JP7122381B2 - ナノ多孔構造を有するコロイドならびに非酵素グルコース感知のためのデバイスおよびシステム - Google Patents
ナノ多孔構造を有するコロイドならびに非酵素グルコース感知のためのデバイスおよびシステム Download PDFInfo
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Description
本開示はグルコース感知に関する。
ヘルスケア社会および産業において、血糖値を感知しモニタリングする技術を改善するために高レベルの関心が存在する。今日では、ほとんどのグルコースセンサは電気化学的方法を使用する。全てではないが、ほとんどの電気化学センサが酵素に基づく電気化学センサを使用する。
発明の１つの態様は、液体に分散された多くのナノ粒子のクラスターを含むコロイド組成物を提供し、各クラスターは、一緒にクラスター化され、ナノサイズまたはマイクロサイズの長さを有する不規則形状体を形成する多くのナノ粒子を含み、個々のナノ粒子は約２ｎｍ～約５ｎｍの直径を有する概ね卵形または球形状の別々のボディを有し、粒子間（ｉｎｔｅｒｐａｒｔｉｃｕｌａｒ）ギャップは各クラスターの内側の隣接するナノ粒子間で形成され、約０．５ｎｍ～約２ｎｍの粒子間ギャップ距離を有する。
前述のコロイド組成物では、粒子間ギャップは各クラスター中、概ね全体にわたって分布され得る。組成物は界面活性剤を実質的に含まないことができる。液体は水を含むことができ、コロイド組成物は界面活性剤を、その中に含まれる１００重量部のナノ粒子に対して２重量部より少ない量で含み得る。コロイド組成物中に含まれるナノ粒子はコロイド組成物の総重量に対して約０．０１ｗｔ％～約２ｗｔ％の量であってもよい。コロイド組成物中に含まれるナノ粒子は、コロイド組成物の総重量に対して、約０．０１ｗｔ％～約１ｗｔ％の量であってもよい。
前述のコロイド組成物においてさらに、ナノ粒子は、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、チタン（Ｔｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、スズ（Ｓｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イリジウム（Ｉｒ）、および前述の元素の各々の１つ以上の酸化物からなる群より選択される少なくとも１つから主に製造され得る。ナノ粒子は、白金（Ｐｔ）から主に製造され得、粒子間ギャップは各クラスター中、概ね全体にわたって分布され得、コロイド組成物は、界面活性剤を、その中に含まれる１００重量部のナノ粒子に対して１重量部より少ない量で含むことができ、コロイド組成物中に含まれるナノ粒子はコロイド組成物の総重量に対して約０．１ｗｔ％～約１ｗｔ％の量であってもよい。
発明の別の態様はナノ多孔層を製造する方法を提供する。方法は前述のコロイド組成物を基材上に分配すること；分配されたコロイド組成物を乾燥に供し、分配された組成物中に含まれるクラスターが基材上で堆積され、また、互い上に積み重ねられるようにし、基材上にナノ多孔層を提供することを含み、ナノ多孔層は、互い上に積み重ねられたクラスターから形成された不規則形状体を含み、不規則形状体は、局部的に一緒にクラスター化された多くのナノ粒子および不規則形状体中のナノ粒子の隣接するものの間で形成された粒子間ギャップを含み、不規則形状体は相互に連結され、不規則形状体の３次元相互連結ネットワークが提供され、不規則形状空間が不規則形状体の隣接部分の間で形成され、それらはナノサイズまたはマイクロサイズである。
前述の方法では、ナノ粒子は、約２ｎｍ～約５ｎｍの直径を有する概ね卵形または球形状であってもよい。粒子間ギャップは約０．５ｎｍ～約２ｎｍの粒子間ギャップ距離を有し得る。不規則形状空間は、相互に連結され得、不規則形状空間の３次元相互連結ネットワークが提供される。コロイド組成物はあらかじめ決められた量で分配され得、約１００～約２５００の粗さ係数を有するナノ多孔層が形成される。ナノ多孔層は、界面活性剤を、その中に含まれる１００重量部のナノ粒子に対して０．５重量部より少ない量で含み得る。
発明の別の態様は、コロイド組成物を製造する方法を提供する。方法は、下記を含む：金属イオン、界面活性剤および溶媒を含む液体組成物を提供することであって、界面活性剤は親水性空間を規定する逆ミセル相であること；還元剤を液体組成物に添加し、金属イオンの還元を引き起こすことであって、金属ナノ粒子および界面活性剤を含む第１のコロイドが形成され、第１のコロイド中では、金属ナノ粒子は、界面活性剤の逆ミセル相と共に分散されること；ならびに、界面活性剤を第１のコロイドから除去し、液体中に分散された多くのクラスターを含む第２のコロイドを提供することであって、各クラスターは一緒にクラスター化され、ナノサイズまたはマイクロサイズの長さを有する不規則形状体を形成する多くのナノ粒子を含むこと。
前述の製造方法では、電位は、その中の金属イオンの還元のために液体組成物に印加しないことができる。界面活性剤は、等方性逆ミセル相を形成することができる非イオン性界面活性剤とすることができる。個々のナノ粒子は約２ｎｍ～約５ｎｍの直径を有する概ね卵形または球形状の別々のボディを有することができ、粒子間ギャップは各クラスターの内側の隣接ナノ粒子間で形成され、約０．５ｎｍ～約２ｎｍの粒子間ギャップ距離を有し得る。界面活性剤を除去することはかなりの量の界面活性剤を第１のコロイドから除去し、第２のコロイドが界面活性剤を実質的に含まないようにする。界面活性剤を除去することは、かなりの量の界面活性剤を第１のコロイドから除去し、第２のコロイドが界面活性剤をその中に含まれる１００重量部のナノ粒子に対して１重量部より少ない量で含むようにする。
前述の製造方法ではさらに、界面活性剤を除去することは下記を含み得る：第１のコロイドを遠心分離すること；ならびに、遠心分離された組成物から底部を収集すること。界面活性剤を除去することは、一連の遠心分離および収集を複数回繰り返すことをさらに含み得る。界面活性剤を除去することは、遠心分離前に、第１のコロイドに酸または塩基を添加することをさらに含み得る。界面活性剤を除去することは、一連の添加、遠心分離および収集を複数回繰り返すことをさらに含み得る。第２のコロイドに含まれるナノ粒子は組成物の総重量に対して約１０ｗｔ％～約４０ｗｔ％の量であってもよい。ナノ粒子は、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、チタン（Ｔｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、スズ（Ｓｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イリジウム（Ｉｒ）、および前述の金属の各々の１つ以上の酸化物からなる群より選択される少なくとも１つから主に製造され得る。ナノ粒子は、白金（Ｐｔ）から主に製造され得、粒子間ギャップは各クラスター中、概ね全体にわたって分布され得、組成物は界面活性剤を、その中に含まれる１００重量部のナノ粒子に対して２重量部より少ない量で含むことができ、組成物中に含まれるナノ粒子は組成物の総重量に対して約０．１ｗｔ％～約２ｗｔ％の量であってもよい。
発明の別の態様は、ナノ多孔層を製造する方法を提供する。この方法は、第２のコロイドを提供するための、コロイド組成物を製造する前述の方法；第２のコロイドを基材上に分配すること；分配させた第２のコロイドを乾燥に供し、分配された組成物中に含まれるクラスターが基材上で堆積され、また、互い上に積み重ねられ、基材上にナノ多孔層を提供するようにすることを含み、ナノ多孔層は、互い上に積み重ねられたクラスターから形成された不規則形状体を含み、不規則形状体は、局部的に一緒にクラスター化された多くのナノ粒子および不規則形状体中のナノ粒子の隣接するものの間で形成された粒子間ギャップを含む。不規則形状体は相互に連結され、不規則形状体の３次元相互連結ネットワークが提供され、不規則形状空間は不規則形状体の隣接部分の間で形成され、ナノサイズまたはマイクロサイズであり、不規則形状空間は相互に連結され、不規則形状空間の３次元相互連結ネットワークが提供される。
ナノ多孔層を製造する前述の方法では、ナノ粒子は約２ｎｍ～約５ｎｍの直径を有する概ね卵形または球形状であり得、粒子間ギャップは約０．５ｎｍ～約２ｎｍの粒子間ギャップ距離を有する。コロイド組成物はあらかじめ決められた量で分配され得、約１００～約２５００の粗さ係数を有するナノ多孔層が形成される。ナノ多孔層は、その中に含まれる１００重量部のナノ粒子に対して０．１重量部より少ない界面活性剤を含み得る。
発明の別の態様は、下記を含むナノ多孔構造を提供し：局部的に一緒にクラスター化された多くのナノ粒子および不規則形状体中のナノ粒子の隣接するものの間で形成された粒子間ギャップを含む不規則形状体、ここで、ナノ粒子は約２ｎｍ～約５ｎｍの直径を有する概ね卵形または球形状であり得、粒子間ギャップは、約０．５ｎｍ～約２ｎｍの粒子間ギャップ距離を有し、不規則形状体は相互に連結され得、不規則形状体の３次元相互連結ネットワークが提供され、不規則形状空間は不規則形状体の隣接部分の間で形成され、ナノサイズまたはマイクロサイズであり、不規則形状空間は相互に連結され不規則形状空間の３次元相互連結ネットワークが提供される。
前述のナノ多孔構造は、界面活性剤分子を実質的に含まないことができる。前述のナノ多孔構造では、粒子間ギャップは、ナノサイズ有機分子を実質的に含まないことができる。不規則形状体の３次元ネットワークおよび不規則形状のクラスター間ギャップの３次元ネットワークは相補的であってもよく、ナノ多孔構造が形成される。粒子間ギャップは、それら自体で実質的に相互連結され得、さらに、不規則形状のクラスター間ギャップの３次元相互連結ネットワークに連結され得る。ナノ多孔構造は、液体中に分散された不規則形状の別々のクラスターを含む固体－液体コロイドを分配し、分配された固体－液体コロイドを乾燥させることにより形成され得、不規則形状の別々のクラスターは積み重ねることができ、不規則形状体の３次元相互連結ネットワークおよび不規則形状のクラスター間ギャップの３次元相互連結ネットワークが提供される。不規則形状のクラスター間ギャップは平均クラスター間ギャップ距離を有する。ナノ粒子は、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、チタン（Ｔｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、スズ（Ｓｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イリジウム（Ｉｒ）、および前述の金属の各々の１つ以上の酸化物からなる群より選択される少なくとも１つから製造され得る。ナノ多孔構造は約１００～約２５００の粗さ係数を有する。
発明の別の態様は、下記を含むデバイスを提供する：表面を含む基材；および表面上に形成され、前述のナノ多孔構造を含むナノ多孔層。発明のさらにもう一つの態様は、表面を含む少なくとも１つの導電層；および、表面上に形成され、前述のナノ多孔構造を含むナノ多孔層を含む非酵素グルコース感知電極を提供し、非酵素グルコース感知電極は、グルコース－特異的酵素を含まない。
前述のデバイスまたは電極では、少なくとも１つの導電層は、導電性金属層および導電性金属層上に形成された導電性炭素層を含み得る。デバイスまたは電極はナノ多孔層上に形成された生体適合性ポリマー材料を含まない。デバイスまたは電極は、ナノ多孔層上に形成された生体適合性ポリマー材料を含み得る。
発明のさらにもう一つの態様は、下記を含む１回限りの使用のグルコース感知デバイスを提供する：試験液を受け取り、保持するように構成されたリザーバ；および、試験液がリザーバ中で保持され得る時に、ナノ多孔層は試験液と接触することができるように、リザーバと共に配列された前述の電極。１回限りの使用のグルコース感知デバイスでは、電極はナノ多孔層上に形成された生体適合性ポリマー材料を含まない。
発明のさらにもう一つの態様は、下記を含む連続グルコースモニタリング（ＣＧＭ）デバイスを提供し：被検体の身体の間質液と接触するように構成された皮下針；および皮下針に接続された電気回路、ここで、皮下針は、電気回路に接続された前述の電極および別の電極を含む。
発明のさらにもう一つの態様は、基材および基材上に形成されたナノ多孔層を含む作用電極を含む非酵素グルコース感知デバイスを提供し、作用電極は、グルコース－特異的酵素を含まず、ナノ多孔層は、局部的に一緒にクラスター化された多くのナノ粒子を含む不規則形状体を含み得、粒子間ギャップは、不規則形状体中のナノ粒子の隣接するものの間で形成され得、ナノ粒子は約２ｎｍ～約５ｎｍの直径を有する概ね卵形または球形状であり得、粒子間ギャップは、約０．５ｎｍ～約２ｎｍの粒子間ギャップ距離を有し、不規則形状体は相互に連結され得、ナノ多孔層の概ね全体にわたって延在する不規則形状体の３次元相互連結ネットワークが提供され、不規則形状空間は不規則形状体の隣接する部分間で形成され得、ナノサイズまたはマイクロサイズであり得、不規則形状空間は、相互に連結され得、ナノ多孔層の概ね全体にわたって延在する不規則形状空間の３次元相互連結ネットワークが提供され、ナノ多孔層は、約０．２Ｖ～約０．４５Ｖのそれに適用されたバイアス電圧で、グルコース－特異的酵素なしで、その中でグルコース分子の酸化を引き起こすように構成され得る。
前述の非酵素グルコース感知デバイスでは、ナノ多孔層は、界面活性剤分子を実質的に含まないことができ、基材は、導電性または半導電性材料を含む少なくとも１つの導電層を含み得る。粒子間ギャップは、ナノサイズ有機分子を実質的に含まないことができる。不規則形状体の３次元ネットワークおよび不規則形状のクラスター間ギャップの３次元ネットワークは相補的であり得、ナノ多孔層が形成される。粒子間ギャップは、それら自体で実質的に相互連結され得、さらに、不規則形状のクラスター間ギャップの３次元相互連結ネットワークに連結され得る。
前述の非酵素グルコース感知デバイスではさらに、ナノ多孔層は、液体中に分散された不規則形状の別々のクラスターを含む固体－液体コロイドを分配し、分配された固体－液体コロイドを乾燥させることにより形成され得、不規則形状の別々のクラスターは積み重ねることができ、不規則形状体の３次元相互連結ネットワークおよび不規則形状のクラスター間ギャップの３次元相互連結ネットワークが提供される。ナノ粒子は、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、チタン（Ｔｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、スズ（Ｓｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イリジウム（Ｉｒ）、および前述の金属の各々の１つ以上の酸化物からなる群より選択される少なくとも１つから製造され得る。ナノ多孔層は、約１００～約２５００の粗さ係数を有する。ナノ多孔電極は、ナノ多孔層上に形成され、試験流体中に含まれるマルトースがそこを通過するのを実質的にブロックし、グルコースがそこを通過するのを可能にするように構成されたマルトース－ブロッキング層をさらに含み得る。マルトース－ブロッキング層は、グルコース分子がそこを通過するのを可能にし、マルトース分子がそこを通過するのを効果的にブロッキングする形態のポリ－フェニレンジアミン（ポリ－ＰＤ）を含み得る。バイアス電圧は、０．２Ｖ～０．４５Ｖの範囲にあるように設定され得る。
発明のさらにもう一つの態様は、下記を含む非酵素グルコース感知システムを提供する：前述の非酵素グルコース感知デバイス；対電極；および、作用電極と対電極の間にバイアス電圧を供給するために、作用電極と対電極の間に電気的に接続されたバイアス電圧源。
発明のさらにもう一つの態様は、非酵素グルコース感知の方法を提供する。方法は、下記を含む：前述の非酵素グルコース感知デバイスを提供すること；試験流体を作用電極と対電極の両方と接触させながら、作用電極と対電極の間にバイアス電圧を印加することであって、これによりナノ多孔層で試験流体中に含まれるグルコースの酸化が引き起こされること；作用電極からの電流を測定すること；および、電流を追加のデータと共に、またはなしで処理し、試験流体中に含まれるグルコースに対応するグルコースレベルを提供すること。バイアス電圧は、０．２Ｖ～０．４５Ｖの範囲にあるように設定され得る。
発明の別の態様は、グルコース感知電極を提供し、これは下記を含む：基材；基材上に形成され、グルコース感知電極内でグルコースまたはマルトースに特異的な酵素なしで、グルコースおよびマルトースの両方を酸化することができるナノ多孔性金属層；ナノ多孔性金属層上に形成されたマルトース－ブロッキング層。グルコース感知電極では、マルトース－ブロッキング層はグルコースがそこを通過するのを可能にし、かつ、マルトースがそこを通過してナノ多孔性金属層に向かうのを阻止する多孔度を有し、そのため、０．２－０．４５Ｖのバイアス電圧が、参照電極に対して、ナノ多孔性金属層に印加される場合、および、マルトース－ブロッキング層が、グルコースを４－２０ｍＭの濃度で、マルトースを４－２０ｍＭの濃度で含む液体と接触する場合、ナノ多孔性金属層におけるグルコースのみの酸化により引き起こされた電流は１０ｎＡ／ｍＭｃｍ２より高く、さらにナノ多孔性金属層におけるマルトースのみの酸化により引き起こされた電流は５ｎＡ／ｍＭｃｍ２より低くなる。
前述のグルコース感知電極では、ナノ多孔性金属層はグルコースを酸化することができ、そのため、グルコースのみの酸化により引き起こされた電流は、０．２－０．４５Ｖのバイアス電圧を印加し、グルコースを４－２０ｍＭの濃度で含む液体と、その上のマルトース－ブロッキング層なしで接触すると、１０ｎＡ／ｍＭｃｍ２より高い。ナノ多孔性金属層はさらにマルトースを酸化することができ、そのため、マルトースのみの酸化により引き起こされた電流は、０．２－０．４５Ｖのバイアス電圧を印加し、マルトースを４－２０ｍＭの濃度で含む液体と、その上のマルトース－ブロッキング層なしで接触すると、１０ｎＡ／ｍＭｃｍ２より高い。マルトース－ブロッキング層は、ポリ－フェニレンジアミン（ポリ－ＰＤ）を含み、１０～４０ｎｍの厚さを有し得る。マルトース－ブロッキング層は、ポリ－フェニレンジアミン（ポリ－ＰＤ）から本質的に構成され、１０ｎｍ～３５ｎｍの厚さを有し得る。マルトース－ブロッキング層はポリ－フェニレンジアミン（ポリ－ＰＤ）から構成され、１０～４０ｎｍの厚さを有し得る。
前述のグルコース感知電極では、ナノ多孔性金属層は、局部的に一緒にクラスター化された多くのナノ粒子および不規則形状体中のナノ粒子の隣接するものの間で形成された粒子間ギャップを含む不規則形状体を含み得る。ここで、ナノ粒子は、約２ｎｍ～約５ｎｍの直径を有する、概ね卵形または球形状である。粒子間ギャップは約０．５ｎｍ～約２ｎｍの粒子間ギャップ距離を有し得る。不規則形状体は相互に連結され得、不規則形状体の３次元相互連結ネットワークが提供される。不規則形状空間は不規則形状体の隣接する部分間で形成され得、ナノサイズまたはマイクロサイズである。不規則形状空間は、相互に連結され得、不規則形状空間の３次元相互連結ネットワークが提供される。
前述のグルコース感知電極は、マルトース－ブロッキング層上に形成された電解質イオン－ブロッキング層および電解質イオンブロッキング層上に形成された生体適合性層をさらに含み得る。電解質イオン－ブロッキング層は、液体中に含まれるＮａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｃｌ－、ＰＯ４
３－およびＣＯ３
２－が、ナノ多孔性金属層に向かって拡散するのを阻止するように構成され、そのため、電解質イオン－ブロッキング層より上と電解質イオン－ブロッキング層より下との間でＮａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｃｌ－、ＰＯ４
３－およびＣＯ３
２－の総計濃度の実質的な不連続性が存在する。電解質イオン－ブロッキング層は、グルコース感知電極のコンディショニングが０．２－０．４５Ｖのバイアス電圧の印加を用いて、被検体の体液との接触から３０分以内に完了するように、グルコース感知電極のコンディショニングを促進することができる。
発明の別の態様は、皮下部および端子部を含む単一の一体型ボディを含む装置を提供し；皮下部は前述のグルコース感知電極および参照電極を含み、その各々は、皮下部が第１の被検体の身体中に皮下挿入されると、第１の被検体の間質液と接触するように曝露されており；端子部は対応デバイスと結合し、グルコース感知電極に電気的に接続された第１の端子および参照電極に電気的に接続された第２の端子を含むように構成されている。
発明のさらにもう一つの態様は、前述のグルコース感知電極および参照電極を含む単一の一体型ボディを含む装置を提供し、単一の一体型ボディは、少なくとも一時的に試験流体をその中に保持するように構成されたリザーバをさらに含み、グルコース感知電極および参照電極は単一の一体型ボディ内に配列され、そのため、試験流体がリザーバ内に保持されると、グルコース感知電極および参照電極の各々は試験流体と接触するように構成される。
発明のさらなる態様は、グルコース感知電極を製造する方法を提供する。方法は下記を含む：グルコース感知電極内にグルコースまたはマルトースに特異的な酵素なしで、グルコースおよびマルトースの両方を酸化することができるナノ多孔性金属層を提供すること；ポリ－フェニレンジアミン（ポリ－ＰＤ）フィルムをナノ多孔性白金層上に形成し、ポリ－ＰＤフィルムはグルコースがそこを通過することを可能にし、マルトースがそこを通過するのをブロックするようにすること。ここで、ポリ－ＰＤフィルムは、グルコースがそこを通過するのを可能にし、マルトースがそこを通過してナノ多孔性金属層に向かうのを阻止する多孔度を有し、そのため、０．２－０．４５Ｖのバイアス電圧が、参照電極に対して、ナノ多孔性金属層に印加される場合、かつ、ポリ－ＰＤフィルムが、グルコースを４－２０ｍＭの濃度で、マルトースを４－２０ｍＭの濃度で含む液体と接触する場合、ナノ多孔性金属層におけるグルコースのみの酸化により引き起こされた電流は１０ｎＡ／ｍＭｃｍ２より高く、さらに、ナノ多孔性金属層におけるマルトースのみの酸化により引き起こされた電流は５ｎＡ／ｍＭｃｍ２より低い。
グルコース感知電極を製造する前述の方法では、ポリ－ＰＤフィルムを形成することは、ナノ多孔性金属層を電気化学重合のための電極として使用して電気化学重合を実施することを含み得る。ポリ－ＰＤフィルムを形成することは、ポリ－ＰＤを含むポリマー層を提供すること、および、ポリマー層が、グルコースがそこを通過するのを可能にするのに十分な多孔度を有し得ず、そのため、ナノ多孔性金属層におけるグルコースのみの酸化により引き起こされた電流は１０ｎＡ／ｍＭｃｍ２より低くなる場合、ポリマー層の多孔度を調整することを含み得る。多孔度の調整は、ポリマー層が酸性溶液と接触している間に、ポリマー層を少なくとも１つの電気ショックに供することを含み得る。ポリ－ＰＤフィルムを形成することは、ポリ－ＰＤを、フェニレンジアミンをある濃度で含む液体組成物から重合することを含むことができ、濃度が所定の値より高い場合、ポリ－ＰＤフィルムを形成することは、ポリマー層の多孔度の調整をさらに含む。多孔度の調整は、ポリマー層が酸性溶液と接触している間に、ポリマー層を少なくとも１つの電気ショックに供することを含み得る。
グルコース感知電極を製造する前述の方法では、ポリ－ＰＤフィルムを形成することは、ポリマー層はグルコースがそこを通過するのを可能にするのに十分な多孔度を有することができ、そのため、ナノ多孔性金属層におけるグルコースのみの酸化により引き起こされた電流が１０ｎＡ／ｍＭｃｍ２より高いことが予想される場合、ポリマー層のさらなる多孔度の調整なしにポリ－ＰＤを含むポリマー層を提供することを含み得る。ポリ－ＰＤフィルムを形成することは、ポリ－ＰＤを、フェニレンジアミンをある濃度で含む液体組成物から重合することを含むことができ、濃度が所定の値より低い場合、方法は、ポリ－ＰＤフィルムを形成するためのポリマー層の多孔度の調整を含まない。
発明の１つの態様はグルコース感知電極を提供し、これは下記を含む：導電性層；導電性層上に形成されたナノ多孔性金属層；ナノ多孔性金属層上に形成された電解質イオン－ブロッキング層；および電解質イオン－ブロッキング層上に形成された生体適合性層。グルコース感知電極はグルコース－特異的酵素を含まない。グルコース、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｃｌ－、ＰＯ４
３－およびＣＯ３
２－を含む液体と接触する場合、電解質イオン－ブロッキング層は、液体中に含まれるＮａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｃｌ－、ＰＯ４
３－およびＣＯ３
２－がナノ多孔性金属層に向かって拡散するのを阻止するように構成され、そのため、電解質イオン－ブロッキング層より上と電解質イオン－ブロッキング層より下との間でＮａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｃｌ－、ＰＯ４
３－およびＣＯ３
２－の総計濃度の実質的な不連続性が存在する。
前述のグルコース感知電極では、参照電極に対し、０．２－０．４５Ｖのバイアス電圧をそれに印加する場合、グルコース感知電極は、ナノ多孔性金属層においてグルコースの酸化を引き起こすように構成され、かつ、グルコース酸化のみにより引き起こされたグルコース－酸化電流と、液体とグルコース感知電極の他の電気化学相互作用により引き起こされたバックグラウンド電流の和である電流を発生させるように構成される。液体がグルコースを４－２０ｍＭの濃度で含む場合（およそ７２－３６０ｍｇ／ｄＬ）、定常状態ではグルコース－酸化電流は、１０ｎＡ／ｍＭｃｍ ２
より高いレベルにある。
前述のグルコース感知電極では、電解質イオン－ブロッキング層より下の総計濃度は０％より大きく、電解質イオン－ブロッキング層より上の総計濃度の約１０％より低い。電解質イオン－ブロッキング層より下の総計濃度は０％より大きく、電解質イオン－ブロッキング層より上の総計濃度の約５％より低い。電解質イオン－ブロッキング層は、そこを通るＮａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｃｌ－、ＰＯ４
３－およびＣＯ３
２－の移動度を制限するが、そこを通るグルコース分子の移動度を制限しないように構成される多孔性かつ疎水性のポリマー層を含み得る。
前述のグルコース感知電極では、電解質イオン－ブロッキング層は、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）（ＰＨＥＭＡ）、およびポリ（メチルメタクリレート－コ－エチレングリコールジメタクリレート）（ＰＭＭＡ－ＥＧ－ＰＭＭＡ）からなる群より選択される少なくとも１つを含み得る。電解質イオン－ブロッキング層は、メチルメタクリレートとブチルメタクリレートのコポリマー、および、分枝もしくは非分枝Ｃ１－Ｃ８アルキルメタクリレート、分枝もしくは非分枝Ｃ１－Ｃ８シクロアルキルメタクリレート、分枝もしくは非分枝Ｃ１－Ｃ８アルキルアクリレート、分枝もしくは非分枝Ｃ１－Ｃ８シクロアルキルアクリレート、および分枝もしくは非分枝Ｃ１－Ｃ８シクロアルキルメタクリレートを含む１つ以上のモノマーの重合から得られるポリマーからなる群より選択される少なくとも１つを含むことができ、１つ以上のモノマーは、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ペンチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、２－エチルヘキシルメタクリレート、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、ブチルアクリレート、ペンチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、および２－エチルヘキシルアクリレートからなる群より選択される。
前述のグルコース感知電極では、グルコース感知電極は連続グルコースモニタリング（ＣＧＭ）電極であってもよく、液体は被検体の体液である。電解質イオン－ブロッキング層はグルコース感知電極のコンディショニングが０．２－０．４５Ｖのバイアス電圧の印加を用いて、被検体の体液との接触から３０分以内に完了するように、グルコース感知電極のコンディショニングを促進するように構成される。グルコース感知電極のコンディショニングは、電流の減少速度が第１の所定の値より小さくなった時および／または電流が第２の所定の値より小さいままとなった時に完了したと考えられ得る。
グルコース感知電極は、ナノ多孔性金属層と電解質イオン－ブロッキング層の間に挿入されるマルトース－ブロッキング層をさらに含むことができ、マルトース－ブロッキング層は、ポリ－フェニレンジアミン（ポリ－ＰＤ）を含み得る。マルトース－ブロッキング層は、グルコースがそこを通過するのを可能にし、かつ、マルトースがそこを通過するのを実質的にブロックするように構成することができ、そのため、定常状態ではグルコース－酸化電流は、１０ｎＡ／ｍＭｃｍ ２
より高いレベルにあるが、一方、マルトースの酸化のみにより引き起こされたマルトース酸化電流は５ｎＡ／ｍＭｃｍ ２
より低い。
参照電極は、化学成分の還元が参照電極において起こるか起こらないかに関係なく、グルコース感知電極に印加されるバイアス電圧のための電位の基準レベルを提供するように構成され得る。３－電極電気化学セルでは、参照電極に加えて、対電極が、その中の化学成分の還元のために提供され、一方、２－電極電気化学セルでは、化学成分の還元は参照電極において起こる。
前述のグルコース感知電極では、ナノ多孔性金属層は下記を含むことができ：局部的に一緒にクラスター化された多くのナノ粒子および不規則形状体中のナノ粒子の隣接するものの間で形成された粒子間ギャップを含む不規則形状体、ここで、ナノ粒子は、約２ｎｍ～約５ｎｍの直径を有する、概ね卵形または球形状であり、粒子間ギャップは約０．５ｎｍ～約２ｎｍの粒子間ギャップ距離を有する。ここで、不規則形状体は相互に連結され得、不規則形状体の３次元相互連結ネットワークが提供される。不規則形状空間は不規則形状体の隣接する部分間で形成され得、ナノサイズまたはマイクロサイズであり、不規則形状空間は相互に連結され、不規則形状空間の３次元相互連結ネットワークが提供される。
発明の別の態様は、下記を含むセンサ装置を提供する：皮下部および端子部を含む単一の一体型ボディ；グルコース感知電極および参照電極を含み、その各々は、皮下部が第１の被検体の身体中に皮下挿入されると、第１の被検体の間質液と接触するように曝露されている皮下部；ならびに、対応デバイスと結合し、グルコース感知電極に電気的に接続された第１の端子、および、参照電極に電気的に接続された第２の端子を含むように構成された端子部。グルコース感知電極は、前述のグルコース感知電極の１つ以上の特徴を含み得る。
発明の別の態様は、連続グルコースモニタリングの方法を提供する。方法は下記を含む：センサ装置を提供すること；グルコース感知電極の皮下部を第１の被検体の身体中に皮下挿入し、グルコース感知電極および参照電極が第１の被検体の身体の間質液と接触するようにすること；参照電極に対してグルコース感知電極に０．２－０．４５Ｖのバイアス電圧を印加させること；グルコース感知電極から発生した電流を測定すること；皮下部の皮下挿入およびバイアス電圧の印加の後から１時間未満以内での電流の測定により得られた電流値を使用してグルコースレベルを計算すること；ならびに、ディスプレイ上に、約４ｍＭ～約２０ｍＭ（およそ約７２ｍｇ／ｄＬ～約３６０ｍｇ／ｄＬ）の範囲内の、第１の被検体のものとして計算したグルコースレベルを提示すること。グルコース感知電極は、前述のグルコース感知電極の１つ以上の特徴を含み得る。
発明のさらなる態様は、下記を含むセンサ装置を提供する：基材；基材上に形成された第１の導電性層および第１の導電性層上に形成されたグルコース－酸化層を含む第１の電極（またはグルコース感知電極）；基材上に形成され、第１の電極に電気的に接続された第１の端子；基材上に形成された第２の導電性層を含む第２の電極；基材上に形成され、第２の電極に電気的に接続された第２の端子；基材上に形成された第３の導電性層を含む参照電極；および基材上に形成され、参照電極に電気的に接続された第３の端子。
センサ装置では、第１の電極がグルコースおよびアスコルビン酸およびアセトアミノフェンを含む液体と接触すると、かつ、第１の電極と参照電極の間に、グルコース－酸化層においてグルコースを酸化するのに十分な第１のバイアス電圧を印加すると、第１の電極のグルコース－酸化層はその中でグルコースならびにアスコルビン酸およびアセトアミノフェンの少なくとも１つの酸化を引き起こすように構成され、かつ、さらにグルコース－酸化層においてグルコース酸化により引き起こされたグルコース成分およびアスコルビン酸およびアセトアミノフェンの少なくとも１つの酸化により引き起こされた第１の干渉成分を含む第１の電流を発生させるように構成される。第２の電極は、装置内に、第１の電極が液体と接触した時に、第２の電極もまた同じ液体と接触するように配列される。第２の電極は、その中でグルコースの酸化を引き起こすように構成された層を含まず、そのため、第２のバイアス電圧を第２の電極と参照電極の間に印加すると、第２の電極はその中でアスコルビン酸およびアセトアミノフェンの少なくとも１つの酸化を引き起こすが、その中でグルコースの酸化を引き起こさないように構成され、かつ、さらに第２の電極においてアスコルビン酸およびアセトアミノフェンの少なくとも１つの酸化により引き起こされ、グルコースの酸化により引き起こされない第２の干渉成分を含む第２の電流を発生させるように構成される。装置は第１の端子で第１の電流を、第２の端子で第２の電流を提供するように構成される。
前述のセンサ装置は、第１の電流を提供する時に、第１の電流と関連して第２の電流を提供するように構成され得る。センサ装置は、第１の電流および第２の電流を同時に発生させるように構成され得る。センサ装置は、第１の電流および第２の電流を、第１の電流および第２の電流を発生させた時間を示す情報と共に提供するように構成され得る。センサ装置は、第２の電流を、第１の電流を提供するときはいつでも第１の電流と一緒に提供するように構成され得る。前述のセンサ装置において、第１の電流は、液体とグルコース感知層の他の電気化学相互作用により引き起こされた第１のバックグラウンド電流をさらに含み得、第２の電流は、液体と第２の電極の他の電気化学相互作用により引き起こされた第２のバックグラウンド電流をさらに含み得る。
前述のセンサ装置において、第１のバイアス電圧が０．２Ｖ～０．３２Ｖである場合、グルコース－酸化層はグルコースおよびアスコルビン酸を酸化するが、アセトアミノフェンを酸化しないように構成され、第１の干渉成分はアスコルビン酸の酸化により引き起こされ、アセトアミノフェンの酸化によるものではない。第２のバイアス電圧が０．２Ｖ～０．３２Ｖである場合、第２の電極はアスコルビン酸を酸化するが、アセトアミノフェンは酸化しないように構成され、第２の干渉成分はアスコルビン酸の酸化により引き起こされ、アセトアミノフェンの酸化によるものではない。前述のセンサ装置において、第１のバイアス電圧が０．３４Ｖ～０．４５Ｖである場合、グルコース－酸化層はグルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンを酸化するように構成され、第１の干渉成分はアスコルビン酸およびアセトアミノフェンの酸化により引き起こされる。第２のバイアス電圧が０．３４Ｖ～０．４５Ｖである場合、第２の電極はアスコルビン酸およびアセトアミノフェンを酸化するように構成され、第２の干渉成分はアスコルビン酸およびアセトアミノフェンの両方の酸化により引き起こされる。
前述のセンサ装置において、第１の電極は、グルコース－酸化層上に形成されたポリ－フェニレンジアミン（ポリ－ＰＤ）を含むマルトース－ブロッキング層をさらに含み得る。４－２０ｍＭ（およそ７２－３６０ｍｇ／ｄＬ）の濃度を有するグルコースを含む液体と接触させると、かつ、バイアス電圧を印加すると、マルトース－ブロッキング層はグルコースがそこを通過するのを可能にし、かつ、マルトースがそこを通過するのを実質的にブロックするように構成され、そのため、定常状態ではグルコース－酸化電流は、１０ｎＡ／ｍＭｃｍ ２
より高いレベルにあるが、一方、マルトースの酸化のみにより引き起こされたマルトース酸化電流は５ｎＡ／ｍＭｃｍ ２
より低い。
前述のセンサ装置は、皮下で被検体の体液と接触するように構成された皮下部を含む、連続グルコースモニタリング（ＣＧＭ）電極モジュールであってもよく、第１、第２および参照電極は皮下部内に形成される。前述のセンサ装置において、グルコース－酸化層は、ナノ多孔性金属層を含むことができ、第１の電極はさらに下記を含み得る：ナノ多孔性金属層上に形成された電解質イオン－ブロッキング層および電解質イオン－ブロッキング層上に形成された生体適合性層。電解質イオン－ブロッキング層は、液体中に含まれるＮａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｃｌ－、ＰＯ４
３－およびＣＯ３
２－がナノ多孔性金属層に向かって拡散するのを阻止するように構成され得、そのため、電解質イオン－ブロッキング層より上と電解質イオン－ブロッキング層より下との間でＮａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｃｌ－、ＰＯ４
３－およびＣＯ３
２－の総計濃度の実質的な不連続性が存在する。
前述のセンサ装置において、電解質イオン－ブロッキング層は、そこを通るＮａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｃｌ－、ＰＯ４
３－およびＣＯ３
２－の移動度を制限するが、そこを通るグルコース分子の移動度を制限しないように構成された多孔性かつ疎水性のポリマー層を含むことができ、電解質イオン－ブロッキング層は、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）（ＰＨＥＭＡ）、およびポリ（メチルメタクリレート－コ－エチレングリコールジメタクリレート）（ＰＭＭＡ－ＥＧ－ＰＭＭＡ）からなる群より選択される少なくとも１つを含み得る。
前述のセンサ装置において、電解質イオン－ブロッキング層は、グルコース感知電極のコンディショニングが０．２－０．４５Ｖのバイアス電圧の印加を用いて、被検体の体液との接触から３０分以内に完了するように、グルコース感知電極のコンディショニングを促進するように構成され得、グルコース感知電極のコンディショニングは、電流の減少速度が第１の所定の値より小さくなった時、および、電流が第２の所定の値より小さいままとなった時のいずれかまたは両方で、完了したと考えられる。
前述のセンサ装置は、血液を受け取るように構成されたリザーバを含む血糖モニタリング（ＢＧＭ）電極モジュールであり、この場合、血液がリザーバに受け取られると、第１の電極、第２の電極および参照電極は血液と接触するように構成される。第１のバイアス電圧は０．２Ｖ～０．４５Ｖであり、第２のバイアス電圧は、第１のバイアス電圧と同じか、または異なる。グルコース－酸化層は、グルコースを酸化するように構成されたナノ多孔性金属材料またはグルコース－特異的酵素を含み得る。グルコース－酸化層は、局部的に一緒にクラスター化された多くのナノ粒子および不規則形状体中のナノ粒子の隣接するものの間で形成された粒子間ギャップを含む不規則形状体を含むことができ、ナノ粒子は、約２ｎｍ～約５ｎｍの直径を有する、概ね卵形または球形状であり、粒子間ギャップは約０．５ｎｍ～約２ｎｍの粒子間ギャップ距離を有する。ここで、不規則形状体は相互に連結され得、不規則形状体の３次元相互連結ネットワークが提供される。不規則形状空間は不規則形状体の隣接する部分間で形成され得、ナノサイズまたはマイクロサイズであり、不規則形状空間は相互に連結され、不規則形状空間の３次元相互連結ネットワークが提供される。
発明のさらにもう一つの態様は、第１の、第２のおよび第３の端子が配列された端子部をさらに含む前述のセンサ装置；第１の対応端子、第２の対応端子、第３の対応端子、回路網、および回路網に接続された電力を含む対応装置を含むシステムを提供し、対応装置は、端子部と連結する、またはこれに係合するように構成された対応端子部をさらに含む。ここで、第１、第２および第３の対応端子は、センサ装置の端子部および対応装置の対応端子部が連結または係合されると、第１の端子は第１の対応端子に電気的に接続し、第２の端子は第２の対応端子に電気的に接続し、第３の端子は第３の対応端子に電気的に接続するように、対応端子部内に配列される。対応装置の回路網は第１の対応端子と第３の対応端子の間に第１のバイアス電圧を提供するように構成され、対応装置の回路網はさらに第２の対応端子と第３の対応端子の間に第２のバイアス電圧を提供するように構成される。
前述のシステムでは、対応装置は、少なくとも１つのプロセッサおよび少なくとも１つのメモリを含む、無線で対にされているコンピューティングデバイスと無線で通信するように構成された無線通信モジュールを含み得る。対応装置は、第１の対応端子で第１の電流、および第２の対応端子で第２の電流を受け取るように構成され得る。対応装置は、第１の電流を伝達する時に第１の電流と一緒に、または関連付けて第２の電流を伝達するように構成され得る。第１の電流は第１のタイムスタンプと共に伝達され得、第２の電流は第２のタイムスタンプと共に伝達され得、第１および第２のタイムスタンプは同一の時刻を示す。
前述のシステムは、無線で対にされているコンピューティングデバイスの少なくとも１つのプロセッサによりインストールされ、実行可能なソフトウェアをさらに含み得る。実行されると、ソフトウェアは下記を含む方法を実施するように構成される：コンピューティングデバイスの少なくとも１つのメモリに、対応装置から互いに一緒に、または関連付けて受け取られた第１の電流および第２の電流を保存させること；第１の電流および第２の電流を処理して、センサ装置の第１の電極のグルコース－酸化層におけるグルコースの酸化を示す値を提供すること；ならびに、その値またはその対応する情報をコンピューティングデバイスのディスプレイ上に提示させること。
前述のシステムでは、第１の電流および第２の電流のいずれかまたは両方は連続信号の形態であってもよく、第１の電流および第２の電流を処理することは、同時に得られた第１の電流および第２の電流の値を処理することを含み得る。ここで、値の処理は、第２の電流を第１の電流から引くことを含み得る。第１の電流および第２の電流は、少なくとも１つのメモリ内に互いに関連させられて保存され得る。前述のシステムは、無線で対にされているコンピューティングデバイスにおいてインストールされ、実行可能なソフトウェアをさらに含み得る。実行されると、ソフトウェアは、対応装置から受け取られた第１の電流および第２の電流を使用して、データ処理を実施し、センサ装置の第１の電極が接触する液体中に含まれるグルコースのレベルを得るように構成される。ここで、ソフトウェアはグルコースのレベルを得るために処理する時に第２の電流を必要とする。
前述のシステムでは、対応装置は、少なくとも１つのプロセッサ、少なくとも１つのメモリ、および少なくとも１つのメモリに保存され、かつ、少なくとも１つのプロセッサにより実行可能なソフトウェアをさらに含み得る。実行されると、ソフトウェアは下記を含む方法を実施するように構成される：少なくとも１つのメモリに、センサ装置から互いに一緒に、または関連付けて受け取られた第１の電流および第２の電流を保存させること；ならびに、第１の電流および第２の電流を処理して、センサ装置の第１の電極のグルコース－酸化層におけるグルコースの酸化を示す値を提供すること。ここで、処理は、第２の電流を第１の電流から引くことを含み得る。第１の電流および第２の電流のいずれかまたは両方は連続信号の形態であってもよく、第１の電流および第２の電流を処理することは、同時に得られた第１の電流および第２の電流の値を処理することを含み得る。対応デバイスは、ディスプレイをさらに含むことができ、方法は、その値またはその対応する情報をディスプレイ上に提示させることをさらに含み得る。対応デバイスは、ディスプレイを含むデバイスと無線で対にするように構成された無線通信モジュールをさらに含むことができ、方法は、その値またはその対応する情報を無線で対にされているデバイスのディスプレイ上に提示するために、データを無線で対にされているデバイスに伝達させることをさらに含み得る。
発明のさらにもう一つの態様は、電気化学感知の方法を提供する。方法は下記を含む：グルコースを酸化することができるグルコース－酸化層を含む第１の電極、グルコースを酸化することができる層を含まない第２の電極、および参照電極を含むセンサ装置を提供すること；第１の電極、第２の電極および参照電極を、グルコースおよびアスコルビン酸およびアセトアミノフェンを含む液体と接触させること；第１の電極と参照電極の間に、グルコース－酸化層においてグルコースを酸化するのに十分な第１のバイアス電圧を印加させ、グルコースならびにアスコルビン酸およびアセトアミノフェンの少なくとも１つがグルコース－酸化層において酸化されるようにする、さらに、第１の電流が第１の電極から発生させられるようにすることであって、第１の電流はグルコース酸化により引き起こされたグルコース成分、ならびに、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの少なくとも１つの酸化により引き起こされた第１の干渉成分を含むこと；第２のバイアス電圧を第２の電極と参照電極の間に印加させ、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの少なくとも１つが第２の電極において酸化されるが、グルコースはその中で酸化されないようにする、さらに、第２の電流が第２の電極から発生させられるようにすることであって、第２の電流は第２の電極においてアスコルビン酸およびアセトアミノフェンの少なくとも１つの酸化により引き起こされた第２の干渉成分を含む、こと；ならびに、処理のために第１の電流および第２の電流を提供することであって、第１の電流は処理のために提供され、第２の電流もまた、第１の電流と関連付けて提供されること。
前述の方法では、第１の電流および第２の電流は同時に、またはグルコースレベルが、実質的にまたはあらかじめ決められた許容レベルを超えて変化しない合理的な期間内に次々と生成され得る。第１の電流は第１の電流の発生時間を示す情報と共に提供することができ、第２の電流は第２の電流の発生時間を示す情報と共に提供され得る。第２の電流は、第１の電流が提供される時はいつでも第１の電流と一緒に提供され得る。前述の方法では、第１のバイアス電圧は０．２Ｖ～０．３２Ｖで印加され、これにより、グルコース－酸化層はグルコースおよびアスコルビン酸を酸化するが、アセトアミノフェンを酸化せず、この場合、第１の干渉成分はアスコルビン酸の酸化により引き起こされ、アセトアミノフェンの酸化によるものではなく；第２のバイアス電圧は０．２Ｖ～０．３２Ｖで印加され、これにより、第２の電極はアスコルビン酸を酸化するが、アセトアミノフェンを酸化せず、この場合、第２の干渉成分はアスコルビン酸の酸化により引き起こされ、アセトアミノフェンの酸化によるものではない。別の場合では、第１のバイアス電圧は０．３４Ｖ～０．４５Ｖで印加され、これにより、グルコース－酸化層は、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンを酸化し、この場合、第１の干渉成分はアスコルビン酸およびアセトアミノフェンの酸化により引き起こされ；第２のバイアス電圧は０．３４Ｖ～０．４５Ｖで印加され、これにより、第２の電極は、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンを酸化し、この場合、第２の干渉成分はアスコルビン酸およびアセトアミノフェンの両方の酸化により引き起こされる。
前述の方法では、センサ装置は、グルコース－酸化層上に形成され、ポリ－フェニレンジアミン（ポリ－ＰＤ）を含むマルトース－ブロッキング層をさらに含み得る。センサ装置は、皮下で被検体の体液と接触するように構成された皮下部を含む、連続グルコースモニタリング（ＣＧＭ）電極モジュールであってもよく、第１、第２および参照電極は皮下部内で形成され、第１の電極、第２の電極および参照電極を液体と接触させることは、皮下部を被検体の身体中に皮下挿入することを含み得る。グルコース－酸化層は、ナノ多孔性金属層を含むことができ、第１の電極はさらに下記を含み得る：ナノ多孔性金属層上に形成された電解質イオン－ブロッキング層および電解質イオン－ブロッキング層上に形成された生体適合性層。電解質イオン－ブロッキング層は液体中に含まれるＮａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｃｌ－、ＰＯ４
３－およびＣＯ３
２－がナノ多孔性金属層に向かって拡散するのを阻止し、そのため、電解質イオン－ブロッキング層より上と電解質イオン－ブロッキング層より下との間でＮａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｃｌ－、ＰＯ４
３－およびＣＯ３
２－の総計濃度の実質的な不連続性が存在する。
前述の方法では、センサ装置はリザーバを含む血糖モニタリング（ＢＧＭ）電極モジュールであり、第１の電極、第２の電極および参照電極を液体と接触させることは、血液試料をリザーバ中に提供することを含み得る。グルコース－酸化層は、局部的に一緒にクラスター化された多くのナノ粒子および不規則形状体中のナノ粒子の隣接するものの間で形成された粒子間ギャップを含む不規則形状体を含むことができ、ナノ粒子は、約２ｎｍ～約５ｎｍの直径を有する、概ね卵形または球形状であり、粒子間ギャップは約０．５ｎｍ～約２ｎｍの粒子間ギャップ距離を有する。不規則形状体は相互に連結され得、不規則形状体の３次元相互連結ネットワークが提供される。不規則形状空間は不規則形状体の隣接する部分間で形成され得、ナノサイズまたはマイクロサイズであり、不規則形状空間は、相互に連結され得、不規則形状空間の３次元相互連結ネットワークが提供される。
前述の方法では、センサ装置は、第１の電極に電気的に接続された第１の端子、第２の電極に電気的に接続された第２の端子、および参照電極に電気的に接続された第３の端子をさらに含み得る。センサ装置は、第１の、第２のおよび第３の端子が配列された端子部をさらに含むことができ、第１のバイアス電圧および第２のバイアス電圧を印加させることは、第１の対応端子、第２の対応端子、第３の対応端子、回路網、および回路網に接続された電力を含む対応デバイスと連結することを含み得る。対応装置は、センサ装置の端子部と連結または係合させるために対応端子部をさらに含み得る。第１、第２および第３の対応端子は対応端子部内に、センサ装置の端子部および対応装置の対応端子部が連結または係合されると、第１の端子は第１の対応端子に電気的に接続し、第２の端子は第２の対応端子に電気的に接続し、第３の端子は第３の対応端子に電気的に接続するように配列され得る。対応装置の回路網は第１の対応端子と第３の対応端子の間に第１のバイアス電圧を提供することができ；対応装置の回路網は第２の対応端子と第３の対応端子の間に第２のバイアス電圧を提供し得る。
発明のさらにもう一つの態様は、グルコースレベルを提供または決定する方法を提供する。方法は下記を含む：少なくとも１つのメモリ内で保存され、センサ装置または別のデバイスで提供される少なくとも１つのプロセッサにより実行可能なソフトウェアを提供すること；少なくとも１つのプロセッサを用いて、ソフトウェアを実行して、第１の電流および第２の電流を処理し、センサ装置の第１の電極のグルコース－酸化層におけるグルコースの酸化を示す値を提供すること；ならびにその値またはその対応する情報を、センサ装置、他のデバイスまたはさらに別のデバイスで提供されるディスプレイ上に提示させること。
前述の方法では、少なくとも１つのメモリおよび少なくとも１つのプロセッサは他のデバイスにおいて提供される。方法はさらに下記を含み得る：第１の電流および第２の電流を他のデバイスに伝達すること；ならびに、実行前に、少なくとも１つのメモリに、互いに一緒に、または関連付けて受け取られる第１の電流および第２の電流を保存させること。前述の方法では、第１の電流は第１のタイムスタンプと共に伝達され、第２の電流は第２のタイムスタンプと共に伝達され、第１および第２のタイムスタンプは同一の時刻を示す。前述の方法では、第１の電流および第２の電流のいずれかまたは両方は連続信号の形態であってもよく、第１の電流および第２の電流を処理することは、同時に得られた第１の電流および第２の電流の値を処理することを含み得る。前述の方法では、処理は、第２の電流を第１の電流から引くことを含み得る。
発明のさらにもう一つの態様は、下記を含むセンサ装置を提供し：ナノ多孔性金属層を含む作用電極；および参照電極；および作用電極と参照電極の間に印加されるバイアス電圧、ここで、グルコース－特異的酵素は作用電極において存在しない。
センサ装置では、ナノ多孔性金属層は、局部的に一緒にクラスター化された多くのナノ粒子および不規則形状体中のナノ粒子の隣接するものの間で形成された粒子間ギャップを含む不規則形状体を含み、ナノ粒子は、約２ｎｍ～約５ｎｍの直径を有する、概ね卵形または球形状であり、粒子間ギャップは約０．５ｎｍ～約２ｎｍの粒子間ギャップ距離を有する。不規則形状体は相互に連結され得、不規則形状体の３次元相互連結ネットワークが提供される。不規則形状空間は不規則形状体の隣接部分の間で形成され、ナノサイズまたはマイクロサイズであり、不規則形状空間は相互に連結され、不規則形状空間の３次元相互連結ネットワークが提供される。センサ装置では、バイアス電圧はナノ多孔性金属層でグルコースの酸化を引き起こすのに十分であるが、ナノ多孔性金属層でアセトアミノフェンの酸化を引き起こすには十分ではないように設定され、バイアス電圧は約０．２０Ｖ～約０．３２Ｖの範囲内で設定される。
センサ装置は、皮下で被検体の体液と接触するように構成された皮下部を含む連続グルコースモニタリング（ＣＧＭ）電極モジュールを含むことができ、作用電極および参照電極は皮下部内で形成される。作用電極は、下記をさらに含み得る：ナノ多孔性金属層上に形成された電解質イオン－ブロッキング層；および電解質イオン－ブロッキング層上に形成された生体適合性層。電解質イオン－ブロッキング層は、液体中に含まれるＮａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｃｌ－、ＰＯ４
３－およびＣＯ３
２－がナノ多孔性金属層に向かって拡散するのを阻止するように構成され得、そのため、電解質イオン－ブロッキング層より上と電解質イオン－ブロッキング層より下との間でＮａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｃｌ－、ＰＯ４
３－およびＣＯ３
２－の総計濃度の実質的な不連続性が存在する。電解質イオン－ブロッキング層は、作用電極のコンディショニングがバイアス電圧の印加を用いて、被検体の体液と接触してから３０分以内に完了するように、作用電極のコンディショニングを促進するように構成され得る。
前述のセンサ装置は、ポリ－フェニレンジアミン（ポリ－ＰＤ）を含み、ナノ多孔性金属層と電解質イオン－ブロッキング層の間に挿入されるマルトース－ブロッキング層をさらに含み得る。４－２０ｍＭ（およそ７２－３６０ｍｇ／ｄＬ）の濃度を有するマルトースおよびグルコースを含む液体と接触させ、かつ、バイアス電圧を印加すると、マルトース－ブロッキング層はグルコースがそこを通過するのを可能にし、かつ、マルトースがそこを通過するのを実質的にブロックするように構成され、そのため、定常状態ではグルコース－酸化電流は、１０ｎＡ／ｍＭｃｍ ２
