(57)【要約】  本発明では、電極としての使用に適切な導電性ストライプと、導電性ストライプを作製する方法とを提供する。電極は、不活性な基材の上に導電性層、例えば、銀をスパッタリングし、この導電性層の上に不溶性の反応層を付着させることによって作製される。この電極（２２）は、電気化学的なセンサ（１０）の一部であってもよい。
2009513983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を作製する方法であって、
不活性な基材上に導電性層をスパッタリングする導電性層スパッタリング工程と、
同導電性層の上に不溶性の反応層を付着させる反応層付着工程と、からなる方法。
【請求項２】
反応層付着工程は、導電性層の上に不溶性の反応層をスパッタリングする反応層スパッタリング工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
反応層スパッタリング工程は、反応層を形成するために少なくとも２つの材料を同時にスパッタリングする同時スパッタリング工程を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
同時スパッタリング工程は、第１の材料からなる第１のターゲットおよび第２の材料からなる第２のターゲットを使用する工程を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
同時スパッタリング工程は、第１の材料および第２の材料を含有する第１のターゲットを使用する工程を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
反応層付着工程は、導電性層の上にコロイドを付着させる工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
導電性層スパッタリング工程は、銀をスパッタリングする工程を含み、
反応層付着工程は、ＡｇＣｌを付着させる工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
反応層付着工程は、ＡｇおよびＡｇＣｌを付着させる工程を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
反応層付着工程は、コロイド状のＡｇＣｌを付着させる工程を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
電極を作製する方法であって、
不活性な基材上に導電性層をスパッタリングする導電性層スパッタリング工程と、
同導電性層の上に反応層をスパッタリングする反応層スパッタリング工程と、からなる方法。
【請求項１１】
反応層スパッタリング工程は、第１の材料および第２の材料を同時にスパッタリングする同時スパッタリング工程を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
同時スパッタリング工程は、第１の材料からなる第１のターゲットおよび第２の材料からなる第２のターゲットを使用する工程を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
同時スパッタリング工程は、第１の材料および第２の材料を含有する第１のターゲットを使用する工程を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
導電性層と、同導電性層の上の不溶性の反応層とからなる電極を備えるセンサ。
【請求項１５】
不活性な基材をさらに備え、前記導電性層は同不活性な基材上にある、請求項１４に記載のセンサ。
【請求項１６】
作用電極および対電極をさらに備え、前記電極は同対電極である、請求項１５に記載の
センサ。
【請求項１７】
前記反応層はＡｇＣｌを含む請求項１４に記載のセンサ。
【請求項１８】
前記反応層はコロイド状のＡｇＣｌを含む請求項１７に記載のセンサ。
【請求項１９】
前記反応層はスパッタリングされたＡｇＣｌを含む請求項１７に記載のセンサ。
【請求項２０】
前記反応層はＡｇおよびＡｇＣｌを含む請求項１７に記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は分析物センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学的な分析物センサは、一般に、生体分析物の存在および濃度を決定するのに使用される。そのようなセンサは、例えば糖尿病患者の血糖値を監視するのに使用される。
糖尿病を患う人々が家庭で血液中のグルコースを測定することは、病気の管理に重要である。血糖は計器およびセンサを使用して測定され、それらは一般に使い捨てにされる。様々な設計のセンサが知られている。例えば、特許文献１乃至５には、基材に電極の存在する層構造を備える使い捨て可能な電気化学的なセンサが開示されている。
【０００３】
単純化された、電気化学的なグルコース試験片（ｓｔｒｉｐ）では、血液中の糖の量を測定するために２つの電極が使用される。追加の電極が試験片の設計に組み込まれる場合もある。
【０００４】
しかし、電気化学的なグルコース試験片は測定を行うために最低でも２つの電極が必要である。１つの電極は、血中グルコース量に比例した電気化学的な反応が起こる作用電極である。グルコースの反応には、通常、グルコース・デヒドロゲナーゼまたはグルコース・オキシダーゼなどグルコースと反応する酵素と、作用電極において酵素と反応することの可能な電気化学的に活性な化合物が伴う。作用電極において起こるのと大きさは等しいが方向が反対の電気化学的な反応を、やはり血液と流体的に接触している第２の電極において生じさせない限り、グルコース計器の測定回路を通って電流が流れることはできない。この第２の電極は、対電極または対／参照電極と呼ばれている。以下に説明するように、対電極は、作用電極が血中グルコースに正確に応答できるように適切に機能する必要がある。
【０００５】
グルコースが酵素および媒介物質と反応することによって作用電極で電流が生成されるのは、所望の反応である。電子は媒介物質から作用電極へと流れる。媒介物質は作用電極で酸化される。対電極では、等数の電子が対電極から流れ、対電極の近傍または対電極において反応性の化合物と反応する必要がある。反応性の化合物は対電極で還元される。対電極での反応は、対電極での反応によって作用電極での反応が遅くならないように、作用電極での反応よりも速く電子を生成する必要がある。対電極は、一般的に参照電極としても作用する。参照電極として、対電極の電位は対電極で還元反応が生じていても比較的一定のままである。通常、一定の電位が作用電極と対電極との間に加えられる。加えられる電位によって、作用電極および対電極内の電子のエネルギーレベルが決まる。電子のエネルギーレベルは、各電極でどの反応が起こり得るかを決定する。計器によって作用電極と対電極との間に加えられる電位は、一般に、グルコースの測定の間ずっと一定のままになる。しかし、センサが接続される計器は２つの電極の間の電位差を制御することしかできない。したがって、絶対電位は作用電極および対電極で生じる反応の関数である。したがって、一般に、作用電極も固定された電位のままになるように、対電極が固定された電位のままになることが望ましい。
【０００６】
対電極において電位を固定するのに使用される２つの主要な方法がある。いくつかの設計では、高度に濃縮された媒介物質の溶液が作用電極および対電極にわたって供給される。濃縮された媒介物質は、グルコース試験片に付着した血液中に溶解する。濃縮された媒介物質は、媒介物質が酸化・還元される濃度の率に基づいて対電極の電位を部分的に安定化させる。対電極の電位は周知のネルンスト式を使用して計算されるので、本明細書では
