JPH10507515A

JPH10507515A - 気体濃度測定の方法及びそれを実施するための微細加工検出装置

Info

Publication number: JPH10507515A
Application number: JP8505283A
Authority: JP
Inventors: グラハムデービス; イマンツアール．ラークス; レイモンドジェイ．ピエース; シンドラエー．ウィッドリック
Original assignee: アイ−スタットコーポレーション
Priority date: 1994-07-13
Filing date: 1995-07-07
Publication date: 1998-07-21
Anticipated expiration: 2015-07-07
Also published as: KR100359866B1; EP0805973B1; AU3146795A; US5514253A; CA2194795A1; DE69531961D1; EP0805973A1; ATE252233T1; EP0805973A4; DE69531961T2; KR970705022A; CA2194795C; WO1996002829A1; AU689625B2; JP3093274B2; KR100316315B1

Abstract

(57)【要約】試料中に含まれる気体の濃度を測定するための微細加工された検出装置、及びその装置を用いるための方法が開示される。微細加工された検出装置を作動させる間の電極相互汚染を実質的に減少させる特有のセンサ配置が開示される。

Description

【発明の詳細な説明】気体濃度測定の方法及びそれを実施するための微細加工検出装置１．発明の分野本発明は、試料中、特に液体試料中に含まれる気体濃度を測定する方法及び装置に関する。特に本発明は、その上面に作用電極及び対極／参照電極を配設する平面基板を備え、対極／参照電極の構成成分による作用電極の汚染を最小に抑えつつ気体濃度を測定することができる微細加工された検出装置に関する。最も適切な場合において、酸素及び二酸化炭素などの血液中気体の濃度を測定する場合に有用である。２．発明の背景気体濃度、特に血液中の気体濃度の測定は、気体分析の技術分野において継続的研究を行う目的である。古典的なクラーク電極法（Trans ．Am．Soc．Artificial Internal Organs（19 56）2:41参照）は、商業的に入手可能な血液中の気体分析器（例えば、Weinberg 米国特許第4,361,540号及びEnzer 米国特許第4,871,439号参照）を用いて酸素測定を行うように提供されたものであって、平面状の微細加工法を用いていない。金製の作用電極は通常、引き延ばしたワイヤーより形成されており、直径が約１０ミクロンでガラスに埋め込まれている。電極の直径が小さいと、センサの出力に試料の流れが与える影響は小さくなる。しかしながら、このような電極は「微小電極」ではあるが、平面状微細加工法で形成されていないことが強調すべき点である。特定して言うと、気体透過性膜はこの電極の端部から伸びており、試料溶液からセンサを封じ込めて隔離するようにＯ−リングで固定されている。古典的な（即ち非−微細加工製の）クラーク酸素電極では、それを正常に使用している間に金電極の表面が銀汚染されてしまうこともよく知られている。この汚染は、金製のカソードに銀が析出することによって生じる。金電極の銀汚染は、次の二つの理由、即ち、（ｉ）銀と金が異なる触媒活性を持つ場合にそれは酸素の還元波に影響を与えること、また（ii）ハロタンなどの一般的な麻酔性の気体が、金に比べて銀の方に有意差のあるほど大きな電気化学的還元作用を示すこと（例えば、Hall et al．J ．Biomed．Eng．（1988）10: 319参照）という理由によって問題となり、これによってさまざまな妨害電流が生じて来る。標準的なクラーク電極法を用いた場合、これらの問題点を回避するための基本的なアプローチは、金電極から軸方向に数センチメートル離れたところの電極に銀−塩化銀電極を配設することである。そのように配設した場合でさえも、使用中にその膜を電極からときどき取り外し、金表面の銀汚染を研磨することによって除去しなくてはならない。このアプローチは、膜が装置の一体的な部分として製造されているような平面状の微細加工検出器では実用的ではないことが明らかである。平面状の酸素検出器を製造するために以前よりなされてきた努力を考察すると、二つの点が注目される。即ち第１番目は、参照電極と作用電極とが通常、非常に近接した位置に配設されること、第２番目は、その電極が、その電極を封じ込める気体透過性の膜によって試料から電気的に隔離されることである。例えば米国特許第4,062,750号(Butler)には、薄膜ポラログラフィー酸素センサを微細加工で製造すると主張された方法が記載されている。この参照文献には、シリコン基板上に配列したカソードが記載されている。この参照文献の第１の態様では、（ｉ）カソードとアノードとの間は２５ミクロンのみ分離しており（４欄の１０行目参照）、また（ii）そのシリコン装置は、気体透過性の膜をＯ− リングを用いる手段によってそのシリコン装置の上に固定することができるように筒状部品に組み立てられている。このようにこの第１の態様では、平面状微細加工が電極を製造するために用いられ、一方電解液層と気体透過性の膜が古典的なクラーク電極と同様の手法で用いられている本質的に混成型の装置である。第２の態様はこの参照文献の１６欄に説明されており、プラズマ重合法によって気体透過性の層を形成できるようになっている。この参照文献に記載されているすべての酸素検出装置は、それぞれ互いに非常に近接した位置にアノードとカソードが配設されており（即ちそれらが配列されており）、気体透過性の膜の下のその両電極は封じ込められている。米国特許第4,534,356号（Papadakis）には、電極対を用いる固体状態経皮的血液中気体センサを加工するための、平面製造法が開示されている。気体透過性膜はこの構造を封止するために用いられる。ここでは材料は、Ｏ−リングを用いなくても接着する膜を残したままにできるように乾燥させた装置上に載せられる。この特許は、主張された発明の血液中の酸素センサが電解液のプールを必要とせず、また気体透過性膜を変える必要がなく、そのため再較正をしなくてもよいと主張している。この開示は、電極が互いに隣あって配設されていること、また両電極が気体透過性膜によって封止されていることを示している以外は、関与している電極の位置関係及び配置については教示してはいない。