(57)【要約】  発明は、電気化学セルであって、単独でか又はそれが配置される基板とともにかのいずれかでレセプタクルの形状であるセルに関する。電気化学セルは、作用電極及び対極を含み、作用電極は、レセプタクルの壁にある。少なくとも一つの電極は、５０μm未満の少なくとも一つの寸法を有する。電気化学セルは、水、血液、尿又は他の生物学的若しくは非生物学的流体を選別するのに適するマイクロ電極としての使用を主として対象にする。
2005513500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単独でか又はそれが配置される基板と合わせてのいずれかで、レセプタクルの形状である電気化学セルであって、該セルは、対極及び作用電極を含み、少なくとも一つの電極が、５０μm未満の少なくとも一つの寸法を有し、作用電極が、レセプタクルの壁にある電気化学セル。
【請求項２】
レセプタクルの形状である、請求項１記載の電気化学セル。
【請求項３】
作用電極が、連続した帯の形状である、請求項１又は２記載の電気化学セル。
【請求項４】
更に参照電極を含む、請求項１〜３のいずれか１項記載の電気化学セル。
【請求項５】
作用電極の表面積に対する対極の表面積の比率が、少なくとも２５：１である、請求項１〜４のいずれか１項記載の電気化学セル。
【請求項６】
作用電極が、０．１〜２０μmの範囲における少なくとも一つの寸法を有する、請求項１〜５のいずれか１項記載の電気化学セル。
【請求項７】
レセプタクルが、０．１〜５mmの幅を有する、請求項１〜６のいずれか１項記載の電気化学セル。
【請求項８】
対極と作用電極との間の最小距離が、１０〜１０００μmである、請求項１〜７のいずれか１項記載の電気化学セル。
【請求項９】
レセプタクルの基部及び/又は壁が、一つ以上の排気口チャネルを含む、請求項１〜８のいずれか１項記載の電気化学セル。
【請求項１０】
レセプタクルが、電気活性物質を含む、請求項１〜９のいずれか１項記載の電気化学セル。
【請求項１１】
電気活性物質を乾燥させた、請求項１０記載の電気化学セル。
【請求項１２】
電気活性物質が、酵素を含む、請求項１０又は１１記載の電気化学セル。
【請求項１３】
レセプタクルの基部が、電気活性物質を含む、請求項１０〜１２のいずれか１項記載の電気化学セル。
【請求項１４】
レセプタクルの基部が、膜を含み、該膜が電気活性物質を含む、請求項１０〜１２のいずれか１項記載の電気化学セル。
【請求項１５】
レセプタクルの開放端が、浸透性膜により少なくとも部分的に被覆されている、請求項１〜１４のいずれか１項記載の電気化学セル。
【請求項１６】
浸透性膜が、電気活性物質を含む、請求項１５記載の電気化学セル。
【請求項１７】
レセプタクルが、それを通して試料を導入することができる一つ以上の毛細管流動チャネルを含む、請求項１〜１６のいずれか１項記載の電気化学セル。
【請求項１８】
対極が、レセプタクル基部の少なくとも一部を形成する、請求項１〜１７のいずれか１項記載の電気化学セル。
【請求項１９】
レセプタクルが、対極を含む層により被覆されている、請求項１７記載の電気化学セル。
【請求項２０】
対極が、レセプタクルの壁にある、請求項１〜１７のいずれか１項記載の電気化学セル。
【請求項２１】
液体試料を選別するのに適した、請求項１〜２０のいずれか１項記載の電気化学セル。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれか１項記載の複数の電気化学セルを含むマルチ検体装置。
【請求項２３】
（ａ）場合により対極層で被覆される絶縁材料を含む第一部分を形成する工程；
（ｂ）絶縁材料の二層間に作用電極層のラミネートを含む第二部分を形成する工程；
（ｃ）第二部分に穴を作製する工程；及び
（ｄ）該第一部分を該第二部分に接合し、レセプタクルを形成する工程、
を含む、請求項１〜２２のいずれか１項記載の電気化学セルを製造する方法。
【請求項２４】
第二部分が、絶縁材料の二層間に対極層のラミネートを含む、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
第一部分が、電気活性物質を含む、請求項２３記載の方法。
【請求項２６】
請求項１０又は１２記載の電気活性物質をレセプタクルに配置し、場合により電気活性物質を乾燥させることを更に含む、請求項２３又は２４記載の方法。
【請求項２７】
レセプタクルの開放端の少なくとも一部にわたって膜を配置することを更に含む、請求項２３〜２６のいずれか１項記載の方法。
【請求項２８】
工程（ｃ）が、マルチ検体装置を形成するために、該第二部分に二つ以上の穴を形成することを含む、請求項２３〜２７のいずれか１項記載の方法。
【請求項２９】
（ａ）絶縁材料の二層間に作用電極層のラミネートを含む第二部分を形成する工程；
