JP2005503536A - 電気化学センサおよびその方法 - Google Patents
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Abstract
流体サンプル内の1つ以上の成分の種々の濃度の決定のためのセンサが提供される。このセンサは、射出成形された本体、少なくとも2つの電極、酵素および所望の場合、電子移動メディエーターを備える。この本体は、流体サンプルを収容するための反応領域を備える。これらの電極は、プラスチックの本体内に少なくとも部分的に包埋されており、そして反応領域内に延びている。流体サンプル内の化合物が関与する反応を触媒し得る酵素も反応領域に含まれる。さらに、このセンサは、反応領域内で生じる電気化学的変化を測定するために、このセンサに取り付けられた、計器を作動させる充填検出を組み込む。
Description
【技術分野】
【0001】
(関連出願の引用)
本願は、「電気化学センサおよびその方法」と題される米国出願番号第09/820,372号(2001年3月23日出願)の一部継続出願である。
【0002】
(技術分野)
本発明は、一般に、電気化学センサ、詳細には、試験サンプル(例えば、流体および溶解された固体物質)中の分析物の検出または測定のための成形された電気化学センサ、およびこれらのセンサを作製および使用する方法に関する。
【背景技術】
【0003】
(発明の背景)
電気化学センサは、サンプル(流体物質および溶解された固体物質)を試験する際に種々の分析物の濃度を検出するために用いられる。例えば、電気化学センサは、ヒトの血中グルコースを測定するために作製されている。そのようなセンサは、血中グルコースレベルをモニターするために糖尿病患者および健康管理の専門家により使用されている。これらのセンサは、通常、計器と結合して使用され、その計器は、細片が色素の分光学的検出用に設計されている場合、光の反射率を測定し、また細片が電気的に活性な化合物の検出用に設計されている場合、電流のような、ある電気的特性を測定する。
【0004】
代表的に、電気化学センサは、絶縁体の基材を用いて製造され、その基材上に導電性インク(例えば、炭素および銀)が、スクリーンプリントによりプリントされて、導電性電極トラックが形成されるか、または金属の薄片(thin strip)が広げられて導電性電極トラックが形成される。これらの電極は、一般的にトランスデューサーと呼ばれるセンサの検出素子である。これらの電極は、分析物に特異的な酸化還元酵素またはデヒドロゲナーゼ酵素と組み合わせて親水性ポリマーを含む試薬層で覆われている。さらに、絶縁層は、この基材およびこれらの電極の一部の上に取り付けられている。
【0005】
電気化学測定の精度および正確さは、顕微鏡スケールでの電極表面積の再現性に非常に大きな程度に依存する。電極の形態の変動は、電気化学的シグナルの読み出しに非常に重大な変化を生じ得る。スクリーンプリントは、グルコースを検出するためのセンサの作製における方法において重要となっている。スクリーンプリントの広範な使用は、比較的安価なセンサを大量生産する能力からきている。大きなロールから広げられた金属細片の使用もまた、そのようなセンサの大量生産に用いられてきた。
【0006】
スクリーンプリントおよび導電性インク作製の分野において多くの利点がもたらされているが、この技術は、フィルムプリント技術の使用に付随する反復される高温硬化工程に起因して、電極表面積の低い再現性、寸法の変動、厚さの変動、微小な裂け目、および収縮から、なお影響を受けている。プリントの間の溶媒の損失は、電極の厚さの変動を導く別の要素である。
【0007】
プリント技術を用いたセンサの開発は、異なるスクリーンを所望する異なる導電性インクの種々のパスを必要とする。スクリーンの配置における微小な変動は、IR降下および印加される電位におけるかなりの誤差を導き得る。これらのスクリーンの磨耗および亀裂は、欠陥の別の要因である。また、スクリーンプリントによるセンサ細片の作製は、高レベルの原材料の空費により影響を受ける。一般的に、使用されるインクのグラム毎に、1グラムのインクが空費される。そのようなセンサの製造はまた、製造の複雑さおよび最終製品のコストを足す、複数の積層工程を包含する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0008】
(発明の要旨)
本発明は、試験サンプル(例えば、流体および溶解された固体物質)中の種々の分析物濃度の決定を提供する電気化学センサである。このセンサは、信頼性がありかつ費用に対して効果の高い射出成形製造法を用いた、大量の製造を容易にするように設計されている。本発明は、射出成形されたプラスチック細片または本体、少なくとも2つの電極、酵素、および所望の場合、電子移動メディエーターを含む。この本体は、流体サンプルを収容するための空洞または反応領域を備える。これらの電極は、このプラスチックの本体内に少なくとも部分的に包埋されており、かつ反応領域内に延びており、そこでこれらの電極は、試験サンプルに曝される。また、流体サンプル中の化合物の関与する反応を触媒し得る酵素が反応領域内に含まれる。
【0009】
詳細には、このデバイスは、このデバイス内の導電性電極の電気的特性間の差異を測定し得る電気的計器と協働する。このデバイス、センサは、少なくとも2つ、好ましくは3つの、間隔の空いた導電性電極、これらの電極周辺に成形されかつこれらを収容する絶縁物質の2つの端部を有する本体、このハウジングとこの計器を接続するための手段、流体サンプルを収容するための手段、および1つ以上の電極を1つ以上の化学物質で処理して、この流体サンプルと接触した際の処理された電極の電気的特性を変化させるための手段を備える。このハウジングの一端は、この計器を接続するための手段を有し、このハウジングの反対側の端部は、流体サンプルを収容するための手段を有する。この計器と接続するための手段は、この本体の外側に電極を曝す、ハウジング内に形成されたプラグである。
【0010】
このセンサは、成形されており、かつ単一の単位部分または2つの部分であり得る。2つの部分の構築において、エンドキャップが、この本体に取りつけられる。単一部分の構築において、この本体は、ヒンジの周辺で回転し、かつそれ自体に接続する。この本体の一部に形成される突起は、トラフと協働して適切な整列を確保する。
【0011】
キャピラリー入口は、このセンサの一端に構築されて、流体サンプルと接触した際に、この流体サンプルを本体へと流す。このキャピラリー入口は、この本体の端部内に成形され、かつ反応領域と連絡している。この反応領域は、本体内で、これらの電極の周辺に形成されたチャネルであり、かつ毛細管力により本体に流し出されたサンプルと反応するように適合されている。この反応領域は、電極の上に形成されても、下に形成されてもよいが、好ましくは、電極の上に構築されている。このキャピラリーは、圧力をsするための孔を有する。
【0012】
示されるように、これらの電極は、プラスチック内に成形されている。1つの実施形態において、これらの電極は、伝導性のワイヤである。別の実施形態において、これらの電極は、金属板から構築される。これらの電極は、それらの性能を増強するために異なる伝導性物質で覆われ得る。
【0013】
開口部は、この成形工程の間の電極の保持を可能とするようにこのセンサの本体内に形成される。開口部はまた、この成形工程の前または後に、反応領域内で1つ以上の電極を化学処理するように本体に形成され得る。化学物質(例えば、酵素を有する試薬および酵素を有さない試薬)の添加は、流体サンプルとの接触の際の、処理された電極の電気的特性を変化させる。好ましい実施形態において、酵素は、これらの電極のうちの1つの外側表面に適用される。抗体もまた、別の電極に適用され得る。さらに、電子メディエーターが、これらの電極のうちの1つ以上の外側表面に適用され得る。
【0014】
本発明に従う別の実施形態において、センサは、充填検出を提供する。キャピラリー入口および反応領域へと流れ込んだ流体は、電極の縁部と接触し、この反応領域の低いほうの端部に達した際に、このキャピラリー入口から最も遠い領域は、この計器を作動させる。この流体が、キャピラリー空間において最後の電極と接触するとき、それは、電気化学セルの開回路を閉じて、電流をそのセルに流す。このセル内の電流の流れは、この計器に、このキャピラリーチャンバーが流体で満たされているというシグナルを送らせる。孔はまた、流体の充填を視覚的に検出するために用いられ得る。
【0015】
この電気化学センサを作製および使用する方法もまた、開示される。このデバイスを作製する方法は、間隔の空いた少なくとも2つの導電性電極を型の中に配置する工程、成形の前または後に、少なくとも1つの電極を、流体サンプルと接触した際の処理された電極の電気的特性を変化させるような1つ以上の化学物質で処理する工程、および電極の周囲に2つの端部を有する絶縁体物質の本体を成形する工程であって、一端が、その中に流体サンプルを収容するための手段を有する工程、を包含する。前出のとおり、この本体は、2つの部分(本体および成形が完了した後に互いを取りつけるためのエンドキャップを備える)、または単一の、単位部分で成形される。
【0016】
(詳細な説明)
本発明は、多くの異なる形態における実施形態が可能であるが、本発明の好ましい実施形態が図中に示され、そして本明細書中に詳細に記載されるが、本開示が、本発明の原理の例示として考慮されるべきであり、本発明の広範な局面を、例示された実施形態に限定することが意図されないことが理解される。
【0017】
(第一の実施形態)
図1〜6を参照して、本発明(第一の実施形態)に従う電気化学センサが示される。図1は、センサ10が透明のプラスチックで作製されており、その内側を見ることができるようであるかのように、センサ10を示す。本明細書中で議論されるように、内側成分および隠れた外側成分は、センサ10を見下ろしても、通常見ることができない。この解釈は、図2において平面x−xに沿って切り取った図と類似する。
【0018】
第一の実施形態10のセンサまたは試験細片は、計器取りつけ端部またはプラグ端部14および流体サンプル収容端部16を有する、不透明、好ましくは半透明の射出成形されたプラスチック本体12を備える。本体は、底部表面13、頂部表面15、および第一頂部表面15aと第二頂部表面15bとを接続するテーパー状部分20を有し、第一頂部表面は、第二頂部表面より低く、そして第三の頂部表面15cもまた、第二頂部表面より低い。本体12は、間隔の空いた3つの別々の電極30、31、32を有する。本体12のプラグエンド14は、一対のテーパー状の側面縁部18、19、および楔型頂部部分20を備える。テーパー状側面縁部18、19は、使用者がセンサプラグ端部14を従来の計器(示さず)のソケットの空洞に挿入しやすくする。さらに、センサの楔型部分20は、移動止めとしての役割を果たし、センサ10を計器のソケットの空洞内に摩擦により保持する。
【0019】
センサ10の流体サンプル収容端部16は、本体の末端16に隣接する電気化学反応領域24を備える。この反応領域24は、第三の頂部表面15c中および本体12において本体12に流れ込んだ流体を特定の分析物について分析するための電極30、31、32の周辺/隣接部に形成されたチャネルである。反応領域は、電極の上に形成されても、下に形成されてもよいが、好ましくは、電極の上に構築されている。エンドキャップ27は、[超音波または粘着により]反応領域24上および第三の頂部表面15c上で溶接される。エンドキャップ27の頂部は、本体12の頂部15、15bと整列する。好ましくは、エンドキャップ27は、成形された本体12と同じ物質で作製され、そして超音波溶接または接着により、そこに取りつけられる。
【0020】
このキャップ27は、別々の部分として示されているが、それはまた、本体12の一部としても構築され得、そしてヒンジとして動き得るように(hingeably)本体に接続され、その結果、そのキャップ27は、第三の頂部表面15c上で回転し得、かつ取りつけられ得る[例えば、第二の実施形態を参照のこと]。このようにして、センサ全体が、一度に1つの成形された単位部分として作製され得る。
【0021】
キャップ27が本体12に溶接される(または収められる)ときに、キャピラリー開口部28は、センサ10の末端16中に形成される。このキャピラリー開口部は、反応領域24へと続く。好ましくは、センサ10は、キャピラリー充填デバイスであり、すなわち、反応領域24は、このキャピラリー開口部または入口28が試験される流体(例えば、血液)と接触するように配置される場合に、流体サンプルをこの領域に流し込むのに十分な程に小さい。従って、実施者が彼/彼女の血液を試験することを望む場合、彼/彼女は、末端16を血液に触れさせ、血液をキャピラリー開口部28を通ってセンサ10中および反応領域24に流し込む。これは、従来技術のようにサンプル(例えば、血液)をセンサ上および標的領域上にのせることよりも非常に容易である。反応領域24へのキャピラリー開口部28を用いてキャピラリー効果を実現するために、孔29が、キャップ27中に構築される。この孔は、反応領域24と連絡している。この孔29は、反応領域24が流体を流しこみそして満たされるときに、空気圧を放する。キャピラリー充填に関するさらなる議論については、米国特許第4,254,083号;同第4,413,407号;同第4,473,457号;同第5,798,031号;同第5,120,420号;および同第5,575,895号(これらの開示は、本明細書中に参考として援用される)を参照のこと。
【0022】
複数の導電性導線または電極30、31、32は、ほとんどがこの射出成形された本体12内に覆われている。このましくは、本体12は、これらの導線30、31、32の周辺に成形される。記載されるように、これらの導線は、互いに間隔が開いている。これら30、31、32は、最初に本体12中に包まれ、そしてプラグ端部14から反応領域24にわたり、そして末端16の直前までにわたる。この導線30、31、32の端部26は、このセンサの末端16の直前に配置される。
【0023】
伝導性の導線30、31、32は、金属または金属合金(例えば、白金、パラジウム、金、銀、ニッケル、ニッケルクロム、ステンレス鋼、銅等)のような導電性物質からなる。さらに、このましくは、各々の導線は、単一のワイヤからなるか、または代替的な好ましい実施形態(第二の実施形態を参照のこと)において、金などで覆われた打ち出された金属部材からなる。第一の実施形態において、外側の導線30および32は、内側の導線31から等しい間隔が開けられ、本体12の流体サンプル収容端部16でのこれらの導線の間隔は、計器取りつけ端部14でよりも互いに狭い。
【0024】
