(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非電導基板、
該基板の第１の部分に接着した第１の電導材料であって、該第１の電導材料の少なくとも一部が電気絶縁誘電コーティングにより覆われ、前記第１の電導材料の少なくとも一部が前記電気絶縁誘電コーティングに覆われないままになっており、前記第１の電導材料の前記電気絶縁誘電コーティングに覆われていない部分が作用電極区域を形成する第１の電導材料、
前記基板の第２の部分に接着した第２の電導材料であって、該第２の電導材料の一部が前記電気絶縁誘電コーティングにより覆われ、前記第２の電導材料の少なくとも一部が前記電気絶縁誘電コーティングに覆われないままになっており、前記第２の電導材料の前記電気絶縁誘電コーティングに覆われていない部分が対電極区域を形成する第２の電導材料、
少なくとも前記作用電極区域および前記対電極区域上に配置された吸湿性固体電解質であって、水が与えられるときに、乾燥容量の２倍未満の膨潤値を有する吸湿性固体電解質、
８バーラー未満の酸素浸透率を有する、前記吸湿性固体電解質を覆う半浸透性膜であって、
（１）前記半浸透性膜が、
式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマーの重合生成物からなり、ここでＲ１  およびＲ２  各々が、水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよいものであるか、或いは、
（２）前記半浸透性膜が、
（ｉ）Ｒ１  およびＲ２  が、水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマー、
（ｉｉ）Ｒ１  、Ｒ２  およびＲ３  が、水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より選択され、Ｒ１  、Ｒ２  およびＲ３  が同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１）（ＣＯＮＲ２  Ｒ３  ）を有するモノマー或いはＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１）（ＯＣＯＲ２  ）を有するモノマーのいずれか１つのモノマー、及び、
（ｉｉｉ）少なくとも１つのニトリル含有モノマーとの重合生成物からなるか、或いは、
（３）前記半浸透性膜が、
（ｉ）Ｒ１  が水素および低級アルキル基からなる群より選択され、Ｒ２  が１から20までの炭素原子のアルコールおよび鎖状、枝別れ並びに環状炭化水素からなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマー、
（ｉｉ）Ｒ１  およびＲ２  が水素、低級アルキル基および低級アルコールからなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＯＣＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマー、Ｒ１  、Ｒ２  、およびＲ３  が水素、低級アルキル基からなる群より選択され、Ｒ１  、Ｒ２  、およびＲ３  が同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＮＲ２  Ｒ３  ）を有するモノマー、およびこれら２つのモノマーの組合せからなる群より選択される少なくとも１つのモノマー、及び、
（ｉｉｉ）少なくとも１つのニトリル含有モノマーとの重合生成物からなるか、或いは、
（４）前記半浸透性膜が、少なくとも１つのニトリル含有モノマーおよび少なくとも１つの共役ジエンモノマーの重合生成物からなるものであり、
前記半浸透性膜を覆い、中に窪みを有するカバー部材であって、前記窪みが前記半浸透性膜に面する周辺部を有し、前記窪みにつながっている少なくとも１つの通路を備えるカバー部材、および
前記窪みの周辺部および前記半浸透性膜と接触して、前記窪みの周辺部と前記半浸透性膜との間にシールを達成するガスケットからなり、
前記膜が、固体プレーナ酸素センサ内にあって、測定サンプルと電極を分離し、液体状態の水に対して浸透性を有さず、水蒸気に対して迅速な浸透性を有するように構成されること、および
該ガスケット、前記カバー部材、および前記半浸透性膜が試料チャンバを形成することを特徴とする固体プレーナ酸素センサ。
【請求項２】
前記固体プレーナ酸素センサが前記基板の第３の部分に接着した第３の電導材料を含み、前記第３の電導材料の一部が前記電気絶縁コーティングにより覆われ、前記第３の電導材料の少なくとも一部が前記電気絶縁コーティングにより覆われない状態にあり、前記第３の電導材料の覆われない部分が参照電極区域を形成することを特徴とする請求項１記載の固体プレーナ酸素センサ。
【請求項３】
非電導基板、
該基板の第１の部分に接着した第１の電導材料であって、該第１の電導材料の少なくとも一部が電気絶縁誘電コーティングにより覆われ、前記第１の電導材料の少なくとも一部が前記電気絶縁誘電コーティングに覆われないままになっており、前記第１の電導材料の前記電気絶縁誘電コーティングに覆われていない部分が作用電極区域を形成する第１の電導材料、
前記基板の少なくとも第２の部分に接着した第２の電導材料であって、該第２の電導材料の一部が前記電気絶縁誘電コーティングにより覆われ、前記第２の電導材料の少なくとも一部が前記電気絶縁誘電コーティングに覆われないままになっており、前記第２の電導材料の前記電気絶縁誘電コーティングに覆われていない部分が対電極区域を形成する第２の電導材料、
少なくとも前記作用電極区域および前記対電極区域上に配置された電解質、および
該電解質を覆う重合体半浸透性膜であって、
（１）前記半浸透性膜が、
式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマーの重合生成物からなり、ここでＲ１  およびＲ２  各々が、水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよいものであるか、或いは、
（２）前記半浸透性膜が、
（ｉ）Ｒ１  およびＲ２  が、水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマー、
（ｉｉ）Ｒ１  、Ｒ２  およびＲ３  が、水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より選択され、Ｒ１  、Ｒ２  およびＲ３  が同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１）（ＣＯＮＲ２  Ｒ３  ）を有するモノマー或いはＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１）（ＯＣＯＲ２  ）を有するモノマーのいずれか１つのモノマー、及び、
（ｉｉｉ）少なくとも１つのニトリル含有モノマーとの重合生成物からなるか、或いは、
（３）前記半浸透性膜が、
（ｉ）Ｒ１  が水素および低級アルキル基からなる群より選択され、Ｒ２  が１から20までの炭素原子のアルコールおよび鎖状、枝別れ並びに環状炭化水素からなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマー、
（ｉｉ）Ｒ１  およびＲ２  が水素、低級アルキル基および低級アルコールからなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＯＣＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマー、Ｒ１  、Ｒ２  、およびＲ３  が水素、低級アルキル基からなる群より選択され、Ｒ１  、Ｒ２  、およびＲ３  が同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＮＲ２  Ｒ３  ）を有するモノマー、およびこれら２つのモノマーの組合せからなる群より選択される少なくとも１つのモノマー、及び、
（ｉｉｉ）少なくとも１つのニトリル含有モノマーとの重合生成物からなるか、或いは、
（４）前記半浸透性膜が、少なくとも１つのニトリル含有モノマーおよび少なくとも１つの共役ジエンモノマーの重合生成物からなるものであり、       前記膜が、固体プレーナ酸素センサ内にあって、測定サンプルと電極を分離し、液体状態の水に対して浸透性を有さず、水蒸気に対して迅速な浸透性を有するように構成されることを特徴とする固体プレーナ酸素センサ。
【請求項４】
試料中の分析物を検出する電気化学手段、
該電気化学手段を覆う半浸透性膜であって、前記分析物と、前記電気化学手段の機能に必要な種とに対して浸透性である半浸透性膜であって、
（１）前記半浸透性膜が、
式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマーの重合生成物からなり、ここでＲ１  およびＲ２  各々が、水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよいものであるか、或いは、
（２）前記半浸透性膜が、
（ｉ）Ｒ１  およびＲ２  が、水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマー、
（ｉｉ）Ｒ１  、Ｒ２  およびＲ３  が、水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より選択され、Ｒ１  、Ｒ２  およびＲ３  が同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１）（ＣＯＮＲ２  Ｒ３  ）を有するモノマー或いはＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１）（ＯＣＯＲ２  ）を有するモノマーのいずれか１つのモノマー、及び、
（ｉｉｉ）少なくとも１つのニトリル含有モノマーとの重合生成物からなるか、或いは、
（３）前記半浸透性膜が、
（ｉ）Ｒ１  が水素および低級アルキル基からなる群より選択され、Ｒ２  が１から20までの炭素原子のアルコールおよび鎖状、枝別れ並びに環状炭化水素からなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマー、
（ｉｉ）Ｒ１  およびＲ２  が水素、低級アルキル基および低級アルコールからなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＯＣＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマー、Ｒ１  、Ｒ２  、およびＲ３  が水素、低級アルキル基からなる群より選択され、Ｒ１  、Ｒ２  、およびＲ３  が同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＮＲ２  Ｒ３  ）を有するモノマー、およびこれら２つのモノマーの組合せからなる群より選択される少なくとも１つのモノマー、及び、
（ｉｉｉ）少なくとも１つのニトリル含有モノマーとの重合生成物からなるか、或いは、
（４）前記半浸透性膜が、少なくとも１つのニトリル含有モノマーおよび少なくとも１つの共役ジエンモノマーの重合生成物からなるものであり、
該半浸透性膜を覆い、中に窪みが形成されたカバー部材であって、前記窪みが前記膜に面する周辺部を有し、前記窪みにつながっている少なくとも１つの通路を備えるカバー部材、および
前記窪みの周辺部および前記半浸透性膜と接触して、前記窪みの周辺部と前記半浸透性膜との間にシールを達成するガスケットからなり、
前記膜が、電気化学センサ内にあって、測定サンプルと電極を分離し、液体状態の水に対して浸透性を有さず、水蒸気に対して迅速な浸透性を有するように構成されること、および
該ガスケット、前記カバー部材、および前記半浸透性膜が試料チャンバを形成することを特徴とする電気化学センサ。
【請求項５】
電気化学手段を有する電気化学センサであって、電解質、該電解質に接触している陰極、前記電解質に接触し、試料領域から前記電気化学手段を分離する半浸透性膜を有する陽極を含み、
（１）前記半浸透性膜が、
式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマーの重合生成物からなり、ここでＲ１  およびＲ２  各々が、水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよいものであるか、或いは、
（２）前記半浸透性膜が、
（ｉ）Ｒ１  およびＲ２  が、水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマー、
（ｉｉ）Ｒ１  、Ｒ２  およびＲ３  が、水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より選択され、Ｒ１  、Ｒ２  およびＲ３  が同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１）（ＣＯＮＲ２  Ｒ３  ）を有するモノマー或いはＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１）（ＯＣＯＲ２  ）を有するモノマーのいずれか１つのモノマー、及び、
（ｉｉｉ）少なくとも１つのニトリル含有モノマーとの重合生成物からなるか、或いは、
（３）前記半浸透性膜が、
（ｉ）Ｒ１  が水素および低級アルキル基からなる群より選択され、Ｒ２  が１から20までの炭素原子のアルコールおよび鎖状、枝別れ並びに環状炭化水素からなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマー、
（ｉｉ）Ｒ１  およびＲ２  が水素、低級アルキル基および低級アルコールからなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＯＣＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマー、Ｒ１  、Ｒ２  、およびＲ３  が水素、低級アルキル基からなる群より選択され、Ｒ１  、Ｒ２  、およびＲ３  が同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＮＲ２  Ｒ３  ）を有するモノマー、およびこれら２つのモノマーの組合せからなる群より選択される少なくとも１つのモノマー、及び、
（ｉｉｉ）少なくとも１つのニトリル含有モノマーとの重合生成物からなるか、或いは、
（４）前記半浸透性膜が、少なくとも１つのニトリル含有モノマーおよび少なくとも１つの共役ジエンモノマーの重合生成物からなるものであり、       前記膜が、電気化学センサ内にあって、測定サンプルと電極を分離し、液体状態の水に対して浸透性を有さず、水蒸気に対して迅速な浸透性を有するように構成されることを特徴とする電気化学センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプレーナセンサ、さらに詳しくは小型で、酸素非消耗で、製造に都合がよくて安上がりで、速い応答時間を有し、長い実質的な寿命を有するプレーナ電気化学酸素センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
臨床設定において、正常な生理学的機能および恒常性に重大なある血液分析物をモニタすることが重要である。そのような血液分析物としては、ｐＣＯ２  、ｐＯ２  、ｔＨｂ、ｐＨ、Ｎａ＋  、Ｋ＋  、Ｃｌ−  およびＣａ２＋が挙げられる。本発明の焦点は、ｐＯ２  、すなわち酸素の分圧を測定するためのセンサに向けられている。本発明の教示は、他の血液分析物を測定するためのセンサおよび別の技術分野において使用できるセンサにまで及ぶものである。そのような測定を行なう従来の手法は、液体、固体、またはゲルの電解質を有する２または３の電極電気化学センサのような様々な電気化学手段を利用している。
【０００３】
従来のセンサは、多くの耐久性の部品からなるように大型のものに製造されるか、または多くの状況においてより都合のよい小さなプレーナセンサとして製造される。ここに用いた「プレーナ」という用語は、例えば公知の厚膜または薄膜技術を用いた、比較的薄い材料の層からなる実質的に平面構造物を製造する公知の方法を意味する。例えば、米国特許第4,571,292 号および米国特許第4,536,274 号を参照のこと。両特許ともここに参照文献として包含する。
【０００４】
そのようなセンサの電極は、テフロン（登録商標）、ポリエチレンまたはポリプロピレンのような気体浸透性であるが、液体不浸透性の膜により覆われた電解質により従来はアドレス（addressed ）処理されている。血液がその膜に接触すると、血液からの酸素が膜を横切り電解質溶液を通過して拡散し、陰極で還元される。試料の酸素分圧は、陰極と陽極を含む回路を通して流れる、結果として生じた電流を測定することにより決定される。三極センサを用いてもよく、このセンサは、フィードバック制御により作用電極（陰極）と参照電極との間の一定の電圧関係を保持しており、このセンサは上述した米国特許第4,571,292 号に記載されている。そのようなシステムによると、酸素は作用陰極で還元され、この反応は、対電極（陽極）で生じる反応が単に作用陰極で生じる反応の逆反応、すなわち、非電極消耗反応となるように、作用電極と参照電極との間の一定の電圧により駆動される。
【０００５】
二極センサと三極センサに関して、作用電極（陰極）を非常に小さく製造することが望ましい。このように、陰極での酸素の還元は律速段階であり、ｐＯ２  の関数としてより正確な電流出力が実現される。
【０００６】
さらに、センサが非消耗（non-depleting ）挙動を示し、すなわち、撹拌速度独立（時間独立）の電流応答が実現されるように、陰極を非常に小さく製造することが望ましい。ジョナサン  Ｏ．ハウエル、により電流分離、８、1/2(1987) における「ボルタメトリック顕微電極」と題する記事およびその参照文献に、非消耗の原理について論じられている。しかしながら、非消耗となるように十分に小さい作用電極を有するセンサを慣例的にそして安上がりに製造することは困難である。
【０００７】
臨床設定において、電気化学血液分析物分析については、マイクロリットル台の容量の試料から得られるデータを最大にすることが目的である。この点で、例えば、毛細管試料のような非常に小さな試料容量から異なる分析物を検出するように各々を構成した一連の相互連結センサを用いて、多くの試験を行なうように、半浸透性膜と接触する試料を保持するための非常に小さなセンサ試料チャンバを製造することが望ましい。しかしながら、試料チャンバがより小さく作られると、センサ構成物それ自身、特に試料チャンバを形成する構成物からの試料中の汚染物の濃度、および／またはセンサ機能それ自信のある反応生成物の濃度が増加する。そのような汚染物はセンサの初期故障となるかもしれない。
【０００８】
小さなプレーナセンサの寿命は通常、試料成分による半浸透性膜の汚染、または直接もしくは試料を介して膜中に浸入するかもしれない他のセンサ構成物中に存在する不純物によって規定される。そのような汚染は通常、膜の浸透特性に影響を与え、この浸透特性は、センサ性能の線形性に影響するかもしれず、または基礎をなす電解質または電極を汚染する種を通過させるかもしれない。
【０００９】
センサの寿命を短くする可能性のあるさらなる要因は、様々なセンサ構成物の他のセンサ構成物からの剥離である。このように複雑な構成のセンサでは典型的に、センサが容認できる期間に亘り露出される所定の分析物濃度で正確で再現性のある電流出力を与えない。したがって、酸素のような血液中の分析物を測定する市販のプレーナ電気化学センサは一般的に、限定された数の試料に露出した後に故障する。
【００１０】
センサの有用性を決定し、センサの実質的な寿命をモニタする、本発明者が発見した指針は、新しいときにセンサが示すポーラログラム、および／または不純物に帰する疑似ピークを含むポーラログラムとは徹底的に異なるセンサポーラログラム、および容認できないドリフトを示す電流出力対分析物濃度のプロットを含む。
【００１１】
センサに有害な種に対して比較的不浸透性であり、他のいかなるセンサ構成物にも影響を受けず、長期間に亘り効果的であるように、電気化学検出区域から試料区域を分離する半浸透性膜を製造することができれば、センサの寿命は長くなる。
【００１２】
センサの寿命を延長するために、様々な試行が行なわれている。例えば、ここに参照文献として包含する、1988年３月29日に発行された米国特許第4,734,184 号は、体液試料中の分析物を測定する使い捨ての電気化学センサ装置を記載している。膜は、試料区域を電気化学センサ区域から分離し、分析物と検出機能に必要な種は通過させるが、望ましくない種の移行を妨げるように構成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、長期間に亘り所望の種に対して一定の浸透性を示し、一方で同じ期間に亘り望ましくない種に対して不浸透性を保持する膜組成を配合することが技術における課題となっている。さらに、所望の浸透特性を供する所望の極微の物理特性を維持しつつ、耐久性と柔軟性のような所望の巨視的物理特性を有する膜を製造することが課題となっている。
【００１４】
