KR20230109619A - 작동 전극 제조 방법 - Google Patents

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아른프리트 귄터
알렉산더 슈텍
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에프. 호프만-라 로슈 아게
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Abstract

본 발명은 감지 물질을 여러 단계로 도포하는 것을 포함하는, 작동 전극의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 작동 전극을 포함하는 분석물 센서 및 샘플 중의 적어도 하나의 분석물을 검출하기 위한 분석물 센서의 용도에 관한 것이다.

Description

작동 전극 제조 방법
본 발명은 일반적으로 작동 전극의 제조 방법 및 작동 전극을 포함하는 분석물 센서, 그뿐만 아니라 샘플 중의 적어도 하나의 분석물을 검출하기 위한 분석물 센서의 용도에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 작동 전극의 제조 방법에 관한 것이고, 상기 방법은 감지 물질의 도포를 포함한다.
특정 신체 기능을 모니터링하는 것, 더욱 특정하게는 특정 분석물의 하나 이상의 농도를 모니터링하는 것은 다양한 질환의 예방 및 치료에서 중요한 역할을 한다.
체액의 샘플을 사용자로부터 특정하게 채취하여 분석물 농도에 대해 조사하는 소위 포인트 측정과 함께, 연속 측정이 점차 가능해지고 있다. 따라서, 체액 또는 기타 샘플로부터 신뢰할 수 있고 비용 효율적인 분석물 검출을 가능하게 하는 정확한 분석물 센서에 대한 수요가 증가하고 있다. 생체내 조건하에 분석물의 농도를 결정하기 위한 분석물 센서는 WO 2010/028708 A1로부터 공지되어 있다. 이러한 센서의 또 다른 예가 WO 2012/130841 A1에 개시된다. 또한 WO 2007/147475 A1가 체액 중의 분석물의 농도를 측정하기 위해 생체로 이식하도록 구성된 전류측정 센서를 개시한다. 대안의 센서 요소가 WO 2014/001382 A1에 개시된다.
WO 2009/123624 A1은 이미지가 장치의 영역 부분으로 제한되는 장치의 이미지를 얻는 것을 포함하는 의료 장치 코팅 방법에 관한 것이다. 코팅은 노즐의 어레이를 포함하는 프린트 헤드에 의해 영역 부분에 도포되고 여기서 프린트 헤드는 각각의 장치에 걸쳐 제1 선형 경로로 이동하여 제1 발사점 세트에서 노즐의 어레이를 통해 코팅 물질의 액적을 제1 영역 부분에 토출한다.
US 9,309,550 B2는 베이스 층, 베이스 층 상에 배치된 전도성 층을 포함하는 포도당 센서 제조 방법을 개시하며, 여기서 전도성 층은 복수의 전도성 나노튜브, 전도성 나노튜브 상에 배치된 포도당 산화효소를 포함하는 분석물 감지 층 및 분석물 감지 층 상에 배치된 분석물 조절 층을 포함하는 작동 전극을 포함하고, 여기서 분석물 조절 층은 이를 통한 포도당의 확산을 조절한다. 이 방법에서, 여러 상이한 물질의 층이 전도성 층에 도포될 수 있다.
US 2018/0328877 A1은 분석물 센서 및 분석물 센서 제작 방법을 개시한다. 이 방법에서, 효소 층이 평평한 유연 기판에 도포된다.
US 2014/0166612 A1은 분석물 센서 구성요소 제작 방법을 개시한다. 상기 방법은 기판 상에 층을 침착시키는 것을 포함한다.
US 2006/0169599 A1은 비침출성 또는 확산성 산화환원 매개체를 이용하는 센서 및 센서 제조 방법을 설명한다.
US 9,829,459 B2는 시약 분배 시스템을 사용하여 전기화학적 테스트 센서에 시약을 침착시키는 방법을 설명한다.
분석물 센서의 작동 전극 상의 전도성 층에 감지 물질을 도포하는 것은 사소한 일이 아니다. 감지 물질은 친수성인 반면, 예를 들어 탄소와 같은 전도성 층은 소수성이다. 따라서, 감지 물질에 의한 기판 표면의 습윤이 실질적으로 일어나지 않는다. 그 결과, 도포된 감지 물질 층은 건조 후 수 마이크로미터의 감지 물질 층의 중앙 영역에 비해 증가된 가장자리 두께를 가질 수 있으며, 감지 물질 층의 가장자리에서 약 5-10 μm의 건조 총 두께를 야기한다. 후속 레이저 삭마의 경우, 일정량의 감지 물질이 가장자리에 남을 수 있고, 이는 센서 감도에 영향을 미칠 수 있다. 삭마 깊이의 증가는 전도성 물질의 하부 층을 부분적으로 삭마할 위험 없이는 불가능하다.
본 발명에 의해 해결될 문제는 위에 언급한 단점을 피하는 작동 전극의 제조 방법을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명은 작동 전극 상에 실질적으로 균일한 두께를 갖는 감지 물질 구조를 생성하는 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
따라서 위에 언급한 기술적 과제를 해결하는 작동 전극 및 분석물 센서 제조 방법을 제공하는 것이 바람직하다. 예를 들어 실질적으로 균일한 두께를 갖는 감지 물질 층을 생성하는 제조 공정을 사용하여 전하에 걸쳐 높고 재현 가능한 감도를 갖지만 낮은 비용으로 제조될 수 있는 작동 전극 및 분석물 센서를 제공하는 것이 추가로 바람직하다.
요약
이 문제는 독립 청구항의 특징을 갖는, 작동 전극 및 작동 전극을 포함하는 분석물 센서 제조 방법에 의해 해결된다. 고립된 방식으로 또는 임의의 조합으로 실현될 수 있는 유리한 구체예가 종속 청구항 및 명세서 전체에 걸쳐 나열된다.
본 발명에 따른 방법은 실질적으로 균일한 두께 및 전하에 걸쳐 높고 재현 가능한 센서 감도를 갖는 분석물 센서에 포함될 수 있는 작동 전극의 제조를 허용하므로 유리하다. 또한, 감도가 제조 공정 동안 선택되고 정밀하게 조정될 수 있다. 상세한 모니터링 및 제조 파라미터의 미세 조정을 피할 수 있으므로, 비용이 감소될 수 있고 센서의 공장 교정이 가능하다. 추가적으로, 센서 드리프트가 감소될 수 있다. 더욱이, 분석물 센서의 제조 동안 감지 물질의 안정성이 증가한다. 이는 감지 물질, 특히 감지 물질에 포함된 효소의 분해가 제조 동안 감소되거나 심지어 완전히 방지됨을 의미한다.
본 발명에 따르면, 센서 기판 상에 작동 전극을 제조하는 방법이 개시된다. 작동 전극은 분석물 센서의 일부일 수 있다.
상기 방법은 구체적으로 주어진 순서로 수행될 수 있는 다음 단계를 포함한다. 또한, 달리 지시되지 않는 한, 둘 이상의 공정 단계가 동시에 또는 부분적으로 동시에 수행될 수 있다. 또한, 하나 또는 하나 초과 또는 심지어 모든 방법 단계가 한 번 또는 한 번 초과 또는 심지어 반복적으로 또는 연속적으로 수행될 수 있다. 상기 방법은 구체적으로 나열되지 않은 추가 방법 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 분석물 센서의 작동 전극을 제조하는 방법이 제공되며, 여기서 방법은 다음 단계를 포함한다:
a) 다음을 포함하는 기판을 제공하는 단계
- 제1 면 및 제2 면,
- 기판의 제1 면에 위치한 적어도 하나의 전도성 물질,
b) 다음 단계를 포함하는, 기판의 제1 면 상의 도포 영역에 감지 물질을 도포하는 단계
b1) 감지 물질의 제1 층을 적어도 부분적으로 전도성 물질에 도포하는 단계,
b2) 감지 물질의 제2 층을 적어도 부분적으로 감지 물질의 제1 층에 도포하는 단계, 및
c) 기판의 제1 면 상의 분석물 센서의 작동 전극을 얻는 단계, 여기서 감지 물질은 다음을 포함함
- 적어도 하나의 효소 및
- 적어도 하나의 가교제,
여기서 최대 약 70 μm의 습윤 층 두께로 서로 독립적으로, 감지 물질의 제1 층은 단계 (b1)에서 도포되고 감지 물질의 제2 층은 단계 (b2)에서 도포됨.
특정 구체예에서, 방법은 다음 단계를 추가로 포함한다:
b3) 감지 물질의 제3 층 및 선택적으로 적어도 하나의 추가 층을 적어도 부분적으로 감지 물질의 제2 층에 도포하는 단계,
여기서 단계 (b3)은 단계 (b2) 후 및 단계 (c) 전에 수행됨,
여기서 최대 약 70 μm의 습윤 층 두께로 서로 독립적으로, 감지 물질의 제3 층 및 선택적인 적어도 하나의 추가 층은 단계 (b3)에서 도포됨.
특정 구체예에서, 방법은 다음 단계를 추가로 포함한다:
감지 물질의 다음 층을 도포하기 전에 도포된 감지 물질의 층을 건조하는 단계.
특정 구체예에서, 방법의 단계 (c)는 다음을 추가로 포함한다:
예를 들어 레이저 조사에 의해 도포 영역의 제1 부분으로부터 도포된 감지 물질을 적어도 부분적으로 제거하는 단계, 여기서 감지 물질은 도포 영역의 제2 부분 상에 보존된다.
특정 구체예에서, 방법의 단계 (c)는 다음을 추가로 포함한다:
도포된 감지 물질을 경화하는 단계, 여기서 감지 물질의 적어도 일부가 가교된다.
특정 구체예에서, 방법의 단계 (c)는 다음을 추가로 포함한다:
감지 물질을 적어도 하나의 추가 중합체 층으로 코팅하는 단계.
본 발명의 추가 양태는 위에 기재된 바와 같이 전극을 제조하는 것 및 적어도 하나의 추가 전극을 제공하는 것을 포함하는 분석물 센서 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 추가 양태는 다음을 포함하는 분석물 센서에 관한 것이다:
(i) 다음을 포함하는 기판
- 제1 면 및 제2 면, 및
- 기판의 제1 면에 위치한 적어도 하나의 전도성 물질, 및
(ii) 기판의 제1 면을 적어도 부분적으로 덮는 감지 물질을 포함하는 작동 전극,
여기서 감지 물질은 기판의 제1 면 상의 도포 영역에 도포되고, 선택적으로 여기서 감지 물질은 적어도 부분적으로 도포 영역의 제1 부분으로부터 제거되고 도포 영역의 제2 부분 상에 보존됨, 그리고
여기서 감지 물질은 다음을 포함함
- 적어도 하나의 효소 및
- 적어도 하나의 가교제,
여기서 감지 물질은 약 1 μm 내지 약 10 μm 범위의 건조 총 두께를 갖고, 여기서 감지 물질의 건조 총 두께는 도포 영역의 가장자리를 포함하는 도포 영역에 걸쳐 또는 선택적으로 도포 영역의 보존된 가장자리를 포함하는 도포 영역의 제2 보존된 부분에 걸쳐 실질적으로 균일함.
본 발명의 또 다른 추가 양태는 다음을 포함하는 분석물 센서에 관한 것이다:
(i) 다음을 포함하는 기판
- 제1 면 및 제2 면, 및
- 기판의 제1 면에 위치한 적어도 하나의 전도성 물질, 및
(ii) 기판의 제1 면을 적어도 부분적으로 덮는 감지 물질을 포함하는 작동 전극, 특히 작동 전극은 전도성 물질을 적어도 부분적으로 덮음,
여기서 감지 물질은, 특히 감지 물질이 전도성 물질 상에 적어도 부분적으로 도포되는 방식으로, 기판의 제1 면 상의 도포 영역에 도포되고, 선택적으로 여기서 감지 물질은 적어도 부분적으로 도포 영역의 제1 부분으로부터 제거되고 도포 영역의 제2 부분 상에 보존됨, 그리고
여기서 감지 물질은 다음을 포함함
- 적어도 하나의 효소 및
- 적어도 하나의 가교제,
여기서 감지 물질은 약 1 μm 내지 약 10 μm 범위의 건조 총 두께를 갖고, 여기서 감지 물질의 건조 총 두께는 도포 영역의 가장자리를 포함하는 도포 영역에 걸쳐 또는 선택적으로 도포 영역의 보존된 가장자리를 포함하는 도포 영역의 제2 보존된 부분에 걸쳐 실질적으로 균일함.
