JP2020024221A - 保護層を用いた製造中における電極機能の維持 - Google Patents

Abstract

【課題】汚染されたトリガ電極と関連する欠点を考慮すると、試験センサ製造中のトリガ電極の汚染を最小限にすることができる試験センサおよび試験センサを作る方法を提供することである。【解決手段】本開示は、流体試料中の分析物の濃度を検出するための電気化学的試験センサ(100)に関する。本試験センサは、作用電極(10)、対向電極(12)、およびトリガ電極(14)を含む。一時的な保護層(18)は、トリガ電極(14)の上に位置し、試験センサ製造中にトリガ電極(14)の機能を維持するのに役立つ。【選択図】図1

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2013年3月14日に出願された米国特許出願第13/829,447号の継続であり、それの開示は、参照により本明細書にこれによって組み込まれる。

本開示は、一般に試験ストリップまたはセンサの構造および製造に関し、より詳しくは、トリガ電極のための保護コーティングを有する、改善されたセンサに関する。

監視システムは、血液中のグルコース、コレステロール、アルコール、およびヘモグロビン、間質液、または唾液中の化学物質などの、体液中の分析物の存在または濃度を決定するために使用される。これらの監視システムは、試験センサの頻繁な使用を必要とし、それらは通常、採取された血液または任意の他の適切な液体試料を試験するために使用される。

典型的には、使用者は、試験センサと流体連通しているか、または試験センサの一部分を形成している、試料受け入れエリアまたはパッド上に生体液体の試験試料を付着させることになる。生体液体試料は、試験試料中の所定の成分によって接触されると読み取り可能な変化をすることができる試薬を含む所定の試験エリアまで試験センサに沿って毛管作用で移動することを許される。

試験センサは通常、作用電極および対向電極を含む、少なくとも一対の電極を含む。試験センサはまた通常、第3の電極、トリガ電極も含む。トリガ電極は、対向電極と電気的に並列であるがしかし、清浄なときは、小さい電流パルスを供給することができ、それは、メータータイミングシーケンス(meter timing sequence)を開始し、センサが流体試料で十分に満たされていないかどうかを検出するために使用されてもよい。

試験センサはまた、作用電極および対向電極と接触している乾燥試薬、ならびに入口開口から作用および対向電極まで延びる毛細管流動チャンネルも含む。試薬は典型的には、グルコースオキシダーゼなどの、試料中のグルコースを酸化することができる酵素、およびグルコースの酸化から生じる還元酵素を再酸化し、それによって還元メディエータを形成するように構成される1つまたは複数のメディエータを含む。試験センサは、作用および対向電極がメーター内の構成要素に電気的に接続されるようにメーターに挿入される。試験センサが、メーターに挿入された後、血液などの体液の試料は、毛細管流動チャンネルに導入され、もし存在するならトリガ電極、作用電極、対向電極および試薬に接触し、そうするとメーター内の構成要素は、1つまたは複数の電圧を作用電極と対向電極との間に印加する。これらの電極は、試験センサによって生成される電気信号をメーター内のプロセッサに送信し、電極間を通る電流が、測定される。還元メディエータは、作用電極において酸化され、それによって測定可能な電流を生じさせ、それは、作用電極に存在する還元メディエータの量に関係し、従って流体中のグルコースの濃度に関係している。測定される電流は典型的には、高い値から始まり、次いで減少し、一定値に近づく。例えば、電圧印加中の所定時間に測定される電流は、試料のグルコース含有量を決定するために使用されることもある。プロセッサは次いで、これらの信号を分析し、結果(例えば、分析物濃度レベル)を使用者に表示デバイスを介して表示する。

正確な試験結果は、試験センサおよび適切に機能する電極に十分な量の流体試料を提供することを含む、いろいろな要因に依存する。より正確な試験結果を提供するのに役立つように、試験センサは通常、トリガ電極と呼ばれることもある、第3の電極を含む。トリガ電極は、対向電極と電気的に並列であるが、小さい電流パルスを供給することができる。このパルスは、センサが流体試料で十分に満たされる時点で試験を始めるようにメータータイミングシーケンスを開始するために使用されてもよい。同様に、パルスは、十分な量の流体試料がセンサになく、試験が始まるべきでないかどうかを決定するために使用されてもよい。従って、トリガ電極は、いつ流体試料の試験が始まるのが適切であるかに関してインジケータとしての役割を果たすことができる。

トリガ電極は通常、試験センサの最も外側の縁部に向かって作用および対向の両電極の上流に位置決めされる。試験センサの縁部におけるその位置のために、トリガ電極はしばしば、試験センサの製造中に生成される煤煙および他の副産物によって汚染される。試験センサ製造中に、試験センサの最終形状は、積層された多層構造体から切り抜かれなければならない。レーザー切断は、正確でかつ信頼できる結果を提供する、試験センサを切り抜く1つの方法である。しかしながら、試験センサの前方縁部が、切り抜かれるとき、レーザーからの煤煙は、トリガ電極を汚染する。加えて、金、白金、およびパラジウムなどの触媒貴金属の使用は、気中浮遊汚染物質の吸着をもたらす可能性があり、それはまた、表面を汚し、表面の反応性をより低くして、トリガ電極としてあまり機能できなくする可能性もある。

