KR20240004450A - 분석물 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
적어도 하나의 분석물을 결정하기 위한 분석물 센서(110) 및 분석물 센서(110)를 제조하기 위한 방법(140)이 개시된다. 분석물 센서(110)는: - 기판(112); - 작동 전극(118) 및 기판(112)의 상이한 부위에 위치한 전도성 층(122, 124); - 전도성 층(124)을 부분적으로 덮는 은 함유 층(126); 그리고 - 보호층(128);을 포함하며, 상기 보호층은 적어도 하나의 분석물을 구비하는 적어도 하나의 체액에 접근 가능한 적어도 하나의 영역(130)으로부터 완전히 분리된 은 함유 층(126), 및 전도성 층(124)의 일부분을 덮는다. 본원에 제안된 분석물 센서(110)는 측정 시 잡음을 현저히 감소시킨다. 종래 기술의 분석물 센서를 제조하는 것과 비교하여 보다 쉬운 방식으로 수행될 수 있는 방법(140)은, 분석물 센서(110)를 제조하는 동안 더 높은 허용 오차를 허용한다.
Description
본 발명은 적어도 하나의 분석물을 결정하기 위한 분석물 센서 및 그러한 분석물 센서를 제조하는 방법에 관한 것이다. 분석물 센서는 주로 체액 내 적어도 하나의 분석물의 농도, 특히 혈당 수치를 결정하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 추가적인 적용이 가능할 수도 있다.
체액 내 하나 이상의 분석물의 농도, 특히 혈당 수치를 결정하는 것은 다양한 질병에 대한 예방 및 치료에서 중요한 역할을 한다. 본 발명은 이하에서 추가할 수 있는 적용 분야를 제한하지 않고, 간질액 내의 포도당과 관련하여 설명한다. 그러나 본 발명은 다른 유형의 분석물에도 적용될 수 있다. 구체적으로, 혈당 모니터링은 광학적 측정 외에 전기화학적 분석물 센서를 사용하여 수행될 수도 있다. 특히 혈액 또는 기타 체액에서 포도당을 측정하기 위한 전기화학적 분석물 센서의 예에는 US 5,413,690 A, US 5,762,770 A, US 5,798,031 A, US 6,129,823 A 또는 US 2005/0013731 Al에 공지되어 있다.
WO 2012/045425 Al은 예를 들어 센서가 환자의 피부에 피하 삽입될 때, 체액과의 접촉을 위해 노출되는 여러 전극 영역을 사용하는 전기화학 센서를 개시했다. 노출된 전극 영역은 대칭적으로 배열되어 있어서, AC신호가 센서에 인가되었을 때 대칭적인 전위 분포가 생성된다. 특정 실시예에서는, 하나의 기준 전극만이 Ag/AgCl로 덮이고, 다른 기준 전극은 공백으로 유지된다.
US 9,936,909 B2는 분석물 농도, 예를 들어 숙주 내 포도당을 측정하기 위한 디바이스를 개시했다. 여기서는 은/염화은으로 형성된 복합 카운터/기준 전극이 사용된다. 또한, 전기 활성 표면을 노출시키는데 레이저 절제가 사용된다.
2020년 3월 10일 출원된 유럽 특허 출원 20 162 098.6에는 분석물 센서에서 멤브레인 특성을 결정하기 위한 빠른 과도 측정 방법이 개시되어 있다. 여기에 개시된 고속도 과도 측정 방법은 특히 분석물 센서의 등가 직렬 저항(ESR)을 측정하는 데 사용될 수 있으며, 측정된 ESR은 일반적으로 분석물 센서에 구비된 멤브레인의 저항을 포함할 수 있다. 여기서, 멤브레인의 이온 전도도는 결정할 분석물에 대한 멤브레인의 투과성과 상관관계가 있을 수 있으며, 결과적으로 분석물 센서의 감도와도 상관관계가 있을 수 있다. 특히 멤브레인의 투과성은 멤브레인의 치수가 아닌 온도, 주변 화학 물질 또는 멤브레인의 기계적 부하에 따라 달라질 수 있으므로, 측정된 ESR은 온도 변화로 인한 분석물 센서의 감도 변화를 보정하는 데 사용될 수 있지만, 사용자의 신체에 센서를 삽입한 부위에서 기계적 부하를 검출하는 데에도 사용될 수 있다.
멤브레인의 저항 외에도 측정된 ESR은 분석물 센서의 기하학적 구조, 특히 전극의 크기 또는 전극 사이의 거리뿐만 아니라 ESR의 고정 부분으로 간주될 수 있는 전극에 적용된 적어도 하나의 코팅에 따라 달라질 수 있다. 측정된 ESR에서 ESR의 고정된 부분을 빼면 대부분 멤브레인 효과에 할당될 수 있는 ESR의 가변 부분을 얻을 수 있다.
그러나, 분석물을 포함하는 체액에 노출되는 전극의 표면적을 최소화하기 위해 전극의 주요 부분을 분리하기 위해 적용되는 보호성 코팅을 포함하는 분석물 센서는, 일반적으로 측정된 ESR의 증가를 초래할 수 있다. 결과적으로, 멤브레인 효과에 할당할 수 있는 ESR의 가변 부분은, 특히 ESR의 고정 부분에 비해 상당히 작을 수 있다. 배경 대비 신호 범위가 감소하면 측정된 ESR에서 분석 센서의 멤브레인 특성을 결정할 때 효과적인 분해능이 감소한다. 관찰된 바와 같이, 측정된 ESR은 분석물을 구성하는 체액에 노출되는 전극의 표면적에 크게 의존하므로, 센서 제조 중 불균일성으로 인해 배경 값이 상당히 달라질 수 있다. 또한, 측정된 ESR은 상당히 긴 조정 기간(running-in period)으로 인해 상당한 시간 동안 사용할 수 없다.
2020년 7월 7일 제출된 유럽 특허출원 20 184 466.9는 기판, 적어도 하나의 작동 전극, 적어도 하나의 제2 전극 및 멤브레인을 포함하는 분석물 센서를 개시하며, 여기서 멤브레인은 적어도 하나의 제2 전극 상단 부분에 위치한다.
2020년 11월 12일에 제출된 유럽 특허출원 20 207 218.7에는 분석물 센서를 제조하는 방법, 이 방법으로 얻을 수 있는 분석물 센서, 및 분석물 센서의 사용법이 개시되어 있다. 이 방법은: a) 제1 면을 갖는 제1 기판과 제2 면을 제공하는 단계, 여기서 제2 면은 제1 전도성 재료를 함유하는 제1 층을 가짐; b) 제1 면과 제2 면을 갖는 제2 기판을 제공하는 단계, 여기서 제1 면은 제2 전도성 재료를 함유하는 제2 층을 갖고 그리고 제2 면은 제3 전도성 재료를 함유하는 제3 층을 가짐; c) 제1 기판의 제1 면 또는 제3 층 또는 그 일부 중 적어도 하나에 전도성 제제의 층을 적용하는 단계, 여기서 전도성 제제는 복수의 전도성 입자 및 적어도 하나의 폴리머 결합제를 포함함; d) 제1 기판의 제1 면을 제2 기판의 제2 면과 적층하는 단계; 및 e) 분석물 센서를 획득하는 단계;를 포함한다.
따라서, 본 발명의 목적은 공지된 분석물 센서 및 관련 방법의 단점을 적어도 부분적으로 피하고, 상술한 과제를 적어도 부분적으로 해결하는 적어도 하나의 분석물을 결정하기 위한 분석물 센서 및 적어도 하나의 분석물 결정을 하기 위한 분석물 센서를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
특히, 바람직하게는 분석물 센서의 측정된 등가 직렬 저항(ESR)에 대한 고정 부분을 감소시키고, 분석물 센서의 멤브레인 특성을 결정하기 위해 사용될 수 있는 고속도 과도 측정 방법을 적용할 때 복수의 분석물 센서를 통해 측정된 ESR의 변화를 감소시킴으로써, 측정된 ESR과 관련하여 관찰 가능한 조정 기간도 감소시키는 것이다.
발명의 요약
상기 문제는 독립 청구항의 특징을 갖는 적어도 하나의 분석물을 결정하기 위한 분석물 센서 및 적어도 하나의 분석물을 결정하기 위한 분석물 센서를 제조하는 방법에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 독립적인 방식으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있으며, 그 내용은 종속 청구항 및 명세서 전체에 개시되어 있다.
본 발명의 제1 양태에서, 적어도 하나의 분석물을 결정하기 위한 분석물 센서가 개시되며, 여기서 분석물 센서는:
- 기판;
- 작동 전극 및 기판의 상이한 부위에 위치한 전도성 층;
- 전도성 층을 부분적으로 덮는 은 함유 층; 및
- 보호 층 - 보호 층은
o 적어도 하나의 분석물을 구비하는 적어도 하나의 체액에 접근 가능한 적어도 하나의 영역으로부터 완전히 분리된 은 함유 층, 및
o 전도성 층의 일부를 덮음 -;을 포함한다.
일반적으로 사용되는 바와 같이, "분석물 센서"라는 용어는 적어도 하나의 측정 신호를 획득하여 분석물의 검출을 수행하도록 구성되는 임의의 디바이스를 지칭한다. 특히 바람직하게는, 분석물 센서는 특히 피하 조직, 특히 간질액에서 사용자의 체액에서 분석물의 검출을 수행하는 데 적합할 수 있는 부분적으로 이식 가능한 분석물 센서일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "부분적으로 이식 가능한 분석물 센서"라는 용어는, 이식 가능한 분석물 센서의 제1 부분이 신체 조직에 의해 수용될 수 있는 반면에, 다른 부분은 신체 조직에 의해 수용되지 않을 수 있는 방식으로 환자 또는 사용자의 신체 조직에 도입되도록 지정된 분석물 센서를 지칭한다. 이러한 목적을 위해, 분석물 센서는 삽입 가능한 부분을 포함할 수 있다. 여기서, "삽입 가능한 부분"이라는 용어는 일반적으로 임의의 신체 조직에 삽입될 수 있도록 구성된 분석물 센서의 일부 또는 구성요소를 지칭한다. 분석물 센서의 다른 부분 또는 구성요소, 특히 접촉 패드는 신체 조직 외부에 남아있을 수 있다.