説明しない。酸化反応は作用電極で進行し、媒介物質は対電極で還元されて、電流回路を完成させる。その結果、酸化・還元された媒介物質の濃度は対電極で変化し、その結果対電極の電位は変化する。対電極を構成するこの方法は、最善でも擬似的な参照電極を形成できるだけである。また、使用される必要がある媒介物質の量は、作用電極での酸化反応に必要な濃度を超えなければならないので、非常に大きい。血中グルコースは４０ｍＭに達する場合があり、この種類の電極に対する一般的な媒介物質の濃度は、しばしば１００ｍＭを超える。最良の媒介物質の化合物の多くは１００ｍＭなどの高い濃度で溶解可能ではなく、したがってそれらはこの種類のグルコース試験片構造に使用することができない。ほとんどの媒介物質は、最終的に対／参照電極から遠く離れて溶液に溶解され、有用な目的には全く役に立たない。この種類の対電極では、変化する電位は、作用電極および対電極で起こり得るどのような変化も補償するために、計器によって加えられる電位を上昇させることによって克服できる。しかし、加えられた電位を上昇させることは、血液中の電気化学的に活性な妨害物質と反応する危険をもたらし、一般にグルコース測定の正確さをより低下させる。
【０００７】
この種類のグルコース試験片構造の１つの利点は、作用電極および対電極の両方に同じ金属が使用できることである。媒介物質は、溶液中では、作用電極および対電極の両方で等しく十分に反応する必要があり、したがって、それらを同じ材料からできたものにすることは好適な選択である。様々な現在利用可能なグルコースセンサが、プラスチックのシートを金またはパラジウムなどの純金属によって被覆し、所望の形状の作用電極および対電極に形成することによって作製される。１つの金属しか使用しない製造の効率性にもかかわらず、この種の製造は、高い溶解性の媒介物質を使用して、対電極の電位を設定し、電子の供給源として機能して作用電極に必要な電流を支持することに限定される。
【０００８】
別の一般的な種類の利用可能な対電極は、固体かつ不溶性の材料である塩化銀を使用する。塩化銀は銀に容易に還元でき、それによって反応を完成させるためのすぐに使える電子の供給源を提供する。塩化銀は固体の形態なので、濃度が高く、面積あたりに多くの量の塩化銀が含まれる。塩化銀は、対電極に密接して配置できるので急速に反応でき、また不溶であるので血液試料中に溶解させ、対電極から移動させることによって何も消費されない。塩化銀は一般に、金属銀の存在下で使用される。塩化銀および金属銀は、安定した固定された電位を提供し、したがって対電極は優れた参照電極として機能する。対電極を製造する一般的な方法は、スクリーン印刷を使用することである。銀および塩化銀の両方を含むスクリーン印刷のインクが販売されている。銀は電気の良導体であるが塩化銀はそうでない。対電極は電流を通さなければならず、したがって導電性を保つためにスクリーン印刷のインクはかなりの量の銀を必要とする。塩化銀の量を制限しなければならず、さもなくば対電極の電気抵抗が高くなりすぎて電流の流れを阻止する。対電極にスクリーン印刷されたＡｇ／ＡｇＣｌを使用すると、対電極で電流を生成する際に媒介物質を伴わない。媒介物質が対電極で必要にならないので、低濃度の媒介物質が使用できる。高い溶解度の媒介物質よりも優れた性能をもたらす低溶解度の媒介物質がこの設計で使用できる。さらに、両電極でなく作用電極上に媒介物質を配置するだけでよく、それによって媒介物質のコストおよび製造工程の複雑さが抑えられる。多くの点で、スクリーン印刷されたＡｇ／ＡｇＣｌの対電極は、機能するために高レベルの溶解性の媒介物質を使用する金から作製された対電極よりも優れている。
【０００９】
分析物の監視、例えばグルコースの監視は依然として重要なものであるので、センサおよびセンサの製造が関心を持たれ続けている。
【特許文献１】米国特許第５，１２０，４２０号
【特許文献２】米国特許第５，４３７，９９９号
【特許文献３】米国特許第６，１４３，１６４号
【特許文献４】米国特許第６，３３８，７９０号
【特許文献５】米国特許第６，６１６，８１９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、スパッタリングされた金属を使用する製造の利点をＡｇ／ＡｇＣｌの対電極の優れた性能と結びつける。これは金属、ＡｇＣｌ層などの電極用の反応層またはその両方を堆積するためにスパッタリングを使用することによって達成される。反応性のＡｇＣｌ層を作製する方法は、スクリーン印刷を伴うものでなく、スパッタリングされた製品の構造に使用される製造工程と矛盾しないものである。本発明を使用して、スパッタリングされた金属を使用する利点が、スクリーン印刷されたＡｇ／ＡｇＣｌ対電極の優れた性能を放棄せずに実現できる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、導電性材料、および例えば電極として使用する導電性材料を付着させる方法を対象とする。より詳細には、本発明は分析物センサ、および分析物センサを作製する方法を含み、各センサは少なくとも１つの電極を有し、生体液中の分析物の濃度を決定するように構成される。多くの実施形態では、センサは少なくとも２つの電極を有し、電極の１つは作用電極であり、もう一方は対電極または対／参照電極である。対象のセンサの実施形態は、第２の材料層の積層された第１の材料層を有する多層電極を備える。例えば、センサは導電性の基層、および導電性の基層の上の反応層を含む導電性のストライプを有することができる。反応層は半導体または絶縁性の材料を含むことができる。導電性のストライプは、少なくとも１つのセンサ電極に適している。
【００１２】
例えば分析物センサで使用する電極などの電極を作製する方法も提供される。主題の方法の実施形態は、センサの少なくとも１つの電極、例えば、ストライプの導電性の基層、センサの積層された反応層またはその両方など、多層センサの少なくとも１つの層を提供するために、スパッタリング工程を使用する工程を含む。
【００１３】
１つの態様では、導電性の基層をスパッタリングによってセンサの基材に付着できる。導電性の基層の例は銀（Ａｇ）であり、別の例は金（Ａｕ）である。
１つの態様では、反応性の材料を導電性の基層の上にスパッタリングできる。反応性の材料は単一の材料、あるいは２つ以上の同時に付着または同時スパッタされた異なる材料からなることができる。スパッタリングできる反応性の材料の１つの例はＡｇＣｌであり、スパッタリングできる反応性の材料の別の例は、ＡｇとＡｇＣｌとの組合せである。
【００１４】
多くの実施形態では、反応性の材料は、例えば血液または間質液などの生体液に不溶である。例えば、いくつかの実施形態では、反応性の材料は、例えば、生体液に可溶な状態など第１の状態で、基材に与えられ、例えば、基層上に積層され、次いで、生体液に不溶な状態など第２の状態で与えられる。例えば、反応性の材料は、導電性の基層の上に付着された場合にコロイド状態にあることができる。硬化または乾燥時に、反応性の材料は生体液に不溶である。コロイド状の反応性の材料の１つの例はＡｇＣｌである。
【００１５】
本発明による分析物センサは、生体液の試料内の分析物の濃度の分析用に構成される。センサは分析物センサの１つの例である。センサは少なくとも１つの作用電極、および対／参照電極であることができる少なくとも１つの対電極を有する。センサは任意選択の参照電極、指示電極またはその両方も備えることができる。生体液の試料を受ける試料チャンバは、試料が電極と接触するボリュームまたは領域である。
【００１６】
本発明の工程によって提供される導電性のストライプは、任意の電極に適しており、特にセンサの対電極に適している。例えば銀／塩化銀の電極（Ａｇ／ＡｇＣｌ）はセンサの
電位を保つための参照電極、ならびにその参照電極と作用電極との間に電流が流れることができるようにする対電極の両方として使用できる。
【００１７】
１つの特定の態様では、本発明は、導電性の基部と、導電性の基部の上の不溶性の反応層とからなる電極を備えるセンサ、およびそのセンサを作製する方法を対象とする。導電性の基層はスパッタリングによって形成できる。不溶性の反応層は、スパッタリングによって、またはコロイドから形成できる。
【００１８】
別の特定の態様では、本発明は電極を作製する方法を対象とし、その方法は不活性な基材に導電性の層をスパッタリングする工程と、導電性の層の上に不溶性の反応層を付着させる工程を含む。不溶性の反応層は導電性の層の上にスパッタリングされ、またはコロイドなどの液体として付着できる。反応層を形成するために２つ以上の材料が同時に付着できる。２つ以上の材料が同時にスパッタリングされる場合、これは第１の材料からなる第１のターゲットおよび第２の材料からなる第２のターゲットを使用することによって、または例えば第１の材料および第２の材料などの少なくとも２つの材料を含有するターゲットを使用することによってなされる。
