JP2005512027A5 - - Google Patents

Description

血液サンプル中のグルコースの濃度を定量する方法

［関連出願に対する相互参照］
本出願は、２００１年１１月１６日付けにファイルされた米国連続番号６０／３３２，４１１の利益を請求するものであり、それは参照として完全にここに組み入れられている。

本発明は、マイクロ電極アレイ、アレイの製造方法およびアレイの使用方法に関するものである。本アレイは、電極用の従来の応用に使用される。本発明の１つの具体例として、本アレイは、吻合アレイであり、電気化学センサー中の電極として使用されよう。

電極は、産業に浸透している良く知られたデバイスであり、しばしばサイズはきわめて小さくてとりわけ見えないけれども、人々の生活に重要なインパクトを与えることができる。電極は、多くの工業的、医学的および分析的応用性をもった電気機器に使用される。少しばかり名前をあげると、流体の流れをモニターし制御すること、およびある化学種の有無または濃度を示すために電流が使用される多種類の分析方法などが、あげられる。

分析方法に関しては、大きな組成物中に見出されるある化学品の検出と定量的分析に対する必要性が、バイオテクノロジー、環境保護および健康ケア産業と同様に、化学産業および製造業にとって重要である。分析される物質の例としては、蛇口水、環境水および血液、血漿、尿、唾液、間質液など体液などがあげられる。

電気化学的検出法としてしばしば参照される多くの分析技術は、電気化学的センサーの部品として電極を役立てている。センサー類は、サンプル物質中の選択された化学種（分析物）の有無または濃度を正確に検出するために、電気装置と組み合わせて使用される。マイクロアリコット・サンプリング用の微小化された使い捨て型の電気分析サンプルセルを使用できる技術、および分析測定用の内蔵した自動手段は、特に有用であり得る。

電気化学的検出法としては、電流測定技術をあげることができ、この技術では、分析物を含む材料サンプルに直接または間接に接触する電極間に流れる電流の測定が、および電流の特性を調べることが、一般的にあげられる。電流の大きさは、既知の組成物の既知のサンプル、たとえば既知の濃度の分析物、を用いたシステムで生じる電流と比較され、サンプル物質内の分析物の量は、推定できる。これらのタイプの電気化学的検出法は、それらの相対的高感度および簡潔さの理由から一般的に使用されている。

マイクロ電極アレイは、一般的には、各電極は共通のエレメントと電極エレメントまたはマイクロ電極をもった大変小さな寸法の２つの電極をもった構造である。もし吻合すると、アレイは、交互の指のような形に配列される（たとえば、米国特許第５，６７０，０３１号を参照のこと）。これらは、一般的には、サブクラスのマイクロ電極である。マイクロ電極の吻合アレイまたはＩＤＡは、望みの性能特性を示すことができる；たとえば、その小さな寸法のために、ＩＤＡは、優れたＳＮ比を示すことができる。

吻合アレイは、高集積回路フォトリソグラフィ法を用いて、シリコンまたはガラス基板などの非可撓性基板上に処理されてきた。ＩＤＡは、極小さな寸法で、たとえば１〜３ミクロン範囲の寸法で使用されるときには、優れた特性を示すと考えられてきたために、ＩＤＡは、非可撓性基板上で使用されてきた。そのような小さな寸法では、基板のよう面構造（たとえば、平滑さまたは粗さ）は、ＩＤＡの性能に重要となる。非可撓性基板、特にシリコンは、例外的に、なめらかで、平滑な表面に処理されるので、これらは、ＩＤＡの場合に用いられてきた。

［発明が解決しようとする課題］
過去においては、マイクロ電極は、シリコン、セラミクス、ガラス基板、酸化アルミニウム、ポリイミドなどの非可撓性基板を用いて使用されてきたが、マイクロ電極アレイ、たとえば、ＩＤＡは、可撓性基板上で処理されると、有利に使用できることが発見されてきている。さらに、可撓性基板上で処理されたそのようなマイクロ電極は、集積回路フォトリソグラフィに関する方法とは、反対に、可撓性回路フォトリソグラフィを含む方法を用いて、製造できる。

可撓性基板上で処理された本発明の吻合アレイは、ＩＤＡが有利に使用できると知られている用途に一般的に使用できる。本発明の特定の実施例においては、ＩＤＡは、電気化学センサー、検査セルまたは検査細片を構築するために使用できる。センサーは、分析物用のサンプル組成物を分析する方法において、電気的検出システム（ときには、「検査スタンド」ともいう）とともに使用できる。センサー類の好ましい例は、使い捨てが可能で、チャンネル、またはマイクロチャンネル、とくにキャピラリーを包含することができ、それは、反応室中に入り、センサーと接触するサンプルの流れを促進する。

本発明のマイクロ電極アレイは、可撓性基板上で処理されたときに有用にすることができる。非可撓性基板上で処理されたＩＤＡ用にしばしば使用される寸法より、相対的に大きな寸法であるときに、ＩＤＡは、特に有効であることが示された。ＩＤＡは、非可撓性基板上で処理されたＩＤＡより、相対的に大きくなり得るが、本発明のＩＤＡは、たとえば、ＳＮ増幅利得および定常状態検査プロファイルなどの性能特性を示すことができ、その性能は、より小さな寸法のＩＤＡと比肩し得るものである。

本発明の電気化学的センサーは、たとえば市販のセンサーに比較して、有利な性能を提供することを見出した。グルコースモニターに使用されるセンサーに対しては、市販のセンサーに比較して、本発明のセンサーは、より改良された（短時間の）処理時間、たとえば、検査電位印加後０．５秒で定常状態になり、５秒で読み取りをおこなうことができ、相対的に小さなサンプル物質、たとえば、１マイクロリットル（μｌ）未満、好ましくは、０．２５〜０．１μｌ、たとえば、０．４〜０．１μｌの範囲のサンプル体積から正確なかつ精密な読み取りを行う能力を示すことができる。

大きな寸法のマイクロ電極アレイを使用することにより、より経済的で、かつより効率のよい可撓性回路フォトリソグラフィプロセスを用いて、アレイとセンサーを製造できるという有為な有利性を得ることができる。スピン−オン液体材料の代わりに、これらは、固体材料の使用、たとえば、集積回路フォトリソグラフィに典型的に使用される液体材料の代わりに、１つ以上の固体フォトレジストまたは固体カバー層の使用を有利に組み込むことができる。

本発明の１つの態様は、可撓性基板と組み合わせて使用されるマイクロ電極に関する。本アレイは、作用電極および対向電極を包含することができ、その各々の電極は、共通のリードおよび共通に接続された電極エレメント、たとえば、実質的に平行で交互の形に配列された電極エレメントを含む。マイクロ電極用の好ましい寸法は、たとえば、電極の機能サイズまたは幅（Ｗ_e）で、１５または２０または２５〜約１００μｍの範囲で、より好ましくは２５または３０μｍ以上〜約５０μｍの範囲である。電極間の好ましい間隔（Ｗ_g）は、約１５〜約５０μｍの範囲で、より好ましくは２０または２５μｍ以上〜約４５μｍの範囲である。

本発明の他の態様は、可撓性基板上に処理されたマイクロ電極アレイよりなる電気化学センサーに関する。このセンサーは、さらに電気化学的検出方法を実行しやすくするためにアレイ上に処理された化学塗膜を含む。

本発明のさらに他の態様は、本発明のマイクロ電極アレイ、たとえば、可撓性基板近傍に処理された吻合アレイよりなる電気化学センサーを用いた分析物の検出方法に関する。このような方法は、次の工程のある部分を含む。可撓性基板近傍のマイクロ電極とマイクロ電極近傍の化学塗膜よりなるセンサーが提供され、該塗膜は、電気的活性な反応生成物を産出するための反応性化合物よりなる。該塗膜は、分析物よりなる基板に接触し、電気的活性な反応生成物を産出するために、塗膜の化学的成分と分析物を反応させる。塗膜の電気的特性は、測定可能であり、また電気特性は、電気的活性な反応生成物の量に相関し、また分析物の量に相関している。

本発明のさらなる他の態様は、マイクロ電極を可撓性基板上で処理する工程を含むマイクロ電極製造法に関する。

本発明の具体例の１つは、マイクロ電極のアレイ、たとえば、可撓性基板と組み合わせて使用する吻合アレイ（「マイクロバンド」電極ともいう）に関する。

マイクロ電極のアレイは、互いに電気的に絶縁された作用電極および対向電極とする２つの電極を含む。

他の電極と一般的に区別して、マイクロ電極とは、電子およびバイオセンサー分野で理解されている。電極、電子機器および技術を用いて液体サンプルを分析するに当たり、電極のサイズおよび間隔は、サンプルを経由した電極への分析物の拡散が、平面通路で起こるのか、非平面通路で起こるのかに影響を与える。マイクロ電極アレイは、溶液の化学種を検出するに当たり、該種がマイクロ電極アレイの電極に非平面型で、たとえば拡散の曲面または半球状経路で拡散するかまたは接近するような、サイズおよび間隔である。対照的に、非マイクロ電極、すなわち「マクロ電極」は、実質的に平面通路により溶質を経由して分析物の拡散を行う。いくつかの電極構造は、拡散を引き起こし、平面経路および非平面経路により起こさせるとも考えられ、その場合には、とくに拡散が非平面経路により優先的に（たとえば５０％以上）起こるとすれば、または電極サイズが１００μｍ未満、たとえば５０μｍ未満であるとすれば、電極は、マイクロ電極アレイと考えることができる。

マイクロ電極アレイの電極は、上記したように非平面拡散になる配列に互いに近く位置づけられる。電極の配列は、実質的に互いに均等に間隔をあけられた作用電極および対向電極とともに、拡散を生じるどのような配列でもよい。一方の電極は、第２電極が置かれる隙間を生じる形、形状または輪郭になるように配列してもよい。たとえば、一方の電極は、電極の連続的に大きな回転のあいだに作られる連続的な長い細い間隙領域とともに、増加する半径、実質的に円形らせん状に配列してもよい。他方の電極は、回転のあいだ、間隙領域に位置づけてもよく、一方電極は、互いに絶縁されたままである。電極の幅および間隔は、マイクロ電極アレイ性能になるように配列することができる。

マイクロ電極アレイの他の形状によると、らせん状は、実質的には、円形ではないが、直線状、平面状、傾斜のある、または楕円形または卵型を含むことができる。または、電極は、他の幾何学的形状で配列することもできるし、それにより電極は、互いに隣接して位置づけられ、他の各々の間隙領域内に位置づけられ、たとえば続いて、実質的に均一のギャップにより分けられた同様な通路となる。

１つの特別な具体例では、マイクロ電極は、吻合アレイになるように配列してもよく、このことは、作用電極の電極エレメントの少なくとも１部は、対向電極の電極エレメントの少なくとも１部に対して実質的に平行に、または交互に引き続いておかれる、すなわち、交互の「指状」パターンで置かれる。そのような吻合マイクロ電極アレイとしては、電極エレメント（しばしば、「指」とすることがある）および電極エレメントを共通に接続する共通エレメント（「コンタクト細片」）が、あげられる。

電極部品は、電気伝導性材料で作られていてもよく、電極材料として公知で従来使用されているものを含み、とりわけ可撓性回路およびフォトリソグラフィ分野で公知の材料を含む。これらとしては、たとえば、他と同様にカーボン、金、パラジウムなどの貴金属、これらの金属の合金、電位形成性（導電性）金属酸化物および金属塩などが、あげられる。

電極およびそれらの部品は、部品間の分離と同様に電極部品の幅を意味する寸法であってもよく、これらは、有用な特性、たとえば、物質への接触または電気特性の測定に関しての有用なまたは有利な能力を、アレイに提供する。有利にも、吻合アレイは、相対的に小さなサンプル物質に接触して、その電気特性を測定できる寸法で製造することができる。

