example, in analytical chemistry or medical diagnostics. The present invention relates to a chemical sensor and a biosensor. The universal transducer according to the invention has a carrier consisting of at least two flat carrier layers (1, 2), each carrier layer (1, 2) having at least one perforation (4, 5). These perforations (4,5) form coherent cavities extending from the first active surface of the carrier and beyond the first and second carrier layers. The conductive layer in contact with the filling material of the cavity is at least partially arranged on the surface of at least one of the two carrier layers (1, 2), with the surface facing away from the first active surface (10). It is arranged so that it becomes.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

本発明は、汎用トランスデューサ、並びに小型化された汎用トランスデューサ
に基づく化学センサおよびバイオセンサに関する。このタイプのセンサは、例え
ば、化学分析においてまたは医用診断学において、流体中の物質濃度またはイオ
ン活量の測定のために使用される。
The present invention relates to general purpose transducers and chemical and biosensors based on miniaturized general purpose transducers. Sensors of this type are used, for example, in chemical analysis or in medical diagnostics for the determination of substance concentration or ionic activity in fluids.

【0002】[0002]

【従来の技術】[Prior art]

従来技術においては、化学センサ素子およびバイオセンサ素子は、各アナライ
ト用に特定された金属接触子、およびメンブレンまたはゲル材料を備えたキャリ
アに基づいて製作される。この場合、イオン選択性電極上において、電位差が、
これらの素子によって、電位差滴定測定原理に従って、参照電極に対して測定さ
れる。電流滴定測定用センサでは、電圧の適用後に、作動電極と参照電極または
対向電極との間の電流が、2極原理または3極原理に基づいて測定される(Frie
drich Oehme,Chemische Sensoren,Vieweg Verlag 1991参照)。
In the prior art, chemical and biosensor elements are fabricated on the basis of a carrier with a metal contact specified for each analyte and a membrane or gel material. In this case, the potential difference on the ion selective electrode is
With these elements it is measured relative to a reference electrode according to the potentiometric titration principle. Amperometric sensors measure the current between a working electrode and a reference or counter electrode after application of a voltage based on the two-pole or three-pole principle (Frie.
See drich Oehme, Chemische Sensoren, Vieweg Verlag 1991).

【0003】 P 41 15 414においては、非常に小型化された化学センサおよびバ
イオセンサが公知である。この場合、珪素のような半導体材料から製作されたキ
ャリア内に空洞が集積される。これらの空洞は、その内側面が金属フィルムで覆
われ、物質を検出するメンブレンまたはゲル材料を含んでいる。
In P 41 15 414, very miniaturized chemical and biosensors are known. In this case, the cavities are integrated in a carrier made of a semiconductor material such as silicon. These cavities are coated on their inner surface with a metal film and contain a membrane or gel material that detects substances.

【0004】 しかしながら、これらの従来技術における短所は、金属フィルムが空洞の三次
元的な表面の広範囲にわたって写真製版的に構成される場合に、そのようなセン
サのためのキャリアが、例えば電流滴定測定のために、二種類の金属フィルムを
備え得るのみであることにある。導電層が測定媒体に直接接触してはいけない場
合でさえ、空洞の内側面は、測定媒体との接触領域において写真製版的に構成さ
れることによって、この接触領域においていかなる金属フィルムも適用され得な
いようになっている。しかしながら、このタイプの三次元的な写真製版的構造は
、多大の技術的困難性およびコストを意味する。
However, a disadvantage of these prior art is that the carrier for such a sensor is, for example, amperometrically determined, when the metal film is photolithographically configured over a large area of the three-dimensional surface of the cavity. For that reason, only two kinds of metal films can be provided. Even if the conductive layer should not be in direct contact with the measuring medium, the inner surface of the cavity may be photolithographically configured in the contacting region with the measuring medium so that any metal film may be applied in this contacting region. There is no such thing. However, this type of three-dimensional photolithographic structure represents a great deal of technical difficulty and cost.

【0005】 従来技術のその他の短所は、公知のセンサ素子によれば、単一のキャリア上に
おいて電流滴定測定用センサ素子および電位差滴定測定用センサ素子を一緒に作
動させることがこれまで不可能であったことにある。すなわち、従来技術では、
電流滴定測定用センサおよび電位差滴定測定用センサ素子は共に同一の測定媒質
と接触し、電流滴定測定用センサの電流は、メンブレンと測定媒質との接触面を
通って流れる。その際、隣接する電位差滴定測定用センサの電位差測定が妨害さ
れる。
Another disadvantage of the prior art is that the known sensor elements have heretofore made it impossible to operate the amperometric and potentiometric sensor elements together on a single carrier. It was there. That is, in the conventional technology,
Both the amperometric measurement sensor and the potentiometric measurement sensor element are in contact with the same measurement medium, and the current of the amperometric measurement sensor flows through the contact surface between the membrane and the measurement medium. At that time, the potential difference measurement of the adjacent potentiometric titration measurement sensor is disturbed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be Solved by the Invention]

従って本発明の課題は、製造が容易で、簡単な手段を用いてトランデューサの
三次元的構造を実現可能とする汎用トランスデューサを提供することにある。こ
の汎用トランデューサは、さらに、同時に同一流体を測定するための電流滴定測
定用センサおよび電位差滴定測定用センサを使用するのに適したものでなければ
ならない。
Therefore, an object of the present invention is to provide a general-purpose transducer that is easy to manufacture and that can realize a three-dimensional structure of a transducer by using a simple means. The universal transducer should also be suitable for using amperometric and potentiometric sensors for measuring the same fluid at the same time.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

この課題は、請求項1に基づく汎用トランスデューサならびに請求項27に基
づくこの汎用トランスデューサの使用方法によって解決される。本発明による汎
用トランスデューサおよび本発明による使用方法の好ましい実施態様が、引用形
式請求項に記載される。
This problem is solved by a universal transducer according to claim 1 and a method of using this universal transducer according to claim 27. Preferred embodiments of the universal transducer according to the invention and the method of use according to the invention are set forth in the dependent claims.

【0008】 本発明によれば、汎用トランスデューサは、少なくとも2つの平坦なキャリア
層を備えたキャリアを有する。空洞が、これらのキャリア層を貫通する穿孔によ
って形成され、キャリアの一方の面においてアナライトと接触し得る。キャリア
層におけるこの接触面と反対側の面は、電極として機能する導電層または導電性
フィルムを備えている。空洞は、それ自体、例えばイオン選択性メンブレンのよ
うな物質検出メンブレンおよび/またはゲルを含み得る充填物によって満たされ
ている。したがって、本発明によれば、個々のキャリア層および電極を順次組み
立てることができ、3次元的な写真製版的構造をなくすような構造が実現する。
それによって、例えば、特別の写真製版的構造を伴わずに、トランスデューサが
製造され、トランスデューサの電極は測定媒質と接触することがない。第1活性
面を形成するキャリア層は導電層を有しないのに対し、トランスデューサが単一
の導電層を有する時、導電層は第1活性面からかなり離れたキャリア層の1つに
配置される。これにより、導電層と測定媒質との間の接触を容易に避けることが
できる。要するに、従来技術とは対照的に、汎用トランスデューサの窪み内に電
極を3次元的に配置することが可能である。さらには、例えば複数の電流滴定測
定用センサまたは複数の電位差滴定測定用センサ、または、例えば同一のキャリ
アに電流滴定測定用センサまたは電位差滴定測定用センサを、同一の測定媒質用
に同時に実現させるために、複数の空洞を同一のキャリアに汎用トランスデュー
サとして備えることがさらに可能である。
According to the invention, a universal transducer comprises a carrier with at least two flat carrier layers. Cavities may be formed by perforations through these carrier layers and contact the analyte on one side of the carrier. The surface of the carrier layer opposite the contact surface is provided with a conductive layer or a conductive film that functions as an electrode. The cavity is itself filled with a fill, which may include a substance detection membrane such as an ion selective membrane and / or a gel. Therefore, according to the present invention, individual carrier layers and electrodes can be sequentially assembled, and a structure that eliminates the three-dimensional photolithographic structure is realized.
Thereby, for example, the transducer is manufactured without a special photolithographic structure and the electrodes of the transducer do not come into contact with the measuring medium. Whereas the carrier layer forming the first active surface does not have a conductive layer, when the transducer has a single conductive layer, the conductive layer is located on one of the carrier layers at a considerable distance from the first active surface. . This makes it possible to easily avoid contact between the conductive layer and the measuring medium. In essence, in contrast to the prior art, it is possible to arrange the electrodes three-dimensionally within the depression of a universal transducer. Further, for example, in order to simultaneously realize a plurality of amperometric measurement sensors or a plurality of potentiometric measurement sensors, or, for example, an amperometric measurement sensor or a potentiometric measurement sensor on the same carrier, simultaneously for the same measurement medium Moreover, it is further possible to provide multiple cavities in the same carrier as a universal transducer.

