TW202227812A - 製備工作電極之方法 - Google Patents

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阿恩弗里德 岡瑟
亞歷山大 史笛克
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Abstract

本發明涉及一種製備工作電極之方法，該方法包含於數個步驟中施加感測材料。進一步地，本發明涉及一種包含該工作電極之分析物感測器，以及該分析物感測器用於偵測樣品中的至少一種分析物之用途。

Description

製備工作電極之方法
本發明大致上涉及一種製備工作電極之方法、包含該工作電極之分析物感測器以及該分析物感測器用於偵測樣品中的至少一種分析物之用途。特定而言，本發明涉及一種製備工作電極之方法，該方法包含施加感測材料。
監測某些身體機能，更特定而言，監測某些分析物的一種或多種濃度，在各種疾病的預防及治療中發揮重要作用。
除所謂的點測量即專門採集使用者之體液樣品並研究分析物濃度以外，連續測量的可用性日益增加。因此，越來越需要能夠從體液或其他樣品中進行可靠且成本有效的分析物偵測的準確的分析物感測器。WO 2010/028708 A1 揭示了一種在活體內條件下測定分析物濃度的分析物感測器。WO 2012/130841 A1 揭示了此類感測器的另一實例。此外，WO 2007/147475 A1 揭示了一種電流感測器，其經組態以植入活體內以測量體液中之分析物濃度。WO 2014/001382 A1 揭示了一種替代感測器元件。
WO 2009/123624 A1 涉及一種塗布醫療裝置的方法，該方法包括獲得裝置之影像，該影像被限制在裝置之一定面積部分。藉由列印頭將塗層施加至該面積部分，該列印頭包含噴嘴陣列，其中列印頭在相應裝置上方沿第一線性路徑移動，在第一組發射點經由噴嘴陣列將塗層材料液滴噴射到第一面積部分。
US 9,309,550 B2 揭示了一種製造葡萄糖感測器的方法，該感測器包含：基層；設置在基層上的導電層，其中該導電層包括工作電極，該工作電極包含複數個導電奈米管；分析物感測層，該分析物感測層包含設置在導電奈米管上的葡萄糖氧化酶；以及設置在該分析物感測層上的分析物調節層，其中該分析物調節層調節葡萄糖通過其中的擴散。在該方法中，可將不同材料層施加至導電層。
US 2018/0328877 A1 揭示了分析物感測器及製造該等分析物感測器的方法。在該方法中，將酶層施加至平面可撓性基板。
US 2014/0166612 A1 揭示了製造分析物感測器組件的方法。該方法包含將層沉積到基板上。
US 2006/0169599 A1 描述了一種利用不可浸出或可擴散的氧化還原介質的感測器及製造該感測器的方法。
US 9,829,459 B2 描述了一種使用試劑分配系統將試劑沉積到電化學測試感測器上的方法。
將感測材料施加至分析物感測器的工作電極上之導電層上並非易事。感測材料為親水的，而導電層，例如碳，為疏水的。因此，幾乎不發生感測材料潤濕基板表面。因此，所施加之感測材料層在乾燥後可具有相對感測材料層的中心區域增加幾微米的邊界厚度，導致感測材料層邊緣的乾燥總厚度為約 5-10 µm。如果進行後續之雷射剝蝕，邊緣處可能殘留一定量的感測材料，由此可能影響感測器靈敏度。增加剝蝕深度時，無法避免部分剝蝕下方傳導性材料層的風險。
本發明要解決的問題是提供一種製備工作電極的方法避免上述缺點。特定而言，本發明的目的在於提供一種製備方法，該方法在工作電極上得到具有實質上均勻厚度的感測材料結構。
因此，期望提供一種製備工作電極及分析物感測器的方法以解決上述技術難題。進一步地期望提供一種工作電極及分析物感測器，其具有高且可再現的跨電荷靈敏度但能夠以低成本製造，例如藉由使用產生具有實質上均勻厚度的感測材料層的製備方法來製造。
該問題藉由一種製備工作電極及包含該工作電極的分析物感測器的方法得到解決，該方法具有獨立請求項之特徵。可以以單獨方式或以任何任意組合方式實現之有利實施例列示於附屬請求項中及整個說明書中。
如本發明之方法是有利的，因為它允許製造一種工作電極，該工作電極可包含於分析物感測器中，其具有實質上均勻的厚度以及高且可再現的跨電荷感測器靈敏度。進一步地，在該製造方法中可選擇並精確調整靈敏度。由於可避免詳細監測並精細調整製造參數，因此可以降低成本，並可能對感測器進行工廠校準。此外，可減小感測器漂移。此外，提高了分析物感測器製造期間感測材料的穩定性。這意味著，在製造期間減少或甚至完全避免了感測材料的任何降解，特定而言，減少或甚至完全避免了感測材料中包含的酶的任何降解。
如本發明所述，揭示了一種製備在感測器基板上的工作電極的方法。該工作電極可為分析物感測器的組成部分。
該方法包含以下步驟，這些步驟具體地可依給定之順序執行。進一步地，除非另有說明，否則兩個或更多個方法步驟可同時或部分同時執行。進一步地，一個或多個或甚至所有方法步驟可執行一次或多於一次或甚至重複或連續地執行。該方法可進一步包含本文中未具體列出的其他方法步驟。
如本發明之第一態樣，提供了一種製造分析物感測器的工作電極之方法，其中該方法包含以下步驟： a) 提供基板，該基板包含 - 第一側及第二側， - 至少一種傳導性材料，其位於該基板的該第一側上， b) 將感測材料施加至該基板的該第一側上的施加區，包含 b1) 將感測材料的第一層至少部分地施加至該傳導性材料上， b2) 將該感測材料的第二層至少部分地施加至該感測材料的該第一層上，以及 c) 獲得在該基板的該第一側上之該分析物感測器的該工作電極，其中該感測材料包含 - 至少一種酶，以及 - 至少一種交聯劑， 其中該感測材料的該第一層是在步驟 (b1) 中施加，且該感測材料的該第二層是在步驟 (b2) 中施加，彼等係以至多約 70 μm 的濕層厚度相互獨立地施加。
在某些實施例中，該方法進一步包含以下步驟： b3) 將該感測材料的第三層和視情況選用的至少另一層至少部分地施加至該感測材料的該第二層上， 其中步驟 (b3) 是在步驟 (b2) 之後及步驟 (c) 之前進行， 其中該感測材料的該第三層及該視情況選用的至少另一層係在步驟 (b3) 中以至多約 70 μm 的濕層厚度相互獨立地施加。
在某些實施例中，該方法進一步包含： 使所施加之感測材料層乾燥，然後施加下一層感測材料。
在某些實施例中，該方法之步驟 (c) 進一步包含： 從施加區的第一部分至少部分地去除所施加之感測材料，例如藉由雷射照射來實現，其中該感測材料保留在該施加區的第二部分上。
在某些實施例中，該方法之步驟 (c) 進一步包含： 固化所施加之感測材料，其中該感測材料的至少一部分發生交聯。
在某些實施例中，該方法之步驟 (c) 進一步包含： 用至少一個另外的聚合物層塗布感測材料。
本發明之另一態樣涉及一種製造分析物感測器之方法，該方法包含製造如上所述之工作電極及提供至少一個另外的電極。
本發明之又一態樣涉及一種分析物感測器，該分析物感測器包含： (i) 基板，該基板包含 - 第一側及第二側，及 - 至少一種傳導性材料，其位於該基板的該第一側上，以及 (ii) 工作電極，其包含感測材料，該感測材料至少部分地覆蓋該基板的該第一側， 其中將該感測材料施加至該基板的該第一側上的施加區，且視情況，其中該感測材料係至少部分地從該施加區的第一部分移除且保留在該施加區的第二部分上，並且 其中該感測材料包含 -         至少一種酶，以及 -         至少一種交聯劑， 其中該感測材料具有在約 1 µm 至約 10 µm 的範圍內之乾燥總厚度，且其中該感測材料的該乾燥總厚度在包括該施加區的邊緣在內的該施加區上是實質上均勻的、或者視情況在包括該施加區的經保留邊緣在內的該施加區的第二保留部分上是實質上均勻的。
本發明之又一態樣涉及一種分析物感測器，該分析物感測器包含： (i) 基板，該基板包含 - 第一側及第二側，及 - 至少一種傳導性材料，其位於該基板的該第一側上，以及 (ii) 工作電極，其包含感測材料，該感測材料至少部分地覆蓋該基板的該第一側，特定而言，該工作電極至少部分地覆蓋該傳導性材料， 其中將該感測材料施加至該基板的該第一側上的施加區，特定而言，施加方式使得將該感測材料至少部分地施加至該傳導性材料上，且視情況，其中該感測材料係至少部分地從該施加區的第一部分移除且保留在該施加區的第二部分上，並且 其中該感測材料包含 -         至少一種酶，以及 -         至少一種交聯劑， 其中該感測材料具有在約 1 µm 至約 10 µm 的範圍內之乾燥總厚度，且其中該感測材料的該乾燥總厚度在包括該施加區的邊緣在內的該施加區上是實質上均勻的、或者視情況在包括該施加區的經保留邊緣在內的該施加區的第二保留部分上是實質上均勻的。