【００１９】
別の特定の態様では、本発明は電極を作製する方法を対象とし、その方法は不活性な基材に導電性の層をスパッタリングする工程と、次いで導電性の層の上に反応層をスパッタリングする工程を含む。反応層は少なくとも２つの材料を有することができ、その材料は同時または順次にスパッタリングできる。第１の材料と第２の材料を同時にスパッタリングする場合、これは第１の材料からなる第１のターゲットおよび第２の材料からなる第２のターゲットを使用することによって、または第１の材料および第２の材料を含有するターゲットを使用することによってなされる。
【００２０】
別の特定の態様では、本発明は電極を備えるセンサを対象とし、その電極は導電性の層および、導電性の層の上の不溶性の反応層を備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本明細書では、以下の定義によって記述用語を定義する。
「生体液」は分析物が測定される例えば血液、間質液、皮膚液、汗、涙、および尿などの任意の体液である。「血液」は全体の血液および血漿および血清などの細胞を含まない成分を含む。
【００２２】
「対電極」は、作用電極を流れる電流と大きさが等しく符号は反対の電気化学的な電流が流れる、作用電極と共に使用される電極を指す。用語「対電極」は（例えば対／参照電極などの）参照電極としても機能する対電極を備えることを表す。
【００２３】
「電気化学的なセンサ」または「電気化学的なセンサの試験片」、およびその変形は、電気化学的な酸化および還元反応を介して分析物の存在の検出、濃度の測定またはその両方を行うように構成されたデバイスである。これらの反応は、分析物の量または濃度に関連付けることが可能な電気信号に変換することができる。
【００２４】
「電気分解」は電極で直接的に、あるいは（例えば酸化還元の媒介物質、酵素またはその両方などの）１つまたは複数の電子移動剤を介した化合物の電解酸化または電解還元である。
【００２５】
用語「対面電極」は、作用電極の作用面が対電極の表面にほぼ対向して配置されている作用および対電極の構成を指す。
「指示電極」は、試料チャンバ、測定領域またはその両方が部分的または完全に充填さ
れたことを検出する１つまたは複数の電極を含む。
【００２６】
「不溶性の」は、材料が、生体液にさらされたときに、約１０分以内に、実質的に溶解、分解、崩壊、分散、分裂、またはその他の様式で消失しないことを意味する。温度、ｐＨなどのパラメータ、およびその他の要因が材料の可溶性または不溶性に影響する可能性があることが理解される。
【００２７】
「層」は１つまたは複数の層を含む。
用語「共平面電極」の「平面電極」は、作用電極の作用面が対電極の表面に少なくともほぼ平らに配置されている作用および対電極の構成を指す。「平面電極」または「共平面電極」は一般的に同じ基板に配置される。
【００２８】
「参照電極」は、「参照電極」が対／参照電極を除外する説明がなされる以外は、（例えば対／参照電極などの）対電極としても機能する参照電極を含む。
「スパッタ」、「スパッタリング」およびその変形は、真空堆積、蒸着、薄膜堆積などの堆積工程を含む。
【００２９】
「薄い」層は、約１０μｍ（１００，０００Å）以下、実施形態によっては約１μｍ（１０，０００Å）以下、および他の実施形態によっては約０．５μｍ（５，０００Å）以下の厚さを有する。
【００３０】
「作用電極」は、分析物が、酸化還元媒介物質の媒介を伴って、または伴わずに、電解酸化または電解還元される電極である。
上記に概要を示したように、本発明の実施形態は、例えば導電性の基層および（例えば不溶性の反応層などの）反応層などの第１の材料層およびその上の第２の材料層を有する１つまたは複数の電極を備える分析物センサを対象とする。本発明は、２つ以上の層を有する少なくとも１つの電極を生成する工程を備える分析物センサを作製する方法も含む。例えば、導電性材料など第１の電極材料を基材に付着させる工程、および反応性の材料など第２の電極材料を最初に付着された材料に付着させる工程などである。方法は、導電性の基層を基材の上にスパッタリングする工程、およびそれから導電性の基層の上に不溶性の反応層を設ける工程を含むことができる。１つの例として、不溶性の反応層を導電性の基層の上にスパッタリングできる。別の例として、不溶性の反応層を導電性の基層の上にコロイドとして付着させることができる。いくつかの実施形態では、導電性の基層は薄い導電性の基層である。
【００３１】
反応層は１つまたは複数の材料からなることができ、少なくとも２つの材料が使用されるいくつかの実施形態では、その少なくとも２つの材料は層全体を通じて均質に混合される。反応層の材料は導電性、半導電性、または絶縁性であることができる。いくつかの実施形態では、導電性材料は、例えば半導電性材料などの非導電性材料と組み合わせることができる。
【００３２】
１つの例では、スパッタリング工程は、例えば導電性のストライプなどの導電性材料の領域を形成するために、銀の導電性の基層の上に銀（Ａｇ）および塩化銀（ＡｇＣｌ）の薄い層を設けるのに使用される。導電性の領域、および特に導電性のストライプは、例えば電気化学的なセンサなどのセンサの電極として使用するのに適している。
【００３３】
全体的に図面を参照し、特に図１および２を参照すると、ストリップ形態のセンサ１０の第１の実施形態が概略的に示される。センサ１０は、第１の基材１２、第２の基材１４、およびその間に配置されたスペーサ１５を有する。センサ１０は、少なくとも１つの作用電極２２、および少なくとも１つの対電極２４を備える。電極２２、２４のうちの少な
くとも１つは、本発明によりそれぞれ基材１２、１４の上に付着された導電性のストライプであることができる。センサ１０’の第２の実施形態が図３および４に示される。また、センサ１０’は、第１の基材１２、第２の基材１４、スペーサ１５、作用電極２２、および対電極２４を備える。図５は対電極２４の断面図を示し、以下に詳細に述べるような導電性の基層２４Ａ、および不溶性の反応層２４Ｂを示す。
【００３４】
センサ１０、１０’は層構造であり、いくつかの実施形態では全体的に長方形の形状、すなわちその長さが幅より長いが、その他の形状も同じく可能である。
センサの寸法は変えることができる。いくつかの実施形態では、センサ１０、１０’の全長は、約２０ｍｍ以上であり、約５０ｍｍ以下であることができる。例えば、長さは約３０ｍｍ〜約４５ｍｍ、例えば約３０ｍｍ〜約４０ｍｍなど、であることができる。しかし、より短い、およびより長いセンサ１０、１０’を作製することができることが理解される。いくつかの実施形態では、センサ１０、１０’の全幅は、約３ｍｍ以上であり、約１５ｍｍ以下であることができる。例えば、幅は約４ｍｍ〜約１０ｍｍ、約５ｍｍ〜約８ｍｍ、または約５ｍｍ〜約６ｍｍであることができる。１つの特定の例では、センサ１０、１０’は約３２ｍｍの長さ、および約６ｍｍの幅を有する。別の特定の例では、センサ１０、１０’は約４０ｍｍの長さ、および約５ｍｍの幅を有する。別の特定の例では、センサ１０、１０’は約３４ｍｍの長さ、および約５ｍｍの幅を有する。
【００３５】
（基材）
上述のように、センサ１０、１０’は第１および第２の基材１２、１４を有し、それは非導電性の不活性な基材であり、それによってセンサ１０、１０’の全体の形状および寸法が形成される。基材１２、１４は、実質的に剛性または実質的に可撓性であることができる。いくつかの実施形態では基材１２、１４は可撓性または変形可能である。基材１２、１４に適した材料の例には、それには限定されないが、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ナイロン、およびその他の「プラスチック」またはポリマーが含まれる。いくつかの実施形態では、基材の材料は「Ｍｅｌｉｎｅｘ（登録商標）」ポリエステルである。その他の非導電性材料を使用することもできる。
【００３６】
（スペーサ層）
上記に示されたように、スペーサ１５が基材１２と基材１４との間に配置される。スペーサ１５は、第２の基材１４から第１の基材１２を分離する。スペーサ１５は、一般に、少なくとも基材１２、１４と同じくらい可撓性があり変形可能（または剛性）である、不活性な非導電性の基材である。いくつかの実施形態では、スペーサ１５は接着剤層または両面接着テープまたはフィルムである。スペーサ１５に関して選択された任意の接着剤は、正確な分析測定を損なう可能性のある物質を放散または放出しないように選択されるべきである。
