JPH04353755A - 層状回路中のカソードおよび流体中の酸素の測定用電気化学的セル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は流体中の酸素を測定する
のに適するセンサー用の層状回路中のカソードおよび該
カソードを含む電気化学的セルに関する。さらに詳しく
は、本発明はカソードおよび血液の酸素含有量を測定す
るための改良された測定システムを有する血液ガスセン
サーに有用な電気化学的セル中のカソードに関する。さ
らにとくに、本発明は酸素測定電極アセンブリの改良さ
れたカソードおよびそれを製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】気体および液体を含有する流体中の溶存
酸素または酸素分圧もしくはテンションの測定は、典型
的には、酸素測定用電極を用いる運搬不可能な装置を用
いて行なわれている。

【０００３】この装置はかなり高価であり、その使用手
順は測定されるべき流体の種類により煩雑なことがある
。たとえば、流体が血液ガスの検査をしようとする血液
であるばあい、血液サンプルは注射器中に汲み上げられ
、氷の中に浸漬され、酸素を含む気体測定用装置が通常
置かれている実験室に速やかに運搬される。

【０００４】これらの気体測定用機器においては、酸素
を感知するために用いられる電極は通常クラークセル（
Ｃｌａｒｋ　ｃｅｌｌ）またはクラーク電極（Ｃｌａｒ
ｋ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　）から構成される。クラーク
セルは、通常２つの電極、すなわちアノードおよびカソ
ードからなり、そのどちらも小さなワイヤー、典型的に
は銀、金または白金でつくられたワイヤーをガラスまた
はプラスチックの絶縁用ハウジングに埋め込むことによ
って形成されたものであって、カソードとして用いられ
、そしてアノードまたは参照電極として用いられる典型
的には銀でつくられたリングまたは他のワイヤーで該カ
ソードを取り囲んで形成される。カソードおよびアノー
ドは、典型的にはイオンによって導電する電解質溶液を
径由してイオン的に接触している。電解質は典型的には
白金ワイヤーおよび参照電極を収容するチェンバーに金
アセンブリを覆う疎水性気体透過膜により封じ込まれて
いる。この膜は２つの機能を有する。該膜は、酸素のカ
ソード表面への拡散を可能にする。また、該膜は、カソ
ード表面を汚染し、酸素の還元反応を妨げることがある
物質の通過を制限する選択性をもつセンサーを与える。 クラーク電極は、カソードおよび参照電極を単一のユニ
ットに集積する。約０．５　〜０．８　ボルトの電圧が
白金ワイヤーと電解質のなかに置かれた参照電極とのあ
いだに印加される。参照電極に関して負の電圧をもつ白
金ワイヤーによって、酸素の還元が白金電極で起こる。 結果として、拡散された酸素分圧に比例する酸化−　還
元電流が測定可能である。この電流（Ｉ）　は単純な形
でおよそＩ＝ｎＦＡｆ（式中、ｎは反応に関与する電子
の数に等しく、Ｆはファラデー定数、Ａは電極表面の面
積、ｆは電極表面に対する酸素フラックスを示す）であ
る。これらのクラーク電極は、測定値の読み出しをうる
ために必要なエレクトロニクス用の運搬不可能な機器に
接続することにより、流体中の酸素のような気体の測定
に役立つ。それらは、測定されるべき流体、たとえば血
液と血液中の酸素テンションのインビトロ測定のための
血液のキュベット（ｃｕｖｅｔｔｅ　）に置いたり、血
液中の酸素テンションのインビトロ測定用の身体の種々
の部分への挿入のためのカテーテルのチップに置くこと
によって接触しておかれる。

【０００５】最近、サンプルを固定された場所にある測
定機械に運搬することを短縮したり、克服するためのよ
り携帯的な装置を提供する努力が払われている。たとえ
ば、デジタル読み出し装置に連結することができる運搬
可能な感知用ユニットは、温度を患者のそばで測定する
方法に類似した方法で患者のそばで有用であろう。

【０００６】米国特許第３，０００，８０５　号明細書
および第３，４９７，４４２　号明細書は、２つのその
ような装置を示す。前者は注射器のプランジャーの上に
置かれ、測定装置と接続された電極をもち、後者は注射
器の上に置かれ、測定装置と接続された電極をもつ。こ
れらのセンサーの電極は、操作中に酸素を消費するので
、小容量のサンプルにとくに敏感であることがある。

【０００７】米国特許出願第０７／３４３，２３４号明
細書において、出願人の譲受人は、電極がセラミック基
材上へ印刷される従来のシルク印刷法を用いて製造され
る酸素センサーを含む携帯可能な血液ガスセンサーを記
載し、特許請求の範囲に記載している。シルク印刷法は
、電気導電体を製造するのに効果的であるが、バッチか
らバッチへの再現性のある電極表面領域を製造する能力
において制限される。その結果は、酸素テンションが一
定であるときでも広範囲にわたって変化するアウトプッ
トを与えるセンサーの製造である。

【０００８】また、シルク印刷法から製造された大きな
カソードは操作中に酸素の量を消費し、この消費度合が
サンプル中の少量の酸素の安定な測定をいっそう困難に
している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、改良
されたカソードおよび流体中の酸素のテンションまたは
分圧を検出するための酸素感知装置に用いられるカソー
ドをもつ電気化学的セルを提供することである。本発明
の方法は、シルク印刷法などの他の方法から製造された
カソードよりも酸素の消費量が少なく、小さな充分にデ
ファインされた（ｄｅｆｉｎｅｄ　）カソードを提供す
る。均一な電極表面領域が与えられるが、これは電気的
信号を酸素テンションの定量的な読み出しに変換するた
めに用いられる電子機器における単純化を考慮するもの
である。

【００１０】

【発明を解決するための手段】本発明の一態様において
は、層状回路中の改良されたカソードが非導電性基材の
多層状複合体、その非導電性基材上に配置された少なく
とも１つのパターン化された金属層および少なくとも１
つの孔がなければ金属層をすべて覆う少なくも１枚のカ
プセル封入物層をもつ。１またはそれ以上の孔は、電極
を形成するためにレーザーでつくられ、金属層を覆うカ
プセル封入物層の上面から完全に金属層を介して、少な
くとも金属層の表面までまたは金属層内のある点までの
びている。これらの１またはそれ以上の孔は、有限数の
円および楕円形状の側面を含む側面をもつ横断面をもつ
。孔の側面は、ガラス、セラミックまたはそれらの混合
物などのカプセル封入物材料で構成された金属層の上に
少なくともその部分を有する。この孔内の金属表面は、
金属層の電極領域内でカソードとして機能することがで
きる電極を決定する。金属層は、電極領域を与えるよう
にパターン化され、電極領域と該電極領域から離れた距
離の場所とのあいだで電圧および／または電流に対して
絶縁された電子導電通路を与える領域を与える。金属層
は、また電気的導線によって非導電性基材からの電気接
続能を許容するようにパターン化されている。