일반적으로 사용되는 바와 같이, "사용자"와 "환자"라는 용어는 각각 인간 또는 동물이 건강한 상태이거나 하나 이상의 질병을 앓고 있을 수 있다는 사실과 무관하게 인간 또는 동물을 지칭한다. 예를 들어, 사용자 또는 환자는 당뇨병을 앓고 있는 인간 또는 동물일 수 있다. 그러나, 본 발명은 추가적으로 또는 대안적으로 다른 유형의 사용자, 환자 또는 질병에 적용될 수 있다.
본 명세서에서 추가로 사용되는 바와 같이, "체액"이라는 용어는, 일반적으로 사용자 또는 환자의 신체 또는 신체 조직에 일반적으로 존재 하는/하거나 사용자 또는 환자의 신체에 의해 생성될 수 있는 유체, 특히 액체를 지칭한다. 바람직하게는, 체액은 혈액 및 간질액으로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. 그러나, 타액, 눈물액, 소변 또는 기타 체액과 같은 하나 이상의 다른 유형의 체액이 추가적으로 또는 대안적으로 사용될 수 있다. 적어도 하나의 분석물을 검출하는 동안, 체액이 신체 또는 신체 조직 내에 존재할 수 있다. 따라서, 분석물 센서가 특히 신체 조직 내에서 적어도 하나의 분석물을 검출하도록 구성될 수 있다.
본 명세서에서 추가로 사용되는 바와 같이, "분석물"이라는 용어는 체액 내에 존재하는 임의의 요소, 성분 또는 화합물을 지칭하며, 여기서 분석물의 존재 및/또는 농도는 사용자, 환자, 의사와 같은 의료진이 관심을 가질 수 있다. 특히, 분석물은 적어도 하나의 대사 산물과 같이 사용자 또는 환자의 대사에 참여할 수 있는 적어도 하나의 임의의 화학물질 또는 화합물이거나, 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 분석물은 포도당, 콜레스테롤, 중성 지방, 젖산염으로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. 그러나, 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 유형의 분석물이 사용될 수 있고/있거나 분석물의 임의의 조합이 결정될 수 있다. 특히, 적어도 하나의 분석물의 검출은 분석물-특이적 검출(analyte-specific detection)일 수 있다. 추가적인 가능한 적용을 제한하지 않으면서, 본 발명은 특히 간질액 내 포도당의 모니터링과 관련하여 본 명세서에서 설명된다.
특히, 분석물 센서는 전기화학 센서일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "전기화학 센서"라는 용어는 전기화학적 검출 반응과 같은 분석물의 전기화학적으로 검출 가능한 특성을 검출하기에 적합한 분석물 센서를 지칭한다. 따라서, 예를 들어, 전기화학적 검출 반응은 하나 이상의 전극 전위를 적용하고 비교함으로써 검출될 수 있다. 구체적으로, 전기화학 센서는 적어도 하나의 전류 신호 및/또는 적어도 하나의 전압 신호와 같이 전기화학적 검출 반응의 존재 및/또는 정도를 직접 또는 간접적으로 나타낼 수 있는 적어도 하나의 측정 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 측정은 정성적(qualitative) 및/또는 정량적 (quantitativ) 측정일 수 있다. 여전히, 다른 실시예들도 가능하다.
본 명세서에서 사용되는 전기화학 센서는 적어도 한 쌍의 전극을 사용하는 전기화학 셀의 방식으로 배열된다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, "전극"이라는 용어는 직접적으로 또는 적어도 하나의 반투과성 막 또는 층을 통해 체액과 접촉하도록 구성된 요소를 의미하며, 여기서 각 전극은 전극의 적어도 하나의 표면에서 전기화학 반응이 발생하는 방식으로 구현된다. 특히, 전극은 산화 과정 및/또는 환원 과정이 전극의 선택된 표면에서 일어날 수 있는 방식으로 구현될 수 있다. 일반적으로, "산화 과정"이라는 용어는 원자, 이온 또는 분자와 같은 제1 물질로부터 전자가 방출되고, 이에 의해 산화되는 제1 화학적 또는 생화학적 반응을 지칭한다. 방출된 전자를 추가 물질이 받아들일 수 있는 추가적인 화학적 또는 생화학적 반응은 일반적으로 "환원 과정"이라는 용어로 표시된다. 제1 반응과 추가 반응을 함께 "산화환원 반응"이라고도 부를 수 있다. 그 결과로, 전하 이동과 관련된 전류가 이에 의해 생성될 수 있다. 여기서, 산화환원 반응의 상세한 과정은 전위의 적용에 의해 영향을 받을 수 있다.
또한, 각 전극은 전기 전도성 물질을 포함한다. 일반적으로 사용되는 "전기 전도성 물질"이라는 용어는 물질을 통해 전류를 전도하도록 설계된 물질을 지칭한다. 이를 위해, 특히 물질 내에서 전류에 의해 전달되는 전기 에너지의 소산을 피하기 위해 전기 저항이 낮고 전도성이 높은 물질이 바람직하다. 일반적으로, 전기 전도성 물질은 귀금속, 특히 금 또는 전기 전도성 탄소 물질 중에서 선택될 수 있지만, 다른 종류의 전도성 물질도 가능할 수 있다.
본 명세서에서 추가로 사용되는 바와 같이, "결정"이라는 용어는 특히 분석물 센서에 의해 획득된 적어도 하나의 측정 신호를 평가함으로써 적어도 하나의 대표적인 결과를 생성하는 프로세스와 관련된다. 여기서, "평가한다"는 용어는 적어도 하나의 측정 신호를 표시하고, 그로부터 적어도 하나의 대표 결과를 도출하기 위한 방법을 적용하는 것을 지칭할 수 있다. 적어도 하나의 측정 신호는 구체적으로 적어도 하나의 전압 신호 및/또는 적어도 하나의 전류 신호와 같은 적어도 하나의 전자 신호일 수 있거나, 적어도 하나의 전자 신호를 포함할 수 있는 것이다. 적어도 하나의 신호는 적어도 하나의 아날로그 신호일 수 있고/있거나 적어도 하나의 디지털 신호이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 특히 전기 시스템에서는, 원하는 측정 신호를 기록하기 위해 특정 디바이스에 미리 지정된 신호를 적용해야 할 수도 있다. 예를 들어, 전류 신호를 측정하려면 디바이스에 전압 신호를 적용해야 하거나, 그 반대의 경우가 필요할 수 있다.
본 명세서에서 추가로 사용되는 바와 같이, "모니터링"이라는 용어는 사용자의 개입 없이 데이터를 지속적으로 수집하고, 이로부터 원하는 정보를 도출하는 프로세스를 지칭한다. 이를 위해, 복수의 측정 신호가 생성 및 평가되고, 이로부터 원하는 정보가 결정된다. 여기서, 복수의 측정 신호는 고정된 또는 가변적인 시간 간격으로 기록되거나, 또는 대안적으로 또는 추가적으로 적어도 하나의 미리 지정된 이벤트가 발생하는 시점에 기록될 수 있다. 특히, 본 명세서에서 사용되는 분석물 센서는 특히 당뇨병 상태의 관리, 모니터링 및 제어를 하기 위해 하나 이상의 분석물, 특히 포도당을 지속적으로 모니터링하도록 구성될 수 있다.
일반적으로, 분석물 센서는 센서 본체, 특히 기판을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "기판"이라는 용어는 그 위에 또는 그 안에 배치된 하나 이상의 다른 요소를 운반하도록 설계된 임의의 요소를 지칭한다. 구체적으로, 기판은 가요성 및/또는 변형성이 있는 것일 수 있다. 특히, 기판은 구부러질 수 있는 것이다. 특히 바람직하게는, 기판은 평면형 기판일 수 있다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, "평면"이라는 용어는 일반적으로 평면 본체의 "표면"으로 표시되는 2차원의 확장면을 포함하는 본체를 지칭하며, 이는 일반적으로 평면 본체의 "두께"로 표시되는 3차원의 확장을 2배, 적어도 5배, 적어도 10배 또는 심지어 적어도 20배 이상 초과하는 것을 의미한다. 예를 들어, 기판은 50 ㎛ 내지 1 mm의 두께, 특히 80 ㎛ 내지 500 ㎛, 예를 들어 110 ㎛ 내지 250 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 평면 기판을 사용하면, 특별히 평면 센서를 제공하는 것이 용이할 수 있다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, "평면 센서"라는 용어는 기판 상에 직접 또는 간접적으로 증착된 층의 형태로 제공될 분석물 센서의 추가 요소, 바람직하게는 전극을 위한 캐리어를 제공하는 평면 기판을 포함하는 특정 유형의 분석물 센서를 지칭한다.
기판은, 구체적으로, 스트립 형상 또는 막대 형상과 같은 길쭉한 형상을 가질 수 있지만, 다른 종류의 형상도 가능할 수 있다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, "길쭉한 형상"이라는 용어는 평면 본체의 각 표면이 여기에 수직인 연장이 적어도 2의 배수, 적어도 5의 배수, 적어도 10의 배수 또는 적어도 20 이상의 배수로 초과하는 연신(elongation)을 따른 방향으로 연장부를 가진 것을 나타낸다.
구체적으로, 평면 기판은 제1 면과 제2 면을 가질 수 있으며, 여기서 제1 면과 제2 면은 서로 상이할 수 있다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, "면(side)"이라는 용어는 센서 본체의 표면을 지칭한다. 본 명세서에서, "제1" 및 "제2"라는 용어는 순서를 특정하지 않고 동일한 종류의 다른 요소가 존재할 수 있는 실시예를 배제하지 않고 설명하는 것으로 간주한다. 바람직한 실시예에서, 제1 면과 제2 면은 서로에 대해 반대되는 방식으로 배치될 수 있다.
기판은, 바람직하게는, 특히 기판에 의해 운반되는 전기 전도성 요소들 사이의 원치 않는 전류를 피하기 위해, 적어도 부분적으로, 바람직하게는 완전히, 적어도 하나의 전기 절연 물질을 포함하거나 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 전기 절연 물질은 절연 에폭시 수지, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리염화비닐, 폴리우레탄, 폴리에테르, 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 이들의 코폴리머 및 알루미나로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있지만, 다른 종류의 전기 절연 물질도 가능할 수 있다. 여기서, 적합한 폴리에스테르는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)일 수 있다.