【００３７】
いくつかの実施形態では、スペーサ１５の厚さは、約０．０１ｍｍ（１０μｍ）以上かつ約１ｍｍ以下であり、あるいは約０．５ｍｍであることができる。例えば、厚さは、例えば約０．０２ｍｍ（２０μｍ）〜約０．２ｍｍ（２００μｍ）であることができる。ある一実施形態では、厚さは約０．０５ｍｍ（５０μｍ）であり、別の実施形態では約０．１ｍｍ（１００μｍ）である。
【００３８】
（試料チャンバ）
センサは、分析されるある量の試料を受けるための試料チャンバを備え、図１に示されるように、センサ１０、１０’は試料チャンバ２０にアクセスするための入口２１を有する試料チャンバ２０を備える。入口２１は、例えば図示された位置に加えて、またはその位置に代わって任意の適切な位置にあることができ、入口２１は正面側または端部先端に配置できる。試料チャンバ２０は、試料がチャンバ２０に供給された場合、試料が作用電
極および対電極の両方と電解的に接触し、それによって電流が電極の間を流れ、分析物の（電解酸化または電解還元などの）電気分解を行うことができるように構成される。
【００３９】
試料チャンバ２０は、多くの実施形態において基材１２、基材１４、およびスペーサ１５によって形成され、試料チャンバ２０は第１の基材１２と第２の基材１４との間のスペーサ１５がないところに存在する。一般に、スペーサ１５の一部分が除去されてスペーサ１５のない基材１２、１４の間の領域が設けられ、除去されたスペーサのこの空間が試料チャンバ２０である。基材１２、１４の間のスペーサ１５を備える実施形態に関しては、試料チャンバ２０の厚さは概ねスペーサ１５の厚さである。
【００４０】
試料チャンバ２０は、生体液の試料をその中に受けるのに十分な体積を有する。センサ１０、１０’が小さな体積のセンサの場合であるなどのいくつかの実施形態では、試料チャンバ２０は、例えば約０．５μＬ以下、および例えば約０．２５μＬ以下などの約１μＬ以下であることができる体積を有する。約０．０５μＬおよび約０．０３μＬ以下の体積と同様に約０．１μＬ以下の体積も、試料チャンバ２０に適している。
【００４１】
測定領域は試料チャンバ２０内に含まれ、分析物の評価中に調べられる試料の部分のみを含む試料チャンバの領域である。いくつかの設計では、測定領域は試料チャンバ２０の体積にほぼ等しい体積を有する。いくつかの実施形態では、測定領域は試料チャンバの８０％を含み、他の実施形態では９０％含み、別の実施形態では約１００％含む。いくつかの実施形態では、測定領域は試料チャンバの約８０％未満であることができる。
【００４２】
（電極）
上述のように、センサは、１つの作用電極、および少なくとも１つの対電極を備える。対電極は、対／参照電極であることができる。複数の対電極がある場合、対電極のうちの１つが対電極になり、１つまたは複数が参照電極であることができる。図２、図３、および図４を参照すると適切な電極構成の２つの例が示される。
【００４３】
（作用電極）
少なくとも１つの作用電極が、センサ１０、１０’の第１の基材１２および第２の基材１４のうちの１つに配置される。図２から４のうちの全てにおいて、作用電極２２が基材１２に示される。作用電極２２は、試料チャンバ２０の領域にある部分を有し、いくつかの実施形態では、試料チャンバから計器に接続するためなどのセンサの端部に延出する導電性のトレースを備える。
【００４４】
作用電極２２は、例えば金、炭素、白金、二酸化ルテニウム、パラジウム、またはその他の腐食しない導電性材料などの任意の適切な導電性材料などの導電性材料の層であることができる。作用電極２２は、２つ以上の導電性材料の組合せであることができる。適切な導電性エポキシの１つの例は、ダブリュ．アール．グレース社（Ｗ．Ｒ．Ｇｒａｃｅ  Ｃｏｍｐａｎｙ）［米国マサチューセッツ州ウォバーン（Ｗｏｂｕｒｎ）所在］により市販されているＥＣＣＯＣＯＡＴ（登録商標）ＣＴ５０７９−３炭素充填導電性エポキシ被覆である。作用電極２２の材料は一般的に、比較的低い電気抵抗を有し、一般的に動作中にセンサの電位範囲にわたって電気化学的に不活性である。
【００４５】
作用電極２２は、本発明の方法を含む任意の様々な方法によって基材１２に付着できる。電極２２は、蒸着または真空堆積あるいはその他の様式でスパッタリングされて堆積され、平らな表面あるいはエンボス加工またはその他の様式で窪んだ表面に印刷され、別個になった担体またはライナから転写され、エッチングされ、または成形されることができる。適切な印刷の方法には、スクリーン印刷、圧電印刷、インクジェット印刷、レーザ印刷、フォトリソグラフィ、および塗装が含まれる。
【００４６】
上述のように、作用電極２２の少なくとも一部分が、分析物の分析のために対電極と共に試料チャンバ２０に設けられる。
（対電極）
センサは、試料チャンバ内に配置された少なくとも１つの対電極を備える。図２では、対電極２４が基材１４上に示される。図３および４では、対電極２４が基材１２上にある。対電極２４は試料チャンバ２０の領域にある部分を有し、いくつかの実施形態では、試料チャンバの部分から、計器に接続するためなどのセンサの端部に延出する導電性のトレースを備える。
【００４７】
対電極２４は、作用電極２２と同様の様式で構築できる。作用電極２２を構築するために利用可能なものと同じ材料および方法が対電極２４を作製するために使用できるが、異なる材料および方法も使用できる。対電極２４は、Ａｇ／ＡｇＣｌおよび炭素などの複数の導電性材料の混合物を含むことができる。
【００４８】
いくつかの実施形態では、対電極２４は導電性の材料、および非導電性であることができる少なくとも第２の材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、第２の材料は反応性の材料である。これは、第２の材料が生体液の分析物の酸化または還元を促進することを意味する。
【００４９】
導電性材料および任意選択の第２の材料は個々の層として存在してもよく、単一の層に組み合わされてもよい。対／参照電極または参照電極の構築の適切な例には、ＡｇＣｌによって被覆されたＡｇ基層、ＡｇＣｌと組み合わせたＡｇによって被覆されたＡｇ基層、またはＡｇＢｒと組み合わせたＡｇによって被覆されたＡｇ基層が含まれる。
【００５０】
図５を参照すると、対電極２４の１例が本発明によって作製されるのに特に適しており、それはすなわち導電性層の上の不溶性の反応層２４Ｂを有する、スパッタリングされて被覆された基材１２上の導電性の基層２４Ａである。不溶性の反応層をスパッタリングによって施すこともできる。
【００５１】
（電極構成）
作用電極２２および対電極２４は対面電極を形成するために互いに対向かつ対面して配置できる。例えば図２を参照すると、基材１２の上に作用電極２２を有し、基材１４の上に対電極２４を有し、対面電極を形成している。作用電極２２および対電極２４は、共平面電極または平面電極を形成するために、同じ基材などに互いに概ね平らに交互に配置できる。図３および４を参照すると、作用電極２２および対電極２４の両方が基材１２の表面の部分を占有し、したがって共平面電極を形成する。
【００５２】
（導電性の基層、および任意選択での反応層のスパッタリング）
電極２２、２４のうちの少なくとも１つは、本発明による導電性の領域、例えばストライプであることができる。すなわち、電極は以下に説明する導電性の基層および不溶性の反応層を有し、導電性の基層がスパッタリングによって基材に付着される。本発明の一実施形態では、反応層はスパッタリングによっても付着される。スパッタリングは、再生可能な、薄い材料の層を形成し、適切な材料の例には、それには限定されないが、炭素、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、インジウム、ロジウム、ルテニウム、コバルト、亜鉛、チタン、それらの材料の酸化物、それらの材料の塩類、これらの任意のものの混合物が含まれる。例えば、銀（Ａｇ＋）は、ハロゲン（例えばＩ−、Ｂｒ−、Ｃｌ−、Ｆｌ−）と化合でき、例えばＡｇＣｌなどを形成する。望まれる場合、混合された層はその全体を通じて２つ以上の材料の均質な分布を有することができる。本明細書の説明では、例としてＡｇおよびＡｇＣｌを用いるが、本発明はＡｇ、ＡｇＣｌまたはその両方に限定