導線30、31、32のセグメント33は、本体12のプラグ端部14の周囲で露出し、各々の計器(示さず)との接触表面領域34、35、36を提供する。好ましくは、露出した接触表面領域34、35、36は、本体12のテーパー状頂部部分20から本体12の第一の頂部表面領域15a上またはその中に部分的に包埋されるプラグ端部14までに及ぶ。詳細には、本体12は、導線31、31、32のセグメント33が包埋され(第一の頂部表面15a内に部分的に成形される)、かつ接触表面領域34、35、36に対向する本体12により保持されるように、成形され得る。このようにして、これらの導線は、計器と接触するように露出されており、そして接着剤も溶接も用いることなく適切な場所に維持される。
【0025】
導線30、31、32のセンサプラグ端部14と流体サンプル収容端部16との間の部分は、プラスチック射出成形された本体12内に包埋されている。従って、本体12は、電気的絶縁体の射出成形可能なプラスチックにより構築されている。
【0026】
特定の構造支持成分は、その成形工程の間およびその工程の後に、互いに間隔の空いた関係で、本体内に導線30、31、32を保持および維持するようにセンサ10の本体12内に成形されている。詳細には、ガイドブロック42および整列ピン44は、これらの導線30、31、32を適切に取りつけるために、本体12内に成形される。開口部はまた、成形工程(以下で議論される)の間に型の中にフィンガーを入れることおよび出すことを可能とするように本体12の頂部表面15および底部表面13内に形成される。とくに、第一の開口部46は、第二の頂部表面15bに成形され、そして第二の開口部48および第三の開口部50は、本体12の底部表面13中に形成される。一旦、成形が完了すると、これらの開口部46、48、50の各々は、プラスチック(例えば、成形工程で使用されたのと同じプラスチック)で覆われるかもしくは密封されるか、または開いたままである。これら46、48、50のサイズは、比較的小さく;これらを開けたままにしておくことは、安全性の問題に影響せず、センサの能力にも影響しない。フィンガーは、開口部にフィットし得ず、そして外側からの細片は、この開口部に入ることも、導線30、31、32と接触することもできない。
【0027】
反応領域24内で、1つの導線30は、第一の作用電極52として作用し、第二の導線31は、参照電極または対極53としての役割を果たし、そして第三の導線32は、補助的な第二の作用電極54として作用する。所望の場合、伝導性の導線30、31、32(すなわち電極52、53、54)は、センサ10に入る流体の試験サンプルと接触する唯一の導線(電極)である。これらの電極52、53、54は、成形されたプラスチックによりセンサ10の残りの部分から電気的に絶縁されて、導線により運ばれるシグナルが電気化学反応領域24中の試験サンプルに曝される部分のみから生じることを保証する。
【0028】
特定の実施形態において、酵素56および所望の場合、電子移動メディエータが、第一の作用電極52の外側表面に適用される。この酵素は、例えば、フラボタンパク質、pqq−酵素、ヘム含有酵素、酸化還元酵素などからなり得る。メディエーターに関するさらなる議論については、米国特許第4,545,382号および同第4,224,125号(これらの開示は、本明細書中に参考として援用される)を参照のこと。代替的な実施形態において、抗体57が、第二の作用電極54の外側表面に適用され得る。このように、反応領域24は、抗体、酵素−抗体結合体、酵素−分析物複合体等を含み得る。酵素56はまた、第二の作用電極54にも適用され得、そして抗体が、第一の作用電極52の外側表面に適用され得ることに注目するべきである。
【0029】
当業者によって理解されるように、酵素56は、センサ10により実施される試験に特異的である。例えば、作用電極52、または第二の作用電極54、またはそれらの両方は、酵素56(例えば、ヒト血液サンプル中のグルコースの測定のために、異なるレベルまたは強度で反応するように処方されたグルコースオキシダーゼまたはグルコースデヒドロゲナーゼ)で覆われ得る。従って、個体の身体のグルコース濃度が増加するに従って、酵素56は、より多い生成物を生成する。このグルコースセンサは、電気化学シグナル(例えば、酵素のターンオーバー生成物の酸化または還元から生じる電流)を測定するための計器と共に用いられる。このシグナル強度は、グルコース濃度または任意の他の化合物(その化合物に特異的な酵素が電極上を覆っている)に対して正比例関係にある。
【0030】
1つの実施形態において、酵素56は、第一の電極52(または第二の電極54)の露出した表面領域全体に適用され得る。あるいは、この電極の十分に規定された領域が酵素で覆われている限り、この電極の露出領域の全体が、酵素で覆われている必要はない。
【0031】
先行技術において示されるように、さらなる実施形態において、酵素57が、反応領域24において全ての電極52、53、54に適用され得、そして測定は、計器により行われ得る。
【0032】
好ましい実施形態において、作用電極(52または54)のうちの一方は、酵素を有する試薬を含む酵素57で選択的に覆われ、そして他方の作用電極(54または52)は、各々の酵素を有さない試薬で覆われる。このようにして、計器を用いて、実施者は、各々の作用電極から電気化学的シグナルを同時に得ることができ、そしてサンプルマトリクスから生じる任意の「バックグラウンドノイズ」を修正することができる。従って、酵素なしでの参照電極と電極との間の電位または電流が、酵素ありでの参照電極と電極との間の電位または電流と比較され得る。電位および電流の差異を測定および比較することは、当業者に周知である。
【0033】
上に示すように、センサ10は、反応領域24中に流体サンプルを添加した後の流体サンプルの電気的特性を測定し得る計器と組み合わせて用いられる。測定される電気的特性は、例えば、電流、電位、電荷、またはインピーダンスであり得る。分析試験を実施するために電位の変化を測定する例は、米国特許第5,413,690号(この開示は、本明細書中に参考として援用される)により見出される。
【0034】
分析試験を実施するために電流を測定することの例は、米国特許第5,288,636号および同第5,508,171号(これらの開示は、本明細書中に参考として援用される)により例示される。
【0035】
センサ10のプラグ14は、電源(バッテリー)を備える計器に挿入および接続され得る。そのような計器およびセンサシステムの改善は、米国特許第4,999,632号;同第5,243,516号;同第5,366,609号;同第5,352,351号;同第5,405,511号;および同第5,438,271号(これらの開示は、本明細書中に参考として援用される)により例示される。
【0036】
多くの分析物含有流体は、本発明の電気化学的センサにより分析され得る。例えば、ヒトおよび動物の体液(例えば、全血、血清、および血漿、尿、および脳脊髄液)中の分析物は全て測定され得る。また、発酵産物、食品、および農産物中、ならびに環境物質中(潜在的に環境汚染物を含む)に見出される多くの分析物が測定され得る。
【0037】
(第一の実施形態の成形工程)
過去において、その強度および耐久性については認識されていたが、センサのプラスチック射出成型は、困難であり、従って、避けられてきた。1つの理由は、伝導ワイヤまたはプレートの周辺の成形に不向きであったからである。産業の選択は、サンドイッチのように頂部部分と下部部分を有し、それらの部分の一方の上か、またはそれらの部分の間に形成された内部部分(伝導素子)を有するようなセンサを作製することであった。次いで、このサンドイッチ様センサは、一緒に組み合わせられそして接着剤などを用いて密封される。
【0038】
本発明は、成形工程の間に、その型の内側に伝導素子を有するセンサを成形する。その利点は、多い。より強く、より耐久性のあるセンサを作製することに加えて、そのような工程は、労力の関与および工程を軽減させ、そしてよりしっかりした製品を作製する。
【0039】
複数のセンサ10が、1つの型を用いて作製され得るが、1つのセンサの作製を議論する。型は、本体12の形状を有する。電極のための伝導ワイヤ30、31、32は、最初に製品中に成型される。詳細には、このワイヤ導線が型の中に入れられ、そして設定および成形工程の間、このワイヤを適切な場所および高さに保持するような型の中の開口部(開口部46、48、50に対応する)を通って型の中に突き出す形状の上またはその間に配置される(示さず)。詳細には、底部開口部は、フィンガーが、ワイヤを支えるために方の中に突き出すことを可能にし、そして頂部開口部は、フィンガーがこれらのワイヤを保持するために、型の中に突き出すことを可能にする。液体プラスチックは、この型の中に注入され、そこで、そのプラスチックは、その型を満たす。次いで、このプラスチックは、冷却される。
【0040】
一旦このプラスチックが形成され、そして硬くなると、このフィンガーが、これらの開口部(開口部46、48、50)を通して型から引き出される。次いで、成形されたセンサ12は、この型から取り出される。
【0041】
成形工程が終了した後、次に、試薬がこれらの電極に適用される。最初に、成形が完了した後、キャップが、このセンサの端部でキャピラリーのギャップへと流体(例えば、試験血液)を引き出すことを容易にする界面活性剤で処理される。次いで、試薬(酵素を含む)が、これらの電極に適用される。
【0042】
その後、エンドキャップ27が、本体12に接続され、そしてセンサにおける所望されないすべての開口部が、成形に用いられたのと同じプラスチックによって閉じられ、密封され得る。代替的には、エンドキャップがこの本体に取り付けられた後に、化学物質が、ワイヤに適用され得る。このセンサから突き出している任意の無関係のワイヤは、切断および除去され得る。次いで、センサ上に任意の所望される書き込み(例えば、製造コード、製品名など)が従来法によって、センサ上に適用され得る。
【0043】
(第二の実施形態)
図7〜12を参照して、本発明の第二の実施形態に従う電気化学センサが、示される。これらの図において、第一の実施形態(10)に類似する成分は、同じ参照番号で識別されるが、100番台である。詳細には、図7は、センサ110を示すが、そのセンサは、透明のプラスチックで作製されているかのようであり、その内側を見ることができる。前に示されるように、内側の成分および隠れた外側成分は、通常は、センサ110を見下ろしても、見ることができない。第二の実施形態110のセンサは、計器取り付け端部、またはプラグ端部114および流体サンプル収容端部116を有する成形されたプラスチック本体112を備える。この本体は、底部表面113および頂部表面115を有する。エンドキャップ127は、本体112と一体化され、この本体とともに成形される。ヒンジ227は、示されるように、本体上でのエンドキャップの旋回を可能にする。詳細には、センサ110の頂部表面115は、3つの頂部表面115a、115b、115cを有する。第一の頂部表面115aは、本体のほとんどの長さにわたり、そしてレッジ215で終わる;第二の頂部表面115bは、第一の115aの下に位置されるかまたは第一の115aより低い;そして第三の頂部表面115cは、ヒンジ227により他の2つの頂部表面115a、115bと分けられる。センサ110の構築の間、エンドキャップ127は、第三の頂部表面115cが第二の頂部表面115bと面と面で接して、頂部表面115aのレッジ215に隣接して止まるように、ヒンジの周辺を旋回する。従って、キャップ127の底部表面13aは、第一の表面頂部115aに隣接する頂部表面になる。図8を参照のこと。エンドキャップ127に形成される一対のテーパー状の突起125およびメインボディ112に形成される一対のテーパー状のトラフ122は、キャップが適切な位置に折りたたまれる場合、整列および嵌合する。このことは、ヒンジ部品の正確な整列を容易にしかつ保障する。
【0044】
本体112は、間隔の空いた3つの電極130、131、132を備える。本体112のプラグエンド114は、使用者がこのセンサのプラグエンド114を従来の計器(示さず)ソケット空洞へと挿入することを容易にするような一対のテーパー状側部縁部118、119を備える。
【0045】
センサ110の流体サンプル収容端部116は、本体の末端116に隣接する電気化学反応領域124を備える。この反応領域124は、本体112において、第二の頂部表面115bの中および電極130、131、132の周辺に/電極130、131、132に隣接して、本体112へと流れ込む流体との反応のために形成されるチャネルである。この反応領域は、電極の上に形成されても、下に形成されてもよいが、電極の上に形成されるのが好ましい。リッジ327は、エンドキャップの頂部表面(第三の頂部表面115c上)に形成される。このリッジは、一旦、エンドキャップ127が[超音波または接着剤により]第二の頂部表面115b上に溶接された後に、任意の流体が反応領域124から出ること、または細片が反応領域に入ることを回避する。エンドキャップが折りたたまれているときに、そのエンドキャップは、部分110の側部表面に沿った位置に溶接される。従って、リッジは、溶接の間に崩壊し得、このセンサの性能に影響し得ない。必要に応じたチャネル327aは、第三の頂部表面115cに構築されて、反応領域124の高さを増加させ得る。
【0046】
キャピラリー開口部128は、キャップ127が適切な位置に折りたたまれおよび溶接されるときに、センサ110の末端116に形成される。このキャピラリー開口部は、反応領域124に続く。開口部128の幅は、反応領域124において試験流体に曝されている検出電極130、131、132の長さとほぼ同じである。第二の実施形態のセンサ110もまた、キャピラリー充填デバイスであり、すなわち、反応領域124は、キャピラリー開口部128が試験される流体と接触して配置されているときに、流体サンプルを領域内に流し込むのに十分な程に小さい。キャップ127に提供される孔129は、反応領域124に流体が流れ込み、充填されるときに圧力を解放するために反応領域124と連絡している。好ましくは、このキャピラリー入口の底部または基部は、電極130、131、132の頂部表面と同一平面にある。
【0047】
導線または電極130、131、132を有する(打ち出されたかまたは鋳造された)導電性プレートは、射出成形された本体112内にほぼ覆われている。本体112は、プレートおよびこれらの導線130、131、32の周辺に成形される。伝導プレートは、1つの部分の物質である;それは、導線130、131、132、および接続セグメント230および231を備える。このセンサが作製されるとき、これらのセグメントは、導線を接続している。成形後、セグメント230、231は、切断および/または除去され、その結果、導線は、互いに離れ、別々になる。これらが接続されている場合、このシステムは、短絡している。
