JP2017534406A - 電極アセンブリ - Google Patents

Abstract

本発明は、電極アセンブリ（例えば、ナノ電極アセンブリ）に関し、電極アセンブリを含む電気化学グルコースバイオセンサに関し、電気化学グルコースバイオセンサを含む真性糖尿病と闘う（例えば、真性糖尿病の管理のための）装置に関する。

Description

本発明は、電極アセンブリ（例えば、ナノ電極アセンブリ）、電極アセンブリを含む電気化学グルコースバイオセンサ、及び電気化学グルコースバイオセンサを含む真性糖尿病と闘う（例えば、真性糖尿病の管理のための）装置に関する。

グルコースオキシターゼを使用する従来的なグルコースバイオセンサは、低レベルの生理学的酸素（いわゆる「酸素欠乏」）によって制限されるその応答の故に、通常約２ｍＭのレベルで飽和する。このグルコースのレベルは、糖尿病患者では危険なほどに低い。酸素欠乏を改善するアプローチは、電極に到達する酸素に対してグルコースの量を選択的に制限する（即ち、酸素／グルコース透過率を増加させる）グルコース膜を追加することである。これはセンサをより高いレベルのグルコースに応答させるという効果を有するが、応答の感度及び速度を有意に低下させ、４ｍＭのレベルより下でグルコースを測定するのを困難にする。酸素欠乏を改善する別のアプローチは、グルコースオキシターゼの活性部位から電極表面に電子を運ぶことによって酸素の役割を引き継ぐメディエイタ(mediator)を配置することである。既知のメディエイタは、生理学的に十分に許容されず、しばしば毒性がある、遷移金属錯体を含む。よって、測定閾値を下げる改善されたアプローチの特定は、連続的なグルコースモニタリング（ＣＧＭ）の急速に成長する領域にとって重要である。

本発明は、グルコースオキシターゼがその上に固定される(immobilized)特定の電極アセンブリ（例えば、ナノ電極アセンブリ）が、生理学的制約に基づき予想されるよりも有意に広い動的範囲のグルコースレベルに亘って、グルコース制限膜なしに機能することがあるという認識に基づく。具体的には、電極アセンブリは、（例えば）通常吸引される水溶液中で０．５μＭのように低い検出限界でグルコースオキシターゼの作動範囲全体（０〜３０ｍＭ）に亘って機能し得ることが決定された。

よって、第１の特徴から見るとき、本発明は、
第１の絶縁キャッピング層と、
第１の絶縁キャッピング層によって覆われ(capped)、電気接触面だけを露出させられたままにするよう少なくとも第１の絶縁キャッピング層によって実質的に挟装され(sandwiched)或いはカプセル化される(包まれる)(encapsulated)、第１の導電層と、
少なくとも第１の絶縁キャッピング層及び第１の導電層を通じて延在するエッチングされた空隙のアレイとを含み、
各空隙は、内部サブミクロン電極として作用する第１の導電層の表面によって部分的に境界付けられ、内部サブミクロン電極の上に又は内部サブミクロン電極に隣接してグルコース感受性酵素が固定され、使用中、グルコースを含有する体液が、固定されるグルコース感受性酵素(glucose sensitive enzyme)への露出のために、エッチングされた空隙内に進む、
積層構造を有するナノ電極アセンブリを提供する。

ナノ電極アセンブリの好適な実施態様では、使用中、体液から固定されるグルコース感受性酵素へのグルコース及び酸素の相対的な質量移動が非選択的である(unselective)。

ナノ電極アセンブリの好適な実施態様では、使用中、前記体液から前記固定されるグルコース感受性酵素へのグルコース及び酸素の相対的な質量移動が介入しない(interventionless)。

ナノ電極アセンブリの好適な実施態様では、使用中、前記体液から前記固定されるグルコース感受性酵素へのグルコース及び酸素の相対的な質量移動が妨げられない(unimpeded)。

典型的に、ナノ電極アセンブリは、グルコース束制限的な(glucose flux-limiting)又はグルコース拡散制御的な(glucose diffusion-controlling)如何なるシステム（例えば、グルコース膜）も含まない。

好ましくは、ナノ電極アセンブリは、グルコース制限膜(glucose-restricting membrane)を含まない（例えば、膜がない）。

（例えば、膜による）グルコース及び酸素の相対的な物質移動に対する介在、障害又は選択性の欠如は、体液（例えば間質液）とのより迅速な平衡及びより速い応答を有利にもたらす。

