KR20130057477A - 대칭적으로 분포된 분해물질 민감성 영역들을 갖는 전기화학적 센서 - Google Patents

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게오르게타 리카
칼-하인츠 쾰커
에발트 리거
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에프. 호프만-라 로슈 아게
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Abstract

본 발명은, 예컨대, 센서가 환자의 피부 속 피하에 삽입되는 경우에 체액과의 접촉을 위해 노출된 다수의 전극 영역들을 채용하는 전기화학적 센서를 제공한다. 노출된 전극 영역들은 대칭적으로 배열되어, AC 신호가 센서에 인가되는 경우에 대칭적 전위 분포가 생성된다. 이들 가르침들을 따르는 센서들은 센서의 특성들을 결정하고 이에 따라 센서 성능을 개선하기 위해 AC 신호들과 함께 유익하게 사용될 수 있다. 이들 가르침들은 또한 체액과의 접촉을 위해 노출된 다수의 기준 전극 영역들을 갖는 생체적합성 센서를 제공한다.

Description

대칭적으로 분포된 분해물질 민감성 영역들을 갖는 전기화학적 센서{ELECTROCHEMICAL SENSOR HAVING SYMMETRICALLY DISTRIBUTED ANALYTE SENSITIVE AREAS}
본 발명은 생체내 (in vivo) 측정에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 발명은 체액들에서의 특정 물질들의 농도를 감지하는 것, 및 감지하는 센서들에 관한 것이다.
체액에서의 특정 화학물질 (chemicals) 의 농도의 측정은 많은 유형들의 의료적 진단 및 처치를 위해 유용하다. 예를 들어, 인슐린 의존적 당뇨병 환자들은 그들의 혈액에서의 포도당의 농도를 날마다 다수 회 측정해야 하고, 포도당의 생체내 측정들을 위한 전기화학적 센서들은 알려져 있다. 이러한 센서들은 통상, 조직 내에 삽입될 수 있고 삽입 후에 간질액과 접촉하게 되는 하나 이상의 전극들을 구비하는 일 부분을 가진다. 사람 외부의 전자 회로는 전기적 신호들을 센서 전극들로 전송하고 유체/조직 및 전극들 사이에서 일어나는 전기화학적 반응을 모니터링함으로써 센서의 동작을 제어하는데 이용된다.
계속적인 모니터링을 위해 이용되는 생체내 센서들이 가지는 하나의 문제는 센서의 물리적 및/또는 화학적 특성들 뿐만 아니라 식립 부위 (implantation site) 를 둘러싸는 조직의 조직구조 (histology) 가 시간경과에 따라 변한다는 것이다. 예를 들어, 센서의 커패시턴스는 변할 수도 있거나, 센서의 도전성 경로는 실패할 수도 있거나, 또는 센서에서의 하나 이상의 멤브레인들의 투자율 (permeability) 은 변할 수 있다. 마찬가지로, 분해물질을 포함하는 환경에서 퇴적하는 백혈구들 및 피브린의 이동은, 예를 들어, 센서의 환경의 도전율을 변경시킬 수 있다. 미국 특허출원공개 제2008/0214910호는, 참조로 본원에 통합되는 것이며, AC 입력 신호를 센서의 전극들에 인가하는 것 및 이에 의해 생성되는 AC 출력 신호를 모니터링하는 것을 교시한다. 이들 AC 신호들에 기초한 센서의 복소 임피던스 (complex impedance) 는 결정될 수 있으며, 그것으로부터 센서의 변화하는 특성들에 관한 정보가 결정될 수 있다. 센서 성능은 따라서 개선될 수 있다.
미국 특허출원공개 제2008/0214910호에 의해 개시된 바와 같은 개선들에도 불구하고, 생체내 센서들은 내구도, 정확도, 제조 용이성, 및 사용 시의 잠정적 수명이 여전히 제한되고 있다. 따라서 개선된 생체내 센서들 및 감지 기법들이 필요하다.
본 발명은, 서로에 대해 대칭적으로 배열되는 다수의 노출된 분해물질 민감성 전극 영역들을 채용하며 이로 인해 센서에 교류 전류가 인가되는 경우에 대칭적 전위 분포가 생성되는 전기화학적 센서를 제공한다. 이들 가르침들을 따르는 센서들은 센서의 특성들을 결정하고 이에 따라 센서 성능을 개선하기 위해 AC 신호들과 함께 유익하게 사용될 수 있다. 이들 가르침들은 또한 다수의 노출된 기준 전극 영역들을 갖는 생체적합성 (biocompatible) 센서를 제공한다.
하나의 실시형태에서, 생체내 사용을 위한 전기화학적 센서가 제공된다. 그 센서는 기판, 기판 상에 또는 내에 형성된 그리고 체액과의 접촉을 위해 노출된 다수의 작업 전극 영역들을 갖는 작업 전극을 포함한다. 그 센서는 또한, 기판 상에 또는 내에 형성된 그리고 체액과의 접촉을 위해 노출된 적어도 하나의 제 2 전극 영역을 갖는 제 2 전극을 구비한다. 다수의 작업 전극 영역들 및 적어도 하나의 제 2 전극 영역은 서로에 대해 대칭적으로 배열되어서, 센서에 교류 전류가 인가되는 경우에 대칭적 전위 분포가 획득된다.
그 센서는 적어도 하나의 제 2 전극 영역이 다수의 제 2 전극 영역들을 포함하도록 추가로 구성될 수도 있다. 더 상세하게는, 제 2 전극은 기준 전극을 포함할 수도 있고 다수의 제 2 전극 영역들은 체액과의 접촉을 위해 노출된 기준 전극 영역들을 포함할 수도 있다. 게다가, 센서는 또한, 기판 상에 또는 내에 형성된 대향 전극으로서, 체액과의 접촉을 위해 노출된 적어도 하나의 대향 전극 영역을 포함하는 대향 전극을 구비할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 대향 전극은 체액과의 접촉을 위해 노출된 다수의 대향 전극 영역들을 가질 수도 있다. 이 경우, 다수의 작업 전극 영역들, 다수의 대향 전극 영역들 및 다수의 기준 전극 영역들 서로에 대해 대칭적으로 배열된다. 이런 방식으로, 센서에 교류 전류가 인가되는 경우에 대칭적 전위 분포가 생성된다.
일부 경우들에서 체액과의 접촉을 위해 노출된 다수의 기준 전극 영역들을 사용하는 생체내 센서는 이러한 기준 전극 영역들의 모두가 은 은/염화물 (Ag/AgCl) 을 구비한다면 세포독성 문제를 접하게 될 수도 있으며, 은 은/염화물은 세포독성 문제가 아니면 기준 전극들에 대한 바람직한 조성물이다. 그러나, 놀랍게도, 이러한 다수 영역들의 센서에서의 노출된 기준 전극 영역들의 모두는 그것들이 서로 전기 접속되는 경우에 Ag/AgCl을 포함하는 것이 필요하지 않다는 것이 확인되었다. 대신, 비부식성 도전성 재료, 이를테면 노출된 금 또는 팔라듐 또는 탄소의 전극은 특정 포지션에서 전위를 감지 가능하고 퍼텐쇼스탯 (potentiostat) 또는 다른 디바이스에 필요한 피드백을 제공 가능하여 센서의 정전위적 제어를 가능하게 한다.
다른 실시형태에서, 체액을 테스트하기 위한 전기화학적 바이오센서가 제공된다. 그 센서는 기판, 기판 상에 또는 내에 형성된 작업 전극, 기판 상에 또는 내에 형성된 대향 전극, 및 기판 상에 또는 내에 형성되어 체액과의 접촉을 위해 노출되는 다수의 분해물질 민감성 기준 전극 영역들을 포함하는 기준 전극을 구비한다. 이 센서에서 다수의 기준 전극 영역들 중 적어도 하나는 나머지 기준 전극 영역들과는 상이한 재료 조성물을 포함한다. 더 상세하게는, 다수의 기준 전극 영역들 중 적어도 하나는 Ag/AgCl을 포함하고 그 영역들의 나머지는 비부식성 도체, 이를테면 금, 백금 또는 탄소를 포함한다.
다음의 첨부 도면들에 연계하여 얻어지는 본 발명의 실시형태들의 다음의 설명을 참조하여 본 발명의 위에서 언급된 양태들 및 그것들을 획득하는 방식은 더 명확하게 될 것이고 본 발명 자체는 양호하게 이해될 것이다:
도 1a는 생체내 센서의 사시도이다;
도 1b는 도 1a의 생체내 센서의 전개 사시도이다;
도 2a 및 도 2b는 도 1a 및 1b에 묘사된 센서에 대한 시간 경과에 따른 임피던스 크기 및 위상을 각각 도시하는 그래프들이다;
도 2c는 도 1a 및 1b에 묘사된 센서에 대한 전위 대 로케이션의 그래프이다;
도 2d는 도 1a 및 1b에 묘사된 센서에 대한 개략적인 전기적 필드 라인 다이어그램이다;
도 3a는 생체내 센서의 사시도이다;
도 3b는 도 3a의 생체내 센서의 전개 사시도이다;
도 4a 및 도 4b는 도 3a 및 도 3b에 묘사된 센서에 대한 시간 경과에 따른 임피던스 크기 및 위상을 각각 도시하는 그래프들이다;
도 4c는 도 3a 및 도 3b에 묘사된 센서에 대한 전위 대 로케이션의 그래프이다;
도 4d는 도 3a 및 도 3b에 묘사된 센서에 대한 개략적인 전기적 필드 라인 다이어그램이다;
도 5a는 다른 생체내 센서 실시형태의 확대 부분 평면도이다;
도 5b는 상이한 특징들을 예시하는 도 5a의 센서의 확대 부분 평면도이다;
도 6a 및 도 6b는 도 5a 및 도 5b에 묘사된 센서에 대한 시간 경과에 따른 임피던스 크기 및 위상을 각각 도시하는 그래프들이다;
도 7a는 다른 생체내 센서 실시형태의 확대 부분 평면도이다;
도 7b는 상이한 특징들을 예시하는 도 7a의 센서의 확대 부분 평면도이다;
도 8a 및 도 8b는 도 7a 및 도 7b에 묘사된 센서에 대한 시간 경과에 따른 임피던스 크기 및 위상을 각각 도시하는 그래프들이다; 그리고
도 9는 생체내 센서의 다른 실시형태의 도면이다.