【００１１】本発明のもう一つの態様においては、該カ
ソードは、センサーとして機能することができる改良さ
れた電気化学的セルの一部である。該セルは、非導電性
基材、少なくとも１個の別個のアノードを決定するため
の非導電性基材を覆う少なくとも１枚のパターン化され
た金属層、孔以外の金属層を覆うアノード用の少なくと
も１つのカプセル封入層および酸素透過性電解質を有す
る。非導電性基材は平面状の基板であってもよいプリン
ト配線基盤用基材の全部または一部からなる。さらにパ
ターン化された金属層は、カソードとして機能すること
ができ、前記別個の電極を決定する少なくとも１個のレ
ーザーでつくられた孔を有する。また、金属層は、少な
くとも２つの絶縁された電流の通路を有する。その通路
は、アノードおよびカソードの両者から、非導電性基材
よりの外部接触用の各導線までのプリント配線を提供す
る。電解質は、両電極とイオン的に接触しており、レー
ザーでつくられた電極は、カソードとして機能し、他方
がアノードとして機能する。もっとも広い意味において
、該セルは、積層技術によって形成されたアノードおよ
びプリント配線ならびにレーザー技術によって形成され
た少なくともカソードを有する。しかし、アノードとし
て機能する電極をレーザーを用いた製造技術によって製
造することは本発明の範囲内である。

【００１２】本発明の方法は、金属のパターン化された
層を非導電性基材に適用することを含む。この金属層は
、少なくとも２つの別個の電極とその電極から非導電性
基材から外部接続用導線までの導電用として充分な配線
の存在でパターン化されている。この非導電性基材は金
属のパターン層を電気的に絶縁するのに必要な金属の露
出を避けるために少なくとも充分な手段によりカプセル
封入層で覆われている。該方法のもう１つの実施態様に
おいては、カプセル封入物層は、少なくとも１つの電極
の部分を形成するために少なくともいくつかの金属層を
露出する方法に用いられる。金属とカプセル封入物の適
用は、各々が少なくとも１つの層であるように多層化さ
れた適用であってもよい。この方法には、またカソード
で生じる少なくともカプセル封入物層の孔を供給するた
めに生じた層状複合物に高エネルギーレーザー光をあて
ることを含む。ここで金属層のすべてまたは大部分はカ
プセル層で覆われており、この層は少なくとも２つの孔
が電極として機能するように高エネルギーレーザーによ
ってつくられている。カプセル封入物層の２つの孔は空
間的にはたがいに離れているが、酸素透過性電極を介し
てイオン的に接触し、充分に近接している。レーザーは
、少なくともカプセル封入物層を含む実質的な厚さを薄
くするのに充分な波長と光線の出力がある。加えて、電
気化学的アウトプットの安定性向上のために、もし必ず
しも化学的に不安定な残渣（ｓｗａｒｆ　）がレーザー
光の使用中に形成されないなら、卓越した（ｐｒｅｄｏ
ｍｉｎａｎｔ　）量は除かれてもよい。この物質を除く
１つの便利な方法は、約５００　℃以上の温度に加熱さ
れている少なくとも１つの露出部をレーザー光によって
処理したのち、層状の複合物を加熱することからなる。 この方法において、カプセル封入物層は、レーザーの特
別の波長で蒸散しやすい組成を有する。レーザーは、パ
ルス化された（ブラスト）モードまたは電極として機能
する１つまたはそれ以上の孔を製造するための切断モー
ドで用いることができる。

【００１３】

【作用および実施例】流体中の酸素の測定に用いられる
公知の層状回路技術から電気化学的セルを製造する際に
、カソードは、直径約０．００７　〜０．０１３　イン
チのオーダーになる傾向がある。流体中の酸素の測定に
おいて、これらのセルの使用は、数ナノアンペアから数
百ナノアンペアまでの広い範囲にわたって電流をつくる
ことができる。このカソードのサイズの制限は、ハイブ
リッドな層状回路が厚膜、薄膜、めっき、加圧ラミネー
ト、フォトリソグラフィックエッチングまたは通常のエ
ッチング技術により製造されるかどうかにより起こる。

【００１４】本発明のカソードと該カソードを有する電
気化学的セルは、より均一なカソードをカソードにし、
そして流れる電流の範囲を狭めるより小さなカソード表
面領域を与え、カソードによって消費されるサンプル中
の酸素量を減少させる。本発明は、層状回路を用い、レ
ーザードリリングで酸素の測定に有用な電気化学的セル
用の少なくとも１つの電極を製造することにより、これ
らの利益をなしとげる。レーザードリリングは、ロット
からロットにより小さなカソード表面領域とカソード表
面領域の再生産性をつくる。さらなる利益は、カソード
から線形電流の出力を用いることを可能にすることであ
る。本発明は、流体の小さなサンプルサイズ中の微量の
酸素の測定用の複雑なエレクトロニクスをより少なくす
る。このことは、層状回路を製造するのに用いられるあ
らゆるスクリーニングプロセスに対して確かである。本
発明のカソードおよび電気化学的セルから製造されるカ
ソード電流は、１〜約１０ナノアンペアの狭い範囲を有
している。この範囲は、より大きくそしてより複雑な流
体中の酸素測定用の電子機器を用いたときの範囲と比較
することができる。このようなより小出力の電流で、１
００　〜５００　マイクロリットルの量を有するものと
同程度の小さいサンプルサイズ中の酸素濃度の最小の消
費がある。

【００１５】図１ａは、コンポーネントが特別な形をし
ている本発明の電気的セルの好ましい態様を示す。図１
ａに示されたもの以外の当業者に知られている形が特別
なコンポーネント用として用いることもできる。セルは
、前記層状回路技術のいずれの技術によってもつくられ
るが、厚膜技術が好ましい。図１ａと図１ｂの両図にお
いて、基材１０は、シートやチップを含むガラスやセラ
ミック、木材のような非導電性基材、非導電性のポリマ
ーまたは実質的に平担な平板として用いることができる
市販のフリット（ｆｒｉｔ）のいずれであってもよい。 排他的でない例には、当業者に知られている厚膜のフィ
ルムや層状回路の製造用のボロシリケートガラスが含ま
れる。 排他的でなくかつ好ましい例には、コロラド州グランド
ジャンクションのコーアズ・セラミック社（Ｃｏｏｒｓ
　Ｃｅｒａｍｉｃ　Ｃｏｍｐａｎｙ）から市販されてい
るＡ１２０３を約９６％有するセラミック基材が含まれ
る。該基材は、基本的には平らであり、プリント配線回
路の形成に有用な当業者に知られている基材を用いるこ
とができる。基材の組成が６〜９の範囲内またはそれを
こえるｐＨを有する電解質の存在に耐え、かつ実質的な
期間で影響を受けないことが好ましい。

