JP2008527341A - バイオセンサー用新規な電極デザイン - Google Patents

Abstract

テストストリップが適当なテスト機と対になっているときに体液中の重要な信号を測定するテストストリップであって、該テストストリップおよび該テスト機はテストストリップトレースの完全性を確かめるための、テストストリップトレースの寄生抵抗を測定するための、またテストストリップトレース中の寄生抵抗損失の主な原因となるテストストリップに印加される電圧に補償を提供するための構造を持っていることを特徴とする。さらに導電性トレースは、該テストストリップ上に存在する全ての電極およびトレースの構造上の疑問を確かなものとするために位置付けられている。

Description

本発明は、検体濃度信号に対する干渉物（血糖の場合のヘマトクリット値および温度など）に関する信号のみならず、体液中の検体（血糖など）の濃度に関する信号などの信号を測定するために使用する装置に関するものである。本発明は、バイオセンサーテストストリップの品質確保用の装置および方法に特に関するものである。

体液中の物質の濃度の測定は、多くの医療状態の診断および治療に対して重要な道具である。例えば、血液などの体液中のグルコースの測定は、糖尿病の有効な治療には、きわめて重要である。

糖尿病治療法は、典型的には２つのタイプのインシュリン治療：基礎的な治療および食事時間治療を包含している。基礎インシュリンは、就寝前に取られる連続、例えば徐放性インシュリンとする。食事時間インシュリン治療は、砂糖および炭水化物の代謝を含め、多数の因子により生じる血糖中の変動を制御するために、迅速作用インシュリンの追加の投与を提供する。血糖変動の正しい制御は、血中のグルコース濃度の正確な測定を必要とする。それを失敗すると、失明、極端な場合の脱水症などの極端な合併症を生じて、最後には、糖尿病患者から男性または女性の指、手、足などの使用を奪ってしまうことになる。

血液中のサンプル中の検体、例えばグルコースの濃度を測定する多数の方法が知られている。そのような方法は、典型的には２つの範疇；光学的方法および電気化学的方法のうちの１つに当てはまる。一般的には、光学的方法は、典型的には検体と結びついた公知の色を生じる試薬と共に検体の濃度により生じる流体におけるスペクトルシフトを観察するための分光分析法を包含する。電気化学的方法は、典型的には検体と組み合わせたとき電荷移動を生じる試薬と共に検体濃度と電流（電流測定）、電位（電位差測定法）または蓄積電荷（クーロン測定法）との間の相関関係に依存している。例えば、ここに完全に組み入れられているコロンバスの米国特許第４２３３０２９号、ペースの米国特許第４２２５４１０号、コロンバスの米国特許第４３２３５３６号、マグリーの米国特許第４００８４４８号、リルジャらの米国特許第４６５４１９７号、スツミンスキーらの米国特許第５１０８５６４号、南海らの米国特許第５１２０４２０号、スツミンスキーらの米国特許第５１２８０１５号、ホワイトらの米国特許第５２４３５１６号、デイーボルドらの米国特許第５４３７９９９号、ポールマンらの米国特許第５２８８６３６号、カーターらの米国特許第５６２８８９０号、ヒルらの米国特許第５６８２８８４号、ヒルらの米国特許第５７２７５４８号、クリスモアらの米国特許第５９９７８１７号、藤原らの米国特許第６００４４４１号、プリーデルらの米国特許第４９１９７７０号、シーの米国特許第６０５４０３９号を参照のこと。テストを行うためのバイオセンサーは、典型てきには、体液中の重要な検体と化学的に反応する試薬をその上に持っている使い捨てテストストリップである。該テストストリップは、検体濃度を求めかつユーザーに対してそれを表示するために、検体と試薬の間の反応を、試験機が測定できるように、非使い捨て試験機と対になっている。

図１は、１０で一般的に示される典型的な先行技術の使い捨てバイオセンサーテストストリップを概略的に示している（例えば、本出願と同じ代理人により、指定されかつ参照としてここに組み入れられた米国特許第４９９９５８２および米国特許第５４３８２７１を参照のこと）。テストストリップ１０は、導電性の基材で形成され、その上には、導電性領域１４、１６が形成されている。化学試薬１８は、該テストストリップ１０の片端において、導電性領域１４、１６に亘り用いられる。試薬１８は、測定電極１４ａおよび１６ａの間に電位が印加されたときに検出されるように、生体サンプル中の関心のある検体と反応する。

従ってテストストリップ１０は、検体を含んでいるサンプルと直接接触するようになる測定電極１４ａ、１６ａを含んだ反応ゾーン２０を持っており、それに対してサンプル中の濃度は求められる。電流測定またはクーロン測定による電気化学的測定システムにおいては、反応ゾーン２０中の測定電極１４ａ、１６ａは、測定電極に電位を供給しかつこの電位（例えば、電流、インピーダンス、電荷など）に対する電気化学的センサーの応答を測定する電気回路（典型的には先行技術でよく知られているように、テストストリップが挿入されるテスト機（示されていない）中へ）に接続されている。

テスト機はテストストリップ１０の接触ゾーン２２中で、接触パッド１４ｂ、１６ｂにテストストリップ１０を接触させる。接触ゾーン２２は通常（しかし必ずしも常ではないが）テストストリップ１０の反対端において、測定ゾーン２０から幾分か離れて位置している。導電性トレース１４ｃ、１６ｃは、接触ゾーン２２中の接触パッド１４ｂ、１６ｂを反応ゾーン２０中の各測定電極１４ａ、１６ａに連結させる。