したがって、本発明の全般的な目的は、製造が比較的簡単で安上がりであり、測定する活性種に関して非消耗であり、比較的長い有効寿命を有する小さな電気化学センサを用いて、血液のような液体中の酸素のような電気化学的な活性種の濃度を測定する手段および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の前述した目的および他の目的並びに利点は、プレーナ酸素センサ等に使用する半浸透性膜を提供することにより達成される。この膜は、有機溶液から析出し、それ自身少なくとも１つのニトリルモノマー単位および少なくとも１つの共役ジエンモノマー単位の重合生成物よりなるポリマーからなる。別の実施態様において、膜は、少なくとも１つのアクリレートモノマー単位の重合生成物からなる。膜は望ましくは、液体の水には不浸透性であるが、水蒸気には迅速に浸透性である。さらに、酸素センサの膜がイオンおよび他の血液成分に対して不浸透性であり、酸素に対して限定された浸透率を有することが好ましい。本発明の酸素センサに使用する場合、通常のセンサ操作に供して、膜は少なくとも２日間、好ましくは10日間、そして最も好ましくは15日間に亘り有用に機能する。特に好ましい実施態様により製造されたセンサは、特に好ましい膜を含む。このセンサは、通常の作動条件下で少なくとも60日に亘り有用に機能することが示された。通常のセンサ操作を以下に定義する。
【００１６】
本発明の別の目的は、ともに電気化学センサの試料チャンバの一部分を形成する半浸透性膜とカバー部材との間の液体および気体不浸透性シールを形成するガスケットを提供することにある。このガスケットはある実施態様によると、エポキシ化合物および親水性モノマーの高度な架橋結合の重合生成物からなる。好ましくは、ガスケットは、約10から約100 のショアＡ硬度、20バーラー（Barrers ）未満の酸素浸透率を有し、液体不浸透性であり、物理的特性または浸透性特性に影響を与える膜中に浸入する移動性の抽出可能物質を実質的に含まないように配合されている。ガスケットはさらに、移動性硫化物およびバッテリー金属（battery metal ）を実質的に含まないように配合され、通常のセンサ作動条件下で少なくとも２日間、好ましくは10日間、そして最も好ましくは15日間に亘り前記シールを形成し、維持するのに効果的である。
【００１７】
本発明の別の目的は、試料中に含まれるｐＯ２  を測定する、生理学的液体を含有する試料チャンバを提供することにある。このチャンバは、電気化学センサに重ねられた半浸透性膜、試料液体が通過する少なくとも１つの通路を有するカバー部材、およびチャンバをシールする膜とカバー部材の間の少なくとも１つのガスケットにより限定されている。ガスケットは、いかなる抽出可能な物質も含有しないように選択されるか、または存在するいかなる抽出可能な物質も膜の所望の特性に影響を与えないような方法で膜中に浸入することのないように選択される。ガスケットはさらに、試料中に浸入した場合でも、特定の分析物の電気化学的測定を妨害するか、電解質、電極、もしくは電気化学センサの他の構成物に不利に影響する種を実質的に含まないように選択される。この実施態様によると、さらにガスケットと膜は、その界面で密封された接合部を形成するほど十分な柔軟性の特性を有するように選択される。この接合部は、センサ寿命の期間に亘り密封され、このシールはガスケットまたは膜に物理的に不利には影響しない。
【００１８】
本発明の別の目的は、顕微電極等に使用するための電導材料の小さな電気的処理が可能な区域を形成する新たな手段および方法を提供することにある。この方法によると、電導材料を、基体、および少なくとも電気絶縁非多孔質材料、すなわち誘電材料により覆われた材料の少なくとも一部に配されている。ニードルパンチを用いて電導性材料の小さな電気的にアドレス可能な区域を露出することにより、小さな不連続面を形成し、顕微電極を限定する。特定の方法によると、ニードルパンチは電導材料と電気的に接触している。ニードルパンチが電気絶縁材料を貫通し、電導材料に接触する場合、電気回路が形成され、そのような貫通を示し、ニードルパンチが電導材料から引き抜かれる。電気導電材料の表面に対して様々な位置でニードルが引き抜かれるように、装置を設計してもよい。
【００１９】
本発明の別の目的は、厚膜技術または薄膜技術を用いて二極または三極電極固体プレーナ酸素センサを形成する手段および方法を提供することにある。このセンサは非消耗型であり、比較的安上がりで、迅速な応答時間を有し、マイクロリットル台の容量を有する血液試料を測定するように構成され、数日または数か月の寿命を有する。
【００２０】
本発明の別の目的は、非電導基板、
該基板の第１の部分に接着した第１の電導材料、
前記基板の第２の部分に接着した第２の電導材料、
前記基板の第３の部分に接着した第３の電導材料、
少なくとも作用電極区域および対電極区域に取り付けられた吸湿性固体電解質、
８バーラー未満の酸素浸透性を有する前記電解質を覆う半浸透性膜、
該半浸透性膜を覆い、中に窪みが形成されたカバー部材、および
前記窪みの周囲および膜に接触してその間にシールを達成するガスケットからなる固体プレーナ酸素センサを提供することにある。このセンサにおいて、前記第１の電導材料の少なくとも一部が電気絶縁の誘電コーティングにより覆われ、該第１の電導材料の少なくとも別の部分が前記電気絶縁の誘電コーティングには覆われず、前記第１の電導材料の覆われていない部分が作用電極区域を形成し、
前記第２の電導材料の一部が電気絶縁の誘電コーティングにより覆われ、前記第２の電導材料の少なくとも別の部分が前記電気絶縁の誘電コーティングには覆われず、前記第２の電導材料の覆われていない部分が対電極区域を形成し、
前記第３の電導材料の一部が電気絶縁の誘電コーティングにより覆われ、前記第３の電導材料の少なくとも別の部分が前記電気絶縁の誘電コーティングには覆われず、前記第３の電導材料の覆われていない部分が参照電極区域を形成し、
前記電解質が、水が与えられたときに乾燥容量の２倍未満の吸水膨脹値を有し、
前記窪みが、膜に面する周囲および該窪みに連通された少なくとも１つの通路を有し、
前記ガスケット、前記カバー部材、および前記半浸透性膜が試料チャンバを形成する。
【００２１】
本発明の別の目的は、非電導基板、
該基板の第１の部分に接着した第１の電導材料、
前記基板の第２の部分に接着した第２の電導材料、
少なくとも作用電極区域および対電極区域に取り付けられた電解質、および
該電解質を覆う重合体半浸透性膜からなる固体プレーナ酸素センサを提供することにある。このセンサにおいて、前記第１の電導材料の少なくとも一部が電気絶縁の誘電コーティングにより覆われ、該第１の電導材料の少なくとも別の部分が前記電気絶縁の誘電コーティングには覆われず、前記第１の電導材料の覆われていない部分が作用電極区域を形成し、
前記第２の電導材料の一部が電気絶縁の誘電コーティングにより覆われ、前記第２の電導材料の少なくとも別の部分が前記電気絶縁の誘電コーティングには覆われず、前記第２の電導材料の覆われていない部分が対電極区域を形成し、
前記膜が、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマーの重合生成物からなり、ここでＲ１  およびＲ２  はそれぞれ、水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  は同一であっても異なっていても、あるいは少なくとも１つのニトリル含有モノマーと少なくとも１つの共役ジエンモノマーとの重合生成物であってもよい。
【００２２】
本発明の別の目的は、試験試料中の分析物を検出する電気化学手段、
該電気化学手段を覆う半浸透性膜、
該半浸透性膜を覆い、中に窪みを形成するカバー部材、および
前記窪みの周囲および前記膜と接触してその間にシールを達成するガスケットからなる電気化学センサを提供することにある。このセンサにおいて、前記膜は、分析物と前記電気化学手段の機能に必要な種に対して浸透性であり、前記窪みが、前記膜に面する周囲および該窪みに連通した少なくとも１つの通路を有し、前記ガスケット、前記カバー部材、および前記半浸透性膜が試料チャンバを形成する。
【００２３】
本発明の別の目的は、プレーナ固体酸素センサ等において作用電極として用いるための顕微電極を形成する方法を提供することにある。この方法は、非電導基板を選択し、該基板を電導材料と結合させて該電導材料が前記非電導基板に隣接する層を形成させ、前記電導材料の少なくとも一部を電気絶縁材料でコーティングし、該電気絶縁材料に孔を開けて少なくとも１つの孔または開口部または第１の位置と第２の位置の間で移動可能に、前記電導材料と接続された電気回路手段と接続されたニードルを有する開口部を形成する各工程からなり、前記電気回路が、信号が発生されるときに前記ニードルを引き抜く信号を発生し、孔または開口部が形成されたときに、前記電導材料の露出された電気的アドレス可能な部分が生じ、前記孔または開口部の断面積により定義されるサイズを有する少なくとも１つの電極を規定するように、前記電導材料にしっかりと接着するように前記絶縁材料が選択される。
【００２４】
本発明の別の目的は、プレーナ固体酸素センサ等において作用電極として使用する顕微電極を形成する方法であって、非電導基板を選択し、電導材料が前記非電導基板に隣接する層を形成する状態で該非電導基板に前記電導材料を結合させ、該電導材料にしっかりと接着するように選択した電気絶縁材料で該電導材料の表面をコーティングし、前記電気絶縁材料を、前記電導材料に接続された電気回路手段に接続された、前記表面に相対的な複数の位置の間で可動性であり、その位置のいくつかにより前記電気回路手段が信号を発生させる針を通過させ、所定の相対位置を示す所定の信号が発せられるときに前記針を引き抜く各工程からなる方法を提供することにある。
【００２５】
本発明の別の目的は、少なくとも１つのニトリル含有モノマーと少なくとも１つの共役ジエンモノマーとの重合生成物からなる改良半浸透性膜を有する電気化学酸素センサを提供することにある。
【００２６】
本発明の別の目的は、Ｒ１  およびＲ２  が、水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマーの重合生成物からなる改良半浸透性膜を有する電気化学センサを提供することにある。
【００２７】
本発明の別の目的は、電気化学センサ等に使用する電導材料を選択する方法であって、前記材料のポーラログラムを測定して、前記センサを作動させようとする所定の電位領域にある前記ポーラログラムの形状を求め、前記所定の領域の前記ポーラログラムを評価して、該ポーラログラムには実質的に過剰のピークがないかどうかをみることからなる方法を提供することにある。
【００２８】
本発明の別の目的は、半浸透性膜、試料中の分析物を検出するための、前記膜の第１の側にある電気化学手段、および前記試料を収容するための、前記膜の第２の側にある試料チャンバを有する電気化学センサであって、前記チャンバが前記膜の前記第２の側および中に窪みが形成されたカバー部材により一部が形成され、前記窪みが、前記膜の前記第２の側に面する境界線を有し、前記半浸透性膜の前記第２の側と前記カバー部材の窪み境界線の間に液体および気体不浸透性シールを達成するためのガスケットを有することにより改良され、前記ガスケットが、応力が加えられたときに膨脹も流動もせず、低いジュロメータ率を有し、気体不浸透性であり、わずかに吸湿性でしたがって水を含有する液体の存在下でわずかに膨脹する耐久性有機ポリマーまたはコポリマーからなることを特徴とする電気化学センサを提供することにある。
【００２９】
本発明の別の目的は、Ｒ１  およびＲ２  が、水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマー、Ｒ１  、Ｒ２  およびＲ３  が、水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より選択され、Ｒ１  、Ｒ２  およびＲ３  が同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ）（ＣＯＮＲ２  Ｒ３  ）を有するモノマー、ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＯＣＯＲ２  ）を有するモノマーからなる群より選択された少なくとも１つのモノマーと、少なくとも１つのニトリル含有モノマーとの重合生成物からなる組成物を提供することにある。
【００３０】
本発明の別の目的は、Ｒ１  が水素および低級アルキル基からなる群より選択され、Ｒ２  が１から20までの炭素原子のアルコールおよび鎖状、枝別れ並びに環状炭化水素からなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマーであって、組成物の重量に基づいて約20％から約80％の量で存在するモノマーと、少なくとも１つのニトリル含有モノマーであって、約15％から約80％の量で存在するモノマーと、Ｒ１  およびＲ２  が水素、低級アルキル基および低級アルコールからなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＯＣＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマー、Ｒ１  、Ｒ２  、およびＲ３  が水素、低級アルキル基からなる群より選択され、Ｒ１  、Ｒ２  、およびＲ３  が同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＮＲ２  Ｒ３  ）を有するモノマー、およびこれら２つのモノマーの組合せからなる群より選択される少なくとも１つのモノマーとの重合生成物からなる組成物を提供することにある。
【００３１】
本発明の別の目的は、電導材料と該電導材料と接触している電気絶縁層との間の接着性を評価する方法であって、前記絶縁層が前記電導材料の特定領域を露出するように配して電極を形成するものであり、該電極に第２の電極による電位にバイアスをかけ、該電極と前記第２の電極は電解質により接触しており、所定の時間に亘り前記電位を一定に保持し、該所定の時間に亘る該電位での生じた電流出力を測定し、前記電流出力が実質的に不変で実質的に変動がないかどうかをみることからなる方法を提供することにある。
【００３２】
本発明の別の目的は、ニトリル含有モノマーと共役ジエンのコポリマーからなる半浸透性膜の酸素浸透率を調節する方法であって、ハロゲン化ビニルと、ハロゲン化ビニリデンと、ハロゲン化ビニルとニトリル含有モノマーとからなるコポリマー、ハロゲン化ビニリデンとニトリル含有モノマーからなるコポリマー、または上述したいずれかの組合せよりなる群から選択される所定の量の種を、前記ニトリルと共役ジエンのコポリマーに加え、コポリマーの混合物を形成し、前記所定の量を、前記酸素浸透率を所定の水準に調節するように選択することからなる方法を提供することにある。
【００３３】
本発明の別の目的は、電気化学センサの耐久性を評価する方法であって、該センサのポーラログラムを測定して該センサを作動するように設計した所定の電位領域にある前記ポーラログラムの形状を求め、前記所定の領域にある前記ポーラログラムを評価して該ポーラログラムが実質的に過剰なピークがないかどうかをみることからなる方法を提供することにある。
【００３４】
これらと他の目的が当業者に明確なように、本発明は、明細書に記載され、請求の範囲に規定された要素の組合せにある。
【実施例】
【００３５】
以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００３６】
本発明の好ましい実施態様によるプレーナ酸素センサ30を図１に示す。センサ30は実質的に、プレーナ基板32、その上に配された電導金属小片34、36、および38、および電導小片34、36、および38の一部を覆うがそれら小片のある部分は覆わないように基板32上に配された誘電層40を含む。
【００３７】
基板32は、セラミック、ガラス、耐火物、重合体またはそれらの組合せのような実質的な電気絶縁材料のいずれからも形成される。機械的支持または基部としてのそのような絶縁基板の形成は、当業者によく知られていることである。好ましい実施態様において、基板は約96％のアルミナおよび約４％のガラス結合剤からなる。好ましい組成からなる適切な材料は、クアーズ  セラミック社（コロラド州、グランドジャンクション）から得られる。本発明の好ましい実施態様において、１つの基板が酸素センサの基礎を形成するが、各々が別々のセンサ構成部分を支持する、および／または他の基板により支持されるセンサ構成部分の支持を補助する複数の基板を用いてもよい。
【００３８】
電導小片34、36、および38は、好ましい実施態様において、第１の端部41から第２の端部43まで延びるように基板32の上に配されている。第１の端部41において、電導小片は典型的に、それぞれ接触パッド42、44、および46を規定するのに十分に広いように配されている。第２の端部43では、電導材料は典型的に、前述したように、電極を規定するいくぶん狭い露出領域となるように配されている。
【００３９】
電導小片34、36、および38は、公知の薄膜または厚膜技術を用いて配置してもよい。典型的に、金属を含む化合物は、典型的な厚膜スクリーニングにより基板32に付着せしめられ、次いで付着した化合物と基板は、活性金属を焼結し、その活性金属を基板に共接着するために焼成される。電気活性金属は、例えば銀、白金または金のようないかなる電導金属からなるものでもよく、そのような電導金属は、測定するいかなる種の酸化または還元が生じる電位範囲において酸化も還元もされない。酸素センサの場合には、電気活性金属は、銀／塩化銀に対して０から−1200ミリボルト（ｍＶ）の範囲の酸化に感受性を有するべきではない。さらに、電導小片34、36、および38を製造するために選択した材料は望ましくは、ワイヤ結合等のために常備して市販されている材料に典型的に存在するバッテリー金属（すなわち、水中で電気化学的に活性である金属）のようないかなる不純物も含まないように選択される。
【００４０】
メテック社（ペンシルベニア州、エルバーソン）（メテック）から部品番号3571ＵＦ／Ａｇ、デュポン社（デラウェア州、ウィルミントン）（デュポン）から部品番号6061／Ａｇとして得られる銀ペースト；メテックから部品番号2539／Ａｇ／ＡｇＣｌまたはＰＣ10299 として得られる塩化銀；メテックから部品番号ＰＣ10231 ／Ａｕ、デュポンから部品番号5715Ｈ／Ａｕ、およびジョンソンマットヘイ社（ニュージャージー州、ウエストデプトフォード）から部品番号ＪＭ1301／Ａｕとして得られる金ペースト；およびメテックから部品番号ＰＣ10208 ／Ｐｔとして得られる白金ペーストのような多くの厚膜ペーストが市販されている。
【００４１】
本発明において電極として用いる特定のペーストを選択する際に、そしてある実施態様において、電極は電導小片と連続していてもよく、部分的に作用電極を規定する電導小片38に関して、ある実施態様にしたがって記載したように、製造、品質管理、および製品の仕様を評価するために、作用電極材料により示されたポーラログラムを記録する予備評価を行なうことが好ましい。よく知られているように、電解質の存在下で参照に対して電極にバイアスをかけ、所定の範囲内で電圧変化させ、電圧の関数として電流出力を記録することにより、ポーラログラムを記録してもよい。
【００４２】
上述したように、センサにより示されるポーラログラムを含む指針に基づいてセンサの効用の決定が行なわれる。さらに、本発明により、電極、特に作用電極（以下に記載する）を製造するための材料として、そしてある実施態様の電導小片38において使用する適切な候補は、材料により示されるポーラログラムに基づいて決定する。電極、特に作用電極（およびある実施態様による電導小片38）を製造するための材料としての適切な候補は好ましくは、電気化学分析中にセンサに典型的に極性が与えられる領域に高原部を有するポーラログラムを示す。本発明の好ましい実施態様によると、このことは、適切な材料は、銀／塩化銀に対する約−0.800 Ｖ＋／−0.300 Ｖの領域における電圧に対して比較的平らな電流を示すことを意味する。センサ構成部分の電気化学分析、例えばポーラログラムベースの分析における電気電位の選択は本発明とっては重大ではないことが分かる。ここに記載される所望の操作パラメータに関して、いかなる電位設定を選択してもよい。
【００４３】
センサの操作中に、作用電極に設定した電圧が完全に一定に保持できる場合には、電極材料のポーラログラムに高原部がある必要はない。しかしながら、完全な電圧コントロールは実際的ではないので、高原部を有することが望ましい。ここに用いているように、「高原部」および「比較的平らな電流対電圧プロット」という用語は、固有の装置と実験の電圧が変動することで、電流読取値が容認できる誤差の限界の外で変動することにならないポーラログラムにより規定される曲線の領域を意味しており、あるセンサの操作においては、電圧が容認できる誤差の限界の外で変動しない限りは、高原部は観察されないが適切に機能することもある。
【００４４】
本発明により、上述したポーラログラム分析に基づいて電極に使用する材料を評価することは、ポーラログラムは当該材料中に存在する不純物を表すピークを示すので、好ましいことが分かった。そのようなポーラログラム中のピークは必ずしも不適切な材料を表すものではないことが理解されよう。例えば、ピークは不純物の消費に関連する電気化学を示すだけでもよく、結果として電極の使用に適した材料を示す。しかしながら、ピークは、電気化学測定中に、材料から、または材料内で生成した不純物の存在を示し、したがって、材料が不適切であることを示してもよい。
【００４５】
作用電極の一部を規定する電導小片38について、好ましい材料は、超高純度の白金厚膜ペーストである。電導小片34は好ましくは、以下に記載するように、基板32上に配された銀の薄い層からなり、電極領域では上に塩化銀の層が配されて、参照電極を構成している。もしくは、電導小片34として配された銀の層は、十分な塩化物イオンの存在下で酸化されて参照電極として使用する銀の層の上に塩化銀の層を形成してもよい。そのような銀／塩化銀参照電極の付着または電気化学的形成は、この業界ではよく知られている。電導小片36は、好ましい実施態様においては、金厚膜ペーストまたは白金厚膜ペーストからなる。
【００４６】
銀参照電極を使用することは、本発明の範囲内にある。銀／塩化銀参照電極の代わりに銀参照電極を代用することに基づいて、電圧設定に関する本発明の教示は、当業者にとって容易に変更される。