トリガ電極上の汚染物質は、トリガ電極機能不全および不正確な試験結果の1つの共通原因である。トリガ電極が、適切に機能しないとき、試験は、適正な時間に始められないこともある。逆に言えば、トリガ電極は、十分な量の流体試料が試験センサ上になく、試験が遅延されるべきであることを示すことができないこともある。

米国特許第7,966,859号 米国特許第7,862,696号 米国特許第6,531,040号

汚染されたトリガ電極と関連する欠点を考慮すると、試験センサ製造中のトリガ電極の汚染を最小限にすることができる試験センサおよび試験センサを作る方法を提供することは、望ましい。

本発明の一態様によると、流体試料中の分析物の濃度を検出するための電気化学的試験センサは、ベースと、トリガ電極を含む複数の電極と、トリガ電極の上に位置する保護層と、蓋とを含む。ベースは、上面、底面、および上面と底面との間に延びる周縁部を有する非導電性ベースであってもよい。電極はさらに、作用電極および対向電極を含んでもよい。電極はすべて、非導電性ベースの上に位置することになる。トリガ電極は、ベースの周縁部に隣接して位置決めされてもよい。保護層は、トリガ電極の少なくとも一部分の上に位置してもよく、好ましくは流体試料と接触すると溶解できる。トリガ電極機能の性能が、汚染後も許容できるままである限り、不溶性の層が、使用されてもよい。反応層は、作用電極の少なくとも表面に提供されてもよい。反応層は、作用電極に移送される電子を生成するように分析物と反応するための酵素を含んでもよい。蓋は、ベースの上に位置し、上面、底面、および上面と底面との間に延びる外縁部を有する。蓋の外縁部は、ベースの周縁部を越えて延びる。

試験センサのこの態様の一実施形態では、保護層は、カルボキシメチルセルロースなどの、ポリマー溶液から成る。ポリマー溶液は、0.25%から1.0%の間の範囲の濃度を有してもよい。例えば、ポリマー溶液は、0.25%の濃度を有してもよい。別法として、ポリマー溶液は、1.0%の濃度を有してもよい。保護層はまた、他の溶液から形成されてもよい。界面活性剤またはレオロジー添加剤が、適用の改善のために含まれてもよい。可視化剤がまた、液滴配置および/または厚さの検査のために加えられてもよい。

この態様の別の実施形態によると、導電層が、ベースの上に位置する。一実施形態では、ベースは、導電層を積層され、コートされまたはスパッタされる。導電層は、金属層または炭素層であってもよい。作用、トリガ、および対向電極の各々は、導電層からパターン化されてもよい。別の実施形態によると、試験センサはさらに、ベースの上に位置するスペーサを備える。スペーサは、反応層と蓋との間に位置決めされ、スペーサを通って延びるチャンネルを有してもよい。チャンネルは、作用およびトリガ電極と位置合わせされてもよい。

別の態様によると、流体試料中の分析物の濃度を検出するための電気化学的試験センサを製造する方法が、開示される。本方法は、トリガ電極、作用電極、および対向電極を含む複数の電極をベースの上に位置する導電層からパターン化するステップを含む。反応層は、作用電極および対向電極の上に位置する。保護層は、トリガ電極の上に位置し、反応層は、作用電極の上に位置するように堆積される。スペーサは、ベースと蓋との間に位置決めされる。スペーサおよびベースを通って延びる第1の開口が、形成される。第2の開口は、蓋に形成され、その結果第1の開口および第2の開口は、2つの別個のステップで形成される。試験センサが次いで、切り取られる。

別の実施形態によると、第1の開口は、内側周縁部を有し、第2の開口は、内側周縁部を有し、そのうち第2の開口の内側周縁部の少なくとも一部分は、オーバーハングを形成するように第1の開口の内側周縁部を越えて延びる。

別の実施形態によると、保護層を設けるステップは、ポリマー層を設けるステップを含む。ポリマー層を適用するステップは、カルボキシメチルセルロースまたはヒドロキシエチルセルロースの層を適用するステップを含んでもよい。

別の実施形態によると、パターン化するステップは、電極パターンを形成するようにレーザーを用いて金属層の少なくとも一部分を通ってアブレーションするステップを含む。金属層は、可撓性絶縁基板上に提供されてもよい。

別の実施形態によると、金の層が、ベースの上に位置する。金属層をパターン化するステップは、金層をパターン化するステップを含んでもよい。

なお別の実施形態によると、蓋を設けるステップは、ベースおよびスペーサを通る開口を設けるステップの後に行われる。別法として、開口を設けるステップはさらに、開口をレーザー切断するステップを含む。

別の実施形態によると、蓋は、開口が位置合わせされるが、蓋の縁部がトリガ電極の縁部を越えて延びるように、構築され、配置される。

別の実施形態によると、保護層を設けるステップはまた、ぬれ性または加工性の向上のための界面活性剤またはレオロジー添加剤を含んでもよい。

様々な実施形態が、添付の図面を参照して今から述べられることになる。これらの図面は、本発明のいくつかの実施形態だけを描写し、従ってそれらの範囲を限定すると考えるべきでないことを認識すべきである。

