KR20230148145A - 일회용의 이용 가능한 산소 센서 - Google Patents

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Abstract

전기화학적 산소 센서는 작업 전극 및 기준 전극을 갖는 감지 표면, 작업 전극을 덮는 산소 확산-제한 층으로부터 형성되는 친수성 층, 및 친수성 층의 위에 배치되는 소수성 용액으로부터 형성되는 소수성 멤브레인을 포함한다. 친수성 층은 에폭시 네트워크 및 친수성 중합체를 포함한다. 소수성 층은 아세테이트 공중합체, 및 에폭시 네트워크를 형성하는 친수성 층 내의 액체 에폭시 수지와 반응하는 가교제를 포함하고, 여기서, 소수성 부재는 수증기 및 산소 투과성이다.

Description

일회용의 이용 가능한 산소 센서
본 발명은 일반적으로 화학적 분석을 수행하는 데 사용되는 멤브레인 코팅들을 갖는 평면 전기화학적 센서에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 일회용 산소 센서에 관한 것이다.
일회용의 센서들의 가장 큰 과제들 중 하나는 전기화학적 평면 산소 센서들을 만드는 것이다. 일회용의 센서 기판은 절연층으로 덮인 금속 코팅 플라스틱 기판으로 구성된다. 전극 크기는 이 층의 오프닝 크기에 의해 결정된다. 일반적으로 이 형식의 산소 작업 전극(working electrode)의 크기는 전형적인 전기화학적 산소 센서보다 더 크고, 고전류를 생성하여 샘플 고갈을 유발하며, 샘플과 접촉할 때 불규칙한 값들을 생성한다. 작업 전극의 크기는 생성되는 전류의 양에 비례하며, 이는 코트렐(Cottrell) 방정식을 기반으로 한다. 코트렐 방정식은 시간에 따른 전류 응답을 전위 단계의 함수로서 설명한다. 코트렐 방정식은 다음과 같다.
여기서, i(t)는 전류이고, n은 산화반쪽반응(half reaction)에서 이동되는 전자들의 수이고, F는 패러데이 상수(Faraday's Constant)(96,485 C/mol)이고, A는 전극의 면적이고, Do는 확산 계수이고, Co는 초기 농도이며, t는 시간이다. 방정식으로부터, 전극의 면적(A)이 증가함에 따라, 전류(i)도 증가한다는 것을 알 수 있다.
"작은 전극(small electrode)"을 만드는 것이 기술적으로 가능하지만, 일회용의 이용 가능한 센서로서 비용 효율적이지 않다.
몇몇 상이한, 일회용의 산소 센서 기술들이 보고되었다. 한 가지 접근법은 애보트 진단(Abbott Diagnostics)의 i-스탯 시스템즈(i-Stat Systems)로부터의 것이다. 산소 센서는 미세 가공 기술을 사용하여 실리콘 질화물 기판에 작은 전극을 만든다. 다단계 공정에는 고전적인 산소 작업 전극과 크기가 유사한 작은 크기의 산소 작업 전극을 생성하기 위한 마스킹(masking), 에칭(etching), 및 리프팅(lifting)이 포함된다. 실리콘 질화물 베이스 기판들은 비싸고 상술된 산소 센서를 생산하기 위해 복잡한 공정을 필요로 한다.
다른 접근법은 이종 멤브레인들이 도입된 캐나다 온타리오주 오타와에 있는 에포칼 사(Epocal, Inc.)(지멘스 헬시니어스(Siemens Healthineers)의 계열사)로부터의 것이다. 이 멤브레인은 오일 컴파트먼트와 물 컴파트먼트의 혼합물로 구성된다. 혼합물은 분배 또는 인쇄를 사용하여 제조 공정을 촉진하기 위해 염 및 산화 환원 커플 및 가교 결합 가능한 소수성(hydrophobic) 중합체들로 가교 결합 가능한 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol) 수성 매질을 유화한다. 다음 단계들에서는 증착된 층의 침전, 탈기 및 최종적으로 모든 컴파트먼트들을 고정하기 위한 UV 경화가 필요하다. 이 절차는 센서 간 변동들을 유발할 수 있는, 이종 멤브레인의 상분리 특성들로 인한 복잡한 시간 의존 프로세스이다.
또 다른 관련된 접근법에서, 생물학적 샘플에서 산소의 농도를 결정하는 방법이 개시된다. 미국 특허 제7,648,624호(카이(Cai) 외, 2010)에는, 작업 전극, 기준 전극(reference electrode), 및 적어도 작업 전극 상에 배치되는 시약 매트릭스를 포함하는 산소 센서가 개시되어 있으며, 여기서, 시약 매트릭스는 환원된 형태의 산화 환원 매개체(redox mediator), 옥시다제(oxidase), 및 과산화효소를 포함하여, 초기 측정값을 얻고, 여기서, 산소 센서는 산소와 미리 정의된 분석물 모두에 대한 산소 센서의 반응의 함수로 표현되는 산소와 미리 정의된 분석물 사이의 알려진 상관관계를 갖는다. 산소 센서를 제조하는 공정은 번거롭고 시간 소모적이며, 이는 시약 매트릭스를 형성하는 작업 전극에 분배하기 위해 사용 가능한 용액을 제공하기 위한 시약들과 혼합 시간들의 함수이다.
일회용의 동맥혈가스(arterial blood gas; ABG) 센서는 기존의 혈액 가스 분석기에 비해 유지보수 필요 없음, 접근성, 사용의 용이성, 오염의 감소, 비용 효율성, 빠른 분석, 편의성 등의 많은 장점들을 가지고 있다.
일회용 산소 센서는 기존의 혈액 가스 분석기에서 볼 수 있는 산소 전극들에 비해 상대적으로 큰 전류를 생성하는 상대적으로 큰 전극 표면을 사용하는 경향이 있기 때문에, 큰 전극 상에 적절한 "작은 전류"를 생성하는 대안적인 방법은 샘플로부터 전극으로의 산소 확산을 제한하는 확산층을 형성하는 것이다. 확산 제한 층에 대한 요구 사항들은 수화 시 고정된 경로-길이, 전기 전도성, 및 선형 산소 투과성이다.
본 발명에서, 다층 시약 매트릭스(multi-layer reagent matrix)가 작업 전극의 위에 형성되어, 산소 센서를 생성한다. 시약 매트릭스는 친수성(hydrophilic) 중합체 층(polymer layer) 및 소수성(hydrophobic) 중합체 층을 포함한다. 친수성 중합체 층은 액체 에폭시 수지(liquid　epoxy resin)와 친수성 중합체 에멀젼들(emulsions)의 조합에 의해 형성되며, 여기서, 조합은 산소 확산 제한 층으로서 사용된다. 에폭시 경화제들을 포함하는 소수성 중합체 층은 커버 멤브레인에 대해 사용되며, 친수성 중합체 층의 액체 에폭시를 고화시키기 위해 사용된다.