【００１６】基材層上でパターン化された２つのエクス
テンション１２ａを１２ｂを有するパターン化した金属
層１２は、セル（図１に示されていない）の外部にある
電圧または電流源と、２つの分離した各電極とのあいだ
で電子が導通する通路として働く。エクステンションは
、トランスミッション部からなり、各エクステンション
は同様の端末で電極を有する。１つの電極は、１つのエ
クステンション（ａ）　の一端に位置し、他の電極は、
他のエクステンション（ｂ）　の同様の端末に位置して
いる。エクステンション１２（ａ）　および（ｂ）　は
、電極から図１（ａ）　または（ｂ）　に図示されてい
ない測定装置へ電圧変化を伝達する能力を有する。また
、パターン化された金属層は、基材１０の他の側面で図
１（ｂ）　で示されているように金属製の外部導線２４
と２６を有する。外部導線２４と２６は、基材１０の反
対面上に示されているが、金属製導線のパターンおよび
電極と同じ表面に存在していてもよい。パターン化され
た金属層は、オーミックコンダクターとして働く所望の
パターンで基材上に付着したペーストをプリントするこ
とによって形成される。適当な耐熱性金属（ｈｅａｔｒ
ｅｓｉｓｔｉｎｇ　ｍｅｔａｌｓ）　の排他的でない例
としては、プラチナ（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パ
ラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉ
ｎ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）またはクラークセルに慣
習的用いられている他の金属が含まれる。排他的でなく
、好ましいペーストの例としては、ＥＳＬ９９１２の商
品名でエレクトロ−　サイエンス・ラボラトリーズ社（
Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒ
ｉｅｓ，Ｉｎｃ．）　により製造され、入手可能なタイ
プの銀ペーストタイプがある。１つのエクステンション
の一端で、つまりエクステンション１２（ａ）　で、電
極１４はアノードとして機能するようにパターン化され
ている。アノードの形は、当業者に知られているいかな
るものであってもよいが、アノードとカソードとの電極
間で均一な電流密度を確保する半円形であるのが好まし
い。アノードの形は、電極間のイオン関係（ｉｏｎｉｃ
　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ）用として当業者に知られ
ているいかなる形のものであってもよい。もし、カプセ
ル封入物の複層と金属製導電層が存在するのなら、アノ
ードはカソードを完全に取り囲む形状であればよい。ま
た、アノードは、もしスルーホール（ｔｈｒｕ　ｈｏｌ
ｅ）　がイオン移動用の通常の通路として与えられてい
るのなら、カソードとして基材の反対側に位置してもよ
い。

【００１７】金属層１２を乾燥することにより、図１（
ａ）　のパターン化された導電性の通路１２ａと１２ｂ
および図１（ｂ）　の外部導線２４と２５がつくられる
。金属トレーシング（ｍｅｔａｌｌｉｃ　ｔｒａｃｉｎ
ｇ）の充分な厚さをつくる当業者に知られているあらゆ
る方法を用いることができる。好ましくは、銀ペースト
は、オーブンで乾燥され、炉中で高温で焼成される。焼
成は、約１〜２０分間、約８００　〜９５０℃の範囲に
おける温度で行なわれる。この操作において、金属導電
性トレース層の厚さは、通常約０．０００５〜０．００
１　インチの範囲である。前記は好ましい条件であるが
、適切な厚さをうることができる一般的な条件として厚
さが一般に約０．０００４〜０．００１５インチの範囲
にすることができる条件を用いることができる。

【００１８】金属導電性パターン１２ａと１２ｂは、ガ
ラス、ガラス−　セラミック混合物またはアルミナやス
ピネルのようなセラミックの絶縁物質でカプセル状に封
入される。このカプセル封入物は、全カプセル封入物か
ら１つの金属パターンの成形された（ｓｈａｐｅｄ）末
端を除くカプセル封入物までの範囲にある。前者状況に
おいて、両電極の形状は、カソードとして機能しうる電
極の１つを製造するためにつづいて記載されているよう
に、レーザーによって製造される。図１において、アノ
ードとして機能しうる形成された末端１４は、層状回路
技術の１つによって好ましく製造される。このことは金
属パターン１２ａと１２ｂが完全にカプセル封入物で覆
われているあいだに形成された末端１４の被覆を除去す
ることを含む。金属パターンのカプセル封入化は、他か
ら各々のカプセル封入することから導電パターンと導電
層の電気絶縁のために充分な程度にまでの範囲であるこ
とができる。また図１に示すように、カプセル封入物は
一般に１６で示されているように、末端から末端へ全ボ
ードを横切って拡がることができる。好ましくは、カプ
セル封入層の厚さは、下線の金属導電層を封入し、金属
パターンの絶縁を与えるのに適切な厚さである。好まし
くは、その層の厚さは約２０〜３０ミクロンである。カ
プセル封入物として有用な好ましいガラス−　セラミッ
ク混合物は、ＥＳＬ４９０３の商品名でエレクトロ−　
サイエンス・ラボラトリー社から入手可能なものである
。カプセル封入物がアノード１４を覆っていないばあい
には、、これはマスキングの工程でなされる。このプロ
セスには、カプセル封入物をスクリーン印刷するのに用
いられるスクリーンにコーティングするポリマーフィル
ムの使用によるアノードのマスキングが含まれる。この
プロセスは、アノードの形状またはデザインを形成する
ために露出された下地の銀を残している。アノード以外
の、たとえあるにしてもほとんどない金属がカソードの
形成よりも先に露出されることを確実にするために、金
属導電層またはカプセル封入物の複層を用いることもま
た可能である。好ましくは、基材１０用の組成物のよう
にカプセル封入物用のガラス組成物が、良好な化学的安
定性および／または耐湿性を有するように選ばれる。ま
た、金属製でカプセル封入物の材料が、基材の組成物と
同様の方法で電解質の存在に耐えうるように選ばれる。

【００１９】金属パターンの少なくとも１つにおいて、
図１（ａ）　の１２ｂに示されるように、少なくとも１
つの孔１８がレーザーでつくられる。該孔は楕円形、延
長形、円筒状、円錐などのいかなる形状であってもよく
、少なくともカプセル封入物層を介して広がり、少なく
とも上部の金属表面の先端を露出する。この表面は、カ
プセル封入物層にもっとも近接した金属導電層の表面で
ある。レーザードリル　（ｌａｓｅｒｄｒｉｌｌｅｄ）
されたカソードの印刷が形成されたアノードに対する位
置は、流体の電解質がカソード１８とアノード１４の双
方を覆うときにイオン的な接触が許されるものである。 好ましくは、カソードの中心からアノードの端部への距
離は約０．０１３〜０．０１５　インチの範囲内である
。