一実施形態による試験センサの上面図である。 図1で示される試験センサの分解組み立て斜視図である。 代替実施形態による試験センサの上面図である。 図3で示される試験センサの分解組み立て図である。 図3で示される試験センサの製造の方法ステップを例示する上面図である。 図3で示される試験センサの製造の方法ステップを例示する上面図である。 図3で示される試験センサの製造の方法ステップを例示する上面図である。 図3で示される試験センサの製造の方法ステップを例示する上面図である。 図3で示される試験センサの製造の方法ステップを例示する上面図である。 図3で示される試験センサの製造の方法ステップを例示する上面図である。 図3で示される試験センサの製造の方法ステップを例示する上面図である。 図3で示される試験センサの製造の方法ステップを例示する上面図である。

本明細書で論じられる実施形態において述べられる様々な特徴は、本明細書で提示されるのと異なる方法で組み合わされてもよいことが認識されよう。個々の実施形態に関連して述べられる特徴は、本明細書で論じられる他の実施形態と共有されてもよいことがまた認識されよう。

図1および図2、試験センサ100のそれぞれの上面図および分解組み立て上面図を見ると、一実施形態による電気化学的多層バイオセンサまたは試験センサ100が、示される。試験センサ100は、ベース2と、スペーサ4と、毛細管チャンネル6と、蓋8と、ベース2上に形成されまたは印刷されてもよい複数の電極(作用電極10、対向電極12、およびトリガ電極14)とを含む。反応層16は、ベース2および作用電極10の上に位置し、また対向電極12の上に位置してもよい。保護層18は、ベース2およびトリガ電極14の上に位置する。それぞれの電極の複数の導電性リード線20または配線は、試験センサ100にわたって延びる。

図2で最もよく分かるように、ベース2は、試験センサ100のための基礎を形成する。ベース2は、ポリマー材料などの絶縁材料から成ってもよい。ポリマー材料の例は、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリスチレン、ポリイミド、およびそれらの組み合わせを含んでもよい。導電材料の層22は、例えばスパッタリング法、コーティング法または印刷法などの既知の方法を使用してベース2の表面に堆積されてもよい。導電材料5は、金属材料(例えば、金、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、もしくはそれらの組み合わせ)または炭素を含んでもよい。すべてが当技術分野で知られている従来の電極である、作用電極、対向電極、およびトリガ電極を含む、所望の電極は、ベース2上の導電材料からスクリーン印刷され、パターン化され、アブレーションされ、エッチングされ、スクライブされまたは形成されてもよい。レーザーまたは電極の各々を形成するための既知の方法が、使用されてもよい。作用電極、対向電極、およびトリガ電極が、メーターを通じて電気的に接続されるとき、電気化学的電流またはポテンシャルが、それらの間に生成される。毛細管チャンネル6は、スペーサ4、ベース2、および蓋8が互いに付着されるときに形成される。毛細管チャンネル6は、流体試料を試験センサ100に導入し、最終的に電極10、12、14の各々に接触させるための囲まれた流路を提供する。蓋8はまた、開口9も提供し、それは、試験センサ100のためのベント構造を提供する。

作用電極10および対向電極12は、流体試料中の分析物の電気化学的決定に必要である。作用および対向電極、10、12は、対向電極12の主要部分が作用電極10の前方位置から下流に(流路に沿った流体流動の方向の観点から)位置するような方式で構成される。

反応層16は、作用電極10の上に位置する。反応層16は、流体試験試料(例えば、血液)中の関心のある分析物(例えば、グルコース)を、それが生成する電流の観点から電極パターンの構成要素によって電気化学的に測定可能である化学種に転換するための試薬を含む。試薬は典型的には、酵素(例えば、グルコースオキシダーゼ)を含有し、それは、分析物(例えば、グルコース)および電子受容体(例えば、フェリシアン化物塩)と反応して、電極によって検出可能である電気化学的に測定可能な種を生成する。例えば、分析物と反応する酵素は、作用電極10に移送される電子を生成することができる。反応層16は、ポリマー、酵素、および電子受容体を備えてもよい。緩衝剤および界面活性剤などの付加的成分がまた、他の実施形態において反応層16に含まれてもよい。グルコース脱水素酵素などの、既知の代替酵素が、グルコースと反応させるために使用されてもよいと熟考される。もし別の分析物の濃度が、決定されるべきであるならば、適切な酵素が、分析物と反応させるために選択されてもよい。