【0009】 電位差滴定測定用センサ素子と電流滴定測定用センサ素子との違いは、この場
合、例えばシャドーマスクを使用してのスパッタリングのように、場所を選択し
て電極フィルムに塗布することだけである。
In this case, the difference between the potentiometric measurement sensor element and the amperometric measurement sensor element is that in this case, for example, as in the case of sputtering using a shadow mask, it is only necessary to select a location and apply it to the electrode film. is there.

【0010】 特に、大抵の異なるアナライト用の電流滴定測定用センサおよび電位差滴定測
定用センサの構造は、特に、同一原理に基づいて実現されるが、異なるセンサ素
子が同時に製造され得る。異なるセンサ素子に対するキャリア層は、それによっ
て、個々のキャリア層における穿孔の配置のみが相違する。例えばその都度穿孔
の領域の空洞において、さまざまな物質検出材料を塗布することにより、電極層
および充填物もまた、場所を選択して塗布することができるため、センサ素子そ
れぞれの垂直な構造が実現される。
In particular, the construction of most different amperometric and potentiometric sensors for analytes is realized in particular on the same principle, but different sensor elements can be manufactured simultaneously. The carrier layers for the different sensor elements differ thereby only in the arrangement of the perforations in the individual carrier layers. Electrode layers and fillings can also be applied at selected locations, for example by applying different substance detection materials in the cavities in the area of the perforations each time, so that a vertical structure of each sensor element is realized. To be done.

【0011】 この方法により、汎用トランスデューサを製造することができ、この汎用トラ
ンスデューサについて異なるタイプのセンサ素子を備えたマルチセンサを新たに
形成することもできる。
By this method, a general-purpose transducer can be manufactured, and a multi-sensor having different types of sensor elements can be newly formed for this general-purpose transducer.

【0012】 発明による汎用トランスデューサのキャリア層は、好ましくは、弗化ビニル樹
脂、ポリエチレン、ポリオキシメチレン、ポリカーボネイト、エチレン/プロピ
レン共重合体COP、ポリ塩化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチレン、
ポリビニルブチラール、セルロースアセテート、ポリプロピレン、ポリメチルメ
タクリレート、ポリアミド、テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレ
ン共重合体COP、ポリテトラフルオロエチレン、フェノールホルムアルデヒド
、エポキシド、ポリウレタン、ポリエステル、シリコン、メラミンホルムアルデ
ヒド、尿素ホルムアルデヒド、アニリンホルムアルデヒド、カプトン等あるいは
シリコン、セラミックあるいはガラスといった合成物質から形成される。このた
め、発明による汎用トランスデューサは、合成物質射出成形技術、合成物質フォ
イル技術、セラミック技術、シリコン技術といった、さまざまな生成技術に基づ
いて実現され得る。
The carrier layer of the universal transducer according to the invention is preferably vinyl fluoride resin, polyethylene, polyoxymethylene, polycarbonate, ethylene / propylene copolymer COP, polyvinylidene chloride, polychlorotrifluoroethylene,
Polyvinyl butyral, cellulose acetate, polypropylene, polymethylmethacrylate, polyamide, tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer COP, polytetrafluoroethylene, phenol formaldehyde, epoxide, polyurethane, polyester, silicone, melamine formaldehyde, urea formaldehyde, aniline formaldehyde , Kapton, etc. or synthetic material such as silicon, ceramic or glass. Thus, the universal transducer according to the invention can be realized based on various production techniques, such as synthetic material injection molding technology, synthetic material foil technology, ceramic technology, silicon technology.

【0013】 導電層は、金属、特にプラチナ、金、銀のような貴金属、または合金、または
例えばグラファイトまたは金属材料に基づくスクリーン印刷用ペーストから形成
され得る。
The conductive layer may be formed from a metal, in particular a noble metal such as platinum, gold, silver, or an alloy, or a screen printing paste based on eg graphite or a metallic material.

【0014】 充填物は、好ましくは、例えば、ポリ塩化ビニルPVC、シリコン、ポリウレ
タン等といった、イオン選択性メンブレン用の公知の材料から公知の方法によっ
て形成される。ゲル充填物用には、例えば、ゼラチンまたはポリビニルアルコー
ル等が使用される。
The filling is preferably formed by known methods from known materials for ion-selective membranes, for example polyvinyl chloride PVC, silicone, polyurethane and the like. For gel filling, for example, gelatin or polyvinyl alcohol is used.

【0015】 カプセル充填材料は、好ましくは、例えばエポキシド樹脂のように、メンブレ
ンあるいはゲルといった材料と相溶性のある材料からなり得る。
The encapsulating material may preferably consist of a material that is compatible with a material such as a membrane or gel, such as an epoxide resin.

【0016】 弗化ビニル樹脂、ポリエチレン、ポリオキシメチレン、ポリカーボネイト、エ
チレン/プロピレン共重合体COP、ポリ塩化ビニリデン、ポリクロロトリフル
オロエチレン、ポリビニルブチラール、セルロースアセテート、ポリプロピレン
、ポリメチルメタクリレート、ポリアミド、テトラフルオロエチレン/ヘキサフ
ルオロプロピレン共重合体COP、ポリテトラフルオロエチレン、フェノールホ
ルムアルデヒド、エポキシド、ポリウレタン、ポリエステル、シリコン、メラミ
ンホルムアルデヒド、尿素ホルムアルデヒド、シリコン、アニリンホルムアルデ
ヒド、カプトン等といった、主として1μmから数マイクロメーターの範囲内の
非常に薄い材料は、第1活性面の領域において直径測定ウィンドウを覆う、例え
ばガス透過性メンブレンといったその他のメンブレン用にむしろ使用される。こ
のようなメンブレンは、好ましくは、第1キャリア層の第1活性面に貼付され、
あるいは液相から移される。
Vinyl fluoride resin, polyethylene, polyoxymethylene, polycarbonate, ethylene / propylene copolymer COP, polyvinylidene chloride, polychlorotrifluoroethylene, polyvinyl butyral, cellulose acetate, polypropylene, polymethyl methacrylate, polyamide, tetrafluoro Ethylene / hexafluoropropylene copolymer COP, polytetrafluoroethylene, phenol formaldehyde, epoxide, polyurethane, polyester, silicone, melamine formaldehyde, urea formaldehyde, silicone, aniline formaldehyde, Kapton, etc., mainly in the range of 1 μm to several micrometers. The very thin material in the region of the first active surface covers the diameter measurement window, for example gas permeability. Rather it is used for other membranes such as sexual membrane. Such a membrane is preferably applied to the first active surface of the first carrier layer,
Alternatively, it is transferred from the liquid phase.

【0017】 各キャリア層の厚さは、数μm〜数mmであり、好ましくは、100μm以下
である。第1活性面における第1キャリア層にある穿孔(測定ウィンドウ)の開
口部は、好ましくは、数μm〜数mmであり、好ましくは、数十〜数百μmであ
る。第1活性面と反対側のキャリア層のそれぞれの面に電極として塗布された導
電層の厚さは、数μm以内である。
The thickness of each carrier layer is several μm to several mm, preferably 100 μm or less. The opening of the perforation (measurement window) in the first carrier layer on the first active surface is preferably several μm to several mm, preferably several tens to several hundreds μm. The thickness of the conductive layer applied as an electrode on each surface of the carrier layer opposite to the first active surface is within several μm.

【0018】 好ましい実施例によれば、フローチャネルは、アナライトおよび液体を個々の
測定ウィンドウに供給するチャネルキャリアおよびチャネルカバーは、便宜上、
それぞれのキャリア層と同一の材料からむしろ形成される。チャネルキャリアお
よびチャネルカバーの厚さは、この場合、数μm〜数mmで、好ましくは、10
0μmである。
According to a preferred embodiment, the flow channels are provided with channel carriers and channel covers which supply analytes and liquids to the individual measurement windows, for convenience.
Rather, it is formed from the same material as each carrier layer. The thickness of the channel carrier and the channel cover is in this case a few μm to a few mm, preferably 10 μm.
It is 0 μm.