より高いレベルにあるが、一方、マルトースの酸化のみにより引き起こされたマルトース酸化電流は５ｎＡ／ｍＭｃｍ ２
より低い。
発明のさらにもう一つの態様は、グルコース感知の方法を提供する。方法は下記を含む：前述のセンサ装置の１つを提供すること；ならびに、作用電極（またはグルコース感知電極）と参照電極の間に約０．２０Ｖ～約０．３２Ｖの範囲内でバイアス電圧を印加すること。ここで、バイアス電圧の印加はナノ多孔性金属層におけるグルコースの酸化を引き起こし、そのため、グルコース酸化のみにより引き起こされたグルコース－酸化電流は１０ｎＡ／ｍＭｃｍ ２
より高いレベルにあり、一方、バイアス電圧の印加はナノ多孔性金属層においてアセトアミノフェンの十分な酸化を引き起こず、そのため、ナノ多孔性金属層におけるアセトアミノフェン酸化により引き起こされたアセトアミノフェン酸化電流は５ｎＡ／ｍＭｃｍ ２
より低い。
特許または出願ファイルはカラーで実行済みの図面を含む。カラー図面を有するこの特許または特許出願公開のコピーは、要求および必要な料金の支払いに応じて局から提供されるであろう。
ここで開示される対象物について、以下、いくつかの特定の実施形態および実施例の観点から、添付の図面を参照してより詳細に記載し、説明する。ここでは、発明の実施形態のいくつかが示されるが、全てではない。全体を通じて、同様の数字は同様の要素または部分を示す。ここで開示される対象物は多くの異なる形態で具体化することができるが、本明細書で明記される特定の実施形態に制限されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が適用可能な法的必要条件を満たすように提供される。実際、ここで開示される対象物の多くの改変および他の実施形態は、ここで開示される対象物が関連する分野の当業者であれば思いつくであろう。そのため、ここで開示される対象物は、開示される特定の実施形態に制限されるものではなく、改変および他の実施形態は添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図されることが理解されるべきである。
電気化学グルコース感知システム
電気化学グルコース検出
電気化学グルコース感知は、電解質溶液中のグルコース濃度を測定する。図１は概念的に、試験流体または電解質溶液１０２中のグルコース濃度を検出するための電気化学グルコース感知システム１０１を示す。システム１０１は作用または感知電極１０３、対電極１０５および参照電極１０６を含み、それらはポテンシオスタット１０４に接続され、かつ、試験流体１０２と接触している。実施形態では、ポテンシオスタットは、電圧源１０９および電流センサ１０８として機能するための電気回路網を含む。電圧源１０９は、作用電極１０３および対電極１０５での酸化還元反応を駆動するバイアス電圧を提供する。ポテンシオスタットは、参照電極１０６に対して作用電極１０３でバイアス電圧を維持するためのオペアンプ１０７などの電気回路網をさらに含む。電流センサ１０８は、試験流体１０２中に含まれるグルコースが関与する酸化還元反応により発生する電流を検出する。
電気化学グルコース検出
電気化学グルコース感知は、電解質溶液中のグルコース濃度を測定する。図１は概念的に、試験流体または電解質溶液１０２中のグルコース濃度を検出するための電気化学グルコース感知システム１０１を示す。システム１０１は作用または感知電極１０３、対電極１０５および参照電極１０６を含み、それらはポテンシオスタット１０４に接続され、かつ、試験流体１０２と接触している。実施形態では、ポテンシオスタットは、電圧源１０９および電流センサ１０８として機能するための電気回路網を含む。電圧源１０９は、作用電極１０３および対電極１０５での酸化還元反応を駆動するバイアス電圧を提供する。ポテンシオスタットは、参照電極１０６に対して作用電極１０３でバイアス電圧を維持するためのオペアンプ１０７などの電気回路網をさらに含む。電流センサ１０８は、試験流体１０２中に含まれるグルコースが関与する酸化還元反応により発生する電流を検出する。
酵素グルコース感知電極
全てではないが、ほとんどの電気化学グルコース感知システムはグルコース分子の検出のためにグルコース－特異的酵素を利用する。図２は酵素グルコース感知システムのための作用電極１０３Ｅ、すなわち、酵素グルコース感知電極を示す。「グルコース感知電極」および「作用電極」という用語は本開示において同じ意味で使用される。酵素作用電極１０３Ｅは、導電層１１０および酵素層１１１を含む。任意で、酵素作用電極１０３Ｅは、図２におけるように、酵素層１１１上に少なくとも１つの機能層１１２を含み得る。あるいは、示されていないが、少なくとも１つの機能層が、酵素層１１１と導電層１１０の間に配置され得る。酵素層１１１はグルコース－特異的酵素分子１１５を含み、その分子は、固定具１１３によりその中で維持される。グルコース分子がグルコース－特異的酵素と接触すると、酵素はグルコースのグルコノラクトンへの酸化を触媒する。グルコース酸化由来の電子は、最終的に導電層１１０に移され、電気化学感知システム１０１の電気回路において電流が発生する。
全てではないが、ほとんどの電気化学グルコース感知システムはグルコース分子の検出のためにグルコース－特異的酵素を利用する。図２は酵素グルコース感知システムのための作用電極１０３Ｅ、すなわち、酵素グルコース感知電極を示す。「グルコース感知電極」および「作用電極」という用語は本開示において同じ意味で使用される。酵素作用電極１０３Ｅは、導電層１１０および酵素層１１１を含む。任意で、酵素作用電極１０３Ｅは、図２におけるように、酵素層１１１上に少なくとも１つの機能層１１２を含み得る。あるいは、示されていないが、少なくとも１つの機能層が、酵素層１１１と導電層１１０の間に配置され得る。酵素層１１１はグルコース－特異的酵素分子１１５を含み、その分子は、固定具１１３によりその中で維持される。グルコース分子がグルコース－特異的酵素と接触すると、酵素はグルコースのグルコノラクトンへの酸化を触媒する。グルコース酸化由来の電子は、最終的に導電層１１０に移され、電気化学感知システム１０１の電気回路において電流が発生する。
グルコースオキシダーゼ
いくつかの酵素グルコース感知システムでは、酵素作用電極１０３Ｅはグルコースオキシダーゼ（ＧＯｘ）を含む。グルコースオキシダーゼ１１５は電子を、酵素の近くにとどまる分子酸素に移動させ、分子酸素は過酸化水素に還元される。システムにおいて適正なバイアス電圧が印加されると、導電層１１０は過酸化水素を酸化し、それから電子を引き出し、これにより、試験流体１０２中のグルコース濃度を示す電流が発生する。
いくつかの酵素グルコース感知システムでは、酵素作用電極１０３Ｅはグルコースオキシダーゼ（ＧＯｘ）を含む。グルコースオキシダーゼ１１５は電子を、酵素の近くにとどまる分子酸素に移動させ、分子酸素は過酸化水素に還元される。システムにおいて適正なバイアス電圧が印加されると、導電層１１０は過酸化水素を酸化し、それから電子を引き出し、これにより、試験流体１０２中のグルコース濃度を示す電流が発生する。
グルコースデヒドロゲナーゼ
他の酵素グルコース感知システムでは、酵素作用電極１０３Ｅはグルコースデヒドロゲナーゼ（ＧＤＨ）を含む。グルコースオキシダーゼとは異なり、グルコースデヒドロゲナーゼは酸素を使用せず、代わりに、電子を電子メディエーターと呼ばれる他の隣接する化学成分へ移動させ、これは次いで、グルコース酸化からの電子を導電層１１０へ移動させる。電子メディエーターは、酵素層１１１に含めることができる。あるいは、電子メディエーターは、酵素層１１１と導電層１１０の間の別個の層で（図示せず）提供することができる。グルコースデヒドロゲナーゼはグルコースオキシダーゼを超える感度といういくつかの利点を有するが、この酵素はマルトースならびにグルコースを酸化し、これにより、グルコース濃度の正確な感知が妨げられる。
他の酵素グルコース感知システムでは、酵素作用電極１０３Ｅはグルコースデヒドロゲナーゼ（ＧＤＨ）を含む。グルコースオキシダーゼとは異なり、グルコースデヒドロゲナーゼは酸素を使用せず、代わりに、電子を電子メディエーターと呼ばれる他の隣接する化学成分へ移動させ、これは次いで、グルコース酸化からの電子を導電層１１０へ移動させる。電子メディエーターは、酵素層１１１に含めることができる。あるいは、電子メディエーターは、酵素層１１１と導電層１１０の間の別個の層で（図示せず）提供することができる。グルコースデヒドロゲナーゼはグルコースオキシダーゼを超える感度といういくつかの利点を有するが、この酵素はマルトースならびにグルコースを酸化し、これにより、グルコース濃度の正確な感知が妨げられる。
非酵素グルコース感知電極
非酵素電気化学グルコース感知システムは、グルコースを検出するために、グルコース－特異的酵素またはどの酵素も使用しない。代わりに、非酵素グルコース感知システムは、グルコース－特異的酵素なしでグルコースを検出する非酵素作用電極を有する。実施形態では、非酵素作用電極は、中レベルのバイアス電圧でグルコース分子の酸化を可能にする少なくとも１つのグルコース酸化層を含む。一般に、バイアス電圧が高いほど、少なくとも１つのグルコース酸化層でグルコース酸化が起こる可能性が高くなる。しかしながら、高いバイアス電圧では、他の化学成分もまた酸化されるので、バイアス電圧には制限がある。よって、非酵素電気化学グルコース感知は、試験流体に含まれる他の化学成分の酸化を引き起こさないバイアス電圧で、グルコースを酸化する材料に依存する。
非酵素電気化学グルコース感知システムは、グルコースを検出するために、グルコース－特異的酵素またはどの酵素も使用しない。代わりに、非酵素グルコース感知システムは、グルコース－特異的酵素なしでグルコースを検出する非酵素作用電極を有する。実施形態では、非酵素作用電極は、中レベルのバイアス電圧でグルコース分子の酸化を可能にする少なくとも１つのグルコース酸化層を含む。一般に、バイアス電圧が高いほど、少なくとも１つのグルコース酸化層でグルコース酸化が起こる可能性が高くなる。しかしながら、高いバイアス電圧では、他の化学成分もまた酸化されるので、バイアス電圧には制限がある。よって、非酵素電気化学グルコース感知は、試験流体に含まれる他の化学成分の酸化を引き起こさないバイアス電圧で、グルコースを酸化する材料に依存する。
非酵素グルコース感知電極のためのナノ多孔層
図３は、導電性層１１０およびナノ多孔性グルコース酸化層（またはナノ多孔層）１１７を含む非酵素作用電極（簡単に「作用電極」）１０３ＮＥを示す。実施形態では、ナノ多孔層１１７は、中バイアス電圧でグルコースの酸化を引き起こす、可能にするまたは促進するためのナノ多孔性内部構造を含む。グルコース酸化が起こる場合、導電層１１０はグルコース酸化から電子を取り出し、電流が電気回路において発生する。電流は電流センサ１０８により検出することができ、システムのハードウェアおよびソフトウェアにより解釈することができる。任意で、作用電極１０３ＮＥは少なくとも１つの機能層１１２を、ナノ多孔層１１７上に、またはナノ多孔層１１７と導電層１１０の間に含み得る（図示せず）。
図３は、導電性層１１０およびナノ多孔性グルコース酸化層（またはナノ多孔層）１１７を含む非酵素作用電極（簡単に「作用電極」）１０３ＮＥを示す。実施形態では、ナノ多孔層１１７は、中バイアス電圧でグルコースの酸化を引き起こす、可能にするまたは促進するためのナノ多孔性内部構造を含む。グルコース酸化が起こる場合、導電層１１０はグルコース酸化から電子を取り出し、電流が電気回路において発生する。電流は電流センサ１０８により検出することができ、システムのハードウェアおよびソフトウェアにより解釈することができる。任意で、作用電極１０３ＮＥは少なくとも１つの機能層１１２を、ナノ多孔層１１７上に、またはナノ多孔層１１７と導電層１１０の間に含み得る（図示せず）。
導電層－材料
バイアス電圧を用いると、図２および３の導電層１１０はグルコース酸化から電子を取り出し、それらを電流センサ１０８へ移動させる。実施形態では、導電層１１０は少なくとも１つの導電性材料を含み、またはこれから製造され、システム１０１の電気回路に接続される。いくつかの実施形態では、小規模の導電層１１０を仮定すると、半導電性材料が導電性材料の代わりに使用され得る。導電層の材料についての非限定的な例としては、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ステンレス鋼、ケイ素（アモルファス、多結晶および単結晶）、導電炭素材料、例えばグラファイト、グラフェン、フルオレン、カーボンナノチューブが挙げられる。実施形態では、導電層１１０はグルコース酸化層１１７のナノ多孔性内部構造を含まない。
バイアス電圧を用いると、図２および３の導電層１１０はグルコース酸化から電子を取り出し、それらを電流センサ１０８へ移動させる。実施形態では、導電層１１０は少なくとも１つの導電性材料を含み、またはこれから製造され、システム１０１の電気回路に接続される。いくつかの実施形態では、小規模の導電層１１０を仮定すると、半導電性材料が導電性材料の代わりに使用され得る。導電層の材料についての非限定的な例としては、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ステンレス鋼、ケイ素（アモルファス、多結晶および単結晶）、導電炭素材料、例えばグラファイト、グラフェン、フルオレン、カーボンナノチューブが挙げられる。実施形態では、導電層１１０はグルコース酸化層１１７のナノ多孔性内部構造を含まない。
導電層－構造
実施形態では、導電層１１０は均質材料の単一層から形成され得る。別の場合では、導電層１１０は異なる材料から製造された複数の副層を含み得る。いくつかの実施形態では、導電層１１０は上面副層および上面副層下の１つ以上の副層を含む。実施形態では、上面副層は銀、銅、アルミニウムまたは銀、銅またはアルミニウムよりも酸化する傾向が大きな他の導電材料を含まない。上面副層は、他の副層（複数可）よりも導電性が低い可能性がある。いくつかの実施形態では、導電層１１０は導電炭素層を上面副層として、および、銀層を炭素層下の別の副層として含む。導電層１１０は、特定例に大きく依存して変動する可能性がある厚さを有する。いくつかの実施形態では、導電層１１０は省略することができ、ナノ多孔層は、導電性ワイヤまたは接続を介して直接電流センサに接続される。
実施形態では、導電層１１０は均質材料の単一層から形成され得る。別の場合では、導電層１１０は異なる材料から製造された複数の副層を含み得る。いくつかの実施形態では、導電層１１０は上面副層および上面副層下の１つ以上の副層を含む。実施形態では、上面副層は銀、銅、アルミニウムまたは銀、銅またはアルミニウムよりも酸化する傾向が大きな他の導電材料を含まない。上面副層は、他の副層（複数可）よりも導電性が低い可能性がある。いくつかの実施形態では、導電層１１０は導電炭素層を上面副層として、および、銀層を炭素層下の別の副層として含む。導電層１１０は、特定例に大きく依存して変動する可能性がある厚さを有する。いくつかの実施形態では、導電層１１０は省略することができ、ナノ多孔層は、導電性ワイヤまたは接続を介して直接電流センサに接続される。
対電極
バイアス電圧を用いると、化学成分の還元が対電極１０５で起こる。実施形態では、対電極１０５は少なくとも１つの導電性または半導電性材料を含み、システム１０１の電気回路に接続される。実施形態では、対電極１０５は、均質材料の単一層または異なる材料から製造された複数の層から形成され得る。導電層１１０のための導電または半導電材料もまた、対電極１０５において使用され得るが、特定のシステムでは、同じでない材料が導電層１１０および対電極１０５において使用される。
参照電極
バイアス電圧を用いると、化学成分の還元が対電極１０５で起こる。実施形態では、対電極１０５は少なくとも１つの導電性または半導電性材料を含み、システム１０１の電気回路に接続される。実施形態では、対電極１０５は、均質材料の単一層または異なる材料から製造された複数の層から形成され得る。導電層１１０のための導電または半導電材料もまた、対電極１０５において使用され得るが、特定のシステムでは、同じでない材料が導電層１１０および対電極１０５において使用される。
参照電極
参照電極１０６は、感知電極１０３と参照電極の間でバイアス電圧を維持することにより、電気化学感知システムにおいて安定性を提供する。その結果、グルコース酸化は、対電極１０５での還元が感知電極１０３での酸化と同じ速度ではない場合であっても、感知電極１０３で継続することができる。いくつかの実施形態では、対電極１０５は省略することができ、参照電極１０６は対電極および参照電極の２重機能を果たし得る。実施形態では、参照電極１０６は、均質材料の単一層または異なる材料から製造された複数の層から形成され得る。導電層１１０のための導電または半導電材料もまた参照電極１０５において使用され得るが、特定のシステムでは、同じでない材料が導電層１１０および参照電極１０６において使用される。いくつかの実施形態では、参照電極１０６は導電または半導電材料層上に塩層を含み得る。例えば、塩層は塩化銀（ＡｇＣｌ）から製造され、またはこれを含む。
電流センサ
電流センサ１０８は作用電極１０３から流れる電流を測定する。電流センサ１０８は、特定の時間点で流れる電流をアンペロメトリーにより検出し得る。別の場合では、電流センサ１０８は電量電荷－測定デバイスであってもよい。
電流センサ１０８は作用電極１０３から流れる電流を測定する。電流センサ１０８は、特定の時間点で流れる電流をアンペロメトリーにより検出し得る。別の場合では、電流センサ１０８は電量電荷－測定デバイスであってもよい。
試験流体
実施形態では、試験流体はヒトまたは動物の生物流体であるが、それに限定されない。いくつかの実施形態では、試験流体は、生物流体および生物流体に添加された少なくとも１つの追加の物質を含む液体混合物である。生物流体は、例えば、血液、間質液、脳脊髄液、リンパ液または尿を含むが、それらに限定されない。いくつかの実施形態では、試験流体は実験のために調製された非生物学的液体を含む。
実施形態では、試験流体はヒトまたは動物の生物流体であるが、それに限定されない。いくつかの実施形態では、試験流体は、生物流体および生物流体に添加された少なくとも１つの追加の物質を含む液体混合物である。生物流体は、例えば、血液、間質液、脳脊髄液、リンパ液または尿を含むが、それらに限定されない。いくつかの実施形態では、試験流体は実験のために調製された非生物学的液体を含む。
バイアス電圧
作用電極１０３ＮＥと参照電極１０６の間に印加されるバイアス電圧は０．１０、０．１１、０．１２、０．１３、０．１４、０．１５、０．１６、０．１７、０．１８、０．１９、０．２０、０．２１、０．２２、０．２３、０．２４、０．２５、０．２６、０．２７、０．２８、０．２９、０．３０、０．３１、０．３２、０．３３、０．３４、０．３５、０．３６、０．３７、０．３８、０．３９、０．４０、０．４１、０．４２、０．４３、０．４４、０．４５または０．４６Ｖであり、または約それらである。実施形態では、印加されるバイアス電圧は、直前の文で列挙される任意の２つの数字（２つの電圧値）を選択することにより形成される範囲内、例えば、約０．２０Ｖ～約０．３０Ｖ、約０．３０Ｖ～約０．４０Ｖ、約０．２８Ｖ～約０．４０Ｖ、約０．３０Ｖ～約０．３８Ｖ、約０．２８Ｖ～約０．３６Ｖ、などであってもよい。
作用電極１０３ＮＥと参照電極１０６の間に印加されるバイアス電圧は０．１０、０．１１、０．１２、０．１３、０．１４、０．１５、０．１６、０．１７、０．１８、０．１９、０．２０、０．２１、０．２２、０．２３、０．２４、０．２５、０．２６、０．２７、０．２８、０．２９、０．３０、０．３１、０．３２、０．３３、０．３４、０．３５、０．３６、０．３７、０．３８、０．３９、０．４０、０．４１、０．４２、０．４３、０．４４、０．４５または０．４６Ｖであり、または約それらである。実施形態では、印加されるバイアス電圧は、直前の文で列挙される任意の２つの数字（２つの電圧値）を選択することにより形成される範囲内、例えば、約０．２０Ｖ～約０．３０Ｖ、約０．３０Ｖ～約０．４０Ｖ、約０．２８Ｖ～約０．４０Ｖ、約０．３０Ｖ～約０．３８Ｖ、約０．２８Ｖ～約０．３６Ｖ、などであってもよい。
ナノ多孔層
ナノ多孔層
作用電極１０３ＮＥのためのナノ多孔層１１７はナノサイズ内部構造、例えば空洞、空間および開口（集合的に「ナノ細孔」または「ナノポア」）を含む。実施形態では、ナノ多孔層１１７のナノポアはグルコースの酸化を可能にし、または促進し、グルコース濃度はグルコース酸化により引き起こされた電流に基づき測定することができる。発明のいずれの態様も、いずれの理論または信念にも縛られないが、グルコース分子がナノポアに入り、電極の非多孔性表面上でよりも、ナノ多孔層１１７内でよりしばしば、かつ、より長い時間、内表面と接触すると、グルコース酸化が起こると考えられる。
ナノ多孔層
作用電極１０３ＮＥのためのナノ多孔層１１７はナノサイズ内部構造、例えば空洞、空間および開口（集合的に「ナノ細孔」または「ナノポア」）を含む。実施形態では、ナノ多孔層１１７のナノポアはグルコースの酸化を可能にし、または促進し、グルコース濃度はグルコース酸化により引き起こされた電流に基づき測定することができる。発明のいずれの態様も、いずれの理論または信念にも縛られないが、グルコース分子がナノポアに入り、電極の非多孔性表面上でよりも、ナノ多孔層１１７内でよりしばしば、かつ、より長い時間、内表面と接触すると、グルコース酸化が起こると考えられる。
酵素なし、かつ、電子メディエーターなし
ナノ多孔層１１７を組み込むと、作用電極１０３ＮＥには、ナノ多孔層１１７の固体材料よりも、より複雑な作製プロセスを必要とし、より安定ではないグルコース－特異的酵素を提供しないことができる。さらに、酵素感知電極１０３ＮＥは、異なる材料間での電子移動を促進する電子メディエーターなしで動作することができる。実施形態では、作用電極１０３ＮＥは酵素も電子メディエーターも含まない。
ナノ多孔層１１７を組み込むと、作用電極１０３ＮＥには、ナノ多孔層１１７の固体材料よりも、より複雑な作製プロセスを必要とし、より安定ではないグルコース－特異的酵素を提供しないことができる。さらに、酵素感知電極１０３ＮＥは、異なる材料間での電子移動を促進する電子メディエーターなしで動作することができる。実施形態では、作用電極１０３ＮＥは酵素も電子メディエーターも含まない。
ナノ多孔層のための材料
いくつかの実施形態では、ナノ多孔層１１７は白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、チタン（Ｔｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、スズ（Ｓｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イリジウム（Ｉｒ）、または前述の元素の酸化物から製造され、またはこれを含むが、それに限定されない。他の実施形態では、ナノ多孔層１１７は、Ｐｔ－Ｉｒ、Ｐｔ－Ｒｕ、Ｐｔ－Ｐｄを含む、前の文で列挙される２つ以上の金属元素の合金材料から製造され、またはこれを含むが、それに限定されない。
いくつかの実施形態では、ナノ多孔層１１７は白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、チタン（Ｔｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、スズ（Ｓｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イリジウム（Ｉｒ）、または前述の元素の酸化物から製造され、またはこれを含むが、それに限定されない。他の実施形態では、ナノ多孔層１１７は、Ｐｔ－Ｉｒ、Ｐｔ－Ｒｕ、Ｐｔ－Ｐｄを含む、前の文で列挙される２つ以上の金属元素の合金材料から製造され、またはこれを含むが、それに限定されない。
規定される粗さ係数
粗さ係数または凹凸度は、物体の実表面積対幾何表面積の比である。ここで、幾何表面積は、物体内の内表面を考慮せずに平面上に投影された物体の投影面積を示す。実表面積は内表面を考慮した表面の総面積を示す。図４について説明すると、例えば、ナノ多孔層１１７が高さまたは深さ１１８および上面長方形１１９を有する長方形ブロックである場合、ナノ多孔層の投影面積または幾何表面積は、外側に曝露されている上面長方形の面積である。ナノ多孔層の実表面積は、例えば、実表面上でのプロトン吸着から電流を検出するよく知られたサイクリックボルタンメトリー技術を使用して、電気化学的に測定され得る。
粗さ係数または凹凸度は、物体の実表面積対幾何表面積の比である。ここで、幾何表面積は、物体内の内表面を考慮せずに平面上に投影された物体の投影面積を示す。実表面積は内表面を考慮した表面の総面積を示す。図４について説明すると、例えば、ナノ多孔層１１７が高さまたは深さ１１８および上面長方形１１９を有する長方形ブロックである場合、ナノ多孔層の投影面積または幾何表面積は、外側に曝露されている上面長方形の面積である。ナノ多孔層の実表面積は、例えば、実表面上でのプロトン吸着から電流を検出するよく知られたサイクリックボルタンメトリー技術を使用して、電気化学的に測定され得る。
ナノ多孔層の粗さ係数
粗さ係数値はナノ多孔層１１７内の内部細孔の総量を示す。ナノ多孔層１１７の粗さ係数は、グルコース酸化についてのナノ多孔層１１７の感度と関連し得る。一般に粗さ係数が高いほど、より多くのグルコース酸化が起こり得る。ナノ多孔層１１７の粗さ係数は１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１００、１１００、１２００、１３００、１４００、１５００、１６００、１７００、１８００、１９００、２０００、２１００、２２００、２３００、２４００もしくは２５００または約それらである。実施形態では、粗さ係数は、直前の文で列挙される任意の２つの数字（２つの粗さ係数値）を選択することにより形成される範囲内、例えば、約１００～約２５００、約７５０～約１２５０、または約８５０～約１１５０であってもよい。
粗さ係数値はナノ多孔層１１７内の内部細孔の総量を示す。ナノ多孔層１１７の粗さ係数は、グルコース酸化についてのナノ多孔層１１７の感度と関連し得る。一般に粗さ係数が高いほど、より多くのグルコース酸化が起こり得る。ナノ多孔層１１７の粗さ係数は１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１００、１１００、１２００、１３００、１４００、１５００、１６００、１７００、１８００、１９００、２０００、２１００、２２００、２３００、２４００もしくは２５００または約それらである。実施形態では、粗さ係数は、直前の文で列挙される任意の２つの数字（２つの粗さ係数値）を選択することにより形成される範囲内、例えば、約１００～約２５００、約７５０～約１２５０、または約８５０～約１１５０であってもよい。
ナノ多孔層の厚さ
粗さ係数値は、その単位体積でのナノ多孔性材料の多孔度または密度のレベルを示さないが、その値は内部細孔の総量を示し得る。よって、ナノ多孔性材料の多孔度のレベルによって、実施形態では、ナノ多孔層の厚さは、粗さ係数についての標的値を達成するように調整され得る。実施形態では、ナノ多孔層１１７の厚さは、約０．０３、０．０５、０．１、０．５、１、２、３、４、５、６、７、８、９および１０μｍであってもよい。いくつかの実施形態では、厚さは、直前の文で列挙される任意の２つの数字（２つの厚さ値）を選択することにより形成される範囲内、例えば、約０．０５μｍ（５０ｎｍ）～約１０μｍ、約０．５μｍ～約８μｍ、または約２μｍ～約７μｍであってもよい。
粗さ係数値は、その単位体積でのナノ多孔性材料の多孔度または密度のレベルを示さないが、その値は内部細孔の総量を示し得る。よって、ナノ多孔性材料の多孔度のレベルによって、実施形態では、ナノ多孔層の厚さは、粗さ係数についての標的値を達成するように調整され得る。実施形態では、ナノ多孔層１１７の厚さは、約０．０３、０．０５、０．１、０．５、１、２、３、４、５、６、７、８、９および１０μｍであってもよい。いくつかの実施形態では、厚さは、直前の文で列挙される任意の２つの数字（２つの厚さ値）を選択することにより形成される範囲内、例えば、約０．０５μｍ（５０ｎｍ）～約１０μｍ、約０．５μｍ～約８μｍ、または約２μｍ～約７μｍであってもよい。
形態
ナノ多孔層１１７は、各特定の製造において異なる内部形態を有し得る。いくつかの実施形態では、ナノ多孔層１１７は、一緒に堆積され、それら自体の間でナノポア（粒子間ナノポア）を形成するナノ粒子を含むことができ、またはそれらから製造され得る。他の実施形態では、ナノ多孔層１１７は、クラスター内で粒子間ナノポアを形成する一緒に堆積されたナノ粒子のクラスターおよびまた、クラスター間の空間（クラスター間ギャップまたは空間）を含むことができ、またはそれらから製造され得る。他の実施形態では、ナノ多孔層１１７は、その中にナノポアを含む六角形構造などの特定の形状のナノ構造の反復を含むことができ、またはそれらから製造され得る。また、各特定の製造では、ナノ多孔層１１７は単位体積あたり異なるレベルの多孔度および異なる粗さ係数値を有し得る。
ナノ多孔層１１７は、各特定の製造において異なる内部形態を有し得る。いくつかの実施形態では、ナノ多孔層１１７は、一緒に堆積され、それら自体の間でナノポア（粒子間ナノポア）を形成するナノ粒子を含むことができ、またはそれらから製造され得る。他の実施形態では、ナノ多孔層１１７は、クラスター内で粒子間ナノポアを形成する一緒に堆積されたナノ粒子のクラスターおよびまた、クラスター間の空間（クラスター間ギャップまたは空間）を含むことができ、またはそれらから製造され得る。他の実施形態では、ナノ多孔層１１７は、その中にナノポアを含む六角形構造などの特定の形状のナノ構造の反復を含むことができ、またはそれらから製造され得る。また、各特定の製造では、ナノ多孔層１１７は単位体積あたり異なるレベルの多孔度および異なる粗さ係数値を有し得る。
ナノ多孔層の製造
ナノ多孔層１１７は、金属イオンおよび界面活性剤を含む液体組成物を使用して調製され得る。実施形態では、ナノ多孔層の異なる形態は界面活性剤の異なる相を使用して形成され得る。界面活性剤のミセル相、逆ミセル相、液晶相または別の相が、特定の形態のナノ多孔層を生成させるのに使用され得る。これらの異なる相では、金属イオンは界面活性剤の親水性部分に隣接して整列され、または局部的に濃縮される。液体組成物中の局在金属イオンは表面上で還元および堆積のための追加のプロセスに供せられ、異なる形態を有するナノ多孔層１１７が提供される。
ナノ多孔層１１７は、金属イオンおよび界面活性剤を含む液体組成物を使用して調製され得る。実施形態では、ナノ多孔層の異なる形態は界面活性剤の異なる相を使用して形成され得る。界面活性剤のミセル相、逆ミセル相、液晶相または別の相が、特定の形態のナノ多孔層を生成させるのに使用され得る。これらの異なる相では、金属イオンは界面活性剤の親水性部分に隣接して整列され、または局部的に濃縮される。液体組成物中の局在金属イオンは表面上で還元および堆積のための追加のプロセスに供せられ、異なる形態を有するナノ多孔層１１７が提供される。
クラスター化ナノ多孔層
クラスター化形態
図５Ａは、基材１２９上の、クラスター化形態１２０を有するナノ多孔層の垂直断面を示す。ナノサイズの現実では、基材１２９の上面は図示されるように直線ではない可能性があり、凹凸であってもよい。クラスター化形態１２０では、多くのナノ粒子１２１が一緒になり、不規則形状のクラスター１２５を形成する。説明のために、異なる陰影または網掛けが異なるクラスター１２５において使用される。これらの不規則形状のクラスター１２５は不規則に積み重ねられ、ナノ多孔層が形成される。図５Ｂは、それらが堆積してナノ多孔層を形成させる前のいくつかのクラスター１２５の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真画像である。図５Ｃは図５Ｂの丸で囲まれた部分のズームイン画像である。図５Ｄは、ナノ多孔層の上面からとったクラスター化形態を有するナノ多孔層の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真画像である。
クラスター化形態
図５Ａは、基材１２９上の、クラスター化形態１２０を有するナノ多孔層の垂直断面を示す。ナノサイズの現実では、基材１２９の上面は図示されるように直線ではない可能性があり、凹凸であってもよい。クラスター化形態１２０では、多くのナノ粒子１２１が一緒になり、不規則形状のクラスター１２５を形成する。説明のために、異なる陰影または網掛けが異なるクラスター１２５において使用される。これらの不規則形状のクラスター１２５は不規則に積み重ねられ、ナノ多孔層が形成される。図５Ｂは、それらが堆積してナノ多孔層を形成させる前のいくつかのクラスター１２５の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真画像である。図５Ｃは図５Ｂの丸で囲まれた部分のズームイン画像である。図５Ｄは、ナノ多孔層の上面からとったクラスター化形態を有するナノ多孔層の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真画像である。
クラスター化形態の細孔および空間
不規則形状のクラスター１２５の不規則な積み重ねを用いると、隣接するクラスターはそれらの間にクラスター間ギャップまたは空間１２７を形成する。これらのクラスター間ギャップ１２７はナノサイズであり、およびマイクロサイズであってもよい。この開示では、ナノサイズは、１ｎｍより大きく、かつ、１００ｎｍより小さいことを意味し、マイクロサイズは１００ｎｍより大きく、かつ１００μｍより小さいことを意味する。各クラスター１２５は概球状または卵形ナノ粒子１２１を含み、またはこれから製造される。各クラスターでは、個々のナノ粒子は、一般に互いに離れており、それらの間で小さなギャップ１２３を形成する。小さなギャップはナノサイズであり、粒子間ナノポア１２３と呼ばれる。実施形態では、粒子間ナノポアはクラスター全体にわたって見いだされる。実施形態では、粒子間ナノポアは各クラスター内で相互に連結された、またはネットワーク化されたチャネルを形成する。図５Ａおよび５Ｄは、各クラスター１２５内のこれらの粒子間ナノポア１２３を示す。
不規則形状のクラスター１２５の不規則な積み重ねを用いると、隣接するクラスターはそれらの間にクラスター間ギャップまたは空間１２７を形成する。これらのクラスター間ギャップ１２７はナノサイズであり、およびマイクロサイズであってもよい。この開示では、ナノサイズは、１ｎｍより大きく、かつ、１００ｎｍより小さいことを意味し、マイクロサイズは１００ｎｍより大きく、かつ１００μｍより小さいことを意味する。各クラスター１２５は概球状または卵形ナノ粒子１２１を含み、またはこれから製造される。各クラスターでは、個々のナノ粒子は、一般に互いに離れており、それらの間で小さなギャップ１２３を形成する。小さなギャップはナノサイズであり、粒子間ナノポア１２３と呼ばれる。実施形態では、粒子間ナノポアはクラスター全体にわたって見いだされる。実施形態では、粒子間ナノポアは各クラスター内で相互に連結された、またはネットワーク化されたチャネルを形成する。図５Ａおよび５Ｄは、各クラスター１２５内のこれらの粒子間ナノポア１２３を示す。
クラスター間ギャップ／空間の形成
実施形態では、クラスター化形態を生成させるために、不規則形状のクラスター１２５が最初に液体の懸濁液として調製される。次いで、懸濁液が基材１２９上に分配され、これが乾燥に供せられる。液体が乾くにつれ、クラスターが基材上に、および、他のクラスター上に自然に堆積される。乾燥の間、外力はクラスターに適用され得ない。したがって、クラスターは堆積するにつれ詰まることはない。クラスターが堆積し、他のクラスター上に積み重なるにつれ、各クラスターは基材表面または隣接するクラスターと接触し得る。乾燥の完了後に、クラスターは隣り合うまたは隣接するクラスターと接する、または接触する。堆積されたクラスターは、接合点または接触を介して相互に連結され、または統合される。個々のクラスターの不規則形状のために、不規則形状のギャップおよび空間が隣接するクラスター間で形成され、この場合、ギャップおよび空間は、堆積されたクラスターの表面および外形が不規則形状のギャップおよび空間により囲まれているかのように、堆積されたクラスターの不規則形状を規定する。不規則形状のギャップおよび空間は、クラスター間ギャップまたは空間１２７と呼ばれる。
実施形態では、クラスター化形態を生成させるために、不規則形状のクラスター１２５が最初に液体の懸濁液として調製される。次いで、懸濁液が基材１２９上に分配され、これが乾燥に供せられる。液体が乾くにつれ、クラスターが基材上に、および、他のクラスター上に自然に堆積される。乾燥の間、外力はクラスターに適用され得ない。したがって、クラスターは堆積するにつれ詰まることはない。クラスターが堆積し、他のクラスター上に積み重なるにつれ、各クラスターは基材表面または隣接するクラスターと接触し得る。乾燥の完了後に、クラスターは隣り合うまたは隣接するクラスターと接する、または接触する。堆積されたクラスターは、接合点または接触を介して相互に連結され、または統合される。個々のクラスターの不規則形状のために、不規則形状のギャップおよび空間が隣接するクラスター間で形成され、この場合、ギャップおよび空間は、堆積されたクラスターの表面および外形が不規則形状のギャップおよび空間により囲まれているかのように、堆積されたクラスターの不規則形状を規定する。不規則形状のギャップおよび空間は、クラスター間ギャップまたは空間１２７と呼ばれる。
クラスターおよびクラスター間ギャップの分布
実施形態では、不規則形状のクラスター体１２５が、ナノ多孔層１１７のクラスター化形態１２０の全体にわたって分布される。不規則形状のクラスター体１２５は接合点を介して相互に連結され、これは、これらのクラスター体はそれら自体と接触し、ナノ多孔層１１７の概ね全体にわたってクラスター体の３次元ネットワークを形成することを意味する。クラスター間ギャップ１２７は、不規則形状のクラスター体の表面を規定し、それを取り囲み、それら自体と相互に連結され、ナノ多孔層１１７全体にわたって３次元の相互に連結された、またはネットワーク化されたチャネルが形成される。クラスター間ギャップおよび空間１２７は、ナノ多孔層１１７全体にわたって上面から（図示せず）底面まで（基材１２９上またはこれの直上）よく分布される。不規則形状のクラスター化体の３次元ネットワークおよび不規則形状のギャップの３次元ネットワークは３次元的に相補的であり、高度にネットワーク化された３次元メッシュ構造が形成される。クラスター体およびチャネルの３次元ネットワークは、粒子間ギャップおよび空間がナノ多孔層１１７全体にわたって一緒にネットワーク化されていることを除き、スポンジの３次元内部形状に類似する可能性がある。
実施形態では、不規則形状のクラスター体１２５が、ナノ多孔層１１７のクラスター化形態１２０の全体にわたって分布される。不規則形状のクラスター体１２５は接合点を介して相互に連結され、これは、これらのクラスター体はそれら自体と接触し、ナノ多孔層１１７の概ね全体にわたってクラスター体の３次元ネットワークを形成することを意味する。クラスター間ギャップ１２７は、不規則形状のクラスター体の表面を規定し、それを取り囲み、それら自体と相互に連結され、ナノ多孔層１１７全体にわたって３次元の相互に連結された、またはネットワーク化されたチャネルが形成される。クラスター間ギャップおよび空間１２７は、ナノ多孔層１１７全体にわたって上面から（図示せず）底面まで（基材１２９上またはこれの直上）よく分布される。不規則形状のクラスター化体の３次元ネットワークおよび不規則形状のギャップの３次元ネットワークは３次元的に相補的であり、高度にネットワーク化された３次元メッシュ構造が形成される。クラスター体およびチャネルの３次元ネットワークは、粒子間ギャップおよび空間がナノ多孔層１１７全体にわたって一緒にネットワーク化されていることを除き、スポンジの３次元内部形状に類似する可能性がある。
ナノ粒子および粒子間ナノポアの分布
各クラスターは多くのナノ粒子１２１と粒子間ナノポア１２３で形成されると仮定すると、ナノ粒子１２１および粒子間ナノポア１２３はナノ多孔層１１７の概ね全体にわたって分布される。したがって、粒子間ナノポア１２３は各クラスター内で相互に連結され、および、クラスター間の接合点内の粒子間ナノポアを介して、かつ、ナノ多孔層１１７全体にわたって相互に連結されるクラスター間ギャップ１２７を介して、ナノ多孔層１１７の概ね全体にわたる他のクラスターの粒子間ナノポアと相互に連結される。
各クラスターは多くのナノ粒子１２１と粒子間ナノポア１２３で形成されると仮定すると、ナノ粒子１２１および粒子間ナノポア１２３はナノ多孔層１１７の概ね全体にわたって分布される。したがって、粒子間ナノポア１２３は各クラスター内で相互に連結され、および、クラスター間の接合点内の粒子間ナノポアを介して、かつ、ナノ多孔層１１７全体にわたって相互に連結されるクラスター間ギャップ１２７を介して、ナノ多孔層１１７の概ね全体にわたる他のクラスターの粒子間ナノポアと相互に連結される。
グルコースの拡散のためのクラスター間ギャップ／空間
実施形態では、クラスター間ギャップ１２７の相互連結は、ナノ多孔層１１７内でグルコース分子（０．７－０．８ｎｍの長さ）の拡散のためのネットワーク化チャネルを提供する。グルコース酸化はマイクロサイズ空間内よりも、ナノサイズ粒子間ナノポア内で主に起こることが理解される。クラスター間ギャップ１２７が、ナノ多孔層１１７全体にわたってネットワーク化される、または相互に連結されるにつれ、グルコース分子のサイズを考慮すると大規模であるクラスター間空間を介して、グルコース分子はナノ多孔層１１７内のほとんどどこにでも到達することができる。また、クラスター間ギャップ１２７は粒子間ナノポア１２３にうまく相互連結されるので、ナノ多孔層１１７内のどこかの粒子間ナノポア１２３はグルコース酸化のために曝露され、かつ開かれている可能性がある。したがって、クラスター間ギャップの３次元の相互に連結された、またはネットワーク化されたチャネルは、クラスター間ギャップで形成されたそのような相互に連結されたチャネルを有さないナノ多孔層よりも、より多くのグルコース酸化、すなわち、グルコース酸化のより強い信号（より高い電流）を提供することができる。
実施形態では、クラスター間ギャップ１２７の相互連結は、ナノ多孔層１１７内でグルコース分子（０．７－０．８ｎｍの長さ）の拡散のためのネットワーク化チャネルを提供する。グルコース酸化はマイクロサイズ空間内よりも、ナノサイズ粒子間ナノポア内で主に起こることが理解される。クラスター間ギャップ１２７が、ナノ多孔層１１７全体にわたってネットワーク化される、または相互に連結されるにつれ、グルコース分子のサイズを考慮すると大規模であるクラスター間空間を介して、グルコース分子はナノ多孔層１１７内のほとんどどこにでも到達することができる。また、クラスター間ギャップ１２７は粒子間ナノポア１２３にうまく相互連結されるので、ナノ多孔層１１７内のどこかの粒子間ナノポア１２３はグルコース酸化のために曝露され、かつ開かれている可能性がある。したがって、クラスター間ギャップの３次元の相互に連結された、またはネットワーク化されたチャネルは、クラスター間ギャップで形成されたそのような相互に連結されたチャネルを有さないナノ多孔層よりも、より多くのグルコース酸化、すなわち、グルコース酸化のより強い信号（より高い電流）を提供することができる。
２つの型の粒子および２つの型の細孔
記載されるように、クラスター化形態１２０は、２つの異なる型の細孔を規定する２つの異なる型の粒子を含む。粒子の観点から、１つはナノ粒子１２１であり、もう１つは、ナノ粒子１２１から作られたクラスター１２５である。細孔の観点から、１つはクラスター１２５内のナノ粒子１２１間の粒子間ナノポア１２３であり、もう１つはクラスター１２５間のクラスター間ギャップ１２７である。
記載されるように、クラスター化形態１２０は、２つの異なる型の細孔を規定する２つの異なる型の粒子を含む。粒子の観点から、１つはナノ粒子１２１であり、もう１つは、ナノ粒子１２１から作られたクラスター１２５である。細孔の観点から、１つはクラスター１２５内のナノ粒子１２１間の粒子間ナノポア１２３であり、もう１つはクラスター１２５間のクラスター間ギャップ１２７である。
ナノ粒子のクラスター
図５ＢのＴＥＭ写真画像は不規則形状のクラスターを示す。各クラスター内のナノ粒子１２１の数は大きく変動する可能性があり、それに応じてクラスター１２５のサイズが変動し得る。クラスター化形態では、いくつかのクラスター１２５はナノサイズであり（１００ｎｍより小さい）、他のものはマイクロサイズ（１００ｎｍ～１００μｍ）である。クラスター１２５は約２０、４０、６０、８０、１００、１２０、１４０、１６０、１８０、２００、２２０、２４０、２６０、２８０、３００、３２０、３４０、３６０、３８０、４００、４２０、４４０、４６０、４８０、５００、５２０、５４０、５６０、５８０、６００、６２０、６４０、６６０、６８０または７００ｎｍの長さまたは直径を有する。実施形態では、クラスター１２５の長さまたは直径は、直前の文で列挙される任意の２つの数字（２つの長さまたは直径値）を選択することにより形成される範囲内、例えば、約２０ｎｍ～約３００ｎｍ、または約６０ｎｍ～約２４０ｎｍであってもよい。クラスター１２５は、約５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２８０または３００ｎｍの平均直径または長さを有し得る。実施形態では、クラスター１２５の平均直径は、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約１００ｎｍ～約２２０ｎｍであってもよい。
図５ＢのＴＥＭ写真画像は不規則形状のクラスターを示す。各クラスター内のナノ粒子１２１の数は大きく変動する可能性があり、それに応じてクラスター１２５のサイズが変動し得る。クラスター化形態では、いくつかのクラスター１２５はナノサイズであり（１００ｎｍより小さい）、他のものはマイクロサイズ（１００ｎｍ～１００μｍ）である。クラスター１２５は約２０、４０、６０、８０、１００、１２０、１４０、１６０、１８０、２００、２２０、２４０、２６０、２８０、３００、３２０、３４０、３６０、３８０、４００、４２０、４４０、４６０、４８０、５００、５２０、５４０、５６０、５８０、６００、６２０、６４０、６６０、６８０または７００ｎｍの長さまたは直径を有する。実施形態では、クラスター１２５の長さまたは直径は、直前の文で列挙される任意の２つの数字（２つの長さまたは直径値）を選択することにより形成される範囲内、例えば、約２０ｎｍ～約３００ｎｍ、または約６０ｎｍ～約２４０ｎｍであってもよい。クラスター１２５は、約５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２８０または３００ｎｍの平均直径または長さを有し得る。実施形態では、クラスター１２５の平均直径は、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約１００ｎｍ～約２２０ｎｍであってもよい。
ナノ粒子
図５ＣのＴＥＭ写真画像は単一クラスター内のナノ粒子を示す。クラスター内のナノ粒子１２１は分離しており、概ね球状（ボール様）または卵形（卵様）形状であるが、それに限定されない。ナノ粒子１２１は約１．０、１．５、２．０、２．５、３．０、３．５、４．０、４．５、５．０、５．５、６．０、または６．５の直径を有する。実施形態では、直径は、直前の文で列挙される任意の２つの数字（２つの直径値）を選択することにより形成される範囲内、例えば、約２ｎｍ～約５ｎｍであってもよい。ナノ粒子１２１は約２．０、２．２５、２．５、２．７５、３．０、３．２５、３．５、３．７５または４．０の平均直径を有し得る。実施形態では、ナノ粒子１２１の平均直径は、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約２．５ｎｍ～約４．０ｎｍ、約２．７５ｎｍ～約３．７５ｎｍ、または約２．２５ｎｍ～約３．５ｎｍであってもよい。実施形態では、２－５ｎｍの平均直径を有するナノ粒子が、ナノ多孔層１１７全体にわたって見いだされる。
図５ＣのＴＥＭ写真画像は単一クラスター内のナノ粒子を示す。クラスター内のナノ粒子１２１は分離しており、概ね球状（ボール様）または卵形（卵様）形状であるが、それに限定されない。ナノ粒子１２１は約１．０、１．５、２．０、２．５、３．０、３．５、４．０、４．５、５．０、５．５、６．０、または６．５の直径を有する。実施形態では、直径は、直前の文で列挙される任意の２つの数字（２つの直径値）を選択することにより形成される範囲内、例えば、約２ｎｍ～約５ｎｍであってもよい。ナノ粒子１２１は約２．０、２．２５、２．５、２．７５、３．０、３．２５、３．５、３．７５または４．０の平均直径を有し得る。実施形態では、ナノ粒子１２１の平均直径は、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約２．５ｎｍ～約４．０ｎｍ、約２．７５ｎｍ～約３．７５ｎｍ、または約２．２５ｎｍ～約３．５ｎｍであってもよい。実施形態では、２－５ｎｍの平均直径を有するナノ粒子が、ナノ多孔層１１７全体にわたって見いだされる。
粒子間ナノポア
図５ＣのＴＥＭ写真画像はまた、クラスター内のナノ粒子間の粒子間ナノポアを示す。粒子間ナノポアは、クラスター内でネットワーク化され、かつ、相互に連結される。粒子間ギャップまたはナノポア１２３は同じクラスター内の２つの直接隣接するナノ粒子間の粒子間ギャップ距離を有する。粒子間ギャップ距離は約０．２５、０．５、０．７５、１．０、１．２５、１．５、１．７５、２．０、２．５、３．０、３．５、４．０または４．５ｎｍである。実施形態では、粒子間ギャップ距離は、直前の文で列挙される任意の２つの数字（２つの距離値）を選択することにより形成される範囲内、例えば、約０．５ｎｍ～約４．５ｎｍ、または約１．５ｎｍ～約４．０ｎｍであってもよい。粒子間ナノポア１２３は約０．５、０．７５、１．０、１．２５、１．５、１．７５、２．０、２．２５、２．５、２．７５、３．０または３．５ｎｍの平均粒子間ギャップ距離を有し得る。実施形態では、ナノポア１２３の平均粒子間ギャップ距離は、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約０．７５ｎｍ～約１．５ｎｍ、または約１．０ｎｍ～約２．５ｎｍであってもよい。実施形態では、１－２．５ｎｍの平均粒子間ギャップ距離を有する粒子間ナノポア１２３が、ナノ多孔層１１７全体にわたって見いだされる。
図５ＣのＴＥＭ写真画像はまた、クラスター内のナノ粒子間の粒子間ナノポアを示す。粒子間ナノポアは、クラスター内でネットワーク化され、かつ、相互に連結される。粒子間ギャップまたはナノポア１２３は同じクラスター内の２つの直接隣接するナノ粒子間の粒子間ギャップ距離を有する。粒子間ギャップ距離は約０．２５、０．５、０．７５、１．０、１．２５、１．５、１．７５、２．０、２．５、３．０、３．５、４．０または４．５ｎｍである。実施形態では、粒子間ギャップ距離は、直前の文で列挙される任意の２つの数字（２つの距離値）を選択することにより形成される範囲内、例えば、約０．５ｎｍ～約４．５ｎｍ、または約１．５ｎｍ～約４．０ｎｍであってもよい。粒子間ナノポア１２３は約０．５、０．７５、１．０、１．２５、１．５、１．７５、２．０、２．２５、２．５、２．７５、３．０または３．５ｎｍの平均粒子間ギャップ距離を有し得る。実施形態では、ナノポア１２３の平均粒子間ギャップ距離は、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約０．７５ｎｍ～約１．５ｎｍ、または約１．０ｎｍ～約２．５ｎｍであってもよい。実施形態では、１－２．５ｎｍの平均粒子間ギャップ距離を有する粒子間ナノポア１２３が、ナノ多孔層１１７全体にわたって見いだされる。
クラスター間ギャップ／空間
図５ＤのＳＥＭ写真画像は、ナノ多孔層の上面から見ることができるネットワーク化クラスター間ギャップの開口を示す。３次元形状は図５Ｄの二次元画像においてよく提示されていないが、ナノ多孔層の上面は、積み重ねられたクラスターにより形成された谷および丘を含む。ナノ多孔層の内側では、谷および丘はクラスター間ギャップを形成する。クラスター間ギャップまたは空間は不規則形状である。クラスター間ギャップ１２７はナノサイズ～マイクロサイズである。クラスター間ギャップ１２７は、約２５、５０、７５、１００、１２５、１５０、１７５、２００、２２５、２５０、２７５、３００、３２５、３５０、３７５、４００、４２５、４５０、４７５、５００、５２５、５５０、５７５、６００、６２５、６５０、６７５または７００ｎｍのクラスター間ギャップ距離を有する。実施形態では、クラスター間ギャップ距離は、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約１００ｎｍ～約１０００ｎｍであってもよい。クラスター間ギャップ１２７は、約１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、４００、４５０または５００ｎｍの平均クラスター間ギャップ距離を有する。実施形態では、平均クラスター間ギャップ距離は、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約１５０ｎｍ～約４００ｎｍであってもよい。
図５ＤのＳＥＭ写真画像は、ナノ多孔層の上面から見ることができるネットワーク化クラスター間ギャップの開口を示す。３次元形状は図５Ｄの二次元画像においてよく提示されていないが、ナノ多孔層の上面は、積み重ねられたクラスターにより形成された谷および丘を含む。ナノ多孔層の内側では、谷および丘はクラスター間ギャップを形成する。クラスター間ギャップまたは空間は不規則形状である。クラスター間ギャップ１２７はナノサイズ～マイクロサイズである。クラスター間ギャップ１２７は、約２５、５０、７５、１００、１２５、１５０、１７５、２００、２２５、２５０、２７５、３００、３２５、３５０、３７５、４００、４２５、４５０、４７５、５００、５２５、５５０、５７５、６００、６２５、６５０、６７５または７００ｎｍのクラスター間ギャップ距離を有する。実施形態では、クラスター間ギャップ距離は、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約１００ｎｍ～約１０００ｎｍであってもよい。クラスター間ギャップ１２７は、約１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、４００、４５０または５００ｎｍの平均クラスター間ギャップ距離を有する。実施形態では、平均クラスター間ギャップ距離は、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約１５０ｎｍ～約４００ｎｍであってもよい。
クラスター化ナノ多孔層の製造
全体のプロセス
実施形態では、クラスター化形態を有するナノ多孔層は、界面活性剤の等方性逆ミセル相（または「逆ミセル相」）を使用して調製され得る。図６Ａについて説明すると、工程６０１では、水性液体組成物が金属イオン源および逆ミセル相の界面活性剤を用いて調製される。金属イオンは、個々の逆ミセルの親水性空間内で局部的に濃縮される。その後、工程６０３で、還元剤が逆ミセル相に添加され、界面活性剤を含む液体組成物中に分散された金属ナノ粒子が形成される（「ナノ粒子コロイド」または「ナノ粒子－界面活性剤コロイド」）。その後、工程６０５で、界面活性剤がナノ粒子－界面活性剤コロイドから除去され、液体中に分散されたナノ粒子クラスター（「クラスターコロイド」または「クラスター－液体コロイド」）が収集される。任意で工程６０７で、収集されたクラスターコロイドは非界面活性剤液体と混合される。工程６０９で、クラスターコロイドは、例えば、印刷技術により、電気めっきの使用なしで、表面上に分配される。その後、工程６１１で、液体は乾燥され、表面１２９上にナノ多孔層１１７が形成される。