【0048】
電極130、131、132は、最初に本体112中に覆われており、プラグ端部114から反応領域124の末端116の直前までにわたる。これらの導線130、131、132は、所望される場合、反応領域において流体および化学物質により多くの表面領域が曝されて互いに接触するように、この領域に広げられ得る。導線130、131、132は、検出部分と同じ程度に広くあり得る。これらの導線130、131、132は、金属または金属合金(例えば、白金、パラジウム、金、銀、ニッケル、ニッケルクロム、ステンレス鋼、銅など)のような導電性物質である。これらの性能および感度を増強するために、これらはまたコートされ得る(例えば、銅で作製され、金でコートされる)。第二の実施形態において、導線130、131、132は、間隔が空いており、かつ互いに平行である。
【0049】
導線130、131、132のセグメント133は、センサ110のプラグ端部114から、本体112より外に延び、そして各々の計器(示さず)との接触表面領域134、135、136を提供するように、曝されている。これらの導線はまた、これらの上部表面が部分的に曝されるように、成形されたプラスチック内に包埋され得る。
【0050】
前出のように、センサプラグ端部114と流体サンプル収容端部116との間の導線130、131、132の部分は、射出成形されたプラスチック本体112内に包埋されている(すなわち包まれている);本体112は、絶縁体の射出成形可能なプラスチックで構築されている。
【0051】
開口部は、本体112の頂部表面115および底部表面113において、成形する工程の間に、フィンガーが型の中に入ることおよび出ることを可能にするように、形成される。詳細には、第一の開口部146のセット(3)および第二の開口部147のセット(3)は、頂部表面15a内に成形され;第三の開口部148および第四の開口部150および第五の開口160、161、162のセット(3)は、本体112の底部表面113内に形成される。一旦成形が完了すると、これらの開口部146、147、148、150の各々は、プラスチック(例えば、成形工程において用いられたものと同じプラスチック)で覆われ得るか、または開いたままであり得る。
【0052】
反応領域124内で、1つの外側の導線130は、第一の作用電極152として作用し、中央の導線131は、参照電極または対極153としての役割を果たし、そして最後の外側の導線132は、補助的または第二の、第二作用電極154として作用する。伝導性の導線130、131、132(すなわち電極152、153、154)は、センサ110に入る流体の試験サンプルと接触する唯一の導線(電極)である。これらの電極152、153、154は、成形されたプラスチックによりセンサ110の残りの部分から絶縁されて、導線により運ばれるシグナルが電気化学反応領域124中の試験サンプルに曝される部分のみから出されることを保証する。
【0053】
第一の実施形態のように、酵素156および所望の場合、電子移動メディエータが、第一の作用電極152の外側表面に適用される。抗体157もまた、第二の作用電極154の外側表面に適用され得る。酵素156はまた、第二の作用電極154にも適用され得、そして抗体が、第一の作用電極52の外側表面に適用され得る。
酵素156は、第一の電極152(または第二の電極154)の曝された表面領域全体に適用され得る。あるいは、この電極の十分に規定された領域が酵素で覆われている限り、この電極の曝された領域の全体が、酵素で覆われている必要はない。または酵素が、反応領域124において全ての電極152、153、154に適用され得、そして測定は、計器により行われ得る。好ましくは、作用電極のうちの一方(152または154)は、酵素を有する試薬を含む酵素で選択的に覆われ、そして他方の作用電極(154または152)は、各々の酵素を有さない試薬で覆われる。
【0054】
センサ110は、反応領域124中に流体サンプルを添加した後の流体サンプルの電気的特性を測定し得る計器と結合して用いられる。前出の第一の実施形態のように、センサ110のプラグ端部114は、計器に挿入および接続される。
【0055】
(第二の実施形態の成形プロセス)
型は、112と同じ形状を有する。伝導性の導線/電極130、131、132(電極のための結合伸長部230、231を有するプレートの形態)が、任意のコーティング(金属)で最初に処理される。化学物質/試薬(酵素を有するおよび酵素を有さない)はまた、成形の前に適用され得る;または、これらは、成形後に適用され得る。プレートは、型の中に供給され、そして設定および成形プロセスの間にプレートの位置およびレベルを保持するために、型における開口部(開口部146、147、148、150に対応する)を通して型の中に突き出すフィンガー(示さず)の上またはそれらの間に乗せられる。ナイフまたはパンチ(示さず)はまた、この型の頂部表面を通して挿入される(ナイフ/またはパンチにより形成された開口部の外観170)。これらのナイフは、結合伸長部230、231を穴開けおよび切断し、そして成形の間、屈曲部を適切な位置に保持する(図11を参照のこと)。前出のように、底部開口部は、フィンガーが導線を有するプレートを保持するように型の中に突き出すことを可能にし、頂部開口部は、フィンガーが、プレートおよび導線を保持するように型の中に突き出すことを可能にする。液体プラスチックは、型の中に注入され、ここでそれは型の中を満たす。次いで、そのプラスチックは、冷却される。
【0056】
一旦、プラスチックが形成されそして硬くなると、これらのフィンガーは、これらの開口部(開口部146、147、148、150、160、161、162)を通してこの型から引き出される。ナイフ/パンチが上部表面開口部170を通して引き出される。一旦ナイフ/パンチが引き出されると、導線130、131および導線131、132の間に配置された伸長部230、231が切断または削られることで、この導線が、別々に保たれることが確保される。次いで、成形されたセンサ112は、この型から取り出され、そしてセンサにおける任意の所望されない開口部は、成形に用いられるのと同じプラスチックにより密封され閉じられ得る。好ましい代替として、必須の試薬が、導線上の反応領域124においてこれらのセンサに適用される。界面活性剤は、キャピラリーの機能を促進するためにキャピラリー入口を処理するために用いられ得る。センサから飛び出している任意の無関係の金属は、切断および除去され得る。次いで、センサ上の任意の所望される書き込み(例えば、製造コード、製品名など)が、従来法によりセンサに適用され得る。
【0057】
(第三の実施形態)
本発明に従う電気化学センサの第三の実施形態が、図13〜20に示される。これらの図は、前出の実施形態における電気化学センサと類似する成分を識別するために同じ参照番号を使用するが、300番台である。図13および図17は、各々、センサ310、310’のその全体を示し、このセンサ310、310’を見下ろしたときに通常見えない内部成分を含む。
【0058】
第三の実施形態において、センサ310、310’は、反応領域324、324’中に流体サンプルが流れ込んだ後の流体サンプルの電気的特性を測定し得る計器と結合して用いられる。センサ310、310’は、計器取り付け端部またはプラグ端部314、314’および流体サンプル保持端部316、316’を有する成形されたプラスチック本体312、312’を備える。プラグ端部314、314’は、2つの前の実施形態のように、計器に挿入可能または接続可能である。本体はまた、底部表面313、313’および頂部表面315、315’を有する。本体312、312’は、2つの部分−(a)電極を入れるハウジング317、317’および(b)ヒンジ427、427’で、流体サンプル収容端部316、316’で電極ハウジング317、317’に旋回可能に取り付けられたエンドキャップ327、327’を有する一体で、単一の部分として成形される。代替的な実施形態において、電極ハウジングおよびエンドキャップは、互いに確実に取り付け可能である別々の部分であり得る。本体312、312’のプラグ端部314、314’近傍の側部縁部318、319、318’、319’は、テーパー状であり、従って、プラグ端部314、314’は、より容易に従来の計器(示さず)のソケットの空洞に挿入する。エンドキャップ327、327’は、本体に対向する外側のほとんどの縁部に形成される、成形を容易にするような「ノッチ」326、326’を有し得る。
【0059】
図15は、センサ310の長手軸方向の断面側面図を示す。頂部表面315は、315a、315b、315cを含む3つのセクションまたは表面を有する。第一の頂部表面315aは、それがプラグ端部314からレッジ415まで延びるというような、本体の主要部分を占める。第二の頂部表面315bは、315aより低いプレート上でレッジ415からヒンジ427にわたる。第三の頂部表面315cは、エンドキャップ327の1つの表面を横切って、ヒンジ427からエンドキャップの最外の延部に延びる。
【0060】
上で議論された第二の実施形態のように、ヒンジ427により、第三の表面315cが第二の頂部表面315bに面と面で接し、そしてエンドキャップの縁部が実質的にレッジ415に隣接して止まるように、エンドキャップが本体に折りたたまれる。完成したセンサにおいて、端部327の底部表面313aは、図15に示されるように、本体の頂部表面の一部となり、第一の頂部表面315aに隣接し、本質的に同じ平面上で止まる。
【0061】
エンドキャップが本体の第二の頂部表面315b上に折りたたまれているとき、本体の末端316に隣接して、「電気化学反応領域」324と称されるチャネルが本体中に形成する。反応領域324は、第二の頂部表面に315bにより一方の側部で結合されており、そして対向する側部で、エンドキャップ327の頂部表面により結合されている。反応領域は、本体の形状により規定される容量を有する。あるいは、所望の場合、このキャップは、それが本体上で旋回する場合、キャップが反応領域の容量を規定するように、形成され得るか;またはキャップおよび本体の両方の形状が、反応領域の容量を形成し得る。
【0062】
導線330、331、332は、本体312の長手方向軸を通ってわたる。これらの導線330、331、332は、互いに一定の関係で離れて配置される。導線330、331、332は、反応領域324で終結する。図17〜19は、2つの電極330’331’を有する、本発明に従うセンサを示す。
【0063】
反応領域または空洞324において、導線は、本体の絶縁物質中に、完全には包埋されていない。反応領域324において、導線の少なくとも1部分(例えば、先端、側部、または他の部分)は、その中に、本体312中に流れ込む流体サンプルと接触するように、検出電極330、331、332として曝される。反応領域324は、最初に、検出部の底部長手方向部分に置かれる。反応領域は、電極の上に形成されても、下に形成されてもよいが、好ましくは、電極の下に形成される。
【0064】
キャップ327は、本体上に折りたたまれ、そして実質的に緊密な密封を形成するように本体に確実に固定される。この構成の結果、キャピラリー開口部328は、センサ310の末端316を形成する。キャピラリー開口部328は、反応領域324まで延び、ここで、検出電極330、331、332の縁部は、試験流体に曝される。キャピラリー開口部328の幅は、検出電極330、331、332の幅とほぼ同じである。
【0065】
本体312はまた、表面がヒンジの周辺で折りたたまれる場合に、その表面の正確な整列を確保するための突起を有し得る。これらの突起は、代表的には、(a)本体上に折りたたまれるエンドキャップの表面および(b)本体上に折りたたまれる場合にエンドキャップにより覆われる、エンドキャップが折りたたまれる本体の第三の頂部表面、うちの少なくとも1つの上に配置される。種々の構成が可能であるが、例えば、1つの実施形態において、突起がエンドキャップおよび本体の上部表面315bの両方の上にあり得る。
【0066】
1つの実施形態において、図13に示されるように、この突起は、リッジ527および陥凹表面528を備え、これらは、キャップが本体上に折りたたまれるときに、嵌合して、反応領域を形成する。この実施形態において、リッジ527は、反応領域324の周辺に沿って第二の頂部表面315b上に形成され得、そして陥凹表面は、キャップ327上に形成され得るか、またはその逆である。リッジ527はまた、第二のリッジ(示さず)中にあり得、かつそれと実質的に整列し得、リッジ527の高さを増加させる。
【0067】
完成したセンサ310において、リッジ527は、陥凹表面528と嵌合して、本体内に密封の閉じた反応領域324を形成する。あるいは、リッジ527および陥凹表面528は、例えば、超音波エネルギー、接着剤、または他の任意の適切な技術により一緒にさらに溶接され得る。このように形成された密封により、反応領域324が、流体を損失することも細片を受け取ることも回避する。溶接の間、リッジ527は、センサの性能に影響することなく陥凹表面528へと融合する。
【0068】
図17〜20に示される、第三の実施形態のなお別の局面において、これらの突起は、エンドキャップおよび本体の上部表面315b’のうちの少なくとも1つの上に形成されるエネルギーディレクター529’である。種々の構成(例えば、本体上でキャップが旋回するときにキャップと融合するように、エネルギーディレクターが本体の全体に配置されるような構成)が可能である。図17〜19に示されるような実施形態において示されるように、エネルギーディレクター529’は、代表的に、好ましくはエンドキャップの周辺に沿って延びる少なくとも1つの突出リッジを備える。代表的には、エネルギーディレクターは、側部の一部を横切って延び得るが、それはエンドキャップの取り付けられていない3辺に沿って伸びる。示される実施形態において、エネルギーディレクター529’は、ヒンジ427’で始まり、そしてヒンジ427’と方向的に離れてエンドキャップ327’上に延び、そしてヒンジから最も離れた端部を横切る。
【0069】
キャップが本体上を旋回するとき、エネルギーディレクター529’は、一般的に、底部表面とキャップ表面との間の、強力な、漏れのない結合の形成を導くために、例えば、超音波エネルギーまたは他の従来法により溶解される。このように形成された結合は、チャンバー内に流体を密封し、流体が反応領域から拡散するのを防止する。あるいは、密封は、接着剤の適用により形成され得る。
【0070】