トリガ電極14は、対向電極12に電気的に並列である。トリガ電極14は、試薬を運ばないが、メータータイミングシーケンスを開始するためにまたは十分に満たされていないセンサを検出するために使用されてもよい小さい電流パルスを供給することができる。例えば、正確な試験結果を提供するためには、すべての電極(すなわち、トリガ電極14、作用電極10、および対向電極12)を覆うのに十分な量の流体試料が、提供されなければならない。流体試料(例えば、血液)が、3つの電極のうちの2つだけ(例えば、トリガ電極14および作用電極10だけ)を覆うときなどの、流体試料の量が不十分なときは、トリガ電極14は、試験センサ100上の流体試料の量が不十分であるということをシステムに知らせるために負の電流または所定の電流値を提供することができる。トリガ電極14の様々な特徴の例は、当技術分野でよく知られている。試験センサ中の流体試料の量が不十分であるかまたは試験センサが充填不足であるかどうかを決定するために使用される機能性電極の一例は、米国特許第7,966,859号で開示され、それの開示は、参照により本明細書に組み込まれる。同様に、十分な量の流体試料が試験センサ100上にあるときは、トリガ電極14は、試験手順の開始を表す異なる電流を提供することができる。

保護層18は、トリガ電極14の真上に位置し、トリガ電極14の全上面を覆う。保護層18は、試験センサ製造プロセス中にトリガ電極14を保護するように機能する、トリガ電極14の上に位置するフィルムであってもよい。一実施形態では、保護層18は、試験センサの最終形状のレーザー切断中に発生する煤煙からトリガ電極14を保護する。他の実施形態では、保護層18は、トリガ電極の反応表面の汚染を引き起こす可能性がある摩耗および空気中の不純物の吸着からトリガ電極14を保護することができる。

保護層18の組成は、電極を保護するがしかし化学的性質の分析性能または安定性に有害でないように選択される。それは、0.25%または1.0%の濃度のカルボキシメチルセルロース(CMC)またはヒドロキシエチルセルロース(HEC)などのポリマー溶液から成ってもよい。界面活性剤またはレオロジー改質添加剤が、堆積を改善するために含まれてもよい。可視化剤がまた、液滴配置および/または厚さの検査のために加えられてもよい。トリガ電極機能の性能が、汚染後も許容できるままである限り、不溶性保護層が、使用されてもよい。この文脈において、不溶性保護層は、約10秒の分析時間中に本質的に無傷のままのものである。そのような層の例は、高分子量置換セルロースまたはエチレンオキシドポリマーである。保護層18は、作用電極サイズに関してトリガ面積の最小でも5%を覆うのに十分な量でトリガ電極14上に直接堆積されてもよいが、理想的にはトリガ電極14の大部分を覆うことになる。選択される溶液の量は、電極の少なくとも大部分を覆うのに十分とすべきであるが、それは、作用および対向電極10、12上に堆積される反応層16と混合するまたは接触するべきでない。一実施形態では、保護層18は、作用面積に関して利用できるトリガ面積の少なくとも5%の最小限を覆うのに十分なサイズおよび配置のポリマー溶液の液滴ならびにトリガ電極14を全体として覆うがしかし反応層16とは接触しない液滴に至るまでである。トリガ電極からさらに遠く離れて置かれるより大きい液滴またはトリガ電極のより近くに置かれるより小さい液滴が、同じ目標を達成するために使用されてもよい。電極サイズおよび配置要件の充足は、カメラシステムなどの検査によって監視されてもよい。液滴厚さはまた、カメラシステムによってまたは抽出後の保護構成要素を分析することによって監視されてもよい。

代替実施形態では、液滴が反応層と接触する可能性を低減しながら、トリガ電極の被覆を提供する1つまたは複数の小さい液滴が、堆積されてもよい。別法として、ベースの導電性コーティングにパターン化されたもしくはアブレーションされた表面特徴および/またはベースの特性が、液滴を成形するまたは誘導するために使用されてもよい。なお他の実施形態では、試験センサコーティング方法が、トリガ電極上に被覆を提供するために使用されてもよい。

一実施形態によると、保護層18は、薄い層である。保護層18が厚くなりすぎることを許容すると、保護層18が十分速く再水和するのを妨げる。これは、試験センサが充填不足条件から始動するのを遅くする。例えば、そのような測定に限定されないけれども、保護層18は、1〜10μm程度に薄くてもよい。いくつかの実施形態では、HECおよびCMCは、1%以下の濃度に選択される。百分率ポリマーが、1%を上回るとき、再水和は、遅すぎる可能性がある。

保護層18は、試験センサの製造中だけでなく、使用者が試験センサを握り、次いでメーターに挿入するような、試験センサの取り扱い中もまた、トリガ電極を汚染から保護するのに役立つ。保護層18の1つの特徴は、トリガ電極機能の性能が汚染後でさえ許容できるままであるということである。これは、トリガ電極が、試験センサの製造および取り扱い中は保護層によって覆われまたは保護されるが、実際の試験プロセス中は完全に機能することを可能にする。一実施形態では、保護層18は、急速に溶解可能である。流体試料それ自体は、電極へのアクセスを得るために保護層18を急速に溶解させることができる。本明細書で論じられるポリマー溶液は、流体試料と接触すると容易に溶解できるそれらの能力のために選択されたが、溶解することができる他の溶液がまた、使用されてもよい。分析精度は、保護層の溶解したまたは浸出した成分およびどんな汚染物質によっても損なわれない。