비스페놀 A 디글리시딜에테르(bisphenol A diglycidylether), 에피클로로히드린(epichlorohydrin), 및 비스페놀 A를 포함하는, 액체 에폭시 수지는 PVA, PVP 등과 같은 친수성 중합체들과 혼합함으로써 수성-에폭시 에멀젼으로 형성될 수 있다. 에폭시는 산소 확산을 제한하는 물질인 한편, 수용성 친수성 중합체들은 산소 분산을 가능하게 하고 전기화학적 센서 설정에서 전기적 연결들을 만들 수 있다. 이 에폭시/수성 친수성 중합체 혼합물은 분배하기에 쉽고 균일한 필름을 생성하는 균일한 에멀젼으로 변한다. 그러나, 이 층은 수용액과 직접 접촉하면 씻겨질 수 있다. 소수성 커버 멤브레인은 이 층이 씻겨지는 것을 방지하고, 멤브레인 전체에 수증기 및 산소 확산을 허용하기도 한다. 불행하게도, 액체 에폭시가 경화되지 않은 상태로 남아 있으면, 확산된 수증기가 이 층의 친수성 부분들을 용해하기 시작하고(즉, 수화), 결국 경로 길이(즉, 층 두께)를 증가시키며, 이로써, 센서 성능을 저하시킨다.
액체 에폭시는 수혼화성(water miscible) 에폭시를 비수용성 강성(rigid) 중합체 네트워크로 변하게 하는 경화제들(예: 아민들(amines))과 반응함으로써 경화될 수 있다. 그러나, 에폭시-아민들은 액체 에폭시와 접촉할 때 매우 빠른 경화 반응들을 보인다. 에폭시-아민들이 액체 에폭시와 혼합되면, 반응이 즉시 시작된다. 결과적으로, 분배 공정 전에, 에폭시/친수성 중합체 에멀젼에 경화제를 첨가하는 것은 매우 어렵다.
본 발명은 에폭시-아민 경화제들을 소수성 커버 멤브레인 용액에 혼입함으로써 이러한 문제를 피한다. 소수성 커버 멤브레인 용액은 아민 경화제들과 함께 아세테이트 공중합체(acetate copolymer)도 포함한다. 커버 멤브레인 용액이 에폭시/친수성 중합체 층의 상단에 분배된 직후에, 에폭시-아민 경화 반응이 시작된다. 에폭시-아민 경화제를 포함하는 소수성 커버 멤브레인 용액을 분배한 결과, 친수성 층 에멀젼에 내장된 액체 에폭시는 이 층의 친수성 부분을 포함하는 강성 에폭시 네트워크로 변한다. 확산 층의 위에 형성된 소수성 커버 멤브레인과 결합된 확산 층 내에 형성된 강성 에폭시 네트워크는 수화될 때 다층 시약 매트릭스의 경로 길이(즉, 두께)의 임의의 변화를 방지한다.
본 발명의 목적은 소량의 유체 샘플에서 용존 산소를 정확하게 측정하는 전기화학적 산소 센서를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 일회용이며 높은 정확도와 정밀도로 산소를 측정하는 전류 측정(amperometric) 산소 센서를 제공하는 것이다.
본 발명은 이들 및 다른 목적들을 달성하기 위한 것으로, 일 실시예에서, 작업 전극 및 기준 전극을 갖는 감지 표면, 산소 확산-제한 층 에멀젼으로부터 형성되는 친수성 층 - 상기 친수성 층은 상기 작업 전극을 덮고, 상기 확산-제한 층은 에폭시 네트워크 및 친수성 중합체를 포함함 -, 및 상기 친수성 층의 위에 배치되는 소수성 용액으로부터 형성되는 소수성 멤브레인을 갖고, 상기 소수성 용액은 아세테이트 공중합체, 및 상기 에폭시 네트워크를 형성하는 친수성 층 내의 액체 에폭시 수지와 반응하는 가교제를 포함하고, 소수성 부재는 수증기 및 산소 투과성인, 전기화학적 산소 센서를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 친수성 중합체는 폴리비닐 알코올이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 소수성 멤브레인의 상기 아세테이트 공중합체는 에틸렌비닐 아세테이트 공중합체(ethylenevinyl acetate copolymer)이다.
일 실시예에서, 상기 에폭시 네트워크는 상기 친수성 층 에멀젼 내의 액체 에폭시와 소수성 층으로부터의 상기 가교제 사이의 반응에 의해 형성된다.
일 실시예에서, 상기 전기화학적 산소 센서는 일회용의 산소 센서이다.
일 실시예에서, 상기 아세테이트 공중합체는 에틸렌비닐 아세테이트이고, 상기 에틸렌비닐 아세테이트의 50 %가 에틸렌 비닐 중합체 백본(backbone)에서 중합된다.
다른 실시예에서, 전기화학적 산소 감지 디바이스를 형성하는 방법이 개시된다. 상기 방법은, 적어도 두 개의 독립적인 전기 전도성 경로들을 갖는 베이스 층(base layer), 및 상기 베이스 층 상에 배치되는 절연 및 시약 보유 층(insulating and reagent holding layer)을 갖는 센서 바디(sensor body)를 제공하는 단계 - 상기 절연 및 시약 보유 층은 적어도 두 개의 시약 보유 오프닝들을 갖고, 상기 적어도 두 개의 시약 보유 오프닝들 중 하나는 상기 적어도 두 개의 독립적인 전기 전도성 경로들 중 하나의 일 부분을 노출시키고, 상기 적어도 두 개의 시약 보유 오프닝들 중 다른 하나는 상기 적어도 두 개의 독립적인 전도성 경로들 중 다른 하나의 일 부분을 노출시킴 -, 액체 에폭시 및 친수성 중합체를 포함하는 산소 확산-제한 에멀젼을 상기 적어도 두 개의 시약 보유 오프닝들 중 하나에 배치하는 단계, 상기 산소 확산-제한 에멀젼을 건조시켜 친수성 층을 형성하는 단계, 상기 친수성 층의 위에 아세테이트 공중합체 및 에폭시 경화제들을 포함하는 커버 멤브레인 용액을 배치하는 단계, 및 상기 커버 멤브레인 용액을 건조시켜 소수성 층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 방법의 일 실시예에서, 상기 산소 확산-제한 에멀젼은, 미리 정의된 양의 액체 에폭시 수지, 미리 정의된 양의 폴리비닐 알코올, 미리 정의된 양의 계면활성제(surfactant), 및 미리 정의된 양의 증류수를 포함하는 복수의 컴포넌트들을 함께 첨가하는 단계, 및 상기 복수의 컴포넌트들을 혼합하여 에멀젼을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 방법의 다른 실시예에서, 상기 방법은, 1.6 g의 액체 에폭시 수지를 계량하는 단계, 1.4 g의 10 % 폴리비닐 알코올을 계량하는 단계, 및 1 mL의 부피의 증류수를 계량하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 방법은, 미리 정해진 양의 소포제를 계량하는 단계, 및 상기 소포제를 상기 친수성 에멀젼에 첨가하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 방법은, 50 중량%의 아세테이트 공중합체, 3 중량%의 에폭시 경화제, 및 1 중량%의 펜타에리트리톨 테트라키스 3-메르캅토프로피오네이트(pentaerythritol tetrakis 3-mercaptopropionate)를 포함하는 복수의 커버 멤브레인 컴포넌트들을 함께 첨가하는 단계, 및 미리 정의된 양의 THF/시클로헥사논(cyclohexanone)에서 상기 복수의 커버 멤브레인 컴포넌트들을 혼합하여 상기 커버 멤브레인 용액을 형성하는 단계를 포함하는, 상기 커버 멤브레인 용액을 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 방법은, 상기 에폭시 경화제로서 2 % 2, 4, 6-트리(디메틸아미노메틸)페놀(tri(dimethylaminomethyl)phenol)을 선택하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 방법은, 상기 적어도 두 개의 시약 보유 오프닝들 중 다른 하나에 기준 전극을 형성하는 단계를 더 포함한다.