【0019】 材料の選択に応じて、キャリア層の成形は種々の方法によってなされる。キャ
リア層が例えばシリコンから形成されている場合、穿孔の生成は、強腐食の方法
によってなされる。例えば水酸化カリウムKOHといった腐食媒質またはドライ
エッチング法がここでは使用される。この場合、例えば正方形、長方形、円形と
いった種々の断面の穿孔が形成される。異方性エッチングでは、例えば第1活性
面に向かう方向に、キャリア層の一方の面から他方の面に向けて次第に細くなる
穿孔がピラミッド状に生じる。
Depending on the choice of material, the shaping of the carrier layer can be done by various methods. If the carrier layer is made of silicon, for example, the formation of perforations is done by the method of strong corrosion. A corrosive medium such as potassium hydroxide KOH or a dry etching method is used here. In this case, perforations of various cross-sections, for example square, rectangular and circular, are formed. In anisotropic etching, for example, in the direction toward the first active surface, perforations are formed in a pyramid shape that gradually become thinner from one surface of the carrier layer toward the other surface.

【0020】 キャリア層にプラスチック材料が使用される場合、キャリア層は射出成形によ
って形成される。その際、射出成形工具の成形によって穿孔が生じる。しかしな
がら、切削法、中ぐり法、エンボス法、エッチング法により、穿孔を備えた各キ
ャリア層に対するプラスチック材料シートのような平坦なキャリア材料を使用す
ることもできる。
When a plastic material is used for the carrier layer, the carrier layer is formed by injection molding. At that time, perforation is generated by the molding of the injection molding tool. However, it is also possible to use a flat carrier material, such as a sheet of plastic material for each carrier layer with perforations, by cutting, boring, embossing, etching.

【0021】 導電層は、真空蒸着またはスパッタリングといった公知の薄膜技術の方法を用
いてキャリア層に適用される。この構造は、シャドーマスクによる蒸着またはス
パッタリングにおいて生じる。ここでは、さらに写真製版の使用が可能であり、
この場合、本発明によるトランスデューサを製造する際に、いかなる場合にも窪
み内に三次元的な構造を付与してはならない。スクリーン印刷方式あるいは電解
分離によって、導体電極を形成することもできる。
The conductive layer is applied to the carrier layer using known thin film technology methods such as vacuum deposition or sputtering. This structure occurs in evaporation or sputtering with a shadow mask. Here you can also use photoengraving,
In this case, in manufacturing the transducer according to the invention, in no case should three-dimensional structures be provided in the depressions. The conductor electrode can also be formed by screen printing or electrolytic separation.

【0022】 例えばメンブレンまたはゲルからなる穿孔の充填物は、好ましくは、自動調合
装置を使用して空洞内に導入される。この方法は、スクリーン印刷方式で塗布さ
れるカプセル充填材料の塗布に適している。
The filling of the perforations, eg of membrane or gel, is preferably introduced into the cavity using an automatic compounding device. This method is suitable for application of capsule filling material applied by screen printing.

【0023】 本発明によってトランスデューサを製造するために、まず最初、キャリア層が
穿孔を備えられ、それぞれ必要に応じて、導電層が適用される。穿孔が形成され
る前に、導電層がまた適用され得る。その後キャリア層ならびに、場合によって
はチャネルキャリアおよびチャネルカバーが互いに積み重ねられ、相互に結合さ
れる。かかる結合のために、種々の材料および方法が、キャリア層、チャネルキ
ャリアおよびチャネルカバーの材質に応じて使用される。キャリア層およびチャ
ネルキャリア/チャネルカバーがシリコン材料から形成される場合には、例えば
陽極結合といった、公知の結合方式が、個々のフィルムの結合に使用される。加
えて、キャリア層の結合は、接着剤の技術を用いてなされ得る。キャリア層用、
チャネルキャリア用およびチャネルカバー用に使用する場合に、同様にフィルム
を貼付することができる。フォイル材料を使用する場合には、例えば熱積層とい
った積層法によって、あるいは公知の溶接方式によって、種々の層をフィルムと
して結合することも可能である。
In order to manufacture a transducer according to the invention, firstly a carrier layer is provided with perforations and a conductive layer is applied, respectively, as required. A conductive layer may also be applied before the perforations are formed. The carrier layers and, if appropriate, the channel carriers and the channel covers are then stacked on top of one another and bonded to one another. For such bonding, various materials and methods are used depending on the material of the carrier layer, channel carrier and channel cover. If the carrier layer and the channel carrier / channel cover are made of a silicon material, known bonding methods, for example anodic bonding, are used for bonding the individual films. In addition, the bonding of the carrier layers can be done using adhesive technology. For carrier layer,
When used for the channel carrier and the channel cover, the film can be similarly applied. If a foil material is used, it is also possible to combine the various layers as a film by a lamination method such as thermal lamination or by known welding methods.

【0024】 本発明によれば、簡単な構造を有し、同一キャリア上において、同一の測定溶
液と共に種々の測定法(電流滴定測定、電位差滴定測定)を可能とする汎用トラ
ンスデューサが提供される。このキャリアは、窪み内に構造を持つという点に特
徴を有している。まず最初、個々のキャリア層が形成され、穿孔が設けられ、そ
の後導電層が形成され、あるいは、まず最初に導電層が形成された後、穿孔が設
けられ、その後、個々のキャリア層が積み重ねられて互いに結合され、それによ
って、個々の穿孔が、垂直方向に連続した空洞を形成し、その後、空洞内に、例
えば物質検出メンブレンまたはゲルのような適当な充填物が充填されるような層
構造を有しているので、本発明によるこのタイプの3次元的構造を有する汎用ト
ランスデューサを簡単に製造することができる。
According to the present invention, a general-purpose transducer having a simple structure and capable of performing various measurement methods (amperometric titration measurement, potentiometric titration measurement) with the same measurement solution on the same carrier is provided. This carrier is characterized in that it has a structure in the depression. First of all, the individual carrier layers are formed and perforated and then the conductive layer is formed, or alternatively, the conductive layer is first formed and then the perforated and then the individual carrier layers are stacked. Layered structure in which the individual perforations form a vertically continuous cavity, after which the cavity is filled with a suitable packing, for example a substance detection membrane or gel. Therefore, a general-purpose transducer having a three-dimensional structure of this type according to the present invention can be easily manufactured.

【0025】 例えばクロムといった結合手段をキャリア層と導電層との間に塗布する。例え
ばセルロースアセテート、ポリウレタン等の無干渉性フィルム(Antiinterferenz
schichten)といった別のフィルムを導電層と穿孔における充填物との間に塗布す
る。
Coupling means, for example chromium, are applied between the carrier layer and the conductive layer. Non-interfering films such as cellulose acetate and polyurethane (Antiinterferenz
Another film, such as a schichten) is applied between the conductive layer and the filling in the perforations.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

以下、本発明の好ましい実施例について説明する。以下の実施例および図面に
おいて、同一の構成要素には同一番号が付されている。1つの説明された汎用ト
ランスデューサにおいて、複数のセンサ(例えば図1におけるI、II、III
、IV、V)がタイプまたは機能(例えば充填物9)に関して同一の要素によっ
て説明される場合には、タイプまたは機能において同一の要素に対する番号は、
ピリオドの後の数字(例9.1、9.2、...9.5)によってローマ数字(
I‐V)によって特定されたセンサ素子に割り当てられる。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. In the following embodiments and drawings, the same components are designated by the same reference numerals. In one described universal transducer, multiple sensors (eg, I, II, III in FIG. 1) are used.
, IV, V) are described by the same element with respect to type or function (eg packing 9), the numbers for the same elements in type or function are:
The Roman numeral (by the number after the period (eg 9.1, 9.2, ... 9.5))
Assigned to the sensor element specified by IV).

【0027】 図1は、第1キャリア層1、第2キャリア層2、ならびに第3キャリア層3か
ら構成されるキャリアを示しており、すべて相互に固着されている。このキャリ
ア層1〜3は、穿孔4〜6ならびに導電層7および8を用いて、穿孔の領域にお
いてさまざまなセンサ素子I〜Vを生じさせるように構成されている。キャリア
層1には穿孔4(センサ素子Iでは4.1、センサ素子IIでは4.2、以下同
様)が存し、キャリア層2には穿孔5(5.1‐5.5)が存し、キャリア層3
には穿孔6(6.1‐6.5)が存する。キャリア層1ないし3の穿孔は、3つ
のキャリア層に延びる空洞を生じさせるように位置している。
FIG. 1 shows a carrier composed of a first carrier layer 1, a second carrier layer 2 and a third carrier layer 3, all fixed to one another. The carrier layers 1 to 3 are configured to use the perforations 4 to 6 and the conductive layers 7 and 8 to generate various sensor elements I to V in the area of the perforations. The carrier layer 1 has perforations 4 (4.1 for sensor element I, 4.2 for sensor element II, and so on) and the carrier layer 2 has perforations 5 (5.1-5.5). , Carrier layer 3
There is a perforation 6 (6.1-6.5). The perforations in the carrier layers 1 to 3 are located so as to create cavities extending into the three carrier layers.