本発明の好ましい具体例では、各電極エレメントは、１５ミクロン（μｍ）〜約５０μｍの範囲で、特に好ましくは２０または２５μｍ以上〜約４０μｍの範囲である幅（Ｗ_e）を、独立にもっていてもよい。電極部品間の分離（Ｗ_g）、特に交互の電極エレメント間の分離は、１５〜約５０μｍの範囲であるのが好ましく、特に好ましくは２０または２５μｍ以上〜約４０μｍの範囲である。電極の全面積（共通エレメントの面積を意味するのではなく、指の面積を意味する）は、これらの寸法により選択でき、電極に意図される用途により選択でき、電極をパスするように意図される望みの電流レベルにより選択でき、また電極エレメントの望みの数により選択できる。１０本の電極エレメントをもっている電極の例としての面積は、約０．１〜約０．５平方ミリメートル（たとえば、１ｍｍ×５０μｍの寸法を有する１０本の指の場合）、たとえば、約０．２〜約０．３平方ミリメートルの範囲であり得る。

電極部品の厚さは、希望の電流をサポートするに充分であり得る。例としての厚みは、約３０〜２００ナノメータ（ｎｍ）、好ましい厚みの範囲は約１００ｎｍの範囲であり得る。

電極は、ユーテイリテイ、たとえば電気的挙動を測定するために物質に接触させることができるユーテイリテイを提供するのに充分な数の吻合電極エレメントをもっている。便宜上、アレイは、対向電極におけるのと同様に、作用電極においても実質的に同数の（同数のプラス、マイナス電極）の電極エレメントをもつことができる。電気化学的センサーに対して以下に記載する応用のいくつかと同様に、いくつかの好ましい具体例では、１つのアレイの各電極は、典型的には、約４〜約３０の電極エレメントをもってもよい。

図１は、本発明によるアレイの具体例を示す。作用電極２および対向電極４は、可撓性基板１０上の吻合アレイとして配列される。（他の数字の寸法が、本発明を限定するものではないのと同様に、数字は、スケールおよび寸法に対するものではない。）作用電極および対向電極は、共通の細片６ａおよび６ｂをそれぞれ含有しており、それらは、電極を外部回路に接続するために、電気伝導性手段（たとえば、「コネクター」、「パッド」または「リード」など）に接続できる。図示した例では、作用電極は、共通の細片６ａに接続された電極エレメント８ａを含み、また対向電極は、共通の細片６ｂに接続された電極エレメント８ｂを含む。

本発明によると、吻合アレイは、たとえば可撓性基板上近辺に処理される。可撓性基板として作用するために、材料は、可撓性であり絶縁性でなければならないし、典型的には薄くなければならない。基板は、ＩＤＡの部品を、またはセンサーの追加の部品を表面上に付着させることができるようにすべきである。このような薄くて、可撓性であり絶縁性である基板は、可撓性回路および可撓性回路フォトリソグラフィの分野でよく知られている。本開示による「可撓性基板」は、可撓性回路フォトリソグラフィではなく、集積回路（ＩＣ）フォトリソグラフィで使用される非可撓性基板に対比できる。ＩＣフォトリソグラフィで使用される非可撓性基板の例としては、シリコン、酸化アルミニウムおよび他のセラミクスが、あげられる。これらの非可撓性基板は、非常に平坦な表面に処理できるように選択される。本発明で使用される代表的な可撓性基板は、薄いプラスチック材料たとえばポリエステル、特に耐熱性ポリエステル材料、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）；およびポリイミドまたはこれらの２つ以上の混合物で構成される。ポリイミドは、デラウエア州ウイルミントンのＩ．Ｅ．デュポン社（ｄｕＰｏｎｔ）からＫａｐｔｏｎ（登録商標）の商品名で市販されている。ポリエチレンナフタレートは、ｄｕＰｏｎｔからもＫａｌａｄｅｘ（登録商標）として市販されている。特に好ましい可撓性基板は厚さ７ｍｉｌのＫａｌａｄｅｘ（登録商標）膜である。

本発明の吻合アレイは、一般に公知である組み込み電極への応用とくに電極の吻合アレイを包含する応用に使用できる。種々の応用が、プロセスおよび流量モニターまたは制御、および化学分析法に関しての応用を含めて、エレクトロニクスおよび電気化学分野で知られている。アレイは、電気化学センサーとして特に有用であり、そこでは、可撓性基板の使用に対して、付加的価値、利益、またはコスト効率があり、また従来の非可撓性基板上で処理された吻合アレイの寸法より相対的に大きな寸法の吻合アレイをもっているという点で価値、利益、またはコスト効率がある。

たとえば、本発明の吻合アレイは、電気化学的検出方法に使用されている電気化学センサー（ときどき、「バイオセンサー」または単に「センサー」とすることがある）に包含される。電気化学的検出方法は、電気および化学の原理に基づいて、たとえば物質を経由して流れる電流の大きさ、物質の抵抗または既知の電流を与えられた物質にかける電圧を、物質内での化学種の有無に関係付ける原理に基づいて操作する。これらの方法のいくつかは、これらがどのように実行されるか、たとえば電位差または電流が、制御されるかまたは測定されるかということにより、ポテンショメータ法、クロノアンペロメトリー法またはインピーダンスと呼ぶことができる。本発明のセンサーを含めた方法およびセンサーは、グルコース、血液尿素、窒素、コレステロール、乳酸塩などのレベルを同定するために、血液、血清、間質体液、または他の体液内の化合物などの特定の化学化合物（たとえば分析物または電気的活性化合物）の有無により直接的にまたは間接的に、物質を経由して流れる電流を測定できる。いくつかの電気化学的方法および電気化学的センサーの採用、およびそれらの構成、エレクトロニクスの特徴および電気化学的操作は、たとえば米国特許第５，６９８，０８３号，第５，６７０，０３１号、第５，１２８，０１５号および第４，９９９，５８２号明細書に記載されており、各々は、参照としてここに組み入れられている。

しばしば、物質中の関心ある化合物（分析物）は、分析物をＩＤＡ近傍の、またはＩＤＡに接触した他の化学品または化学品セットと反応させる第１反応により、直接には検出されず間接に検出される。この反応は、対向電極および作用電極間に電位差を印加する事により、また生じた電流の大きさを測定することにより、電気化学的に検出可能であり、また定量可能である電気的活性反応生成物を産出する。このことにより、第１反応により発生した電気的活性反応生成物の量を測定できるようになり、またこの測定を、サンプル物質中の分析物の量と相関付けできるようになる。

そのような方法の１例は、酵素の触媒的使用を含み、またときには、酵素による電流測定法と呼ばれる。これらの方法は、電気的活性反応生成物を生成するための反応性の化学化合物を含んだ化学塗膜で塗装された電極の吻合アレイを使用できる。（電気的活性反応生成物を生成するための反応性の化学化合物を、ここではときには「メディエータ（媒介者）」とする。）分析物を含むサンプルがこの塗膜に接触すると、分析物は、塗膜の化学化合物と反応し、電気的活性反応生成物を発生する。この電気的活性反応生成物は、電極間に電位差を印加する事により、および作用電極においてメディエータの電気的酸化により発生した電流を測定することにより、電気化学的に検出され、測定されまたは定量される。既知物質と濃度を用いてシステムの検量を行うことにより、未知の組成のサンプル物質の存在下でのシステムの電気的挙動は、検量データに比較して求めることができる。

本発明のセンサーは、たとえば酵素およびメディエータを含む有用な化学塗膜が、アレイ上に処理されていれば、電流測定応用、たとえば酵素による電流測定法への応用に使用してもよい。分析物を含むサンプルが、塗膜と接触するとき、分析物、酵素およびメディエータは、反応に関与し、そこでは、メディエータは、還元されるか（少なくとも１つの電子を受け取る）、または酸化される（少なくとも１つの電子を供与する）。通常、この反応においては、分析物は酸化され、かつメディエータは還元される。本反応が完結後、電位差を電極間に印加できる。還元し得る種の量および印加される電位差は、作用電極表面でのメディエータの還元された形の拡散制限された電気的酸化を生じさせるのに充分でなければならない。センサーのＩＤＡ電極構造が、作用電極指を、対向電極指に対してごく近接して置くことになる。したがって、作用電極で電気的酸化を受けたメディエータは、円周方向の拡散により近接した対向電極のほうへ急速に拡散し、そこで再び還元される。同様に、対向電極で還元された酸化メディエータは、酸化型への電気的酸化のために作用電極のほうに移動する。指間のこの移動は、電極間に一定のまたは「定常状態の」電流を生み出す。少しの時間遅延の後、この定常状態電流は測定され、かつサンプル中の分析物の量に相関される。

第１および第２の反応の化学品は、第１反応の電気的活性反応生成物を生産するのに有効であり、第２の反応のあいだに電気的活性反応生成物の量を検出しまたは定量するのに有効であり、また電気的活性反応生成物の量を元のサンプル中の分析物の有無または濃度と相関付けるのに有効な性質であればよい。

一般的に典型的な第１反応は、酸化／還元シーケンスとなることができ、好ましくは、電極間の化学電位を必要としないで起こる。この反応が、最大の、好ましくは完全な分析物の転化を促すことが望ましく、また出来るだけ早く進行することが望ましい。この反応はしばしば、たとえば酵素的に触媒作用を受ける。このような反応スキームおよび酵素による電流測定への応用は、公知である。たとえば、米国特許第５，１２８，０１５号；欧州特許明細書ＥＰ０４０６３０４Ｂ１；およびアオキ コーイチ著「定常状態条件下での吻合アレイにおけるレドックス可溶性種の拡散制御された可逆電流の定量的分析」、Ｊ． Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌ． Ｃｈｅｍ． ２５６（１９８８）， ２６９−２８２を参照のこと。有用な反応スキームの１例は、体液の成分、たとえばグルコースの酵素または共因子との反応、たとえばメディエータ存在下での反応により、電気的活性反応生成物を産出する。

いずれかの選択された電気化学的検出方法の第１反応スキームの化学は、分析物の同定およびサンプル物質の同定を含めて、システムに関係する種々の化学的因子に照らして選択できる。そのときでさえ、与えられた分析物または物質に対して、種々の異なった反応性成分は、触媒（しばしば、種々の酵素が有用である）、共反応物（たとえば、種々のメディエータが有用であろう）、および共因子（必要な場合には、変化が有用であろう）という言葉で有用となろう。このような多くの反応スキームおよびそれらの反応成分および反応生成物は、公知であり、また少しの異なった酵素の例は、表１にリストされたものを包含する。

メディエータは、いずれの化学種（一般的には電気的活性）でもよく、またそれは、酵素、分析物および必要により共因子（およびその反応生成物）を含めた反応スキームに関わり、検出可能な電気的活性反応生成物を生成する。典型的には、この反応におけるメディエータの関与は、これらの１つの反応生成物（たとえば、異なった反応状態になるように反応される共因子）である酵素、分析物または共因子、または種のいずれかと相互作用した結果、酸化状態での変化（たとえば、還元）を含む。種々のメディエータは、適当な電気化学的挙動を示す。メディエータは、好ましくは酸化された形でも安定であることであり；必要により可逆の酸化還元電気化学を示してもよく；好ましくは水溶液に良好な溶解性を示すことができ；さらに好ましくは急速に反応し電気的活性反応生成物を生成できることである。適当なメディエータの例としては、ベンゾキノン、メルドラブルー、他の遷移金属錯体、カリウム第２鉄シアナイドおよびニトロソアニリンなどが、あげられ、米国特許第５，２８６，３６２号を参照のこと。表１も参照のこと。