在某些實施例中，與施加區上或該施加區的保留部分上的感測材料的平均乾燥總厚度相比，該施加區邊緣的感測材料的乾燥總厚度增加約 0.5 µm 或更小，更特定而言，增加約 0.2 µm 或更小。
本發明之又一態樣涉及一種分析物感測器，該分析物感測器包含如上所述之工作電極及至少一個另外的電極。 定義
如下文中所使用，術語「具有 (have)」、「包含 (comprise)」或「包括 (include)」或其任何任意文法變化係以非排他性方式使用。因此，此等術語既可指涉其中除了藉由此等術語所引入之特徵之外，在本文中描述的實體中並無進一步特徵存在之情形，亦可指涉其中存在一個或多個進一步特徵之情形。作為一示例，表述「A 具有 B」、「A 包含 B」及「A 包括 B」既可指其中除了 B 之外無其他元件存在於 A 中之情形 (即，其中 A 僅由及排他性地由 B 組成之情形) 且亦可指其中除了 B 之外一個或多個進一步元件 (例如元件 C、元件 C 及 D 或甚至進一步元件) 存在於實體 A 中之情形。
此外，應注意的是，表示特徵或元件可存在一次或多於一次之術語「至少一 (at least one)」、「一個或多個 (one or more)」或類似表述通常在引入各別特徵或元件時將僅使用一次。在下文中，在大多數情況中，在涉及各別特徵或元件時，表述「至少一」或「一個或多個」將不會重複，儘管有各別特徵或元件可存在一次或多於一次之事實。
進一步地，如在下文中所使用的，術語「較佳地 (preferably)」、「更佳地 (more preferably)」、「特別地/特定而言 (particularly)」、「更特別地/更特定而言 (more particularly)」、「具體而言 (specifically)」、「更具體而言 (more specifically)」或類似術語與可選特徵一起使用，而不限制替代方案的可能性。因此，藉由此等術語引入之特徵係可選之特徵且並不意欲以任何方式限制申請專利範圍之範疇。如熟習技術者將認識到，本發明可藉由使用替代特徵來執行。類似地，藉由「在本發明之一實施例中 (in an embodiment of the invention)」或類似表述所引入之特徵意欲為可選之特徵，而對於本發明之替代實施例無任何限制，對於本發明之範疇無任何限制且對於組合以此方式引入之特徵與本發明之其他可選之或非可選之特徵之可能性無任何限制。
本發明涉及一種製造上述分析物感測器的工作電極之方法及上述工作電極。
如本文所使用，術語「工作電極 (working electrode)」為一廣義術語，且對於所屬技術領域中具有通常知識者而言應給予其普通及習慣上的含義，而不限於特殊或定制化的含義。該術語具體而言可係指但不限於對分析物敏感的分析物感測器的電極。工作電極可設置在至少一個感測器基板的至少一個第一側上。特定而言，工作電極包含至少一種傳導性材料及至少一種感測材料，其中在至少兩個單獨步驟 (例如，兩個或三個或甚至更多個步驟) 中，將該至少一種感測材料施加至感測器基板的第一側上的傳導性材料上的施加區。在某些實施例中，在每個步驟中施加的感測材料相同。特定而言，藉由套管塗布 (cannula-coating) 施加該層。
第一層感測材料、第二層感測材料及如果存在之第三層及/或另一層感測材料係以至多約 70 μm，例如約 10 µm 至約 70 μm、約 20 μm 至約 60 μm 或約 30 μm 至約 40 μm 的濕層厚度彼此獨立地施加。感測材料層的濕層厚度可根據下式藉由來自套管的感測材料的流速與基板相對於套管的速度以及層的寬度的比率來確定： T = FR / S / W， 其中 T 為濕層厚度，單位為 mm FR 為流速，單位為 ml/s S 為基板相對於套管的速度，單位為 mm/s，且 W 為感測材料層的寬度，單位為 mm。
感測材料層的寬度可藉由顯微鏡來測定，較佳地藉由光掃描顯微鏡來測定，特定而言，藉由雷射掃描顯微鏡來測定。合適的光掃描顯微鏡為已知的，並且為例如 Keyence 顯微鏡 VK-9710 或 FRT MicroProf。
濕層厚度涉及感測材料乾燥前的厚度。對於感測材料在步驟 b) 中的施加，感測材料較佳地包含至少一種溶劑。合適的溶劑例如選自由質子性溶劑，特定而言為水所組成之群組。濕層厚度涉及包含至少一種溶劑 (特定而言為水) 的感測材料層的厚度。
施加後，將濕的感測材料層乾燥。因此，該至少一種溶劑 (特定而言為水) 蒸發。在某些實施例中，在中間乾燥步驟中使各感測材料層乾燥，然後施加下一層。在某些實施例中，乾燥後，第一層感測材料、第二層感測材料和如果存在之第三層及/或另一層感測材料彼此獨立地具有至多約 10 μm (例如約 0.5 μm 至約 5 μm 或約 1 μm 至約 2 μm 或約 0.5 µm 至約 1 µm) 的乾燥層厚度。感測材料層的乾燥層厚度可藉由光掃描顯微鏡來測定，特定而言，藉由雷射掃描顯微鏡來測定。合適的光掃描顯微鏡為已知的，並且為例如 Keyence 顯微鏡 VK-9710 或 FRT MicroProf。
在某些實施例中，乾燥後，總感測材料 (亦即，以若干層施加至基板的合併之感測材料) 具有在約 1 μm 至約 10 μm 範圍內、較佳地在約 1 µm 至 6 µm 範圍內、特定而言在約 2 µm 至約 5 µm 或約 2 µm 至約 4 µm 範圍內的乾燥總厚度。感測材料的乾燥總厚度可藉由光掃描顯微鏡來測定，特定而言，藉由雷射掃描顯微鏡來測定。合適的光掃描顯微鏡為已知的，並且為例如 Keyence 顯微鏡 VK-9710 或 FRT MicroProf。
在本發明的方法中，在至少兩個單獨步驟中將感測材料施加至位於基板的第一側上的施加區。乾燥後，感測材料在包括施加區的邊緣在內的施加區上具有實質上均勻的乾燥總厚度。如本文所使用，術語「施加區 (application area)」為一廣義術語，且對於所屬技術領域中具有通常知識者而言應給予其普通及習慣上的含義，而不限於特殊或定制化的含義。該術語具體而言可係指但不限於已施加感測材料的基板的第一側的整個區域。在某些實施例中，施加區在約 0.1 mm 2至約 2 mm 2的範圍內，特定而言是約 0.6 mm²。在某些實施例中，在施加區邊緣的感測材料的乾燥總厚度相較於施加區上感測材料的平均乾燥總厚度增加約 1 µm 或更小，更特定而言增加約 0.2 µm 或更小。感測材料的平均乾燥總厚度係藉由光掃描顯微鏡來測定，特定而言，藉由雷射掃描顯微鏡來測定。合適的光掃描顯微鏡為已知的，並且為例如 Keyence 顯微鏡 VK-9710 或 FRT MicroProf。
本發明的工作電極包含感測材料，該感測材料至少部分地覆蓋基板的第一側，特定而言覆蓋至少一種傳導性材料，該感測材料具有在約 1 µm 至約 10 µm 範圍內、較佳地在約 1 µm 至 6 µm 範圍內、較佳地在約 2 µm 至約 5 µm 或約 2 µm 至約 4 µm 範圍內的乾燥總厚度，并且其中該感測材料的乾燥總厚度在包括施加區的邊緣在內的施加區上是實質上均勻的。
在某些實施例中，將感測材料施加至基板的第一側上的施加區，並在進一步的製造步驟中保留在完整施加區上。在另外的實施例中，感測材料係至少部分地從施加區的第一部分移除，並在進一步的製造步驟中保留在該施加區的第二部分 (亦即保留部分) 上。在這些實施例中，感測材料具有在約 1 µm 至約 10 µm 範圍內、較佳地在約 1 µm 至 6 µm 範圍內、較佳地在約 2 µm 至約 5 µm 或約 2 µm 至約 4 µm 範圍內的乾燥總厚度，並且其中感測材料的乾燥總厚度在包括施加區的經保留邊緣在內的施加區的第二保留部分上是實質上均勻的。在本說明書中，應注意的是，術語「邊緣 (edge)」涉及藉由將感測材料施加至施加區所產生的邊緣。
工作電極可包含於分析物感測器中。分析物感測器通常另外包含另外的電極，諸如相對電極及/或參考電極。感測材料層可以僅存在於工作電極上並且通常可以不存在於任何另外的電極上，例如，相對電極及/或參考電極可以不包含感測材料層。
此外，本發明揭示了一種製造分析物感測器的方法。該製造分析物感測器的方法包含如本文所揭示之在基板上製造工作電極的方法及提供至少一個另外的電極的步驟。
分析物感測器可經組態以至少部分地植入，具體而言經皮插入使用者的身體組織中；更具體而言，分析物感測器可經組態以連續監測分析物；甚至更具體而言，分析物感測器可經組態以連續監測葡萄糖。
術語「使用者 (user)」與「受試者 (subject)」在本文中可互換使用。該術語可特定而言涉及人類。