電極、トレースおよび接続パッドが電気導電性薄フィルム（例えば、限定的でない例として、貴金属、カーボンインクおよび銀ペースト）から構成されているバイオセンサー１０に対しては、特に接触ゾーン２２を反応ゾーン２０に接触させる導電性トレース１４ｃ、１６ｃの抵抗は数百オームに達する。この寄生抵抗は、導電性トレース１４ｃ、１６ｃの長さに沿って電圧降下を引き起こしその結果、反応ゾーン２０中の測定電極１４ａ、１６ａ送られる電位は、接触ゾーン２２中のテストストリップ１０の接触パッド１４ｂ、１６ｂに対して、テスト機により印加される電位よりもかなり低い。反応ゾーン２０内で起きる反応のインピーダンスは、導電性トレース１４ｃ、１６ｃの寄生抵抗の大きさのオーダー内であり得るから、測定された信号は、該トレースにより誘引されるＩ−Ｒ（電流×抵抗）降下により、かなりのオフセットを持つことになる。このオフセットがテストストリップからテストストリップへと変化する場合には、測定結果にノイズが加わることになる。さらに、磨耗、割れ、引っかき傷、化学分解などのテストストリップ１０の物理的損傷が、製造、運送、貯蔵および／またはユーザーの取り扱いミスの間に生じ得る。これらの欠点が、それらが極端な高抵抗またはオープン回路を示すポイントまで、導電性領域１４、１６に損傷を与えることになる。トレース抵抗におけるそのような増加は、テスト機が正確なテストを行うのを妨げることになる。

テストストリップが、適当なテスト機と対になっているときに体液中の重要な信号を測定するテストストリップであって、該テストストリップおよび該テスト機は、テストストリップトレースの完全性を確かめるための、テストストリップトレースの寄生抵抗を測定するための、またテストストリップトレース中の寄生抵抗損失の主な原因となるテストストリップに印加される電圧に補償を提供するための構造を持っていることを特徴とする。さらに導電性トレースは、該テストストリップ上に存在する全ての電極およびトレースの構造上の疑問を確かなものとするために位置付けられている。

本発明の原理の理解を促進する目的のために、図面中に図示された実施の態様を参照し、かつ実施の態様を記述するために特定の語彙を使用する。それにもかかわらず、それにより本発明の範囲を限定する意図がないことを理解されるものとする。図示された装置のいかなる修正およびいかなる変更も、またそこに図示されている本発明の原理のさらなる応用も、本発明に関係する当業者に対して通常起こるものとして考慮される。特に本発明は、血糖計という語彙のもとに考察するけれども、本発明は他の検体および他のサンプルタイプを測定するための装置を用いて使用できることが意図されている。そのような他の実施の態様は、当業者にとって明白なここで議論される実施の態様へのある種の適合を必要としている。

本発明の装置および方法は、幅広い多様なデザインを持ったまた幅広い多様な構築技術およびプロセスを用いて作られるテストストリップを用いて使用されるが、本発明の第１実施の態様のテストストリップは、図２中に概略的に示されかつ一般的には２００で示される。テストストリップ１０の部分と実質的に同一のテストストリップ２００の部分は、同様な参照指示子を用いてマークされる。図２を参照してテストストリップ２００は、５０ｎｍの導電性金層（例えば、スパッタリングまたは蒸着により、非限定的例により）を用いてそのトップ表面上に塗布された厚み３５０μｍのポリエステル（デュポン社から入手可能なメリネックス３２９など）の不透明なピースから形成される底基板１２を含んでいる。それに対してトレースと接触パッドを接続する電極は、例えばレーザー切断法により導電層中にパターンを形成される。レーザー切断法の１つの実施の態様は、石英上クロムマスクを経由して通過するエキシマレーザーにより行われる。クロムにより定められるマスクパターンは、フィールドの他の部分を石英を経由させながら、反射されるレーザーフィールドの部分を生じさせ、蒸着される金上にレーザー光により接触されるパターンを形成する。レーザー切断法は、以下詳細に記述する。例えば、作用電極２１４ａ、対向電極２１６ａおよび対向センサー電極２２４ａが図示されたように形成され、各トレース２１４ｃ、２１６ｃおよび２２４ｃにより、各測定接触パッド２１４ｂ、２１５ｂおよび２２４ｂに連結される。当技術でよく知られているように、テストストリップ２００が一度挿入されると、テスト計（示されていない）のコネクター接触により接触されるように、これらの接触パッド２１４ｂ、２１５ｂおよび２２４ｂは、テストストリップ２００上に導電性領域を提供する。

図２および図３は、テストストリップの対向電極ライン中での寄生Ｉ−Ｒ低下の補償を可能にすることにより、先行技術に基づいて、テストストリップデザインを改良する本発明の実施の態様を示している。図２のテストストリップ２００は、対向センサー電極２２４ａ、接触パッド２２４ｂおよびトレース２２４ｃの添加以外は、図１の先行技術テストストリップ１０と実質的には同一である。対向センスライン２２４の付与は、接触パッド２１６ｂおよび２２４ｂの間の寄生抵抗に対して、テスト計（以下記述する）が、補償できるようになる。図３の回路を用いて使用したとき、図２の実施の態様は、テストストリップ２００の対向電極側でのＩ−Ｒ降下に対してのみ補償を行うことに注意すること。本開示を参照して当業者にとっては明白であるように、希望すれば、作用電極側に複製することができるけれども、テストストリップ２００の作用電極側上での寄生抵抗は、この回路を用いても検出できない。さらに、テストストリップの作用電極および対向電極の両電極上の寄生抵抗に対する補償方法は以下に示される。従って図２の対向センスラインは、図３に冠してより詳細に説明されるように、テスト機が対向ライン２１６中でのいかなる寄生抵抗の電圧降下に対しても補償を可能にさせている。