されず、スパッタリング被覆できる任意の材料が本発明に使用できることを理解されたい。
【００５３】
スパッタリングされた層、すなわち導電性の基層および任意選択で反応層が約１０μｍ（１００，０００Å）以下、いくつかの実施形態では、約１μｍ（１０，０００Å）以下、他の実施形態では約０．５μｍ（５，０００Å）以下の厚さを有する薄い層であることができる。いくつかの実施形態では、厚さは約０．２μｍ（２，０００Å）以下である。スパッタリングされた層に関する範囲の１例は、約０．０１μｍから約０．０２μｍ（１００Åから２００Å）である。スパッタリングされた材料に応じて、生じる層は、透明でないとしてもほぼ透明であるほど十分薄いものである。一般に、スパッタリングされた材料は生体液に不溶であり、すなわち約１０分以内に、生体液にさらされたときに、スパッタリングされた材料は、溶解、分解、破壊、分散、崩壊、またはその他の様式で消失しない。
【００５４】
本発明による導電性のストライプは、特にセンサの電極に適している。スパッタリングによる電極を製造するコストは、スクリーン印刷と比較して削減される。製造工程のコストも材料のコストも、スクリーン印刷の代わりにスパッタリングを使用して削減される。
【００５５】
スパッタリング工程を使用する複数の電極の製造により、周知の工程を凌ぐ多くの利点がもたらされる。導電性の基層、および任意選択でその上に少なくとも１つの反応層などの、１つまたは複数のその他の層をスパッタリングすることにより、多くの場合スクリーン印刷および高温乾燥工程を含むセンサ電極用の従来の加工方法を回避することによって、製造コストが削減できる。
【００５６】
従来の電気化学的なセンサは、銀および塩化銀などの１つまたは２つの材料を含むインクまたはペーストをスクリーン印刷することによって作製された電極を備えていた。銀／塩化銀の電極は、対電極として使用することができ、例えば、Ａｇ／ＡｇＣｌの組合せのスクリーン印刷を開示する米国特許第６，１４３，１６４号を参照されたい。しかし、スクリーン印刷された銀／塩化銀の層は疎水性であり、粗く、その両方が電極の上の流体試料の流れを阻害する場合がある。また、いくつかの実施形態では、スクリーン印刷された層の塩化銀の全てを反応のために容易に利用可能にすることができず、層の反応性が低下し、それによって作用電極での分析物の酸化の比率が減少する。
【００５７】
さらに、方法に応じて、スクリーン印刷方法は一般に、印刷されたインクを硬化させるために高温の乾燥工程を必要とする。高温にさらすことにより、高温で安定でない材料よりも一般に高価な、高温で安定な基材も必要になる。本発明の導電性のストライプを作製するためのスパッタリングは、室温の範囲で行うことができ、したがって熱安定化されていない、より安価な基材が使用できる。
【００５８】
スクリーン印刷およびその他の形式の印刷によって、許容可能な性能を有する電極を生産できるが、より安価でより再現可能な製造工程が望まれる。本発明は、例えばセンサ試験片などのセンサ用の電極として使用するのに適した導電性のストライプを提供する。
【００５９】
上述のように、例えば電極などの本発明による導電性の領域またはストライプが、スパッタリングによって施すことができる不溶性の反応層によって覆われた、スパッタリングされた導電性の基層を有する。従来のスパッタリング工程を介して付着できる任意の金属またはその他の材料が導電性のストライプに使用できる。
【００６０】
本発明のスパッタリング工程は、導電性の基層を例えばセンサ１０、１０’の基材１２または基材１４に、直接的に基材の上に付着させるのに使用でき、転写用または一時的な
基材が必要でない。いくつかの実施形態では、基層の基材への接着を促進するために、基層のスパッタリングの前に接着材料を基材に供給できる。接着材料が基材およびスパッタリングされる基層に基づいて選択される。接着材料の層の例としての厚さには、約５０〜１００μｍが含まれるが、より薄い接着層や、より厚い接着層を使用できる。
【００６１】
装置、チャンバ、発電機、真空システム、不活性ガス、およびスパッタリング・システムのその他の要素の周知の構成が、本発明のスパッタリングに使用できる。本発明の方法は、下記に説明されるように、ターゲット以外の任意の特定のまたは一般的でない装置を必要としない。適切なスパッタリング装置には、多通路の単一チャンバおよびマルチチャンバを有する１通路のウェブスパッタリング装置が含まれる。スパッタリングを行うための方法、すなわちスパッタリング出力、スパッタリング率、周囲ガスなどを調節することによって層を付着させる工程は、スパッタリングの分野でよく知られている。
【００６２】
上述のように、本発明の導電性のストライプは、導電性の基層の上の反応層を備え、この反応層はスパッタリングによって施すことができる。１例として、本発明により、金属銀の導電性の基層が銀のターゲットを使用することによって基材の上にスパッタリングできる。続いて、塩化銀のターゲットを使用することによって塩化銀の層を銀の層の上にスパッタリングできる。そのような工程により、Ａｇ層とＡｇＣｌ層の２つの個別の層を有する導電性のストライプが設けられる。
【００６３】
別の例として、金属銀の導電性の基層が銀のターゲットを使用することによって基材の上にスパッタリングできる。続いて、Ａｇ／ＡｇＣｌのターゲットを使用することによって、Ａｇ／ＡｇＣｌの反応層を銀の層の上にスパッタリングできる。そのような工程により、Ａｇ層とＡｇ／ＡｇＣｌ層の２つの個別の層を有する金属被覆が設けられる。Ａｇ／ＡｇＣｌターゲット、および材料の組合せを有するその他のターゲットが下記に示される。
【００６４】
（同時複数ターゲット）
２つ以上の材料を有するスパッタリングされた層を設けるために、２つ以上の異なる個別のターゲットが、基材の上に混合材料の層を付着させるために使用できる。工程により、各ターゲットからの材料が同時に付着される。
【００６５】
例として、ＡｇＣｌが第２のターゲットからスパッタリングされると同時に、銀が第１のターゲットからスパッタリングできる。そのような工程によって、１つの層にＡｇおよびＡｇＣｌの混合物を有する被覆が設けられる。
【００６６】
例えばＡｇおよびＡｇＣｌなどの、その結果生じる被覆での２つの材料の比率は、２つのターゲットの表面積の比率と概ね等しくなり得る。例えば、共に使用された場合、約７０ｃｍ２の露出された銀のターゲットおよび約３０ｃｍ２の露出されたＡｇＣｌのターゲットにより、各ターゲットに加えられる出力に応じてＡｇ：ＡｇＣｌが約７０：３０の比率を有する金属被覆がもたらされる。２つの材料の比率は、各ターゲット材料のスパッタリング率を考慮に入れ、各ターゲットに加えられる出力を調節することによって調整できる。これに代えてまたはこれに加えて、１つの材料から別の材料、例えば純粋な銀から銀および塩化銀の混合物へ、または純粋な塩化銀への移行を行うために、堆積中に出力比を変えることができる。
【００６７】
（単一のターゲット）
２つ以上の材料を有するスパッタリングされた層を設けるための別の方法は、単一のターゲットを形成するために組み合わされた２つ以上の異なる材料を使用することであり、この組み合わされたターゲットは混合された材料の単一の層を基材の上に付着させるのに
使用される。
【００６８】
２つの材料の組合せは、材料の個別の領域をターゲットに設けることによって行うことができる。例えば、プラグ、ストリップ、区域、またはその他の形状の第１の材料が、第２の材料の非存在部に組み合わせられてよい。または、例えば、ストリップ、区域、またはその他の形状の第１の材料は、ストリップ、区域、またはその他の形状の第２の材料と組み合わせることができる。例えば、直径が約３０ｃｍの円形のＡｇのターゲットは、Ａｇターゲット全体から均一な間隔をあけて配置された、例えば直径が約３ｃｍの、例えばより小さい１０個のＡｇＣｌのターゲットを有することができる。
【００６９】