【００２０】孔１８は密集放射線のレーザービームによ
り生産されうるものであり、該放射線は高出力フォーカ
スドパルス（ｆｏｃｕｓｅｄ　ｐｕｌｓｅ）　または電
極１４に近接している末端でオーミックコンダクター１
２ｂの表面に向けられた電磁気エネルギーの一連のパル
スとして生産されるものである。レーザービームの波長
は、カプセル封入物によって吸収される充分なものであ
る。このような波長の例としては、１０６４ｎｍ（赤外
）〜約５３２ｎｍ　（緑色）があげられる。該光線は、
小さいスポットサイズに集められ、コントロールされた
直径および深さの空洞もしくは孔を残すように接触して
いる複合基材上で材料を蒸発または昇華させるのに充分
な出力を有している。該レーザーは、ネオジムがドープ
されたイットリウム−　アルミニウムガーネットガスレ
ーザー（Ｎｄ−　ＹＡＧ）またはそのほかのタイプの短
波長レーザーなどのような短波長レーザーでもよい。こ
のようなＮｄ：ＹＡＧレーザーの好適な排他的でない例
は、イリノイ州、シカゴ、ノース・ナッシュビレ・アベ
ニュー　　４０３４（４０３４　Ｎｏｒｔｈ　Ｎａｓｈ
ｖｉｌｌｅ　Ａｖｅｎｕｅ，　Ｃｈｉｃａｇｏ，　Ｉｌ
ｌｉｎｏｉｓ）のザ・シカゴ・レーザー・システムズ（
ｔｈｅ　Ｃｈｉｃａｇｏ　Ｌａｓｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍｓ
）　によるバイオメディカル・インストルメンテーショ
ン・アンド・テクノロジー（Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ　Ｉ
ｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｙ）　１０〜１８頁およびシーエルエス・レーザー
・トリム・システム・ユーザーズ・マニュアル（ＣＬＳ
　Ｌａｓｅｒ　Ｔｒｉｍ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｕｓｅｒ′ｓ
　Ｍａｎｕａｌ）に記載されている。ＣＯ２　レーザー
またはダイレーザーなどのようなより長波長のレーザー
がまた、カプセル封入物層に用いられる固有ビーム吸収
組成物とともに用いられうる。パルスドレーザービーム
の利点は、ビームサイズパワー密度およびパルス周波数
がコントロール可能なことである。好ましくは、孔１８
のための円筒、円錐状の孔を少なくとも１つを形成する
ために１またはそれ以上のパルスが用いられ、パルスの
標準的な割合は、好ましくは約１００　ミリ秒につき約
４〜約１５パルスのあいだである。用いられる好ましい
レーザーは、約４０００〜１００００　ＨｚのＱ−　レ
ート（Ｑ−ｒａｔｅ　）（パルス振動数）でブラストモ
ード（ｂｌａｓｔ　ｍｏｄｅ）で作動するスタンダード
・シーエルエス・モデル・３７エス・レーザー（ｓｔａ
ｎｄａｒｄ　ＣＬＳ　Ｍｏｄｅｌ　３７Ｓ　ｌａｓｅｒ
）で、約０．６　〜２．０　ワットの出力および孔１つ
につき約４〜１５パルスを有するレーザービームを与え
る。これらの条件により、非常にわずかであるがとり囲
む構造（ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
）　をもつ受け入れられうる孔１８がつくられる。レー
ザービームが形状を描くように動く孔１８がそのほかの
形状をもつこともまた可能である。好ましくは、定形面
のある（ｆｉｎｉｔｅ−ｓｉｄｅｄ）孔１８のサイズは
、孔がカプセル封入物層の厚さを介してのびるのに充分
な深さであるが、最小の直径は、測定中の酸素の消費を
減少させるものである。流体中の酸素濃度の測定の際に
、サンプルの流体からの酸素の消費量をより少なくする
ように、可能な限り小さなカソードの表面を有すること
が好ましい。もし、より厚いカプセル封入物層が用いら
れるならば、同時に起こるパルスの増加は、カプセル封
入物層１６を介してのびている孔１８をつくるのに用い
られる。

【００２１】一般に、局部的溶融および／または蒸発の
ために充分に高い温度に少量の物質を加熱することによ
り孔をあけるフォーカスドレーザービームにより孔１８
がつくられる。ドリルされた孔の特徴は、レーザービー
ムの出力およびパルスのパラメーター、レーザーの波長
、ならびにカプセル封入物の反射率、組成、強度および
熱伝導性を含む数多くの因子に依存する。Ｎｄ−　ＹＡ
Ｇレーザーを用いると金属表面によってただちに吸収さ
れるビームが生じ、それにより金属中にのびる孔１８が
つくられる。ＣＯ２　レーザーのようなより長い波長の
レーザーは、またカプセル封入物の材料によりただちに
吸収されるビームをつくる。

【００２２】加えて、それぞれ金属パターン１２ａおよ
び１２ｂの位置で基材に孔２０および２１をあけるため
にレーザーが用いられる。該孔あけの目的は、セラミッ
クボード１０の一方に金属トレース１２ａおよび１２ｂ
を金属外部リード２４および２６で導電的に連結させる
ことである。外部導線２４および２６は、図１（ｂ）　
に示される基材１０の他方に示されている。これらの外
部金属導線は、金属パターン１２ａおよび１２ｂに対し
てなされるのと同じペーストおよび焼成で基材１０の他
方でつくられうる。図１（ｂ）の外部導線（２４および
２６）は、基材１０の反対側の金属パターン１２ａおよ
び１２ｂの導線用ワイヤー層と金属的に電気伝導的に接
続している。孔２０および２２は、基材を介してあけら
れ、金属層がスクリーンされるときにこのような電気的
なつながりが形成される。そのかわり、金属外部導線が
つくられ、好ましくは非常に高出力の二酸化炭素レーザ
ーによりつくられる。これは、非導電性の基材の供給物
により完成することができ、このばあい、金属層が基材
に加えられ、各電気伝導性の通路が電気的に外部導線と
連結される。

【００２３】どちらかというとアノードとして作用する
電極は、層状回路技術により形成されるよりもむしろカ
ソードとして作用する電極と類似した方法でレーザーで
つくられうる。該手段において、電極の形状またはデザ
インは、電極を切断し、彫り、または切り取るように部
品のレーザービームを動かすことによりつくられうる。 電極のサイズおよび形状が大きくなるにしたがってレー
ザー生産（ｌａｓｅｒｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）を通して
の生産は、コストがかかるようになる。したがって、よ
り大きなサイズの電極は好ましくは層状回路技術により
製造される。