ヒトの血液中のグルコースを検出するのに有用であると知られている酸化／還元反応スキームの１例を記述するために、グルコースを含むサンプルを酵素（たとえば、グルコース−染料−オキシドリダクターゼ（Ｇｌｕｃ−Ｄｏｒ））および必要な場合には、共因子（たとえば、ピロロ−キノリン−キノン）と、酸化還元メディエータ（たとえば、ベンゾキノン、第２鉄シアナイド、またはニトロソアニリン誘導体）の存在下で、反応させ、分析物の酸化された形であるグルコノラクトン、および酸化還元メディエータの還元された形を生成する。米国特許第５，１２８，０１５号明細書を参照のこと。反応スキームの他の例も知られており、特定の分析物、たとえば、コレステロール、尿素などを検出するように意図された方法で、典型的には使用されている。

反応終了後、電力源（たとえば、バッテリー）は、電極間に電位差を印加する。電位差が、印加されたとき、対向電極における酸化還元メディエータの酸化型の量および電位差は作用電極表面における酸化還元メディエータの還元型の拡散制限された電気酸化を引き起こすのに充分でなければならない。この具体例では、ＩＤＡ電極構造における対向電極および作用電極の指が近くに近接していることが、電極間の還元されたおよび酸化された酸化還元メディエータの円周方向での早い拡散の助けとなっている。電極間のメディエータのリサイクルおよびそれらの引き続いて起きる電極上での酸化還元は、一定のまたは「定常状態」検査電流を発生する。この定常状態検査電流を電流測定器で測定する。

測定された電流は、次の要件が満たされた場合には、サンプル中の分析物の濃度と正確に相関付けられよう：
１）酸化還元メディエータの還元型の酸化速度は、酸化還元メディエータの還元型の作用電極表面への拡散速度により支配される。
２）生じた電流は、作用電極表面での酸化還元メディエータの還元型の酸化により制限される。

好ましい具体例では、これらの要件は、迅速な可逆メディエータを用いることにより、また拡散制限された電気的酸化のあいだに生じる電流が、作用電極表面において酸化還元メディエータの還元された形の酸化により制限されることを確かめるために、メディエータおよび他の化学層の成分の量の混合物を使用することにより、満足される。作用電極表面においてメディエータの還元された形の酸化により制限される電気的酸化のあいだに生じる電流に対して、対向電極表面における還元種の量は、作用電極表面において酸化還元メディエータの還元された形の量を常に超えておかねばならない。

反応スキームの１例は、第２鉄シアナイドおよびグルコース−染料−オキシドリダクターゼ（Ｇｌｕｒ−Ｄｏｒ）を用いるグルコースの検出方法に関する。グルコースと酵素のあいだの酵素反応の電気的活性反応生成物が、還元されたメディエータである第２鉄シアナイドである。第１鉄シアナイドは、作用電極で電気的酸化されて、第２鉄シアナイドに戻る。酸化された酸化還元メディエータ１モルは、作用電極において酸化された還元酸化還元メディエータの１モルに対して、対向電極で還元される。作用電極で電気的酸化された第２鉄シアナイドは、対向電極に拡散して、かつ対向電極で生成した第１鉄シアナイドは、再び酸化される作用電極に急速に拡散できる。「定常状態」濃度勾配は、対になった対向電極および作用電極のあいだに確立され、作用電極で一定の準定常状態電流を発生する。

好ましくは準定常状態条件で測定される電流の大きさは、塗膜中に存在する電気的活性反応生成物の量に相関でき、またしたがって、サンプル中の分析物の量に相関できる。

化学塗装は、塗膜中に分析物の拡散を行わせるべきであり、記述したように反応が、次に起こる。塗膜は、反応性化学成分を含むことができる材料を含むことができ、これが、成分間に反応を起こさせ電気的活性反応生成物を生成させ、化学成分の必要な拡散を行わせ、かつ電気的活性反応生成物の濃度に基づいて塗膜を通過する電流をサポートできる。典型的には、塗膜は、反応し電気的活性反応生成物を生成するセットになった化学品を含んでいるバインダーで作ることができる。一般的に、この化学品は、メディエータ、必要な酵素および共因子を含んでいる。そのような塗膜は、塗膜を加工しやすく適合させるために、電気化学センサー分野で当業者なら理解できる界面活性剤、膜形成剤、接着剤、湿潤剤、他の成分および添加剤と同様に上にリストアップした特定の成分を含めて、多くのさらなる成分をも含むことができる。

バインダーは、反応スキームの異なる成分の拡散、反応性成分のあいだの反応、および反応性成分およびメディエータおよび電気的活性反応生成物の準定常状態濃度勾配を生成するのに充分な生成物の移動を行わせながら塗膜の集積を提供し、またそれにより電極対間の安定なまたは準定常状態電流を確立できる。バインダーの例としては、ゼラチン、カラゲナン、メチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、アルギン酸塩、ポリエチレンオキサイドなどがあげられる。

本発明によるセンサーは、可撓性基板上で処理されたマイクロ電極を含み、必要な場合には、化学塗膜を含み、またさらには、たとえば電気化学的検出法に使用する目的で設計された電気システムまたは装置（たとえば、検査スタンド）中でセンサーを使用するのに必要な直接の付属品を含む。センサーは、可撓性基板上で処理された吻合アレイを含み、分離された電極の各々に異なる電圧を独立して接続するための追加の部品、たとえば、電気コネクター、リード、またはパッドなどをもったアレイを含む。ある場合には、このセンサーは、同一または異なる基板上に設けられ、またアレイから電気的に絶縁される参照電極を含んでいてもよい。このセンサーは、ＩＤＡと接触してサンプル物質を直接流す部品、たとえば容器、チャンネル、マイクロチャンネル、またはキャピラリーなどを含んでいてもよい。このセンサーの特に好ましい具体例は、マイクロチャンネル、またはキャピラリーを含み、さらに最も好ましくは、ＩＤＡを超えて（たとえば被覆されたＩＤＡ）反応室内にサンプル物質を直接流すキャピラリーを含む。

キャピラリーは、好ましくは短時間で、サンプル体積の流れをＩＤＡ上に正確に指向させることにより、サンプル物質の小さな体積の分析を容易にさせるために、センサー内に含ませることができる。サンプル物質の相対的に小さな体積の分析は、ＩＤＡの信号増幅特性により、少なくとも部分的には達成できる。

「低容積センサー構造」としているキャピラリーの好ましい寸法は、（深さ）０．０２５〜０．２ｍｍの範囲であり、好ましくは、（深さ）約０．１２５ｍｍ×１ｍｍ（幅）×３ｍｍ（長さ）であり、これによりキャピラリー室内は、たとえば４００ナノリットル（ｎＬ）未満のサンプルの相対的に小さな体積を必要とすることになる。室の体積は、サンプル物質の小さな体積が分析用の室中にまたは経由して指向できるようにすることが好ましい。室容積は、検討する分析物のタイプおよび分析物の濃度によってさえも変化するものである。（異なるヘマトクリットの血液サンプルは、キャピラリー中に異なって調剤するものである。）室容積の例は、間質体液中のグルコースの分析用には約１００〜３００ナノリットルの範囲であり、また全血液中のグルコースの分析応用には約２５０〜４００ナノリットルの範囲である。キャピラリーを含めたセンサーの最も好ましい具体例では、キャピラリーは、室内外の圧力を同等にすることにより、キャピラリー室内へのサンプル物質の流入を行いやすくするベントをもってもよい。

本発明のセンサーは、これらの特性および他の特性を含むことができ、特に具体例が使い捨てのときには、「検査細片」または「検査セル」としておくことができる。「使い捨て」という言葉は、単独使用用に設計され市販されているセンサーのことをいい、使用後は、それらは、捨てるか、後日の使い捨てのために貯蔵することとする。

キャピラリーは、たとえば、赤外と記載されているように、フォトリソグラフィ方法を用いてセンサー部品として製作してもよい。

センサー構造の１例を好ましい具体例により図２中に示している。この図は、センサー２０を示し、可撓性基板２４上で処理された電極２２の吻合アレイを含んでいる。電極は、パッドとして同定できる部分２８を含んだ電気伝導性のコネクター２６に接続され、可撓性基板の表面上に位置しており、そこでは、検査装置などのような外部電気回路に接続されるようになっている。コネクターは、コネクター部分３０をも含んでおり、それは、アレイでの電極エレメントをパッドに接続し、また典型的には、絶縁層で覆われている。図２ａは、アレイ２２のクローズアップを示し、各コネクター２６に接続された電極は、吻合型で配列されている（図１に示したように）ことを示している。

図３は、本発明のセンサーの異なった詳細を示している。図３は、可撓性基板２４よりなるセンサー２０と、吻合電極２２のアレイとコネクターとパッドを示している。非伝導性層３２は、基板上で処理され、コネクター２６のコネクター部分３０は、アレイ２２の部分上で処理され、かつアレイ２２の交点といくつかの基板を含む長方形のキャピラリー部分上では処理されていない；この長方形部分は、キャピラリー室３４を定義している。（この図では示されていないが、化学塗膜は、キャピラリー室内のアレイ上に処理されているのが好ましい。）ホイル３６は、非伝導性層３２の部分を含むセンサーの長方形部分と、空気ベント３８以外のキャピラリー室３４の部分とを覆っている。この具体例は、図４中に片側側面から示しており、また図５中に他側面から示している。図５は、基板２４と、アレイ２２と、室３４を定義している非伝導性層３２と、ホイル３６とを具体的に図示している。さらに、図５は、キャピラリー内でアレイ２２上で処理された塗膜４０を含んでいる。

図６は、本発明のセンサーの拡大図を図示している。センサー２０は、可撓性基板２４と、パッド部分２８および接続部３０を含むコネクター２６および電極２２の吻合アレイを用いてパターン形成された導電性フィルム４０と、キャピラリー室３４の深さと寸法を定義する絶縁材料３２と、キャピラリー室３４中で処理される化学塗膜４０と、親水性接着層４２で被覆されたトップホイル３６とを含んでいる。

センサーなどの種々の具体例のうち、本発明のアレイは、以上記述した原理および特定の方法その他を用いたものを含めて、電気化学的検出方法に使用することができる。そのような方法は、可撓性基板上で処理されたアレイを使用し、さらにアレイに接触している化学塗膜を含んでいることが好ましい。

分析物を含有しているサンプルを塗膜と接触させると、分析物は、一般に塗膜の化学組成および分析物の化学的アイデンティティなどの因子に依存する速度で、塗膜中に拡散していく。一般に、化学塗膜は、サンプル物質により少なくとも部分的に溶解するかまたは、加水分解されるものである。最高速の読み取り時間（サンプル物質との接触に引き続く、物質中の分析物濃度の読み取りが得られるときの時間）を提供する方法のために、分析物が、塗膜中にすばやく拡散して、その後迅速にかつ完全に反応して、電気的活性反応生成物を生産することが望ましい。この反応が起きる時間は、サンプルの相対的に小さな体積で操作することにより削減でき、また溶解され加水分解を受ける相対的に少量の化学塗膜をもつセンサーを使用することにより削減できる。

分析物を含む物質が化学塗膜と接触してから、検査電位がアレイに印加されるまでの時間、および分析物が、塗膜中を拡散し、反応して電気的活性反応生成物を生成する間の時間は、「遅延期間」とすることができる。この期間は、上記のことが起きるために必要な時間のいかなる量でもあり得るが、この期間は、最小限であることが好ましく、またある具体例では、約１０秒未満であり得るが、好ましくは約２〜６秒の範囲である。

遅延期間後、塗膜の電気特性は、測定できる。当業者により理解されているように、クロノアンペロメトリー法により、またはポテンショメータ法により、電流または印加電位は制御でき、関連した電流、抵抗または電圧のいずれも測定でき、電気的活性反応生成物および分析物の量に相関付けることができる。電流の大きさまたは代わりの電位差、または化学塗膜の抵抗が、センサー電極に接続した外部回路を用いて、測定できる。