본 발명에 따르면, 분석물 센서는 작동 전극 및 적어도 하나의 추가 전극을 포함하며, 여기서 작동 전극 및 적어도 하나의 추가 전극은 기판 상의 상이한 부위, 바람직하게는 기판의 제1 면 및 제2 면에 위치하며, 제1 면 및 제2 면은 바람직하게는 기판의 반대편에 배치될 수 있다. 특히 바람직한 실시예에서, 작동 전극 및 적어도 하나의 추가 전극은 적어도 하나의 추가 전극이 위치할 수 있는 기판의 면에 대한 작동 전극의 부위의 기하학적 투영이 작동 전극의 부위의 기하학적 투영과 적어도 하나의 추가 전극의 부위와의 사이에 중첩을 발생시키지 않도록 하는 방식으로 기판의 반대측에 위치할 수 있다. 그러나, 작동 전극 및 적어도 하나의 추가 전극을 기판의 동일한 면의 상이한 부위, 예를 들어 기판의 제1 면 또는 제2 면 모두에 배치하는 것도 가능할 수 있다.
적어도 하나의 추가 전극은, 바람직하게는, 카운터 전극, 기준 전극 및/또는 결합된 카운터/기준 전극일 수 있다. 특히 바람직하게는, 적어도 하나의 추가 전극은, 특히 이식 가능한 센서로 사용되도록 구성된 상당히 작은 공간 확장을 갖는 분석물 센서를 제공하기 위해, 단일 결합된 카운터/기준 전극일 수도 있고, 또는 단 하나의 결합된 카운터/기준 전극으로만 구성될 수도 있다. 분석물 센서가 2개의 전극만 갖는 경우, 일반적으로 단일 작동 전극과 단일 결합 카운터/기준 전극을 포함한다. 여기서, 작동 전극은 생체 인식 성분, 특히 체액에서 분석 물질의 산화를 지원하도록 구성된 산화환원 활성효소 보조 인자를 갖는 효소를 포함하는 시약 층을 가질 수 있다. 특히 바람직한 실시예에서, 각 전극은 0.2 mm 내지 10 mm, 바람직하게는 0.5 mm 내지 5 mm, 더 바람직하게는 0.7 mm 내지 2 mm의 측면 연장, 및 1 ㎛ 내지 10 ㎛, 바람직하게는 2 ㎛ 내지 5 ㎛ 두께를 가질 수 있다. 그러나, 전극의 다른 실시예도 가능할 수 있다.
전술한 바와 같이, 적어도 하나의 추가 전극은 전도성 층, 전도성 층을 부분적으로 덮는 은 함유 층, 및 은 함유 층 및 전도성 층의 일부를 덮는 보호 층을 포함한다. 기판의 특정 면의 추가 부분은 절연 층에 의해 부분적으로 또는 완전히 덮일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "층"이라는 용어는 일반적으로 층의 "측면 연장" 또는 단순히 층의 "연장"으로 표시되는 2개의 측면 치수에서의 연장을 갖는 물질을 포함하는 체적을 지칭하며, 이것은 일반적으로 층의 "두께"로 표시되는 제3차원에서의 연장을 2배, 적어도 5배, 적어도 10배 또는 적어도 20배 이상 초과하는 것을 나타낸다. 여기서, 층은, 특히 층에 안정성 및 무결성을 제공하기 위해, 각각의 기판에 의해 운반될 수 있다. 특히, 층은 스트립 형상 또는 막대 형상과 같은 길쭉한 형상을 가질 수 있지만, 다른 종류의 형상이 가능할 수도 있다. 아래에서 보다 상세히 설명하는 바와 같이, 각 층은 바람직하게는 기판 또는 이미 증착된 층에 원하는 물질을 적용하여 부가 공정에서 제조될 수 있지만, 추가 공정을 사용하는 것도 가능할 수 있다. 보다 자세한 내용은 아래의 방법에 대한 설명을 참조할 수 있다.
전도성 층은 전기 전도성 층이다. 일반적으로 사용되는 "전기 전도성"이라는 용어는 물질을 통해 전류를 전도하는 물질의 특성을 지칭한다. 바람직하게는, 전도성 층은 전기 전도성 물질을 포함할 수 있다. 위에서 이미 정의한 바와 같이, "전기 전도성 물질"이라는 용어는 물질을 통해 전류를 전도하도록 설계된 물질을 지칭한다. 전기 전도성 물질은 특히 바람직하게는 전기 전도성 탄소 물질로부터 선택될 수 있지만, 귀금속, 특히 금과 같은 다른 종류의 전도성 물질도 가능할 수 있다.
다른 실시예에서, 전도성 층은 2020년 11월 12일에 출원된 유럽 특허출원 20207218.7에 개시된 바와 같은 구조화된 층이거나 이를 포함할 수 있다. 따라서, 전기 전도성 물질은 금, 니켈, 백금, 팔라듐, 탄소, 탄소 페이스트, 폴리아닐린 및 폴리-3, 4-에틸렌디옥시티오펜(PEDOT)으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있으며, 특히 바람직하게는, 적어도 하나의 전기 전도성 물질은 금, 탄소 및 탄소 페이스트로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 더욱 바람직하게는, 적어도 하나의 전기 전도성 물질은 본질적으로 금 및/또는 탄소 및/또는 탄소 페이스트로 구성된다.
또한, 적어도 하나의 추가 전극은 은 함유 층을 갖는다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "은 함유 층"이라는 용어는 은 함유 물질을 포함하는 특정 유형의 층을 지칭하며, 특히 원소 은(Ag) 및 은 함유 화합물 중 적어도 하나 중에서 선택되며, 여기서 은 함유 화합물은 바람직하게는 염화은(AgCl)일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 은 함유 층은 분석물 센서가 제조될 때만 AgCl을 포함할 수 있으며, 이때 원소 은(Ag)은 첨가되지 않을 수 있다. 그러나, 분석물 센서를 사용하는 동안, 원소 Ag는 AgCl로부터 형성될 수 있으며, 사용하는 중에, 분석물 센서는 부차적으로 Ag/AgCl을 포함할 수 있다. 특히, Ag/AgCl을 포함하는 은 함유 층을 갖는 분석물 센서가 바람직하다.
특정 실시예에서, Ag/AgCl은 은 함유 층 내의 바인더에 복수의 전도성 입자로 포함될 수 있다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, "바인더(binder)"라는 용어는 제제 내에서 복수의 전도성 입자를 적어도 부분적으로, 바람직하게는 완전하게 함께 유지하도록 지정된 물질을 지칭한다. 전도성 입자는 특히 적어도 하나의 바인더 내에 분산될 수 있다. 특히, 전도성 입자는 적어도 하나의 바인더 내에 균질하게 분산될 수 있다. 여기서, 적어도 하나의 바인더는 금속 바인더, 세라믹 바인더 및 폴리머 바인더로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. 폴리머 바인더, 특히 물리적으로 결합하는 폴리머 바인더 및/또는 화학적으로 결합하는 폴리머 바인더가 바람직하다. 예를 들어, 은 함유 층 내의 Ag/AgCl은 50 내지 70 중량% 의 Ag, 20 내지 40 중량% 의 AgCl 및 1 내지 20 중량% 의 바인더를 포함할 수 있으며, 여기서 각 중량% 는 Ag, AgCl 및 바인더의 중량%의 합계에 기초한다. 그러나, 은 함유 층의 다른 종류의 제조도 가능할 수 있다.
상술한 바와 같이, 은 함유 층은 전도성 층을 부분적으로 덮는다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "부분적으로"라는 용어는 은 함유 층에 의해 덮여 있는 전도성 층의 접근 가능한 표면의 섹션을 지칭하며, 전도성 층의 접근 가능한 표면의 나머지 섹션은 은 함유 층에 의해 덮여 있지 않다. 본 명세서에서 추가로 사용되는 바와 같이, "접근 가능한 표면"이라는 용어는 은 함유 층 또는 전도성 층과 같은 층의 특정 표면을 지칭하며, 아직 추가 표면에 인접하지 않았고, 따라서 추가 층에 의해 덮일 준비가 되어 있는 면이다. 여기서, 은 함유 층에 의해 덮이는 전도성 층의 섹션은, 바람직하게는, 전도성 층의 접근 가능한 표면의 2% 내지 50%, 더 바람직하게는 5% 내지 40%, 특별하게는 10% 내지 30%의 섹션일 수 있다.
또한, 적어도 하나의 추가 전극은 보호 층을 포함한다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, "보호 층"이라는 용어는 보호 층에 의해 부분적으로 또는 완전히 덮여 있는 추가 층에 대한 접근을 제어하기 위해 적용되는 특정 유형의 층을 지칭한다. 본 명세서에서 사용되는 "완전히"라는 용어는 추가 층에 대한 접근을 완전히 차단하는 것을 지칭하며, "부분적으로"라는 용어는 추가 층에 대한 선택적 접근을 제공하는 선택적 장벽을 의미한다.
바람직한 실시예에서, 보호 층은 복수의 구멍을 포함할 수 있는 멤브레인이거나 이를 포함할 수 있으며, 여기서 구멍은 적어도 하나의 분석물을 포함하는 적어도 하나의 체액을 위해 추가 층에 대한 접근을 제공하도록 설계된다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, "구멍"이라는 용어는 멤브레인의 개구부 및/또는 천공을 의미하며, 이에 따라 구멍을 통해 하나 이상의 분자 및/또는 화합물이 통과할 수 있게 하며, 체액에 대해 추가 층에 대한 원하는 선택적 접근이 제공될 수 있다. 여기서, 구멍은 멤브레인의 공중 팽창에 걸쳐 균등한 방식으로 또는 불균등한 방식으로 분포될 수 있다. 구체적으로, 구멍들은 0.005 ㎟ 내지 0.15 ㎟, 바람직하게는 0.01 ㎟ 내지 0.02 ㎟의 총 면적을 나타낼 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "구멍의 총 면적"이라는 용어는 멤브레인에 의해 포함된 구멍의 표면적의 합과 관련된다. 또한, 멤브레인은 1 ㎛ 내지 100 ㎛, 바람직하게는 2 ㎛ 내지 25 ㎛, 더 바람직하게는 5 ㎛ 내지 20 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서, 보호 층은 소수성 층일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "소수성"이라는 용어는 보호 층에 포함된 보호 물질이 보호 물질의 총 중량에 기초하여 0 내지 5 중량%, 바람직하게는 1 중량% 미만의 수분 흡수율을 가질 수 있다는 점에서 보호 층의 성질을 지칭한다. 여기서, 보호 물질은, 바람직하게는, 적어도 하나의 소수성 폴리머, 바람직하게는 열가소성 소수성 폴리머를 포함할 수 있다. 구체적으로, 소수성 폴리머는 열가소성 폴리우레탄(TPU), 열가소성 폴리우레아, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 부틸 메타크릴레이트 폴리머(BUMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 UV 경화 수지, 특히 아크릴화 실리콘, 아크릴화 우레탄, 아크릴화 폴리에스테르 및 아크릴화 에폭사이드로 구성된 그룹 중에서 선택될 수 있다. 특히, 소수성 폴리머는 열가소성 폴리우레탄이거나 그를 포함할 수도 있다. 그러나, 다른 유형의 소수성 폴리머도 가능할 수 있다.