【００４７】
基板32の第２の端部43において、電導小片34、36、および38の一部を覆うように誘電層40が配されているが、この誘電層40は、参照電極50、（存在する場合には）、対電極52、および作用電極54を規定するために電導小片の一部を覆わないままとする解放プリント領域48を含む。誘電層40を製造するために選択した材料は、望ましくは電気絶縁で非多孔性であり、上述したように、測定するいかなる種または分析物の電位範囲において酸化または還元が行なわれる不純物を含まず、潜在的に電荷を運び、センサに使用する電解質の活性を妨害する移動性イオンがないように選択される。さらに、誘電体40は、基板32および電導小片34、36、および38にしっかりと接着し、電極50、52、および54が電気的にアドレス可能であるが、電気絶縁部分が効果的に誘電体により覆われるように選択される。セラミック、ガラス、耐火性材料、高分子材料、またはそれらの組合せのような材料が、誘電材料としてよく知られており、本発明の誘電体としての使用に適している。
【００４８】
電導小片34、36、および38の製造のために好ましく選択した材料について、接触パッド42、44、および46を規定し、電極を規定する領域にこのパッドを連結する小片の領域においては、材料の選択はそれほど重要ではなくなることに注意されたい。例えば、接触パッドおよびこれらのパッドを電極に連結する電導小片の領域は、基板32に接着し、誘電層40の電気絶縁機能を妨害しないいかなる電導材料から製造してもよい。ある実施態様によると、接触パッドおよびこれらのパッドを電極に連結する電導小片の領域は、金ペーストから製造される。
【００４９】
上述した材料選択のパラメータに加え、拡張使用（extended-use）センサの製造において、基板、電導小片、および誘電層を製造するための材料は、隣接する層の間に良好な接着が行なわれる、すなわち、剥離が最小となるように選択することが好ましい。良好な接着とならない場合には、参照電極50、対電極52、および作用電極54は、ある実施態様において厚膜蒸着工程に使用するスクリーンにより規定されるような、解放プリント領域48により好ましくは規定されず、好ましくない電気化学が生じる。
【００５０】
予備電気化学分析を用いて、以下の方法により様々な材料間の接着を評価してもよい。上述したように、電解質は、センサの参照電極50、対電極52、および作用電極54に付着せしめられている。作用電極と対電極の間の電位でセンサにバイアスが加えられ、一定の電圧で生成した電流出力水準をある期間に亘り観察する。電流出力の水準が実質的に不変で、実質的に変動のない場合には、隣接する層間の接着が良好であることが示される。剥離、特に誘電層40と解放プリント領域48が電極50、52、および54を形成する電導小片34、36、および／または38の間の剥離が生じた場合、このことは、電流出力水準におけるにせのピークおよび他の不連続により示される。典型的に、そのようなピークおよび／または不連続は、基線の不変状態の電流から鋭く任意に上昇する形態をとり、続いてこの電流は基線の電流よりもわずかに高い不変状態の電流まで次第に小さくなる。したがって、そのような方法によるセンサおよび電極の試験は、絶縁材料および電導材料の特定の組合せが十分な接着を示して電極、特に本発明の方法による小さな作用電極を形成するか否かを迅速に示す。一般的に、同様な線膨脹係数を有する隣接層として付着する材料を選択して、ある程度剥離を防いでもよい。
【００５１】
本発明の別の実施態様を図２の130 に示す。図２および全ての添付した図面において、いくつかの図に共通な本発明の要素は、共通の数字で示す。図２を参照する。それぞれ参照電極50および対電極52を形成する電導小片34および36の一部を露出するように、誘電層40を配するが、電導小片38は、基板32の第２の端部43で誘電対40により完全に覆われている。誘電層40には、作用電極154 を形成する電導小片38の区域を露出するように、少なくとも１つの小さな孔または開口部56が形成されている。
【００５２】
孔または開口部56は、様々な方法により形成することができる。ある方法によると、誘電層40にレーザを放射して孔または開口部56を形成する。レーザにより放射された放射線の波長を十分な程度誘電体40が吸収して、孔または開口部56を能率的に形成するように、レーザおよび誘電体を選択してもよい。レーザ放射線を最大限に吸収するよう誘電体を選択すると、孔または開口部が急速で能率的に焼失するので、孔または開口部56はレーザビームの断面積の形状と厳密に対応する形状を有することとなる。レーザにより放射された放射線の波長が高度に吸収されるように誘電体を配合するために、例えば、誘電体配合物中に顔料を導入してもよい。そのような顔料の導入は、センサ構成物に電気化学的効果または物理的効果を与えるかもしれない移動性の種に関する教示にしたがって行なうべきである。レーザ放射線が電導小片38により吸収され、重複する誘電層40が電導小片38により加熱されて孔または開口部56が形成される場合には、透明な誘電体を選択してもよい。したがって、その方法によると、レーザビームの断面積が知られているので、所定のサイズと形状を有する作用電極が形成できる。
【００５３】
この実施態様により形成された場合には、孔または開口部56は一般的には実質的に丸いけれども、必ずしも丸い必要はない。例えば、レーザビームが直角以外の角度で誘電層40に衝突するようにレーザの向きを変えてもよい。そのような場合、孔または開口部56は、引き伸ばされているかまたは楕円形となっていてもよい。さらに、レーザは照射中に静止している必要はないが、引き伸ばされているかまたは線状の孔を形成するように照射中に動かしてもよい。複数の孔または開口部を形成して、同様に複数の小さな作用電極を形成してもよい。好ましくは波長の特定の選択とレーザ焦点調節について共同に操作して、作用電極154 を形成する、所望のサイズと形状の孔または開口部56を製造してもよい。
【００５４】
図２を参照して、孔または開口部56の別の方法によると、針を用いて電導小片38の上の誘電体40に孔を開けている。ここに用いている「針」は、針、ドリルの刃先、超音波器具等のようないかなる装置も意味することが理解されよう。好ましい実施態様によると、約12ミクロンの先端半径を有する炭化タングステン針を用いる。ここに注記したように、非常に小さな作用電極154 を形成するために非常に小さな孔または開口部56を形成することが望ましい。しかしながら、下にある層を露出するために材料に孔を開ける針を用いると、露出する表面が変形することもある。特に、針が露出する材料の表面に接触するやいなや針をただちに引き抜かなければ、針の先端により材料に窪みが形成され、実質的に大きな表面積が露出される。特に、不正確に位置した製品に針で一連の孔または開口部を形成する場合には、そのような正確な針のコントロールは複雑なものとなる。
【００５５】
したがって、ある方法によると、電気回路と接続した針を用いる。その電気回路はまた接触パッド46を介して電導小片38と接触している。針が電導小片38と接触して、針、電導小片38、および電気回路（electric circuitry）を含む電気回路を閉じるまで、誘電体40は針により孔を開けられる。回路が閉じたときに、誘電体40から針をただちに引き抜く制御装置に信号が送られる。このようにして、孔または開口部56のサイズ、および電極154 の結果的なサイズは最小となりコントロールされる。使用する電気回路はいかなる従来のアナログまたはデジタル回路であってもよく、好ましくはコンピュータにより制御する。
【００５６】
好ましい実施態様によると、センサ130 はアシムテック社（カリフォルニア州、カールスバッド）から得られるようなＸ−Ｙ−Ｚテーブル上に搭載され、針が、電導小片38の直に上にある誘電体40に孔を開けるように配置されている。ある実実施態様によると、針アッセンブリが、重りを取り除くか加えることにより、針に加えられる下方への力について調節可能な重りボールスライド（weighted ball slide ）上に搭載される。針および電導小片38はコンピュータと接続された電気回路により連結され、針が電導小片38と接触するときに、コンピュータがボールスライドモータにただちに逆方向に動かす指令を送り、針がただちに引き抜かれる。針への制御された下方への力についての別の方法も本発明の範囲に含まれることが理解されよう。例えば、圧電制御装置上に針を搭載してもよく、そのような装置は典型的に、１ｍｍ以内に動作を制御することができる。当業者に知られた下方力のコントロールの他の変更例を同様に用いることもできる。
【００５７】
顕微電極業界における他の用途を含む様々な用途に設計した様々な種類の顕微電極を形成する方法も適応できる。例えば、いかなる電導材料も、電気絶縁材料でコーティングして、電気絶縁材料に孔または開口部を開けて電極を形成してもよい。針は、針が電気絶縁材料と接触していない第１の位置と、針が電気絶縁材料に孔を開け、電導材料に接触しており、その点で電気回路が閉じ針を引き抜く装置を作動させる信号を発生させる第２の位置の間で移動可能にしてもよい。
【００５８】
あるいは、針は、電導材料の表面に相対的な複数の位置の間で移動可能であってもよく、その位置のいくつかでは電気回路が針および電導材料と接触して、信号を発する。例えば、信号は特定の域の抵抗率水準のみで発せられ、このようにして、針の電導材料への貫通深さは、所望の貫通の深さで発せられる信号が針を引き抜く装置を作動させることにより、調節してもよい。このようにして、選択された特定の針によりある程度まで貫通される電導材料を選択すると、針が貫通することになり、生じた窪みはあらかじめ設定できる深さまで、電導材料の表面に形成し、事前に設定できる電極面積をさまざまに形成してもよい。このようにして、正確に制御された表面積を有する顕微電極を製造してもよい。電導材料への針の貫通深さのコントロールは、上述したように、針と電導材料を含む回路の抵抗率に基づいてもよく、または電気制御回路が重量ボールスライドにより針に力を加える時間に対して重量ボールスライドに加える重量の比率を調節することに基づいてもよい。
【００５９】
ニードルパンチ法によると、好ましくは孔の開く誘電体を選択する。すなわち、所定の軟化点を有する重合体誘電体を選択し、孔開け中に重合体誘電体を軟化するように、針またはセンサが搭載される場所、もしくはその両方を加熱することが好ましい。孔開け中に重合体誘電体を軟化するように、針またはセンサが搭載される場所、もしくはその両方が加熱される場合、隣接するセンサの層の剥離を引き起こすような過剰の熱が加えられないように注意すべきである。特に、誘電体と電導材料との間の剥離を引き起こさないように加熱を行なうべきである。
【００６０】
本発明のニードルパンチ法による誘電体40としての使用に適した材料は、様々な化合物、例えば、特にニードルパンチ工程中に、電導小片34、36、および38によく接着する重合体化合物を含む。適切な重合体は、アルキド樹脂族（不飽和ポリエステル樹脂）から選択され、無水フタル酸、無水マレイン酸、様々なグリコールを含み、追加で不飽和油を含んでもよい。誘電体形成のための他の適した重合体前駆体は、シロキサンコポリマーまたはシロキサン−イミドコポリマーである。好ましい材料は、エレクトロサイエンス研究所（ペンシルベニア州、キングオブプルシア）から部品番号ＥＳＬ240 ＳＢとして得られる。
【００６１】
ここに記載したニードルパンチ法によると、レーザ孔または開口部形成法の場合のように、複数の孔56を誘電体40に形成して、複数の作用電極154 を形成してもよく、様々な形状とサイズの孔または開口部56を形成してもよい。例えば、パンチング中に、誘電体40に対して直角以外の角度で針を傾けても、孔または開口部形成中に誘電層に対して移動させてもよい。したがって、楕円形、引き伸ばし、または線状の作用電極または電極154 を形成してもよい。
【００６２】
誘電層40の物理的分裂および、ある場合には、レーザ孔形成法とニードルパンチ孔形成法に固有の下にある電導小片38により、好ましくは、これらの方法による孔または開口部の形成後に、上述した電気化学剥離分析を行ってもよい。
【００６３】
ここで図３および４を参照して、電解質58、膜60、ガスケット66、およびカバー部材64を説明する本発明の実施態様を示す。図３は、追加の構成物を示す、図１の部分的なアッセンブリの線３−３による断面図であり、図４は、同様な追加の構成物を示す、図２の部分的なアッセンブリの線４−４による断面図である。具体的にいうと、好ましい実施態様において、参照電極50、対電極52、および作用電極54または154 の上には、電解質58が設けられている。電解質58は、電極領域の外側で電導小片34、36、および38と接触せずに、上述した電極と接触するように、いかなる方法により付着させてもよい。すなわち、図１に関しては、電解質は好ましくは、解放プリント領域48を完全に覆うが、基板の第１の端部41の方向の誘電層40により覆われる領域の外側には拡張しない。すなわち、電解質は、電極を形成するために選択的に露出された領域の外側では電導小片42、44、または46とは接触しない。
【００６４】
電解質58は好ましくは、水または水蒸気と接触したときに乾燥容量の２倍未満で膨潤するゲルまたは固体電解質からなる。より好ましくは、約５％から約25％までの、最も好ましくは約５％から約10％までの膨潤数（swell value ）を有し、イオン輸送を行なうが電子輸送は行なわない固体電解質を使用する。10％の膨潤数は、水または水蒸気と接触したときにさらに10％の乾燥容量だけ容量が増加することを示すことが理解されよう。
【００６５】
好ましい実施態様において、電解質58は、有機溶剤から付着されてもよく、固体状態で親水性であり、少なくとも３バーラーの酸素浸透率を有し、付着される表面、すなわち、誘電体40および電極50、52、および54または154 によく接着する固体の化学的または物理的架橋重合体である。電解質58はまた好ましくは、センサの操作中に生成されるいかなる反応生成物または化学種にも安定である。
【００６６】
バーラー（Barrer）は、単位時間当たりのガス流束（標準温度と圧力における）により定義されるガス浸透率の単位であり、材料の厚さにより乗じられ、材料の面積とその面積における材料と交差する圧力差により割られる。バーラーを式１により定義する。
【数１】
0003695660.tif 000002
【００６７】
バーラー単位の浸透率値は以下の方法により得られる。試験する膜を、第１の側で、空気中の酸素分圧と等しい酸素分圧を有する水を流して水に接触させ、第１の側とは反対の第２の側で、担体ガス、特に窒素を流して担体ガスと接触させるように配置する。水と担体ガスと接触した膜の第１と第２の側の面積は、同一寸法である。膜を通過する担体ガスは、電位差パラジウム酸素センサを用いて酸素含有量について分析する。時間、第１の側で水と、第２の側で担体ガスと接触した膜の面積、膜の厚さ、および膜を横切る酸素分圧差を関数とした酸素流束の測定値を用いて、式１によりバーラー単位の浸透率値を決定する。
【００６８】
好ましくは、電解質58は固体イオン輸送電解質、特にポロチック形態で陽イオンまたは陰イオン交換体であるか、または金属イオンと交換されているものである。そのような固体イオン輸送電解質は業界では公知であり、適切な実施例は、デュポン社により製造され、アルドリッヒケミカル社（ウィスコンシン州、ミルウォーキー）から得られる、ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ：登録商標）として販売されている材料を含む。好ましい実施態様において、リチウム交換ナフィオンが用いられるが、ナトリウム交換ナフィオンまたはポロチックナフィオンを用いてもよい。そのような交換ナフィオンの調製は、当業者によく知られている。本発明の電解質としての使用に適したあるナフィオン化合物は、上述した米国特許第4,536,274 号に記載されている。
【００６９】
一般的に、電解質58は、溶剤担体中のリチウム交換ナフィオンを電極に塗布し、溶剤を蒸発させることにより、電極領域を覆って形成される。ある期間に亘り生成した残留物を加熱して、硬化工程中の溶剤担体を完全に蒸発させることが好ましい。電解質は、当業者に公知のスピンキャスティングにより電極区域に付着させてもよい。スピンキャスィングを行なう装置は容易に得られる。
【００７０】
図３および４に示した好ましい実施態様において、電解質58の上でこれを完全に覆うように半浸透性膜60が設けられている。膜60は、電解質58と電極50、52、および54または154 とを、意図した作動に有害なこともある金属イオン、バッテリー金属、および液体の水のような種から保護するが、センサの作動に必要な水蒸気および酸素のような種を浸透させる目的にかなう。膜60は、センサの非消耗特性を高めるために、酸素が電極54または154 まで通過させるのを制限する目的にかなう。本発明への使用に適した膜は、約８バーラー未満、好ましくは約0.1 から約５バーラー、より好ましくは約0.2 から約３バーラーの酸素浸透率を有する。
【００７１】
その実施態様によると、膜60は、ナフィオンのウェットアップ（wetup ）が操作に必要なので、電解質としてナフィオンを使用する場合、膜60は好ましくは水蒸気に対して迅速に浸透性である。さらに、水蒸気で膜60を飽和させることにより、センサの安定化を行なう。したがって、膜60の水蒸気に対する迅速な浸透性は、この点でセンサが安定するまでの時間を減少させる。好ましくは、膜60は少なくとも３バーラーの水蒸気浸透率を有する。膜60は好ましくは、液体の水に対して不浸透性であり、結果としてイオンに対して不浸透性である。膜の一方側の対電極と膜の他方の側の塩水溶液中の別の電極との間で測定した、少なくとも12メグオームの、膜を横切るインピーダンスを有するように付着した膜が、この点で望ましい。膜の両端の正確なインピーダンスは本発明には重要ではなく、膜の両端のインピーダンスを、本発明への使用に適するかもしれない材料を評価するのに単に用いてもよいことが理解されよう。
【００７２】
本発明への使用に適した膜は望ましくは、固体電解質を、隣接したセンサ層に接着させる一方で、上述した値により膨潤させ収縮させる程度の柔軟性を有する。さらに、脆すぎる膜は下にあるセンサ層から剥離する。膜はまた望ましくは、望ましい顕微物理特性および化学特性を維持する一方で、以下に記載する本発明の好ましい実施態様により上に重ねられたガスケットからの圧力に耐える程十分な耐久性を有する。
【００７３】
ガラス転移温度は、本発明の好ましい実施態様による膜としての使用に適した材料に望ましい柔軟性の指針として機能させてもよい。膜インピーダンスについて、膜のガラス転移温度は本発明にとっては重要ではないが、好ましい膜を選択する評価方法として用いてもよい。膜の製造に使用する材料は、センサが通常作動する温度、すなわち、普通の血液検査分析技術による37℃の付近にガラス転移温度を有するべきではない。好ましくは、膜60は、約−40℃から約110 ℃の範囲であるが、センサの作動温度ではない範囲にガラス転移温度を有する材料から製造する。より好ましくは、膜60のガラス転移温度は、約−15℃から約85℃の範囲であるが、センサの作動温度ではない範囲の温度である。
【００７４】
ジュロメータ値は本発明の好ましい実施態様による膜として使用するのに適した材料に望ましい耐久性特性を示す。膜60の製造に選択した材料は、ガスケットのショアＡ硬度より高いショアＡ硬度、一般的に少なくとも約20、好ましくは少なくとも約50、そしてより好ましくは少なくとも約70を有するべきである。これらの値は、公知のＡＳＴＭ標準方法により測定する。
【００７５】
上述した本発明のセンサの他の構成物に関する場合のように、適切な膜材料の初期評価を電気化学研究に基づいて行なってもよい。
【００７６】
具体的にいえば、上述した実施態様により製造したセンサにおいて、作用電極および参照電極に、所定の電位でバイアスを加え、センサを水性溶液に露出して膜の水蒸気浸透率特性を決定する。膜は望ましくは、水蒸気を迅速に通過させ、安定状態の読取りに迅速に釣り合う電流出力となり、時間の関数として比較的安定したままとなる。
【００７７】
膜の酸素浸透率はまた、所定のｐＯ２  を有する溶液にそのようなセンサを露出し、上述したようにセンサを分極させて電流出力を測定する、上述した電気化学法により試験してもよい。比較的低く安定な出力電流は、上述した小さな作用電極と協力して、膜が作動して実質的に非酸素消耗センサが得られることを表す。
【００７８】
さらに、仮に膜を浸透するとすれば、電解質および／または電極に悪い影響を与えるかまたは電気化学的に酸化また還元されるであろう不純物を含有する溶液にセンサをさらすこともでき、その場合、疑似試験結果の読取り値を得るかまたはまったく読み取れないこととなる。したがって、センサをそのような溶液にさらし、そのさらしている最中あるいはその後のポーラログラムを測定することにより、膜の浸透性特性を決定することもできる。センサの電位寿命は、センサがそのような試験溶液に露出され、電位的にバイアスされるように貯蔵されている場合には、数日の期間および／または数か月の期間に亘りそのような電気化学試験を行なうことにより試験してもよい。上述したように、本発明の好ましい実施態様により、得られたいかなるポーラログラム、は好ましくは電気化学測定がなされる電位範囲において著しいピークを有さない。本発明の好ましい実施態様において、これは、有効寿命中に銀／塩化銀に対して約−0.800 ボルト＋／−0.300 ボルトである。
【００７９】
さらに重要な電気化学試験は、所定の時間に亘り所定のｐＯ２  を有する溶液にそのようなセンサを露出することにあり、センサは上述したように分極され、時間の関数として電流出力を観察する。望ましい膜酸素浸透率は、小さな作用電極を有するセンサにおいて、予測されるｐＯ２  と同じくらい低いｐＯ２  を有する試料にセンサをさらす場合、できるだけ低いが、ｐＯ２  が容認される誤差内で測定できるほど十分に高い電流出力を示すものである。実質的に長期のドリフトがない電流出力もまた望ましい。ここに用いている「長期のドリフトがない」とは、＋／−0.1 ℃までの安定な温度において、安定なｐＯ２  と一定の電圧で、24時間に亘り＋／−10％未満しか変動しない電流出力と定義する。