다른 실시예에서, 작업 전극을 산소 센서로 만들기 위한 시약 매트릭스가 개시된다. 상기 시약 매트릭스는, 산소 확산-제한 층 에멀젼으로부터 형성되는 친수성 층 - 상기 친수성 층은 상기 작업 전극을 덮고, 상기 확산-제한 층은 에폭시 네트워크 및 친수성 중합체를 포함함 -, 및 상기 친수성 층의 위에 배치되는 소수성 용액으로부터 형성되는 소수성 멤브레인을 포함하고, 상기 소수성 용액은 아세테이트 공중합체, 및 상기 에폭시 네트워크를 형성하는 상기 친수성 층 내의 상기 액체 에폭시 수지와 반응하는 가교제를 포함하고, 소수성 부재는 수증기 및 산소 투과성이다.
일 실시예에서, 상기 에폭시 네트워크는 상기 친수성 층 에멀젼 내의 액체 에폭시와 소수성 층으로부터의 상기 가교제 사이의 반응에 의해 형성된다.
도 1은 산소 센서를 도시하는 본 발명의 일 실시예의 사시도이다.
도 2는 산소 센서의 두 개의 컴포넌트 층들을 도시하는 도 1의 실시예의 분해도이다.
도 3은 산소 센서의 베이스 층의 평면도이다.
도 4는 시약 보유 층의 평면도이다.
도 5는 도 1에서 선 5-5를 따라 취해진 산소 센서의 확대 단면도이다.
도 6은 친수성 층 및 소수성 층을 보여주는 작업 전극의 다층 시약 매트릭스의 확대도이다.
도 7은 플로우 셀(flow cell)에 연결된 산소 센서의 예시적인 평면도이다.
도 8은 안압계(tonometered) 혈액 샘플들을 사용하여 본 발명의 산소 센서의 판독값들과 혈액 가스 분석기로부터의 판독값들 사이의 상관관계를 보여주는 그래프이다.
본 발명의 몇 가지 실시예들이 도 1 내지 도 8에 도시되어 있다. 일 실시예에서, 본 발명의 산소 센서(10)는 2-층 구조를 사용하여 만들어진다(도 1 내지 도 4 참조). 2-층 구조는, 전극 단부(14), 전기 접촉 단부(16), 적어도 하나의 상대 전극(counter electrode)(17), 전극 단부(14)에 있는 작업 전극(18) 및 기준 전극(19), 및 전기 접촉 단부(16)에 있는 전기 접촉 패드들(16a, 16b, 및 16c)을 포함하는, 라미네이티드 바디(laminated body)(12)를 갖는다. 라미네이티드 바디(12)는 또한 베이스 층(20), 및 절연 및 전극 경계 식별 층(insulating and electrode delineating layer)(30)을 포함한다. 라미네이티드 바디(12)의 모든 층들은 유전체 재료, 바람직하게는 플라스틱으로 만들어진다. 바람직한 유전체 재료의 예들에는 폴리염화비닐(polyvinyl chloride), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리술폰(polysulfone), 나일론(nylon), 폴리우레탄(polyurethane), 셀룰로오스 니트레이트(cellulose nitrate), 셀룰로오스 프로피오네이트(cellulose propionate), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트(cellulose acetate butyrate), 폴리에스테르(polyester), 폴리이미드(polyimide), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리스티렌(polystyrene) 등이 있다.
베이스 층(20)은 적어도 세 개의 전기 전도성 경로들(22, 24, 및 26)의 경계가 식별되는 전기 전도성 층(21)을 갖는다. 전기 전도성 경로들(22, 24, 및 26)은 전기 전도성 층(21)을 스크라이빙(scribing)하거나 스코어링(scoring)함으로써, 또는 베이스 층(20) 상에 전기 전도성 경로들(22, 24, 및 26)을 실크-스크리닝(silk-screening)함으로써, 형성될 수 있다. 전도성 층(21)의 스크라이빙 또는 스코어링은 전기 전도성 층(21)을 기계적으로 스크라이빙하여 적어도 세 개의 독립적인 전도성 경로들(22, 24, 및 26)을 생성하기에 충분하게 비전기 전도성 스코어링 라인(28)을 생성함으로써, 수행될 수 있다. 본 발명의 바람직한 스크라이빙 또는 스코어링 방법은 이산화탄소 레이저, YAG 레이저, 또는 엑시머 레이저(excimer laser)를 사용함으로써 수행된다. 전도성 층(21)은, 예를 들어, 구리, 금, 주석 산화물/금, 팔라듐, 기타 귀금속 또는 그들의 산화물들, 또는 탄소 필름 조성물들과 같은, 임의의 전기 전도성 재료로 만들어질 수 있다. 본 실시예에서 사용되는 전기 전도성 재료는 팔라듐이다. 베이스 층(20)의 허용 가능 두께는 0.002 인치(0.05 mm) 내지 0.010 인치(0.25 mm)의 범위 내에 있다. 베이스 층(20)에 대한 한 가지 그러한 사용 가능한 재료는 인디애나주 인디애나폴리스 소재의 마리안 인코포레이티드(Marian, Inc.)에서 판매되는 0.005 인치(0.125 mm) 팔라듐 폴리에스테르 필름(재고 번호 Melinex 329)이다.