【0028】 キャリア層1の面には部分的に導電層7、そしてキャリア層2の面には別の導
電層8が塗布される。穿孔4ないし6は、空洞として充填物9(メンブレン材料
またはゲル材料)の摂取用に用いられる。充填物9の供給後にカプセル充填材料
11を利用して空洞は閉鎖される。第1キャリア層の穿孔では、充填物9の外側
の相界に有効センサ面10がその都度生じる。
A conductive layer 7 is partially coated on the surface of the carrier layer 1, and another conductive layer 8 is coated on the surface of the carrier layer 2. The perforations 4 to 6 are used as cavities for intake of the filling 9 (membrane material or gel material). After the filling 9 has been supplied, the cavity is closed using the capsule filling material 11. In the perforation of the first carrier layer, an effective sensor surface 10 is produced in each case in the phase boundary outside the filling 9.

【0029】 第1キャリア層ではプラチナフィルム7、そして第2キャリア層では銀フィル
ムが導電層として実現される。 このような汎用トランスデューサによって非常にさまざまなセンサ素子を実現
させることが可能である。
In the first carrier layer a platinum film 7 is realized and in the second carrier layer a silver film is realized as a conductive layer. A wide variety of sensor elements can be realized by such a general-purpose transducer.

【0030】 素子Iは他のセンサ素子用の参照電極を表わしている。銀フィルム8.1は接
触面で充填物9用に塩化することが可能である。充填物9.1としてここでは、
例えば塩化カリウムKCl溶液がゼラチンあるいはポリビニルアルコール(PV
A)が上部から供給される。このような素子は、従来の銀Ag/塩化銀AgCl
参照電極に相当する。このような参照電極は、例えばイオン選択性電極(ISE
)で共に使用される。
Element I represents a reference electrode for another sensor element. The silver film 8.1 can be salified for the filling 9 at the contact surface. Here as filling 9.1,
For example, potassium chloride KCl solution is gelatin or polyvinyl alcohol (PV
A) is fed from above. Such an element is a conventional silver Ag / silver chloride AgCl
It corresponds to the reference electrode. Such a reference electrode is, for example, an ion selective electrode (ISE).
) Used together.

【0031】 このようなイオン選択性電極(ISE)は、センサ素子IIとして実現される
。このセンサ素子IIは、素子Iと同様の構造である。もっともここでは、空洞
が穿孔4.2、5.2、6.2の領域においてイオン選択性メンブレン9.2で
満たされている。このイオン選択性メンブレンは、軟化剤と添加剤と並んで電気
活性物質としてイオノフォアを含有する、例えばポリ塩化ビニルPVC材料ある
いはシリコンで構成される。ポリ塩化ビニルPVCメンブレン9.2は、金属フ
ィルム8.2(Ag)と直接接触する。測定ウィンドウ10.2の領域で液状の
測定媒質がイオン選択性メンブレン9.2と相互作用する時、測定ウィンドウの
領域において、測定ウィンドウ10.1の領域で測定媒質と接触し測定されるこ
とが可能となるように、参照電極Iに対する電位差が構成される。
Such an ion selective electrode (ISE) is realized as the sensor element II. The sensor element II has the same structure as the element I. However, here the cavity is filled with an ion-selective membrane 9.2 in the region of the perforations 4.2, 5.2, 6.2. The ion-selective membrane is composed of, for example, polyvinyl chloride PVC material or silicone containing an ionophore as an electroactive substance along with a softening agent and an additive. The polyvinyl chloride PVC membrane 9.2 is in direct contact with the metal film 8.2 (Ag). When the liquid measurement medium interacts with the ion-selective membrane 9.2 in the region of the measurement window 10.2, it may be measured in the region of the measurement window in contact with the measurement medium in the region of the measurement window 10.1. The potential difference with respect to the reference electrode I is configured to be possible.

【0032】 素子IIIは、尿素の算定に使用される別の電位滴定センサ素子を示している
。ここではまず、アンモニウムの算定用にキャリア層1の穿孔4.3あるいはキ
ャリア層2の穿孔6.3からイオン選択性メンブレン9.3が穿孔5.3および
6.3の領域における空洞へ供給される。このようなイオン選択性メンブレンは
同様にして軟化剤と添加剤でポリ塩化ビニルPVC材料ならびにイオノフォアで
アンモニウム用に生成される。その後、生物成分として酵素ウレアーゼを含有す
る、例えばポリカルバモイルスルフォン酸塩ゲルで構成される第2メンブレン9
.3.1がメンブレン9.3へ供給される。測定する場合には、尿素分析での液
状の測定媒質は測定ウィンドウ10.3の領域においてメンブレン9.3.1と
相互作用する。尿素分子は酵素ウレアーゼにより触媒作用する。メンブレン9.
3.1において変化したアンモニウム濃度はこの時、イオン選択性アンモニウム
メンブレン9.3を検出する。測定は参照電極Iに対して行なわれる。このため
、銀フィルム8.3での尿素センサの電位は低下する。金属フィルム8.3は焦
点面に垂直に延び、センサ素子Vの金属フィルム8.5に外へ順次露出する。こ
の時に接続が電気的に行なわれる。
Element III represents another potentiometric sensor element used for urea calculation. Here, the ion-selective membrane 9.3 is first supplied from the perforations 4.3 of the carrier layer 1 or the perforations 6.3 of the carrier layer 2 to the cavities in the region of the perforations 5.3 and 6.3 for the calculation of ammonium. It Such ion-selective membranes are likewise produced for polyvinyl chloride PVC materials with softeners and additives and for ammonium with ionophores. Then, the second membrane 9 containing, for example, polycarbamoyl sulfonate gel containing the enzyme urease as a biological component.
. 3.1 is supplied to the membrane 9.3. When measuring, the liquid measuring medium in the urea analysis interacts with the membrane 9.3.1 in the region of the measuring window 10.3. The urea molecule is catalyzed by the enzyme urease. Membrane 9.
The ammonium concentration changed in 3.1 now detects the ion-selective ammonium membrane 9.3. The measurement is performed on the reference electrode I. Therefore, the potential of the urea sensor in the silver film 8.3 decreases. The metal film 8.3 extends perpendicularly to the focal plane and is sequentially exposed to the metal film 8.5 of the sensor element V. At this time, the connection is made electrically.

【0033】 グルコースセンサは、センサ素子IVとして実現される。穿孔4.4、5.4
、6.4の領域における空洞はこの時、酵素グルコースオキシダーゼ(GOD)
を含有するポリビニルアルコールで満たされている。測定媒質のグルコースが測
定ウィンドウ10.4の領域においてメンブレン材料9.4と相互作用する時、
グルコースは酵素GODを利用して触媒作用する。この際、過酸化水素H2O2
が発生する。この過酸化水素Hはプラチナ電極7.4では電流滴定により
電気化学的に作用する。これは、電流滴定での測定原理に基づいて生じ、この原
理により電流におけるプラチナ電極7.4と銀Ag/塩化銀AgCl電極8.4
との間が測定される。すでに説明した方法により、二極配置を利用して測定が行
なわれる。
The glucose sensor is realized as sensor element IV. Perforation 4.4, 5.4
, The cavity in the region of 6.4 is then the enzyme glucose oxidase (GOD)
Filled with polyvinyl alcohol containing. When glucose in the measuring medium interacts with the membrane material 9.4 in the region of the measuring window 10.4,
Glucose catalyzes using the enzyme GOD. At this time, hydrogen peroxide H2O2
Occurs. This hydrogen peroxide H 2 O 2 acts electrochemically at the platinum electrode 7.4 by amperometric titration. This occurs on the basis of the measuring principle with amperometric titration, which leads to a platinum electrode 7.4 and a silver Ag / silver chloride AgCl electrode 8.4 at the current.
Is measured between. Measurements are made using the bipolar arrangement by the method previously described.

【0034】 測定が同時に電位滴定センサ素子(例えばセンサ素子IIおよびIII)とと
もに行なわれなければならない時、汎用トランスデューサの形状に基づいて特に
長所となるのは、3極測定を行なうことであり、この場合にはプラチナ作動電極
7.4の電位が参照電極Iを利用して算定される。センサ素子IVの電流は、銀
Ag/塩化銀AgCl対向電極8.4を経由して流れる。
When the measurement has to be carried out simultaneously with potentiometric sensor elements (for example sensor elements II and III), a particular advantage, based on the geometry of the universal transducer, is to make a three-pole measurement. In this case, the potential of the platinum working electrode 7.4 is calculated using the reference electrode I. The current of the sensor element IV flows through the silver Ag / silver chloride AgCl counter electrode 8.4.