図３を参照して、テスト機内に収められた第１実施の態様の補償回路（一般的には３００で示されている）の概略電気回路図を示している。示されているように、テストストリップ２００がテスト機中に挿入されたときに、該回路が接触パッド２１４ｂ、２１５ｂおよび２２４ｂに連結される。当業者なら理解されるように、電位が対向電極接触パッド２１６ｂに対して印加され、それが対向電極２１６ａと作用電極２１４ａの間に、試薬１８に適用される生体サンプルに存在する検体の量に比例した電流を生じさせる。作用電極２１４ａからの電流は、作用電極トレース２１４ｃにより作用電極接触パッド２１４ｂに伝達され、電流対電圧増幅器３１０に対して提供される。増幅器３１０のアナログ出力電圧は、アナログーデジタル変換器（Ａ／Ｄ）３１２により、デジタル信号に変換される。その後、該デジタル信号はテストストリップ２００に適用される生体サンプル内の検体濃度を定量するために、事前に貯蔵されたプログラムにより、マイクロプロセッサ３１４により所有される。この濃度は液晶表示（ＬＣＤ）画面などの適当な出力装置３１６により、ユーザーに表示される。

マイクロプロセッサ３１４も、対向電極接触パッド２１６ｂに印加される電位を指示するデジタル信号を出力する。このデジタル信号がデジタルーアナログ変換器（Ｄ／Ａ）３１８により、アナログ電圧信号に変換される。Ｄ／Ａ３１８のアナログ出力は、操作増幅器３２０の第１入力中に印加される。操作増幅器３２０の第２入力は、対向センス電極接触パッド２２４ｂに連結されている。操作増幅器３２０の出力は、対向電極接触パッド２１６ｂに連結されている。

操作増幅器３２０は電圧追随構造中に接続され、その中で第２入力に現れる電圧が第１入力に現れる命令された電圧に等しくなるまで、増幅器はその出力（操作の物理的限界内で）を調節する。操作増幅器３２０の第２入力は高インピーダンス入力であり、したがって対向センスライン２２４中には実質的に電流は流れない。実質的に電流は流れないから対向センスライン２２４中のいかなる寄生抵抗も電圧降下を生じさせなくて、操作増幅器３２０の第２入力に現れる電圧は、対向センス電極２２４ａにおける電圧と実質的に同じになり、そのことはそれらの物理的近似性から同様に対向電極２１６ａに現れる電圧と実質的に同じとなる。

従って操作増幅器３２０は、対向電極２１６ａ（対向センスライン２２４を越えてフィードバックされる）に現れる実際の電位がマイクロプロセッサ３１４により命じられる電位に等しくなるまで、対向電極接触パッド２１６ｂに印加される電位を変更する作用を行う。従って操作増幅器３２０は、対向電極トレース２１６ｃ中での寄生抵抗により生じる電圧降下に対する補償を自動的に行いかつ対向電極２１６ａに現れる電位は望みの電位となる。従って、電流を生じた電圧がマイクロプロセッサ３１４により命じられたのと同一電圧であるから、作用電極により生じた電流から生体サンプル中の検体濃度を計算することはより正確になる。回路３００により与えられる寄生抵抗電圧降下に対する補償がなければ、マイクロプロセッサ３１４は命じられた電圧が対向電極２１６ａに対して実際印加されたという誤った推測の下に得られる電流を解析することになる。

非制限的な例により、カーボンインク印刷、銀ペーストシルク印刷、スクライブ金属処理プラスチック、電気鍍金、化学メッキ、および光化学エッチングなどの種々の方法がマルチ電極を持ったテストストリップの製造に用いられる。以下述べるように、追加の電極センスラインを持ったテストストリップの１つの製造方法は、レーザー切断技術により行われる。バイオセンサー用電極を製造するこれらの技術を用いた例は、２００１年５月２５日にファイルされた米国特許出願継続番号第０９／８６６０３０「連続的カバーレイチャンネル付きレーザー切断電極を持ったバイオセンサー」中に、および１９９９年１０月４日にファイルされた「パターン形成された積層体に対するレーザー確定特性および電極」というタイトルの米国特許出願継続番号第０９／４１１９４０中に記載されており、それらの開示は参照としてここに組み入れられている。レーザー切断は、きわめて小さな特性サイズを持った導電性領域を反復方法で正確に製造可能にさせるから、本発明によるテストストリップ製造に有用である。レーザー切断は、テストストリップのサイズを増すことなく、本発明の過剰のセンスラインをテストストリップに追加するための手段を提供する。

本発明においては、互いに対してかつバイオセンサー全体に対して電気部品の正確な配置を提供することが好ましい。１つの実施の態様においては、マスクを通して行われる広いフィールドのレーザー切断または電気部品用正確なパターンを持つ他の装置の使用により、少なくとも部分的に部品の相対的な配置が達成される。これにより隣接端の正確な位置付けが可能となり、またそれが先端の滑らかさに対する精密許容差によりさらに高められる。

図４は、第１電極セット４０４および第２電極セット４０３、さらに対応するトレース４０６および４０７と接触パッド４０８、４０９それぞれからなる電極システムを定めるその上に形成された導電性材料４０３を持った基板４０２を含めて、本発明のレーザー切断プロセスを示すために有用な単純なバイオセンサー４０１を図示している。バイオセンサー４０１は、レーザー切断プロセスを示す目的のためにここで使用されかつ本発明のセンスラインを組み入れるものとして示していないことに注意すること。該導電性材料４０３は、純粋な金属または合金または金属導電体となる他の材料を含んでいても良い。いくつかの実施の態様においては、該導電性材料は、電極を形成するために使用されるレーザーの波長および迅速かつ正確な加工を受けやすい厚みの波長で吸収性がある。非限定的な例としては、アルミニウム、炭素、銅、クロム、金、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、パラジウム、白金、銀、金錫酸化物、チタン、それらの混合物およびこれらの元素の合金または金属化合物が挙げられる。いくつかの実施の態様においては、該導電性材料は、貴金属または合金または他の酸化物を包含する。他の実施の態様は、金、パラジウム、アルミニウム、チタン、白金、ＩＴＯおよびクロムなどの導電性材料を使用する。該導電性材料の厚みは３０〜７０ｎｍの間の範囲であり、その他は５０ｎｍの厚みで使用する。