특정 구체예에서, 감지 물질의 건조 총 두께는 도포 영역에 걸쳐 또는 도포 영역의 보존된 부분에 걸쳐 감지 물질의 평균 건조 총 두께와 비교하여 도포 영역의 가장자리에서 약 0.5 μm 이하, 더욱 특정하게는 약 0.2 μm 이하의 증가를 나타낸다.
본 발명의 또 다른 추가 양태는 위에 기재된 바와 같은 작동 전극 및 적어도 하나의 추가 전극을 포함하는 분석물 센서에 관한 것이다.
정의
다음에서 사용되는 바와 같은 용어 "가지다", "포함하다(comprise)" 또는 "포함하다(include)" 또는 이들의 임의의 문법적 변형이 비배타적인 방식으로 사용된다. 따라서, 이들 용어는, 이들 용어에 의해 도입된 특징 이외에도 이 문맥에서 설명된 개체에 존재하는 추가 특징이 없는 상황 및 하나 이상의 추가 특징이 존재하는 상황 모두를 지칭할 수 있다. 예로서, 표현 "A가 B를 갖는다", "A가 B를 포함한다(comprise)" 및 "A가 B를 포함한다(include)"는 B 이외에 다른 요소가 존재하지 않는 상황 (즉 단독으로 그리고 배타적으로 B로 구성되는 상황) 및 B 이외에 하나 이상의 추가 요소, 예컨대 요소 C, 요소 C 및 D 또는 추가 요소가 개체 A에 존재하는 상황을 모두 지칭할 수 있다.
또한, 특징 또는 요소가 한 번 이상 존재할 수 있음을 나타내는 용어 "최소 하나의", "하나 이상의" 또한 유사한 표현은 전형적으로 각각의 특징 또는 요소를 도입할 때 한 번만 사용될 것임에 유의해야 한다. 아래에서, 대부분의 경우, 각각의 특징 또는 요소를 언급할 때, 표현 "최소 하나의" 또는 "하나 이상의"는 각각의 특징 또는 요소가 한 번 이상 존재할 수 있다는 사실에도 불구하고 반복되지 않을 것이다.
또한, 아래에서 사용되는 용어 "바람직하게는", "더욱 바람직하게는", "특히", "더욱 특정하게는", "구체적으로", "더욱 구체적으로" 또는 유사한 용어는 대안적인 가능성을 제한하지 않고 선택적 특징과 함께 사용된다. 따라서, 이들 용어에 의해 도입된 특징은 선택적 특징이고 어떤 방식으로도 청구항의 범위를 제한하려는 의도가 아니다. 당업자가 인식할 것과 같이 본 발명은 대안적인 특징을 사용하여 수행될 수 있다. 유사하게, "본 발명의 구체예에서" 또는 유사한 표현에 의해 도입된 특징은, 본 발명의 대안적인 구체예에 대한 어떤 제한도 없고, 발명의 범위에 대한 어떤 제한도 없고, 그러한 방식으로 도입된 특징을 본 발명의 다른 선택적 또는 비선택적 특징과 조합할 가능성에 관한 어떤 제한도 없이 선택적인 특징인 것으로 의도된다.
상세한 설명
본 발명은 위에 기재된 분석물 센서의 작동 전극 제조 방법 및 위에 기재된 작동 전극에 관한 것이다.
본원에서 사용된 용어 "작동 전극"은 광범위한 용어이며 당업자에게 일반적이고 관습적인 의미가 주어져야 하고 특별하거나 맞춤화된 의미로 제한되지 않아야 한다. 상기 용어는 구체적으로, 제한 없이, 분석물에 민감한 분석물 센서의 전극을 지칭할 수 있다. 작동 전극은 적어도 하나의 센서 기판의 적어도 하나의 제1 면에 배치될 수 있다. 특히, 작동 전극은 적어도 하나의 전도성 물질 및 적어도 하나의 감지 물질을 포함하고, 여기서 상기 적어도 하나의 감지 물질은 적어도 둘의 개별 단계, 예를 들어 둘 또는 셋 또는 심지어 그 이상의 단계에서 센서 기판의 제1 면 상의 전도성 물질 상의 도포 영역에 도포된다. 특정 구체예에서, 각 단계에서 도포되는 감지 물질은 동일하다. 특히, 층은 캐뉼라-코팅에 의해 도포된다.
감지 물질의 제1 층, 감지 물질의 제2 층 및 존재하는 경우 감지 물질의 제3 층 및/또는 추가 층이 서로 독립적으로 최대 약 70 μm, 예를 들어 약 10 μm 내지 약 70 μm, 약 20 μm 내지 약 60 μm 또는 약 30 μm 내지 약 40 μm의 습윤 층 두께로 도포된다. 감지 물질 층의 습윤 층 두께는 다음 공식에 따라 캐뉼라로부터의 감지 물질의 유량 대 캐뉼라에 대한 기판의 속도의 비율 및 층의 폭에 의해 결정될 수 있다:
T = FR / S / W,
여기서
T는 mm로 나타낸 습윤 층 두께이고
FR은 ml/s로 나타낸 유량이고
S는 mm/s로 나타낸 캐뉼라에 대한 기판의 속도이고
W는 mm로 나타낸 감지 물질의 층의 폭이다.
감지 물질의 층의 폭은 현미경, 바람직하게는 광 주사 현미경, 특히 레이저 주사 현미경에 의해 결정될 수 있다. 적합한 광 주사 현미경이 알려져 있으며, 예를 들어 Keyence 현미경 VK-9710 또는 FRT MicroProf이다.
습윤 층 두께는 감지 물질이 건조되기 전의 두께와 관련된다. 단계 b)에서 감지 물질의 도포를 위해 감지 물질은 바람직하게는 적어도 하나의 용매를 포함한다. 적합한 용매는 예를 들어, 양성자성 용매로 이루어진 군, 특히 물로부터 선택된다. 습윤 층 두께는 적어도 하나의 용매, 특히 물을 포함하는 감지 물질의 두께와 관련된다.
도포 후, 감지 물질의 습윤 층이 건조된다. 따라서, 적어도 하나의 용매, 특히 물이 증발한다. 특정 구체예에서, 감지 물질의 각 층은 다음 층이 도포되기 전에 중간 건조 단계에서 건조된다. 특정 구체예에서, 건조 후, 감지 물질의 제1 층, 감지 물질의 제2 층 및 존재하는 경우 감지 물질의 제3 및/또는 추가 층이 서로 독립적으로 최대 약 10 μm, 예를 들어 약 0.5 μm 내지 약 5 μm 또는 약 1 μm 내지 약 2 μm 또는 약 0.5 μm 내지 약 1 μm의 건조 층 두께를 갖는다. 감지 물질 층의 건조 층 두께는 광 주사 현미경, 특히 레이저 주사 현미경에 의해 결정될 수 있다. 적합한 광 주사 현미경이 알려져 있으며, 예를 들어 Keyence 현미경 VK-9710 또는 FRT MicroProf이다.
특정 구체예에서, 건조 후, 전체 감지 물질, 즉 기판 상에 여러 층으로 도포된 조합된 감지 물질은 약 1 μm 내지 약 10 μm 범위, 바람직하게는 약 1 μm 내지 6 μm, 특히 약 2 μm 내지 약 5 μm 또는 약 2 μm 내지 약 4 μm 범위의 건조 총 두께를 갖는다. 감지 물질의 건조 총 두께는 광 주사 현미경, 특히 레이저 주사 현미경에 의해 결정될 수 있다. 적합한 광 주사 현미경이 알려져 있으며, 예를 들어 Keyence 현미경 VK-9710 또는 FRT MicroProf이다.
본 발명의 방법에서, 감지 물질은 적어도 둘의 개별 단계에서 기판의 제1 면 상에 위치한 도포 영역에 도포된다. 건조 후, 감지 물질은 도포 영역의 가장자리를 포함하는 도포 영역에 걸쳐 실질적으로 균일한 건조 총 두께를 갖는다. 본원에서 사용된 용어 "도포 영역"은 광범위한 용어이며 당업자에게 일반적이고 관습적인 의미가 주어져야 하고 특별하거나 맞춤화된 의미로 제한되지 않아야 한다. 상기 용어는 구체적으로, 제한 없이, 감지 물질이 도포된 기판의 제1 면의 전체 영역을 지칭할 수 있다. 특정 구체예에서, 도포 영역은 약 0.1 mm2 내지 약 2 mm2의 범위, 특히 약 0.6 mm²이다. 특정 구체예에서, 도포 영역의 가장자리에서 감지 물질의 건조 총 두께는 도포 영역에 걸쳐 감지 물질의 평균 건조 총 두께와 비교하여 약 1 μm 이하, 더욱 특정하게는 약 0.2 μm 이하의 증가를 나타낸다. 감지 물질의 평균 건조 총 두께는 광 주사 현미경, 특히 레이저 주사 현미경에 의해 결정된다. 적합한 광 주사 현미경이 알려져 있으며, 예를 들어 Keyence 현미경 VK-9710 또는 FRT MicroProf이다.
본 발명의 작동 전극은 감지 물질을 포함하고, 이는 기판의 제1 면, 특히 적어도 하나의 전도성 물질을 적어도 부분적으로 덮고, 여기서 감지 물질은 약 1 μm 내지 약 10 μm의 범위, 바람직하게는 약 1 μm 내지 6 μm, 바람직하게는 약 2 μm 내지 약 5 μm 또는 약 2 μm 내지 약 4 μm의 범위의 건조 총 두께를 갖고, 여기서 감지 물질의 건조 총 두께는 도포 영역의 가장자리를 포함하는 도포 영역에 걸쳐 실질적으로 균일하다.
특정 구체예에서, 감지 물질은 기판의 제1 면 상의 도포 영역에 도포되고 제조를 위한 추가 단계 동안 완전한 도포 영역 상에 유지된다. 추가 구체예에서, 감지 물질은 도포 영역의 제1 부분으로부터 적어도 부분적으로 제거되고 도포 영역의 제2 부분, 즉 제조의 추가 단계 동안 보존되는 부분 상에 보존된다. 이들 구체예에서, 감지 물질은 약 1 μm 내지 약 10 μm의 범위, 바람직하게는 약 1 μm 내지 6 μm, 바람직하게는 약 2 μm 내지 약 5 μm 또는 약 2 μm 내지 약 4 μm의 범위의 건조 총 두께를 갖고, 여기서 감지 물질의 건조 총 두께는 보존된 도포 영역의 가장자리를 포함하는 도포 영역의 제2 보존 부분에 걸쳐 실질적으로 균일하다. 이 맥락에서, 용어 "가장자리"는 도포 영역 상의 감지 물질의 도포에 의해 생성된 가장자리에 관련됨에 유의해야 한다.
작동 전극은 분석물 센서에 포함될 수 있다. 분석물 센서는 전형적으로 예를 들어 상대 전극 및/또는 기준 전극과 같은 추가 전극을 추가로 포함한다. 감지 물질의 층은 작동 전극 상에만 존재할 수 있고 전형적으로 임의의 추가 전극에 부재할 수 있으며, 예를 들어 상대 전극 및/또는 기준 전극이 감지 물질의 층을 포함하지 않을 수 있다.