１つの例として、クロノアンペロメトリー方法によると、電位（「検査電位」）は、電極に亘り印加できるし、塗膜を通して流れる電流（「検査電流」）を誘導できる。電位は、２反応スキーム（たとえば、上記したように）の第１工程で形成されるレドックス生成物の還元または酸化が起きる程度に充分であるべきであるが、他の電気化学的反応を起こすのに充分でないようにすべきであるし、または塗膜を経由して著しい電流を流すのに充分でないようにすべきである。この検査電位は、選択されたレドックスメディエータと、電気化学的検出方法、電気化学的システムおよび反応スキームに関連した因子と、センサーの一般的能力とに依存して選択できる。典型的な電位は、数ミリボルト〜数百ミリボルトの範囲、たとえば約１００〜５００ミリボルト、好ましくは、約２００〜４００ミリボルトの範囲であり得る。

測定された電流は、相対的に高いレベルまで初期のあいだはスパイクを示すが、その後準定常状態の濃度勾配およびメディエータと電気的活性反応生成物のリサイクル反応ループに基づいて、定常状態電流に低下してゆく。電流の大きさは、準定常状態の濃度勾配に基づいて、系を流れる電流が平坦に達したとき、測定されるのが好ましい。検査電位の適用開始時間と平坦になるまでまたは近定常状態に続く時間の期間は、「検査期間」とすることができる。定常状態検査電流は、反応スキーム、成分の化学組成などにより、種々のそのような時間の期間内に起こり得る。本発明の実施においては、１分未満、たとえば３０秒未満の検査期間が好ましく、さらに１０秒未満のより短い検査期間が、最も好ましい。検査プロファイル（検査電流対時間プロファイル）は、アレイ中の電極エレメント間の空間を変更することによりある程度まで制御可能である；電極エレメント間の空間を増加すると、検査電位適用と定常状態検査電流の形成のあいだの時間間隔はより長くなり得る。

本発明のセンサー例により示された検査電流は、電気化学的検出方法において機能するどのような電流でも可能である。本発明のセンサーに対して、いずれの有用な電流も使用できるが、好ましくは、ナノアンペア範囲（たとえば、２０〜２５ナノアンペア間）の低い終端からたとえば例示的な作業範囲である、すなわち定常状態電流平坦域で、１００マイクロアンペアの範囲にいたるまでの範囲で使用することである。代表的な定常状態検査電流は、１マイクロアンペア以下〜１００マイクロアンペアあたりの範囲であり、好ましくは、約０．５〜約２５マイクロアンペア範囲である。血液サンプルのグルコース含有量の検出に有用な本発明の具体例において、この範囲における電流応答（定常状態検査電流）は、サンプル中のグルコース濃度に関して，特に１デシリットルあたり（ｍｇ／ｄＬ）約０〜６００ミリグラムの範囲のグルコース濃度に対して、リニアであることが見出されてきた。

本発明のセンサーは、電子またはコンピュータシステムおよび装置と組み合わせて使用してもよいし、分析物同定方法およびサンプル物質内の分析物濃度を測定する方法と組み合わせて使用してもよい。たとえば、センサーは、テキサス州オースチンのナショナル・インストルメント社から購入した部品から組み立てたＶＸＩまたはバイオポテンシオスタット検査スタンドを用いて使用できる。この状況において、本発明の方法は、約３秒の遅延期間と、約３００ミリボルトの検査電位と、検査電位印加後可変ではあるが、約１．５〜２秒であるのが好ましい検査期間をもって実行できる。

センサーは、サンプル物質内の分析物の濃度を検出し定量するための方法で使用できる。分析物は、多くの物質、一般的には体液のいずれかのうちに存在している種々の化学化合物から選択できる。分析物を含む物質の例としては、血液、尿素、および間質体液などの体液；環境水、地下水、排水などの水が、あげられる。

本発明のいくつかの具体例では、分析物は、非常に低濃度で検出でき、たとえば、グルコースは、メディエーターとして第２鉄シアナイドを用いて、血液中の０．５ｍｇ／ｄＬ（５ｐｐｍ）の低濃度で測定できる。

本発明のアレイまたはセンサーの使用は、ある種の実際の利点を提供する。たとえば、可撓性基板は、電極間の増加空間と同様に、増加サイズ（たとえば、幅）の電極部品を含めて、相対的に大きな寸法の電極と組み合わせて使用できる。より低いサンプル体積は、遅延期間の時間を独立に減少させることができる。準定常状態領域の検査電流の促進形成とを組み合わせて、遅延期間をより短縮することが、よりすばやい読み取り時間を作り出す。本発明の実施において、１０秒未満の読み取り時間は、好ましくは約４〜５秒の範囲の読み取り時間を用いて達成されてきた。

本発明による試験セルおよび試験細片は、あらかじめ測定することなく分析される血液の体積を制御できる。電子的またはコンピュータ制御の装置（一般的には試験スタンドとしている）中に試験セルを挿入すると、反応の自動的機能化とタイミングを行い、サンプルの分析ができるようになる。これにより、患者は、非常に高度の精密さと正確さをもって、自己検査ができるようになる。方法と、センサーまたは試験セルと装置は、重要な体液たとえば血液のグルコースレベルを、患者により自己モニターする方法を提供するように設計されている。このセンサーは、サンプル体積および反応媒体を制御するように使用され、精密な正確なそして再生可能な分析を提供するために使用される。使い捨ての試験細片または試験セルは、携帯型の電気化学的試験器と組み合わせて使用できることが好ましい。

本発明の好ましい具体例は、上記した吻合したマイクロバンド電極からなるマイクロ電極アレイを使用している。この配列は、狭く分離した作用電極および対向電極間のレドックス生成物の前記したリサイクルにつながるけれども、このことは、本発明を成功裏に実行するための厳格な要件ではない。別の具体例は、作用電極として作用するためのより一般的なマイクロ電極アレイを提供することである。これらは、対向電極とは吻合しないマイクロバンドであってもよく、対向電極で近くには一定の間隔を置いていないマイクロデイスクであってもよい。この場合、作用電極バンドまたはデイスクの幅および直径は、作用電極表面に半径方向のまたは球状の拡散をある程度可能にするような寸法にするべきである。典型的には、寸法は、５〜５０μｍの範囲であるべきであり、生物学的体液検査に使用されるセンサーの場合に遭遇する水系の場合に対しては、最も好ましくは、１０〜５０μｍの範囲であるべきである。両方の場合とも、対向電極は、作用電極の最小の寸法より一般的に大きい作業アレイから一定の距離をおいて設けられている。

これらの具体例では、作用電極と対向電極のあいだのレドックス種の特定リサイクリングは、他に記載した具体例と同様な方法で観察されていないし、このため検査電流の大きさは、削減されている。にもかかわらず、作用マイクロ電極構造への半径方向のまたは球状の拡散効果は、リニア拡散のみから予見される電流密度より大きな電流密度として観測できる。大きさは減少し、かつ好ましい具体例により示された準定常状態に近づいていないけれども、上記したと同じ試薬がマイクロ電極アレイ上に設けられるとき、問題の分析物（たとえば、グルコース）に対する用量反応を測定することは、まだ可能である。

本発明のマイクロ電極アレイは、基板特に可撓性基板上に電子部品を設けるために有用な種々の方法を使用して、可撓性基板上に設けることができる。このような種々の方法は、一般的には、異なったタイプの回路の製造に対して知られており、乾燥塗布、ラミネーション、スピンコーティング、エッチング、およびレーザー摩滅などの特定の技術を包含している。１つ以上の次の一般化された方法は、本発明によるマイクロ電極アレイの製造に特に有用であろう。

ここで述べたように、マイクロ電極アレイ、たとえば、ＩＤＡを製造する１つの方法は、レーザー摩滅技術の使用による。バイオセンサー用電極を製造するこれらの技術を使用した例は、２００１年５月２５日にファイルされた米国特許出願第０９／８６６，０３０号「連続カバーレイチャンネルをもったレーザー摩滅電極を用いたバイオセンサー」、および１９９９年１０月４日にファイルされた米国特許出願第０９／４１１，８４０号「パターン化されたラミネートおよび電極用のレーザー限定特性」に記載されており、両方の開示は、参照としてここに組み入れられている。

通常は、レーザー摩滅技術は、材料を切ったり、成型したりするためにレーザーを使用する。本発明によると、マイクロ電極は、摩滅技術たとえば、絶縁材料および導電性材料たとえば、絶縁材料上に塗装されたまたは積層された金属層の金属ラミネートを含めた多層組成物を摩滅することにより製造できる。金属層は、金属導電体である純金属、または合金または他の材料を含んでいてもよい。例としては、アルミニウム、カーボン（グラファイトなど）、コバルト、銅、ガリウム、金、インジウム、イリジウム、鉄、鉛、マグネシウム、水銀（アマルガムとして）、ニッケル、ニオビウム、オスミウム、パラジウム、白金、レニウム、ロジウム、セレン、シリコン（高ドープ多結晶シリコン）、銀、タンタル、タングステン、ウラニウム、バナジウム、亜鉛、ジルコニウム、それらの混合物および合金またはこれらの元素の金属化合物などが、あげられる。これらの貴金属およびその合金は、生物学的システムに反応性がないから、好ましくは、金属層としては、金、白金、パラジウム、イリジウムまたはこれらの金属の合金、があげられる。金属層は、厚さはどうでもよいが、好ましくは、１０〜８０ｎｍで、より好ましくは２０〜５０ｎｍである。

レーザー摩滅プロセスにおいては、金属層は、マイクロ電極のパターンに摩滅される。パターン化された層は、さらに金属層を用いてメッキをしたり、塗装してもよい。たとえば、金属層は、銅でもよいが、それは、レーザーで摩滅され、電極パターンを形成する。銅は、チタン／タングステン層でメッキされ、その後金層でメッキされ、希望のマイクロ電極を形成する。しかし、好ましくは、いくつかの具体例では、金の単一層のみを使用している。有用な金属ラミネートの１例は、ポリエステルまたはＫａｌａｄｅｘ膜などの他の可撓性基版であって、それらは、金の層で被覆され、好ましくは、厚みは５ｍｉｌである。

導電性材料は、レーザーで摩滅され、マイクロ電極アレイを残す。導電性材料の摩滅ができるレーザーシステムは、いずれのシステムも有用であろう。このようなシステムは、良く知られており、市販されている。たとえば、エキシマレーザーがあげられ、レンズ、鏡、またはマスクで制御することにより、摩滅パターンをもっている。このようなシステムの具体例は、ＬＰＸ−４００， ＬＰＸ−３００または ＬＰＸ−２００であり、両者ともドイツのガルブセンのエルペーカーエフ レーザー エレクトリック ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツンクから市販されている。

レーザー摩滅用プロセスの具体例の１つは、次のとおりである。センサー図形のシートをＭｉｃｒｏｌｉｎｅＬａｓｅｒ ２００−４レーザーシステム（エルペーカーエフ社製）中で作成する。このシステム室は、ＬＰＫＦ−ＨＳ精密位置決めＸ，Ｙテーブル上の真空プラテンと、レーザー鏡および光学系と、マスク上に長方形のフィールドに分割されたセンサー部品をもった水晶／クロムフォトマスク（コロラド州コロラドスプリングス、インターナショナル フォトツール（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｐｈｏｔｏｔｏｏｌ））とを包含している。フォトマスク位置決めと、Ｘ，Ｙテーブル移動とレーザーエネルギーは、コンピュータ制御されている。寸法が２２ｃｍ×２２ｃｍの金属ラミネートのシートを、室内の真空テーブル上に置く。テーブルは、出発位置に移動し、Ｋｒ／Ｆエキシマレーザー（２４８ｎｍ）は、フォトマスクの第１フィールドを経由して金属ラミネート上に焦点を当てられる。フォトマスクフィールドの明るい領域を通過したレーザー光は、金属ラミネートから金属を摩滅する。フォトマスクのクロムを塗布した領域は、レーザー光をブロックし、これらの領域の摩滅を防ぎ、その結果、ラミネート膜表面に金属センサー構造が形成される。センサー図形の完全な構造は、フォトマスク上で種々のフィールドを経由したさらなる摩滅工程を必要とする。