全体のプロセス
実施形態では、クラスター化形態を有するナノ多孔層は、界面活性剤の等方性逆ミセル相（または「逆ミセル相」）を使用して調製され得る。図６Ａについて説明すると、工程６０１では、水性液体組成物が金属イオン源および逆ミセル相の界面活性剤を用いて調製される。金属イオンは、個々の逆ミセルの親水性空間内で局部的に濃縮される。その後、工程６０３で、還元剤が逆ミセル相に添加され、界面活性剤を含む液体組成物中に分散された金属ナノ粒子が形成される（「ナノ粒子コロイド」または「ナノ粒子－界面活性剤コロイド」）。その後、工程６０５で、界面活性剤がナノ粒子－界面活性剤コロイドから除去され、液体中に分散されたナノ粒子クラスター（「クラスターコロイド」または「クラスター－液体コロイド」）が収集される。任意で工程６０７で、収集されたクラスターコロイドは非界面活性剤液体と混合される。工程６０９で、クラスターコロイドは、例えば、印刷技術により、電気めっきの使用なしで、表面上に分配される。その後、工程６１１で、液体は乾燥され、表面１２９上にナノ多孔層１１７が形成される。
界面活性剤
界面活性剤は単一分子内に親水性頭部（または親水性部分）および疎水性尾部（疎水性部分）を有する両親媒性有機化合物である。界面活性剤は、濃度および温度によって、水中で異なる構造または相を形成し得る。図７は、異なる相を示す界面活性剤の状態図例であり、ミセル相１３１、六角形相１３３、ラメラ相１３５、および２ミセル相１３７が含まれる。
界面活性剤は単一分子内に親水性頭部（または親水性部分）および疎水性尾部（疎水性部分）を有する両親媒性有機化合物である。界面活性剤は、濃度および温度によって、水中で異なる構造または相を形成し得る。図７は、異なる相を示す界面活性剤の状態図例であり、ミセル相１３１、六角形相１３３、ラメラ相１３５、および２ミセル相１３７が含まれる。
等方性逆ミセル相の調製
工程６０１で、等方性逆ミセル相は、界面活性剤、金属イオンおよび水を含む水性液体組成物を用いて調製される。図８の概念的説明におけるように、逆ミセル相は界面活性剤分子により形成された逆ミセル１４１を含む。各逆ミセル１４１は、親水性コアから放射状に延びる疎水性尾部により囲まれた親水性コア１４３を含む。親水性コア１４３は液体組成物の親水性成分、すなわち、水および金属イオンを封入する。よって、金属イオンは逆ミセルの親水性コア１４３内で局部的に濃縮される。
工程６０１で、等方性逆ミセル相は、界面活性剤、金属イオンおよび水を含む水性液体組成物を用いて調製される。図８の概念的説明におけるように、逆ミセル相は界面活性剤分子により形成された逆ミセル１４１を含む。各逆ミセル１４１は、親水性コアから放射状に延びる疎水性尾部により囲まれた親水性コア１４３を含む。親水性コア１４３は液体組成物の親水性成分、すなわち、水および金属イオンを封入する。よって、金属イオンは逆ミセルの親水性コア１４３内で局部的に濃縮される。
界面活性剤例
界面活性剤は、処理のための合理的な条件下で等方性逆ミセル相を形成することができるものから選択される。いくつかの実施形態では、非イオン性界面活性剤が使用されるが、それに限定されない。界面活性剤の非限定的な例としては、アルキルベンゼンスルホネート、アルキル－ポリグリコシド、硫酸アルキル、カルボキシレート、カルボン酸エステル、セトマクロゴール１０００ＴＭ、セトステアリルアルコール、セチルアルコール、コカミドＤＥＡ、コカミドＭＥＡ、デシルグルコシド、デシルポリグルコース、ココアンホジ酢酸二ナトリウム、エトキシル化脂肪族アルコール、モノステアリン酸グリセロール、脂肪酸のグリコールエステル、ＩＧＥＰＡＬ ＣＡ－６３０ＴＭ、イソセテス－２０、ラウリルグルコシド、マルトシド、モノラウリン、マイコスブチリン、ナフタレンスルホネート、ナローレンジ（ｎａｒｒｏｗ－ｒａｎｇｅ）エトキシレート、ノニデットＰ－４０ＴＭ、ノノキシノール－９、ノノキシノール、ＮＰ－４０ＴＭ、オクタエチレングリコールモノドデシルエーテル、Ｎ－オクチルβ－Ｄ－チオグルコピラノシド、オクチルグルコシド、オレイルアルコール、ＰＥＧ－１０ヒマワリグリセリド、ペンタエチレングリコールモノドデシルエーテル、ポリドカノール、ポロクサマー、ポロクサマー４０７、ポリエトキシル化獣脂アミン、ポリエチレングリコールエステル、ポリグリセロールポリリシノレート、ポリオキシエチレン脂肪酸アミド、ポリオキシエチレン界面活性剤、ポリソルベート、ポリソルベート２０、ポリソルベート８０、ソルビタン、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタントリステアレート、ステアリルアルコール、サーファクチン、硫酸化アルカノールアミド、スルホネート、トリトンＸ－１００（商標）、およびＴｗｅｅｎ８０（商標）が挙げられる。関連分野における当業者であれば、合理的な条件を構成するものは何かを認識するであろう。
界面活性剤は、処理のための合理的な条件下で等方性逆ミセル相を形成することができるものから選択される。いくつかの実施形態では、非イオン性界面活性剤が使用されるが、それに限定されない。界面活性剤の非限定的な例としては、アルキルベンゼンスルホネート、アルキル－ポリグリコシド、硫酸アルキル、カルボキシレート、カルボン酸エステル、セトマクロゴール１０００ＴＭ、セトステアリルアルコール、セチルアルコール、コカミドＤＥＡ、コカミドＭＥＡ、デシルグルコシド、デシルポリグルコース、ココアンホジ酢酸二ナトリウム、エトキシル化脂肪族アルコール、モノステアリン酸グリセロール、脂肪酸のグリコールエステル、ＩＧＥＰＡＬ ＣＡ－６３０ＴＭ、イソセテス－２０、ラウリルグルコシド、マルトシド、モノラウリン、マイコスブチリン、ナフタレンスルホネート、ナローレンジ（ｎａｒｒｏｗ－ｒａｎｇｅ）エトキシレート、ノニデットＰ－４０ＴＭ、ノノキシノール－９、ノノキシノール、ＮＰ－４０ＴＭ、オクタエチレングリコールモノドデシルエーテル、Ｎ－オクチルβ－Ｄ－チオグルコピラノシド、オクチルグルコシド、オレイルアルコール、ＰＥＧ－１０ヒマワリグリセリド、ペンタエチレングリコールモノドデシルエーテル、ポリドカノール、ポロクサマー、ポロクサマー４０７、ポリエトキシル化獣脂アミン、ポリエチレングリコールエステル、ポリグリセロールポリリシノレート、ポリオキシエチレン脂肪酸アミド、ポリオキシエチレン界面活性剤、ポリソルベート、ポリソルベート２０、ポリソルベート８０、ソルビタン、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタントリステアレート、ステアリルアルコール、サーファクチン、硫酸化アルカノールアミド、スルホネート、トリトンＸ－１００（商標）、およびＴｗｅｅｎ８０（商標）が挙げられる。関連分野における当業者であれば、合理的な条件を構成するものは何かを認識するであろう。
逆ミセル相のための条件
界面活性剤を選択した後、その濃度および温度を調整し、等方性逆ミセル相を形成させる。界面活性剤の濃度および温度は界面活性剤の状態図に関連して決定され得る。状態図が入手不可能である場合、公知の試験室技術および手順を使用する、適切な濃度および温度を見いだすためのいくつかの実験が、必要となる可能性がある。例えば、トリトンＸ－１００（商標）が界面活性剤のために使用される場合、１０－６０ｗｔ％の濃度、および４０－８０℃の温度は逆ミセル相を提供し得る。
界面活性剤を選択した後、その濃度および温度を調整し、等方性逆ミセル相を形成させる。界面活性剤の濃度および温度は界面活性剤の状態図に関連して決定され得る。状態図が入手不可能である場合、公知の試験室技術および手順を使用する、適切な濃度および温度を見いだすためのいくつかの実験が、必要となる可能性がある。例えば、トリトンＸ－１００（商標）が界面活性剤のために使用される場合、１０－６０ｗｔ％の濃度、および４０－８０℃の温度は逆ミセル相を提供し得る。
金属イオン源
ナノ多孔層のための金属または合金に対応する１つ以上の金属イオンが、液体組成物に対して選択される。金属イオンはイオン性金属を含む化合物、例えば酸、塩基または塩の形態で添加される。金属源化合物の非限定的な例としては、Ｈ２ＰｔＣｌ６、Ｈ２Ｐｔ（ＯＨ）６、Ｈ２ＰｔＣｌ２（ＯＨ）４、Ｈ２Ｐｔ（ＳＯ４）（ＯＨ）４、ＰｔＣｌ４、Ｋ２ＰｔＣｌ６、ＰｄＣｌ２、およびＴｉＣｌ４が挙げられる。
ナノ多孔層のための金属または合金に対応する１つ以上の金属イオンが、液体組成物に対して選択される。金属イオンはイオン性金属を含む化合物、例えば酸、塩基または塩の形態で添加される。金属源化合物の非限定的な例としては、Ｈ２ＰｔＣｌ６、Ｈ２Ｐｔ（ＯＨ）６、Ｈ２ＰｔＣｌ２（ＯＨ）４、Ｈ２Ｐｔ（ＳＯ４）（ＯＨ）４、ＰｔＣｌ４、Ｋ２ＰｔＣｌ６、ＰｄＣｌ２、およびＴｉＣｌ４が挙げられる。
金属イオンの濃度
金属イオンの濃度もまた、最良の性能のために調整される。濃度が低すぎる場合、ナノ粒子は形成され得ない。濃度が高すぎる場合、界面活性剤の逆ミセル相の形成または安定性が影響される可能性がある。金属イオンの濃度は約０．００１、０．００２、０．００３、０．００４、０．００５、０．００６、０．００７、０．００８、０．００９、０．０１、０．０１２、０．０１４、０．０１６、０．０１８、０．０２、０．０２２、０．０２４、０．０２６、０．０２８、０．０３、０．０３２、０．０３４、０．０３６、０．０３８、０．０４、０．０４２、０．０４４、０．０４６、０．０４８、０．０５、０．０５５、０．０６、０．０６５、０．０７、０．０７５、０．０８、０．０８５、０．０９、０．０９５または０．１Ｍである。実施形態では、濃度は、直前の文で列挙される任意の２つの数字（２つのモル濃度値）を選択することにより形成される範囲内、例えば、約０．０１～約０．０３Ｍ、約０．０２～０．０３Ｍ、などであってもよい。適切な濃度範囲内では、濃度のレベルがナノ粒子の形成の速度に影響することが観察されている。
金属イオンの濃度もまた、最良の性能のために調整される。濃度が低すぎる場合、ナノ粒子は形成され得ない。濃度が高すぎる場合、界面活性剤の逆ミセル相の形成または安定性が影響される可能性がある。金属イオンの濃度は約０．００１、０．００２、０．００３、０．００４、０．００５、０．００６、０．００７、０．００８、０．００９、０．０１、０．０１２、０．０１４、０．０１６、０．０１８、０．０２、０．０２２、０．０２４、０．０２６、０．０２８、０．０３、０．０３２、０．０３４、０．０３６、０．０３８、０．０４、０．０４２、０．０４４、０．０４６、０．０４８、０．０５、０．０５５、０．０６、０．０６５、０．０７、０．０７５、０．０８、０．０８５、０．０９、０．０９５または０．１Ｍである。実施形態では、濃度は、直前の文で列挙される任意の２つの数字（２つのモル濃度値）を選択することにより形成される範囲内、例えば、約０．０１～約０．０３Ｍ、約０．０２～０．０３Ｍ、などであってもよい。適切な濃度範囲内では、濃度のレベルがナノ粒子の形成の速度に影響することが観察されている。
めっき浴とは異なる
工程６０１で調製された逆ミセル相は電気めっきのためのめっき浴組成物とは異なる。めっき浴とは異なり、金属キレート剤が必要でない可能性がある。
工程６０１で調製された逆ミセル相は電気めっきのためのめっき浴組成物とは異なる。めっき浴とは異なり、金属キレート剤が必要でない可能性がある。
ナノ粒子の形成
工程６０３で、還元剤が逆ミセル相の水性液体組成物に混合される。還元剤が逆ミセル１４１の親水性コア１４３に入ると、親水性コア１４３内で．金属イオンを金属原子に還元する。金属イオンは親水性コア１４３内で局部的に濃縮されるので、最初は、金属原子は親水性コア１４３内に残る。各親水性コア１４３内の金属原子は一緒に凝固し、成長して金属ナノ粒子を形成する。１つの金属ナノ粒子が１つの逆ミセルから成長することができるが、それに限定されない。結果的に得られた金属ナノ粒子は一般に荷電されておらず、すなわち、中性である。しかしながら、いくつかのナノ粒子は、それらの表面上にわずかに正電荷を持つことができる。これまで、電気は金属ナノ粒子を形成するために適用されていない。
工程６０３で、還元剤が逆ミセル相の水性液体組成物に混合される。還元剤が逆ミセル１４１の親水性コア１４３に入ると、親水性コア１４３内で．金属イオンを金属原子に還元する。金属イオンは親水性コア１４３内で局部的に濃縮されるので、最初は、金属原子は親水性コア１４３内に残る。各親水性コア１４３内の金属原子は一緒に凝固し、成長して金属ナノ粒子を形成する。１つの金属ナノ粒子が１つの逆ミセルから成長することができるが、それに限定されない。結果的に得られた金属ナノ粒子は一般に荷電されておらず、すなわち、中性である。しかしながら、いくつかのナノ粒子は、それらの表面上にわずかに正電荷を持つことができる。これまで、電気は金属ナノ粒子を形成するために適用されていない。
ナノ粒子コロイド
ナノ粒子は液体中に分散され、ナノ粒子コロイドが提供される。図８は結果的に得られたナノ粒子コロイドを概念的に示す。金属イオンの還元およびナノ粒子の成長の過程では、いくつかの逆ミセルが破れ、または崩壊し、したがってそれらの崩壊逆ミセルからのナノ粒子が疎水性空間中に分散され得る。それらのナノ粒子１５１のいくつかは、結果的に得られたコロイド組成物中、逆ミセルの親水性コアの外側に自由に浮くことができる。いくつかの他のナノ粒子１５３は逆ミセルの親水性コアの外側で界面活性剤分子の親水性頭部により取り囲まれ、または結合され得る。いくつかのナノ粒子１５５は、逆ミセル１４１の内側に残る。全体として、結果的に得られたナノ粒子コロイド中では、固体ナノ粒子１５１、１５３、１５５は逆ミセル１４１、水および界面活性剤分子を含む液体組成物中に分散される。ナノ粒子１５１、１５３、１５５はナノ粒子コロイド組成物中で互いに著しく分離されるので、ナノ粒子が集まり、成長してより大きな粒子となる可能性は低い。
ナノ粒子は液体中に分散され、ナノ粒子コロイドが提供される。図８は結果的に得られたナノ粒子コロイドを概念的に示す。金属イオンの還元およびナノ粒子の成長の過程では、いくつかの逆ミセルが破れ、または崩壊し、したがってそれらの崩壊逆ミセルからのナノ粒子が疎水性空間中に分散され得る。それらのナノ粒子１５１のいくつかは、結果的に得られたコロイド組成物中、逆ミセルの親水性コアの外側に自由に浮くことができる。いくつかの他のナノ粒子１５３は逆ミセルの親水性コアの外側で界面活性剤分子の親水性頭部により取り囲まれ、または結合され得る。いくつかのナノ粒子１５５は、逆ミセル１４１の内側に残る。全体として、結果的に得られたナノ粒子コロイド中では、固体ナノ粒子１５１、１５３、１５５は逆ミセル１４１、水および界面活性剤分子を含む液体組成物中に分散される。ナノ粒子１５１、１５３、１５５はナノ粒子コロイド組成物中で互いに著しく分離されるので、ナノ粒子が集まり、成長してより大きな粒子となる可能性は低い。
還元剤
還元剤は１つ以上の電子をナノ粒子コロイド内に含まれる金属イオンに供与することができる化学成分である。還元剤は、逆ミセルの親水性コアに入るために親水性化合物である。親水性還元剤の非限定的な例としては、アスコルビン酸、酢酸、ホルムアルデヒド、クエン酸、ヒドロキシルアミン、次亜リン酸塩、などが挙げられる。
還元剤は１つ以上の電子をナノ粒子コロイド内に含まれる金属イオンに供与することができる化学成分である。還元剤は、逆ミセルの親水性コアに入るために親水性化合物である。親水性還元剤の非限定的な例としては、アスコルビン酸、酢酸、ホルムアルデヒド、クエン酸、ヒドロキシルアミン、次亜リン酸塩、などが挙げられる。
還元剤の量
親水性還元剤はナノ粒子コロイドに、その中に含まれる金属イオンを還元するのに十分な量で添加される。いくつかの実施形態では、還元剤は、ナノ粒子コロイドに含まれる総金属イオンを還元するための化学量論量よりも実質的に多い過剰量で添加される。ここで、「よりも実質的に多い」は２０、４０、６０、８０、１００、１２０、１４０、１６０、１８０、２００、２５０、３００または４００％だけより多いことを意味する。
親水性還元剤はナノ粒子コロイドに、その中に含まれる金属イオンを還元するのに十分な量で添加される。いくつかの実施形態では、還元剤は、ナノ粒子コロイドに含まれる総金属イオンを還元するための化学量論量よりも実質的に多い過剰量で添加される。ここで、「よりも実質的に多い」は２０、４０、６０、８０、１００、１２０、１４０、１６０、１８０、２００、２５０、３００または４００％だけより多いことを意味する。
攪拌
還元剤を添加する間および／またはその後、混合物は攪拌され得、還元剤の分布が促進される。攪拌は還元剤が逆ミセルの親水性空間に入るのを促進することができる。したがって、親水性空間内で金属イオンを完全に還元するための時間が低減され得る。攪拌は連続して、または断続的に実施され得る。実施形態では、攪拌は１時間～１０時間の期間の間実施される。
還元剤を添加する間および／またはその後、混合物は攪拌され得、還元剤の分布が促進される。攪拌は還元剤が逆ミセルの親水性空間に入るのを促進することができる。したがって、親水性空間内で金属イオンを完全に還元するための時間が低減され得る。攪拌は連続して、または断続的に実施され得る。実施形態では、攪拌は１時間～１０時間の期間の間実施される。
界面活性剤を除去し、クラスターを形成すること
工程６０５で、界面活性剤が、ナノ粒子コロイド組成物から実質的に除去され、ナノ粒子のクラスターが形成される。ナノ粒子コロイドにおいては、界面活性剤は個々のナノ粒子を安定化することができ、したがって、ナノ粒子は、かなりの量の界面活性剤が存在する場合、一緒にクラスター化することはできない。界面活性剤をナノ粒子から除去するために、ナノ粒子コロイドは遠心分離に供せられる。遠心分離後、ほとんどのナノ粒子は底部に沈降し、界面活性剤分子は上清中および底部に存在することができる。上清はナノ粒子のほとんどを含む底部から分離される。実施形態では、液体が分離されたナノ粒子に添加され得、収集された底部内の界面活性剤が希釈される。ナノ粒子に添加される液体は水または水溶液であってもよく、それは酸性または塩基性溶液であってもよいが、それらに限定されない。遠心分離、底部収集、および液体添加は複数回繰り返すことができ、界面活性剤が実質的に除去されたナノ粒子が収集される。
工程６０５で、界面活性剤が、ナノ粒子コロイド組成物から実質的に除去され、ナノ粒子のクラスターが形成される。ナノ粒子コロイドにおいては、界面活性剤は個々のナノ粒子を安定化することができ、したがって、ナノ粒子は、かなりの量の界面活性剤が存在する場合、一緒にクラスター化することはできない。界面活性剤をナノ粒子から除去するために、ナノ粒子コロイドは遠心分離に供せられる。遠心分離後、ほとんどのナノ粒子は底部に沈降し、界面活性剤分子は上清中および底部に存在することができる。上清はナノ粒子のほとんどを含む底部から分離される。実施形態では、液体が分離されたナノ粒子に添加され得、収集された底部内の界面活性剤が希釈される。ナノ粒子に添加される液体は水または水溶液であってもよく、それは酸性または塩基性溶液であってもよいが、それらに限定されない。遠心分離、底部収集、および液体添加は複数回繰り返すことができ、界面活性剤が実質的に除去されたナノ粒子が収集される。
界面活性剤とナノ粒子の間の化学結合
界面活性剤によって、いくつかのナノ粒子は、いくつかの界面活性剤分子の親水性頭部との強い化学結合を有する。負電荷を持つ親水性頭部を有する界面活性剤分子は、ナノ粒子表面と配位結合を形成し得る。また、界面活性剤分子が、電子が豊富な親水性頭部を有する場合（たとえ、それらが荷電されていなくても）、それらはナノ粒子表面と配位結合を形成し得る。そのような界面活性剤が使用される場合、ナノ粒子コロイドから界面活性剤を除去するために、化学結合が破壊されなければならない。
界面活性剤によって、いくつかのナノ粒子は、いくつかの界面活性剤分子の親水性頭部との強い化学結合を有する。負電荷を持つ親水性頭部を有する界面活性剤分子は、ナノ粒子表面と配位結合を形成し得る。また、界面活性剤分子が、電子が豊富な親水性頭部を有する場合（たとえ、それらが荷電されていなくても）、それらはナノ粒子表面と配位結合を形成し得る。そのような界面活性剤が使用される場合、ナノ粒子コロイドから界面活性剤を除去するために、化学結合が破壊されなければならない。
化学結合の破壊
いくつかの実施形態では、酸性または塩基性溶液が、図６Ｂの工程６０３でのナノ粒子形成後、かつ、工程６０４での遠心分離前に、ナノ粒子－界面活性剤コロイドに添加される。添加される溶液の酸または塩基は、界面活性剤とナノ粒子の間の配位結合を破壊する化学反応を引き起こし、ナノ粒子が自由になる。例えば、酸由来のプロトンは負電荷を持つまたは電子が豊富な界面活性剤頭部と結合することができ、ナノ粒子が自由になる。その後の遠心分離および底部の収集は界面活性剤分子から自由になったナノ粒子を分離する。実施形態では、酸性または塩基性溶液の添加は、遠心分離前少なくとも１回実施され得る。いくつかの実施形態では、酸性または塩基性溶液の添加は、各遠心分離前に実施され得る。実施形態では、酸および塩基は、遠心分離後、水または他の溶媒で洗浄され得る。
いくつかの実施形態では、酸性または塩基性溶液が、図６Ｂの工程６０３でのナノ粒子形成後、かつ、工程６０４での遠心分離前に、ナノ粒子－界面活性剤コロイドに添加される。添加される溶液の酸または塩基は、界面活性剤とナノ粒子の間の配位結合を破壊する化学反応を引き起こし、ナノ粒子が自由になる。例えば、酸由来のプロトンは負電荷を持つまたは電子が豊富な界面活性剤頭部と結合することができ、ナノ粒子が自由になる。その後の遠心分離および底部の収集は界面活性剤分子から自由になったナノ粒子を分離する。実施形態では、酸性または塩基性溶液の添加は、遠心分離前少なくとも１回実施され得る。いくつかの実施形態では、酸性または塩基性溶液の添加は、各遠心分離前に実施され得る。実施形態では、酸および塩基は、遠心分離後、水または他の溶媒で洗浄され得る。
酸性または塩基性溶液
実施形態では、界面活性剤を考慮して酸または塩基は選択され、そのため、界面活性剤分子はナノ粒子から効果的に脱離される。実施形態では、酸性溶液は約３より低いｐＨ値を有するが、それに限定されない。例えば、酸性溶液のための酸の非限定的な例としては、ＨＣｌ、ＨＮＯ３、Ｈ２ＳＯ４、ＨＣｌＯ４、などが挙げられる。実施形態では、塩基性溶液は約１０より高いｐＨ値を有するが、それに限定されない。例えば、塩基性溶液のための塩基の非限定的な例としてはＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）２、などが挙げられる。
実施形態では、界面活性剤を考慮して酸または塩基は選択され、そのため、界面活性剤分子はナノ粒子から効果的に脱離される。実施形態では、酸性溶液は約３より低いｐＨ値を有するが、それに限定されない。例えば、酸性溶液のための酸の非限定的な例としては、ＨＣｌ、ＨＮＯ３、Ｈ２ＳＯ４、ＨＣｌＯ４、などが挙げられる。実施形態では、塩基性溶液は約１０より高いｐＨ値を有するが、それに限定されない。例えば、塩基性溶液のための塩基の非限定的な例としてはＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）２、などが挙げられる。
クラスターコロイド
界面活性剤を除去し、ナノ粒子を収集するプロセス後、またはそのプロセスにおいて、ナノ粒子は一緒にクラスター化し、または凝集してナノ粒子のクラスターを形成する傾向がある。液体中では、クラスターは分散され、クラスターコロイドが形成される。各クラスターは、互いに相互作用する金属ナノ粒子を含み、および、これから製造され、より大きなボディが形成される。クラスター内の個々のナノ粒子は電気的に中性である可能性が最も高い。発明はいずれの理論または信念にも縛られないが、プロトン、水酸化物および他の荷電電解質はナノ粒子表面に結合され得る、およびこれらの電解質の隣接ナノ粒子とのイオン性相互作用が隣接するナノ粒子を一緒に維持し、クラスターを形成させることができると考えられる。実のところ、界面活性剤分子は実質的に除去されたが、クラスターコロイドの液体は、前の調製工程で使用された金属イオン源および酸性または塩基性溶液に由来する十分な量の電解質を含む。
界面活性剤を除去し、ナノ粒子を収集するプロセス後、またはそのプロセスにおいて、ナノ粒子は一緒にクラスター化し、または凝集してナノ粒子のクラスターを形成する傾向がある。液体中では、クラスターは分散され、クラスターコロイドが形成される。各クラスターは、互いに相互作用する金属ナノ粒子を含み、および、これから製造され、より大きなボディが形成される。クラスター内の個々のナノ粒子は電気的に中性である可能性が最も高い。発明はいずれの理論または信念にも縛られないが、プロトン、水酸化物および他の荷電電解質はナノ粒子表面に結合され得る、およびこれらの電解質の隣接ナノ粒子とのイオン性相互作用が隣接するナノ粒子を一緒に維持し、クラスターを形成させることができると考えられる。実のところ、界面活性剤分子は実質的に除去されたが、クラスターコロイドの液体は、前の調製工程で使用された金属イオン源および酸性または塩基性溶液に由来する十分な量の電解質を含む。
クラスターおよびナノ粒子
図９は、クラスターコロイドの希釈試料からのナノ粒子クラスターのＴＥＭ写真画像を提供する。図９の画像のうちの２つはまた、図５Ｂおよび５Ｃにおいて見られる。これらの画像では、クラスターは規則形状を有しておらず、約３０～約５００ｎｍの長さである。クラスター内のナノ粒子１２１は分離しており、概ね球状または卵形であり、約２－３ｎｍの直径を有する。隣接するまたは隣り合うナノ粒子１２１間には、約１－２ｎｍのギャップ距離を有する粒子間ギャップ１２５が存在する。これらの粒子間ナノポア１２５は、クラスター化ナノ多孔層を有するグルコース感知電極におけるグルコース酸化に主に関係する。
図９は、クラスターコロイドの希釈試料からのナノ粒子クラスターのＴＥＭ写真画像を提供する。図９の画像のうちの２つはまた、図５Ｂおよび５Ｃにおいて見られる。これらの画像では、クラスターは規則形状を有しておらず、約３０～約５００ｎｍの長さである。クラスター内のナノ粒子１２１は分離しており、概ね球状または卵形であり、約２－３ｎｍの直径を有する。隣接するまたは隣り合うナノ粒子１２１間には、約１－２ｎｍのギャップ距離を有する粒子間ギャップ１２５が存在する。これらの粒子間ナノポア１２５は、クラスター化ナノ多孔層を有するグルコース感知電極におけるグルコース酸化に主に関係する。
遠心分離
遠心分離は３０００～５０００ｒｐｍの回転速度で実施され得る。遠心分離は、３～１５分の期間の間続いてもよい。遠心分離後、上清は除去され、ナノ粒子を含む底部が収集される。液体が収集された底部に添加され、その中に含まれる界面活性剤が希釈される。遠心分離、底部収集および液体添加は複数回、例えば、３回以上繰り返すことができる。
遠心分離は３０００～５０００ｒｐｍの回転速度で実施され得る。遠心分離は、３～１５分の期間の間続いてもよい。遠心分離後、上清は除去され、ナノ粒子を含む底部が収集される。液体が収集された底部に添加され、その中に含まれる界面活性剤が希釈される。遠心分離、底部収集および液体添加は複数回、例えば、３回以上繰り返すことができる。
実質的に除去された界面活性剤
遠心分離の複数回処理を用いると、界面活性剤は実質的に除去される。結果的に得られたクラスターコロイドでは、界面活性剤の濃度は著しく低いものとなるが、完全には除去され得ない。最初は、逆ミセル相は約１０～約６０ｗｔの界面活性剤を含む。結果的に得られたクラスターコロイドは界面活性剤を全く含まないことができる。実際には、結果的に得られたクラスターコロイドは界面活性剤を実質的に含まない。結果的に得られたクラスターコロイドまたは底部の最終収集物中の残りの界面活性剤は、ナノ粒子１００重量部に対して０．０００１重量部より大きく、かつ、ナノ粒子１００重量部に対して約０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１．０、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２．０、２．１、２．２、２．３、２．４または２．６重量部より小さい可能性がある。実施形態では、残りの界面活性剤は、ナノ粒子１００重量部に対して、約０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９、０．１、０．２、０．３、０．４または０．５重量部より小さい量であり得る。
遠心分離の複数回処理を用いると、界面活性剤は実質的に除去される。結果的に得られたクラスターコロイドでは、界面活性剤の濃度は著しく低いものとなるが、完全には除去され得ない。最初は、逆ミセル相は約１０～約６０ｗｔの界面活性剤を含む。結果的に得られたクラスターコロイドは界面活性剤を全く含まないことができる。実際には、結果的に得られたクラスターコロイドは界面活性剤を実質的に含まない。結果的に得られたクラスターコロイドまたは底部の最終収集物中の残りの界面活性剤は、ナノ粒子１００重量部に対して０．０００１重量部より大きく、かつ、ナノ粒子１００重量部に対して約０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１．０、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２．０、２．１、２．２、２．３、２．４または２．６重量部より小さい可能性がある。実施形態では、残りの界面活性剤は、ナノ粒子１００重量部に対して、約０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９、０．１、０．２、０．３、０．４または０．５重量部より小さい量であり得る。
クラスターコロイド中のナノ粒子の濃度
遠心分離の複数回処理後、底部の最終収集物中のナノ粒子の総量（クラスターの一部および遊離ナノ粒子として）は、約１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９または４０ｗｔ％であり得る。実施形態では、濃度は、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約２０～約３０ｗｔ％、約１５～２５％、などであってもよい。
遠心分離の複数回処理後、底部の最終収集物中のナノ粒子の総量（クラスターの一部および遊離ナノ粒子として）は、約１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９または４０ｗｔ％であり得る。実施形態では、濃度は、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約２０～約３０ｗｔ％、約１５～２５％、などであってもよい。
クラスターコロイドの保存
クラスターは、クラスターコロイド中に、例えば、１週間または１ヶ月より長い長期間、処理なしで分散される。クラスターコロイドは、調製後、その後の処理前しばらくの間、容器内で保存され得る。調製されるとすぐに、クラスターコロイドは、他のものによる、または他の場所での処理のために販売および輸送に供せられ得る。長期間コロイド特性を維持するために、ナノ粒子の濃度は底部の最終収集後調整され得る。実施形態では、底部の最終収集のクラスターコロイドは容器内で、濃度を調整して、または調整せずに保存または輸送され得る。
クラスターは、クラスターコロイド中に、例えば、１週間または１ヶ月より長い長期間、処理なしで分散される。クラスターコロイドは、調製後、その後の処理前しばらくの間、容器内で保存され得る。調製されるとすぐに、クラスターコロイドは、他のものによる、または他の場所での処理のために販売および輸送に供せられ得る。長期間コロイド特性を維持するために、ナノ粒子の濃度は底部の最終収集後調整され得る。実施形態では、底部の最終収集のクラスターコロイドは容器内で、濃度を調整して、または調整せずに保存または輸送され得る。
分配のための濃度の調整
工程６０７で、収集されたクラスターコロイドは溶媒で希釈して、または希釈なしで、しばらくの間保存され得る。希釈は、その後の処理、例えば、分配のために、クラスターコロイド中のクラスターの濃度を調整するためのものであってもよい。溶媒は水または有機化合物であってもよい。１つ以上の添加化合物が添加され得る。希釈により、ナノ粒子またはクラスターの濃度は、約０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２、２．１、２．２、２．３、２．４、２．５、２．６、２．７、２．８、２．９、３、３．１、３，２、３．３、３．４、３．５、３．６、３．７、３．８、３．９、４、４．５、５、５．５、６、６．５、７、７．５、８、８．５、９、９．５、１０、１１、１２、１３、１４または１５ｗｔ％に調整される。実施形態では、ナノ粒子またはクラスターの濃度は、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約０．５～約２ｗｔ％、約１～３ｗｔ％、などであってもよい。希釈後、残りの界面活性剤は、約０．１、０．２、０．４、０．６、０．８１、１．２、１．４、１．６、１．８または２ｗｔ％未満となり得る。
工程６０７で、収集されたクラスターコロイドは溶媒で希釈して、または希釈なしで、しばらくの間保存され得る。希釈は、その後の処理、例えば、分配のために、クラスターコロイド中のクラスターの濃度を調整するためのものであってもよい。溶媒は水または有機化合物であってもよい。１つ以上の添加化合物が添加され得る。希釈により、ナノ粒子またはクラスターの濃度は、約０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２、２．１、２．２、２．３、２．４、２．５、２．６、２．７、２．８、２．９、３、３．１、３，２、３．３、３．４、３．５、３．６、３．７、３．８、３．９、４、４．５、５、５．５、６、６．５、７、７．５、８、８．５、９、９．５、１０、１１、１２、１３、１４または１５ｗｔ％に調整される。実施形態では、ナノ粒子またはクラスターの濃度は、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約０．５～約２ｗｔ％、約１～３ｗｔ％、などであってもよい。希釈後、残りの界面活性剤は、約０．１、０．２、０．４、０．６、０．８１、１．２、１．４、１．６、１．８または２ｗｔ％未満となり得る。
クラスターコロイドの分配
工程６０９で、クラスターコロイドは、ナノ多孔層を生成するために、基材１２９上に分配され、その間、そのコロイド特性は維持される。クラスターコロイドを分配するために、様々な分配技術が利用され得る。分配は、分配されたクラスターコロイドのある一定の厚さを形成するように、またはその後の乾燥後に、結果的に得られるナノ多孔層の適切な厚さを提供するように制御され得る。別の場合では、分配は、結果的に得られるナノ多孔層の適切な粗さ係数値を提供するように制御され得る。
工程６０９で、クラスターコロイドは、ナノ多孔層を生成するために、基材１２９上に分配され、その間、そのコロイド特性は維持される。クラスターコロイドを分配するために、様々な分配技術が利用され得る。分配は、分配されたクラスターコロイドのある一定の厚さを形成するように、またはその後の乾燥後に、結果的に得られるナノ多孔層の適切な厚さを提供するように制御され得る。別の場合では、分配は、結果的に得られるナノ多孔層の適切な粗さ係数値を提供するように制御され得る。
下層の基材
クラスターコロイドは、任意の材料で製造された基材上に適用され得る。グルコース感知電極のための実施形態では、クラスターコロイドは、上記のように、導電層１１０のための導電または半導電表面上に適用され得る。いくつかの実施形態では、基材は２つ以上の導電層を含む。
クラスターコロイドは、任意の材料で製造された基材上に適用され得る。グルコース感知電極のための実施形態では、クラスターコロイドは、上記のように、導電層１１０のための導電または半導電表面上に適用され得る。いくつかの実施形態では、基材は２つ以上の導電層を含む。
クラスター化ナノ多孔層を形成させるための液体の乾燥
工程６１１で、分配されたクラスターコロイドは液体を乾燥させるための条件に供せられる。分配されると、ナノ粒子クラスターは液体内に浮かび、水平に、かつ垂直に自由に移動する。液体が乾くにつれ、クラスターコロイドの高さが減少する。液体が乾き続けると、クラスターは隣接するクラスターと、下層の基材１２９とクラスターコロイドの上面の間で垂直に、かつ、水平に接触するようになる。クラスターの移動度は著しく制限されるようになる。しばらく後に、液体レベルは、上面に、またはその近くに位置するクラスターよりも低くなる。乾燥が完了するとすぐに、ナノ粒子クラスターは基材１２９上に堆積し、図５Ａに図示されるように、クラスター化形態１２０を有するナノ多孔層が形成される。
工程６１１で、分配されたクラスターコロイドは液体を乾燥させるための条件に供せられる。分配されると、ナノ粒子クラスターは液体内に浮かび、水平に、かつ垂直に自由に移動する。液体が乾くにつれ、クラスターコロイドの高さが減少する。液体が乾き続けると、クラスターは隣接するクラスターと、下層の基材１２９とクラスターコロイドの上面の間で垂直に、かつ、水平に接触するようになる。クラスターの移動度は著しく制限されるようになる。しばらく後に、液体レベルは、上面に、またはその近くに位置するクラスターよりも低くなる。乾燥が完了するとすぐに、ナノ粒子クラスターは基材１２９上に堆積し、図５Ａに図示されるように、クラスター化形態１２０を有するナノ多孔層が形成される。
ナノ多孔層の厚さ
結果的に得られたナノ多孔層は約０．４、０．６、０．８、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９または３０μｍの厚さを有する。実施形態では、厚さは、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約１μｍ～約１０ｎｍであってもよい。
結果的に得られたナノ多孔層は約０．４、０．６、０．８、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９または３０μｍの厚さを有する。実施形態では、厚さは、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約１μｍ～約１０ｎｍであってもよい。
ナノ多孔層洗浄なし
結果的に得られたナノ多孔層は、水または他の液体による洗浄を必要としない。実施形態では、クラスター化形態の結果的に得られたナノ多孔層は、乾燥後、水または他の液体で全く洗浄されない。実施形態では、ナノ多孔層は、ナノ多孔層上に層を追加するためのその後の処理の場合を除き、液体との接触に供されない。
結果的に得られたナノ多孔層は、水または他の液体による洗浄を必要としない。実施形態では、クラスター化形態の結果的に得られたナノ多孔層は、乾燥後、水または他の液体で全く洗浄されない。実施形態では、ナノ多孔層は、ナノ多孔層上に層を追加するためのその後の処理の場合を除き、液体との接触に供されない。
収率－金属の回収
過剰量の還元剤がナノ粒子コロイドに添加される場合、その中のほとんどの金属イオンは還元され、金属原子が形成され、それは凝固し、ナノ粒子を形成する。界面活性剤を除去するその後の処理はまた、クラスター内のほとんどのナノ粒子を収集する。よって、前述のプロセスに添加されるほとんどの金属イオンは、最終的にナノ粒子のクラスターの形態で収集され、堆積され、結果的に得られるナノ多孔層１１７となる。実施形態では、入力された金属イオンの８９、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７または９８％超が、ナノ粒子クラスターの形態で、分配前に収集される。
過剰量の還元剤がナノ粒子コロイドに添加される場合、その中のほとんどの金属イオンは還元され、金属原子が形成され、それは凝固し、ナノ粒子を形成する。界面活性剤を除去するその後の処理はまた、クラスター内のほとんどのナノ粒子を収集する。よって、前述のプロセスに添加されるほとんどの金属イオンは、最終的にナノ粒子のクラスターの形態で収集され、堆積され、結果的に得られるナノ多孔層１１７となる。実施形態では、入力された金属イオンの８９、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７または９８％超が、ナノ粒子クラスターの形態で、分配前に収集される。
大量生産
ナノ多孔層１１７は、クラスターコロイドを基材１２９上に印刷することにより大量生産することができる。クラスターコロイドの印刷は１または２秒しかかからない。液体の乾燥はより長い時間かかる可能性があるが、乾燥のためには大きな空間が必要であるだけである。実施形態では、多くの別々の基材が提供され、印刷は、別々の基材の各々上で実施され得る。次いで、各印刷された基材は乾燥され、ナノ多孔層が形成される。あるいは、複数のエリアがクラスターコロイドで、単一基材上で印刷され、単一基材はその後、複数の小片に切断され得、各々が印刷エリアを含む。単一基材は切断前に乾燥され得る。
ナノ多孔層１１７は、クラスターコロイドを基材１２９上に印刷することにより大量生産することができる。クラスターコロイドの印刷は１または２秒しかかからない。液体の乾燥はより長い時間かかる可能性があるが、乾燥のためには大きな空間が必要であるだけである。実施形態では、多くの別々の基材が提供され、印刷は、別々の基材の各々上で実施され得る。次いで、各印刷された基材は乾燥され、ナノ多孔層が形成される。あるいは、複数のエリアがクラスターコロイドで、単一基材上で印刷され、単一基材はその後、複数の小片に切断され得、各々が印刷エリアを含む。単一基材は切断前に乾燥され得る。
電気めっきなしまたは電気の適用なし
プロセスを通して、電気めっきは、ナノ多孔層のためのクラスター化形態を形成するために利用されない。さらに、電気はナノ多孔層が形成される基材１２９に適用されない。
プロセスを通して、電気めっきは、ナノ多孔層のためのクラスター化形態を形成するために利用されない。さらに、電気はナノ多孔層が形成される基材１２９に適用されない。
非クラスター化ナノ多孔層
非クラスター化形態
図１０Ａは、ナノ多孔層１１７についての非クラスター化形態１６１を示す。クラスター化形態１２０と同様に、非クラスター化形態１６１は、ナノ粒子１２１および隣接するまたは隣り合うナノ粒子１２１間で形成された粒子間ナノポア１２３の両方を含む。ナノ粒子１２１および粒子間ナノポア１２３の記載は、一般に非クラスター化形態１６１に当てはまる。図１０Ｂは金属表面上に形成されたナノ多孔層の非クラスター化形態のＴＥＭ写真画像であり、この中で、暗い部分は金属表面の一部である。ＴＥＭ写真画像におけるナノ粒子および粒子間細孔は図１０Ａの図示におけるものと同様である。
非クラスター化形態
図１０Ａは、ナノ多孔層１１７についての非クラスター化形態１６１を示す。クラスター化形態１２０と同様に、非クラスター化形態１６１は、ナノ粒子１２１および隣接するまたは隣り合うナノ粒子１２１間で形成された粒子間ナノポア１２３の両方を含む。ナノ粒子１２１および粒子間ナノポア１２３の記載は、一般に非クラスター化形態１６１に当てはまる。図１０Ｂは金属表面上に形成されたナノ多孔層の非クラスター化形態のＴＥＭ写真画像であり、この中で、暗い部分は金属表面の一部である。ＴＥＭ写真画像におけるナノ粒子および粒子間細孔は図１０Ａの図示におけるものと同様である。
クラスターなしおよびクラスター間ギャップなし
クラスター化形態１２０とは異なり、非クラスター化形態１６１はクラスター１２３またはクラスター間ギャップ１２７を含まない。非クラスター化形態を生成させるために、ナノ粒子は電気めっきにより、電気めっき前にクラスターを調製せずに基材１２９上に堆積される。その結果、結果的に得られる構造、すなわち、非クラスター化形態１６１では、クラスターもクラスター間ギャップも形成されない。したがって、非クラスター化形態１６１はクラスター１２３またはクラスター間ギャップ１２７由来の、クラスター化形態の特性を有さない。
クラスター化形態１２０とは異なり、非クラスター化形態１６１はクラスター１２３またはクラスター間ギャップ１２７を含まない。非クラスター化形態を生成させるために、ナノ粒子は電気めっきにより、電気めっき前にクラスターを調製せずに基材１２９上に堆積される。その結果、結果的に得られる構造、すなわち、非クラスター化形態１６１では、クラスターもクラスター間ギャップも形成されない。したがって、非クラスター化形態１６１はクラスター１２３またはクラスター間ギャップ１２７由来の、クラスター化形態の特性を有さない。
非クラスター化形態の空洞
クラスター間ギャップは存在しないが、非クラスター化形態１６１は、粒子間ナノポア１２３より著しく大きい内部空洞１３３を含み得る。内部空洞１３３は電気めっきの過程中に形成され得、というのもナノ粒子は必ずしも、すぐ下に位置する表面上に順次積み重ねられるとは限らないからである。内部空洞１３３は不規則形状で、不規則サイズである。内部空洞１３３はナノ多孔層１１７全体にわたって見いだされ得る。
クラスター間ギャップは存在しないが、非クラスター化形態１６１は、粒子間ナノポア１２３より著しく大きい内部空洞１３３を含み得る。内部空洞１３３は電気めっきの過程中に形成され得、というのもナノ粒子は必ずしも、すぐ下に位置する表面上に順次積み重ねられるとは限らないからである。内部空洞１３３は不規則形状で、不規則サイズである。内部空洞１３３はナノ多孔層１１７全体にわたって見いだされ得る。
クラスター間ギャップまたは空間と区別される空洞
非クラスター化形態の空洞１３３は、クラスター化形態１２０のクラスター間ギャップ１２７と区別される。空洞１３３は、電気めっきとナノ粒子の堆積が基材１２９の表面で同じ速度でないために、形成される。空洞１３３は、ナノ粒子１２１の１つまたは複数のクラスター１２５を取り囲まず、または規定しない。むしろ、各空洞１３３は、ナノ粒子１２１の凝集体または集合体により取り囲まれ、または規定される。空洞１３３は粒子間ナノポア１２３により相互に連結される可能性があるが、空洞１３３自体は、ナノ多孔層１１７全体にわたってまたはそのいくらかの実質的な部分にわたって相互に連結されない。さらに、空洞１３３は、クラスター間ギャップ１２７（クラスター化形態におけるより高い粗さ係数）と同じ多さの体積のナノ多孔層１１７（非クラスター化形態におけるより低い粗さ係数）を占有しない。
非クラスター化形態の空洞１３３は、クラスター化形態１２０のクラスター間ギャップ１２７と区別される。空洞１３３は、電気めっきとナノ粒子の堆積が基材１２９の表面で同じ速度でないために、形成される。空洞１３３は、ナノ粒子１２１の１つまたは複数のクラスター１２５を取り囲まず、または規定しない。むしろ、各空洞１３３は、ナノ粒子１２１の凝集体または集合体により取り囲まれ、または規定される。空洞１３３は粒子間ナノポア１２３により相互に連結される可能性があるが、空洞１３３自体は、ナノ多孔層１１７全体にわたってまたはそのいくらかの実質的な部分にわたって相互に連結されない。さらに、空洞１３３は、クラスター間ギャップ１２７（クラスター化形態におけるより高い粗さ係数）と同じ多さの体積のナノ多孔層１１７（非クラスター化形態におけるより低い粗さ係数）を占有しない。
ナノ粒子で実質的に被覆された基材
図１０Ａおよび１０Ｂについて説明すると、基材１２９の上面はナノ粒子１２１で実質的に被覆される。いくつかの実施形態では、実質的な内部空間は基材１２９の上または直上に形成されないが、それに限定されない。
図１０Ａおよび１０Ｂについて説明すると、基材１２９の上面はナノ粒子１２１で実質的に被覆される。いくつかの実施形態では、実質的な内部空間は基材１２９の上または直上に形成されないが、それに限定されない。
クラスター化および非クラスター化形態の比較
全体として、クラスター化形態１２０は非クラスター化形態１６１よりもずっと密度が低い。同じ厚さでは、クラスター化形態１２０は、非クラスター化形態１６１より高い粗さ係数を有し、したがって、同じ粗さ係数を生成させるために、クラスター化形態１２０は、非クラスター化形態より薄くすることができる。また、クラスターの不規則形状を仮定すると、クラスター化形態１２０のクラスター間ギャップ１２７はナノ多孔層１１７の概ね全体にわたって相互に連結されるが、非クラスター化形態１６１の内部空洞１３３はクラスター間ギャップ１２７と同じようには連結されない。したがって、クラスター１２３内の粒子間ナノポア１２５は、クラスター化形態１２０内のクラスター間ギャップ１２７のネットワークに連結されるが、非クラスター化形態１６１内にはクラスター間ギャップがなく、粒子間ナノポア１２５は、クラスター化形態１２０におけるようには、連結され得ない。
全体として、クラスター化形態１２０は非クラスター化形態１６１よりもずっと密度が低い。同じ厚さでは、クラスター化形態１２０は、非クラスター化形態１６１より高い粗さ係数を有し、したがって、同じ粗さ係数を生成させるために、クラスター化形態１２０は、非クラスター化形態より薄くすることができる。また、クラスターの不規則形状を仮定すると、クラスター化形態１２０のクラスター間ギャップ１２７はナノ多孔層１１７の概ね全体にわたって相互に連結されるが、非クラスター化形態１６１の内部空洞１３３はクラスター間ギャップ１２７と同じようには連結されない。したがって、クラスター１２３内の粒子間ナノポア１２５は、クラスター化形態１２０内のクラスター間ギャップ１２７のネットワークに連結されるが、非クラスター化形態１６１内にはクラスター間ギャップがなく、粒子間ナノポア１２５は、クラスター化形態１２０におけるようには、連結され得ない。
非クラスター化ナノ多孔層の製造－電気めっき
全体のプロセス
非クラスター化形態を有するナノ多孔層は電気めっきを用いて調製され得る。図１１について説明すると、工程１１０１で、めっき浴は金属イオンおよび逆ミセル相の界面活性剤を含むように調製される。その後、工程１１０３で、ナノ多孔層を非クラスター化形態で堆積させるためにめっき浴中で電気めっきが実施される。工程１１０５で、結果的に得られたナノ多孔層が洗浄され、そこから界面活性剤が除去される。
全体のプロセス
非クラスター化形態を有するナノ多孔層は電気めっきを用いて調製され得る。図１１について説明すると、工程１１０１で、めっき浴は金属イオンおよび逆ミセル相の界面活性剤を含むように調製される。その後、工程１１０３で、ナノ多孔層を非クラスター化形態で堆積させるためにめっき浴中で電気めっきが実施される。工程１１０５で、結果的に得られたナノ多孔層が洗浄され、そこから界面活性剤が除去される。
めっき浴の調製
工程１１０１で、めっき浴は電気めっきなしでクラスター化ナノ多孔層を製造するための図６Ａの工程６０１の逆ミセル相と同様である。めっき浴は、クラスター化ナノ多孔層の製造と同様に、逆ミセル相の界面活性剤および金属イオン源材料を含む。図６Ａの工程６０１の界面活性剤および金属イオン源材料に関する記載は全て、図１１の工程１１０１に適用可能である。しかしながら、工程１１０１のめっき浴は工程６０１の逆ミセル相と同一ではない。１つの重要な違いは、めっき浴は、次の工程での電気めっきを考慮して、いくつかの追加の材料を必要とする可能性があることであるかもしれない。自然に還元され得る多くの金属源化合物について、めっき浴は、金属イオンを電気めっき中および前に自然に還元されないように維持するために、キレート剤を必要とする可能性がある。対照的に、工程６０１の逆ミセル相においてはそのようなキレート剤は必要とされない可能性がある。
工程１１０１で、めっき浴は電気めっきなしでクラスター化ナノ多孔層を製造するための図６Ａの工程６０１の逆ミセル相と同様である。めっき浴は、クラスター化ナノ多孔層の製造と同様に、逆ミセル相の界面活性剤および金属イオン源材料を含む。図６Ａの工程６０１の界面活性剤および金属イオン源材料に関する記載は全て、図１１の工程１１０１に適用可能である。しかしながら、工程１１０１のめっき浴は工程６０１の逆ミセル相と同一ではない。１つの重要な違いは、めっき浴は、次の工程での電気めっきを考慮して、いくつかの追加の材料を必要とする可能性があることであるかもしれない。自然に還元され得る多くの金属源化合物について、めっき浴は、金属イオンを電気めっき中および前に自然に還元されないように維持するために、キレート剤を必要とする可能性がある。対照的に、工程６０１の逆ミセル相においてはそのようなキレート剤は必要とされない可能性がある。
電気めっき
工程１１０３で、金属イオンを含む逆ミセル相の水性液体組成物において電気めっきが実施される。液体組成物を含むめっき浴では、カソードおよびアノード電極が沈められ、電源に接続される。カソード電極とアノード電極の間でＤＣ電圧が印加されると、カソード電極は電子を水性液体組成物に供給する。電子は、カソード電極から逆ミセルのすぐ近くの親水性空間にジャンプし、親水性空間の内側で、正電荷を持つ金属イオンを金属原子に還元することができる。金属原子は一緒になり、金属粒子を形成し、これはカソード電極表面上に堆積され得る。その過程で、逆ミセルは破裂し得る。カソード電極に供給された電子は堆積されたナノ粒子を通って移動し、堆積されたナノ粒子の外面で利用できるようになる。次いで、電子は、すぐ近くの金属イオンを還元するのに利用できるようになり、金属ナノ粒子が形成され、すでに堆積されたナノ粒子上に堆積される。
工程１１０３で、金属イオンを含む逆ミセル相の水性液体組成物において電気めっきが実施される。液体組成物を含むめっき浴では、カソードおよびアノード電極が沈められ、電源に接続される。カソード電極とアノード電極の間でＤＣ電圧が印加されると、カソード電極は電子を水性液体組成物に供給する。電子は、カソード電極から逆ミセルのすぐ近くの親水性空間にジャンプし、親水性空間の内側で、正電荷を持つ金属イオンを金属原子に還元することができる。金属原子は一緒になり、金属粒子を形成し、これはカソード電極表面上に堆積され得る。その過程で、逆ミセルは破裂し得る。カソード電極に供給された電子は堆積されたナノ粒子を通って移動し、堆積されたナノ粒子の外面で利用できるようになる。次いで、電子は、すぐ近くの金属イオンを還元するのに利用できるようになり、金属ナノ粒子が形成され、すでに堆積されたナノ粒子上に堆積される。
電気めっきのための時間
電気めっきが、約５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５または６０分間実施され、１００～８００の粗さ係数を有するナノ多孔層が得られる。実施形態では、電気めっきのための時間は、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約１０～約３０分であってもよい。実施形態では、電気めっきのための時間は１００以上の粗さ係数を有するナノ多孔層を得るために制御される。
電気めっきが、約５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５または６０分間実施され、１００～８００の粗さ係数を有するナノ多孔層が得られる。実施形態では、電気めっきのための時間は、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約１０～約３０分であってもよい。実施形態では、電気めっきのための時間は１００以上の粗さ係数を有するナノ多孔層を得るために制御される。
次々の層および空洞の形成
電気めっきによる還元では、カソード電極に隣接するナノ粒子が、カソードの表面上に最初に堆積される。次いで、追加のナノ粒子が、前に堆積されたナノ粒子１２１上に堆積する。したがって、ナノ粒子は一般に、カソード電極上で次々の層で堆積する。しかしながら、ナノ粒子の堆積はカソード表面およびナノ粒子の前に堆積された層を通して同じ速度では起こり得ないので、内部空洞１３３が結果的に得られたナノ多孔層内で形成され得る。ナノ粒子の堆積は、空間上、水平にまたは横方向に成長することができ、そこでは、ナノ粒子は堆積されず、いくつかの空洞１３３は、その上に形成されたナノ粒子で封入され得る。空洞１３３は最終的に、粒子間ナノポア１２５を介して相互に連結され得るが、マイクロサイズチャネルは、空洞１３３を相互連絡するために、ナノ多孔層１１７全体にわたってまたはその実質的な部分において形成されない。