いくつかの実施形態では、２つの材料はターゲット全体を通じて均一に配置または分布される。例えば円形のターゲットは等しく間隔を空けて配置されかつ寸法を決められた部分を有することができ、例えばターゲットは、２つの材料の１／１（すなわち、５０／５０）の比率をもたらすために、４つのパイ形状の４分の１の部分を各材料に２つ有することができ、例えばターゲットは２つの材料の１／３の比率をもたらすために、８つのパイ形状の区画を第１の材料の２つおよび第２の材料に６つ有することができ、第１の材料の２つの区域は互いに対向して配置される。
【００７０】
例として、銀およびＡｇＣｌの領域を有するターゲットは、基材の上に層をスパッタリングするために使用される。そのような工程によって、１つの層にＡｇおよびＡｇＣｌの混合物を有する金属被覆が設けられる。
【００７１】
例えばＡｇおよびＡｇＣｌなどの、それによって生じる被覆での２つの材料の比率は、ターゲットの各材料の表面積の比率と概ね等しくなり得る。例えば、ターゲットが７０ｃｍ２の露出したＡｇ、および３０ｃｍ２の露出したＡｇＣｌを有する場合、その結果生じる被覆はＡｇ：ＡｇＣｌの７０：３０の比率を有する。
【００７２】
特定の５０／５０および７０／３０の比率が上記に例示されたが、例えば６０／４０、２０／８０などその他の比率を有する層が本発明の方法を使用して適用できることが理解される。
【００７３】
図６を参照すると、スパッタリング装置の実施形態が示され、装置は概略的に示されることが留意される。装置１００は真空チャンバ１１０を有し、その中に被覆される基材が配置される。スパッタリング分野でよく知られるように、装置１００は（全体に＋電荷を有する）アノード１１２、および（全体に−の電荷を有する）カソード１１４を備える。アノード１１２およびカソード１１４は、少なくとも互いに部分的に重なって配置され、概ね互いに整列する。被覆される基材１１６は、カソード１１４と反対の位置関係でアノード１１２上に配置される。カソード１１４は基材１１６の上に堆積される材料であるターゲット１１８を備える。
【００７４】
装置１００の様々な要素がスパッタリングの分野で知られている。例えば装置１００は不活性ガスを真空チャンバ１１０に注入するための入口１１５を備える。不活性ガスの例はアルゴンである。活性ガスまたはプラズマを使用して、材料のうちの１つのスパッタリングが促進できる。例えば、塩素ガスを使用してＡｇＣｌのスパッタリングを促進できる。
【００７５】
装置１００は真空システムを備え、それは機械式のポンプ１２０、ならびに例えば通気弁１２２、粗引き弁１２４、排気管１２６、およびフォアライン・トラップ１２８などの適切な配管および弁を備えることができる。
【００７６】
装置１００はスパッタリングの分野でも知られた高真空システムも備える。図６を参照すると、装置１００は第１のステージ１３２、第２のステージ１３４、液体窒素１３６を満たされたクライオトラップ、および高真空弁１３８を有するクライオポンプ１３０を備える。スパッタリング装置の別の実施形態が本発明の方法に使用できることが理解される。
【００７７】
次に図７および８を参照すると、本発明による構成の一実施形態が例示される。被覆される基材１１６がアノード１１２に配置される。アノード１１２は、例えばテーブルなどの回転する環状の支持部を備えることができ、その上に基材１１６が配置される。
【００７８】
スパッタリングは、１つの基材１１６の上に行われ、それは後に所望の最終的な寸法に変換（例えば切断）され、または複数の基材１１６が同じ工程で例えば同時に被覆できる。アノード支持部、例えば回転テーブルに配置された場合、複数の基材１１６は互いに重なり合ってもよいが、薄いコーティングによって被覆されることが望ましい基材１１６の任意の領域は露出されなければならない。
【００７９】
基材１１６はターゲット１１８からの導電性の材料によって被覆される。図７および８のこの特定の実施形態では、２つの個別のターゲット、第１のスパッタリング・ターゲット１１８Ａおよび第２のスパッタリング・ターゲット１１８Ｂが、４つの基材１１６Ａ、１１６Ｂ、１１６Ｃ、１１６Ｄに同時に薄い層を形成するのに使用される。共に堆積される材料としてＡｇ／ＡｇＣｌおよびＡｇを共に有する実施形態に関しては、第１のターゲット１１８ＡはＡｇ／ＡｇＣｌを含み、第２のスパッタリング・ターゲット１１８ＢはＡｇを含む。図７に示される実施形態では、ターゲット１１８Ａおよびターゲット１１８Ｂは概ね等しい領域を有し、それによって各材料を基材１１６Ａ、１１６Ｂ、１１６Ｃ、１１６Ｄの上に概ね等しく付着させる。堆積される材料の比率はターゲット１１８Ａおよびターゲット１１８Ｂの表面積の比率に正比例する。
【００８０】
（コロイド状の不溶性反応層）
不溶性の反応層が導電性の基層の上にコロイドとして付着できる。例として、ＡｇＣｌのコロイドは、多層のＡｇおよびＡｇＣｌの導電性のストライプを設けるために５０００Åの厚さでスパッタリングされた銀の層の上に付着できる。同様の例として、ＡｇＣｌのコロイドは、多層のＡｇおよびＡｇＣｌの導電性のストライプを設けるために３，０００，０００Å（３０，０００μｍ）の厚さでスパッタリングされた銀の層の上に付着できる。別の例として、コロイド状のＡｇ／ＡｇＣｌ層は導電性のストライプを設けるためにスパッタリングされた金（Ａｕ）の導電性層の上に付着できる。
【００８１】
コロイドは、例えば、水などの液体中に、粒子が懸濁したものであり、コロイド内では粒子は析出しない。コロイド状の材料は、粒子材料を例えば水などの液体、ならびに表面活性剤およびその他の表面改質剤、粘度改質剤、増粘剤などの任意の成分と混合することによって得ることができる。セルロースは適切な増粘剤の１つの例である。コロイド状の材料は導電性の基層の上に付着させるためにその他の材料と結合でき、例えばコロイド状の材料は電極用の感知用化学物質（ｓｅｎｓｉｎｇ  ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）と結合できる。
【００８２】
コロイド状の材料は、例えば血液および間質液などの生体液に不溶である。すなわち、コロイドは約１０分以内に、溶解、分解、破壊、分散、崩壊、またはその他の様式で消失しない。
【００８３】
コロイドは、（例えばスロットダイによる）ダイコーティング、押出しコーティング、塗装、ストライピングなどを含む様々な被覆技術によって付着できる。被覆の後に、コロ
イド層の厚さは、一般に材料からの液体の蒸発によって減少する。例えば、約３０μｍの厚さで付着された被覆は５μｍ未満に減少する場合がある。熱、圧力減少またはその両方は、乾燥を早めるのに使用できる。
【００８４】
（感知用化学物質）
導電性のストライプがセンサ用の電極として使用される場合、ストライプは試料チャンバの分析物の分析を助けるために、その上に任意選択の感知用化学物質材料を含むことができる。感知用化学物質材料は、試料内の電極と分析物との間の電子の移動を促進する。任意の適切な感知用化学物質がセンサに使用でき、感知用化学物質は１つまたは複数の材料を含むことができる。
【００８５】
感知用化学物質は一般に、分析物との間の電子の移動を促進する電子移動剤を含む。電子移動剤は、拡散性または非拡散性であり、電極に層として存在してもよい。適切な電子移動剤の１つの例は、分析物の反応を触媒する酵素である。例えば、グルコース・オキシダーゼ、またはピロロキノリン・キノン・グルコース・デヒドロゲナーゼ（ＰＱＱ）などのグルコース・デヒドロゲナーゼは、分析物がグルコースである場合に使用できる。その他の酵素がグルコースまたはその他の分析物に使用できる。
【００８６】
電子移動剤は、拡散性であるか否かにかかわらず、電極と分析物との間の電流を促進し、分子の電気化学的な分析を可能にする。電子移動剤は、試料内の電極と分析物との間の電子の移動を促進する。
【００８７】
感知用化学物質は、電子移動剤の代わりに、またはそれに加えて、拡散性または非拡散性であることができる酸化還元媒介物質を含むことができる。いくつかの実施形態が、遷移金属の化合物または錯体である酸化還元媒介物質を使用する。適切な遷移金属の化合物または錯体の例には、オスミウム、ルテニウム、鉄、およびコバルトの化合物または錯体が含まれる。これらの錯体では、遷移金属は、１つまたは複数の配位子に同等に結合し、それは一般に、単座、２座、３座、または４座である。酸化還元媒介物質は、ポリマーの酸化還元媒介物質または酸化還元のポリマー（例えば１つまたは複数の酸化還元種を有するポリマー）であることができる。適切な酸化還元媒介物質および酸化還元ポリマーの例は例えば米国特許第６，３３８，７９０号、および米国特許第６，６０５，２００号、および米国特許第６，６０５，２０１号に開示されている。