ナノ電極アセンブリの好適な実施態様において、固定化されたグルコース感受性酵素は、酸素媒介性（例えば、実質的に酸素媒介性）である。この実施態様は、生理的許容性を有利に改善し、安全性の懸念を有利に緩和する。

ナノ電極アセンブリは、合成メディエイタ（例えば、遷移金属錯体のような無機メディエイタ）のような外因性メディエイタがなくてよい。

代替的に、グルコース感受性酵素は、合成メディエイタ（例えば、遷移金属錯体のような無機メディエイタ）のようなメディエイタと共固定化(co-immobilized)されてよい。

好適な実施態様において、グルコース感受性酵素は、グルコースオキシターゼである。

電気接触面は、第１の導電層の部分であってよく、或いは第１の導電層に接続されてよい。電気接触面は、導電層の正方形の接触縁のような周辺接触縁であってよい。電気接触面は、広域電気接触面であってよい（例えば、電気接触面は、ナノ電極アセンブリの周囲の実質的に全長に沿って延在してよい）。電気接触面は、実質的にＴ形状であってよい。電気接触面は、電気接触リップであってよい。電気接触面は、外部計器への、例えば、ポテンシオスタット、手持ち式計測器又はモニタリングデバイスのような外部回路への、各内部サブミクロン電極の簡単且つ確実な接続を可能にする。

典型的には、ナノ電極アセンブリは、ナノメートルスケールで少なくとも１つの寸法（例えば、１つの寸法又は２つの寸法）を有する。この寸法は、しばしば限界寸法と呼ばれ、電気化学応答を大きく制御する。限界寸法は、１００ｎｍ以下であってよい。

積層構造の層は、標準的な技術に従って層毎に連続的に製造され（例えば、鋳造され、スピンされ、スパッタリングされ、成長させられ或いは堆積させられ）てよい。

好ましくは、ナノ電極アセンブリは、第１の導電層を含む（同じであっても異なってもよい）複数の導電層と、第１の絶縁キャッピング層を含む（同じであっても異なってもよい）複数のキャッピング層とを含み、複数の導電層及び複数のキャッピング層は、積層構造内で交互に起こり、各導電層は、電気接触面のみを露出させられたままにするように挟装され或いはカプセル化され、エッチングされた空隙のアレイは、複数の絶縁キャッピング層及び複数の導電層を通じて延在し、各空隙は、内部サブミクロン電極として作用する複数の導電層の各々の導電層の表面によって部分的に境界付けられ、内部サブミクロン電極の上に又は内部サブミクロン電極に隣接してグルコース感受性酵素が固定される。

各空隙内の内部サブミクロン電極の数は、３つ、４つ若しくは５つ（又はそれ以上）であってよい。そのような実施態様は、導電層及び絶縁キャッピング層の連続的な積層（例えば、堆積又は成長）によって形成されてよい。空隙内の寸法及び絶対的な空間的場所並びに内部サブミクロン電極の各々の相対的な空間的場所は精密に定められてよい。

好ましくは、ナノ電極アセンブリは、第２の導電層を更に含み、第１の導電層は、第１の電気接触面のみを露出させられたままにするように挟装され或いはカプセル化され、第２の導電層は、第２の電気接触面のみを露出させられたままにするように挟装され或いはカプセル化され、エッチングされた空隙のアレイは、第１の導電層、第１の絶縁キャッピング層及び第２の導電層を通じて延び、各空隙は、内部サブミクロン電極として作用する第１の導電層の表面によって部分的に境界付けられ、内部サブミクロン電極の上に或いは内部サブミクロン電極に隣接してグルコース感受性酵素が固定され、且つ／或いは、各空隙は、内部サブミクロン電極として作用する第２の導電層の表面によって部分的に境界付けられ、内部サブミクロン電極の上に或いは内部サブミクロン電極に隣接してグルコース感受性酵素が固定される。第１の導電層及び第２の導電層は、実質的に同一平面上にあってよい（例えば、横方向に離間してよい）。第１の導電層及び第２の導電層は、同一平面上になくてよい（例えば、軸方向に離間してよい（好ましくは、実質的に同軸に離間してよい））。これはマルチレベル金属相互接続を必要とすることがある。