電気めっきによる還元では、カソード電極に隣接するナノ粒子が、カソードの表面上に最初に堆積される。次いで、追加のナノ粒子が、前に堆積されたナノ粒子１２１上に堆積する。したがって、ナノ粒子は一般に、カソード電極上で次々の層で堆積する。しかしながら、ナノ粒子の堆積はカソード表面およびナノ粒子の前に堆積された層を通して同じ速度では起こり得ないので、内部空洞１３３が結果的に得られたナノ多孔層内で形成され得る。ナノ粒子の堆積は、空間上、水平にまたは横方向に成長することができ、そこでは、ナノ粒子は堆積されず、いくつかの空洞１３３は、その上に形成されたナノ粒子で封入され得る。空洞１３３は最終的に、粒子間ナノポア１２５を介して相互に連結され得るが、マイクロサイズチャネルは、空洞１３３を相互連絡するために、ナノ多孔層１１７全体にわたってまたはその実質的な部分において形成されない。
一緒に堆積された界面活性剤
電気めっきの過程では、これらのナノ粒子を封入する逆ミセルは破裂する可能性があり、ナノ粒子はカソード電極上で堆積される。破裂した逆ミセル由来のかなりの量の界面活性剤分子がカソード電極上にナノ粒子と共に堆積される。電気めっきの過程では、界面活性剤分子はナノ粒子表面に結合する可能性があり、ナノ粒子－界面活性剤分子複合体が一緒に堆積され得る。界面活性剤分子は、結果的に得られたナノ構造中のナノ粒子間に挿入またはトラップされ得る。
電気めっきの過程では、これらのナノ粒子を封入する逆ミセルは破裂する可能性があり、ナノ粒子はカソード電極上で堆積される。破裂した逆ミセル由来のかなりの量の界面活性剤分子がカソード電極上にナノ粒子と共に堆積される。電気めっきの過程では、界面活性剤分子はナノ粒子表面に結合する可能性があり、ナノ粒子－界面活性剤分子複合体が一緒に堆積され得る。界面活性剤分子は、結果的に得られたナノ構造中のナノ粒子間に挿入またはトラップされ得る。
残りの界面活性剤および効果
ナノ粒子と一緒に堆積された界面活性剤分子は、ナノ粒子間のギャップおよび空間、すなわち、粒子間細孔を占有し得る。これらの界面活性剤分子は、グルコース酸化に関与するナノポアおよびナノ粒子表面を効果的にブロックする可能性がある。さらに、界面活性剤分子は金属表面上で分解する可能性があり、これはナノ粒子表面を汚染する可能性がある。全体として、グルコース酸化の感度は、ナノ多孔層中に残っている界面活性剤により影響され得る。
ナノ粒子と一緒に堆積された界面活性剤分子は、ナノ粒子間のギャップおよび空間、すなわち、粒子間細孔を占有し得る。これらの界面活性剤分子は、グルコース酸化に関与するナノポアおよびナノ粒子表面を効果的にブロックする可能性がある。さらに、界面活性剤分子は金属表面上で分解する可能性があり、これはナノ粒子表面を汚染する可能性がある。全体として、グルコース酸化の感度は、ナノ多孔層中に残っている界面活性剤により影響され得る。
洗浄
工程１１０５で、結果的に得られたナノ多孔層は水または他の液体で洗浄され、そこから界面活性剤分子が除去される。しかしながら、洗浄は界面活性剤分子を実質的に除去するには有効ではなく、というのも、多くの界面活性剤分子が隣接するナノ粒子間にトラップされ、また、洗浄液はある一定のレベルにしか到達できないからである。
工程１１０５で、結果的に得られたナノ多孔層は水または他の液体で洗浄され、そこから界面活性剤分子が除去される。しかしながら、洗浄は界面活性剤分子を実質的に除去するには有効ではなく、というのも、多くの界面活性剤分子が隣接するナノ粒子間にトラップされ、また、洗浄液はある一定のレベルにしか到達できないからである。
ナノ粒子コロイドなし
電気めっき法では、金属イオンを還元して、ナノ粒子を形成させるために還元剤は添加されない。電気めっきの過程中に、ナノ粒子は、カソード電極表面の隣または近くにある逆ミセルの親水性空間内で形成され得る。次いで、ナノ粒子はカソード電極上に堆積される可能性がある。しかしながら、ナノ粒子は、液体組成物全体を通して逆ミセルの親水性空間では形成されない。したがって、図８に図示されるように、ナノ粒子コロイドは形成されない。
電気めっき法では、金属イオンを還元して、ナノ粒子を形成させるために還元剤は添加されない。電気めっきの過程中に、ナノ粒子は、カソード電極表面の隣または近くにある逆ミセルの親水性空間内で形成され得る。次いで、ナノ粒子はカソード電極上に堆積される可能性がある。しかしながら、ナノ粒子は、液体組成物全体を通して逆ミセルの親水性空間では形成されない。したがって、図８に図示されるように、ナノ粒子コロイドは形成されない。
クラスターなし、およびクラスターコロイドなし
電気めっき法では、ナノ粒子を形成させた後、界面活性剤を除去するための工程はない。むしろ、界面活性剤およびナノ粒子は、電気めっきのプロセス中に一緒に堆積される。したがって、プロセスのいずれの段階でもクラスターは形成されず、クラスターコロイドも形成されない。
電気めっき法では、ナノ粒子を形成させた後、界面活性剤を除去するための工程はない。むしろ、界面活性剤およびナノ粒子は、電気めっきのプロセス中に一緒に堆積される。したがって、プロセスのいずれの段階でもクラスターは形成されず、クラスターコロイドも形成されない。
収率－金属の回収
電気めっき完了時に、めっき浴はかなりの量の金属イオンを含む。よって、電気めっき法での金属の回収は、クラスター化ナノ多孔層のためのプロセスにおけるように過剰量の還元剤を添加することによる還元ほど高くない可能性がある。
電気めっき完了時に、めっき浴はかなりの量の金属イオンを含む。よって、電気めっき法での金属の回収は、クラスター化ナノ多孔層のためのプロセスにおけるように過剰量の還元剤を添加することによる還元ほど高くない可能性がある。
液晶相を使用したナノ多孔層の製造
ナノ多孔性金属層は、界面活性剤の液晶相から作製され得る。図１２について説明すると、工程１２０１で、水性液体組成物が金属イオンおよび液晶相の、例えば、六角形配列の界面活性剤を含むように調製される。その後、工程１２０３で、水性液体組成物はナノ多孔層を堆積するために電気めっきに供せられ、この場合、金属原子は液晶相を鋳型として使用して堆積される。工程１２０５で、界面活性剤は堆積された六角形ナノ構造から除去される。図１３Ａは六角形配列の形成を示す。図１３Ｂは液晶相の六角形配列を使用した金属の堆積を示す。
ナノ多孔性金属層は、界面活性剤の液晶相から作製され得る。図１２について説明すると、工程１２０１で、水性液体組成物が金属イオンおよび液晶相の、例えば、六角形配列の界面活性剤を含むように調製される。その後、工程１２０３で、水性液体組成物はナノ多孔層を堆積するために電気めっきに供せられ、この場合、金属原子は液晶相を鋳型として使用して堆積される。工程１２０５で、界面活性剤は堆積された六角形ナノ構造から除去される。図１３Ａは六角形配列の形成を示す。図１３Ｂは液晶相の六角形配列を使用した金属の堆積を示す。
マルトース－ブロッキング層
マルトース
マルトースは、図２０に図示されるように、２つのグルコース単位からなる二糖である。マルトースは、ヒトまたは動物の血液または他の体液中に存在し得る。試験流体中のマルトースの存在は、酵素および非酵素グルコース感知システムの両方において、グルコースレベルの正確な感知に干渉し得る。
マルトース
マルトースは、図２０に図示されるように、２つのグルコース単位からなる二糖である。マルトースは、ヒトまたは動物の血液または他の体液中に存在し得る。試験流体中のマルトースの存在は、酵素および非酵素グルコース感知システムの両方において、グルコースレベルの正確な感知に干渉し得る。
酵素グルコース感知におけるマルトースの干渉
酵素グルコース感知システムにおいて使用されるいくつかの酵素はマルトースならびにグルコースを酸化する。したがって、マルトースが試験流体中に存在する場合、酵素グルコース感知システムは、マルトースのためにグルコースレベルの不正確な読み取り値を有し得る。不正確な読み取り値がインスリン注入を制御または調整するために使用されると、その結果は重篤なものになる可能性がある。
酵素グルコース感知システムにおいて使用されるいくつかの酵素はマルトースならびにグルコースを酸化する。したがって、マルトースが試験流体中に存在する場合、酵素グルコース感知システムは、マルトースのためにグルコースレベルの不正確な読み取り値を有し得る。不正確な読み取り値がインスリン注入を制御または調整するために使用されると、その結果は重篤なものになる可能性がある。
非酵素グルコース感知におけるマルトースの干渉
作用電極１０３ＮＥのナノ多孔層１１７は、グルコースの感知と同じバイアス電圧でマルトースを酸化することができる。図２０に図示されるように、約１．４－１．６ｎｍの長さを用いると、マルトース分子はナノ多孔層１１７の粒子間ナノポア１２３に入ることができ、そこで、グルコースと共に酸化され得る。実施例９．１１および図１８により、マルトースは、ＰＢＳ中で、グルコースおよび他の干渉化学成分と共に検出することができることが確認される。また、実施例１０．９および図１９により、マルトースは、血清中でグルコースおよび他の干渉化学成分と共に検出することができることが確認される。
作用電極１０３ＮＥのナノ多孔層１１７は、グルコースの感知と同じバイアス電圧でマルトースを酸化することができる。図２０に図示されるように、約１．４－１．６ｎｍの長さを用いると、マルトース分子はナノ多孔層１１７の粒子間ナノポア１２３に入ることができ、そこで、グルコースと共に酸化され得る。実施例９．１１および図１８により、マルトースは、ＰＢＳ中で、グルコースおよび他の干渉化学成分と共に検出することができることが確認される。また、実施例１０．９および図１９により、マルトースは、血清中でグルコースおよび他の干渉化学成分と共に検出することができることが確認される。
マルトース－ブロッキング層を有する非酵素作用電極
図２１について説明すると、作用電極１０３ＮＥは、ナノ多孔層１１７およびナノ多孔層１１７上のマルトース－ブロッキングまたはマルトース－スクリーニング層３０１を含む。実施形態では、ナノ多孔層１１７は、クラスター化形態を含むか、または非クラスター化形態を含むかに関係なく、マルトースおよびグルコースの両方を酸化することができる。マルトース－ブロッキング層３０１は下にあるナノ多孔層１１７と接触することができ、または、介在層により分離され得る。作用電極１０３ＮＥはまた、追加の機能層１１２をマルトース－ブロッキング層３０１上で含み得る。別の場合では、追加の機能層１１２はマルトース－ブロッキング層３０１とナノ多孔層１１７の間に挿入され得る。
図２１について説明すると、作用電極１０３ＮＥは、ナノ多孔層１１７およびナノ多孔層１１７上のマルトース－ブロッキングまたはマルトース－スクリーニング層３０１を含む。実施形態では、ナノ多孔層１１７は、クラスター化形態を含むか、または非クラスター化形態を含むかに関係なく、マルトースおよびグルコースの両方を酸化することができる。マルトース－ブロッキング層３０１は下にあるナノ多孔層１１７と接触することができ、または、介在層により分離され得る。作用電極１０３ＮＥはまた、追加の機能層１１２をマルトース－ブロッキング層３０１上で含み得る。別の場合では、追加の機能層１１２はマルトース－ブロッキング層３０１とナノ多孔層１１７の間に挿入され得る。
マルトースの選択的ブロッキング
マルトース－ブロッキング層３０１は、マルトース分子がそこを通過する、またはそこを突き抜けるのを効果的に、または実質的にブロック、または阻止する一方、グルコース分子がそこを通過するのを可能にする。マルトース－ブロッキング層３０１を用いると、試験流体中に含まれるマルトース分子は、全く、またはグルコース感知を妨害するのに有意の濃度で、その下にあるナノ多孔層１１７に到達することができない。マルトース－ブロッキング層３０１の選択的マルトースブロッキング効果を考えると、ナノ多孔層１１７が、グルコース酸化に対するのと同じバイアス電圧でマルトースを酸化することができたとしても、試験流体中のマルトースの存在がグルコース感知に影響する可能性は低い。加えて、マルトース－ブロッキング層３０１は、マルトースより大きい試験流体の他の分子および成分を効果的にブロックまたは阻止する。
マルトース－ブロッキング層３０１は、マルトース分子がそこを通過する、またはそこを突き抜けるのを効果的に、または実質的にブロック、または阻止する一方、グルコース分子がそこを通過するのを可能にする。マルトース－ブロッキング層３０１を用いると、試験流体中に含まれるマルトース分子は、全く、またはグルコース感知を妨害するのに有意の濃度で、その下にあるナノ多孔層１１７に到達することができない。マルトース－ブロッキング層３０１の選択的マルトースブロッキング効果を考えると、ナノ多孔層１１７が、グルコース酸化に対するのと同じバイアス電圧でマルトースを酸化することができたとしても、試験流体中のマルトースの存在がグルコース感知に影響する可能性は低い。加えて、マルトース－ブロッキング層３０１は、マルトースより大きい試験流体の他の分子および成分を効果的にブロックまたは阻止する。
バイアス電圧
非酵素グルコース感知システムでは、マルトース－ブロッキング層３０１の追加は、グルコース感知のためのバイアス電圧の増加または減少を必要としない。
非酵素グルコース感知システムでは、マルトース－ブロッキング層３０１の追加は、グルコース感知のためのバイアス電圧の増加または減少を必要としない。
多孔性ポリマー層
実施形態では、マルトース－ブロッキング層３０１は、グルコースは通過することができるが、マルトースは通過できない多孔性ポリマー材料から製造され、またはこれを含む。多孔性ポリマー材料は、ポリ（ｍ－フェニレンジアミン）（ポリ－ｍＰＤ）、ポリ（ｏ－フェニレンジアミン）（ポリ－ｏＰＤ）、およびポリ（ｐ－フェニレンジアミン）（ポリ－ｐＰＤ）を含む、少なくとも１つのポリ－フェニレンジアミン（ポリ－ＰＤ）を含有する。
実施形態では、マルトース－ブロッキング層３０１は、グルコースは通過することができるが、マルトースは通過できない多孔性ポリマー材料から製造され、またはこれを含む。多孔性ポリマー材料は、ポリ（ｍ－フェニレンジアミン）（ポリ－ｍＰＤ）、ポリ（ｏ－フェニレンジアミン）（ポリ－ｏＰＤ）、およびポリ（ｐ－フェニレンジアミン）（ポリ－ｐＰＤ）を含む、少なくとも１つのポリ－フェニレンジアミン（ポリ－ＰＤ）を含有する。
ナノサイズ化された厚さ
マルトース－ブロッキング層３０１は、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９または４０ｎｍまたは約２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９または４０ｎｍの厚さを有する。記載を通して、マルトース－ブロッキング層の厚さは、厚さ変動の上１０％および下１０％を除くポリマー層の平均厚さを示す。実施形態では、厚さは、直前の文で列挙される任意の２つの数字（２つの厚さ値）を選択することにより形成される範囲内、例えば、約１５ｎｍ～約３５ｎｍ、約１７ｎｍ～約３３ｎｍ、約１８ｎｍ～約３２ｎｍ、約２０ｎｍ～約３０ｎｍ、約２１ｎｍ～約２９ｎｍ、約２２ｎｍ～約２８ｎｍ、などであってもよい。
マルトース－ブロッキング層３０１は、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９または４０ｎｍまたは約２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９または４０ｎｍの厚さを有する。記載を通して、マルトース－ブロッキング層の厚さは、厚さ変動の上１０％および下１０％を除くポリマー層の平均厚さを示す。実施形態では、厚さは、直前の文で列挙される任意の２つの数字（２つの厚さ値）を選択することにより形成される範囲内、例えば、約１５ｎｍ～約３５ｎｍ、約１７ｎｍ～約３３ｎｍ、約１８ｎｍ～約３２ｎｍ、約２０ｎｍ～約３０ｎｍ、約２１ｎｍ～約２９ｎｍ、約２２ｎｍ～約２８ｎｍ、などであってもよい。
多孔度のレベル
実施形態では、マルトース－ブロッキング層３０１はグルコース分子がその厚さを通過するのを可能にするが、マルトース分子がそこを通過するのを効果的にブロッキングする多孔度を有する。グルコースを通過させ、マルトースが通過しないようにブロックする目標を達成するために、マルトース－ブロッキング層の全体多孔度は、望ましいレベルに調整される必要がある。マルトース－ブロッキング層３０１の全体多孔度は層の密度（または細孔およびチャネルを含む内部形態）および厚さに関連する。マルトース－ブロッキング層のための材料の濃度およびマルトース－ブロッキング層を形成する方法は、密度と関連する可能性がある。これらのパラメータを使用して全体多孔度を調整することにいくらか成功しているが、多孔度のレベルは一般に、材料の濃度および層を形成する方法を用いて規定または記載され得ないことが見出されている。マルトース－ブロッキング層の厚さはまた、全体多孔度に関連するが、それは特定の多孔度または体積あたりの多孔度に依存する。よって、多孔度のレベルは、異なる様式で規定される必要がある。
実施形態では、マルトース－ブロッキング層３０１はグルコース分子がその厚さを通過するのを可能にするが、マルトース分子がそこを通過するのを効果的にブロッキングする多孔度を有する。グルコースを通過させ、マルトースが通過しないようにブロックする目標を達成するために、マルトース－ブロッキング層の全体多孔度は、望ましいレベルに調整される必要がある。マルトース－ブロッキング層３０１の全体多孔度は層の密度（または細孔およびチャネルを含む内部形態）および厚さに関連する。マルトース－ブロッキング層のための材料の濃度およびマルトース－ブロッキング層を形成する方法は、密度と関連する可能性がある。これらのパラメータを使用して全体多孔度を調整することにいくらか成功しているが、多孔度のレベルは一般に、材料の濃度および層を形成する方法を用いて規定または記載され得ないことが見出されている。マルトース－ブロッキング層の厚さはまた、全体多孔度に関連するが、それは特定の多孔度または体積あたりの多孔度に依存する。よって、多孔度のレベルは、異なる様式で規定される必要がある。
マルトース－ブロッキング層なしでの、グルコースおよびマルトースについての感度（電流密度）
グルコースモニタリングについて、定常状態で、４－２０ｍＭのグルコース濃度（ヒト体液中の典型的なグルコースレベル）を有する試験流体中で０．２－０．４５Ｖのバイアス電圧の印加を用いると、試験流体と接触するナノ多孔層１１７（すなわち、マルトース－ブロッキング層なし）は、グルコースについての最小電流密度（感度）である１０ｎＡ／ｍＭｃｍ ２ より高いレベルでグルコース－酸化電流（グルコースのみの酸化により引き起こされた電流）を発生させる必要がある。実施形態によれば、マルトース－ブロッキング層なしで、同じナノ多孔層１１７は、マルトースを４－２０ｍＭの濃度（上記グルコース濃度と同じ）で含む試験流体において、０．２－０．４５Ｖのバイアス電圧の印加を用いて定常状態で、同様のレベルの電流（すなわち、１０ｎＡ／ｍＭｃｍ２より高い）は発生させるであろう。
グルコースモニタリングについて、定常状態で、４－２０ｍＭのグルコース濃度（ヒト体液中の典型的なグルコースレベル）を有する試験流体中で０．２－０．４５Ｖのバイアス電圧の印加を用いると、試験流体と接触するナノ多孔層１１７（すなわち、マルトース－ブロッキング層なし）は、グルコースについての最小電流密度（感度）である１０ｎＡ／ｍＭｃｍ ２ より高いレベルでグルコース－酸化電流（グルコースのみの酸化により引き起こされた電流）を発生させる必要がある。実施形態によれば、マルトース－ブロッキング層なしで、同じナノ多孔層１１７は、マルトースを４－２０ｍＭの濃度（上記グルコース濃度と同じ）で含む試験流体において、０．２－０．４５Ｖのバイアス電圧の印加を用いて定常状態で、同様のレベルの電流（すなわち、１０ｎＡ／ｍＭｃｍ２より高い）は発生させるであろう。
グルコースおよびマルトースの電流密度によるマルトース－ブロッキング層の多孔度
実施形態によれば、マルトースブロッキング層３０１は、グルコースがそこを通って移動するのを可能にするための多孔度を有し、そのため、グルコース酸化電流は、グルコースに対する最小電流密度より依然として高い。したがって、０．２－０．４５Ｖのバイアス電圧を、４－２０ｍＭのグルコース濃度を有する試験流体中で印加すると、定常状態では、マルトースブロッキング層３０１を有する作用電極１０３ＮＥは、グルコース－酸化電流を、グルコースについての最小電流密度（感度）である１０ｎＡ／ｍＭｃｍ ２ より高いレベルで発生させる。他方、マルトースブロッキング層３０１はマルトースがそこを通過しないように効果的にブロックする多孔度を有し、そのため、４－２０ｍＭのマルトース濃度を有する試験流体において０．２－０．４５Ｖのバイアス電圧を印加すると、定常状態では、マルトースのみにより引き起こされた電流（マルトース－酸化電流）は、マルトース－ブロッキング層を用いた場合のマルトースについての最大電流密度である５ｎＡ／ｍＭｃｍ ２ より低いレベルにある。
実施形態によれば、マルトースブロッキング層３０１は、グルコースがそこを通って移動するのを可能にするための多孔度を有し、そのため、グルコース酸化電流は、グルコースに対する最小電流密度より依然として高い。したがって、０．２－０．４５Ｖのバイアス電圧を、４－２０ｍＭのグルコース濃度を有する試験流体中で印加すると、定常状態では、マルトースブロッキング層３０１を有する作用電極１０３ＮＥは、グルコース－酸化電流を、グルコースについての最小電流密度（感度）である１０ｎＡ／ｍＭｃｍ ２ より高いレベルで発生させる。他方、マルトースブロッキング層３０１はマルトースがそこを通過しないように効果的にブロックする多孔度を有し、そのため、４－２０ｍＭのマルトース濃度を有する試験流体において０．２－０．４５Ｖのバイアス電圧を印加すると、定常状態では、マルトースのみにより引き起こされた電流（マルトース－酸化電流）は、マルトース－ブロッキング層を用いた場合のマルトースについての最大電流密度である５ｎＡ／ｍＭｃｍ ２ より低いレベルにある。
電気化学重合
マルトース－ブロッキング層３０１のための多孔性ポリマー材料はナノ多孔層１１７上に、電気化学重合（電解重合）によりサイクリックボルタンメトリー技術を使用して形成され得る。実施形態では、ナノ多孔層を含む作用電極が、サイクリックボルタンメトリー電気化学重合のために、モノマーを含む反応混合物溶液に浸される。作用電極と参照電極の間にモノマーの酸化電圧の範囲内で、バイアス電圧を印加することにより、重合が起こり、ポリマー層がナノ多孔層上に形成される。フェニレンジアミンの重合についてのさらなる詳細は、“Ｅｌｅｃｔｒｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｏ－Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ ｏｎ Ｐｔ－Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｒｏｍ Ａｑｕｅｏｕｓ Ａｃｉｄｉｃ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ： Ｋｉｎｅｔｉｃ， Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ， Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｔｕｄｉｅｓ ａｎｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｏｂｔａｉｎｅｄ”， Ｓａｙｙａｈ ｅｔ ａｌ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｖｏｌ． １１２， ６号， ３６９５－３７０６ （２００９），および“Ｅｌｅｃｔｒｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐ－Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ ｏｎ Ｐｔ－Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｒｏｍ Ａｑｕｅｏｕｓ Ａｃｉｄｉｃ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ： Ｋｉｎｅｔｉｃｓ， Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ， Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｔｕｄｉｅｓ， ａｎｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｏｂｔａｉｎｅｄ”， Ｓａｙｙａｈ ｅｔ ａｌ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｖｏｌ． １１７， ２号， ９４３－９５２ （２０１０）において開示され、その各々はこれにより、参照により本明細書に組み込まれる。
マルトース－ブロッキング層３０１のための多孔性ポリマー材料はナノ多孔層１１７上に、電気化学重合（電解重合）によりサイクリックボルタンメトリー技術を使用して形成され得る。実施形態では、ナノ多孔層を含む作用電極が、サイクリックボルタンメトリー電気化学重合のために、モノマーを含む反応混合物溶液に浸される。作用電極と参照電極の間にモノマーの酸化電圧の範囲内で、バイアス電圧を印加することにより、重合が起こり、ポリマー層がナノ多孔層上に形成される。フェニレンジアミンの重合についてのさらなる詳細は、“Ｅｌｅｃｔｒｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｏ－Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ ｏｎ Ｐｔ－Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｒｏｍ Ａｑｕｅｏｕｓ Ａｃｉｄｉｃ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ： Ｋｉｎｅｔｉｃ， Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ， Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｔｕｄｉｅｓ ａｎｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｏｂｔａｉｎｅｄ”， Ｓａｙｙａｈ ｅｔ ａｌ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｖｏｌ． １１２， ６号， ３６９５－３７０６ （２００９），および“Ｅｌｅｃｔｒｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐ－Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ ｏｎ Ｐｔ－Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｒｏｍ Ａｑｕｅｏｕｓ Ａｃｉｄｉｃ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ： Ｋｉｎｅｔｉｃｓ， Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ， Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｔｕｄｉｅｓ， ａｎｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｏｂｔａｉｎｅｄ”， Ｓａｙｙａｈ ｅｔ ａｌ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｖｏｌ． １１７， ２号， ９４３－９５２ （２０１０）において開示され、その各々はこれにより、参照により本明細書に組み込まれる。
酸化電圧の印加
バイアス電圧は、サイクリックボルタンメトリー中に変化させることができる。例えば、バイアス電圧は、最初の時間セグメントの間酸化電圧範囲内で徐々に増加させることができ、次いで、次の時間セグメントの間酸化電圧範囲内で徐々に減少させることができるが、それに限定されない。フェニレンジアミンについては、バイアス電圧は０．５Ｖ～１．０Ｖで印加される。図２２は、フェニレンジアミンのサイクリックボルタンメトリー電気化学重合中の、バイアス電圧の走査の一例を示す。
バイアス電圧は、サイクリックボルタンメトリー中に変化させることができる。例えば、バイアス電圧は、最初の時間セグメントの間酸化電圧範囲内で徐々に増加させることができ、次いで、次の時間セグメントの間酸化電圧範囲内で徐々に減少させることができるが、それに限定されない。フェニレンジアミンについては、バイアス電圧は０．５Ｖ～１．０Ｖで印加される。図２２は、フェニレンジアミンのサイクリックボルタンメトリー電気化学重合中の、バイアス電圧の走査の一例を示す。
バイアス電圧走査速度
以下で記載されるモノマーの濃度と一緒に、酸化電圧範囲の下限と上限の間でのバイアス電圧の走査速度は、結果的に得られるポリマー層の多孔度および厚さに関連し得る。実施形態では、走査速度は約０．５、１、２、４、６、８、１０、１５、２０、２５、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１２０、１４０、１６０、１８０、２００、２２０、２４０、２６０、２８０、３００、３５０または４００ｍＶ／秒である。実施形態では、走査速度は、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約５ｍＶ／秒～約２００ｍＶ／秒であってもよい。
以下で記載されるモノマーの濃度と一緒に、酸化電圧範囲の下限と上限の間でのバイアス電圧の走査速度は、結果的に得られるポリマー層の多孔度および厚さに関連し得る。実施形態では、走査速度は約０．５、１、２、４、６、８、１０、１５、２０、２５、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１２０、１４０、１６０、１８０、２００、２２０、２４０、２６０、２８０、３００、３５０または４００ｍＶ／秒である。実施形態では、走査速度は、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約５ｍＶ／秒～約２００ｍＶ／秒であってもよい。
モノマーの濃度
モノマーの濃度は、約０．０１、０．０５、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１．０、１．２、１．４、１．６、１．８、２．０、２．２、２．４、２．６、２．８、３．０、３．２、３．４、３．６、３．８、４．０、４．２、４．４、４．６、４．８、５．０、５．２、５．４、５．６、５．８、６．０、６．２、６．４、６．６、６．８、７．０、７．２、７．４、７．６、７．８、８．０、８．２、８．４、８．６、８．８、９．０、９．２、９．４、９．６、９．８または１０ｍＭである。実施形態では、モノマーの濃度は、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約０．０５ｍＭ～約０．８ｍＭ、約１．０ｍＭ～約５．０ｍＭ、などであってもよい。前述の濃度は、３種のフェニレンジアミンに適用可能である。
モノマーの濃度は、約０．０１、０．０５、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１．０、１．２、１．４、１．６、１．８、２．０、２．２、２．４、２．６、２．８、３．０、３．２、３．４、３．６、３．８、４．０、４．２、４．４、４．６、４．８、５．０、５．２、５．４、５．６、５．８、６．０、６．２、６．４、６．６、６．８、７．０、７．２、７．４、７．６、７．８、８．０、８．２、８．４、８．６、８．８、９．０、９．２、９．４、９．６、９．８または１０ｍＭである。実施形態では、モノマーの濃度は、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約０．０５ｍＭ～約０．８ｍＭ、約１．０ｍＭ～約５．０ｍＭ、などであってもよい。前述の濃度は、３種のフェニレンジアミンに適用可能である。
モノマー濃度を考慮した多孔度
反応混合物溶液中のモノマーの濃度は、結果的に得られるマルトース－ブロッキング層の多孔度に関連する。図２４のマルトース－ブロッキング層を製造するためのフローチャートでは、モノマー濃度は最初に工程２４０１で決定され、重合は工程２４０３で実施される。実施形態では、約０．７ｍＭ、約０．６ｍＭ、または約０．５ｍＭ未満のモノマー濃度は、マルトース－ブロッキング層に対し望ましいレベルの全体多孔度を提供し得る。実施形態では、モノマー濃度が約０．７ｍＭ、約０．８ｍＭ、約０．９ｍＭ、約１．０ｍＭ、約１．１ｍＭ、または約１．２ｍＭを超えると、結果的に得られるポリマー層はグルコースがそこを通過するのを可能にする十分な多孔度を有さず、すなわち、グルコースについての最小電流密度（感度）である１０ｎＡ／ｍＭｃｍ ２ より低いレベルでグルコース－酸化電流を発生させる。工程２４０５で、結果的に得られたポリマー層は、工程２４０５でその多孔度を調整するための処理に供せられる。
反応混合物溶液中のモノマーの濃度は、結果的に得られるマルトース－ブロッキング層の多孔度に関連する。図２４のマルトース－ブロッキング層を製造するためのフローチャートでは、モノマー濃度は最初に工程２４０１で決定され、重合は工程２４０３で実施される。実施形態では、約０．７ｍＭ、約０．６ｍＭ、または約０．５ｍＭ未満のモノマー濃度は、マルトース－ブロッキング層に対し望ましいレベルの全体多孔度を提供し得る。実施形態では、モノマー濃度が約０．７ｍＭ、約０．８ｍＭ、約０．９ｍＭ、約１．０ｍＭ、約１．１ｍＭ、または約１．２ｍＭを超えると、結果的に得られるポリマー層はグルコースがそこを通過するのを可能にする十分な多孔度を有さず、すなわち、グルコースについての最小電流密度（感度）である１０ｎＡ／ｍＭｃｍ ２ より低いレベルでグルコース－酸化電流を発生させる。工程２４０５で、結果的に得られたポリマー層は、工程２４０５でその多孔度を調整するための処理に供せられる。
多孔度を調整するための電気ショック
ポリマー層３０２の全体多孔度が望ましいレベルにない場合、ポリマー層は、多孔度の調整のためにさらに処理され得る。例えば、ポリマー層は電気ショックに供せられ得る。実施形態では、電気ショックは、図２３で示されるクロノアンペロメトリー設定を用いてポリマー層３０２に適用され得、この場合、電気ショック電極３０９およびナノ多孔層１１７上に形成されたポリマー層３０２が電解質溶液３１１中に沈められる。電圧源３０５およびスイッチ３０７が基材３０３と電気ショック電極３０９の間に接続される。スイッチ３０７の動作により、電流が多孔性ポリマー層３０２を通って流れ、形態変化を引き起こし、これにより、ポリマー層３０２の多孔度が増加する。その結果、ポリマー層３０２は、グルコースがその厚さを通過するのを可能にし、かつ、マルトースがそこを通過しないように効果的にブロックする望ましいレベルの多孔度を有するマルトース－ブロッキング層３０１になる。
ポリマー層３０２の全体多孔度が望ましいレベルにない場合、ポリマー層は、多孔度の調整のためにさらに処理され得る。例えば、ポリマー層は電気ショックに供せられ得る。実施形態では、電気ショックは、図２３で示されるクロノアンペロメトリー設定を用いてポリマー層３０２に適用され得、この場合、電気ショック電極３０９およびナノ多孔層１１７上に形成されたポリマー層３０２が電解質溶液３１１中に沈められる。電圧源３０５およびスイッチ３０７が基材３０３と電気ショック電極３０９の間に接続される。スイッチ３０７の動作により、電流が多孔性ポリマー層３０２を通って流れ、形態変化を引き起こし、これにより、ポリマー層３０２の多孔度が増加する。その結果、ポリマー層３０２は、グルコースがその厚さを通過するのを可能にし、かつ、マルトースがそこを通過しないように効果的にブロックする望ましいレベルの多孔度を有するマルトース－ブロッキング層３０１になる。
酸性溶液
電気ショックのための電解質溶液は、約２、３または４未満のｐＨを有する酸性溶液であってもよいが、それらに限定されない。いくつかの実施形態では、酸性溶液は少なくとも１つの酸を含み得る。酸性溶液のための酸の非限定的な例としては、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、硝酸（ＨＮＯ３）、塩素酸（ＨＣｌ）、ギ酸、乳酸、リンゴ酸、クエン酸、炭酸、スルホン酸、などが挙げられる。
電気ショックのための電解質溶液は、約２、３または４未満のｐＨを有する酸性溶液であってもよいが、それらに限定されない。いくつかの実施形態では、酸性溶液は少なくとも１つの酸を含み得る。酸性溶液のための酸の非限定的な例としては、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、硝酸（ＨＮＯ３）、塩素酸（ＨＣｌ）、ギ酸、乳酸、リンゴ酸、クエン酸、炭酸、スルホン酸、などが挙げられる。
電気ショックのための波形
電位は様々な波形で印加され得る。実施形態では、電位はＡＣまたはＤＣで印加される。実施形態では、電位は多重パルスまたは単一パルスで印加される。実施形態では、電位は電圧信号の他の形状で印加され得る。
電位は様々な波形で印加され得る。実施形態では、電位はＡＣまたはＤＣで印加される。実施形態では、電位は多重パルスまたは単一パルスで印加される。実施形態では、電位は電圧信号の他の形状で印加され得る。
電気ショックのための電位
ポリマー層３０２に印加される電位は、約０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１．０、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２．０、２．１、２．２、２．３、２．４、２．５、２．６、２．７、２．８、２．９、３．０、３．１、３．２、３．３、３．４、３．５、３．６、３．７、３．８、３．９、または４．０Ｖである。実施形態では、最大電圧は、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約０．５～約２．５Ｖ、約１．０～約２．０Ｖ、などであってもよい。
ポリマー層３０２に印加される電位は、約０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１．０、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２．０、２．１、２．２、２．３、２．４、２．５、２．６、２．７、２．８、２．９、３．０、３．１、３．２、３．３、３．４、３．５、３．６、３．７、３．８、３．９、または４．０Ｖである。実施形態では、最大電圧は、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約０．５～約２．５Ｖ、約１．０～約２．０Ｖ、などであってもよい。
電気ショックのための期間
電位を印加する期間は、約０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１．０、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２．０、２．１、２．２、２．３、２．４、２．５、２．６、２．７、２．８、２．９、３．０、３．１、３．２、３．３、３．４、３．５、３．６、３．７、３．８、３．９、４．０、４．１、４．２、４．３、４．４または４．５秒の間である。実施形態では、期間は、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約０．５～約２．５秒、約１．０および約２．０秒などであってもよい。
電位を印加する期間は、約０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１．０、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２．０、２．１、２．２、２．３、２．４、２．５、２．６、２．７、２．８、２．９、３．０、３．１、３．２、３．３、３．４、３．５、３．６、３．７、３．８、３．９、４．０、４．１、４．２、４．３、４．４または４．５秒の間である。実施形態では、期間は、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約０．５～約２．５秒、約１．０および約２．０秒などであってもよい。
酵素感知にも適用可能なマルトース－ブロッキング層
実施形態では、マルトース－ブロッキング層３０１は、酵素グルコース感知システムに適用され得る。図２に戻って説明すると、マルトース－ブロッキング層３０１は、追加の機能層１１２として、酵素層１１１上に追加することができ、マルトースはブロックされ、グルコースはそこを通過することができる。
実施形態では、マルトース－ブロッキング層３０１は、酵素グルコース感知システムに適用され得る。図２に戻って説明すると、マルトース－ブロッキング層３０１は、追加の機能層１１２として、酵素層１１１上に追加することができ、マルトースはブロックされ、グルコースはそこを通過することができる。
ＣＧＭ作用電極
ＣＧＭシステム
連続グルコースモニタリング（ＣＧＭ）システムは、生物流体中に含まれるグルコースレベルの測定のための、被検体の生物流体とインビボで接触するグルコース感知電極を含む。実際には、ＣＧＭ電極は、長期間、例えば数日、１週間、数週間または数ヶ月にわたり、測定のために、被検体の身体に挿入され、または埋め込まれる。
ＣＧＭシステム
連続グルコースモニタリング（ＣＧＭ）システムは、生物流体中に含まれるグルコースレベルの測定のための、被検体の生物流体とインビボで接触するグルコース感知電極を含む。実際には、ＣＧＭ電極は、長期間、例えば数日、１週間、数週間または数ヶ月にわたり、測定のために、被検体の身体に挿入され、または埋め込まれる。
非酵素ＣＧＭ作用電極
図３１は、一実施形態による非酵素ＣＧＭ作用電極５０１の断面を示す。図示されるＣＧＭ作用電極５０１は、ベース５０３、導電層１１０、ナノ多孔層１１７、マルトース－ブロッキング層３０１、電解質イオン－ブロッキング層５０５、および生体適合性層５０７を含む積層構造を有する。
図３１は、一実施形態による非酵素ＣＧＭ作用電極５０１の断面を示す。図示されるＣＧＭ作用電極５０１は、ベース５０３、導電層１１０、ナノ多孔層１１７、マルトース－ブロッキング層３０１、電解質イオン－ブロッキング層５０５、および生体適合性層５０７を含む積層構造を有する。
電極ベース
ベース、ベース基材または電極ベース５０３は、ＣＧＭ作用電極５０１の積層構造のための支持体を提供する。実施形態では、ベース５０３は電気絶縁層であり、限定はされないが、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリエチレングリコール、ポリヒドロキシエチルメタクリレート（ｐＨＥＭＡ）および他の生体適合性ポリマーなどの材料から製造されてもよく、またはこれを含み得る。実施形態では、ベース５０３は、電気絶縁の、かつ、生体適合性材料の可撓性フィルムの形態であってもよい。ベース５０３は約３０μｍ～約２００μｍの範囲の厚さを有するが、それに限定されない。ベース５０３はＣＭＧ感知電極５０１のための任意的な層であり、いくつかの実施形態では省略され得る。
ベース、ベース基材または電極ベース５０３は、ＣＧＭ作用電極５０１の積層構造のための支持体を提供する。実施形態では、ベース５０３は電気絶縁層であり、限定はされないが、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリエチレングリコール、ポリヒドロキシエチルメタクリレート（ｐＨＥＭＡ）および他の生体適合性ポリマーなどの材料から製造されてもよく、またはこれを含み得る。実施形態では、ベース５０３は、電気絶縁の、かつ、生体適合性材料の可撓性フィルムの形態であってもよい。ベース５０３は約３０μｍ～約２００μｍの範囲の厚さを有するが、それに限定されない。ベース５０３はＣＭＧ感知電極５０１のための任意的な層であり、いくつかの実施形態では省略され得る。
導電層
導電層１１０は、それらの間の介在層と共に、またはそれなしで、ベース５０３上に配置され得る。実施形態では、導電層１１０は、ベース５０３上で導電または半導電材料を印刷または分配することにより形成されるが、それに限定されない。ＣＧＭ作用電極５０１では、導電層１１０は約１００ｎｍ～１００μｍの範囲の厚さを有し得るが、それに限定されない。いくつかの実施形態では、導電層１１９は導電または半導電材料の２つ以上の副層を含み得る。ベース５０３が省略された実施形態では、導電層１１９は、その上の積層構造のための支持体として機能し得る。
導電層１１０は、それらの間の介在層と共に、またはそれなしで、ベース５０３上に配置され得る。実施形態では、導電層１１０は、ベース５０３上で導電または半導電材料を印刷または分配することにより形成されるが、それに限定されない。ＣＧＭ作用電極５０１では、導電層１１０は約１００ｎｍ～１００μｍの範囲の厚さを有し得るが、それに限定されない。いくつかの実施形態では、導電層１１９は導電または半導電材料の２つ以上の副層を含み得る。ベース５０３が省略された実施形態では、導電層１１９は、その上の積層構造のための支持体として機能し得る。
ナノ多孔層
ナノ多孔層１１７は導電層１１０上に形成され得る。ＣＧＭ作用電極５０１では、ナノ多孔層１１７は約５００ｎｍ～約１０μｍの範囲の厚さを有するが、それに限定されない。ナノ多孔層１１７はクラスター化形態、非クラスター化形態、六角形ナノ構造または他のナノ多孔性形態の少なくとも１つを有し得る。
ナノ多孔層１１７は導電層１１０上に形成され得る。ＣＧＭ作用電極５０１では、ナノ多孔層１１７は約５００ｎｍ～約１０μｍの範囲の厚さを有するが、それに限定されない。ナノ多孔層１１７はクラスター化形態、非クラスター化形態、六角形ナノ構造または他のナノ多孔性形態の少なくとも１つを有し得る。
マルトース－ブロッキング層
マルトース－ブロッキング層３０１はナノ多孔層１１７上に形成することができ、マルトース分子が下にあるナノ多孔層１１７に到達するのをブロックするが、グルコース分子がそこを通過するのを可能にする。実施形態では、マルトース－ブロッキング層３０１は、グルコース分子を通過させ、かつ、マルトース分子を通過させないために、ナノサイズ細孔を有するポリ－ＰＤなどのポリマー材料を含む。マルトース－ブロッキング層は約５ｎｍ～約４０ｎｍの範囲の厚さを有し得るが、それに限定されない。マルトース－ブロッキング層３０１はＣＭＧ感知電極５０１のための任意的な層であり、いくつかの実施形態では省略され得る。
マルトース－ブロッキング層３０１はナノ多孔層１１７上に形成することができ、マルトース分子が下にあるナノ多孔層１１７に到達するのをブロックするが、グルコース分子がそこを通過するのを可能にする。実施形態では、マルトース－ブロッキング層３０１は、グルコース分子を通過させ、かつ、マルトース分子を通過させないために、ナノサイズ細孔を有するポリ－ＰＤなどのポリマー材料を含む。マルトース－ブロッキング層は約５ｎｍ～約４０ｎｍの範囲の厚さを有し得るが、それに限定されない。マルトース－ブロッキング層３０１はＣＭＧ感知電極５０１のための任意的な層であり、いくつかの実施形態では省略され得る。
電解質イオン－ブロッキング層（電極コンディショニング増強／促進層）
電解質イオン－ブロッキング層５０５は、小さな電解質イオン、例えばＮａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｃｌ－、ＰＯ４ ３－およびＣＯ３ ２－がそこを通過する、または、下にあるナノ多孔層１１７に向かって拡散するのを効果的に制限または阻止する。後述するように、電解質イオン－ブロッキング層５０５はＣＧＭ作用電極のコンディショニングを増強し、作用電極コンディショニング増強または促進層とも呼ばれる。電解質イオン－ブロッキング層５０５は多孔性であり、そのため、グルコース分子は自由にそこを通過することができる。実行される場合、電解質イオン－ブロッキング層５０５は、試験流体中に含まれる水を吸収することにより、直ちに膨潤しないように疎水性である。電解質イオン－ブロッキング層５０５は約０．１μｍ～約１０μｍの範囲の厚さを有し得るが、それに限定されない。
電解質イオン－ブロッキング層５０５は、小さな電解質イオン、例えばＮａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｃｌ－、ＰＯ４ ３－およびＣＯ３ ２－がそこを通過する、または、下にあるナノ多孔層１１７に向かって拡散するのを効果的に制限または阻止する。後述するように、電解質イオン－ブロッキング層５０５はＣＧＭ作用電極のコンディショニングを増強し、作用電極コンディショニング増強または促進層とも呼ばれる。電解質イオン－ブロッキング層５０５は多孔性であり、そのため、グルコース分子は自由にそこを通過することができる。実行される場合、電解質イオン－ブロッキング層５０５は、試験流体中に含まれる水を吸収することにより、直ちに膨潤しないように疎水性である。電解質イオン－ブロッキング層５０５は約０．１μｍ～約１０μｍの範囲の厚さを有し得るが、それに限定されない。
電解質イオン－ブロッキング層のための材料
電解質イオン－ブロッキング層５０５は、例えば、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）（ＰＨＥＭＡ）、およびポリ（メチルメタクリレート－コ－エチレングリコールジメタクリレート）（ＰＭＭＡ－ＥＧ－ＰＭＭＡ）の少なくとも１つを含むことができ、またはそれらから製造され得る。また、電解質イオン－ブロッキング層５０５は、メチルメタクリレートとブチルメタクリレートのコポリマー、および、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ペンチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、２－エチルヘキシルメタクリレート、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、ブチルアクリレート、ペンチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、２－エチルヘキシルアクリレートを含む１つ以上のモノマーの重合から得られるポリマーから形成することができ、または、それらを追加的に含むことができる。
電解質イオン－ブロッキング層５０５は、例えば、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）（ＰＨＥＭＡ）、およびポリ（メチルメタクリレート－コ－エチレングリコールジメタクリレート）（ＰＭＭＡ－ＥＧ－ＰＭＭＡ）の少なくとも１つを含むことができ、またはそれらから製造され得る。また、電解質イオン－ブロッキング層５０５は、メチルメタクリレートとブチルメタクリレートのコポリマー、および、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ペンチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、２－エチルヘキシルメタクリレート、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、ブチルアクリレート、ペンチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、２－エチルヘキシルアクリレートを含む１つ以上のモノマーの重合から得られるポリマーから形成することができ、または、それらを追加的に含むことができる。
生体適合性層
ＣＧＭセンサが被検体の身体内に埋め込まれ、または挿入されると、生体適合性または生物学的保護層５０７は被検体の組織および体液と接する。生体適合性層５０７は、被検体の組織に対して毒性ではなく、被検体の身体による免疫拒絶を引き起こさない少なくとも１つの生体適合性材料を含む。また、生体適合性層５０７の少なくとも１つの材料は、グルコース濃度の感知がそれ自体の存在により著しく損なわれないように、体液がそこを通過して、下にあるナノ多孔層１１７に到達するのを可能にしなければならない。生体適合性層５０７は約５μｍ～約３０μＭの範囲の厚さを有し得るが、それに限定されない。
ＣＧＭセンサが被検体の身体内に埋め込まれ、または挿入されると、生体適合性または生物学的保護層５０７は被検体の組織および体液と接する。生体適合性層５０７は、被検体の組織に対して毒性ではなく、被検体の身体による免疫拒絶を引き起こさない少なくとも１つの生体適合性材料を含む。また、生体適合性層５０７の少なくとも１つの材料は、グルコース濃度の感知がそれ自体の存在により著しく損なわれないように、体液がそこを通過して、下にあるナノ多孔層１１７に到達するのを可能にしなければならない。生体適合性層５０７は約５μｍ～約３０μＭの範囲の厚さを有し得るが、それに限定されない。
生体適合性層のための材料
生体適合性層５０７は、例えば、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（エチレンオキシド－コプロピレンオキシド）（ＰＥＯ－ＰＰＯ）、ポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）、ポリ（スルホン）（ＰＳ）、ポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）、ポリ（エーテル－ウレタン）（ＰＵ）、ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）、エチレン－コ－ビニルアセテート（ＥＶＡ）、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（テトラフルオロエチレン）（ＰＴＦＥ）、ポリ（プロピレン）（ＰＰ）、ポリ（エチレン）（ＰＥ）、ポリエチレングリコール、およびポリヒドロキシエチルメタクリレート（ｐＨＥＭＡ）の少なくとも１つを含むことができ、またはそれらから製造され得る。
生体適合性層５０７は、例えば、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（エチレンオキシド－コプロピレンオキシド）（ＰＥＯ－ＰＰＯ）、ポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）、ポリ（スルホン）（ＰＳ）、ポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）、ポリ（エーテル－ウレタン）（ＰＵ）、ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）、エチレン－コ－ビニルアセテート（ＥＶＡ）、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（テトラフルオロエチレン）（ＰＴＦＥ）、ポリ（プロピレン）（ＰＰ）、ポリ（エチレン）（ＰＥ）、ポリエチレングリコール、およびポリヒドロキシエチルメタクリレート（ｐＨＥＭＡ）の少なくとも１つを含むことができ、またはそれらから製造され得る。
改変