아래에서 설명되는 본 발명의 실시형태들은 다음의 상세한 설명에서 개시된 정확한 형태들로 본 발명을 제한하거나 철저하게 같게 할 의도는 아니다. 오히려, 그 실시형태들은 그 기술분야의 다른 숙련된 자들이 본 실시형태들의 원리들 및 실용들을 올바로 평가하고 이해할 수도 있도록 선택되고 설명된다.
이제 도 1a 및 1b로 가면, 하나의 실시형태에 따른 센서의 컴포넌트들이 도시된다. 생체내 센서 (20) 는 접촉 부 (22) 및 몸체 부 (24) 를 가진다. 접촉 부 (22) 는 전압계, 퍼텐쇼스탯, 전류계, 및/또는 다른 검출 또는 디스플레이 컴포넌트들에 대한 전기 접속을 위한 콘택트들 (26, 28, 및 30) 을 구비한다. 그 콘택트들은, 전기화학적 바이오센서들의 기술분야에서 잘 알려진 바와 같은, 센서에서의 전위 또는 전류를 제어하고 센서의 감지부로부터의 전기 신호를 수신 및 평가하는 그런 디바이스들과 직접 또는 간접으로 접속될 수도 있다.
또한 도 1a와 특히 도 1b에서 알 수 있는 바와 같이, 센서 (20) 는, 전극 시스템 및 다른 컴포넌트들을 지지하는 절연성 재료를 포함하는 베이스 기판 (32) 을 구비한다. 보통, 비닐 중합체들, 폴리이미드들, 폴리에스테르들, 및 스티렌들과 같은 플라스틱들은 요구되는 전기적 및 구조적 성질들을 제공한다. 게다가, 특정 실시형태들에서의 센서가 재료의 롤 (roll) 들로부터 대량 생산가능할 수도 있기 때문에, 재료성질들은 롤 프로세싱을 위한 충분한 유연성을 가지면서도, 또한 마감된 센서에 대한 유용한 강성도 (stiffness) 를 제공하는 적절한 것일 것이 바람직하다. 베이스 기판은 폴리에스테르, 특히 고온 폴리에스테르 재료들; 폴리에틸렌 나프탈레이트 (PEN); 및 폴리이미드, 또는 이것들의 둘 이상의 혼합물들과 같은 플렉시블 중합체 재료로서 선택될 수 있다. 폴리이미드들은, 예를 들어 E.I. duPont de Nemours 및 Company of Wilmington, Del. (duPont) 로부터 상품명 Kapton®으로 상업적으로 입수가능하다. 특히 적합한 베이스 기판 재료는 duPont에서 입수가능한 MELINEX® 329이다.
도 1a 및 1b에서 예시된 실시형태는 콘택트 (26) 에 접속된 대향 전극 (34), 콘택트 (30) 에 접속된 작업 전극 (36) 및 콘택트 (28) 에 접속된 기준 전극 (38) 을 구비한 3-전극 시스템을 사용한다. 전극들 및 전극 시스템은 이 기술분야에서 공지된 바와 같은 다양한 재료들로부터 형성될 수도 있다. 전극들은 비교적 낮은 전기 저항을 가진 그리고 센서의 동작 범위에 걸쳐 전기화학적으로 불활성인 비부식성 도전체들이어야 한다. 작업 전극을 위한 적합한 도전체들은 금, 팔라듐, 백금, 탄소, 티타늄, 루테늄 이산화물, 및 인듐 주석 산화물, 그리고 이리듐, 뿐만 아니라 다른 것들을 포함한다. 대향 전극 (34) 은 동일한 또는 상이한 재료들로 만들어질 수도 있다. 마찬가지로, 기준 전극 (38) 은 동일한 재료들을 포함할 수도 있고 또한 은/은 염화물을 포함할 수도 있다. 전극들은 적절한 도전율 및 무결성의 전극들이 제공되게 하는 임의의 형태로 베이스 기판에 적용될 수도 있다. 예시적인 프로세스들은 이 기술분야에서 알려져 있고, 예를 들어, 스퍼터링, 프린팅 등을 포함한다. 하나의 실시형태에서, 금 전극들은 전극 시스템을 얻기 위해 베이스 기판을 코팅한 다음 코팅의 선택된 부분들을 제거함으로써 제공된다. 임의의 기존 기법이 전기 콘택트들 (26, 28, 30) 및 전극들을 규정하기 위해 증착된 막의 영역들을 선택적으로 제거하는데 이용될 수도 있고, 이러한 기존의 기법들의 예들은 레이저 어블레이션 (laser ablation), 화학적 에칭, 건식 에칭 등을 포함하지만 그것들로 제한되지는 않는다.
도 1a 및 1b에 묘사된 센서 (20) 의 작업 및 대향 전극들 (34 및 36) 각각은 다수의 노출된 전극 영역들을 가진다. 이들 영역들은 도 1b에 도시된 바와 같은 전극들의 도전성 부분에 의해 부분적으로 형성되며, 대향 전극 (34) 은 유사한 작업 전극 세그먼트들 (42) 과 깍지끼어진 (interdigitated) 여러 대향 전극 세그먼트들 (40) 을 구비한다. 단일 기준 전극 세그먼트 (44) 는 기준 전극 도전체의 말단에서 규정되고 그 뒤를 대향 전극 (40) 및 작업 전극 (42) 세그먼트들의 10 쌍들이 각각 따른다.
도 1a 및 1b를 더 참조하면, 절연 막 (46) 이 덮개로서 베이스 기판 및 전극 패턴 위에 겹쳐진다. 그 막 (46) 은 기판에, 예컨대 프린팅, 예컨대, 스크린 프린팅에 의해 적용된다. 막 (46) 을 위한 적합한 재료들은 Peters로부터 입수가능한 SD 2460/201, 및 DuPont 로부터 상품명들 Pyralux 또는 Vacrel 로 판매되는, 접착제, 광촬상가능 (photoimagable) 폴리이미드를 갖는 적층형 폴리에스테르를 포함한다. 그 막 (46) 은 센서의 말단 가까이에서 종단하며, 이에 의해 위에서 설명된 바와 같이, 미터 또는 다른 디바이스와 접촉하기 위해 노출된 콘택트들 (26 - 30) 을 남겨두는 상단 말단 또는 에지 (48) 를 가진다. 게다가, 막 (46) 은 작업, 대향 및 기준 전극 세그먼트들의 선택된 부분들을 노출시키기 위한 사이즈로 되고 위치되는 개구부들을 가진다. 도 1b에 예시된 실시형태에서, 개구부 (52) 는 기준 전극 세그먼트 (44) 를 노출시키며, 개구부들 (54) 은 대향 전극 세그먼트들 (40) 을 노출시키고, 개구부들 (56) 은 작업 전극 세그먼트들 (42) 을 노출시킨다.
일부 실시형태들에서, 도전성 재료가 개구부들 (52, 54 및 56) 위로 적용되고, 도전성 세그먼트들과 조합하여, 센서 (20) 가 피부 속으로 피하 삽입되는 경우에 체액, 예컨대, 간질액에 노출되는 전극 영역들을 규정한다. 도전성 재료의 조성은 설계 고려사항들과 덮이는 도전성 세그먼트가 작업, 대향, 또는 기준 전극 (36, 34, 38) 의 부분인지의 여부에 의존한다. 옵션으로, 및 아래에서 설명되는 바와 같이, 도전성 세그먼트들 중 하나 이상은 덮이지 않는 대신에 체액과의 접촉을 위해 노출되는 것이 가능하다. 도전성 재료가 전극 세그먼트들을 덮는데 사용되는 경우, 그것은, 경우에 따라, 막 (46) 에서의 개구부들을 통하여 작업, 대향 또는 기준 전극들의 세그먼트들과 전기적으로 접촉한다.
하나의 실시형태에서, 도 1에 도시된 대향 전극 덮개들 또는 "스폿들" (60) 은 막 (46) 위의 개구부들 (54) 의 로케이션에 적용되는 탄소 페이스트 재료로 형성될 수 있다. 덮개들 (60) 을 적용하는 방법은, 예컨대, 이 기술분야에서 공지된 바와 같은 기존의 프린팅 기법일 수 있다. 덮개들은 도 1a에서 묘사되고 사각형이지만, 그것들은 다른 형상들, 예컨대, 둥근, 타원 등으로서 형성될 수도 있다.