上述したマイクロ電極アレイを製造する他の方法は、フレックス回路フォトリソグラフィの使用である。このフレックス回路フォトリソグラフィ法は、よく知られている。フレキシブル回路作成の２つの一般的方法は、「アデイテイブ」法および「減算」法を含む。アデイテイブ法の場合、ＩＤＡおよび関連回路は、非伝導性可撓性基板の表面上で構築できる。減算法の場合、非伝導性可撓性基板を導電性材料（たとえば、銅箔）を用いてラミネートすることができ、そしてこの導電性材料を従来のフォトリソグラフィおよび湿式化学エッチング技術を用いて、パターン形成する。いくつかの従来の処理工程は、基板または中間体の洗浄；たとえば、蒸着、電着、または真空プラズマスパッタリングにより、導電性材料を基板上に沈着させること；フォトレジスト材料などの非伝導性またはプロセス材料を基板上に沈着させること；電極を定めるパターン中でフォトレジスト材料をマスクしかつ現像すること；および電気伝導性および絶縁性材料を望みの配列に残すために、フォトレジスト材料または導電性材料などの過剰に現像したまたは未現像の材料を除去することを包含する。

フレックス回路フォトリソグラフィにおける１連の工程によれば、基板を洗浄により準備し、導電性材料は、基板に対してフィルムとして適用できる。導電性層（たとえば、金導電性層）の好ましい膜厚は、５００〜１０００オングストロームの範囲であり得る。接着性を向上させるために、導電性層と基板のあいだにチタンまたはクロムのような種層を包含することが望ましい。好ましい導電性材料は、金であり、好ましい適用方法は、スパッタリングであり、これは、非常に良好な接着性を与えることが見出されてきた。

フォトレジスト材料は、導電性層に用いることができる。このようなフォトレジスト材料は、市場では公知であり入手可能であり、１つの例としては、デュポン（ＤｕＰｏｎｔ）社からのＲｉｓｔｏｎ（登録商標）ＣＭ２０６がある。フォトレジストの厚みは、電極部品の特性サイズの解像度に有利に影響するように、選択できる。向上した解像度は、一般的に欠陥の少ない良質のアレイを提供する。フォトレジスト膜を薄くすると解像度が向上するから（一般に約０．６ｍｉｌの厚みは、０．６ｍｉｌの特性間隔または幅を与える）、達成し得る最小の特性サイズの解像度とドライフィルムフォトレジストのあいだには、１：１の関係があることが見出されてきた。０．６ｍｉｌ厚みのフィルムロールの形態をしたＲｉｓｔｏｎ（登録商標）ＣＭ２０６は、たとえば０．６ｍｉｌ（１５ミクロン）またはそれ以下の範囲での低ミクロンスケールで、ラインアンドスペースの特性を解像できるので、好ましいフォトレジストとなり得る。フォトレジスト層は、しばしば加熱を必要とする。Ｒｉｓｔｏｎ（登録商標）ＣＭ２０６は、予備加熱を必要としない。材料は、ドライフィルムフォトレジストであり、加熱ラミネートローラシステムを用いて、金の基板に適用される。ひとたびラミネートされると、材料は、すぐに処理にまわせる（ＵＶ光照射および現像）。

ラミネートフィルムは、たとえば１フィート×１フィートなどの便利なサイズにカットすることができ、マイクロ電極アレイを定めるパターンは、硬化され、架橋される。このことは、一般に、従来の方法たとえば、マスクパターンを使用し、アレイパターンを紫外光に暴露し、アレイのパターン中のフォトレジストを架橋させることにより達成できる。未露光の未架橋のフォトレジストは、現像剤（典型的にはフォトレジスト組成物に特有である（たとえば、炭酸リチウムが１つの現像剤であるとのこと；製造業者の指導書を参照のこと））を用いて現像除去できる。この工程の終わりでは、基板は、導電性層上に置かれたアレイパターンを決定するフォトレジストデザインを用いて、その上に被覆された導電性材料の未撹乱層をもつことになる。このことにより、エッチング剤（たとえば、ＫＩ／Ｉ₂）を用いて不要な導電性材料を取り除き、導電性材料中にＩＤＡパターンを形成させる。その後、残存するホトレジストを除去できる。

たとえば、レーザー摩滅法により、ひとたびアレイが作られると、ラミネートされたドライフォトレジストの使用、スピンコート、エッチング、またはその他の技術、さらにはマイクロ電極アレイの処理が、使用され、このアレイをバイオセンサーなどの有用な電子デバイスに組み込むことになる。追加の材料がアレイ上に処理され、たとえば、必要な場合には、ウエルまたはマイクロチャンネルまたはキャピラリを含めて、スペーサーまたは絶縁層を形成する。このウエルは、アレイを定めるアレイ上の空間とする。マイクロチャンネルまたはキャピラリは、さらに具体的には、アレイ上に体液が流れるようにアレイ上に定められたスペースまたはチャンネルに当てはまる。マイクロチャンネルまたはキャピラリを定めるために使用された材料は、有用な絶縁材料または間隔形成材料などの種々の材料のいずれかでよく、ときどき、記述した製作方法を用いた処理に有用な他の材料と同様に、「カバーレイ」材料とする。１例としては、Ｐｙｒａｌｕｘカバーレイがあり、同様の材料も有用であろう。

アレイ上にマイクロチャンネルまたはキャピラリを置くために有用な方法としては、チャンネルまたはキャピラリを形成するための機械的積層法および材料の機械的除去法があげられる。１つの方法は、機械的にカバーレイ材料を「打ち抜き」（たとえば、ダイパンチング）、材料の１部または多重部分をウエルまたはチャンネルの形で切り取り、さらにその後チャンネルが、アレイ上に存在するように１つまたは複数のセンサーに対して材料をラミネートする第１の工程を含む。他の方法は、一般的に「キスダイ切断」または「キス切断」とされているこのタイプの方法を包含し、またこの切断法は、カバーレイ層中のウエルまたはチャンネルを切断するために使用され、またその後アレイ上にウエルまたはチャンネルを形成した基板上にカバーレイ材料をラミネートしてもよい。カバーレイ材料中にウエルを形成する方法の１つは、たとえば、２００１年１１月１６日にファイルされさらに弁護士訴訟書類番号５０５１−５５２ＰＲをもった米国特許出願連続番号６０／３３２，１９２、タイトルは、「ウェルをもったバイオメデイカルデバイスの作成法およびマイクロ環境および関連製品」に記載されており、その開示は、以下に参照として組み入れている。

ダイパンチング法を含む異なった例は、次の通り。スペーサー箔は、商品名Ｍｅｌｉｎｅｘ（登録商標）Ｓ（デラウエア洲、ウイルミントン、デュポン（ＤｕＰｏｎｔ）ポリエステルフィルム）のもとに市販されているＦａｓｔｂｏｎｄＴＭ３０−ＮＦ Ｃｏｎｔａｃｔ 接着剤という接着剤を、ニュージャージ州トーマス サイエンティフィック スウェーズボロ（Ｔｈｏｍａｓ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｓｗｅｄｅｓｂｏｒｏ）社製のワイヤーバーコータを用いて、５ｍｉｌのポリエステルフィルム上に２５μｍの湿潤厚さになるように被覆して製造した。被覆したトップ箔を、水平方向の気流のある炉中で、５０℃で２分間乾燥した。シート上の乾燥した接着剤は、シリコンかテフロン（登録商標）のライナーで覆った。キャピラリチャンネルおよび電極接触ウエルパターンは、Ａｒｉｓｔｏｍａｔ １３１０デジタルダイカッテイングシステム（アリスト グラフィック ジュステームス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツンク ウント カンパニー（Ａｒｉｓｔｏ Ｇｒａｐｈｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ．）ハンブルグ、ドイツ）を使用してシート状にキスカットした。スペーサーシートは、上述したセンサー図形の摩滅シートに登録し、ラミネートできる。チャンネルおよび電極接触ウエルは、同様な方法で、ダイパンチングプロセスを用いて作成できる。

キャピラリまたはマイクロチャンネルをマイクロ電極アレイ上で処理する他の具体的方法は、フレックス回路フォトリソグラフィによる方法である。したがって、Ｖａｃｒｅｌ ８１４０（登録商標）（乾燥フィルムカバーレイが好ましい）などの写真画像形成可能なカバーレイ材料は、金／プラスチックラミネート上に真空ラミネートできる。種々の選択された厚さの多重層は、キャピラリ室（ｉｎｆｒａ参照）の深さを制御するために加えることができる。このシートをマスクパターンを介して紫外線に暴露して、キャピラリ室を定めることができる。この暴露されたラミネートシートは、たとえば１％のＫ₂ＣＯ₃を用いた従来法により現像して、架橋したフォトポリマーカバーレイ材料を除去し、かつキャピラリの成分を除去する。このシートは、一般的にその後、たとえば１６０℃で１時間加硫する。

キャピラリを製作するときに、室の深さは、カバーレイ材料または使用する材料を選択し、厚さにより制御することができる。Ｖａｃｒｅｌ８１４０（登録商標）フィルムは、２，３，または４，ｍｉｌ（１００μｍ）の厚さをもっている。ＰｙｒａｌｕｘＰＣ（登録商標）１０００，１５００および２０００は、２．５ｍｉｌ（６３．５μｍ）の最大厚さをもっており、このため２重積層は、１２７μｍの室深さを与える。ＰｙｒａｌｕｘＰＣ １０１０は、１ｍｉｌ または２５．４μｍの厚さをもっている。１００μｍ以上か同等の深さをもつキャピラリは、２０〜７０％のヘマトクリットを有する血液を迅速に充填させ、室中に信頼性のある流量を与えることが、見出されてきた。１００ミクロン未満〜２５ミクロンまでのキャピラリ深さは、血清、血漿、間質体液などの他の生物学的体液に対して使用できる。

化学塗料もアレイ上に処理してもよい。しかしながら、第１に、センサを洗浄することが利益となる。１つの洗浄法により、記述したようにセンサーシートは、Ｂｒａｎｓｏｎ／ＩＰＣ血漿洗浄器中で次のような工程で血漿洗浄できる：
（１）８００ワットでＯ₂ １分間；
（２）２２０ワットでＯ₂／アルゴン（Ａｒ）（７０／３０）３分間；
（３）１５０ワットでＡｒ ２分間

記述したように、化学塗料は、アレイ上に、たとえば、各キャピラリ室中にまたは吻合アレイの上から、公知の方法で施す。施す方法は、ごく少量の体積の化学組成物、たとえば、数１００ナノリットルの範囲の体積、たとえば、６２５ナノリットルを再現性よくかつ一定にアレイ上に送ることができれば好ましい。たとえば、このような塗料は、公知の注射器および測定技術および装置を用いて施すとよい。この装置としては、マイクロドットという商品名で販売されている分配システム（アストロ ディスペンス システムズ（Ａｓｔｒｏ Ｄｉｓｐｅｎｓｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ， ａ ＤＣＩ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆ Ｆｒａｎｋｌｉｎ， ＭＡ）（０２０３８−９９０８））およびバイオ ドット インコーポレーテッド（ＢｉｏＤｏｔ Ｉｎｃ． Ｉｒｖｉｎｅ ＣＡ）により販売されているシステムが、あげられる。その後この塗料は、溶媒を乾燥するものとする。入り口のポートを開け、親水性接着剤でコートされているトップ箔を、加熱と圧力を用いて、キャピラリ室を越えて適用し、完全な３次元センサー構造を形成させる。

このトップ箔とは、キャピラリの片側を定めることができる連続フィルムならどんなものでもよく、また、たとえば、以下に述べるように、適当な処理をできることが好ましい。トップ箔用の例示材料としては、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、フィルムタイプＫａｄａｌｅｘ１０００、厚さ７ｍｉｌなどのようなプラスチックフィルムがあげられる。