【００２４】図１（ａ）　に示すように、外部導線２６
に連結した導電通路１２（ｂ）　および外部導線２６を
有する孔１８の内部で電極は、どんな印刷された配線さ
れた基盤の配置においても電極として作用しうる。たと
えば、アノードとして作用するどんな電極に対してカソ
ードとして機能しうる。本発明の電極は、一般に商品化
されている非携帯性の血液ガス分析装置における従来の
クラーク・セルの配置の中でカソードとして用いられう
る。

【００２５】図２は、図１（ａ）　の線Ｉ−Ｉでの断面
図である。ここで基材１０は、カプセル封入物層１６で
覆われた金属オーミック層１２ｂを有する断面として示
されている。層１６は、また図２には示されていない導
電性のワイヤー１２ａについている金属オーミック層で
あるアノード１４から孔１８を絶縁している。カプセル
封入物層１６は、その他方でアノード１４を絶縁してい
る。図２に描かれている電気化学的セルの断面はカプセ
ル封入物層を少なくとも１つ有する。カプセル封入物層
の厚さは、前記したように、マイクロメーターの厚さの
範囲である。カプセル封入物層の厚さについての競争因
子は、層が厚くなるにしたがって孔１８用に金属表面の
被覆を取るためにレーザードリルがより必要とされるが
、電気化学的セルのほかの成分を許容するのに充分な厚
さでなければならないということである。このような理
由で、２つのカプセル封入物層を有するのが好ましく、
１つ目は層１６であり、２つ目は層２８である。覆われ
ていないカプセル封入物層１６のレーザーによる孔あけ
をするために、層２８は、アノード１４に近接した層１
６を完全に覆ってはいない。これによって、電気化学的
セルに加えられる他の成分のために適当な厚さのカプセ
ル封入物層がなお与えられている一方で、レーザーによ
る孔あけのためのより薄いカプセル封入物層が可能にな
る。図２に示す電極１９は、開口部１８を取り囲む壁か
らなる金属層表面である。この電極は、図１（ａ）　に
示す金属層１２（ｂ）　とひっつく。

【００２６】これらの他の成分の１つは、酸素が電気化
学的セルに入るのを許すが、流体状の電解質３２がセル
から出るのを許さない少なくとも１つの酸素透過性膜３
０である。該膜３０は、通常疎水性膜と呼ばれている。 該膜は、酸素に対する選択的な透過性によってカソード
が害されるのを減ずるように設計されているので、流体
状の電解質３２以外の非酸素種は、電極への接近が妨げ
られる。電極を保護することに加えて、膜の酸素透過性
により、カソード表面への酸素の流動を制限する拡散が
生じる。膜３０は、有機または無機溶媒中のポリスチレ
ンのようなポリマー材料からつくることができる。他の
適当な例には、高分子量のポリ塩化ビニルもしくはシリ
コーンゴム、ポリプロピレンまたはポリエチレンが含ま
れる。 該溶液が液滴として適用されるとき、溶媒を蒸発させる
ことにより、約１×１０−３〜約３×１０−３インチの
範囲に調整された厚さが達成される。酸素透過性である
膜を１つよりも多く有することもまた可能である。膜３
０の排他的でない例には、キシレン１０ｍｌから析出さ
れたポリスチレンがある。該膜３４は、膜３０の形成に
対して記載された方法と同様の方法で最初に形成される
。該膜３４の形成後、膜３０がひきつづき形成される。

【００２７】アノード１４およびカソード孔１８は、両
者間で電気的にイオン性の接触するために、酸素透過性
のある流体電解質３２に浸漬される。電解質は、クラー
クセルの分野で当業者に知られている電解質のいずれで
あってもよい。排他的でない具体例としては、塩化カリ
ウムまたは塩化ナトリウムにもとづく塩の水溶液である
。他の適する電解質は、ここで参考のために含まれたメ
ジャーメント・オブ・オキシゲン・メンブレン・カバー
ド・プローブス（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｏｘ
ｙｇｅｎ　ＭｅｍｂｒａｎｅＣｏｖｅｒｅｄ　Ｐｒｏｂ
ｅｓ）、リネック、ユーら（Ｌｉｎｅｋ，Ｙｏｕ　ｅｔ
　ａｌ）　、ホーウッド社（Ｈｏｗｏｏｄ，Ｌｔｄ．）
（１９８８年）と題された文献に記載されている。電解
質３２は、好ましくは液体およびゲルを含む流体である
。電解質は、電極および電解質上に１またはそれ以上の
膜が形成される前に電極と接して配置されるのが好まし
い。液体の電解質の排他的でない例は、０．１　モルの
次亜リン酸塩（Ｋ２　ＰＯ４　）を有する緩衝液中の塩
化カリウムである。

【００２８】図３ａおよび図３ｂは、カソード電極１８
の孔の変化を示す。図３ａにおいて、通常厚さが約０．
０２０　〜０．０２５　インチの基材が基板を形成して
いる。孔１８ａはカプセル封入物層１６および金属層１
２を介して伸びている。孔１８ａの電極は、実際には孔
によって金属層１２に形成される環状のリングである。 孔１８ｂは単にカプセル封入物層１６を介して金属層３
６の上面で止まっている。ここで上面３６は、電極であ
り、これはカソードとしてはたらく好ましい電極である
。孔１８ｃは、すべてのカプセル封入物層１６および金
属層１２のある部分を介してのびているもう１つの孔の
変化を示している。この実施態様では、電極は孔の底分
で孔およびほぼ平らなまたは少なくともいく分かは水平
な表面４２によって金属層１２に形成された４０で示さ
れる環状のリングである。本発明のカソード用の孔は、
種々のロットでレーザーで穿孔されたカソードからレー
ザーで穿孔されたカソードまでのあらゆる変化したもの
を含むことができる。図３ｂは、電極のすべてまたは一
部分として作用しうる環状のリング３８または４０の断
面を示す孔１８の断面の斜視図である。孔は３層すべて
、すなわちカプセル封入物層１６、金属層１２および基
材１０を介してのびている。このばあい、底面は、孔１
８に配置されなければならない。このような表面に適し
た表面の例には、膜３０または３４に類似したポリマー
膜表面が含まれる。