절연 및 전극 경계 식별 층(30)은 적어도 세 개의 오프닝들(32, 34, 및 36)을 갖는다. 오프닝(32)은 전도성 경로(22)의 일 부분을 노출시키고, 오프닝(34)은 시약 보유 웰들(wells)을 생성하는 전도성 경로(24)의 일 부분을 노출시키며, 오프닝(36)은 전도성 경로(26)의 일 부분을 노출시킨다. 본 실시예에서, 절연 및 전극 경계 식별 층(30)은 일리노이주 프랭클린 파크 소재의 트랜스센디아 인코포레이티드(Transcendia, Inc.)로부터 입수 가능한 의료용 단면 접착 테이프/필름이다. 본 발명에 사용하기 위한 테이프의 허용 가능 두께는 약 0.001 인치(0.025 mm) 내지 약 0.005 인치(0.13 mm)의 범위 내에 있다. 한 가지 그러한 테이프/필름인, 재고 번호 PE31280(약 0.002 DLSCL(0.045 mm))이, 취급의 용이함, 및 충분한 양의 화학적 시약들을 보유하고 센서의 유체 샘플 채널을 통해 모세관 작용을 촉진하는 능력의 측면에서의 우수한 성능으로 인해, 사용되고 있다. 테이프의 사용이 필요로 되지 않음이 이해되어야 한다. 절연 및 전극 경계 식별 층(30)은 플라스틱 시트로부터 만들어질 수 있고, 언급된 폴리에스테르 테이프를 사용한 것과 동일한 결과들을 달성하기 위해, 감압 접착제, 광중합체로 코팅되거나, 베이스 층(20)에 초음파 결합되거나, 베이스 층(20)에 3-D 인쇄될 수 있다.
세 개의 오프닝들(32, 34, 및 36)은 전극 영역들(C, W, 및 R)을 각각 정의하여, 상대 전극(C), 작업 전극(W), 및 기준 전극(R)을 형성한다. 일반적으로, 작업 전극(W)에는 전극 영역(W)에서 노출되는 전도성 층(21)의 일 부분 상에 직접 증착되는 친수성 중합체 층, 및 친수성 중합체 층의 상부의 소수성 중합체 층이 로딩되고, 여기서, 소수성 중합체 층은 커버 멤브레인을 형성한다.
상대 전극, 작업 전극, 및 기준 전극은 별도의 전도성 경로들(22, 24, 및 26)과 각각 전기적으로 접촉한다. 별도의 전도성 경로들은 라미네이티드 바디(12)의 전극 단부(14)의 반대쪽 단부에서 판독 디바이스에 대한 전기적 연결을 만들기 위해 종단되고 노출된다.
시약 보유 오프닝들의 크기는 바람직하게는 산소 센서의 유체 샘플 채널을 가능한 짧게 만들면서 여전히 적절하게 기능하기에 충분한 화학적 시약을 보유할 수 있도록 가능한 한 작게 만들어진다. 본 실시예에서, 시약 보유 오프닝들의 형상은 원형이고, 약 0.03 인치(0.75 mm)의 직경을 갖는다. 두 개의 시약 보유 오프닝들(32, 34)은 서로와 정렬되고, 서로로부터 약 0.0256 인치(0.65 mm) 이격되어 있다. 원형의 시약 보유 오프닝들은 예시를 위한 것일 뿐이다. 시약 보유 오프닝들의 형상은 중요하지 않으며, 오프닝들의 크기는 시약 매트릭스 혼합물을 오프닝들로 분배하는 기술적 타당성 및 기타 제조 제한들에 의해 더 좌우된다는 것이 이해되어야 한다.
상대 전극, 작업 전극, 기준 전극의 위치 배열은 산소 센서로부터 유용한 결과들을 얻는 데 중요하지 않다. 산소 센서가 플로우 셀과 결합될 때의 가능한 전극 배열들은 C-W-R 또는 W-C-R 또는 세 개의 전극들의 임의의 배열일 수 있으며, 전극들의 배열로 나열되는 배열은 상대 전극(C), 작업 전극(W), 및 기준 전극(R)을 가로지르는 샘플 흐름 방향을 기반으로 나타난다. 바람직한 위치는 C-W-R인 것으로 나타났다; 즉, 유체 샘플이 플로우 셀(70)에 들어감에 따라, 유체 샘플은 상대 전극(C)을 먼저 덮은 다음, 작업 전극(W)을 덮고, 이어서 기준 전극(R)을 덮을 것이다.
바람직하게는, 기준 전극(19)(전극 웰(36))에는 Ag/AgCl 층이 로딩되거나(예: Ag/AgCl 잉크를 도포하거나, (a) Ag 층을 스퍼터-코팅한 후 Ag를 염화시키거나, (b) Ag/AgCl 층을 스퍼터-코팅하는 것에 의함), 적절하게 기능하기 위해 산화 환원 매개체를 필요로 하지 않는 기타 기준 전극 재료들이 로딩될 수 있다. 채널에서 작업, 기준, 및 상대 전극들의 위치 배열은 센서로부터 유용한 결과들을 얻는 데 중요하지 않다는 점에 유의해야 한다.
이제 도 3 및 도 4를 참조하면, 베이스 층(20), 및 절연 및 시약 보유 층(30)의 평면도들이 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 전도성 경로들의 대칭은, 베이스 층(20)의 길이 방향 단부가 베이스 층(20)에 대한 절연 및 시약 보유 층(30)의 배향 및 조립 공정에 따라 전극 단부(14) 또는 전기 접촉 단부(16)로 지정될 수 있도록 한다. 본 실시예에서, 베이스 층(20)은 세 개의 개별 전도성 경로들의 경계를 식별하는 전도성 층(21)의 스크라이브 마크들을 갖는다. 베이스 층은 산소 센서를 다중 분석 센서로 만드는 유사하거나 다른 분석 센서 시약들에 대해 추가적인 전도성 경로들이 지정될 수 있는 두 개 이상의 전도성 경로들을 가질 수 있음이 이해되어야 한다.
도 4는 절연 및 시약 보유 층(30)의 평면도이다. 절연 및 시약 보유 층(30)은, 각 오프닝이 베이스 층(20) 상에서 경계가 식별되는 전도성 경로들 중 하나와 일치하도록 서로로부터 이격되는, 세 개 이상의 오프닝들을 갖는다. 여기에 개시되는 전기 전도성 경로들은 임의의 비부식성 금속으로부터 만들어질 수 있음이 이해되어야 한다. 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람들에게 잘 알려져 있는 바와 같이, 예를 들어, 탄소 페이스트 또는 탄소 잉크와 같은 탄소 침착물들도 전기 전도성 경로들로서 사용될 수 있다. 상대 전극(C)은 작업 전극(W)으로부터 상대 전극(C)으로 전류를 흐르게 하기 위한 목적으로 사용된다는 것도 이해된다. 2-전극 시스템(즉, 작업 전극 및 기준 전극)이 사용될 수 있지만, 기존의 산소 센서들에 비해 이 경우와 같이 상대적으로 큰 작업 전극을 사용할 때 단점이 있다. 문제는 높은 전하 밀도를 유지하기 위해 전류 측정 시스템의 기준 전극이 필요로 된다는 것이다. 2-전극 시스템에서 작업 전극으로부터 기준 전극으로의 높은 전류 흐름이 존재하는 경우, Ag-AgCl 기준 전극은 변하는 전류 밀도로 인해 열화될 수 있다. 이것은 결과적으로 결정된 산소 농도 수준에서 바이어스 전위 윈도우 이동(bias potential window shift) 및 부정확성을 유발할 수 있다.