該導電性材料の厚みは、材料の透過性およびバイオセンサーの使用に関する他の因子に依存していることを理解されているものとする。

図示していないが、得られたパターンを持った導電性材料を、さらなる金属層で塗布またはメッキすることができることも理解されているものとする。例えば該導電性材料は銅であって、その後レーザーで電極パターンに切断され、続いて、該銅をチタン／タングステン層で、その後金でメッキして希望の電極を形成しても良い。大抵の実施の態様においては、ベース４０２上に乗った導電性材料の単一層が使用される。一般的には必要ではないが、当業界で公知であるが、クロムニッケルまたはチタンなどの種層または補助層を用いることにより、ベースに対しての導電性材料の接着を高めることができる。いくつかの実施の態様においては、バイオセンサー４０１は、金、パラジウム、白金またはＩＴＯの単一層を持っている。

バイオセンサー４０１は、それぞれ図４、図６および図７に示されているように、２つの装置１０、１０’を用いて実例的に製造される。特に記載が無ければ、装置４１０、４１０’は、同様な方法で操作されることを理解されているものとする。図５を参照して、バイオセンサー４０１は、幅約４０ｍｍの８０ｎｍの金積層体を持ったリボン４２０のロールを、特別仕立ての広域レーザー切断装置４１０中に送ることにより、製造される。装置４１０は、レーザー光４１２のビームを生じるレーザー光源４１１と、クロムメッキの石英マスク４１４と、光学系４１６とからなっている。図示された光学系４１６は、単一レンズであるが、光学系４１６は、光４１２を所定の形状にさせるように共同作業する種々のレンズであっても良いことを理解されているものとする。

適当な切断装置４１０（図５および図６）の非限定的な例は、ドイツのガルブセンのＬＰＫＦエレクトロニクス社から市販されている特別注文のマイクロラインレーザー２００−４レーザーシステムであり、それは、ドイツ、ゲッチンゲンのラムダフィージク社から市販されているＬＰＸ−４００、ＬＰＸ−３００またはＬＰＸ−２００レーザーシステムおよび米国ミネソタ州ミネアポリスのインファイナイト・グラフィク社から市販されているクロムメッキの石英マスクとを組み入れている。

マイクロラインレーザー２００−４レーザーシステム（図５および図６）に対して、レーザー光源４１１は、ＬＰＸ−２００ＫｒＦ−ＵＶ−レーザーである。しかし、本開示により、さらに高い波長のＵＶレーザーを使用可能であることを理解されているものとする。レーザー光源４１１は、６００ｍＪのパルスエネルギーおよび５０Ｈｚのパルス反復周期で２４８ｎｍで作動する。レーザー光４１２の強度は、誘電性ビームアクチュエーター（示されていない）により、３〜９２％の間で無限に調節可能である。ビームプロファイルは、２７×１５ｍｍ²（０．６２平方インチ）でかつパルス期間は２５ｎｓである。マスク４１１上のレイアウトは、光学エレメントビーム拡張器、ホモジナイザーおよびフィールドレンズ（示されていない）により均一に投影される。ホモジナイザーの性能は、エネルギープロファイルを測定することにより求められる。画像化光学系４１６は、マスク４１４の構造をリボン４２０上に移す。画像化比は２：１で、一方では大面積を除去できるが、他方では用いられるクロムマスクの切断ポイント以下に、エネルギー密度を維持することができる。２：１の画像化比を示したが、いかなる他の比の数字も希望するデザインの要求により本開示にしたがって可能である。リボン４２０は、矢印４２５に示されたように移動し、継続して多数のレイアウト切片を切断可能にしている。

マスク４１４の位置決めとリボン４２０の移動とレーザーエネルギーは、コンピュータで制御されている。図５に示されているように、レーザービーム４１２は、切断されるリボン４２０上に投影される。クリアー領域またはマスク４１４の窓４１８を経由した光４１２は、リボン４２０から金属を切断する。マスク４１４のクロム塗布領域４２４は、レーザー光４１２を遮蔽し、それらの領域での切断を防ぎ、その結果リボン４２０表面上に金属処理された構造が得られる。図６を参照して、電気部品の完全な構造は第２マスク４１４’を経由した追加の切断工程を必要とする。光学系および切断される電気部品のサイズによるが、本開示にしたがって単一切断工程のみまたは切断２工程が必要であることを理解されているものとする。さらに多重マスクの代わりに、本開示にしたがって、多重のフィールドが同一マスク上で形成されることを理解されているものとする。

特に適当な切断装置４１０’の第２非限定的例（図７）は、ドイツのガルブセンのＬＰＫＦエレクトロニクス社から市販されている特別注文のレーザーシステムであり、それは、ドイツ、ゲッチンゲンのラムダフィージク社から市販されているラムダＳＴＥＥＬ（安定エネルギーエキシマレーザー）レーザーシステムおよび米国ミネソタ州ミネアポリスのインファイナイト・グラフィク社から市販されているクロムメッキの石英マスクとを組み入れている。該レーザーシステムは、３０８ｎｍの波長で１０００ｍＪパルスエネルギーまでの特性を持っている。さらに、該レーザーシステムは、周波数１００Ｈｚを持っている。装置４１０’は、図５および図６に示されるように２つの経路を持ったバイオセンサーを作るために形成しても良いが、いくつかの実施の態様においては、該光学系は２５ｎｓ単一パスで１０×４０ｍｍのパターンの形成を許諾する。

特定の理論に縛られたくないが、マスク４１４、４１４’、４１４’’を経由して通過するレーザーパルスまたはレーザービーム４１２は、リボン４２０上の表面４０２の１μｍ未満以内で吸収されていると信じられている。ビーム４１２の光子は、金属／ポリマー界面での化学結合の光乖離および迅速破壊を引き起こすのに充分なエネルギーを持っている。迅速な化学結合破壊は吸収領域内で急速な圧力増加を引き起こし、かつ材料（金属フィルム４０３）がポリマーベース表面から強制的に噴出されると信じられている。典型的なパルス時間は、約２０〜２５ナノ秒であるから、材料との相互作用は非常に迅速に起こりかつ導電性材料４０３の先端および周囲構造に対する熱損傷は最小限になる。電気部品の生成した先端は、本発明により考案されたように高度な先端品質と正確な配置を持っている。