작업 전극 세그먼트들을 위한 덮개들 (62) 은 또한 탄소 페이스트 재료로 형성될 수도 있지만, 통상적으로는 또한 체액과의 반응을 위한 시약을 포함한다. 덮개들 (62) 을 위한 재료의 하나의 예는 도전성 탄소 잉크 배합물 (ink formulation) (예컨대, Acheson Colloids로부터 입수가능한 PE401 탄소 페이스트), 망간 이산화물, 및 개구부들 (56) 을 통해 작업 전극 세그먼트들 (42) 상에 투여되는 부틸 글리콜과 같은 용매이다. 다른 기존의 시약 층들이 작업 전극 영역들 상에 대안으로 또는 부가적으로 형성될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 도전성 탄소는 사용되지 않을 것이고 대신 기존의 포도당 옥시다아제 배합물이 작업 전극 세그먼트들 (42) 상에 투여될 수 있다는 것이 특정 실시형태들에서 또한 가능하다. 대향 전극 세그먼트들 (40) 상에 시약 층을 형성하는 것과, 그 시약은 작업 전극 세그먼트들 (42) 상에 형성된 시약 층과 동일할 수도 있거나 또는 동일하지 않을 수도 있다는 것이 또한 가능하다. 이들 가르침들을 따르는 센서들의 전극 세그먼트들을 위한 덮개들 또는 스폿들에 적합한 도전성 재료들에 대한 다른 가능한 변형들은 참조에 의해 통합된 미국 특허출원공개 제2008/0214910호에서 개시되고 참조가 그것에 대해 이루어진다.
게다가, 비록 구체적으로 예시되지 않았지만, 이들 가르침들을 따르는 생체내 센서들은, 예컨대, 작업 전극 영역들로부터 효소들의 확산을 제한하며, 작업 전극 시약 층으로의 분해물질의 확산을 제한하며, 단백질의 흡수를 저해하거나 또는 저항하는 등등을 위해 하나 이상의 부가적인 층들을 포함할 수도 있다. 이러한 층들 또는 멤브레인들은 기존의 친수성 폴리우레탄, 메타크릴포스-포로초인-코-부틸 메타크릴레이트 (Methacroylphos-phorochoine-co-butyl methacrylate; MPC) 등을 포함할 수도 있다. 이러한 저항 층을 형성하는데 사용될 수도 있는 친수성 폴리우레탄의 하나의 예는 Cha 등의 미국 특허 제6,509,148호에 기재되어 있으며, 그것의 개시물은 참조로 본원에 통합된다. 저항 층을 형성하는데 사용될 수도 있는 상업적으로 입수가능한 MPC의 일 예는 일본, 동경의 NOF Corporation으로부터 입수가능하며 상표명 LIPIDURE®으로 판매된다. 이들 가르침들을 따르는 센서들에 적합한 확산 제한 및 다른 멤브레인들을 위한 다른 옵션들 및 변형들은 참조에 의해 통합된 미국 특허출원공개 제2008/0214910호에서 개시되고 참조가 그것에 대해 이루어진다. 도 1a 및 1b에 묘사된 센서의 아키텍처, 멤브레인들 및 다른 특징들에 관한 추가의 세부사항들 및 옵션들은 WO 2010/028708에서 확인될 수 있으며, 그것은 그것의 전체가 참조로 본원에 통합된다.
개구부 (52) 위에 증착되고 기준 전극 세그먼트 (44) 를 전기적으로 접촉시키는 기준 전극 덮개 또는 "스폿" (64) 은 기존의 은/은 염화물 잉크 배합물, 예컨대, Ercon DPM 68로부터 형성될 수도 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 센서 (20) 의 몸체 부 (24) 는 다수의 분산된 분해물질 민감성 영역들, 또는 도전성 덮개들 (60, 62 및 64) 의 로케이션과 동일한 공간을 차지하는 영역들을 구비한다. 따라서, 도 1a는 노출된 기준 전극 영역 (66), 노출된 작업 전극 영역 (68) 및 노출된 대향 전극 영역 (70) 을 도시한다. 그 영역들은 그 다음에 작업 전극 영역 (72), 대향 전극 영역 (74), 작업 전극 영역 (76), 대향 전극 영역 (78) 등의 패턴으로 반복된다. 이해될 바와 같이, 모든 작업 전극 영역들은, 대향 전극 영역들처럼, 센서의 접촉 부 (22) 쪽으로 서로 병렬로 접속된다. 각각의 영역은 하나 이상의 전기화학적 셀들의 부분으로서 생각될 수 있다. 예를 들어, 기준 전극 영역 (66), 대향 전극 영역 (68) 및 작업 전극 영역 (70) 은 하나의 셀을 형성한다. 마찬가지로, 동일한 기준 전극 영역 (66), 대향 전극 영역 (72) 및 작업 전극 영역 (74) 은 제 2 셀을 형성하며; 그리고 기준 전극 영역 (66), 대향 전극 영역 (76) 및 작업 전극 영역 (78) 은 제 3 셀을 형성한다.
사용 시, 사람 외부의 전자 회로는 전기적 신호들을 센서 전극들로 전송하고 유체/조직 및 노출된 전극 영역들 사이에서 일어나는 전기화학적 반응을 모니터링함으로써 센서의 동작을 제어하는데 이용된다. 보통, DC 전압이 작업 및 대향 전극들에 걸리게 인가되고 그 전극 영역들 사이를 흐르는 결과적인 DC 전류는, 이 기술분야에서 공지된 바와 같이, 분해물질의 농도에 상관될 수 있다. 언급된 그런 종류의 DC 측정들에 대해, 도 1a 및 1b에 도시된 다수의 전극 영역들의 배열 (arrangement) 은 단일의 작은 분해물질 민감성 영역을 갖는 센서보다 우수하다는 것이 결정되어져 있다. 다수의 영역들을 사용하는 것이 상당한 평균화 효과를 만들고 센서가 주입되는 피하 조직에서 발생하는 로케이션 및 시간에 대한 이종성들 (heterogeneities) 을 보정할 수 있다고 믿어지고 있다. 이처럼, 이러한 센서 (20) 로 만들어진 결과적인 DC 측정들은 기존의 단일 영역 센서를 이용한 것보다 더 일관되고 강력하다. 그러나, 위에서 지적했듯이, 위에서 참조에 의해 통합된 미국 특허출원공개 제2008/0214910호에서 기재된 바와 같이, AC 신호들을 사용하여 센서의 복소 임피던스를 결정함으로써 센서 성능을 개선하는 것이 또한 바람직하다. 언급된 바와 같이, 복소 임피던스는, 예컨대, 멤브레인 투자율에서의 변경들에 대한 정정, 센서 감도 드리프트를 가능하게 함으로써 센서 성능을 개선하기 위해, 그리고 센서 성능에 대한 자동안전장치들 (failsafes) 을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
도 1a 및 1b에 묘사된 것과 같은 센서 (20) 와 함께 이러한 AC 신호들의 사용은 실행불가능한 것으로 확인되었다. 임의의 구체적인 이론에 묶이기를 바라지 않으면, 다수의 민감성 영역들을 갖는 센서들은 단일 민감성 영역을 갖는 센서들에 비하여 매우 복잡한 전위 분포를 주변 환경, 감지된 볼륨이 가지게 할 수 있다고 믿어진다. 이 복잡도는, 무엇보다도, 환경의 도전율, 센서에 의해 통과된 전류량, 및 대향 전극(들) 및 기준 전극(들) 의 로케이션 및 임피던스에 의존한다. 도 1에서 도시된 것과 같은 다수의 노출된 분해물질 민감성 영역 센서 배열들은 AC 측정들을 하는데 적합하지 않다는 것이 확인되었다. 복잡한 전위 분포 및 대향 전극들의 변화하는 임피던스는 측정된 임피던스 값들을 불안정하게 하고, 원치않는 특징들, 또는 "아티팩트들 (artifacts)" 이 임피던스 스펙트럼에 도입되게 할 수 있다.
예를 들어, 도 2a 및 도 2b는 포도당 수용액에서 2 일 동안 측정되는 경우에 100 kHz, 10 kHz 및 1 kHz에서 도 1a 및 1b에 묘사된 센서에 대한 시간경과에 따른 임피던스 크기 및 위상을 각각 그리고 있다. 도시된 바와 같이, 임피던스는 더 임의적이고 혼돈된 방식으로, 특히 t = 100를 초과하자마자 그리고 250 및 300 사이에서 변화한다.
이들 임의의 혼돈된 임피던스 변화들은 어레이 (array) 에서의 기준 전극의 배치에 적어도 부분적으로 기인한다고 믿어진다. 예시를 위하여, 도 2c는 AC 신호가 센서에 인가되는 경우에 피크 전압에서 도 1a 및 1b의 센서 실시형태를 따르는 로케이션에 대해 전위의 상대 크기를 도시하는 유한 요소 모델링 (정전 모델) 에 의해 형성된 그래프이다. 화살표 202는 노출된 기준 전극 영역 (64) 의 로케이션에서의 전위를 보여준다. 영역들 (204) (0의 전위) 은 작업 전극 영역들이고 영역들 (206) 은 대향 전극 영역들이다. 이해될 바와 같이, 영역 (202) 에서의 전위의 기울기 또는 경사도는 중요하고 센서의 길이 방향에서 에지에서 에지로 영역 (64) 을 가로질러서 변화하기도 한다. 기준 전극 영역 (64) 의 로케이션 (202) 에서의 가파른 기울기는 센서를 이용한 AC 측정들을 이용하는 경우에 불안정성을 야기한다고 믿어진다.