好ましくは、ナノ電極アセンブリは、第２の導電層と、第２の絶縁キャッピング層とを含み、第１の導電層は、第１の電気接触面のみを露出させられたままにするように挟装され或いはカプセル化され、第２の導電層は、第２の電気接触面のみを露出させられたままにするように挟装され或いはカプセル化され、エッチングされた空隙のアレイは、第１の導電層、第１の絶縁キャッピング層、第２の導電層及び第２の絶縁キャッピング層を通じて延び、各空隙は、内部サブミクロン電極として作用する第１の導電層の表面によって部分的に境界付けられ、内部サブミクロン電極の上に或いは内部サブミクロン電極に隣接してグルコース感受性酵素が固定され、且つ／或いは、各空隙は、内部サブミクロン電極として作用する第２の導電層の表面によって部分的に境界付けられ、内部サブミクロン電極の上に或いは内部サブミクロン電極に隣接してグルコース感受性酵素が固定される。第１の導電層及び第２の導電層は、実質的に同一平面上にあってよい（例えば、横方向に離間してよい）。第１の導電層及び第２の導電層は、同一平面上になくてよく（例えば、軸方向に離間してよく（好ましくは、実質的に同軸に離間してよく）或いは径方向に離間してよい（好ましくは、同心状に径方向に離間してよい））。これはマルチレベル金属相互接続を必要とすることがある。

好ましくは、エッチングされた空隙のアレイは、エッチングされた空隙の複数の別個のサブアレイである。アレイ（又は各サブアレイ）は、直線又は千鳥（例えば、ヘリングボーン）パターンであってよい。アレイ（又は各サブアレイ）は、三次元パターンであってよい。アレイ（又は各サブアレイ）は、多次元（例えば、二次元）アレイであってよい。

空隙のアレイは、機械的に又は化学的にエッチングされてよい。各空隙は、孔(aperture)、通孔(through-hole)、井戸(well)、チューブ(tube)、毛細管(capillary)、孔隙(pore)、ボア(bore)又はトラフ(trough)であってよい。好ましくは、各エッチングされた空隙は、井戸である。井戸は、絶縁キャッピング層又は絶縁基板層で終端してよい。井戸は、井戸の基部に内部サブミクロン電極を提供する導電層で終端してよい。

空隙の横方向の寸法（ｄ_ｗ）及び形状は、内部サブミクロン電極の対向面の間の距離を決定する。

空隙の断面形状は、規則的であってよい。例えば、空隙の断面形状は、実質的に円形であってよく、横方向の寸法は、直径である。例えば、空隙の断面形状は、実質的に正方形であってよく、横方向寸法は、幅である。

（同一であっても異なってもよい）各空隙の横方向の寸法ｄ_ｗ（例えば、幅又は直径）は、典型的には、１００ｎｍ以上である。

空隙の深さは、エッチング深さ（ｄ_ｄ）である。空隙内の特定の深さ（ｄ_ｎ）におけるｎ番目の内部サブミクロン電極の位置（即ち、孔開口部からｎ番目の電極の最も近い縁までの距離）は、（複数の）絶縁キャップ層の幅によって決定される。内部サブミクロン電極の厚さ（ｗ_ｎ）及び（ｄ_ｎ、ｄ_ｄ及びｗ_ｎによって定められる）空隙内のその位置は、ナノスケールで独立して制御されてよい。

（同一であっても異なってもよい）各空隙のエッチング深さ（ｄ_ｄ）は、典型的には、１００００ミクロン以下であり、好ましくは、０．０００３〜１０００ミクロン、特に好ましくは、０．０５〜１００ミクロン、より好ましくは、０．０１〜１０ミクロンである。

正確に定められた分離又はピッチ（同じであっても異なってもよいｘ及びｙ）を備えるアレイ内に複数の空隙を配置し得る。ピッチは、典型的には、１００ｎｍ以上である。

前記（又は各）導電層は、実質的に平面的な又は円筒形の導電層であってよい。

好ましくは、前記（又は各）導電層は、実質的に平面的な導電層である。

前記（又は各）導電層は、実質的にＴ形状、蛇行形状(serpentine)、或いは櫛形(digitated)であってよい。

前記（又は各）導電層は、金属質であってよい。導電層は、金や銀のような貴金属又は金属窒化物（例えば、窒化チタン）で構成されてよい。前記（又は各）導電層は、官能化されてよい（例えば、化学的に又は生物学的に官能化されてよい）。

前記（又は各）導電層は、複合体（例えば、ナノ粒子、ナノワイヤ又はナノコネクタの複合体）であってよい。例えば、前記（又は各）導電層は、カーボンナノチューブ又は金属（例えば金）ナノ粒子を含んでよい（或いはカーボンナノチューブ又は金属（例えば金）ナノ粒子で構成されてよい）。