リボン４２０から金属を除去または切断するために使用されるフルエンスエネルギーは、リボン４２０が形成される材料と、ベース材料に対する金属フィルムの接着と、金属フィルムの厚みと、ベース材料上にフィルムを置くために使用されるプロセス、すなわち支持および蒸着とに依存している。フルエンスは、ＫＡＬＡＤＥＸ（登録商標）上の金に対しては約５０〜約９０ｍＪ／ｃｍ²、ポリイミド上の金に対しては約１００〜約１２０ｍＪ／ｃｍ²、またＭＥＬＩＮＥＸ（登録商標）上の金に対しては約６０〜約１２０ｍＪ／ｃｍ²のレベルである。上記のレベルより小さいまたは大きいフルエンスレベルは、本開示にしたがって他のベース材料に対して適当であることが理解される。

リボン４２０の領域のパターン形成は、マスク４１４、４１４’を使用することにより達成される。各マスク４１４、４１４’は、形成される電気部品のパターンのあらかじめ決められた部分の正確な２次元説明図を含んだマスクフィールド４２２を包含している。図６は、接触パッドおよびトレース部分を包含したマスクフィールド４２２を図示している。図６に示されるように、第２マスク４１４’は、トレースの第２対応部分およびフィンガーを含んだ電極パターンを含んでいる。以前述べたように切断される領域のサイズによって、マスク４１４は本開示にしたがって電極パターン（図７）の完全な図または図５および図６に図示されているものとは異なったパターンの部分を含むことができる。本発明の１つの態様においてテストストリップ上の電気部品の全パターンは、一回でレーザー除去される、すなわちブロードフィールドが該テストストリップ（図７）の全サイズを包含する。別の方法では図５および図６に示したように、全バイオセンサーの部分が巧く行われていることが意図されている。

マスク４１４を以下考察するが特に指示しなければ、該考察は同様に、マスク４１４、４１４’に対して適用されることを理解されているものとする。図５を参照して、クロムで防御されているマスクフィールド４２２の領域４２４は、リボン４２０に対するレーザービーム４１２の投影を遮蔽する。マスクフィールド４２２中のクリアー領域または窓４１８は、レーザービーム４１２が、マスク４１４を経由して通過可能にさせかつリボン４２０の所定の領域に衝撃を与える。図５に示されているように、マスクフィールド４２２のクリアー領域４１８はリボン４２０の領域に対応し、そこから導電性材料４０３は除去されることになる。

さらにマスクフィールド４２２は、ライン４３０により示される長さとライン４３２により示される幅を持っている。ＬＰＸ−２００の２：１の画像化比が与えられたとすると、マスクの長さ３０は得られるパターンの長さ４３４の長さの２倍でありまたマスクの幅４３２は、リボン４２０上に得られるパターンの幅４３６の幅の２倍であることを理解されているものとする。マスクフィールド４２２の相対的寸法および得られるパターンは、本開示にしたがって変化できることを理解されているものとする。マスク４１４’（図６）は、電気部品の２次元説明図を完成するために使用されている。

続けて図５を参照して、レーザー切断装置４１０において、エキシマレーザー光源４１１はビーム４１２を発射し、それが石英上クロムマスク４１４を通過する。マスクフィールド４２２はビームの他の部分を通過させながら、レーザービーム４１２の部分を反射させ、レーザービーム４１２により衝撃を与えられる場所の金膜上にパターンを形成する。リボン４２０は装置４１０に対して静止しており、または装置４１０を経由して連続的にロール上を移動していることを理解されているものとする。従って、リボン４２０の移動の非限定的速度は、約０ｍ／分〜約１００ｍ／分であり、またいくつかの実施の態様においては、それは約３０ｍ／分〜約６０ｍ／分である。リボン４２０の移動速度は、選択された装置４１０によってのみ制限されかつ本開示にしたがって、レーザー光源４１１のパルス時間に依存して、１００ｍ／分を越えても良いことを理解されているものとする。

一度、マスク４１４のパターンがリボン４２０上に創られると、該リボンは巻き戻され、またマスク４１４’と共に装置４１０を経由して送られる（図６）。または、レーザー装置４１０は本開示にしたがって、連続で位置決め可能であることを理解されているものとする。このようにして、マスク４１４、４１４’を用いることにより、同一マスク中の多重マスクフィールド４２２を包含する工程反復プロセスを用いて、リボン４２０の大面積をパターン形成できて、ベース基板上に複雑な電極パターンおよび他の電気部品の経済的な創作と電気部品の正確な先端とバース材料からの多量の金属フィルムの除去とを可能にする。

図８および図９に図示された本発明の実施の態様は、テストストリップ上の作用電極および対向電極リードの両者のＩ−Ｒ降下補償の手はずを整えることにより、先行技術を越えて改良している。ここで図８を参照して、８００で一般的に示される本発明の第２の実施の態様のテストストリップ構造を概略的に示している。テストストリップ８００は、その最上表面を５０ｎｍの導電性金層（例えば、非制限的例によりスパッタリングまたは蒸着により）で塗布された底基板１２からなる。それに対してトレースと接触パッドを接続する電極はこれまで記述してきたように、レーザー切断プロセスにより、導電性層中にパターン形成される。例えば、作用電極８１４ａと、作用センス電極８２６ａと、対向電極２１６ａと、対向センス電極２２４ａは示されたように形成され、そして各トレース８１４ｃ、８２６ｃ、２１６ｃおよび２２４ｃにより各測定接触パッド８１４ｂ、８２６ｂ、２１６ｂおよび２２４ｂに連結されている。これらの接触パッド８１４ｂ、８２６ｂ、２１６ｂおよび２２４ｂは、テストストリップ８００がテスト機に挿入されたとき、テスト機（示していない）のコネクター接触により接触されるテストストリップ８００上に導電性領域を提供する。