테스팅은 센서의 먼쪽 말단에, 예컨대, 화살표 208의 로케이션에 노출된 기준 전극 영역을 위치시키는 것이 결과적으로 유사한 단점들이 생기게 한다는 것을 보여준다. 도 2c로부터 알 수 있듯이, 마지막 작업 전극 가까이로 기준 전극을 이동시키는 것은 바람직하게도 기준 전극의 전위를 작업 전극의 전위에 가까워지게 하지만 그것은 또한 바람직하지 않게도 기준 전극을 더 큰 전위 경사도를 갖는 로케이션에 위치시킨다. 따라서, 기준 전극을 어레이의 말단들에 위치시키는 것은, 한편으로는, 기준 전극 로케이션이 작업 전극으로부터 멀리 있다면 부정확한 전위를 감지한다는 문제를 만나게 한다. 이는, 예를 들어, 어레이의 대향 말단들 상에 있는 로케이션들 (202 및 208) 에서 도 2c에서 나타낸 2 개의 상이한 전위들을 참조하여 이해될 수 있다. 다른 한편으로는, 기준 전극 영역이 작업 전극에 가까이 위치된다면, 결과적인 측정들은 큰 전위 경사도의 영역에 위치된 기준 전극 노출된 영역으로 인해 불안정하거나 또는 신뢰할 수 없게 될 수 있다.
도 1a 및 1b의 센서 실시형태의 전위 분포의 비대칭성은 도 2d에 도시된 전기장 다이어그램을 참조하여 더 이해될 수 있다. 도 2c의 그래프에서 그랬던 것처럼, 도 2d의 전기장 다이어그램을 생성하는데 사용된 모델은 AC 신호가 센서에 인가되는 경우의 피크 전압에 기초한다. 전기장은 어레이를 따르는 지점에서 지점으로의 전위의 변화의 측정결과로서 생각될 수 있다. 전기장의 강도는 도 2d에서 단위 면적 당 라인들의 수에 비례하는 것으로서 표현된다. 대향 및 작업 전극 노출된 영역들 (60 및 62) 의 포지션들이 도시되고 있다. 어레이 상의 대향 및 상보적 포지션들에서의 전기적 필드 라인들 (electric field lines; 전기력선들) 의 전위의 크기의 비교는 이 센서 실시형태의 전위 분포의 비대칭성을 설명한다. 예를 들어, 필드 라인들 (220 및 222) 은 센서 어레이 상의 대향 및 상보적 포지션들에 위치되고 실질적으로 상이한 전위들을 가진다. 동일한 것이, 예컨대, 필드 라인들의 다음의 쌍들: 224/226; 228/230 및 232/234에도 적용된다. 전위 분포의 이들 비대칭적 양태들은 AC 측정들을 이용하는 경우에 센서 (20) 의 불안정성에 기여한다고 믿어진다.
이제 도 3a 및 도 3b로 가면, AC 측정들을 다수의 전극 영역 센서에 적용하여 생기는 혼돈된 임피던스 변화들을 다루는 제 2 생체내 센서 실시형태가 도시된다. 센서 (320) 는 접촉 부 (322) 및 몸체 부 (324) 를 가진다. 접촉 부 (322) 는, 위에서 설명된 바와 같이, 베이스 기판 (332) 상에 형성된 콘택트들 (326, 328, 및 330) 을 구비한다.
위에서 개시된 센서 (20) 처럼, 센서 (320) 또한, 콘택트 (326) 에 접속된 대향 전극 (334) (도 3b의 상부), 콘택트 (330) 에 접속된 작업 전극 (336) (도 3b의 하부) 및 콘택트 (328) 에 접속된 기준 전극 (338) (도 3b의 중앙) 을 구비한 3-전극 시스템을 사용한다. 보인 바와 같이, 그 전극들은 센서의 길이 방향을 따라 연장하는 실질적으로 평행한 트래이스 (trace) 들로서 형성된다. 전극들과 전극 시스템은 이 기술분야에서 공지된 바와 같은 그리고 센서 (20) 를 참조하여 더 상세히 위에서 설명된 바와 같은 다양한 재료들로부터 형성될 수도 있다.
도 1의 센서 실시형태와는 달리, 기판 (332) 상에 형성된 전극들의 도전성 부분의 형상은 센서 (320) 의 경우 노출된 전극 영역들의 로케이션들에서 변하지 않는다. 대신에, 전극 영역들의 배치 및 사이즈는 절연 막 (346) 상에 형성된 개구부들의 포지션들과 그 막 내에서 개구부들 위에 위치된 관련 도전성 덮개들 또는 스폿들에 의해 결정된다. 더 구체적으로는, 도 3b를 참조하여, 대향 전극 덮개들 또는 스폿들 (360) 은 다수의 대향 전극 영역들을 형성하기 위해 개구부들 (354) 위에 위치된다. 보인 바와 같이, 대향 전극 영역들을 규정하는 스폿들 또는 덮개들 (360) 의 사이즈는 전극의 폭보다 상당히 크게 만들어진다. 이 배치구성으로, 기판 (332) 위에 겹치는 도전성 트래이스들의 형상은 노출된 전극 영역들의 형상, 사이즈, 또는 정확한 포지션을 좌우하지 않는다. 대향 전극 덮개들 (360) 은, 예컨대, 위에서 설명된 바와 같이, 탄소 페이스트로 형성될 수 있다.
도 3b를 더 참조하면, 작업 전극 덮개들 (362) 은 논의된 그대로의 방식으로 개구부들 (356) 위에 위치된다. 위에서 논의된 바와 같이, 작업 전극 영역들을 위한 덮개들 (362) 은, 예컨대, 체액과의 반응을 위한 시약을 포함하는 탄소 페이스트 재료로 형성될 수도 있다. 센서 (320) 는 다수의 노출된 기준 전극 영역들을 가지며, 그것의 중요성은 아래에서 더 상세히 논의된다. 기준 전극 덮개들 (364) 은 다수의 기준 전극 영역들을 형성하기 위해 논의된 그대로의 방식으로 개구부들 (352) 위에 배치된다.
도 3a를 참조하면, 센서 (320) 는 5 개의 전기화학적 셀들 (380, 382, 384, 386 및 388) 의 실질적으로 선형인 어레이를 가진다. 각각의 셀은 하나의 기준 전극 영역 (366), 2 개의 대향 전극 영역들 (368) 및 2 개의 작업 전극 영역들 (370) 을 가진다. 내부의 인접한 셀들에서, 대향 전극 영역이 공유된다. 예를 들어, 셀들 (380 및 382) 은 그것들 사이에 대향 전극 영역을 공유하며 셀들 (382 및 384) 도 그렇다. 이 실시형태의 다른 변형에서는, 그러나, 노출된 전극 영역들이 셀들 간에 공유되지 않도록 내부의 대향 전극 영역들을 2 개의 별개의 대향 전극 영역들로 분할하는 것이 가능할 것이다.
상당히 주목할만하게도, 이 실시형태를 위한 센서의 환경에서의 전위 분포는 도 1a에 도시된 센서 (20) 의 배치구성을 이용하는 것보다 훨씬 더 많이 대칭적이고 균질적이다는 것이 확인되었다. 도 4a 및 도 4b는 포도당 수용액에서 2 일 동안 측정되는 경우에 100 kHz, 10kHz 및 1 kHz에서 도 3a 및 도 3b에 묘사된 바와 같은 센서에 대한 시간경과에 따른 임피던스 크기 및 위상을 각각 그리고 있다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 선도들과는 달리, 도 4a 및 도 4b에서의 임피던스 선도들은 비교적 매끄럽고, 원치않는 스파이크들 또는 다른 혼돈된 변화들이 없다. 덧붙이면, 도 4a 및 도 4b에서의 선도들은 AC 전류들을 단일 노출된 전극 영역을 갖는 센서에 인가할 시에 획득되는 임피던스 선도들을 닮아있다. 센서 (320) 는 따라서 센서에 관한 유용한 정보, 예컨대, 멤브레인 투자율 및 센서 스테이터스를 결정하기 위해 AC 측정들 (예컨대, 미국 특허출원공개 제2008/0214910호에서 언급된 바와 같음) 과 함께 이용하기에 적합하다.
배열의 대칭성은 도 4c 및 도 4d를 참조하여 이해될 수 있다. 도 4c는 AC 신호가 센서에 인가되는 경우에 피크 전압에서 도 3a 및 도 3b의 센서 실시형태를 따르는 로케이션에 대해 전위의 상대 크기를 도시하는 유한 요소 모델링 (정전 모델) 에 의해 형성된 그래프이다. 기준 전극 노출된 영역들 (366) (도 3a 및 도 3b 참조) 의 영역들에서의 전위 값들은 참조 번호들 402로 도시된다. 작업 전극 노출된 영역들 (370) 은 참조 번호들 404로 도시되고 대향 전극 노출 영역들은 참조 번호들 (406) 로 도시된다. 모든 기준 전극 영역들 (402) 에서의 전위는 실질적으로 동일하다는 것이 이해될 수 있다. 게다가, 도 4c의 그래프에서의 전체 전위 분포의 형상은 대칭적이다. 예를 들어, 영역들 (410 및 412) 에서의 어레이의 대향 측면들 상의 전위는 실질적으로 동일하여, 도 2c에 도시된 모델과는 매우 다르다. 게다가, 기준 전극 영역들 (402) 에서 및 작업 전극 영역들 (404) 에서의 전위 간의 차이는 어레이 전체에 걸쳐 실질적으로 동일하다. 중요하게도, 영역들 (402) 에 위치된 노출된 기준 전극 영역들이 신뢰성있고 안정한 값들을 생성하도록 기준 전극 영역들 (402) 상에는 평평한 스폿들이 있다.