ＣＧＭ作用電極５０１は１つ以上の追加の機能層を含み得るが、図３１には示されない。いくつかの実施形態では、マルトース－ブロッキング層３０１、電解質イオン－ブロッキング層５０５および生体適合性層５０７の１つ以上は省略され得る。他の実施形態では、マルトース－ブロッキング層３０１、電解質イオンブロッキング層５０５および生体適合性層５０７の２つ以上は組み合わせて１つの層にすることができ、またはそれらの位置を変更することができる。
ＣＧＭ作用電極５０１は１つ以上の追加の機能層を含み得るが、図３１には示されない。いくつかの実施形態では、マルトース－ブロッキング層３０１、電解質イオン－ブロッキング層５０５および生体適合性層５０７の１つ以上は省略され得る。他の実施形態では、マルトース－ブロッキング層３０１、電解質イオンブロッキング層５０５および生体適合性層５０７の２つ以上は組み合わせて１つの層にすることができ、またはそれらの位置を変更することができる。
酵素層なし
ＣＧＭ作用電極５０１は、グルコース－特異的酵素を含む酵素層を含まない。ＣＧＭ作用電極５０１は層のいずれにおいてもそのような酵素を含まない。
ＣＧＭ作用電極５０１は、グルコース－特異的酵素を含む酵素層を含まない。ＣＧＭ作用電極５０１は層のいずれにおいてもそのような酵素を含まない。
酸素取り込み層なし
ＣＧＭ作用電極５０１は、グルコースの酸化のためにグルコースオキシダーゼが使用される場合に分子酸素を収集し、供給するために必要とされるであろう酸素取り込み材料または層を含まない。
ＣＧＭ作用電極５０１は、グルコースの酸化のためにグルコースオキシダーゼが使用される場合に分子酸素を収集し、供給するために必要とされるであろう酸素取り込み材料または層を含まない。
電子伝達体なし
ＣＧＭ作用電極５０１は、グルコースデヒドロゲナーゼがグルコースの酸化のために使用される場合、電子を移動させるために必要とされるであろう電子伝達材料を含まない。
ＣＧＭ作用電極５０１は、グルコースデヒドロゲナーゼがグルコースの酸化のために使用される場合、電子を移動させるために必要とされるであろう電子伝達材料を含まない。
ＣＧＭ作用電極またはシステムのコンディショニング
電流の過渡信号
ＣＧＭ作用電極を使用する電気化学セルを、バイアス電圧の印加を用いて作製すると、ＣＧＭ作用電極は電流を発生させる。ＣＧＭ作用電極からの電流は、ＣＧＭ作用電極におけるバックグラウンドノイズとグルコース酸化由来の電流の和を表す。最初に、電流は過渡挙動を示す。図２５－３０に示されるように、最初は、電流はグルコース酸化のみにより引き起こされたものと比べて非常に高く、急速に減少する。その後、減少速度は落ちる。最終的に、電流はあるレベル、すなわち、定常状態で落ち着くが、インビボでは、電流は、許容範囲内で少し変動する可能性がある。
電流の過渡信号
ＣＧＭ作用電極を使用する電気化学セルを、バイアス電圧の印加を用いて作製すると、ＣＧＭ作用電極は電流を発生させる。ＣＧＭ作用電極からの電流は、ＣＧＭ作用電極におけるバックグラウンドノイズとグルコース酸化由来の電流の和を表す。最初に、電流は過渡挙動を示す。図２５－３０に示されるように、最初は、電流はグルコース酸化のみにより引き起こされたものと比べて非常に高く、急速に減少する。その後、減少速度は落ちる。最終的に、電流はあるレベル、すなわち、定常状態で落ち着くが、インビボでは、電流は、許容範囲内で少し変動する可能性がある。
グルコース感知のための電流
正確なグルコース感知では、電流は、電気化学セルおよび／またはＣＧＭ作用電極が定常状態にある時に、測定されなければならない。言い換えれば、ＣＧＭ作用電極からの電流は、グルコース濃度が変化しない場合、時間と共にあまり変化してはならない（すなわち、最初の減少後、あるレベルで落ち着く）。さらに、正確なグルコース感知のためには、バックグラウンド電流（ノイズ）は、グルコース酸化のみにより引き起こされた電流に比べあまり高すぎてはいけない。言い換えれば、総電流はグルコース酸化のみに由来の電流に比べあまり高すぎてはいけない。
正確なグルコース感知では、電流は、電気化学セルおよび／またはＣＧＭ作用電極が定常状態にある時に、測定されなければならない。言い換えれば、ＣＧＭ作用電極からの電流は、グルコース濃度が変化しない場合、時間と共にあまり変化してはならない（すなわち、最初の減少後、あるレベルで落ち着く）。さらに、正確なグルコース感知のためには、バックグラウンド電流（ノイズ）は、グルコース酸化のみにより引き起こされた電流に比べあまり高すぎてはいけない。言い換えれば、総電流はグルコース酸化のみに由来の電流に比べあまり高すぎてはいけない。
ＣＧＭ作用電極または電気化学セルのコンディショニング
ＣＧＭ作用電極は、グルコース感知前にコンディショニングを必要とする。ここで、コンディショニングは、正確なグルコース感知のためにＣＧＭ作用電極を安定化するプロセスを示す。ＣＧＭ作用電極のコンディショニングが完了すると、そこからの電流はあるレベルで落ち着くはずであり、グルコース由来の電流にくらべあまり高すぎてはいけない。正確なグルコースレベルを提供するために、ＣＧＭシステムは、コンディショニングが終了した後に測定された電流を使用しなければならない。ＣＧＭ作用電極のコンディショニングは長い時間がかかる可能性がある。市販の酵素ＣＧＭ作用電極は、コンディショニングのために数時間～数日必要とする。
ＣＧＭ作用電極は、グルコース感知前にコンディショニングを必要とする。ここで、コンディショニングは、正確なグルコース感知のためにＣＧＭ作用電極を安定化するプロセスを示す。ＣＧＭ作用電極のコンディショニングが完了すると、そこからの電流はあるレベルで落ち着くはずであり、グルコース由来の電流にくらべあまり高すぎてはいけない。正確なグルコースレベルを提供するために、ＣＧＭシステムは、コンディショニングが終了した後に測定された電流を使用しなければならない。ＣＧＭ作用電極のコンディショニングは長い時間がかかる可能性がある。市販の酵素ＣＧＭ作用電極は、コンディショニングのために数時間～数日必要とする。
望ましい電流変化速度
インビボでのグルコース酸化由来の電流が約数十ナノアンペアであると仮定すると、正確なグルコース感知のためには、ＣＧＭ作用電極からの電流の減少速度は、例えば、１分あたり２０ｎＡ（ナノアンペア）より小さくなければならない。基準点を提供するために、望ましい電流変化速度は、１分あたり２０、１９、１８、１７、１６、１５、１４、１３、１２、１１、１０、９、８、７、６、５、４、３または２ｎＡまたはそれ未満の点であるべきである。実施形態では、電流変化速度はより短いまたは長い期間で決定され得る。
インビボでのグルコース酸化由来の電流が約数十ナノアンペアであると仮定すると、正確なグルコース感知のためには、ＣＧＭ作用電極からの電流の減少速度は、例えば、１分あたり２０ｎＡ（ナノアンペア）より小さくなければならない。基準点を提供するために、望ましい電流変化速度は、１分あたり２０、１９、１８、１７、１６、１５、１４、１３、１２、１１、１０、９、８、７、６、５、４、３または２ｎＡまたはそれ未満の点であるべきである。実施形態では、電流変化速度はより短いまたは長い期間で決定され得る。
電流の望ましいレベル
インビボでのグルコース酸化由来の電流は典型的に数十ナノアンペアである。総電流の望ましいレベルは、測定精度、信号処理能力、データ処理能力、などを含む様々な因子によって変化し得る。これらの因子はさらに発展させられるので、望ましいレベルは増加する可能性がある。にもかかわらず、インビボでのグルコース酸化由来の電流が約数十ナノアンペアと仮定すると、正確なグルコース感知のために、ＣＧＭ作用電極からの電流は、例えば、５００ｎＡより小さくなければならない。基準点を提供するために、望ましい電流は、５００、４９０、４８０、４７０、４６０、４５０、４４０、４３０、４２０、４１０、４００、３９０、３８０、３７０、３６０、３５０、３４０、３３０、３２０、３１０、３００、２９０、２８０、２７０、２６０、２５０、２４０、２３０、２２０、２１０、２００、１９０、１８０、１７０、１６０、１５０、１４０、１３０、１２０、１１０もしくは１００ｎＡまたはそれ未満の点であるべきである。
インビボでのグルコース酸化由来の電流は典型的に数十ナノアンペアである。総電流の望ましいレベルは、測定精度、信号処理能力、データ処理能力、などを含む様々な因子によって変化し得る。これらの因子はさらに発展させられるので、望ましいレベルは増加する可能性がある。にもかかわらず、インビボでのグルコース酸化由来の電流が約数十ナノアンペアと仮定すると、正確なグルコース感知のために、ＣＧＭ作用電極からの電流は、例えば、５００ｎＡより小さくなければならない。基準点を提供するために、望ましい電流は、５００、４９０、４８０、４７０、４６０、４５０、４４０、４３０、４２０、４１０、４００、３９０、３８０、３７０、３６０、３５０、３４０、３３０、３２０、３１０、３００、２９０、２８０、２７０、２６０、２５０、２４０、２３０、２２０、２１０、２００、１９０、１８０、１７０、１６０、１５０、１４０、１３０、１２０、１１０もしくは１００ｎＡまたはそれ未満の点であるべきである。
コンディショニングの完了
ＣＧＭシステムは、そのＣＧＭ作用電極またはその電気化学セルのコンディショニングが完了したことを決定する。ＣＧＭシステムは、電流変化速度が所定の値、例えば、以上で明記される望ましい電流変化または減少速度である、またはそれ未満である、またはそれにとどまる時に、コンディショニングの完了を決定し得る。ＣＧＭシステムは、総電流変化が、あらかじめ決められた時間の間、所定の値、例えば、以上で明記される望ましい電流レベルまたはそれ未満のままである時にコンディショニングの完了を決定する。ＣＧＭシステムは、電流変化速度が、その所定の値またはそれ未満であり、またはそれにとどまる時、さらに、総電流変化が、あらかじめ決められた時間の間、その所定の値またはそれ未満のままである時に、例えば、電流変化速度が５ｎＡ／分未満であり、かつ、総電流が１分間４００ｎＡ未満でとどまる時に、コンディショニングの完了を決定し得る。
ＣＧＭシステムは、そのＣＧＭ作用電極またはその電気化学セルのコンディショニングが完了したことを決定する。ＣＧＭシステムは、電流変化速度が所定の値、例えば、以上で明記される望ましい電流変化または減少速度である、またはそれ未満である、またはそれにとどまる時に、コンディショニングの完了を決定し得る。ＣＧＭシステムは、総電流変化が、あらかじめ決められた時間の間、所定の値、例えば、以上で明記される望ましい電流レベルまたはそれ未満のままである時にコンディショニングの完了を決定する。ＣＧＭシステムは、電流変化速度が、その所定の値またはそれ未満であり、またはそれにとどまる時、さらに、総電流変化が、あらかじめ決められた時間の間、その所定の値またはそれ未満のままである時に、例えば、電流変化速度が５ｎＡ／分未満であり、かつ、総電流が１分間４００ｎＡ未満でとどまる時に、コンディショニングの完了を決定し得る。
コンディショニングの完了の通知
ＣＧＭシステムは、そのユーザーにコンディショニングの完了を通知することができる。グルコース酸化のための電気化学セルを形成すると、または形成後しばらくして、ＣＧＭシステムは、そのＣＧＭ作用電極からの電流をモニタリングし始めることができる。電流がコンディショニングの完了のための１つ以上の要件を満たした時に、ＣＧＭシステムは、コンディショニングの完了を通知するために、そのユーザーに通知を提供することができる。通知は、音、振動、光または情報表示を含む任意の形態であってもよい。加えてまたは別の場合では、ＣＧＭシステムは、コンディショニングの完了前にグルコースレベルを示す情報を提供することができない。
ＣＧＭシステムは、そのユーザーにコンディショニングの完了を通知することができる。グルコース酸化のための電気化学セルを形成すると、または形成後しばらくして、ＣＧＭシステムは、そのＣＧＭ作用電極からの電流をモニタリングし始めることができる。電流がコンディショニングの完了のための１つ以上の要件を満たした時に、ＣＧＭシステムは、コンディショニングの完了を通知するために、そのユーザーに通知を提供することができる。通知は、音、振動、光または情報表示を含む任意の形態であってもよい。加えてまたは別の場合では、ＣＧＭシステムは、コンディショニングの完了前にグルコースレベルを示す情報を提供することができない。
ＣＧＭ作用電極のコンディショニングのための時間の低減
小さな電解質イオンの濃度不連続
ヒト体液は、かなりの量の、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｃｌ－、ＰＯ４ ３－およびＣＯ３ ２－の電解質イオンを含む。実施形態では、前記電解質イオン－ブロッキング層５０５はＮａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｃｌ－、ＰＯ４ ３－およびＣＯ３ ２－の電解質イオンがそこを通過するのを制限または阻止する。その結果、電解質イオン－ブロッキング層５０５より上と同じ層より下の間では、これらの電解質イオンの濃度は著しく異なる。図３２は概念的に、電解質イオン－ブロッキング層５０５の両側での濃度不連続を示す。電解質イオン－ブロッキング層５０５があると、小さな電解質イオンの総計濃度は、ナノ多孔層１１７において、生体適合性層５０７におけるよりも著しく小さくなる。電解質イオン－ブロッキング層５０５がないと、ナノ多孔層１１７中の小さな電解質イオンの総計濃度は、生体適合性層５０７におけるものと同様となるであろう。
小さな電解質イオンの濃度不連続
ヒト体液は、かなりの量の、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｃｌ－、ＰＯ４ ３－およびＣＯ３ ２－の電解質イオンを含む。実施形態では、前記電解質イオン－ブロッキング層５０５はＮａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｃｌ－、ＰＯ４ ３－およびＣＯ３ ２－の電解質イオンがそこを通過するのを制限または阻止する。その結果、電解質イオン－ブロッキング層５０５より上と同じ層より下の間では、これらの電解質イオンの濃度は著しく異なる。図３２は概念的に、電解質イオン－ブロッキング層５０５の両側での濃度不連続を示す。電解質イオン－ブロッキング層５０５があると、小さな電解質イオンの総計濃度は、ナノ多孔層１１７において、生体適合性層５０７におけるよりも著しく小さくなる。電解質イオン－ブロッキング層５０５がないと、ナノ多孔層１１７中の小さな電解質イオンの総計濃度は、生体適合性層５０７におけるものと同様となるであろう。
電解質イオン－ブロッキング層下での小さな電解質イオンの濃度
実施形態では、電解質イオン－ブロッキング層５０５より下の電解質イオンの総計濃度は０％より大きいが、電解質イオン－ブロッキング層５０５より上の同じ電解質イオンの総計濃度の約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９または２０％より低い。電解質イオン－ブロッキング層５０５より下の総計濃度は、直前の文で列挙される任意の２つの数字（２つの％値）を選択することにより形成される範囲内であってもよい。図３２において示されるように、例えば、ヒト間質体液中の電解質イオンの総計濃度（すなわち、電解質イオン－ブロッキング層５０５より上）は約０．１Ｍ以上であり；対照的に、電解質イオン－ブロッキング層５０５より下の電解質イオンの総計濃度は約０．０１Ｍ以下である。電解質イオン－ブロッキング層５０５より下の電解質イオンの総計濃度は、ナノ多孔層１１７の二重層容量を測定し、測定値を、Ｉｏｎｉｃ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ－Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｖｉｒｔｕａｌ Ａｒｅａ ｏｆ Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ Ｐｌａｔｉｎｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ， Ｂｏｏ ｅｔ ａｌ， Ｊ． ＡＭ． ＣＨＥＭ． Ｓｏｃ． ２００４， １２６， ４５２４－４５２５において詳細に記載されるように、Ｇｏｕｙ－Ｃｈａｐｍａｎ式に適用することにより得ることができる。
実施形態では、電解質イオン－ブロッキング層５０５より下の電解質イオンの総計濃度は０％より大きいが、電解質イオン－ブロッキング層５０５より上の同じ電解質イオンの総計濃度の約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９または２０％より低い。電解質イオン－ブロッキング層５０５より下の総計濃度は、直前の文で列挙される任意の２つの数字（２つの％値）を選択することにより形成される範囲内であってもよい。図３２において示されるように、例えば、ヒト間質体液中の電解質イオンの総計濃度（すなわち、電解質イオン－ブロッキング層５０５より上）は約０．１Ｍ以上であり；対照的に、電解質イオン－ブロッキング層５０５より下の電解質イオンの総計濃度は約０．０１Ｍ以下である。電解質イオン－ブロッキング層５０５より下の電解質イオンの総計濃度は、ナノ多孔層１１７の二重層容量を測定し、測定値を、Ｉｏｎｉｃ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ－Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｖｉｒｔｕａｌ Ａｒｅａ ｏｆ Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ Ｐｌａｔｉｎｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ， Ｂｏｏ ｅｔ ａｌ， Ｊ． ＡＭ． ＣＨＥＭ． Ｓｏｃ． ２００４， １２６， ４５２４－４５２５において詳細に記載されるように、Ｇｏｕｙ－Ｃｈａｐｍａｎ式に適用することにより得ることができる。
ナノ多孔層におけるイオン平衡の加速
記載されるように、イオン－ブロッキング層５０５は、電解質イオン－ブロッキング層５０５より上と同じ層の下の間で、小さな電解質イオンの総計濃度の実質的な不連続を確立し、または生成させる。小さな電解質イオンの低い濃度は著しく、ＣＧＭ作用電極５０１のコンディショニング、特にナノ多孔層１１７のコンディショニングに優れている。発明のいずれの態様もいずれの理論または信念に縛られないが、小さな電解質イオンの低い濃度は、マイクロサイズ構造および表面などのより大きなスケールでは起こらないであろうナノ多孔層１１７のナノサイズ構造および表面におけるイオン平衡を加速することができる。イオン平衡がナノ多孔層１１７において加速されるにつれ、ナノ多孔層１１７のナノ構造の内側でイオン平衡または定常状態に到達するための時間は、電解質イオン－ブロッキング層５０５なしでのより高い濃度でよりも、電解質イオン－ブロッキング層５０５の存在により、電解質イオンのより低い濃度で、より短くなるであろう。
記載されるように、イオン－ブロッキング層５０５は、電解質イオン－ブロッキング層５０５より上と同じ層の下の間で、小さな電解質イオンの総計濃度の実質的な不連続を確立し、または生成させる。小さな電解質イオンの低い濃度は著しく、ＣＧＭ作用電極５０１のコンディショニング、特にナノ多孔層１１７のコンディショニングに優れている。発明のいずれの態様もいずれの理論または信念に縛られないが、小さな電解質イオンの低い濃度は、マイクロサイズ構造および表面などのより大きなスケールでは起こらないであろうナノ多孔層１１７のナノサイズ構造および表面におけるイオン平衡を加速することができる。イオン平衡がナノ多孔層１１７において加速されるにつれ、ナノ多孔層１１７のナノ構造の内側でイオン平衡または定常状態に到達するための時間は、電解質イオン－ブロッキング層５０５なしでのより高い濃度でよりも、電解質イオン－ブロッキング層５０５の存在により、電解質イオンのより低い濃度で、より短くなるであろう。
コンディショニングのための著しくより短い時間
ナノ多孔層１１７におけるイオン平衡の加速を用いると、電解質イオン－ブロッキング層５０５は、図３１の非酵素ＣＧＭ作用電極５０１のコンディショニングを著しく増強し、促進し、すなわち、望ましい電流および／または望ましい電流変化速度、すなわち、定常状態に到達するための時間を短くする。実施形態によれば、電解質イオン－ブロッキング層５０５を有する非酵素ＣＧＭ作用電極５０５を用いる場合、電解質イオン－ブロッキング層５０５を有さない同じ非酵素ＣＧＭ作用電極を使用する場合と比較して、コンディショニングの完了のために少しの時間が必要とされる。
ナノ多孔層１１７におけるイオン平衡の加速を用いると、電解質イオン－ブロッキング層５０５は、図３１の非酵素ＣＧＭ作用電極５０１のコンディショニングを著しく増強し、促進し、すなわち、望ましい電流および／または望ましい電流変化速度、すなわち、定常状態に到達するための時間を短くする。実施形態によれば、電解質イオン－ブロッキング層５０５を有する非酵素ＣＧＭ作用電極５０５を用いる場合、電解質イオン－ブロッキング層５０５を有さない同じ非酵素ＣＧＭ作用電極を使用する場合と比較して、コンディショニングの完了のために少しの時間が必要とされる。
コンディショニング時間
望ましい電流変化速度が５ｎＡ／分以下である場合、電解質イオン－ブロッキング層５０５を有さない非酵素ＣＧＭ作用電極は、電解質イオンを０．１Ｍ以上で含む血清中で約３時間かかり；対照的に、電解質イオン－ブロッキング層５０５を有する非酵素ＣＧＭ作用電極は、同じ血清中で、約１時間３０分、１時間２５分、１時間２０分、１時間１５分、１時間１０分、１時間５分、１時間、５５分、５０分、４５分、４０分、３５分、または３０分以下かかる。望ましい電流変化速度が３ｎＡ／分以下である場合、電解質イオン－ブロッキング層５０５を有さない非酵素ＣＧＭ作用電極は、電解質イオンを０．１Ｍ以上で含む血清中で５時間超かかり；対照的に、電解質イオン－ブロッキング層５０５を有する非酵素ＣＧＭ作用電極は、同じ血清中で、約１時間３０分、１時間２５分、１時間２０分、１時間１５分、１時間１０分、１時間５分、１時間、５５分、５０分、４５分、４０分、３５分、３０分、２５分、１５分または１０分以下かかる。望ましい電流変化速度が２ｎＡ／分以下である場合、電解質イオン－ブロッキング層５０５を有さない非酵素ＣＧＭ作用電極は、電解質イオンを０．１Ｍ以上で含む血清中で５時間または１０時間超かかり；対照的に、電解質イオン－ブロッキング層５０５を有する非酵素ＣＧＭ作用電極は、同じ血清中で、約１時間３０分、１時間２５分、１時間２０分、１時間１５分、１時間１０分、１時間５分、１時間、５５分、５０分、４５分、４０分、３５分、３０分、２５分、１５分または１０分以下かかる。
望ましい電流変化速度が５ｎＡ／分以下である場合、電解質イオン－ブロッキング層５０５を有さない非酵素ＣＧＭ作用電極は、電解質イオンを０．１Ｍ以上で含む血清中で約３時間かかり；対照的に、電解質イオン－ブロッキング層５０５を有する非酵素ＣＧＭ作用電極は、同じ血清中で、約１時間３０分、１時間２５分、１時間２０分、１時間１５分、１時間１０分、１時間５分、１時間、５５分、５０分、４５分、４０分、３５分、または３０分以下かかる。望ましい電流変化速度が３ｎＡ／分以下である場合、電解質イオン－ブロッキング層５０５を有さない非酵素ＣＧＭ作用電極は、電解質イオンを０．１Ｍ以上で含む血清中で５時間超かかり；対照的に、電解質イオン－ブロッキング層５０５を有する非酵素ＣＧＭ作用電極は、同じ血清中で、約１時間３０分、１時間２５分、１時間２０分、１時間１５分、１時間１０分、１時間５分、１時間、５５分、５０分、４５分、４０分、３５分、３０分、２５分、１５分または１０分以下かかる。望ましい電流変化速度が２ｎＡ／分以下である場合、電解質イオン－ブロッキング層５０５を有さない非酵素ＣＧＭ作用電極は、電解質イオンを０．１Ｍ以上で含む血清中で５時間または１０時間超かかり；対照的に、電解質イオン－ブロッキング層５０５を有する非酵素ＣＧＭ作用電極は、同じ血清中で、約１時間３０分、１時間２５分、１時間２０分、１時間１５分、１時間１０分、１時間５分、１時間、５５分、５０分、４５分、４０分、３５分、３０分、２５分、１５分または１０分以下かかる。
予想外の結果
適正なコンディショニングがないと、ＣＧＭ作用電極は、正確なグルコースレベルに対する電流を提供することができない。コンディショニングのための時間の低減は、ＣＧＭ作用電極を開発し、製造する際の非常に重要な実施上の配慮点である。これは、ＣＧＭ作用電極の適正なコンディショニングには、数十分ではないとしたら、数時間かかる可能性があるからであり、かつ、人々は、電極を彼らの身体に挿入した直後に彼らのグルコースレベルを知りたいと思う傾向があるためである。後で記載する実施例を参照すると、ＣＧＭ作用電極のコンディショニングのための時間は、他の条件はすべて同じままで、電解質イオン－ブロッキング層５０５を含めるだけで、約３、５または１０時間から３０分未満に低減される。これは非常に重要な改善であり、予想外に高い成果である。
適正なコンディショニングがないと、ＣＧＭ作用電極は、正確なグルコースレベルに対する電流を提供することができない。コンディショニングのための時間の低減は、ＣＧＭ作用電極を開発し、製造する際の非常に重要な実施上の配慮点である。これは、ＣＧＭ作用電極の適正なコンディショニングには、数十分ではないとしたら、数時間かかる可能性があるからであり、かつ、人々は、電極を彼らの身体に挿入した直後に彼らのグルコースレベルを知りたいと思う傾向があるためである。後で記載する実施例を参照すると、ＣＧＭ作用電極のコンディショニングのための時間は、他の条件はすべて同じままで、電解質イオン－ブロッキング層５０５を含めるだけで、約３、５または１０時間から３０分未満に低減される。これは非常に重要な改善であり、予想外に高い成果である。
電解質イオン－ブロッキング層の詳細
非酵素ＣＧＭ作用電極の電解質イオン－ブロッキング層５０５は、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）（ＰＨＥＭＡ）、およびポリ（メチルメタクリレート－コ－エチレングリコールジメタクリレート）（ＰＭＭＡ－ＥＧ－ＰＭＭＡ）を含む少なくとも１つの多孔性の疎水性ポリマーを含み、またはこれから製造される。多孔性の疎水性ポリマーの追加の例としては、メチルメタクリレートとブチルメタクリレートのコポリマー、および、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ペンチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、２－エチルヘキシルメタクリレート、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、ブチルアクリレート、ペンチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、２－エチルヘキシルアクリレート、などを含む１つ以上のモノマーの重合から得られるポリマーが挙げられる。これらのポリマーについての平均分子量は、約５，０００、１０，０００、２０，０００、３０，０００、４０，０００、５０，０００、６０，０００、７０，０００、８０，０００、９０，０００、１００，０００、１１０，０００、１２０，０００、１３０，０００、１４０，０００、１５０，０００、１６０，０００、１７０，０００、１８０，０００、１９０，０００、２００，０００、２１０，０００、２２０，０００、２３０，０００、２４０，０００、２５０，０００、２６０，０００、２７０，０００、２８０，０００、２９０，０００、３００，０００、３１０，０００、３２０，０００、３３０，０００、３４０，０００、３５０，０００、３６０，０００、３７０，０００、３８０，０００、３９０，０００または４００，０００である。実施形態では、分子量は、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内であってもよい。電解質イオン－ブロッキング層は約０．１、０．５、１、１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、５．５、６、６．５、７、７．５、８、８．５、９、９．５または１０μｍの厚さを有し得る。実施形態では、厚さは、直前の文で列挙される任意の２つの数字（２つの厚さ値）を選択することにより形成される範囲内、例えば、約２～約５μｍ、約１～約３μｍの範囲、などであってもよい。
非酵素ＣＧＭ作用電極の電解質イオン－ブロッキング層５０５は、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）（ＰＨＥＭＡ）、およびポリ（メチルメタクリレート－コ－エチレングリコールジメタクリレート）（ＰＭＭＡ－ＥＧ－ＰＭＭＡ）を含む少なくとも１つの多孔性の疎水性ポリマーを含み、またはこれから製造される。多孔性の疎水性ポリマーの追加の例としては、メチルメタクリレートとブチルメタクリレートのコポリマー、および、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ペンチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、２－エチルヘキシルメタクリレート、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、ブチルアクリレート、ペンチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、２－エチルヘキシルアクリレート、などを含む１つ以上のモノマーの重合から得られるポリマーが挙げられる。これらのポリマーについての平均分子量は、約５，０００、１０，０００、２０，０００、３０，０００、４０，０００、５０，０００、６０，０００、７０，０００、８０，０００、９０，０００、１００，０００、１１０，０００、１２０，０００、１３０，０００、１４０，０００、１５０，０００、１６０，０００、１７０，０００、１８０，０００、１９０，０００、２００，０００、２１０，０００、２２０，０００、２３０，０００、２４０，０００、２５０，０００、２６０，０００、２７０，０００、２８０，０００、２９０，０００、３００，０００、３１０，０００、３２０，０００、３３０，０００、３４０，０００、３５０，０００、３６０，０００、３７０，０００、３８０，０００、３９０，０００または４００，０００である。実施形態では、分子量は、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内であってもよい。電解質イオン－ブロッキング層は約０．１、０．５、１、１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、５．５、６、６．５、７、７．５、８、８．５、９、９．５または１０μｍの厚さを有し得る。実施形態では、厚さは、直前の文で列挙される任意の２つの数字（２つの厚さ値）を選択することにより形成される範囲内、例えば、約２～約５μｍ、約１～約３μｍの範囲、などであってもよい。
イオン濃度降下は酵素グルコース感知電極において何の効果も有さない
酵素ＣＧＭシステムでは、ＣＧＭ作用電極は、グルコース分子の酸化のためのグルコース－特異的酵素を含む。酵素ＣＧＭ作用電極は機能層の下で電解質イオンの濃度を効果的に降下させることができる多孔性の疎水性材料を含有する機能層を含み得る。しかしながら、酵素ＣＧＭシステムでは、機能層による濃度降下は、ナノサイズ表面または構造におけるイオン平衡に関するＣＧＭ電極のコンディショニングのための時間の低減を提供することができない。これは、酵素ＣＧＭシステムはグルコース分子を酸化するために酵素を使用し、グルコース酸化のためにナノ多孔層を必要としないためである。したがって、多孔性の疎水性層が酵素ＣＧＭ作用電極に含められていたとしても、そのような層はその厚さを横切って電解質イオン濃度の不連続を引き起こしたとしても、さらに酵素ＣＧＭ作用電極のコンディショニングのための時間のいくらかの低減が存在したとしても、そのような低減は、電解質イオンブロッキング層５０５およびナノ多孔層１１７の両方を有する非酵素ＣＧＭ作用電極５０１におけるコンディショニングのための時間の低減に等しくはならないであろう。
酵素ＣＧＭシステムでは、ＣＧＭ作用電極は、グルコース分子の酸化のためのグルコース－特異的酵素を含む。酵素ＣＧＭ作用電極は機能層の下で電解質イオンの濃度を効果的に降下させることができる多孔性の疎水性材料を含有する機能層を含み得る。しかしながら、酵素ＣＧＭシステムでは、機能層による濃度降下は、ナノサイズ表面または構造におけるイオン平衡に関するＣＧＭ電極のコンディショニングのための時間の低減を提供することができない。これは、酵素ＣＧＭシステムはグルコース分子を酸化するために酵素を使用し、グルコース酸化のためにナノ多孔層を必要としないためである。したがって、多孔性の疎水性層が酵素ＣＧＭ作用電極に含められていたとしても、そのような層はその厚さを横切って電解質イオン濃度の不連続を引き起こしたとしても、さらに酵素ＣＧＭ作用電極のコンディショニングのための時間のいくらかの低減が存在したとしても、そのような低減は、電解質イオンブロッキング層５０５およびナノ多孔層１１７の両方を有する非酵素ＣＧＭ作用電極５０１におけるコンディショニングのための時間の低減に等しくはならないであろう。
ＣＧＭ皮下電極モジュール
ＣＧＭ電極ユニット
実施形態では、ＣＧＭシステムは、被検体の体液と皮下接触する電極ユニットまたはモジュールを含む。電極ユニットは、被検体の身体中に挿入されると体液と接触する、１つ以上の電極を収容する単一ボディを含み得る。単一ボディは可撓性であり得る。
ＣＧＭ電極ユニット
実施形態では、ＣＧＭシステムは、被検体の体液と皮下接触する電極ユニットまたはモジュールを含む。電極ユニットは、被検体の身体中に挿入されると体液と接触する、１つ以上の電極を収容する単一ボディを含み得る。単一ボディは可撓性であり得る。
ＣＧＭ電極ユニットの構成
図３３は一実施形態によるＣＧＭ電極ユニット７０１を示す。ＣＧＭ電極ユニット７０１は、皮下部７０３および接触端子部７０５を含む。皮下部７０３は、被検体の身体に挿入するためのものであり、体液と皮下接触するために、絶縁層７０７を通って形成された開口を介して曝露されている作用電極５０１、対電極１０５および参照電極１０６を含む。接触端子部７０５は、被検体の身体の外側にとどまるため、かつ、対応デバイスと係合し、または接続するためのものである。接触端子部７０３は、絶縁層７０７の下で、それぞれ、作用電極５０１、対電極１０５および参照電極１０６に電気的に接続されている作用電極端子５０１Ｔ、対電極端子１０５Ｔおよび参照電極端子１０６Ｔを含む。ここで、作用電極５０１、対電極１０５および参照電極１０６の各々は本開示で記載される特徴および特性を有し得るが、それに限定されない。
図３３は一実施形態によるＣＧＭ電極ユニット７０１を示す。ＣＧＭ電極ユニット７０１は、皮下部７０３および接触端子部７０５を含む。皮下部７０３は、被検体の身体に挿入するためのものであり、体液と皮下接触するために、絶縁層７０７を通って形成された開口を介して曝露されている作用電極５０１、対電極１０５および参照電極１０６を含む。接触端子部７０５は、被検体の身体の外側にとどまるため、かつ、対応デバイスと係合し、または接続するためのものである。接触端子部７０３は、絶縁層７０７の下で、それぞれ、作用電極５０１、対電極１０５および参照電極１０６に電気的に接続されている作用電極端子５０１Ｔ、対電極端子１０５Ｔおよび参照電極端子１０６Ｔを含む。ここで、作用電極５０１、対電極１０５および参照電極１０６の各々は本開示で記載される特徴および特性を有し得るが、それに限定されない。
ＣＧＭ電極ユニットの作製
図３４は、一実施形態により、ＣＧＭ電極ユニット７０１を作製するためのフローチャートである。工程３４０１で、電気絶縁、可撓性フィルムが、ベースまたは電極ベース５０３（図３１においても示される）のために提供される。その後、工程３４０３で、導電層が、図３５において示されるように、あらかじめ決められた形状１１０Ｒ、１１０Ｗおよび１１０Ｃでベース５０３上に形成される。その後、工程３４０５として、絶縁フィルム７０７が導電層上に適用され、図３６におけるように導電層の部分またはエリアが選択的に曝露される。その後、工程３４０７で、中間生成物が切断され、図３７において示される形状が提供される。工程３４０９で、ナノ多孔層１１７が、作用電極５０１のために曝露エリア上に形成される。その後、３４１１で、１つ以上の機能層がナノ多孔層１１７上に形成され、図３１におけるように、非酵素ＣＧＭ作用電極５０１の積層構成が提供される。さらに、塩層が、参照電極１０６のための曝露エリア上に形成され得る。実施形態では、工程３４０７での中間生成物の切断は、工程３４０９または３４１１後に実施され得る。
図３４は、一実施形態により、ＣＧＭ電極ユニット７０１を作製するためのフローチャートである。工程３４０１で、電気絶縁、可撓性フィルムが、ベースまたは電極ベース５０３（図３１においても示される）のために提供される。その後、工程３４０３で、導電層が、図３５において示されるように、あらかじめ決められた形状１１０Ｒ、１１０Ｗおよび１１０Ｃでベース５０３上に形成される。その後、工程３４０５として、絶縁フィルム７０７が導電層上に適用され、図３６におけるように導電層の部分またはエリアが選択的に曝露される。その後、工程３４０７で、中間生成物が切断され、図３７において示される形状が提供される。工程３４０９で、ナノ多孔層１１７が、作用電極５０１のために曝露エリア上に形成される。その後、３４１１で、１つ以上の機能層がナノ多孔層１１７上に形成され、図３１におけるように、非酵素ＣＧＭ作用電極５０１の積層構成が提供される。さらに、塩層が、参照電極１０６のための曝露エリア上に形成され得る。実施形態では、工程３４０７での中間生成物の切断は、工程３４０９または３４１１後に実施され得る。
導電層－複数の導電素子
図３５は、一実施形態による工程３４０３後の中間生成物の上面図および線３５０１についての矢印方向で見たその断面を提供する。図示されるように、ベース５０３上に形成された導電層は、あらかじめ決められた形状の３つの別個の素子１１０Ｃ、１１０Ｗおよび１１０Ｒ、すなわち、対電極のための導電層素子１１０Ｃ、作用電極のための導電層素子１１０Ｗ、および参照電極のための導電層素子１１０Ｒを有する。導電層素子１１０Ｃ、１１０Ｗおよび１１０Ｒの各々は、接触端子のために確保された導電部分（図３３の接触端子部７０５における）、電極のために確保された導電部分（図３３の皮下部７０３における）、および２つの導電部分間の導電接続を含む。
図３５は、一実施形態による工程３４０３後の中間生成物の上面図および線３５０１についての矢印方向で見たその断面を提供する。図示されるように、ベース５０３上に形成された導電層は、あらかじめ決められた形状の３つの別個の素子１１０Ｃ、１１０Ｗおよび１１０Ｒ、すなわち、対電極のための導電層素子１１０Ｃ、作用電極のための導電層素子１１０Ｗ、および参照電極のための導電層素子１１０Ｒを有する。導電層素子１１０Ｃ、１１０Ｗおよび１１０Ｒの各々は、接触端子のために確保された導電部分（図３３の接触端子部７０５における）、電極のために確保された導電部分（図３３の皮下部７０３における）、および２つの導電部分間の導電接続を含む。
導電層の製造
導電層は導電性材料の単一層であってもよく、または異なる導電材料の複数の副層から形成されてもよい。実施形態では、対電極のための導電層素子１１０Ｃおよび作用電極のための導電層素子１１０Ｗのいずれかまたは両方は、少なくとも２つの副層、例えば、銀層および銀層上の導電炭素層で形成される。実施形態では、参照電極のための導電層素子１１０Ｒが、単一層、例えば銀層で形成される。導電層１１０またはその副層は、導電インクをベース５０３上または上方に印刷し、その後乾燥させることにより形成され得る。別の副層上に形成される副層もまた、その副層のための導電材料を印刷することにより形成され得る。図３５の導電層素子１１０Ｗ、１１０Ｃおよび１１０Ｒはすべて単一層であり；しかしながら、代替物を示す目的のために、図３６－３８では、導電層素子１１０Ｗおよび１１０Ｃは２副層構成、すなわち、銀層１６０３上方に炭素層１６０５を有する（図１６Ａも参照されたい）。
導電層は導電性材料の単一層であってもよく、または異なる導電材料の複数の副層から形成されてもよい。実施形態では、対電極のための導電層素子１１０Ｃおよび作用電極のための導電層素子１１０Ｗのいずれかまたは両方は、少なくとも２つの副層、例えば、銀層および銀層上の導電炭素層で形成される。実施形態では、参照電極のための導電層素子１１０Ｒが、単一層、例えば銀層で形成される。導電層１１０またはその副層は、導電インクをベース５０３上または上方に印刷し、その後乾燥させることにより形成され得る。別の副層上に形成される副層もまた、その副層のための導電材料を印刷することにより形成され得る。図３５の導電層素子１１０Ｗ、１１０Ｃおよび１１０Ｒはすべて単一層であり；しかしながら、代替物を示す目的のために、図３６－３８では、導電層素子１１０Ｗおよび１１０Ｃは２副層構成、すなわち、銀層１６０３上方に炭素層１６０５を有する（図１６Ａも参照されたい）。
絶縁フィルム
図３６は、一実施形態による絶縁フィルムを配置した後の中間生成物を示す。絶縁フィルム７０７は、対電極１０５、作用電極５０１および参照電極１０６のために確保された導電部分を曝露させるために、図３３の皮下部７０３に開口を有して事前に切断され得る。絶縁フィルム７０７は図３３の接触端子部７０５を被覆せず、したがって、導電層素子１１０Ｃ、１１０Ｗおよび１１０Ｒ（それぞれ、１０５Ｔ、５０１Ｔおよび１０６Ｔとなる）の各々の端子部を曝露させる。導電層素子１１０Ｃ、１１０Ｗおよび１１０Ｒの導電接続は絶縁フィルム７０７で被覆される。接着剤層（図示されず）がベースフィルム５０３と絶縁フィルム７０７の間に挿入され得る。絶縁フィルム７０７は接着剤コートフィルムであってもよい。
図３６は、一実施形態による絶縁フィルムを配置した後の中間生成物を示す。絶縁フィルム７０７は、対電極１０５、作用電極５０１および参照電極１０６のために確保された導電部分を曝露させるために、図３３の皮下部７０３に開口を有して事前に切断され得る。絶縁フィルム７０７は図３３の接触端子部７０５を被覆せず、したがって、導電層素子１１０Ｃ、１１０Ｗおよび１１０Ｒ（それぞれ、１０５Ｔ、５０１Ｔおよび１０６Ｔとなる）の各々の端子部を曝露させる。導電層素子１１０Ｃ、１１０Ｗおよび１１０Ｒの導電接続は絶縁フィルム７０７で被覆される。接着剤層（図示されず）がベースフィルム５０３と絶縁フィルム７０７の間に挿入され得る。絶縁フィルム７０７は接着剤コートフィルムであってもよい。
切断
工程３４０７で、図３６の中間生成物は切断に供せられ、絶縁フィルム７０７およびベース５０３の不必要な部分が、例えば、ダイカッティングにより除去される。図３７は結果的に得られた生成物を示し、この場合、接触端子部７０５（ＣＧＭ電極ユニット７０１の近位端部分）は皮下部７０３（ＣＧＭ電極ユニット７０１の遠位端部分）より広い。実施形態では、遠位部分は、線３５０１に沿った方向で、約０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１．０、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９または２．０ｍｍの幅を有する。実施形態では、幅は、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約１．０ｍｍ～約１．５ｍｍであってもよい。実施形態では、ＣＧＭ電極ユニット７０１は、その遠位端と近位端の間の方向で約４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９または３０ｍｍの長さを有する。実施形態では、長さは、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約１０ｍｍ～約２０ｍｍであってもよい。
工程３４０７で、図３６の中間生成物は切断に供せられ、絶縁フィルム７０７およびベース５０３の不必要な部分が、例えば、ダイカッティングにより除去される。図３７は結果的に得られた生成物を示し、この場合、接触端子部７０５（ＣＧＭ電極ユニット７０１の近位端部分）は皮下部７０３（ＣＧＭ電極ユニット７０１の遠位端部分）より広い。実施形態では、遠位部分は、線３５０１に沿った方向で、約０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１．０、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９または２．０ｍｍの幅を有する。実施形態では、幅は、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約１．０ｍｍ～約１．５ｍｍであってもよい。実施形態では、ＣＧＭ電極ユニット７０１は、その遠位端と近位端の間の方向で約４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９または３０ｍｍの長さを有する。実施形態では、長さは、直前の文で列挙される任意の２つの数字を選択することにより形成される範囲内、例えば、約１０ｍｍ～約２０ｍｍであってもよい。
ナノ多孔層の形成
工程３４０９で、ナノ多孔層１１７が作用電極のために曝露された導電層素子１１０Ｗ上に形成される。図３８Ａは、ナノ多孔層１１７を形成した後の、線３５０１についての矢印方向の中間生成物の断面を示す。実施形態では、ナノ多孔層１１７が、液体中に分散されたナノ粒子クラスターを含むクラスターコロイドを導電層１１０上に分配し、そこから液体を乾燥させることにより形成される。別の場合では、ナノ多孔層１１７の別の形態は、本明細書で開示される異なる方法を用いて形成され得る。いくつかの実施形態では、工程３４０７での切断は、ナノ多孔層１１７の形成後に実施され得る。
工程３４０９で、ナノ多孔層１１７が作用電極のために曝露された導電層素子１１０Ｗ上に形成される。図３８Ａは、ナノ多孔層１１７を形成した後の、線３５０１についての矢印方向の中間生成物の断面を示す。実施形態では、ナノ多孔層１１７が、液体中に分散されたナノ粒子クラスターを含むクラスターコロイドを導電層１１０上に分配し、そこから液体を乾燥させることにより形成される。別の場合では、ナノ多孔層１１７の別の形態は、本明細書で開示される異なる方法を用いて形成され得る。いくつかの実施形態では、工程３４０７での切断は、ナノ多孔層１１７の形成後に実施され得る。
作用電極のための機能層（複数可）
ナノ多孔層１１７の形成後に、１つ以上の機能層がナノ多孔層１１７上に形成され、図３１におけるように非酵素ＣＧＭ作用電極５０１が提供される。マルトースブロッキング層３０１はナノ多孔層１１７上に形成され得るが、それに限定されない。電解質イオン－ブロッキング層５０５は、結果的に得られるＣＧＭ作用電極５０１のコンディショニングの改善のためにナノ多孔層１１７上に形成され得るが、それに限定されない。さらに、生体適合性層５０７はナノ多孔層１１７上に、より特定的には電解質イオン－ブロッキング層５０５上に形成され得るが、それに限定されない。図３８Ｂは、電解質イオン－ブロッキング層５０５および生体適合性層５０７を含むＣＧＭ作用電極５０１の断面を示す。
ナノ多孔層１１７の形成後に、１つ以上の機能層がナノ多孔層１１７上に形成され、図３１におけるように非酵素ＣＧＭ作用電極５０１が提供される。マルトースブロッキング層３０１はナノ多孔層１１７上に形成され得るが、それに限定されない。電解質イオン－ブロッキング層５０５は、結果的に得られるＣＧＭ作用電極５０１のコンディショニングの改善のためにナノ多孔層１１７上に形成され得るが、それに限定されない。さらに、生体適合性層５０７はナノ多孔層１１７上に、より特定的には電解質イオン－ブロッキング層５０５上に形成され得るが、それに限定されない。図３８Ｂは、電解質イオン－ブロッキング層５０５および生体適合性層５０７を含むＣＧＭ作用電極５０１の断面を示す。
参照電極および対電極
実施形態では、塩層、例えば、ＡｇＣｌは参照電極１０６のために曝露された導電層素子１１０Ｒ上に形成され得る。塩層の形成は、導電層素子１１０Ｒを形成した後いつでも実施され得る。実施形態では、対電極１０５は、導電層素子１１０Ｃ上で追加の処理を必要としない可能性がある。
実施形態では、塩層、例えば、ＡｇＣｌは参照電極１０６のために曝露された導電層素子１１０Ｒ上に形成され得る。塩層の形成は、導電層素子１１０Ｒを形成した後いつでも実施され得る。実施形態では、対電極１０５は、導電層素子１１０Ｃ上で追加の処理を必要としない可能性がある。
ＣＧＭ電極ユニットの皮下挿入
実施形態では、ＣＧＭ電極ユニット７０１の皮下部７０３（遠位部分）は、当技術分野で知られているまたは将来開発されるであろう挿入ツールを使用して、または使用せずに、被検体の身体中に皮下挿入される。適正な皮下挿入を用いると、皮下部７０３の作用電極５０１、参照電極１０６および対電極１０５は被検体の間質体液と接触し、一方、ＣＧＭ電極ユニット７０１の端子部７０５は、被検体の身体の外側にとどまる。
実施形態では、ＣＧＭ電極ユニット７０１の皮下部７０３（遠位部分）は、当技術分野で知られているまたは将来開発されるであろう挿入ツールを使用して、または使用せずに、被検体の身体中に皮下挿入される。適正な皮下挿入を用いると、皮下部７０３の作用電極５０１、参照電極１０６および対電極１０５は被検体の間質体液と接触し、一方、ＣＧＭ電極ユニット７０１の端子部７０５は、被検体の身体の外側にとどまる。
対応デバイス
その後、実施形態では、端子部７０５は、作用電極端子５０１Ｔ、対電極端子１０５Ｔおよび参照電極端子１０６Ｔに対応する対応ポートまたは端子を含む対応デバイス（図示されず）と係合され、または接続される。実施形態では、対応デバイスは、連続モニタリンググルコースモジュールのために、図１の電気化学セルを、ＣＧＭ電極ユニット７０１と一緒に完成させる電気回路をさらに含む。いくつかの実施形態では、電気化学セルを完成させるための電気回路に加えて、対応デバイスは、グルコースレベルを表す標準化数に変換するために電気化学セルから得られた電流を含むデータを処理するための、少なくとも１つのプロセッサを含み得る。いくつかの実施形態では、対応デバイスは、スマートフォンまたはコンピューティングデバイスなどの別の無線デバイスにデータを無線で送るための無線モジュールを含む。
その後、実施形態では、端子部７０５は、作用電極端子５０１Ｔ、対電極端子１０５Ｔおよび参照電極端子１０６Ｔに対応する対応ポートまたは端子を含む対応デバイス（図示されず）と係合され、または接続される。実施形態では、対応デバイスは、連続モニタリンググルコースモジュールのために、図１の電気化学セルを、ＣＧＭ電極ユニット７０１と一緒に完成させる電気回路をさらに含む。いくつかの実施形態では、電気化学セルを完成させるための電気回路に加えて、対応デバイスは、グルコースレベルを表す標準化数に変換するために電気化学セルから得られた電流を含むデータを処理するための、少なくとも１つのプロセッサを含み得る。いくつかの実施形態では、対応デバイスは、スマートフォンまたはコンピューティングデバイスなどの別の無線デバイスにデータを無線で送るための無線モジュールを含む。
ＢＧＭ使い捨てストリップ
単一時点デバイス
グルコース感知はインビトロで単一時点で実施され得る。単一時点グルコース感知システムは、試験流体、最も一般的には血液中のグルコースレベルを測定する。したがって、システムは血糖モニタリング（ＢＧＭ）システムと呼ばれる。ＢＧＭシステムは１回使用の使い捨てカートリッジまたはストリップを含む。
単一時点デバイス
グルコース感知はインビトロで単一時点で実施され得る。単一時点グルコース感知システムは、試験流体、最も一般的には血液中のグルコースレベルを測定する。したがって、システムは血糖モニタリング（ＢＧＭ）システムと呼ばれる。ＢＧＭシステムは１回使用の使い捨てカートリッジまたはストリップを含む。
使い捨てカートリッジ
図３９は、実施形態による単一時点グルコース感知システムのための、ＢＧＭ使い捨てカートリッジ９０１および感知モジュール９１１を示す。使い捨てカートリッジ９０１は、試験流体リザーバ９０３、対電極１０５、参照電極１０６、および電極１０５、１０６および９０５のための構造支持体を提供するベース９０７上に形成されたカートリッジ作用電極９０５を含む。電気接続（図示せず）が、電極とコネクタ９０９の間でベース９０７を介して形成される。
図３９は、実施形態による単一時点グルコース感知システムのための、ＢＧＭ使い捨てカートリッジ９０１および感知モジュール９１１を示す。使い捨てカートリッジ９０１は、試験流体リザーバ９０３、対電極１０５、参照電極１０６、および電極１０５、１０６および９０５のための構造支持体を提供するベース９０７上に形成されたカートリッジ作用電極９０５を含む。電気接続（図示せず）が、電極とコネクタ９０９の間でベース９０７を介して形成される。
感知モジュール
実施形態では、使い捨てカートリッジ９０１は、感知モジュール９１１とコネクタ９０９を介して電気的におよび／または機械的に結合するように設計される。感知モジュール９１１は、電圧源１０９および電流センサ１０８のための電気回路網（図示せず）を含み得る。使い捨てカートリッジ９０１が感知モジュール９１１に適正に接続されると、電極１０５、１０６および９０５は、図１におけるように、感知モジュール９１１の回路に接続される。
実施形態では、使い捨てカートリッジ９０１は、感知モジュール９１１とコネクタ９０９を介して電気的におよび／または機械的に結合するように設計される。感知モジュール９１１は、電圧源１０９および電流センサ１０８のための電気回路網（図示せず）を含み得る。使い捨てカートリッジ９０１が感知モジュール９１１に適正に接続されると、電極１０５、１０６および９０５は、図１におけるように、感知モジュール９１１の回路に接続される。
作用電極
一実施形態による作用電極９０５は、導電層１１０およびナノ多孔層１１７を含む。作用電極９０５は、試験流体中に含まれる細胞、脂質および大分子を濾過し、スクリーニングするために、フィルタ層９１３をさらに含む。実施形態では、フィルタ層９１３は、織布、綿または、血液の細胞、脂質および他の大きな成分をスクリーニングすることができるが、グルコースがそこを通過するのを可能にする他の材料から製造され得、またはこれを含み得る。
一実施形態による作用電極９０５は、導電層１１０およびナノ多孔層１１７を含む。作用電極９０５は、試験流体中に含まれる細胞、脂質および大分子を濾過し、スクリーニングするために、フィルタ層９１３をさらに含む。実施形態では、フィルタ層９１３は、織布、綿または、血液の細胞、脂質および他の大きな成分をスクリーニングすることができるが、グルコースがそこを通過するのを可能にする他の材料から製造され得、またはこれを含み得る。
作用電極は含まない
実施形態では、作用電極９０５はグルコース－特異的酵素を含まない。さらに、作用電極９０５は界面活性剤および酵素グルコース感知において必要となる可能性がある電子伝達体を含まない。さらに、作用電極９０５がインビトロデバイスであると仮定すると、これは、生体適合性層も必要としない。
実施形態では、作用電極９０５はグルコース－特異的酵素を含まない。さらに、作用電極９０５は界面活性剤および酵素グルコース感知において必要となる可能性がある電子伝達体を含まない。さらに、作用電極９０５がインビトロデバイスであると仮定すると、これは、生体適合性層も必要としない。
作用電極の較正
作用電極からの電流
実施形態によれば、ナノ多孔性グルコース－酸化層を有する非酵素作用電極は、試験液中に含まれるグルコースの酸化により引き起こされた電流を発生させる。実際には、非酵素作用電極からの電流は１）グルコース酸化のみにより引き起こされた電流（グルコース－酸化電流）、２）試験流体が干渉化学成分を含む場合、そのような干渉化学成分により引き起こされた電流、および３）電気化学セルと試験流体に含まれる他の化学成分の間の相互作用により引き起こされた電流を含む。