図８のテストストリップ８００は作用センス電極８２６ａと、接触パッド８２６ｂと、トレース８２６ｃの付加以外は、図２の第１実施の態様のテストストリップ２００と実質的に同一である。作用センス電極８２６の提供により、テスト機が接触パッド８１４ｂおよび２１６ｂへの接続による接触抵抗により生じるＩ−Ｒ降下に対する補償とトレース８１４ｃおよび２１６ｃのトレース抵抗に対する補償を行うことを可能にする。

図９を参照して、テスト機中に収められた第２実施の態様の電極補償回路（一般的には９００により示している）の概略電気回路図が示されている。示されたように、テストストリップ８００がテスト機中に挿入されたときに、該回路は接触パッド８１４ｂ、８２６ｂ、２１６ｂおよび２２４ｂに連結される。当業者により理解されるように電位は対向電極接触パッド２１６ｂに対して印加され、それが対向電極２１６ｂと試薬１８に用いられる生体サンプル中に存在する検体量に比例する作用電極８１４ａの間に電流を生じさせる。作用電極８１４ｂからの電流は、作用電極トレース８１４ｃにより、作用電極接触パッド８１４ｂに伝達され、また電流−電圧増幅器３１０に提供される。増幅器３１０の類似の出力電圧は、Ａ／Ｄ３１２によりデジタル信号に変換される。このデジタル信号は、その後テストストリップ８００に対して用いられる生体サンプル内の重要な検体濃度を求めるために、あらかじめ貯蔵されたプログラムにより、マイクロプロセッサ３１４により処理される。この濃度がＬＣＤ出力装置３１６によりユーザーに表示される。

マイクロプロセッサ３１４も対向電極接触パッド２１６ｂに印加される電位を示すデジタル信号を出力する。このデジタル信号がＤ／Ａ３１８によりアナログ信号に変換される。Ｄ／Ａ３１８のアナログ出力は操作増幅器３２０の第１入力に印加される。操作増幅器３２０の第２入力は操作増幅器９１０の出力に連結されている。操作増幅器９１０は計装用増幅器を用いて、差増幅器構造に接続されている。操作増幅器９１０の第１入力は作用センス電極接触パッド８２６ｂに連結され、一方操作増幅器９１０の第２入力は対向センス電極接触パッド２２４ｂに連結されている。操作増幅器３２０の出力は対向電極接触パッド２１６ｂに連結されている。

操作増幅器３２０は電圧追随構造に連結され、そこでは第２入力に現れる電圧が第１入力に現れる命令された電圧に等しくなるまで、その出力（操作の物理的限界以内）を調節する。

操作増幅器９１０の両入力は高インピーダンス入力であるから、対向センスライン２２４または作用センスライン８２６中には実質的に電流は流れない。実質的に電流は流れないから、対向センスライン２２４または作用センスライン８２６中の寄生抵抗は電位降下を生じさせないし、操作増幅器９１０の入力を横切って現れる電圧は測定セル（すなわち対向電極２１６ａおよび作用電極８１４ａを横切って）を横切る電圧と実質的に同じである。操作増幅器９１０は差増幅器構造に接続されているから、その出力は測定セルを横切る電圧を表している。

従って操作増幅器３２０は測定セルを横切って現れる電位がマイクロプロセッサ３１４により命じられる電位に等しくなるまで、その出力（すなわち、対向電極接触パッド２１６ｂに印加される電位）を変化させる作用を行う。従って操作増幅器３２０は対向電極トレース２１６ｃと、対向電極コンタクト２１６ｂと、作用電極トレース８１４ｃと作用電極コンタクト８１４ｂとにおける寄生抵抗により生じる電位効果に対する補償を自動的に行い、従って測定セルを横切って現れる電位は望みの電位となる。従って作用電極から生じる電流から、生体サンプル中の検体濃度を計算することはさらに正確になる。

図８と併せて、図１０は、テスト機がＩ−Ｒ降下を補償する事ができることを確かなものとするために、作用電極ラインおよび対向電極ラインの両方の抵抗が所定の閾値以上にならないという確証を提供するのみならず、作用電極ラインおよび対向電極ライン双方に対するＩ−Ｒ降下補償を提供することにより、先行技術を超えた改良をする本発明の第３の実施の態様を示している。ここで図１０を参照して、テスト機内に収められた第３実施の態様の補償回路（一般的に１０００で示している）の概略電気回路図が示されている。電極補償回路１０００は、図８のテストストリップ８００と共に働く。示されたように、テストストリップ８００がテスト機中に挿入されたとき、該回路は接触パッド８１４ｂ、８２６ｂ、２１６ｂおよび２２４ｂに連結される。当業者なら理解されるように、電位は対向電極接触パッド２１６ｂに対して印加され、それが試薬１８に用いられる生体サンプル中に存在する検体の量に比例している電流を、対向電極２１６ａと作用電極８１４ａの間に生じる。作用電極８１４ａからの電流は、作用電極トレース８１４ｃにより、作用電極接触パッド８１４ｂに伝達され、また電圧対電流増幅器３１０に提供される。電圧対電流増幅器３１０の出力は、スイッチ１００４が閉じられた位置にあるとき、単一利得を持つバッファーとして形成されている計装化増幅器１００２の入力に印加される。増幅器１００２のアナログ出力電圧はＡ／Ｄ３１２により、デジタル信号に変換される。その後デジタル信号は、その後テストストリップ８００に対して用いられる生体サンプル内の検体濃度を求めるために、あらかじめ貯蔵されたプログラムにより、マイクロプロセッサ３１４により処理される。この濃度がＬＣＤ出力装置３１６により、ユーザーに表示される。