【００８０】
注記したように、膜60は望ましくは、水に不浸透性であり、水蒸気に浸透性であり、酸素に対して限定された浸透性を有する。したがって、膜は、膜に所望の物理特性を与えるような方法でポリマー鎖に相互作用させ、所望の極性度を有する全体的な膜組成物を提供するようなペンダント基を含有するように配合する。
【００８１】
一般的に、膜は、十分な極性度を有する基を十分な数で含有する場合、特に水素結合を行なう基を含有する場合に、水浸透性である。一般的に、膜は、十分な空げき率を有する場合、ガス浸透性である。架橋のポリマー鎖のような要素および／またはポリマー鎖を互いに固く結合させるポリマー鎖のペンダント基の存在により空げき率は減少する。ガス浸透率に関して、膜重合体の極性に対する特定のガス分子の極性が考えられる。高度の極性を有する基を多く有する重合体は一般的に、極性分子からなるガスに対してより浸透性である。
【００８２】
典型的に、膜60は、重合体内に適度な空げき容量を生じ、適度な極性を有する重合体を提供する相互鎖双極双極相互作用を得られるように、選択した１種類以上のペンダント側鎖を含有し、ある頻度で生じるコポリマーからなる。さらに、そのように選択すると、適度な柔軟性のような所望の全体の機械的特性を有する重合体が得られる。したがって、ペンダント側鎖は、非酸素消耗酸素センサを提供し、迅速に水蒸気輸送を行なうが、重合体が親水性のままで、したがってイオンに対して浸透性ではないほど低い水準に酸素浸透率を制限するほど十分に大きい極性を有するように選択される。これらの必要条件を満たし、二酸化炭素に対して不浸透性の膜を製造する重合体を用意するには、空げき容量を減少させ、したがってガス輸送を減少させる極性と、二酸化炭素分子に対して好ましい極性との間の釣合いが必要である。
【００８３】
本発明のある実施態様によると、膜60は、アルファ、ベータ−エチレン性（ethylenically ）の不飽和ニトリル、例えば、アクリロニトリルまたはメタクリロニトリルのような少なくとも１つのニトリル含有モノマーおよび少なくとも１つの共役ジエンモノマーの重合生成物からなるランダムまたはブロックコポリマーよりなる。アクリロニトリルは、好ましい実施態様によるニトリル含有モノマーとして使用するのに好ましい。使用してもよい共役ジエンの非限定実施例として、１、３−ブタジエン；イソプレン；２、３−ジメチル−１、３−ブタジエン；３−ブチル−１、３−オクタジエンおよび当業者に公知のジエン、並びにそれらの組合せが上げられるが、１、３−ブタジエンが好ましい。
【００８４】
ここに用いるような「重合生成物」は、アニオン重合、カチオン重合、フリーラジカル重合、配位重合等のような標準的な重合方法による生成物を意味する。
【００８５】
好ましくは、上述した重合生成物からなるランダムコポリマーを配合する。ここでは、ニトリル含有モノマーが、重合生成物の重量に基づいて、約５重量％から約80重量％、好ましくは約15重量％から約55重量％、より好ましくは約30重量％から約40重量％の量で加えられている。一般的にランダムコポリマーを選択して配合するが、ニトリル含有モノマーおよび共役ジエンモノマーの重合ブロックからなるブロックコポリマーを選択して配合してもよい。
【００８６】
適切な膜材料は望ましくは、架橋されていないか、またはある程度架橋されている場合には、所望のガラス転移温度および所望の酸素浸透率を保持するポリマー鎖からなる。
【００８７】
本発明のある実施態様による半浸透性膜の製造に使用するポリマーは、約５重量％から約80重量％、好ましくは約15重量％から約65重量％、より好ましくは約30重量％から約50重量％の量でアクリロニトリルを含有するランダムアクリロニトリル−ブタジエンコポリマーである。アクリロニトリルは、アイソタクチック、シンジオタクチック、またはアタクチックであってもよい。一般的に、アクリロニトリルはアタクチックである。ブタジエンは、様々な異性体純度（isometric purity）であってもよい。典型的に、ブタジエン基は異性体的に純粋ではなく、シスおよびトランス−モノマーの混合物であり、ペンダントビニル基を含む。ブタジエン基は飽和でも不飽和であってもよく、一般的には好ましい実施態様において実質的に不飽和である。
【００８８】
別の実施態様によると、膜60は、ハロゲン化ビニル、ハロゲン化ビニリデン、ニトリル含有モノマーと共重合した上述した２つの化合物のいずれか、または上述した化合物の組合せが、全体の膜組成物の重量に基づいて、約１重量％から約70重量％の量で、好ましくは約15重量％から約50重量％の量で、より好ましくは約30重量％から約40重量％の量で加えられる、上述したニトリル／共役ジエンコポリマーからなる。好ましくは、ポリ塩化ビニリデンが、ポリ塩化ビニリデン／アクリロニトリルコポリマーの重量に基づいて、約40重量％から約95重量％、好ましくは約60重量％から約90重量％、より好ましくは約80重量％の量で加えられる、ポリ塩化ビニリデンとアクリロニトリルのランダムコポリマー、もしくはアイソタクチック、シンジオタクチックまたはアタクチックのポリ塩化ビニルを選択し、加える。これらの種をニトリル／共役ジエンポリマーに添加すると、膜の酸素浸透率を低下させる効果があり、結果としてセンサの電流応答を標準化させる。さらに、これらの種を添加することは、典型的に、ニトリル／共役ジエンポリマー単体よりも耐久性が優れ、膜上に構成された試料チャンバ、すなわち、膜により一部が形成され、電極区域上で分析する試料に膜を露出するように構成した試料チャンバを有するセンサの製造に好ましい膜を提供する。さらに、これらの種を添加することにより、センサの寿命を延長させてもよい。したがって、ポリマーブレンドの組成物比を調節することにより、酸素浸透率および耐久性に関して、膜を適合させてもよい。
【００８９】
ポリ塩化ビニルおよび／またはポリ塩化ビニリデン／アクリロニトリルコポリマーを好ましくはニトリル／共役ジエンコポリマーに導入して、相互溶媒中の共溶媒法（cosolvation ）のような従来のブレンド技術、標準ブレンド工程等により混合またはブレンド重合体組成物を形成する。好ましい実施態様において、共溶媒法を用いる。
【００９０】
ポリ塩化ビニリデン／アクリロニトリルコポリマーのニトリル／共役ジエンコポリマーとの共溶媒法の利点の１つは、混合物中の２つのコポリマーの混和性、すなわち混合物の均質性が増大する。
【００９１】
別の実施態様によると、膜60は、アルファ、ベータ−エチレン性不飽和カルボン酸のエステルのポリマーまたはコポリマー、例えば、アルキルアクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルの群の一員から作られる。必要に応じて、コポリマー中には、酢酸ビニル、スチレン、ビニルトルエン、塩化ビニル、塩化ビニリデン、およびアルファ、ベータ−モノ−エチレン性不飽和酸またはアミン含有モノマーからなる群より選択される１つ以上のモノマーを含有してもよい。典型的に、膜60は、少なくとも１つのアクリレートモノマー、すなわち、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＯＲ２  ）を有するモノマーであり、Ｒ１  およびＲ２  はそれぞれ水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  は同一であっても異なってもよいモノマーの重合生成物からなる。水素、アルキル、アルケニル、アルキニル、シクロアルキル、アリール、アルカリル、アラルキル等のような炭化水素基を選択してもよい。ここで用いているような、「炭化水素」、「アルキル」、「シクロアルキル」および類似の炭化水素用語は、アルコールおよび水素を含むことを意味するが、水素および／またはアルコールの包含についての特定の記載を頻繁に行なう。そのような基の実施例は、メチル、プロペニル、エチニル、シクロヘキシル、フェニル、トリル、ベンジル、ヒドロキシルエチル等である。Ｒ１  は好ましくは、水素およびメチル、エチル等のような一般的な低級アルキル化合物を含む群より選択される。
【００９２】
Ｒ２  は、好ましくは１から24までの炭素原子、最も好ましくは１から18までの炭素原子を有するアルキル基；および好ましくは２から４までの炭素原子を有するアルケニル基；好ましくは１から８までの炭素原子を有し、必要に応じて窒素原子の位置において１つまたは好ましくは２つの、好ましくは１から４までの炭素原子を有するアルキル基で置換したアミノアルキル基；好ましくは１から４までの炭素原子を有し、置換基として五または六員複素環を有するアルキル基；好ましくは12までの炭素原子を有するアリールオキシアルキル基；好ましくは２から12までの炭素原子を有するアルコキシアルキル基；好ましくは７から12までの炭素原子を有するアリールオキシアルキル基；好ましくは10までの炭素原子を有するアラルキル基；またはエステルの重合を妨害しない置換基を有する同様なアルキルまたはアラルキル基である。
【００９３】
すなわち、膜60に好ましく使用するホモポリマーおよびコポリマーは、アクリル酸の（Ｃ１  −Ｃ２４）アルキルエステル、好ましくは（Ｃ１  −Ｃ４  ）アルキルアクリル酸エステル、アクリル酸のジ（Ｃ１  −Ｃ４  ）アルキルアミノ（Ｃ２  −Ｃ４  ）アルキルエステル、アクリル酸の（Ｃ１  −Ｃ８  ）アルコキシアルキルエステル、アクリル酸の（Ｃ６  −Ｃ１０）アリールオキシアルキルエステル、アクリル酸の（Ｃ７  −Ｃ１０）アラルコキシアルキルエステル、およびアクリル酸の（Ｃ７  −Ｃ１０）アラルキルエステルを含む群より選択されたエステルを含んでもよい。本発明のコポリマーは、例えば、ポリマーが少なくとも２つの（Ｃ１  −Ｃ２４）アルキルアクリル酸エステルのコポリマーである場合、１つ以上のモノマーを所定の群より選択するポリマーを含む。本発明の他のコポリマーは、少なくとも１つの（Ｃ１  −Ｃ２４）アルキルアクリル酸エステルおよび少なくとも１つの他の共重合性エチレン性不飽和モノマーのコポリマーのようなアクリル酸エステルであってもなくてもよいモノマーからなる。この共重合性モノマーは、アクリロニトリルまたはアクリル酸ジメチルアミノエチルであってもよく、好ましくはアクリル酸アルキルはアクリル酸（Ｃ１  −Ｃ４  ）アルキルである。
【００９４】
式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＯＲ２  ）により包含されるエステルには、アルキル基が、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、イソプロピルおよびシクロプロピル、アクリル酸イソブチル、ｔ−ブチル、ｎ−ブチルおよびシクロブチル、アクリル酸ペンチルおよびシクロペンチル、アクリル酸ヘキシルおよびシクロヘキシル、アクリル酸ヘプチルおよびシクロヘプチル、２−エチルヘキシルアクリル酸エステルを含むアクリル酸オクチル、アクリル酸ノニル、アクリル酸デシル、アクリル酸ウンデシル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸ミリスチル、アクリル酸セチル、アクリル酸ステアリル等のような枝別れ、または直鎖状、環式または非環式空間形状を有する、不飽和アクリル酸アルキル；アクリル酸フェニルエチル、アクリル酸フェニルプロピル等のようなアクリル酸アラルキル；アリール基が、アルキル基、ハロゲン原子、アルコキシ基、ニトロ基、または重合反応を妨害しない同様の置換基で置換された、アクリル酸アラルキル；アクリル酸アリール等のようなアクリル酸アルケニル；アクリル酸ジメチルアミノエチル、アクリル酸フェニルアミノエチル、アクリル酸ｔ−ブチルアミノエチル、アクリル酸ジメチルアミノブチル、アクリル酸ジエチルアミノエチル等のようなアクリル酸アミノアルキル；アクリル酸モルホリノアルキル、アクリル酸オキサゾリジニルアルキル、アクリル酸ピペリジノドアルキル、アクリル酸ジオキソラニルアルキル、すなわち、アクリル酸グリセリルのケタールおよびアセタール等のような、アルキル基の置換基として複素環基を有するアクリル酸アルキル；アクリル酸ケトイミノアルキルおよびアクリル酸アルドイミノアルキルのようなアクリル酸イミノアルキル；アクリル酸メトキシエチル、アクリル酸エトキシエチル、アクリル酸ブトキシエチル、アクリル酸ヘキシルオキシプロピル、アクリル酸エトキシプロピル、アクリル酸プロポキシブチル、アクリル酸ヘキシルオキシヘキシル、アクリル酸フェノキシエチル、アクリル酸ベンゾイルオキシエチル等のようなアクリル酸アルコキシアルキル、アリールオキシアルキル、およびアラルコキシアルキル；およびアクリル酸アリルオキシエチル、アクリル酸アリルオキシエトキシエチル、アクリル酸アリルオキシプロピル等のようなアクリル酸アリルオキシアルキルがある。１、４−ブタンジオールおよびアクリル酸のジエステルのようなジオールのビスアクリル酸エステルを用いることもできる。これらのエステルの重合を妨害する置換基を含有しない他のアクリル酸エステルもまた適している。
【００９５】
Ｒ２  は好ましくは、１から20までの炭素原子の鎖状、枝別れおよび環状炭化水素およびアルコールから選択される。Ｒ１  およびＲ２  は、それぞれ個々にまたは両方とも、非置換炭化水素の代わりに置換された基からなり、ヘテロ原子からなるものであってもよい。好ましくは、いなかる置換基も非反応基となる。
【００９６】
膜60の製造に適したポリマー混合物の好ましい級は、少なくとも１つの追加のモノマーと重合される少なくとも１つのアクリレートモノマーの上述したポリマーまたはコポリマーを含む。１つ以上のアクリレートと重合され、重合生成物を形成する、適切な追加のモノマーの非制限リストは、少なくとも１つのニトリル含有モノマー；Ｒ１  、Ｒ２  、およびＲ３  は、水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より各々選択され、Ｒ１  、Ｒ２  、およびＲ３  は同一であっても異なっていてもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＮＲ２  Ｒ３  ）を有する少なくとも１つのモノマーの重合生成物、；およびＲ１  、およびＲ２  は、水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より各々選択され、Ｒ１  、およびＲ２  は同一であっても異なっていてもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＯＣＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマーの重合生成物を含む。
【００９７】
膜60の配合に適したポリマー混合物のある好ましい級によると、Ｒ１  が水素および低級アルキル基からなる群より選択され、Ｒ２  は１から20までの炭素原子の鎖状、枝別れおよび環状炭化水素およびアルコールからなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  は同一でも異なっていてもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマーの重合生成物を、膜の重量に基づいて、約20重量％から約80重量％、好ましくは約40重量％から約60重量％の量で含む混合物を選択する。また、約15重量％から約80重量％、好ましくは約20重量％から約30重量％の量で存在する少なくとも１つのニトリル含有モノマーの重合生成物、およびＲ１  およびＲ２  は、水素、低級アルキル基および低級アルコールからなる群より各々選択され、Ｒ１  およびＲ２  は同一であっても異なっていてもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＯＣＯＲ２  ）を有するモノマー、またはＲ１  、Ｒ２  、およびＲ３  は、水素および低級アルキル基からなる群より各々選択され、Ｒ１  、Ｒ２  、およびＲ３  は同一であっても異なっていてもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＮＲ２  Ｒ３  ）を有するモノマーのいずれかの重合生成物を含む。後者の２つのモノマーの組合せを加えてもよく、好ましい実施態様においては、モノマーは、Ｒ１  およびＲ２  は、水素、低級アルキル基および低級アルコールからなる群より各々選択され、Ｒ１  およびＲ２  は同一であっても異なっていてもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＯＣＯＲ２  ）を有し、約15重量％から約30重量％の量で存在する。
【００９８】
本発明の実施態様による膜コポリマー組成物を形成する重合に適したモノマーの特定の実施例としては、限定するものではないが、アクリロニトリル、メタクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ドデシル、酢酸ビニル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸２−ヒドロキシプロピル、およびアクリルアミドが挙げられる。
【００９９】
上述した成分のランダムコポリマーを配合してもよく、または上述したモノマーの、約10,000から約100,000 までの分子量を有するブロックからなるブロックコポリマーを配合してもよい。好ましくは、膜は上述したモノマーのランダムコポリマーから配合される。コポリマーは架橋していてもよいが、好ましくは架橋していないか、または適切な空げき容量および柔軟性を維持するように限定された度合いで架橋されている。
【０１００】
本発明のポリマー膜組成物は、アニオン重合またはフリーラジカル重合等のようないかなる都合のよい重合方法により製造してもよい。
【０１０１】
別の実施態様によると、膜60はポリイミド化合物からなり、その化合物はホモポリイミド、またはイミド官能性および他の基からなるコポリマーであってもよい。好ましくは、この実施態様によると、膜60は、核においてアルキルにより置換される芳香族、および塩形状であってもよいスルホン酸基を運搬する芳香族ジアミンの芳香族ポリイミド、および芳香族テトラカルボン酸からなる。好ましい実施態様において、膜60は、芳香族テトラカルボン酸およびトリカルボン酸または芳香族トリカルボン酸の芳香族コポリイミド、および第１の芳香族ジアミンと塩形状の…ＳＯ３  Ｈ…基を運搬する第２の芳香族ジアミンからなり、第１および／または第２のジアミンは、両者ともオルト位置で少なくとも１つのアミノ基に置換されたＣ１  −Ｃ４  アルキルである。そのような材料は、ここに参照文献として包含する、米国特許第5,145,940 号に記載されている。
【０１０２】
さらに別の実施態様によると、膜60は、ポリアミド、コポリアミドまたはコポリイミド−アミド化合物、好ましくは芳香族コポリアミドおよびいずれか１つがスルホン酸基を含有する２つの芳香族ジアミンのコポリイミド−アミドからなる。そのような化合物は、ここに参照文献として包含する、ヨーロッパ特許出願EP-A-0473541号に記載されている。
【０１０３】
この実施態様によると、膜60は好ましくは、(a) ８から20までの炭素原子の少なくとも１つの芳香族ジカルボン酸ラジカル、および／または(b) ９から20までの炭素原子の少なくとも１つの３価芳香族トリカルボン酸ラジカルであって、それぞれが非置換またはハロゲン、ニトロ、Ｃ１  −Ｃ４  アルキルまたはＣ１  −Ｃ４  アルコキシで置換されているラジカル、(c) 少なくとも１つの第１の２価および／または３価の単核または二核芳香族ジアミンラジカルおよび(d) 少なくとも１つの−ＳＯ３  Ｍ基を含有する、少なくとも１つの第２の２価および／または３価の芳香族単核または二核ジアミンラジカルであって、それぞれが非置換またはハロゲンまたはＣ１  −Ｃ４  アルキルにより置換され、ＭがＨ＋  、モノト（monoto）３価金属陽イオン、ＮＨ４＋または１から30までの炭素原子の有機アンモニウム陽イオンであるラジカルのコポリアミドまたはコポリイミド−アミドからなる。膜60が−ＳＯ３  Ｍ基を含有するコポリアミドまたはコポリイミド−アミドからなる場合には、そのような基は望ましくは、膜を水浸透性、したがってイオン浸透性にしない程度までで存在する。
【０１０４】
アンモニウム陽イオンとしてのＳＯ３  Ｍ基中のＭは、ＮＨ４＋、または好ましくは１から24までの炭素原子、最も好ましくは１から16までの炭素原子を含有する第１、第２または第３解放鎖アミン（open-chain amine）のアンモニウム陽イオン、または好ましくは４から12までの炭素原子を含有する単環または二環第２または三環第３アミンのアンモニウム陽イオンであってもよい。
【０１０５】
金属陽イオンとしてのＭは、センサ30の構成物に導入するのが好ましくない種に関する教示により選択される。すなわち、膜中に存在する移動性バッテリー金属は望ましくない。この点に関して、金属陽イオンとしてのＭは望ましくは、主要基および副基（subgroup）の金属の、遷移金属のおよび貴金属の一価から三価の陽イオンである。一価または二価の陽イオンが好ましい。
【０１０６】
本発明の好ましい実施態様において、Ｍは、Ｈ＋  、ＮＨ４＋、アルカリ金属陽イオンまたは１から24までの炭素原子の第１、第２、第３または第４アンモニウム陽イオンである。
【０１０７】
コポリアミドまたはコポリイミド−アミドは好ましくは、前記ジアミンラジカルに基づいて、60から95モル％の、最も好ましくは75から95モル％のジアミンラジカル(c) および５から40モル％の、最も好ましくは５から15モル％のジアミンラジカル(d) を含有する。コポリアミド、コポリアミド−イミドまたはコポリマーのインヘイレント粘度は、0.2 から3.0 ｄｌ／ｇ、好ましくは0.3 から2.0 ｄｌ／ｇ、最も好ましくは0.3 から1.2 ｄｌ／ｇである。