이제 도 5를 참조하면, 도 1에서 선 5-5를 따라 취해진 산소 센서(10)의 확대 단면도가 도시되어 있다. 층들(20, 30), 전극 웰들(32, 34)의 상대적인 크기들, 및 작업 전극 시약 매트릭스 및 기준 전극 시약 매트릭스의 두께들은 크기에 대한 것이 아니라 단지 산소 센서(10)의 다양한 구성 요소들을 설명하기 위한 것임이 이해되어야 한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 베이스 층(20)은 전도성 층(21)에 비전기 전도성 브레이크(break)를 생성하는 스코어링 라인들(28)과 함께 그 위에 배치되는 전기 전도성 층(21)을 갖는다. 절연 및 시약 보유 층(30)은 작업 전극 산소-확산 제한, 다층 시약 매트릭스(34a)를 포함하는 시약 보유 오프닝(34), 및 기준 전극 시약 매트릭스(60)를 포함하는 시약 보유 오프닝(36)을 갖는다.
도 6은 다층 시약 매트릭스(32a)의 확대도이다. 다층 시약 매트릭스(32a)는 친수성 중합체 층(50) 및 소수성 중합체 층(40)을 포함한다. 친수성 층(50)은 에폭시 네트워크(52) 및 친수성 부분(54)을 포함한다. 소수성 층(40)은, 명칭에서 알 수 있듯이, 수용성이 아니라, 수증기 및 산소 투과성이다.
친수성 층 내의 친수성 부분으로 사용되는 중합체는 충분히 수용성이어야 하고, 또한 전극 영역의 전도성 표면 층에 대해 시약의 모든 다른 화학물질들을 안정화시킬 수 있어야 한다. 적합한 중합체들은, 저분자량 및 고분자량 폴리에틸렌 옥사이드(polyethylene oxide; PEO), 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol), 폴리비닐 피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone; PVP), 전분(starch), 메틸셀룰로오스(methylcellulose), 히드록시프로필셀룰로오스(hydroxypropylcellulose), 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol; PVA), 카르복시 메틸 셀룰로오스(carboxy methyl cellulose; CMC), 및 폴리아미노산(polyamino acids)을 포함하지만 이에 국한되지는 않는다. 친수성 부분은 바람직하게는 약 0.02 %(w/w) 내지 7.0 %(w/w)의 농도 범위에서 단일 중합체 또는 중합체들의 조합일 수 있다. 본 발명의 친수성 층에서 바람직한 친수성 부분은 PVA이다. PVA는 미국 뉴욕주 소재의 사이언티픽 폴리머 프로덕츠(Scientific Polymer Products)로부터 입수 가능하다.
친수성 층은 또한 수용성이 아닌 에폭시 네트워크를 포함한다. 그러나, 에폭시 네트워크는 수용성의 액체 에폭시 수지를 포함하는 친수성 에멀젼으로부터 생성된다.
소수성 층에 사용되는 중합체는 에틸렌비닐 아세테이트 공중합체이다. 그것은 미국 뉴욕주 소재의 사이언티픽 폴리머 프로덕츠로부터 입수 가능한 50 중량% 비닐 아세테이트이다.
계면활성제는 친수성 에멀젼(친수성 층을 생성하는 데 사용됨)에 선택적으로 포함되어, 작업 전극 영역(W)으로의 친수성 에멀젼의 분배를 용이하게 할 수 있다. 계면활성제는 또한 유체가 산소 센서(10, 430)의 샘플 챔버(17)로 들어갈 때 건조 화학적 시약들(즉, PVA)을 빠르게 용해시키는 데 도움이 된다. 계면활성제의 양 및 유형은 전술된 기능들을 보장하도록 선택된다. 계면활성제들은 다양한 음이온성, 양이온성, 비이온성, 및 양쪽성 청정제들(detergents)로부터 선택될 수 있지만 이에 국한되지는 않는다. 허용 가능한 계면활성제들의 예들로는 폴리옥시에틸렌 에테르(polyoxyethylene ether), 트윈 20(Tween 20), 소듐 콜레이트 수화물(sodium cholate hydrate), 헥사데실피리디늄 콜라이드 일수화물(hexadecylpyridinium cholide monohydrate) 및 CHAP들이 있다. 바람직한 계면활성제는 폴리옥시에틸렌 에테르이다. 더 바람직하게는, t-옥티페녹시폴리에톡시에탄올(octylphenoxypolyethoxyethanol)이고, 시그마-알드리치(Sigma-Aldrich)로부터 상품명 트리톤(Triton) X-100으로 입수 가능하다. 시약 매트릭스에서 계면활성제의 농도는 바람직하게는 약 0.01 %(w/w) 내지 약 2 %이다.
도 7은 플로우 셀(70)에 연결된 산소 센서(10)를 도시하는 평면도이다. 플로우 셀(70)은 작업 전극(18) 및 기준 전극(19)이 배치되는 테스트 챔버(74)를 갖는다. 테스트 챔버(74)는 보정물질(calibrant) 공급 라인(90) 및 혈액 샘플 공급 라인(100)에 연결되는 테스트 챔버 입구(72)를 갖는다. 미리 정의된 양의 보정물질이 일점 보정(one-point calibration)을 위해 테스트 챔버(74)에 공급된다. 보정 후에, 보정물질이 테스트 챔버(74) 밖으로 이동된 후 미리 정의된 양의 혈액 샘플이 이어진다. 혈액 샘플은 혈액 샘플 내의 산소의 양(즉, 산소 농도)에 대해 측정된다. 산소 센서(10)는 시간대 전류 측정법의(chronoamperometric) 측정을 수행하기 위해 적절한 전자 장치들에 전기적으로 연결된다는 것이 이해된다.
친수성 및 소수성 층 조성물들의 준비
친수성 층을 생성하기 위해 사용되는 친수성 에멀젼을 위한 바람직한 시약 층 조성물은 바람직하게는 두 개의 단계들로 준비되지만, 이는 하나의 단계로 준비될 수 있다:
단계 1: 도우 케미컬 사(Dow Chemical Company)로부터 상표명 D.E.R. 331(DER 331)로 입수 가능한 1.6 g의 액체 에폭시 수지, 1.4 g의 10 % 폴리비닐 알코올(Mw. 130K) 및 1 mL의 증류수, 및 100 mg의 소포제를 함께 첨가하는 단계.