멤브레인에 관한 보다 자세한 내용, 특히 멤브레인의 특성 및 구성과 관련하여서는, 멤브레인을 포함하는 분석물 센서를 개시한 2020년 7월 7일 출원된 유럽 특허출원 20 184 466.9를 참조할 수 있다.
특히 본 발명에 따르면, 보호 층은
- 적어도 하나의 분석물을 포함하는 적어도 하나의 체액에 접근 가능한 적어도 하나의 영역으로부터 완전히 분리된 은 함유 층; 및
- 전도성 층의 일부;를 덮는다.
여기서, 은 함유 층은 전술한 바와 같이 개시된 보호 층을 사용함으로써 적어도 하나의 분석물을 포함하는 적어도 하나의 체액에 접근할 수 있는 적어도 하나의 영역을 제외하고 완전히 덮일 수 있고, 상기 보호 층은 적어도 하나의 분석물을 포함하는 적어도 하나의 체액을 위해 은 함유 층에 원하는 선택적 접근을 제공하도록 지정된 복수의 구멍을 갖는 멤브레인을 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 은 함유 층은 노출된 절삭 에지를 포함할 수 있으며, 상기 절삭 에지는 또한 적어도 하나의 분석물을 포함하는 적어도 하나의 체액을 위해 은 함유 층에 대한 원하는 접근을 제공하기 위해 지정될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "절단 에지"라는 용어는 은 함유 층의 표면으로부터 보호 층의 일부를 제거함으로써 생성된 적어도 하나의 분석물을 포함하는 적어도 하나의 체액에 접근할 수 있는 은 함유 층의 표면을 지칭한다. 일반적으로, 은 함유 층의 표면으로부터 보호 층의 일부를 제거하는 것은, 아래에서 보다 상세히 정의되는 바와 같이, 원시 기판을 개별 분석물 센서를 형성하도록 구성된 적절한 조각으로 절단할 때 수행된다. 여기서, 절단 공정은 이러한 목적으로 절단기가 적용될 수 있을 때, 동시적으로, 은 함유 층의 표면으로부터 보호 층의 일부를 제거할 수 있는 절단 공정이 적용될 수 있다. 선택된 배열과 무관하게, 적어도 하나의 분석물을 포함하는 적어도 하나의 체액에 대한 은 함유 층에 대해 원하는 선택적 접근은 체액과 은 함유 층의 상호 작용으로부터 본 발명에 따른 적어도 하나의 분석물을 결정할 수 있게 한다.
전술한 바와 같이, 보호 층은 전도성 층의 일부만을 덮는다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, "일부"라는 용어는 보호 층에 의해 덮여 있는 전도성 층의 접근 가능한 표면의 섹션을 의미하며, 전도성 층의 접근 가능한 표면의 나머지 섹션은 보호 층에 의해 덮여 있지 않다. "접근 가능한 표면"이라는 용어에 대해서는 위에 제공된 정의를 참조할 수 있다. 특히, 보호 층에 의해 덮여지는 전도성 층의 일부 부분은, 바람직하게는, 20% 내지 80%, 더 바람직하게는 25% 내지 75%, 특정하게는 30% 내지 70%, 특별하게는 40% 내지 60% 일 수 있다.
놀랍게도, 전도성 층의 접근 가능한 표면의 나머지 부분을 보호 층으로 덮지 않은 채로 두면 2020년 3월 10일 출원된 유럽 특허출원 20 162 098.6에 자세히 설명된 바와 같이 고속도 과도 측정 방법을 적용할 때 분석물 센서의 측정된 등가 직렬 저항(ESR)을 크게 줄일 수 있다는 것이 실험적으로 입증될 수 있다. 일반적으로 사용되는 "고속도 과도 전압"이라는 용어는 두 전극 사이의 전기 전압이 적어도 한 번 이상 변경되는 것을 의미하며, 이 변경은 빠른 과도 신호 측면, 특히 2개의 매우 가파른 에지를 나타낼 수 있다. 고속도 과도 측정 방법 동안 적용되는 전기 전압은 구형파 형태, 사인파 형태 또는 전압 펄스와 같은 비연속 신호 중 적어도 하나에서 선택된 신호를 포함할 수 있다.
여기서, "펄스"라는 용어는 신호의 진폭이 제1 기준값으로부터 상승 플랭크 또는 하강 플랭크를 통해 제2 값으로 일시적으로 변경된 후, 하강 플랭크 또는 상승 플랭크를 통해 기준값 또는 적어도 대략 기준값으로 복귀하는 신호를 의미하며, 여기서 제2 값은 기준값보다 높거나 낮을 수 있다. 펄스 지속시간은 ≤50 ㎲, 바람직하게는 ≤20 ㎲, 더욱 바람직하게는 ≤10 ㎲ 일 수 있다. 특히, 단일 펄스의 지속 시간은 전파를 기록하기에 충분히 길 수 있고, 전기화학적 방식으로 분석물 센서를 자극시키지 않을 만큼 충분히 짧을 수 있다. 추가로 일반적으로 사용되는 바와 같이, "고속도 과도"라는 용어는 신호 플랭크의 제1 값과 제2 값 사이의 시간 범위를 의미하며, 이는 바람직하게는 50ns 이하, 보다 바람직하게는 20ns 이하일 수 있고, 아날로그-디지털 컨버터와 같은 전자 장치에 의해서만 제한될 수 있다. 기준값 또는 제2 값으로 구성되는 더 빠른 플랭크 및 플래토로의 더 샤프한 전환은 저항의 옴 부분과 분석물 센서의 정전 용량 부분 사이의 분해능을 증가시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 고속도 과도 측정 방법은 특히 분석물 센서의 등가 직렬 저항(ESR)을 측정하는 데 사용될 수 있으며, 여기서 측정된 ESR은 일반적으로 분석물 센서에 포함된 멤브레인의 저항을 포함할 수 있다. 여기서, 멤브레인의 이온 전도도는 측정될 분석물에 대한 멤브레인의 투과성과 상관관계가 있을 수 있으며, 결과적으로 분석물 센서의 감도와도 상관관계가 있을 수 있다. 측정된 ESR은 온도 변화 등에 따른 분석물 센서의 감도 변화를 보정하는 데 사용될 수 있지만, 특히 멤브레인의 투과성은 멤브레인의 치수가 아닌 멤브레인의 온도, 주변 화학물질 또는 멤브레인의 기계적 부하에 따라 달라질 수 있으므로, 사용자의 신체 내 센서 삽입 부위에서 기계적 부하를 검출하는 데에도 사용될 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 분석 센서에서 측정된 ESR로부터 멤브레인 특성을 결정할 때 빠른 과도 측정의 효과적인 분해능이 상당히 증가될 수 있습니다.
다른 실시예에서, 분석물 센서는 전기 절연 층을 포함할 수 있고, 상기 층은 분석물 센서의 나머지 표면, 특히 은 함유 층 및/또는 보호 층에 의해 덮이지 않고 그리고 보호 층이 없는 전도성 층에 접근 가능한 표면의 일부가 아닌 전도성 층의 일부를 덮을 수 있다. 특히, 전기 절연 층은 포토레지스트 또는 솔더 레지스트와 같은 전기 절연 바니시일 수 있지만, 다른 종류의 전기 절연 층도 가능할 수 있다. 이 실시예는 분석물 센서의 보호를 추가로 지원할 수 있다.
본 발명의 추가 양태에서는, 적어도 하나의 분석물을 결정하기 위한 분석물 센서를 제조하는 방법, 특히 본 명세서에 설명된 바와 같이 적어도 하나의 분석물을 결정하기 위한 분석물 센서를 제조하는 방법이 개시된다. 이 방법은:
a) 원시 기판을 제공하는 단계;
b) 원시 기판 상에 전도성 층을 적용하는 단계;
c) 전도성 층을 부분적으로 덮는 방식으로 은 함유 층을 적용하는 단계;
d) 다음을 덮는 방식으로 보호 층을 적용하는 단계 - 다음은
o 은 함유 층, 및
o 전도성 층의 일부 임 -;
e) 작동 전극을 준비하는 단계; 및
f) 분석물 센서를 얻기 위해 원시 기판을 절단하는 단계;를 포함한다.
여기서, 표시된 단계들은, 바람직하게는, 주어진 순서대로 수행될 수 있으며, 따라서, 단계 a)로 시작하여, 단계 b), c), d) 및 e)로 계속되고, 단계 f)로 마무리될 수 있다. 그러나, 아래에서 보다 상세히 설명하는 바와 같이, 단계 e)는 단계 f) 이후에 수행될 수도 있다. 또한, 본 명세서에 설명되지 않은 추가 단계도 수행될 수 있다.
단계 a)에 따라, 원시 기판이 제공된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "원시 기판"이라는 용어는 상기 정의된 바와 같이 작동 전극 및 적어도 하나의 추가 전극을 지지하기 위한 캐리어 층을 형성하도록 지정된 적어도 하나의 물질을 지칭한다. 원시 기판으로부터, 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같은 분석물 센서의 기판은, 특히 원시 기판을 적절한 조각으로 절단함으로써 제조될 수 있다. 특히, 원시 기판은 전기 절연 재료를 포함할 수 있다. 전기 절연 재료뿐만 아니라 원시 기판의 추가적인 특성에 대해서도, 상기 기판에 대한 설명을 참조할 수 있다. 그러나, 원시 기판의 길이 및 폭은, 일반적으로, 완성된 분석물 센서에 의해 구성된 기판의 길이 및 폭과 상당히 다를 수 있다. 바람직하게는, 원시 기판은 길이가 1㎝ 내지 1㎞, 바람직하게는 10㎝ 내지 100m이고, 폭이 1㎝ 내지 10㎝, 바람직하게는 2㎝ 내지 8㎝일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 원시 기판은 롤(roll)로서 제공될 수 있으며, 특히 롤 투 롤(roll-to-roll) 공정에 사용되도록 지정될 수 있다.