【０１０８】
ここで図３−５を参照しながら、試料チャンバ62がセンサ30または130 の端部43の電極領域の上に設けられた、本発明の好ましい実施態様を説明する。チャンバ62は、カバー部材64の実質的に全体に窪んだ領域により形成され、その周囲はシール67でガスケット66に対してしっかりと保持され、このガスケット66は、次にシール69で誘電層60に対してしっかりと保持されている。したがって、試料チャンバ62は、誘電層60、ガスケット66およびカバー部材64により形成されている。入口および出口通路として機能する、少なくとも１つの通路68、好ましくは２つの通路68および70がカバー部材64に形成され、血液のような液体試料がセンサの試料チャンバ62に出入りする。説明した実施態様において、通路68および70は、カバー部材64を貫通している。しかしながら、通路は、液体試料が試料チャンバ62に到達するように通過できる通路を与えるいかなる方法により形成してもよい。例えば、通路は、ガスケット66とカバー部材64の間、誘電体60とガスケット66の間等のガスケット66中に形成できる。
【０１０９】
カバー部材64は、分析中に試料チャンバ62に入り込む試料と非反応性であるいかなる材料、例えば、ガラス、セラミック、ステンレススチール、またはプラスチックから製造してもよい。好ましくは、カバー部材64の形成にはプラスチックを用いる。
【０１１０】
ガスケット66は好ましくは、カバー部材64と誘電層60の間にしっかりと保持されたときに、通常のセンサ操作の元で少なくとも２日間に亘り試験が行なわれるように、液体とガスの通過が実質的に閉ざされる試料チャンバ62の周りのシールを形成する材料から配合する。ここで用いている「通常のセンサ操作」とは、センサが、電流応答を測定するために37℃で連続的に分極されながら、１日に少なくとも10の血液試料および／またはキャリブレータ、品質対照溶液、対照、技能試験溶液、校正変更材料等に露出する操作、またはセンサを、血液擬態生理食塩水溶液に露出し、上述したように連続的に電位測定で分極する操作を称する。さらに、通常のセンサの操作は、実施例58に記載する試験プロトコルにより定義してもよい。本発明によるセンサの実際の使用において、センサは連続的な電位測定では分極されない。したがって、「通常のセンサの操作」は形成の寿命または耐久性測定もしくはその両方を意味するものと考える。ここで使用している「血液」という用語は、血液凝固阻止薬、血漿、血清または他の血液溶液または懸濁液を含有する全血を意味する。
【０１１１】
一般的に、ガスケット66は、応力が加えられたときにクリープ（creep ）も流動もせず、膜60への損傷が最小または減少するような低デュロメータレイティング（low durometer rating）を有し、ガス不浸透性であり、わずかに吸湿性でありしたがって水を含有する溶液の存在下でわずかに膨潤して効率よいシール67および69を形成する耐久性有機ポリマーから配合する。
【０１１２】
好ましくは、ガスケット66の製造に使用する材料は、10から100 までのショアＡ硬度、好ましくは約40から約70までのショアＡ硬度、および最も好ましくは約45から約55までのショアＡ硬度を有する。
【０１１３】
ガスケット66は望ましくは、ガス不浸透性にするサブミクロ特性（sub-microscopic property）を有し、したがって好ましくは十分な程度の不飽和炭素−炭素結合を有する前駆体から配合され、硬化されたときに十分高度に架橋したポリマー化合物を形成するか、またはその程度の架橋を達成する他の手段を有する。具体的には、ガスケット66が作られる材料は、約20バーラー未満、好ましくは約５バーラー未満、最も好ましくは約0.5 バーラー未満の酸素浸透性を有する。
【０１１４】
ガスケット66は一般的に有機ポリマーであるので、半浸透性膜60中に浸入するかもしれない可塑剤のようないかなる移動性の抽出可能材料を相当な量では含有しないように製造する。そのような抽出可能物質の浸入は、膜のミクロ物理特性に影響することがあり、膜の上述した利点の浸透性特性を不利に変更し得る。このことは、例えば、数日または数か月の長期間の使用に設計したセンサおよび少量の試験試料容量について作動するセンサについての特に顕著な検討事項である。さらに、上述した他のセンサ構成物の場合のように、ガスケット66の形成に選択した材料は、チャンバ62内の試料中に浸入して、電気化学測定に影響を与える、および／またはセンサ構成物を破壊する、いかなる種も含まないことが重要である。ガスケット66の形成に使用する材料は好ましくは、電気化学応答が、長期のセンサ使用に亘り、特に通常のセンサ操作による少なくとも２日間に亘り影響されないように、移動性遷移金属および主要群金属、特に鉄、コバルト、ニッケル、鉛、銅のようなバッテリー金属、抽出可能物、および好ましい電極材料に有害なスルフィドのような種を実質的に含まない。
【０１１５】
ガスケット66は一般的に高度に架橋したエラストマー化合物から形成される。上述した純度と物理的必要条件の全てを満たすいかなるエラストマー材料を用いてもよい。この材料の好ましい実施態様は、エポキシ化合物およびコポリマー中に不飽和部位を与える少量の別のモノマーからなる。第２のモノマーは、硬化により約0.1 から約20％が架橋する量で加えてもよい（１％の架橋は、平均で、鎖中の100 のモノマー当たり１つのモノマーが、エラストマーと架橋することを示す）。より好ましい架橋の度合いは、約１から約15％までであり、最適性能は、約６から約14％が架橋した材料に得られる。
【０１１６】
エポキシ化合物がエピクロロヒドリンからなり、第２のモノマーがアリルグリシジルエーテルである場合に、より好ましい実施態様が達成される。第２のモノマーにより得られる不飽和部位により、材料が架橋して、都合のよいフリーラジカル機構を用いて、例えば過酸化物によりエラストマーが形成される。
【０１１７】
水性または血液ベースの溶液中で適量に膨潤させるため、第３のモノマーをプレポリマー混合物に加えてもよい。適切なモノマーの実施例としては、アリルアルコール、クロチルアルコール、メチルビニルカルビノール、シンナミルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、１、３−プロパンジオール、グリセロール、ペンタエリトリット、アクリルアミド、アクリル酸モノマー等が挙げられる。
【０１１８】
さらに、プレポリマーに加工助剤を添加する必要があるかもしれない。加工助剤としては、アルカリステアレート、アルカリ酸化物等が挙げられる。
【０１１９】
硬化剤の一部のリストとしては、２、５−ビス（ｔ−ブチルペルオキシ）−２、５−ジメチルヘキサン、ジクミル過酸化物、ジ−第３−ブチル過酸化物、およびジラウレート過酸化物が挙げられる。180 ℃より低い温度でフリーラジカルを生成し、プレポリマー中で分散できるいかなる過酸化物硬化剤も、硬化剤として用いてもよい。
【０１２０】
硬化中に架橋を促進させるために、多官能モノマーを用いてもよい。このモノマーは、プレポリマー中の不飽和部位と類似して、これらの部位と容易に反応すべきである。実施例としては、２−エチル−２−ヒドロキシメチル−１、３−プロパンジオールトリメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、１、４−ブタンジオールジアクリレート、ジビニルベンゼン、グリセリルプロポキシトリアクリレート、およびジペンタエリトリットモノヒドロキシペンタアクリレートが挙げられる。好ましいモノマーは、２−エチル−２−ヒドロキシメチル−１、３−プロパンジオールトリメタクリレートである。
【０１２１】
この多官能モノマーは、プレポリマー中の不飽和部位と等量で加えるべきである。この場合の等量とは、プレポリマー中の反応基の数と多官能モノマー中の反応基の数が同一であることを意味する。例えば、多官能モノマーが３官能価である場合には、プレポリマー中の３つの不飽和部位毎にこれらのモノマーの１つが対応すべきである。
【０１２２】
ガスケット材料としての使用に好ましい特定のエポキシ重合生成物としては：約2,000 から約1,000,000 までの分子量を有するエピクロロヒドリンホモポリマーと、ゼオン化学社（イリノイ州、コリンメドウ）から商標グレコン１１００として得られるアルキルグリシジルエーテル（アルキルグリシジルエーテルに対するエピクロロヒドリンホモポリマーの比率が約0.5 重量％から約20重量％）；スタートマー社（ペンシルベニア州、エクストン）からカタログ番号ＳＲ−３５０として得られる２−エチル−２−ヒドロキシメチル−１、３−プロパンジオールトリメタクリレート；ステアリン酸カリウム；酸化カルシウム；Ｒ．Ｔ．ファンダービルト（コネチカット州、ノルウォーク）から商標バロックスＤＢＰＨ−５０として得られる２、５−ビス（ｔ−ブチルペルオキシ）−２、５−ジメチルヘキサンとの重合生成物が挙げられる。
【０１２３】
本発明によると、非常に大きなチャンバを含む、いかなるサイズの試料チャンバ62を製造してもよい。大きな試料チャンバを製造することが、ある環境においては有利である。しかしながら、上述したように、血液の電気化学分析の分野においては、非常に少量の血液についてできるだけ多くの分析を行なうことが通常望ましい。したがって、本発明の好ましい実施態様によると、できるだけ小さな試料チャンバ62を有するセンサ30または130 を製造することが望ましい。本発明の新しい材料および方法を用いると、そのセンサが数日または数か月の期間に亘り効果的に用いられるような、10ｍｌ未満、好ましくは約0.8 から約３ｍｌ、より好ましくは約１から約２ｍｌの容量を有する試料チャンバを製造できる。
【０１２４】
センサ30または130 を構成する様々な形状の構成物は、公知の厚膜および薄膜技術を用いて製造してもよい。ここに参照文献として包含する米国特許第4,571,292 号は、ある環境において有利な様々な電極形状を開示している。当業者により容易に製造できるこれらの参照文献による様々な形状および他の形状は、本発明の範囲に含まれる。
【０１２５】
このことを考慮にいれ、図１−５を参照して、本発明の好ましい実施態様により製造したセンサの非限定の好ましい寸法設計を以下に示す。
【０１２６】
基板32はいかなる形状とサイズであってもよい。本発明のある特定の好ましい実施態様によると、基板32は、長さ約0.5 から約２ｃｍ、好ましくは長さ約1.2 ｃｍであり、幅約0.2 から約１ｃｍ、好ましくは幅約0.5 ｃｍである。別の特定の実施態様によると、基板32は、長さ約3.5 から約７ｃｍ、好ましくは長さ約5.0 ｃｍであり、幅約1.5 から約3.5 ｃｍ、好ましくは幅約2.5 ｃｍである。基板32は、厚さ約0.1 から約0.5 ｍｍ、好ましくは厚さ約0.25ｍｍである。電導小片34、36、および38は各々、厚さ約0.002 から約0.04ｍｍ、好ましくは厚さ約0.013 ｍｍで配されている。センサの電導小片34、36、および38は、幅約0.5 から約3.0 ｍｍ、好ましくは幅約1.25ｍｍである。センサの端部43での電導小片38は、幅約0.02から約0.4 ｍｍ、好ましくは幅0.10ｍｍである。
【０１２７】
誘電層40は、厚さ約0.004 から約0.005 ｍｍ、好ましくは厚さ約0.019 ｍｍで好ましくは配されている。厚さの値は、焼成または硬化後に測定する。誘電層40は、図１−４に図示した実施態様において電導小片34および36の端と接しているが、その必要はない。誘電層40により形成された解放プリント領域48は好ましくは、約0.02から約0.4 ｍｍ、好ましくは約0.10ｍｍの幅を有するギャップ49を含む。
【０１２８】
したがって、図１に図示した実施態様によると、参照電極50および対電極52の露出表面積は、それぞれ約1.6 ｍｍ２  であり、作用電極54は、約0.01ｍｍ２  の表面積を有する。これらの露出した表面積の寸法設計には、配置した電極の厚さにより形成される、電極の端による表面積を考慮に入れない。そのような端の寸法は、全体の電極面積に対して極わずかである。しかしながら、露出表面積の設計は、おおよそのものである。
【０１２９】
レーザまたは針を用いて、誘電層40に孔または開口部56を形成して作用電極154 を形成した、図２および４に図示した実施態様によると、0.5 ｍｍの直径を有する孔または開口部56を形成しており、一般的に直径約100 ｍｍまでのいかなるサイズの孔または開口部56が形成される。一般的に、孔または開口部56は、約３ｍｍの直径を有する。したがって、作用電極154 の表面積は約２×10−１３  から約８×10−９ｍｍ２  となる。
【０１３０】
ポリマー電解質58は一般的に、厚さ約0.001 ｍｍから約0.050 ｍｍ、好ましくは厚さ約0.005 ｍｍから約0.010 ｍｍで電極および誘電体を覆ってスピンキャスト（spin-cast ）される。スピンキャスト工程中、誘電体40により覆われていない電導小片34、36、および38、および接触パッド42、44、および46の領域はマスキングしておく。別の方法によると、ポリマー電解質58は、上述したようなＸ−Ｙ−Ｚテーブルから滴状方法により配して、配置を制御してもよい。
【０１３１】
したがって、カバー部材60は、厚さ約0.005 ｍｍから約0.050 ｍｍ、好ましくは厚さ約0.010 から約0.020 ｍｍでスピンキャストにより配される。ポリマー電解質58の場合と同様に、カバー部材60はＸ−Ｙ−Ｚテーブルから滴状方法により配してもよい。ガスケット66およびカバー部材64の寸法は、試料チャンバ62が、幅約１から約2.0 ｍｍ、好ましくは幅約３から約４ｍｍ、高さ約0.3 から約2.0 ｍｍ、好ましくは高さ約0.6 から約0.9 ｍｍとなるように形成される。上述したように、チャンバ62は、好ましくは約１から約２ｍｌの容量を有する。
【０１３２】
以下の実施例において、無線周波数信号干渉が観察された場合、ファラデー遮蔽を用いる。全ての液体試料は、生理温度である37℃周辺の一定温度に保持した。
【０１３３】
以下の実施例は、本発明の利益を説明することを意図したものであり、本発明の範囲を完全に例示したものではない。例えば、厚膜技術は排他的に例示するが、薄膜技術を選択してもよいことが理解されよう；三極センサを排他的に例示するが、二極センサを製造してもよい。本発明の多くの特徴、例えば、新しい膜およびガスケット組成物、およびチャンバ構造並びに作用電極形成は、プレーナ固体酸素センサの使用に限定されない。さらに、上述したように、本発明の電極および電導小片の特定の形状および配置は、おおきく変更してもよく、そのような変更は本発明の範囲に含まれる。本発明の構成物を非プレーナセンサおよび／または液体電解質を有するセンサに使用することは、様々な分析物を検出するために構成したセンサに使用することと同様に有利である。ここに記載した膜、ガスケット、およびチャンバの非センサへの使用、および／または電極形成はまた、本発明の範囲内にある。これらと他の変更ならびに同等物は、本発明の範囲に含まれることが理解されよう。
【０１３４】
実施例１
ここで図１−５を参照する。クアーズセラミック社（コロラド州、グランドジャンクション）から得られる、2.5 ｃｍ×５ｃｍの、約96％のアルミナおよび約４％のガラス結合剤からなる電気非電導基板32上に、基板32と電導金属小片42、44、および46とを有するプレーナ酸素センサの部分的なアッセンブリを本発明の方法により製造した。厚膜技術を用いて、メテック社（ペンシルベニア州、エルバーソン）からパーツ番号３５７１として得られるエマルジョン銀ペーストを0.01ｍｍの厚さで基板にシルクスクリーンすることにより電導小片34を形成した。直径1.1 ミルのＳＳワイヤから作成した325 メッシュスクリーンを用いた。続いて、メテック社からパーツ番号ＰＣ１０２９９として得られるエマルジョン銀／塩化銀ペーストを、0.4 ミルの厚さで、センサ30の端部43で電導小片34の一部を上にシルクスクリーンして、参照電極50を形成する解放プリント領域48により露出される電導小片34の区域と少なくとも同じ大きさの、好ましくはそれより大きな電導小片34の区域を覆った。上述したスクリーンと同様のスクリーンを用いた。目的を明確にするために、図３および４において、銀／塩化銀電極としてこの実施例について製造した参照電極50は、単一金属層として図示する。この実施例と続いての実施例において、ファストファイヤー（マサチューセッツ州、ビレリカ）から得られる３つの乾燥ゾーンを有するＢＴＵ７ゾーンベルト炉を、ペーストの焼成に用いた。以下に記載するピーク条件にしたがって上昇する、製造者の推薦した条件により、焼成を行なった。電導小片34は、10分間に亘り850 ℃で焼成した。続いて、ジョンソン−マットヘイ（ニュージャージー州、ウエストデプトフォード）からパーツ番号ＪＭ１３０１として得られる金ペーストを、基板32上にシルクスクリーンして、電導小片36を形成した。同一のエマルジョンおよびスクリーニング技術を用いた。ペーストを10分間に亘り850 ℃で焼成した。上述したような、メテック社からパーツ番号ＰＣ１０２０８として得られるエマルジョン高純度白金ペーストを0.2 ミルの厚さで基板32上にシルクスクリーンして、電導小片38を形成した。直径0.9 ミルのＳＳワイヤから作成した400 メッシュスクリーンを用いた。ペーストを13分間に亘り870 ℃で焼成した。
【０１３５】
基板32は0.25ｍｍ厚であった。基板32の端部43で幅1.25ｍｍ、厚さ0.014 ｍｍとなるように、電導小片34および36を基板32上に配した。基板32の端部43で幅0.1 ｍｍとなるように、電導小片38を配した。基板32の端部41では、電導小片34、36、および38が接触パッド42、44、および46をそれぞれ形成する場合には、これらの小片は、0.25ｃｍ幅となるように配した。この実施例と続いての実施例に示した寸法は、焼成後のものであり、おおよその値である。
【０１３６】
実施例２
基板32と、電導金属小片42、44、および46とを有するプレーナ酸素センサ30の部分的なアッセンブリは、以下の例外を除いて、実施例１にしたがって製造した。基板32は、長さ約11ｍｍ、幅約4.5 ｍｍであった。接触パッド42、44、および46は各々約0.5 ｍｍ幅であった。接触パッド42、44、および46は各々金から製造され、電極を有する接触パッドと連結している電導小片34、36、および38の一部は金から製造した。
【０１３７】
実施例３
ここで特に図１および３を参照する。実施例１および２にしたがって製造したセンサ各々の部分的なアッセンブリ上に、デュポン社からパーツ番号９６１５として得られるセラミック誘電体40を、センサ30の端部43の大部分を覆う0.6 ミルのエマルジョンとしてシルクスクリーンした。直径1.1 ミルのＳＳワイヤから作成した325 メッシュスクリーンを用いた。解放プリント領域48が覆われないような方法でシルクスクリーンを行ない、1.25ｍｍ×1.25ｍｍの電導小片34および36の区域、0.1 ｍｍ×0.1 ｍｍの電導小片38の区域、および電導小片の露出区域の間の区域を露出させた。したがって、解放プリント領域48は、電導小片34、36、および38の一部を露出させ、参照電極50、対電極52および作用電極54を形成する。製造者の推薦にしたがって、誘電体40を750 ℃に上昇させて８分間保持し、約0.019 ｍｍの厚さを得た。解放プリント領域48から広がった、誘電層40により覆われたセンサの区域は、本発明にとっては重大ではない。以下に記載するように、その区域は、解放プリント領域48から離れて、いかなる電解質によってもアドレスされない地点まで電導小片34、36、および38を覆って広がっていればよい。
【０１３８】
実施例４
ここで特に図２および４を参照する。実施例１および２にしたがって製造したセンサ各々の部分的なアッセンブリ上に、センサ30の端部43でセンサ領域の電導小片38を完全に覆うように、エレクトロサイエンスラボラトリー（ペンシルベニア州、キングオブプルシア）からパーツ番号ＥＳＬ２４０ＳＢとして得られる、ポリマー誘電体40、特に無水フタル酸、無水マレイン酸、グリコールおよび不飽和油を含有する不飽和ポリエステル樹脂を配したことを除いて、実施例３にしたがってセンサ130 を製造した。直径1.1 ミルのＳＳワイヤから作成した325 メッシュスクリーンを用いた。ポリマー誘電体40は、デスパッチ社（ミネソタ州、ミネアポリス）から得られる硬化オーブン中で２時間に亘り200 ℃で硬化させた。硬化後に約0.021 ｍｍの厚さとなるように、誘電体40を配した。その後、センサ130 を、アシムテック社（カリフォルニア州、カールスバッド）からモデルＡＵＴＯＭＯＶＥ３０２／２０１として得られるＸ−Ｙ−Ｚテーブル上に配した。センサ130 の端部43での電導小片38が、針、特にスモールプリシジョントゥールス（カルフォルニア州、ペタルマ）から得られるパーツ番号ＰＵＮ−Ｗ−.028−.750−10−.005（直径12ミクロンのチップ）の下になるように、Ｘ−Ｙ−Ｚテーブルを配置した。重りを加えたり減らしたりすることにより調節可能な下方への力を有する荷重ボールスライド上に針を搭載した。ボールスライドの他方の端をＸ−Ｙ−Ｚ位置決め装置に固定した。電気プローブをボールスライドアッセンブリに取り付けた。このプローブは、針および電導小片38の接触パッド46と接触していた。センサ130 を約65℃に加熱してポリマー誘電体40を軟化させるように、Ｘ−Ｙ−Ｚ位置決めテーブルを加熱した。針が電導小片38と接触するまで、ポリマー誘電体40に孔を開けるように針を下げて、電気回路を閉じさせた。その点で針をただちに引き抜いた。電気回路は、当業者により容易にプログラム可能なコンピュータソフトウェアによりコントロールした。実施例４の方法により、２×10−３ｍｍ２  の面積を有する電極38を形成する、0.050 ｍｍの直径を有する孔または開口部56を作成した。
【０１３９】
実施例５