種々の親水性接着剤のいずれでも、トップ箔をセンサーに接着するために使用できる。ポリウレタン混合物およびイソシアナート混合物などの２成分系熱硬化性接着剤も使用できる。たとえば、ナショナル スターチ アンド ケミカル カンパニー（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ． ｏｆ Ｂｒｉｄｇｗａｔｅｒ ＮＪ．）から販売されている３８−８６６８（ポリウレタン）および３８−８５６９（イソシアナート）、または商品名Ｆａｓｔｂｏｎｄ（商標）３０−ＮＦ Ｃｏｎｔａｃｔ Ａｄｈｅｓｉｖｅで販売しているコンタクト型接着剤と同様に、商品名ＳｃｏｔｃｈＷｅｌｄ（商標）２２１６Ｂ／Ａ（３Ｍ接着剤事業部、Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）で販売している２成分系エポキシシステムなどがあげられる。ただし架橋したカバーレイ表面に対して許容できるシーリング特性を示すものとする。好ましい接着剤は、Ｆａｓｔｂｏｎｄ（商標）３０−ＮＦ Ｃｏｎｔａｃｔ Ａｄｈｅｓｉｖｅおよび界面活性剤のＴｒｉｔｏｎ（商標）Ｘ−１００ （ユニオンカーバイド社、ダンベリーＣＴ）の混合物９３％：７％重量比であることがわかった。

以下の事は、可撓性基板上に処理した吻合アレイからなる本発明によるセンサー製作用の有用なプロセスを記載している。この方法によれば、７ｍｉｌ厚さのＫａｌａｄｅｘ（登録商標）フィルム上に、テクニメット インコーポレーテッド（ＴｅｃｈｎｉＭｅｔ Ｉｎｃ．， Ｗｉｎｄｓｏｒ， ＣＴ）から販売されているプレーナーＤＣマグネトロン型スパッタリングプロセスおよび装置を用いて、金薄膜は、蒸着できる。金薄膜の厚さは、３０〜２００ｎｍの範囲であり、好ましくは厚さが、１００ｎｍである。シード層のクロムまたはチタンは、プラスチック基板への金の接着性を高めるために、プラスチックフィルムと金のあいだにスパッタされる。しかし、プラスチックフィルムへ直接にスパッタした金層は、充分な接着性を示した。

吻合アレイとコネクタは、フレックス回路産業共通のバッチ式フォトリソグラフィプロセスを用いて、製作できる。２１〜５０μｍの範囲にある指間の間隔および指幅を組み合わせた電極は、これらのプロセスを使用して容易に製作した。このアレイの好ましい構造は、全部で２１本の指（１０本は、作用電極指であり、また１１本は、対向電極指である。）であり、指の寸法は２５ミクロン（幅）、１ミリメートル（長さ）、指間の間隔２１ミクロンであった。

金を可撓性基板に適用した後、ドライフィルムフォトポリマーレジストを金／プラスチックフィルムにラミネートした。商品名Ｒｉｓｔｏｎ（登録商標）ＣＭ２０６（ｄｕＰｏｎｔ）で市販されているドライフィルムレジストが、好ましかった。Ｒｉｓｔｏｎ（登録商標）ＣＭ２０６フォトレジストは、ＨＲＬ−２４熱ロールラミネータ（ｄｕＰｏｎｔ製）を用いて、はじめは、湿潤状態で１２インチ×１２インチ金／プラスチックパネルの金表面上にラミネートした。シーリング温度およびラミネート速度は、１０５℃および１分当たり１メータであった。ラミネートされたパネルは、タマラック サイエンティフィック カンパニー インコーポレーテッド（Ｔａｍａｒａｃｋ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｃｏ． Ｉｎｃ．， Ａｎａｈｅｉｍ， ＣＡ，）から販売されているＴａｍａｒａｃｋモデル１５２Ｒ露光システム中に置いた。開放ライナーは、フォトレジストの上面から除去した。ＩＤＡ構造のガラス／エマルジョンフォトマスクは、（Ａｄｖａｎｃｅ Ｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， Ｎｏｒｔｈ Ａｎｄｏｖｅｒ， ＭＡ）により生産された。マスクのエマルジョン側は、粘着防止塗料トライボフィルム リサーチ インコーポレーテッド（Ｔｒｉｂｏｆｉｌｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｃ．， Ｒａｌｅｉｇｈ， Ｎ．Ｃ．）で処理し、パネルのフォトレジスト表面上に直接置いた。ラミネートされたパネルは、６０ｍＪ／ｃｍ²の露光エネルギーを用いて、フォトマスクを通して３６５ｎｍの紫外光に露光した。露光したフォトレジストは、室温で１％炭酸カリウムを用い、３４ｐｓｉのノズル圧力を用い３０秒間、サーキット イクイップメント（Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｇｏｌｄｅｎ Ｖａｌｌｅｙ， ＭＮ，製の回転式垂直型ラボプロセッサ（ＶＬＰ−２０）中で処理して、パネルから取り除いた。その後シート上の露光した金は、Ｉ₂ ４部、ＫＩ １部、水４０部ｖｏｌ／ｖｏｌを含むエッチング浴を用いて除去し，さらに１００ｇ溶液に対して０．０４ｇのＦｌｕｏｒａｄ（商標）フッ素化学品界面活性剤ＦＣ９９ （３Ｍ， Ｓｔ． Ｐａｕｌ， ＭＮ）を、フォトレジストが湿潤しているかどうかを確かめるために浴に添加した。浴混合物の均一な攪拌を得るために、エッチングプロセスのあいだに浴中に空気を吹き込んだ。パネルを脱イオン水で洗浄して、残留しているＲｉｓｔｏｎ（登録商標）ＣＭ２０６を３％ＫＯＨ浴で除去した。

商品名Ｖａｃｒｅｌ（登録商標）８１４０（ｄｕＰｏｎｔ）またはＰｙｒａｌｕｘ（登録商標）ＰＣシリーズ（ｄｕＰｏｎｔ）で販売しているドライフィルム光画像化カバーレイ材料を用いて、センサー室を組み立てた。この室の寸法は、フレックス回路フォトリソグラフィにより、正確に定めることができる。室の深さは、使用するカバーレイ材料の厚みで制御した。またカバーレイドライフィルムの単一層か多重層が、使用されたかどうか。好ましい室の深さは、１２５ミクロン（５ｍｉｌ）であった。この室の深さは、以下のように異なるカバーレイ材料を連続的にラミネートすることにより、達成した：ＨＲＬ−２４熱ロールラミネータ（ｄｕＰｏｎｔ）を用いて室温で基板の電極サイドに、３ｍｉｌ厚みのＶａｃｒｅｌ（登録商標）８１３０を、１分あたり１メータのローラ速度を用いて最初にラミネートした。その後、カバーレイフィルムと電極基板のあいだにトラップされた空気を除くために、１２０°Ｆ ３０秒真空ドウエルおよび４秒間加圧という設定を用いて、電極パネルを、ＤＬＶ−２４真空ラミネター（ｄｕＰｏｎｔ）中で真空ラミネートした。Ｖａｃｒｅｌ（登録商標）８１３０表面の次に、室温で、１分あたり１メータのローラ速度でＨＲＬ−２４を用いて、２ｍｉｌ厚みのＶａｃｒｅｌ（登録商標）８１２０をラミネートした。その後、２つのカバーレイフィルムのあいだにトラップされた空気を除くために、３０秒真空ドウエルおよび４秒間加圧という設定を用いて、このパネルを、ＤＬＶ−２４真空ラミネター中で真空ラミネートした。

ラミネートされた電極シートは、Ｔａｍａｒａｃｋ１５２Ｒシステム中に置いて、１７ｍＷ／ｃｍ²の露光強度を用いて、フォトマスクを通して３６５ｎｍの紫外光に２２秒間露光した。キャピラリ室に対するアートワークは、指の下１ミリメートルから出発して、電極指アレイを中心とした縦１ミリメートル横４ミリメートルの長方形であった。３４ｐｓｉのノズル圧力を用い７５秒間、１４０°Ｆで１％Ｋ₂ＣＯ₃中ＶＬＰ−２０ サーキット ケミストリー イクイップメント（Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）を用いて、センサー室長方形を顕せるために、露光したカバーレイを、パネルから取り除いた。現像したラミネート構造は、脱イオン水中で洗浄して、その後１６０℃で１時間硬化させ、カバーレイ材料を熱架橋した。これで、センサーベースの構造は、完成した。

ベースセンサーのパネルをプラズマ洗浄して、残留するフォトレジストとカバーレイ材料を、吻合アレイ構造の露光した金表面から除去した。筒型腐食機であるＢｒａｍｓｔｅａｄ／ＩＰＣモデルＰ２１００（Ｍｅｔｒｏｌｉｎｅ／ＩＰＣ ｏｆ Ｃｏｒｏｎａ， ＣＡから入手）中に、パネルを置いた。まず、このパネルを、８００ワット１分間、１．１ ｔｏｒｒ圧力で酸素プラズマに暴露し、パネル表面を酸化した。その後、これを、２２５ワット３分間、１．５ ｔｏｒｒ圧力で酸素／アルゴンプラズマ混合物（７０／３０ ｖｏｌ．／ｖｏｌ．）中で腐食し、最後に１５０ワット２分間、２ ｔｏｒｒ圧力でアルゴンプラズマ中で除去した。

ヒト血液サンプル中のｄ−グルコース測定のために、化学塗料を調合した。化学塗料は、サンプル中のグルコースレベルを示す電気的出力信号を発生させるために有効になるように、サンプルと反応性があった。塗料は、メディエータと、酵素と共因子とを含んでいる。この塗料は、さらに持続性を与えかつ親水性を付与する膜形成剤および界面活性剤よりなっていた。成分は、表１にリストアップしているが、特に断らない限り、すべての濃度は、アレイ上への塗料の蒸着および乾燥の前の湿潤塗布における与えられた物質の濃度にあたる。

化学塗料は、成分のいくつかのサブ混合物から調合された。第１混合物は、Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｉｎｃ．， Ａｕｒｏｒａ， ＯＨ．から入手したグリセロホスフェート緩衝液と；シグマ ケミカル カンパニー（Ｓｉｇｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．， Ｓｔ． Ｌｏｕｉｓ， ＭＯ）から入手した中粘度アルギン酸と；Ｈｅｒｃｕｌｅｓ Ｉｎｃ．， Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ， ＤＥから入手したナトロゾル２５０Ｍと；ユニオンカーバイド社、ダンベリー、ＣＴから入手したＴｒｉｔｏｎ（登録商標）Ｘ−１００とを含む。これらの成分は、緩衝液／ポリマー／界面活性剤の２５０ｇ溶液を作るのに量の蒸留水に充分なある量の蒸留水に添加される（表１参照）。この溶液を１晩混合し、ナトロゾルとアルギン酸の水和を完全にした。完成した溶液のｐＨは、濃塩酸で６．９〜７．０までに調節した。この溶液は、以後「溶液Ａ」として知られる。

調製した第２溶液は、濃厚な酵素／共因子マトリックスであった。フルッカ（Ｆｌｕｋａ， Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ， ＷＩ）から入手したピロロ−キノリン−キノン（ＰＱＱ）の８．２ｍｇを、溶液Ａの２５．８５ｇに加えた。ロッシュ モレキュラー バイオケミカルズ（Ｒｏｃｈｅ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ， Ｉｎｄｉａｎａｐｏｌｉｓ， ＩＮ）から入手した酵素、グルコース−Ｄｅ−オキシドリダクターゼの１．１３９４ｇ を、この溶液に加えた。最終混合物を２時間ロックし、ＧｌｕｃＤｏｒ／ＰＱＱ ホロエンザイムを形成させた。この完成した溶液を「溶液Ｂ」とする。

カリウムフェリシアナイドを次のように組成物に添加した：Ｊ．Ｔ． Ｂａｋｅｒ， Ｐｈｉｌｌｉｐｓｂｕｒｇ， ＮＪから入手したカリウムフェリシアナイドの４．４１７３ｇを、溶液Ａの７０．５８ｇに加えた。生成した溶液を、フェリシアナイドが完全に溶解するまで混合した。この完成した溶液を「溶液Ｃ」とする。