단계 b)에 따르면, 전도성 층, 특히 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 전도성 층이 원시 기판 상에 적용된다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, "적용한다"는 용어는 원하는 재료를 기판 또는 이미 증착된 층에 증착하는 추가 공정을 지칭하지만, 원하는 층을 생성하기 위한 추가 공정에 사용하는 것도 가능할 수 있다. 특히, 첨가제 공정은 실크 스크린 인쇄, 슬롯 다이 코팅, 스퍼터링, 진공 증발, 원자층 증착, 화학 기상 증착, 분무 열분해, 전착, 양극 산화, 전기 변환, 무전해 침지 성장, 연속 이온 흡착 및 반응, 화학욕 증착 및 용액-가스 인터페이스 기술을 포함하지만, 이에 국한되지 않는 공지된 증착 공정 중에서 선택될 수 있으며, 실크 스크린 인쇄 또는 슬롯 다이 코팅이 특히 바람직할 수 있다.
단계 c)에 따르면, 은 함유 층은 전도성 층을 부분적으로 덮는 방식으로 적용된다. 은 함유 층 및 적용 절차에 관한 추가적인 세부사항에 대해서는 위의 설명을 참조할 수 있다.
단계 d)에 따르면, 보호 층은 은 함유 층, 및 전도성 층의 일부를 덮는 방식으로 적용된다. 보호 층 및 적용 절차에 관한 추가적인 세부사항에 대해서는 위의 설명을 참조할 수 있다. 상술한 바와 같이, 보호 층은 적어도 하나의 분석물을 포함하는 적어도 하나의 체액을 위해 은 함유 층에 대한 선택적인 접근을 제공하도록 지정된 복수의 구멍을 갖는 멤브레인이거나, 이를 포함할 수 있는 것이다.
단계 e)에 따르면, 작동 전극이 준비된다. 작동 전극 및 적용 절차에 관한 추가적인 세부사항은 본 명세서의 다른 부분을 참조할 수 있다.
단계 f)에 따르면, 원시 기판은 분석물 센서를 얻기 위해 절단된다. 이를 위해, 원시 기판을 바람직하게는 폭을 따라 시트로 절단하여 센서 스트립을 형성할 수 있다. 여기서, 각 센서 스트립은, 바람직하게는, 단일 분석물 센서에 대응할 수 있다. 또한, 원시 기판은 그 길이를 따라 적어도 한 번 절단될 수 있으며, 특히 원시 기판이 그 폭을 따라 절단되기 전 또는 후에 절단될 수 있다. 바람직하게는, 원시 기판은 적어도 하나의 레이저를 사용하여 절단될 수 있다. 결과적으로, 단계 f)는 레이저 절단 공정을 포함할 수 있다. 위에서 이미 상세히 설명한 바와 같이, 절단 공정은 은 함유 층이 적어도 하나의 분석물을 포함하는 적어도 하나의 체액을 위해 은 함유 층에 대한 접근을 제공하도록 지정된 노출된 절단 에지를 가질 수 있는 방식으로 단계 f)에서 수행될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 작동 전극은, 바람직하게는, 원시 기판을 시트로 절단하기 전에, 특히 원시 기판의 측면에 적절한 코팅을 적용함으로써 준비될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 작동 전극은 원시 기판을 시트로 절단한 후에, 특히 적절한 코팅을 적용하여 각각의 개별화된 분석물 센서를 생성함으로써 준비될 수 있다.
본 명세서의 개시 여부에 관계없이 적어도 하나의 추가 방법의 단계가 수행될 수도 있다. 특히, 전기 절연 층은 분석물 센서의 나머지 표면, 구체적으로 은 함유 층 및/또는 보호 층에 의해 덮여 있지 않고 보호 층이 없는 상태로 남아있는 전도성 층에 대한 접근 가능한 표면 부분이 아닌 전도성 층의 일부를 덮기 위해 적용될 수 있으며, 이는 위에서 보다 상세하게 설명한 바와 같다.
상기 방법과 관련된 더 자세한 내용은 본 명세서의 다른 곳에 제공된 분석물 센서에 대한 설명을 참조할 수 있다.
본 발명에 따른 적어도 하나의 분석물을 결정하기 위한 분석물 센서 및 그러한 분석물 센서를 제조하는 방법은 종래 기술에 비해 특별한 이점을 나타낸다. 아래에 설명된 바와 같이, 특히 도 4에 도시된 바와 같이, 변형된 전극 배열을 포함하는 분석물 센서는 측정 중에 잡음을 크게 감소시켜, 분석물 센서의 빠른 과도 측정에서 신호 대 잡음 비(signal-to-noise ratio)를 증가시킨다. 도 4에 추가로 제시된 바와 같이, 분석물 센서를 제조하는 방법은 분석물 센서를 제조하는 동안 상당히 큰 허용오차를 허용하는데, 이는 주로 공통의 원시 기판으로부터 얻어지는 것이 바람직한 다양한 분석물 센서가 분석물 센서에 대한 ESR의 변동을 상당히 감소시킨다는 사실에 기인한다. 또한, 본 발명에 따른 분석물 센서에 사용되는 변형된 전극 배열은 종래 기술의 분석물 센서에 비해 더 쉬운 방식으로 제조될 수 있다. 또한, 추가적인 이점도 고려될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "가지다", "포함하다" 또는 "구비하다"라는 용어 또는 그 임의의 문법적 변형은 배타적이지 않은 방식으로 사용된 것이다. 따라서 이들 용어는 이러한 용어에 의해 도입된 기능 외에 이 문맥에서 설명된 개체에 추가 기능이 없는 상황과 하나 이상의 추가 기능이 있는 상황을 모두 지칭할 수 있다. 예를 들어, "A가 B를 갖는다", "A가 B를 포함한다" 및 "A는 B를 구비한다"라는 표현은 B 외에 다른 요소가 A에 존재하지 않는 상황(즉, A가 B만을 배타적으로 구성하는 상황)과 B 외에 하나 이상의 추가 요소, 예를 들어 요소 C, 요소 C 및 D 또는 추가 요소가 실체 A에 존재하는 상황까지 모두 지칭할 수 있다.
또한, 특징 또는 요소가 한 번 또는 두 번 이상 존재할 수 있음을 나타내는 "적어도 하나", "하나 이상" 또는 이와 유사한 표현은 일반적으로 각각의 특징 또는 요소를 도입할 때 한 번만 사용된다는 점에 유의해야 한다. 본 명세서에서는 대부분의 경우, 해당 특징 또는 요소를 언급할 때 해당 특징 또는 요소가 한 번 또는 두 번 이상 존재할 수 있다는 사실에도 불구하고 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"이라는 표현은 반복하여 사용하지 않을 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 "바람직하게", "보다 바람직하게", "특히", "보다 구체적으로", "구체적으로" 또는 이와 유사한 용어는 대체 가능성을 제한하지 않고 선택적 특징과 함께 사용된다. 따라서 이러한 용어에 의해 소개되는 특징은 선택적인 특징이며 어떤 방식으로든 청구범위의 한정을 제한하려는 의도는 없는 것이다. 당업자가 인식할 수 있듯이, 본 발명은 대안적인 기능을 사용하여 수행될 수 있다. 유사하게, "본 발명의 실시예에서" 또는 이와 유사한 표현에 의해 도입된 특징들은 본 발명의 대안적인 실시예에 관한 어떠한 제한도 없고, 본 발명의 범위에 관한 어떠한 제한도 없으며, 이러한 방식으로 도입된 특징들을 본 발명의 다른 선택적 또는 비선택적 특징들과 결합할 가능성에 관한 어떠한 제한도 없는 선택적인 특징으로 의도된 것이다.
요약하면, 다음의 실시예들은 본 발명의 잠재적인 실시예들이다. 그러나, 다른 실시예들도 가능할 수 있다.
실시예 1. 다음을 포함하는 분석물 센서
- 기판;
- 작동 전극 및 기판의 상이한 부위에 배치되는 전도성 층;
- 전도성 층을 부분적으로 덮는 은 함유 층; 및
- 보호 층 - 상기 보호 층은
o 적어도 하나의 분석물을 구비하는 적어도 하나의 체액에 접근 가능한 적어도 하나의 영역으로부터 완전히 분리된 은 함유 층, 및
o 전도성 층의 일부분을 덮음 -.
실시예 2. 전술한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 전도성 층, 은 함유 층 및 보호 층은 적어도 하나의 추가 전극을 형성한다.
실시예 3. 전술한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 적어도 하나의 추가 전극은 카운터 전극, 기준 전극 및 결합된 카운터/기준 전극으로 구성된 그룹에서 선택된다.
실시예 4. 전술한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 적어도 하나의 추가 전극은 단일 결합된 카운터/기준 전극이거나 이를 포함한다.
실시예 5. 전술한 3개 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 적어도 하나의 추가 전극이 기판의 제1 면에 위치하며, 작동 전극은 기판의 제2 면에 위치한다.
실시예 6. 전술한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 상기 기판의 제1 면과 제2 면은 서로 마주보게 배치된다.
실시예 7. 전술한 2개 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 작동 전극 및 적어도 하나의 추가 전극은, 적어도 하나의 추가 전극이 배치되는 기판의 제2 면 상으로의 작동 전극 부위의 기하학적 투영이, 작동 전극 부위의 기하학적 투영과 적어도 하나의 추가 전극 부위 사이에 중첩을 발생시키지 않도록 하는 방식으로 기판 상에 배치된다.
실시예 8. 전술한 6개 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 적어도 하나의 추가 전극과 작동 전극은 기판의 동일한 면에 배치된다.
실시예 9. 전술한 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 전도성 층은 전기 전도성 탄소 물질 또는 귀금속, 특히 금 중에서 선택된 전기 전도성 물질을 포함한다.
실시예 10. 전술한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 전기 전도성 물질은 전기 전도성 탄소 물질이다.
실시예 11. 전술한 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 은 함유 층은 은 함유 물질을 포함한다.
실시예 12. 전술한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 은 함유 물질은 원소 은 또는 은 함유 화합물 중 적어도 하나 중에서 선택된다.
실시예 13. 전술한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 은 함유 화합물은 Ag/AgCl 이거나 이를 포함한다.