또한, 본 발명은 분석물 센서 제조 방법을 개시한다. 분석물 센서 제조 방법은 본원에 개시된 바와 같이 기판 상에 작동 전극을 제조하는 방법 및 적어도 하나의 추가 전극을 제공하는 단계를 포함한다.
분석물 센서는 사용자의 신체 조직에 적어도 부분 이식, 구체적으로 경피 삽입하기 위헤 구성될 수 있고; 더욱 구체적으로 분석물 센서는 분석물의 연속 모니터링을 위해 구성될 수 있고, 더욱더 구체적으로 분석물 센서는 연속 포도당 모니터링을 위해 구성될 수 있다.
용어 "사용자" 및 "대상"은 본원에서 상호 교환적으로 사용된다. 상기 용어는 특히 인간과 관련될 수 있다.
본원에서 사용된 용어 "분석물 센서"는 광범위한 용어이며 당업자에게 통상적이고 관례적인 의미가 주어져야 하고 특별하거나 맞춤화된 의미로 제한되지 않아야 한다. 상기 용어는 구체적으로, 제한 없이, 적어도 하나의 분석물의 농도를 검출 또는 측정하기 위해 구성된 임의의 요소 또는 장치를 지칭할 수 있다. 분석물 센서는 구체적으로 사용자의 신체 조직에 적어도 부분적으로 이식하기에 적합한 분석물 센서일 수 있고, 더욱 구체적으로 분석물의 연속 모니터링을 위한 분석물 센서일 수 있다.
특정 구체예에서, 본 발명의 분석물 센서는 본 발명의 방법에 따라 얻을 수 있는 작동 전극 및 적어도 하나의 추가 전극 및 각각의 회로를 포함하는 전기화학적 센서이다. 더욱 특정하게는, 센서는 적어도 하나의 작동 전극을 포함하는 전류측정 전기화학적 센서이다. 전형적으로, 분석물 센서는 적어도 하나의 추가 전극, 특히 상대 전극 및/또는 기준 전극 또는 조합된 상대/기준 전극을 포함한다.
작동 전극은 작동 전극과 기준 전극 사이에 적용될 수 있고 일정전위기에 의해 조절될 수 있는 분극 전압에서 측정될 분석물에 민감하다. 측정 신호는 상대 전극과 작동 전극 사이에 전류로서 제공될 수 있다. 별도의 상대 전극이 부재할 수 있고 유사 기준 전극이 존재할 수 있으며, 이는 상대 전극으로도 작동할 수 있다. 따라서, 분석물 센서는 전형적으로 적어도 두 개의 세트, 한 구체예에서 세 개의 전극의 세트를 포함할 수 있다. 특히, 감지 물질은 작동 전극에만 존재한다.
특히, 본 발명에 따른 분석물 센서는 완전히 또는 부분적으로 이식 가능할 수 있으며, 따라서 피하 조직의 체액, 특히 간질액 중의 분석물의 검출을 수행하도록 적합화될 수 있다. 다른 부분 또는 구성요소는 신체 조직의 외부에 남아 있을 수 있다. 예를 들어, 본원에서 사용된 용어 "이식 가능한" 또는 "피하"는 사용자의 신체 조직 내에 완전히 또는 적어도 부분적으로 배열되는 것을 의미한다. 이 목적을 위해, 분석물 센서는 삽입 가능한 부분을 포함할 수 있으며, 여기서 용어 "삽입 가능한 부분"은 일반적으로 임의의 신체 조직에 삽입 가능하게 구성된 요소의 부품 또는 구성요소를 지칭할 수 있다. 삽입 가능한 부분은 작동 전극 및 전형적으로 적어도 하나의 추가 전극, 예를 들어 상대, 기준 및/또는 상대/기준 전극을 포함한다. 특정 구체예에서, 작동 전극은 기판의 제1 면에 위치하고, 적어도 추가 전극은 기판의 제2 면에 위치하며, 모든 전극은 삽입 가능한 부분에 위치한다. 삽입되지 않은 센서 부분은 센서를 전자장치 유닛에 연결하는 접촉부를 포함하는 센서의 상부이다.
바람직하게는, 삽입 가능한 부분은 완전히 또는 부분적으로 생체적합성 표면을 포함할 수 잇으며, 이는 적어도 전형적인 사용 기간 동안 사용자 또는 신체 조직에 유해한 영향을 가능한 한 적게 미칠 수 있다. 이 목적을 위해, 삽입 가능한 부분은 한편으로는 체액 또는 적어도 그 안에 포함된 분석물에 대해 투과성일 수 있지만, 다른 한편으로는 분석물 센서, 특히 작동 전극에 포함된 화합물에 대해 불투과성일 수 있어 신체 조직으로의 이동을 방지할 수 있는 적어도 하나의 생체적합성 막 층, 예컨대 적어도 하나의 중합체 막, 예를 들어 겔 막으로 완전히 또는 부분적으로 덮일 수 있다. 생체적합성 막 층에 관한 추가 세부사항은 본원의 다른 곳에 개시된다.
또한, 본원에서 사용된 용어 "분석물"은 광범위한 용어이며 당업자에게 통상적이고 관례적인 의미가 주어져야 하고 특별하거나 맞춤화된 의미로 제한되지 않아야 한다. 상기 용어는 구체적으로, 제한 없이, 화합물 체액에 존재할 수 있고 그 농도가 사용자에게 관심사일 수 있는 임의의 원소, 성분 또는 화합물을 지칭한다. 구체적으로, 분석물은 적어도 하나의 대사산물과 같이 사용자의 대사에 참여할 수 있는 임의의 화학적 물질 또는 화합물이거나 이를 포함할 수 있다. 예로서, 적어도 하나의 대사산물은 포도당, 콜레스테롤, 중성지방, 젖산염으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고; 더욱 구체적으로 분석물은 포도당일 수 있다. 그러나 부가적으로 또는 대안적으로, 다른 유형의 분석물 및/또는 분석물의 임의의 조합이 결정될 수 있다.
또한, 본원에서 사용된 용어 "기판"은 광범위한 용어이며 당업자에게 통상적이고 관례적인 의미가 주어져야 하고 특별하거나 맞춤화된 의미로 제한되지 않아야 한다. 용어 "기판"은 용어 "센서 기판"과 동의어로 사용되며 구체적으로, 제한 없이, 임의의 종류의 물질 또는 물질의 조합을 지칭할 수 있고, 이는 본원에 기재된 바와 같은 전도성 물질 및/또는 감지 물질의 층을 지지하기 위한 캐리어 층을 형성하기에 적합하다. 특히, 본원에서 이해되는 "센서 기판"은 전기 절연 물질을 포함할 수 있다.
본원에서 사용된 용어 "층"은 광범위한 용어이며 당업자에게 일반적이고 관습적인 의미가 주어져야 하고 특별하거나 맞춤화된 의미로 제한되지 않아야 한다. 상기 용어는 구체적으로, 제한 없이, 분석물 센서의 층 셋업의 요소를 지칭할 수 있다. 구체적으로, 용어 "층"은 임의의 기판, 구체적으로 편평한 기판의 임의의 피복을 지칭할 수 있다. 층은 구체적으로 그 두께를 최소 2 배, 최소 5 배, 최소 10 배 또는 심지어 최소 20 배 이상만큼 초과하는 측면 연장부를 가질 수 있다. 구체적으로, 분석물 센서는 층 셋업을 가질 수 있다. 분석물 센서는 적어도 하나의 전도성 물질, 적어도 하나의 감지 물질의 적어도 하나의 층 및 선택적으로 적어도 하나의 막 층과 같은 복수의 층을 포함할 수 있다. 분석물 센서의 하나 이상의 층은 하위층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전도성 물질을 포함하는 층은 적어도 하나의 추가 층을 포함할 수 있다.
본원에서 사용된 용어 "전기 절연 물질"은 광범위한 용어이며 당업자에게 일반적이고 관습적인 의미가 주어져야 하고 특별하거나 맞춤화된 의미로 제한되지 않아야 한다. "전기 절연 물질"은 또한 유전성 물질을 지칭할 수 있다. 상기 용어는 구체적으로, 제한 없이, 전하의 전달을 방지하고 상당한 전류를 유지하지 않는 물질 또는 물질의 조합을 지칭할 수 있다. 구체적으로, 다른 가능성을 제한하지 않고, 적어도 하나의 전기 절연 물질은 제조 전자 인쇄 회로 기판 제조에서 사용되는 절연 에폭시 수지와 같은 적어도 하나의 절연 수지이거나 이를 포함할 수 있고; 특히 이는 열가소성 물질, 예컨대 폴리카르보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 폴리에스테르, 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리우레탄, 폴리에테르, 폴리아미드, 폴리이미드 또는 이들의 공중합체, 예컨대 글리콜 변성 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 알루미나이거나 이들을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 분석물 센서에서, 센서 기판은 적어도 제1 면 및 적어도 제1 면에 대향하는 제2 면인 두 개의 대향하는 면을 포함할 수 있다.
구체적으로, 분석물 센서, 더욱 구체적으로 센서 기판은 추가적으로 적어도 하나의 추가 전극을 포함할 수 있고, 여기서 적어도 하나의 추가 전극은 기준 전극 및 상대 전극 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한 구체예에서, 적어도 하나의 추가 전극은 조합된 상대/기준 전극을 포함한다. 특히, 기준 전극은 적어도 하나의 기준 전극 전도성 물질을 포함할 수 있고; 및/또는 상대 전극은 적어도 하나의 상대 전극 전도성 물질을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 적어도 하나의 추가 전극은 제1 면 및 센서 기판의 제1 면에 대향하는 제2 면 중 적어도 하나에 배치될 수 있다.
본원에서 사용된 용어 "전도성 물질"은 광범위한 용어이며 당업자에게 일반적이고 관습적인 의미가 주어져야 하고 특별하거나 맞춤화된 의미로 제한되지 않아야 한다. 상기 용어는 구체적으로, 제한 없이, 전도성 스트립, 층, 와이어 또는 다른 유형의 세장형 전기 전도체를 지칭할 수 있다. 더욱 구체적으로, 용어 "전도성 물질"은, 제한 없이, 전도성이어서 전류를 유지할 수 있는 물질, 예를 들어 전도성 물질은 탄소; 탄소 페이스트; 금; 구리; 은; 니켈; 백금; 팔라듐으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 구체적으로, 전도성 물질은 금, 구리, 은, 니켈, 팔라듐 또는 백금 중 하나 이상과 같은 적어도 하나의 금속이거나 이들을 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 전도성 물질은 적어도 하나의 전도성 화합물, 예컨대 적어도 하나의 전도성 유기 또는 무기 화합물이거나 이를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 전도성 물질은 적어도 하나의 비금속 전도성 물질, 예를 들어 폴리아닐린, 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜(PEDOT), 탄소 또는 탄소 페이스트이거나 이들을 포함할 수 있다. 탄소 페이스트 구체적으로 탄소, 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르와 같은 용매 및 적어도 염화비닐 공중합체 및 삼원중합체와 같은 결합제를 포함하는 물질에 관한 것일 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 전도성 물질은 금 및/또는 탄소를 포함할 수 있고; 더욱 바람직하게는, 전도성 물질은 금 및/또는 탄소 및/또는 탄소 페이스트로 구성될 수 있다. 구체적으로 전도성 물질은 금 및 추가 물질, 예를 들어 탄소를 포함할 수 있다.
더욱이, 전도성 물질은 적어도 하나의 추가 물질의 적어도 하나의 추가 층을 포함할 수 있고; 구체적으로 추가 층은 추가 전도성 물질을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 전도성 물질의 추가 층은 탄소를 포함하거나 탄소로 구성될 수 있다. 추가 물질은 제1 면에 배치될 수 있다. 추가 층, 특히 탄소를 사용하는 것은 전도성 물질에 의한 효율적인 전자 전달에 기여할 수 있다.