作用電極からの電流
実施形態によれば、ナノ多孔性グルコース－酸化層を有する非酵素作用電極は、試験液中に含まれるグルコースの酸化により引き起こされた電流を発生させる。実際には、非酵素作用電極からの電流は１）グルコース酸化のみにより引き起こされた電流（グルコース－酸化電流）、２）試験流体が干渉化学成分を含む場合、そのような干渉化学成分により引き起こされた電流、および３）電気化学セルと試験流体に含まれる他の化学成分の間の相互作用により引き起こされた電流を含む。
体液中のグルコースレベル
健康な個体における正常グルコースレベルは４．０～６．０ｍＭ（７２～１０８ｍｇ／ｄＬ）である。糖尿病患者を考慮すると、グルコースレベルは４．０～２０ｍＭ（７２～３６０ｍｇ／ｄＬ）の範囲である可能性がある。
健康な個体における正常グルコースレベルは４．０～６．０ｍＭ（７２～１０８ｍｇ／ｄＬ）である。糖尿病患者を考慮すると、グルコースレベルは４．０～２０ｍＭ（７２～３６０ｍｇ／ｄＬ）の範囲である可能性がある。
グルコース－酸化電流
実施形態では、４．０－２０ｍＭのグルコースを含む試験流体中での定常状態では（コンディショニング後）、約０．２Ｖ～約０．４５Ｖのバイアス電圧を印加すると、グルコース酸化のみに由来する電流（グルコース－酸化電流）は１０ｎＡ／ｍＭｃｍ ２ より高いレベルにある。４．０－２０Ｍｍのグルコース濃度範囲では、ナノ多孔性グルコース－酸化層（よって、非酵素作用電極）は、試験流体中に含まれる１ｍＭのグルコースに対し、約０．５、１．０、１．５、２．０、２．５、３．０、３．５、４．０、４．５、５．０、５．５または６．０ｎＡのグルコース－酸化電流を発生させる。実施形態では、試験流体中に含まれる１ｍＭのグルコース由来のグルコース－酸化電流は、直前の文における任意の２つの数字により形成される範囲内、例えば、約１．５ｎＡ～２．５ｎＡであってもよい。したがって、４．０－２０ｍＭのグルコース濃度範囲では、非酵素作用電極からのグルコース－酸化電流は約２．０ｎＡ（４．０×０．５）～約１２０ｎＡ（２０×６．０）となり得る。実施形態では、グルコース－酸化電流は約２．０、４．０、８．０、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０、３２、３４、３６、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５４、５６、５８、６０、６２、６４、６６、６８、７０、７２、７４、７６、７８、８０、８２、８４、８６、８８、９０、９２、９４、９６、９８、１００、１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６、１１８は１２０Ｎａとなり得る。実施形態では、試験流体中に含まれる４．０－２０ｍＭのグルコース由来のグルコース－酸化電流は、直前の文における任意の２つの数字により形成される範囲内、例えば、約１．５ｎＡ～２．５ｎＡであってもよい。
実施形態では、４．０－２０ｍＭのグルコースを含む試験流体中での定常状態では（コンディショニング後）、約０．２Ｖ～約０．４５Ｖのバイアス電圧を印加すると、グルコース酸化のみに由来する電流（グルコース－酸化電流）は１０ｎＡ／ｍＭｃｍ ２ より高いレベルにある。４．０－２０Ｍｍのグルコース濃度範囲では、ナノ多孔性グルコース－酸化層（よって、非酵素作用電極）は、試験流体中に含まれる１ｍＭのグルコースに対し、約０．５、１．０、１．５、２．０、２．５、３．０、３．５、４．０、４．５、５．０、５．５または６．０ｎＡのグルコース－酸化電流を発生させる。実施形態では、試験流体中に含まれる１ｍＭのグルコース由来のグルコース－酸化電流は、直前の文における任意の２つの数字により形成される範囲内、例えば、約１．５ｎＡ～２．５ｎＡであってもよい。したがって、４．０－２０ｍＭのグルコース濃度範囲では、非酵素作用電極からのグルコース－酸化電流は約２．０ｎＡ（４．０×０．５）～約１２０ｎＡ（２０×６．０）となり得る。実施形態では、グルコース－酸化電流は約２．０、４．０、８．０、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０、３２、３４、３６、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５４、５６、５８、６０、６２、６４、６６、６８、７０、７２、７４、７６、７８、８０、８２、８４、８６、８８、９０、９２、９４、９６、９８、１００、１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６、１１８は１２０Ｎａとなり得る。実施形態では、試験流体中に含まれる４．０－２０ｍＭのグルコース由来のグルコース－酸化電流は、直前の文における任意の２つの数字により形成される範囲内、例えば、約１．５ｎＡ～２．５ｎＡであってもよい。
電流およびグルコース濃度の較正
実施形態では、試験流体中の同じグルコース濃度について、グルコース－酸化電流はあるナノ多孔性グルコース－酸化層と別のものとで、それらの特定の製造条件によって、異なっている可能性がある。また、特定のナノ多孔性グルコース－酸化層では、グルコース－酸化電流は一般にグルコース濃度と線形的に相関するが、濃度または電流範囲全体にわたってそのように線形ではない可能性がある。実施形態では、同じ条件を使用して製造されるナノ多孔性グルコース－酸化層の各バッチについて、１つ以上のナノ多孔性グルコース－酸化層が試験され、グルコース－酸化電流とグルコース濃度の間の相関プロファイルが特定のバッチについて決定される。同じバッチからのナノ多孔性グルコース－酸化層を使用したグルコース感知またはモニタリングのプロセスの後半で、相関プロファイルが、試験流体中のグルコースレベルを計算または決定する際に使用される。
実施形態では、試験流体中の同じグルコース濃度について、グルコース－酸化電流はあるナノ多孔性グルコース－酸化層と別のものとで、それらの特定の製造条件によって、異なっている可能性がある。また、特定のナノ多孔性グルコース－酸化層では、グルコース－酸化電流は一般にグルコース濃度と線形的に相関するが、濃度または電流範囲全体にわたってそのように線形ではない可能性がある。実施形態では、同じ条件を使用して製造されるナノ多孔性グルコース－酸化層の各バッチについて、１つ以上のナノ多孔性グルコース－酸化層が試験され、グルコース－酸化電流とグルコース濃度の間の相関プロファイルが特定のバッチについて決定される。同じバッチからのナノ多孔性グルコース－酸化層を使用したグルコース感知またはモニタリングのプロセスの後半で、相関プロファイルが、試験流体中のグルコースレベルを計算または決定する際に使用される。
第２の作用電極
アスコルビン酸
アスコルビン酸はビタミンＣとして知られており、人体において重要な役割を果たす。アスコルビン酸は酸化傾向があり、低い酸化電位で容易に酸化される。アスコルビン酸は体液からのグルコース感知に干渉する可能性がある。
アスコルビン酸
アスコルビン酸はビタミンＣとして知られており、人体において重要な役割を果たす。アスコルビン酸は酸化傾向があり、低い酸化電位で容易に酸化される。アスコルビン酸は体液からのグルコース感知に干渉する可能性がある。
現在のところアスコルビン酸をブロックするために使用可能な層はない
アスコルビン酸が負電荷を持つと仮定すると、負電荷を持つ層がアスコルビン酸を撃退するがグルコースを通過させるために提案されている。しかしながら、今までのところアスコルビン酸をブロックするグルコース感知電極は市販されていない。
アスコルビン酸が負電荷を持つと仮定すると、負電荷を持つ層がアスコルビン酸を撃退するがグルコースを通過させるために提案されている。しかしながら、今までのところアスコルビン酸をブロックするグルコース感知電極は市販されていない。
２つの作用電極
実施形態では、グルコースセンサまたは感知システムは、図１の作用電極１０３に加えて、少なくとも１つの追加の作用電極を含む。図４０は、概念的に２－作用電極グルコース感知システム４１０１を示す。このシステムでは、第１の作用電極４１０３Ａ、第２の作用電極４１０３Ｂ、対電極１０５および参照電極１０６がポテンシオスタット４１０４に接続され、これは、２つの作用電極４１０３Ａおよび４１０３Ｂのための、オペアンプ４１０７Ａおよび４１０７Ｂ、電流センサ４１０８Ａおよび４１０８Ｂ、ならびに電圧源４１０９Ａおよび４１０９Ｂとして機能するための電気回路網を含む。
実施形態では、グルコースセンサまたは感知システムは、図１の作用電極１０３に加えて、少なくとも１つの追加の作用電極を含む。図４０は、概念的に２－作用電極グルコース感知システム４１０１を示す。このシステムでは、第１の作用電極４１０３Ａ、第２の作用電極４１０３Ｂ、対電極１０５および参照電極１０６がポテンシオスタット４１０４に接続され、これは、２つの作用電極４１０３Ａおよび４１０３Ｂのための、オペアンプ４１０７Ａおよび４１０７Ｂ、電流センサ４１０８Ａおよび４１０８Ｂ、ならびに電圧源４１０９Ａおよび４１０９Ｂとして機能するための電気回路網を含む。
２－作用電極システムの動作
実施形態では、グルコースおよびアスコルビン酸の両方の酸化が第１の作用電極４１０３Ａで起こる。したがって、第１の作用電極４１０３Ａからの電流は、試験流体１０２中のグルコースとアスコルビン酸の総計濃度を表す。他方、第２の作用電極４１０３Ｂでは、アスコルビン酸の酸化が起こるが、グルコースの酸化は起こらない。したがって、第２の作用電極４１０３Ｂからの電流は、同じ試験流体１０２中のアスコルビン酸の濃度のみを表す。２つの電流値間の差は、試験流体１０２中に含まれるグルコースの濃度またはレベルを表す。
実施形態では、グルコースおよびアスコルビン酸の両方の酸化が第１の作用電極４１０３Ａで起こる。したがって、第１の作用電極４１０３Ａからの電流は、試験流体１０２中のグルコースとアスコルビン酸の総計濃度を表す。他方、第２の作用電極４１０３Ｂでは、アスコルビン酸の酸化が起こるが、グルコースの酸化は起こらない。したがって、第２の作用電極４１０３Ｂからの電流は、同じ試験流体１０２中のアスコルビン酸の濃度のみを表す。２つの電流値間の差は、試験流体１０２中に含まれるグルコースの濃度またはレベルを表す。
第１の作用電極（グルコース作用電極）
いくつかの実施形態では、第１の作用電極（グルコース作用電極）４１０３Ａは、図３におけるように、導電層１１０上にナノ多孔層１１７を含む。ナノ多孔層１１７はクラスター化ナノ多孔構造を含み得るが、それに限定されない。他の実施形態では、第１の作用電極４１０３Ａは、図２におけるように、図３のナノ多孔層１１７の代わりに、グルコースを酸化するためのグルコース－特異的酵素を含む酵素層を含み得る。どちらの実施形態においても、第１の作用電極４１０３Ａは、負電荷を持つ膜またはアスコルビン酸がそこを通過するのを阻止するための任意の他の膜を含まない。
いくつかの実施形態では、第１の作用電極（グルコース作用電極）４１０３Ａは、図３におけるように、導電層１１０上にナノ多孔層１１７を含む。ナノ多孔層１１７はクラスター化ナノ多孔構造を含み得るが、それに限定されない。他の実施形態では、第１の作用電極４１０３Ａは、図２におけるように、図３のナノ多孔層１１７の代わりに、グルコースを酸化するためのグルコース－特異的酵素を含む酵素層を含み得る。どちらの実施形態においても、第１の作用電極４１０３Ａは、負電荷を持つ膜またはアスコルビン酸がそこを通過するのを阻止するための任意の他の膜を含まない。
第２の作用電極（非グルコース作用電極）
第２の作用電極（非グルコース作用電極）４１０３Ｂは導電層１１０を含むが、グルコースの酸化を効果的に引き起こすためのいずれの層または特徴も含まない。実施形態では、第２の作用電極４１０３Ｂは、グルコースを酸化するための、ナノ多孔層１１７もグルコース－特異的酵素も含まない。しかしながら、アスコルビン酸の酸化は導電層１１０で起こる。実施形態では、導電層１１０は銀層上に形成された導電炭素層を含むが、それに限定されない。
第２の作用電極（非グルコース作用電極）４１０３Ｂは導電層１１０を含むが、グルコースの酸化を効果的に引き起こすためのいずれの層または特徴も含まない。実施形態では、第２の作用電極４１０３Ｂは、グルコースを酸化するための、ナノ多孔層１１７もグルコース－特異的酵素も含まない。しかしながら、アスコルビン酸の酸化は導電層１１０で起こる。実施形態では、導電層１１０は銀層上に形成された導電炭素層を含むが、それに限定されない。
２つの電極のための同じバイアス電圧
実施形態では、同じバイアス電圧が、第１および第２の作用電極４１０３Ａおよび４１０３Ｂの両方に、参照電極１０６に対して印加される。これは、アスコルビン酸の大体同じレベルの酸化が第１および第２の作用電極４１０３Ａおよび４１０３Ｂの両方で起こるようにする環境を提供するためである。アスコルビン酸について同じレベルの酸化が第１および第２の作用電極４１０３Ａおよび４１０３Ｂの各々で起こると仮定すれば、第１の作用電極４１０３Ａからの電流と第２の作用電極４１０３Ｂからの電流の間の差は、第１の作用電極４１０３Ａでのグルコースの酸化を表すはずである。
実施形態では、同じバイアス電圧が、第１および第２の作用電極４１０３Ａおよび４１０３Ｂの両方に、参照電極１０６に対して印加される。これは、アスコルビン酸の大体同じレベルの酸化が第１および第２の作用電極４１０３Ａおよび４１０３Ｂの両方で起こるようにする環境を提供するためである。アスコルビン酸について同じレベルの酸化が第１および第２の作用電極４１０３Ａおよび４１０３Ｂの各々で起こると仮定すれば、第１の作用電極４１０３Ａからの電流と第２の作用電極４１０３Ｂからの電流の間の差は、第１の作用電極４１０３Ａでのグルコースの酸化を表すはずである。
追加の化学成分の干渉の対処
２－電極システム４１０１は１を超える化学成分の干渉に対処するために使用することができる。実施形態では、バイアス電圧を調整することにより、第１の作用電極４１０３Ａは、グルコースおよびアスコルビン酸だけでなく、追加の干渉化学成分、例えばアセトアミノフェンも酸化することができる。同様に、第２の作用電極４１０３Ｂは、アスコルビン酸だけでなく、同時に追加の干渉化学成分も酸化する。ここで、第１および第２の作用電極のどちらも、追加の干渉化学成分を阻止するための膜を含まない。そうして、第１の作用電極４１０３Ａからの電流はグルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの酸化を表し、第２の作用電極４１０３Ｂからの電流はアスコルビン酸およびアセトアミノフェンの酸化を表す。電流間の差はグルコースの酸化を表し、アセトアミノフェンおよびアスコルビン酸の干渉が取り消される。
２－電極システム４１０１は１を超える化学成分の干渉に対処するために使用することができる。実施形態では、バイアス電圧を調整することにより、第１の作用電極４１０３Ａは、グルコースおよびアスコルビン酸だけでなく、追加の干渉化学成分、例えばアセトアミノフェンも酸化することができる。同様に、第２の作用電極４１０３Ｂは、アスコルビン酸だけでなく、同時に追加の干渉化学成分も酸化する。ここで、第１および第２の作用電極のどちらも、追加の干渉化学成分を阻止するための膜を含まない。そうして、第１の作用電極４１０３Ａからの電流はグルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの酸化を表し、第２の作用電極４１０３Ｂからの電流はアスコルビン酸およびアセトアミノフェンの酸化を表す。電流間の差はグルコースの酸化を表し、アセトアミノフェンおよびアスコルビン酸の干渉が取り消される。
バイアス電圧
実施形態では、０．２－０．４５Ｖの範囲のいずれのバイアス電圧値も、干渉に対処するために使用することができる。いくつかの実施形態では、０．２－０．３２Ｖの範囲内のバイアス電圧値は、下記でより詳細に記載されるように、そのバイアス電圧範囲では、アセトアミノフェンはナノ多孔性金属層内で酸化され得ないと仮定すると、アスコルビン酸のみの干渉に対処するために使用することができる。
実施形態では、０．２－０．４５Ｖの範囲のいずれのバイアス電圧値も、干渉に対処するために使用することができる。いくつかの実施形態では、０．２－０．３２Ｖの範囲内のバイアス電圧値は、下記でより詳細に記載されるように、そのバイアス電圧範囲では、アセトアミノフェンはナノ多孔性金属層内で酸化され得ないと仮定すると、アスコルビン酸のみの干渉に対処するために使用することができる。
異なるバイアス電圧
実施形態では、２－電極システム４１０１は、第１および第２の作用電極に対して異なるバイアス電圧を採用することができる。例えば、第１のバイアス電圧は第１の作用電極４１０３Ａに印加され、第２のバイアス電圧は第２の作用電極４１０３Ｂに印加される。異なるバイアス電圧を用いると、第２の作用電極４１０３Ｂでのアスコルビン酸の酸化に由来する電流は第１の作用電極４１０３Ａでのアスコルビン酸の酸化による電流成分と同じまたは等価ではないものとすることができる。よって、グルコース酸化由来の電流は、２つの電極からの電流間の単純な差ではない可能性がある。しかしながら、実施形態では、２－電極システム４１０１は、異なるバイアス電圧、第１および第２の作用電極４１０３Ａおよび４１０３Ｂからの電流値、異なるバイアス電圧でのアスコルビン酸の酸化電位を示すデータ、などを用いて、正確なグルコース濃度を計算するための、ハードウェアおよびソフトウェアを有し、またはこれに接続される。
実施形態では、２－電極システム４１０１は、第１および第２の作用電極に対して異なるバイアス電圧を採用することができる。例えば、第１のバイアス電圧は第１の作用電極４１０３Ａに印加され、第２のバイアス電圧は第２の作用電極４１０３Ｂに印加される。異なるバイアス電圧を用いると、第２の作用電極４１０３Ｂでのアスコルビン酸の酸化に由来する電流は第１の作用電極４１０３Ａでのアスコルビン酸の酸化による電流成分と同じまたは等価ではないものとすることができる。よって、グルコース酸化由来の電流は、２つの電極からの電流間の単純な差ではない可能性がある。しかしながら、実施形態では、２－電極システム４１０１は、異なるバイアス電圧、第１および第２の作用電極４１０３Ａおよび４１０３Ｂからの電流値、異なるバイアス電圧でのアスコルビン酸の酸化電位を示すデータ、などを用いて、正確なグルコース濃度を計算するための、ハードウェアおよびソフトウェアを有し、またはこれに接続される。
同時検出
いくつかの実施形態では、第１の作用電極４１０３Ａからの電流の検出および第２の作用電極４１０３Ｂからの電流の検出は同じ時に、同時に、並行して、または付随して起こる。他の実施形態では、１つの電流センサまたは２つの電流センサのいずれかを用いて、検出は該当する化学成分の濃度変動が時間ギャップにわたって無視できる限り、異なる時間に、時間ギャップを有して起こり得る。当業者であれば、どのくらいの長さの時間ギャップが、不正確となるリスクがそれほどなく、可能となるか認識するであろう。例えば、時間ギャップは１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０秒未満であり、あるいは時間ギャップは１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０分未満である。
いくつかの実施形態では、第１の作用電極４１０３Ａからの電流の検出および第２の作用電極４１０３Ｂからの電流の検出は同じ時に、同時に、並行して、または付随して起こる。他の実施形態では、１つの電流センサまたは２つの電流センサのいずれかを用いて、検出は該当する化学成分の濃度変動が時間ギャップにわたって無視できる限り、異なる時間に、時間ギャップを有して起こり得る。当業者であれば、どのくらいの長さの時間ギャップが、不正確となるリスクがそれほどなく、可能となるか認識するであろう。例えば、時間ギャップは１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０秒未満であり、あるいは時間ギャップは１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０分未満である。
干渉化学物質の濃度の記録
実施形態では、２－電極システム４１０１は、第１および第２の作用電極４１０３Ａおよび４１０３Ｂからの電流値を保存する、および／または電流値から得られたグルコースおよびアスコルビン酸の個々の濃度を保存するように構成されたハードウェアおよびソフトウェア（図示せず）を含み、またはこれに接続される。アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの両方の酸化が第２の作用電極４１０３Ｂで起こるいくつかの実施形態では、ハードウェアおよびソフトウェアは、グルコースの濃度ならびにアスコルビン酸およびアセトアミノフェンの総計濃度を保存するように構成される。
実施形態では、２－電極システム４１０１は、第１および第２の作用電極４１０３Ａおよび４１０３Ｂからの電流値を保存する、および／または電流値から得られたグルコースおよびアスコルビン酸の個々の濃度を保存するように構成されたハードウェアおよびソフトウェア（図示せず）を含み、またはこれに接続される。アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの両方の酸化が第２の作用電極４１０３Ｂで起こるいくつかの実施形態では、ハードウェアおよびソフトウェアは、グルコースの濃度ならびにアスコルビン酸およびアセトアミノフェンの総計濃度を保存するように構成される。
ＣＧＭに適用可能
２－電極システム４１０１は、インビボグルコース感知のためにＣＧＭ電極ユニットに組み入れられ得る。図４１は第１および第２の作用電極４１０３Ａおよび４１０３Ｂを含むＣＧＭ電極ユニット４２０１を示し、それらは、それぞれ第１および第２の作用電極端子４１０３ＡＴおよび４１０３ＢＴに接続されている。
２－電極システム４１０１は、インビボグルコース感知のためにＣＧＭ電極ユニットに組み入れられ得る。図４１は第１および第２の作用電極４１０３Ａおよび４１０３Ｂを含むＣＧＭ電極ユニット４２０１を示し、それらは、それぞれ第１および第２の作用電極端子４１０３ＡＴおよび４１０３ＢＴに接続されている。
ＢＧＭに適用可能
２－電極システム４１０１は、インビトログルコース感知のためのＢＧＭ使い捨てカートリッジまたはストリップに組み入れられ得る。実施形態では、図３９の使い捨てカートリッジ９０１は２つの作用電極を含み得る。そのような実施形態では、カートリッジ作用電極９０５は第１の作用電極４１０３Ａとして働く。第２の作用電極４１０３Ｂは、試験流体と接触するためにベース９０７に付加され得る。さらに、対応する感知モジュール９１１は、ＢＧＭ使い捨てカートリッジから第１および第２の作用電極からの信号を受信するための回路網を含み得る。
２－電極システム４１０１は、インビトログルコース感知のためのＢＧＭ使い捨てカートリッジまたはストリップに組み入れられ得る。実施形態では、図３９の使い捨てカートリッジ９０１は２つの作用電極を含み得る。そのような実施形態では、カートリッジ作用電極９０５は第１の作用電極４１０３Ａとして働く。第２の作用電極４１０３Ｂは、試験流体と接触するためにベース９０７に付加され得る。さらに、対応する感知モジュール９１１は、ＢＧＭ使い捨てカートリッジから第１および第２の作用電極からの信号を受信するための回路網を含み得る。
第１および第２の作用電極は一緒に動作しなければならない
２－電極システム４１０１では、試験流体中のグルコースレベルを得るために、２つの電流値が存在しなければならない：１つは第１の作用電極４１０３Ａからであり、もう１つは第２の作用電極４１０３Ｂからである。ＣＧＭでは、第１および第２の作用電極４１０３Ａおよび４１０３Ｂの各々は、グルコースレベルを提供するために、連続して、または繰り返して動作しなければならない。したがって、システムは、様々な理由で時折使用される予備の感知電極を有するいずれの電気化学感知システムとも区別される。
２－電極システム４１０１では、試験流体中のグルコースレベルを得るために、２つの電流値が存在しなければならない：１つは第１の作用電極４１０３Ａからであり、もう１つは第２の作用電極４１０３Ｂからである。ＣＧＭでは、第１および第２の作用電極４１０３Ａおよび４１０３Ｂの各々は、グルコースレベルを提供するために、連続して、または繰り返して動作しなければならない。したがって、システムは、様々な理由で時折使用される予備の感知電極を有するいずれの電気化学感知システムとも区別される。
アセトアミノフェンによる干渉
アセトアミノフェン
アセトアミノフェンは最も一般的に使用される処方箋なしで購入できる医薬品の１つである。さらに、アセトアミノフェンは、併用薬物中で、有効活性成分として広く使用される。
アセトアミノフェン
アセトアミノフェンは最も一般的に使用される処方箋なしで購入できる医薬品の１つである。さらに、アセトアミノフェンは、併用薬物中で、有効活性成分として広く使用される。
よく認識される問題
アセトアミノフェンの人気を考えると、薬物は、彼らの血糖値を検出する必要もある患者により摂取され得る可能性がある。多くのグルコース感知デバイスが、医療専門家ではなく、患者自身によって使用されることを考慮すると、アセトアミノフェンにより引き起こされた不正確な読み取り値は重大な結果につながる可能性がある。電気化学グルコース感知についての業界はこの問題を知っており、その解決に関心を示してきた。
アセトアミノフェンの人気を考えると、薬物は、彼らの血糖値を検出する必要もある患者により摂取され得る可能性がある。多くのグルコース感知デバイスが、医療専門家ではなく、患者自身によって使用されることを考慮すると、アセトアミノフェンにより引き起こされた不正確な読み取り値は重大な結果につながる可能性がある。電気化学グルコース感知についての業界はこの問題を知っており、その解決に関心を示してきた。
良い解決策なし
この問題を解決するために多くの試みがなされてきた。しかしながら、これまで、どの解決策も、業界に採用するように納得させることができなかった。アセトアミノフェンが電極に到達しないように選択的にスクリーニングするために採用された膜はない。よって、長年にわたっているが満たされていない要求が存在する。
この問題を解決するために多くの試みがなされてきた。しかしながら、これまで、どの解決策も、業界に採用するように納得させることができなかった。アセトアミノフェンが電極に到達しないように選択的にスクリーニングするために採用された膜はない。よって、長年にわたっているが満たされていない要求が存在する。
良い解決策なしについての説明
市販の電気化学グルコース感知技術はこの問題に全く、簡単に対処することができない。これは、少なくとも一部は、電気化学グルコース感知システムが技術的に非常に複雑であるためである。作用電極は積層構成要素を有し、その各々はそれ自体の機能を有し、他の構成要素に干渉しない。他の構成要素の機能および作用電極の全体性能に影響を与えずに、アセトアミノフェンが関与するこの問題に対処する解決策を見いだすことは困難であろう。技術の複雑さに加えて、この業界における厳密な規制承認プロセスを考慮すると、市場発売のためのこのような製品の開発は非常に費用がかかる。したがって、いったん、実用的な製品が認可され、市場で発売されると、認可された製品の働く構成要素のいずれにも大きな変更を加えることは困難であろう。
市販の電気化学グルコース感知技術はこの問題に全く、簡単に対処することができない。これは、少なくとも一部は、電気化学グルコース感知システムが技術的に非常に複雑であるためである。作用電極は積層構成要素を有し、その各々はそれ自体の機能を有し、他の構成要素に干渉しない。他の構成要素の機能および作用電極の全体性能に影響を与えずに、アセトアミノフェンが関与するこの問題に対処する解決策を見いだすことは困難であろう。技術の複雑さに加えて、この業界における厳密な規制承認プロセスを考慮すると、市場発売のためのこのような製品の開発は非常に費用がかかる。したがって、いったん、実用的な製品が認可され、市場で発売されると、認可された製品の働く構成要素のいずれにも大きな変更を加えることは困難であろう。
アセトアミノフェンに対処する非酵素グルコース感知システム
実施形態では、非酵素電気化学グルコース感知システムはグルコースを選択的に酸化し、同時に、この結果のための追加の膜を導入することなく、アセトアミノフェンを酸化しない。図３および３１に戻って説明すると、作用電極１０３ＮＥ、５０１は導電層１１０およびナノ多孔層１１７を含む。作用電極は、ナノ多孔層１１７上に１つ以上の追加の機能層を含み得る。
実施形態では、非酵素電気化学グルコース感知システムはグルコースを選択的に酸化し、同時に、この結果のための追加の膜を導入することなく、アセトアミノフェンを酸化しない。図３および３１に戻って説明すると、作用電極１０３ＮＥ、５０１は導電層１１０およびナノ多孔層１１７を含む。作用電極は、ナノ多孔層１１７上に１つ以上の追加の機能層を含み得る。
アセトアミノフェンスクリーニング膜なし
実施形態では、作用電極１０３ＮＥは、ナノ多孔層１１７上に、アセトアミノフェンを選択的にスクリーニングし、撃退し、またはブロックするが、グルコースがそこを通過するのを可能にするように設計された膜、フィルムまたは層を含まない。よって、作用電極１０３ＮＥが、アセトアミノフェンを含む試験流体に接触する場合、グルコースおよびアセトアミノフェンの両方がナノ多孔層１１７に接触し、その中の、酸化のためのナノサイズ細孔に入ることができる。
実施形態では、作用電極１０３ＮＥは、ナノ多孔層１１７上に、アセトアミノフェンを選択的にスクリーニングし、撃退し、またはブロックするが、グルコースがそこを通過するのを可能にするように設計された膜、フィルムまたは層を含まない。よって、作用電極１０３ＮＥが、アセトアミノフェンを含む試験流体に接触する場合、グルコースおよびアセトアミノフェンの両方がナノ多孔層１１７に接触し、その中の、酸化のためのナノサイズ細孔に入ることができる。
グルコースおよびアセトアミノフェンの酸化のためのバイアス電圧
実施形態によるグルコース感知システムでは、グルコースは、ナノ多孔層１１７において、約０．２Ｖ～約０．４５Ｖのバイアス電圧で酸化される。他方、アセトアミノフェンは、０．３３、０．３４、０．３５または０．３６Ｖを超えるバイアス電圧で酸化される。バイアス電圧は、グルコースの酸化を引き起こし、かつ、同時に、アセトアミノフェンの酸化を回避するように調整され得る。
実施形態によるグルコース感知システムでは、グルコースは、ナノ多孔層１１７において、約０．２Ｖ～約０．４５Ｖのバイアス電圧で酸化される。他方、アセトアミノフェンは、０．３３、０．３４、０．３５または０．３６Ｖを超えるバイアス電圧で酸化される。バイアス電圧は、グルコースの酸化を引き起こし、かつ、同時に、アセトアミノフェンの酸化を回避するように調整され得る。
グルコースの選択的酸化およびアセトアミノフェンの酸化なしのためのバイアス電圧
実施形態では、参照電極１０６に対して導電層１１０に印加されるバイアス電圧は、どちらもナノ多孔層１１７と接触した時に、グルコースの酸化を引き起こすがアセトアミノフェンの酸化を引き起こさないように設定される。グルコースの選択的酸化およびアセトアミノフェンの選択的非酸化のために、実施形態では、バイアス電圧は、０．２０、０．２１、０．２２、０．２３、０．２４、０．２５、０．２６、０．２７、０．２８、０．２９、０．３０、０．３１または０．３２Ｖ、または約それらで設定される。実施形態では、バイアス電圧は、直前の文で列挙される任意の２つの数字（２つの電圧値）を選択することにより形成される範囲内、例えば、０．２８Ｖ～０．３０Ｖ、約０．２７Ｖ～約０．３１Ｖ、０．２６Ｖ～０．３０Ｖ、約０．２８Ｖ～約０．３２Ｖ、などであってもよい。実施形態では、バイアス電圧は０．３０、０．３１または０．３２Ｖより低い。
実施形態では、参照電極１０６に対して導電層１１０に印加されるバイアス電圧は、どちらもナノ多孔層１１７と接触した時に、グルコースの酸化を引き起こすがアセトアミノフェンの酸化を引き起こさないように設定される。グルコースの選択的酸化およびアセトアミノフェンの選択的非酸化のために、実施形態では、バイアス電圧は、０．２０、０．２１、０．２２、０．２３、０．２４、０．２５、０．２６、０．２７、０．２８、０．２９、０．３０、０．３１または０．３２Ｖ、または約それらで設定される。実施形態では、バイアス電圧は、直前の文で列挙される任意の２つの数字（２つの電圧値）を選択することにより形成される範囲内、例えば、０．２８Ｖ～０．３０Ｖ、約０．２７Ｖ～約０．３１Ｖ、０．２６Ｖ～０．３０Ｖ、約０．２８Ｖ～約０．３２Ｖ、などであってもよい。実施形態では、バイアス電圧は０．３０、０．３１または０．３２Ｖより低い。
酵素感知電極におけるバイアス電圧
対比のために、酵素グルコースセンサは、０．５－０．６Ｖの範囲のバイアス電圧を印加する。酵素感知センサでは、このバイアス電圧は、その感知電極または他の場所でグルコースの酸化を引き起こさない。むしろ、グルコース－特異的酵素はグルコース分子を酸化し、これにより電子伝達体に対して電子が発生し、それは導電層でバイアス電圧により酸化される。よって、バイアス電圧は酵素電極において電子伝達体の酸化を引き起こすことになる。
対比のために、酵素グルコースセンサは、０．５－０．６Ｖの範囲のバイアス電圧を印加する。酵素感知センサでは、このバイアス電圧は、その感知電極または他の場所でグルコースの酸化を引き起こさない。むしろ、グルコース－特異的酵素はグルコース分子を酸化し、これにより電子伝達体に対して電子が発生し、それは導電層でバイアス電圧により酸化される。よって、バイアス電圧は酵素電極において電子伝達体の酸化を引き起こすことになる。
実施例
ここで、発明の様々な態様および特徴について、実施例および実験と関連付けて、さらに説明する。
ここで、発明の様々な態様および特徴について、実施例および実験と関連付けて、さらに説明する。
逆ミセル相の調製
実施例１．１
白金水溶液を、０．５００ｇ（０．９６５ｍｍｏｌ）の塩化白金酸六水和物Ｈ２ＰｔＣｌ６・６Ｈ２Ｏ（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ製）を２４．５ｇの精製水に攪拌しながら溶解することにより調製した。２５ｇの界面活性剤、トリトンＸ－１００（商標）（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ製）を白金水溶液に添加し、界面活性剤および白金イオンを含む水性組成物を提供した。水性組成物中の白金イオンの濃度は約０．０２Ｍであった。逆ミセル相を水性組成物中で、攪拌しながら、温度を７０°に調整することにより調製した。
実施例１．１
白金水溶液を、０．５００ｇ（０．９６５ｍｍｏｌ）の塩化白金酸六水和物Ｈ２ＰｔＣｌ６・６Ｈ２Ｏ（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ製）を２４．５ｇの精製水に攪拌しながら溶解することにより調製した。２５ｇの界面活性剤、トリトンＸ－１００（商標）（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ製）を白金水溶液に添加し、界面活性剤および白金イオンを含む水性組成物を提供した。水性組成物中の白金イオンの濃度は約０．０２Ｍであった。逆ミセル相を水性組成物中で、攪拌しながら、温度を７０°に調整することにより調製した。
実施例１．２
逆ミセル相を、ＰｔＣｌ４・６Ｈ２Ｏを、Ｈ２ＰｔＣｌ６・６Ｈ２Ｏの代わりに、水性組成物中で約０．０２Ｍの白金イオン濃度を提供する量で使用することを除き、実施例１．１を繰り返すことにより調製する。
逆ミセル相を、ＰｔＣｌ４・６Ｈ２Ｏを、Ｈ２ＰｔＣｌ６・６Ｈ２Ｏの代わりに、水性組成物中で約０．０２Ｍの白金イオン濃度を提供する量で使用することを除き、実施例１．１を繰り返すことにより調製する。
実施例１．３
逆ミセル相を、Ｈ２ＰｔＣｌ２（ＯＨ）４を、Ｈ２ＰｔＣｌ６・６Ｈ２Ｏの代わりに、水性組成物中で約０．０２Ｍの白金イオン濃度を提供する量で使用することを除き、実施例１．１を繰り返すことにより調製する。
逆ミセル相を、Ｈ２ＰｔＣｌ２（ＯＨ）４を、Ｈ２ＰｔＣｌ６・６Ｈ２Ｏの代わりに、水性組成物中で約０．０２Ｍの白金イオン濃度を提供する量で使用することを除き、実施例１．１を繰り返すことにより調製する。
実施例１．４
逆ミセル相を、Ｈ２Ｐｔ（ＳＯ４）（ＯＨ）４・６Ｈ２Ｏを、Ｈ２ＰｔＣｌ６・６Ｈ２Ｏの代わりに、水性組成物中で約０．０２Ｍの白金イオン濃度を提供する量で使用することを除き、実施例１．１を繰り返すことにより調製する。
逆ミセル相を、Ｈ２Ｐｔ（ＳＯ４）（ＯＨ）４・６Ｈ２Ｏを、Ｈ２ＰｔＣｌ６・６Ｈ２Ｏの代わりに、水性組成物中で約０．０２Ｍの白金イオン濃度を提供する量で使用することを除き、実施例１．１を繰り返すことにより調製する。
実施例１．５
逆ミセル相を、ＴｉＣｌ４・６Ｈ２Ｏを、Ｈ２ＰｔＣｌ６・６Ｈ２Ｏの代わりに、水性組成物中で約０．０２Ｍのチタンイオン濃度を提供する量で使用することを除き、実施例１．１を繰り返すことにより調製する。
逆ミセル相を、ＴｉＣｌ４・６Ｈ２Ｏを、Ｈ２ＰｔＣｌ６・６Ｈ２Ｏの代わりに、水性組成物中で約０．０２Ｍのチタンイオン濃度を提供する量で使用することを除き、実施例１．１を繰り返すことにより調製する。
実施例１．６
逆ミセル相を、ＮＰ－４０ＴＭを界面活性剤として、トリトンＸ－１００の代わりに使用し、水性組成物中で約０．０２Ｍの白金イオン濃度を提供することを除き、かつ、さらに、界面活性剤の量および温度を界面活性剤の逆ミセル相を達成するように調整することを除き、実施例１．１を繰り返すことにより調製する。
逆ミセル相を、ＮＰ－４０ＴＭを界面活性剤として、トリトンＸ－１００の代わりに使用し、水性組成物中で約０．０２Ｍの白金イオン濃度を提供することを除き、かつ、さらに、界面活性剤の量および温度を界面活性剤の逆ミセル相を達成するように調整することを除き、実施例１．１を繰り返すことにより調製する。
実施例１．７
逆ミセル相を、ポリソルベート８０を界面活性剤として、トリトンＸ－１００の代わりに使用し、水性組成物中で約０．０２Ｍの白金イオン濃度を提供することを除きかつ、さらに、界面活性剤の量および温度を特定の界面活性剤の逆ミセル相を達成するように調整することを除き、実施例１．１を繰り返すことにより調製する。
逆ミセル相を、ポリソルベート８０を界面活性剤として、トリトンＸ－１００の代わりに使用し、水性組成物中で約０．０２Ｍの白金イオン濃度を提供することを除きかつ、さらに、界面活性剤の量および温度を特定の界面活性剤の逆ミセル相を達成するように調整することを除き、実施例１．１を繰り返すことにより調製する。
実施例１．８
逆ミセル相を、イソセテス－２０を界面活性剤として、トリトンＸ－１００の代わりに使用し、水性組成物中で約０．０２Ｍの白金イオン濃度を提供することを除き、かつ、さらに、界面活性剤の量および温度を特定の界面活性剤の逆ミセル相を達成するように調整することを除き、実施例１．１を繰り返すことにより調製する。
逆ミセル相を、イソセテス－２０を界面活性剤として、トリトンＸ－１００の代わりに使用し、水性組成物中で約０．０２Ｍの白金イオン濃度を提供することを除き、かつ、さらに、界面活性剤の量および温度を特定の界面活性剤の逆ミセル相を達成するように調整することを除き、実施例１．１を繰り返すことにより調製する。
実施例１．９
逆ミセル相を、ポロクサマー４０７を界面活性剤として、トリトンＸ－１００の代わりに使用し、水性組成物中で約０．０２Ｍの白金イオン濃度を提供することを除き、かつ、さらに、界面活性剤の量および温度を特定の界面活性剤の逆ミセル相を達成するように調整することを除き、実施例１．１を繰り返すことにより調製する。
逆ミセル相を、ポロクサマー４０７を界面活性剤として、トリトンＸ－１００の代わりに使用し、水性組成物中で約０．０２Ｍの白金イオン濃度を提供することを除き、かつ、さらに、界面活性剤の量および温度を特定の界面活性剤の逆ミセル相を達成するように調整することを除き、実施例１．１を繰り返すことにより調製する。
実施例１．１０
逆ミセル相を、モノラウリンを界面活性剤として、トリトンＸ－１００の代わりに使用し、水性組成物中で約０．０２Ｍの白金イオン濃度を提供することを除き、かつ、さらに、界面活性剤の量および温度を特定の界面活性剤の逆ミセル相を達成するように調整することを除き、実施例１．１を繰り返すことにより調製する。
逆ミセル相を、モノラウリンを界面活性剤として、トリトンＸ－１００の代わりに使用し、水性組成物中で約０．０２Ｍの白金イオン濃度を提供することを除き、かつ、さらに、界面活性剤の量および温度を特定の界面活性剤の逆ミセル相を達成するように調整することを除き、実施例１．１を繰り返すことにより調製する。
還元剤の調製
実施例２．１
還元剤水溶液を、３０ｇ（０．１７０ｍｏｌ）のアスコルビン酸を還元剤として２５０ｍｌの精製水に攪拌しながら添加することにより、調製した。還元剤溶液を７０℃まで加熱した。還元剤水溶液中でのアスコルビン酸の濃度を０．６Ｍとした。これは実施例１．１から１．１０までの金属イオンの濃度の６０倍に等しい。
実施例２．１
還元剤水溶液を、３０ｇ（０．１７０ｍｏｌ）のアスコルビン酸を還元剤として２５０ｍｌの精製水に攪拌しながら添加することにより、調製した。還元剤溶液を７０℃まで加熱した。還元剤水溶液中でのアスコルビン酸の濃度を０．６Ｍとした。これは実施例１．１から１．１０までの金属イオンの濃度の６０倍に等しい。
実施例２．２
還元剤水溶液を、ホルムアルデヒドを還元剤としてアスコルビン酸の代わりに使用することを除き、実施例２．１を繰り返すことにより調製した。ホルムアルデヒドの量を還元剤水溶液中で約０．６Ｍのその濃度を提供するように調整する。
還元剤水溶液を、ホルムアルデヒドを還元剤としてアスコルビン酸の代わりに使用することを除き、実施例２．１を繰り返すことにより調製した。ホルムアルデヒドの量を還元剤水溶液中で約０．６Ｍのその濃度を提供するように調整する。
実施例２．３
還元剤水溶液を、酢酸を還元剤としてアスコルビン酸の代わりに使用することを除き、実施例２．１を繰り返すことにより調製した。酢酸の量を、還元剤水溶液中で約０．６Ｍのその濃度を提供するように調整する。
還元剤水溶液を、酢酸を還元剤としてアスコルビン酸の代わりに使用することを除き、実施例２．１を繰り返すことにより調製した。酢酸の量を、還元剤水溶液中で約０．６Ｍのその濃度を提供するように調整する。
実施例２．４
還元剤水溶液を、次亜リン酸塩を還元剤としてアスコルビン酸の代わりに使用することを除き、実施例２．１を繰り返すことにより調製した。次亜リン酸塩の量を、還元剤水溶液中で約０．６Ｍのその濃度を提供するように調整する。
還元剤水溶液を、次亜リン酸塩を還元剤としてアスコルビン酸の代わりに使用することを除き、実施例２．１を繰り返すことにより調製した。次亜リン酸塩の量を、還元剤水溶液中で約０．６Ｍのその濃度を提供するように調整する。
ナノ粒子コロイドの形成
実施例３．１
実施例２．１で調製した還元剤水溶液を、逆ミセル相を調製した直後に、実施例１．１の水性組成物に７０℃で添加した。結果的に得られた液体組成物中で、白金イオンの濃度は約０．００２８Ｍであり、アスコルビン酸の濃度は約０．５０Ｍであった。結果的に得られた液体組成物を、約４時間７０℃で連続して攪拌した。黒色白金コロイドを得た。
実施例３．１
実施例２．１で調製した還元剤水溶液を、逆ミセル相を調製した直後に、実施例１．１の水性組成物に７０℃で添加した。結果的に得られた液体組成物中で、白金イオンの濃度は約０．００２８Ｍであり、アスコルビン酸の濃度は約０．５０Ｍであった。結果的に得られた液体組成物を、約４時間７０℃で連続して攪拌した。黒色白金コロイドを得た。
実施例３．２－３．１０
実施例３．１を、実施例１．１で調製した逆ミセル相の代わりに、実施例１．２－１．１０で調製した逆ミセル相を使用して繰り返す。これは、それぞれ、実施例３．２－３．１０の金属コロイドを提供する。
実施例３．１を、実施例１．１で調製した逆ミセル相の代わりに、実施例１．２－１．１０で調製した逆ミセル相を使用して繰り返す。これは、それぞれ、実施例３．２－３．１０の金属コロイドを提供する。
ナノ粒子コロイドの粒子サイズ分析
実施例４．１
Ｋｏｒｅａ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（ＫＯＰＴＲＩ）は、動的光散乱粒子サイズ分析を、実施例３．１から得られた白金コロイドについて、Ｐｈｏｔａｌ Ｏｔｓｕｋａ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓのゼータ電位＆粒子サイズ分析計ＥＬＳ－Ｚ２を用いて実施した。分析では、実施例３．１白金コロイドの試料を精製水中に分散させ、２５℃で１．３３２８の屈折率、０．８８７８ｃｐの粘度、および７８．３の比誘電率を有した。
実施例４．１
Ｋｏｒｅａ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（ＫＯＰＴＲＩ）は、動的光散乱粒子サイズ分析を、実施例３．１から得られた白金コロイドについて、Ｐｈｏｔａｌ Ｏｔｓｕｋａ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓのゼータ電位＆粒子サイズ分析計ＥＬＳ－Ｚ２を用いて実施した。分析では、実施例３．１白金コロイドの試料を精製水中に分散させ、２５℃で１．３３２８の屈折率、０．８８７８ｃｐの粘度、および７８．３の比誘電率を有した。
図１４は、実施例３．１から得られたコロイドについての粒子サイズ分布を示す。粒子直径は主に約９ｎｍ～約１４ｎｍである。このサイズ分布は逆ミセルを表すと解釈される。サイズ分布は、ほとんどの白金ナノ粒子が逆ミセルの内側に含まれ、または包含されていると解釈される１－５ｎｍの直径サイズを示さない。同様の結果が実施例１．１、２．１および３．１による実験の複数の実行から得られた。
実施例４．２－４．１０
実施例４．１の分析を、実施例３．２－３．１０において調製された各コロイドを、実施例３．１で調製されたコロイドの代わりに使用して繰り返す。実施例３．２－３．１０において調製されたコロイドの各々についての粒子サイズ分布が得られる。
実施例４．１の分析を、実施例３．２－３．１０において調製された各コロイドを、実施例３．１で調製されたコロイドの代わりに使用して繰り返す。実施例３．２－３．１０において調製されたコロイドの各々についての粒子サイズ分布が得られる。
界面活性剤の除去
実施例５．１
５０ｍｌの０．３ＭのＨＣｌ水溶液を６０ｍｌの、実施例３．１で調製した白金コロイドに添加した。酸が添加された白金コロイドを１０分間、３８００ｒｐｍで遠心分離した。その後、透明な上清を廃棄し、黒色底部を収集した。ＨＣｌ水溶液の添加、遠心分離および黒色底部の収集のシーケンスをさらに４回繰り返し、界面活性剤を除去し、白金コロイドを得た。
実施例５．１
５０ｍｌの０．３ＭのＨＣｌ水溶液を６０ｍｌの、実施例３．１で調製した白金コロイドに添加した。酸が添加された白金コロイドを１０分間、３８００ｒｐｍで遠心分離した。その後、透明な上清を廃棄し、黒色底部を収集した。ＨＣｌ水溶液の添加、遠心分離および黒色底部の収集のシーケンスをさらに４回繰り返し、界面活性剤を除去し、白金コロイドを得た。
その後、結果的に得られた白金コロイドを精製水で洗浄し、ＨＣｌを除去した。５０ｍｌの精製水を収集された白金コロイドに添加した。水が添加された白金コロイドを１０分間、３８００ｒｐｍで遠心分離した。次いで、透明な上清を廃棄し、黒色底部を収集した。精製水の添加、遠心分離および黒色底部の収集のシーケンスをさらに４回繰り返し、ＨＣｌを除去し、ＨＣｌで洗浄された白金コロイドを得た。
実施例５．２－５．１０
実施例５．１を、実施例３．２－３．１０から得られたナノ粒子コロイドを、実施例３．１で調製したナノ粒子コロイドの代わりに使用して繰り返し、それぞれ、実施例５．２－５．１０のコロイドを収集する。
実施例５．１を、実施例３．２－３．１０から得られたナノ粒子コロイドを、実施例３．１で調製したナノ粒子コロイドの代わりに使用して繰り返し、それぞれ、実施例５．２－５．１０のコロイドを収集する。
実施例５．１１
実施例５．１を、ＨＣｌ水溶液の代わりに０．３ＭのＨＮＯ３水溶液を使用して繰り返す。
実施例５．１を、ＨＣｌ水溶液の代わりに０．３ＭのＨＮＯ３水溶液を使用して繰り返す。
実施例５．１２
実施例５．１を、ＨＣｌ水溶液の代わりに０．３ＭのＮａＯＨ水溶液を使用して繰り返す。
実施例５．１を、ＨＣｌ水溶液の代わりに０．３ＭのＮａＯＨ水溶液を使用して繰り返す。
クラスターコロイドの粒子サイズ分析
実施例６．１
Ｋｏｒｅａ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（ＫＯＰＴＲＩ）は、実施例４．１と同様に、動的光散乱粒子サイズ分析を、実施例５．１から得られた白金コロイドについて、Ｐｈｏｔａｌ Ｏｔｓｕｋａ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓのゼータ電位＆粒子サイズ分析計ＥＬＳ－Ｚ２を用いて実施した。分析では、実施例５．１コロイドの試料を水中に分散させ、２５℃で１．３３２８の屈折率、０．８８７８ｃｐの粘度、および７８．３の比誘電率を有した。
実施例６．１
Ｋｏｒｅａ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（ＫＯＰＴＲＩ）は、実施例４．１と同様に、動的光散乱粒子サイズ分析を、実施例５．１から得られた白金コロイドについて、Ｐｈｏｔａｌ Ｏｔｓｕｋａ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓのゼータ電位＆粒子サイズ分析計ＥＬＳ－Ｚ２を用いて実施した。分析では、実施例５．１コロイドの試料を水中に分散させ、２５℃で１．３３２８の屈折率、０．８８７８ｃｐの粘度、および７８．３の比誘電率を有した。
図１５は、実施例５．１から得られたコロイドについての粒子サイズ分布を示す。粒子直径は主に約６０ｎｍ～約２００ｎｍである。このサイズ分布は、ナノ粒子から形成された不規則形状のクラスターを表すと解釈される。実施例４．１における粒子サイズが主に約９ｎｍ～約１４ｎｍ（逆ミセルのサイズであって、クラスターのサイズではない）であることを考慮すると、クラスターは実施例５．１のプロセスで形成されたことが理解され、この場合、界面活性剤分子が、酸性溶液の添加により白金ナノ粒子から脱離され、界面活性剤が遠心分離および底部の収集により除去された。同様の結果が、実施例１．１、２．１、３．１および５．１による実験の複数の実行から得られた。
実施例６．２－６．１０
実施例６．１を、実施例３．２－３．１０において調製された各コロイドを、実施例３．１で調製されたコロイドの代わりに使用して繰り返す。実施例３．２－３．１０において調製された各コロイドについての粒子サイズ分布が得られる。
実施例６．１を、実施例３．２－３．１０において調製された各コロイドを、実施例３．１で調製されたコロイドの代わりに使用して繰り返す。実施例３．２－３．１０において調製された各コロイドについての粒子サイズ分布が得られる。
白金の回収－収率
実施例７
実施例５．１で得られたクラスターコロイドを乾燥に供した。コロイドの乾燥重量は０．１４３ｇであった。実施例５．１において結果的に得られたコロイドを６０ｍｌの、実施例３．１で調製したナノ粒子コロイド（これは０．１８８ｇを含んだ）から調製した。全体のプロセスでは、白金の収率は７６．１％であった。
実施例７
実施例５．１で得られたクラスターコロイドを乾燥に供した。コロイドの乾燥重量は０．１４３ｇであった。実施例５．１において結果的に得られたコロイドを６０ｍｌの、実施例３．１で調製したナノ粒子コロイド（これは０．１８８ｇを含んだ）から調製した。全体のプロセスでは、白金の収率は７６．１％であった。
クラスター化ナノ多孔層を用いた電極の製造
実施例８．１－電極ベース
図１６Ａにおいて示されるように、銀層１６０３および導電炭素層１６０５をポリイミド製の基材１６０１上に形成させた。銀層１６０３を、銀粒子を含む銀インクを印刷することにより約２０μｍの厚さで形成させた。導電炭素層１６０５を、炭素粒子を含む炭素インクを印刷することにより約２０μｍの厚さで形成させた。ポリイミド絶縁フィルム１６０２を基材１６０１上、銀層１６０３および導電炭素層１６０５の周りに積層させ、電極ベース１６０６を提供した。
実施例８．１－電極ベース
図１６Ａにおいて示されるように、銀層１６０３および導電炭素層１６０５をポリイミド製の基材１６０１上に形成させた。銀層１６０３を、銀粒子を含む銀インクを印刷することにより約２０μｍの厚さで形成させた。導電炭素層１６０５を、炭素粒子を含む炭素インクを印刷することにより約２０μｍの厚さで形成させた。ポリイミド絶縁フィルム１６０２を基材１６０１上、銀層１６０３および導電炭素層１６０５の周りに積層させ、電極ベース１６０６を提供した。
実施例８．２－ナノ多孔層の形成
実施例５．１で得られたクラスターコロイドを６０ｍｇ／ｍｌの濃度に希釈した。マイクロシリンジを使用して、０．２μＬの希釈クラスターコロイドを、電極ベース１６０６の導電炭素層上に滴下した。その上にコロイドを滴下した電極ベースを６０℃のオーブンに３０分間入れ、図１６Ｂにおいて示されるように白金ナノ多孔層１６０９を含む電極１６０７を形成させた。
実施例５．１で得られたクラスターコロイドを６０ｍｇ／ｍｌの濃度に希釈した。マイクロシリンジを使用して、０．２μＬの希釈クラスターコロイドを、電極ベース１６０６の導電炭素層上に滴下した。その上にコロイドを滴下した電極ベースを６０℃のオーブンに３０分間入れ、図１６Ｂにおいて示されるように白金ナノ多孔層１６０９を含む電極１６０７を形成させた。
実施例８．３－粗さ係数
ポテンシオスタット１０４としてＣＨ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．製の電気化学分析計ＣＨＩ６６０を使用して、かつ、実施例８．２において調製した電極１６０７を作用電極１０３として、白金ワイヤを対電極１０５として、Ａｇ／ＡｇＣｌ（３Ｍ ＫＣｌ）を参照電極１０６として使用して、図１の電気化学セルを調製した。電極１６０７の銀層１６０３をポテンシオスタット１０４に接続させた。試験流体１０２の代わりに、１ＭのＨ２ＳＯ４水溶液を図１の電気化学セルに添加した。
ポテンシオスタット１０４としてＣＨ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．製の電気化学分析計ＣＨＩ６６０を使用して、かつ、実施例８．２において調製した電極１６０７を作用電極１０３として、白金ワイヤを対電極１０５として、Ａｇ／ＡｇＣｌ（３Ｍ ＫＣｌ）を参照電極１０６として使用して、図１の電気化学セルを調製した。電極１６０７の銀層１６０３をポテンシオスタット１０４に接続させた。試験流体１０２の代わりに、１ＭのＨ２ＳＯ４水溶液を図１の電気化学セルに添加した。
サイクリックボルタンメトリーを、－０．２Ｖ～＋１．２Ｖの電位掃引を用いて実施した。サイクリックボルタンメトリーを使用して白金ナノ多孔層の表面に吸着されたプロトンの量を測定することにより、白金ナノ多孔層の実表面積を得た。白金ナノ多孔層の上面面積（幾何学的面積）を測定した。実表面積を幾何学的面積で割ることにより粗さ係数を計算した。実施例８．２から得られたナノ多孔層の粗さ係数は１１４７であった。
実施例８．４－実施例８．１－８．２の繰り返し
実施例８．１を複数回繰り返し、追加の電極ベースを調製した。実施例８．２を、追加の電極ベースを使用して複数回繰り返し、白金ナノ多孔層１６０９を含む追加の電極１６０７を調製した。
実施例８．１を複数回繰り返し、追加の電極ベースを調製した。実施例８．２を、追加の電極ベースを使用して複数回繰り返し、白金ナノ多孔層１６０９を含む追加の電極１６０７を調製した。
実施例８．５－実施例８．３の繰り返し
実施例８．３を、実施例８．４で調製された５つの電極１６０７のために繰り返した。ナノ多孔層の粗さ係数値は１１８７、１１７１、１１４３、１１９０および１１１９であった。