ｎ番目の導電層の厚さ（ｗ_ｎ）は、原子スケール分解能での製造によって決定されてよい（原子スケールは、少なくとも原子以上の厚さを意味する）。（同じであっても異なってもよい）前記（又は各）導電層の厚み（ｗ_ｎ）は、０．１０ｎｍ以上、好ましくは、０．１０〜９９０ｎｍの範囲内、特に好ましくは、０．１０〜５００ｎｍの範囲内、一層好ましくは、０．１０〜２５０ｎｍの範囲内、より一層好ましくは、０．１０〜１００ｎｍの範囲内である。

前記（又は各）絶縁性キャッピング層は、重合体（ポリマ）であってよい。（同じであっても異なってもよい）前記（又は各）絶縁キャップ層の厚さは、０．１０ｎｍ以上、好ましくは、０．１０〜５０００ｎｍの範囲内、特に好ましくは、０．１０〜２０００ｎｍの範囲内、より好ましくは、０．１０〜９９０ｎｍの範囲内、最も好ましくは、０．１０〜５００ｎｍの範囲内であってよい。

第１の内部サブミクロン電極（即ち、ホールエッジに最も近い内部サブミクロン電極）（ｄ１）の深さは、典型的には、１０００ミクロン以下であり、好ましくは、０．０００１〜１００ミクロン、特に好ましくは、０．０００１〜１０ミクロン、より好ましくは、０．０００１〜１ミクロン、最も好ましくは、０．０００１〜０．５ミクロンである。

前記（又は各）内部サブミクロン電極は、典型的には、部分的に又は全体的に円形である。

第１の好適な実施態様において、第１の導電層は、第１の導電層の電気接触面のみを露出させられたままにするよう、第１の絶縁キャッピング層のみによって実質的に挟装され或いはカプセル化され、エッチングされた空隙のアレイは、第１の絶縁キャッピング層及び第１の導電層のみを通じて延在する。

第２の好適な実施態様において、絶縁基板層を更に含み、第１の導電層は、絶縁基板層の上に作られ、第１の導電層の電気接触面のみを露出させられたままにするよう第１の絶縁キャッピング層及び絶縁基板層によって実質的に挟装され或いはカプセル化される。

第３の好適な実施態様において、電極は、
絶縁基板層と、
絶縁基板層の上に作られる第２の絶縁キャッピング層とを更に含み、
第１の導電層は、第２の絶縁キャッピング層の上に作られ、第１の導電層の電気接触面のみを露出させられたままにするよう第１の絶縁キャッピング層及び第２の絶縁キャッピング層によって実質的に挟装され或いはカプセル化される。

第４の好適な実施態様において、電極は、更に、
絶縁基板層と、
第２の絶縁キャッピング層と、
第２の導電層とを含み、
第１の導電層は、第２の絶縁キャッピング層の上に作られ、第１の導電層の電気接触面のみを露出させられたままにするよう第１の絶縁キャッピング層及び第２の絶縁キャッピング層によって実質的に挟装され或いはカプセル化され、第２の導電層は、絶縁基板層の上に作られ、第２の導電層の電気接触面のみを露出させられたままにするよう第２の絶縁キャッピング層及び絶縁基板層によって実質的に挟装され或いはカプセル化され、
エッチングされた空隙のアレイは、少なくとも第１の絶縁キャッピング層、第１の導電層及び第２の絶縁キャッピング層を通じて延在し、各空隙は、内部サブミクロン電極として作用する第１の導電層の表面によって部分的に境界付けられ、内部サブミクロン電極の上に或いは内部サブミクロン電極に隣接してグルコース感受性酵素が固定される。

特に好ましくは、エッチングされた空隙のアレイは、第１の絶縁キャッピング層、第１の導電層及び第２の絶縁キャッピング層のみを通じて延在する。

特に好ましくは、エッチングされた空隙のアレイは、第１の絶縁キャッピング層、第１の導電層、第２の絶縁キャッピング層及び第２の導電層を通じて延在し、各空隙は、第１の内部サブミクロン電極として作用する第１の導電層の表面によって部分的に境界付けられ、第１の内部サブミクロン電極の上に或いは第１の内部サブミクロン電極に隣接して、グルコース感受性酵素が固定され、且つ、各空隙は、第２の内部サブミクロン電極として作用する第１の導電層の表面によって部分的に境界付けられ、第２の内部サブミクロン電極の上に或いは第２の内部サブミクロン電極に隣接して、任意的に（しかしながら好ましくは）グルコース感受性酵素が固定される。