【００８８】
酸化還元媒介物質はそれが拡散性であるか否かにかかわらず、電極と分析物との間の電流を媒介し、電極への直接的な電気化学的な反応に適していない場合がある分子の電気化学的な分析を可能にする。媒介物は、電極と分析物との間で電子を移動させるための試薬として機能する。
【００８９】
（センサの製造）
導電性層と、その上に存在する反応層とを備える基材は、生体液中の分析物の濃度の分析のために構成された分析物センサなどのセンサに組み立てることができる。センサ試験片は分析物センサの１つの例である。センサは、上記に論じたように少なくとも１つの作用電極、および少なくとも１つの対電極を有し、任意選択の参照電極および指示電極を有することができる。
【００９０】
上述のセンサ１０、１０’は、スペーサ１５などによって隔離された基材１２、１４を有する挟持された、または層状の構造である。基材１２、１４は、電極２２、２４および任意選択の任意の指示電極または参照電極が付着された後に接合される。本発明の導電性のストライプは、任意の電極に適しており、特に、２つ以上の金属材料を利用することが多いセンサの対電極に適している。銀／塩化銀の電極はセンサの電位を保つための参照電
極、ならびにその参照電極と作用電極との間に電流が流れることができるようにする対電極の両方として使用できる。
【００９１】
導電性のストライプ、またはその任意の部分は、スパッタリングの後に所望の構成にすることができ、または続いてストライプは所望の最終的な形状を得るためにスパッタリングまたは付着の後に加工される。例えば電極の望ましい形状および寸法など、層の所望の形状および寸法を形成するために層の望ましくない部分を除去するのにレーザ・エネルギーが使用できる。
【００９２】
センサ１０、１０’の層状の構造は、任意の適切な様式で様々な層を共に積層することによって作製できる。
（センサの付着）
センサ１０、１０’などの本発明の分析物センサに関する一般的な用途は、患者またはその他の使用者の血液、間質液などの中のグルコース濃度などの生体液中の分析物の濃度の決定に関するものである。決定できるさらなる分析物には、例えば、アセチルコリン、アミラーゼ、ビリルビン、コレステロール、繊毛性ゴナドトロピン、クレアチンキナーゼ（例えばＣＫ−ＭＢ）、クレアチン、ＤＮＡ、フルクトサミン、グルタミン、成長ホルモン、ホルモン、ケトン、ラクテート、過酸化物、前立腺特異抗原、プロトロンビン、ＲＮＡ、甲状腺刺激ホルモン、およびトロポニンなどが含まれる。例えば、抗生物質（例えば、ゲンタマイシン、バンコマイシンなど）、ジギトキシン、ジゴキシン、乱用薬物、テオフィリン、およびワーファリンなどの薬物の濃度も決定できる。センサ１０、１０’は、薬局、病院、診療所で、医者から、およびその他の医療デバイスの供給源から入手可能である。複数のセンサ１０、１０’が一緒に包装され、例えば、２５、５０または１００個の試験片の包装など、単一のユニットとして販売される。
【００９３】
センサ１０、１０’は、電気化学的な評価または測光試験に使用できる。センサ１０、１０’は一般に、様々な電気回路に接続可能な電気式計器と共に使用するように構成される。計器はセンサ１０、１０’と概ね同じ場所で入手可能であり、例えばキットとしてセンサ１０、１０’と共に包装できることもある。
【００９４】
計器に接続可能な適切な電子回路の例には、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）、ラップトップなどの携帯可能なコンピュータ、または（例えば携帯情報端末（ＰＤＡ）などの）ハンドヘルドデバイス、などのデータ処理端末が含まれる。電子回路は、有線または無線接続を介して受信機とデータ通信するように構成される。さらに、電子回路は、検出された使用者のグルコース・レベルに対応するデータを記憶し、取得し、更新するためのデータ網（図示されない）にさらに接続できる。
【００９５】
計器に接続された様々なデバイスは、例えば８０２．１１またはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）ＲＦプロトコルなどの一般的な規格、またはＩｒＤＡ赤外線プロトコルを使用してサーバ・デバイスと無線式に通信することができる。サーバ・デバイスは、携帯情報端末（ＰＤＡ）またはノートブック・コンピュータなど別の携帯用機器であってもよく、デスクトップ・コンピュータ、機器など、より大型の装置であってもよい。いくつかの実施形態では、サーバ・デバイスは液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などのディスプレイ、ならびにボタン、キーボード、マウス、またはタッチスクリーンなどの入力デバイスを有する。そのような装置では、使用者はサーバ・デバイスのユーザ・インターフェースを介することによって間接的に計器を制御することができ、サーバ・デバイスは無線リンクを介して計器と相互接続する。
【００９６】
サーバ・デバイスは、計器サービス・デバイスからデータ記憶装置またはコンピュータに分析データを送るためのものなどの別のデバイスと接続することもできる。例えば、サ
ービス・デバイスは、（例えばインスリンポンプ・プロトコールなどの）指示を医療提供者のコンピュータから送信受信することができる。そのような通信の例には、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）とデータを同期するＰＤＡ、もう一方の端末のコンピュータとセルラー・ネットワークを介して通信する携帯電話、または医師の事務所のコンピュータ・システムと通信する家庭機器が含まれる。
【００９７】
例えば血液などの生体液の試料を患者または使用者から得るためのランセット（ｌａｎｃｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）またはその他の機構が、センサ１０および計器と概ね同じ場所で入手することもでき、センサ１０および計器と共に、場合によっては例えばキットとして共に包装されてもよい。
【００９８】
センサ１０、１０’は、「一体化されたデバイス」すなわち例えば出願者の同時係属の米国特許出願第１０／７０１，９９３号に記載されているようなデバイスでの、計器またはランセットなどのセンサおよび第２の要素を有するデバイスに含めるのに適していることができる。一体化されたデバイスは、電気化学的な評価または測光の評価を提供することに基づくことができる。いくつかの実施形態では、センサ１０、１０’は、計器およびランセットの両方と一体化できる。複数の要素を１つのデバイスに共に有することにより、分析物レベルを得るのに必要なデバイスの数が減少し、サンプリング工程が容易になる。
【００９９】
例えば、実施形態は、１つまたは複数の対象の試験片を備えるハウジング、皮膚穿孔要素、および試験片に付着した試料内の分析物の濃度を決定するためのプロセッサを含むことができる。複数の試験片１０、１０’がハウジングの内側のカセットに保持でき、使用者によって作動されたとき、少なくとも一部分が使用のためにハウジングから延出するように単一の試験片１０、１０’をカセットから繰り出すことができる。
【０１００】
（センサの動作）
使用に際しては、生体液の試料がセンサの試料チャンバに提供され、そこで分析物のレベルが決定される。多くの実施形態では、血中グルコースのレベルが決定される。また、多くの実施形態では、生体液の供給源が、例えばランセットによって患者の皮膚を穿孔した後に、患者から引かれた１滴の血液であり、このランセットはセンサと共に一体化されたデバイスにあることができる。
【０１０１】
センサ１０、１０’は、指示電極を備えることができ、それによって、分析物のレベル決定を開始するのに適切な量の流体試料が試料チャンバ２０にある場合に、信号が出される。分析物は、例えば作用電極２２で電解酸化または電解還元され、対電極２４で得られた電流のレベルは分析物の濃度と関連付けられる。一般に、試料の分析は、例えば電量測定、電流測定、電位差測定、またはその任意の組合せによるものであることができる。センサは、光度測定に使用するのに適していることもできる。
【０１０２】