マイクロプロセッサ３１４も対向電極接触パッド２１６ｂに印加される電位を示すデジタル信号を出力する。このデジタル信号がＤ／Ａ３１８によりアナログ信号に変換される。Ｄ／Ａ３１８のアナログ出力は、スイッチ１００６が示された位置にあるときに、電圧追随器（フォロワ）として形成された操作増幅器３２０の入力に印加される。操作増幅器３２０の出力は対向電極接触パッド２１６ｂに連結されており、それが試薬１８適用される体液サンプルの測定を可能にする。さらに図１０に示されたように、位置付けられたスイッチ１００６、１００８および１０１０を用いて、回路が図９に示されるように形成され、また図９に冠して以上述べてきたように、寄生抵抗およびコンタクト抵抗に対して自動的補償を行うために使用される。

対向電極ライン２１６中の寄生抵抗の量を測定するために、スイッチ１００８は図１０中に示された位置に置かれ、スイッチ１００６は図１０中に示されたのと反対の位置に置かれ、一方スイッチ１０１０は閉じられている。従って、操作増幅器３２０は単一の利得を持ったバッファーとして作用しかつ既知の抵抗Ｒ_nomを経由して、対向電極接触パッド２１６ｂに電位を印加する。この抵抗が電流を生じさせ、対向電極ライン２１６およびスイッチ１０１０を経由して電流センスラインに連結されている電圧対電流増幅器３１０により察知される対向センスライン２２４中に流し込む。電圧対電流増幅器３１０の出力はＡ／Ｄ３１２を経由して、マイクロプロセッサ３１４に提供される。Ｒ_nomの値は既知であるから、マイクロプロセッサ３１４は対向センスライン２２４および対向電極ライン２１６中の寄生抵抗値を計算できる。この寄生抵抗値はテストストリップ８００に物理的損傷が起こったかどうか、またはテストストリップ８００がテストを行うために信頼性良く使用できない程度まで、非導電性ビルドアップが接触パッド上に存在しているかどうかを決めるために、テスト機中に収められている所定の閾値と比較できる。そのような状況において、テスト機はテストを進める前に別のテストストリップをテスト機中に挿入するべきであることをユーザーに知らせるためにプログラムを作成しても良い。

作用電極ライン８１４中の寄生抵抗の量を測定するために、スイッチ１００６および１００８は図１０中に示された位置とは反対の位置に置かれ、一方スイッチ１０１０は開かれている。従って、操作増幅器３２０は単一利得を持ったバッファーとして作用し、また既知の抵抗Ｒ_nomを経由して作用センス接触パッド８２６ｂに電位を印加する。この抵抗が電流を生じさせ、作用センス接触パッド８２６および電圧対電流増幅器３１０により察知される作用電極ライン８１４中に流し込む。電圧対電流増幅器３１０の出力はＡ／Ｄ３１２を経由して、マイクロプロセッサ３１４に提供される。Ｒ_nomの値は既知であるから、マイクロプロセッサ３１４は作用センス接触パッド８２６および作用電極ライン８１４中の寄生抵抗値を計算できる。この寄生抵抗値はテストストリップ８００に物理的損傷が起こったかどうか、またはテストストリップ８００がテストを行うために信頼性良く使用できない程度まで、非導電性ビルドアップが接触パッド上に存在しているかどうかを決めるために、テスト機中に収められている所定の閾値と比較できる。そのような状況において、テスト機はテストを進める前に別のテストストリップをテスト機中に挿入するべきであることをユーザーに知らせるためにプログラムを作成しても良い。

図１１は図８に示されるように、作用電極と対向電極双方に対してＩ−Ｒ降下補償を持つ本発明による第３実施の態様テストストリップを概略的に図示している。第３実施の態様のテストストリップ１１００は、その最上表面を５０ｎｍの導電性層（例えば、非制限的例によりスパッタリングまたは蒸着により）で塗布された底基板１２からなる。それに対してトレースと接触パッドを接続する電極は、これまで記述してきたように、レーザー切断プロセスにより、導電性層中にパターン形成される。当業者らにとってすぐに明らかなように、図１１のテストストリップは図８のテストストリップに類似している。図８のテストストリップとは違って、対向センスライン２２４と作用センスライン８２６は反応ゾーン２０中には伸びていない。さらに、対向電極２１６ａは１つの代わりに複数のフィンガー１１０４を包含している。他の実施の態様において、作用電極８１４ａも複数のフィンガー１１０４を包含できる。さらに毛細管スペース１１０２は、それが電極２１６ａおよび８１４ａの部分を覆うように反応ゾーン２０中にサンプルを引き込むために、設けられている。

図１１中に図示されたデザインは、いくつかの性能限定を固有に包含している。ラインＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃなどは電極２１６ａ、８１４ａ、またはフィンガー１１０４の構造的完全性に欠陥があるかどうかを決めるために疑問できない領域である。例えばトレース抵抗を増加する引っかき傷または該トレースを完全に切断する傷などの、これらの領域における物理的欠陥は、以上記述した品質確認チェックにより検出できない。このことはセンスライン２２４ｃ、８２６ｃがテスト機とラインＡ−Ａ間にあるポイントに各電極トレース２１６ｃ、８１４ｃを合わせるという事実による。従ってラインＡ−ＡとラインＦ−Ｆ間でのテストストリップ１１００に対する損傷は、品質確認テストループの外にあり、また以上記載したＩ−Ｒ降下補償または寄生抵抗閾値に対して、なんらインパクトを与えない。従ってセンスライン８２４、２２４は、流体サンプルが得られかつ分析される前にテストストリップ１１００の機能を完全にテストすることを妨げる。それ故に、流体サンプルの望みの特性の最終測定は誤ったものとなる。