欧州特許出願第0496521 A1号(Tsukuda)には、血液酸素測定を行うための平面状積層構造が開示されており、それは操作性の望ましい長寿命化をもたらすことができると主張されている。ツクダ（Tsukuda）の装置では、広がった電解液容器１２は薄片を積層することによって区画されている。この広がった電解液容器は、作用電極８４及び参照電極１３と接触している（図５参照）。この明細書は、電極を異なる層に位置づけたことによってその電極の寸法が順応できるようになっていて、良好なセンサ寿命が得られると説明している（４欄の２８〜３１行目参照）。言い換えると、参照電極は操作性の望ましい長寿命化とつじつまが合わなくならないように、充分な大きさを持っていなくてはならない（４欄の１〜４行目参照）。同様に電解液量は、調節して適切な寿命を選べばよい（２欄の４１〜５７行目参照）。しかしながらこの参照文献は、金の銀汚染について取り立てて論じてはいない。また作用電極と参照電極は両方とも、気体透過性膜７の下に封止されている。米国特許第4,682,602号（Prohaska）には、多くのアナライトに対して用いることができると主張されている微細加工のセンサの設計が示されている。電極または変換器を備えたチャンバー３には、そのチャンバー壁に開口部が設けられている。（例えば図１参照）開口部は、電極が試料から電気的に絶縁されないことを確実にする。しかしながらこの参照文献の図１〜３を検証すれば容易に明らかなように、実質的に封止された構造を作ることが目的であることが明白である。この明細書の３欄の５２〜５９行目では、二つの電極または変換器が封止されたチャンバーの外郭内に電気化学的な電槽を形成するために用いることができることを述べている。本質的にこの参照文献は、電気化学センサの技術分野において周知のピン−ホール電極の微細加工について説明している。米国特許第4,933,048号（Lauks）には、参照電極／作用電極の位置関係が明らかにされており、そこでは作用電極１０は、作用電極を計測すべき種類に対して特異的にする膜または一連の膜である上層１３によって完全に封止されている。（図２参照）こうして作用電極は、参照電極から効果的に絶縁される。この特許はまた、乾燥保存状態から急速に濡れ上がり、外部溶液への低いインピーダンスの経路を構成する参照電極を開示している。この参照文献の開示事項は、ここに参照文献によりその全体が組み入れられる。米国特許第5,096,669号（Lauks）には、ハウジング、センサ、試料保持手段、及び試料導管を備えた使い捨ての装置が記載されている。またこのハウジングは、少なくとも一個のセンサが配設されているセンサ領域を有している。この参照文献の開示事項は、参照としてその全体が本明細書に組み入れられている。開放型の酸素センサ構造及び封止型の酸素センサ構造の両方が米国特許第5,20 0,021号（Cozzette）に記載されている。（例えば、４１〜３欄、またそれぞれ図７Ａ及び７Ｂ参照のこと。）しかしながら、金電極及び銀／塩化銀電極は、同じ「開放型」構造の気体透過性膜の下で非常に近接して配設されている。この明細書には、銀／塩化銀参照電極の構成成分によって金電極が汚染されるという問題点が示唆されておらず、したがって同じものでは溶液が用いられていない。実際に図７Ａにはセンサの位置関係が示されており、金の作用電極の側面に位置するように銀／塩化銀参照電極が設けられている。この参照文献の開示事項は、参照としてその全体が本明細書に組み入れられている。３．発明の概要本発明によると、液体試料中に含まれる気体の濃度を測定するための微細加工された検出装置であって、プラークのある従来の装置が持つ電極汚染の問題点が生じることなく操作することのできる装置が提供される。したがって微細加工された検出装置は、以下の構成、即ち、（ａ）対極／参照電極（ＣＲＥ）の構成成分によって作用電極（ＷＥ）が汚染されるのを最小にするのに有効な距離だけ離れて共通の平面基板上に配設された作用電極（ＷＥ）及び対極／参照電極（ＣＲＥ）と、（ｂ）前記基板上に配設されて前記ＷＥを封入する電解質層（ＥＬ）と、（ｃ）前記ＥＬは封止しないように配設されかつ前記ＷＥを覆って位置づけられている気体透過性膜（ＧＰＭ）であって、この装置と接触する液体試料から前記ＷＥへの気体の流量がそのＧＰＭを通過する気体量の関数となりかつ被覆構造の外周開口部から出ないように、前記ＧＰＭ及び前記ＥＬのそれぞれが前記ＷＥに応じた寸法及び位置関係を保っているＧＰＭとからなるものが開示されている。本発明のこの態様は血液のような生物学的液体を含む液体試料について行われる測定に対して特に好ましく、この場合には、液体の成分（例えば、血液中の水性または導電性の部分）によってＷＥ及びＣＲＥの間に低インピーダンスの経路を形成することができる。分離させた態様では、前記のＷＥとＣＲＥは異なる基板上に配設されている。本発明の他の態様では、気体状の試料、特に「湿った」気体、即ち大量の水成分を含むかまたは吸湿性の気体についての測定を行う場合に特に好ましい検出装置が提供される。この例では、ＷＥ及びＣＲＥの間で組み込み型の電気的接続がうまく行われている。したがって好ましい態様では、微細加工された検出装置が、以下の構成、即ち、（ａ）平面基板と、（ｂ）対極／参照電極（ＣＲＥ）の構成成分によって作用電極（ＷＥ）が汚染されるのを最小にするのに有効な水平方向の距離だけ離れて前記の基板上に配設された作用電極（ＷＥ）及び対極／参照電極（ＣＲＥ）と、（ｃ）前記基板上に配設されて前記ＷＥを封入する電解質層（ＥＬ）と、（ｄ）前記ＷＥとＣＲＥとの間に電気的な接続を形成する前記基板上に配設された導電層（ＣＬ）と、（ｅ）前記ＥＬは封止しないように配設されかつ前記ＷＥを覆って位置づけられている気体透過性膜（ＧＰＭ）であって、この装置と接触する液体試料から前記ＷＥへの気体の流量がそのＧＰＭを通過する気体量の関数となるように、前記ＧＰＭ及び前記ＥＬのそれぞれが前記ＷＥに応じた寸法及び位置関係を保っているＧＰＭとからなるものが開示されている。他の態様では、ＣＲＥと電気的に接触しているＥＬが、ＣＬとして作用する。本発明のさらに他の目的は、液体試料に含まれる気体の濃度を測定する方法を提供することである。例えば、電流測定法を用いて酸素測定を行う態様では、本発明は以下の工程、即ち（ａ）上記に記載したような微細加工された検出装置を提供する工程と、（ｂ）その装置に溶解した気体を含む液体試料を接触させることにより、その液体試料によって前記ＷＥ及びＣＲＥの間に低インピーダンスの経路を形成する工程と、（ｃ）前記気体の分子が前記ＷＥで還元反応を効果的に行うことができるように前記ＣＲＥに対して前記ＷＥに電圧をかける工程と、（ｄ）前記装置の出力電流を測定する工程と、（ｅ）前記気体の濃度を検出する工程とからなる。