保護コーティングのある状態およびない状態で構築されたセンサが、以下で述べられるように、機能性について試験された。トリガ電極が、汚染されると、その反応度または電気化学反応をする能力は、低減される。反応度は、試験溶液、200mMフェリシアン化カリウムおよび5mMフェロシアン化カリウムを試験センサにトリガ電極および作用電極だけが機能するように適用することによる試験中に測定された。作用電極は、汚染によって影響を受けず、それ故に測定される反応度は、トリガ電極のそれだけである。100mVおよび400mVの印加ポテンシャルで流れる電流が、測定され、活動比率(すなわち、400mVでの電流/100mVでの電流)を計算するために使用された。流れる電流は、電極の反応度および印加ポテンシャルに依存する。低い100mVポテンシャルにおいては、汚染された電極(レーザー切断されたもの)を通って流れる電流は、清浄な電極を通って流れる電流よりもはるかに低いことになる。従って、活動比率は、電極汚染を示す。機能試験は、流体試料がトリガ電極の上を通るときに適切にタイミングシーケンスが始まることである。始動しない(「始動に失敗」)試験センサは、汚染されたトリガ電極表面を示す。以下のTable 1(表1)は、異なる条件における試験センサについての試験結果を要約する。30個の試験センサが、表上で識別される条件を使用して試験された。示されるように、エントリ1は、レーザー切断からの潜在的な汚染がなく、低い(満足のいく)活動比率を有する対照試験センサである。エントリ2は、近くのレーザー切断からの煤煙によって汚染されたトリガ電極を有し、トリガ電極の後洗浄が行われなかった試験センサを含む。活動比率は、非常に高く、大部分のセンサ(73%)は、始動できなかった。エントリ3は、近いレーザー切断から煤煙汚染されたセンサを示し、この場合電極は、反応性ガスプラズマ処理によって部分的に洗浄されている。活動比率は、改善される(すなわち、5.2)けれども、それは、なお不満足なものである。その上、ガスプラズマ処理は、付加コストを提供する、望ましくない余分な処理ステップである。

エントリ4〜5は、CMCがトリガ電極上にそれぞれ0.5%および1.0%の濃度で堆積された状態の試験センサの結果を提供する。測定された活動比率によって示されるように、CMCの両方の濃度は、電極に沿ったレーザー切断から発生する煤煙からのトリガ電極の保護を提供した。その上、エントリ4〜5において試験された30個の試験センサの各組において、30個の試験センサの各々は、始動に失敗が0%であり、トリガ電極上へのCMCの使用を有望な保護層にする。同様に、エントリ6〜7は、HECがトリガ電極上にそれぞれ0.5%および1.0%の濃度で堆積された状態の試験センサの結果を提供する。両方のHEC濃度は、トリガ電極の保護を提供し、測定された活動比率は、それぞれ2.4および2.5であった。さらに、両方のHEC濃度での試験センサは、始動に失敗が0%であった。調査においてすべての試験センサは、適切に始動したが、CMCおよびHECを有する試験センサについての活動比率は、この状況では製造環境において堅固と考えられるということになる最適のものであったということに留意すべきである。

他の電極がまた、試験センサに組み込まれてもよい。ほんの一例では、ヘマトクリット電極を含むことが、望まれることもある。それ故に、より多くの電極が、代替の試験センサおよび試験センサを作る方法に従って形成されてもよいと熟考される。例えば、本明細書で開示される実施形態では、試験センサは、トリガ電極部分を有する厳密に2つの電極を含んでもよい。別法として、3つ以上の電極があってもよい。例えば、試験センサ100に組み込まれることを望まれる付加電極に応じて、少なくとも3つの電極または4つの電極があってもよい。

図3〜図3Aを今から見ると、試験センサ200の代替実施形態が、示される。この実施形態では、同様の参照数字は、類似の要素を述べるために使用されることになる。試験センサ200は、試験センサ100に似ており、図3のトリガ電極114が導電層からパターン化されず、所定形状を有さないという程度にだけ異なる。試験センサ200のトリガ電極114は、スペーサ104がベース102に付着されまたは積層された後にベース102-蓋108積層体(図4H)から切り取られた試験センサ200の形状によって規定できる。その上、スペーサ104のスペーサチャンネル126が、トリガ電極114の最終サイズおよび形状を決定することになる。トリガ電極114の全体形状の形成を試験センサ200の最終形成まで遅らせることは、トリガ電極114の最終面積を最大にする方法を提供する。

図4A〜図4Hを今から参照すると、図3の試験センサ200を製造する方法が、示される。図4Aで示されるように、例えば金属材料(例えば、金、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、ルテニウム、もしくはそれらの組み合わせ)または炭素の層などの導電層122が、ベース102上に提供されて、導電層122がその上に提供される。導電層122は、電極パターンをその上に形成するように、アブレーションされてもよい。図示される例では、対向電極112および作用電極110は、導電層122からパターン化される。保護層118の存在を受け入れるために(図4B)、作用電極110およびトリガ電極114の最終位置を提供する一般的エリア(general area)は、トリガ電極と作用電極との間の典型的な間隔よりも互いにさらに遠く離れて位置決めされてもよい。トリガ電極114と作用電極110との間の距離X(図4A)は、試薬および保護コーティング配置の許容範囲能力まで増やしさえすれば十分である。図4Bを参照すると、反応層116かまたは保護層118を適用するために使用される方法は、変わることもあるので、予想される距離の増加は、変わることになる。液滴配置技法は典型的には、0.05mmの能力があり、従ってこの方式での付加的許容範囲は、付加的な0.05mmであるということになる。この付加的間隔はまた、反応層116および保護層118が反応層116と保護層118との間の干渉なしに電極上に堆積されることを可能にもする。図示されるように、保護層118は、トリガ電極114の真上に堆積され、一方、反応層116は、作用電極110および対向電極112の上に堆積される。