단계 2: 1 분 동안 9,000 rpm으로 균질화기(homogenizer)를 사용하여 상기 단계 1의 모든 컴포넌트들을 혼합하는 단계. 준비된 친수성 에멀젼은 실온에서 보관 시 수일 동안 안정적이다.
소수성 층을 생성하기 위해 사용되는 커버 멤브레인 용액을 위한 시약 층 조성물은 바람직하게는 두 개의 단계들로 준비되지만, 이는 하나의 단계로 준비될 수도 있다:
단계 1: 2 중량%의 에틸렌비닐 아세테이트 공중합체 - 여기서, 해당 공중합체는 50 %의 아세테이트가 에틸렌비닐 중합체 백본에서 공중합된 에틸렌비닐 아세테이트임 -, 3 %의 에폭시 경화제(2 % 2, 4, 6-트리(디메틸아미노메틸)페놀, 및 1 %의 펜타에리트리톨 테트라키스(3-메르캅토프로피오네이트)를 THF/시클로헥사논에 첨가하는 단계.
단계 2: 단계 1의 성분들을 함께 혼합하여 커버 멤브레인 용액을 형성하는 단계. 준비된 커버 멤브레인 용액은 실온에서 수주 동안 안정적이다.
센서 구성
본 발명의 다양한 실시예들의 어셈블리는 비교적 간단하다. 일반적으로, 베이스 층, 및 절연 및 시약 보유 층이 서로에 라미네이트된 후 적절한 시약 혼합물이 시약 보유 오프닝들의 각각에 분배된다.
특히, 도 1에 도시된 2-층 구조의 경우, 팔라듐 필름 조각이 도 2에 도시된 바와 같은 형상으로 절단되어, 센서(10)의 베이스 층(20)을 형성한다. 기계적 스크라이빙이 옵션이기는 하지만, 전도성 팔라듐 폴리에스테르 필름을 스코어링하기 위해 레이저를 사용하는 것이 바람직한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 필름은 샘플 유체 단부(14)에 있는 세 개의 전극 영역들 및 접촉점들(22, 24, 및 26)이 전기 접촉 단부(16)에 형성되도록 레이저에 의해 스코어링된다. 스코어링 라인은 매우 얇지만 세 개의 개별적이고 뚜렷한 전기 전도성 경로들을 생성하기에 충분하다. 그런 다음, 단면 접착 테이프 조각이 크기와 형상으로 절단되어, 절연 및 전극 경계 식별 층(30)을 형성하며, 따라서, 그것은 참조 부호(16)로 도 1에 도시된 작은 전기 접촉 영역을 노출시키는 것을 제외하고는 베이스 층(20)의 전도성 층(21)의 대부분을 덮을 것이다.
절연 및 전극 경계 식별 층(30)을 베이스 층(20)에 부착하기 전에, 실질적으로 동일한 크기의 적어도 세 개의 오프닝들(32, 34, 및 36)이 레이저에 의해, 또는 다이-펀치 어셈블리(die-punch assembly)와 같은 기계적 수단에 의해 펀칭되어, 절연 및 전극 경계 식별 층(30)에 전극 오프닝들(32, 34, 및 36)을 생성한다. 전극 오프닝들의 형상은 임의의 형상일 수 있다. 도시된 실시예에서, 오프닝들은 원형이다. 오프닝들(32 및 34)의 바람직한 홀 크기는 약 0.030 인치(0.75 mm)의 전형적인 직경을 갖지만 임의의 크기일 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전극 오프닝들(32 및 34)(및 포함된 경우, 선택적인 전극 오프닝(36)은 서로와 정렬되고, 인접한 오프닝들의 사이에 약 0.020 인치(0.508 mm) 내지 약 0.050 인치(1.27 mm)의 간격을 갖는다. 원형의 오프닝들은 예시를 위한 것일 뿐이다. 오프닝들의 형상 및 크기 또는 그들 사이의 거리는 중요하지 않음이 이해되어야 한다. 원형의 오프닝들은 표면적들의 비율이 실질적으로 일정하게 유지되는 한 크기가 실질적으로 동일할 필요는 없다. 전극들의 배열은 임의의 조합일 수 있지만, 오프닝들(32, 34, 및 36)에 형성되는 전극들의 바람직한 배열은 테스트 챔버 입구(72)로부터 위치되는 대로 C(상대 전극), W(작업 전극), 및 R(기준 전극)이다. 그런 다음, 절연 및 전극 경계 식별 층(30)은 상대 전극(C), 작업 전극(W), 및 기준 전극(R)을 생성하기 위한 전극 웰들을 정의하는 방식으로 베이스 층(20)에 부착된다.
미리 정의된 양의 친수성 에멀젼은 작업 전극 웰에 분배되고 건조된다. 예를 들어, 실온에서 수분 동안 공기 건조되거나 37 ℃에서 30 초 동안 건조되어 친수성 층을 형성한다. 실온보다 높은 온도에서 더 짧은 시간 동안 건조시키는 것은 보다 효율적인 제조 공정을 가능하게 한다. 친수성 에멀젼 및 그의 조성은 상술된 바와 같다.
다음으로, 커버 멤브레인 용액이 친수성 층 상에 분배되어, 용액이 친수성 층을 완전히 덮게 하고, 3실온에서 밤새 공기 건조되거나 37 ℃에서 30 초 이상 동안 건조된다. 이 공정 동안, 커버 멤브레인 용액 내의 에폭시 경화제들이 친수성 층 내의 액체 에폭시 수지와 반응하여, 층의 친수성 부분들(즉, 폴리비닐 알코올)을 포함하는 강성 에폭시 네트워크를 형성하며, 여기서, 에폭시 네트워크는, 친수성 층이 보정물질에 의해 수화될 때 친수성 층의 미리 정의된 경로 길이(즉, 두께)를 유지한다. 전술된 바와 같이, 소수성 층은 커버 멤브레인 전체에 수증기 및 산소의 확산을 허용하는 한편, 친수성 층은 수용성 친수성 중합체들을 포함하는 산소 확산-제한 층이며, 이는 산소 분산을 가능하게 하고 작업 전극에 대한 전기적 연결들을 만든다.
시약들을 건조시키는 데 필요한 시간의 길이는 건조 공정이 수행되는 온도에 따라 다르다.
산소 센서 테스팅
산소 센서(10)는 도 7에 도시된 바와 같이 플로우 셀에 연결되었다. 도 1에 도시된 본 발명의 실시예의 산소 센서에 유체 샘플이 적용되면, 유체 샘플은 플로우 셀(70)로 들어가서 전극들(C, W, 및 R)의 위로 흐르고, 미리 정의된 시간 동안 정지되어 있다. 시간의 길이는 유체가 보정물질인지 또는 혈액 샘플인지에 따라 다르다.