実施例８．３を、実施例８．４で調製された５つの電極１６０７のために繰り返した。ナノ多孔層の粗さ係数値は１１８７、１１７１、１１４３、１１９０および１１１９であった。
実施例８．６－ＳＥＭ写真
図１７Ａは、実施例８．４から得られた電極１６０７の上面から撮ったＳＥＭ写真である。より暗い中心部は導電炭素層のエリアを表す。図１７Ｂは、上から順に、白金ナノ多孔層１６０９、炭素導電層１６０５および銀層１６０３を示す、電極１６０７の断面のＳＥＭ写真である。図１７Ｃは、実施例８．４で調製された別の電極１６０７の３つのＳＥＭ写真を含む。これらの３つの写真は上面から異なる倍率で撮られたものである。
図１７Ａは、実施例８．４から得られた電極１６０７の上面から撮ったＳＥＭ写真である。より暗い中心部は導電炭素層のエリアを表す。図１７Ｂは、上から順に、白金ナノ多孔層１６０９、炭素導電層１６０５および銀層１６０３を示す、電極１６０７の断面のＳＥＭ写真である。図１７Ｃは、実施例８．４で調製された別の電極１６０７の３つのＳＥＭ写真を含む。これらの３つの写真は上面から異なる倍率で撮られたものである。
ＰＢＳ中でのグルコースの感知
実施例９．１－グルコースおよび他の試験材料の溶液の調製
Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈから購入したＤ－（＋）－グルコース粉末を精製水に溶解し、１Ｍグルコース原液を調製した。Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈから購入したアスコルビン酸を精製水に溶解し、０．０５Ｍアスコルビン酸水溶液を調製した。Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈから購入したアセトアミノフェンを精製水に溶解し、０．０５Ｍアセトアミノフェン水溶液を調製した。Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈから購入したマルトースを精製水に溶解し、０．５Ｍマルトース水溶液を調製した。
実施例９．１－グルコースおよび他の試験材料の溶液の調製
Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈから購入したＤ－（＋）－グルコース粉末を精製水に溶解し、１Ｍグルコース原液を調製した。Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈから購入したアスコルビン酸を精製水に溶解し、０．０５Ｍアスコルビン酸水溶液を調製した。Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈから購入したアセトアミノフェンを精製水に溶解し、０．０５Ｍアセトアミノフェン水溶液を調製した。Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈから購入したマルトースを精製水に溶解し、０．５Ｍマルトース水溶液を調製した。
実施例９．２－ＰＢＳの調製
精製水中に０．１ＭのＮａＨ２ＰＯ４および０．１５ＭのＮａＣｌを含む５００ｍｌ水溶液を調製した。精製水中に０．１ＭのＮａ２ＨＰＯ４および０．１５ＭのＮａＣｌを含む５００ｍｌ水溶液を調製した。２つの水溶液を混合し、１Ｌの、ｐＨ７．４のストックリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）を調製した。
精製水中に０．１ＭのＮａＨ２ＰＯ４および０．１５ＭのＮａＣｌを含む５００ｍｌ水溶液を調製した。精製水中に０．１ＭのＮａ２ＨＰＯ４および０．１５ＭのＮａＣｌを含む５００ｍｌ水溶液を調製した。２つの水溶液を混合し、１Ｌの、ｐＨ７．４のストックリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）を調製した。
実施例９．３－ＰＢＳ中でのグルコース感知システムの調製
実施例９．２で調製したＰＢＳ ２０ｍｌをビーカーに入れ、その中で、ＰＢＳの温度を３７℃で維持した。ＣＨ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．製の電気化学分析計ＣＨＩ６６０をポテンシオスタット１０４として使用して、かつ、実施例８．４で調製した電極１６０７を作用電極１０３として、白金ワイヤを対電極１０５として、およびＡｇ／ＡｇＣｌ（３Ｍ ＫＣｌ）を参照電極１０６として使用して、図１の電気化学セルを調製した。電極１６０７の銀層１６０３をポテンシオスタット１０４に接続した。電極をＰＢＳ中に浸し、電気化学分析計に電気的に接続させた。
実施例９．２で調製したＰＢＳ ２０ｍｌをビーカーに入れ、その中で、ＰＢＳの温度を３７℃で維持した。ＣＨ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．製の電気化学分析計ＣＨＩ６６０をポテンシオスタット１０４として使用して、かつ、実施例８．４で調製した電極１６０７を作用電極１０３として、白金ワイヤを対電極１０５として、およびＡｇ／ＡｇＣｌ（３Ｍ ＫＣｌ）を参照電極１０６として使用して、図１の電気化学セルを調製した。電極１６０７の銀層１６０３をポテンシオスタット１０４に接続した。電極をＰＢＳ中に浸し、電気化学分析計に電気的に接続させた。
実施例９．４－電流の測定
実施例９．３で調製されたシステムでは、０．４Ｖのバイアス電圧を、作用電極１０３（電極１６０７）と参照電極１０６の間に印加した。バイアス電圧を印加すると、作用電極１０３からの電流を連続して測定した。そこにいずれの物質も添加せずに、ＰＢＳ中でグルコース感知システムをコンディショニングするために、電気化学セルを１２分間維持した。その後、０．０８７μＡの電流値を、ＰＢＳ中に含まれているグルコースなしに対して取得した。図１８は、下記実施例９．５－９．１１について電気化学セルから得られた電流プロファイルを示す。図１８では、「ＡＡ」はアスコルビン酸を表し、「ＡＰ」はアセトアミノフェンを表す。
実施例９．３で調製されたシステムでは、０．４Ｖのバイアス電圧を、作用電極１０３（電極１６０７）と参照電極１０６の間に印加した。バイアス電圧を印加すると、作用電極１０３からの電流を連続して測定した。そこにいずれの物質も添加せずに、ＰＢＳ中でグルコース感知システムをコンディショニングするために、電気化学セルを１２分間維持した。その後、０．０８７μＡの電流値を、ＰＢＳ中に含まれているグルコースなしに対して取得した。図１８は、下記実施例９．５－９．１１について電気化学セルから得られた電流プロファイルを示す。図１８では、「ＡＡ」はアスコルビン酸を表し、「ＡＰ」はアセトアミノフェンを表す。
実施例９．５－ＰＢＳ中の１ｍＭのグルコースの感知
グルコース感知システムのコンディショニング後、実施例９．１で調製したグルコース原液２０μｌを実施例９．３のＰＢＳに添加し、１ｍＭのグルコースを含むＰＢＳを生成させた。添加直後に、グルコースを添加したＰＢＳを３－４秒間攪拌すると、これにより電流の一時的なピークが引き起こされた。作用電極からの電流を連続して測定した。電流が安定した時に、０．５４μＡの電流値を、ＰＢＳ中の１ｍＭのグルコースに対して取得した。
グルコース感知システムのコンディショニング後、実施例９．１で調製したグルコース原液２０μｌを実施例９．３のＰＢＳに添加し、１ｍＭのグルコースを含むＰＢＳを生成させた。添加直後に、グルコースを添加したＰＢＳを３－４秒間攪拌すると、これにより電流の一時的なピークが引き起こされた。作用電極からの電流を連続して測定した。電流が安定した時に、０．５４μＡの電流値を、ＰＢＳ中の１ｍＭのグルコースに対して取得した。
実施例９．６－ＰＢＳ中の３ｍＭのグルコースの感知
実施例９．５において電流が安定した後、実施例９．１で調製したグルコース原液４０μｌを実施例９．４から得られたＰＢＳに添加し、総グルコース３ｍＭを含むＰＢＳを生成させた。添加直後に、グルコースを添加したＰＢＳを３－４秒間攪拌すると、これにより電流の一時的なピークが引き起こされた。作用電極からの電流を連続して測定した。電流が安定した時に、１．１９μＡの電流値を、ＰＢＳ中の３ｍＭのグルコースに対して取得した。
実施例９．５において電流が安定した後、実施例９．１で調製したグルコース原液４０μｌを実施例９．４から得られたＰＢＳに添加し、総グルコース３ｍＭを含むＰＢＳを生成させた。添加直後に、グルコースを添加したＰＢＳを３－４秒間攪拌すると、これにより電流の一時的なピークが引き起こされた。作用電極からの電流を連続して測定した。電流が安定した時に、１．１９μＡの電流値を、ＰＢＳ中の３ｍＭのグルコースに対して取得した。
実施例９．７－ＰＢＳ中の６ｍＭのグルコースの感知
実施例９．６において電流が安定した後、実施例９．１で調製したグルコース原液６０μｌを実施例９．５から得られたＰＢＳに添加し、総グルコース６ｍＭを含むＰＢＳを生成させた。添加直後に、グルコースを添加したＰＢＳを３－４秒間攪拌すると、これにより電流の一時的なピークが引き起こされた。作用電極からの電流を連続して測定した。電流が安定した時に、２．０９μＡの電流値を、ＰＢＳ中の６ｍＭのグルコースに対して取得した。
実施例９．６において電流が安定した後、実施例９．１で調製したグルコース原液６０μｌを実施例９．５から得られたＰＢＳに添加し、総グルコース６ｍＭを含むＰＢＳを生成させた。添加直後に、グルコースを添加したＰＢＳを３－４秒間攪拌すると、これにより電流の一時的なピークが引き起こされた。作用電極からの電流を連続して測定した。電流が安定した時に、２．０９μＡの電流値を、ＰＢＳ中の６ｍＭのグルコースに対して取得した。
実施例９．８－ＰＢＳ中の１０ｍＭのグルコースの感知
実施例９．７において電流が安定した後、実施例９．１で調製したグルコース原液８０μｌを実施例９．６から得られたＰＢＳに添加し、総グルコース１０ｍＭを含むＰＢＳを生成させた。添加直後に、グルコースを添加したＰＢＳを３－４秒間攪拌すると、これにより電流の一時的なピークが引き起こされた。作用電極からの電流を連続して測定した。電流が安定した時に、２．８９μＡの電流値を、ＰＢＳ中の１０ｍＭのグルコースに対して取得した。
実施例９．７において電流が安定した後、実施例９．１で調製したグルコース原液８０μｌを実施例９．６から得られたＰＢＳに添加し、総グルコース１０ｍＭを含むＰＢＳを生成させた。添加直後に、グルコースを添加したＰＢＳを３－４秒間攪拌すると、これにより電流の一時的なピークが引き起こされた。作用電極からの電流を連続して測定した。電流が安定した時に、２．８９μＡの電流値を、ＰＢＳ中の１０ｍＭのグルコースに対して取得した。
実施例９．９－ＰＢＳ中の０．１１ｍＭのアスコルビン酸の感知
実施例９．８において電流が安定した後、実施例９．１で調製したアスコルビン酸水溶液４４μｌを実施例９．７から得られたＰＢＳに添加し、０．１１ｍＭのアスコルビン酸（ＡＡ）を含むＰＢＳを生成させた。添加直後に、アスコルビン酸を添加したＰＢＳを３－４秒間攪拌すると、これにより電流の一時的なピークが引き起こされた。作用電極からの電流を連続して測定した。電流が安定した時に、２．９３μＡの電流値を、ＰＢＳ中の１０ｍＭのグルコースおよび０．１１ｍＭのアスコルビン酸の和に対して取得した。
実施例９．８において電流が安定した後、実施例９．１で調製したアスコルビン酸水溶液４４μｌを実施例９．７から得られたＰＢＳに添加し、０．１１ｍＭのアスコルビン酸（ＡＡ）を含むＰＢＳを生成させた。添加直後に、アスコルビン酸を添加したＰＢＳを３－４秒間攪拌すると、これにより電流の一時的なピークが引き起こされた。作用電極からの電流を連続して測定した。電流が安定した時に、２．９３μＡの電流値を、ＰＢＳ中の１０ｍＭのグルコースおよび０．１１ｍＭのアスコルビン酸の和に対して取得した。
実施例９．１０－ＰＢＳ中の０．１７ｍＭのアセトアミノフェンの感知
実施例９．９において電流が安定した後、実施例９．１で調製したアセトアミノフェン水溶液６８μｌを実施例９．８から得られたＰＢＳに添加し、０．１７ｍＭのアセトアミノフェン（ＡＰ）を含むＰＢＳを生成させた。添加直後に、アセトアミノフェンを添加したＰＢＳを３－４秒間攪拌すると、これにより電流の一時的なピークが引き起こされた。作用電極からの電流を連続して測定した。電流が安定した時に、３．２１μＡの電流値を、ＰＢＳ中の１０ｍＭのグルコース、０．１１ｍＭのアスコルビン酸および０．１７ｍＭのアセトアミノフェンの和に対して取得した。
実施例９．９において電流が安定した後、実施例９．１で調製したアセトアミノフェン水溶液６８μｌを実施例９．８から得られたＰＢＳに添加し、０．１７ｍＭのアセトアミノフェン（ＡＰ）を含むＰＢＳを生成させた。添加直後に、アセトアミノフェンを添加したＰＢＳを３－４秒間攪拌すると、これにより電流の一時的なピークが引き起こされた。作用電極からの電流を連続して測定した。電流が安定した時に、３．２１μＡの電流値を、ＰＢＳ中の１０ｍＭのグルコース、０．１１ｍＭのアスコルビン酸および０．１７ｍＭのアセトアミノフェンの和に対して取得した。
実施例９．１１－ＰＢＳ中の１３．９ｍＭのマルトースの感知
実施例９．１０において電流が安定した後、実施例９．１で調製したマルトース水溶液５５６μｌを実施例９．９から得られたＰＢＳに添加し、１３．９ｍＭのマルトースを含むＰＢＳを生成させた。添加直後に、マルトースを添加したＰＢＳを３－４秒間攪拌すると、これにより電流の一時的なピークが引き起こされた。作用電極からの電流を連続して測定した。電流が安定した時に、４．７４μＡの電流値を、ＰＢＳ中の１０ｍＭのグルコース、０．１１ｍＭのアスコルビン酸、０．１７ｍＭのアセトアミノフェンおよび１３．９ｍＭのマルトースの和に対して取得した。
実施例９．１０において電流が安定した後、実施例９．１で調製したマルトース水溶液５５６μｌを実施例９．９から得られたＰＢＳに添加し、１３．９ｍＭのマルトースを含むＰＢＳを生成させた。添加直後に、マルトースを添加したＰＢＳを３－４秒間攪拌すると、これにより電流の一時的なピークが引き起こされた。作用電極からの電流を連続して測定した。電流が安定した時に、４．７４μＡの電流値を、ＰＢＳ中の１０ｍＭのグルコース、０．１１ｍＭのアスコルビン酸、０．１７ｍＭのアセトアミノフェンおよび１３．９ｍＭのマルトースの和に対して取得した。
実施例９．１２－グルコースレベル式
実施例９．５－９．１１では、電流値はＰＢＳ中のグルコースの濃度を表し、これに対応する。同様の実験を、同じように調製されたグルコース感知システムについて、同じおよび他のグルコース濃度を使用してさらに多くの回数実施し、電流値および対応するグルコース濃度のデータを得る。ＰＢＳ中でのグルコース濃度と電流値の間の相関が、データを処理することにより得られる。グルコース濃度を、相関および実施例９．５－９．１１から得られた電流値を用いて計算する。
実施例９．５－９．１１では、電流値はＰＢＳ中のグルコースの濃度を表し、これに対応する。同様の実験を、同じように調製されたグルコース感知システムについて、同じおよび他のグルコース濃度を使用してさらに多くの回数実施し、電流値および対応するグルコース濃度のデータを得る。ＰＢＳ中でのグルコース濃度と電流値の間の相関が、データを処理することにより得られる。グルコース濃度を、相関および実施例９．５－９．１１から得られた電流値を用いて計算する。
血清中のグルコースの感知
実施例１０．１－血清中でのグルコース感知システムの調製
ヒト血清をＳｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈから購入した。血清中のグルコース含量を、ＹＳＩを使用して測定した。血清はその中に５．８ｍＭのグルコースを含んだと決定し、それは血糖値１０４ｍｇ／ｄｌに対応する。１０ｍｌの血清をビーカーに入れ、その中では、血清の温度を３７℃で維持した。電気化学セルを、実施例８．４で調製した１つの電極１６０７を作用電極１０３として使用したことを除き、かつ、さらに、作用電極、参照電極および対電極を血清中に浸したことを除き、実施例９．３と同様に調製した。
実施例１０．１－血清中でのグルコース感知システムの調製
ヒト血清をＳｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈから購入した。血清中のグルコース含量を、ＹＳＩを使用して測定した。血清はその中に５．８ｍＭのグルコースを含んだと決定し、それは血糖値１０４ｍｇ／ｄｌに対応する。１０ｍｌの血清をビーカーに入れ、その中では、血清の温度を３７℃で維持した。電気化学セルを、実施例８．４で調製した１つの電極１６０７を作用電極１０３として使用したことを除き、かつ、さらに、作用電極、参照電極および対電極を血清中に浸したことを除き、実施例９．３と同様に調製した。
実施例１０．２－血清中でのグルコース感知システムのプレコンディショニング
０．４Ｖバイアス電圧を実施例１０．１で調製した電気化学セルの作用電極１０３と参照電極１０６の間に印加した。バイアス電圧を、電気化学システムにおいて、システムのコンディショニングのために３時間超の間維持した。すなわち、バックグラウンド電流が、グルコース酸化を感知するのに十分低くなるまで待った。その後、バイアス電圧をシステムから切断した。
０．４Ｖバイアス電圧を実施例１０．１で調製した電気化学セルの作用電極１０３と参照電極１０６の間に印加した。バイアス電圧を、電気化学システムにおいて、システムのコンディショニングのために３時間超の間維持した。すなわち、バックグラウンド電流が、グルコース酸化を感知するのに十分低くなるまで待った。その後、バイアス電圧をシステムから切断した。
実施例１０．３－電流の測定
実施例１０．２においてバイアス電圧を除去した直後に、同じバイアス電圧をシステムに再印加し、作用電極からの電流の測定を開始した。電気化学セルを１．２時間、グルコース感知システムを血清中で、それにいずれの物質も添加せずに、さらにコンディショニングするために維持した。電流が安定した時に、９６ｎＡの電流値を、血清中に元々含まれている５．８ｍＭのグルコースに対して取得した。図１９は、下記実施例１０．４－１０．９の電気化学セルから測定した電流のプロファイルを示す。図１９では、「ＡＡ」はアスコルビン酸を表し、「ＡＰ」はアセトアミノフェンを表す。
実施例１０．２においてバイアス電圧を除去した直後に、同じバイアス電圧をシステムに再印加し、作用電極からの電流の測定を開始した。電気化学セルを１．２時間、グルコース感知システムを血清中で、それにいずれの物質も添加せずに、さらにコンディショニングするために維持した。電流が安定した時に、９６ｎＡの電流値を、血清中に元々含まれている５．８ｍＭのグルコースに対して取得した。図１９は、下記実施例１０．４－１０．９の電気化学セルから測定した電流のプロファイルを示す。図１９では、「ＡＡ」はアスコルビン酸を表し、「ＡＰ」はアセトアミノフェンを表す。
実施例１０．４－血清中の１０ｍＭのグルコースの感知
グルコース感知システムのコンディショニング後、実施例９．１で調製したグルコース原液４２μｌを実施例１０．２の血清に添加し、総グルコース１０ｍＭを含む血清を生成させた。添加直後に、グルコースを添加した血清を３－４秒間攪拌すると、これにより電流の一時的なピークが引き起こされた。作用電極からの電流を連続して測定した。電流が安定した時に、１１０ｎＡの電流値を血清中の１０ｍＭのグルコースに対して取得した。
グルコース感知システムのコンディショニング後、実施例９．１で調製したグルコース原液４２μｌを実施例１０．２の血清に添加し、総グルコース１０ｍＭを含む血清を生成させた。添加直後に、グルコースを添加した血清を３－４秒間攪拌すると、これにより電流の一時的なピークが引き起こされた。作用電極からの電流を連続して測定した。電流が安定した時に、１１０ｎＡの電流値を血清中の１０ｍＭのグルコースに対して取得した。
実施例１０．５－血清中の１５ｍＭのグルコースの感知
電流が実施例１０．４において安定した後、実施例９．１で調製したグルコース原液５０μｌを実施例１０．３の血清に添加し、総グルコース１５ｍＭを含む血清を生成させた。添加直後に、グルコースを添加した血清を３－４秒間攪拌すると、これにより電流の一時的なピークが引き起こされた。作用電極からの電流を連続して測定した。電流が安定した時に、１３２ｎＡの電流値を血清中の１５ｍＭのグルコースに対して取得した。
電流が実施例１０．４において安定した後、実施例９．１で調製したグルコース原液５０μｌを実施例１０．３の血清に添加し、総グルコース１５ｍＭを含む血清を生成させた。添加直後に、グルコースを添加した血清を３－４秒間攪拌すると、これにより電流の一時的なピークが引き起こされた。作用電極からの電流を連続して測定した。電流が安定した時に、１３２ｎＡの電流値を血清中の１５ｍＭのグルコースに対して取得した。
実施例１０．６－血清中の２０ｍＭのグルコースの感知
電流が実施例１０．５において安定した後、実施例９．１で調製したグルコース原液５０μｌを実施例１０．４の血清に添加し、総グルコース２０ｍＭを含む血清を生成させた。添加直後に、グルコースを添加した血清を３－４秒間攪拌すると、これにより電流の一時的なピークが引き起こされた。作用電極からの電流を連続して測定した。電流が安定した時に、１５９ｎＡの電流値を血清中の２０ｍＭのグルコースに対して取得した。
電流が実施例１０．５において安定した後、実施例９．１で調製したグルコース原液５０μｌを実施例１０．４の血清に添加し、総グルコース２０ｍＭを含む血清を生成させた。添加直後に、グルコースを添加した血清を３－４秒間攪拌すると、これにより電流の一時的なピークが引き起こされた。作用電極からの電流を連続して測定した。電流が安定した時に、１５９ｎＡの電流値を血清中の２０ｍＭのグルコースに対して取得した。
実施例１０．７－血清中の０．１１ｍＭのアスコルビン酸の感知
電流が実施例１０．６において安定した後、実施例９．１で調製したアスコルビン酸水溶液２２μｌを実施例１０．５から得られた血清に添加し、０．１１ｍＭのアスコルビン酸（ＡＡ）を含む血清を生成させた。添加直後に、アスコルビン酸を添加した血清を３－４秒間攪拌すると、これにより電流の一時的なピークが引き起こされた。作用電極からの電流を連続して測定した。電流が安定した時に、１６３ｎＡの電流値を、血清中の２０ｍＭのグルコースおよび０．１１ｍＭのアスコルビン酸の和に対して取得した。
電流が実施例１０．６において安定した後、実施例９．１で調製したアスコルビン酸水溶液２２μｌを実施例１０．５から得られた血清に添加し、０．１１ｍＭのアスコルビン酸（ＡＡ）を含む血清を生成させた。添加直後に、アスコルビン酸を添加した血清を３－４秒間攪拌すると、これにより電流の一時的なピークが引き起こされた。作用電極からの電流を連続して測定した。電流が安定した時に、１６３ｎＡの電流値を、血清中の２０ｍＭのグルコースおよび０．１１ｍＭのアスコルビン酸の和に対して取得した。
実施例１０．８－血清中の０．１７ｍＭのアセトアミノフェンの感知
電流が実施例１０．７において安定した後、実施例９．１で調製したアセトアミノフェン水溶液３４μｌを実施例１０．６から得られた血清に添加し、０．１７ｍＭのアセトアミノフェン（ＡＰ）を含む血清を生成させた。添加直後に、アセトアミノフェンを添加した血清を３－４秒間攪拌すると、これにより電流の一時的なピークが引き起こされた。作用電極からの電流を連続して測定した。電流が安定した時に、２２３ｎＡの電流値を、血清中の２０ｍＭのグルコース、０．１１ｍＭのアスコルビン酸および０．１７ｍＭのアセトアミノフェンの和に対して取得した。
電流が実施例１０．７において安定した後、実施例９．１で調製したアセトアミノフェン水溶液３４μｌを実施例１０．６から得られた血清に添加し、０．１７ｍＭのアセトアミノフェン（ＡＰ）を含む血清を生成させた。添加直後に、アセトアミノフェンを添加した血清を３－４秒間攪拌すると、これにより電流の一時的なピークが引き起こされた。作用電極からの電流を連続して測定した。電流が安定した時に、２２３ｎＡの電流値を、血清中の２０ｍＭのグルコース、０．１１ｍＭのアスコルビン酸および０．１７ｍＭのアセトアミノフェンの和に対して取得した。
実施例１０．９－血清中の１３．９ｍＭのマルトースの感知
電流が実施例１０．８において安定した後、実施例９．１で調製したマルトース水溶液２７８μｌを実施例１０．７から得られた血清に添加し、１３．９ｍＭのマルトースを含む血清を生成させた。添加直後に、マルトースを添加した血清を３－４秒間攪拌すると、これにより電流の一時的なピークが引き起こされた。作用電極からの電流を連続して測定した。電流が安定した時に、２３１ｎＡの電流値を、血清中の２０ｍＭのグルコース、０．１１ｍＭのアスコルビン酸、０．１７ｍＭのアセトアミノフェンおよび１３．９ｍＭのマルトースの和に対して取得した。
電流が実施例１０．８において安定した後、実施例９．１で調製したマルトース水溶液２７８μｌを実施例１０．７から得られた血清に添加し、１３．９ｍＭのマルトースを含む血清を生成させた。添加直後に、マルトースを添加した血清を３－４秒間攪拌すると、これにより電流の一時的なピークが引き起こされた。作用電極からの電流を連続して測定した。電流が安定した時に、２３１ｎＡの電流値を、血清中の２０ｍＭのグルコース、０．１１ｍＭのアスコルビン酸、０．１７ｍＭのアセトアミノフェンおよび１３．９ｍＭのマルトースの和に対して取得した。
実施例１０．１０－グルコースレベル式
実施例１０．４－１０．９において、電流値は、血清中のグルコースの濃度を表し、これに対応する。同様の実験を、同じように調製されたグルコース感知システムについて、同じおよび他のグルコース濃度を使用してさらに多くの回数実施し、電流値および対応するグルコース濃度のデータを得る。血清中のグルコース濃度と電流値の間の相関が、データを処理することにより得られる。グルコース濃度を相関および実施例１０．４－１０．９から得られた電流値を用いて計算する。
実施例１０．４－１０．９において、電流値は、血清中のグルコースの濃度を表し、これに対応する。同様の実験を、同じように調製されたグルコース感知システムについて、同じおよび他のグルコース濃度を使用してさらに多くの回数実施し、電流値および対応するグルコース濃度のデータを得る。血清中のグルコース濃度と電流値の間の相関が、データを処理することにより得られる。グルコース濃度を相関および実施例１０．４－１０．９から得られた電流値を用いて計算する。
非クラスター化ナノ多孔層
実施例１１．１－逆ミセル相からの電気めっき
この開示はこれによって、米国特許第８，３４３，６９０号（‘６９０号特許）の実施例および説明をその全体として本明細書に組み込む。‘６９０号特許の段６～９に現れる実験は、電気めっきによりナノ多孔層を製造し、グルコース感知のために層を使用するための例として、本明細書に特定的に組み込まれる。
実施例１１．１－逆ミセル相からの電気めっき
この開示はこれによって、米国特許第８，３４３，６９０号（‘６９０号特許）の実施例および説明をその全体として本明細書に組み込む。‘６９０号特許の段６～９に現れる実験は、電気めっきによりナノ多孔層を製造し、グルコース感知のために層を使用するための例として、本明細書に特定的に組み込まれる。
実施例１１．２－六角形相からの電気めっき
この開示はこれによって、米国特許第７，８９２，４１５号（‘４１５号特許）の開示をその全体として本明細書に組み込む。‘４１５号特許の段５～６に現れる実験は、電気めっきにより六角形構造ナノ多孔層を製造し、グルコース感知のために層を使用するための例として、本明細書に特定的に組み込まれる。
この開示はこれによって、米国特許第７，８９２，４１５号（‘４１５号特許）の開示をその全体として本明細書に組み込む。‘４１５号特許の段５～６に現れる実験は、電気めっきにより六角形構造ナノ多孔層を製造し、グルコース感知のために層を使用するための例として、本明細書に特定的に組み込まれる。
実施例１１．３－六角形相からの電気めっき
この開示はこれによって、“Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ， Ｖｏｌ． ４， ８号， ２００２年８月， ６１０－６１２ページ”の開示をその全体として本明細書に組み込む。
この開示はこれによって、“Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ， Ｖｏｌ． ４， ８号， ２００２年８月， ６１０－６１２ページ”の開示をその全体として本明細書に組み込む。
実施例１１．４－六角形相からの化学析出
この開示はこれによって、“Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｖｏｌ． ２７８， １９９７年１０月３１日， ８３８－８４０ページ”の開示をその全体として本明細書に組み込む。
この開示はこれによって、“Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｖｏｌ． ２７８， １９９７年１０月３１日， ８３８－８４０ページ”の開示をその全体として本明細書に組み込む。
マルトース－ブロッキング層の製造
実施例１２．１－ｍＰＤ水溶液の調製
Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈから購入したＭ－フェニレンジアミン（ｍＰＤ）を精製水に溶解し、ｍＰＤを０．１、０．３、０．５、１．０、２．０および５．０ｍＭで含むｍＰＤ水溶液を提供した。
実施例１２．１－ｍＰＤ水溶液の調製
Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈから購入したＭ－フェニレンジアミン（ｍＰＤ）を精製水に溶解し、ｍＰＤを０．１、０．３、０．５、１．０、２．０および５．０ｍＭで含むｍＰＤ水溶液を提供した。
実施例１２．２－サイクリックボルタンメトリーのための調製
ＣＨ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．製の電気化学分析計ＣＨＩ Ｍｕｌｔｉ １０３０Ｃをポテンシオスタット１０４として使用して、かつ、実施例８．４で調製した電極１６０７を作用電極１０３として、白金ワイヤを対電極１０５として、および、Ａｇ／ＡｇＣｌ（３Ｍ ＫＣｌ）を参照電極１０６として使用して、電気化学セルを調製した。対電極１０５および参照電極１０６を電気的に接続させ、２－電極システムを形成させた。
ＣＨ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．製の電気化学分析計ＣＨＩ Ｍｕｌｔｉ １０３０Ｃをポテンシオスタット１０４として使用して、かつ、実施例８．４で調製した電極１６０７を作用電極１０３として、白金ワイヤを対電極１０５として、および、Ａｇ／ＡｇＣｌ（３Ｍ ＫＣｌ）を参照電極１０６として使用して、電気化学セルを調製した。対電極１０５および参照電極１０６を電気的に接続させ、２－電極システムを形成させた。
実施例１２．３－０．１ｍＭ、１０ｍＶ／秒での電気化学重合
実施例１２．２で調製した電気化学セルでは、実施例１２．１で調製した０．１ｍＭのｍＰＤ水溶液を試験流体１０２の代わりに添加した。サイクリックボルタンメトリーを、図２２において示されるように、２つの掃引セグメントについて１０ｍＶ／秒の走査速度で、＋０．５Ｖ～＋１．０Ｖの電位掃引を用いて実施した。ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤマルトース－ブロッキング層３０１が得られた。
実施例１２．２で調製した電気化学セルでは、実施例１２．１で調製した０．１ｍＭのｍＰＤ水溶液を試験流体１０２の代わりに添加した。サイクリックボルタンメトリーを、図２２において示されるように、２つの掃引セグメントについて１０ｍＶ／秒の走査速度で、＋０．５Ｖ～＋１．０Ｖの電位掃引を用いて実施した。ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤマルトース－ブロッキング層３０１が得られた。
実施例１２．４－０．１ｍＭ、１００ｍＶ／秒での電気化学重合
走査速度を１００ｍＶ／秒としたことを除き、実施例１２．３を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。
走査速度を１００ｍＶ／秒としたことを除き、実施例１２．３を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。
実施例１２．５－０．１ｍＭ、２００ｍＶ／秒での電気化学重合
走査速度を２００ｍＶ／秒としたことを除き、実施例１２．３を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。
走査速度を２００ｍＶ／秒としたことを除き、実施例１２．３を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。
実施例１２．６－０．３ｍＭ、１０ｍＶ／秒での電気化学重合
実施例１２．１で調製した０．３ｍＭのｍＰＤ水溶液を０．１ｍＭのｍＰＤ水溶液の代わりに添加したことを除き、実施例１２．３を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。
実施例１２．１で調製した０．３ｍＭのｍＰＤ水溶液を０．１ｍＭのｍＰＤ水溶液の代わりに添加したことを除き、実施例１２．３を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。
実施例１２．７－０．３ｍＭ、１００ｍＶ／秒での電気化学重合
走査速度を１００ｍＶ／秒としたことを除き、実施例１２．６を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。
走査速度を１００ｍＶ／秒としたことを除き、実施例１２．６を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。
実施例１２．８－０．３ｍＭ、２００ｍＶ／秒での電気化学重合
走査速度を２００ｍＶ／秒としたことを除き、実施例１２．６を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。
走査速度を２００ｍＶ／秒としたことを除き、実施例１２．６を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。
実施例１２．９－０．５ｍＭ、１０ｍＶ／秒での電気化学重合
実施例１２．１で調製した０．５ｍＭのｍＰＤ水溶液を０．１ｍＭのｍＰＤ水溶液の代わりに添加したことを除き、実施例１２．３を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。
実施例１２．１で調製した０．５ｍＭのｍＰＤ水溶液を０．１ｍＭのｍＰＤ水溶液の代わりに添加したことを除き、実施例１２．３を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。
実施例１２．１０－０．５ｍＭ、１００ｍＶ／秒での電気化学重合
走査速度を１００ｍＶ／秒としたことを除き、実施例１２．６を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。
走査速度を１００ｍＶ／秒としたことを除き、実施例１２．６を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。
実施例１２．１１－０．５ｍＭ、２００ｍＶ／秒での電気化学重合
走査速度を２００ｍＶ／秒としたことを除き、実施例１２．６を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。
走査速度を２００ｍＶ／秒としたことを除き、実施例１２．６を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。
実施例１２．１２－１．０ｍＭ、１０ｍＶ／秒での電気化学重合
実施例１２．１で調製した１．０ｍＭのｍＰＤ水溶液を０．１ｍＭのｍＰＤ水溶液の代わりに添加したことを除き、実施例１２．３を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。
実施例１２．１で調製した１．０ｍＭのｍＰＤ水溶液を０．１ｍＭのｍＰＤ水溶液の代わりに添加したことを除き、実施例１２．３を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。
実施例１２．１３－電気ショック
図２３の電気化学セルを、クロノアンペロメトリーのために、実施例１２．１２で調製したポリ－ｍＰＤ層を多孔性ポリマー層３０２として、かつ、１ＭのＨ２ＳＯ４水溶液を電解質溶液として使用して調製した。＋０．０Ｖ～＋１．０の単一パルスを、１．０秒のパルス幅を用いて適用することにより、電気ショックを多孔性ポリマー層３０２に適用した。
図２３の電気化学セルを、クロノアンペロメトリーのために、実施例１２．１２で調製したポリ－ｍＰＤ層を多孔性ポリマー層３０２として、かつ、１ＭのＨ２ＳＯ４水溶液を電解質溶液として使用して調製した。＋０．０Ｖ～＋１．０の単一パルスを、１．０秒のパルス幅を用いて適用することにより、電気ショックを多孔性ポリマー層３０２に適用した。
実施例１２．１４－１．０ｍＭ、１００ｍＶ／秒での電気化学重合および電気ショック
走査速度を１００ｍＶ／秒としたことを除き、実施例１２．６を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。その後、ナノ多孔層上に形成されたポリ－ｍＰＤ層を用いて、実施例１２．１３を繰り返した。
走査速度を１００ｍＶ／秒としたことを除き、実施例１２．６を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。その後、ナノ多孔層上に形成されたポリ－ｍＰＤ層を用いて、実施例１２．１３を繰り返した。
実施例１２．１５－１．０ｍＭ、２００ｍＶ／秒での電気化学重合および電気ショック
走査速度を２００ｍＶ／秒としたことを除き、実施例１２．６を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。その後、ナノ多孔層上に形成されたポリ－ｍＰＤ層を用いて、実施例１２．１３を繰り返した。
走査速度を２００ｍＶ／秒としたことを除き、実施例１２．６を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。その後、ナノ多孔層上に形成されたポリ－ｍＰＤ層を用いて、実施例１２．１３を繰り返した。
実施例１２．１６－２．０ｍＭ、１０ｍＶ／秒での電気化学重合および電気ショック
実施例１２．１で調製した２．０ｍＭのｍＰＤ水溶液を０．１ｍＭのｍＰＤ水溶液の代わりに添加したことを除き、実施例１２．３を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。その後、ナノ多孔層上に形成されたポリ－ｍＰＤ層を用いて、実施例１２．１３を繰り返した。
実施例１２．１で調製した２．０ｍＭのｍＰＤ水溶液を０．１ｍＭのｍＰＤ水溶液の代わりに添加したことを除き、実施例１２．３を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。その後、ナノ多孔層上に形成されたポリ－ｍＰＤ層を用いて、実施例１２．１３を繰り返した。
実施例１２．１７－２．０ｍＭ、１００ｍＶ／秒での電気化学重合および電気ショック
走査速度を１００ｍＶ／秒としたことを除き、実施例１２．６を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。その後、ナノ多孔層上に形成されたポリ－ｍＰＤ層を用いて、実施例１２．１３を繰り返した。
走査速度を１００ｍＶ／秒としたことを除き、実施例１２．６を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。その後、ナノ多孔層上に形成されたポリ－ｍＰＤ層を用いて、実施例１２．１３を繰り返した。
実施例１２．１８－２．０ｍＭ、２００ｍＶ／秒での電気化学重合および電気ショック
走査速度を２００ｍＶ／秒としたことを除き、実施例１２．６を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。その後、ナノ多孔層上に形成されたポリ－ｍＰＤ層を用いて、実施例１２．１３を繰り返した。
走査速度を２００ｍＶ／秒としたことを除き、実施例１２．６を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。その後、ナノ多孔層上に形成されたポリ－ｍＰＤ層を用いて、実施例１２．１３を繰り返した。
実施例１２．１９－５．０ｍＭ、１０ｍＶ／秒での電気化学重合および電気ショック
実施例１２．１で調製した５．０ｍＭのｍＰＤ水溶液を０．１ｍＭのｍＰＤ水溶液の代わりに添加したことを除き、実施例１２．３を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。その後、ナノ多孔層上に形成されたポリ－ｍＰＤ層を用いて、実施例１２．１３を繰り返した。
実施例１２．１で調製した５．０ｍＭのｍＰＤ水溶液を０．１ｍＭのｍＰＤ水溶液の代わりに添加したことを除き、実施例１２．３を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。その後、ナノ多孔層上に形成されたポリ－ｍＰＤ層を用いて、実施例１２．１３を繰り返した。
実施例１２．２０－５．０ｍＭ、１００ｍＶ／秒での電気化学重合および電気ショック
走査速度を１００ｍＶ／秒としたことを除き、実施例１２．６を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。その後、ナノ多孔層上に形成されたポリ－ｍＰＤ層を用いて、実施例１２．１３を繰り返した。
走査速度を１００ｍＶ／秒としたことを除き、実施例１２．６を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。その後、ナノ多孔層上に形成されたポリ－ｍＰＤ層を用いて、実施例１２．１３を繰り返した。
実施例１２．２１－５．０ｍＭ、２００ｍＶ／秒での電気化学重合および電気ショック
走査速度を２００ｍＶ／秒としたことを除き、実施例１２．６を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。その後、ナノ多孔層上に形成されたポリ－ｍＰＤ層を用いて、実施例１２．１３を繰り返した。
走査速度を２００ｍＶ／秒としたことを除き、実施例１２．６を繰り返し、これにより、ナノ多孔層１１７上にポリ－ｍＰＤ層を形成させた。その後、ナノ多孔層上に形成されたポリ－ｍＰＤ層を用いて、実施例１２．１３を繰り返した。
マルトースによる干渉なしのグルコースの感知
実施例１３．１－血清の調製
ヒト血清をＳｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈから購入した。血清中のグルコース含量を、ＹＳＩを使用して測定した。血清はその中に５．８ｍＭのグルコースを含んだと決定し、それは血糖値１０４ｍｇ／ｄｌに対応する。
実施例１３．１－血清の調製
ヒト血清をＳｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈから購入した。血清中のグルコース含量を、ＹＳＩを使用して測定した。血清はその中に５．８ｍＭのグルコースを含んだと決定し、それは血糖値１０４ｍｇ／ｄｌに対応する。
実施例１３．２－血清中でのグルコース感知システムの調製
実施例１３．１で調製した血清１０ｍｌをビーカーに入れ、その中では、血清の温度を３７℃で維持した。作用電極１０３が、実施例１２．３において０．１ｍＭのｍＰＤ溶液および１０ｍＶ／秒の走査速度を使用して調製したナノ多孔層上のポリ－ｍＰＤマルトース－ブロッキング層３０１を含むことを除き、電気化学セルを実施例１０．２と同様に調製した。
実施例１３．１で調製した血清１０ｍｌをビーカーに入れ、その中では、血清の温度を３７℃で維持した。作用電極１０３が、実施例１２．３において０．１ｍＭのｍＰＤ溶液および１０ｍＶ／秒の走査速度を使用して調製したナノ多孔層上のポリ－ｍＰＤマルトース－ブロッキング層３０１を含むことを除き、電気化学セルを実施例１０．２と同様に調製した。
実施例１３．１－血清中でのグルコース感知システムの調製
作用電極１０３は実施例１２．３において調製した（０．１ｍＭのｍＰＤ溶液および１０ｍＶ／秒の走査速度を使用して）ナノ多孔層上のポリ－ｍＰＤマルトース－ブロッキング層３０１を含むことを除き、かつ、さらに、作用電極、参照電極および対電極を血清中に浸したことを除き、実施例１０．２を繰り返すことにより電気化学セルを調製した。
作用電極１０３は実施例１２．３において調製した（０．１ｍＭのｍＰＤ溶液および１０ｍＶ／秒の走査速度を使用して）ナノ多孔層上のポリ－ｍＰＤマルトース－ブロッキング層３０１を含むことを除き、かつ、さらに、作用電極、参照電極および対電極を血清中に浸したことを除き、実施例１０．２を繰り返すことにより電気化学セルを調製した。
実施例１３．２－血清中でのグルコース感知システムのコンディショニング
実施例１３．１で調製した電気化学セルシステムでは、バイアス電圧０．４Ｖを作用電極１０３と参照電極１０６の間に印加した。バイアス電圧を３時間超の間、電気化学システムにおいて、システムのプレコンディショニングのために維持した。その後、バイアス電圧をシステムから切断し、再接続させた。バイアス電圧を再印加すると、作用電極からの電流の測定を開始した。電気化学セルを、グルコース感知システムを血清中で、さらにコンディショニングするために維持した。電流が安定した時に、血清中に元々含まれている５．８ｍＭのグルコースに対し９６ｎＡの電流値を測定した。
実施例１３．１で調製した電気化学セルシステムでは、バイアス電圧０．４Ｖを作用電極１０３と参照電極１０６の間に印加した。バイアス電圧を３時間超の間、電気化学システムにおいて、システムのプレコンディショニングのために維持した。その後、バイアス電圧をシステムから切断し、再接続させた。バイアス電圧を再印加すると、作用電極からの電流の測定を開始した。電気化学セルを、グルコース感知システムを血清中で、さらにコンディショニングするために維持した。電流が安定した時に、血清中に元々含まれている５．８ｍＭのグルコースに対し９６ｎＡの電流値を測定した。
実施例１３．３－マルトース－ブロッキング層を有する電極（０．１ｍＭ、１０ｍＶ／秒）
実施例１３．２で調製されたシステムでは、実施例９．１と同様に調製したグルコース原液を血清に添加し、総グルコース濃度１０ｍＭを含む血清を生成させた。その後、グルコース原液をさらに添加して、総グルコース濃度１５ｍＭおよび２０ｍＭを含む血清を生成させた（添加間で一定の時間間隔を有する）。その後、実施例９．１で調製したアスコルビン酸水溶液を血清に添加し、０．１１ｍＭのアスコルビン酸を含む血清を生成させた。その後、実施例９．１で調製したアセトアミノフェン水溶液を結果的に得られた血清に添加し、０．１７ｍＭのアセトアミノフェンを含む血清を生成させた。さらにその後、実施例９．１で調製したマルトース水溶液を結果的に得られた血清に添加し、１３．９ｍＭのマルトースを含む血清を生成させた。各添加直後に、血清を３－４秒間攪拌し、これにより電流の一時的なピークが引き起こされた。図２５はこの実施例でモニタした電流を赤色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸（ＡＡ）およびアセトアミノフェン（ＡＰ）の各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。したがって、この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
実施例１３．２で調製されたシステムでは、実施例９．１と同様に調製したグルコース原液を血清に添加し、総グルコース濃度１０ｍＭを含む血清を生成させた。その後、グルコース原液をさらに添加して、総グルコース濃度１５ｍＭおよび２０ｍＭを含む血清を生成させた（添加間で一定の時間間隔を有する）。その後、実施例９．１で調製したアスコルビン酸水溶液を血清に添加し、０．１１ｍＭのアスコルビン酸を含む血清を生成させた。その後、実施例９．１で調製したアセトアミノフェン水溶液を結果的に得られた血清に添加し、０．１７ｍＭのアセトアミノフェンを含む血清を生成させた。さらにその後、実施例９．１で調製したマルトース水溶液を結果的に得られた血清に添加し、１３．９ｍＭのマルトースを含む血清を生成させた。各添加直後に、血清を３－４秒間攪拌し、これにより電流の一時的なピークが引き起こされた。図２５はこの実施例でモニタした電流を赤色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸（ＡＡ）およびアセトアミノフェン（ＡＰ）の各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。したがって、この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
実施例１３．４－マルトース－ブロッキング層を有する電極（０．１ｍＭ、１００ｍＶ／秒）
作用電極１０３が実施例１２．４と同様に調製したマルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した（０．１ｍＭのｍＰＤ溶液を１００ｍＶ／秒の走査速度で使用）。図２５は、この実施例でモニタした電流を緑色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
作用電極１０３が実施例１２．４と同様に調製したマルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した（０．１ｍＭのｍＰＤ溶液を１００ｍＶ／秒の走査速度で使用）。図２５は、この実施例でモニタした電流を緑色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
実施例１３．５－マルトース－ブロッキング層を有する電極（０．１ｍＭ、２００ｍＶ／秒）
作用電極１０３が実施例１２．５と同様に調製した（０．１ｍＭのｍＰＤ溶液を２００ｍＶ／秒の走査速度で使用）マルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図２５は、この実施例でモニタした電流を紫色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
作用電極１０３が実施例１２．５と同様に調製した（０．１ｍＭのｍＰＤ溶液を２００ｍＶ／秒の走査速度で使用）マルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図２５は、この実施例でモニタした電流を紫色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
実施例１３．６－マルトース－ブロッキング層を有する電極（０．３ｍＭ、１０ｍＶ／秒）
作用電極が実施例１２．６で調製された（０．３ｍＭのｍＰＤ溶液を１０ｍＶ／秒の走査速度で使用）マルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図２６はこの実施例でモニタした電流を赤色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
作用電極が実施例１２．６で調製された（０．３ｍＭのｍＰＤ溶液を１０ｍＶ／秒の走査速度で使用）マルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図２６はこの実施例でモニタした電流を赤色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
実施例１３．７－マルトース－ブロッキング層を有する電極（０．３ｍＭ、１００ｍＶ／秒）
作用電極が実施例１２．７で調製された（０．３ｍＭのｍＰＤ溶液を１００ｍＶ／秒の走査速度で使用）マルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図２６は、この実施例でモニタした電流を緑色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
作用電極が実施例１２．７で調製された（０．３ｍＭのｍＰＤ溶液を１００ｍＶ／秒の走査速度で使用）マルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図２６は、この実施例でモニタした電流を緑色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
実施例１３．８－マルトース－ブロッキング層を有する電極（０．３ｍＭ、２００ｍＶ／秒）
作用電極が実施例１２．８で調製された（０．３ｍＭのｍＰＤ溶液を２００ｍＶ／秒の走査速度で使用）マルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図２６は、この実施例でモニタした電流を紫色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
作用電極が実施例１２．８で調製された（０．３ｍＭのｍＰＤ溶液を２００ｍＶ／秒の走査速度で使用）マルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図２６は、この実施例でモニタした電流を紫色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
実施例１３．９－マルトース－ブロッキング層を有する電極（０．５ｍＭ、１０ｍＶ／秒）
作用電極が実施例１２．９で調製された（０．５ｍＭのｍＰＤ溶液を１０ｍＶ／秒の走査速度で使用）マルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図２７はこの実施例でモニタした電流を赤色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
作用電極が実施例１２．９で調製された（０．５ｍＭのｍＰＤ溶液を１０ｍＶ／秒の走査速度で使用）マルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図２７はこの実施例でモニタした電流を赤色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
実施例１３．１０－マルトース－ブロッキング層を有する電極（０．５ｍＭ、１００ｍＶ／秒）
作用電極が実施例１２．９で調製された（０．５ｍＭのｍＰＤ溶液を１００ｍＶ／秒の走査速度で使用）マルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図２７は、この実施例でモニタした電流を緑色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
作用電極が実施例１２．９で調製された（０．５ｍＭのｍＰＤ溶液を１００ｍＶ／秒の走査速度で使用）マルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図２７は、この実施例でモニタした電流を緑色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
実施例１３．１１－マルトース－ブロッキング層を有する電極（０．５ｍＭ、２００ｍＶ／秒）
作用電極が実施例１２．１１で調製された（０．５ｍＭのｍＰＤ溶液を２００ｍＶ／秒の走査速度で使用）マルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図２７は、この実施例でモニタした電流を紫色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