대칭성은 도 4d를 참조하여 더 이해될 수 있으며, 그 도면은 AC 신호가 센서에 인가되는 도 3a 및 도 3b의 센서 실시형태에 대한 피크 전압에서의 등전위 (equi-potential) 전기적 필드 라인들을 도시하는 다이어그램이다. 노출된 전극 영역들 (366, 368 및 370) 의 로케이션들이 도시된다. 위에서 지적했듯이, 전기장은 어레이를 따라 지점에서 지점으로 전위에서의 변화의 측정결과로서 생각될 수 있고, 전기장의 강도는 도 4d에서 단위 면적 당 라인들의 수에 비례하는 것으로서 표현된다.
대향 및 작업 전극 노출된 영역들 (368 및 370) 각각 부근의 전위 경사도는, 이들 영역들 위에 위치된 필드 라인들의 높은 밀도에 의해 나타낸 바와 같이, 매우 높다는 것이 도 4d로부터 이해되어야 한다. 반면에, 기준 전극 노출된 영역들 (366) 위쪽의 필드 라인 밀도는 드문드문하고, 이는 기준 전극 영역들 위쪽의 전위 경사도가 작다는 것을 나타낸다. 도 4d에서의 전기적 필드 라인들은 따라서 기준 전극들의 포지션에서 전위 경사도에서의 "평평한 스폿 (flat spot)"을 이해하는 다른 방식을 나타내며, 이는 AC 신호들이 인가되는 본원에서 개시된 본 발명 센서를 이용하는 능력에 기여한다고 믿어진다.
도 3a 및 도 3b의 센서 실시형태의 전위 분포의 대칭성은 도 4d에 도시된 상보적 필드 라인들의 전위의 비교에 의해 더 이해될 수 있다. 구체적으로는, 어레이의 대향 측면들 상의 필드 라인들 (420 및 422) 은 실질적으로 동일한 전위를 가진다. 동일한 것이, 예컨대, 필드 라인들의 다음의 쌍들: 424/426; 428/430, 432/434 및 436/438에도 적용된다. 일반적으로, 어레이의 일측에서 측정된 전위는 도 4c 및 4d에서 묘사된 바와 같은 대칭적 배열에서 어레이의 대응하지만 대향하는 측면에서 측정된 전위와 실질적으로 동일할 것이다. 도 4c 및 4d는 이 개시물에서 그 용어가 이해될 바와 같은 대칭적 전위 분포를 예시한다. 노출된 전극 영역들의 대칭적 배치구성들을 갖는 다른 센서들이 아래에서 개시된다.
노출된 전극 영역들의 대칭적 배열을 추가로 설명하기 위해, 그리고 임의의 특정 이론에 묶이는 것을 다시 원하지 않으면, 다수의 분해물질 민감성 영역 센서와 함께 DC 전류를 이용하는 경우, 측정되는 것은 개개의 전극 영역들을 통과하는 전류들의 합이라고 생각될 수 있다고 믿어진다. 그러나, AC 전류들로는, DC 측정들에서 발생하지 않는 위상 차이들이 존재하고 피크 전류 레벨은 매우 높을 수 있다. 개개의 전극 영역들의 측정의 기여분 (contribution) 은 각각의 전극 영역 및 다른 전극 영역들의 모두 사이의 임피던스에 의존하고, 그것은 전극 영역들의 특성들 및 주변 조직이 변함에 따라 시간 변화와 함께 가변한다. 다시 말하면, 많은 노출된 전극 영역들의 어레이에서, 어레이의 하나의 포지션에서 하나의 전극 영역의 임피던스에서의 주어진 변화는 어레이의 다른 포지션에서의 전극 영역 상의 동일한 변화와는 상이한 전체 신호에 대한 다른 효과를 가질 수 있어서, 정확히 어떤 조합이 임의의 한 시간에 측정되고 있는지가 명확하지 않다. 이는 센서 (20) 에 대해 도 2a 및 도 2b에 도시된 혼돈된 임의의 임피던스 변화들을 초래한다고 믿어진다.
놀랍게도, 그러나, 센서 (320) 는 다수의 영역들을 대칭적으로 배열함으로써, 임피던스 측정들이 크게 개선될 수 있다는 것을 보여준다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같이, 용어들인 "대칭적으로 (symmetrically)", "대칭적인 (symmetrical)", "대칭적 (symmetric)" 및 이들 용어들의 변형들은 넓게 해석되어야 한다. 예를 들어, 도 3a에 도시된 실시형태에 대해 용어 "대칭적인"은 노출된 대향 전극 영역들, 노출된 기준 및 노출된 작업 전극 영역들 사이의 상대 로케이션 또는 물리적 관계가, 예컨대, 도 4c 및 4d에 묘사된 것처럼, 결과적으로 대칭적 전위 분포가 되게 하는 배열을 일반적으로 커버한다고 말할 수 있다.
일반적으로, 전극 영역들의 대칭적 배열은 AC 신호가 센서에 인가되는 경우에 대칭적 전위 분포가 생성되고 노출된 작업 전극 영역들 모두는 실질적으로 동일한 전위를 갖는 그런 방식으로 다수의 전극 영역들이 서로에 대해 배열되는 배치구성이다. 대칭적 전위 분포는, 시간경과에 따른 임피던스 크기 및 위상이 실질적으로 안정적이고 센서 (20) 에 대해 도 2a 및 도 2b에 묘사된 것들과 같은 원치않는 스파이크들 또는 다른 혼돈된 변화들이 실질적으로 없는 전위 분포이다. 위에서 지적했듯이, 대칭적 전위 분포는 AC 측정들을 이용하는 센서를 이용하기 위해 필요하다.
반면에, 이들 가르침들을 따라서 "대칭적인" 것이라고 간주되지 않을 것인 배치구성은 도 1에 도시된 센서 (20) 이다. 도 1a로 가면, 대향 전극 영역들 및 작업 전극 영역들 대 단일 기준 전극 영역의 관계가 각각의 셀에서 상이하다는 것이 이해될 수 있다. 센서 (20) 의 경우, 단일 기준 전극 영역 및 다수의 대향 및 작업 전극 영역들 사이의 거리는 센서의 선단 (tip) 을 향하여 센서의 길이 방향으로 횡단함에 따라 증가한다. 작업 및 대향 전극 영역들에 대한 기준 전극 영역의 이 비대칭성은 AC 전류들을 이용하는 그런 센서 (20) 를 이용하는 것을 시도하는 경우에 획득되는 혼돈된 임피던스 판독치들 (readings) 에 기여한다고 믿어진다. 이는 도 2c 및 2d에서 각각 예시된 비대칭적 전위 분포 및 전기적 필드 라인 다이어그램에 의해 추가로 보여진다.
이는 이들 가르침들의 목적들을 위한 용어인 "대칭적인"이, 노출된 전극 영역들이 모든 셀들에서 동일하다는 것을 요구한다고 말하는 것은 아니다. 사실상, 도 3a에 도시된 바와 같이, 어레이의 말단들에서의 대향 전극 영역들은 단지 하나의 셀만의 부분을 형성하는 반면, 내부의 대향 전극 영역들은 인접한 셀들 간에 공유된다. 센서 (320) 에서의 전극 영역들의 배열은 그렇더라도 용어가 이들 가르침들에서 이용되는 바와 같이, 대칭적이다. 위에서 언급했듯이, 센서 (320) 에 대한 역시 대칭적일 것인 변형예는 전극 영역들이 셀들의 임의의 것들 사이에서 공유되지 않도록 공유된 대향 전극 영역들을 어레이의 중심에서 2 개의 별개의 이격된 영역들로 나누는 것이 될 것이다. 그래도, 전극 영역이 하나 이상의 셀들 사이에서 공유되는 배치구성은 탁월한 임피던스 측정들을 제공할 수 있고 따라서 대칭적인 것으로 간주된다. 게다가, 아래에서 상세히 논의되는 바와 같이, 하나의 유형의 노출된 전극들의 영역들, 예컨대, 기준 전극 영역들은, 상이한 조성물들로부터 형성될 수 있고 여전히 이들 가르침들을 따르는 전극 영역들의 대칭적 배치구성물의 부분일 수 있다.
셀들 간에 공유된 전극 영역들의 다른 예로서, 도 5a 및 5b는 센서의 길이 방향을 따라 연장하는 단일 대향 전극 영역을 갖는 센서 (520) 를 도시한다. 도 5a는 확대 부분 평면도이고 도 5b는 전극 도체 재료를 도시하기 위해 덮개 (546) 가 제거된 것을 제외하면 유사한 도면이다. 도 3a 및 도 3b를 참조하여 예시된 실시형태에서처럼, 전극들은 실질적으로 평행한 트래이스들, 즉, 도 5b에 도시된 바와 같은 대향 전극 트래이스 (534), 작업 전극 트래이스 (536) 및 기준 전극 트래이스 (538) 로서 형성된다. 개구부들 (552) 은 체액에 노출될 기준 전극 영역들의 로케이션들을 규정하기 위해 막 (546) 내에 형성되는 반면, 도 5b에서 파선들로 도시된 개구부들 (556) 은 작업 전극 영역들에 대해 형성된다. 대향 전극 영역은, 센서 (520) 의 길이 방향을 따라 연장하고 대향 전극 도체 재료 (534) 를 노출시키는 기다란 개구부 (554) 에 의해 규정된다.