如本文所使用，術語「分析物感測器 (analyte sensor)」為一廣義術語，且對於所屬技術領域中具有通常知識者而言應給予其普通及習慣上的含義，而不限於特殊或定制化的含義。該術語具體而言可係指但不限於經組態以偵測或測量至少一種分析物的濃度的任意元件或裝置。分析物感測器具體而言可為適合至少部分地植入使用者的身體組織中的分析物感測器，更具體而言，為用於連續監測分析物的分析物感測器。
在特定實施例中，本發明的分析物感測器為電化學感測器，其包含能夠如本發明的方法獲得的工作電極及至少一個另外的電極以及相應的電路。更特定而言，該感測器為包含至少一個工作電極的電流電化學感測器。通常，分析物感測器包含至少一個另外的電極，特定而言包含相對電極及/或參考電極或組合式相對/參考電極。
工作電極對於在極化電壓下待測量之分析物敏感，該極化電壓可以施加在工作電極與參考電極之間，並可由恆定電位器調節。測量訊號可作為相對電極與工作電極之間的電流提供。可不存在單獨的相對電極，但可存在準參考電極，該準參考電極亦可用為相對電極。因此，分析物感測器通常可包含一組至少兩個電極，在一個實施例中包含一組三個電極。特定而言，感測材料僅存在於工作電極中。
特定而言，如本發明的分析物感測器可為完全或部分植入式的，並可因此經調適用於在皮下組織中之體液 (特定而言組織間隙液) 中進行分析物的偵測。其他部件或組件可保留在身體組織之外。例如，如本文所使用，術語「可植入的 (implantable)」或「皮下的 (subcutaneous)」是指完全或至少部分地佈置在使用者的身體組織內。出於此目的，分析物感測器可包含可插入部分，其中術語「可插入部分 (insertable portion)」可一般係指經組態以可插入於任意身體組織中之元件之部件或組件。該可插入部分包含工作電極，且通常包含至少一個另外的電極，例如相對電極、參考電極及/或對/參考電極。在某些實施例中，工作電極位於基板的第一側上，該至少一個另外的電極位於基板的第二側上，且所有電極皆位於可插入部分上。感測器未插入的部分為感測器的上部，其包含將感測器連接至電子單元的觸點。
較佳的是，可插入部分可完全或部分包含生物相容性表面，該表面至少在典型的使用持續時間內對使用者或身體組織之有害影響盡可能小。出於此目的，可插入部分可完全或部分地覆蓋有至少一層生物相容性膜層，諸如至少一層聚合物膜，例如凝膠膜，該膜一方面對於體液或至少對於其中包含的分析物為可滲透的，且另一方面對於分析物感測器 (特定而言工作電極) 中包含的化合物為不可滲透的，從而防止其遷移到身體組織中。本文其他地方揭示了有關生物相容性膜層的更多細節。
此外，如本文所使用，「分析物 (analyte)」為一廣義術語，且對於所屬技術領域中具有通常知識者而言應給予其普通及習慣上的含義，而不限於特殊或定制化的含義。該術語具體而言可係指但不限於可存在於體液中且其濃度可受使用者關注之任意元素、組分或化合物。具體而言，分析物可為或可包含可參與使用者代謝之任意化學物質或化合物，諸如至少一種代謝物。作為一示例，該至少一種代謝物可選自由以下所組成之群組：葡萄糖、膽固醇、三酸甘油酯、乳酸鹽；更具體而言，該分析物可為葡萄糖。然而，另外或可替代地，可測定其他類型之分析物及/或任何組合之分析物。
更進一步地，如本文所使用，「基板 (substrate)」為一廣義術語，且對於所屬技術領域中具有通常知識者而言應給予其普通及習慣上的含義，而不限於特殊或定制化的含義。術語「基板 (substrate)」與術語「感測器基板 (sensor substrate)」同義使用，且具體地可以指但不限於任意種類的材料或材料組合，其適合形成載體層以支撐傳導性材料及/或本文所述的感測材料層。特定而言，如本文所理解的「感測器基板 (sensor substrate)」可包含電絕緣材料。
如本文所使用，術語「層 (layer)」為一廣義術語，且對於所屬技術領域中具有通常知識者而言應給予其普通及習慣上的含義，而不限於特殊或定制化的含義。該術語具體而言可係指但不限於分析物感測器的層設置的元件。具體而言，術語「層 (layer)」可以指任意基板 (具體而言平坦基板) 的任意覆蓋物。該層具體而言可具有超過其厚度至少 2 倍、至少 5 倍、至少 10 倍或甚至至少 20 倍或更多倍的橫向延伸範圍。具體而言，分析物感測器可具有層設置。分析物感測器可包含複數個層，諸如至少一個傳導性材料層、至少一種感測材料的至少一層及視情況選用的至少一個膜層。分析物感測器的一層或多層可包含亞層。例如，包含傳導性材料的層可包含至少一個另外的層。
如本文所使用，術語「電絕緣材料 (electrically insulating material)」為一廣義術語，且對於所屬技術領域中具有通常知識者而言應給予其普通及習慣上的含義，而不限於特殊或定制化的含義。「電絕緣材料 (Electrically insulating material)」亦可以指電介質材料。該術語具體而言可係指但不限於防止電荷轉移且不維持顯著電流之材料或材料之組合。具體而言，在不限制其他可能性的情況下，至少一種電絕緣材料可為或可包含至少一種絕緣樹脂，諸如用於製造電子印刷電路板的絕緣環氧樹脂；特定而言，其可以包含或可為熱塑性材料，諸如聚碳酸酯、聚酯 (如聚對苯二甲酸乙二酯 (PET))、聚氯乙烯 (PVC)、聚胺甲酸酯、聚醚、聚醯胺、聚醯亞胺或其共聚物，諸如經乙二醇改質的聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚四氟乙烯 (PTFE) 或氧化鋁。
在如本發明的分析物感測器的方法及分析物感測器中，感測器基板可包含兩個相對側，即至少第一側及與該第一側相對的第二側。
具體而言，分析物感測器，更具體而言感測器基板，可另外包含至少一個另外的電極，其中該至少一個另外的電極可包含參考電極及相對電極中之至少一者。在實施例中，該至少一個另外的電極包含組合式相對/參考電極。特定而言，參考電極可包含至少一種參考電極傳導性材料；且/或相對電極可包含至少一種相對電極傳導性材料。更具體而言，該至少一個另外的電極可設置在以下側面中的至少一者：感測器基板的第一側及與該第一側相對的第二側。
如本文所使用，術語「傳導性材料 (conductive material)」為一廣義術語，且對於所屬技術領域中具有通常知識者而言應給予其普通及習慣上的含義，而不限於特殊或定制化的含義。該術語具體而言可係指但不限於導電條、層、導線或其他類型的細長電導體。更具體而言，術語「傳導性材料 (conductive material)」可以指但不限於是導電並因此能夠維持電流的材料，例如，傳導性材料可包含選自由以下所組成之群組的至少一種材料：碳；碳糊；金；銅；銀；鎳；鉑；鈀。具體而言，傳導性材料可為或可包含至少一種金屬，諸如金、銅、銀、鎳、鈀或鉑中的一者或多者。另外或可替代地，該至少一種傳導性材料可為或可包含至少一種導電化合物，諸如至少一種導電的有機或無機化合物。另外或可替代地，該至少一種傳導性材料可為或可包含至少一種非金屬傳導性材料，例如聚苯胺、聚-3,4-乙烯二氧噻吩 (PEDOT)、碳或碳糊。碳糊具體地可涉及以下材料，其包含：碳；溶劑，諸如二甘醇丁醚；及至少一種黏合劑，諸如氯乙烯共聚物及三元共聚物。較佳的是，如本發明的傳導性材料可包含金及/或碳；更佳的是，傳導性材料可由金及/或碳及/或碳糊組成。具體而言，傳導性材料可包含金及另外的材料 (例如碳)。
此外，傳導性材料可包含至少一種另外的材料之至少一個另外的層；具體而言，該另外的層可包含另外的傳導性材料。更具體而言，另外的傳導性材料層可包含碳或由碳組成。該另外的材料可設置在第一側上。使用另外的層，特定而言為碳層，可有助於藉由傳導性材料進行高效電子轉移。
傳導性材料可具有至少約 0.1 µm、較佳地至少約 0.5 µm、更佳地至少約 5 µm、具體而言至少約 7 µm 或至少約 10 µm 的厚度。在其中傳導性材料包含碳或為碳的情況下，該傳導性材料可具體地具有至少約 7 µm、更具體地至少約 10 µm (例如約 10 µm 至 15 µm) 的厚度。具體而言，在傳導性材料為金的情況下，該傳導性材料可具有至少約 100 nm、更具體地至少約 500 nm 的厚度。
上文指定的最小厚度可能是有利的，因為其確保了適當的電子傳輸。低於指定值的厚度通常不足以實現可靠的電子傳輸。甚至更具體而言，在碳的情況下厚度值不應超過約 30 μm，在金的情況下厚度值不應超過約 5 μm。如果厚度過大，則分析物感測器的總體厚度和尺寸可能增加。較大的分析物感測器尺寸通常非所欲，因為它們可能在植入時引起困難。進一步地，它們可能可撓性不佳，特定而言在碳的情況下；及/或它們可能較昂貴，特定而言在金的情況下。
傳導性材料可為疏水的。例如，經由顯微鏡測定 (例如使用 Keyence VHX-100，在水滴體積為 5 微升的條件下)，傳導性材料與水的接觸角可在 60° 至 140° 的範圍內，特定而言是約 100°。