전도성 물질은 최소 약 0.1 μm, 바람직하게는 최소 약 0.5 μm, 더욱 바람직하게는 최소 약 5 μm, 구체적으로 최소 약 7 μm 또는 최소 약 10 μm의 두께를 가질 수 있다. 전도성 물질이 탄소를 포함하거나 탄소인 경우, 전도성 물질은 구체적으로 최소 약 7 μm, 더욱 구체적으로 최소 약 10 μm, 예를 들어 약 10 μm 내지 15 μm의 두께를 가질 수 있다. 구체적으로, 전도성 물질이 금인 경우, 전도성 물질은 최소 약 100 nm, 더욱 구체적으로 최소 약 500 nm의 두께를 가질 수 있다.
위에 명시된 최소 두께는 적절한 전자 수송을 보장하므로 유리할 수 있다. 지정된 값 미만의 두께는 일??거으로 신뢰할 수 있는 전자 수송에 충분하지 않다. 더욱더 구체적으로, 두께는 탄소의 경우 약 30 μm의 값 및 금의 경우 약 5 μm의 값을 초과하지 않아야 한다. 두께가 지나치게 큰 경우, 전체 두께 및 따라서 분석물 센서의 크기가 증가할 수 있다. 더 큰 분석물 센서 크기는 이식될 때 어려움을 유발할 수 있으므로 일반적으로 바람직하지 않다. 또한, 이들은 특히 탄소의 경우에 덜 유연할 수 있고 및/또는 특히 금의 경우에 고가일 수 있다.
전도성 물질은 소수성일 수 있다. 예를 들어, 전도성 물질과 물의 접촉각은 5 μl의 물방울 부피로 예를 들어 Keyence VHX-100을 사용하여 현미경을 통해 결정된 60 ° 내지 140 °의 범위, 특히 약 100 °일 수 있다.
전도성 물질은 거친 표면을 추가로 포함할 수 있다. 거친 표면은 일반적으로 전자 수송의 효율을 증가시킨다. 또한, 이는 소수성을 증가시킨다. 거친 표면은 표면이 요철을 포함할 있음을 의미한다. 이 요철의 깊이는 예를 들어 광 주사 현미경, 특히 레이저 주사 현미경을 통해 결정된 1 μm 내지 15 μm의 범위, 바람직하게는 1 μm 내지 6 μm의 범위, 예컨대 약 3 μm일 수 있다. 거친 표면에서 두 융기부 사이의 거리는 예를 들어 광 주사 현미경, 특히 레이저 주사 현미경을 통해 결정된 20 μm 내지 80 μm의 범위, 예컨대 약 40 μm일 수 있다.
본원에서 사용된 용어 "기준 전극 전도성 물질" 및 "상대 전극 전도성 물질"은 광범위한 용어이며 당업자에게 통상적이고 관례적인 의미가 주어져야 하고 특별하거나 맞춤화된 의미로 제한되지 않아야 한다. 상기 용어는 구체적으로, 제한 없이, 각각 기준 전극 또는 상대 전극에 존재하는 전도성 스트립, 층, 와이어 또는 다른 유형의 세장형 전기 전도체를 지칭할 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 용어는, 제한 없이, 전도성이어서 전류를 유지할 수 있는 물질을 지칭할 수 있고, 예를 들어 기준 전극 전도성 물질 및/또는 상대 전극 전도성 물질은 전도성 물질과 관련하여 본원에서 위에 명시된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 상기 나열된 물질 이외에도, 기준 전극 전도성 물질 및/또는 상대 전극 전도성 물질은 구체적으로 Ag/AgCl을 포함할 수 있다.
본원에서 사용된 용어 "감지 물질"은 광범위한 용어이며 당업자에게 일반적이고 관습적인 의미가 주어져야 하고 특별하거나 맞춤화된 의미로 제한되지 않아야 한다.
감지 물질은 적어도 하나의 효소를 포함하고; 구체적으로 효소는 적어도 분석물을 소모하는 화학 반응을 촉매화할 수 있고; 구체적으로 효소는 H2O2 생성 및/또는 소모 효소; 더욱더 구체적으로 그의 임의의 변형을 포함하여, 포도당 산화효소(EC 1.1.3.4), 6탄당 산화효소(EC 1.1.3.5), (S)-2-하이드록시산 산화효소(EC 1.1.3.15), 콜레스테롤 산화효소(EC 1.1.3.6), 포도당 탈수소효소(EC 1.1.1.47), 갈락토스 산화효소(EC 1.1.3.9), 알코올 산화효소(EC 1.1.3.13), L-글루타메이트 산화효소(EC 1.4.3.11) 또는 L-아스파르테이트 산화효소(EC 1.4.3.16); 더욱더 구체적으로 포도당 산화효소(GOx)일 수 있다.
더욱이, 감지 물질은 적어도 하나의 가교제를 포함하고; 가교제는 예를 들어 감지 물질의 적어도 일부를 가교시킬 수 있다. 구체적으로 감지 물질은 UV-경화성 가교제 및 화학적 가교제로부터 선택된 적어도 하나의 가교제를 포함할 수 있고; 더욱 구체적으로 감지 물질은 화학적 가교제를 포함한다.
본원에서 사용된 용어 "화학적 가교제"는 광범위한 용어이며 당업자에게 일반적이고 관습적인 의미가 주어져야 하고 특별하거나 맞춤화된 의미로 제한되지 않아야 한다. 상기 용어는 구체적으로, 제한 없이, 열에 노출될 때 가교된 분자 네트워크 및/또는 가교된 중합체를 생성하는 화학 반응을 개시할 수 있는 가교제를 지칭할 수 있다. "열에 노출된"은 15℃ 이상의 온도, 구체적으로 20 ℃ 이상의 온도; 더욱 구체적으로 20 ℃ 내지 50 ℃ 범위의 온도 및 더욱더 구체적으로 20 ℃ 내지 25 ℃ 범위의 온도에 노출됨을 지칭할 수 있다. 더욱 구체적으로, 화학적 가교제는 열에 노출될 때 감지 물질 층의 가교를 개시할 수 있다.
본 발명에 따른 적합한 화학적 가교제는: 에폭사이드 기반 가교제, 예컨대 폴리(에틸렌 글리콜) 디글리시딜 에테르(PEG-DGE) 및 폴리(프로필렌 글리콜) 디글리시딜 에테르와 같은 디글리시딜 에테르; 삼작용성 단쇄 에폭사이드; 무수물; 디글리시딜 에테르, 예컨대 레소르시놀 디글리시딜 에테르, 비스페놀, 예를 들어 비스페놀 A 디글리시딜 에테르, 디글리시딜 1,2-시클로헥산디카르복실레이트, 폴리(에틸렌 글리콜) 디글리시딜 에테르, 글리세롤 디글리시딜 에테르, 1,4-부탄디올 디글리시딜 에테르, 폴리(프로필렌 글리콜) 디글리시딜 에테르, 폴리(디메틸실록산), 디글리시딜 에테르, 네오펜틸 글리콜 디글리시딜 에테르, 1,2,7,8-디에폭시옥탄, 1,3-글리시독시프로필-1,1,3,3-테트라메틸디실록산; 트리글리시딜 에테르, 예컨대 N,N-디글리시딜-4-글리시딜옥시아닐린, 트리메틸올프로판 트리글리시딜 에테르; 테트라글리시딜 에테르, 예컨대 테트라키스에폭시 시클로실록산, 펜타에리트리톨 테트라글리시딜 에테르, 테트라글리시딜-4,4'-메틸렌비스벤젠아민으로부터 선택된다.
특정 구체예에서, 화학적 가교제는 약 200 Da 이상의 수평균 분자량, 예를 들어 약 500 Da의 수평균 분자량을 갖는 PEG-DGE이다.
본원에서 사용된 용어 "UV-경화성"은 광범위한 용어이며 당업자에게 일반적이고 관습적인 의미가 주어져야 하고 특별하거나 맞춤화된 의미로 제한되지 않아야 한다. 상기 용어는 구체적으로, 제한 없이, UV 스펙트럼 범위의 광에 의해 조사될 때 가교된 분자 네트워크 및/또는 가교된 중합체를 생성하는 광화학 반응을 개개하는 화학 물질, 예를 들어 가교제의 능력을 지칭할 수 있다. 더욱 구체적으로, UV-경화성 가교제는 UV 광에 의해 조사될 때 감지 물질 층의 가교를 개시할 수 있다. 가교는 특히 본원에서 아래에 나타낸 바와 같이 개시될 수 있다.
본 발명에 따른 적합한 UV 경화성 가교제는 벤조페논, 디아지린 및 아지드를 포함한다. 특히 적합한 UV-경화성 가교제는 예를 들어 벤조페논 포함 가교제, 폴리(디(2-하이드록시-3-아미노벤조-페논프로필렌) 글리콜), 디벤조페논 1,2-시클로헥산-디카르복실레이트, 비스[2-(4-아지도살리실아미도)에틸] 디설파이드, 4-아미노벤조페논과 화학적 가교제에 대해 위에 기재된 디글리시딜 가교제, 트리글리시딜 가교제 및 테트라글리시딜 가교제 중 어느 하나의 반응의 반응 생성물로 이루어진 군으로부터 선택되며, 이러한 반응 생성물의 예는 2,4,6,8-테트라메틸-2,4,6,8-테트라키스(2-하이드록시-3-아민프로필벤조페논)-사이클로테트라실록산, 및 4-벤조일벤조산 N-석신이미딜 에스테르와 디아민 또는 제파민의 반응의 반응 생성물이다.
또한, 감지 물질은 적어도 하나의 중합체 전이 금속 착물을 포함할 수 있다. 용어 "중합체 전이 금속 착물"은 구체적으로, 제한 없이, 적어도 하나의 중합체 물질이거나 이를 포함할 수 있는 물질을 지칭할 수 있고; 구체적으로 이는 적어도 하나의 중합체 물질 및 적어도 하나의 금속 함유 착물이거나 이를 포함할 수 있다. 금속 함유 착물은 전이 금속 원소 착물의 군으로부터 선택될 수 있고, 구체적으로 금속 함유 착물은 오스뮴-착물, 루테늄-착물, 바나듐-착물, 코발트-착물 및 철-착물, 예컨댄 페로센, 예컨대 2-아미노에틸페로센으로부터 선택될 수 있다. 더욱더 구체적으로, 감지 물질은 예를 들어 그 내용이 참조로 포함되는 WO 01/36660 A2에 설명된 바와 같이 중합체 전이 금속 착물을 포함할 수 있다. 특히, 감지 물질은 두자리 결합을 통해 공유 결합된 폴리(비이미디질) Os 착물이 로딩된 변성된 폴리 (비닐피리딘) 뼈대를 포함할 수 있다. 적합한 감지 물질은 Feldmann et al, Diabetes Technology & Therapeutics, 5 (5), 2003, 769-779에 추가로 기재되고, 이의 내용은 참조로 포함된다. 적합한 감지 물질은 페로센 함유 폴리아크릴아미드 기반 바이올로겐 변성 산화환원 중합체, 피롤 -2,2'-아지노-비스(3-에틸벤즈티아졸린-6-설폰산)(ABTS)-피렌, 나프토퀴논-LPEI을 추가로 포함할 수 있다. 중합체 전이 금속 착물은 가교된 산화환원 중합체 네트워크에 혼입된 산화환원 매개체를 나타낼 수 있다. 이는 적어도 하나의 효소 또는 분석물과 전도성 물질 사이의 전자 전달을 용이하게 할 수 있기 때문에 유리하다. 센서 드리프트를 피하기 위해, 산화환원 매개체 및 효소는 중합체 구조에 공유적으로 혼입될 수 있다.