실시예 14. 전술한 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 상기 부분은 보호 층에 의해 덮여 있는 전도성 층의 접근 가능한 표면의 섹션이고, 전도성 층의 접근 가능한 표면의 나머지 섹션은 보호 층에 의해 덮여 있지 않다.
실시예 15. 전술한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 보호 층은 전도성 층의 20% 내지 80%를 덮는다.
실시예 16. 전술한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 보호 층은 전도성 층의 25% 내지 75%를 덮는다.
실시예 17. 전술한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 보호 층은 전도성 층의 30% 내지 70%를 덮는다.
실시예 18. 전술한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 보호 층은 전도성 층의 40% 내지 60%를 덮는다.
실시예 19. 전술한 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 보호 층은 소수성 층이다.
실시예 20. 전술한 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 보호 층은 멤브레인이다.
실시예 21. 전술한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 멤브레인은 복수의 구멍을 포함하며, 상기 구멍은 적어도 하나의 분석물을 포함하는 적어도 하나의 체액을 위해 은 함유 층에 대한 접근을 제공하도록 설계된다.
실시예 22. 전술한 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 은 함유 층은 적어도 하나의 분석물을 포함하는 적어도 하나의 체액을 위해 은 함유 층에 대한 접근을 제공하는 노출된 절단 에지를 포함한다.
실시예 23. 전술한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 상기 노출된 절단 에지는 은 함유 층의 표면으로부터 보호 층의 일부를 제거함으로써 생성된 적어도 하나의 분석물을 포함하는 적어도 하나의 체액을 위해 접근 가능한 은 함유 층 상의 표면이다.
실시예 24. 전술한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 은 함유 층의 표면으로부터 보호 층의 일부를 제거하는 것은 개별 분석물 센서를 형성하도록 구성된 원시 기판을 조각으로 절단함으로써 수행된다.
실시예 25. 전술한 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 상기 분석물 센서는 평면(flat) 센서이다.
실시예 26. 전술한 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 분석물 센서는 부분적으로 이식 가능한 센서이다.
실시예 27. 전술한 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 분석물 센서는 분석물을 지속적으로 모니터링하기 위한 부분적으로 이식 가능한 분석물 센서이다.
실시예 28. 전술한 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 분석물 센서는 분석물을 지속적으로 모니터링하기 위한 분석물 센서이다.
실시예 29. 전술한 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 분석물 센서는 피하 조직에서 분석물을 지속적으로 측정하기 위한 분석물 센서이다.
실시예 30. 전술한 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 분석물 센서는 체액 내 분석물의 연속 측정을 위한 분석물 센서이다.
실시예 31. 전술한 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 분석물 센서는 간극 유체에서 분석물의 연속 측정을 위한 분석물 센서이다.
실시예 32. 전술한 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 분석물 센서는 혈액 내 분석물의 연속 측정을 위한 분석물 센서이다.
실시예 33. 전술한 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 분석물 센서는 효소를 이용하여 분석물을 전기적으로 하전된 개체로 변환하도록 구성된다.
실시예 34. 전술한 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 상기 분석물은 포도당을 포함한다.
실시예 35. 전술한 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 분석물 센서는 효소를 이용하여 포도당을 전기적으로 하전된 개체로 변환하도록 구성된다.
실시예 36. 전술한 실시예에 따른 분석물 센서에서, 상기 효소는 포도당 산화효소 또는 포도당 탈수소효소 중 적어도 하나에 해당된다.
실시예 37. 적어도 하나의 분석물을 결정하기 위한 분석물 센서, 특히 전술한 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분석물 센서를 제조하는 방법에서, 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다:
a) 원시 기판을 제공하는 단계;
b) 원시 기판 상에 전도성 층을 적용하는 단계;
c) 전도성 층을 부분적으로 덮는 방식으로 은 함유 층을 적용하는 단계;
d) 다음을 덮는 방식으로 보호 층을 적용하는 단계 - 다음은
o 은 함유 층; 및
o 전도성 층의 일부 임 -;
e) 작동 전극을 준비하는 단계; 그리고
f) 분석물 센서를 얻기 위해 원시 기판(142)을 절단하는 단계.
실시예 38. 전술한 실시예에 따른 방법에서, 상기 부분은 보호 층에 의해 덮여진 전도성 층의 접근 가능한 표면의 섹션이고, 상기 전도성 층의 접근 가능한 표면의 나머지 섹션은 보호 층에 의해 덮여지지 않는다.
실시예 39. 전술한 실시예에 따른 방법에서, 보호 층은 전도성 층의 20% 내지 80%를 덮는다.
실시예 40. 전술한 실시예에 따른 방법에서, 보호 층은 전도성 층의 25% 내지 75%를 덮는다.
실시예 41. 전술한 실시예에 따른 방법에서, 보호 층은 전도성 층의 30% 내지 70%를 덮는다.
실시예 42. 전술한 실시예에 따른 방법에서, 보호 층은 전도성 층의 40% 내지 60%를 덮는다.
실시예 43. 전술한 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 방법에서, 보호 층은 소수성 층이다.
실시예 44. 전술한 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 방법에서, 상기 보호 층은 은 함유 층을 완전히 덮는 방식으로 적용되고, 상기 보호 층은 적어도 하나의 분석물을 구비하는 적어도 하나의 체액을 위해 은 함유 층에 대한 접근을 제공하도록 설계된 복수의 구멍을 포함한다.
실시예 45. 전술한 실시예에 따른 방법에서, 보호 층은 복수의 구멍을 포함하는 멤브레인이다.
실시예 46. 전술한 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 방법에서, 상기 보호 층은 은 함유 층을 완전히 덮는 방식으로 적용되고, 원시 기판을 절단한 후, 상기 은 함유 층은 적어도 하나의 분석물을 포함하는 적어도 하나의 체액을 위해 은 함유 층에 대한 접근을 제공하는 노출된 절단 에지를 갖는다.
실시예 47. 전술한 실시예에 따른 방법에서, 노출된 절단 에지는 은 함유 층의 표면으로부터 보호 층의 일부를 제거함으로써 생성된 적어도 하나의 분석물을 포함하는 적어도 하나의 체액에 접근할 수 있는 은 함유 층 상의 표면이다.
실시예 48. 전술한 실시예에 따른 방법에서, 은 함유 층의 표면으로부터 보호 층의 일부를 제거하는 것은 개별 분석물 센서를 형성하도록 구성된 원시 기판을 조각으로 절단함으로써 수행되었다.
본 발명의 보다 상세한 내용은 바람직한 실시예에 대한 다음의 개시로부터 도출될 수 있다. 실시예들의 특징들은 분리된 방식으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않는 것이다. 실시예들은 도면에 개략적으로 도시되어 있다. 도면은 축척되지 않은 것이다. 도면들에서 동일한 참조 번호는 동일한 요소 또는 기능적으로 동일한 요소 또는 기능과 관련하여 서로 대응하는 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명에 따른 분석물 센서의 사시도를 개략적으로 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 분석물 센서의 제조 방법을 개략적으로 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 분석물 센서의 일 예의 실시예를 제조하기 위한 선택된 단계를 개략적으로 예시한 도면이다.
도 4는 종래 기술의 분석물 센서와 비교하여 본 발명에 따른 분석물 센서의 등가 직렬 저항(ESR)의 시간적 전개에 대한 기록된 값을 개략적으로 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 분석물 센서의 등가 회로도를 개략적으로 예시한 도면이다.
도 1은 본 발명에 따른 분석물 센서의 사시도를 개략적으로 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 분석물 센서의 제조 방법을 개략적으로 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 분석물 센서의 일 예의 실시예를 제조하기 위한 선택된 단계를 개략적으로 예시한 도면이다.
도 4는 종래 기술의 분석물 센서와 비교하여 본 발명에 따른 분석물 센서의 등가 직렬 저항(ESR)의 시간적 전개에 대한 기록된 값을 개략적으로 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 분석물 센서의 등가 회로도를 개략적으로 예시한 도면이다.
실시예에 대한 상세한 설명
도 1은 본 발명에 따른 분석물 센서(110)의 사시도를 개략적으로 도시한 것이다. 여기서 도 1에 사용된 치수는 축척되지 않았음에 특히 주의한다. 도시된 바와 같이, 분석물 센서(110)는 피하 조직, 바람직하게는 체액, 특히 간질액 또는 혈액에서 하나 이상의 분석물의 연속한 측정을 수행함으로써 분석물을 연속적으로 모니터링하기 위해 부분적으로 이식될 수 있는 평면 센서일 수 있다. 이를 위해, 분석물 센서(110)는 효소를 사용하여 하나 이상의 분석물을 전기적으로 하전된 개체로 변환하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 하나 이상의 분석물은 포도당을 포함할 수 있으며, 이것은 포도당 산화효소(GOD) 또는 포도당 탈수소효소(GHD) 중 적어도 하나를 효소로 사용하여 전기적으로 하전된 개체로 전환할 수 있다. 그러나, 분석물 센서(110)는 다른 분석물 및/또는 분석물을 모니터링하기 위한 다른 프로세스에도 적용될 수 있다.
도 1에 예시된 바와 같이, 분석물 센서(110)는 전기 절연 기판(112)을 포함한다. 상술한 바와 같이, 기판(112)은 특히, 바람직하게는 가요성 및/또는 변형성 및/또는 굽힘성이 있는 스트립 형상 또는 막대 형상을 갖는 길게 연장된 평면 기판(112)일 수 있으며, 아래에 설명된 추가 층을 운반하도록 지정되어 있다. 평면 기판(112)을 사용하면, 특히 평면 센서를 용이하게 제공할 수 있다. 기판(112)은 적어도 하나의 전기 절연 물질을 포함할 수 있으며, 특히 기판(112)에 의해 운반되는 전기 전도성 요소들 사이에 원치 않는 전류를 피하기 위해, 상기 물질은 상술한 그룹에서 선택되는 것이 바람직하다.
도 1에 추가로 도시된 바와 같이, 평면 기판(112)은 제1 면(114) 및 제2 면(116)을 가지며, 여기서 제1 면(114) 및 제2 면(116)은 서로에 대해 반대되는 방식으로 배치된다. 도 1에 도시된 분석물 센서(110)의 예시적인 실시예에서, 작동 전극(118)은 평면 기판(112)의 제1 면(114)에 위치하는 반면에, 추가 전극(120)은 평면 기판(112)의 제2 면(116)에 위치한다. 추가로 예시된 바와 같이, 작동 전극(118) 및 추가 전극(120)은 추가 전극(120)이 위치하는 기판(112)의 제2 면(116) 상으로의 작동 전극(118) 부위의 기하학적 투영이, 작동 전극(118) 부위의 기하학적 투영과 추가 전극(120) 부위 사이에 중첩을 발생시키지 않도록 하는 방식으로 기판(112) 상에 위치한다. 대안으로서, 작동 전극(118)과 추가 전극(120)을 기판(112)의 동일한 면의 서로 다른 부위에 배치하는 것도 가능할 수 있다.