傳導性材料可進一步包含粗糙表面。粗糙表面通常提高了電子轉移效率。進一步地，它提高了疏水性。粗糙表面意指表面可能包含不平整。該不平整之深度可例如在 1 μm 至 15 μm 的範圍內，較佳地在 1 μm 至 6 μm 的範圍內，諸如為約 3 μm，該深度經由光掃描顯微鏡測定，特定而言經由雷射掃描顯微鏡測定。粗糙表面中兩個隆起之間的距離可例如在 20 μm 至 80 μm 的範圍內，諸如為約 40 μm，該距離經由光掃描顯微鏡測定，特定而言經由雷射掃描顯微鏡測定。
如本文所使用，術語「參考電極傳導性材料 (reference electrode conductive material)」及「相對電極傳導性材料 (counter electrode conductive material)」為廣義術語，且對於所屬技術領域中具有通常知識者而言應給予其普通及習慣上的含義，而不限於特殊或定制化的含義。該等術語具體而言可係指但不限於分別存在於參考電極或相對電極上的導電條、層、導線或其他類型的細長電導體。更具體而言，術語可係指但不限於導電並因此能夠維持電流的材料，例如參考電極傳導性材料及/或相對電極傳導性材料可包含如上文相對於傳導性材料所指定之至少一種材料。除上文所列出的材料以外，參考電極傳導性材料及/或相對電極傳導性材料可具體地包含 Ag/AgCl。
如本文所使用，術語「感測材料 (sensing material)」為一廣義術語，且對於所屬技術領域中具有通常知識者而言應給予其普通及習慣上的含義，而不限於特殊或定制化的含義。
感測材料包含至少一種酶；具體而言，該酶能夠催化至少消耗分析物的化學反應；具體而言，酶可為產生及/或消耗 H 2O 2的酶；甚至更具體而言為葡萄糖氧化酶 (EC 1.1.3.4)、己糖氧化酶 (EC 1.1.3.5)、(S)-2-羥酸氧化酶 (EC 1.1.3.15)、膽固醇氧化酶 (EC 1.1.3.6)、葡萄糖脫氫酶 (EC 1.1.1.47)、半乳糖氧化酶 (EC 1.1.3.9)、醇氧化酶 (EC 1.1.3.13)、L-麩胺酸鹽氧化酶 (EC 1.4.3.11) 或 L-天冬胺酸鹽氧化酶 (EC 1.4.3.16)；甚至更具體而言為葡萄糖氧化酶 (GOx)，包括其任何修飾。
此外，感測材料包含至少一種交聯劑；該交聯劑可例如能夠使感測材料之至少一部分交聯。具體而言，感測材料可包含至少一種選自 UV 可固化交聯劑及化學交聯劑的交聯劑；更具體而言，感測材料包含化學交聯劑。
如本文所使用，術語「化學交聯劑 (chemical crosslinker)」為一廣義術語，且對於所屬技術領域中具有通常知識者而言應給予其普通及習慣上的含義，而不限於特殊或定制化的含義。該術語具體而言可係指但不限於當暴露於熱時能夠引發化學，反應產生交聯分子網路及/或交聯聚合物的交聯劑。「暴露於熱」可指暴露於高於 15℃ 之溫度，具體而言暴露於高於 20℃ 之溫度，更具體而言暴露於在 20℃ 至 50℃ 之溫度，且甚至更具體而言暴露於在 20℃ 至 25℃ 之溫度。更具體而言，化學交聯劑可在暴露於熱時引發感測材料層交聯。
如本發明之合適的化學交聯劑選自：基於環氧化物之交聯劑，諸如二環氧丙基醚，如聚(乙二醇)二環氧丙基醚 (PEG-DGE) 及聚(丙二醇)二環氧丙基醚；三官能短鏈環氧化物；酸酐；二環氧丙基醚，諸如間苯二酚二環氧丙基醚、雙酚 (例如雙酚 A) 二環氧丙基醚、1,2-環己烷二羧酸二環氧丙酯、聚(乙二醇)二環氧丙基醚、甘油二環氧丙基醚、1,4-丁二醇二環氧丙基醚、聚(丙二醇)二環氧丙基醚、聚(二甲基矽氧烷)、二環氧丙基醚、新戊二醇二環氧丙基醚、1,2,7,8-二環氧辛烷、1,3-環氧丙氧基丙基-1,1,3,3-四甲基二矽氧烷；三環氧丙基醚，諸如 N,N-二環氧丙基-4-環氧丙基氧基苯胺、三羥甲基丙烷三環氧丙基醚；及四環氧丙基醚，諸如四環氧基環矽氧烷、新戊四醇四環氧丙基醚、四環氧丙基-4,4'-亞甲基雙苯胺。
在某些實施例中，化學交聯劑為具有約 200 Da 或更高的數均分子量 (例如具有約 500 Da 的數均分子量) 的 PEG-DGE。
如本文所使用，術語「UV 可固化 (UV-curable)」為一廣義術語，且對於所屬技術領域中具有通常知識者而言應給予其普通及習慣上的含義，而不限於特殊或定制化的含義。該術語具體而言可係指但不限於當由 UV 光譜範圍內之光照射時化學物質 (例如交聯劑) 引發光化學反應，產生交聯分子網路及/或交聯聚合物的能力。更具體而言，當由 UV 光照射時，UV 可固化交聯劑可以引發感測材料層之交聯。特定而言，交聯可按照如下文所述的方法引發。
如本發明之合適的 UV 可固化交聯劑包括：二苯甲酮、二氮環丙烯及疊氮化物。特定而言，合適的 UV 可固化交聯劑例如選自由以下所組成之群組：包含二苯甲酮的交聯劑、聚(二(2-羥基-3胺基二苯甲酮丙)二醇)、二二苯甲酮1,2-環己烷二羧酸酯、雙[2-(4-疊氮基水楊醯胺基)乙基]二硫化物、4-胺基二苯甲酮與上文關於化學交聯劑所描述之二環氧丙基交聯劑、三環氧丙基交聯劑及四環氧丙基交聯劑中之任何一種的反應產物，此類反應產物之一實例為 2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四(2-羥基-3-胺基丙基二苯甲酮)-環四矽氧烷以及 4-苯甲醯基苯甲酸N-琥珀醯亞胺酯與二胺或 Jeffamine 反應之反應產物。
進一步地，感測材料可包含至少一種聚合過渡金屬錯合物。術語「聚合過渡金屬錯合物」具體可以指但不限於可為或可包含至少聚合材料之材料；具體而言，其可為或可包含至少一種聚合材料及至少一種含金屬錯合物。含金屬錯合物可選自由過渡金屬元素錯合物所組成之群組：組，具體而言，含金屬錯合物可選自由以下項組成之群組：鋨錯合物、釕錯合物、釩錯合物、鈷錯合物及鐵錯合物，諸如二茂鐵，諸如2-胺基乙基二茂鐵。甚至更具體而言，感測材料可包含如例如 WO 01/36660 A2 中所述之聚合過渡金屬錯合物，該文獻之內容以引用之方式包括在內。特定而言，感測材料可包含負載有經由雙牙基鍵共價偶合之聚(雙亞胺基) Os 錯合物的經改質之聚(乙烯基吡啶)主鏈。合適的感測材料進一步描述於 Feldmann 等人, Diabetes Technology & Therapeutics, 5 (5), 2003, 769-779 中，該文獻之內容以引用之方式包括在內。合適的感測材料進一步可包括含二茂鐵之基於聚丙烯醯胺之紫精改質之氧化還原聚合物、吡咯-2,2'-次偶氮基-雙(3-乙基苯噻唑啉-6-磺酸) (ABTS)-芘、萘醌-LPEI。聚合過渡金屬錯合物可表示併入交聯氧化還原聚合物網路中之氧化還原介質。此為有利的，因為其可以促進至少一種酶或分析物與傳導性材料之間的電子轉移。為了避免感測器漂移，氧化還原介質及酶可以共價併入聚合結構中。
在某些實施例中，包含於感測材料中的至少一種酶包含能夠催化至少消耗分析物的化學反應的酶，特定而言為產生及/或消耗 H 2O 2的酶、交聯劑及聚合過渡金屬錯合物。具體而言，感測材料可至少包含聚合過渡金屬錯合物及 GOx 以及化學交聯劑。更具體而言，感測材料可包含負載有經由雙牙基鍵、GOx 及化學交聯劑 (如聚(乙二醇)二環氧丙基醚 (PEG-DGE)) 共價偶合之聚(雙-亞胺基) Os 錯合物的經改質之聚(乙烯基吡啶)主鏈。合適的另外的感測材料為本領域技術人員所知。
在實施例中，感測材料可包含聚合材料及 MnO 2-顆粒。
如本發明之感測材料可例如包含基於感測材料的乾重計約 40-60 wt% 的聚合過渡金屬錯合物；約 30-40 wt% 的能夠催化至少消耗分析物的化學反應的酶，特定而言為產生及/或消耗 H 2O 2的酶；及約 0.5-25 wt% 的交聯劑。當感測材料在步驟 b) 中施加時，它可以包含至少一種溶劑，特別而言為水。此外，它可以包含聚合過渡金屬錯合物、酶及交聯劑。在至少一種溶劑 (特定而言為水) 中的聚合過渡金屬錯合物、酶及交聯劑的總濃度在例如 10 mg/ml 至 200 mg/ml 的範圍內，特定而言是約 200 mg/ml。
在步驟 b) 中施加的感測材料可具有在 10 至 1000 mPas 範圍內、較佳地在 80 至 120 mPas 範圍內 (例如約 100 mPas) 的黏度。
如本發明之方法可另外包含至少一個固化步驟，其中在該固化步驟中，感測材料的至少一部分發生交聯。術語「交聯 (crosslinking)」及「固化 (curing)」在本文中可互換使用。具體而言，固化步驟可發生於施加之後及乾燥之前。進一步地，固化步驟可發生於視情況選用的雷射照射之前，或者可替代地，至少部分地發生於進行雷射照射之後。