他の酸素を測定する態様では本発明は、以下の工程、即ち（ａ）前記ＷＥと前記ＣＲＥとの間に電気的接続を形成するＣＬを備えた微細加工された検出装置を提供する工程と、（ｂ）前記装置に気体を含む液体試料を接触させる工程と、（ｃ）前記気体の分子が前記ＷＥで還元反応を効果的に行うことができるように前記ＣＲＥに対して前記ＷＥに電圧をかける工程と、（ｄ）前記装置の出力電流を測定する工程と、（ｅ）前記気体の濃度を検出する工程とからなる。前述のように、後者の態様は、加湿気体を含む液体試料に特に適している。二酸化炭素を電位差測定法を用いて測定する他の態様では、本発明は以下の工程、即ち（ａ）上記に記載したような微細加工された検出装置を提供する工程と、（ｂ）前記装置に二酸化炭素ガスを含む液体試料を接触させることにより、その液体試料によって前記ＷＥと参照電極との間に低インピーダンスの経路を形成する工程と、（ｃ）前記ＷＥと前記参照電極との間の電位差を測定する工程と、（ｄ）前記気体の濃度にその測定された電位差を関連付ける工程とからなる。さらに本発明の他の目的は、微細加工された検出装置を用いることによって液体試料中に含まれるアナライト（例えば、気体など）の濃度を測定することに関し、その検出装置は以下の構成、即ち（ａ）共通の平面基板上に配設された作用電極（ＷＥ）及び対極／参照電極（ＣＲＥ）であって、そのＷＥ及びＣＲＥは少なくとも一つの寸法（例えば厚さ、幅、または深度）が実質的に異なっているようなＷＥ及びＣＲＥと、（ｂ）前記ＷＥを覆って配設された少なくとも第１層であって、前記実質的に寸法が異なっていることによる前記第１層のトポロジー的特徴に対する逆効果を効果的に最小にすることのできる距離だけ離れて前記ＷＥ及びＣＲＥが位置づけられているような第１層とからなる。特殊な態様では、そのような装置にはさらに、前記第１層（例えば、電解質層）を覆って配設された第２層（例えば、導電層）が設けられている。好ましくはこの第２層は、ＷＥを覆って位置づけられているが、第１層を封止してはいない。両電極を分離する距離はそれぞれの態様しだいで変化するが、少なくとも約１ｍｍであることが好ましい。本発明の他の目的は、特に以下の好ましい態様の詳細な説明を考察すれば、当業者には明らかであろう。特定して言うと、還元反応を行うことのできる他の気体（例えば、亜酸化窒素、一酸化炭素、硫化水素、及び類似の気体など）を、本明細書に説明されている電流測定法を用いて測定できることは明白であろう。また、水に溶解している場合にｐＨを変化を生じる可能性のある気体（例えば、二酸化硫黄、一酸化窒素、二酸化窒素、及び類似の気体など）は、本願に記載されている電位差測定法を行って検出することができる。当業者にとって明らかであろう他の目的には、本発明の微細加工された検出装置を作る工程、及び同じものに関連する他の使用方法が含まれるが、これらに限られるわけではない。４．図面の簡単な説明図１は、金の酸素還元性について、銀汚染されていない場合（実線、Ａ）と、銀汚染されている場合（破線、Ｂ）のボンタンメトリー図（voltammograms）を示している。図２Ａ〜２Ｉは、本発明のセンサの様々な位置関係を示している。ある場合には、センサ構造の作用電極（ＷＥ）と対極／参照電極（ＣＲＥ）の間に電気的接続を形成する導電層（ＣＬ）が設けられており、それによって加湿状態の環境でもこの検出装置が作動できるようになっている。図２Ｅ及び２Ｆに示された態様では、電解層（ＥＬ）はＣＬとしても機能する。図２Ｇ〜２Ｉに示された態様では、ＥＬは任意で水性の電解質溶液であってもよい。ＣＲＥがＷＥの近くに位置づけられていてもまたはＷＥが配設されている基板から分離した基板上に設けられていても、本発明の検出装置は効果的に作動することができることに注目すべきである。また、米国特許第4,933,048号に説明されている参照電極（ＲＥ）のような露出したＣＲＥまたは被膜をかぶせた構造のＣＲＥを、本発明では優先的に用いることができる。対極は電流測定法では必要とされるが電位差測定法では必要とされないことを考慮して本発明では、ＣＲＥとＲＥとが相互変換可能に用いられることに注目されたい。外辺部が「開口」している構造の他の位置関係として、図２Ｊに、電解質及び気体透過性膜（ＧＰＭ）の連続する層で被覆された金の作用電極が示されている。ＧＰＭは、外辺部の開口がこのセンサのほぼ上面で、センサのいちばん端に対抗する位置にできるように配設されている。図３Ａは電位差測定方式のＣＯ₂センサと電流測定方式の酸素センサのユニットセルを示しており、それは対極／参照電極５に近接している。図３ＢはＯ₂センサの拡大図を示しており、ここで２は金電極、３はポリイミド層（白い部分）、４はゼラチン電解質層、そしてＧＰＭはガス透過性膜である。５．好ましい態様の詳細な説明本出願人らの努力により、この装置が封止構造で作動する場合、微細加工処理を行うことで金電極に非常に近接して配設された銀の参照電極が、作用電極の金表面の汚染を引き起こすことが観察された。例えば、米国特許第5,200,051号の図７Ｂに示された構造を参照されたい。作用電極及び対極／参照電極の寸法などの特殊な寸法は、微細加工された装置の特定の配置しだいで変化する可能性があるが、「非常に近接した」とは対象の微細加工された電極が通常、封止構造で互いに約１ｍｍ以内に位置づけられていることを意味している。本発明で用いられている「対極／参照」という用語は、対極、参照電極またはその両方として用いることのできる電極を意味する。以下に考察してさらに記述されているように、微細加工された装置では距離が短くなっているために特に深刻な電極汚染は、電極間の間隔をあけることのような電極配置についての観点と、ある程度の「開放性」をその構造に導入することのような被膜を設ける設計とを組み合わせて効果的に解決することができる。この後の概念は、この技術で一般的となっている教義に反することに注目すべきである。全く驚くべきことに出願人らは、例えば米国特許第5,200,051号（Cozzett e）に記載されているような、その発明者らによって開発された微細加工の装置の折り紙つきの効果、即ちその微細加工のセンサの構成部品の大きさ及び厚みを備えながら精密な調節を維持する能力があるというような効果を維持することができた。このような全体的な寸法の調節をすれば次に、液体の成分分析を記載された「リアルタイム」でまたは「関心のある時点」で効果的に用いられると予想できるセンサの特徴を確保するために必要とされるセンサの応答性と「濡れ上がり（wet-up）」作用を調節できるようになる。濡れ上がっている状態で微細加工のセンサを使用することに関する他の情報については、読者は米国特許第5,112,45 5号（Cozzette）の開示事項を参考にできる。