노바 바이오메디컬(Nova Biomedical) 혈액 가스 분석기를 사용하여 산소 센서(10)의 전류 응답을 측정하기 위해 시간대 전류 측정법이 사용되었지만 일정 전위기(potentiostat)가 사용될 수도 있다. 도 1에 도시되고 상술된 바와 같이 만들어지는 산소 센서는 샘플 내의 산소의 농도에 대한 본 발명의 산소 센서(10)의 응답을 테스트하기 위해 사용되었다. 미리 정의된 양의 산소를 포함하는 혈액 샘플이 센서 스트립의 샘플 입구(18)에 적용되어 센서 입구로 들어가는 동안 -0.10 V 내지 -0.70 V의 전위(사용되는 기준 전극에 따라 다름)가 작업 전극과 기준 전극의 사이에 인가된다. 여기에 설명되는 특정 예들에서, 인가된 전위는 Ag-AgCl 기준 전극에 대해 -0.65 V이다. 출력 응답 전류는 혈액 샘플의 농도에 비례한다. 노바 바이오메디컬 가스 분석기를 사용할 때, 측정값들은 mmHg 단위의 산소 분압으로 제공되었다.
예 1
상이한 수준들의 pO2에서 측정된 기준 pO2 대 센서 pO2의 증명
상이한 pO2를 갖는 혈액 샘플들이 노바 바이오메디컬 pHOx 혈액 가스 분석기를 사용하여 본 발명의 산소 센서로 테스트되었다. 대안으로, 일렉트로케미컬 애널라이저(Electrochemical Analyzer)(미국 텍사스주 오스틴 소재의 CH 인스트러먼츠(CH Instruments)의 모델 812)가 산소 센서 스트립들(10)로부터 직접 전류 반응을 측정하기 위해 사용될 수도 있다. 산소 농도(pO2)는 토노미터(Tonometer)(미국 유타주 솔트레이크 시티 소재의 메디코 인코포레이티드(Medicor, Inc.)의 프레시전 가스 믹서(Precision Gas Mixer)(PGM-3))를 사용하여 제어되었다. 2 mL의 혈액 샘플이 온도-제어된(37 ℃) 원통형 회전 큐벳 내에 배치되고, 15 분 동안 안압계 측정되었다(tonometered).
친수성 층을 수화시키고 산소 센서(10)에 대한 기준점을 설정하기 위해, 혈액 샘플을 측정하기 전에 일점 보정이 필요하다. 사용된 일점 보정물질은 110 mmHg pO2 용액이었다. 일정 보정물질은 플로우 셀을 통해 각 산소 센서로 흐르고, 90 초 동안 플로우 셀 내에 머물도록 하여, 친수성 층을 수화시켰다. 90 초의 수화 기간이 끝나면, 일점 보정 측정이 수행된다. 보정 후에, 안압계 혈액 샘플이 보정 물질을 대체하여 산소 센서에 도입되었고, 혈액 샘플을 도입한 후에 30 초 동안 판독값이 기록되었다. 농도 계산은 일점 보정을 기반으로 하였고, 코트렐 방정식을 사용하였다. 이러한 방식으로 수행할 때, pO2 측정 응답들은 작업 전극에서 50 mm Hg 내지 170 mm Hg pO2의 범위에 걸쳐 선형임이 발견되었다. 49 mmHg 내지 243 mmHg의 범위의 안압계 산소 수준들을 갖는 여섯 개의 혈액 샘플들이 테스트되었다. 본 발명의 산소 센서로부터 얻어진 판독값들과의 비교를 위한 각 혈액 샘플에 대한 기준 판독값을 얻기 위해, 안압계 혈액 샘플들은 노바 바이오메디컬 pHOx 혈액 가스 분석기로도 측정되었다.
이 예에서, 산소 센서의 반응을 테스트하기 위해, 팔라듐 기판을 사용하는 다수의 바이오센서들이 만들어졌다. 결과들은 표 1에 나타나 있다.
각 혈액 수준은 적어도 열(10) 번 테스트되었고(즉, 각 산소 농도 수준에 대해 10 개의 일회용 산소 센서들을 사용함), 평균 값이 계산되어 표 1에 표시되었다. 테스트된 각 농도 수준에 대한 표준 편차(standard deviation) 값도 제공된다.
도 8은 49 mmHg, 82 mmHg, 103 mmHg, 122 mmHg, 167 mmHg, 및 243 mmHg의 변화하는 pO2 수준들에 대한 본 발명의 작업 전극(즉, 친수성 층/커버 멤브레인 층 전극)의 측정된 pO2 응답을 보여준다. 응답들(즉, 전류 응답들)은 상술된 처음 다섯 개의 pO2 범위들에 걸친 산소 농도에 대해 선형이다.
기존의 혈액 가스 분석기에 비해 본 발명의 장점들은 유지보수 필요 없음, 접근성, 사용의 용이성, 오염의 감소, 비용 효율성, 빠른 분석, 편의성 등을 갖는다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 여기에서 설명되었지만, 상기 설명은 단지 예시적인 것이다. 여기에 개시된 본 발명의 추가 수정은 각각의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람에게 발생할 수 있으며, 모든 그러한 수정들은 첨부된 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.

Claims (19)

  1. 전기화학적 산소 센서에 있어서,
    작업 전극 및 기준 전극을 갖는 감지 표면;
    산소 확산-제한 층 에멀젼(oxygen diffusion-limiting layer emulsion)으로부터 형성되는 친수성 층 - 상기 친수성 층은 상기 작업 전극을 덮고, 상기 확산-제한 층은 에폭시 네트워크(epoxy network) 및 친수성 중합체를 포함함 -; 및
    상기 친수성 층의 위에 배치되는 소수성 용액으로부터 형성되는 소수성 멤브레인
    을 포함하고,
    상기 소수성 용액은 아세테이트 공중합체, 및 상기 에폭시 네트워크와 반응하는 가교제를 포함하고, 소수성 부재는 수증기 및 산소 투과성인,
    전기화학적 산소 센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 친수성 중합체는 폴리비닐 알코올인,
    전기화학적 산소 센서.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 소수성 멤브레인의 상기 아세테이트 공중합체는 에틸렌비닐 아세테이트 공중합체인,
    전기화학적 산소 센서.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 에폭시 네트워크는 상기 친수성 층 에멀젼 내의 액체 에폭시와 소수성 층으로부터의 상기 가교제 사이의 반응에 의해 형성되는,
    전기화학적 산소 센서.
  5. 제1 항에 있어서,
    일회용의 산소 센서인,
    전기화학적 산소 센서.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 아세테이트 공중합체는 에틸렌비닐 아세테이트이고, 상기 에틸렌비닐 아세테이트의 50 %가 에틸렌 비닐 중합체 백본(backbone)에서 중합되는,
    전기화학적 산소 센서.