第三の実施形態のセンサはまた、キャピラリ充填デバイスである;例えば、キャピラリー開口部328’が試験される流体と接触して配置される場合に、反応領域324’は、流体サンプルをこの領域に流し込む。サンプル充填孔368’がキャップ327’に含まれる。キャップ327’が本体312’に折りたたまれる場合、サンプル充填孔368’の少なくとも一部分が、反応領域と連絡して、反応領域が流体で満たされたときにこの領域から空気を解放するための減圧孔378’を形成する。減圧孔378’は、サンプル充填孔368’の1つの縁部と反応領域のレッジ415’との間に延び、これは、末端316’から最も離れた反応領域の背壁にある。図20a、図20bは、図17のセンサ310’の末端部分の拡大図を示す。図20aは、本体から離れて延びるキャップ327’を示し、図20bは、このセンサの本体上に折りたたまれるキャップ327’を示す。
【0071】
減圧孔378’は、第三の実施形態における充填検出を提供する。キャピラリー開口部328’を通って流れ込む流体は、キャピラリー、好ましくは本体312’のより低い部分に沿って、反応領域324’まで移動し、ここで、その流体は、センサ310’の電極331’、332’(またはセンサ330、331、332の電極330、331、332)と接触する。好ましくは、本体の上部表面315’に面する電極の表面は、キャピラリー入口328’の底部周辺と同一平面上にある。サンプル流体が反応領域324’に入るとき、その流体は、それが減圧孔378’に達するまで、キャピラリー入口から最も離れた反応領域の端部まで移動する。流体が、減圧孔378’に存在する空気を置換すると、この流体は、反応領域中の電極のうちの少なくとも1つと接触してセンサ310’の開回路を閉じて、電流をセンサを介して流す。センサ内の電流の流れは、計器を作動し、キャピラリーチャンバーまたは反応領域が流体で十分に満たされたというシグナルを伝達する。減圧孔378’はまた、反応領域内の流体の充填を視覚的に検出するために用いられ得る。
射出成形された本体312は、電気的に絶縁する射出成形可能なプラスチックで構築される。本体312は、導電性プレートが最初に本体312内に包まれるように、導線330、331、332を有する導電性プレート(打ち出しまたは鋳造)の周辺に成形される。伝導性プレートは、単一部分の物質であり;それは、導線330、331、332 (図18における330’、331’)および接続セグメント430および431(センサ310’における参照番号432)を備える。センサが作製された後、導線と相互に接続するセグメント430および431が、切断および/または除去されてこれらの導線を互いに別々にする。センサの操作の間に相互に接続するセグメントがそのままである場合、このシステムは、短絡回路である。
【0072】
本体は、その中に成形された複数のガイドを有し得、それらのガイドの少なくとも1つは、少なくとも1つの導線と接している。
【0073】
導線330、331、332は、本体312を長手方向に通って、プラグ端部314から反応領域324まで延び、末端316の直前で終結する。センサの操作に必須ではないが、導線330、331、332は、予め決定された互いからの距離で本体312中に包まれ(包埋され)、これらは、一般的に、互いに平行である。反応領域において、流体サンプルと接触するのに十分な部分の導線が曝される;この曝される部分としては、例えば、電極の少なくとも先端、端部、または側部が挙げられる。
【0074】
電極330、331、332は、導電性物質(例えば、金属または金属合金(例えば、白金、パラジウム、金、銀、ニッケル、ニッケルクロム、ステンレス鋼、銅など))である。増強された性能および感度のために、これらはまた、導線を構成する金属とは異なる金属で覆われ得る(例えば、銅で作製された導線が金で覆われ得る)。所望される場合、導線330、331、332の幅は、反応領域内の流体および化学物質に対してより大きいかまたはより小さい表面領域を曝すために、反応領域324において広くても、狭くてもよい。本体を通して延びる導線330、331、332は、反応領域内に曝される部分と同じ程度の幅であり得、これらは、電極330、331、332を含む。
【0075】
導線330、331、332の各々は、セグメント333a、333b、333cで終結し、これは、プラグ端部314から本体312の外側に延び得、ここで導線は、各々、計器(示さず)との接触のための表面領域334、335、336を提供する。あるいは、これらの導線は、各々の導線の一部のみが、プラグ端部314で本体の外側に曝されるようにか;またはこれらの導線の頂部表面が計器の電気的接触導線と接触するように、成形されたプラスチックに包埋され得る。
【0076】
本体312の頂部表面315および底部表面113へと成形された開口部により、成形工程の間、フィンガーが、型の中に挿入されることおよびそこから取り出されることを可能にする。頂部表面315aは、2セットの開口部――第一の開口部346および第二の開口部347――を有し、各々3つの個々の開口部(openings or apertures)を有する。底部表面313は、第三の開口部348、第四の開口部350、および第五の開口部を有し、第五の開口部は、3つの個々の開口部360、361、362を含む。一旦、成形が完了すると、好ましくは、これらの開口部346、347、348、350の各々は、開いたままである。好ましい実施形態において、これらの開口部は、流体の、反応領域内の電極以外の領域との不測の接触を避けるために、閉じられる。あるいは、これらの開口部は、例えば、成形プロセスにおいて使用されたのと同じかまたは異なる物質を用いて覆われ得る。
【0077】
反応領域324内で、伝導性電極330、331、332は、第一の作用電極352、参照電極または対極353、および第二の作用電極354を含む。反応領域において、伝導性電極330、331、332は、試験サンプルがセンサ310に入ったときに、流体形態の試験サンプルと接触する。電極により運ばれるシグナルは、試験サンプルに曝された電極の部分により生じた接触から反応領域324において生じる。この反応領域において、1つの電極(好ましくは中央の電極)が、参照電極である。あるいは、この反応領域はまた、1つあるいは2つの作用電極(例えば、第一の作用電極352および第二の作用電極354)を有し得る。
【0078】
別の部分に結合された酵素(例えば、抗体または抗原)または分析物が、第一の作用電極352の外側表面に適用され、そして所望される場合、電子移動メディエータが、同じ電極352に適用され得る。抗体もまた、第二の作用電極の外側表面354に適用され得るか、反応領域において他に存在し得る。このように、反応領域324は、抗体、酵素−抗体結合体、酵素−分析物結合体などを含み得る。
【0079】
酵素は、第一の電極352または第二の電極354の曝された表面全体に適用され得る。あるいは、酵素は、作用電極の詳細に規定された部分に適用される。または、酵素は、反応領域324における全ての電極352、353、354に適用され得る。好ましくは、作用電極のうちの一方(352または354)は、酵素を有する試薬を保有する酵素で覆われ得、そして他方の作用電極(354または352)は、それぞれの酵素を有さない試薬で覆われる。
【0080】
この第三の実施形態のなお別の局面において、反応領域または空洞324は、それ自体が、物質――例えば、試薬、抗体、または酵素――で覆われ得、それらは、流体サンプル中の特定の構成要素と反応して、サンプルの電気化学的特性を変化させる。生じた変化は、電極により容易に検出され、そして計器により測定される。
【0081】
(第三の実施形態の成形プロセス)
型は、本体312の形状を有する。伝導性の導線330、331、332(電極の相互接触のための結合伸長部430、431との複合プレートの形態)は、最初に物質(これは、例えば、酵素、抗体、化学試薬であり得る)で処理または覆われる。化学物質/試薬(酵素を有するおよび有さない)は、一般的に、成形の後に適用される。
【0082】
プレートは、型に入れられ、型における開口部(開口部346、347、348、350、360、361、362に対応する)を通って型に突き出すフィンガー(示さず)上またはその間に配置される。これらのフィンガーは、設定および成形プロセスの間、プレートを適切な位置に保持し、レベルを保つ。
【0083】
ナイフまたはパンチ(示さず)は、この型の頂部表面を介して挿入される(ナイフ/パンチにより形成される開口部の外観370)。これらのナイフは、図15に示されるように、結合伸長部430、431を穴開けおよび切断し、そして成形の間、屈曲部を適切な位置に保持する。成形プロセスの間、底部開口部は、フィンガーが導線を有するプレートを保持するように型の中に突き出すことを可能にし、同様に、頂部開口部は、フィンガーが、プレートおよび導線を適所に保持するように型の中に突き出すことを可能にする。液体プラスチックは、型の中に注入され、ここでそれは型の中を満たす。次いで、そのプラスチックは、冷却される。
【0084】
プラスチックが形成されそして十分に硬くなった後に、これらのフィンガーは、これらの開口部(すなわち、開口部346、347、348、350、360、361、362)を通してこの型から除去される。ナイフ/パンチが頂部表面の開口部370から引き出され、除去され、導線330、331および導線331、332の間に配置される、切断または削られた伸長部430、431が残される。これらの切断された伸長部は、導線を別々に保つ。次いで、成形されたセンサ312は、この型から取り出され、そしてセンサにおける任意の所望されない開口部は、成形に用いられるのと同じプラスチックにより密封され閉じられ得る。
【0085】
好ましい代替として、必須の試薬が、導線上の反応領域324においてこれらのセンサに適用される。界面活性剤もまた、キャピラリーの機能を促進するためにキャピラリー開口部328に適用され得る。センサから飛び出している任意の無関係の金属は、切断および除去される。さらに、センサ上の任意の所望される書き込みまたは他の印(製造コード、製品名など)が、従来法によりセンサに適用され得る。
【0086】
特定の実施形態が例示および記載されたが、多数の改変が、本発明の精神から有意に逸脱することなく想定され、かつ保護の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。例えば、本発明の別の実施形態において、センサは、流体サンプル収容ウェル内に保持される色素の分光学的検出のための光反射測定計器を用いた使用のために設計される。
【図面の簡単な説明】
【0087】
本明細書の一部を形成する添付の図面において、同じ番号が、図面を通して同じ部分を示すために用いられる。
【図1】図1は、本発明の教示に従って作製される電気化学センサの第一の実施形態の上部平面拡大図である。
【図2】図2は、平面2−2に沿って切り取られた図1の電気化学センサの端面断面図である。
【図3】図3は、平面3−3に沿って切り取られた図1の電気化学センサの端面断面図である。
【図4】図4は、平面4−4に沿って切り取られた図1の電気化学センサの端面断面図である。
【図5】図5は、平面5−5に沿って切り取られた図1の電気化学センサの端面断面図である。
【図6】図6は、平面6−6に沿って切り取られた図1の電気化学センサの端面断面図である。
【図7】図7は、本発明の教示に従って作製される電気化学センサの第二の実施形態の上部平面拡大図である。
【図8】図8は、図7の電気化学センサの端面立面図である。
【図9】図9は、図7の電気化学センサの側面立面図である。
【図10】図10は、図7の電気化学センサの底部平面図である。
【図11】図11は、平面11−11で切り取られた図7の電気化学センサの端面断面図である。
【図12】図12は、平面12−12で切り取られた図7の電気化学センサの端面断面図である。
【図13】図13は、本発明の教示に従って作製される電気化学センサの第三の実施形態の上部平面拡大図を示す。
【図14】図14は、図13の電気化学センサの底部平面拡大図を示す。
【図15】図15は、平面15−15で切り取られた図13の電気化学センサの側面断面図である。
【図16】図16は、平面16−16で切り取られた図13の電気化学センサの端面断面図である。
【図17】図17は、本発明の教示に従って作製される電気化学センサの第三の実施形態の上部平面図を示す。
【図18】図18は、図17の電気化学センサの底部拡大図を示す。
【図19】図19は、平面19−19で切り取られた図17の電気化学センサの側面断面図である。
【図20a】図20aは、エンドキャップが本体から延びている図17のセンサの末端部分の拡大図を示す。
【図20b】図20bは、エンドキャップが本体に折りたたまれている図17のセンサの末端部分の拡大図を示す。
【0001】
(関連出願の引用)
本願は、「電気化学センサおよびその方法」と題される米国出願番号第09/820,372号(2001年3月23日出願)の一部継続出願である。
【0002】
(技術分野)
本発明は、一般に、電気化学センサ、詳細には、試験サンプル(例えば、流体および溶解された固体物質)中の分析物の検出または測定のための成形された電気化学センサ、およびこれらのセンサを作製および使用する方法に関する。
【背景技術】
【0003】
(発明の背景)
電気化学センサは、サンプル(流体物質および溶解された固体物質)を試験する際に種々の分析物の濃度を検出するために用いられる。例えば、電気化学センサは、ヒトの血中グルコースを測定するために作製されている。そのようなセンサは、血中グルコースレベルをモニターするために糖尿病患者および健康管理の専門家により使用されている。これらのセンサは、通常、計器と結合して使用され、その計器は、細片が色素の分光学的検出用に設計されている場合、光の反射率を測定し、また細片が電気的に活性な化合物の検出用に設計されている場合、電流のような、ある電気的特性を測定する。
【0004】
代表的に、電気化学センサは、絶縁体の基材を用いて製造され、その基材上に導電性インク(例えば、炭素および銀)が、スクリーンプリントによりプリントされて、導電性電極トラックが形成されるか、または金属の薄片(thin strip)が広げられて導電性電極トラックが形成される。これらの電極は、一般的にトランスデューサーと呼ばれるセンサの検出素子である。これらの電極は、分析物に特異的な酸化還元酵素またはデヒドロゲナーゼ酵素と組み合わせて親水性ポリマーを含む試薬層で覆われている。さらに、絶縁層は、この基材およびこれらの電極の一部の上に取り付けられている。
【0005】