특정 구체예에서, 감지 물질에 포함된 적어도 하나의 효소는 적어도 분석물을 소모하는 화학 반응을 촉매화할 수 있는 효소, 특히 H2O2 생성 및/또는 소모 효소, 가교제 및 중합체 전이 금속 착물을 포함한다. 구체적으로, 감지 물질은 적어도 중합체 전이 금속 착물 및 GOx 및 화학적 가교제를 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 감지 물질은 두자리 결합을 통해 공유 결합된 폴리(비-이미디질) Os 착물이 로딩된 변성된 폴리(피닐피리딘) 뼈대, GOx 및 폴리(에틸렌 글리콜) 디글리시딜에테르(PEG-DGE)와 같은 화학적 가교제를 포함할 수 있다. 적합한 추가 감지 물질은 당업자에게 공지되어 있다.
한 구체예에서, 감지 물질은 중합체 물질 및 MnO2-입자를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 감지 물질은 예를 들어 감지 물질의 건조 총 중량을 기준으로 약 40-60 wt%의 중합체 전이 금속 착물; 약 30-40 wt%의 적어도 분석물을 소모하는 화학 반응을 촉매화할 수 있는 효소, 특히 H2O2 생성 및/또는 소모 효소 및 약 0.5-25 wt%의 가교제를 포함할 수 있다. 감지 물질이 단계 b)에서 도포될 때 이는 적어도 하나의 용매, 특히 물을 포함할 수 있다. 또한, 이는 중합체 전이 금속 착물, 효소 및 가교제를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 용매, 특히 물 중의 중합체 전이 금속 착물, 효소 및 가교제의 총 농도는 예를 들어 10 mg/ml 내지 200 mg/ml 범위, 특히 약 200 mg/ml이다.
단계 b)에서 도포되는 감지 물질은 10 내지 1000 mPas 범위, 바람직하게는 80 내지 120 mPas 범위, 예를 들어 약 100 mPas의 점도를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 추가적으로 적어도 하나의 경화 단계를 포함할 수 있고 여기서 경화 단계에서 감지 물질의 적어도 일부가 가교된다. 용어 "가교" 및 "경화"는 본원에서 상호 교환적으로 사용된다. 구체적으로, 경화 단계는 도포 후 및 건조 전에 일어날 수 있다. 또한, 경화 단계는 선택적인 레이저 조사 전에 또는 대안적으로 적어도 부분적으로 레이저 조사 수행 후에 일어날 수 있다.
가교를 개시하기 위한 적합한 방법은 가교제의 유형에 따라 다르며 당업자에게 공지되어 있다. 바람직한 가교제는 화학적 가교제이므로, 경화는 바람직하게는 본질적으로 UV 광 없이 실온에서 또는 최대 약 90℃에서 수행된다. UV-경화성 가교제를 사용한 경화는 일반적으로 UV 광을 사용한 조사에 의해 유도된다. 본원에서 사용된 용어 "UV 광"은 일반적으로 자외선 스펙트럼 범위의 전자기 복사선을 지칭한다. 용어 "자외선 스펙트럼 범위"는 일반적으로 1 nm 내지 380 nm 범위의 전자기 복사선, 바람직하게는 100 nm 내지 380 nm 범위의 광을 지칭한다.
본 발명에 따른 감지 물질의 도포는 적어도 두 단계, 예를 들어 두 단계 또는 세 단계로 수행되며, 여기서 각 단계에서 감지 물질 층이 적어도 하나의 코팅 공정을 사용하여 도포된다.
본원에서 추가로 사용된 용어 "코팅 공정"은 적어도 하나의 층을 임의의 물체의 적어도 하나의 표면에 도포하는 임의의 공정을 지칭할 수 있다. 도포된 층은 물체, 예를 들어 전도성 물질 및/또는 센서 기판을 완전히 덮을 수 있거나 단지 물체의 일부 또는 일부들을 덮을 수 있다. 층은 물질이 예를 들어 액체 형태로, 예시적으로 현탁액 또는 용액으로서 제공되는 코팅 공정을 통해 도포될 수 있고, 표면에 분포될 수 있다. 구체적으로, 코팅 공정은 스핀-코팅; 스프레이-코팅; 닥터-블레이딩; 프린팅; 디스펜싱; 슬롯-코팅; 침지-코팅; 및 캐뉼라-코팅으로 이루어진 군으로부터 선택된 습식-코팅 공정을 포함할 수 있다.
특정 구체예에서, 감지 물질을 도포하기 위한 단계 (b1), (b2) 및 존재하는 경우 (b3) 중 적어도 하나가 캐뉼라-코팅을 통해 수행된다. 특정 구체예에서, 모든 코팅 단계가 캐뉼라-코팅을 통해 수행된다. 단계 (b1), (b2) 및 (b3)는 또한 일반적으로 본 발명의 맥락 내에서 코팅 단계로 지칭된다. 특정 구체예에서, 코팅 공정에서 사용된 캐뉼라는 금속 캐뉼라 또는 중합체 캐뉼라, 예를 들어 PTFE 캐뉼라 또는 강철 캐뉼라일 수 있다. 특정 구체예에서, 캐뉼라는 최소 약 1 mm 내지 약 2 mm, 예를 들어 약 1.5 mm 내지 약 1.7 mm의 내경을 갖는다. 특정 구체예에서, 캐뉼라는 1.3 mm 내지 약 2.3 mm, 예를 들어 약 1.8 mm 내지 약 2 mm 범위의 외경을 갖는다. 캐뉼라의 내경이 캐뉼라의 외경보다 작다는 것은 당업자에게 명백하다.
특정 구체예에서, 단계 (b1), (b2) 및 존재하는 경우 (b3) 중 적어도 하나 동안 캐뉼라에 대한 기판의 속도는 약 1 mm/s 내지 약 60 mm/s의 범위, 특히 약 1 mm/s 내지 약 20 mm/s의 범위, 예를 들어 약 8 mm/s이다. 특정 구체예에서, 캐뉼라에 대한 기판의 상기 나타난 속도는 모든 코팅 단계 동안 사용된다.
특정 구체예에서, 단계 (b1), (b2) 및 존재하는 경우 (b3) 중 적어도 하나 동안 캐뉼라로부터의 감지 물질의 유량은 약 0.01 ml/분 내지 약 0.09 ml/분의 범위, 바람직하게는 약 0.02 ml/분 내지 약 0.04 ml/분의 범위, 특히 약 0.03 ml/분이다. 특정 구체예에서, 감지 물질의 상기 나타난 유량은 모든 코팅 단계에서 사용된다.
특정 구체예에서, 감지 물질이 도포되는 기판의 제1 면의 표면(즉 단계 (b1)에서 적어도 하나의 전도성 물질 및 단계 (b2) 및 존재하는 경우 (b3)에서 감지 물질의 이전 층)과 캐률라 사이의 거리는 약 30 μm 내지 약 100 μm의 범위, 특히 약 60 μm이다. 특정 구체예에서, 캐뉼라와 코팅될 표면 사이의 상기 나타난 거리는 모든 코팅 단계 동안 사용된다.
특정 구체예에서, 단계 (b1), (b2) 및 존재하는 경우 (b3) 중 적어도 하나 동안 캐뉼라로부터의 감지 물질의 유량 대 단계 (b1), (b2) 및 존재하는 경우 (b3) 중 적어도 하나 동안 캐뉼라에 대한 기판의 속도의 비율은 약 0.02 mm2 내지 약 0.19 mm2(제곱 밀리미터) 범위이다. 특정 구체예에서, 모든 코팅 단계 동안 캐뉼라로부터의 감지 물질의 유량 대 캐뉼라에 대한 기판의 속도의 비율은 상기 나타난 범위에 있다.
특정 구체예에서, 단계 (b1), (b2) 및 존재하는 경우 (b3) 중 적어도 하나 동안 캐뉼라로부터의 감지 물질의 유량 대 캐뉼라의 내경의 비율은 약 0.11 mm2/s 내지 약 0.97 mm2/s(초당 제곱 밀리미터) 범위이다. 특정 구체예에서, 모든 코팅 단계 동안 캐뉼라로부터의 감지 물질의 유량 대 캐뉼라의 내경의 비율은 상기 나타난 범위에 있다.
특정 구체예에서, 단계 (b1), (b2) 및 존재하는 경우 (b3) 중 적어도 하나 동안 캐뉼라로부터의 감지 물질의 유량 대 캐뉼라의 외경의 비율은 약 0.09 mm2/s 내지 약 0.82 mm2/s(초당 제곱 밀리미터) 범위이다. 특정 구체예에서, 모든 코팅 단계 동안 캐뉼라로부터의 감지 물질의 유량 대 캐뉼라의 외경의 비율은 상기 나타난 범위에 있다.
특정 구체예에서, 단계 (b1), (b2) 및 존재하는 경우 (b3) 중 적어도 하나 동안 캐뉼라로부터의 감지 물질의 유량 대 단계 (b1), (b2) 및 존재하는 경우 (b3) 중 적어도 하나 동안 캐뉼라에 대한 기판의 속도, 대 캐뉼라의 내경의 비율은 약 0.01 mm 내지 약 0.12 mm 범위이다. 특정 구체예에서, 모든 코팅 단계 동안 캐뉼라로부터의 감지 물질의 유량 대 캐뉼라에 대한 기판의 속도 대 캐뉼라의 내경의 비율은 상기 나타난 범위에 있다.
특정 구체예에서, 단계 (b1), (b2) 및 존재하는 경우 (b3) 중 적어도 하나 동안 캐뉼라로부터의 감지 물질의 유량 대 단계 (b1), (b2) 및 존재하는 경우 (b3) 중 적어도 하나 동안 캐뉼라에 대한 기판의 속도, 대 캐뉼라의 외경의 비율은 약 0.01 mm 내지 약 0.10 mm 범위이다. 특정 구체예에서, 모든 코팅 단계 동안 캐뉼라로부터의 감지 물질의 유량 대 캐뉼라에 대한 기판의 속도 대 캐뉼라의 외경의 비율은 상기 나타난 범위에 있다.
특정 구체예에서, 습윤 필름 두께 대 캐뉼라와 코팅될 표면(즉 단계 (b1)에서 적어도 하나의 전도성 물질 및 단계 (b2) 및 존재하는 경우 (b3)에서 감지 물질의 이전 층) 사이의 거리의 비율은 약 0.7 내지 약 3 범위이다. 특정 구체예에서, 모든 코팅 단계 동안 습윤 필름 두께 대 캐뉼라와 코팅될 표면 사이의 거리의 비율은 상기 나타난 범위에 있다.
본 발명의 방법의 단계 (c)에서 분석물 센서의 작동 전극은 기판의 제1 면 상에 얻어진다. 본원에서 사용된 용어 "적어도 하나의 작동 전극을 얻기 위한"은 광범위한 용어이며 당업자에게 일반적이고 관습적인 의미가 주어져야 하고 특별하거나 맞춤화된 의미로 제한되지 않아야 한다. 상기 용어는 구체적으로, 제한 없이, 작동 전극을 형성 및/또는 제조하는 것을 지칭할 수 있다.
단계 (c)는 예를 들어 적어도 하나의 레이저 빔으로 감지 물질을 조사함에 의한 도포된 감지 물질의 부분적인 제거를 추가로 포함하고, 여기서 도포된 감지 물질의 적어도 제1 부분은 적어도 부분적으로 제거되고 여기서 적어도 하나의 전도성 물질을 덮는 감지 물질의 적어도 제2 부분은 센서 기판의 제1 면에 보존되어 분석물 센서의 적어도 하나의 작동 전극을 얻는다.
본 발명에 따른 방법은 다음 층을 도포하기 전에 적어도 하나의 감지 물질의 도포된 층 중 적어도 하나를 건조하는 추가 단계를 추가로 포함할 수 있다. 건조 단계는 주위 온도에서 일어날 수 있다. 구체적으로, 감지 물질은 주위 온도에서 약 10 분 이하, 또는 약 5 분 이하, 예를 들어 약 0.5 내지 약 10 분 동안 건조될 수 있다. 본원에서 사용된 용어 "주위 온도"는 구체적으로 15℃ 내지 30℃, 더욱 구체적으로 20℃ 내지 25℃의 온도로 이해된다.