６３ｇの溶液Ｃと２５ｇの溶液Ｂを組み合わせて、最終の塗料組成物を完成した。この組成物を暗所で１時間ロックし完全に混合した。

センサー室（ＩＤＡ）に化学マトリックスを用いる好ましい方法は、商品名ＢｉｏＪｅｔ Ｑｕａｎｔｉ３０００（商標），バイオ ドット インコーポレーテッド（ＢｉｏＤｏｔ Ｉｎｃ．， Ｉｒｖｉｎｅ， ＣＡ）で販売されているミクロ分配システムを用いて、５００ナノリットルの塗料溶液を、１ミリメータ×４ミリメータ室中に別々に分配することである。この塗料は、ＩＤＡの作用電極および対向電極の両方を被覆する。この塗料を、水平気流オーブンＶＷＲ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｃｈｉｃａｇｏ ＩＩ 中で、４５℃で１．５分間乾燥した。

親水性ｔｏｐ箔は、ニュージャージ州のトーマス サイエンティフィック スウェズボロー（Ｔｈｏｍａｓ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｓｗｅｄｅｓｂｏｒｏ）社製のワイヤーバーコータを用いて、商品名Ｍｅｌｉｎｅｘ（登録商標）Ｓ（デラウエア洲、ウイルミントン、ｄｕＰｏｎｔポリエステルフィルム）のもとに市販されている５ｍｉｌのポリエステルフィルム上に、接着剤混合物（たとえば、Ｆａｓｔｂｏｎｄ（商標）３０−ＮＦ Ｃｏｎｔａｃｔ 接着剤および界面活性剤のＴｒｉｔｏｎ（商標）Ｘ−１００（ユニオンカーバイド社、ダンベリＣＴ）９３％：７％ ｗｔ／ｗｔの混合物）を、２５μｍの湿潤厚さになるように被覆して製造した。被覆したトップ箔を、水平方向の気流のある炉（ＶＷＲ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）中で、５０℃で２分間乾燥した。キャピラリ室の正面端から１ｍｍ１対のハサミで切ることにより、キャピラリ室を開放した。乾燥した被覆されたｔｏｐ箔を、センサーに用いて、空気ベントとして、室の後端とｔｏｐ箔の端のあいだにほぼ０．５ｍｍの空間を作った。加熱したトッププラテンをもった５トンプレスを用いて、ｔｏｐ箔を、センサーの表面に８１℃６０ｐｓｉ５秒間シールした。完成したセンサーのパネルを、個々のセンサーに切断し、試験するまで８％ＲＨでデシケータで保存した。

バイオアナリティカル システムズ インコーポレーテッド（Ｂｉｏａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ． Ｗｅｓｔ Ｌａｆａｙｅｔｔｅ ＩＮ）のＢＡＳ（商標） １００Ｗ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ という商品名で販売されている検査スタンド上で、クロノアンペロメトリ電気化学的技術を用いて、センサーを評価した。電極の評価に使用される好ましい電気化学的検査スタンドは、検査電位±１Ｖに対してＤＣクロノアンペロメトリ電流測定用献呈された検査スタンドであった。

このセンサーは、次の工程を行うことにより体液サンプル中のグルコースなどの分析物の濃度を定量するために使用してもよい。

検査スタンドパラメータのセットアップ：
「液滴検出」システムにしたがって、分析シーケンスのタイミングをスタートさせるため作用電極および対向電極間に初期電位差−３００ｍＶ−が確立される。この電位に対する電流応答は、体液サンプルとアレイの接触によりトリガーされる。
検査溶液をセンサー室に適用する場合の初期電流応答は、一般には０．４マイクロアンペア以上である。
閾値トリガーと３００ｍＶ電位差（検査電位）の再適用のあいだの時間（遅延期間）は、一般的には３秒である。
センサーの作用電極および対向電極のあいだの３００ｍＶ電位差の再適用後は、検査期間は通常９秒である。

さらに詳細には：
センサーを検査スタンド接続に挿入する。キャピラリ室の開口部に、約０．３μＬの体液サンプルを適用する。体液は、作用電極および対向電極に適用された化学塗料を覆うキャピラリ作用により、室中に流入してくる。サンプル体液が、最も近い作用電極指および対向電極指を覆うときには、閾値電流がトリガーされる。ひとたびトリガーされると、電位差は、遅延期間のあいだ、３秒間開回路に行く。
遅延期間のあいだ、反応は、反応物（分析物、酵素／共因子および酸化型のメディエータ）間で起こり、メディエータの還元が起こる。
３００ｍＶの検査電位差は、３秒の遅延後電極間に再印加される。このことが、作用電極表面での還元されたメディエータの電気酸化を引き起こす。
検査の電流／時間反応プロファイルは、センサーに３００ｍＶの検査電位を再印加した後、０．５〜１．５秒でスタートする、特徴的な準定常状態電流／時間の平坦域を示す。この平坦域において選ばれた所定の検査期間ポイントにおける電流は、サンプル体液中の分析物の濃度に比例していた。検査終点は、０〜６００ｍｇ／ｄＬまでのグルコース濃度に対する線形の投与応答（dose response、用量応答）が得られるように、選択された。図７を参照のこと。

５７本の指（作用電極用に２７本および対向電極用に２８本）を形成する２つの電極の吻合アレイをもったセンサーは、実施例１に記載した手段にしたがって、ＫＡＬＡＤＥＸ（登録商標）基板上に金フィルムを蒸着することにより、初期に作られた。作用電極用および対向電極の各指は、５０ミクロン（μｍ）の幅をもち、さらに隣接した指から２１ミクロンギャップで分離されていた。センサー室またはキャピラリは、ドライフィルムフォトリソグラフィを用いて、Ｖａｃｒｅｌ（登録商標）８１４０材料のカバーレイ中に組み立てられた。キャピラリまたは室は、深さ０．１２５ｍｍでサンプル体積は１．４５μＬであった。

親水性ｔｏｐ箔は、ニュージャージ州Ｔｈｏｍａｓ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｓｗｅｄｅｓｂｏｒｏ 社製のワイヤーバーコータを用いて、商品名Ｍｅｌｉｎｅｘ（登録商標）Ｓ（デラウエア洲、ウイルミントン、ｄｕＰｏｎｔポリエステルフィルム）のもとに市販されている５ｍｉｌのポリエステルフィルム上に、接着剤混合物（たとえば、４．５％ＴＲＩＴＯＮ Ｘ−１００（登録商標），４．５％イソシアナート（３ ８−８５６９、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ． ｏｆ Ｂｒｉｄｇｗａｔｅｒ ＮＪ．から）および９３％ポリウレタン（３ ８−８８６６８、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．から）を、２５μｍの湿潤厚さになるように被覆して製造した。被覆したトップ箔を、水平方向の気流のある炉（ＶＷＲ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）中で、５０℃で２分間乾燥した。キャピラリ室の正面端から１ｍｍ１対のハサミで切ることにより、キャピラリ室を開放した。乾燥した被覆されたｔｏｐ箔を、センサーに用いて、空気ベントとして、室の後端とｔｏｐ箔の端のあいだにほぼ０．５ｍｍの空間を作った。加熱したトッププラテンをもった５トンプレスを用いて、ｔｏｐ箔を、センサーの表面に８１℃６０ｐｓｉ ５秒間シールした。完成したセンサーのパネルを、個々のセンサーに切断し、試験するまで８％ＲＨでデシケータで保存した。

化学品調剤を、実施例１に記載したように製造した（表２参照）。化学品は、各センサーに対して、２ｍｍ×５．８ｍｍ室中に別の送り出し容積の１．２２６μＬで、センサー室に使用した。得られたセンサーは、１．５μＬのサンプル容積をもっていた。

上記のように作られた一連のセンサーは、種々の濃度におけるグルコースおよびＨｃｔでスパイクされた一連の全血液検査サンプルから生じる電極間の電流を測定することにより、評価した。試験サンプルにおけるグルコースおよびＨｃｔ濃度の百分率は、表３中にリストアップしている。

評価に使用した手段は、実施例１に記載したのと同じである。検査パラメータは、３００ｍＶ（ｄｃ）電位差（検査電位）の再印加と閾値トリガーとのあいだの時間（遅延期間）の３秒を含んでいた。データは、約９秒の検査期間のあいだに、１秒につき４データポイントで、遅延期間後すぐに集めた。

結果を図８に示す。検査の電流／時間プロファイルは、用量検出後少なくとも４．５秒（センサーに３００ｍＶの検査電位を再印加した後、１．５秒）において、特徴的な準定常状態電流／時間平坦域と一致していた。検査は、各異なったＨｃｔレベルにおけるグルコース濃度変化に対する線形の用量応答を提供し、かつ相関係数（ｒ²）は、０．９７９以上であった。

センサーは、実施例１に記載したように、この方法にしたがって、可撓性基板上に金フィルムを蒸着することにより製造した。金を可撓性基板上に用いた後、回転塗布型フォトレジストを以下の方法により用いた：リンダーら、「心臓血管応用のための安定性の高い可撓性Ｋａｐｔｏｎ系マイクロセンサーアレイ」Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｆａｒａｄａｙ Ｔｒａｎ．， １９９３， ８９（２） ３６１−３６７；コゾフレら、「心臓鼓動におけるイオン分布測定用ｐＨおよびＫ＋に敏感なマイクロ組み立てセンサーアレイ」Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．１９９５， ６７， １６４７−１６５３。フォトレジスト（Ｍａｒｌｂｏｒｏｕｇｈ ＭＡのＳｈｉｐｌｅｙから販売されているマイクロポジットＳｈｉｐｌｅｙ １８１３）を、可撓性Ｋａｌａｄｅｘ（登録商標）基板上に４０００ｒｐｍ ４秒間スピン塗布した。塗布基板を９０℃１５分間焼いた。フォトレジストは、フォトマスクを介して１５．５ｍＷ／ｃｍ²１１秒間紫外線に露光した。フォトマスクは、図９に示したような鉤状構造をした電極を与えるようにパターン形成を行った。塗布基板を１１５℃１５分間加熱した。フォトレジストは、―――を用いて現像し、紫外光に露光した領域を除去した。露光した金は、沃素／沃化カリウム／水（４：１：４０）浴で除去した。フォトレジストをアセトン／メタノール溶液でラミネート基板から除去した。その後得られたパターン形成した金基板を１２０℃で３０分間乾燥した。作用電極は、１ｍｍ²（１ｍｍ×１ｍｍ）の表面積をもっており；対向電極は、長さ６００ｍｍ，幅２．６ｍｍ＋１．８ｍｍ＋１．８ｍｍの寸法をしていた。電極同士は、２００μｍギャップで隔てられていた。

得られた基板を、ＰＹＲＡＬＵＸ（登録商標）ＰＣ１０００を用いてラミネートした。ラミネートした基板を１５．５ｍＷ／ｃｍ² １１秒間フォトマスクを介して紫外光に露光した。露光したカバーレイを、炭酸リチウム溶液で現像して、その後１６０℃で６０分間加熱硬化させた。カバーレイを組み付けて、深さ０．０６２ｍｍのキャピラリまたは室を形成した。得られた「箱型鉤」センサーは、０．７７５μＬの検査サンプル容積をもっていた。

センサーを洗浄して、残存するフォトレジストおよびカバーレイを除去した。化学塗料調剤は、実施例１に記載したように調製した。成分および量は表３にリストアップした。

いくつかのセンサーを含むシートを、上記した方法で作った。個別のセンサーを分離するために、シートを切断した。化学分配のための反応領域を定めるために、黒色Ｓｈａｒｐｉｅマーキングペンを用いて、各センサーの横に線を引いた。試薬塗料を、各センサーに対して、２．５ｍｍ×５．０ｍｍ室中に分配容量が１．０μＬになるように、手で分配した。