第５の好適な実施態様において、電極は、更に、
絶縁基板層と、
第２の導電層とを含み、
第１の導電層は櫛形であり(digitated)、第２の導電層は櫛形であり、第１の導電層及び第２の導電層は、絶縁基板層の上で互いに噛み合って(interdigitally)作られ、第１の導電層の電気接触面及び第２の導電層の電気接触面のみを露出させられたままにするよう、第１の絶縁キャッピング層及び絶縁基板層によって挟装され或いはカプセル化され、
エッチングされた空隙のアレイは、第１の絶縁キャッピング層、第１の導電層及び第２の導電層を通じて延在し、各空隙は、第１の内部サブミクロン電極として作用する第１の導電層の表面によって部分的に境界付けられ、第１の内部サブミクロン電極の上に或いは第１の内部サブミクロン電極に隣接して、グルコース感受性酵素が固定され、且つ、各空隙は、第２の内部サブミクロン電極として作用する第２の導電層の表面によって部分的に境界付けられ、第２の内部サブミクロン電極の上に或いは第２の内部サブミクロン電極に隣接して、任意的に（しかしながら好ましくは）グルコース感受性酵素が固定される。

第６の好適な実施態様において、電極は、更に、
絶縁基板層と、
第２の導電層とを含み、
第２の導電層は、第１の導電層と実質的に同一平面上にあり、第１の導電層及び第２の導電層の各々は、第１の絶縁キャッピング層によって覆われ、第１の導電層の電気接触面及び第２の導電層の電気接触面のみをそれぞれ露出させられたままにするよう、少なくとも第１の絶縁キャッピング層によって実質的に挟装され或いはカプセル化され、
１つ又はそれよりも多くの第１のエッチングされた空隙が、第１の絶縁キャッピング層及び第１の導電層を通じて延在し、１つ又はそれよりも多くの第２のエッチングされた空隙が、第１の絶縁キャッピング層及び第２の導電層を通じて延在し、各第１のエッチングされた空隙は、内部サブミクロン電極として作用する第１の導電層の表面によって部分的に境界付けられ、内部サブミクロン電極の上に或いは内部サブミクロン電極に隣接してグルコース感受性酵素が固定され、各第２のエッチングされた空隙は、内部サブミクロン電極として作用する第２の導電層の表面によって部分的に境界付けられ、内部サブミクロン電極の上に或いは内部サブミクロン電極に隣接してグルコース感受性酵素が固定され

特に好ましくは、第１の導電層及び第２の導電層の各々は、第１の導電層の電気接触面及び第２の導電層の電気接触面のみが露出されられたままであるよう、第１の絶縁キャッピング層のみによって実質的に挟装され或いはカプセル化される。

絶縁基板層は、典型的には、シリコン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素又はポリマ材料で構成される。

積層構造は、実質的に平面状、円筒状、箱形断面、半球状又は球状であってよい。円筒状、半球状又は球状の積層構造は、中空又は中実のコアを有してよい。

例えば、積層構造は、１ミクロン以上の直径を備える中空又は中実のコアを有することがある繊維であってよい。

例えば、積層構造は、１ミクロン以上の幅を有することがあるスライド、テーパ、プレート又はテープであってよい。

ナノ電極アセンブリは、選択透過膜(permselective membrane)を備えてよい。

体液は、血液、尿、眼内液（例えば、房水）、涙液、唾液、汗又は間質液であってよい。

更なる特徴から見るとき、本発明は、
作動電極として動作可能な前述のようなナノ電極アセンブリと、
基準電極及び対電極又は組み合わせ対基準電極とを含む、
電気化学グルコースバイオセンサを提供する。

電気化学グルコースバイオセンサは、典型的には、電流測定に関する(amperometric)。

電気化学グルコースバイオセンサは、局所的に取り付け可能（例えば、皮膚に取り付け可能）であってよい。

電気化学グルコースバイオセンサは、被験体の体内に移植可能な又は注射可能であってよい。電気化学グルコースバイオセンサは、静脈内に又は皮下に移植可能であってよい。好ましくは、電気化学グルコースバイオセンサは、皮下に移植可能である。