引發交聯的合適的方式取決於交聯劑的類型且為本領域技術人員所知。由於較佳之交聯劑為化學交聯劑，因此固化較佳地基本上在室溫或最高約 90℃ 下進行，且不使用 UV 光。使用 UV 可固化的交聯劑進行固化通常藉由使用 UV 光照射來誘導。如本文所使用，術語「UV 光 (UV light)」通常是指紫外光譜範圍內的電磁輻射。術語「紫外光譜範圍 (ultraviolet spectral range)」通常是指 1 nm 至 380 nm 範圍內的電磁輻射，較佳地為 100 nm 至 380 nm 範圍內的光。
如本發明之感測材料的施加在至少兩個步驟 (例如兩個或三個步驟) 中進行，其中在每個步驟中，使用至少一種塗布方法施加感測材料層。
如本文進一步所使用，術語「塗布方法 (coating process)」可係指將至少一層施加至任意對象之至少一個表面的任意方法。所施加的層可完全覆蓋該對象，例如傳導性材料及/或感測器基板完全或可以僅覆蓋該對象的一個或多個部分。該層可經由塗布方法施加，其中提供材料，例如呈液體形式，例如作為懸浮液或作為溶液，並可分佈於表面上。具體而言，塗布方法可包含選自由以下所組成之群組中的濕式塗布方法：旋塗；噴塗；刮刀成型；印刷；分配；槽式塗布；浸塗；及套管塗布 (cannula-coating)。
在特定實施例中，用於施加感測材料之步驟 (b1)、(b2) 和如果存在之 (b3) 中的至少一者係經由套管塗布 (cannula-coating) 來進行。在特定實施例中，所有塗布步驟皆係經由套管塗布 (cannula-coating) 來進行。在本發明的上下文中，步驟 (b1)、(b2) 及 (b3) 亦通常被稱為塗布步驟。在某些實施例中，塗布方法中使用的套管可為金屬套管或聚合物套管，例如 PTFE 套管或鋼套管。在某些實施例中，套管具有至少約 1 mm 至約 2 mm (例如約 1.5 mm 至約 1.7 mm) 的內徑。在某些實施例中，套管具有在 1.3 mm 至約 2.3 mm (例如約 1.8 mm 至約 2 mm) 範圍內的外徑。本領域技術人員將清楚，套管的內徑小於套管的外徑。
在某些實施例中，在步驟 (b1)、(b2) 和如果存在之 (b3) 中的至少一者期間，基板相對於套管的速度在約 1 mm/s 至約 60 mm/s 的範圍內，特定而言在約 1 mm/s 至約 20 mm/s 的範圍內，例如為約 8 mm/s。在特定實施例中，在所有塗布步驟期間皆使用上述基板相對於套管的速度。
在某些實施例中，在步驟 (b1)、(b2) 和如果存在之 (b3) 中的至少一者期間，來自套管的感測材料的流速在約 0.01 ml/min 至約 0.09 ml/min 的範圍內，較佳地在約 0.02 ml/min 至約 0.04 ml/min 的範圍內，特定而言是約 0.03 ml/min。在特定實施例中，在所有塗布步驟期間皆使用上述感測材料的流速。
在某些實施例中，套管與經施加感測材料的基板的第一側的表面 (亦即步驟 (b1) 中之至少一種傳導性材料及步驟 (b2) 和如果存在之 (b3) 中之前一感測材料層) 之間的距離在約 30 µm 至約 100 µm 的範圍內，特定而言是約 60 µm。在特定實施例中，在所有塗布步驟期間皆使用上述套管與待塗布之表面之間的距離。
在某些實施例中，在步驟 (b1)、(b2) 和如果存在之 (b3) 中的至少一者期間，來自套管的感測材料的流速與步驟 (b1)、(b2) 和如果存在之 (b3) 中的至少一者期間基板相對於套管的速度的比率在約 0.02 mm 2至約 0.19 mm 2(平方毫米) 的範圍內。在特定實施例中，在所有塗布步驟期間，來自套管的感測材料的流速與基板相對於套管的速度的比率在上述範圍內。
在某些實施例中，在步驟 (b1)、(b2) 和如果存在之 (b3) 中的至少一者期間，來自套管的感測材料的流速與套管內徑的比率在約 0.11 mm 2/s 至約 0.97 mm 2/s (平方毫米每秒) 的範圍內。在特定實施例中，在所有塗布步驟期間，來自套管的感測材料的流速與套管內徑的比率在上述範圍內。
在某些實施例中，在步驟 (b1)、(b2) 和如果存在之 (b3) 中的至少一者期間，來自套管的感測材料的流速與套管外徑的比率在約 0.09 mm 2/s 至約 0.82 mm 2/s (平方毫米每秒) 的範圍內。在特定實施例中，在所有塗布步驟期間，來自套管的感測材料的流速與套管外徑的比率在上述範圍內。
在某些實施例中，在步驟 (b1)、(b2) 和如果存在之 (b3) 中的至少一者期間，來自套管的感測材料的流速與步驟 (b1)、(b2) 和如果存在之 (b3) 中的至少一者期間基板相對於套管的速度與套管內徑的比率在約 0.01 mm 至約 0.12 mm 的範圍內。在特定實施例中，在所有塗布步驟期間，來自套管的感測材料的流速與基板相對於套管的速度與套管內徑的比率在上述範圍內。
在某些實施例中，在步驟 (b1)、(b2) 和如果存在之 (b3) 中的至少一者期間，來自套管的感測材料的流速與步驟 (b1)、(b2) 和如果存在之 (b3) 中的至少一者期間基板相對於套管的速度與套管外徑的比率在約 0.01 mm 至約 0.10 mm 的範圍內。在特定實施例中，在所有塗布步驟期間，來自套管的感測材料的流速與基板相對於套管的速度與套管外徑的比率在上述範圍內。
在某些實施例中，濕膜厚度對套管與待塗布之表面 (亦即步驟 (b1) 中之至少一種傳導性材料及步驟 (b2) 和如果存在之步驟 (b3) 中之前一感測材料層) 之間的距離的比率在約 0.7 至約 3 的範圍內。在特定實施例中，在所有塗布步驟期間，濕膜厚度對套管與待塗布之表面之間的距離的比率在上述範圍內。
在本發明之方法的步驟 (c) 中，在基板的第一側上獲得分析物感測器的工作電極。如本文所使用，術語「獲得至少一個工作電極 (to obtain at least one working electrode)」為一廣義術語，且對於所屬技術領域中具有通常知識者而言應給予其普通及習慣上的含義，而不限於特殊或定制化的含義。該術語具體而言可係指但不限於形成及/或製造工作電極。
步驟 (c) 可進一步包含部分去除所施加之感測材料，例如藉由用至少一個雷射束照射感測材料，其中所施加之感測材料的至少第一部分被至少部分地去除並且其中覆蓋至少一種傳導性材料的感測材料的至少第二部分保留在感測器基板的第一側，以獲得分析物感測器的至少一個工作電極。
如本發明的方法可進一步包含在施加至下一層之前乾燥該至少一種感測材料的至少一個施加層的附加步驟。乾燥步驟可發生於環境溫度下。具體而言，感測材料可在環境溫度下乾燥約 10 分鐘或更短或約 5 分鐘或更短 (例如約 0.5 分鐘至約 10 分鐘)。如本文所使用，術語「環境溫度 (ambient temperature)」被理解為具體在 15℃ 與 30℃ 之間、更具體在 20℃ 與 25℃ 之間的溫度。
如本發明的方法可進一步包含施加至少一個膜層的附加步驟，該膜層至少部分地覆蓋工作電極。膜層通常可選擇性地允許一種或多種分子及/或化合物通過該膜層，而其他分子及/或化合物被該膜層阻擋。因此，該膜層對於待偵測之至少一種分析物為可滲透的。因此，作為一示例，該膜層對於葡萄糖、乳酸鹽、膽固醇或其他類型之分析物而言可為可滲透的。因此，至少一個膜層可用作控制分析物自外部 (例如分析物感測器周圍的體液) 擴散至感測材料 (亦即感測材料中之酶分子) 的擴散阻擋層。此外，至少一個膜層可用作如本文其他地方所提及之生物相容性膜層。
作為一示例，該膜層可具有足以提供機械穩定性之厚度。該至少一層膜層具體而言可具有約 1 μm 至約 150 μm 的厚度。對於該至少一層膜層，如本文所概述，可以單獨或組合使用若干種材料。因此，作為一示例，膜層具體而言可包含聚合物材料中之一者或多者，具體包含基於聚乙烯吡啶的共聚物、聚胺甲酸酯；水凝膠；聚丙烯酸酯；甲基丙烯酸酯-丙烯酸酯共聚物或嵌段共聚物；其中基於聚乙烯吡啶的共聚物為特別合適的。此等類型之膜通常為所屬領域中已知的。此外，膜層可包含交聯劑，具體而言包含例如上述之化學交聯劑或 UV 可固化交聯劑。
在如本發明之方法的步驟 (c) 中，除該至少一層膜層以外，可施加至少第二膜層。該第二膜層可為生物相容性膜層。
生物相容性層可具有約 1 µm 至約 10 µm 的厚度，在一個實施例中，該厚度為約 3 µm 至約 6 µm。更具體而言，生物相容性層至少部分地或完全覆蓋分析物感測器。甚至更具體而言，生物相容性層可為分析物感測器之最外層。生物相容性膜層可為或可包含以下材料：基於甲基丙烯酸酯的聚合物及共聚物、基於丙烯醯胺-甲基丙烯酸酯的共聚物、可生物降解多醣 (諸如透明質酸 (HA)、瓊脂糖、葡聚醣、殼聚醣) 及基於聚(乙烯基吡啶)的聚合物。