추가 전극(120)은, 바람직하게는, 카운터 전극, 기준 전극 및/또는 결합된 카운터/기준 전극 일 수 있다. 특히 바람직하게는, 추가 전극은 분석물 센서(110)가 이식 가능한 센서로 사용되기에 상당히 작을 수 있도록 단일 결합된 카운터/기준 전극이거나 이를 포함할 수 있다.
도 1에 추가로 도시된 바와 같이, 추가 전극(120)은 기판(114)의 제1 면(114) 및 제2 면(116) 모두를 직접, 바람직하게는 완전히 덮는 전도성 층(122, 124)을 포함한다. 바람직하게는, 전도성 층(122, 124)은 특정적으로 귀금속, 특히 금으로부터 선택된 전기 전도성 물질; 또는 특히 바람직하게는, 전기 전도성 탄소 물질로부터 선택된 전기 전도성 물질;을 포함할 수 있지만, 다른 종류의 전도성 물질도 가능할 수 있다. 대안으로서, 전도성 층(122, 124)은 상세하게 상술한 바와 같이 층상 구조를 포함할 수 있다.
도 1에 추가로 도시된 바와 같이, 은 함유 층(126)은 기판(114)의 제2 면(116)에 전도성 층(124)을 부분적으로 덮는다. 전술한 바와 같이, 은 함유 층(126)은, 바람직하게는, 분석물 센서(110)를 사용하는 동안 원래의 AgCl 층으로부터 생성될 수 있는 Ag/AgCl을 포함할 수 있고, 여기서 원소 Ag는 분석물 센서(110)를 사용하여 AgCl로부터 형성될 수 있다. 위에서 이미 추가로 명시한 바와 같이, 은 함유 층(124)에 의해 덮일 수 있는 전도성 층(124)의 부분은, 전도성 층(124)이 그에 적용되는 기판(114)의 제2 면(116)에 대하여 반대 방향으로 위치하는 기판(114)의 제2 면(116) 상에 있는 전도성 층(124) 표면의 바람직하게는 5% 내지 30%, 보다 바람직하게는 10% 내지 25%, 특별하게는 15% 내지 20%의 범위일 수 있다.
도 1에 추가로 도시된 바와 같이, 보호 층(128)은 은 함유 층(126)과 기판(114)의 제2 면(116) 상의 전도성 층(124)의 일부를 덮는다. 상술한 바와 같이, 보호 층(128)에 의해 덮인 기판(114)의 제2 면(116) 상의 전도성 층(124)의 부분은, 바람직하게는 20% 내지 80%, 더 바람직하게는 25% 내지 75%, 특정적으로는 30% 내지 70%, 특별하게는 40% 내지 60%일 수 있다. 도 4에 예시된 바와 같이, 보호층(128)에 의해 덮이지 않은 기판(114)의 제2 면(116) 상의 전도성 층(124)의 접근 가능한 표면의 나머지 섹션을 남겨두는 것은 놀랍게도 분석물 센서(110)의 측정된 등가 직렬 저항(ESR)을 대폭 감소시킬 수 있다는 것이 실험적으로 입증될 수 있다.
도 1에 추가로 예시된 바와 같이, 은 함유 층(126)은 하나 이상의 분석물을 포함하는 체액을 위해 은 함유 층(126)에 대한 접근을 제공하는 접근 가능한 영역(130)을 제외하고는 보호 층(128)에 의해 완전히 덮여 있다. 여기에 개략적으로 묘사된 바와 같이, 은 함유 층(126)은 하나 이상의 분석물을 포함하는 체액을 위해 은 함유 층(126)에 대한 원하는 접근을 제공하는 노출된 절단 에지(132)를 포함할 수 있다. 여기서, 절단 에지(132)는 원시 기판이 개별 분석물 센서(110)를 형성하도록 구성된 적절한 조각으로 절단되는 절단 공정을 수행할 때 은 함유 층(126)의 표면으로부터 보호 층(128)의 일부를 제거함으로써 생성된 은 함유 층(126)의 표면일 수 있다. 여기에 추가로 개략적으로 도시된 바와 같이, 보호 층(128)은 대안적으로 또는 추가적으로 복수의 구멍(136)을 포함하는 멤브레인(134)일 수 있으며, 여기서 구멍(136)은 하나 이상의 분석물을 포함하는 체액을 위해 은 함유 층(126)에 대한 접근을 제공하도록 설계될 수 있다. 선택된 배열과 별도로, 하나 이상의 분석물을 포함하는 체액을 위해 은 함유 층(126)에 대한 원하는 선택적 접근은 체액과 은 함유 층(126)의 상호 작용으로부터 하나 이상의 분석물을 결정할 수 있게 한다.
추가 실시예(여기에 도시되지 않음)에서, 전기 절연 층은 전도성 층(124)의 추가 부분, 특히 은 함유 층(126) 및/또는 보호 층(128)에 의해 덮이지 않고, 보호 층(128)이 없이 남겨진 전도성 층(124)으로의 접근 가능한 표면(130) 부분이 아닌 전도성 층(124)의 일부를 덮을 수 있다. 여기서, 전기 절연 층은 전기 절연 바니시일 수 있거나 전기 절연 바니시를 포함할 수 있지만, 다른 전기 절연 재료도 가능할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 분석물 센서(110)를 제조하는 방법(140)을 개략적으로 예시한 것이다.
원시 기판(142)은 단계 a)에 따른 제공 단계(144)에서 제공된다. 이미 전술한 바와 같이, 원시 기판(142)은 기판(112)과 동일한 절연 재료 및 동일한 두께를 가지지만, 길이 및 폭은 기판(112)과 다르다. 기판(112)을 각각 구성하는 개별 분석물 센서(110)는 상술한 바와 같은 절단 공정을 사용하여 원시 기판(142)으로부터 분리될 수 있다. 처리공정의 용이성을 위해, 원시 기판(142)은 바람직하게는 롤 투 롤 프로세스에 사용되도록 지정될 수 있고, 특히 롤로서 제공될 수 있다.
전도성 층(122, 124)은 단계 b)에 따른 제1 적용 단계(146)에서 원시 기판(142)에 적용되고, 바람직하게는 기판(114)의 제1 면(114) 및 제2 면(116) 모두를 직접적으로, 바람직하게는 완전하게 덮을 수 있는 방식으로 적용된다.
은 함유 층(126)은 단계 c)에 따른 제2 적용 단계(148)에서 위에서 더 자세히 설명한 방식으로 기판(114)의 제2 면(116)에 적용된 전도성 층(124)을 부분적으로 덮는 방식으로 적용된다. 보호 층(128)은 위에서 더 상세히 설명한 바와 같이 하나 이상의 분석물들을 포함하는 체액을 위해 은 함유 층(126)에 대한 접근을 제공하는 접근 영역(130)으로부터 완전히 떨어져서 전도성 층(124) 및 은 함유 층(126)의 일부를 덮는 방식으로 단계 d)에 따른 제3 적용 단계(150)에서 적용된다.
작동 전극(118)은 단계 e)에 따른 준비 단계(152)에서, 바람직하게는 원시 기판(142)의 반대편에 준비된다.
원시 기판(142)은 단계 f)에 따른 절단 단계(154)에서 원하는 분석물 센서(110)를 얻기 위해, 특히 레이저 절단 공정을 사용하여 적절한 조각으로 절단된다.
도 2a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 작동 전극(118)은 절단 단계(154)에서 원시 기판(142)을 절단하기 전에 준비 단계(152)에서 준비될 수 있다. 그러나, 도 2b에 도시된 바와 같은 대안적인 실시예에서, 작동 전극(118)은 절단 단계(154)에서 원시 기판(142)을 절단한 후에 준비 단계(152)에서 준비될 수 있다. 준비 단계(152) 및 절단 단계(154)의 대응하는 배열의 각각의 절차 및 관련 이점에 대해서는, 상기 대응하는 설명을 참조할 수 있다.
도 3은 분석물 센서(110)를 제조하기 위한 방법(140)에 대한 예시적인 실시예를 제조하기 위한 선택된 방법 단계를 개략적으로 도시한다. 평면도에서는, 선택된 방법 단계들이 단일 분석물 센서에 대해 도시되어 있으나, 실제로, 이 방법은 전형적으로 단일 원시 기판(142) 상에서 복수의 분석물 센서(110)를 동시에 제조하는 것을 포함할 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)의 몸체를 포함하는 원시 기판(142)은, 바람직하게는, 평평하거나, 대안으로서(여기에 도시되지 않음), 특히 50nm 내지 200nm, 구체적으로 100nm의 두께를 갖는 Au 층으로 코팅될 수 있으며, 제공 단계(144)에 의해 주어진다. 특히, 여기에 예시된 원시 기판(142)은, 전술한 바와 같이, 이 예시적인 실시예에서 단일 분석물 센서(110)만이 제조되기 때문에, 분석물 센서(110)의 기판(112)과 동일하다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 제공 단계(144)에 의해 제공되는 원시 기판(142)은, 바람직하게는, 제1 적용 단계(146)에 따라 전도성 층(124)을 형성할 수 있는 카본 페이스트로 완전히 덮여 있다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 제1 적용 단계(146) 동안 제공된 전도성 층(124)의 일부가 제2 적용 단계(148)에 따라 은 함유 층(126)을 형성하기 위해 Ag/AgCl 페이스트로 덮여 있다.
도 3d는 하나 이상의 분석물을 포함하는 체액을 위해 은 함유 층(126)에 대한 접근을 제공하는 접근 가능한 영역(130)으로부터 완전히 떨어져서 전도성 층(124)과 은 함유 층(126)을 모두 완전히 덮는 방식으로 열가소성 폴리우레탄(TPU)이 보호 층(128)으로 적용되는 종래 기술에서 알려진 바와 같은 공정 단계를 도시한다. 원시 기판(142)의 동일한 면에 있는 나머지 부분은 절연 층(158)으로 코팅되어 있다. 그 결과, 접근 가능한 영역(130)이 약 0.025 ㎟ 에 달하는 종래 기술의 분석물 센서(160)가 얻어졌다.