【００２９】図２の電極１９および１４は、従来のクラ
ークセル用のものと同様に酸素を感知する作用をする。 該電極は、通常好ましくは約０．５　〜約０．８　ボル
トの電圧の適用によって固定された電位でたがいに相関
して分極される。好ましくは、図２のカソード１９はア
ノード１４に対して−５００〜−８００ミリボルトの典
型的な範囲の負の電位で保たれている。本発明の電気化
学的セルでは、この電位は外部のリード２４および２６
を通じて導電路１２（ａ）　および１２（ｂ）　を通り
、電極に適用されうる。酸素は、１またはそれ以上の膜
３０および３４を透過し、電解質３２を透過して電極１
９の表面で還元される。還元の結果、電流が生じる。 クラークセルのように、この電流は測定流体における酸
素の圧力の作用である。電流はファラデー定数、電極表
面積および電極表面に対する酸素流動（ｆｌｕｘ）を乗
じた還元に関係した電子数にほぼ等しい。電流は伝導路
１２（ａ）　および１２（ｂ）　を介して伝えられる。

【００３０】酸素は、電気化学的セルが酸素テンション
または溶存酸素を有する流体と接触したときに１または
それ以上の膜３０を透過する。「流体」という用語は、
液体が他の溶存ガスおよび懸濁した固形物および／また
はゼラチン状物質を有しうる、溶存酸素を有するいかな
る液体も表わす。酸素濃度を測定するのに用いられうる
電気化学的セル用の流体の例は、血液である。酸素の部
分圧によって血液の酸素濃度を測定するには、カソード
が約１×１０−３〜１．５　×１０−３インチのあいだ
の直径を有することが好ましい。図２のものと同様に先
細になった孔であるが、図３ａの１８ｂに示すように金
属層の表面までにしかのびていない孔を有するカソード
をつくるためには、典型的には一般に、前記した好まし
い厚さを有するカプセル封入物層上に、２Ｗのレーザー
出力でＮｄ−　ＹＡＧレーザーの１５パルスを要する。 金属オーミックコンダクターの厚さは、厚いフィルムプ
ロセスできわめて正確に制御することができ、孔の大き
さはレーザーできわめて正確に制御することができるの
で、カソードの大きさはこの形状で首尾よく規定される
。また、レーザーで穿孔された孔の内部ではカソードが
、カソード表面に酸素が拡散するので生じるかもしれな
いノン−　リニア−　コンプリケーション（ｎｏｎ−ｌ
ｉｎｅａｒ　ｃｏｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）を排除する
リニア−　プロセスによって、カソード表面へ酸素が拡
散するを制限されることはさらなる利点である。換言す
れば、カソード表面への酸素の流動は首尾よく規定され
る。

【００３１】図４および５は、図４で示されるように厚
いフィルムプロセスによってつくられた多数のカソード
に生じる電流と、図５で示される本発明のレーザーで穿
孔されるカソードに生じる電流の比較をナノアンペアで
示す。多数の厚いフィルムの電極に対して、電流は０近
くから電流の広い分布を与える１００　代のナノアンペ
アまでずっと変化する。図６は、本発明のレーザーで穿
孔されるカソードが流体の酸素濃度を測定する際にずっ
と狭いバンドの電流出力を生じることを示す。

【００３２】酸素濃度の測定に先だって、電気化学的セ
ルは、ｐＨ７．４　の緩衝液に０．１　モルの塩化カリ
ウムを含む液体溶液にさらして貯蔵されてもよい。流体
の酸素濃度を測定するために、電気化学的セルは、測定
される流体に接触するようにもたらされる。この流体の
容量は、数マイクロリットルの量からきわめて小さい範
囲で、きわめて低い酸素テンションでありうる。流体の
酸素テンションを測定するために、カソードでの酸素の
還元から生じる電流は電気的に図１の配電パターン１２
ｂにそって外部のリード２６まで伝えられる。そして、
外部のリードは生じた電流を表示するためにアナログ式
またはデジタル式のディスプレイに接続される。電気化
学的セルは、液体の酸素量の読取りに直接的に変換する
ために適当なエレクトロニクスに適したエレクトロニク
スモジュールとともに用いることができる。さもなけれ
ば、電流のデジタル式ディスプレイを有することは酸素
濃度に達するための計算を行なうことが必要となる。加
えて、電気化学的セルは、シグナル電流を既知の酸素テ
ンションに転換するために必要な分極電圧および必要な
シグナルプロセシングを与える当業者に知られているエ
レクトロニクスに、適切に修正して酸素濃度を表示する
伝統的なクラークセルを用いたエレクトロニクスに接続
されうる。

【００３３】本発明の電気化学的セルおよびカソードの
製造法によって酸素センサーのための再生可能かつ交換
可能な電気化学的セルを製造しうる。レーザービームが
金属層上のガラスコーティングを蒸発させてくぼみ１８
をつくると考えられる。この工程のあいだカソードの場
所には種々の非化学量論的な化合物および還元された酸
化物ガラス層が残存している。レーザーで孔をあけたあ
と、該方法には好ましくは、レーザーで孔をあけた複合
基材を熱処理してこれらの準安定種（くず）を電気化学
的セルの長期間の安定性を確実なものとするのに好まし
いより安定な状態へと変換することが含まれる。

【００３４】本発明の電極および電気化学的セルの製法
は、層状回路技術を利用するものである。

【００３５】オーム（ｏｈｍｉｃ）　導電性を有する熱
抵抗性金属（ｈｅａｔ−ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　ｍｅｔａ
ｌ）が非導電性基材にパターン層として適用される。該
パターンには、２つの末端がたがいに離れて間隔をあけ
てはいるが、通常長さが幅よりも大きくなるように連結
するように少なくともひとつの導電通路を有する導電部
分を有する。金属層は焼成して好ましくは約０．０００
５〜０．００１５インチの範囲の厚さを有するパターン
が製造される。

【００３６】カプセル封入物層は、金属パターンの表面
にわたって適用され、レーザーによりつくられた電極を
有するようになるパターンを全体的に内部に封じ込める
。電気化学的セルを製造するためには、金属パターンは
全体的に封じ込められ、２つの電極が存在する。このば
あい、通常カソードとして働く小さいサイズの電極およ
びアノードとして働くほかの電極は、レーザーでつくら
れる。より大きな電極は、少なくとも部分的には、より
小さな電極が位置することになる場所に近接する金属パ
ターンの一部が封入によって覆われないように、層状回
路技術によって製造することができる。このばあい、電
極を製造するために除去されなければならないようなど
んな付加的な封入材料も、レーザーにより除去すること
ができる。好ましくは、より大きな電極は封入層によっ
て覆われない。このことは金属層をアノードの形を形成
するように被覆することで達成される。基材上の封入層
によって覆われた金属層を乾燥し、５００　〜９５０　
℃の範囲の温度で焼成するかまたは焼結して、個々の金
属パターンを他のものから電気的に絶縁する封入物層を
形成する。この層の厚さは、好ましくは約２０〜３０ミ
クロンである。