なおこの文献は、参照としてその全体が本明細書に組み入れられる。上述したように電極汚染は重要な問題であり、対極／参照電極に対して作用電極の電圧をある程度かけることが必要な血液中気体の測定では特に問題となる。本開示では、対極／参照電極の組合せ電極が用いられていることに注目すべきである。しかしながら当業者には明らかなように、対極／参照電極を分離して用いることもできる。しかしながら、分離した電極を用いるとさらに追加の工程が必要となる可能性があるとともに、組合せ電極では最小となる空間配慮に影響がでてくる。図１は、金の酸素還元性について、銀汚染されていない場合（曲線Ａ）と、銀汚染されている場合（曲線Ｂ）のボンタンメトリー図（voltammograms）を示している。二つの標準的な分析法を用いることにより汚染の傾向を確認することができる。すなわちそれは、（ｉ）金表面上び銀の存在を特異的に確認するオージェ分光法、及び（ii）銀汚染の程度を定量するための電気化学的ストリッピング分析法である。「電解質層」は、プロトン性の条件でイオン及び低分子を生成する候補となる水和性材料である。本発明の好適な態様におけるこの電解質層は、光形成可能なタンパク質性材料、即ちフィルム状のラテックスや米国特許第5,200,051号に記載されているような材料からなる。封止構造では、アノードから失われる銀イオンは電解質層に開じ込められる。以前より知られている封止された微細構造（例えばButler、上記、参照）では、アノードとカソードの間には約０．６Ｖの電位差が通常存在している。さらに、これらの電極は、たった数ミクロンだけ分離されている。これらの条件の下では、薄く封止された電解質層に濃縮された銀イオンが高い電場、可能性のあるのは１０⁴〜１０⁵Ｖｍ^-1を受ける。続いて正に荷電している銀イオンが、負の電荷を持つ金電極に向かって移動する。この工程は、拡散によって起こる銀汚染の速度以上に銀汚染の速度をかなり高めるであろう。また、本発明で用いられる微細加工された電極構造を作るためにこれらの金属を平面加工する間に、付随して起こる金の銀汚染がときどき生じてしまう可能性があることも見いだされた。この理由から、異なる平面上でＷＥとＣＲＥを加工することが好ましいであろう。続ける前に、いずれも二種の封止構造であるクラーク（Clark）の酸素電極とセベリンガウス（Severinghaus）の二酸化炭素電極（J ．Applied Physiology（1 958）13:515参照）で認められている効果の一つは、それらが気体と液体の両方で同等にうまく作動することであり、その点を指摘すべきである。商業的に入手できる血液中気体の分析器を用いる場合には、較正がシリンダーから供給された加湿気体を用いて普通は行われるため、この能力は必須の特徴である。しかしながら米国特許第5,096,699号に開示されている単回使用のカートリッジにおいては、加湿気体よりはむしろ水性の較正用液体を用いる方が好ましい。なおこの文献の開示事項は、参照としてその全体が本明細書に組み入れられる。ここに開示されている種々の電極構造では、そのいくつかは液体を用いて較正するように設計されており、また他のものは液体または加湿気体のいずれかを用いて較正できるようになっていることが明らかであろう。出願人らは、図２Ａ〜２Ｇに示されているような開放型の作用電極構造が、「露出した」銀−塩化銀かまたは米国特許第4,933,048号（Lauks）に開示されているような層状の装置のいずれかからなる離れた参照電極を用いることで効果的に作動できるという驚くべき発見もした。なおこの文献の開示事項は、参照としてその全体が本明細書に組み入れられる。しかしながら上記に述べたようにいくつかの態様では、較正物または試料が二つの電極の間に接触する導電性セグメント（即ち、導電層）になることが必要である。この接続によれば、作用電極（ＷＥ）及び対極／参照電極（ＣＲＥ）で起こる電気化学的な工程を持続するために必要な低インピーダンス経路が形成される。したがって本発明では、「導電層」は例えば低インピーダンス経路を形成できる材料からなる。典型的にはＣＬは、導電性ポリマーまたは米国特許第5,200,051号に記載されたような他の材料から構成されている。本発明の特定の態様では、ＥＬはＣＬとしても機能する。また好ましい態様においてＣＬはさらに、ハロゲン化物、窒化物、リン化物、硫化物、及び類似の物質のようなドーパントを含んでいてもよい。酸素を測定するための本発明の好ましい実施例において、カソードは酸素分子の還元が行われるＷＥと呼ばれ、またアノードは銀の酸化が起こるＣＲＥと呼ばれる。したがって本発明によると検出装置は、試料中の酸素濃度を検出できるものであり、かつ微細加工された電極の効果、即ち乾燥貯蔵状態から急速に濡れ上がること、低電流であること、予測可能な特徴を持つことなどの効果を組み合わせたものである。同時に本発明は、標準的な非−微細加工の装置の持つ望ましい特徴、即ち電極成分間の相互汚染が最小となることからもたらされる優れた安定性などの特徴を所有している。本発明は酸素測定だけでなく種々の応用で広く用いることができることに、注目することが重要である。実際に本発明の原理は、もう一方の電極表面に銀汚染が生じる可能性のある平面状に微細加工された装置に適用することができる。例えば、二酸化炭素は金電極でキンヒドロンを対にして用いることで測定され、参照電極は銀−塩化銀であるような装置に応用可能である。例えば、「Van Kempen ら、Respir ．Physiol.（1972）14: 366」、及び「Hahn，C．E．W.によるレビュー、J ．Phys．E: Sci．Instrum，(1980)13: 470-482」を参照のこと。さらに本発明はまた、米国特許第5,200,051号の図７Ｂに示されているように加工されたＣＲＥに関連するいくつかの製造論点に取り組んでいる。この文献では電解質層や気体透過性層がここに記載された製造方法を用いて製造される場合には、幾何学的配置がそれらの層の信頼性及び再現性に悪い影響を与えている可能性がある。シリコンウェハ上の形態的な特徴が、上述したような厚みの均一な引き延ばした層の再現性に悪い影響を与えることはこの技術分野ではよく知られている。特に、基礎となる構造の形状及び大きさが異なっていると、微細加工法（例えば、スピンコーティング法、スパッタリング、蒸着法、及び類似の方法）で形成される被膜層の外形に不都合な影響を与え、それにより組み合わせた構造の全体の形態が変化することがある。例えば一対の電極において、一つの寸法、例えば厚みが「実質的に異なっている」（すなわち約２個から約５０個のうちの少なくとも１個の因子が異なること）可能性がある。したがって作用電極は、例えばこの図２Ａに示したように、参照電極または対極の厚みの３分の１（１／３）であるとよい。