センサ１０、１０’は、電極２２、２４に電位を加え、または加えずに動作できる。一実施形態では、電気化学的な反応は自発的に発生し、作用電極２２と対電極２４との間に電位を加える必要はない。別の実施形態では、作用電極２２と対電極２４との間に電位が加えられる。
【０１０３】
［実施例］
以下の非限定的な実施例によってさらに本発明を例示する。実施例での全ての部分、百分率、率などは、特別に示さない限り重量によるものである。
【０１０４】
１０００リットル／秒の率にて、２．６７×１０−５Ｐａ（２．０×１０−７Ｔｏｒｒ
）を得るように構成された液体窒素トラップおよびクライオポンプを備えたスパッタリング・システムにより、銀／塩化銀（Ａｇ／ＡｇＣｌ）のフィルムを堆積した。直径２０ｃｍ×厚さ０．６４ｃｍの水冷された２つのターゲット（１つは純度９９．９７％のＡｇ、第２のターゲットは純度９９．９％のＡｇＣｌ）を用いた。吐出圧力１．３３Ｐａ（１０×１０−３Ｔｏｒｒ）、流量２０ｃｍ３／分、純度９９．９９９％のＡｒガス中で、スパッタリングを行った。
【０１０５】
Ａｇターゲットのターゲット構成はＤＣマグネトロンであり、ＡｇＣｌターゲットはＲＦダイオードであった。堆積中のバイアス電圧は、Ａｇ、ＡｇＣｌについて、それぞれ−３７５、１１５０であった。ターゲットと基材との間の間隔は６．２５ｃｍであった。フィルムを最大限均一とするために、接地された環状テーブルを２．５回転／分で回転させた。これらの条件の下、フィルム堆積率は１８（ナノメートル）１８０オングストローム／ＫＷ・分であった。
【０１０６】
上記の手順を使用して、スパッタリングされたＡｇ／ＡｇＣｌ材料の２つの例を作製した。
第１の例は、ＰＥＴ基材上にＡｇの薄い基層（〜５００Å）をスパッタリングし、次いで第１のＡｇ層の上にＡｇＣｌターゲットを用いてＡｇＣｌ層（〜１５００Å）をスパッタリングすることによって作製した。
【０１０７】
第２の例は、ＰＥＴ基材上にＡｇの薄い基層（〜５００Å）をスパッタリングし、次いでＡｇおよびＡｇＣｌの両方のターゲットを同時に作用させて７０％のＡｇおよび３０％のＡｇＣｌからなる層（〜１０００Å）をスパッタリングすることによって作製した。
【０１０８】
これらの例の両方を、印刷された炭素作用電極と組み合わせ、グルコースセンサを作製した。これらのセンサについて試験を行い、印刷されたＡｇ／ＡｇＣｌの参照／対電極を用いて作製した制御センサと比較した。全ての試験センサは、同じ血液試料を使用して試験した。例示のセンサおよび比較のセンサの電流プロファイルを、比較のため記録した。
【０１０９】
Ａｇ層の上にＡｇおよびＡｇＣｌが同時にスパッタリングされた第２の対電極の例は、コントロール、すなわち印刷されたＡｇ／ＡｇＣｌ電極に非常に類似して動作した。この電流プロファイルは、スパッタリングされたＡｇ／ＡｇＣｌの参照／対電極が、印刷されたＡｇ／ＡｇＣｌ電極によって回復されるのとほぼ同量の電荷を回復したことを示している。図９から分かるように、スパッタリングされた電極および印刷された電極の電流プロファイルは、非常に類似している。これは、スパッタリングされたＡｇ／ＡｇＣｌ電極の性能が、広範に使用されている印刷されたＡｇ／ＡｇＣｌ電極と非常に類似していることを示している。
【０１１０】
Ａｇ層の上にＡｇＣｌのスパッタリングされた第１の電極の例は、印刷されたＡｇ／ＡｇＣｌ電極よりもはるかに少ない電荷しか回復しなかった。ピーク電流はいくらか制限されている。図１０から分かるように、例示のセンサと比較のセンサとの電流プロファイルには大幅な違いがある。
【０１１１】
第３の例として、スパッタリングされたＡｇ層の上にコロイド状の塩化銀の層を用いて対電極を作製した。コロイド状のＡｇＣｌは、次の手順によって作製した。
溶液Ａは以下の成分、すなわち、脱イオン水、デキストリン（Ｓｉｇｍａ製）の３％（ｗ／ｖ）溶液、０．５％（ｗ／ｖ）Ｔｒｉｔｏｎ  Ｘ１００（商標）表面活性剤（Ｓｉｇｍａ製）、３４０ｍＭ塩化ナトリウム（Ｆｉｓｈｅｒ製）と、リン酸水素ナトリウム七水化物（Ｓｉｇｍａ製）およびリン酸二水素ナトリウム一水和物（Ａｌｄｒｉｃｈ製）から作製したほぼｐＨ７．４の１０ｍＭリン酸ナトリウム緩衝液と、２ｍＭ硝酸銀の原液（Ｓ
ｉｇｍａ製）（溶液を露光から保護するために琥珀色の瓶に貯蔵）とを用いて作製した。
【０１１２】
塩化ナトリウムの原液０．３ｍＬ、緩衝液０．３ｍＬ、デキストリン原液０．３ｍＬ、脱イオン水０．４５ｍＬ、およびＴｒｉｔｏｎ  Ｘ１００原液０．１５ｍＬを、この順番で加えることによって、１．５ｍＬの溶液Ａを調整した。攪拌しながら、硝酸銀原液１．５ｍＬを溶液Ａに加えた。硝酸銀溶液は０．３ｍＬずつ加えた。硝酸銀を加えると、溶液Ａは直ちに不透明になった。これはＡｇＣｌのコロイドの形成を示している。コロイド溶液は、ほぼ１時間に渡って次第に不透明となった。この後、使用の準備が完了したと判断した。コロイド溶液は、光から保護した。
【０１１３】
コロイド状ＡｇＣｌの溶液を、その上に銀（Ａｇ）の層がスパッタリングされたプラスチックのシートの上にスロットコートした。コロイド溶液がシリンジ駆動液体ディスペンサ（Ｂｉｏｄｏｔ製）によって付着され、対電極を形成した。作製した各センサ試験片に対し、約０．６マイクロリットルのコロイド溶液を分配した。加熱乾燥機にシートを配置することによって、シート上でコロイド溶液を乾燥した。グルコース感知用化学物質によって被覆された、標準スクリーン印刷された炭素作用電極のシートを、対電極上のコロイド状ＡｇＣｌに面し、対面する電極の対を与えるように配置した。厚さ５０マイクロメートルの接着剤の層によって、２つの基材が一体に保持された。接着剤の領域を空とすると、試験分析物溶液の付着用の０．３マイクロリットルのチャネルが形成された。層状のシートを個々のグルコース試験片に切断した。
【０１１４】
得られた分析物センサ試験片を、０ｍＶの電位を印可して得られた電流を測定する研究室の試験システムを用いて試験した。電流を６０秒間測定して積分し、各試験片の全電荷を得た。コントロール水溶液を用いて、３つのグルコース・レベル（５０、１００、３００ｍｇ／ｄＬ）の各々について、６つの試験片を試験した。高いグルコース・レベルの外れ値を１つ除去した。図１１には、試験した１７個のセンサ試験片のデータを示す。各レベルの精度について次のテーブルに示す。
【０１１５】
図１１から分かるように、試験結果の直線性および精度は良好である。これは、コロイド状塩化銀の対電極によって機能的なグルコース試験片が作製されたことを実証している。
【０１１６】
【表１】
2009513983.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明の原理による電気化学的なセンサの斜視図。
【図２】図１の電気化学的なセンサに関する第１の電極構成の分解図。
【図３】図１の電気化学的なセンサの第２の電極構成の分解図。
【図４】図３のセンサの第１の機材の上面図。
【図５】図４の線５−５に沿った断面図。
【図６】本発明の原理による方法に適したスパッタリング装置の概略側面図。
【図７】図６の装置のアノードおよびカソードの構成の概略上面図。
【図８】図７のアノードおよびカソードの構成の概略側面図。
【図９】印刷された電極と比較した本発明による電極に関する電流プロファイルのグラフ。
【図１０】印刷された電極と比較した本発明による電極に関する電流プロファイルの第２のグラフ。
【図１１】コロイド状の電極に関する試験結果のグラフ。
【図１】
2009513983.tif 000004
【図２】
2009513983.tif 000005
【図３】
2009513983.tif 000006
【図４】
2009513983.tif 000007
【図５】
2009513983.tif 000008
【図６】
2009513983.tif 000009
【図７】
2009513983.tif 000010
【図８】
2009513983.tif 000011
【図９】
2009513983.tif 000012
【図１０】
2009513983.tif 000013
【図１１】
2009513983.tif 000014
【国際調査報告】
2009513983.tif 000015
2009513983.tif 000016
2009513983.tif 000017
2009513983.tif 000018