電気化学グルコースバイオセンサは、主として針状であってよい。

一層更なる特徴から見るとき、本発明は、被験者におけるグルコースレベルを継続的に測定するための前述のような電気化学グルコースバイオセンサの使用を提供する。

ますます一層更なる特徴から見るとき、本発明は、
被験者における真性糖尿病と闘う装置であって、
被験者におけるグルコースレベルを継続的に測定する前述のような電気化学グルコースバイオセンサと、
閾値を超える前記グルコースレベルに応答して作動信号を生成する信号生成デバイスと、
作動信号に応答して被験者にインシュリンを給送する給送デバイス(delivery device)とを含み、
使用中、電気化学グルコースバイオセンサ、信号生成デバイス、及び給送デバイスは、閉ループ内で通信する、
装置を提供する。

給送デバイスは、典型的には、インシュリンポンプである。

好ましくは、電気化学グルコースバイオセンサは、皮下移植され或いは局所に取り付けられる。

次に、付属の実施例及び図面を参照して、本発明を非限定的な意味合いにおいて記載する。

本発明の電気化学グルコースバイオセンサの実施態様の典型的な応答の例示である。 本発明のナノ電極アセンブリの第１の実施態様の概略的な部分断面図及び頂面図である。 第１の実施態様のナノ電極アセンブリの変形の頂面図である。 第１の実施態様のナノ電極アセンブリの変形の頂面図である。 １５０μｍ針状センサからの応答である。 本発明のナノ電極アセンブリの第２の実施態様の概略的な斜視図である。 本発明のナノ電極アセンブリの第３の実施態様の概略的な斜視図である。

実施例１

飽和カロメル電極（Scientific Laboratory Supplies (UK)）及び直径０．５ｍｍの白金線対電極（Fisher Scientific (UK)）を用いる３電極電気化学セルにおける使用のために（以下に記載するような）酸素によって媒介されるグルコースオキシターゼ（ＧＯｘ）固定作動電極を調製するために、市販の電極（３０３Ｄプラチナ５０ｎｍナノ電極、NanoFlex Ltd (UK)）を使用した。

電極の調整

市販の電極を、アセトン中に１０分間、イソプロパノール中に１０分間、及び１８．２ＭΩの脱イオン水中に１０分間浸漬することによって清浄化し、次に、窒素下で乾燥させた。

サイクリックボルタンメトリを用いて電極を電気化学的に調整した。先ず、５０ｃｍ^３の０．１ｍｏｌ ｄｍ^−３クエン酸塩緩衝液を電気化学セル内に配置し、ポテンシオスタットで適切な接続を行った。表１に詳述するパラメータを用いて電極を調整した。

次に、電極を電気化学セルから取り出し、大量の１８．２ＭΩの脱イオン水で濯いだ。次に、５０ｃｍ^３の０．０５ｍｏｌ ｄｍ^−３硫酸溶液に電極を浸漬し、表２に詳述するパラメータを用いて調整した。

ＧＯｘ固定作動電極の調整

アレイが上を向く状態で調整した電極を別のガラスビーカ内に配置した。２ｃｍ^３の高濃度硫酸（９９．９９％純度）を電極上にピペットで移して全表面を覆い、５分間放置して全ての微量の有機物を除去した。次いで、電極を大量の１８．２ＭΩの脱イオン水で濯ぎ、窒素下で乾燥させた。

ガラス容器内で調製した５０μｍｏｌ ｄｍ^−３エタノール性メルカプトヘキシルアミン（ＭＨＡ）中に電極を浸漬した。容器に乾燥窒素を充填し、キャップを密封し、パラフィルムで包んだ。この状態で電極を暗所内で２４時間に亘って室温（２１℃）で保存した。

次に、チオール化した電極をエタノール性ＭＨＡ溶液から取り出し、清浄な溶媒瓶を用いてエタノール中で１０〜１５秒間濯ぎ、過剰のチオールを除去した。次に、それを直ちに１８．２ＭΩの脱イオン水中で濯ぎ、次に、乾燥窒素の下で乾燥させた。

脱イオン水中で調製した１５０μＬのグルタルアルデヒドの５％溶液を電極上にピペットで移し、次に、それを室温で４５分間インキュベートされるままにした。

次に、０．０１ｍｏｌ ｄｍ^−３リン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）中に４０ｍｇ／ｍｌ ＧＯｘを作り、１５０μＬのＧＯｘ溶液を電極の上に添加した。電極を室温で２時間インキュベートされるままにした。次に、ＧＯｘ溶液を除去し、０．０１ｍｏｌ ｄｍ^−３ＰＢＳ（ｐＨ７．０）で電極を濯ぎ、使用するまで０．０１ｍｏｌ ｄｍ^−３ＰＢＳ中に浸漬されるままにした。