かりに両方の構造が電解質、気体透過性層、または他の層によって包囲されているならば、被膜層の表面は、下にある電極構造の厚みが異なることに起因してでこぼこする（即ち、突出した部分とへこんだ部分をもっているのであろう。−−「逆効果」）可能性が非常に大きい。しかしながらもう一度図２Ａを参照してみると、電極が分離されていてＥＬ層とＧＰＭ層が形成されている（「開放型」の形式で）ため、得られた最終的な全体構造の厚みと形状を大きく調節できる改良型を提供する。同時に、電極対間の電気的接触は「開放型」構造によって維持される。したがって本発明はまた、被膜構造が電極の一つの上にだけ、特に一対の電極対が実質的に異なる大きさのとき（三つの寸法のうちのどれかまたはすべて、特に厚みが異なる場合）の電極の一つの上にだけに配設されるとよいように、対極／参照電極から作用電極を離すことによってより予測可能で調節された様式に被膜構造を形成する方法に関する。もちろん、二つの電極を分離するのに必要な距離は決まってはおらず、電極自身の寸法に応じて変化する。（例えば、ＣＲＥは厚みが約１〜約５μｍの範囲内にあり、一方ＷＥは厚みが約０．１〜０．５μｍの範囲内にある。）しかしながら、当業者であれば、系統的に距離を増加させ、その結果被膜層の形態に与えられる効果を観察することによって、必要な最小の分離距離を容易に決定することができるであろう。本発明の場合ではこの距離は、作用電極と対極／参照電極の間での相互汚染を最小にするのに必要な距離とほぼ同じである。シリコン基板上の層の輪郭を描いたり厚みの変化を決定したりするための標準的な装置は、本明細書に記載したタイプの決定を行う際にふさわしい。このような装置は微細加工の当業者にとって熟知されているであろう。さらに本発明は、隣接する電極表面の銀汚染だけに限られるものではなく、対極または参照電極で生じる化学物質もあり、それは作用電極に逆作用の、即ち望ましくない電気化学的な特徴または効果を引き起こす可能性がある。例えば本発明は、カロメル型電極から生じる水銀汚染やまたは他の物質の汚染を、金属性または有機性のどちらであっても減少させるもので、それらの作用電極への輸送は気体透過性膜の配設によって高められるのであろう。既に述べた利点の他に本発明ではまた、一個の参照電極に対して必要であれば複数個の（即ち一個より多い）作用電極を用いてもよい。対照的に封止された構造の作用電極のそれぞれは、気体透過性膜の下に配設したそれ自体の参照電極を必要とする。「気体透過性膜」即ちＧＰＭによって、気体相にある膜を通過できない実質的に全ての分子を排除する性質のある半透膜を意味することを理解すべきである。この膜は、例えば酸素、窒素、及び二酸化炭素のような典型的な気体を透過することができる。このようなＧＰＭは、米国特許第5,200,051号及び米国特許第4,933,048号に記載された材料から製造されるとよい。このＧＰＭは好ましくは、シリコンブロック共重合体より作られる。ＧＰＭを形成する方法についてのさらに詳細な説明は、下記の実施例、及び上記の特許の明細書に記載されている。さらに従来の封止構造より優れた本発明の他の利点は、封止構造では例えば塩素のようなイオンの測定可能な量だけが参照電極の反応を支持するために用いることができるが、開放型構造では、この装置が電極の隣接した領域以外のところ、例えば較正用液体または試料のような周りの媒体からイオンを捕らえることが可能になる。また開放型構造であると、微細加工された装置のＷＥ及びＣＲＥの構成成分が、封止構造で普通に許容されるよりも非常に近接できるようになることも驚くべき発見である。本出願人らは理論により制限されることを望んでいるわけではないが、開放型の構造によってのみ装置が周りの媒体から塩素イオンを「補充」するのが可能になるため、開放型構造はまた銀イオンがその装置から媒体に出てゆくことも可能にすると考えられる。封止構造の銀イオンは、隣接する電極を汚染するためにより多く利用され、即ちその電極を汚染しやすくする。したがって前述のように、本発明の開放型の構造は、露出した、即ちむき出しの銀−塩化銀参照電極（例えば、図２Ａ参照）、または米国特許第4,933,048号に示された参照電極（例えば、図２Ｂ参照）を用いることができる。開放型構造の重要な特徴は、気体透過性膜（ＧＰＭ）の構成、即ち用いた材料、その寸法（例えば表面面積や厚み）、及びＷＥに対する位置づけなどの構成によって、ＧＰＭがＷＥを充分に封止しないという事実にもかかわらずＷＥ（この場合にはカソード）に流れる気体の流量をＧＰＭがそれまでどおり調節できるという点である。したがって概して言うと、ＷＥの外周を越える気体透過性膜層の被膜はそれ自体、ＷＥの半径の数倍なくてはならない。例えば半径が１０μｍの金電極を用いた場合、電解質層は金電極の外周を約５０μｍ越えて広がる気体透過性層で覆われていることが好ましい。その結果として、カソードに平面状の電解質層を通って「開口」の外周から流れる気体流量が、ＧＰＭ自体を通る流量に比較して無視してもよいことが本出願人らによって見いだされている。用いた材料を通過する分子の流れが、分子の溶解度及び拡散係数の関数であること、またその材料の断面積及び長さに対しても相関関係を持つことは周知である。したがって基本的な主義は、溶解した気体が開口外周から電極表面に通るかもしれない経路が、溶解した気体がＧＰＭから電極表面に運搬される経路に比較して長く保たれることである。１μｍの厚みのゼラチン電解質層では５０μｍの被膜が適当である。別法では、光形成されたゼラチンフィルムの透過性は、露光及び現像後の焼付け工程の時間及び温度を変えるだけでなく、沈着させる前にその混合物に含まれるゼラチン固形物に対する架橋剤（例えば、重クロム酸塩）の比率を変化させる方法によって調節することができる。架橋剤、焼付けの期間及び温度を増加させることはすべて、酸素及び他の気体に対するゼラチンフィルムの透過性を減少させることにつながる。このようにこの作用電極を越えて広がる電解質層の被膜は、存在する架橋剤の量及び／又は焼付け温度及びその時間によって影響される架橋の程度に依存して、結果的に時には５０μｍ以下にまで減少させることができる。（例えば、「Brinker，C. J. and Scherer，G. W.，in "Sol-Gel Science: The Phys ics and Chemistry of Sol-Gel Processing" Academic Press，1990」参照）当業者は、平面状の電解質を通過する酸素の流量が定められた割合、例えば気体透過性膜を通過する流量の５％、３％、１％、または好ましくは０．５％を確実に越えないように、相対的な寸法を算出する方法を理解するであろう。