본 발명에 따른 방법은 적어도 하나의 막 층을 도포하는 추가 단계를 추가로 포함할 수 있고, 막 층은 적어도 부분적으로 작동 전극을 덮는다. 막 층은 일반적으로 하나 이상의 분자 및/또는 화합물이 통과하도록 선택적으로 허용할 수 있는 반면, 다른 분자 및/또는 화합물은 막 층에 의해 저지된다. 따라서, 막 층은 검출될 적어도 하나의 분석물에 대해 투과성이다. 따라서, 예로서, 막 층은 포도당, 락테이트, 콜레스테롤 또는 다른 유형의 분석물 중 하나 이상에 대해 투과성일 수 있다. 따라서 적어도 하나의 막 층은 외부, 예를 들어 분석물 센서를 둘러싼 체액으로부터 감지 물질, 즉 감지 물질 중의 효소 분자로의 분석물의 확산을 제어하는 확산 장벽으로서 기능할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 막 층은 본원의 다른 곳에서 언급된 바와 같이 생체적합성 막 층으로서 기능할 수 있다.
막 층은, 예로서, 기계적 안정성을 제공하기에 충분한 두께를 가질 수 있다. 적어도 하나의 막 층은 구체적으로 약 1 μm 내지 약 150 μm의 두께를 가질 수 있다. 적어도 하나의 막 층에 대해, 본원에 약술된 바와 같이, 여러 가지 물질이 단독으로 또는 조합으로 사용될 수 있다. 따라서, 예로서, 막 층은 구체적으로 중합체 물질, 구체적으로 폴리비닐 피리딘 기반 공중합체, 폴리우레탄; 하이드로겔; 폴리아크릴레이트; 메타크릴레이트-아크릴레이트 공중합체 또는 블록-공중합체 중 하나 이상을 포함할 수 있고; 이 중 폴리비닐 피리딘 기반 공중합체가 특히 적합하다. 이러한 유형의 막은 일반적으로 당업자에게 공지되어 있다. 더욱이, 막 층은 예를 들어 상기 기재된 바와 같은 가교제, 구체적으로 화학적 가교제 또는 UV-경화성 가교제를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 단계 (c)에서, 적어도 하나의 막 층 이외에도, 적어도 제2 막 층이 도포될 수 있다. 상기 제2 막 층은 생체적합성 막 층일 수 있다.
생체적합성 층은 약 1 μm 내지 약 10 μm, 한 구체예에서 약 3 μm 내지 약 6 μm의 두께를 가질 수 있다. 더욱 구체적으로, 생체적합성 층은 분석물 센서를 적어도 부분적으로 또는 완전히 덮는다. 더욱더 구체적으로, 생체적합성 층은 분석물 센서의 최외각 층일 수 있다. 생체적합성 막 층은 다음 물질일 수 있거나 이를 포함할 수 있다: 메타크릴레이트 기반 중합체 및 공중합체, 아크릴아미드-메타크릴레이트 기반 공중합체, 히알루론산(HA)과 같은 생분해성 다당류, 아가로스, 덱스트란, 키토산 및 폴리(비닐피리딘) 기반 중합체.
적어도 하나의 막 층 및/또는 생체적합성 막 층은 적어도 하나의 코팅 공정, 구체적으로 예를 들어 스핀-코팅; 스프레이-코팅; 닥터-블레이딩; 프린팅; 디스펜싱; 슬롯-코팅; 침지-코팅로 이루어진 군으로부터 선택된 습식-코팅 공정을 사용하여, 당업자에게 공지된 기술에 의해 도포될 수 있다. 바람직한 습윤-코팅 공정은 침지-코팅 또는 스프레이-코팅이다.
본 발명에 따른 방법은 적어도 하나의 확산 단계를 추가로 포함할 수 있고, 여기서 확산 단계에서 막 층에 포함된 가교제는 적어도 부분적으로 감지 물질로 확산될 수 있다. 확산은 막 층을 감지 물질에 도포하는 동안 일어날 수 있다. 감지 물질로의 가교제의 확산은 감지 물질을 기판에 도포하는 단계 (b1), 단계 (b2) 및 존재하는 경우 단계 (b3) 동안 감지 물질 중의 가교제의 양과 무관하게 감지 물질의 적어도 부분적인 가교를 허용할 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서, 확산 단계는 감지 물질의 적어도 일부의 팽윤을 추가로 포함할 수 있다. 본원에서 사용된 용어 "팽윤"은 광범위한 용어이며 당업자에게 일반적이고 관습적인 의미가 주어져야 하고 특별하거나 맞춤화된 의미로 제한되지 않아야 한다. 상기 용어는 구체적으로, 제한 없이, 물질에 대한 물의 결합 및/또는 에탄올, 메탄올, 아세톤과 같은 수용성 용매의 결합, 구체적으로 감지 물질에 대한 물 및/또는 수용성 용매의 결합을 지칭할 수 있다. 감지 물질로의 물의 흡수 및/또는 수용성 용매의 흡수로 인해, 감지 물질로의 가교제의 확산이 유리하게 가능할 수 있으며 이는 효율적인 가교에 필요할 수 있다. 팽윤은 막 층으로부터의 물의 흡수를 지칭할 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서 충분한 팽윤을 허용하기 위해, 감지 물질 중의 중합체 물질은 몇 분의 시간 프레임, 예를 들어 1 내지 15 분 내에 중합체 물질의 건조 중량을 기준으로 막 층으로부터 최소 10 wt.-%, 더욱 구체적으로 최소 20 wt.-%, 더욱더 구체적으로 최소 30 wt.-%, 더욱더 구체적으로 최대 90 wt.-%의 물 및/또는 용매를 흡수할 수 있다.
이러한 팽윤 및/또는 물 및/또는 용매의 흡수는 이에 의해 막 층으로부터 감지 물질로의 가교제의 확산이 가능해질 수 있기 때문에 유리하다.
또한, 본 발명은 위에 기재된 바와 같은 적어도 하나의 작동 전극을 포함하는 분석물 센서에 관한 것이다.
본원에 기재된 바와 같은 분석물 센서는 특히 센서 기판 상에 작동 전극을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법 및 적어도 하나의 추가 전극, 예를 들어 상대 전극 또는 기준 전극 또는 조합된 상대/기준 전극을 제공하는 단계에 의해 얻을 수 있다.
더욱이, 본 발명은 샘플; 구체적으로 체액의 샘플 중의 적어도 하나의 분석물을 검출하기 위한 분석물 센서의 사용에 관한 것이다. 더욱 특정하게는, 분석물 센서는 연속 포도당 측정을 위한 센서이다.
본원에서 사용된 용어 "체액"은 간질액, 혈액, 혈장, 누액, 소변, 림프액, 뇌척수액, 담즙, 대변, 땀 및 타액을 포함하여 본 발명의 분석물을 포함하는 것으로 알려지거나 포함하는 것으로 의심되는 대상의 모든 체액에 관한 것이다. 일반적으로, 임의의 유형의 체액이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 체액은 간질 조직에서와 같이 사용자의 신체 조직에 존재하는 체액이다. 따라서, 예로서, 체액은 혈액 및 간질액으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 그러나, 부가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 다른 유형의 체액이 사용될 수 있다. 체액은 일반적으로 신체 조직에 포함될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 체액 중의 적어도 하나의 분석물의 검출은 바람직하게는 생체내에서 결정될 수 있다.
용어 "샘플"은 당업자에 의해 이해되며 체액의 임의의 하위 부분과 관련된다. 샘플은 예를 들어 정맥 또는 동맥 천자, 표피 천자 등을 포함하는 공지된 기술에 의해 얻어질 수 있다.
본원에서 사용된 용어 "대상"은 광범위한 용어이며 당업자에게 일반적이고 관습적인 의미가 주어져야 하고 특별하거나 맞춤화된 의미로 제한되지 않아야 한다. 상기 용어는 구체적으로, 제한 없이, 인간 또는 동물이, 각각 건강한 상태일 수 있거나 하나 이상의 질환을 앓을 수 있다는 사실과 독립적으로 인간 또는 동물을 지칭할 수 있다. 예로서, 대상은 당뇨병을 앓고 있는 인간 또는 동물일 수 있다. 그러나, 부가적으로 또는 대안적으로, 본 발명은 다른 유형의 대상에게 적용될 수 있다.
더욱이, 본 발명은 본원에 위에 기재된 분석물 센서를 포함하는 샘플 중의 분석물 측정 방법에 관한 것이다.
본 발명의 분석물 측정 방법은 특히 생체내 방법일 수 있다. 대안적으로, 본 발명의 방법은 시험관내 조건하에, 예를 들어 대상, 특히 인간 대상으로부터 얻은 체액의 샘플 중의 분석물 측정을 또한 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 방법은 상기 측정에 기초한 질환의 진단을 포함하지 않을 수 있다.
추가의 선택적 특징 및 구체예는 구체예, 바람직하게는 종속 청구항과 함께 구체예의 후속 설명에서 더 상세하게 개시될 것이다. 여기서, 각각의 선택적 특징은 당업자가 인식할 것과 같이 분리된 방식뿐만 아니라 임의의 가능한 조합으로 실현될 수 있다. 본 발명의 범위는 바람직한 구체예에 의해 제한되지 않는다.
추가 가능한 구체예를 배제하지 않고 요약하면, 다음 구체예가 구상될 수 있다:
1. 분석물 센서의 작동 전극을 제조하는 방법으로서, 다음 단계를 포함하는 방법:
a) 다음을 포함하는 기판을 제공하는 단계
- 제1 면 및 제2 면,
- 기판의 제1 면에 위치한 적어도 하나의 전도성 물질,
b) 다음 단계를 포함하는, 기판의 제1 면 상의 도포 영역에 감지 물질을 도포하는 단계
b1) 감지 물질의 제1 층을 적어도 부분적으로 전도성 물질에 도포하는 단계,
b2) 감지 물질의 제2 층을 적어도 부분적으로 감지 물질의 제1 층에 도포하는 단계, 및
c) 기판의 제1 면 상의 분석물 센서의 작동 전극을 얻는 단계, 여기서 감지 물질은 다음을 포함함
- 적어도 하나의 효소 및
- 적어도 하나의 가교제,
여기서 최대 약 70 μm의 습윤 층 두께로 서로 독립적으로, 감지 물질의 제1 층은 단계 (b1)에서 도포되고 감지 물질의 제2 층은 단계 (b2)에서 도포됨.
2. 적어도 하나의 추가 단계를 포함하는 항목 1의 방법:
b3) 감지 물질의 제3 층 및 선택적으로 적어도 하나의 추가 층을 적어도 부분적으로 감지 물질의 제2 층에 도포하는 단계,
여기서 단계 (b3)은 단계 (b2) 후 및 단계 (c) 전에 수행됨,
여기서 최대 약 70 μm의 습윤 층 두께로 서로 독립적으로, 감지 물질의 제3 층 및 선택적인 적어도 하나의 추가 층은 단계 (b3)에서 도포됨.
3. 항목 1 또는 2에 있어서,
기판의 제1 면에 위치한 적어도 하나의 전도성 물질은 금, 탄소, 탄소 페이스트 및 이들의 임의의 조합으로부터 선택되는 방법.
4. 항목 1-3 중 어느 하나에 있어서,
감지 물질은 효소 포도당 산화효소(GOx)를 포함하는 방법.
5. 항목 1-4 중 어느 하나에 있어서,
감지 물질은 적어도 화학적 가교제를 포함하는 방법.
6. 항목 5에 있어서,
적어도 하나의 가교제는 에폭사이드 기반 가교제로부터 선택되는 방법.