図１２は、図１１に示されたデザインの欠点を克服するためのより強固なテストストリップデザインを示している。テストストリップ１２００は、作用センスライン８２６と各電極８１４ａ、２１６ａを交差する各ポイント１２０６、１２０８を持つ対向センスライン２２４とを包含している。作用センスライン８２６および対向センスライン２２４は、基板１２上の導電性トレースである。ポイント１２０６とテストストリップ１２００用のテスト機中の電源の間の距離（テストストリップの縦軸に平行な面で測定される）は、試薬１８内の作用電極８１４ａの部分上のポイントと電源間の距離より大きいか等しい。同様に、ポイント１２０８とテストストリップ１２００用の電源の間の距離は、試薬１８内の対向電極２１６ａの部分上のポイントと電源間の距離より大きいか等しい。ポイント１２０６、１２０８を含めた作用センスライン８２６と対向センスライン２２４を持つことは、電源と測定電極フィンガーの間のテストストリップ１２００上の全てのポイントが構造上の完全さおよび寄生抵抗に関して、尋問されるのを可能にしている。図３と組み合わせて図１２から見られるように、電源はコンタクトゾーン（２２）中に位置する接触パッドを経由してテストストリップに連結されている。従って交差ポイント（１２０６、１２０８）とコンタクトゾーン（２２）の間の距離は、電極（８１４ａ、２１６ａ）とコンタクトゾーン（２２）の間の距離より大きいかまたは等しい。

図１１中のデザインとは異なり、図１２中のデザインは構造的欠陥に対して、電極２１６ａ、８１４ａおよび関連するフィンガーに尋問を可能にするように位置付ける。もし欠陥が見出されると、それは補償可能であるか、または指示することができて、テストストリップ１２００は処理できて新しいテストストリップが使用される。このことは流体サンプルの望みの特性の測定における誤りを除去する助けとなる。

ここに引用した全ての文献、先行応用および他の文書は、各々が参照として個々に組み入れられまた完全に説明されてきたように、ここに完全に参照により組み入れる。

本発明は、図面および前記において詳細に図示しかつ記述してきたが、該記述は実例として考えるものであり、特性において限定的ではない。本発明の精神以内に入る全ての変化および変形は保護されることが望ましい。

付帯した図面を参照して、単に例示の目的でさらに記述する。
体液中の重要な検体の濃度を測定するための典型的な先行技術のテストストリップの概略平面図である。 本発明による第１実施の態様のテストストリップの概略平面図である。 図２の第１実施の態様のテストストリップを用いて使用するための第１実施の態様の電気的テスト回路の概略図である。 体液中の重要な検体の濃度を測定するのに使用するための第２の典型的なテストストリップの拡大組み立て図である。 本発明を用いて使用するために適した切断装置を示す図である。 第２マスクを示す図５のレーザー切断装置の図である。 本発明を用いて使用するために適した切断装置の図である。 本発明による第２実施の態様のテストストリップの概略平面図である。 図８の第２実施の態様のテストストリップを用いて使用するための第２実施の態様の電気的テスト回路の概略図である。 図８の第２実施の態様のテストストリップを用いて使用するための第３実施の態様の電気的テスト回路の概略図である。 第３実施の態様のテストストリップの概略平面図である。 第４実施の態様のテストストリップの概略平面図である。

Claims (10)

1. 第１測定電極（８１４ａ）および
   該第１測定電極に操作可能に連結された第１導電性トレース（８２６）とからなる電源により電力を供給される電気化学的テストストリップであって、
   該第１導電性トレース上の少なくとも１ポイントと電源の間の距離が、該第１測定電極上のいずれかのポイントと電源との間の距離よりも大きいか、または等しいことを特徴とするテストストリップ。
2. さらに第２測定電極（２１６ａ）および
   該第２測定電極に操作可能に連結された第２導電性トレース（２２４）とからなる請求項１記載のテストストリップであって、
   該第２導電性トレース上の少なくとも１ポイントと電源の間の距離が、該第２測定電極上のいずれかのポイントと電源との間の距離よりも大きいか、または等しいことを特徴とするテストストリップ。
3. 該第１測定電極が、複数の第１フィンガーからなることを特徴とする請求項１記載のテストストリップ。
4. 該第２測定電極が、複数の第２フィンガーからなることを特徴とする請求項２記載のテストストリップ。
5. 該第１フィンガー上に配置されかつ望みの流体品質を指示する流体サンプル中でテストストリップにより測定される電位を作るために操作される試薬をさらに含むことを特徴とする請求項２記載のテストストリップ。
6. 該第２フィンガー上に配置されかつ望みの流体品質を指示する流体サンプル中でテストストリップにより測定される電位を作るために操作される試薬をさらに含むことを特徴とする請求項３記載のテストストリップ。
7. 該第１導電性トレース上の少なくとも１ポイントが、該第１導電性トレースが該第１測定電極と交差するポイント（１２０６）であることを特徴とする請求項１記載のテストストリップ。
8. 該第２導電性トレース上の少なくとも１ポイントが、該第２導電性トレースが該第２測定電極と交差するポイント（１２０８）であることを特徴とする請求項２記載のテストストリップ。
9. 作用電極（８１４ａ）および
   該作用電極に操作可能に連結された作用センスライン（８２６）とからなり、該作用センスラインが、ポイント（１２０６）で該作用電極と交差するものを含む電源により電力を供給される電気化学的テストストリップであって、
   該ポイント（１２０６）と該テストストリップ上の接触ゾーン（２２）との間の距離が、該作用電極の部分上のいずれかのポイントと接触ゾーン（２２）との間の距離よりも大きいか、または等しいことを特徴とするテストストリップ。
10. 対向電極（２１６ａ）および
    該対向電極に操作可能に連結された対向センスライン（２２４）とからなり、該対向センスラインが、ポイント（１２０８）で該対向電極と交差するものをさらに含む請求項８記載のテストストリップであって、
    該ポイント（１２０８）と該テストストリップ上の接触ゾーン（２２）との間の距離が、該対向電極の部分上のいずれかのポイントと接触ゾーン（２２）との間の距離よりも大きいか、または等しいことを特徴とするテストストリップ。

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