【００３７】該方法は、前記方法において高エネルギー
パルスのレーザービームを利用したものである。一般に
、レーザーは、アノード付近の全体的に封じ込められた
金属パターンの端部における封入絶縁材料の少なくとも
１層に孔をあける。一般に、直径は約０．００１８イン
チよりも大きくはなく、孔は少なくとも封入層を通して
のびている。一般に、アノードの表面積のカソードの表
面積に対する比率は、５０対１以上である。カソードを
形成するようにレーザーであけた孔を形成したのち、層
状材料をもう１度約５００　℃よりも高い温度で熱処理
し、レーザーであけられた孔の壁のくずをすべて取り除
き、それによりカソードが完成される。最終の熱処理工
程の温度は、好ましくは５２５　〜６５０　℃の範囲で
ある。

【００３８】電気化学的セルは、金属パターンで小さい
電極に加えてより大きい電極を存在させ、２つの電極と
接触している流体状の電解質を存在させることによりつ
くられる。また、２つの電極、カソードおよびアノード
、ならびに流体状の電解質は１またはそれ以上（好まし
くは１つ）の酸素透過性膜で覆われている。これらはポ
リマー溶液を適用し、溶媒を蒸発させることによる前記
の方法で形成される。好ましくは、電気化学的セルは、
流体の酸素濃度の測定にすぐに用いられないのであれば
、緩衝液中で保管される。

【００３９】以上、本発明のカソードを利用する改善さ
れた電気化学的セルとともに、本発明の改善されたカソ
ードが記載されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１ａは電極が配置された、本発明の電気化学
的セルの一方の側面の上部平面図、図１ｂは基材から外
部の電気的接続を与えるための最初の側面から基材を介
して接続されている導線を有する本発明の電気化学的セ
ルの他方の側面の平面図。

【図２】図１ａのＩ−Ｉ線における断面図であり、９０
°回転されている。

【図３】図３ａは断面が図２と類似し、孔が説明のため
に拡大された電気化学的セルのカソードの断面の３つの
可能なバリエーション、図３ｂは４５°の角度または線
ＩＩ−ＩＩに沿って図３ｂを介した断面の透視図であり
、セラミックボード中にのびている。

【図４】横軸の電気化学的セルの出力電流に対する縦軸
のスクリーン印刷技術によって製造された電極の頻度の
棒グラフ。このグラフは、この方法で形成された一群の
電極に代表される電流の分布を示す。