上記のようにして作成した１連のセンサーは、実施例１で記載された手段にしたがって、グルコースの異なる濃度をもった１連の検査サンプルに対して、電極間に発生した電流を測定することにより評価した。検査パラメータは、閾値トリガーと３００ｍＶ（ｄｃ）電位差（検査電位）の再印加とのあいだの時間（遅延期間）の４秒を含んでいた。データは、９〜１２秒の検査期間のあいだに、１秒につき４データポイントで、遅延期間後すぐに集めた。

検査ポイントは、用量検出後４．５秒（センサーに３００ｍＶの検査電位を再印加した後、０．５秒）の時点で、検査の電流／時間プロファイルから選択した。結果を図１０に示す。検査は、各異なったＨｃｔレベルにおけるグルコース濃度変化に対する線形の用量応答を提供し、かつ相関係数（ｒ²）は、０．９９０であった。

３本の指（作用電極用に１本および対向電極用に２本）と２つの電極の吻合アレイをもったセンサーは、実施例３に記載した手段にしたがって、初期に作られた。電極は、金フィルムであった。各作用電極指は、幅５００μｍをもち、および対向電極の各指は、５００μｍの幅をもっていた。作用電極指および隣接する対向電極の各指のあいだでは、電極アレイは、１５０μｍのギャップをもっていた。キャピラリまたは室は、深さ０．０６２ｍｍでサンプル容積は０．６２０μＬになるように、組み立てられた。

化学品調剤は、実施例３に記載したように調製した（表３参照）。試薬塗料を、各センサーに対して、２ｍｍ×５．０ｍｍ室中に分配容量が１．００μＬになるように、センサー室に用いた。

上記のようにして作成した１連のセンサーは、実施例１で記載された手段にしたがって、グルコースの異なる濃度をもった１連の検査サンプルに対して、電極間に発生した電流を測定することにより評価した。検査パラメータは、閾値トリガーと３００ｍＶ（ｄｃ）電位差（検査電位）の再印加とのあいだの時間（遅延期間）の４秒を含んでいた。データは、約９秒の検査期間のあいだに、１秒につき４データポイントで、遅延期間後すぐに集めた。

検査ポイントは、用量検出後１０秒（センサーに３００ｍＶの検査電位を再印加した後、６秒）の時点で、検査の電流／時間プロファイルから選択した。結果を図１１に示す。検査は、各異なったグルコース濃度変化に対する線形の用量応答を提供し、かつ相関係数（ｒ²）は、０．９６５であった。

５本の指（作用電極用に２本および対向電極用に３本）と２つの電極の吻合アレイをもったセンサーは、実施例３に記載した手段にしたがって、初期に作られた。電極は、金フィルムであった。各作用電極指は、幅３００μｍをもち、および対向電極の各指は、３００μｍの幅をもっていた。作用電極指および隣接する対向電極の各指のあいだでは、電極アレイは、３００μｍのギャップをもっていた。キャピラリまたは室は、深さ０．０６２ｍｍでサンプル容積は０．６２０μＬになるように、組み立てられた。

化学品調剤は、実施例３に記載したように調製した（表３参照）。試薬塗料を、各センサーに対して、２ｍｍ×５．０ｍｍ室中に分配容量が１．００μＬになるように、センサー室に用いた。

上記のようにして作成した１連のセンサーは、実施例１で記載された手段にしたがって、グルコースの異なる濃度をもった１連の検査サンプルに対して、電極間に発生した電流を測定することにより評価した。検査パラメータは、閾値トリガーと３００ｍＶ（ｄｃ）電位差（検査電位）の再印加とのあいだの時間（遅延期間）の４秒を含んでいた。データは、約９秒の検査期間のあいだに、１秒につき４データポイントで、遅延期間後すぐに集めた。

検査ポイントは、用量検出後１０秒（センサーに３００ｍＶの検査電位を再印加した後、６秒）の時点で、検査の電流／時間プロファイルから選択した。結果を図１２に示す。検査は、各異なったグルコース濃度変化に対する線形の用量応答を提供し、かつ相関係数（ｒ²）は、０．９７３であった。

２９本の指（作用電極用に１４本および対向電極用に１５本）と２つの電極の吻合アレイをもったセンサーは、実施例２に記載した手段にしたがって、初期に作られた。電極は、金フィルムであった。各作用電極指は、幅５０μｍをもち、および対向電極の各指は、５０μｍの幅をもっていた。作用電極指および隣接する対向電極の各指のあいだでは、電極アレイは、２５μｍのギャップをもっていた。キャピラリまたは室は、深さ０．１２７ｍｍでサンプル容積は１．０２μＬになるように、組み立てられた。

ＰＹＲＡＬＵＸ（登録商標）ＰＣ１０００の２層をラミネートすることにより、カバーレイ材料を調製した。

化学品調剤は、実施例２に記載したように調製した（表３参照）。化学品を、２ｍｍ×５．０ｍｍ室中に分配容量が１．００μＬになるように、センサー室に用いた。

上記のようにして作成した１連のセンサーは、実施例１で記載された手段にしたがって、種々のＨｃｔレベルにおけるグルコースの異なる濃度をもった１連の検査サンプルに対して、電極間に発生した電流を測定することにより評価した。各サンプルの実際のグルコース濃度は、表４にリストアップしたように求めた。

検査パラメータは、閾値トリガーと３００ｍＶ（ｄｃ）電位差（検査電位）の再印加とのあいだの時間（遅延期間）の２秒を含んでいた。データは、約９秒の検査期間のあいだに、１秒につき２０データポイントで、遅延期間後すぐに集めた。

結果を図１３に示す。検査ポイントは、用量検出後２．１秒（センサーに３００ｍＶの検査電位を再印加した後、０．１秒）の時点で、検査の電流／時間プロファイルから選択した。検査は、異なったＨｃｔレベルにおける変化するグルコース濃度に対する線形の用量応答を提供し、かつ相関係数（ｒ²）は、０．９８８であった（図１４参照）。

本発明による吻合アレイの具体例を示す。 本発明のセンサーの平面図を示す。 本発明のセンサーの平面図を示す。 本発明のセンサーの側面図を示す。 本発明のセンサーの端面図を示す。 本発明の装填したセンサーの透視図を示す。 検査電流対血液グルコースレベルの用量応答プロットを示す。 用量検出後４．５秒で回収されたグルコースに対するＨｃｔ／用量応答プロットを示す。 本発明による１対の電極の他の具体例の平面図を示し、図９のＡは、図９の１対の電極を組み入れたセンサーの他の具体例の平面図を示す。 用量検出後４．５秒で回収されたグルコースを加えた生理食塩水サンプルに対する投与量応答プロットを示す。 用量検出後１０秒で回収されたグルコースを加えた生理食塩水サンプルに対する用量応答プロットを示す。 用量検出後１０秒で回収されたグルコースを加えた生理食塩水サンプルに対する用量応答プロットを示す。 用量検出後２．１秒で回収されたグルコースを加えた生理食塩水サンプルに対するＨｃｔ／用量応答プロットを示す。 図１３で集められたデータに対しての相関係数（ｒ²）対検査時間のプロットを示す。

Claims (24)

1. 血液サンプル中のグルコースの濃度を定量する方法であって、
   血液の流れに適した深さを有し、１．０μＬ未満の血液サンプルの容量をもつキャピラリー室を含んだ使い捨てのバイオセンサーを設ける工程であって、該センサーは、前記キャピラリー室内に設けられた作用電極と、対向電極または参照電極とを含み、該センサーは、さらに酵素とメディエータを含む、少なくとも前記作用電極に近接または接触する試薬を含み、前記試薬は、グルコースと反応して電気的に活性な反応生成物を生成し；
   グルコースを含む血液サンプルを前記キャピラリー室中に入れる工程であって、当該キャピラリー室が、前記血液サンプルの流れを試薬と接触させるように向けて、当該血液サンプルにより少なくとも部分的に試薬を溶解または加水分解させ；
   前記キャピラリー室内で血液サンプルを検出する工程；
   該検出する工程に引き続き、作用電極および、対向電極または参照電極にわたって、電圧または電流を印加または制御する工程；
   前記作用電極で前記電気的に活性な反応生成物を電気的に酸化または還元させる工程；および
   前記検出後１０秒以内に、血液サンプル中のグルコース濃度の読み取りの判定および提供をする工程とを備え、前記判定が電気的に酸化または還元された前記電気的に活性な反応生成物を、血液サンプル中のグルコース濃度と相関させることを含むことを特徴とする方法。
2. 前記キャピラリー室が、約０．１〜約０．４μＬのあいだの容積をもつことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記検出後約８秒以内に、血液サンプル中のグルコース濃度の読み取りの判定および提供をする請求項１記載の方法。
4. 前記検出後約５秒以内に、血液サンプル中のグルコース濃度の読み取りの判定および提供をする請求項３記載の方法。
5. 前記印加または制御する工程後約０．５〜２秒以内に、血液サンプル中のグルコース濃度の読み取りの判定および提供をする請求項１記載の方法。
6. 前記印加または制御が、作用電極と対向電極との間に１００〜５００ｍＶのＤＣ電圧を印加することを含み、前記濃度の決定が、電気的に酸化または還元された電気的に活性な反応生成物の量を測定し、前記サンプル中のグルコースの量と相関させることを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
7. 前記ＤＣ電圧が３００ｍＶである請求項６記載の方法。
8. 電気的に酸化または還元された電気的に活性な反応生成物の量を測定する工程が、電流を測定し、グルコース濃度と測定された電流とを相関させる工程を含む請求項６記載の方法。
9. グルコースを含む血液サンプルをキャピラリー室中に入れる工程が、前記濃度の決定を可能にするために充分な時間内に溶解または加水分解し得る充分な量の試薬を供給し、検出後１０秒以内に、血液サンプル中のグルコース濃度の読み取りの判定および提供をする請求項１記載の方法。
10. 前記作用電極と前記対向電極または参照電極とが面一である請求項１記載の方法。
11. 前記センサーが、前記キャピラリー室内へのサンプルの流れを促進させるために、前記キャピラリー室と連通したベントを含む請求項１記載の方法。
12. ０〜６００ｍｇ／ｄＬの範囲にわたってグルコース濃度を決定することを含む請求項１記載の方法。
13. 前記キャピラリー室が２５〜２００μｍの深さを有してなる請求項１記載の方法。
14. 自動的に前記バイオセンサーを動作し、血液サンプルの反応と分析のタイミングをとり、前記キャピラリー室中の血液サンプルを検出し、電気的に活性な反応生成物を電気的に酸化し、かつ前記検出後１０秒以内にグルコース濃度の読み取りの判定および提供する請求項１記載の方法。
15. 前記バイオセンサーが対向電極を備え、前記試薬が前記作用電極および対向電極に近接または接触して設けられる請求項１記載の方法。
16. 前記検出後５秒以内にグルコース濃度の読み取りの判定および提供をする請求項１記載の方法。
17. 前記キャピラリー室の容積が０．２５〜０．４μＬである請求項１記載の方法。
18. 前記検出後５秒以内にグルコース濃度の読み取りの判定および提供をする請求項１７記載の方法。
19. 前記キャピラリー室の容積が約４００ｎＬである請求項１７記載の方法。
20. 前記検出後５秒以内に、血液サンプル中のグルコース濃度の読み取りの判定および提供をする請求項１９記載の方法。
21. 前記キャピラリー室の容積が約３００ｎＬである請求項１７記載の方法。
22. 前記検出後５秒以内に、血液サンプル中のグルコース濃度の読み取りの判定および提供をする請求項２１記載の方法。
23. 前記検出後３．５〜８秒に血液サンプル中のグルコース濃度の読み取りの判定および提供をする請求項１記載の方法。
24. 前記検出後約４秒以内にグルコース濃度の読み取りの判定および提供をする請求項２３記載の方法。

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