作用電極が実施例１２．１１で調製された（０．５ｍＭのｍＰＤ溶液を２００ｍＶ／秒の走査速度で使用）マルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図２７は、この実施例でモニタした電流を紫色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
実施例１３．１２－マルトース－ブロッキング層を有する電極（１．０ｍＭ、１０ｍＶ／秒）
作用電極が実施例１２．１２で調製され（１．０ｍＭのｍＰＤ溶液を１０ｍＶ／秒の走査速度で使用）、さらに、実施例１２．１３におけるように電気ショックに供されたマルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図２８はこの実施例でモニタした電流を赤色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
作用電極が実施例１２．１２で調製され（１．０ｍＭのｍＰＤ溶液を１０ｍＶ／秒の走査速度で使用）、さらに、実施例１２．１３におけるように電気ショックに供されたマルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図２８はこの実施例でモニタした電流を赤色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
実施例１３．１３－マルトース－ブロッキング層を有する電極（１．０ｍＭ、１００ｍＶ／秒）
作用電極が実施例１２．１４で調製され（１．０ｍＭのｍＰＤ溶液を１００ｍＶ／秒の走査速度で使用）、さらに、実施例１２．１３におけるように電気ショックを有したマルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図２８は、この実施例でモニタした電流を緑色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
作用電極が実施例１２．１４で調製され（１．０ｍＭのｍＰＤ溶液を１００ｍＶ／秒の走査速度で使用）、さらに、実施例１２．１３におけるように電気ショックを有したマルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図２８は、この実施例でモニタした電流を緑色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
実施例１３．１４－マルトース－ブロッキング層を有する電極（１．０ｍＭ、２００ｍＶ／秒）
作用電極が実施例１２．１５で調製され（１．０ｍＭのｍＰＤ溶液を２００ｍＶ／秒の走査速度で使用）、さらに電気ショックを有したマルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図２８は、この実施例でモニタした電流を紫色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
作用電極が実施例１２．１５で調製され（１．０ｍＭのｍＰＤ溶液を２００ｍＶ／秒の走査速度で使用）、さらに電気ショックを有したマルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図２８は、この実施例でモニタした電流を紫色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
実施例１３．１５－マルトース－ブロッキング層を有する電極（２．０ｍＭ、１０ｍＶ／秒）
作用電極が実施例１２．１６で調製され（２．０ｍＭのｍＰＤ溶液を１０ｍＶ／秒の走査速度で使用）、さらに、実施例１２．１５におけるように電気ショックを有したマルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図２９はこの実施例でモニタした電流を赤色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
作用電極が実施例１２．１６で調製され（２．０ｍＭのｍＰＤ溶液を１０ｍＶ／秒の走査速度で使用）、さらに、実施例１２．１５におけるように電気ショックを有したマルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図２９はこの実施例でモニタした電流を赤色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
実施例１３．１６－マルトース－ブロッキング層を有する電極（２．０ｍＭ、１００ｍＶ／秒）
作用電極が実施例１２．１７で調製され（２．０ｍＭのｍＰＤ溶液を１００ｍＶ／秒の走査速度で使用）、さらに、実施例１２．１５におけるように電気ショックを有したマルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図２９は、この実施例でモニタした電流を緑色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
作用電極が実施例１２．１７で調製され（２．０ｍＭのｍＰＤ溶液を１００ｍＶ／秒の走査速度で使用）、さらに、実施例１２．１５におけるように電気ショックを有したマルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図２９は、この実施例でモニタした電流を緑色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
実施例１３．１７－マルトース－ブロッキング層を有する電極（２．０ｍＭ、２００ｍＶ／秒）
作用電極が実施例１２．１８で調製され（２．０ｍＭのｍＰＤ溶液を２００ｍＶ／秒の走査速度で使用）、さらに、実施例１２．１５におけるように電気ショックを有したマルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図２９は、この実施例でモニタした電流を紫色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
作用電極が実施例１２．１８で調製され（２．０ｍＭのｍＰＤ溶液を２００ｍＶ／秒の走査速度で使用）、さらに、実施例１２．１５におけるように電気ショックを有したマルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図２９は、この実施例でモニタした電流を紫色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
実施例１３．１８－マルトース－ブロッキング層を有する電極（５．０ｍＭ、１０ｍＶ／秒）
作用電極が実施例１２．１９で調製され（５．０ｍＭのｍＰＤ溶液を１０ｍＶ／秒の走査速度で使用）、さらに、実施例１２．１５におけるように電気ショックを有したマルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図３０はこの実施例でモニタした電流を赤色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
作用電極が実施例１２．１９で調製され（５．０ｍＭのｍＰＤ溶液を１０ｍＶ／秒の走査速度で使用）、さらに、実施例１２．１５におけるように電気ショックを有したマルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図３０はこの実施例でモニタした電流を赤色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
実施例１３．１９－マルトース－ブロッキング層を有する電極（５．０ｍＭ、１００ｍＶ／秒）
作用電極が実施例１２．２０で調製され（５．０ｍＭのｍＰＤ溶液を１００ｍＶ／秒の走査速度で使用）、さらに、実施例１２．１５におけるように電気ショックを有したマルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図３０は、この実施例でモニタした電流を緑色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
作用電極が実施例１２．２０で調製され（５．０ｍＭのｍＰＤ溶液を１００ｍＶ／秒の走査速度で使用）、さらに、実施例１２．１５におけるように電気ショックを有したマルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図３０は、この実施例でモニタした電流を緑色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
実施例１３．２０－マルトース－ブロッキング層を有する電極（５．０ｍＭ、２００ｍＶ／秒）
作用電極が実施例１２．２１で調製され（５．０ｍＭのｍＰＤ溶液を２００ｍＶ／秒の走査速度で使用）、さらに、実施例１２．１５におけるように電気ショックを有したマルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図３０は、この実施例でモニタした電流を紫色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
作用電極が実施例１２．２１で調製され（５．０ｍＭのｍＰＤ溶液を２００ｍＶ／秒の走査速度で使用）、さらに、実施例１２．１５におけるように電気ショックを有したマルトース－ブロッキング層を含んだことを除き、実施例１３．１－１３．３を繰り返した。図３０は、この実施例でモニタした電流を紫色で示す。電流の変化を、グルコース、アスコルビン酸およびアセトアミノフェンの各添加に応じて観察した。しかしながら、マルトースの添加後、攪拌により引き起こされたピーク以外、５ｎＡ／ｍＭｃｍ２を超える電流変化は観察されなかった。この実施例におけるマルトース－ブロッキング層はマルトースを効果的にブロックしたが、グルコースの感知を妨害しなかった。
実施例１３．２１－マルトース－ブロッキング層を有する電極（１．０ｍＭ、１０ｍＶ／秒）
実施例１２．１２で調製したポリ－ｍＰＤ層（１．０ｍＭのｍＰＤ溶液を１０ｍＶ／秒の走査速度で使用）を電気ショックに供しないことを除き、実施例１３．１２を繰り返す。
実施例１２．１２で調製したポリ－ｍＰＤ層（１．０ｍＭのｍＰＤ溶液を１０ｍＶ／秒の走査速度で使用）を電気ショックに供しないことを除き、実施例１３．１２を繰り返す。
実施例１３．２２－マルトース－ブロッキング層を有する電極（１．０ｍＭ、１００ｍＶ／秒）
実施例１２．１４で調製したポリ－ｍＰＤ層（１．０ｍＭのｍＰＤ溶液を１００ｍＶ／秒の走査速度で使用）を電気ショックに供しないことを除き、実施例１３．１２を繰り返す。
実施例１２．１４で調製したポリ－ｍＰＤ層（１．０ｍＭのｍＰＤ溶液を１００ｍＶ／秒の走査速度で使用）を電気ショックに供しないことを除き、実施例１３．１２を繰り返す。
実施例１３．２３－マルトース－ブロッキング層を有する電極（１．０ｍＭ、２００ｍＶ／秒）
実施例１２．１５で調製したポリ－ｍＰＤ層（１．０ｍＭのｍＰＤ溶液を２００ｍＶ／秒の走査速度で使用）を電気ショックに供しないことを除き、実施例１３．１２を繰り返す。
実施例１２．１５で調製したポリ－ｍＰＤ層（１．０ｍＭのｍＰＤ溶液を２００ｍＶ／秒の走査速度で使用）を電気ショックに供しないことを除き、実施例１３．１２を繰り返す。
実施例１３．２４－マルトース－ブロッキング層を有する電極（２．０ｍＭ、１０ｍＶ／秒）
実施例１２．１６で調製したポリ－ｍＰＤ層（２．０ｍＭのｍＰＤ溶液を１０ｍＶ／秒の走査速度で使用）を電気ショックに供しないことを除き、実施例１３．１２を繰り返す。グルコースの各添加に応じて電流の変化は観察されず、これは、ポリ－ｍＰＤ層がグルコースを効果的にブロックすることを意味する。
実施例１２．１６で調製したポリ－ｍＰＤ層（２．０ｍＭのｍＰＤ溶液を１０ｍＶ／秒の走査速度で使用）を電気ショックに供しないことを除き、実施例１３．１２を繰り返す。グルコースの各添加に応じて電流の変化は観察されず、これは、ポリ－ｍＰＤ層がグルコースを効果的にブロックすることを意味する。
実施例１３．２５－マルトース－ブロッキング層を有する電極（２．０ｍＭ、１００ｍＶ／秒）
実施例１２．１７で調製したポリ－ｍＰＤ層（２．０ｍＭのｍＰＤ溶液を１００ｍＶ／秒の走査速度で使用）を電気ショックに供しないことを除き、実施例１３．１２を繰り返す。グルコースの各添加に応じて電流の変化は観察されず、これは、ポリ－ｍＰＤ層がグルコースを効果的にブロックすることを意味する。
実施例１２．１７で調製したポリ－ｍＰＤ層（２．０ｍＭのｍＰＤ溶液を１００ｍＶ／秒の走査速度で使用）を電気ショックに供しないことを除き、実施例１３．１２を繰り返す。グルコースの各添加に応じて電流の変化は観察されず、これは、ポリ－ｍＰＤ層がグルコースを効果的にブロックすることを意味する。
実施例１３．２６－マルトース－ブロッキング層を有する電極（２．０ｍＭ、２００ｍＶ／秒）
実施例１２．１８で調製したポリ－ｍＰＤ層（２．０ｍＭのｍＰＤ溶液を２００ｍＶ／秒の走査速度で使用）を電気ショックに供しないことを除き、実施例１３．１２を繰り返す。グルコースの各添加に応じて電流の変化は観察されず、これは、ポリ－ｍＰＤ層がグルコースを効果的にブロックすることを意味する。
実施例１２．１８で調製したポリ－ｍＰＤ層（２．０ｍＭのｍＰＤ溶液を２００ｍＶ／秒の走査速度で使用）を電気ショックに供しないことを除き、実施例１３．１２を繰り返す。グルコースの各添加に応じて電流の変化は観察されず、これは、ポリ－ｍＰＤ層がグルコースを効果的にブロックすることを意味する。
実施例１３．２７－マルトース－ブロッキング層を有する電極（５．０ｍＭ、１０ｍＶ／秒）
実施例１２．１９で調製したポリ－ｍＰＤ層（５．０ｍＭのｍＰＤ溶液を１０ｍＶ／秒の走査速度で使用）を電気ショックに供しないことを除き、実施例１３．１２を繰り返す。グルコースの各添加に応じて電流の変化は観察されず、これは、ポリ－ｍＰＤ層がグルコースを効果的にブロックすることを意味する。
実施例１２．１９で調製したポリ－ｍＰＤ層（５．０ｍＭのｍＰＤ溶液を１０ｍＶ／秒の走査速度で使用）を電気ショックに供しないことを除き、実施例１３．１２を繰り返す。グルコースの各添加に応じて電流の変化は観察されず、これは、ポリ－ｍＰＤ層がグルコースを効果的にブロックすることを意味する。
実施例１３．２８－マルトース－ブロッキング層を有する電極（５．０ｍＭ、１００ｍＶ／秒）
実施例１２．２０で調製したポリ－ｍＰＤ層（５．０ｍＭのｍＰＤ溶液を１００ｍＶ／秒の走査速度で使用）を電気ショックに供しないことを除き、実施例１３．１２を繰り返す。グルコースの各添加に応じて電流の変化は観察されず、これは、ポリ－ｍＰＤ層がグルコースを効果的にブロックすることを意味する。
実施例１２．２０で調製したポリ－ｍＰＤ層（５．０ｍＭのｍＰＤ溶液を１００ｍＶ／秒の走査速度で使用）を電気ショックに供しないことを除き、実施例１３．１２を繰り返す。グルコースの各添加に応じて電流の変化は観察されず、これは、ポリ－ｍＰＤ層がグルコースを効果的にブロックすることを意味する。
実施例１３．２９－マルトース－ブロッキング層を有する電極（５．０ｍＭ、２００ｍＶ／秒）
実施例１２．２１で調製したポリ－ｍＰＤ層（５．０ｍＭのｍＰＤ溶液を２００ｍＶ／秒の走査速度で使用）を電気ショックに供しないことを除き、実施例１３．１２を繰り返す。グルコースの各添加に応じて電流の変化は観察されず、これは、ポリ－ｍＰＤ層がグルコースを効果的にブロックすることを意味する。
実施例１２．２１で調製したポリ－ｍＰＤ層（５．０ｍＭのｍＰＤ溶液を２００ｍＶ／秒の走査速度で使用）を電気ショックに供しないことを除き、実施例１３．１２を繰り返す。グルコースの各添加に応じて電流の変化は観察されず、これは、ポリ－ｍＰＤ層がグルコースを効果的にブロックすることを意味する。
別の電気ショック
実施例１４．１－２パルスでの電気ショック
０．５秒のパルス幅で、０．５秒の間隔を有する２パルスを除き、実施例１２．１３を繰り返す。
実施例１４．１－２パルスでの電気ショック
０．５秒のパルス幅で、０．５秒の間隔を有する２パルスを除き、実施例１２．１３を繰り返す。
実施例１４．２－２パルスでの電気ショック
各パルスは＋０．０Ｖ～＋２．０Ｖであることを除き実施例１４．１を繰り返す。
各パルスは＋０．０Ｖ～＋２．０Ｖであることを除き実施例１４．１を繰り返す。
実施例１４．３－多重パルスでの電気ショック
０．１秒のパルス幅、および２つのパルス間の０．１秒の間隔を有する一連の１０のパルスを除き実施例１２．１３を繰り返す。
０．１秒のパルス幅、および２つのパルス間の０．１秒の間隔を有する一連の１０のパルスを除き実施例１２．１３を繰り返す。
実施例１４．４－多重パルスでの電気ショック
各パルスは＋０．０Ｖ～＋２．０Ｖであることを除き実施例１４．１を繰り返す。
各パルスは＋０．０Ｖ～＋２．０Ｖであることを除き実施例１４．１を繰り返す。
実施例１４．５－単一傾斜での電気ショック
電位が１秒の期間中に、＋０．０Ｖから＋１．０Ｖに徐々に増加することを除き実施例１２．１３を繰り返す。
電位が１秒の期間中に、＋０．０Ｖから＋１．０Ｖに徐々に増加することを除き実施例１２．１３を繰り返す。
実施例１４．６－多重傾斜での電気ショック
傾斜電位を５回、２つの傾斜間で０．１の間隔を用いて繰り返すことを除き実施例１４．５を繰り返す。
傾斜電位を５回、２つの傾斜間で０．１の間隔を用いて繰り返すことを除き実施例１４．５を繰り返す。
実施例１４．７－単一傾斜での電気ショック
電位が２秒の期間中に、＋０．０Ｖから＋２．０Ｖに徐々に増加することを除き実施例１２．１３を繰り返す。
電位が２秒の期間中に、＋０．０Ｖから＋２．０Ｖに徐々に増加することを除き実施例１２．１３を繰り返す。
実施例１４．８－多重傾斜での電気ショック
傾斜電位を５回、２つの傾斜間で０．１の間隔を用いて繰り返すことを除き実施例１４．７を繰り返す。
傾斜電位を５回、２つの傾斜間で０．１の間隔を用いて繰り返すことを除き実施例１４．７を繰り返す。
作用電極のコンディショニング
実施例１５．１－血清中でのグルコース感知システムの調製
血清中でのグルコース感知のための電気化学セルを調製するために、実施例１０．２を繰り返した。作用電極１０３は実施例８．４で調製した電極１６０７（白金ナノ多孔層１６０９を含む）の１つであり、電解質イオン－ブロッキング層を含まない。
実施例１５．１－血清中でのグルコース感知システムの調製
血清中でのグルコース感知のための電気化学セルを調製するために、実施例１０．２を繰り返した。作用電極１０３は実施例８．４で調製した電極１６０７（白金ナノ多孔層１６０９を含む）の１つであり、電解質イオン－ブロッキング層を含まない。
実施例１５．２－作用電極のコンディショニング（電解質イオン－ブロッキング層なし）
実施例１５．１で調製した電気化学セルでは、０．４Ｖのバイアス電圧を作用電極１０３と参照電極１０６の間に印加した。実施例１０．３とは異なり、バイアス電圧を印加するとすぐに、作用電極からの電流を連続して測定した。図４２Ａは、電気化学セルから測定した電流プロファイルのプロファイルを示し、この場合、作用電極１０３は電解質イオン－ブロッキング層を含まない。図４２Ａについて説明すると、１０，０００秒（約３時間）、２０，０００秒および３０，０００秒で、電流は依然として、著しい速度で減少する。図４２Ｂは図４２Ａのプロファイルの拡大図であり、実施例９．１と同様に調製したグルコース原液は、作用電極のコンディショニングの完了後にうまく添加されたことを示す。
実施例１５．１で調製した電気化学セルでは、０．４Ｖのバイアス電圧を作用電極１０３と参照電極１０６の間に印加した。実施例１０．３とは異なり、バイアス電圧を印加するとすぐに、作用電極からの電流を連続して測定した。図４２Ａは、電気化学セルから測定した電流プロファイルのプロファイルを示し、この場合、作用電極１０３は電解質イオン－ブロッキング層を含まない。図４２Ａについて説明すると、１０，０００秒（約３時間）、２０，０００秒および３０，０００秒で、電流は依然として、著しい速度で減少する。図４２Ｂは図４２Ａのプロファイルの拡大図であり、実施例９．１と同様に調製したグルコース原液は、作用電極のコンディショニングの完了後にうまく添加されたことを示す。
実施例１５．３－ＰＭＭＡ電解質イオン－ブロッキング層を有する作用電極の調製
Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈから購入したＰＭＭＡ（製品番号４４５７４６）をジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）に溶解し、２ｗｔ％ ＰＭＭＡ溶液を得た。マイクロシリンジを使用して、０．２μＬのＰＭＭＡ溶液を、実施例８．４で調製した電極１６０７の１つの白金ナノ多孔層１６０９上に滴下した。溶媒がすっかり乾くと、ＰＭＭＡ電解質イオン－ブロッキング層５０５が白金ナノ多孔層１６０９上に形成された。
Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈから購入したＰＭＭＡ（製品番号４４５７４６）をジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）に溶解し、２ｗｔ％ ＰＭＭＡ溶液を得た。マイクロシリンジを使用して、０．２μＬのＰＭＭＡ溶液を、実施例８．４で調製した電極１６０７の１つの白金ナノ多孔層１６０９上に滴下した。溶媒がすっかり乾くと、ＰＭＭＡ電解質イオン－ブロッキング層５０５が白金ナノ多孔層１６０９上に形成された。
実施例１５．４－血清中でのグルコース感知システムの調製
実施例１５．１で調製したＰＭＭＡ電解質イオン－ブロッキング層を有する作用電極を作用電極１０３として使用したことを除き、血清中でのグルコース感知のための電気化学セルを調製するために、実施例１０．２を繰り返した。
実施例１５．１で調製したＰＭＭＡ電解質イオン－ブロッキング層を有する作用電極を作用電極１０３として使用したことを除き、血清中でのグルコース感知のための電気化学セルを調製するために、実施例１０．２を繰り返した。
実施例１５．５－作用電極のコンディショニング
実施例１５．４で調製した電気化学セルにおいて、０．４Ｖのバイアス電圧を作用電極１０３と参照電極１０６の間に印加した。バイアス電圧を印加するとすぐに、作用電極からの電流を連続して測定した。図４３は電気化学セルから測定した電流のプロファイルを示し、この場合、作用電極１０３は電解質イオン－ブロッキング層を含む。実施例９．１と同様に調製したグルコース原液は作用電極のコンディショニングの完了後にうまく添加された。図４３におけるピークは、各添加後の攪拌を表す。
実施例１５．４で調製した電気化学セルにおいて、０．４Ｖのバイアス電圧を作用電極１０３と参照電極１０６の間に印加した。バイアス電圧を印加するとすぐに、作用電極からの電流を連続して測定した。図４３は電気化学セルから測定した電流のプロファイルを示し、この場合、作用電極１０３は電解質イオン－ブロッキング層を含む。実施例９．１と同様に調製したグルコース原液は作用電極のコンディショニングの完了後にうまく添加された。図４３におけるピークは、各添加後の攪拌を表す。
実施例１５．６－コンディショニング時間の比較
図４４は図４２（実施例１５．２）および図４３（実施例１５．５）の電流プロファイルを重ね合わせたものである。実施例１５．５（電解質イオン－ブロッキング層を含む）の電流は約６００秒で落ち着き、安定化し、一方、実施例１５．２（電解質イオン－ブロッキング層なし）の電流は同じ時間枠において著しい速度で減少する。
図４４は図４２（実施例１５．２）および図４３（実施例１５．５）の電流プロファイルを重ね合わせたものである。実施例１５．５（電解質イオン－ブロッキング層を含む）の電流は約６００秒で落ち着き、安定化し、一方、実施例１５．２（電解質イオン－ブロッキング層なし）の電流は同じ時間枠において著しい速度で減少する。
実施例１５．７－ＰＨＥＭＡ層を有する作用電極の調製
Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈから購入したＰＨＥＭＡ（製品番号５２９２６５）をジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）に溶解し、２ｗｔ％ ＰＨＥＭＡ溶液を得た。マイクロシリンジを使用して、０．２μＬのＰＨＥＭＡ溶液を、実施例８．４で調製した電極１６０７の１つの白金ナノ多孔層１６０９上に滴下した。溶媒がすっかり乾くと、ＰＨＥＭＡ電解質イオン－ブロッキング層５０５が白金ナノ多孔層１６０９上に形成された。
Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈから購入したＰＨＥＭＡ（製品番号５２９２６５）をジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）に溶解し、２ｗｔ％ ＰＨＥＭＡ溶液を得た。マイクロシリンジを使用して、０．２μＬのＰＨＥＭＡ溶液を、実施例８．４で調製した電極１６０７の１つの白金ナノ多孔層１６０９上に滴下した。溶媒がすっかり乾くと、ＰＨＥＭＡ電解質イオン－ブロッキング層５０５が白金ナノ多孔層１６０９上に形成された。
実施例１５．８－ＰＭＭＡ－ＥＧ－ＰＭＭＡ層を有する作用電極の調製
Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈから購入したＰＭＭＡ－ＥＧ－ＰＭＭＡ（製品番号４６３１８３）をジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）に溶解し、２ｗｔ％ ＰＭＭＡ－ＥＧ－ＰＭＭＡ溶液を得た。マイクロシリンジを使用して、０．２μＬのＰＭＭＡ－ＥＧ－ＰＭＭＡ溶液を、実施例８．４で調製した電極１６０７の１つの白金ナノ多孔層１６０９上に滴下した。溶媒がすっかり乾くと、ＰＭＭＡ－ＥＧ－ＰＭＭＡ電解質イオン－ブロッキング層５０５が白金ナノ多孔層１６０９上に形成された。
Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈから購入したＰＭＭＡ－ＥＧ－ＰＭＭＡ（製品番号４６３１８３）をジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）に溶解し、２ｗｔ％ ＰＭＭＡ－ＥＧ－ＰＭＭＡ溶液を得た。マイクロシリンジを使用して、０．２μＬのＰＭＭＡ－ＥＧ－ＰＭＭＡ溶液を、実施例８．４で調製した電極１６０７の１つの白金ナノ多孔層１６０９上に滴下した。溶媒がすっかり乾くと、ＰＭＭＡ－ＥＧ－ＰＭＭＡ電解質イオン－ブロッキング層５０５が白金ナノ多孔層１６０９上に形成された。
実施例１５．８－グルコース感知システムの調製および血清中でのコンディショニング
実施例１５．７および１５．８で調製した作用電極を作用電極１０３として使用したことを除き、実施例１５．４を繰り返すことにより、血清中でのグルコース感知のための電気化学セルを調製した。さらに、調製した電気化学セルについて実施例１５．５を繰り返した。
実施例１５．７および１５．８で調製した作用電極を作用電極１０３として使用したことを除き、実施例１５．４を繰り返すことにより、血清中でのグルコース感知のための電気化学セルを調製した。さらに、調製した電気化学セルについて実施例１５．５を繰り返した。
ＣＧＭ皮下電極ユニットの製造
実施例１６．１－ベース上での導電層の形成
１５０μｍの厚さを有するポリイミドフィルムをベース基材５０３として使用した。銀層１６０３をポリイミドフィルム上に印刷し、図３５において示される形状で約２０μｍ厚さの銀導電素子１１０Ｃ、１１０Ｗおよび１１０Ｒを得た。その後、導電炭素層１６０５を、約２０μｍの厚さで銀導電素子１１０Ｃおよび１１０Ｗ上に印刷した。銀層導電素子１１０Ｒ上に炭素層を形成しなかった。
実施例１６．１－ベース上での導電層の形成
１５０μｍの厚さを有するポリイミドフィルムをベース基材５０３として使用した。銀層１６０３をポリイミドフィルム上に印刷し、図３５において示される形状で約２０μｍ厚さの銀導電素子１１０Ｃ、１１０Ｗおよび１１０Ｒを得た。その後、導電炭素層１６０５を、約２０μｍの厚さで銀導電素子１１０Ｃおよび１１０Ｗ上に印刷した。銀層導電素子１１０Ｒ上に炭素層を形成しなかった。
実施例１６．２－絶縁層の配置および切断
５０μｍの厚さを有するポリイミドフィルムを絶縁層７０７として使用した。ポリイミドフィルムを、端子部７０５を曝露させながら図３５の中間生成物を被覆するサイズに切断した。ポリイミドフィルムに穴を開け、作用電極、参照電極および対電極のためのエリアを曝露させるための３つの開口を提供した。その後、事前に切断したポリイミドを、図３６の中間生成物を提供するために、接着剤層がポリイミドベース５０３と接触するように図３５の中間生成物上に配置した。その後、ポリイミドベース５０３および導電素子の外側のポリイミド絶縁層７０７を切断し、図３７の中間生成物を提供した。
５０μｍの厚さを有するポリイミドフィルムを絶縁層７０７として使用した。ポリイミドフィルムを、端子部７０５を曝露させながら図３５の中間生成物を被覆するサイズに切断した。ポリイミドフィルムに穴を開け、作用電極、参照電極および対電極のためのエリアを曝露させるための３つの開口を提供した。その後、事前に切断したポリイミドを、図３６の中間生成物を提供するために、接着剤層がポリイミドベース５０３と接触するように図３５の中間生成物上に配置した。その後、ポリイミドベース５０３および導電素子の外側のポリイミド絶縁層７０７を切断し、図３７の中間生成物を提供した。
実施例１６．３－クラスター化ナノ多孔層の形成
実施例５．１で得られたクラスターコロイドを、精製水で６０ｍｇ／ｍｌに希釈した。マイクロシリンジを使用して、０．２μＬの希釈クラスターコロイドを、実施例１６．２で調製した中間生成物の作用電極５０１のための１つの開口を通して曝露された炭素層１６０５上に滴下した。炭素層１６０５上に滴下されたクラスターコロイドを乾燥させ、クラスター化ナノ多孔層１１７を提供し、図３８Ａの中間生成物が得られた。
実施例５．１で得られたクラスターコロイドを、精製水で６０ｍｇ／ｍｌに希釈した。マイクロシリンジを使用して、０．２μＬの希釈クラスターコロイドを、実施例１６．２で調製した中間生成物の作用電極５０１のための１つの開口を通して曝露された炭素層１６０５上に滴下した。炭素層１６０５上に滴下されたクラスターコロイドを乾燥させ、クラスター化ナノ多孔層１１７を提供し、図３８Ａの中間生成物が得られた。
実施例１６．４－電解質イオン－ブロッキング層の形成
Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈから購入したＰＭＭＡ（製品番号４４５７４６）をジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）に溶解し、２ｗｔ％ ＰＭＭＡ溶液を得た。マイクロシリンジを使用して、０．２μＬのＰＭＭＡ溶液を、実施例１６．３で調製した中間生成物のナノ多孔層１１７上に滴下した。溶媒がすっかり乾くと、ＰＭＭＡ電解質イオン－ブロッキング層５０５がナノ多孔層１１７上に形成された。
Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈから購入したＰＭＭＡ（製品番号４４５７４６）をジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）に溶解し、２ｗｔ％ ＰＭＭＡ溶液を得た。マイクロシリンジを使用して、０．２μＬのＰＭＭＡ溶液を、実施例１６．３で調製した中間生成物のナノ多孔層１１７上に滴下した。溶媒がすっかり乾くと、ＰＭＭＡ電解質イオン－ブロッキング層５０５がナノ多孔層１１７上に形成された。
実施例１６．５－生体適合性層の形成
生体適合性層（ｐＨＥＭＡ）を、図３８Ｂにおいて示されるように電解質イオン－ブロッキング層５０５上に形成させると、図３３の非酵素ＣＧＭ電極ユニットが得られる。
生体適合性層（ｐＨＥＭＡ）を、図３８Ｂにおいて示されるように電解質イオン－ブロッキング層５０５上に形成させると、図３３の非酵素ＣＧＭ電極ユニットが得られる。
実施例１６．６－生体適合性層の形成
Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈから購入したｐＨＥＭＡ（製品番号１９２０６６）をジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）に溶解し、０．５ｗｔ％ ｐＨＥＭＡ溶液を得た。マイクロシリンジを使用して、１．０μＬのｐＨＥＭＡ溶液を、実施例１６．４で調製した中間生成物の電解質イオン－ブロッキング層５０５上に滴下した。溶媒がすっかり乾くと、ｐＨＥＭＡ生体適合性層５０７が図３８Ｂにおいて示されるように形成され、図３３の非酵素ＣＧＭ電極ユニット７０１が得られた。
Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈから購入したｐＨＥＭＡ（製品番号１９２０６６）をジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）に溶解し、０．５ｗｔ％ ｐＨＥＭＡ溶液を得た。マイクロシリンジを使用して、１．０μＬのｐＨＥＭＡ溶液を、実施例１６．４で調製した中間生成物の電解質イオン－ブロッキング層５０５上に滴下した。溶媒がすっかり乾くと、ｐＨＥＭＡ生体適合性層５０７が図３８Ｂにおいて示されるように形成され、図３３の非酵素ＣＧＭ電極ユニット７０１が得られた。
ＣＧＭ動物試験
実施例１７．１－ＣＧＭ動物試験のための調製
実施例１６．６で調製した非酵素ＣＧＭ電極ユニットを、電極１０３、１０５および１０６がラットの間質液に接触するように、ラットの身体に皮下挿入した。ＣＧＭ電極ユニット７０１をＵＸＮ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．（本出願の出願人）およびソウル国立大学病院により開発されたＵＸＮポテンシオスタットに接続させた。図４５ＡはＵＸＮポテンシオスタットの写真である。図４５Ｂは、ＣＧＭ電極ユニット７０１が図４５ＡのＵＸＮポテンシオスタットに接続されていることを示す写真である。図４５Ｃは、ＵＸＮポテンシオスタットをそのケースと共に示す写真である。ＵＸＮポテンシオスタットはコンピュータと無線通信するための無線モジュールを含み、コンピュータにより無線で制御することができる。グルコース溶液を、ラットの血液および間質液中のグルコースレベルの変化を引き起こすためにラットの静脈に注射するために調製した。
実施例１７．１－ＣＧＭ動物試験のための調製
実施例１６．６で調製した非酵素ＣＧＭ電極ユニットを、電極１０３、１０５および１０６がラットの間質液に接触するように、ラットの身体に皮下挿入した。ＣＧＭ電極ユニット７０１をＵＸＮ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．（本出願の出願人）およびソウル国立大学病院により開発されたＵＸＮポテンシオスタットに接続させた。図４５ＡはＵＸＮポテンシオスタットの写真である。図４５Ｂは、ＣＧＭ電極ユニット７０１が図４５ＡのＵＸＮポテンシオスタットに接続されていることを示す写真である。図４５Ｃは、ＵＸＮポテンシオスタットをそのケースと共に示す写真である。ＵＸＮポテンシオスタットはコンピュータと無線通信するための無線モジュールを含み、コンピュータにより無線で制御することができる。グルコース溶液を、ラットの血液および間質液中のグルコースレベルの変化を引き起こすためにラットの静脈に注射するために調製した。
実施例１７．２－ラットのグルコースレベルの連続モニタリング
ＣＧＭ電極ユニット７０１の皮下挿入を５日間連続して維持した。第１日に、グルコース溶液をラットに２回注射した。その後の日にちに、グルコース溶液を１日１回注射した。ＵＸＮポテンシオスタットは、毎日（最初の）注射後、約１．５時間の期間にわたり、ＣＧＭ電極ユニット７０１からの電流を測定した。また、約１．５時間の期間中２－５分毎に、少量のラットの血液をその尾から採取し、Ｒｏｃｈｅ Ａｃｃｕ－Ｃｈｅｋ（登録商標）血糖測定器用の試験片に適用した。それは血液中のグルコース濃度を提供した。
ＣＧＭ電極ユニット７０１の皮下挿入を５日間連続して維持した。第１日に、グルコース溶液をラットに２回注射した。その後の日にちに、グルコース溶液を１日１回注射した。ＵＸＮポテンシオスタットは、毎日（最初の）注射後、約１．５時間の期間にわたり、ＣＧＭ電極ユニット７０１からの電流を測定した。また、約１．５時間の期間中２－５分毎に、少量のラットの血液をその尾から採取し、Ｒｏｃｈｅ Ａｃｃｕ－Ｃｈｅｋ（登録商標）血糖測定器用の試験片に適用した。それは血液中のグルコース濃度を提供した。
実施例１７．３－ラットのＣＧＭ測定値および血糖のプロッティング
図４６は、実施例１７．２においてＵＸＮポテンシオスタットにより測定されたＣＧＭ電極モジュールからの電流を青色で示す。図４６の赤色の点は、Ｒｏｃｈｅ Ａｃｃｕ Ｃｈｅｋ（登録商標）血糖測定器から得られた血糖濃度を表す。間質液中のグルコースレベルと血液中のグルコースレベルの間に約１０分のタイムラグが存在すると仮定すると、データは赤色の点に対してシフトされた青色信号を時間でシフトすることにより較正された。青色信号の鋭いピークは主に、測定中のラットの身体の動きに由来することが理解される。図４５のグラフに基づき、Ｒｏｃｈｅ Ａｃｃｕ Ｃｈｅｋ（登録商標）血糖測定器を使用した血糖濃度と実施例１６．６で調製した非酵素ＣＧＭ電極ユニット７０１を用いたＣＧＭモニタリングの間には強い相関があると考えられる。
図４６は、実施例１７．２においてＵＸＮポテンシオスタットにより測定されたＣＧＭ電極モジュールからの電流を青色で示す。図４６の赤色の点は、Ｒｏｃｈｅ Ａｃｃｕ Ｃｈｅｋ（登録商標）血糖測定器から得られた血糖濃度を表す。間質液中のグルコースレベルと血液中のグルコースレベルの間に約１０分のタイムラグが存在すると仮定すると、データは赤色の点に対してシフトされた青色信号を時間でシフトすることにより較正された。青色信号の鋭いピークは主に、測定中のラットの身体の動きに由来することが理解される。図４５のグラフに基づき、Ｒｏｃｈｅ Ａｃｃｕ Ｃｈｅｋ（登録商標）血糖測定器を使用した血糖濃度と実施例１６．６で調製した非酵素ＣＧＭ電極ユニット７０１を用いたＣＧＭモニタリングの間には強い相関があると考えられる。
実施例１７．４－クラークエラーグリッド分析
図４７は、図４６のグラフで提示される測定に基づく、実施例１６．６で調製した非酵素ＣＧＭ電極ユニット７０１に対するクラークエラーグリッドである。このクラークエラーグリッド分析のための基準センサはＲｏｃｈｅ Ａｃｃｕ－Ｃｈｅｋ（登録商標）血糖測定器である。グリッドは５つの領域を有する。領域Ａは基準センサの２０％以内の値を含み；領域Ｂは領域Ａの２０％の外側にあるが、適正でない治療にはつながらないであろう値を含み；領域Ｃは潜在的に不必要な治療につながる値を含み；領域Ｄは低血糖または高血糖症を検出する潜在的に危険な故障を示す値を含み；ならびに、領域Ｅは高血糖症のための低血糖の治療を混乱させる、およびその逆の値を含む。グリッド下の表で要約されるように、分析は、点の９１％超が領域Ａおよび領域Ｂ内にあったことを示す。
図４７は、図４６のグラフで提示される測定に基づく、実施例１６．６で調製した非酵素ＣＧＭ電極ユニット７０１に対するクラークエラーグリッドである。このクラークエラーグリッド分析のための基準センサはＲｏｃｈｅ Ａｃｃｕ－Ｃｈｅｋ（登録商標）血糖測定器である。グリッドは５つの領域を有する。領域Ａは基準センサの２０％以内の値を含み；領域Ｂは領域Ａの２０％の外側にあるが、適正でない治療にはつながらないであろう値を含み；領域Ｃは潜在的に不必要な治療につながる値を含み；領域Ｄは低血糖または高血糖症を検出する潜在的に危険な故障を示す値を含み；ならびに、領域Ｅは高血糖症のための低血糖の治療を混乱させる、およびその逆の値を含む。グリッド下の表で要約されるように、分析は、点の９１％超が領域Ａおよび領域Ｂ内にあったことを示す。
特徴の組み合わせ
この開示は、ナノ多孔構造および／またはグルコース感知技術に関連する多くの特徴についての多くの論議および情報を提供する。それらの特徴に関連する多くのデバイス、システムおよび方法を提供することがこの開示の目的である。上記で開示される２つ以上の特徴は、特定の組み合わせが本開示において提示されていなくても組み合わせることができる程度まで、一緒に組み合わせて、デバイス、システムまたは方法を形成することができる。また、本明細書で開示されるそれらの特徴の多くに向けられる特許請求の範囲を追求することがこの開示の目的である。それらの特徴のいくつかは、次のセクションにおいて請求項の形態で提示される。多くの請求項は、１つ以上の他の請求項を参照することにより、引用形式で提示される。出願人は、多重請求項を参照するいくつかの請求項は、互いに矛盾する特徴の組み合わせ（以後「不適正な組み合わせ」）を包含する可能性があることに注目している。しかしながら、出願人は、そのような請求項は依然として、互いに矛盾しない特徴の１つ以上の組み合わせ（以後「適正な組み合わせ」）を包含し得ることを認識している。適正な、および不適正な組み合わせの両方を包含し得る請求項を提示することにより、出願人は、そのまたは発明者の適正な組み合わせの所持を確認し、適正な組み合わせの後の主張について適正な組み合わせへの特定のサポート提供することを意図する。
この開示は、ナノ多孔構造および／またはグルコース感知技術に関連する多くの特徴についての多くの論議および情報を提供する。それらの特徴に関連する多くのデバイス、システムおよび方法を提供することがこの開示の目的である。上記で開示される２つ以上の特徴は、特定の組み合わせが本開示において提示されていなくても組み合わせることができる程度まで、一緒に組み合わせて、デバイス、システムまたは方法を形成することができる。また、本明細書で開示されるそれらの特徴の多くに向けられる特許請求の範囲を追求することがこの開示の目的である。それらの特徴のいくつかは、次のセクションにおいて請求項の形態で提示される。多くの請求項は、１つ以上の他の請求項を参照することにより、引用形式で提示される。出願人は、多重請求項を参照するいくつかの請求項は、互いに矛盾する特徴の組み合わせ（以後「不適正な組み合わせ」）を包含する可能性があることに注目している。しかしながら、出願人は、そのような請求項は依然として、互いに矛盾しない特徴の１つ以上の組み合わせ（以後「適正な組み合わせ」）を包含し得ることを認識している。適正な、および不適正な組み合わせの両方を包含し得る請求項を提示することにより、出願人は、そのまたは発明者の適正な組み合わせの所持を確認し、適正な組み合わせの後の主張について適正な組み合わせへの特定のサポート提供することを意図する。
Claims (19)
- 約２ｎｍ～約５ｎｍの範囲の長さを有する概ね卵形または球形状を有する多くのナノ粒子から形成された不規則形状体の堆積物を含むナノ多孔層であって、
前記不規則形状体の隣接するものはいくらかの表面またはその部分で互いに接する一方、前記不規則形状体の前記隣接するものの接していない表面または部分間で占有されていない空間を形成し、
前記不規則形状体の前記隣接するものの間の接合点は前記隣接するものを互いに連結させ、これは、前記不規則形状体の他のものにまで続き、不規則形状体の３次元相互連結ネットワークが形成され、
前記不規則形状体の前記隣接するものの接していない表面または部分間の前記占有されていない空間は不規則形状であり、前記不規則形状体の他のものにより形成される他の占有されていない空間と連結し、
前記占有されていない空間間の連結により、不規則形状空間の３次元相互連結ネットワークが形成されることで、前記ナノ多孔層は、前記不規則形状空間の前記３次元相互連結ネットワークと前記不規則形状体の前記３次元相互連結ネットワークとを備えるようにされ、
不規則形状体の前記３次元相互連結ネットワークの内側では、前記ナノ粒子の少なくとも一部は互いに隣接し、それらの間には介在するナノ粒子はなく、および、互いに離れており、それらの間には粒子間ナノポアが存在し、
前記ナノ多孔層は不規則形状体の前記３次元相互連結ネットワークの内側では、前記粒子間ナノポアを含み、不規則形状体の前記３次元相互連結ネットワークの外側では、不規則形状空間の前記３次元相互連結ネットワークをさらに含み、
不規則形状体の前記３次元相互連結ネットワークの内側の前記粒子間ナノポアの少なくとも一部は約０．５ｎｍ～約３ｎｍの範囲のサイズのギャップを含み、
不規則形状空間の前記３次元相互連結ネットワークの前記不規則形状空間の少なくとも一部は約１００ｎｍ～約５００ｎｍの範囲のサイズのギャップを含む、ナノ多孔層。 - 前記粒子間ナノポアは不規則形状体の前記３次元相互連結ネットワークの内側の概ね全体にわたって分布され、不規則形状空間の前記３次元相互連結ネットワークの前記占有されていない空間は前記ナノ多孔層の概ね全体にわたって分布され、前記粒子間ナノポアは不規則形状体の前記３次元相互連結ネットワークの内側では、実質的に相互に連結され、さらに不規則形状空間の前記３次元相互連結ネットワークに連結される、請求項１に記載されるナノ多孔層。
- 前記ナノ多孔層はその中に有機分子を含まない、または有機分子を、仮にあるとしても、１００重量部の前記堆積物に対して０．５重量部より少ない量で含む、請求項１または２に記載のナノ多孔層。
- 前記ナノ多孔層は約１００～約２５００の粗さ係数を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載のナノ多孔層。
- 導電性表面を含む基材；および
前記導電性表面上に形成された請求項１～４のいずれか一項に記載のナノ多孔層
を含むグルコース感知電極であって、
前記グルコース感知電極は、グルコース－特異的酵素を含まず、
前記ナノ多孔層はその中に有機分子を含まない、または有機分子を、１００重量部の前記堆積物に対して０．５重量部より少ない量で含む、グルコース感知電極。 - 前記基材は、導電性金属層および前記導電性金属層上に形成された導電性炭素層を含み、前記基材は、前記導電性表面を提供する導電性または半導電性材料を含む、請求項５に記載のグルコース感知電極。
- グルコース含有液と接触する前記グルコース感知電極と参照電極の間に０．２－０．４５Ｖのバイアス電圧を印加すると、前記グルコース感知電極は前記ナノ多孔層においてグルコースの酸化を引き起こすように構成され、かつ、グルコースのみの酸化により引き起こされたグルコース－酸化電流と、前記グルコース含有液と前記グルコース感知電極の他の電気化学相互作用により引き起こされたバックグラウンド電流の和である電流を発生させるように構成され、
前記グルコース含有液がグルコースを４－２０ｍＭ（７２－３６０ｍｇ／ｄＬ）の濃度で含む場合、定常状態では、前記グルコース－酸化電流は、１０ｎＡ／ｍＭｃｍ２より高いレベルにある、請求項５または６に記載のグルコース感知電極。 - 前記ナノ多孔層上に形成された電解質イオン－ブロッキング層；および
前記電解質イオン－ブロッキング層上に形成された生体適合性層、
をさらに含み、
グルコース、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｃｌ－、ＰＯ４ ３-およびＣＯ３ ２－を含む液体と接触すると、前記電解質イオン－ブロッキング層は前記液体中に含まれるＮａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｃｌ－、ＰＯ４ ３-およびＣＯ３ ２－が前記ナノ多孔層に向かって拡散しないように阻止するように構成され、よって、前記電解質イオン－ブロッキング層より上と前記電解質イオン－ブロッキング層より下との間にＮａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｃｌ－、ＰＯ４ ３-およびＣＯ３ ２－の総計濃度の実質的な不連続性が存在する、請求項５～７のいずれか一項に記載のグルコース感知電極。 - 前記電解質イオン－ブロッキング層より下の前記総計濃度は０％より大きく、前記電解質イオン－ブロッキング層より上の前記総計濃度の約１０％より低い、請求項８に記載のグルコース感知電極。
- 前記電解質イオン－ブロッキング層は、そこを通るＮａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｃｌ－、ＰＯ４ ３-およびＣＯ３ ２－の移動度を制限するが、そこを通るグルコース分子の移動度を制限しないように構成された多孔性かつ疎水性のポリマー層を含む、請求項８または９に記載のグルコース感知電極。
- 前記電解質イオン－ブロッキング層は、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）（ＰＨＥＭＡ）、およびポリ（メチルメタクリレート－コ－エチレングリコールジメタクリレート）（ＰＭＭＡ－ＥＧ－ＰＭＭＡ）からなる群より選択される少なくとも１つを含む、請求項８～１０のいずれか一項に記載のグルコース感知電極。
- 単一ボディ；
請求項５～１１のいずれか一項に記載のグルコース感知電極を含み、前記単一ボディ上に形成された第１の電極；ならびに
前記単一ボディ上に形成され、前記第１の電極が液体と接触した時に、前記液体に接触するように構成された第２の電極
を含むグルコース感知デバイスであって、
前記グルコース感知デバイスは、グルコース－特異的酵素を含まない、グルコース感知デバイス。 - 前記ナノ多孔層の前記ナノ粒子は、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、チタン（Ｔｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、スズ（Ｓｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イリジウム（Ｉｒ）、および前述の金属の１つ以上の酸化物からなる群より選択される少なくとも１つから製造され、前記第１の電極は、免疫拒絶を阻止するように構成された生体適合性層を含まない、請求項１２に記載のデバイス。
- 前記ナノ粒子は、白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）の少なくとも１つを含み、前記第１の電極は免疫拒絶を阻止するように構成された生体適合性層を含む、請求項１２または１３に記載のデバイス。
- 請求項１２～１４のいずれか一項に記載のデバイスを提供すること；
試験流体が前記第１の電極および前記第２の電極の両方と接触する間、前記第１の電極と前記第２の電極の間にバイアス電圧を印加することであって、これにより、前記グルコース感知電極において前記試験流体中に含まれるグルコースの酸化が引き起こされること；ならびに
前記第１の電極から流れる電流を測定すること；ならびに
前記電流の測定された値を追加のデータと共に、またはなしで処理し、前記試験流体中に含まれるグルコースに対応するグルコースレベルを提供すること
を含む、非酵素グルコース感知の方法。 - 界面活性剤および金属イオンを含む液体組成物を提供することであって、前記界面活性剤は、複数の親水性空間を含む逆ミセル相であること；
還元剤を前記液体組成物に添加し、前記金属イオンの少なくとも一部の還元を引き起こし、ナノ粒子を形成させ、これにより、第１のコロイドを提供することであって、前記ナノ粒子の少なくとも一部は前記複数の親水性空間の少なくともいくつかの内側にあり、電位は前記金属イオンの前記少なくとも一部の還元のために印加されない、こと；ならびに
前記界面活性剤を前記第１のコロイドから除去し、第２のコロイドを形成し、前記第２のコロイドが前記界面活性剤を、１００重量部の前記ナノ粒子に対して０～２重量部の量で含むように、かつ、前記第２のコロイドが液体中に分散された多くの不規則形状体を含むようにすること、
を含む、コロイドを製造する方法であって、
前記不規則形状体の各々は、約２ｎｍ～約５ｎｍの範囲の長さを有する概ね卵形または球形状を有する多くのナノ粒子を含むナノ粒子クラスターを含み、
各クラスターにおいて、前記ナノ粒子の隣接するものは互いに離れており、かつ、粒子間ギャップを形成し、前記粒子間ギャップは各クラスターにおいて概ね全体にわたって分布され、
前記不規則形状体は前記液体中に離散的に分散された第１のクラスターおよび第２のクラスターを含み、第１および第２の不規則形状体の各々は、約５０ｎｍ～約３００ｎｍの範囲の長さを有し、
前記第１のクラスターは、第１のナノ粒子および第２のナノ粒子を含み、その各々は約２ｎｍ～約５ｎｍの範囲の長さを有する概ね卵形または球形状を有し、前記第１のクラスターの内側では、前記第１および第２のナノ粒子は互いに隣接し、それらの間には介在するナノ粒子はなく、および、互いに、約０．５ｎｍ～約３ｎｍの範囲のサイズの第１の粒子間ギャップで離れている、方法。 - 前記界面活性剤のいくつかの分子は前記第１のコロイド中のナノ粒子に結合され、前記界面活性剤を除去することは、酸または塩基を前記第１のコロイドに添加し、前記分子の少なくとも一部を前記ナノ粒子から分離させることをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
- 前記界面活性剤の除去後に、前記方法は、前記第２のコロイド中の前記ナノ粒子の濃度を調整し、コロイド組成物を提供し、前記コロイド組成物中に含まれる前記ナノ粒子が前記コロイド組成物の総重量に対して約０．０１ｗｔ％～約２ｗｔ％の量であるようにすることをさらに含む、請求項１６または１７に記載の方法。
- 請求項１６～１８のいずれか一項に記載の方法を実施し、前記第２のコロイドを提供すること；
その後、前記第２のコロイド中の前記ナノ粒子の濃度を調整し、コロイド組成物を提供し、前記コロイド組成物中に含まれる前記ナノ粒子が前記コロイド組成物の総重量に対して約０．０１ｗｔ％～約２ｗｔ％の量であるようにすること；
前記コロイド組成物を基材上に分配すること；ならびに
前記分配されたコロイド組成物を乾燥に供し、ナノ多孔層を形成させること
を含む、ナノ多孔層を製造する方法であって、
前記ナノ多孔層を形成させるために、前記液体組成物に電位は印加されず、
前記分配されたコロイド組成物を乾燥に供すると、前記分配されたコロイド組成物中に含まれる前記不規則形状体は前記基材上に堆積し、前記不規則形状体の隣接するものはいくらかの表面またはその部分で互いに接する一方、前記不規則形状体の前記隣接するものの接していない表面または部分間に占有されていない空間を形成するようにされ、
前記不規則形状体の隣接するものの間の接合点は前記隣接するものを互いに連結させ、これは、前記不規則形状体の他のものにまで続き、不規則形状体の３次元相互連結ネットワークが形成され、
前記不規則形状体の前記隣接するものの接していない表面または部分間の前記占有されていない空間は不規則形状であり、前記不規則形状体の他のものにより形成される他の占有されていない空間と連結し、
前記占有されていない空間間の連結により、不規則形状空間の３次元相互連結ネットワークが形成されることで、前記ナノ多孔層は、前記不規則形状空間の前記３次元相互連結ネットワークと前記不規則形状体の前記３次元相互連結ネットワークとを備えるようにされ、
不規則形状体の前記３次元相互連結ネットワークは、前記コロイド組成物の前記不規則形状体を起源とし、約２ｎｍ～約５ｎｍの範囲の長さを有する概ね卵形または球形状を有する多くのナノ粒子を含み、
不規則形状体の前記３次元相互連結ネットワークの内側では、前記ナノ粒子の少なくとも一部は互いに隣接し、それらの間には介在するナノ粒子はなく、および、互いに離れており、それらの間には粒子間ナノポアが存在し、
前記ナノ多孔層は不規則形状体の前記３次元相互連結ネットワークの内側では、前記粒子間ナノポアを含み、不規則形状体の前記３次元相互連結ネットワークの外側では、不規則形状空間の前記３次元相互連結ネットワークをさらに含み、
不規則形状体の前記３次元相互連結ネットワークの内側の前記粒子間ナノポアの少なくとも一部は約０．５ｎｍ～約３ｎｍの範囲のサイズのギャップを含み、
不規則形状空間の前記３次元相互連結ネットワークの前記不規則形状空間の少なくとも一部は約１００ｎｍ～約５００ｎｍの範囲のサイズのギャップを含む、方法。
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