ここで特に図２および４を参照する。実施例１および２にしたがって製造したセンサ各々の部分的なアッセンブリ上に、センサ30の端部43でのセンサ領域の電導小片38を完全に覆うように誘電体40を配し、キセノンレーザから放出された放射線を実質的に吸収するように選択した誘電材料を用いたことを除いて、実施例３にしたがってセンサ130 を製造した。具体的にいうと、デュポン社からパーツ番号９６１５として得られる誘電材料を、実施例３にしたがってシルクスクリーンして、焼成した。続いて、キセンノレーザを誘電体40に対して焼成して、電導小片38上に小さな孔または開口部56を作成した。孔または開口部は、誘電体40を貫通して、電導小片38の小さな区域を露出させ、作用電極54を形成した。孔45は、それぞれ参照電極50および対電極52を形成する電導小片34および36の露出区域の間に形成された。適切なレーザは、フロロド社（カリフォルニア州、ガーデナ）からパーツ番号ＭＥＬ−３１として得られる。孔または開口部56により形成され、作用電極54を形成する、電導小片38の露出区域は、約２ｍｍの直径を有するおおよそ円形であった。
【０１４０】
実施例６−８
それぞれ実施例３、４、および５にしたがって製造したセンサ30および130 のセンサ領域の上に、固体電解質58を配した。すなわち、実施例６は、実施例３にしたがって製造し、固体電解質を含むセンサからなり、実施例７は、実施例４にしたがって製造し、固体電解質を含むセンサからなり、そして実施例８は、実施例５にしたがって製造し、固体電解質を含むセンサからなる。
【０１４１】
各々の場合において、アルドリッヒケミカル社からカタログ番号27,470-4として得られる材料から調製した電解質をリチウム交換ナフィオンとして配した。この電解質は、最初にアルドリッヒからカタログ番号27,470-4として得られるイソプロパノールの混合物（10％）中の５％固体ナフィオン溶液を、水酸化リチウムによりｐＨ７に中和し、次いで真空下で約13.5重量％の固体濃度に溶液を濃縮することにより調製した。この溶液をセンサアッセンブリ上にスピンキャストして約0.007 ｍｍ厚のフイルムを得た。スピンキャスト中、接触パッドをテープでマスクした。リチウム交換ナフィオン電解質フイルムを100 ℃で硬化させた。フイルムは、誘電層領域の外にある他のセンサ構成物と接触することなく、それぞれ参照電極50、対電極52、および作用電極54、または154 と接触するように、フイルムを配した。
【０１４２】
実施例９−１４
アルドリッヒケミカル社からカタログ番号34676-4 として得られ、1.02のインヘレント粘度を有する高分子量ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、およびサイエンティフィックポリマープロダクツ（ニューヨーク州、オンタリオ）からカタログ番号Ｐ−１２９として得られる、約15重量％の固体としてテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）中のジウンデシルフタレート（ＤＵＰ）を溶解させ、この溶液を１分当たり約1385回転で、表面に10秒間に亘りスピンキャストすることにより、ＰＶＣおよびＤＵＰから膜材料を配合した。センサアッセンブリを60℃で２時間に亘りオーブン中に配することにより、ＴＨＦ溶剤担体を膜から蒸発させた。全膜材料の重量に基づいて、各々の試料中のＰＶＣの重量パーセントを以下のように変更して、６つの膜をこの方法により作成した：実施例９、33％；実施例１０、50％；実施例１１、67％；実施例１２、73％；実施例１３、80％；実施例１４、83％。
【０１４３】
実施例９−１４にしたがって配合したＰＶＣ／ＤＵＰ膜を試験して浸透率値を求めた。結果は、ポリマーの重量に基づくＰＶＣのパーセントを関数とした浸透率をプロットした図６に示す。この結果は、ＤＵＰ重量パーセントの低い値では良好な膜浸透率値が実現されるが、ＤＵＰの重量パーセントが増加するにつれ、浸透率は急激に非最適水準まで上昇する。0.5 から2.5 バーラー単位の浸透率が使用に好ましい。
【０１４４】
実施例１５−１８
実施例９−１４の反応方法にしたがって、サイエンティフィックポリマープロダクツ（ニューヨーク州、オンタリオ）からパーツ番号５３３として得られるアクリロニトリル−ブタジエン（ＡＢ）コポリマー、および実施例９−１４に用いたのと同様のＰＶＣの混合物から、膜を配合した。全体の膜材料の重量に基づいて、各々の試料中のＰＶＣ重量パーセントについて以下のように変更しながら、この方法にしたがって４つのＡＢ／ＰＶＣ膜を作成した：実施例１５、０％；実施例１６、33％；実施例１７、50％；実施例１８、67％。
【０１４５】
実施例１５−１８にしたがって配合した膜について、実施例９−１４と同様に、酸素浸透率特性を求めた。結果は図６にプロットした。広範囲のＡＢ／ＰＶＣコポリマー混合物が最適浸透率範囲内に配合されることが注目に値する。したがって、ブレンドは、酸素浸透率必要条件と、他の物理および化学必要条件の両方を満たすように配合することができる。
【０１４６】
実施例１９−２２
実施例９−１４の反応方法にしたがって、実施例１５−１８のＡＢコポリマー、およびサイエンティフィックポリマープロダクツからパーツ番号３９６として得られ、26,000の分子量を有する、ポリ（塩化ビニリデン−コ−アクリロニトリル）（ＰＶｄＣ／ＡＮ）のブレンドから膜を配合した。全体の膜材料の重量に基づいて、各々の試料中のＰＶｄＣ／ＡＮの重量パーセントについて以下のように変更しながら、この方法にしたがって４つのＡＢ／ＰＶｄＣ／ＡＮ膜を作成した：実施例１９、０％；実施例２０、33％；実施例２１、50％；実施例２１、67％。
【０１４７】
実施例１９−２２にしたがって配合した膜について、ＰＶｄＣ／ＡＮの重量パーセントを関数として浸透率特性を求めた。結果を図６にプロットした。実施例１５−１８について注記したように、好ましい結果が達成された。
【０１４８】
実施例２３−４６
一連のポリアクリレート膜を配合した。膜全体の重量に基づく、各々の成分の重量パーセントを表１の実施例２３−４６に示す。
【０１４９】
実施例４６の組成物の配合方法の詳細を以下に記載する。
【０１５０】
53.06 の分子量を有する9.46ｇのアクリロニトリル、184.28の分子量を有する19.71 ｇの２−エチルヘキシルアクリレート、100.00の分子量を有する28.56 ｇのメチルメタクリレート、86.09 の分子量を有する12.27 ｇの酢酸ビニル、および192.30の分子量を有する開始剤としての0.070 ｇのアゾ−ビス−イソブチロニトリルを溶解させて、均質な溶液を調製した。開始材料は全て、新たに蒸留したか、または再結晶させた。２枚のガラス板を、互いに平行となり、２ｍｍの間隔を開けるように据え付けた。３つの縁に沿ってゴムガスケットを用いて板をシールし、作成した形成物を約32ｇの上述した溶液で満たした。ガラス板形成物を、窒素でフラッシュした乾燥箱中で42時間に亘り60℃に加熱した。モノマーの混合物を固体状態に重合させた。固体ポリマーを約150 ｍｌのクロロホルム中に溶解させ、ガラスファイバーを通じて濾過し、４リットルのメタノール中に沈殿させた。白色の沈殿物を３日間に亘り40℃で真空中で乾燥させた。
【０１５１】
表１に示した比率の成分を有する実施例２３−４５の膜を、実施例４６について記載したように配合して得た。
【０１５２】
実施例４７
以下の成分を、以下の量で、均質に混合し、ガスケット66の製造に用いた；ゼオンケミカルから商標グレコンとして得られるエピクロロヒドリンホモポリマーとアリルグリシジルエーテルのコポリマー、100 重量部；ステアリン酸カリウム、４重量部；酸化カルシウム、１重量部；ステアリン酸、１重量部；サートマー社（ペンシルベニア州、ウエストチェスター）によりカタログ番号ＳＲ−３５０として販売されている２−エチル−２−（ヒドロキシメチル）−１、３−プロパンジオールトリメタクリレート、３重量部；およびＲ．Ｔ．ファンダービルト社から商標バロックスＤＢＰＨ−５０として販売されている、２、５−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）−２、５−ジメチルヘキサン、２重量部。
【０１５３】
ダブテックプレーティング社から得られる、ニッケル充填「テフロン」コーティングをした金型を用いた。ガスケット成分を混合して、３／８インチのシートを形成し、好ましいセンサ実施態様について上述したような寸法を有する金型に導入した。9000の型圧で20分間に亘り170 ℃で構成物を成形した。成形後、型を蛇口の水で冷却し、ガスケットを取り出した。
【０１５４】
実施例４８
以下の点を除いて、実施例１、５、および８にしたがってセンサ130 を製造した。デュポンからパーツ番号６１６０Ａｇとして得られる銀ペーストから、電導小片34を形成した。ジョンソン−マットヘイからパーツ番号ＪＭ６９９０として得られる金材料、95重量％、およびメテックからパーツ番号ＰＣ１０１２９として得られるガラス結合フリット、５重量％から電導小片38を形成した。誘電体40を配した後、参照電極50を規定する電導小片34の部分を塩素化処理して銀／塩化銀参照を作成した。センサアッセンブリの上に電解質、リチウム交換ナフィオンを付着させて、約0.010 ｍｍ厚のフイルムを得た。サイエンティフィックポリマープロダクツからパーツ番号５３３として得られるアクリロニトリル−ブタジエンコポリマーとして膜60を付着させた。続いて、従来の試料チャンバを、従来のガスケットおよび透明プラスチックカバーを用いてセンサ領域の上に構成した。センサをポテンシオスタットに接続し、作用電極と参照電極を約−0.900 ボルトの電位差でバイアスをかけた。生理食塩水溶液を従来の試料チャンバ中に導入することにより、ナフィオン電解質を活性化するウエットアップ（wetup ）を行なった。具体的にいうと、96.00 ｍＭのＮａＣｌ、4.00ｍＭのＫＣｌ、1.25ｍＭのＣａ（ＯＡｃ）２  、16.00 ｍＭのＬｉＯＡｃ、44.00 ｍＭのＮａＯＡｃからなる洗浄液、少量の殺菌剤、および少量の界面活性剤を導入した。生理食塩水の導入から15分後と60分後に作用電極と対電極の間に流れる電流を比較することにより、ウエットアップ速度を試験した。15分の時点で電解質は99％まで作動されたことが分かった。
【０１５５】
続いて、一連の水性酸素キャリブレータ溶液を試料チャンバに導入することにより、センサ区域に適応した。具体的にいうと、０％、12％、および20％の酸素含有量を担持するキャリブレータ溶液を連続して導入した。溶液中に溶解した全ガスに基づいて、酸素含有量のパーセント値を得た。キャリブレータ溶液Ｆ通常市販されている。
【０１５６】
図７は、時間に対する電流応答の曲線として示した、水性酸素キャリブレータの導入結果を示す。実施例にしたがって製造したセンサを用いて得た明確な結果は、安定しており、図７の位置72および74の線形の電流応答は、それぞれ12％および20％の酸素試料を示す。この安定な線形応答は、レーザ孔または開口部形成方法を用いて図２および４に説明した実施態様にしたがって製造した作用電極154 の非消耗特性を示している。したがって、好ましくは限定量でしか酸素を通過さないが非常に急速に水蒸気を通過させるように選択したカバー膜を有する、小さなレーザ孔形成作用電極と、その間の電解質との組合せにより、都合よく、経済的に製造できる累積非消耗センサが得られる。図７の不整合性76は、複数のキャリブレーション試料の連続手動試料導入により生じた電流変則を示す。
【０１５７】
実施例４９
所定のｐＯ２  を有する血液試料を、実施例４８のセンサの従来の試料チャンバに導入し、ウエットアップとキャリブレーション後に実施例４７のようにセンサを分極した。具体的にいうと、それぞれ12％の酸素および20％の酸素を担持するトノメータにより測定した（tonometered ）血液試料を従来の試料チャンバに導入した。図８は、この実験における時間に対する電流応答をグラフで示すものである。曲線の位置78は12％の水性酸素キャリブレータ溶液の適応を示し、位置80は20％の酸素血液試料の適応による電流応答を示し、位置82は12％の酸素血液試料の適応を示す。具体的にいうと、図７に示したキャリブレーション実験について上述したように、図８の示したデータは、本発明のある実施態様にしたがって製造したセンサの非消耗特性を示し、位置80および82は、血液中の酸素含有量に対する電流応答の迅速でなめらかで再現性のある均衡を示した点でこれを説明している。図７のように、図８において、変則76は、センサ中への試料の連続導入を示す。
【０１５８】
実施例５０−５４
これらと以下の実施例において、本発明の好ましいいくつかの実施態様の有利な寿命を説明する。センサは以下のように製造した：実施例５０および５１は、実施例２、３、６、および１６にしたがって製造した；実施例５２は、実施例２、３、６、および４５にしたがって製造した；実施例５３および５４は、実施例２、３、６、および４６にしたがって製造した。続いて、約1.5 ｍｋの容量を有する試料チャンバを、実施例４７にしたがって作成したガスケットおよび上述したカバー部材を用いてセンサ区域上に構成した。作用電極と参照電極との間に−0.800 Ｖの電位を設定したポテンシオスタットに各々のセンサを取り付けて、試料チャンバを上述した洗浄溶液で満たした。毎日、各々を0.1 Ｍの水性ＮａＣｌでフラッシュし、各々のセンサについて０から−1.200 Ｖまでの線形掃引ボルタモグラム（voltamogram ）（ＬＳＶ）を得て、各々を洗浄溶液でフラッシュして、再度−0.800 Ｖの電位で貯蔵した。図９は、加えた電位の関数として電流応答をプロットした、実験から16日目に得た０から1.2 ＶまでのＬＳＶをグラフで示したものである。実施例５２、５３、および５４のＬＳＶは、実質的に不純物と他のにせのピークがないなめらかな電流応答において非常に良好であるように思われ、一方実施例５０および５１のＬＳＶは、著しくにせのピークを示す。図１０は、ｐＯ２  の関数としての電流応答としてプロットした、実施例４８に記載した酸素キャリブレータ試料に対するこれらのセンサの応答を例示している。繰り返しキャリブレータを適応した関数としての電流応答の線形性を示すプロット84、86、および88を含む。実施例５２、５３、および５４のセンサは、顕著な線形性を示し、実施例５１のセンサでさえも、図９に図示したＬＳＶに与えられた比較的良好な線形性を示し、ボルタモグラムにおける穏やかな不純物のピークにもかかわらず、満足な性能が得られることを示す。図１１は、実施例５２、５３、および５４のセンサの60日目に得られたＬＳＶを示しており、著しい不純物および他のにせのピークがないことにより証明される、ある期間に亘るセンサの極めて良好な安定性を示す。
【０１５９】
実施例５５−５７
実施例５５−５７において、以下のようにセンサを製造した：実施例５５は実施例２、３、６、および４２にしたがって製造した；実施例５６は実施例２、３、６、および４５にしたがって製造した；実施例５７は実施例２、３、６、および４６にしたがって製造した。続いて、約1.5 ｕｌの容量を有する試料チャンバを、実施例４７にしたがって製造したガスケットおよび上述したカバー部材を用いてセンサ区域上に構成した。各々のセンサを、作用電極と参照電極の間に−0.800 Ｖの電位を設定したポテンシオスタットに取り付け、試料チャンバを上述した洗浄溶液で満たした。毎日、各々のセンサを新鮮な洗浄溶液でフラッシュし、各々のセンサについて０と−1.200 Ｖの間で３／２周期的なボルタモグラムを得た。Ａｇ／ＡｇＣｌに対して０Ｖでセンサを極性化し、電圧を−1.200 Ｖまで掃引し、０Ｖに掃引して戻し、最終的に−1.200 Ｖに掃引し、方法にしたがって加えた電圧の関数として電流応答をモニタしてプロットすることにより、各々の３／２周期的ボルタモグラムを行なった。次いで各々のセンサを洗浄溶液でフラッシュし、再度−0.800 Ｖの電位で貯蔵した。
【０１６０】
実施例５５、５６、および５７についての様々な日数のこれらの実施例の結果をそれぞれ図１２、１３、および１４に図示する。３／２周期的ボルタモグラムが１日目の実験から別の日の実験とで外観でそれほどは変化しないので、優れた安定性が示されている。実際に、３／２周期的ボルタモグラムは実質的な不純物または他のにせのピークがないことを示している。
【０１６１】
実施例５８
以下の点を除いて、実施例２、３、および６にしたがってセンサ30を製造し、その上に実施例２４にしたがって製造した膜を配した。２層の誘電体を配し、ナフィオン電解質を10μｍの厚さで配した。約1.5 μｌの容量を有する試料チャンバを、実施例４７にしたがって製造したガスケットおよび上述したカバー部材を用いてセンサ上に構成した。
【０１６２】
水性酸素キャリブレータ溶液、ヒト全血、およびヒト血清を用いて、５日間の電気化学試験をセンサに行なった。具体的にいうと、センサを所定の電位に設定し、連続的に３日間に亘り３つの異なる酸素水準で30のヒト全血試料についてデータを集積する実行可能性検討を行なった。血液試料を集積し、37℃で３つの所定の酸素濃度の１つまでトノメータした。試料チャンバに導入した血清試料からはデータは集積しなかったが、センサをより多くのヒト試料にさらすために血清を導入した。血清は周囲温度とガス水準で操作させた。各々のヒト血液試料とヒト血清試料の間、および各々のキャリブレータ水準の導入の間に、実施例４８の洗浄溶液を試料チャンバ中に導入した。試験中、センサをポテンシオスタットに接続し、作用電極および参照電極を約−0.800 Ｖの電位差でバイアスをかけた。データポイントは２秒毎に集積した。
【０１６３】
１日目に、洗浄溶液を試料チャンバ中に導入することによりウエットアップを行なった。次いで5.99％の酸素キャリブレータを試料チャンバ中に導入することにより32分キャリブレーション曲線を得て、続いて60秒データ集積期間後にこの工程を繰り返した。次いで12.94 ％の酸素キャリブレータを同様にサンプルし、続いて23.99 ％の酸素濃度キャリブレータを同様にサンプルした。
【０１６４】
２日目から４日目までの毎日、以下のプロトコルを行なった。最初に、１日目のデータ習得に関して上述したキャリブレーション工程を行なった。次いで、洗浄溶液を試料チャンバ中に導入し、２分間に亘りデータを集積し、続いてヒト血清を周囲酸素濃度で導入して２分間に亘りデータを集積した。洗浄／血清の順序を10回繰り返し、洗浄工程で終了した。全血清プロトコルを20の血清試料の全てについて繰り返した。血清プロトコルに続いて、上述したキャリブレーションプロトコルを行なった。次いで、47分のヒト全血プロトコルを行なった。具体的にいうと、5.99％の酸素キャリブレータを試料チャンバ中に導入し、続いて１分間に亘りデータを集積した。この順序を12.94 ％の酸素キャリブレータ、および23.99 ％の酸素キャリブレータについて繰り返した。続いて洗浄溶液を試料チャンバ中に導入し、90秒間に亘りデータ集積を行なった。次いで21％の酸素濃度までトノメータした全血試料を、試料チャンバ中に導入し、60秒間に亘りデータを集積し、続いて洗浄溶液を導入して、トノメータした全血試料を導入した。10の全血試料を導入するまで、この順序を繰り返した。次いで上述したキャリブレーションプロトコルを行なった。最初に12.94 ％の酸素トノメータした全血試料、続いて７％の酸素トノメータした全血試料について、全血プロトコルを繰り返した。このプロトコルの終りに、キャリブレーションプロトコルを繰り返した。
【０１６５】
５日目に、上述したキャリブレーションプロトコルを繰り返した。次いで、１／２の周期的ボルタモグラムを行なったことを除いて、実施例５５−５７に関して上述したセンサポーラログラムを得ることにより、センサを評価した。このポーラログラムは０から−1.200 Ｖで行なった。
【０１６６】
図１５は、上述したセンサに露出したヒト全血トノメータ試料の結果を示す。２日目の試験のデータを集積した。5.99％の酸素キャリブレーションの導入を90で示し、12.94 ％の酸素キャリブレーションの導入を92で示し、そして23.99 ％の酸素キャリブレーションの導入を94で示す。洗浄溶液の導入を96で示す。12.94 ％の酸素にトノメータした全血試料の導入を98で示す。12.94 ％の酸素トノメータ全血を示す位置98と、12.94 ％の酸素キャリブレータを示す位置92との間の不一致は、キャリブレータ溶液よりも低い酸素読取値となる血液の公知の特性によるものである。そのような不一致の調節は、当業者により容易に行なわれる。図１５に図示した顕著な結果は、酸素濃度に対する電流応答における良好な精度、および観察したキャリブレーションにおける良好な線形性を含む。
【０１６７】
図１６は、センサの良好な耐久性を示す、５日目の試験で得られた３つのポーラログラムを示す。
【０１６８】
上述した実施例は、本発明の具体的な実施態様を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。請求する本発明の範囲内にある追加の実施態様および利点、例えば、上述したセンシング手段により、酸素以外の電気活性種を測定すること、および本発明のセンサの構成物を電気化学分析以外の目的に使用することが当業者により明確となる。
【表１】
0003695660.tif 000003
【０１６９】
（実施態様１）
非電導基板、
該基板の第１の部分に接着した第１の電導材料であって、該第１の電導材料の少なくとも一部が電気絶縁誘電コーティングにより覆われ、前記第１の電導材料の少なくとも一部が前記電気絶縁誘電コーティングに覆われないままになっており、前記第１の電導材料の前記電気絶縁誘電コーティングに覆われていない部分が作用電極区域を形成する第１の電導材料、
前記基板の第２の部分に接着した第２の電導材料であって、該第２の電導材料の一部が前記電気絶縁誘電コーティングにより覆われ、前記第２の電導材料の少なくとも一部が前記電気絶縁誘電コーティングに覆われないままになっており、前記第２の電導材料の前記電気絶縁誘電コーティングに覆われていない部分が対電極区域を形成する第２の電導材料、