保護層118は、滴下法、ベースと接触していないノズルからの単一液滴の堆積、ベースと接触している管からの単一液滴の堆積、スクリーン印刷などの印刷法、または堆積デバイスが試験センサに対して移動しているという条件での連続的流れなどの、既知の技法を使用してトリガ電極114上に堆積されてもよい。図示される例では、保護層118は、トリガ電極114およびすぐ周囲のエリアを覆う円形エリアとして示される。保護層118は、導電層122の全表面にわたって延びていない。さらに、保護層118は、反応層116に重ならないまたは接触しないように反応層116から十分な距離を離れて間隔を空けられている。保護層118が、反応層116に重ならずまたは接触せず、トリガ電極の少なくとも一部分を覆うという条件で、保護層118は、付加的形状またはサイズを獲得することができると認識すべきである。前に論じられたように、保護層118は、試薬の分析性能を危うくしないということが重要である。保護層118は、トリガ電極114の上に位置する薄いコーティングの形にすべきである。

反応層116は、保護層について開示された技法、印刷法、液体堆積法、またはインクジェット堆積法などの既知の技法を使用して導電層122上に堆積されてもよい。より薄い試薬層が、望ましいときは、マイクロピペット法、インクジェット法、またはピン堆積法などの、印刷法以外の堆積方法が、必要とされることもある。反応層を堆積させる方法は、米国特許第7,862,696号において開示され、それの開示は、参照により本明細書に組み込まれる。図示されるように、反応層116は、円形の形状であってもよく、作用電極110および対向電極112を覆う。反応層116は、保護層118と接触しない。

図4Cを見ると、スペーサ104が、示される。スペーサ104は、ベース102と同じ材料から形成されてもよく、スペーサ104の一部分を通って延びるスペーサチャンネル126を含むように別々に製造されてもよい。図4Dで示されるように、スペーサ104は、導電層122、反応層116、および保護層118の上に積層され、それらはすべて、ベース102の上に位置する。スペーサチャンネル126は、電極110、112、114の真上に位置することになるようにスペーサ104の一部分に位置決めされる。この実施形態では、スペーサチャンネル126は、スペーサ104の中央部分に沿って延び、その結果チャンネル126は、スペーサ104の外縁部間に位置決めされる。スペーサチャンネル126は、スペーサ104の上縁部127に隣接して位置決めされる開放端126Aを有する。この実施形態では、スペーサ104は、ベース102の全長にわたって延びずに、一部分Y(図4D)を露出されたままで導電層122がその上に堆積された状態に残す。メーター接点は、この露出された導電層122に接触し、測定されるべき電流のための経路を提供することになる。

図4Eを今から見ると、開口128が、ベース102、スペーサ104積層体を通って作られる。この実施形態では、開口128は、レーザー切断され、スペーサ104(チャンネル126を含む)、保護層118、トリガ電極114、およびベース102を通って延びる。機械的打ち抜きまたは切断などの、適切な代替方法がまた、開口を形成するために使用されてもよい。図示されるように、トリガ電極114は今では、開口128が切り取られた後に残るエリアおよびスペーサチャンネル126によって規定されるエリア(それはまた、毛細管チャンネル106を規定するのにも役立つ)によって規定される。開口128の周縁部128Aは、ベース102、スペーサ104積層体を通って形成される。開口128を形成するプロセスでは、保護層118の一部分は、保護層118の縁部118A(図3A)、ベース102の縁部102A、およびスペーサ104の縁部104Aを露出させるように切り取られる。縁部118A、102A、104Aは、開口128の第1の縁部128Aと位置合わせされる(図2)。開口128の周縁部128Aは今では、トリガ電極114に直接隣接している。

レーザー切断のプロセス中、煤煙が、開口128の周囲から発生することもある。この実施形態では、保護層118は、トリガ電極114をレーザー切断プロセスから生じることもある煤煙および他の汚染物質によって汚染されることから保護する。保護層118がない場合には、そのような汚染物質は、トリガ電極114を不適切に機能させる可能性がある。例えば、トリガ電極114は、システムが充填不足であり、試験が始まるべきでないことを示すことができないこともある。同様に、トリガ電極114は、いつ試験が始まるべきかを示すことができないこともありまたはいつ試験が始まってもよいかに関して遅延した信号を提供することもある。