7. 항목 6에 있어서,
적어도 하나의 에폭사이드 기반 가교제는 디글리시딜 에테르, 특히 폴리(에틸렌 글리콜) 디글리시딜 에테르(PEG-DGE)인 방법.
8. 항목 1-7 중 어느 하나에 있어서,
적어도 하나의 가교제는 감지 물질의 건조 중량을 기준으로 약 0.5 % (w/w) 내지 약 25% (w/w)의 양으로 감지 물질이ㅔ 존재하는 방법.
9. 항목 1-8 중 어느 하나에 있어서,
감지 물질은 적어도 하나의 중합체 금속 함유 착물을 추가로 포함하는 방법.
10. 항목 9에 있어서,
적어도 하나의 중합체 금속 함유 착물은 중합체 전이 금속 함유 착물이 군으로부터 선택되는 방법.
11. 항목 10에 있어서,
적어도 하나의 중합체 전이 금속 함유 착물은 오스뮴-착물, 루테늄-착물, 바나듐-착물, 코발트-착물 및 철-착물로부터 선택되는 방법.
12. 항목 1-11 중 어느 하나에 있어서,
단계 (b1), (b2) 및 존재하는 경우 (b3) 중 적어도 하나는 캐뉼라-코팅을 통해 수행되는 방법.
13. 항목 12에 있어서,
단계 (b1), (b2) 및 존재하는 경우 (b3) 중 적어도 하나 동안 캐뉼라에 대한 기판의 속도는 약 1 mm/s 내지 약 60 mm/s의 범위, 특히 약 1 mm/s 내지 약 20 mm/s의 범위, 예를 들어 약 8 mm/s인 방법.
14. 항목 12 또는 13 중 어느 하나에 있어서,
단계 (b1), (b2) 및 존재하는 경우 (b3) 중 적어도 하나 동안 감지 물질의 유량은 약 0.01 ml/분 내지 약 0.09 ml/분의 범위, 바람직하게는 약 0.02 ml/분 내지 약 0.04 ml/분의 범위, 특히 약 0.03 ml/분인 방법.
15. 항목 12-14 중 어느 하나에 있어서,
단계 (b1), (b2) 및 존재하는 경우 (b3) 중 적어도 하나 동안 캐뉼라와 감지 물질이 도포되는 기판의 제1 면의 표면 사이의 거리는 30 μm 내지 약 100 μm의 범위, 특히 약 60 μm인 방법.
16. 항목 1-15 중 어느 하나에 있어서,
단계 (b1) 후 및 단계 (b2) 전에, 감지 물질의 제1 층이 건조되는 방법.
17. 항목 2-16 중 어느 하나에 있어서,
단계 (b2) 후 및 단계 (b3) 전에, 감지 물질의 제2 층이 건조되는 방법.
18. 항목 16 또는 17 중 어느 하나에 있어서,
건조 시간은 약 10 분 이하, 특히 약 5 분 이하인 방법.
19. 항목 1-18 중 어느 하나에 있어서,
건조 후 작동 전극의 건조 감지 물질은 약 1 μm 내지 약 10 μm, 특히 약 1 μm 내지 약 6 μm, 더욱 특정하게는 약 2 μm 내지 약 5 μm 범위의 건조 총 두께를 갖는 방법.
20. 항목 1-19 중 어느 하나에 따라 작동 전극을 제조하는 것 및 적어도 하나의 추가 전극을 제공하는 것을 포함하는 분석물 센서 제조 방법.
21. 항목 1-19 중 어느 하나의 방법에 의해 얻을 수 있는 분석물 센서의 작동 전극.
22. 항목 1-20 중 어느 하나의 방법에 의해 얻을 수 있는 분석물 센서.
23. 다음을 포함하는 분석물 센서:
(i) 다음을 포함하는 기판
- 제1 면 및 제2 면, 및
- 기판의 제1 면에 위치한 적어도 하나의 전도성 물질,
(ii) 기판의 제1 면을 적어도 부분적으로 덮는 감지 물질을 포함하는 작동 전극,
여기서 감지 물질은 기판의 제1 면 상의 도포 영역에 도포되고, 선택적으로 여기서 감지 물질은 적어도 부분적으로 도포 영역의 제1 부분으로부터 제거되고 도포 영역의 제2 부분 상에 보존됨, 그리고
여기서 감지 물질은 다음을 포함함
- 적어도 하나의 효소 및
- 적어도 하나의 가교제,
여기서 감지 물질은 약 1 내지 약 10 μm, 특히 약 1 μm 내지 약 6 μm, 더욱 특정하게는 약 2 μm 내지 약 5 μm 범위의 건조 총 두께를 갖고,
여기서 감지 물질의 건조 총 두께는 도포 영역의 가장자리를 포함하는 도포 영역에 걸쳐 또는 선택적으로 도포 영역의 보존된 가장자리를 포함하는 도포 영역의 제2 보존된 부분에 걸쳐 실질적으로 균일함.
24. 항목 22 또는 23에 있어서,
가장자리에서 감지 물질의 건조 총 두께는 감지 물질의 평균 건조 총 두께와 비교하여 적어도 가장자리 중 하나를 따라 약 0.5 μm 이하의 두께 증가를 나타내는 분석물 센서.
25. 항목 22-24 중 어느 하나에 있어서,
가장자리에서 감지 물질의 건조 총 두께는 감지 물질의 평균 건조 총 두께와 비교하여 적어도 가장자리 중 하나를 따라 약 0.2 μm 이하의 두께 증가를 나타내는 분석물 센서.
26. 항목 22-25 중 어느 하나에 있어서, 적어도 하나의 추가 전극을 포함하는 분석물 센서.
27. 항목 26에 있어서,
적어도 하나의 추가 전극은 상대 전극, 기준 전극 및 조합된 상대/기준 전극으로부터 선택되는 분석물 센서.
28. 항목 26 또는 27에 있어서,
하나의 추가 전극은 조합된 상대/기준 전극인 분석물 센서.
29. 샘플 중의 적어도 하나의 분석물을 검출하기 위한 항목 22-28 중 어느 하나의 분석물 센서의 용도.
30. 항목 22-29 중 어느 하나의 분석물 센서 사용을 포함하는 샘플 중의 분석물을 결정하는 방법.
도 1은 단일 단계에서 도포된 감지 물질 층을 포함하는 작동 전극의 개략도를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 둘의 개별 단계에서 도포된 감지 물질 층을 포함하는 작동 전극의 개략도를 나타낸다.
도 3은 단일 단계에서 감지 물질의 도포 후 기판 상의 감지 물질의 건조 총 두께의 지형적 측정을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따라 세 단계로 감지 물질의 도포 후 기판 상의 감지 물질의 건조 총 두께의 지형적 측정을 나타낸다.
도 1은 단일 도포 단계에서 제조된 감지 물질 층을 포함하는 비교 작동 전극의 구체예를 나타낸다. 분석물 센서(124)는 제1 면(120)을 갖는 센서 기판(114)을 포함한다. 제1 면(120)은 더욱 바람직하게는 두 가지 물질, 예를 들어 금 및/또는 탄소를 포함하는 적어도 하나의 전도성 물질(111)을 포함한다. 구체적으로, 전도성 물질은 금 층(112) 및 추가 물질 층(110), 예를 들어 탄소를 포함할 수 있다. 단일 단계에서 센서 기판(114)의 제1 면(120) 상에 위치한 전도성 물질(111)에 도포되고 후속하여 건조된 감지 물질 층(118)이 나타난다. 감지 물질 층(118)은 전도성 물질(111)의 적어도 일부를 덮는다. 감지 물질 층(118)의 가장자리(121a 및 121b)에서 감지 물질 층(118)의 중앙 부분에서의 총 건조 두께(125b)에 비해 총 건조 두께(125a)의 상당한 증가가 관찰된다.
도 2는 본 발명에 따른 작동 전극의 구체예를 나타낸다. 도 1에서와 같이, 분석물 센서(124)는 제1 면(120)을 갖는 센서 기판(114)을 포함한다. 제1 면(120)은 더욱 바람직하게는 두 가지 물질, 예를 들어 금 및/또는 탄소를 포함하는 적어도 하나의 전도성 물질(111)을 포함한다. 구체적으로 전도성 물질은 금 층(112) 및 추가 물질 층(110), 예를 들어 탄소를 포함할 수 있다.
도 1과 대조적으로, 센서 기판(114)의 제1 면(120)에 위치한 전도성 물질(111)에 둘의 개별 단계에서 도포되고 각 도포 단계 후 건조된 감지 물질 층(118)이 나타난다. 감지 물질 층(118)은 전도성 물질(111)의 적어도 일부를 덮는다. 건조된 감지 물질 층(118)은 제1 건조된 감지 물질 층(118a) 및 제2 건조된 감지 물질 층(118b)을 포함한다. 제1 및 제2 감지 물질 층(118a 및 118b)은 일반적으로 동일한 조성을 갖는다. 각각 최대 약 70 μm의 습윤 층 두께를 갖는 이들은 캐뉼라-코팅(나타나지 않음)에 의해 습윤 형태로 도포된다. 건조 후, 도포 영역에 걸쳐 전형적으로 약 1 μm 내지 6 μm, 바람직하게는 약 2 μm 내지 약 4 μm의 실질적으로 균일한 건조 총 두께를 갖는 건조 감지 물질 층(118)이 얻어진다. 감지 물질 층(118)의 가장자리(121a 및 121b)에서, 총 건조 두께(125a)는 감지 물질 층(118)의 중앙 부분에서의 총 건조 두께(125b)와 실질적으로 동일하다.
분석물 센서(124)는 적어도 하나의 전극 및 각 회로를 포함하는 전기화학적 센서이다. 더욱 특정하게는, 분석물 센서(124)는 적어도 하나의 작동 전극을 포함하는 전류측정 전기화학적 센서이다. 전형적으로, 분석물 센서(124)는 적어도 하나의 추가 전극, 특히 상대 전극 및/또는 기준 전극 및/또는 조합된 상대/기준 전극을 포함한다. 작동 전극은 작동 전극과 기준 전극 사이에 적용될 수 있고 일정전위기에 의해 조절될 수 있는 분극 전압에서 측정될 분석물에 민감할 수 있다. 측정 신호는 상대 전극과 작동 전극 사이에 전류로서 제공될 수 있다. 별도의 상대 전극이 부재할 수 있고 유사 기준 전극이 존재할 수 있으며, 이는 상대 전극으로도 작동할 수 있다. 따라서, 분석물 센서(124)는 전형적으로 적어도 두 개의 전극의 세트 또는 세 개의 전극의 세트를 포함할 수 있다. 구체적으로, 감지 물질(118)은 작동 전극(122)에만 존재한다.
본 발명은 상기 기재된 구체예 중 하나에 제한되지 않고, 매우 다양한 방식으로 변경 가능하다. 당업자는 본 발명에 따른 구체예가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 쉽게 적합화될 수 있음을 이해한다. 따라서, 분석물 센서의 제조를 위한 단순한 조정이 가능하다. 본 발명은 감소된 생산 비용으로 재현 가능한 센서 감도를 갖는 분석물의 제조를 가능하게 한다. 본 발명의 추가 특징, 세부사항 및 이점은 청구범위의 표현 및 도면에 기초한 다음 실시예의 설명으로부터 이어진다.
이 특허 출원에 인용된 모든 참고문헌의 내용은 각각의 특정 개시내용에 대한 언급에 의해 그리고 그 전체가 본원에 포함된다.