少なくとも前記作用電極区域および前記対電極区域上に配置された吸湿性固体電解質であって、水が与えられるときに、乾燥容量の２倍未満の膨潤値を有する吸湿性固体電解質、
８バーラー未満の酸素浸透率を有する、前記吸湿性固体電解質を覆う半浸透性膜、
前記半浸透性膜を覆い、中に窪みを有するカバー部材であって、前記窪みが前記半浸透性膜に面する周辺部を有し、前記窪みにつながっている少なくとも１つの通路を備えるカバー部材、および
前記窪みの周辺部および前記半浸透性膜と接触して、前記窪みの周辺部と前記半浸透性膜との間にシールを達成するガスケットからなり、
該ガスケット、前記カバー部材、および前記半浸透性膜が試料チャンバを形成することを特徴とする固体プレーナ酸素センサ。
【０１７０】
（実施態様２）
前記基板が、セラミック、ガラス、耐火物、重合体およびそれらの組合せからなる群より選択される材料からなることを特徴とする実施態様１記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１７１】
（実施態様３）
前記基板がガラス結合剤と混合したアルミナからなることを特徴とする実施態様１記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１７２】
（実施態様４）
前記第１の電導材料が、銀、金、および白金からなる群より選択される金属からなる厚膜ペーストよりなることを特徴とする実施態様１記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１７３】
（実施態様５）
前記第１の電導材料が高純度厚膜白金ペーストからなることを特徴とする実施態様４記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１７４】
（実施態様６）
前記第１の電導材料が、前記固体プレーナ酸素センサの少なくとも１つの領域において、約0.002 ｍｍから約0.04ｍｍまでの焼成後の厚さおよび約0.02ｍｍから約0.4 ｍｍまでの幅を有するように付着されることを特徴とする実施態様１記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１７５】
（実施態様７）
前記第２の電導材料が、銀、金、および白金からなる群より選択される金属からなる厚膜ペーストよりなることを特徴とする実施態様１記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１７６】
（実施態様８）
前記第２の電導材料が厚膜白金ペーストからなることを特徴とする実施態様７記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１７７】
（実施態様９）
前記第２の電導材料が厚膜金ペーストからなることを特徴とする実施態様７記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１７８】
（実施態様１０）
前記第２の電導材料が銀／塩化銀厚膜ペーストからなることを特徴とする実施態様１記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１７９】
（実施態様１１）
前記電気絶縁誘電コーティングが、セラミック、ガラス、重合体およびそれらの組合せからなる群より選択される材料からなることを特徴とする実施態様１記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１８０】
（実施態様１２）
前記第１の電導材料の覆われていない部分が、厚膜シルクスクリーニング技術により形成されることを特徴とする実施態様１記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１８１】
（実施態様１３）
前記第１の電導材料の覆われていない部分が、前記電気絶縁誘電コーティング中のレーザ燃焼孔または開口部により形成されることを特徴とする実施態様１記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１８２】
（実施態様１４）
前記第１の電導材料の覆われていない部分が、前記電気絶縁誘電コーティング中の針により開けられた孔または開口部により形成されることを特徴とする実施態様１記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１８３】
（実施態様１５）
前記吸湿性固体電解質が、少なくとも３バーラーの酸素浸透率を有する架橋重合体であることを特徴とする実施態様１記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１８４】
（実施態様１６）
前記吸湿性固体電解質が陽イオンまたは陰イオン交換体であることを特徴とする実施態様１５記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１８５】
（実施態様１７）
前記吸湿性固体電解質が交換ナフィオンであることを特徴とする実施態様１６記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１８６】
（実施態様１８）
前記半浸透性膜が約0.1 バーラーから約５バーラーまでの酸素浸透率を有することを特徴とする実施態様１記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１８７】
（実施態様１９）
前記半浸透性膜が約0.2 バーラーから約３バーラーまでの酸素浸透率を有することを特徴とする実施態様１８記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１８８】
（実施態様２０）
前記半浸透性膜が、前記固体プレーナ酸素センサの操作温度ではない、約−40℃から約110 ℃までのガラス転移温度を有する重合材料からなることを特徴とする実施態様１記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１８９】
（実施態様２１）
前記半浸透性膜が少なくとも約20の「ショアＡ硬度」を有する重合材料からなることを特徴とする実施態様１記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１９０】
（実施態様２２）
前記半浸透性膜が、少なくとも１つのニトリルモノマーおよび少なくとも１つの共役ジエンモノマーの重合生成物からなることを特徴とする実施態様１記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１９１】
（実施態様２３）
前記半浸透性膜がアクリロニトリルおよびブタジエンの重合生成物からなることを特徴とする実施態様２２記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１９２】
（実施態様２４）
前記半浸透性膜がさらに、ハロゲン化ビニルの重合生成物、ハロゲン化ビニリデンの重合生成物、ハロゲン化ビニルまたはハロゲン化ビニリデンのいずれかとニトリル含有モノマーとの重合生成物、またはそれらの組合せからなる群より選択される種からなることを特徴とする実施態様２３記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１９３】
（実施態様２５）
前記ポリハロゲン化ビニルがポリ塩化ビニルからなることを特徴とする実施態様２４記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１９４】
（実施態様２６）
前記半浸透性膜がポリハロゲン化ビニリデンとニトリル含有モノマーのランダムコポリマーからなることを特徴とする実施態様２３記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１９５】
（実施態様２７）
前記ポリハロゲン化ビニリデンがポリ塩化ビニリデンからなり、前記ニトリル含有モノマーがアクリロニトリルからなることを特徴とする実施態様２６記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１９６】
（実施態様２８）
前記半浸透性膜が、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマーの重合生成物からなり、ここでＲ１  およびＲ２  各々が、水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよいことを特徴とする実施態様１記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１９７】
（実施態様２９）
前記半浸透性膜が、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＮＲ２  Ｒ３  ）を有するモノマーと、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＯＣＯＲ２  ）を有するモノマーと、ニトリル含有モノマーからなる群より選択される少なくとも１つのモノマーとの重合生成物からなり、ここでＲ１  、Ｒ２  、およびＲ３  各々が、水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より選択され、Ｒ１  、Ｒ２  、およびＲ３  が同一でも異なってもよいことを特徴とする実施態様２８記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１９８】
（実施態様３０）
前記ガスケットが20バーラー未満の酸素浸透率を有することを特徴とする実施態様１記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０１９９】
（実施態様３１）
前記ガスケットが５バーラー未満の酸素浸透率を有することを特徴とする実施態様３０記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０２００】
（実施態様３２）
前記ガスケットが、エポキシ化合物の弾性体コポリマーからなる材料より配合されることを特徴とする実施態様３１記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０２０１】
（実施態様３３）
前記試料チャンバが10ｍｌ未満の容量を有することを特徴とする実施態様１記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０２０２】
（実施態様３４）
前記試料チャンバが約0.8 ｍｌから約３ｍｌまでの容量を有することを特徴とする実施態様３３記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０２０３】
（実施態様３５）
前記試料チャンバが約１ｍｌから約２ｍｌまでの容量を有することを特徴とする実施態様３４記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０２０４】
（実施態様３６）
前記固体プレーナ酸素センサが前記基板の第３の部分に接着した第３の電導材料を含み、前記第３の電導材料の一部が前記電気絶縁コーティングにより覆われ、前記第３の電導材料の少なくとも一部が前記電気絶縁コーティングにより覆われない状態にあり、前記第３の電導材料の覆われない部分が参照電極区域を形成することを特徴とする実施態様１記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０２０５】
（実施態様３７）
非電導基板、
該基板の第１の部分に接着した第１の電導材料であって、該第１の電導材料の少なくとも一部が電気絶縁誘電コーティングにより覆われ、前記第１の電導材料の少なくとも一部が前記電気絶縁誘電コーティングに覆われないままになっており、前記第１の電導材料の前記電気絶縁誘電コーティングに覆われていない部分が作用電極区域を形成する第１の電導材料、
前記基板の少なくとも第２の部分に接着した第２の電導材料であって、該第２の電導材料の一部が前記電気絶縁誘電コーティングにより覆われ、前記第２の電導材料の少なくとも一部が前記電気絶縁誘電コーティングに覆われないままになっており、前記第２の電導材料の前記電気絶縁誘電コーティングに覆われていない部分が対電極区域を形成する第２の電導材料、
少なくとも前記作用電極区域および前記対電極区域上に配置された電解質、および
該電解質を覆う重合体半浸透性膜であって、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマーの重合生成物からなり、ここでＲ１  およびＲ２  各々が、水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよい重合体半浸透性膜からなる固体プレーナ酸素センサ。
【０２０６】
（実施態様３８）
前記基板が、セラミック、ガラス、耐火物、重合体およびそれらの組合せからなる群より選択される材料からなることを特徴とする実施態様３７記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０２０７】
（実施態様３９）
前記第１の電導材料が高純度厚膜白金ペーストからなることを特徴とする実施態様３７記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０２０８】
（実施態様４０）
前記第１の電導材料が、前記固体プレーナ酸素センサの少なくとも１つの領域において、約0.002 ｍｍから約0.04ｍｍまでの焼成後の厚さおよび約0.02ｍｍから約0.4 ｍｍまでの幅を有するように付着されることを特徴とする実施態様３７記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０２０９】
（実施態様４１）
前記第２の電導材料が厚膜白金ペーストからなることを特徴とする実施態様３７記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０２１０】
（実施態様４２）
前記第２の電導材料が厚膜金ペーストからなることを特徴とする実施態様３７記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０２１１】
（実施態様４３）
前記第２の電導材料が銀／塩化銀厚膜ペーストからなることを特徴とする実施態様３７記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０２１２】
（実施態様４４）
前記電気絶縁誘電コーティングが、セラミック、ガラス、重合体およびそれらの組合せからなる群より選択される材料からなることを特徴とする実施態様３７記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０２１３】
（実施態様４５）
前記第１の電導材料の覆われていない部分が、厚膜シルクスクリーニング技術により形成されることを特徴とする実施態様３７記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０２１４】
（実施態様４６）
前記第１の電導材料の覆われていない部分が、前記電気絶縁誘電コーティング中のレーザ燃焼孔または開口部により形成されることを特徴とする実施態様３７記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０２１５】
（実施態様４７）
前記第１の電導材料の覆われていない部分が、前記電気絶縁誘電コーティング中の針により開けられた孔または開口部により形成されることを特徴とする実施態様３７記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０２１６】
（実施態様４８）
前記吸湿性固体電解質が、少なくとも３バーラーの酸素浸透率を有する陽イオンまたは陰イオン交換体であることを特徴とする実施態様３７記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０２１７】
（実施態様４９）
前記半浸透性膜が、約0.2 バーラーから約３バーラーまでの酸素浸透率を有し、前記センサの操作温度ではない、約−40℃から約110 ℃までのガラス転移温度、および少なくとも約20のショアＡ硬度を有する重合材料からなることを特徴とする実施態様３７記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０２１８】
（実施態様５０）
前記半浸透性膜が、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＮＲ２  Ｒ３  ）を有するモノマー、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＯＣＯＲ２  ）を有するモノマー、およびニトリル含有モノマーからなる群より選択される少なくとも１つのモノマーの重合生成物からなり、ここでＲ１  、Ｒ２  、およびＲ３  各々が、水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より選択され、Ｒ１  、Ｒ２  、およびＲ３  が同一でも異なってもよいことを特徴とする実施態様３７記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０２１９】
（実施態様５１）
前記固体プレーナ酸素センサが前記基板の第３の部分に接着した第３の電導材料を含み、前記第３の電導材料の一部が前記電気絶縁コーティングにより覆われ、前記第３の電導材料の少なくとも一部が前記電気絶縁コーティングにより覆われないままになっており、前記第３の電導材料の覆われない部分が参照電極区域を形成することを特徴とする実施態様３７記載の固体プレーナ酸素センサ。
【０２２０】
（実施態様５２）
試料中の分析物を検出する電気化学手段、
該電気化学手段を覆う半浸透性膜であって、前記分析物と、前記電気化学手段の機能に必要な種とに対して浸透性である半浸透性膜、
該半浸透性膜を覆い、中に窪みが形成されたカバー部材であって、前記窪みが前記膜に面する周辺部を有し、前記窪みにつながっている少なくとも１つの通路を備えるカバー部材、および
前記窪みの周辺部および前記半浸透性膜と接触して、前記窪みの周辺部と前記半浸透性膜との間にシールを達成するガスケットからなり、
該ガスケット、前記カバー部材、および前記半浸透性膜が試料チャンバを形成することを特徴とする電気化学センサ。
【０２２１】
（実施態様５３）
プレーナ固体センサ等において作用電極として使用するための顕微電極を形成する方法であって、
非電導基板を選択し、
電導材料が該非電導基板に隣接する層を形成するように前記基板と前記電導材料とを結合させ、
該電導材料の少なくとも一部を電気絶縁材料でコーティングし、
第１の位置と電気回路手段が信号を発する第２の位置の間で移動可能な、前記電導材料と連通した前記電気回路手段に連結した針を、前記電気絶縁材料に刺して、少なくとも１つの孔または開口部を形成し、
前記信号が発っせられたときに前記針を引き抜く各工程からなり、
前記絶縁材料は、前記孔または開口部が形成されたときに前記電導材料の露出された電気的にアドレス可能な部分が形成され、前記孔または開口部の断面積により形成されるサイズを有する少なくとも１つの電極を形成するように前記電導材料にしっかりと接着する材料を前記電気絶縁材料として選択することを特徴とする方法。
【０２２２】
（実施態様５４）
前記針を刺す前に、前記基板、前記針、および前記基板と前記針の両方からなる群より選択される要素を所定の温度まで加熱することにより前記針を刺す工程を行ない、前記所定の温度で容易に孔が開けられるように前記電気絶縁材料を選択することを特徴とする実施態様５３記載の方法。
【０２２３】
（実施態様５５）
プレーナ固体センサ等において作用電極として使用するための顕微電極を形成する方法であって、
非電導基板を選択し、
電導材料が該非電導基板に隣接する層を形成するように前記基板と前記電導材料とを結合させ、
前記電導材料の表面を、該電導材料にしっかりと接着するような材料から選択した電気絶縁材料でコーティングし、
通じて電導材料と連結した電気回路手段と連結した針を前記電気絶縁材料に貫通させ、ここで針は前記電導材料表面に対する複数の位置の間で移動可能であり、それら複数の位置のいくつかでは前記電気回路手段に信号が発生し、
所定の相対位置を示す所定の信号が発っせられたときに前記針を引き抜く各工程からなることを特徴とする方法。
【０２２４】
（実施態様５６）
電気化学手段を有する電気化学センサであって、電解質、該電解質と接触している陰極、および前記電解質と接触し、試料領域から前記電気化学手段を分離する半浸透性膜を有する陽極を含み、前記半浸透性膜が少なくとも１つのニトリル含有モノマーと少なくとも１つの共役ジエンモノマーとの第１の重合生成物からなることを特徴とする電気化学センサ。
【０２２５】
（実施態様５７）
前記ニトリル含有モノマーがアクリロニトリルからなり、前記共役ジエンモノマーがブタジエンからなることを特徴とする実施態様５６記載の電気化学センサ。
【０２２６】
（実施態様５８）
前記半浸透性膜がハロゲン化ビニルの重合生成物からなることを特徴とする実施態様５６記載の電気化学センサ。
【０２２７】
（実施態様５９）
前記ハロゲン化ビニルが塩化ビニルからなることを特徴とする実施態様５８記載の電気化学センサ。
【０２２８】
（実施態様６０）
前記半浸透性膜がハロゲン化ビニリデンおよびニトリル含有モノマーの第２の重合生成物からなることを特徴とする実施態様５６記載の電気化学センサ。
【０２２９】
（実施態様６１）
前記第２の重合生成物がアクリロニトリルと共重合したハロゲン化ビニリデンからなることを特徴とする実施態様６０記載の電気化学センサ。
【０２３０】
（実施態様６２）