이와 대조적으로, 도 3e는 열가소성 폴리우레탄(TPU)이 하나 이상의 분석물을 포함하는 체액을 위해 은 함유 층(126)에 대한 접근 가능한 영역(130)으로부터 완전히 떨어져서 은 함유 층(126)에 대한 접근을 제공하지만, 보호 층(128) 없이 유지되는 전도성 층(124)에 대한 접근 가능한 표면(156)을 남기는 방식으로 보호 층(128)으로 적용되는 제3 적용 단계(150)를 도시하고 있다. 그 결과, 본 발명에 따른 예시적인 분석물 센서(110)가 얻어지며, 여기서 접근 가능한 영역(130)은 다시 약 0.025 ㎟ 에 달한다. 그러나, 보호 층(128) 없이 남겨진 전도성 층(124)에 대한 접근 가능한 표면(156)은 약 1.4 ㎟ 에 달했다. 결과적으로, 전도성 층(124)에 대한 접근 가능한 표면(156)의 크기는 은 함유 층(126)에 대한 접근 가능한 영역(130)의 크기를, 특히 10배 이상, 바람직하게는 25배 이상, 보다 바람직하게는 50배 이상 분명히 초과한다.
도 4는 다음에 대한 2,25일에 걸친 기간 동안 등가 직렬 저항(ESR)의 측정값을 옴(Ohm) 단위로 예시했으며, 다음은
- 도 3e에 개략적으로 도시된 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 3개의 개별적인 예시적인 분석물 센서(110); 및
- 도 3d에 개략적으로 도시된 바와 같은 구성을 갖는 3개의 개별적인 예시적인 종래 기술의 분석물 센서(160)이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 3개의 예시적인 종래 기술의 분석물 센서(160)와 비교하여, 본 발명에 따른 3개의 예시적인 분석물 센서(110)는 측정 기간(164) 동안 조정(running-in) 기간(162) 후에 다음을 나타낸다.
- ESR의 상당히 감소된 값;
- 대응하는 예시적인 분석물 센서(110)에 대한 ESR의 상당히 감소된 변동; 및
- 조정 기간(162)의 상당히 감소된 지속.
이러한 유리한 관찰은 특히, 주로 공정 공차로 인해 하나의 분석물 센서(110)에서 다른 분석물 센서(110)까지 변화하는 노출된 절단 에지(132)의 감소된 영향으로 설명될 수 있을 뿐만 아니라 은 함유 층(126)을 덮는 멤브레인(134)에 의해 포함된 구멍(136)의 ESR 값에 대해서도 마찬가지로 설명될 수 있다. 유사한 방식으로, 조정 기간(162) 동안 일반적으로 관찰되는 ESR 값의 증가를 유도하는 초기 수분 흡수의 영향은 접근 가능한 표면(156)의 ESR에 대한 우세한 기여에 의해 감소된다.
이러한 효과는 본 발명에 따른 분석물 센서(110)를 나타내는 등가 회로도(170)를 포함하는 도 5에 개략적으로 도시된 바와 같이 모델에 요약되어 있다. 분석물 센서(110)의 고속도-과도 측정을 하는 동안, 이중 층의 용량(Cdi)은 작동 전극(118)과 추가 전극(120) 모두에서 분로 커패시터로서 작용하고, 따라서 분석물 센서(110)의 등가 직렬 저항(ESR)을 측정할 때 무시될 수 있다. 결과적으로, 이 모델에서 분석물 센서(110)의 ESR은 다음의 합에만 의존할 수 있다.
- 작동 전극(118)의 멤브레인 저항(Rmem);
- 용액 저항(Rsoi); 및
- 도 1 및 도 3f에 예시된 바와 같이 전도성 층(124)에 대한 접근 가능한 표면(156)에 기인할 수 있는 멤브레인 저항(Rmem') 및 추가 저항(Racc)에 의해 생성된 추가 전극(120)의 병렬 저항.
복수의 병렬 저항기의 총 저항기의 값이 항상 각 저항기의 값보다 낮다는 잘 알려진 관계로 인해, 결과적으로, 도 5의 등가 회로도(170)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 분석물 센서(110)에서 총 ESR은 더 낮은 값을 나타낸다. 결과적으로, 이 모델은 적어도 도 4에 도시된 바와 같이 측정에서 관찰된 ESR의 상당히 감소된 값을 설명할 수 있다.
110 분석물 센서
112 기판
114 제1 면
116 제2 면
118 작동 전극
120 추가 전극
122 전도성 층
124 전도성 층
126 은 함유 층
128 보호 층
130 접근 가능한 영역
132 절단 에지
134 멤브레인
136 구멍
140 분석물 센서 제조 방법
142 원시 기판
144 제공 단계
146 제1 적용 단계
148 제2 적용 단계
150 제3 적용 단계
152 준비 단계
154 절단 단계
156 접근 가능한 표면
158 절연 층
160 종래 기술 분석 센서
162 조정 기간
164 측정 기간
170 등가 회로도
112 기판
114 제1 면
116 제2 면
118 작동 전극
120 추가 전극
122 전도성 층
124 전도성 층
126 은 함유 층
128 보호 층
130 접근 가능한 영역
132 절단 에지
134 멤브레인
136 구멍
140 분석물 센서 제조 방법
142 원시 기판
144 제공 단계
146 제1 적용 단계
148 제2 적용 단계
150 제3 적용 단계
152 준비 단계
154 절단 단계
156 접근 가능한 표면
158 절연 층
160 종래 기술 분석 센서
162 조정 기간
164 측정 기간
170 등가 회로도
Claims (15)
- 적어도 하나의 분석물을 결정하기 위한 분석물 센서(110)로서,
- 기판(112);
- 작동 전극(118) 및 기판(112)의 상이한 부위에 배치되는 전도성 층(122, 124);
- 전도성 층(124)을 부분적으로 덮는 은 함유 층(126); 및
- 보호 층(128) - 상기 보호 층은
o 적어도 하나의 분석물을 구비하는 적어도 하나의 체액에 접근 가능한 적어도 하나의 영역(130)으로부터 완전히 분리된 은 함유 층(126), 및
o 전도성 층(124)의 일부분을 덮음 -;을 포함하는 분석물 센서(110). - 제1항에 있어서, 전도성 층(124), 은 함유 층(126) 및 보호 층(128)은 카운터 전극, 기준 전극 및 결합된 카운터/기준 전극으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 추가 전극(120)을 형성하는, 분석물 센서(110).
- 제2항에 있어서, 적어도 하나의 추가 전극(120)은 단일 결합된 카운터/기준 전극이거나 이를 포함하는, 분석물 센서(110).
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 작동 전극(118)은 기판(112)의 제1 면(114)에 위치하며, 적어도 하나의 추가 전극(120)은 기판(112)의 제2 면(116)에 위치하며, 상기 기판(112)의 제1 면(114)과 제2 면(116)은 서로 반대쪽에 배치되는, 분석물 센서(110).
- 제4항에 있어서, 작동 전극(118) 및 적어도 하나의 추가 전극(120)은, 적어도 하나의 추가 전극(120)이 위치하는 기판(112)의 제2 면(116) 상으로의 상기 작동 전극(118)의 부위의 기하학적 투영이 상기 작동 전극(118)의 부위의 기하학적 투영과 적어도 하나의 추가 전극(120)의 부위 사이에 중첩을 발생시키지 않도록 하는 방식으로 기판(112)에 위치하는, 분석물 센서(110).
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 전도성 층(122, 124)은 전기 전도성 탄소 재료를 포함하는, 분석물 센서(110).
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 은 함유 층(126)은 Ag/AgCl을 포함하는, 분석물 센서(110).
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 보호 층(128)에 의해 덮인 전도성 층(124)의 부분은 20% 내지 80% 인, 분석물 센서(110).
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 보호 층(128)은 소수성 층인, 분석물 센서(110).
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 보호 층(128)은 복수의 구멍(136)을 포함하는 멤브레인(134)이고, 상기 구멍(136)은 적어도 하나의 분석물을 포함하는 적어도 하나의 체액을 위해 은 함유 층(126)에 대한 접근을 제공하도록 설계된, 분석물 센서(110).
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 은 함유 층(126)은 적어도 하나의 분석물을 구비하는 적어도 하나의 체액을 위해 은 함유 층(126)에 대한 접근을 제공하는 노출된 절단 에지(132)를 포함하는, 분석물 센서(110).
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 분석물 센서(110)는 평면 센서인, 분석물 센서(110).
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 분석물 센서(110)는 부분적으로 이식 가능한 센서인, 분석물 센서(110).
- 적어도 하나의 분석물을 결정하기 위한 분석물 센서(110), 특히 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 분석물 센서(110)를 제조하는 방법(140)으로서, 상기 방법은:
a) 원시 기판(142)을 제공하는 단계;
b) 원시 기판(142) 상에 전도성 층(122, 124)을 적용하는 단계;
c) 전도성 층(124)을 부분적으로 덮는 방식으로 은 함유 층(126)을 적용하는 단계;
d) 다음을 덮는 방식으로 보호 층(128)을 적용하는 단계 - 다음은
o 은 함유 층(126); 및
o 전도성 층(124)의 일부 임 -;
e) 작동 전극(118)을 준비하는 단계; 그리고
f) 분석물 센서(110)를 얻기 위해 원시 기판(142)을 절단하는 단계;를 포함하는, 방법(140). - 제14항에 있어서, 보호 층(128)은 은 함유 층(126)을 완전히 덮는 방식으로 적용되고,
- 상기 보호 층(128)은, 적어도 하나의 분석물을 구비하는 적어도 하나의 체액을 위해 은 함유 층(126)에 대한 접근을 제공하도록 설계된 복수의 구멍(136)을 포함하며; 및/또는
- 원시 기판(142)을 절단한 후, 은 함유 층(126)은 적어도 하나의 분석물을 구비하는 적어도 하나의 체액을 위해 은 함유 층(126)에 대한 접근을 제공하는 노출된 절단 에지(132)를 갖는; 방법(140).
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| US5762770A (en) | 1994-02-21 | 1998-06-09 | Boehringer Mannheim Corporation | Electrochemical biosensor test strip |
| US5798031A (en) | 1997-05-12 | 1998-08-25 | Bayer Corporation | Electrochemical biosensor |
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