  7. 전기화학적 산소 센서를 형성하는 방법에 있어서,
    적어도 두 개의 독립적인 전도성 경로들을 갖는 베이스 층, 및 상기 베이스 층 상에 배치되는 절연 및 시약 보유 층을 갖는 센서 바디를 제공하는 단계 - 상기 절연 및 시약 보유 층은 적어도 두 개의 시약 보유 오프닝들을 갖고, 상기 적어도 두 개의 시약 보유 오프닝들 중 하나는 상기 적어도 두 개의 독립적인 전도성 경로들 중 하나의 일 부분을 노출시키고, 상기 적어도 두 개의 시약 보유 오프닝들 중 다른 하나는 상기 적어도 두 개의 독립적인 전도성 경로들 중 다른 하나의 일 부분을 노출시킴 -;
    액체 에폭시 및 친수성 중합체를 포함하는 산소 확산-제한 에멀젼을 상기 적어도 두 개의 시약 보유 오프닝들 중 하나에 배치하는 단계;
    상기 산소 확산-제한 에멀젼을 건조시켜 친수성 층을 형성하는 단계;
    상기 친수성 층의 위에 아세테이트 공중합체 및 에폭시 경화제들을 포함하는 커버 멤브레인 용액을 배치하는 단계; 및
    상기 커버 멤브레인 용액을 건조시켜 소수성 층을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 친수성 층 및 상기 소수성 층을 포함하는 상기 적어도 두 개의 시약 보유 오프닝들 중 하나는 작업 전극을 형성하는,
    방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    미리 정의된 양의 액체 에폭시 수지, 미리 정의된 양의 폴리비닐 알코올, 미리 정의된 양의 계면활성제, 및 미리 정의된 양의 증류수를 포함하는 복수의 컴포넌트들을 함께 첨가하는 단계; 및
    상기 복수의 컴포넌트들을 혼합하여 에멀젼을 형성하는 단계
    를 포함하는, 상기 산소 확산-제한 에멀젼을 형성하는 단계
    를 더 포함하는,
    방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    1.6 g의 액체 에폭시 수지를 계량하는 단계;
    1.4 g의 10 % 폴리비닐 알코올을 계량하는 단계; 및
    1 mL의 부피의 증류수를 계량하는 단계
    를 더 포함하는,
    방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    미리 정의된 양의 소포제를 상기 친수성 에멀젼에 첨가하는 단계
    를 더 포함하는,
    방법.
  11. 제7 항에 있어서,
    50 중량%의 아세테이트 공중합체, 3 중량%의 에폭시 경화제, 및 1 중량%의 펜타에리트리톨 테트라키스 3-메르캅토프로피오네이트를 포함하는 복수의 커버 멤브레인 컴포넌트들을 함께 첨가하는 단계; 및
    미리 정의된 양의 THF/시클로헥사논에서 상기 복수의 커버 멤브레인 컴포넌트들을 혼합하여 상기 커버 멤브레인 용액을 형성하는 단계
    를 포함하는, 상기 커버 멤브레인 용액을 형성하는 단계
    를 더 포함하는,
    방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 에폭시 경화제로서 2 % 2, 4, 6-트리(디메틸아미노메틸)페놀을 선택하는 단계
    를 더 포함하는,
    방법.
  13. 제7 항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 시약 보유 오프닝들 중 다른 하나에 기준 전극을 형성하는 단계
    를 더 포함하는,
    방법.
  14. 작업 전극을 산소 센서로 만들기 위한 다층 시약 매트릭스에 있어서, 상기 시약 매트릭스는,
    액체 에폭시 수지를 포함하는 산소 확산-제한 층 에멀젼으로부터 형성되는 친수성 층 - 상기 친수성 층은 상기 작업 전극을 덮고, 상기 확산-제한 층은 에폭시 네트워크 및 친수성 중합체를 포함함 -; 및
    상기 친수성 층의 위에 배치되는 커버 멤브레인 용액으로부터 형성되는 소수성 멤브레인
    을 포함하고,
    상기 커버 멤브레인 용액은 아세테이트 공중합체, 및 상기 에폭시 네트워크를 형성하는 상기 친수성 층 내의 상기 액체 에폭시 수지와 반응하는 가교제를 포함하고, 소수성 부재는 수증기 및 산소 투과성인,
    시약 매트릭스.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 친수성 중합체는 폴리비닐 알코올인,
    시약 매트릭스.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 소수성 멤브레인의 상기 아세테이트 공중합체는 에틸렌비닐 아세테이트 공중합체인,
    시약 매트릭스.
  17. 작업 전극을 산소 센서로 변환하는 다층 시약 매트릭스를 제조하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
    작업 전극 표면 상에 증착시키기 위한 산소 확산-제한 에멀젼을 형성하는 단계 - 상기 산소 확산-제한 에멀젼은, 미리 정의된 양의 액체 에폭시 수지, 미리 정의된 양의 폴리비닐 알코올, 미리 정의된 양의 계면활성제, 및 미리 정의된 양의 증류수를 포함하는 복수의 컴포넌트들을 첨가하는 단계, 및 상기 복수의 컴포넌트들을 혼합하여 에멀젼을 혼합하는 단계를 포함함 -; 및
    상기 산소 확산-제한 에멀젼이 건조된 후에 상기 산소 확산-제한 에멀젼 상에 증착시키기 위한 커버 멤브레인 용액을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 커버 멤브레인 용액은, 미리 정의된 양의 아세테이트 공중합체, 미리 정의된 양의 에폭시 경화제, 및 미리 정의된 양의 펜타에리트리톨 테트라키스 3-메르캅토프로피오네이트를 포함하는 복수의 커버 멤브레인 컴포넌트들을 함께 첨가하는 단계, 및 미리 정의된 양의 THF/시클로헥사논에서 상기 복수의 커버 멤브레인 컴포넌트들을 혼합하여 상기 커버 멤브레인 용액을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 산소 확산-제한 에멀젼은 작업 전극 상에 친수성 층을 생성하는 데 사용되고, 상기 커버 멤브레인 용액은 상기 친수성 층 상에 소수성 층을 생성하는 데 사용되는,
    방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 산소 확산-제한 에멀젼 형성 단계는 1.6 g의 액체 에폭시 수지를 선택하는 단계, 1.4 g의 10 % 폴리비닐 알코올을 선택하는 단계, 및 1 mL의 증류수를 선택하는 단계를 포함하는,
    방법.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 커버 멤브레인 용액 형성 단계는 50 중량%의 아세테이트 공중합체를 선택하는 단계, 3 중량%의 에폭시 경화제를 선택하는 단계, 및 1 중량%의 펜타에리트리톨 테트라키스 3-메르캅토프로피오네이트를 선택하는 단계를 포함하는,
    방법.
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