至少一層膜層及/或生物相容性膜層可藉由本領域技術人員所知之技術，使用至少一種塗布方法來施加，該塗布方法具體而言為選自由以下所組成之群組中的濕式塗布方法：例如旋塗；噴塗；刮刀成型；印刷；分配；槽式塗布；浸塗。較佳之濕式塗布方法為浸塗或噴塗。
如本發明的方法可進一步包含至少一個擴散步驟，其中，在該擴散步驟中，包含於膜層中的交聯劑可至少部分地擴散到感測材料中。將膜層施加至感測材料時可能發生擴散。交聯劑擴散到感測材料中可允許感測材料在將感測材料施加至基板的步驟 (b1)、步驟 (b2) 和如果存在之步驟 (b3) 期間獨立於感測材料中交聯劑的量而至少部分地發生交聯。
在如本發明的方法中，擴散步驟可進一步包含膨潤感測材料的至少一部分。如本文所使用，術語「膨潤 (swelling)」為一廣義術語，且對於所屬技術領域中具有通常知識者而言應給予其普通及習慣上的含義，而不限於特殊或定制化的含義。該術語具體而言可係指但不限於水及/或水溶性溶劑諸如乙醇、甲醇、丙酮與材料之結合，具體而言係指水及/或水溶性溶劑與感測材料之結合。由於水及/或水溶性溶劑被吸收到感測材料中，因此可有利地使交聯劑擴散到感測材料中，這可能是高效交聯所需的。此外，膨潤可以指從膜層吸收水分。
為在如本發明的方法中實現充足之膨潤，感測材料中的聚合物材料能夠在幾分鐘的時間範圍內 (例如 1 分鐘至 15 分鐘) 從膜層中吸收至少 10 wt%、更具體而言至少 20 wt%、甚至更具體而言至少 30 wt%、甚至更具體而言高達 90 wt%的水及/或溶劑 (基於聚合物材料之乾重)。
水及/或溶劑之這種膨潤及/或吸收是有利的，因為由此可實現交聯劑從膜層擴散到感測材料中。
進一步地，本發明涉及分析物感測器，該分析物感測器包含如上所述之至少一個工作電極。
特定而言，如本文所述的分析物感測器可藉由如本發明的用於在感測器基板上製備工作電極的方法以及提供至少一個另外的電極 (例如相對電極或參考電極或組合式相對/參考電極) 的步驟獲得。
此外，本發明涉及分析物感測器用於偵測樣品中 (具體而言在體液之樣品中) 的至少一種分析物之用途。更特定而言，分析物感測器是一個連續測量葡萄糖的感測器。
如本文所使用，術語「體液 (body fluid)」涉及所有已知包含或疑似包含本發明分析物的受試者體液，包括組織間隙液、血液、血漿、淚液、尿液、淋巴液、腦脊髓液、膽汁、糞便、汗液及唾液。一般而言，可使用任意類型的體液。較佳的是，體液係存在於使用者之身體組織中、諸如間質性組織中之體液。因此，作為一示例，體液可選自由血液及組織間隙液所組成之群組。然而，另外或可替代地，可使用一種或多種其他類型之體液。體液通常可含於身體組織中。因此，一般而言，可較佳地 在活體內偵測體液中之至少一種分析物。
術語「樣品 (sample)」為技術人員所理解並且涉及體液之任何子部分。樣品可藉由熟知的技術獲得，該等技術包括例如靜脈或動脈穿刺、表皮穿刺等。
如本文所使用，術語「受試者 (subject)」為一廣義術語，且對於所屬技術領域中具有通常知識者而言應給予其普通及習慣上的含義，而不限於特殊或定制化的含義。該術語具體而言可係指但不限於人類或動物，不論實際上人類或動物分別處於健康狀況中亦或患有一種或多種疾病。作為一示例，受試者可為患有糖尿病之人類或動物。然而，另外或可替代地，本發明可應用於其他類型的受試者。
此外，本發明涉及一種用於測量包含上述分析物感測器的樣品中的分析物之方法。
本發明的測量分析物的方法特定而言可為活體內方法。可替代地，本發明的方法亦可涵蓋在活體外條件下測量分析物，例如測量獲自受試者 (特定而言獲自人類受試者) 的體液樣品中的分析物。具體而言，該方法可不包含基於該測量的疾病診斷。
進一步的可選特徵和實施例將在後續實施例的詳細資訊中公開，較佳地是結合附屬請求項。其中，個別的可選特徵可單獨實現，也可以在任意可行的組合中實現，如熟習技術者將實現的。本發明的範圍不限於較佳實施例。
以下摘要說明且不排除更多可能的實施例，可設想以下實施例： 1.一種製造分析物感測器的工作電極之方法，該方法包含以下步驟： a) 提供基板，該基板包含 - 第一側及第二側， - 至少一種傳導性材料，其位於該基板的該第一側上， b) 將感測材料施加至該基板的該第一側上的施加區，包含 b1) 將感測材料的第一層至少部分地施加至該傳導性材料上， b2) 將該感測材料的第二層至少部分地施加至該感測材料的該第一層上，以及 c) 獲得在該基板的該第一側上之該分析物感測器的該工作電極，其中該感測材料包含 - 至少一種酶，以及 - 至少一種交聯劑， 其中該感測材料的該第一層是在步驟 (b1) 中施加，且該感測材料的該第二層是在步驟 (b2) 中施加，彼等係以至多約 70 μm 的濕層厚度相互獨立地施加。 2.如項目 1 之方法，其進一步包含至少一個以下步驟： b3) 將該感測材料的第三層和視情況選用的至少另一層至少部分地施加至該感測材料的該第二層上， 其中步驟 (b3) 是在步驟 (b2) 之後及步驟 (c) 之前進行， 其中該感測材料的該第三層及該視情況選用的至少另一層係在步驟 (b3) 中以至多約 70 μm 的濕層厚度相互獨立地施加。 3.如項目 1 或 2 之方法， 其中位於該基板的該第一側上的該至少一種傳導性材料係選自金、碳、碳糊及其任何組合。 4.如項目 1 至 3 中任一者之方法， 其中該感測材料包含酶葡萄糖氧化酶 (GOx)。 5.如項目 1 至 4 中任一者之方法， 其中該感測材料包含至少一種化學交聯劑。 6.如項目 5 之方法， 其中該至少一種交聯劑係選自基於環氧化物之交聯劑。 7.如項目 6 之方法， 其中該至少一種基於環氧化物之交聯劑為二環氧丙基醚，特定而言為聚(乙二醇)二環氧丙基醚 (PEG-DGE)。 8.如項目 1 至 7 中任一者之方法， 其中該至少一種交聯劑基於感測材料的乾重計以約 0.5% (w/w) 至約 25% (w/w) 的量存在於該感測材料中。 9.如項目 1 至 8 中任一者之方法， 其中該感測材料進一步包含至少一種聚合的含金屬錯合物。 10.如項目 9 之方法， 其中該至少一種聚合的含金屬錯合物係選自聚合的含過渡金屬錯合物的群組。 11.如項目 10 之方法， 其中該至少一種聚合的含金屬錯合物係選自鋨錯合物、釕錯合物、釩錯合物、鈷錯合物及鐵錯合物。 12.如項目 1 至 11 中任一者之方法， 其中在步驟 (b1)、(b2) 和如果存在之 (b3) 中的至少一者係經由套管塗布 (cannula-coating) 來進行。 13.如項目 12 之方法， 其中在步驟 (b1)、(b2) 和如果存在之 (b3) 中的至少一者期間，基板相對於套管的速度在約 1 mm/s 至約 60 mm/s 的範圍內，特定而言在約 1 mm/s 至約 20 mm/s 的範圍內，例如約 8 mm/s。 14.如項目 12 或 13 中任一者之方法， 其中在步驟 (b1)、(b2) 和如果存在之 (b3) 中的至少一者期間，感測材料的流速在約 0.01 ml/min 至約 0.09 ml/min 的範圍內，較佳地在約 0.02 ml/min 至約 0.04 ml/min 的範圍內，特定而言是約 0.03 ml/min。 15.如項目 12 至 14 中任一者之方法， 其中在步驟 (b1)、(b2) 和如果存在之 (b3) 中的至少一者期間，該套管與經施加該感測材料的該基板的該第一側的表面之間的距離在 30 µm 至約 100 µm 的範圍內，特定而言是約 60 µm。 16.如項目 1 至 15 中任一者之方法， 其中在步驟 (b1) 之後及步驟 (b2) 之前，將感測材料的第一層乾燥。 17.如項目 2 至 16 中任一者之方法， 其中在步驟 (b2) 之後及步驟 (b3) 之前，將感測材料的第二層乾燥。 18.如項目 16 或 17 中任一者之方法， 其中乾燥時間為約 10 分鐘或更短，特定而言是約 5 分鐘或更短。 19.如項目 1 至 18 中任一者之方法， 其中在乾燥後，工作電極的感測材料具有在約 1 μm 至約 10 μm、特定而言約 1 μm 至約 6 μm 且更特定而言約 2 µm 至約 5 µm 範圍內的乾燥總厚度。 20.一種製造分析物感測器之方法，其包含如項目 1 至 19 中任一者之製造工作電極，以及提供至少一個另外的電極。 21.一種能夠藉由項目 1 至 19 中任一者之方法獲得的分析物感測器的工作電極。 22.一種能夠藉由項目 1 至 20 中任一者之方法獲得的分析物感測器。 23.