【0035】 作動電極および対向電極は発明に基づき空洞において垂直に配置され、参照電
極Iは測定ウィンドウ10.1を経由してセンサ素子IVの空洞の外側で測定媒
質と接触しながら、電流は測定ウィンドウ10.4でなく測定媒質を経由して流
れるので、電位滴定によるセンサ素子での測定は妨害されない。
The working electrode and the counter electrode are arranged vertically in the cavity according to the invention, while the reference electrode I contacts the measurement medium outside the cavity of the sensor element IV via the measurement window 10.1, while the current is measured. Since it flows through the measuring medium rather than the window 10.4, the measurement at the sensor element by potentiometric titration is not disturbed.

【0036】 センサ素子Vは、グルコースセンサIVに対して、液状の測定媒質における溶
存酸素濃度の算定を順次行なう。穿孔4.5、5.5、6.5の領域における空
洞はこの時、塩化カリウムKCl溶液ならびに塩化カリウムKClゲルで満たさ
れている。キャリア層1における穿孔4.5は、ガス透過性のメンブレン13で
覆われている。液状の測定媒質中の溶存酸素は、ガス透過性のメンブレンにより
拡散し、電流滴定による測定原理に基づいてプラチナ電極7.5で電気化学的に
作用する。このため、プラチナ電極7.5と銀Ag/塩化銀AgCl電極8.5
との間で電流における数百mVの電圧の加圧後に測定される。
The sensor element V sequentially calculates the dissolved oxygen concentration in the liquid measurement medium for the glucose sensor IV. The cavities in the area of perforations 4.5, 5.5, 6.5 are now filled with potassium chloride KCl solution as well as potassium chloride KCl gel. The perforations 4.5 in the carrier layer 1 are covered with a gas-permeable membrane 13. Dissolved oxygen in the liquid measuring medium diffuses through the gas-permeable membrane and electrochemically acts on the platinum electrode 7.5 based on the amperometric measurement principle. Therefore, platinum electrode 7.5 and silver Ag / silver chloride AgCl electrode 8.5
Is measured after pressurization with a voltage of several hundred mV in current between and.

【0037】 図2a)は、第1図のセンサ素子IVを示している。キャリア層1における穿
孔4の他の形状は図2b)に示している。ここでは、導電層7が穿孔の領域まで
延びている。この時、穿孔の発生後に例えば真空での蒸着またはスパッタリング
により導電層7に塗布することが可能である。図2c)では類似した実施例を示
している。但しここでは導電層7が穿孔4の内側の面の領域まで延びていない。
3つのセンサ素子はすべて、電流滴定による測定に適している。充填物9は、セ
ンサ素子の形状に応じてメンブレン材料あるいはゲル材料であり、またバイオセ
ンサ技術上で一般的である、さまざまな生物成分も含有する。酵素、微生物なら
びに抗体がこれに該当する。
FIG. 2 a) shows the sensor element IV of FIG. Another shape of the perforations 4 in the carrier layer 1 is shown in Figure 2b). Here, the conductive layer 7 extends to the area of the perforations. At this time, it is possible to apply the conductive layer 7 to the conductive layer 7 by, for example, vacuum deposition or sputtering after the perforations are generated. FIG. 2c) shows a similar embodiment. However, here the conductive layer 7 does not extend to the region of the inner surface of the perforations 4.
All three sensor elements are suitable for amperometric measurements. The filling material 9 is a membrane material or a gel material depending on the shape of the sensor element, and also contains various biological components that are common in biosensor technology. Enzymes, microorganisms and antibodies fall into this category.

【0038】 キャリア層1における金属フィルム7の実施例は、トランスデューサ構造の生
成を可能にし、この構造においてフィルム7はセンサ素子の形状に応じて測定ウ
ィンドウ10まで延びているか否かである。
The example of the metal film 7 in the carrier layer 1 makes it possible to create a transducer structure, in which the film 7 extends up to the measuring window 10 depending on the shape of the sensor element.

【0039】 図3は、図1における実施例IIに基づくイオン選択性電極、ならびに図1に
おける実施例Iに基づく参照電極といった、トランスデューサのさまざまな実施
例を示している。図2のキャリア層1における穿孔に関し、キャリア層2の穿孔
についてそれぞれ、順次実施例において詳説している。この時、導電層8はそれ
ぞれキャリア層1(図3a)およびb))まで延びている。図3c)では、導電
層8はキャリア層2の平坦な面にのみ存している。
FIG. 3 shows various examples of transducers, such as an ion-selective electrode according to Example II in FIG. 1 and a reference electrode according to Example I in FIG. Regarding the perforations in the carrier layer 1 of FIG. 2, the perforations in the carrier layer 2 will be described in detail in the examples one by one. At this time, the conductive layer 8 extends to the carrier layer 1 (FIGS. 3a) and b)), respectively. In FIG. 3c), the conductive layer 8 lies only on the flat side of the carrier layer 2.

【0040】 キャリア層2における金属フィルム8の実施例は、トランスデューサ構造の生
成を可能にし、この構造においてフィルム8の大きさは、キャリア層1および測
定ウィンドウ10に対して、さまざまである。
The embodiment of the metal film 8 in the carrier layer 2 makes it possible to create a transducer structure, in which the size of the film 8 varies with respect to the carrier layer 1 and the measuring window 10.

【0041】 図1の素子Iに基づいて参照電極が実現される時、図3a)〜c)における導
電層8は、例えば塩化銀フィルムで構成される。この時キャリア層1ないし3に
おける空洞の充填物9はまた、塩化カリウムKClゲルで構成される。図3に基
づく構造を根拠として、ポリマーフィルムによりイオン選択性電極を形成するこ
とも可能である。このため、導電層8は、例えば銀で生成される。穿孔4、5、
6の領域における空洞の充填物9は、図3a)およびb)の実施例において、例
えばポリ塩化ビニルPVC、シリコン、その他イオン選択性フィルムの材料で構
成され、付随する有効成分を装備している。
When a reference electrode is realized based on the device I of FIG. 1, the conductive layer 8 in FIGS. 3a) to 3c) is composed of, for example, a silver chloride film. The cavity filling 9 in the carrier layers 1 to 3 is then also composed of potassium chloride KCl gel. On the basis of the structure according to FIG. 3, it is also possible to form the ion-selective electrode with a polymer film. Therefore, the conductive layer 8 is made of, for example, silver. Perforations 4, 5,
The cavity filling 9 in the region of 6 in the example of FIGS. 3a) and b) is made of, for example, polyvinyl chloride PVC, silicone, or other material of the ion-selective film and is equipped with associated active ingredients. .

【0042】 図3c)では、内部電解質を装着したイオン選択性電極を示している。穿孔4
および5の領域の空洞には、さしあたりイオン選択性メンブレン9.1で満たさ
れている。このメンブレン自体は導電層と接触しない。イオン選択性メンブレン
の上に塩化カリウムKClゲル9が塗布される。この塩化カリウムKClゲル9
は、塩化銀フィルム8と直接接触する。
In FIG. 3c) an ion selective electrode fitted with an internal electrolyte is shown. Perforation 4
The cavities in the areas 5 and 5 are for the moment filled with an ion-selective membrane 9.1. The membrane itself does not contact the conductive layer. Potassium chloride KCl gel 9 is applied on the ion selective membrane. This potassium chloride KCl gel 9
Are in direct contact with the silver chloride film 8.

【0043】 図4の実施例では、付加的なメンブレン13が、それぞれセンサ素子に追加で
供給される。図4a)は例えば、ポリウレタン(PU)メンブレンにより測定ウ
ィンドウ10を閉鎖したグルコースセンサ素子を示している。このポリウレタン
メンブレンは、キャリア層1と固着している。プラチナで作製された導電層14
は、メンブレン13およびキャリア層2と固着している。充填物9は、例えば酵
素グルコースオキシダーゼ(GOD)とともにポリビニルアルコールで構成され
る。充填物9は、塩化銀フィルムで構成される参照電極層ならびに対向電極層8
と直接接触している。
In the embodiment of FIG. 4, an additional membrane 13 is additionally provided for each sensor element. FIG. 4a) shows a glucose sensor element in which the measuring window 10 is closed, for example by means of a polyurethane (PU) membrane. This polyurethane membrane is fixed to the carrier layer 1. Conductive layer 14 made of platinum
Are fixed to the membrane 13 and the carrier layer 2. The filling 9 is composed of polyvinyl alcohol together with the enzyme glucose oxidase (GOD), for example. The filler 9 is a reference electrode layer and a counter electrode layer 8 made of a silver chloride film.
Is in direct contact with

【0044】 図4a)に基づくグルコースセンサと同様に、酸素センサ素子は実現される。
ポリウレタン(PU)メンブレン13の代わりに、ガス透過性のメンブレンは、
例えばテフロン(登録商標)塔屋あるいはシリコンで構成される。充填物9はこ
の場合、塩化カリウムKCl溶液ならびに塩化カリウムKClゲルで構成される
Similar to the glucose sensor according to FIG. 4a), an oxygen sensor element is realized.
Instead of the polyurethane (PU) membrane 13, a gas permeable membrane is
For example, it is made of Teflon (registered trademark) tower or silicon. The filling 9 in this case consists of a potassium chloride KCl solution as well as a potassium chloride KCl gel.