前記ニトリル含有モノマーが、前記第１の重合生成物の重量に基づいて、約50重量％から約80重量％までの量で加えられ、前記ハロゲン化ビニルが、膜全体の重量に基づいて、約１重量％から約70重量％の量で加えられることを特徴とする実施態様５８記載の電気化学センサ。
【０２３１】
（実施態様６３）
前記ニトリル含有モノマーが、前記第１の重合生成物の重量に基づいて、約50重量％から約80重量％までの量で加えられ、前記ハロゲン化ビニルが、膜全体の重量に基づいて、約15重量％から約50重量％の量で加えられることを特徴とする実施態様６２記載の電気化学センサ。
【０２３２】
（実施態様６４）
前記ニトリル含有モノマーが、前記第１の重合生成物の重量に基づいて、約50重量％から約80重量％までの量で加えられ、前記第２の重合生成物が、膜全体の重量に基づいて、約１重量％から約70重量％の量で加えられることを特徴とする実施態様６０記載の電気化学センサ。
【０２３３】
（実施態様６５）
前記ニトリル含有モノマーが、前記第１の重合生成物の重量に基づいて、約50重量％から約80重量％までの量で加えられ、前記第２の重合生成物が、膜全体の重量に基づいて、約15重量％から約50重量％の量で加えられることを特徴とする実施態様６４記載の電気化学センサ。
【０２３４】
（実施態様６６）
前記センサが酸素センサであり、前記半浸透性膜が、８バーラー未満の酸素浸透率を有し、少なくとも約20のショアＡ硬度を有し、少なくとも３バーラーの水蒸気浸透率を有し、実質的に液体の水に対して不浸透性であり、実質的に架橋していないことを特徴とする実施態様５６記載の電気化学センサ。
【０２３５】
（実施態様６７）
前記半浸透性膜が、約0.1 から約５バーラーの酸素浸透率、および前記センサの操作温度ではない約−40℃から約110 ℃までのガラス転移温度を有することを特徴とする実施態様６６記載の電気化学センサ。
【０２３６】
（実施態様６８）
前記半浸透性膜が、約0.2 から約３バーラーの酸素浸透率、および前記センサの操作温度ではない約−15℃から約85℃までのガラス転移温度を有することを特徴とする実施態様６７記載の電気化学センサ。
【０２３７】
（実施態様６９）
電気化学手段を有する電気化学センサであって、電解質、該電解質に接触している陰極、前記電解質に接触し、試料領域から前記電気化学手段を分離する半浸透性膜を有する陽極を含み、前記半浸透性膜が、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマーの重合生成物からなり、ここでＲ１  およびＲ２  各々が、水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよいことを特徴とする電気化学センサ。
【０２３８】
（実施態様７０）
前記半浸透性膜が、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＮＲ２  Ｒ３  ）を有するモノマー、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＯＣＯＲ２  ）を有するモノマー、およびニトリル含有モノマーからなる群より選択される少なくとも１つのモノマーの重合生成物からなり、ここでＲ１  、Ｒ２  、およびＲ３  各々が、水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より選択され、Ｒ１  、Ｒ２  、およびＲ３  が同一でも異なってもよいことを特徴とする実施態様６９記載の電気化学センサ。
【０２３９】
（実施態様７１）
前記半浸透性膜が少なくとも１つのニトリル含有モノマーからなることを特徴とする実施態様６９記載の電気化学センサ。
【０２４０】
（実施態様７２）
前記半浸透性膜が、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＮＲ２  Ｒ３  ）を有する少なくとも１つのモノマーの重合生成物からなり、ここでＲ１  、Ｒ２  、およびＲ３  各々が、水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より選択され、Ｒ１  、Ｒ２  、およびＲ３  が同一でも異なってもよいことを特徴とする実施態様６９記載の電気化学センサ。
【０２４１】
（実施態様７３）
前記半浸透性膜が、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＯＣＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマーの重合生成物からなり、ここでＲ１  およびＲ２  各々が、水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよいことを特徴とする実施態様６９記載の電気化学センサ。
【０２４２】
（実施態様７４）
前記半浸透性膜が、
式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマーの重合生成物であって、Ｒ１  が水素および低級アルキル基からなる群より選択され、Ｒ２  が、１から20までの炭素原子の鎖状、枝別れおよび環状炭化水素およびアルコールからなる群より選択され、ここでＲ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよく、前記モノマーが前記膜の重量に基づいて約20重量％から約80重量％までの量で含まれる重合生成物、
少なくとも１つのニトリル含有モノマーの重合生成物であって、該ニトリル含有モノマーが約15重量％から約80重量％までの量で含まれる重合生成物、および
Ｒ１  およびＲ２  各々が、水素、低級アルキル基、および低級アルコールからなる群より選択されて同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＯＣＯＲ２  ）を有するモノマーと、Ｒ１  、Ｒ２  、およびＲ３  各々が、水素および低級アルキル基からなる群より選択されて同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＮＲ２  Ｒ３  ）を有するモノマーと、それら２つのモノマーとの組合せからなる群より選択される少なくとも１つのモノマーの重合生成物からなることを特徴とする実施態様６９記載の電気化学センサ。
【０２４３】
（実施態様７５）
前記半浸透性膜が、
式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマーの重合生成物であって、ここでＲ１  が水素および低級アルキル基からなる群より選択され、Ｒ２  が、１から20までの炭素原子の鎖状、枝別れおよび環状炭化水素およびアルコールからなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよく、前記モノマーが前記膜の重量に基づいて約40重量％から約60重量％までの量で含まれる重合生成物、
少なくとも１つのニトリル含有モノマーの重合生成物であって、該ニトリル含有モノマーが約20重量％から約30重量％までの量で含まれる重合生成物、および
式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＯＣＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマーの重合生成物であって、ここでＲ１  およびＲ２  各々が、水素、低級アルキル基、および低級アルコールからなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよく、前記モノマーが約15重量％から約30重量％までの量で含まれる重合生成物からなることを特徴とする実施態様７４記載の電気化学センサ。
【０２４４】
（実施態様７６）
前記電気化学センサが酸素センサであり、前記半浸透性膜が８バーラー未満の酸素浸透率を有し、少なくとも約20のショアＡ硬度を有し、少なくとも３バーラーの水蒸気浸透率を有し、実質的に液体の水に対して不浸透性であり、実質的に架橋していないことを特徴とする実施態様６９記載の電気化学センサ。
【０２４５】
（実施態様７７）
前記半浸透性膜が、約0.1 から約５バーラーの酸素浸透率、および前記センサの操作温度ではない約−40℃から約110 ℃までのガラス転移温度を有することを特徴とする実施態様７６記載の電気化学センサ。
【０２４６】
（実施態様７８）
前記半浸透性膜が、約0.2 から約３バーラーの酸素浸透率、および前記センサの操作温度ではない約−15℃から約85℃までのガラス転移温度を有することを特徴とする実施態様７７記載の電気化学センサ。
【０２４７】
（実施態様７９）
半浸透性膜と、該半浸透性膜の第１の側にある、試料中の分析物を検出する電気化学手段と、前記半浸透性膜の第２の側にある、前記試料を収容する試料チャンバとを有する電気化学酸素センサであって、前記試料チャンバは前記半浸透性膜の第２の側および中に窪みを有するカバー部材によりその一部が形成され、前記窪みが前記半浸透性膜の第２の側に面する周辺部を有し、
前記電気化学酸素センサはさらに、
前記半浸透性膜の第２の側と前記カバー部材の窪み周辺部との間に液体およびガス不浸透性シールを達成するガスケットを有し、該ガスケットは約10から約100 までのショアＡ硬度、および20バーラー未満の酸素浸透率を有しかつ、液体不浸透性であり、また前記ガスケットは、該ガスケットが隣接する半浸透性膜とともに用いられた場合に前記半浸透性膜に浸入してその物理的特性または浸透率特性に影響を与える移動性抽出可能材料を実質的に含まないように作られ、移動性スルフィドおよびバッテリー金属を実質的に含まないように作られ、通常のセンサ作動の条件下で少なくとも２日間に亘って前記シールを達成し維持するのに有効であることを特徴とする電気化学酸素センサ。
【０２４８】
（実施態様８０）
前記ガスケットが、エポキシ化合物およびコポリマー中に不飽和部位を与える第２のモノマーのコポリマーからなり、該第２のモノマーが、硬化により前記ガスケットを約0.1 ％から約20％まで架橋させる量で加えられることを特徴とする実施態様７９記載の電気化学酸素センサ。
【０２４９】
（実施態様８１）
前記ガスケットコポリマーが、前記ガスケットに所望の膨潤値を与える吸湿性モノマーからなることを特徴とする実施態様８０記載の電気化学酸素センサ。
【０２５０】
（実施態様８２）
前記エポキシ化合物がエピクロロヒドリンからなり、前記吸湿性モノマーが、アリルアルコール、クロチルアルコール、メチルビニルカルビノール、シンナミルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、１、３−プロパンジオール、グリセロール、ペンタエリトリット等からなる群より選択され、不飽和部位を与える前記モノマーがアリルグリシジルエーテルからなることを特徴とする実施態様８１記載の電気化学酸素センサ。
【０２５１】
（実施態様８３）
前記吸湿性モノマーがエチレングリコールからなることを特徴とする実施態様８２記載の電気化学酸素センサ。
【０２５２】
（実施態様８４）
前記ガスケットが、酸化防止剤、加工助剤、および硬化剤からなる群より選択される１つ以上の添加剤を含むことを特徴とする実施態様８０記載の電気化学酸素センサ。
【０２５３】
（実施態様８５）
前記エポキシ化合物がエピクロロヒドリンからなり、前記吸湿性モノマーが、アリルアルコール、クロチルアルコール、メチルビニルカルビノール、シンナミルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、１、３−プロパンジオール、グリセロール、ペンタエリトリット等からなる群より選択されることを特徴とする実施態様７９記載の電気化学酸素センサ。
【０２５４】
（実施態様８６）
前記吸湿性モノマーがエチレングリコールからなることを特徴とする実施態様８５記載の電気化学酸素センサ。
【０２５５】
（実施態様８７）
前記ガスケットが、５バーラー未満の酸素浸透性、約40から約70までのショアＡ硬度を有することを特徴とする実施態様７９記載の電気化学酸素センサ。
【０２５６】
（実施態様８８）
前記ガスケットが、0.5 バーラー未満の酸素浸透性、約45から約55までのショアＡ硬度を有することを特徴とする実施態様８７記載の電気化学酸素センサ。
【０２５７】
（実施態様８９）
電気化学センサ等に使用するための電導材料を選択する方法であって、
該電導材料のポーラログラムを測定して、前記センサを作動させようとする所定の電位領域におけるポーラログラムの形状を求め、
前記所定の領域における前記ポーラログラムを評価して、該ポーラログラムには過剰のピークが実質的に含まれていないか否かをみる各工程からなることを特徴とする方法。
【０２５８】
（実施態様９０）
半浸透性膜と、該半浸透性膜の第１の側にあり、試料中の分析物を検出する電気化学手段と、前記半浸透性膜の第２の側にあり、前記試料を収容する試料チャンバとを有する電気化学センサであって、前記試料チャンバは前記半浸透性膜の第２の側および中に窪みを有するカバー部材によりその一部が形成され、前記窪みが前記半浸透性膜の第２の側に面する周辺部を有し、
前記電気化学センサはまた、
前記半浸透性膜の第２の側と前記カバー部材の窪み周辺部との間に液体およびガス不浸透性シールを達成するガスケットを有し、該ガスケットがエポキシ化合物のコポリマーからなることを特徴とする電気化学センサ。
【０２５９】
（実施態様９１）
前記ガスケットが、前記コポリマー中に不飽和部位を与える少なくとも１つの第２のモノマーを含むことを特徴とする実施態様９０記載の電気化学センサ。
【０２６０】
（実施態様９２）
前記第２のモノマーが、硬化により前記ガスケットを約0.1 ％から約20％まで架橋させる量で加えられることを特徴とする実施態様９１記載の電気化学センサ。
【０２６１】
（実施態様９３）
前記ガスケットが、約10から約100 までのショアＡ硬度、および20バーラー未満の酸素浸透率を有し、液体不浸透性であり、前記ガスケットが隣接する半浸透性膜とともに用いられる場合、前記半浸透性膜に浸入してその物理的特性または浸透率特性に影響を与える移動性抽出可能材料を実質的に含まないように作られ、移動性スルフィドおよびバッテリー金属を実質的に含まないように作られ、通常のセンサ作動の条件下で少なくとも２日間に亘って前記シールを達成し維持するのに有効であることを特徴とする実施態様９０記載の電気化学酸素センサ。
【０２６２】
（実施態様９４）
Ｒ１  およびＲ２  各々が、水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマーと、
Ｒ１  、Ｒ２  、およびＲ３  各々が、水素、炭化水素基、およびアルコール基からなる群より選択され、Ｒ１  、Ｒ２  、およびＲ３  が同一でも異なっていてもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＮＲ２  Ｒ３  ）を有するモノマーおよび式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＯＣＯＲ２  ）を有するモノマーからなる群より選択される少なくとも１つのモノマーと、
少なくとも１つのニトリル含有モノマーとの重合生成物からなる組成物。
【０２６３】
（実施態様９５）
式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマーであって、ここでＲ１  が水素および低級アルキル基からなる群より選択され、Ｒ２  が、１から20までの炭素原子の鎖状、枝別れおよび環状炭化水素およびアルコールからなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なってもよく、前記モノマーが組成物の重量に基づいて約20重量％から約80重量％までの量で含まれるモノマーと、
少なくとも１つのニトリル含有モノマーであって、約15重量％から約80重量％までの量で含まれるモノマーと、
Ｒ１  およびＲ２  各々が、水素、低級アルキル基、および低級アルコールからなる群より選択されて同一でも異なっていてもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＯＣＯＲ２  ）を有するモノマー、Ｒ１  、Ｒ２  、およびＲ３  各々が、水素および低級アルキル基からなる群より選択されて同一でも異なっていてもよい、式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＮＲ２  Ｒ３  ）を有するモノマー、およびそれら２つのモノマーの組合せからなる群より選択される少なくとも１つのモノマーとの重合生成物からなる組成物。
【０２６４】
（実施態様９６）
式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＣＯＯＲ２  ）を有する少なくとも１つのモノマーであって、ここでＲ１  が水素および低級アルキル基からなる群より選択され、Ｒ２  が、１から20までの炭素原子の鎖状、枝別れおよび環状炭化水素およびアルコールからなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なっていてもよく、前記モノマーが組成物の重量に基づいて約40重量％から約60重量％までの量で含まれるモノマーと、
少なくとも１つのニトリル含有モノマーであって、約20重量％から約30重量％までの量で含まれるモノマーと、
式ＣＨ２  ＝Ｃ（Ｒ１  ）（ＯＣＯＲ２  ）を有するモノマーであって、ここでＲ１  およびＲ２  各々が、水素、低級アルキル基、および低級アルコールからなる群より選択され、Ｒ１  およびＲ２  が同一でも異なっていてもよく、前記モノマーが約15重量％から約30重量％までの量で含まれるモノマーとの重合生成物からなる組成物。
【０２６５】
（実施態様９７）
ニトリル含有モノマーと共役ジエンのコポリマーからなる半浸透性膜の酸素浸透率を調節する方法であって、
ハロゲン化ビニルと、ハロゲン化ビニリデンと、ハロゲン化ビニルとニトリル含有モノマーのコポリマーと、ハロゲン化ビニリデンとニトリル含有モノマーのコポリマーと、これらの組合せとからなる群より選択される種の所定の量を前記ニトリルと共役ジエンのコポリマーに加えて、コポリマーの混合物を形成することからなり、前記所定の量が、酸素浸透率を所定の水準に調節するように選択されることを特徴とする方法。
【０２６６】
（実施態様９８）
電導材料と該電導材料に接触している電気絶縁誘電層との間の接着性を評価する方法であって、前記誘電層を、前記電導材料の特定の領域が露出されるように配とて第１の電極を形成し、
電解質により該第１の電極と接触せしめられる第２の電極により、ある電位で前記第１の電極にバイアスを加え、
所定の期間に亘り前記電位を一定に維持し、
前記期間に亘り前記電位で生じた電流出力を測定し、
該電流出力が実質的に安定で実質的に変化しないか否かをみる各工程からなることを特徴とする方法。
【０２６７】
（実施態様９９）
電気化学センサの耐久性を評価する方法であって、
前記電気化学センサのポーラログラムを測定して、該電気化学センサを作動させようとする所定の電位領域内の前記ポーラログラムの形状を求め、
前記所定の領域の前記ポーラログラムを評価して、該ポーラログラムが実質的に過剰のピークを含まないか否かをみる各工程からなることを特徴とする方法。
【図面の簡単な説明】
【０２６８】
【図１】電解質、膜、ガスケットおよびカバー部材を取り除いた、本発明によるプレーナ酸素センサの好ましい実施態様の部分的なアッセンブリの上面図
【図２】電解質、膜、ガスケットおよびカバー部材を取り除いた、本発明によるプレーナ酸素センサの別の実施態様の部分的なアッセンブリの上面図
【図３】電解質、膜、ガスケットおよびカバー部材を配置した、図１の線３による断面図
【図４】電解質、膜、ガスケットおよびカバー部材を配置した、図２の線４による断面図
【図５】図３および４の実施態様の様子を示す図３および４の線５による断面図
【図６】本発明の選択した実施態様による、ポリ塩化ビニルまたはポリ（塩化ビニリデン−コ−アクリロニトリル）のパーセントの関数としての膜浸透率のグラフ
【図７】本発明のある実施態様により測定した、水性キャリブレータ中のｐＯ２  に対する電流応答を図示する時間に対する電流のグラフ
【図８】本発明のある実施態様により測定した、血液試料中のｐＯ２  に対する電流応答を図示する時間に対する電流のグラフ
【図９】本発明の３つの実施態様により製造したセンサの、使用16日後の、線形曲線ボルタモグラム
【図１０】本発明の３つの実施態様により製造したセンサの、使用16日後の、水性酸素キャリブレータ溶液に対するセンサ応答
【図１１】本発明の３つの実施態様により製造したセンサの、使用60日後の、線形曲線ボルタモグラム
【図１２】本発明のある実施態様により製造したセンサの、様々な期間の使用後の、周期的ボルタモグラム
【図１３】本発明のある実施態様により製造したセンサの、様々な期間の使用後の、周期的ボルタモグラム
【図１４】本発明のある実施態様により製造したセンサの、様々な期間の使用後の、周期的ボルタモグラム
【図１５】本発明のある実施態様による、水性酸素キャリブレータ溶液、およびトノメータしたヒトの全血試料に対するセンサ応答
【図１６】本発明のある実施態様による、水性酸素キャリブレータ溶液、およびトノメータしたヒトの全血試料を用いたセンサ試験の５日後のポーラログラム
【符号の説明】
【０２６９】
３０，１３０    センサ
３２    基板
３４，３６，３８    電導小片
４０    誘電層
４２，４４，４６    接触パッド
５０    参照電極
５２    対電極
５４，１５４    作用電極
５６    孔または開口部
５８    電解質
６０    膜
６４    カバー部材
６６    ガスケット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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