図4Fを見ると、蓋108が、提供される。図示されるように、蓋108は、事前に切断される第1の開口117を事前に切断される。開口117は、第1の縁部分115Aおよび第2の縁部分115Bを有する第1の縁部115を有する。蓋108はまた、別個の開口109も含む。開口117は、それがチャンネル126の上に位置し、第1の縁部115がトリガ電極114の縁部およびベース102の縁部102Aを越えて延びるように、設計される。図4Gを見ると、オーバーハング部分130が、ベース102-スペーサ104積層体の縁部102A、104Aを越えて延びる蓋108の一部分によって形成される。オーバーハング部分130(図3)は、鋭い先端を形成するように、試験センサ200の1つの縁部から反対側の縁部まで変化することができる高さXを有する。オーバーハングの特徴は、試験センサの全体設計を改善することができる。蓋108は、毛細管チャンネル106への流体試料の急速充填を促進するためのコーティングを有してもよい。オーバーハング部分130は、試験センサ200上に付着された流体試料が、蓋108と接触し、次いで毛細管チャンネル106に急速に引き込まれることを確実にするのに役立つことができる。その上、使用者はしばしば、試験センサを彼らの皮膚にあまりにしっかりと押しあて、試験センサの前部を効果的に封鎖し、遅い充填および低下した性能につながる。オーバーハング部分130は、毛細管チャンネル106の開口を皮膚から遠く離れて間隔を空けることによって、このように封鎖されることに対してセンサが耐性を持つようにする。

試験センサについて任意の望まれる形状が、得られてもよい。図4Hを参照すると、一実施形態による、試験センサ200の外形線180が、示されるが、試験センサの任意の望まれる形状が、得られてもよい。レーザーが、試験センサの外形線180(太い実線として図示される)を切断するために使用されてもよい。外形線180は、図3の試験センサ200の形状を規定するために開口128の第1の縁部128Aおよび蓋108の開口117の第1の縁部115と交差する。一実施形態では、外形線180は、センサを周囲の材料から解放するのに必要な唯一の切断である。2つの別個の開口、すなわちベース102-スペーサ104積層体の第1の開口128および蓋108の第2の開口117を提供することは、少なくとも2つの線が交わることを可能にする(すなわち、蓋108の外形線180および開口128の縁部128A)。この構成は、試験センサを収納することができるブリスタパッケージ(blister package)のバーストホイル(burst foil)に穴をあけるのに必要とされる鋭い先端P(図3)を生み出す。それはまた、ベース102の第1の縁部102Aおよびスペーサ104の縁部104Aおよび蓋108の開口117の縁部115の形状を最適化するための自由も認める。この構成はまた、より多くの煤煙汚染に寄与することもあるどんな付加的レーザー切断も回避することができる。

製造中、レーザーは、図3で示される試験センサ200の形状を達成するために必要であるように、蓋108、スペーサ104およびベース102を通って切断することになる。代替方法が、試験センサ200を切り取るために使用されてもよい。例えば、機械的打ち抜きまたはスチールルールダイ(steel-rule die)切断が、試験センサを切り取るために使用されてもよい。同様の方法ステップが、図1の試験センサを製造するために使用されてもよいと認識すべきである。唯一の差は、図1のトリガ電極が、保護層および反応層の堆積より前に導電層からパターン化される所定の形状となるということである。

現在開示される実施形態は、保護層がトリガ電極の上に位置するように使用される構成のほんの数例を提供すると認識すべきである。しかしながら、本実施形態に組み込まれてもよい他の多数の構成要素がある。電気化学的試験センサの構成要素の例は、それらの動作を含み、例えば米国特許第6,531,040号において見いだされてもよく、それの開示は、参照により本明細書に組み込まれる。例えば米国特許第6,531,040号において開示されるそれ以外の、電気化学的試験センサの他の構成要素が、使用されてもよいと熟考される。

本明細書で述べられる様々な特徴は、本説明で提示されるのと異なる方法で組み合わされてもよいことが認識されよう。個々の実施形態に関連して述べられる特徴は、述べられる実施形態の他のものと共有されてよいこともまた認識されよう。

本明細書での発明が、特定の実施形態を参照して述べられたけれども、これらの実施形態は、本発明の原理および適用の説明に役立つだけであることを理解すべきである。従って、多数の変更が、説明に役立つ実施形態になされてもよく、他の配置が、次の請求項によって詳述されるような本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく考案されてもよいことを理解すべきである。

2 ベース
4 スペーサ
5 導電材料
6 毛細管チャンネル
8 蓋
9 開口
10 作用電極
12 対向電極
14 トリガ電極
16 反応層
18 保護層
20 導電性リード線
22 導電材料の層
100 試験センサ
102 ベース
102A ベースの縁部
104 スペーサ
104A スペーサの縁部
106 毛細管チャンネル
108 蓋
109 開口
110 作用電極
112 対向電極
114 トリガ電極
115 開口の第1の縁部
115A 第1の縁部分
115B 第2の縁部分
116 反応層
117 第1の開口
118 保護層
118A 保護層の縁部
122 導電層
126 スペーサチャンネル
126A 開放端
127 スペーサの上縁部
128 開口
128A 開口の第1の縁部
130 オーバーハング部分
180 試験センサの外形線
200 試験センサ