観察された出力の特徴は、驚くべきことに封止構造に類似しており、米国特許第4,682, 602号（Prohaska）のピン−ホール型電極とは全く似ていない。ここでも米国特許第5,200,051号に記載された微細加工の方法は、特定の上面に位置する構造の寸法を調節する場合に特に効果的である。同一のシリコンチップの上で加工された好適なセンサ構造が、図２Ａ及び２Ｂに示されている。この特殊な図の寸法によると、作用電極と対極／参照電極の組合せ電極の間の水平方向の距離は約１ｍｍ以上である。別の場合では、ＣＲＥは別のチップ上に配設されていてもよいが、利便性は劣る。開放型構造のＷＥと参照電極が同一のチップに配設されている場合には、それらの間に位置づけられている（即ち、電気的に接続している）導電性の液体について作動中の装置は、二つの電極と電気的に接続している薄い導電層（ＣＬ）を形成することによって克服することができる。形成されたＣＬを備える装置は、ここでは加湿気体で作動できる。実際のＣＬはたくさんの型をとることが可能である。例えば、塩が浸透したり充分な水を吸収して導電性の経路を形成することができる例えばゼラチンの重クロム酸塩のような光形成されたタンパク質性層が、一つの有用な態様である。二つ目の実施可能な態様は、水と酸素の存在下で安定な導電性有機ポリマーを含んでいる。好適な導電性有機ポリマーには、例えばポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどが含まれ、それらは例えばヨウ素、ほう素、トリフッ化物などのドーパントを任意で含んでいてもよい。図２Ｃ及び２Ｄには、装置に導電層を配設した二つの態様が示されている。部分的なまたは完全な被膜が実用されている。他の場合では電解質層は、図２Ｅ及び２Ｆに示されているように図２Ａ及び２Ｂの電極間の領域を橋渡しするように広がっているであろう。本発明の重要な態様は、ＥＬがチップの表面に接着しない材料かまたは水性媒体と直接接触するように持ち込まれた場合に溶解する材料からなる開放型の構造で、ＥＬを制限する問題を解決する。機能性は、米国特許第5,200,051号に記載されているシリコンブロック共重合体のようなＧＰＭ材料が、この特許にも記載されている光形成可能なゼラチン（タンパク質性材料）のような材料に優れた接着性を持つことに基づいている。したがって図２Ｇ〜２Ｉは、タンパク質性層、例えば光形成されたタンパク質性層（ＰＰＬ）が、ＥＬの前方の電極の周りにまず配設されており、それをＰＰＬで制限し形成されている。それから、ＧＰＭがＥＬ、及びＰＰＬの少なくとも一部の上方に配設される。光開始剤を含む光形成性のサカナのゼラチンからなる好ましいＰＰＬは、ノーランド・プロダクツ（No rland Products，Inc.）（ニュージャージー州、ニューブルンスウィック）から購入することができる。最も好ましい場合は、ＰＰＬはゼラチンの重クロム酸塩である。本発明に適したこの材料及び他の材料についての更なる考察は、米国特許第5,200,051号（Cozzette）に見出され、特にセクション６．１．３においてＰＰＬについて詳細に説明されている。上述したアプローチは、ＥＬを作るために選択することのできる構成成分の範囲を非常に自由度があるようにしつつ、センサの全体の位置配置に構造的安定性及び統合性をもたらす。こうして、ＧＰＭがＯ−リングによって位置づけ固定されている（またＥＬ複合剤が例えば可溶性の糖または塩などの可溶性成分を含んでいる）ような非−微細加工された装置にのみ当業者が関連しているこのようなＥＬ複合剤までも、本発明の開放型構造によって適応される可能性がある。最後に図２Ｊは、検出装置の「開口」外周部が上表面に設けられている本発明のさらにもう一つの態様を示している。このようにＥＬが金電極を覆って配設された後、センサ上でＥＬのきわめて端部の近くに、そのＥＬの上面を完全に封止することなくＧＰＭが配設されるように、処理工程のパラメータを部分的に変えることができる。これらの方法は、ここに記載されたＧＰＭを加工するのに用いることが可能な、米国特許第5,200,051号におけるシロキサン−非シロキサン共重合体を製作する工程についての記載から明らかとなろう。６．実施例６．１．酸素センサ熱的酸化を行うことによって二酸化珪素の表面層（１）を製造したシリコンウェハを、チタン−タングステン合金の層をまずスパッタリングし、次に金の層をスパッタリングした（２）。標準的なホトリソグラフィー工程がパターンニングを行うべく金属をマスクするために用いられ、図３Ａに示されているユニットセル構造が出来上がる。ポリイミド（３、白い領域）をスピン−コーティングし、続いてそのウェハ上に保護された導電線と露出した電極表面領域（直径がそれぞれ１０μｍの内側の蹄鉄形の構造のものについている４個の小さい丸）を、図３Ａ及び図３Ｂに示されているように光形成した。４インチのシリコンウェハには、約３００ユニットセルが含まれる。サカナのゼラチンの重クロム酸塩からなる層を続いてウェハ上にスピン−コーティングし、マスクを通して紫外線を照射してから水で現像することにより、図３Ｂに示されているような構造（４、約１μｍの厚み）が出来上がる。次にウェハを１２０℃で１時間、オーブンで焼き付ける。最後に厚みが１μｍのジメチルシロキサン−ビスフェノールＡカーボネート共重合体（ＧＰＭ、大きな斜線が施された丸）をそのゼラチン層を覆って配設し、米国特許第5,200,051号のセクション６．１．５に記載された方法でパターンニングする。図３Ａまたは３Ｂは、確実な実質的に酸素がＧＰＭを通って電極に輸送されるような寸法を持つ最終的な酸素電極構造を示している。また図３Ａに示されている点線は、液体試料チャンネルのとりうる幅を示している。このセンサの後処理には、水性の緩衝溶液（５０ｍｍのＮａＣｌにBorax-ＮａＯＨを加えた溶液が好ましい）で洗浄する工程が含まれる。前述したように酸素電極は、同じように（例えば５）加工された露出した銀− 塩化銀電極を用いたりまたは米国特許第4,933,048号に記載された参照電極を用いたりして作動させることができる。上述した酸素センサを用いると、血液試料中に含まれる酸素の濃度は、この血液試料をこの酸素センサとまず接触させることによって検出される。次に電位を、作用電極で酸素の分子が効果的に還元できるように対極／参照電極に比較して作用電極にかける。酸素濃度の関数であるこの装置の電流出力を続いて測定し、標準曲線により試料中の酸素濃度と関連づける。６．２．二酸化炭素センサ二酸化炭素センサのための金属層及びポリイミド層の加工工程は、前述した酸素センサで行ったのと同じである。光形成可能なゼラチン層の加工工程は、用いたマスクが異なり、金電極の上に直接形成される領域が現像工程で除去されること以外同じである（例えば図３Ａ参照）。