作動電極は、本発明のナノ電極アセンブリの第１の実施態様の一例であり、内部サブミクロン電極(internal submicron electrode)の各々の上にはＧＯｘが固定される。ナノ電極アセンブリ３０は、図２において頂面図及び部分断面図において概略的に示されており、実質的に正方形（板状）プロファイルを有する平面的な積層構造(laminate structure)である。ナノ電極アセンブリ３０は、シリコンウエハ基板３４(insulating capping layer)上に熱成長させられた酸化ケイ素の絶縁キャッピング層３２上に堆積された白金（厚さｗ_１＝５０ｎｍ）の導電層３３を含む。絶縁キャッピング層３１は、電気化学測定デバイス（例えば、ポテンシオスタット）への直接的且つ簡単な接続のための電気接点として作用するよう露出されるままにされた１つの隅３６を除き、導電層３３の範囲に亘って堆積させられる。四角形の空隙３７(voids)のアレイが、絶縁キャッピング層３１及び導電層３３を通じて並びに部分的に絶縁キャッピング層３２を通じて、基板３４に達しないエッチング深さ（ｄ_ｄ）までエッチングされる。

ＧＯｘ固定作動電極の性能

表４は、グルコース検出のために使用される試薬及びパラメータの詳細を提供する。

センサ性能

電気化学セルに５０ｃｍ^３のブランク電解質溶液を充填した。溶液を受け入れたまま使用した（エアレーションなし）。表４に詳述したパラメータを用いてブランク中で測定を最初に行った。溶液を５００ｒｐｍで１分間磁気攪拌機で完全に混ぜ、表４のパラメータを用いて測定を行った。次に、６０ｍｍｏｌ ｄｍ^−３の濃度までグルコースを加え、電流応答を測定した。

図１から、酵素が働き得る全濃度範囲に亘って電極が応答したことが分かる。従って、グルコース濃度が制限因子のままであり、従って、グルコース制限膜の使用を必要とせずにデバイスをグルコースバイオセンサとして作用させるのを可能にする、予想される酸素の生理学的濃度に似た条件において、酵素を使用することが可能であることが明らかである。ＩＵＰＡＣ方法論を用いて２．６μｍｏｌ ｄｍ^−３の検出限界を計算した。

図３ａ―ｂに示す代替的な実施態様において、平面積層構造のプロファイルは、実質的に長方形（帯状）であり、移植を容易にするよう端部突起４０を組み込んでよい（針状−図３ｂ参照）。図４は、１５０μｍの針状電気化学グルコースバイオセンサからの応答を示している。

実施例２

図５は、実質的に円筒形の積層構造である本発明のナノ電極アセンブリの第２の実施態様の概略的な斜視図を例示している。ナノ電極アセンブリ５０は、絶縁キャッピング層２上に堆積された導電層３を含み、絶縁キャッピング層２自体は、中空の円筒形支持体１上にある。絶縁キャッピング層４が、導電層３の範囲に亘って堆積され、電気化学測定デバイス（例えば、ポテンシオスタット）への直接的且つ簡単な接続のための電気接点５を含む。四角形の空隙７のアレイが、絶縁キャッピング層４及び導電層３を通じて並びに部分的に絶縁キャッピング層２を通じて、中空の円筒形支持体１に達しないエッチング深さまでエッチングされる。四角形の空隙７のアレイは、円筒形の積層構造の下方部分１０のみに亘って延在する。下方部分１０は、体内に選択的に移植可能(implantable)であり、上方部分１１を露出させられたままにする。中空の円筒形支持体１は、気体又は流体の給送のための受入れボアを定める。

実施例３

図６は、実質的に円筒形の積層構造である本発明のナノ電極アセンブリの第３の実施態様の概略的な斜視図を例示している。ナノ電極アセンブリ６０は、絶縁キャッピング層６２の上に堆積させられた導電層６３を含み、絶縁キャッピング層６２自体は、中実な円筒形の支持体６１の上にある。絶縁キャッピング層６４が、導電層６３の範囲に亘って堆積され、電気化学測定デバイス（例えば、ポテンシオスタット）への直接的且つ簡単な接続のための電気接点６５を含む。四角形の空隙６７のアレイが、絶縁キャッピング層６４及び導電層６３を通じて並びに部分的に絶縁キャッピング層６２を通じて、中実な円筒形の支持体６１に達しないエッチ深さまでエッチングされる。四角形の空隙６７のアレイは、円筒形の積層構造の下方部分８０のみに亘って延在する。下方部分８０は、本体内に選択的に移植可能であり、上方部分８１を露出させられたままにする。