電気化学測定の精度および正確さは、顕微鏡スケールでの電極表面積の再現性に非常に大きな程度に依存する。電極の形態の変動は、電気化学的シグナルの読み出しに非常に重大な変化を生じ得る。スクリーンプリントは、グルコースを検出するためのセンサの作製における方法において重要となっている。スクリーンプリントの広範な使用は、比較的安価なセンサを大量生産する能力からきている。大きなロールから広げられた金属細片の使用もまた、そのようなセンサの大量生産に用いられてきた。
【0006】
スクリーンプリントおよび導電性インク作製の分野において多くの利点がもたらされているが、この技術は、フィルムプリント技術の使用に付随する反復される高温硬化工程に起因して、電極表面積の低い再現性、寸法の変動、厚さの変動、微小な裂け目、および収縮から、なお影響を受けている。プリントの間の溶媒の損失は、電極の厚さの変動を導く別の要素である。
【0007】
プリント技術を用いたセンサの開発は、異なるスクリーンを所望する異なる導電性インクの種々のパスを必要とする。スクリーンの配置における微小な変動は、IR降下および印加される電位におけるかなりの誤差を導き得る。これらのスクリーンの磨耗および亀裂は、欠陥の別の要因である。また、スクリーンプリントによるセンサ細片の作製は、高レベルの原材料の空費により影響を受ける。一般的に、使用されるインクのグラム毎に、1グラムのインクが空費される。そのようなセンサの製造はまた、製造の複雑さおよび最終製品のコストを足す、複数の積層工程を包含する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0008】
(発明の要旨)
本発明は、試験サンプル(例えば、流体および溶解された固体物質)中の種々の分析物濃度の決定を提供する電気化学センサである。このセンサは、信頼性がありかつ費用に対して効果の高い射出成形製造法を用いた、大量の製造を容易にするように設計されている。本発明は、射出成形されたプラスチック細片または本体、少なくとも2つの電極、酵素、および所望の場合、電子移動メディエーターを含む。この本体は、流体サンプルを収容するための空洞または反応領域を備える。これらの電極は、このプラスチックの本体内に少なくとも部分的に包埋されており、かつ反応領域内に延びており、そこでこれらの電極は、試験サンプルに曝される。また、流体サンプル中の化合物の関与する反応を触媒し得る酵素が反応領域内に含まれる。
【0009】
詳細には、このデバイスは、このデバイス内の導電性電極の電気的特性間の差異を測定し得る電気的計器と協働する。このデバイス、センサは、少なくとも2つ、好ましくは3つの、間隔の空いた導電性電極、これらの電極周辺に成形されかつこれらを収容する絶縁物質の2つの端部を有する本体、このハウジングとこの計器を接続するための手段、流体サンプルを収容するための手段、および1つ以上の電極を1つ以上の化学物質で処理して、この流体サンプルと接触した際の処理された電極の電気的特性を変化させるための手段を備える。このハウジングの一端は、この計器を接続するための手段を有し、このハウジングの反対側の端部は、流体サンプルを収容するための手段を有する。この計器と接続するための手段は、この本体の外側に電極を曝す、ハウジング内に形成されたプラグである。
【0010】
このセンサは、成形されており、かつ単一の単位部分または2つの部分であり得る。2つの部分の構築において、エンドキャップが、この本体に取りつけられる。単一部分の構築において、この本体は、ヒンジの周辺で回転し、かつそれ自体に接続する。この本体の一部に形成される突起は、トラフと協働して適切な整列を確保する。
【0011】
キャピラリー入口は、このセンサの一端に構築されて、流体サンプルと接触した際に、この流体サンプルを本体へと流す。このキャピラリー入口は、この本体の端部内に成形され、かつ反応領域と連絡している。この反応領域は、本体内で、これらの電極の周辺に形成されたチャネルであり、かつ毛細管力により本体に流し出されたサンプルと反応するように適合されている。この反応領域は、電極の上に形成されても、下に形成されてもよいが、好ましくは、電極の上に構築されている。このキャピラリーは、圧力をsするための孔を有する。
【0012】
示されるように、これらの電極は、プラスチック内に成形されている。1つの実施形態において、これらの電極は、伝導性のワイヤである。別の実施形態において、これらの電極は、金属板から構築される。これらの電極は、それらの性能を増強するために異なる伝導性物質で覆われ得る。
【0013】
開口部は、この成形工程の間の電極の保持を可能とするようにこのセンサの本体内に形成される。開口部はまた、この成形工程の前または後に、反応領域内で1つ以上の電極を化学処理するように本体に形成され得る。化学物質(例えば、酵素を有する試薬および酵素を有さない試薬)の添加は、流体サンプルとの接触の際の、処理された電極の電気的特性を変化させる。好ましい実施形態において、酵素は、これらの電極のうちの1つの外側表面に適用される。抗体もまた、別の電極に適用され得る。さらに、電子メディエーターが、これらの電極のうちの1つ以上の外側表面に適用され得る。
【0014】
本発明に従う別の実施形態において、センサは、充填検出を提供する。キャピラリー入口および反応領域へと流れ込んだ流体は、電極の縁部と接触し、この反応領域の低いほうの端部に達した際に、このキャピラリー入口から最も遠い領域は、この計器を作動させる。この流体が、キャピラリー空間において最後の電極と接触するとき、それは、電気化学セルの開回路を閉じて、電流をそのセルに流す。このセル内の電流の流れは、この計器に、このキャピラリーチャンバーが流体で満たされているというシグナルを送らせる。孔はまた、流体の充填を視覚的に検出するために用いられ得る。
【0015】
この電気化学センサを作製および使用する方法もまた、開示される。このデバイスを作製する方法は、間隔の空いた少なくとも2つの導電性電極を型の中に配置する工程、成形の前または後に、少なくとも1つの電極を、流体サンプルと接触した際の処理された電極の電気的特性を変化させるような1つ以上の化学物質で処理する工程、および電極の周囲に2つの端部を有する絶縁体物質の本体を成形する工程であって、一端が、その中に流体サンプルを収容するための手段を有する工程、を包含する。前出のとおり、この本体は、2つの部分(本体および成形が完了した後に互いを取りつけるためのエンドキャップを備える)、または単一の、単位部分で成形される。
【0016】
(詳細な説明)
本発明は、多くの異なる形態における実施形態が可能であるが、本発明の好ましい実施形態が図中に示され、そして本明細書中に詳細に記載されるが、本開示が、本発明の原理の例示として考慮されるべきであり、本発明の広範な局面を、例示された実施形態に限定することが意図されないことが理解される。
【0017】
(第一の実施形態)
図1〜6を参照して、本発明(第一の実施形態)に従う電気化学センサが示される。図1は、センサ10が透明のプラスチックで作製されており、その内側を見ることができるようであるかのように、センサ10を示す。本明細書中で議論されるように、内側成分および隠れた外側成分は、センサ10を見下ろしても、通常見ることができない。この解釈は、図2において平面x−xに沿って切り取った図と類似する。
【0018】
第一の実施形態10のセンサまたは試験細片は、計器取りつけ端部またはプラグ端部14および流体サンプル収容端部16を有する、不透明、好ましくは半透明の射出成形されたプラスチック本体12を備える。本体は、底部表面13、頂部表面15、および第一頂部表面15aと第二頂部表面15bとを接続するテーパー状部分20を有し、第一頂部表面は、第二頂部表面より低く、そして第三の頂部表面15cもまた、第二頂部表面より低い。本体12は、間隔の空いた3つの別々の電極30、31、32を有する。本体12のプラグエンド14は、一対のテーパー状の側面縁部18、19、および楔型頂部部分20を備える。テーパー状側面縁部18、19は、使用者がセンサプラグ端部14を従来の計器(示さず)のソケットの空洞に挿入しやすくする。さらに、センサの楔型部分20は、移動止めとしての役割を果たし、センサ10を計器のソケットの空洞内に摩擦により保持する。
【0019】
センサ10の流体サンプル収容端部16は、本体の末端16に隣接する電気化学反応領域24を備える。この反応領域24は、第三の頂部表面15c中および本体12において本体12に流れ込んだ流体を特定の分析物について分析するための電極30、31、32の周辺/隣接部に形成されたチャネルである。反応領域は、電極の上に形成されても、下に形成されてもよいが、好ましくは、電極の上に構築されている。エンドキャップ27は、[超音波または粘着により]反応領域24上および第三の頂部表面15c上で溶接される。エンドキャップ27の頂部は、本体12の頂部15、15bと整列する。好ましくは、エンドキャップ27は、成形された本体12と同じ物質で作製され、そして超音波溶接または接着により、そこに取りつけられる。
【0020】
このキャップ27は、別々の部分として示されているが、それはまた、本体12の一部としても構築され得、そしてヒンジとして動き得るように(hingeably)本体に接続され、その結果、そのキャップ27は、第三の頂部表面15c上で回転し得、かつ取りつけられ得る[例えば、第二の実施形態を参照のこと]。このようにして、センサ全体が、一度に1つの成形された単位部分として作製され得る。
【0021】
キャップ27が本体12に溶接される(または収められる)ときに、キャピラリー開口部28は、センサ10の末端16中に形成される。このキャピラリー開口部は、反応領域24へと続く。好ましくは、センサ10は、キャピラリー充填デバイスであり、すなわち、反応領域24は、このキャピラリー開口部または入口28が試験される流体(例えば、血液)と接触するように配置される場合に、流体サンプルをこの領域に流し込むのに十分な程に小さい。従って、実施者が彼/彼女の血液を試験することを望む場合、彼/彼女は、末端16を血液に触れさせ、血液をキャピラリー開口部28を通ってセンサ10中および反応領域24に流し込む。これは、従来技術のようにサンプル(例えば、血液)をセンサ上および標的領域上にのせることよりも非常に容易である。反応領域24へのキャピラリー開口部28を用いてキャピラリー効果を実現するために、孔29が、キャップ27中に構築される。この孔は、反応領域24と連絡している。この孔29は、反応領域24が流体を流しこみそして満たされるときに、空気圧を放する。キャピラリー充填に関するさらなる議論については、米国特許第4,254,083号;同第4,413,407号;同第4,473,457号;同第5,798,031号;同第5,120,420号;および同第5,575,895号(これらの開示は、本明細書中に参考として援用される)を参照のこと。
【0022】
複数の導電性導線または電極30、31、32は、ほとんどがこの射出成形された本体12内に覆われている。このましくは、本体12は、これらの導線30、31、32の周辺に成形される。記載されるように、これらの導線は、互いに間隔が開いている。これら30、31、32は、最初に本体12中に包まれ、そしてプラグ端部14から反応領域24にわたり、そして末端16の直前までにわたる。この導線30、31、32の端部26は、このセンサの末端16の直前に配置される。
【0023】
伝導性の導線30、31、32は、金属または金属合金(例えば、白金、パラジウム、金、銀、ニッケル、ニッケルクロム、ステンレス鋼、銅等)のような導電性物質からなる。さらに、このましくは、各々の導線は、単一のワイヤからなるか、または代替的な好ましい実施形態(第二の実施形態を参照のこと)において、金などで覆われた打ち出された金属部材からなる。第一の実施形態において、外側の導線30および32は、内側の導線31から等しい間隔が開けられ、本体12の流体サンプル収容端部16でのこれらの導線の間隔は、計器取りつけ端部14でよりも互いに狭い。
【0024】
導線30、31、32のセグメント33は、本体12のプラグ端部14の周囲で露出し、各々の計器(示さず)との接触表面領域34、35、36を提供する。好ましくは、露出した接触表面領域34、35、36は、本体12のテーパー状頂部部分20から本体12の第一の頂部表面領域15a上またはその中に部分的に包埋されるプラグ端部14までに及ぶ。詳細には、本体12は、導線31、31、32のセグメント33が包埋され(第一の頂部表面15a内に部分的に成形される)、かつ接触表面領域34、35、36に対向する本体12により保持されるように、成形され得る。このようにして、これらの導線は、計器と接触するように露出されており、そして接着剤も溶接も用いることなく適切な場所に維持される。
【0025】
導線30、31、32のセンサプラグ端部14と流体サンプル収容端部16との間の部分は、プラスチック射出成形された本体12内に包埋されている。従って、本体12は、電気的絶縁体の射出成形可能なプラスチックにより構築されている。
【0026】
特定の構造支持成分は、その成形工程の間およびその工程の後に、互いに間隔の空いた関係で、本体内に導線30、31、32を保持および維持するようにセンサ10の本体12内に成形されている。詳細には、ガイドブロック42および整列ピン44は、これらの導線30、31、32を適切に取りつけるために、本体12内に成形される。開口部はまた、成形工程(以下で議論される)の間に型の中にフィンガーを入れることおよび出すことを可能とするように本体12の頂部表面15および底部表面13内に形成される。とくに、第一の開口部46は、第二の頂部表面15bに成形され、そして第二の開口部48および第三の開口部50は、本体12の底部表面13中に形成される。一旦、成形が完了すると、これらの開口部46、48、50の各々は、プラスチック(例えば、成形工程で使用されたのと同じプラスチック)で覆われるかもしくは密封されるか、または開いたままである。これら46、48、50のサイズは、比較的小さく;これらを開けたままにしておくことは、安全性の問題に影響せず、センサの能力にも影響しない。フィンガーは、開口部にフィットし得ず、そして外側からの細片は、この開口部に入ることも、導線30、31、32と接触することもできない。
【0027】
反応領域24内で、1つの導線30は、第一の作用電極52として作用し、第二の導線31は、参照電極または対極53としての役割を果たし、そして第三の導線32は、補助的な第二の作用電極54として作用する。所望の場合、伝導性の導線30、31、32(すなわち電極52、53、54)は、センサ10に入る流体の試験サンプルと接触する唯一の導線(電極)である。これらの電極52、53、54は、成形されたプラスチックによりセンサ10の残りの部分から電気的に絶縁されて、導線により運ばれるシグナルが電気化学反応領域24中の試験サンプルに曝される部分のみから生じることを保証する。
【0028】