次に炭酸水素ナトリウムキンヒドロンと塩化ナトリウムとショ糖との水性混合溶液を、例えば米国特許第5,200,051号のセクション５．４に記載された塗布手段を用いて金電極を直接覆う領域に塗布する。シリコン層は、酸素センサについて前に記述したのと同じ方法で形成することができる。他の方法では、気体透過性層をその膜の材料を塗布することによって形成してもよい。この例では有機溶媒に溶解した塩化ポリビニル（ＰＶＣ）をシリコンに代わるものとして用いることができる。血液試料を上述したＣＯ₂センサと接触させた後で、二酸化炭素濃度に対する電位の標準曲線に比較参照することによって、その血液試料に含まれるＣＯ₂濃度を測定する。この電位差測定法は、溶解した二酸化炭素が平衡になることによって行われ、それは水素イオン及び炭酸水素イオンの形成と平衡する。これらのイオンは次に、上記のヴァン・ケンペン（Van Kempen）によって以前に記載されたようにキンヒドロン電位に影響を与える。酸素センサについて記載した参照電極の代替物と同じものが、二酸化炭素センサにおいても適当である。好ましい態様において上述した実施例のセンサは、米国特許第5,096,669号（L auks）に記載されているような外部読み取り装置に挿入できる使い捨てのカートリッジ内に収容される。なおこの文献の明細書は、参照としてその全体が本明細書に組み入れられる。前述した実施例は本発明の好ましい態様の例を提示するためのものであって、本発明の目的を本明細書に記載された詳細な説明と組み合わせて考察した後で本発明の他の態様が当業者に明らかとなるように、本発明がそれに限定されるように解釈されるべきではない。例えば、未知の液体に含まれる気体濃度を測定する方法は、既知の試料でこの検出装置を初めに較正することによって任意で補正することができる。この装置の「濡れ上がり」の最中にこのような較正用液体を効果的に使用する方法についてのさらなる説明は、米国特許第5,112,455号の明細書に記載されており、この文献の明細書全体は、参照として本明細書に組み入れられる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者ピエースレイモンドジェイ. カナダ国オンタリオ州オタワリスガーストリート 586 (72)発明者ウィッドリックシンドラエー. アメリカ合衆国ペンシルベニア州ノースウェールズホワイトオークレーン 111

Claims

【特許請求の範囲】１．下記（ａ）〜（ｃ）を含む、液体試料に溶解した気体の濃度を測定するための微細加工された検出装置。（ａ）共通基板または分離基板上に配設された作用電極（ＷＥ）及び対極／参照電極（ＣＲＥ）であって、そのＣＲＥの構成成分による前記ＷＥの汚染を最小にするのに有効な距離だけ離れて位置づけられている、ＷＥ及びＣＲＥ、（ｂ）前記基板上に配設されて前記ＷＥを封入する電解質層（ＥＬ）、及び（ｃ）前記ＥＬは封止しないように配設されかつ前記ＷＥを覆って位置づけられている気体透過性膜（ＧＰＭ）であって、この装置と接触する液体試料から前記ＷＥへの気体の流量がそのＧＰＭを通過する気体量の関数となるように、前記ＧＰＭ及び前記ＥＬのそれぞれが前記ＷＥに応じた寸法及び位置関係を保っている、ＧＰＭ。２．下記（ａ）〜（ｄ）を含む、液体試料に溶解した気体の濃度を測定するための微細加工された検出装置。（ａ）平面基板（ｂ）前記基板上に配設され、かつ対極／参照電極（ＣＲＥ）の構成成分による前記作用電極（ＷＥ）の汚染を最小にするのに有効な距離だけ離れて位置づけられている、ＷＥ及びＣＲＥ、（ｃ）前記基板上に配設されて前記ＷＥを封入する電解質層（ＥＬ）、及び（ｄ）前記ＥＬは封止しないように配設されかつ前記ＷＥを覆って位置づけられている気体透過性膜（ＧＰＭ）であって、この装置と接触する液体試料から前記ＷＥへの気体の流量がそのＧＰＭを通過する気体量の関数となるように、前記ＧＰＭ及び前記ＥＬのそれぞれが前記ＷＥに応じた寸法及び位置関係を保っている、ＧＰＭ。３．下記（ａ）〜（ｅ）を含む、液体試料に溶解した気体の濃度を測定する方法。（ａ）次の（ｉ）〜（iii）を含む微細加工された検出装置を準備する工程、（ｉ）共通基板または分離基板上に配設された作用電極（ＷＥ）及び対極／参照電極（ＣＲＥ）であって、そのＣＲＥの構成成分による前記ＷＥの汚染を最小にするのに有効な距離だけ離れて位置づけられている、ＷＥ及びＣＲＥ、（ii）前記基板上に配設されて前記ＷＥを封入する電解質層（ＥＬ）、及び（iii）前記ＥＬは封止しないように配設されかつ前記ＷＥを覆って位置づけられている気体透過性膜（ＧＰＭ）であって、この装置と接触する液体試料から前記ＷＥへの気体の流量がそのＧＰＭを通過する気体量の関数となるように、前記ＧＰＭ及び前記ＥＬのそれぞれが前記ＷＥに応じた寸法及び位置関係を保っている、ＧＰＭ、（ｂ）前記装置に気体を含む液体試料を接触させることにより、前記液体試料によって前記ＷＥ及びＣＲＥの間に低インピーダンスの経路を形成する工程、（ｃ）前記気体の分子が前記ＷＥで還元反応を効果的に行うことができるように前記ＣＲＥに対して前記ＷＥに電圧をかける工程、（ｄ）前記装置の出力電流を測定する工程、並びに（ｅ）前記気体の濃度を検出する工程。４．下記（ａ）〜（ｄ）を含む、液体試料に溶解した気体の濃度を測定する方法。（ａ）次の（ｉ）〜（iii）を含む微細加工された検出装置を準備する工程、（ｉ）共通基板または分離基板上に配設された作用電極（ＷＥ）及び参照電極（ＣＲＥ）であって、そのＣＲＥの構成成分による前記ＷＥの汚染を最小にするのに有効な距離だけ離れて位置づけられている、ＷＥ及びＣＲＥ、（ii）前記基板上に配設されて前記ＷＥを封入する電解質層（ＥＬ）、及び（iii）前記ＥＬは封止しないように配設されかつ前記ＷＥを覆って位置づけられている気体透過性膜（ＧＰＭ）であって、この装置と接触する液体試料から前記ＷＥへの気体の流量がそのＧＰＭを通過する気体量の関数となるように、前記ＧＰＭ及び前記ＥＬのそれぞれが前記ＷＥに応じた寸法及び位置関係を保っている、ＧＰＭ、（ｂ）前記装置に気体を含む液体試料を接触させることにより、前記液体試料によって前記ＷＥ及びＲＥの間に低インピーダンスの経路を形成する工程、（ｃ）前記ＷＥと前記ＲＥの間の電位差を測定する工程、並びに（ｄ）前記気体の濃度に前記電位差を関連付ける工程。５．気体が酸素である、請求の範囲３の方法。６．気体が二酸化炭素である、請求の範囲４の方法。７．下記（ａ）〜（ｄ）を含む、試料に含まれる気体の濃度を測定するための微細加工された検出装置。