【図５】横軸上の同一電流に対して縦軸上に頻度を示す
棒グラフであり、このグラフは本発明によって製造され
た一群の電気化学的セルの電極の電流分布を示す。

Claims (31)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　非導電性基材、別個のカソードおよび
   アノード電極、ならびにたがいに電気的に分離しており
   、結果的にセルに外部の電気的な接続をさせるような両
   電極への導電性通路を与えるパターンで該非導電性基材
   上を覆う少なくとも１つの金属層、金属層のカソード電
   極部からアノード電極部を電気的に分離するためにアノ
   ード電極以外の該金属層の部分に被覆されており、孔壁
   の少なくとも一部分がカプセル封入物層によって形成さ
   れ、金属層の一部分を露出させてカソード電極として働
   き、酸素透過性の電解質によってアノード電極とイオン
   的に接触する少なくとも該カプセル封入物層にレーザー
   で形成された１以上の孔を有するカプセル封入物層、お
   よびカソードおよび該電極との接触によりイオン的な関
   係にある該カソードに隣接するアノードとイオン的に接
   触している酸素透過性の電解質からなり、セルが印刷さ
   れた配線盤の一部分であり、少量の酸素を含有する流体
   中の酸素テンション（濃度）を測定する酸素センサーに
   有用な改良された電気化学的セル。
2. 【請求項２】　　電解質を覆う疎水性の酸素透過性膜を
   含む請求項１記載の電気化学的セル。
3. 【請求項３】　　電解質がゲルおよび液体よりなる群か
   ら選ばれたものである請求項１記載の電気化学的セル。
4. 【請求項４】　　電解質が液体であり、電解質を覆う疎
   水性の膜がある請求項１記載の電気化学的セル。
5. 【請求項５】　　電解質が液体であり、電解質を覆う疎
   水性の膜があり、カソードおよびアノードを覆い、それ
   らを電解質から分離する酸素多孔質膜がある請求項１記
   載の電気化学的セル。
6. 【請求項６】　　アノード電極が半円に沿った各点でカ
   ソード孔から等距離である半円の形状を有するものであ
   る請求項１記載の電気化学的セル。
7. 【請求項７】　　カプセル封入物層における孔がカプセ
   ル封入物層からなる孔壁を有し、孔底がカソード電極と
   して働く金属層からなる請求項１記載の電気化学的セル
   。
8. 【請求項８】　　カプセル封入物層における孔がカプセ
   ル封入物層からなる孔壁部分を有し、孔壁の残りの部分
   が金属層からなり、孔底が金属層からなり、壁の金属部
   分および該底がカソード電極として働く請求項１記載の
   電気化学的セル。
9. 【請求項９】　　カプセル封入物層における孔がカプセ
   ル封入物層からなる孔壁部分を有し、孔壁の残りの部分
   が金属層からなり、孔底が少なくとも非導電性基材の上
   端であり、壁の環状の金属部分がカソード電極として働
   く請求項１記載の電気化学的セル。
10. 【請求項１０】　　カソードの直径が０．００１　イン
    チと０．００１５±０．０００３インチのあいだにある
    請求項１記載の電気化学的セル。
11. 【請求項１１】　　カソードの表面積に対するアノード
    の表面積の比が少なくとも５０対１である請求項２記載
    の電気化学的セル。
12. 【請求項１２】　　カソードの壁に本質的に削りくずが
    ない請求項１記載の電気化学的セル。
13. 【請求項１３】　　カソードの壁に本質的に削りくずが
    ない請求項２記載の電気化学的セル。
14. 【請求項１４】　　カソードの壁に本質的に削りくずが
    ない請求項３記載の電気化学的セル。
15. 【請求項１５】　　カソードの壁に本質的に削りくずが
    ない請求項４記載の電気化学的セル。
16. 【請求項１６】　　カソードおよびアノード電極間に印
    加された電位の存在下で酸素の還元から生じる電流を流
    すためにカソードおよびアノード電極に接続した各パタ
    ーンの金属層に電気的に接続される外部導線を含む請求
    項１記載の電気化学的セル。
17. 【請求項１７】　　セラミック基材を介して接続され、
    外部導線が電極であるセラミック基材の反対側にあるカ
    ソードおよびアノード電極に接続した金属層の各パター
    ンに電気的に接続される外部導線を含む請求項１記載の
    電気化学的セル。
18. 【請求項１８】　　カソードおよびアノード電極間の電
    圧が約３００ｍＶ　〜約１Ｖであり、カソード電極がア
    ノード電極に対して負極である請求項１記載の電気化学
    的セル。
19. 【請求項１９】　　電解質を介してたがいにイオン的に
    接触される別個カソードおよびアノード電極を与え、結
    果的に外部の電気的な接続をさせるように電気的に導電
    するために両電極に配線を与えるパターンで非導電性物
    質を被覆する少なくとも１つの金属層を適用し、アノー
    ド電極以外の金属層部分を被覆するカプセル封入物層で
    金属層を覆って該金属層のカソード電極領域からアノー
    ド電極領域を電気的に絶縁し、カソード電極として働く
    金属層の部分に照射するために酸素透過性電解質を介し
    てイオン的接触のため、カプセル封入物層を貫通し、ア
    ノード電極から区別されたカプセル封入物層に孔を設け
    るのに充分なブラストモードでえられた複合物に高エネ
    ルギーのレーザービームを照射し、該複合物を約５００
    　℃の温度で加熱し、孔があけられた層上のすべての削
    りくずを除去し、カソードを完成することからなる溶存
    ガスを有する流体における酸素テンションを感知するた
    めに用いられる電気化学的セルのカソードの製法。
20. 【請求項２０】　　血液中のｐＨ、ＰＯ２　およびＰＣ
    Ｏ２　を測定するための感知装置であって、０．００１
    ８インチよりも大きくない直径を有するカソードおよび
    少なくとも部分的にカソードを囲んでいるアノードを有
    し、アノードの表面積に対するカソードの表面積の比が
    少なくとも５０：１であるＰＯ２　用のセンサーにおけ
    る電極アセンブリからなる感知装置。
21. 【請求項２１】　　カソードの直径が０．００１　イン
    チと０．００１５±０．０００３インチのあいだである
    請求項１９記載の感知装置。
22. 【請求項２２】　　前記比が少なくとも５０対１である
    請求項２０記載の感知装置。
23. 【請求項２３】　　前記比が５０対１と３００　対１の
    あいだである請求項１９記載の感知装置。
24. 【請求項２４】　　前記カソードの直径が０．００１　
    インチと０．００１５±０．０００３インチのあいだで
    ある請求項２０記載の感知装置。
25. 【請求項２５】　　非導電性基板、２つの末端を有して
    おり、一方の末端が他方の末端から離れており、かつ一
    方の末端が電気的導線により非導電性基板との電気的接
    続を断つことができる、非導電性基板と組み合わされた
    少なくとも１つのパターン化された金属層、および限定
    され、サイドされた（ｆｉｎｉｔｅ　ｓｉｄｅｄ）孔の
    側面が、ガラス、セラミックおよびそれらの混合物より
    なる群から選ばれたカプセル封入物材料から構成される
    金属層上の少なくとも１つの最上部分を有するように、
    孔が金属層を覆うカプセル封入物層の上部から少なくと
    も金属層表面まで広がっており、該孔がレーザーにより
    カプセル封入物を除去することによりつくられたもので
    あり、外部導線につながった末端から隔たった金属層の
    末端に近接する少なくとも１つの孔がなければ、金属層
    全体を覆う少なくとも１つのカプセル封入物層を有する
    多層化された複合物からなる層状回路中のカソード。
26. 【請求項２６】　　孔の底部が該孔において平面状のカ
    ソード表面を形成する金属層である請求項２５記載のカ
    ソード。
27. 【請求項２７】　　環状のカソード表面が孔中に形成さ
    れるように孔部の側面がカプセル封入物材料から構成さ
    れる最上部分および金属層の少なくとも一部分からなる
    最下部分を有する請求項２５記載のカソード。
28. 【請求項２８】　　孔の底部が非導電性基板より構成さ
    れており、カプセル封入物層の最上表面から隔たった孔
    の側面の最下部分がカソードとして働く環状表面を形成
    する請求項２７記載のカソード。
29. 【請求項２９】　　非導電性基板がセラミック基板であ
    る請求項２７記載のカソード。
30. 【請求項３０】　　非導電性基板、２つの末端を有して
    おり、一方の末端が他方の末端から離れており、かつ一
    方の末端が電気的導線により非導電性基板との電気的接
    続を断つことができる、非導電性基板と組み合わされた
    少なくとも１つのパターン化された金属層、および限定
    され、サイドされた（ｆｉｎｉｔｅ　ｓｉｄｅｄ）孔の
    側面がガラス、セラミックおよびそれらの混合物よりな
    る群から選ばれたカプセル封入物材料から構成される金
    属層上の少なくとも１つの最上部分を有するように、孔
    が金属層を覆うカプセル封入物層の上部から少なくとも
    金属層表面まで広がっており、該孔がレーザーによりカ
    プセル封入物を除去することによりつくられたものであ
    り、該孔が０．００１　インチと０．００１５±０．０
    ００３インチとのあいだの直径を有し、外部導線につな
    がった末端から隔たった金属層の末端に近接する少なく
    とも１つの孔がなければ、金属層全体を覆う少なくとも
    １つのカプセル封入物層を有する多層化された複合物か
    らなる層状回路中のカソード。
31. 【請求項３１】　　非導電性基板、別個のカソードおよ
    びアノード電極、ならびに両電極への導電性通路を設け
    、該通路がたがいに電気的に絶縁されており、最終的に
    外部から電気的に接続されるようなパターンで該非導電
    性基板を覆う少なくとも１つの金属層、金属層のカソー
    ド電極領域からアノード電極領域に電気的に絶縁するた
    めのアノード電極以外の金属層の部分を覆い、少なくと
    も該カプセル封入物層を介して少なくとも１つのレーザ
    ーによってつくられた孔を有しており、該孔の壁の少な
    くとも一部分がカプセル封入物層により形成されており
    、金属層の部分がカソード電極として働くように該孔が
    露呈しており、そして該孔が酸素透過性電解質を介して
    アノード電極とイオン的に接続しているカプセル封入物
    層、カソードおよびカソードとの接触を介してイオン的
    な関係を持つカソードに隣接したアノードにイオン的に
    接触している酸素透過性電解質、およびカソード電極が
    アノード電極に対して負であって、カソード電極とアノ
    ード電極とのあいだに印加された電圧の存在下で酸素の
    還元により生ずる電流を伝えるための電極の１つと接続
    されている金属層の各パターンと電気的に接続されてい
    る外部導線からなり、平面状に印刷された配線盤上にセ
    ンサーが位置されうる血液中の酸素テンションの測定に
    有用な改良された電気化学的センサー。