이 실시형태에서의 대향 전극 영역은 덮여있지 않는 것으로 도시되며, 어셈블링되고 테스트되었던 프로토타입들에서의 노출된 금 또는 팔라듐이다. 이는 프로토타입 생산 프로세스에서 허용오차 고려사항들의 결과로서 행해졌다. 그러나, 대량 생산 센서 실시형태들에서, 도 5a에 도시된 기다란 개구부 (554) 에 의해 규정된 단일의 기다란 노출된 대향 전극 영역은 대신에, 예컨대, 대향 전극의 임피던스를 낮추는 역할을 할 것인 위에서 설명된 바와 같은 탄소 페이스트로 덮일 것이라는 것이 상상된다. 다음에, 이는 필요한 전류를 공급할 높은 전위에 대한 필요를 낮출 것이고 다시 추가로 센서 결함의 가능성을 낮출 것이다.
작업 전극 영역들 (562) 은 도 1 및 도 3의 센서 실시형태들을 참조하여 위에서 설명된 탄소 페이스트 및 시약으로 형성된다. 도 5a에서 도시된 바와 같이, 9 개 중 8 개의 기준 전극 영역들 (565) 은 막 (546) 에 형성된 윈도들 (552) 을 통해 노출되지만 그렇지 않으면 덮여있지 않다. 중앙 기준 전극 영역 (564) 은 위에서 설명된 바와 같은 은/은 염화물 재료로 덮인다. 어레이에서의 전극 영역들에 대한 다른 재료들의 사용은 이들 가르침들의 다른 발명적 양태이며, 그것의 중요성은 아래에서 논의된다.
이해될 바와 같이, 도 5a에 도시된 배치구성은 작업 전극 영역들의 어레이에서 대향 전극 영역 (또는 그것의 부분) 대 각각의 작업 전극 영역의 상대적 로케이션 또는 물리적 관계가 실질적으로 동일하다는 점에서 대칭적인 것이다. 동일한 것이 기준 전극 영역들의 어레이에서 각각의 기준 전극 영역에 관하여 대향 전극 영역에 대해 말해질 수 있다. 도 6a 및 6b는 대칭성을 확인한다. 도 6a 및 6b는 포도당 수용액에서 2 일 동안 측정되는 경우에 100 kHz, 10 kHz 및 1 kHz에서 도 5a 및 5b에 묘사된 바와 같은 센서에 대한 시간경과에 따른 임피던스 크기 및 위상을 각각 묘사한다. 도 6a 및 6b에서의 임피던스 선도들은 비교적 매끄럽고, 원치않는 스파이크들 또는 다른 혼돈된 변화들이 없다. 센서 (520) 는 미국 특허출원공개 제2008/0214910호에서 언급된 바와 같은 AC 측정결과들과 함께 이용하기에 적합하다.
이 대칭적 전위 분포는 기준 전극 영역들 중의 하나가 나머지 8개 기준 전극 영역들과 다른 재료 조성을 가지는 경우에도 센서 (520) 로 달성된다. 이해될 바와 같이, 많은 센서 실시형태들에서 AC 측정들의 이용을 가능하게 하는 소망의 대칭적 전위 분포는 여러 기준 전극 영역들을 이용하는 것을 수반한다. 단일 분해물질 민감성 영역 센서들에서, 기준 전극 또는 적어도 그것의 노출된 부분은, 염화물 이온의 규정된 농도의 존재 시에 안정한 알려진 전위를 취하는 난용성 염 (sparingly soluble salt) 인 Ag/AgCl로 통상 생산된다. 은 이온들은, 그러나, 약한 독성 (mildly toxic) 이 있고 충분히 많은 양들로 존재한다면 어쩌면 세포독성 테스트 요구사항들에 부족한 센서 구조를 초래할 수 있다. 세포독성 요구사항들을 충족시키지 못할 위험은 Ag/AgCl로 구성된 다수의 기준 전극 영역들의 사용으로 증대된다. 이러한 센서들은 생체내 환경에, 특히 사람들 내에는 부적합할 수도 있다.
상당히 놀랍게도, 그러나, 노출된 기준 전극 영역들의 모두는 그것들이 서로 전기 접속되는 경우에 Ag/AgCl을 포함하는 것이 필요하지 않다는 것이 확인되었다. 비부식성 도전성 재료, 이를테면 노출된 금 또는 팔라듐 (도 5a의 영역들 (565)) 또는 탄소의 전극은 특정 포지션에서 전위를 감지 가능하고 퍼텐쇼스탯에 필요한 피드백을 제공 가능하여 센서의 정전위적 제어를 가능하게 한다. 하나의 영역 (564) 만이 Ag/AgCl로 덮이는 기준 전극 영역들의 관련된 그룹에서, 노출된 영역들 (565) 은 Ag/AgCl로 덮인 영역에 의해 지지되는 동일한 전위에 있을 것이다.
다시 임의의 특정 이론에 얽매이는 것을 바라지 않으면, 언급된 바의 주목할만한 발견은 다음과 같이 설명될 것이다. 높은 주파수들, 예컨대, 10 초과 Hz에서, 퍼텐쇼스탯 또는 유사한 디바이스가 올바른 제어 신호를 센서에 제공할 수 있도록 기준 전극 임피던스는 충분히 작은 것이 중요하다. 노출된 영역들 (565) 은 높은 주파수들에서 그것들의 로케이션에서의 전위를 감지하기에 적합한데, 영역들 (565) 이 높은 주파수들에서 환경에 대해 낮은 임피던스 접속을 가지기 때문이다. 다른 한편으로는, 낮은 주파수들에서, 노출된 영역들 (565) 은 매우 높은 임피던스를 가지고 그러므로 양호한 기준 전위를 제공하지 못한다. 그러나, 이들 낮은 주파수들에서, 셀에서의 전위 분포는 더 균일하고 단일 Ag/AgCl 기준 전극 영역 (564) 에 의해 적절히 측정된다. 따라서, 단일 Ag/AgCl 기준 전극 영역을 다른 작업 전극 영역들 (562) 중 여러 개로부터 원격으로 위치시키는 것은 그래도 낮은 주파수들에서 양호한 기준 전위를 결과로서 생기게 하고, 따라서 낮은 주파수들에서 노출된 영역들 (565) 의 하이 임피던스로 인해 생기는 결함들을 상쇄시킨다는 것이 확인되었다. 하나의 기준 전극 영역만이 Ag/AgCl을 갖는 모두 미만의 일부 경우들에 대해 이 발명적 가르침을 이용함으로써, 본 발명 센서는 대칭적 배열에서의 다수의 전극 영역들의 이점들을 가지지만, 또한 생체에 적합하다.
도 6a 및 6b는 포도당 수용액에서 2 일 동안 측정되는 경우에 100 kHz, 10 kHz 및 1 kHz에서 도 5a 및 5b에 묘사된 바와 같은 센서에 대한 시간경과에 따른 임피던스 크기 및 위상을 각각 묘사한다. 도 6a 및 6b에서의 임피던스 선도들은 매끄럽고, 원치않는 스파이크들 또는 다른 혼돈된 변화들이 없다. 센서 (520) 는 따라서 센서에 관한 유용한 정보, 예컨대, 멤브레인 투자율 및 센서 스테이터스를 결정하기 위해 미국 특허출원공개 제2008/0214910호에서 언급된 바와 같은 AC 측정들과 함께 이용하기에 적합하다.
Ag/AgCl을 갖는 하나의 기준 전극 영역만이 센서에서 사용되는 것이라면, 그런 Ag/AgCl 기준 전극 영역을 그것과 가장 멀리있는 덮이지 않은 기준 전극 영역들 사이의 거리를 최소화하게 위치시키는 것이 바람직할 수 있다. 도 5a에 도시된 실시형태에서, 기준 전극 영역 (564) 에 대한 포지션은 어레이의 중심에 있다. 더욱이, 하나를 초과하지만 전체 미만인 기준 전극 영역들이 다른 실시형태들에서 Ag/AgCl로부터 형성될 것이라는 것이 상상된다. 이 기술분야의 숙련된 자는 다른 적합한 구성들을 쉽사리 인식할 것이다.
노출된 전극 영역들의 대칭적 배치구성물의 다른 예는 도 7a 및 7b에서 묘사된 센서 (720) 로 도시된다. 센서 (720) 에서의 전극 영역들의 배치구성은 도 3a 및 도 3b를 참조하여 위에서 설명된 센서 (320) 의 그것과 실질적으로 동일하다. 다시 말하면, 막 (746) 내의 개구부들 (754 및 756) 은, 탄소 페이스트 및 탄소 페이스트/시약과 같은 덮개 재료가 대향 전극 영역들 (760) 및 작업 전극 영역들 (762) 을 각각 형성하기 위해 대항 및 작업 전극들 (734 및 736) 을 각각 접촉시키는 것을 허용한다. 마찬가지로, 막 (746) 내의 개구부들 (752) 은 기준 전극 영역들 (765) 을 규정하며 그것들은 또한 탄소 페이스트로 덮인 것으로서 도 7a에서 묘사된다.