【0045】 グルコースセンサのこれ以外の実施例は、図4b)に示している。図4a)と
の違いは、プラチナ作動電極15がキャリア層1の真上に存することである。メ
ンブレン13は、同様にポリウレタンで構成される。
Another embodiment of the glucose sensor is shown in FIG. 4b). The difference from FIG. 4 a) is that the platinum working electrode 15 lies directly above the carrier layer 1. The membrane 13 is similarly made of polyurethane.

【0046】 酸素センサのこれ以外の実施例は、図4c)に示している。図4a)とは対照
的に、プラチナ電極層14は、キャリア層2の下方にのみ存する。
Another embodiment of the oxygen sensor is shown in FIG. 4c). In contrast to FIG. 4a), the platinum electrode layer 14 lies only below the carrier layer 2.

【0047】 図4a)と図4c)により、液状の測定媒質における溶存二酸化炭素濃度測定
用のセンサは実現される。このようなセンサは、セベリングハウス原理によって
作用する。メンブレン13はこの時、ガス透過性の材料で構成される。充填物9
は、電解質ゲルである。電極層14は、pH感応する材料である酸化イリジウム
で構成される。
4a) and 4c) realize a sensor for measuring dissolved carbon dioxide concentration in a liquid measuring medium. Such sensors operate on the Sebelinghaus principle. The membrane 13 is then composed of a gas-permeable material. Filling 9
Is an electrolyte gel. The electrode layer 14 is composed of iridium oxide, which is a material sensitive to pH.

【0048】 測定時には、ガス透過性のメンブレン13により二酸化炭素は拡散される。こ
のメンブレンは、電解質充填物9におけるpH値を変化させ、pH感応する酸化
イリジウム電極14により、参照電極に対して塩化銀フィルム8で構成されるメ
ンブレンを測定できる。
During measurement, carbon dioxide is diffused by the gas permeable membrane 13. With this membrane, the pH value in the electrolyte filling 9 is changed, and the membrane composed of the silver chloride film 8 can be measured with respect to the reference electrode by the pH-sensitive iridium oxide electrode 14.

【0049】 図5では、これ以外の実施例として二酸化炭素CO2センサを示している。こ
の時、キャリア層2には銀フィルム8ならびに塩化銀フィルム14が塗布される
。トランスデューサの生成後、穿孔5および6の領域における空洞は、pH感応
するポリマーメンブレン(例えばポリ塩化ビニルPVC)で構成され、その結果
として銀フィルム8との結合により、イオン選択性電極はpH値用に形成される
。pH感応するメンブレン9面と同様に塩化銀フィルム14面にも接触している
内部電極層16は、pH感応するメンブレンの上に塗布される。例えばシリコン
で作製されるガス透過性のメンブレン13は、内部電極層16に注入される。内
部電極層はまた、リザーバ16Aを充填している。このリザーバは、センサの寿
命をのばす。
FIG. 5 shows a carbon dioxide CO 2 sensor as another embodiment. At this time, the silver film 8 and the silver chloride film 14 are applied to the carrier layer 2. After the production of the transducer, the cavities in the region of the perforations 5 and 6 are composed of a pH-sensitive polymer membrane (eg polyvinyl chloride PVC), so that by binding with the silver film 8 the ion-selective electrode is for pH value. Is formed. The internal electrode layer 16 that is in contact with the surface of the silver chloride film 14 as well as the surface of the pH-sensitive membrane 9 is applied on the pH-sensitive membrane. A gas permeable membrane 13 made of, for example, silicon is injected into the internal electrode layer 16. The inner electrode layer also fills the reservoir 16A. This reservoir extends the life of the sensor.

【0050】 これによりセンサは、セベリングハウス原理によって水媒質における二酸化炭
素CO濃度測定用に実現される。測定時には、ガス透過性のメンブレン13に
より二酸化炭素は拡散される。このメンブレンは、電解質フィルム16における
pH値を変化させ、イオン選択性メンブレン9および銀フィルム8で構成される
pH感応するイオン選択性電極により、参照電極に対して塩化銀フィルム14で
構成されるメンブレンを測定できる。
The sensor is thus realized for the measurement of carbon dioxide CO 2 concentration in an aqueous medium according to the Severinghaus principle. During measurement, carbon dioxide is diffused by the gas-permeable membrane 13. This membrane is composed of a silver chloride film 14 with respect to a reference electrode by an ion-selective electrode that changes the pH value in the electrolyte film 16 and is composed of the ion-selective membrane 9 and the silver film 8 and is pH-sensitive. Can be measured.

【0051】 これ以外の実施例として図6には、図1の実施例IVに基づいてセンサ素子を
再度示している。ここでは、チャネル20が追加で内臓されている。チャネル2
0の隙間に存するチャネルキャリア18は、キャリア層1に塗布される。チャネ
ルキャリア18は、チャネルカバー19により密閉されている。この方法により
チャネル20は、非常に狭小な断面で実現される。同じチャネルと(例えば図1
に示した)さまざまなセンサ素子を結合することも可能である。
As an example other than this, FIG. 6 shows the sensor element again based on the example IV of FIG. Here, a channel 20 is additionally incorporated. Channel 2
The channel carrier 18 present in the 0 gap is applied to the carrier layer 1. The channel carrier 18 is sealed by a channel cover 19. In this way the channel 20 is realized with a very narrow cross section. With the same channel (eg
It is also possible to combine various sensor elements (shown in FIG.

【0052】 図6を類推し拡張したものについて、チャネル20を装着した実施例を図7で
示している。この実施例は、図1を引用している。ここでは、センサ素子Iおよ
びVの代わりに、液状の測定媒質の供給用に配管21および22が存する。液状
の測定媒質は、チャネルキャリア18ならびにカバー19で構成されるチャネル
20へ流入する。この実施例において、塩化カリウムKClゲルで作製される充
填物9.2を含有する素子IIは、塩化銀電極8.2を装着した参照電極の実現
が可能である。IIIの位置にあるセンサ素子は、グルコースセンサがIVの位
置に存するのに対して、例えば図1のような尿素センサである。参照電極IIに
対する電位滴定による測定方法に基づいて、尿素センサIIIは測定される。グ
ルコースセンサIVは、3極電極原理に基づいて測定される。このため、プラチ
ナ電極7.4は作動電極として使用される。参照電極IIが作動電極7.4の分
極起電力の調整に用いられるのに対して、銀フィルム8.4は、電流の対向電極
に用いられる。
An example in which the channel 20 is attached is shown in FIG. 7 as an extension of FIG. This example refers to FIG. Here, instead of the sensor elements I and V, there are pipes 21 and 22 for supplying a liquid measuring medium. The liquid measuring medium flows into the channel 20 which comprises the channel carrier 18 and the cover 19. In this example, the element II containing the filling 9.2 made of potassium chloride KCl gel can realize a reference electrode fitted with a silver chloride electrode 8.2. The sensor element in position III is a urea sensor, for example as in FIG. 1, whereas the glucose sensor is in position IV. The urea sensor III is measured based on the measuring method by potentiometric titration with respect to the reference electrode II. The glucose sensor IV is measured based on the triode principle. For this reason, the platinum electrode 7.4 is used as the working electrode. The reference electrode II is used for adjusting the polarization electromotive force of the working electrode 7.4, while the silver film 8.4 is used for the counter electrode of the current.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 複数のセンサ素子を備えた汎用トランスデューサを示した図である。[Figure 1]   It is a figure showing a general-purpose transducer provided with a plurality of sensor elements.

【図2】 種々のグルコースセンサを示した図である。[Fig. 2]   It is a figure showing various glucose sensors.

【図3】 種々のイオン選択性電極を示した図である。[Figure 3]   It is the figure which showed various ion selective electrodes.

【図4】 種々のセンサ素子を示した図である。[Figure 4]   It is a figure showing various sensor elements.

【図5】 発明による二酸化炭素COセンサを示した図である。FIG. 5 shows a carbon dioxide CO 2 sensor according to the invention.

【図6】 フローチャネルを備えた電流滴定測定用グルコースセンサを示した図である。[Figure 6]   It is the figure which showed the glucose sensor for amperometric measurement provided with the flow channel.