特定の実施形態において、酵素56および所望の場合、電子移動メディエータが、第一の作用電極52の外側表面に適用される。この酵素は、例えば、フラボタンパク質、pqq−酵素、ヘム含有酵素、酸化還元酵素などからなり得る。メディエーターに関するさらなる議論については、米国特許第4,545,382号および同第4,224,125号(これらの開示は、本明細書中に参考として援用される)を参照のこと。代替的な実施形態において、抗体57が、第二の作用電極54の外側表面に適用され得る。このように、反応領域24は、抗体、酵素−抗体結合体、酵素−分析物複合体等を含み得る。酵素56はまた、第二の作用電極54にも適用され得、そして抗体が、第一の作用電極52の外側表面に適用され得ることに注目するべきである。
【0029】
当業者によって理解されるように、酵素56は、センサ10により実施される試験に特異的である。例えば、作用電極52、または第二の作用電極54、またはそれらの両方は、酵素56(例えば、ヒト血液サンプル中のグルコースの測定のために、異なるレベルまたは強度で反応するように処方されたグルコースオキシダーゼまたはグルコースデヒドロゲナーゼ)で覆われ得る。従って、個体の身体のグルコース濃度が増加するに従って、酵素56は、より多い生成物を生成する。このグルコースセンサは、電気化学シグナル(例えば、酵素のターンオーバー生成物の酸化または還元から生じる電流)を測定するための計器と共に用いられる。このシグナル強度は、グルコース濃度または任意の他の化合物(その化合物に特異的な酵素が電極上を覆っている)に対して正比例関係にある。
【0030】
1つの実施形態において、酵素56は、第一の電極52(または第二の電極54)の露出した表面領域全体に適用され得る。あるいは、この電極の十分に規定された領域が酵素で覆われている限り、この電極の露出領域の全体が、酵素で覆われている必要はない。
【0031】
先行技術において示されるように、さらなる実施形態において、酵素57が、反応領域24において全ての電極52、53、54に適用され得、そして測定は、計器により行われ得る。
【0032】
好ましい実施形態において、作用電極(52または54)のうちの一方は、酵素を有する試薬を含む酵素57で選択的に覆われ、そして他方の作用電極(54または52)は、各々の酵素を有さない試薬で覆われる。このようにして、計器を用いて、実施者は、各々の作用電極から電気化学的シグナルを同時に得ることができ、そしてサンプルマトリクスから生じる任意の「バックグラウンドノイズ」を修正することができる。従って、酵素なしでの参照電極と電極との間の電位または電流が、酵素ありでの参照電極と電極との間の電位または電流と比較され得る。電位および電流の差異を測定および比較することは、当業者に周知である。
【0033】
上に示すように、センサ10は、反応領域24中に流体サンプルを添加した後の流体サンプルの電気的特性を測定し得る計器と組み合わせて用いられる。測定される電気的特性は、例えば、電流、電位、電荷、またはインピーダンスであり得る。分析試験を実施するために電位の変化を測定する例は、米国特許第5,413,690号(この開示は、本明細書中に参考として援用される)により見出される。
【0034】
分析試験を実施するために電流を測定することの例は、米国特許第5,288,636号および同第5,508,171号(これらの開示は、本明細書中に参考として援用される)により例示される。
【0035】
センサ10のプラグ14は、電源(バッテリー)を備える計器に挿入および接続され得る。そのような計器およびセンサシステムの改善は、米国特許第4,999,632号;同第5,243,516号;同第5,366,609号;同第5,352,351号;同第5,405,511号;および同第5,438,271号(これらの開示は、本明細書中に参考として援用される)により例示される。
【0036】
多くの分析物含有流体は、本発明の電気化学的センサにより分析され得る。例えば、ヒトおよび動物の体液(例えば、全血、血清、および血漿、尿、および脳脊髄液)中の分析物は全て測定され得る。また、発酵産物、食品、および農産物中、ならびに環境物質中(潜在的に環境汚染物を含む)に見出される多くの分析物が測定され得る。
【0037】
(第一の実施形態の成形工程)
過去において、その強度および耐久性については認識されていたが、センサのプラスチック射出成型は、困難であり、従って、避けられてきた。1つの理由は、伝導ワイヤまたはプレートの周辺の成形に不向きであったからである。産業の選択は、サンドイッチのように頂部部分と下部部分を有し、それらの部分の一方の上か、またはそれらの部分の間に形成された内部部分(伝導素子)を有するようなセンサを作製することであった。次いで、このサンドイッチ様センサは、一緒に組み合わせられそして接着剤などを用いて密封される。
【0038】
本発明は、成形工程の間に、その型の内側に伝導素子を有するセンサを成形する。その利点は、多い。より強く、より耐久性のあるセンサを作製することに加えて、そのような工程は、労力の関与および工程を軽減させ、そしてよりしっかりした製品を作製する。
【0039】
複数のセンサ10が、1つの型を用いて作製され得るが、1つのセンサの作製を議論する。型は、本体12の形状を有する。電極のための伝導ワイヤ30、31、32は、最初に製品中に成型される。詳細には、このワイヤ導線が型の中に入れられ、そして設定および成形工程の間、このワイヤを適切な場所および高さに保持するような型の中の開口部(開口部46、48、50に対応する)を通って型の中に突き出す形状の上またはその間に配置される(示さず)。詳細には、底部開口部は、フィンガーが、ワイヤを支えるために方の中に突き出すことを可能にし、そして頂部開口部は、フィンガーがこれらのワイヤを保持するために、型の中に突き出すことを可能にする。液体プラスチックは、この型の中に注入され、そこで、そのプラスチックは、その型を満たす。次いで、このプラスチックは、冷却される。
【0040】
一旦このプラスチックが形成され、そして硬くなると、このフィンガーが、これらの開口部(開口部46、48、50)を通して型から引き出される。次いで、成形されたセンサ12は、この型から取り出される。
【0041】
成形工程が終了した後、次に、試薬がこれらの電極に適用される。最初に、成形が完了した後、キャップが、このセンサの端部でキャピラリーのギャップへと流体(例えば、試験血液)を引き出すことを容易にする界面活性剤で処理される。次いで、試薬(酵素を含む)が、これらの電極に適用される。
【0042】
その後、エンドキャップ27が、本体12に接続され、そしてセンサにおける所望されないすべての開口部が、成形に用いられたのと同じプラスチックによって閉じられ、密封され得る。代替的には、エンドキャップがこの本体に取り付けられた後に、化学物質が、ワイヤに適用され得る。このセンサから突き出している任意の無関係のワイヤは、切断および除去され得る。次いで、センサ上に任意の所望される書き込み(例えば、製造コード、製品名など)が従来法によって、センサ上に適用され得る。
【0043】
(第二の実施形態)
図7〜12を参照して、本発明の第二の実施形態に従う電気化学センサが、示される。これらの図において、第一の実施形態(10)に類似する成分は、同じ参照番号で識別されるが、100番台である。詳細には、図7は、センサ110を示すが、そのセンサは、透明のプラスチックで作製されているかのようであり、その内側を見ることができる。前に示されるように、内側の成分および隠れた外側成分は、通常は、センサ110を見下ろしても、見ることができない。第二の実施形態110のセンサは、計器取り付け端部、またはプラグ端部114および流体サンプル収容端部116を有する成形されたプラスチック本体112を備える。この本体は、底部表面113および頂部表面115を有する。エンドキャップ127は、本体112と一体化され、この本体とともに成形される。ヒンジ227は、示されるように、本体上でのエンドキャップの旋回を可能にする。詳細には、センサ110の頂部表面115は、3つの頂部表面115a、115b、115cを有する。第一の頂部表面115aは、本体のほとんどの長さにわたり、そしてレッジ215で終わる;第二の頂部表面115bは、第一の115aの下に位置されるかまたは第一の115aより低い;そして第三の頂部表面115cは、ヒンジ227により他の2つの頂部表面115a、115bと分けられる。センサ110の構築の間、エンドキャップ127は、第三の頂部表面115cが第二の頂部表面115bと面と面で接して、頂部表面115aのレッジ215に隣接して止まるように、ヒンジの周辺を旋回する。従って、キャップ127の底部表面13aは、第一の表面頂部115aに隣接する頂部表面になる。図8を参照のこと。エンドキャップ127に形成される一対のテーパー状の突起125およびメインボディ112に形成される一対のテーパー状のトラフ122は、キャップが適切な位置に折りたたまれる場合、整列および嵌合する。このことは、ヒンジ部品の正確な整列を容易にしかつ保障する。
【0044】
本体112は、間隔の空いた3つの電極130、131、132を備える。本体112のプラグエンド114は、使用者がこのセンサのプラグエンド114を従来の計器(示さず)ソケット空洞へと挿入することを容易にするような一対のテーパー状側部縁部118、119を備える。
【0045】
センサ110の流体サンプル収容端部116は、本体の末端116に隣接する電気化学反応領域124を備える。この反応領域124は、本体112において、第二の頂部表面115bの中および電極130、131、132の周辺に/電極130、131、132に隣接して、本体112へと流れ込む流体との反応のために形成されるチャネルである。この反応領域は、電極の上に形成されても、下に形成されてもよいが、電極の上に形成されるのが好ましい。リッジ327は、エンドキャップの頂部表面(第三の頂部表面115c上)に形成される。このリッジは、一旦、エンドキャップ127が[超音波または接着剤により]第二の頂部表面115b上に溶接された後に、任意の流体が反応領域124から出ること、または細片が反応領域に入ることを回避する。エンドキャップが折りたたまれているときに、そのエンドキャップは、部分110の側部表面に沿った位置に溶接される。従って、リッジは、溶接の間に崩壊し得、このセンサの性能に影響し得ない。必要に応じたチャネル327aは、第三の頂部表面115cに構築されて、反応領域124の高さを増加させ得る。
【0046】
キャピラリー開口部128は、キャップ127が適切な位置に折りたたまれおよび溶接されるときに、センサ110の末端116に形成される。このキャピラリー開口部は、反応領域124に続く。開口部128の幅は、反応領域124において試験流体に曝されている検出電極130、131、132の長さとほぼ同じである。第二の実施形態のセンサ110もまた、キャピラリー充填デバイスであり、すなわち、反応領域124は、キャピラリー開口部128が試験される流体と接触して配置されているときに、流体サンプルを領域内に流し込むのに十分な程に小さい。キャップ127に提供される孔129は、反応領域124に流体が流れ込み、充填されるときに圧力を解放するために反応領域124と連絡している。好ましくは、このキャピラリー入口の底部または基部は、電極130、131、132の頂部表面と同一平面にある。
【0047】
導線または電極130、131、132を有する(打ち出されたかまたは鋳造された)導電性プレートは、射出成形された本体112内にほぼ覆われている。本体112は、プレートおよびこれらの導線130、131、32の周辺に成形される。伝導プレートは、1つの部分の物質である;それは、導線130、131、132、および接続セグメント230および231を備える。このセンサが作製されるとき、これらのセグメントは、導線を接続している。成形後、セグメント230、231は、切断および/または除去され、その結果、導線は、互いに離れ、別々になる。これらが接続されている場合、このシステムは、短絡している。
【0048】
電極130、131、132は、最初に本体112中に覆われており、プラグ端部114から反応領域124の末端116の直前までにわたる。これらの導線130、131、132は、所望される場合、反応領域において流体および化学物質により多くの表面領域が曝されて互いに接触するように、この領域に広げられ得る。導線130、131、132は、検出部分と同じ程度に広くあり得る。これらの導線130、131、132は、金属または金属合金(例えば、白金、パラジウム、金、銀、ニッケル、ニッケルクロム、ステンレス鋼、銅など)のような導電性物質である。これらの性能および感度を増強するために、これらはまたコートされ得る(例えば、銅で作製され、金でコートされる)。第二の実施形態において、導線130、131、132は、間隔が空いており、かつ互いに平行である。
【0049】
導線130、131、132のセグメント133は、センサ110のプラグ端部114から、本体112より外に延び、そして各々の計器(示さず)との接触表面領域134、135、136を提供するように、曝されている。これらの導線はまた、これらの上部表面が部分的に曝されるように、成形されたプラスチック内に包埋され得る。
【0050】
前出のように、センサプラグ端部114と流体サンプル収容端部116との間の導線130、131、132の部分は、射出成形されたプラスチック本体112内に包埋されている(すなわち包まれている);本体112は、絶縁体の射出成形可能なプラスチックで構築されている。
【0051】
開口部は、本体112の頂部表面115および底部表面113において、成形する工程の間に、フィンガーが型の中に入ることおよび出ることを可能にするように、形成される。詳細には、第一の開口部146のセット(3)および第二の開口部147のセット(3)は、頂部表面15a内に成形され;第三の開口部148および第四の開口部150および第五の開口160、161、162のセット(3)は、本体112の底部表面113内に形成される。一旦成形が完了すると、これらの開口部146、147、148、150の各々は、プラスチック(例えば、成形工程において用いられたものと同じプラスチック)で覆われ得るか、または開いたままであり得る。
【0052】
反応領域124内で、1つの外側の導線130は、第一の作用電極152として作用し、中央の導線131は、参照電極または対極153としての役割を果たし、そして最後の外側の導線132は、補助的または第二の、第二作用電極154として作用する。伝導性の導線130、131、132(すなわち電極152、153、154)は、センサ110に入る流体の試験サンプルと接触する唯一の導線(電極)である。これらの電極152、153、154は、成形されたプラスチックによりセンサ110の残りの部分から絶縁されて、導線により運ばれるシグナルが電気化学反応領域124中の試験サンプルに曝される部分のみから出されることを保証する。