一種分析物感測器，其包含： (i) 基板，該基板包含 - 第一側及第二側，及 - 至少一種傳導性材料，其位於該基板的該第一側上， (ii) 工作電極，其包含感測材料，該感測材料至少部分地覆蓋該基板的該第一側， 其中將該感測材料施加至該基板的該第一側上的施加區，且視情況，其中該感測材料係至少部分地從該施加區的第一部分移除且保留在該施加區的第二部分上，並且 其中該感測材料包含 -         至少一種酶，以及 -         至少一種交聯劑， 其中該感測材料具有在約 1 μm 至約 10 μm、特定而言約 1 μm 至約 6 μm 且更特定而言約 2 µm 至約 5 µm 範圍內的乾燥總厚度。 且其中該感測材料的該乾燥總厚度在包括該施加區的邊緣在內的該施加區上是實質上均勻的、或者視情況在包括該施加區的經保留邊緣在內的該施加區的第二保留部分上是實質上均勻的。 24.如項目 22 或 23 之分析物感測器， 其中相較於感測材料的平均乾燥總厚度，該等邊緣的感測材料的乾燥總厚度至少沿其邊緣增加約 0.5 µm 或更小。 25.如項目 22 至 24 中任一者之分析物感測器， 其中相較於感測材料的平均乾燥總厚度，該等邊緣的感測材料的乾燥總厚度至少沿其邊緣增加約 0.2 µm 或更小。 26.如項目 22 至 25 中任一者之分析物感測器，其包含至少一個另外的電極。 27.如項目 26 之分析物感測器， 其中該至少一個另外的電極係選自相對電極、參考電極及組合式相對/參考電極。 28.如項目 26 或 27 之分析物感測器， 其中一個另外的電極為組合式相對/參考電極。 29.一種如項目 22 至 28 中任一者之分析物感測器用於偵測樣品中的至少一種分析物之用途。 30.一種測定樣品中之分析物的方法，該方法包含使用如項目 22 至 29 中任一者之分析物感測器。
圖 1 示出在單個施加步驟中製備的包含感測材料層的對比工作電極的實施例。分析物感測器 124 包含具有第一側 120 的感測器基板 114。第一側 120 包括至少一種傳導性材料 111，該傳導性材料更佳地包含兩種材料，例如金及/或碳。具體而言，傳導性材料可包含一層金 112 及一層另外的材料 110 (例如碳)。示出在單個步驟中施加至位於感測器基板 114 的第一側 120 上的傳導性材料 111 上並隨後乾燥的感測材料層 118。感測材料層 118 覆蓋傳導性材料 111 的至少一部分。觀察到感測材料層 118 的邊緣 121a 及 121b 處的總乾燥厚度 125a 相較於感測材料層 118 的中央段的總乾燥厚度 125b 顯著增加。
圖 2 示出如本發明的工作電極的實施例。  如圖 1 一樣，分析物感測器 124 包含具有第一側 120 的感測器基板 114。第一側 120 包括至少一種傳導性材料 111，該傳導性材料更佳地包含兩種材料，例如金及/或碳。具體而言，傳導性材料可包含金層 112 及一層另外的材料 110 (例如碳)。
與圖 1 形成對比，示出在兩個單獨步驟中施加至位於感測器基板 114 的第一側 120 上的傳導性材料 111 并在每個施加步驟後乾燥的感測材料層 118。感測材料層 118 覆蓋傳導性材料 111 的至少一部分。經乾燥之感測材料層 118 包含第一經乾燥之感測材料層 118a 及第二經乾燥之感測材料層 118b。第一感測材料層 118a 及第二感測材料層 118b 通常具有相同的組成。它們藉由套管塗布 (cannula-coating) (未顯示) 以濕形式施加，各自具有至多約 70 µm 的濕層厚度。乾燥後，獲得乾燥的感測材料層 118，其在施加區上具有通常介於約 1 μm 與 6 μm 之間、較佳地介於約 2 μm 與約 4 μm 之間的實質上均勻的乾燥總厚度。在感測材料層 118 的邊緣 121a 及邊緣 121b 處，總乾燥厚度 125a 與感測材料層 118 中央段的總乾燥厚度 125b 基本上相同。
分析物感測器 124 為電化學感測器，其包含至少一個電極及相應的電路。更特定而言，分析物感測器 124 為包含至少一個工作電極的電流電化學感測器。通常，分析物感測器 124 包含至少一個另外的電極，特定而言包含相對電極及/或參考電極及/或組合式相對/參考電極。工作電極可對於在極化電壓下待測量之分析物敏感，該極化電壓可以施加在工作電極與參考電極之間，並可由恆定電位器調節。測量訊號可作為相對電極與工作電極之間的電流提供。可不存在單獨的相對電極，但可存在準參考電極，該準參考電極亦可用為相對電極。因此，分析物感測器 124 通常可包含一組至少兩個電極或一組三個電極。具體而言，感測材料 118 僅存在於工作電極 122 中。
本發明不限於上述實施例之一，而是能夠以各種方式修改。本領域技術人員將認知到，在不脫離本發明之範圍的情況下，可容易地調適如本發明的實施例。因此，可設想對分析物感測器的製備進行簡單的調適。本發明能夠以降低的生產成本製備具有可再現之感測器靈敏度的分析物。本發明的另外的特徵、細節和優點由申請專利範圍的措辭及以下基於附圖的應用實例的說明得出。
本專利申請中引用的所有參考文獻之內容據此藉由引用相應的具體揭示內容及其全文併入本文。 實例
以下實例用於說明本發明。其不得被解釋為對保護範疇之限制。
實例 1 ：在單個步驟中製備工作電極上的感測材料層
經由刮刀成型，用碳糊塗布基於聚對苯二甲酸乙二酯及金薄層的感測器基板。合適的碳導電油墨得自 Ercon, Inc. (Wareham, MA)、E.I. du Pont de Nemours and Co. (Wilmington, DE)、Emca-Remex Products (Montgomeryville, PA) 或 TEKRA (EIS, Inc 的一個事業部) (New Berlin, WI)。然後，將碳糊於 50℃ 乾燥 12 小時。
藉由套管塗布 (cannula-coating) (套管 1.6 mm (內徑)，流速 0.09 ml/min，速度 8 mm/s，套管與基板之間的距離 100 µm)，將一層感測材料施加至感測器基板。將感測材料於 37℃ 乾燥 10 分鐘。
感測材料包含 57 重量% 的聚合過渡金屬錯合物 (負載有經由雙牙基鍵共價偶合之聚(雙亞胺基) Os 錯合物的經改質之聚(乙烯基吡啶)主鏈)、33 重量% 的葡萄糖氧化酶及 10 重量%的 PEG-DGE (聚(乙二醇)-二環氧丙基醚)，其中在各種情況下，重量百分比皆基於聚合過渡金屬錯合物、葡萄糖氧化酶及 PEG-DGE 的重量百分比之和。使用水作為溶劑。水中聚合過渡金屬錯合物、葡萄糖氧化酶及 PEG-DGE 的總濃度為 50 mg/ml。
乾燥後，藉由對感測器進行形貌測量，發現感測材料層之邊緣處厚度增加。感測材料層在邊緣處的厚度為 5 µm 至 10 µm，明顯高於中心區域，如圖 3 所示。
邊界處增加的厚度可能對雷射剝蝕產生不利影響。如果剝蝕去除約 5 µm 的層，則感測材料保留在邊界處，並可能影響感測器的靈敏度。
實例 2 ：在如本發明的單獨步驟中製備工作電極上的感測材料層
如實例 1 所述，製備塗布有金及碳糊的感測器基板。
使用實例 1 的感測材料。
在三個單獨步驟中，藉由套管塗布 (cannula-coating) 將一層感測材料施加至感測器基板，其中各中間乾燥時間為約 3 分鐘。
藉由套管塗布 (cannula-coating) (套管 1.6 mm (內徑)，流速 0.03 ml/min，速度 8 mm/s，套管與基板之間的距離 30 µm)，將感測材料施加至感測器基板。每次施加後，將感測材料於 22℃ 乾燥 3 分鐘。
圖4 示出在三個單獨步驟中施加感測材料後感測器上的形貌測量結果。未發現感測材料邊緣的厚度增加。
實例 3 ：在如本發明的單獨步驟中製備工作電極上的感測材料層時塗布條件的變化
塗層之均勻性可藉由交聯劑的類型及用量、酶及含過渡金屬錯合物的聚合物的用量來改善。特定而言，存在交聯劑是有利的。
在表 2 及表 3 的實驗中，使用如實例 1 的感測材料，而在表 1 的實驗中，在感測材料中省去了交聯劑。
表 1 示出不含交聯劑的塗布實驗結果。
交聯劑 流速 ml/min 距離 [µm] 速度 [mm/s] 寬度尺寸 [mm] 濕層厚度理論值 [µm] 高度 理論值 [µm] 高度 實測值 [µm] 邊緣 [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
從表 1 中可以看出，觀察到邊緣處的厚度增加。進一步地，未獲得在整個套管寬度上的塗層。
表 2 示出在存在交聯劑 10% (w/w) 乾燥 PEG-DGE 200 時的塗布實驗結果。
交聯劑 流速 ml/min 距離 [µm] 速度 [mm/s] 寬度尺寸 [mm] 濕層厚度理論值[µm] 高度 理論值 [µm] 高度 實測值[µm] 邊緣 [µm]
PEGDGE 200 0.02 30-60 8 1 42 1.5 n.a. n.a.