（ａ）共通基板上に配設された作用電極（ＷＥ）及び対極／参照電極（ＣＲＥ）であって、そのＣＲＥの構成成分による前記ＷＥの汚染を最小にするのに有効な距離だけ離れて位置づけられている、ＷＥ及びＣＲＥ、（ｂ）前記基板上に配設されて前記ＷＥを封入する電解質層（ＥＬ）、（ｃ）前記ＷＥと前記ＣＲＥの間を電気的に接続するための前記基板上に配設された導電層（ＣＬ）、及び（ｄ）前記ＥＬは封止しないように配設されかつ前記ＷＥを覆って位置づけられた気体透過性膜（ＧＰＭ）であって、この装置と接触する試料から前記ＷＥへの気体の流量がそのＧＰＭを通過する気体量の関数となるように、前記ＧＰＭ及び前記ＥＬのそれぞれが前記ＷＥに応じた寸法及び位置関係を保っている、ＧＰＭ。８．ＥＬが、ＣＲＥと電気的に接続することによりＣＬとして機能している、請求の範囲７の装置。９．試料が、空気、気体、加湿された空気、加湿された気体、または液体からなる群より選択されるものである、請求の範囲７の装置。１０．下記（ａ）〜（ｅ）を含む、試料に含まれる気体の濃度を測定する方法。（ａ）次の（ｉ）〜（iii）を含む微細加工された検出装置を準備する工程、（ｉ）共通基板上に配設された作用電極（ＷＥ）及び対極／参照電極（ＣＲＥ）であって、そのＣＲＥの構成成分による前記ＷＥの汚染を最小にするのに有効な距離だけ離れて位置づけられている、ＷＥ及びＣＲＥ、（ii）前記基板上に配設されて前記ＷＥを封入する電解質層（ＥＬ）、（iii）前記ＷＥと前記ＣＲＥの間を電気的に接続するための前記基板上に配設した導電層（ＣＬ）、及び（iv）前記ＥＬは封止しないように配設されかつ前記ＷＥを覆って位置づけられている気体透過性膜（ＧＰＭ）であって、この装置と接触する試料から前記ＷＥへの気体の流量がそのＧＰＭを通過する気体量の関数となるように、前記ＧＰＭ及び前記ＥＬのそれぞれが前記ＷＥに応じた寸法及び位置関係を保っている、ＧＰＭ、（ｂ）前記装置に気体を含む液体試料を接触させる工程、（ｃ）前記気体の分子が前記ＷＥで還元反応を効果的に行うことができるように前記ＣＲＥに対して前記ＷＥに電圧をかける工程、（ｄ）前記装置の出力電流を測定する工程、並びに（ｅ）前記気体の濃度を検出する工程。１１．下記（ａ）〜（ｄ）を含む、試料に含まれる気体の濃度を測定する方法。（ａ）次の（ｉ）〜（iii）を含む微細加工された検出装置を準備する工程、（ｉ）共通基板上に配設された作用電極（ＷＥ）及び参照電極（ＲＥ）であって、そのＲＥの構成成分による前記ＷＥの汚染を最小にするのに有効な距離だけ離れて位置づけられている、ＷＥ及びＲＥ、（ii）前記基板上に配設されて前記ＷＥを封入する電解質層（ＥＬ）、及び（iii）前記ＷＥと前記ＣＲＥの間を電気的に接続するための前記基板上に配設した導電層（ＣＬ）、及び（iv）前記ＥＬは封止しないように配設されかつ前記ＷＥを覆って位置づけられている気体透過性膜（ＧＰＭ）であって、この装置と接触する試料から前記ＷＥへの気体の流量がそのＧＰＭを通過する気体量の関数となるように、前記ＧＰＭ及び前記ＥＬのそれぞれが前記ＷＥに応じた寸法及び位置関係を保っている、ＧＰＭ、（ｂ）前記装置に気体を含む液体試料を接触させる工程、（ｃ）前記ＷＥと前記ＲＥの間の電位差を測定する工程、並びに（ｄ）前記気体の濃度を検出する工程。１２．気体の濃度が、測定した出力電流を、試料に含まれる気体の部分圧に出力電流を相関させた標準曲線と比較することによって決定される、請求の範囲１０の方法。１３．気体の濃度が、測定された電位差を、試料に含まれる気体の部分圧に電位差を相関させた標準曲線と比較することによって決定される、請求の範囲１１の方法。１４．微細加工された検出装置を、その装置が試料と接触する前または後のいずれかに較正用液体と接触させる工程をさらに含む、請求の範囲１０の方法。１５．微細加工された検出装置を、その装置が試料と接触する前または後のいずれかに較正用液体と接触させる工程をさらに含む、請求の範囲１１の方法。１６．距離が少なくとも約１ｍｍである、請求の範囲１の装置。１７．距離が少なくとも約１ｍｍである、請求の範囲２の装置。１８．距離が少なくとも約１ｍｍである、請求の範囲７の装置。１９．ＷＥが金を含み、ＣＲＥが銀／塩化銀を含み、ＥＬが光形成したゼラチンを含み、ＧＰＭがシリコンブロック共重合体を含む、請求の範囲１の装置。２０．ＷＥが金を含み、ＣＲＥが銀／塩化銀を含み、ＥＬが光形成したゼラチンを含み、ＧＰＭがシリコンブロック共重合体を含む、請求の範囲２の装置。２１．ＷＥが金を含み、ＣＲＥが銀／塩化銀を含み、ＥＬが光形成したゼラチンを含み、ＧＰＭがシリコンブロック共重合体を含む、請求の範囲７の装置。２２．ＥＬが、ゼラチン固体に対する架橋剤の比率を増加させることによって気体に対する透過性が減少した光形成されたゼラチンを含む、請求の範囲７の装置。２３．ＥＬが、温度を上昇させて加熱する工程を延長することによって気体に対する透過性が減少した光形成されたゼラチンを含む、請求の範囲７の装置。２４．光形成されたゼラチンが、１２０℃で１時間加熱されたゼラチンである、請求の範囲２３の装置。２５．ＣＬが、吸湿性の塩を含有する光形成されたゼラチン層を含む、請求の範囲７の装置。２６．ＣＬが導電性ポリマーを含む、請求の範囲７の装置。２７．導電性ポリマーが、ポリピロール、ポリチオフェン、及びポリアニリンからなる群より選択されるものである、請求の範囲２６の装置。２８．導電性ポリマーがさらにドーパントを含む、請求の範囲２６の装置。２９．導電性ポリマーがさらにドーパントを含む、請求の範囲２７の装置。３０．導電性ポリマーが、ハロゲン化物、窒化物、リン化物、及び硫化物からなる群より選択されたドーパントをさらに含む、請求の範囲２６の装置。３１．導電性ポリマーが、ハロゲン化物、窒化物、リン化物、及び硫化物からなる群より選択されたドーパントをさらに含む、請求の範囲２７の装置。３２．下記（ａ）及び（ｂ）を含む、液体試料に含まれるアナライトの濃度を測定するための微細加工された検出装置。（ａ）共通の平面基板上に配設された作用電極（ＷＥ）及び対極／参照電極（ＣＲＥ）であって、少なくとも一つの寸法が実質的に異なっている、ＷＥ及びＣＲＥ、及び（ｂ）前記ＷＥを覆って配設された少なくとも第１層であって、前記第１層のトポロジー的特徴において前記実質的に異なる寸法の逆効果を効果的に最小にすることのできる距離だけ離れて前記ＷＥおよびＣＲＥが位置づけられている、第１層。３３．アナライトが溶解している気体である、請求の範囲３２の装置。３４．第１層が電解質層を含む、請求の範囲３２の装置。３５．第１層を覆って配設された第２層をさらに含む、請求の範囲３４の装置。３６．第２層が、前記第１層を封止しないが前記ＷＥを覆って位置づけられた気体透過層を含む、請求の範囲３５の装置。３７．寸法が電極の厚みである、請求の範囲３２の装置。３８．距離が少なくとも約１ｍｍである、請求の範囲３２の装置。