【0053】
第一の実施形態のように、酵素156および所望の場合、電子移動メディエータが、第一の作用電極152の外側表面に適用される。抗体157もまた、第二の作用電極154の外側表面に適用され得る。酵素156はまた、第二の作用電極154にも適用され得、そして抗体が、第一の作用電極52の外側表面に適用され得る。
酵素156は、第一の電極152(または第二の電極154)の曝された表面領域全体に適用され得る。あるいは、この電極の十分に規定された領域が酵素で覆われている限り、この電極の曝された領域の全体が、酵素で覆われている必要はない。または酵素が、反応領域124において全ての電極152、153、154に適用され得、そして測定は、計器により行われ得る。好ましくは、作用電極のうちの一方(152または154)は、酵素を有する試薬を含む酵素で選択的に覆われ、そして他方の作用電極(154または152)は、各々の酵素を有さない試薬で覆われる。
【0054】
センサ110は、反応領域124中に流体サンプルを添加した後の流体サンプルの電気的特性を測定し得る計器と結合して用いられる。前出の第一の実施形態のように、センサ110のプラグ端部114は、計器に挿入および接続される。
【0055】
(第二の実施形態の成形プロセス)
型は、112と同じ形状を有する。伝導性の導線/電極130、131、132(電極のための結合伸長部230、231を有するプレートの形態)が、任意のコーティング(金属)で最初に処理される。化学物質/試薬(酵素を有するおよび酵素を有さない)はまた、成形の前に適用され得る;または、これらは、成形後に適用され得る。プレートは、型の中に供給され、そして設定および成形プロセスの間にプレートの位置およびレベルを保持するために、型における開口部(開口部146、147、148、150に対応する)を通して型の中に突き出すフィンガー(示さず)の上またはそれらの間に乗せられる。ナイフまたはパンチ(示さず)はまた、この型の頂部表面を通して挿入される(ナイフ/またはパンチにより形成された開口部の外観170)。これらのナイフは、結合伸長部230、231を穴開けおよび切断し、そして成形の間、屈曲部を適切な位置に保持する(図11を参照のこと)。前出のように、底部開口部は、フィンガーが導線を有するプレートを保持するように型の中に突き出すことを可能にし、頂部開口部は、フィンガーが、プレートおよび導線を保持するように型の中に突き出すことを可能にする。液体プラスチックは、型の中に注入され、ここでそれは型の中を満たす。次いで、そのプラスチックは、冷却される。
【0056】
一旦、プラスチックが形成されそして硬くなると、これらのフィンガーは、これらの開口部(開口部146、147、148、150、160、161、162)を通してこの型から引き出される。ナイフ/パンチが上部表面開口部170を通して引き出される。一旦ナイフ/パンチが引き出されると、導線130、131および導線131、132の間に配置された伸長部230、231が切断または削られることで、この導線が、別々に保たれることが確保される。次いで、成形されたセンサ112は、この型から取り出され、そしてセンサにおける任意の所望されない開口部は、成形に用いられるのと同じプラスチックにより密封され閉じられ得る。好ましい代替として、必須の試薬が、導線上の反応領域124においてこれらのセンサに適用される。界面活性剤は、キャピラリーの機能を促進するためにキャピラリー入口を処理するために用いられ得る。センサから飛び出している任意の無関係の金属は、切断および除去され得る。次いで、センサ上の任意の所望される書き込み(例えば、製造コード、製品名など)が、従来法によりセンサに適用され得る。
【0057】
(第三の実施形態)
本発明に従う電気化学センサの第三の実施形態が、図13〜20に示される。これらの図は、前出の実施形態における電気化学センサと類似する成分を識別するために同じ参照番号を使用するが、300番台である。図13および図17は、各々、センサ310、310’のその全体を示し、このセンサ310、310’を見下ろしたときに通常見えない内部成分を含む。
【0058】
第三の実施形態において、センサ310、310’は、反応領域324、324’中に流体サンプルが流れ込んだ後の流体サンプルの電気的特性を測定し得る計器と結合して用いられる。センサ310、310’は、計器取り付け端部またはプラグ端部314、314’および流体サンプル保持端部316、316’を有する成形されたプラスチック本体312、312’を備える。プラグ端部314、314’は、2つの前の実施形態のように、計器に挿入可能または接続可能である。本体はまた、底部表面313、313’および頂部表面315、315’を有する。本体312、312’は、2つの部分−(a)電極を入れるハウジング317、317’および(b)ヒンジ427、427’で、流体サンプル収容端部316、316’で電極ハウジング317、317’に旋回可能に取り付けられたエンドキャップ327、327’を有する一体で、単一の部分として成形される。代替的な実施形態において、電極ハウジングおよびエンドキャップは、互いに確実に取り付け可能である別々の部分であり得る。本体312、312’のプラグ端部314、314’近傍の側部縁部318、319、318’、319’は、テーパー状であり、従って、プラグ端部314、314’は、より容易に従来の計器(示さず)のソケットの空洞に挿入する。エンドキャップ327、327’は、本体に対向する外側のほとんどの縁部に形成される、成形を容易にするような「ノッチ」326、326’を有し得る。
【0059】
図15は、センサ310の長手軸方向の断面側面図を示す。頂部表面315は、315a、315b、315cを含む3つのセクションまたは表面を有する。第一の頂部表面315aは、それがプラグ端部314からレッジ415まで延びるというような、本体の主要部分を占める。第二の頂部表面315bは、315aより低いプレート上でレッジ415からヒンジ427にわたる。第三の頂部表面315cは、エンドキャップ327の1つの表面を横切って、ヒンジ427からエンドキャップの最外の延部に延びる。
【0060】
上で議論された第二の実施形態のように、ヒンジ427により、第三の表面315cが第二の頂部表面315bに面と面で接し、そしてエンドキャップの縁部が実質的にレッジ415に隣接して止まるように、エンドキャップが本体に折りたたまれる。完成したセンサにおいて、端部327の底部表面313aは、図15に示されるように、本体の頂部表面の一部となり、第一の頂部表面315aに隣接し、本質的に同じ平面上で止まる。
【0061】
エンドキャップが本体の第二の頂部表面315b上に折りたたまれているとき、本体の末端316に隣接して、「電気化学反応領域」324と称されるチャネルが本体中に形成する。反応領域324は、第二の頂部表面に315bにより一方の側部で結合されており、そして対向する側部で、エンドキャップ327の頂部表面により結合されている。反応領域は、本体の形状により規定される容量を有する。あるいは、所望の場合、このキャップは、それが本体上で旋回する場合、キャップが反応領域の容量を規定するように、形成され得るか;またはキャップおよび本体の両方の形状が、反応領域の容量を形成し得る。
【0062】
導線330、331、332は、本体312の長手方向軸を通ってわたる。これらの導線330、331、332は、互いに一定の関係で離れて配置される。導線330、331、332は、反応領域324で終結する。図17〜19は、2つの電極330’331’を有する、本発明に従うセンサを示す。
【0063】
反応領域または空洞324において、導線は、本体の絶縁物質中に、完全には包埋されていない。反応領域324において、導線の少なくとも1部分(例えば、先端、側部、または他の部分)は、その中に、本体312中に流れ込む流体サンプルと接触するように、検出電極330、331、332として曝される。反応領域324は、最初に、検出部の底部長手方向部分に置かれる。反応領域は、電極の上に形成されても、下に形成されてもよいが、好ましくは、電極の下に形成される。
【0064】
キャップ327は、本体上に折りたたまれ、そして実質的に緊密な密封を形成するように本体に確実に固定される。この構成の結果、キャピラリー開口部328は、センサ310の末端316を形成する。キャピラリー開口部328は、反応領域324まで延び、ここで、検出電極330、331、332の縁部は、試験流体に曝される。キャピラリー開口部328の幅は、検出電極330、331、332の幅とほぼ同じである。
【0065】
本体312はまた、表面がヒンジの周辺で折りたたまれる場合に、その表面の正確な整列を確保するための突起を有し得る。これらの突起は、代表的には、(a)本体上に折りたたまれるエンドキャップの表面および(b)本体上に折りたたまれる場合にエンドキャップにより覆われる、エンドキャップが折りたたまれる本体の第三の頂部表面、うちの少なくとも1つの上に配置される。種々の構成が可能であるが、例えば、1つの実施形態において、突起がエンドキャップおよび本体の上部表面315bの両方の上にあり得る。
【0066】
1つの実施形態において、図13に示されるように、この突起は、リッジ527および陥凹表面528を備え、これらは、キャップが本体上に折りたたまれるときに、嵌合して、反応領域を形成する。この実施形態において、リッジ527は、反応領域324の周辺に沿って第二の頂部表面315b上に形成され得、そして陥凹表面は、キャップ327上に形成され得るか、またはその逆である。リッジ527はまた、第二のリッジ(示さず)中にあり得、かつそれと実質的に整列し得、リッジ527の高さを増加させる。
【0067】
完成したセンサ310において、リッジ527は、陥凹表面528と嵌合して、本体内に密封の閉じた反応領域324を形成する。あるいは、リッジ527および陥凹表面528は、例えば、超音波エネルギー、接着剤、または他の任意の適切な技術により一緒にさらに溶接され得る。このように形成された密封により、反応領域324が、流体を損失することも細片を受け取ることも回避する。溶接の間、リッジ527は、センサの性能に影響することなく陥凹表面528へと融合する。
【0068】
図17〜20に示される、第三の実施形態のなお別の局面において、これらの突起は、エンドキャップおよび本体の上部表面315b’のうちの少なくとも1つの上に形成されるエネルギーディレクター529’である。種々の構成(例えば、本体上でキャップが旋回するときにキャップと融合するように、エネルギーディレクターが本体の全体に配置されるような構成)が可能である。図17〜19に示されるような実施形態において示されるように、エネルギーディレクター529’は、代表的に、好ましくはエンドキャップの周辺に沿って延びる少なくとも1つの突出リッジを備える。代表的には、エネルギーディレクターは、側部の一部を横切って延び得るが、それはエンドキャップの取り付けられていない3辺に沿って伸びる。示される実施形態において、エネルギーディレクター529’は、ヒンジ427’で始まり、そしてヒンジ427’と方向的に離れてエンドキャップ327’上に延び、そしてヒンジから最も離れた端部を横切る。
【0069】
キャップが本体上を旋回するとき、エネルギーディレクター529’は、一般的に、底部表面とキャップ表面との間の、強力な、漏れのない結合の形成を導くために、例えば、超音波エネルギーまたは他の従来法により溶解される。このように形成された結合は、チャンバー内に流体を密封し、流体が反応領域から拡散するのを防止する。あるいは、密封は、接着剤の適用により形成され得る。
【0070】
第三の実施形態のセンサはまた、キャピラリ充填デバイスである;例えば、キャピラリー開口部328’が試験される流体と接触して配置される場合に、反応領域324’は、流体サンプルをこの領域に流し込む。サンプル充填孔368’がキャップ327’に含まれる。キャップ327’が本体312’に折りたたまれる場合、サンプル充填孔368’の少なくとも一部分が、反応領域と連絡して、反応領域が流体で満たされたときにこの領域から空気を解放するための減圧孔378’を形成する。減圧孔378’は、サンプル充填孔368’の1つの縁部と反応領域のレッジ415’との間に延び、これは、末端316’から最も離れた反応領域の背壁にある。図20a、図20bは、図17のセンサ310’の末端部分の拡大図を示す。図20aは、本体から離れて延びるキャップ327’を示し、図20bは、このセンサの本体上に折りたたまれるキャップ327’を示す。
【0071】
減圧孔378’は、第三の実施形態における充填検出を提供する。キャピラリー開口部328’を通って流れ込む流体は、キャピラリー、好ましくは本体312’のより低い部分に沿って、反応領域324’まで移動し、ここで、その流体は、センサ310’の電極331’、332’(またはセンサ330、331、332の電極330、331、332)と接触する。好ましくは、本体の上部表面315’に面する電極の表面は、キャピラリー入口328’の底部周辺と同一平面上にある。サンプル流体が反応領域324’に入るとき、その流体は、それが減圧孔378’に達するまで、キャピラリー入口から最も離れた反応領域の端部まで移動する。流体が、減圧孔378’に存在する空気を置換すると、この流体は、反応領域中の電極のうちの少なくとも1つと接触してセンサ310’の開回路を閉じて、電流をセンサを介して流す。センサ内の電流の流れは、計器を作動し、キャピラリーチャンバーまたは反応領域が流体で十分に満たされたというシグナルを伝達する。減圧孔378’はまた、反応領域内の流体の充填を視覚的に検出するために用いられ得る。
射出成形された本体312は、電気的に絶縁する射出成形可能なプラスチックで構築される。本体312は、導電性プレートが最初に本体312内に包まれるように、導線330、331、332を有する導電性プレート(打ち出しまたは鋳造)の周辺に成形される。伝導性プレートは、単一部分の物質であり;それは、導線330、331、332 (図18における330’、331’)および接続セグメント430および431(センサ310’における参照番号432)を備える。センサが作製された後、導線と相互に接続するセグメント430および431が、切断および/または除去されてこれらの導線を互いに別々にする。センサの操作の間に相互に接続するセグメントがそのままである場合、このシステムは、短絡回路である。
【0072】
本体は、その中に成形された複数のガイドを有し得、それらのガイドの少なくとも1つは、少なくとも1つの導線と接している。
【0073】