Claims (13)

1. 積層構造を有するナノ電極アセンブリであって、
   第１の絶縁キャッピング層と、
   該第１の絶縁キャッピング層によって覆われ、電気接触面だけを露出させられたままにするように少なくとも前記第１の絶縁キャッピング層によって実質的に挟装され或いはカプセル化される、第１の導電層と、
   少なくとも前記第１の絶縁キャッピング層及び前記第１の導電層を通じて延在するエッチングされた空隙のアレイとを含み、
   各空隙は、内部サブミクロン電極として作用する前記第１の導電層の表面によって部分的に境界付けられ、前記内部サブミクロン電極の上に或いは前記内部サブミクロン電極に隣接してグルコース感受性酵素が固定され、使用中、グルコースを含有する体液が、前記固定されるグルコース感受性酵素への露出のために、前記エッチングされた空隙内に進む、
   ナノ電極アセンブリ。
2. 使用中、前記体液から前記固定されるグルコース感受性酵素へのグルコース及び酸素の相対的な質量移動が非選択的である、請求項１に記載のナノ電極アセンブリ。
3. 使用中、前記体液から前記固定されるグルコース感受性酵素へのグルコース及び酸素の相対的な質量移動が介入しない、請求項１又は２に記載のナノ電極アセンブリ。
4. 使用中、前記体液から前記固定されるグルコース感受性酵素へのグルコース及び酸素の相対的な質量移動が妨げられない、請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載のナノ電極アセンブリ。
5. グルコース制限膜のない、請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載のナノ電極アセンブリ。
6. 前記第１の導電層を含む（同じであっても異なってもよい）複数の導電層と、前記第１の絶縁キャッピング層を含む（同じであっても異なってもよい）複数のキャッピング層とを含み、前記複数の導電層及び前記複数のキャッピング層は、前記積層構造内で交互に起こり、各導電層は、電気接触面のみを露出させられたままにするように挟装され或いはカプセル化され、前記エッチングされた空隙のアレイは、前記複数の絶縁キャッピング層及び前記複数の導電層を通じて延在し、各空隙は、内部サブミクロン電極として作用する前記複数の導電層の各々の導電層の表面によって部分的に境界付けられ、前記内部サブミクロン電極の上に或いは前記内部サブミクロン電極に隣接して前記グルコース感受性酵素が固定される、請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載のナノ電極アセンブリ。
7. （同じであっても異なってもよい）前記（又は各）導電層の厚さ（ｗ_ｎ）は、０．１０〜７５ｎｍの範囲内にある、請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載のナノ電極アセンブリ。
8. 絶縁基板層と、
   該絶縁基板層の上に作られる第２の絶縁キャッピング層とを更に含み、
   前記第１の導電層は、前記第２の絶縁キャッピング層の上に作られ、前記第１の導電層の電気接触面のみを露出させられたままにするように前記第１の絶縁キャッピング層及び前記第２の絶縁キャッピング層によって実質的に挟装され或いはカプセル化される、
   請求項１に記載のナノ電極アセンブリ。
9. 実質的に平面的である、請求項１乃至８のうちのいずれか１項に記載のナノ電極アセンブリ。
10. 円筒形である、請求項１乃至８のうちのいずれか１項に記載のナノ電極アセンブリ。
11. 前記グルコース感受性酵素は、グルコースオキシターゼである、請求項１乃至１０のうちのいずれか１項に記載のナノ電極アセンブリ。
12. 作動電極として動作可能な請求項１乃至１１のうちのいずれか１項に記載のナノ電極アセンブリと、
    基準電極及び対電極又は組み合わせ対基準電極とを含む、
    電気化学グルコースバイオセンサ。
13. 被験者における真性糖尿病と闘う装置であって、
    前記被験者におけるグルコースレベルを継続的に測定する請求項１２に記載の電気化学グルコースバイオセンサと、
    閾値を超える前記グルコースレベルに応答して作動信号を生成する信号生成デバイスと、
    前記作動信号に応答して前記被験者にインシュリンを給送する給送デバイスとを含み、
    使用中、前記電気化学グルコースバイオセンサ、前記信号生成デバイス、及び前記給送デバイスは、閉ループ内で通信する、
    装置。

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