센서 (720) 는 센서 (720) 가 단일의 Ag/AgCl 덮인 기준 전극 영역 (764) 만을 채용한다는 점에서 센서 (320) 와 상이하다. 기준 전극 영역들 (765) 의 나머지는 언급된 바 그대로, 탄소 페이스트로 덮인다. 그러나, 센서 (520) 의 경우에서 그랬던 것처럼, 영역들 (765) 은 옵션으로 덮는 재료가 제공되지 않으며, 대신 기준 전극의 베어 (bare) 노출된 도전체, 예컨대, 금 또는 팔라듐으로 형성될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 센서 (520) 의 경우에서 그랬던 것처럼, 베어 또는 탄소 덮인 기준 전극 영역들 (765) 은 높은 주파수들에서는 전위를 감지 가능하지만 낮은 주파수들에서는 그것이 가능하지 않다. 그래도, 단일의 Ag/AgCl 기준 전극 영역 (764) 은 낮은 주파수들에서 양호한 기준 전위를 제공한다.
도 8a 및 도 8b는 전위 분포가 대칭적임을 확인한다. 도 8a 및 도 8b는 포도당 수용액에서 2 일 동안 측정되는 경우에 100 kHz, 10 kHz 및 1 kHz에서 도 7a 및 도 7b에 묘사된 바와 같은 센서에 대한 시간경과에 따른 임피던스 크기 및 위상을 각각 묘사한다. 도 8a 및 도 8b에서의 임피던스 선도들은 비교적 매끄럽고, 원치않는 스파이크들 또는 다른 혼돈된 변화들이 없다. 센서 (720) 는 미국 특허출원공개 제2008/0214910호에서 언급된 바와 같은 AC 측정들과 함께 사용하기에 적합하고, 그것의 Ag/AgCl의 제한된 사용으로 인해, 생체적합성이 있다.
이들 가르침들이 여태까지는 다수의 적층된 층들을 갖는 실질적으로 평면인 센서의 측면에서 제공되었지만, 이 기술분야의 숙련된 자는 다수의 노출된 전극 영역들을 채용하는 다른 센서 실시형태들이 위에서 개시된 발명적 발견들을 채용할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 도 9는 위에서 가르쳐진 대칭성 원리들을 통합하는 실린더형 센서 (920) 를 예시한다. 작업 전극 와이어 (930) 가 절연 재료 (946) 에 의해 덮이고 시약 코팅물을 포함하는 노출된 영역들 (962) 을 가진다.
센서 (920) 는 기준 전위를 유지하고 전기 회로를 완전하게 하는 이중적 목적을 제공하는 대향-기준 전극을 갖는 2 전극 시스템이다. 대향-기준 전극 접속 와이어 (928) 는 실린더형 센서의 길이 방향을 따라 연장하고 절연체 (961) 에 의해 덮인다. 대향-기준 전극 와이어 (928) 는 절연체 (946) 주변을 나선형으로 감싸는 4 개의 노출된 부분들, 즉, 대향-기준 전극 영역들 (964) 을 가진다. 노출된 부분들은, 위에서 논의된 바와 같이, Ag/AgCl로 형성될 것이다. 도 9에 도시된 실시형태가 예상적 (prophetic) 인 것이고 테스트되지 않았지만, 센서 (920) 는 노출된 분해물질 민감성 전극 영역들의 대칭적 배열로 인한 대칭적 전위 분포를 생성할 것이라는 것이 상상된다. 센서 (920) 는 이들 가르침들이 갖가지 센서 실시형태들과 함께 채용될 수 있는 방법의 간단한 하나의 예이다.
본 발명의 원리들을 통합한 예시적인 실시형태들이 지금까지 개시되었지만, 본 발명은 개시된 실시형태들로 제한되지 않는다. 대신, 본 출원은 본 발명의 임의의 변형들, 사용들, 또는 개조들을 그것의 일반적 원리들을 이용하여 커버하도록 의도된다. 게다가, 본 출원은 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지 또는 관용 내에 들고 첨부의 청구항들의 한정들 내에 속하는 본 개시물로부터의 그런 일탈들을 커버하도록 의도된다.
다음에서는 일부 예시적인 실시형태들이 서술된다:
1. 생체내 사용을 위한 전기화학적 센서로서, 기판; 상기 기판 상에 또는 내에 형성되고 체액과의 접촉을 위해 노출된 다수의 작업 전극 영역들을 갖는 작업 전극; 기판 상에 또는 내에 형성되고 체액과의 접촉을 위해 노출된 적어도 하나의 제 2 전극 영역을 갖는 제 2 전극; 및 상기 다수의 작업 전극 영역들 및 상기 적어도 하나의 제 2 전극 영역은 대칭적 배열을 포함하며, AC 신호가 상기 센서에 인가되는 경우에 대칭적 전위 분포가 생성되는, 전기화학적 센서를 포함하는, 전기화학적 센서.
2. 실시형태 1의 전기화학적 센서에 있어서, 상기 적어도 하나의 제 2 전극 영역은 다수의 제 2 전극 영역들을 포함하는, 전기화학적 센서.
3. 실시형태 2의 전기화학적 센서에 있어서, 상기 제 2 전극은 기준 전극을 포함하고 상기 다수의 제 2 전극 영역들은 체액과의 접촉을 위해 노출된 기준 전극 영역들을 포함하며, 상기 전기화학적 센서는 상기 기판 상에 또는 내에 형성된 대향 전극을 더 포함하며, 상기 대향 전극은 체액과의 접촉을 위해 노출된 적어도 하나의 대향 전극 영역을 포함하는, 전기화학적 센서.
4. 실시형태 3의 전기화학적 센서에 있어서, 상기 대향 전극은 체액과의 접촉을 위해 노출된 다수의 대향 전극 영역들을 포함하며, 상기 다수의 작업 전극 영역들, 상기 다수의 대향 전극 영역들 및 다수의 기준 전극 영역들은 대칭적으로 배열되며, 상기 센서에 AC 신호가 인가되는 경우에 대칭적 전위 분포가 생성되는, 전기화학적 센서.
5. 실시형태 4의 전기화학적 센서에 있어서, 상기 다수의 기준 전극 영역들 중 적어도 하나는 나머지 기준 전극 영역들과는 상이한 재료 조성물을 포함하는, 전기화학적 센서.
6. 실시형태 5의 전기화학적 센서에 있어서, 상기 다수의 기준 전극 영역들 중 적어도 하나는 Ag/AgCl을 포함하는, 전기화학적 센서.
7. 실시형태 6의 전기화학적 센서에 있어서, 상기 나머지 기준 전극 영역들은 비부식성 도전체들을 포함하는, 전기화학적 센서.
8. 실시형태 1의 전기화학적 센서에 있어서, 상기 기판은 실질적으로 평면인, 전기화학적 센서.
9. 실시형태 1의 전기화학적 센서에 있어서, 상기 작업 전극 영역들은 상기 센서의 길이 방향을 따라 이격되어 있는, 전기화학적 센서.
10. 체액을 테스트하기 위한 전기화학적 센서로서, 기판; 상기 기판 상에 또는 내에 형성된 작업 전극; 상기 기판 상에 또는 내에 형성된 대향 전극; 상기 기판 상에 또는 내에 형성되고 체액과의 접촉을 위해 노출된 다수의 기준 전극 영역들을 갖는 기준 전극으로서, 상기 다수의 기준 전극 영역들 중 적어도 하나는 나머지 기준 전극 영역들과는 상이한 재료 조성물을 포함하는 상기 기준 전극을 포함하는, 전기화학적 센서.
11. 실시형태 10의 전기화학적 센서에 있어서, 상기 다수의 기준 전극 영역들 중 적어도 하나는 Ag/AgCl을 포함하는, 전기화학적 센서.
12. 실시형태 10의 전기화학적 센서에 있어서, 상기 나머지 기준 전극 영역들은 비부식성 도전체를 포함하는, 전기화학적 센서.
13. 실시형태 12의 전기화학적 센서에 있어서, 상기 비부식성 도전체는 금, 백금 또는 탄소를 포함하는, 전기화학적 센서.
14. 실시형태 10의 전기화학적 센서에 있어서, 상기 작업 전극은 체액과의 접촉을 위해 노출된 다수의 작업 전극 영역들을 포함하는, 전기화학적 센서.
15. 실시형태 14의 전기화학적 센서에 있어서, 상기 대향 전극은 체액과의 접촉을 위해 노출된 다수의 대향 전극 영역들을 포함하는, 전기화학적 센서.
16. 실시형태 15의 전기화학적 센서에 있어서, 상기 다수의 작업 전극 영역들, 상기 다수의 대향 전극 영역들 및 다수의 기준 전극 영역들은 대칭적으로 배열되며, 상기 센서에 AC 신호가 인가되는 경우에 대칭적 전위 분포가 생성되는, 전기화학적 센서.
17. 생체내 사용을 위한 전기화학적 센서로서, 기판; 상기 기판 상에 또는 내에 형성되고 체액과의 접촉을 위해 노출된 다수의 작업 전극 영역들을 갖는 작업 전극; 상기 기판 상에 또는 내에 형성되고 체액과의 접촉을 위해 노출된 다수의 기준 전극 영역들을 갖는 기준 전극; 상기 기판 상에 또는 내에 형성되고 체액과의 접촉을 위해 노출된 적어도 하나의 대향 전극 영역을 갖는 대향 전극을 포함하며, 상기 다수의 작업 전극 영역들, 상기 다수의 기준 전극 영역들 및 상기 적어도 하나의 대향 전극 영역은 대칭적으로 배열되고, 상기 전기화학적 센서에 AC 신호가 인가되는 경우에 대칭적 전위 분포가 생성되는, 전기화학적 센서.