【図7】 複数のセンサ素子およびフローチャネルを備えた汎用トランスデューサを示し
た図である。
FIG. 7 illustrates a universal transducer with multiple sensor elements and flow channels.

【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書[Procedure for Amendment] Submission for translation of Article 34 Amendment of Patent Cooperation Treaty

【提出日】平成13年10月2日(2001.10.2)[Submission date] October 2, 2001 (2001.10.2)

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Name of item to be amended] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正の内容】[Contents of correction]

【特許請求の範囲】[Claims]

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Claims (28)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 流体中の物質濃度またはイオン活量の測定に使用される化学セ
ンサ分析またはバイオセンサ分析用の汎用トランスデューサにおいて、 ‐ 第1(1)および第2(2)の平坦なキャリア層を備えたキャリアと、 ‐ 前記2つのキャリア層(1、2)のそれぞれに設けられた少なくとも1つ
の穿孔(4.1〜4.5、5.1〜5.5)と、 ‐ それぞれ、前記2つのキャリア層のそれぞれの1つの穿孔(4、5)によ
って形成され、前記キャリアの第1活性面から前記第1および第2のキャリア層
(1、2)の上にのびる少なくとも1つの連続した空洞と、 ‐ 前記空洞内に配置され、前記キャリアの第1活性面(10)の領域におい
てアナライトと接触し得る充填物(9)と、 ‐ 前記2つのキャリア層(1、2)の一方の前記第1活性面(10)と反対
側の表面であって、前記充填物(9)に接触する表面上に少なくとも部分的に配
置された少なくとも1つの導電層(8)と、を有していることを特徴とする汎用
トランスデューサ。
1. A general-purpose transducer for chemical sensor analysis or biosensor analysis used for measuring a substance concentration or ionic activity in a fluid, comprising: a first (1) and a second (2) flat carrier layer. A carrier having: at least one perforation (4.1 to 4.5, 5.1 to 5.5) provided in each of the two carrier layers (1, 2); At least one continuous layer formed by perforations (4,5) in each of two carrier layers and extending from the first active surface of the carrier onto the first and second carrier layers (1, 2). A cavity; -a filling (9) which is arranged in the cavity and which can come into contact with the analyte in the region of the first active surface (10) of the carrier; -one of the two carrier layers (1,2) Of the first At least one electrically conductive layer (8) disposed at least partially on the surface opposite the active surface (10) and in contact with said filling (9). Characteristic general-purpose transducer.
【請求項2】 前記キャリアが別の平坦なキャリア層(3)を有していること
を特徴とする請求項1に記載の汎用トランスデューサ。
2. General-purpose transducer according to claim 1, characterized in that the carrier has another flat carrier layer (3).
【請求項3】 前記別の平坦なキャリア層(3)が、少なくとも部分的に、少
なくとも1つの空洞に接続する別の穿孔(6.1〜6.5)を有していることを
特徴とする請求項2に記載の汎用トランスデューサ。
3. The further flat carrier layer (3) at least partly has further perforations (6.1-6.5) connecting to at least one cavity. The general-purpose transducer according to claim 2.
【請求項4】 前記充填物(9)が前記別の穿孔(6.1〜6.5)内に配置
されていることを特徴とする請求項3に記載の汎用トランスデューサ。
4. General-purpose transducer according to claim 3, characterized in that the filling (9) is arranged in the further perforation (6.1-6.5).
【請求項5】 前記1つの充填物(9)または前記複数の充填物が、物質を検
出するメンブレンおよび/またはゲルを含んでいることを特徴とする請求項1〜
請求項4のいずれかに記載の汎用トランスデューサ。
5. The one packing (9) or the plurality of packings comprises a substance-detecting membrane and / or a gel.
The general-purpose transducer according to claim 4.
【請求項6】 前記第1キャリア層(1)および/または前記第2キャリア層
(2)および/または前記別のキャリア層(3)の表面であって、前記第1活性
面(10)と反対側の面に、少なくとも部分的に、少なくとも1つの導電層(7
、8)が配置されていることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載
の汎用トランスデューサ。
6. The surface of said first carrier layer (1) and / or said second carrier layer (2) and / or said further carrier layer (3), said first active surface (10) On the opposite surface, at least in part, at least one conductive layer (7
, 8) are arranged. The general-purpose transducer according to claim 1, wherein
【請求項7】 前記穿孔(4)のうちの少なくとも1つが、前記第1活性面(
10)に向かって円錐状に先細になるように形成されていることを特徴とする請
求項1〜請求項6のいずれかに記載の汎用トランスデューサ。
7. At least one of said perforations (4) is provided with said first active surface (
The general-purpose transducer according to any one of claims 1 to 6, wherein the general-purpose transducer is formed so as to be conically tapered toward 10).
【請求項8】 導電層(7、8)が、少なくとも部分的に、隣接する前記穿孔
(4、5)の側壁に向かってのびていることを特徴とする請求項1〜請求項7の
いずれかに記載の汎用トランスデューサ。
8. The electrically conductive layer (7, 8) extends at least partially towards the sidewalls of the adjacent perforations (4, 5). General-purpose transducer described in.
【請求項9】 前記第1活性面(10)が、前記第1活性面(10)に隣接す
る前記キャリア層(1)の穿孔の領域において、例えばガス透過性のメンブレン
からなる、別のメンブレン(13)によって覆われていることを特徴とする請求
項1〜請求項8のいずれかに記載の汎用トランスデューサ。
9. Another membrane, wherein said first active surface (10) comprises, for example, a gas-permeable membrane in the area of the perforations of said carrier layer (1) adjacent to said first active surface (10). The general-purpose transducer according to any one of claims 1 to 8, which is covered with (13).
【請求項10】 前記別のメンブレン(13)の厚さが1μmから数μmであ
ることを特徴とする請求項9に記載の汎用トランスデューサ。
10. Universal transducer according to claim 9, characterized in that the thickness of the further membrane (13) is between 1 μm and a few μm.
【請求項11】 前記別のメンブレン(13)が、ポリ塩化ビニル(PVC)
、ポリエチレン(PE)、ポリオキシメチレン(POM)、ポリカーボネイト(
PC)、エチレン/プロピレン共重合体COP(EPDM)、ポリ塩化ビニリデ
ン(PVDC)、ポリビニルブチラール(PVB)、セルロースアセテート(C
A)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ
アミド(PA)、テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体
COP(FEP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フェノールホル
ムアルデヒド(PF)、エポキシド(EP)、ポリウレタン(PUR)、ポリエ
ステル(UP)、シリコン、メラミンホルムアルデヒド(MF)、尿素ホルムア
ルデヒド(UF)、アニリンホルムアルデヒドまたはカプトンを含んでいること
を特徴とする請求項9または請求項10に記載の汎用トランスデューサ。
11. The another membrane (13) is polyvinyl chloride (PVC).
, Polyethylene (PE), polyoxymethylene (POM), polycarbonate (
PC), ethylene / propylene copolymer COP (EPDM), polyvinylidene chloride (PVDC), polyvinyl butyral (PVB), cellulose acetate (C
A), polypropylene (PP), polymethylmethacrylate (PMMA), polyamide (PA), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer COP (FEP), polytetrafluoroethylene (PTFE), phenol formaldehyde (PF), epoxide (EP), polyurethane (PUR), polyester (UP), silicone, melamine formaldehyde (MF), urea formaldehyde (UF), aniline formaldehyde or Kapton, characterized by the above-mentioned. General-purpose transducer.
【請求項12】 前記導電層(14)が、前記第1活性面(10)および前記
別のメンブレン(13)の間に配置されていることを特徴とする請求項9〜請求
項11のいずれかに記載の汎用トランスデューサ。
12. The conductive layer (14) according to claim 9, characterized in that it is arranged between the first active surface (10) and the further membrane (13). A general-purpose transducer described in.
【請求項13】 前記空洞は、その前記第1活性面(10)と反対側の面がカ
プセル充填材料(11)によって覆われていることを特徴とする請求項1〜請求
項12のいずれかに記載の汎用トランスデューサ。
13. The cavity according to claim 1, characterized in that its surface opposite the first active surface (10) is covered by a capsule filling material (11). General-purpose transducer described in.
【請求項14】 前記カプセル充填材料(11)は、エポキシド樹脂から形成
されていることを特徴とする請求項13に記載の汎用トランスデューサ。
14. The general-purpose transducer according to claim 13, wherein the capsule filling material (11) is formed of an epoxide resin.
【請求項15】 前記穿孔は、少なくとも部分的に、異なる充填物(9、9.
3、9.31)を含んでいることを特徴とする請求項1〜請求項14のいずれか