Claims (25)

1. 流体試料の中の分析物の濃度を検出するための電気化学的試験センサであって、
   上面、底面、および前記上面と前記底面との間に延びる周縁部を有する非導電性のベースと、
   前記非導電性のベースの上に位置するトリガ電極、作用電極、および対向電極であって、前記トリガ電極が前記ベースの前記周縁部に隣接する、トリガ電極、作用電極、および対応電極と、
   前記トリガ電極の少なくとも一部分の上に位置する保護層と、
   前記作用電極の少なくとも表面上の反応層であって、前記作用電極に移送される電子を生成するように前記分析物と反応するための酵素を含む反応層と、
   前記ベースの上に位置する蓋であって、前記蓋は、上面、底面、および前記上面と前記底面との間に延びる外縁部を有し、前記外縁部は、前記ベースの前記周縁部を越えて延びる、蓋とを備える、電気化学的試験センサ。
2. 前記保護層は、前記流体試料と接触すると溶解できる、請求項1に記載の試験センサ。
3. 前記保護層は、ポリマー溶液から成る、請求項1に記載の試験センサ。
4. 前記ポリマー溶液は、カルボキシメチルセルロースまたはヒドロキシエチルセルロースである、請求項3に記載の試験センサ。
5. 前記ポリマー溶液は、0.25%から1.0%の間の範囲の濃度を有する、請求項2に記載の試験センサ。
6. 前記ポリマー溶液の前記濃度は、0.25%である、請求項5に記載の試験センサ。
7. 前記ポリマー溶液の前記濃度は、1.0%である、請求項5に記載の試験センサ。
8. 前記保護層はさらに、ぬれ性または加工性の向上のための界面活性剤またはレオロジー添加剤を備える、請求項5に記載の試験センサ。
9. 導電層は、前記ベースの上に位置する、請求項1に記載の試験センサ。
10. 前記ベースは、前記導電層を積層され、印刷され、コートされまたはスパッタされ、前記導電層はさらに、金属層から成り、前記作用電極、前記トリガ電極、および前記対向電極の各々は、前記金属層からパターン化される、請求項9に記載の試験センサ。
11. 前記導電層は、炭素またはグラファイトから成る、請求項9に記載の試験センサ。
12. 前記ベースの上に位置するスペーサをさらに備える、請求項1に記載の試験センサ。
13. 前記スペーサは、それを通って延びるチャンネルを有し、前記チャンネルは、前記作用電極および前記トリガ電極と位置合わせされる、請求項1に記載の試験センサ。
14. 前記スペーサは、前記反応層と前記蓋との間に位置決めされる、請求項10に記載の試験センサ。
15. 流体試料中の分析物の濃度を検出するための電気化学的試験センサを製造する方法において、
    ベースの上に位置する導電層から複数の電極をパターン化するステップであって、前記複数の電極は、少なくともトリガ電極、作用電極、および対向電極を含む、ステップと、
    前記トリガ電極の上に位置する保護層を堆積させるステップと、
    前記作用電極の上に位置する反応層を堆積させるステップと、
    前記ベースと蓋との間にスペーサを位置決めするステップと、
    前記スペーサおよび前記ベースを通って延びる第1の開口を形成するステップと、
    前記蓋に第2の開口を形成するステップであって、前記第1の開口および前記第2の開口は、2つの別個のステップで形成される、ステップと、
    試験センサを切り取るステップとを含む、方法。
16. 前記第1の開口は、内側周縁部を有し、前記第2の開口は、内側周縁部を有し、前記第2の開口の前記内側周縁部の少なくとも一部分は、オーバーハングを形成するように、前記第1の開口の前記内側周縁部を越えて延びる、請求項15に記載の方法。
17. 保護層を設ける前記ステップは、ポリマー層を設けるステップを含む、請求項15に記載の方法。
18. ポリマー層を適用する前記ステップは、カルボキシメチルセルロースまたはヒドロキシエチルセルロースの層を適用するステップを含む、請求項17に記載の方法。
19. パターン化する前記ステップは、電極パターンを形成するように、レーザーを用いて前記金属層の少なくとも一部分を通ってアブレーションするステップを含む、請求項15に記載の方法。
20. 前記ベースの上に位置する金、白金、またはパラジウム層を堆積させるステップをさらに含む、請求項15に記載の方法。
21. 前記金属層をパターン化する前記ステップはさらに、前記金、白金、またはパラジウム層をパターン化するステップを含む、請求項15に記載の方法。
22. 前記蓋を設ける前記ステップは、前記ベースおよびスペーサを通る開口を設ける前記ステップの後に行われる、請求項15に記載の方法。
23. 開口を設ける前記ステップはさらに、開口をレーザー切断するステップを含む、請求項15に記載の方法。
24. 前記蓋は、前記開口が位置合わせされるが、前記蓋の縁部が前記トリガ電極の縁部を越えて延びるように、構築され、配置される、請求項15に記載の方法。
25. 前記第1の金属層は、可撓性絶縁基板上にある、請求項15に記載の方法。

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