18. 실시형태 17의 전기화학적 센서에 있어서, 상기 적어도 하나의 대향 전극 영역은 다수의 대향 전극 영역들을 포함하며, 상기 다수의 작업 전극 영역들, 상기 다수의 대향 전극 영역들 및 다수의 기준 전극 영역들은 대칭적으로 배열되고, 상기 센서에 AC 신호가 인가되는 경우에 대칭적 전위 분포가 생성되는, 전기화학적 센서.
19. 실시형태 18의 전기화학적 센서에 있어서, 상기 다수의 작업 전극 영역들, 다수의 기준 전극 영역들 및 다수의 대향 전극 영역들은 상기 센서의 길이 방향을 따라 간격을 두고 떨어져 있게 배열되는, 전기화학적 센서.
20. 실시형태 19의 전기화학적 센서에 있어서, 상기 배열은 대향 전극 영역, 그 다음에 작업 전극 영역, 그 다음에 기준 전극 영역의 순서로 배열된 인접한 전극 영역들의 어레이를 포함하는, 전기화학적 센서.
21. 실시형태 19의 전기화학적 센서에 있어서, 상기 배열은 대향 전극 영역, 그 다음에 작업 전극 영역, 그 다음에 기준 전극 영역, 그 다음에 작업 전극 영역, 그 다음에 대향 전극 영역의 순서로 배열된 인접한 전극 영역들의 어레이를 포함하는, 전기화학적 센서.
22. 실시형태 17의 전기화학적 센서에 있어서, 상기 다수의 작업 전극 영역들 및 다수의 기준 전극 영역들은 상기 센서의 길이 방향을 따라 어레이에서 간격을 두고 떨어져 있게 배열되는, 전기화학적 센서.
23. 실시형태 22의 전기화학적 센서에 있어서, 상기 적어도 하나의 대향 전극 영역은 상기 어레이에 인접하게 위치된 기다란 부재를 포함하는, 전기화학적 센서.
24. 실시형태 17의 전기화학적 센서에 있어서, 상기 다수의 기준 전극 영역들 중 적어도 하나는 나머지 기준 전극 영역들과는 상이한 재료 조성물을 포함하는, 전기화학적 센서.
25. 실시형태 24의 전기화학적 센서에 있어서, 상기 다수의 기준 전극 영역들 중 적어도 하나는 Ag/AgCl을 포함하는, 전기화학적 센서.
26. 실시형태 25의 전기화학적 센서에 있어서, 상기 나머지 기준 전극 영역들은 비부식성 도전체를 포함하는, 전기화학적 센서.
27. 실시형태 17의 전기화학적 센서에 있어서, 상기 기판은 실질적으로 평면인, 전기화학적 센서.
28. 실시형태 27에 있어서, 상기 작업, 대향 및 기준 전극들은 상기 기판에 부착된 실질적으로 평평한 도전체들로서 형성되는, 전기화학적 센서.
29. 실시형태 28에 있어서, 상기 다수의 작업 전극 영역들은 상기 작업 전극 위에 겹치고 상기 작업 전극과 전기 접촉하는 도전성 재료를 포함하는, 전기화학적 센서.
30. 실시형태 29에 있어서, 상기 전기화학적 센서는 상기 도전성 재료 및 상기 작업 전극 사이에 배치된 적어도 하나의 막을 포함하며, 상기 막은 상기 도전성 재료 및 상기 작업 전극 사이에 상기 전기 접촉을 허용하는 하나 이상의 개구부들을 포함하는, 전기화학적 센서.

Claims (24)

  1. 생체내 사용을 위한 전기화학적 센서로서,
    기판;
    상기 기판 상에 또는 내에 형성되고 체액과의 접촉을 위해 노출된 다수의 작업 전극 영역들을 갖는 작업 전극;
    상기 기판 상에 또는 내에 형성되고 체액과의 접촉을 위해 노출된 적어도 하나의 제 2 전극 영역을 갖는 제 2 전극을 포함하고,
    상기 다수의 작업 전극 영역들 및 상기 적어도 하나의 제 2 전극 영역은 대칭적 배열 (arrangement) 을 포함하며, AC 신호가 상기 센서에 인가되는 경우에 대칭적 전위 분포가 생성되는, 전기화학적 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 2 전극 영역은 다수의 제 2 전극 영역들을 포함하는, 전기화학적 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 기준 전극을 포함하고 상기 다수의 제 2 전극 영역들은 체액과의 접촉을 위해 노출된 기준 전극 영역들을 포함하며, 상기 전기화학적 센서는 상기 기판 상에 또는 내에 형성된 대향 전극을 더 포함하며, 상기 대향 전극은 체액과의 접촉을 위해 노출된 적어도 하나의 대향 전극 영역을 포함하는, 전기화학적 센서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 다수의 작업 전극 영역들, 다수의 상기 기준 전극 영역들 및 상기 적어도 하나의 대향 전극 영역은 대칭적으로 배열되며, 상기 전기화학적 센서에 AC 신호가 인가되는 경우에 대칭적 전위 분포가 생성되는, 전기화학적 센서.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 대향 전극은 체액과의 접촉을 위해 노출된 다수의 대향 전극 영역들을 포함하며, 상기 다수의 작업 전극 영역들, 상기 다수의 대향 전극 영역들 및 다수의 상기 기준 전극 영역들은 대칭적으로 배열되며, 상기 센서에 AC 신호가 인가되는 경우에 대칭적 전위 분포가 생성되는, 전기화학적 센서.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 다수의 기준 전극 영역들 중 적어도 하나는 나머지 기준 전극 영역들과는 상이한 재료 조성물을 포함하며, 바람직하게는 상기 다수의 기준 전극 영역들 중 적어도 하나는 Ag/AgCl을 포함하는, 전기화학적 센서.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 나머지 기준 전극 영역들은 비부식성 도전체들을 포함하는, 전기화학적 센서.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 실질적으로 평면인, 전기화학적 센서.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작업 전극 영역들은 상기 센서의 길이 방향을 따라 이격되어 있는, 전기화학적 센서.
  10. 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 작업 전극 영역들, 다수의 기준 전극 영역들 및 다수의 대향 전극 영역들은 상기 센서의 길이 방향을 따라 간격을 두고 떨어져 있게 배열되는, 전기화학적 센서.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 배열은 대향 전극 영역, 그 다음에 작업 전극 영역, 그 다음에 기준 전극 영역의 순서로 배열된 인접한 전극 영역들의 어레이를 포함하는, 전기화학적 센서.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 배열은 대향 전극 영역, 그 다음에 작업 전극 영역, 그 다음에 기준 전극 영역, 그 다음에 작업 전극 영역, 그 다음에 대향 전극 영역의 순서로 배열된 인접한 전극 영역들의 어레이를 포함하는, 전기화학적 센서.
  13. 제 3 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 작업 전극 영역들 및 다수의 상기 기준 전극 영역들은 상기 센서의 길이 방향을 따라 어레이에서 간격을 두고 떨어져 있게 배열되는, 전기화학적 센서.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 대향 전극 영역은 상기 어레이에 인접하게 위치된 기다란 부재를 포함하는, 전기화학적 센서.
  15. 제 3 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작업, 대향 및 기준 전극들은 상기 기판에 부착된 실질적으로 평평한 도체들로서 형성되는, 전기화학적 센서.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 작업 전극 영역들은 상기 작업 전극 위에 겹치고 상기 작업 전극과 전기 접촉하는 도전성 재료를 포함하는, 전기화학적 센서.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 전기화학적 센서는 상기 도전성 재료 및 상기 작업 전극 사이에 배치된 적어도 하나의 막을 더 포함하며, 상기 막은 상기 도전성 재료 및 상기 작업 전극 사이에 상기 전기 접촉을 허용하는 하나 이상의 개구부들을 갖는, 전기화학적 센서.
  18. 체액을 테스트하기 위한 전기화학적 센서로서,
    기판;
    상기 기판 상에 또는 내에 형성된 작업 전극;
    상기 기판 상에 또는 내에 형성된 대향 전극; 및
    상기 기판 상에 또는 내에 형성되고 체액과의 접촉을 위해 노출된 다수의 기준 전극 영역들을 갖는 기준 전극으로서, 상기 다수의 기준 전극 영역들 중의 적어도 하나는 나머지 기준 전극 영역들과는 상이한 재료 조성물을 포함하는, 상기 기준 전극을 포함하는, 전기화학적 센서.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 다수의 기준 전극 영역들 중의 상기 적어도 하나는 Ag/AgCl을 포함하는, 전기화학적 센서.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 나머지 기준 전극 영역들은 비부식성 도체를 포함하는, 전기화학적 센서.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 비부식성 도체는 금, 백금 또는 탄소를 포함하는, 전기화학적 센서.
  22. 제 18 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작업 전극은 체액과의 접촉을 위해 노출된 다수의 작업 전극 영역들을 포함하는, 전기화학적 센서.
  23. 제 18 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대향 전극은 체액과의 접촉을 위해 노출된 다수의 대향 전극 영역들을 포함하는, 전기화학적 센서.
  24. 제 18 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    다수의 상기 작업 전극의 영역들, 다수의 상기 대향 전극의 영역들 및 상기 다수의 기준 전극 영역들은 대칭적으로 배열되며, 상기 센서에 AC 신호가 인가되는 경우에 대칭적 전위 분포가 생성되는, 전기화학적 센서.
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