導線330、331、332は、本体312を長手方向に通って、プラグ端部314から反応領域324まで延び、末端316の直前で終結する。センサの操作に必須ではないが、導線330、331、332は、予め決定された互いからの距離で本体312中に包まれ(包埋され)、これらは、一般的に、互いに平行である。反応領域において、流体サンプルと接触するのに十分な部分の導線が曝される;この曝される部分としては、例えば、電極の少なくとも先端、端部、または側部が挙げられる。
【0074】
電極330、331、332は、導電性物質(例えば、金属または金属合金(例えば、白金、パラジウム、金、銀、ニッケル、ニッケルクロム、ステンレス鋼、銅など))である。増強された性能および感度のために、これらはまた、導線を構成する金属とは異なる金属で覆われ得る(例えば、銅で作製された導線が金で覆われ得る)。所望される場合、導線330、331、332の幅は、反応領域内の流体および化学物質に対してより大きいかまたはより小さい表面領域を曝すために、反応領域324において広くても、狭くてもよい。本体を通して延びる導線330、331、332は、反応領域内に曝される部分と同じ程度の幅であり得、これらは、電極330、331、332を含む。
【0075】
導線330、331、332の各々は、セグメント333a、333b、333cで終結し、これは、プラグ端部314から本体312の外側に延び得、ここで導線は、各々、計器(示さず)との接触のための表面領域334、335、336を提供する。あるいは、これらの導線は、各々の導線の一部のみが、プラグ端部314で本体の外側に曝されるようにか;またはこれらの導線の頂部表面が計器の電気的接触導線と接触するように、成形されたプラスチックに包埋され得る。
【0076】
本体312の頂部表面315および底部表面113へと成形された開口部により、成形工程の間、フィンガーが、型の中に挿入されることおよびそこから取り出されることを可能にする。頂部表面315aは、2セットの開口部――第一の開口部346および第二の開口部347――を有し、各々3つの個々の開口部(openings or apertures)を有する。底部表面313は、第三の開口部348、第四の開口部350、および第五の開口部を有し、第五の開口部は、3つの個々の開口部360、361、362を含む。一旦、成形が完了すると、好ましくは、これらの開口部346、347、348、350の各々は、開いたままである。好ましい実施形態において、これらの開口部は、流体の、反応領域内の電極以外の領域との不測の接触を避けるために、閉じられる。あるいは、これらの開口部は、例えば、成形プロセスにおいて使用されたのと同じかまたは異なる物質を用いて覆われ得る。
【0077】
反応領域324内で、伝導性電極330、331、332は、第一の作用電極352、参照電極または対極353、および第二の作用電極354を含む。反応領域において、伝導性電極330、331、332は、試験サンプルがセンサ310に入ったときに、流体形態の試験サンプルと接触する。電極により運ばれるシグナルは、試験サンプルに曝された電極の部分により生じた接触から反応領域324において生じる。この反応領域において、1つの電極(好ましくは中央の電極)が、参照電極である。あるいは、この反応領域はまた、1つあるいは2つの作用電極(例えば、第一の作用電極352および第二の作用電極354)を有し得る。
【0078】
別の部分に結合された酵素(例えば、抗体または抗原)または分析物が、第一の作用電極352の外側表面に適用され、そして所望される場合、電子移動メディエータが、同じ電極352に適用され得る。抗体もまた、第二の作用電極の外側表面354に適用され得るか、反応領域において他に存在し得る。このように、反応領域324は、抗体、酵素−抗体結合体、酵素−分析物結合体などを含み得る。
【0079】
酵素は、第一の電極352または第二の電極354の曝された表面全体に適用され得る。あるいは、酵素は、作用電極の詳細に規定された部分に適用される。または、酵素は、反応領域324における全ての電極352、353、354に適用され得る。好ましくは、作用電極のうちの一方(352または354)は、酵素を有する試薬を保有する酵素で覆われ得、そして他方の作用電極(354または352)は、それぞれの酵素を有さない試薬で覆われる。
【0080】
この第三の実施形態のなお別の局面において、反応領域または空洞324は、それ自体が、物質――例えば、試薬、抗体、または酵素――で覆われ得、それらは、流体サンプル中の特定の構成要素と反応して、サンプルの電気化学的特性を変化させる。生じた変化は、電極により容易に検出され、そして計器により測定される。
【0081】
(第三の実施形態の成形プロセス)
型は、本体312の形状を有する。伝導性の導線330、331、332(電極の相互接触のための結合伸長部430、431との複合プレートの形態)は、最初に物質(これは、例えば、酵素、抗体、化学試薬であり得る)で処理または覆われる。化学物質/試薬(酵素を有するおよび有さない)は、一般的に、成形の後に適用される。
【0082】
プレートは、型に入れられ、型における開口部(開口部346、347、348、350、360、361、362に対応する)を通って型に突き出すフィンガー(示さず)上またはその間に配置される。これらのフィンガーは、設定および成形プロセスの間、プレートを適切な位置に保持し、レベルを保つ。
【0083】
ナイフまたはパンチ(示さず)は、この型の頂部表面を介して挿入される(ナイフ/パンチにより形成される開口部の外観370)。これらのナイフは、図15に示されるように、結合伸長部430、431を穴開けおよび切断し、そして成形の間、屈曲部を適切な位置に保持する。成形プロセスの間、底部開口部は、フィンガーが導線を有するプレートを保持するように型の中に突き出すことを可能にし、同様に、頂部開口部は、フィンガーが、プレートおよび導線を適所に保持するように型の中に突き出すことを可能にする。液体プラスチックは、型の中に注入され、ここでそれは型の中を満たす。次いで、そのプラスチックは、冷却される。
【0084】
プラスチックが形成されそして十分に硬くなった後に、これらのフィンガーは、これらの開口部(すなわち、開口部346、347、348、350、360、361、362)を通してこの型から除去される。ナイフ/パンチが頂部表面の開口部370から引き出され、除去され、導線330、331および導線331、332の間に配置される、切断または削られた伸長部430、431が残される。これらの切断された伸長部は、導線を別々に保つ。次いで、成形されたセンサ312は、この型から取り出され、そしてセンサにおける任意の所望されない開口部は、成形に用いられるのと同じプラスチックにより密封され閉じられ得る。
【0085】
好ましい代替として、必須の試薬が、導線上の反応領域324においてこれらのセンサに適用される。界面活性剤もまた、キャピラリーの機能を促進するためにキャピラリー開口部328に適用され得る。センサから飛び出している任意の無関係の金属は、切断および除去される。さらに、センサ上の任意の所望される書き込みまたは他の印(製造コード、製品名など)が、従来法によりセンサに適用され得る。
【0086】
特定の実施形態が例示および記載されたが、多数の改変が、本発明の精神から有意に逸脱することなく想定され、かつ保護の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。例えば、本発明の別の実施形態において、センサは、流体サンプル収容ウェル内に保持される色素の分光学的検出のための光反射測定計器を用いた使用のために設計される。
【図面の簡単な説明】
【0087】
本明細書の一部を形成する添付の図面において、同じ番号が、図面を通して同じ部分を示すために用いられる。
【図1】図1は、本発明の教示に従って作製される電気化学センサの第一の実施形態の上部平面拡大図である。
【図2】図2は、平面2−2に沿って切り取られた図1の電気化学センサの端面断面図である。
【図3】図3は、平面3−3に沿って切り取られた図1の電気化学センサの端面断面図である。
【図4】図4は、平面4−4に沿って切り取られた図1の電気化学センサの端面断面図である。
【図5】図5は、平面5−5に沿って切り取られた図1の電気化学センサの端面断面図である。
【図6】図6は、平面6−6に沿って切り取られた図1の電気化学センサの端面断面図である。
【図7】図7は、本発明の教示に従って作製される電気化学センサの第二の実施形態の上部平面拡大図である。
【図8】図8は、図7の電気化学センサの端面立面図である。
【図9】図9は、図7の電気化学センサの側面立面図である。
【図10】図10は、図7の電気化学センサの底部平面図である。
【図11】図11は、平面11−11で切り取られた図7の電気化学センサの端面断面図である。
【図12】図12は、平面12−12で切り取られた図7の電気化学センサの端面断面図である。
【図13】図13は、本発明の教示に従って作製される電気化学センサの第三の実施形態の上部平面拡大図を示す。
【図14】図14は、図13の電気化学センサの底部平面拡大図を示す。
【図15】図15は、平面15−15で切り取られた図13の電気化学センサの側面断面図である。
【図16】図16は、平面16−16で切り取られた図13の電気化学センサの端面断面図である。
【図17】図17は、本発明の教示に従って作製される電気化学センサの第三の実施形態の上部平面図を示す。
【図18】図18は、図17の電気化学センサの底部拡大図を示す。
【図19】図19は、平面19−19で切り取られた図17の電気化学センサの側面断面図である。
【図20a】図20aは、エンドキャップが本体から延びている図17のセンサの末端部分の拡大図を示す。
【図20b】図20bは、エンドキャップが本体に折りたたまれている図17のセンサの末端部分の拡大図を示す。
Claims (21)
- 化学反応または酵素反応の結果としての流体サンプルの電気化学的特性の変化を測定するための計器と協働する電気化学デバイスであって、以下:
(a)第一端部および反対側の第二端部を有する絶縁物質の本体;
(b)該2つの端部の間で該絶縁物質において、一定の長手軸方向の関係で配置された、少なくとも2つの導電性電極;
(c)該本体に計器を接続するための手段;
(d)流体サンプルを収容するための手段;ならびに、
(e)該流体サンプルと反応し得る1つ以上の物質で該電極の少なくとも1つを処理するための手段、
を備える、電気化学デバイス。 - 十分な量の流体サンプルが収容されている場合に、検出するための手段をさらに備える、請求項1に記載の電気化学デバイス。
- 請求項1に記載の電気化学デバイスであって、前記本体が、各部分が成形されたプラスチックから作製されている、ヒンジにより互いに取りつけられた2つの部分であるか、またはプラスチック中に実質的に成形された電極を有する成形されたプラスチックから作製された一体の、単一の部分であるかのいずれかの、電気化学デバイス。
- 前記本体中のヒンジの一方の側面上に、該本体における該ヒンジの他方の側面上の少なくとも1つの陥凹表面と嵌合するように形成された少なくとも1つの突起をさらに有する、請求項1に記載の電気化学デバイス。
- 流体サンプルを収容するための前記手段が、該流体サンプルと接触する際に前記本体へと該流体サンプルを流すように適合されたキャピラリー入口である、請求項1に記載の電気化学デバイス。
- 前記キャピラリー入口が、前記本体の前記端部内に成形されており、かつ反応領域と連絡している、請求項5に記載の電気化学デバイス。
- 前記反応領域が前記本体中に形成されているチャネルであって、該チャネルが、前記毛細管力により本体へと流れる前記流体の反応に適合された、請求項6に記載の電気化学デバイス。
- 請求項6に記載の電気化学デバイスであって、前記キャピラリー入口が、圧力を解放するように該キャピラリー入口と連絡する孔を有する、電気化学デバイス。
- 前記本体が、該本体を成形する間の該電極の保持を可能とする少なくとも1つの開口部を有する、請求項6に記載の電気化学デバイス。
- 前記少なくとも1つの開口部が、該開口部の成形の後に1つ以上の電極を化学処理するように前記反応領域と連絡している請求項9に記載の電気化学デバイス。
- 前記電極が、導電性ワイヤである、請求項1に記載の電気化学デバイス。
- 1つ以上の化学物質で少なくとも1つの電極を処理するための前記手段が、該1つ以上の電極を試薬および酵素でコーティングする、請求項1に記載の電気化学デバイス。
- 流体サンプルの電気化学的特性を測定し得る電子計器と協働する電気化学デバイスを作製するための方法であって、該方法は、以下の工程:
間隔の空いた少なくとも2つの導電性電極を1つの型の中に配置する工程;
少なくとも1つの該電極を、1つ以上の物質で処理する工程であって、該物質は、該流体サンプルと反応して、該電極により測定可能な電気化学的変化を引き起こす、工程;ならびに
該電極を少なくとも部分的に包埋し、そして2つの端部および流体サンプルを収容するための手段を有するように、絶縁物質の本体を成形する工程、
を包含する、方法。 - 前記成形する工程が、前記本体内にヒンジを構築することを含み、該ヒンジは、該本体の一部の該本体での旋回および接続を可能とする、請求項13に記載の方法。
- 請求項14に記載の方法であって、前記成形する工程が、前記本体中の前記ヒンジの一方の側部上の少なくとも1つの突起および該本体中の該ヒンジ上の他方の側部上の少なくとも1つのトラフを形成することを含み、該一方の側部が該ヒンジの周辺で該他方の側部上に折りたたまれる場合、該トラフが、該少なくとも1つの突起と嵌合する、方法。
- 流体サンプルを収容するための前記手段が、前記本体の前記端部において反応領域および孔と連絡するキャピラリー入口を備える、請求項13に記載の方法。
- 前記反応領域が、前記デバイスの底部に形成される、請求項13に記載の方法。
- 前記成形する工程が、前記センサが試験のために十分な量のサンプルを含む際に検出するための孔を前記本体中に形成することを含む、請求項13に記載の方法。
- 前記成形する工程が、適切な量のサンプルの存在を検出するための手段を前記本体中に形成することを含む、請求項13に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの電極を処理する工程が、前記成形する工程の後になされる、請求項13に記載の方法。
- 前記成形する工程が、少なくとも1つの開口部を、前記本体の表面中に形成することを含み、該開口部は、該本体を成形する工程の間、該電極を保持することを可能にする、請求項13に記載の方法。
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