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
當使用交聯劑 PEG-DGE 200 時，觀察到感測材料的分佈得到改善，然而，未橫跨整個套管寬度 (內徑 1.54 mm，外徑 1.83 mm)。僅當濕層厚度高於約 40 µm 時才觀察到邊緣處的厚度增加。
表 3 示出在存在交聯劑 10% (w/w) 乾燥 PEG-DGE 500 時的塗布實驗結果。
交聯劑 流速 ml/min 距離 [µm] 速度 [mm/s] 寬度尺寸 [mm] 濕層厚度 理論值 [µm] 高度 理論值 [µm] 高度 實測值 [µm] 邊緣 [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
當使用交聯劑 PEG-DGE 500 時，感測材料以至少 0.03 ml/min 的流速分佈在整個套管寬度上。僅當濕層厚度超過約 60 µm 時才觀察到邊緣處的厚度增加。
110:材料 111:傳導性材料 112:金 114:感測器基板 118:感測材料層 118a:第一經乾燥之感測材料層 118b:第二經乾燥之感測材料層 120:感測器基板之第一側 121a:邊緣 121b:邊緣 122:工作電極 124:分析物感測器 125a:總乾燥厚度 125b:總乾燥厚度
圖 1 示出在單個步驟中施加的包含感測材料層的工作電極的示意圖。 圖 2 示出在如本發明的兩個單獨步驟中施加的包含感測材料層的工作電極的示意圖。 圖 3 示出在單個步驟中施加感測材料後基板上感測材料的乾燥總厚度的形貌測量結果。 圖 4 示出在如本發明的三個步驟中施加感測材料後基板上感測材料的乾燥總厚度的形貌測量結果。
110:材料
111:傳導性材料
112:金
114:感測器基板
118:感測材料層
118a:第一經乾燥之感測材料層
118b:第二經乾燥之感測材料層
120:感測器基板之第一側
121a:邊緣
121b:邊緣
124:分析物感測器
125a:總乾燥厚度
125b:總乾燥厚度

Claims (15)

  1. 一種製造分析物感測器的工作電極之方法，該方法包含以下步驟： a)  提供基板，該基板包含 第一側及第二側， 至少一種傳導性材料，其位於該基板的該第一側上， b) 將感測材料施加至該基板的該第一側上的施加區，包含 b1)  將感測材料的第一層至少部分地施加至該傳導性材料上， b2)  將該感測材料的第二層至少部分地施加至該感測材料的該第一層上，以及 c)  獲得在該基板的該第一側上之該分析物感測器的該工作電極，其中該感測材料包含 至少一種酶，以及 至少一種交聯劑， 其中該感測材料的該第一層是在步驟 (b1) 中施加，且該感測材料的該第二層是在步驟 (b2) 中施加，彼等係以至多約 70 μm 的濕層厚度相互獨立地施加。
  2. 如請求項 1 之方法，其進一步包含以下步驟： b3)  將該感測材料的第三層和視情況選用的至少另一層至少部分地施加至該感測材料的該第二層上， 其中步驟 (b3) 是在步驟 (b2) 之後及步驟 (c) 之前進行， 其中該感測材料的該第三層及該視情況選用的至少另一層係在步驟 (b3) 中以至多約 70 μm 的濕層厚度相互獨立地施加。
  3. 如請求項 1 或 2 之方法，其中位於該基板的該第一側上的該至少一種傳導性材料係選自金、碳、碳糊及其任何組合。
  4. 如請求項 1 至 3 中任一項之方法，其中該酶是葡萄糖氧化酶 (GOx)。
  5. 如請求項 1 至 4 中任一項之方法，其中該至少一種交聯劑是二環氧丙基醚，特定而言聚(乙二醇)二環氧丙基醚 (PEG-DGE)。
  6. 如請求項 1 至 5 中任一項之方法，其中該感測材料進一步包含至少一種含金屬錯合物。
  7. 如請求項 1 至 6 中任一項之方法，其中該等步驟 (b1)、(b2) 和如果存在之 (b3) 中的至少一者係經由套管塗布 (cannula-coating) 來進行。
  8. 如請求項 7 之方法，其中在該等步驟 (b1)、(b2) 和如果存在之 (b3) 中的至少一者期間，該基板相對於該套管的速度是在約 1 mm/s 至約 20 mm/s 的範圍內，特定而言是約 8 mm/s。
  9. 如請求項 7 或 8 中任一項之方法，其中在該等步驟 (b1)、(b2) 和如果存在之 (b3) 中的至少一者期間，該感測材料的流速是在 0.02 ml/min 至約 0.04 ml/min 的範圍內，特定而言是約 0.03 ml/min。
  10. 如請求項 7 至 9 中任一項之方法，其中在該等步驟 (b1)、(b2) 和如果存在之 (b3) 中的至少一者期間，該套管與經施加該感測材料的該基板的該第一側的表面之間的距離是在約 30 至約 50 µm 的範圍內，特定而言是約 40 µm。
  11. 如請求項 1 至 10 中任一項之方法，其中在該等步驟 (b1)、(b2) 和如果存在之 (b3) 中的至少一者之後，該感測材料經乾燥，且其中該感測材料具有在約 1 µm 至約 10 µm、特定而言約 1 µm 至約 6 µm、且更特定而言約 2 µm 至約 5 µm 的範圍內之總乾燥厚度。
  12. 一種製造分析物感測器之方法，其包含如請求項 1 至 11 中任一項之製造工作電極，以及提供至少一個另外的電極。
  13. 一種分析物感測器，其包含： (i)  基板，該基板包含 第一側及第二側，及 至少一種傳導性材料，其位於該基板的該第一側上，以及 (ii) 工作電極，其包含感測材料，該感測材料至少部分地覆蓋該基板的該第一側， 其中將該感測材料施加至該基板的該第一側上的施加區，施加方式係使得將該感測材料至少部分地施加至該傳導性材料上，且視情況，其中將該感測材料至少部分地從該施加區的第一部分移除且保留在該施加區的第二部分上，並且 其中該感測材料包含 至少一種酶，以及 至少一種交聯劑， 其中該感測材料具有在約 1 µm 至約 10 µm 的範圍內之乾燥總厚度，且其中該感測材料的該乾燥總厚度在包括該施加區的邊緣在內的該施加區上是實質上均勻的、或者視情況在包括該施加區的經保留邊緣在內的該施加區的經保留的第二部分上是實質上均勻的。
  14. 如請求項 13 之分析物感測器，其包含至少一個另外的電極，特定而言組合式相對/參考電極。
  15. 一種如請求項 13 或 14 之分析物感測器用於偵測樣品中的至少一種分析物之用途。
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