실시예
하기 실시예는 본 발명을 예시하는 역할을 한다. 이들은 보호의 범위에 관해서 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
실시예 1: 단일 단계에서 작동 전극 상에 감지 물질 층 제조
폴리에틸렌 테레프탈레이트 기반의 센서 기판 및 얇은 금 층을 닥터 블레이딩을 통해 탄소 페이스트로 코팅했다. 적합한 탄소 전도성 잉크는 Ercon, Inc. (Wareham, MA), E.I. du Pont de Nemours and Co. (Wilmington, DE), Emca-Remex Products (Montgomeryville, PA), 또는 TEKRA, A Division of EIS, Inc (New Berlin, WI)로부터 입수 가능하다. 그 후, 탄소 페이스트를 12 시간 동안 50℃에서 건조했다.
감지 물질 층을 캐뉼라-코팅(캐뉼라 1.6 mm (내경), 유량 0.09 ml/분, 속도 8 mm/s, 캐뉼라와 기판 사이의 거리 100 μm)에 의해 센서 기판에 도포했다. 감지 물질을 10 분 동안 37℃에서 건조했다.
감지 물질은 각 경우에 중합체 전이 금속 착물, 포도당 산화효소 및 PEG-DGE의 중량 백분율의 합계를 기준으로 57중량%의 중합체 전이 금속 착물(두자리 결합을 통해 공유 결합된 폴리(비이미디질) Os 착물이 로딩된 변성된 폴리 (비닐피리딘) 뼈대), 33 중량%의 포도당 산화효소 및 10 중량%의 PEG-DGE(폴리(에틸렌 글리콜)-디글리시딜에테르)를 포함했다. 물을 용매로 사용했다. 물 중의 중합체 전이 금속 착물, 포도당 산화효소 및 PEG-DGE의 총 농도는 50 mg/ml이었다.
건조 후, 감지 물질 층의 가장자리에서 증가된 두께가 센서 상의 지형 측정에 의해 발견되었다. 감지 물질 층의 두께는 도 3에 나타난 바와 같이 가장자리에서 5 내지 10 μm로 중앙 영역에서보다 현저하게 더 두꺼웠다.
가장자리에서 증가된 두께는 레이저 삭마에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 약 5 μm의 층이 삭마에 의해 제거되는 경우, 감지 물질이 가장자리에 남아 센서의 감도에 영향을 미칠 수 있다.
실시예 2: 본 발명에 따른 개별 단계에서 작동 전극 상에 감지 물질 층 제조
금 및 탄소 페이스트로 코팅된 센서 기판을 실시예 1에 기재된 바와 같이 제조했다.
실시예 1의 감지 물질을 사용했다.
감지 물질 층을 각각 약 3 분의 중간 건조 시간으로 셋의 개별 단계에서 캐뉼라-코팅에 의해 센서 기판에 도포했다.
감지 물질을 캐뉼라-코팅(캐뉼라 1.6 mm (내경), 유량 0.03 ml/분, 속도 8 mm/s, 캐뉼라와 기판 사이의 거리 30 μm)에 의해 센서 기판에 도포했다. 각 도포 후, 감지 물질은 3 분 동안 22℃에서 건조되었다.
도 4는 셋의 개별 단계로 감지 물질을 도포한 후 센서 상의 지형 측정을 나타낸다. 감지 물질의 가장자리에서 증가된 두께가 발견되지 않았다.
실시예 3: 본 발명에 따른 개별 단계에서 작동 전극 상에 감지 물질 층 제조에서 코팅 조건의 변화
코팅 층의 균일성은 가교제의 유형 및 양, 효소의 양 및 전이 금속 착물 함유 중합체에 의해 개선될 수 있다. 특히, 가교제의 존재가 유리하다.
표 2 및 3의 실험에서, 실시예 1에 따른 감지 물질을 사용한 반면, 표 1의 실험에서, 가교제를 감지 물질에서 제거했다.
표 1은 가교제가 없는 코팅 실험의 결과를 보여준다.
가교제 유량
ml/분		 거리
[μm]		 속도
[mm/s]		 치수 폭 [mm] 이론적
습윤 층 두께
[μm]		 이론적
높이
[μm]		 측정된
높이
[μm]		 가장자리
[μm]
- 0.02 30-60 8 1 42 1.5 1 2
- 0.03 30-60 8 1 63 2.2 1 2
- 0.04 30-60 8 1.3 64 2.2 2 3
- 0.05 30-60 8 1.4 74 2.6 2 3
- 0.06 30-60 8 1.5 96 3.4 3 4
표 1에서 알 수 있듯이, 가장자리에서 증가된 두께가 관찰되었다. 또한, 캐뉼라의 전체 폭에 걸친 코팅이 얻어지지 않았다.
표 2는 건조 가교제 PEG-DGE 200 10 % (w/w)의 존재하에 코팅 실험의 결과를 보여준다.
가교제 유량
ml/분		 거리
[μm]		 속도
[mm/s]		 치수 폭 [mm] 이론적
습윤 층 두께
[μm]		 이론적
높이
[μm]		 측정된
높이
[μm]		 가장자리
[μm]
PEGDGE 200 0.02 30-60 8 1 42 1.5 해당 없음 해당 없음
PEGDGE 200 0.03 30-60 8 1.3 48 1.7 1 -
PEGDGE 200 0.04 30-60 8 1.3 64 2.2 1.5 2
PEGDGE 200 0.05 30-60 8 1.3 80 2.8 1.5 3
PGDGE 200 0.06 30-60 8 1.3 96 3.4 2 3.5
가교제 PEG-DGE 200를 사용할 때, 감지 물질의 개선된 퍼짐이 관찰되었지만, 캐뉼라의 전체 폭(내경 1.54 mm, 외경 1.83 mm)을 가로지르지는 않았다. 가장자리에서의 증가된 두께는 습윤 층 두께가 약 40 μm 이상일 경우에만 관찰되었다.
표 3은 건조 가교제 PEG-DGE 500 10 % (w/w)의 존재하에 코팅 실험의 결과를 보여준다.
가교제 유량
ml/분		 거리
[μm]		 속도
[mm/s]		 치수 폭 [mm] 이론적
습윤 층 두께
[μm]		 이론적
높이
[μm]		 측정된
높이
[μm]		 가장자리
[μm]
PEGDGE
500		 0.01 30-60 8 0.5 42 1.5 - -
PEGDGE
500		 0.02 30-60 8 1.3 32 1.1 - -
PEGDGE
500		 0.03 30-60 8 1.8 35 1.2 1 -
PEGDGE
500		 0.04 30-60 8 1.8 46 1.6 1.5 -
PEGDGE
500		 0.05 30-60 8 1.7 61 2.1 1.5 2
PEGDGE
500		 0.06 30-60 8 1.7 74 2.6 1.5 2.5
PEGDGE
500		 0.09 100-130 8 1.6 117 4.1 3 6
가교제 PEG-DGE 500을 사용할 때, 감지 물질은 최소 0.03 ml/분의 유량으로 전체 캐뉼라 폭에 걸쳐 퍼졌다. 가장자리에서 증가된 두께는 약 60 μm 이상의 습윤 층 두께에서만 관찰되었다.

Claims (15)

  1. 분석물 센서의 작동 전극을 제조하는 방법으로서, 다음 단계를 포함하는 방법:
    a) 다음을 포함하는 기판을 제공하는 단계
    - 제1 면 및 제2 면,
    - 기판의 제1 면에 위치한 적어도 하나의 전도성 물질,
    b) 다음 단계를 포함하는, 기판의 제1 면 상의 도포 영역에 감지 물질을 도포하는 단계
    b1) 감지 물질의 제1 층을 적어도 부분적으로 전도성 물질에 도포하는 단계,
    b2) 감지 물질의 제2 층을 적어도 부분적으로 감지 물질의 제1 층에 도포하는 단계, 및
    c) 기판의 제1 면 상의 분석물 센서의 작동 전극을 얻는 단계, 여기서 감지 물질은 다음을 포함함
    - 적어도 하나의 효소 및
    - 적어도 하나의 가교제,
    여기서 최대 약 70 μm의 습윤 층 두께로 서로 독립적으로, 감지 물질의 제1 층은 단계 (b1)에서 도포되고 감지 물질의 제2 층은 단계 (b2)에서 도포됨.
  2. 제1항에 있어서, 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    b3) 감지 물질의 제3 층 및 선택적으로 적어도 하나의 추가 층을 적어도 부분적으로 감지 물질의 제2 층에 도포하는 단계,
    여기서 단계 (b3)은 단계 (b2) 후 및 단계 (c) 전에 수행됨,
    여기서 최대 약 70 μm의 습윤 층 두께로 서로 독립적으로, 감지 물질의 제3 층 및 선택적인 적어도 하나의 추가 층은 단계 (b3)에서 도포됨.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기판의 제1 면에 위치한 적어도 하나의 전도성 물질은 금, 탄소, 탄소 페이스트 및 이들의 임의의 조합으로부터 선택되는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 효소는 포도당 산화효소(GOx)인 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 가교제는 디글리시딜 에테르, 특히 폴리(에틸렌 글리콜) 디글리시딜 에테르(PEG-DGE)인 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 감지 물질은 적어도 하나의 금속 함유 착물을 추가로 포함하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (b1), (b2) 및 존재하는 경우 (b3) 중 적어도 하나는 캐뉼라-코팅을 통해 수행되는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 단계 (b1), (b2) 및 존재하는 경우 (b3) 중 적어도 하나 동안 캐뉼라에 대한 기판의 속도가 약 1 mm/s 내지 약 20 mm/s 범위, 특히 약 8 mm/s인 방법.
  9. 제7항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (b1), (b2) 및 존재하는 경우 (b3) 중 적어도 하나 동안 감지 물질의 유량이 0.02 ml/분 내지 약 0.04 ml/분 범위, 특히 약 0.03 ml/분인 방법.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (b1), (b2) 및 존재하는 경우 (b3) 중 적어도 하나 동안 감지 물질이 도포되는 기판의 제1 면의 표면과 캐뉼라 사이의 거리가 약 30 내지 약 50 μm 범위, 특히 약 40 μm인 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (b1), (b2) 및 존재하는 경우 (b3) 중 적어도 하나 후 감지 물질은 건조되고, 감지 물질은 약 1 μm 내지 약 10 μm, 특히 약 1 μm 내지 약 6 μm, 더욱 특정하게는 약 2 μm 내지 약 5 μm 범위의 총 건조 두께를 갖는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따라 작동 전극을 제조하는 것 및 적어도 하나의 추가 전극을 제공하는 것을 포함하는 분석물 센서 제조 방법.
  13. 다음을 포함하는 분석물 센서:
    (i) 다음을 포함하는 기판
    - 제1 면 및 제2 면, 및
    - 기판의 제1 면에 위치한 적어도 하나의 전도성 물질, 및
    (ii) 기판의 제1 면을 적어도 부분적으로 덮는 감지 물질을 포함하는 작동 전극,
    여기서 감지 물질은 감지 물질이 전도성 물질 상에 적어도 부분적으로 도포되는 방식으로 기판의 제1 면 상의 도포 영역에 도포되고, 선택적으로 여기서 감지 물질은 도포 영역의 제1 부분으로부터 적어도 부분적으로 제거되고 도포 영역의 제2 부분에 보존되고, 그리고
    여기서 감지 물질은 다음을 포함함
    - 적어도 하나의 효소 및
    - 적어도 하나의 가교제,
    여기서 감지 물질은 약 1 μm 내지 약 10 μm 범위의 건조 총 두께를 갖고, 여기서 감지 물질의 건조 총 두께는 도포 영역의 가장자리를 포함하는 도포 영역에 걸쳐 또는 선택적으로 도포 영역의 보존된 가장자리를 포함하는 도포 영역의 보존된 제2 부분에 걸쳐 실질적으로 균일함.
  14. 제13항에 있어서, 적어도 하나의 추가 전극, 특히 조합된 상대/기준 전극을 포함하는 분석물 센서.
  15. 샘플 중의 적어도 하나의 분석물을 검출하기 위한 제13항 또는 제14항의 분석물 센서의 용도.
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