に記載の汎用トランスデューサ。
15. The perforations are at least partly different fillings (9, 9 ..
3. The general-purpose transducer according to claim 1, wherein the general-purpose transducer includes:
【請求項16】 チャネル(20)を備えたチャネルキャリア(18)および
その上に配置されたチャネルカバー(19)が、前記第1活性面(10)上に配
置されて、前記チャネル(20)が、前記第1活性面(10)の領域において、
前記キャリア層(1)における少なくとも1つの前記穿孔(4.1〜4.3)に
接触するようになっていることを特徴とする請求項1〜請求項15のいずれかに
記載の汎用トランスデューサ。
16. A channel carrier (18) with a channel (20) and a channel cover (19) arranged thereon are arranged on the first active surface (10) to form the channel (20). In the area of the first active surface (10),
General-purpose transducer according to any one of claims 1 to 15, characterized in that it is adapted to contact at least one of said perforations (4.1-4.3) in said carrier layer (1).
【請求項17】 前記チャネルキャリア(18)および/または前記チャネル
カバー(19)の厚さが数μmないし数mm、特に数百μmであることを特徴と
する請求項16に記載の汎用トランスデューサ。
17. General-purpose transducer according to claim 16, characterized in that the channel carrier (18) and / or the channel cover (19) has a thickness of a few μm to a few mm, in particular a few hundred μm.
【請求項18】 前記キャリア層(1、2、3)のうちの少なくとも1つが、
ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリエチレン(PE)、ポリオキシメチレン(PO
M)、ポリカーボネイト(PC)、エチレン/プロピレン共重合体COP(EP
DM)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、ポリビニルブチラール(PVB)、
セルロースアセテート(CA)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルメタクリ
レート(PMMA)、ポリアミド(PA)、テトラフルオロエチレン/ヘキサフ
ルオロプロピレン共重合体COP(FEP)、ポリテトラフルオロエチレン(P
TFE)、フェノールホルムアルデヒド(PF)、エポキシド(EP)、ポリウ
レタン(PUR)、ポリエステル(UP)、シリコン、メラミンホルムアルデヒ
ド(MF)、尿素ホルムアルデヒド(UF)、アニリンホルムアルデヒド、カプ
トン等、またはシリコン、セラミックまたはガラスといった合成物質を含んでい
ることを特徴とする請求項1〜請求項18のいずれかに記載の汎用トランスデュ
ーサ。
18. At least one of the carrier layers (1, 2, 3) is
Polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), polyoxymethylene (PO)
M), polycarbonate (PC), ethylene / propylene copolymer COP (EP
DM), polyvinylidene chloride (PVDC), polyvinyl butyral (PVB),
Cellulose acetate (CA), polypropylene (PP), polymethyl methacrylate (PMMA), polyamide (PA), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer COP (FEP), polytetrafluoroethylene (P
TFE), phenol formaldehyde (PF), epoxide (EP), polyurethane (PUR), polyester (UP), silicone, melamine formaldehyde (MF), urea formaldehyde (UF), aniline formaldehyde, Kapton, etc., or silicon, ceramic or glass. The general-purpose transducer according to any one of claims 1 to 18, comprising a synthetic material such as.
【請求項19】 前記キャリア層(1、2、3)のうちの少なくとも1つの厚
さが数μmないし数mm、特に数百μmであることを特徴とする請求項1〜請求
項18のいずれかに記載の汎用トランスデューサ。
19. The method according to claim 1, wherein at least one of the carrier layers (1, 2, 3) has a thickness of a few μm to a few mm, in particular a few hundred μm. A general-purpose transducer described in.
【請求項20】 前記導電層(7、8)のうちの少なくとも1つが、金属、特
にプラチナ、金、銀のような貴金属、または合金、または例えばグラファイトま
たは金属材料に基づくスクリーン印刷用ペーストから形成されていることを特徴
とする請求項1〜請求項19のいずれかに記載の汎用トランスデューサ。
20. At least one of said conductive layers (7, 8) is formed from a metal, in particular a noble metal such as platinum, gold, silver, or an alloy, or a screen printing paste, for example based on graphite or a metallic material. The general-purpose transducer according to any one of claims 1 to 19, wherein the general-purpose transducer is provided.
【請求項21】 前記導電層(7、8)のうちの少なくとも1つの厚さが、1
μmないし数μmであることを特徴とする請求項1〜請求項20のいずれかに記
載の汎用トランスデューサ。
21. The thickness of at least one of said conductive layers (7, 8) is 1
21. The general-purpose transducer according to claim 1, wherein the general-purpose transducer has a size of μm to several μm.
【請求項22】 前記充填物(9)が、メンブレンとしてポリ塩化ビニルPV
C、シリコン、ポリウレタン等を含んでおり、またはゲル(9)としてゼラチン
、ポリビニルアルコール(PVA)等を含んでいることを特徴とする請求項1〜
請求項21のいずれかに記載の汎用トランスデューサ。
22. The packing (9) is made of polyvinyl chloride PV as a membrane.
C, silicone, polyurethane or the like is included, or gelatin, polyvinyl alcohol (PVA) or the like is included as the gel (9).
The general-purpose transducer according to claim 21.
【請求項23】 前記充填物が、酵素、微生物または抗体といった生物成分を
含んでいることを特徴とする請求項1〜請求項22のいずれかに記載の汎用トラ
ンスデューサ。
23. The general-purpose transducer according to claim 1, wherein the filling material contains a biological component such as an enzyme, a microorganism, or an antibody.
【請求項24】 前記第1活性面(10)に隣接する前記キャリア層(1)の
穿孔(4.1ないし4.5)のうちの少なくとも1つの直径が、前記第1活性面
(10)上において数μmないし数mm、特に数十ないし数百μmであることを
特徴とする請求項1〜請求項23のいずれかに記載の汎用トランスデューサ。
24. The diameter of at least one of the perforations (4.1 to 4.5) of the carrier layer (1) adjacent to the first active surface (10) is such that The general-purpose transducer according to any one of claims 1 to 23, characterized in that the thickness is several µm to several mm, especially several tens to several hundred µm.
【請求項25】 前記キャリアは、2つの空洞(4.2、5.2、6.2およ
び4.4、5.4、6.4)と、前記空洞のそれぞれの内部に配置された充填物
とを有し、一方の前記空洞内に配置された前記充填物は、参照電極として機能す
る第1導電層に接触し、他方の前記空洞内に配置された前記充填物は、異なる前
記キャリア層上に配置され、電流を受ける作動電極または対向電極として機能す
る第2または第3導電層に接触し、前記第1および第2および第3導電層は、電
流滴定測定のための3極装置を形成していることを特徴とする請求項1〜請求項
24のいずれかに記載の汎用トランスデューサ。
25. The carrier comprises two cavities (4.2, 5.2, 6.2 and 4.4 and 5.4, 6.4) and a filling located inside each of the cavities. And the filler placed in one of the cavities is in contact with a first conductive layer that functions as a reference electrode, and the filler placed in the other of the cavities is a different carrier. Contacting a second or third conductive layer disposed on the layer and functioning as an actuating or counter electrode for receiving an electric current, said first and second and third conductive layers being a three-pole device for amperometric measurement. The general-purpose transducer according to any one of claims 1 to 24, wherein
【請求項26】 前記キャリアは、第3の空洞を有し、前記第3の空洞内には
、電位差滴定電極を形成し、前記参照電極に対して測定可能な別の導電層に接触
する充填物が配置されていることを特徴とする請求項25に記載の汎用トランス
デューサ。
26. The carrier comprises a third cavity in which a potentiometric electrode is formed and which is in contact with another conductive layer which is measurable relative to the reference electrode. The general-purpose transducer according to claim 25, wherein an object is arranged.
【請求項27】 請求項1〜請求項26のいずれかに記載の汎用トランスデュ
ーサを、参照電極、アナライト濃度またはイオン活量の電位差滴定測定用センサ
素子および/または電流滴定測定用センサ素子として使用する方法。
27. Use of the general-purpose transducer according to any one of claims 1 to 26 as a reference electrode, a sensor element for potentiometric titration measurement of analyte concentration or ion activity, and / or a sensor element for amperometric titration measurement. how to.
【請求項28】 請求項27に記載の汎用トランスデューサを、溶存二酸化炭
素、酸素、グルコースおよび/またはその他の代謝物質および/または尿素の濃
度測定、または、pH値またはその他のパラメータの測定のために使用する方法
28. A general-purpose transducer according to claim 27 for measuring the concentration of dissolved carbon dioxide, oxygen, glucose and / or other metabolites and / or urea, or for measuring pH values or other parameters. How to use.
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