（ｂ）第二部分に穴を作製する工程；及び場合により、
（ｃ）対極材料で被覆される層を該第二部分に接合する工程、
を含む、請求項１〜２２のいずれか１項記載の電気化学セルを製造する方法。
【請求項３０】
第二部分が、絶縁材料の二層間に対極層のラミネートを含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
（ａ）絶縁材料を含む第一部分を形成する工程；
（ｂ）絶縁材料の二層間に作用電極層のラミネートを含む第二部分を形成する工程；
（ｃ）第二部分に穴及び毛細管チャネルを作製し、試料を該穴に導入することを可能にする工程；
（ｄ）該第一部分を該第二部分に接合し、レセプタクルを形成する工程；
（ｅ）電気活性物質をレセプタクルに配置し、場合により電気活性物質を乾燥させる工程；及び
（ｆ）場合により対極材料で被覆される層を該レセプタクルの開放端に接合する工程、
を含む、請求項２３又は２４記載の方法。
【請求項３２】
工程（ｃ）が、二つ以上の穴及び二つ以上の毛細管チャネルを該第二部分に形成し、試料を二つ以上の該穴に導入することを可能にすることを含み、そして工程（ｅ）が、マルチ検体装置を形成するために、同一又は異なってもよい電気活性物質を工程（ｄ）で形成された一つ以上のレセプタクルに挿入することを含む、請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
請求項３１又は３２記載の工程（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｆ）を含み、かつ第一部分が、電気活性物質を含む、請求項３１又は３２記載の方法の改良。
【請求項３４】
一つ以上の電極が、スクリーン印刷又はインクジェット印刷により基板上に形成される、請求項２３〜３３のいずれか１項記載の方法。
【請求項３５】
（ａ）請求項１〜２１のいずれか１項記載の電気化学セル又は請求項２２記載のマルチ検体装置に試料を挿入する工程；
（ｂ）マイクロ電極の作用電極と対極との間に電圧又は電流を印加する工程；及び
（ｃ）マイクロ電極全体にわたって生じた電流、電圧又は電荷を測定する工程、
を含む、試料の一つ以上の化合物を電気化学的に試験する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学セル、主として、電気化学検出用のマイクロ電極、そのようなセルを製造する方法、及び該マイクロ電極を使用して物質を電気化学的に試験する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ電極は、物質の種々のパラメータを電気化学的に検出するために使用される。例えば、マイクロ電極は、検体中の特定化合物を検出したり、該化合物の濃度を測定したりするのに使用できる。典型的には、マイクロ電極は、５０μm以下である少なくとも一つの寸法、一般的には１〜２５μmの寸法を有する電極を含む。サンプリング装置としてのこれらのシステムの使用は、操作の速度、精度及び最小限のサンプル要求を含めて、数多くの潜在的利益をもたらす。
【０００３】
大規模生産で作製されるマイクロ電極の共通の形態は、マイクロディスク、マイクロバンド又は交差指型電極（interdigitated electrode）のいずれかである。マイクロディスク電極は、およそ２５μm未満の直径を有するプレート状の電極であるのに対して、マイクロバンド電極は、およそ２５μm未満の厚さ又は最小の寸法を有するストライプで構成される。交差指型電極は、互いにかみ合う歯を有するより複雑な二つの櫛の形態を有する。
【０００４】
酵素又は他の電気活性物質と共にこれらのマイクロ電極を使用することにより、対応する電気活性物質との反応を経由して対象パラメータの定量的測定を提供するセンサーを開発することは可能である。
【０００５】
しかしながら、従来から知られているマイクロ電極を電気活性物質と共に使用するとき、いくつかの問題が生じる。まず、電気活性物質を電極に固定させるとき困難をしばしば経験し、該物質が、その望ましい位置から離れる動きがしばしば観察される。単一基板上にいくつかのマイクロ電極を含むシステムは、この点で特に問題に陥りやすい。なぜなら、それらの電極に十分に付着していない酵素が遊離して、一つのセンサーから別のセンサーへ移動し、交差汚損を引き起こすからである。この種の問題は、マイクロ電極上に流れる試料の影響により悪化し、電極から電気活性物質を洗い流す傾向がある。
【０００６】
電気活性物質を少なくともある程度まで移動不能にする通常の方法は、該物質を電極の所定の位置で乾燥させることである。しかしながら、典型的にはこれは、電気活性物質を適所に保持するのに十分ではない。更に、マイクロ電極の上部で電気活性物質を乾燥させることは、電極の電気的な汚損を引き起こす可能性がある。
【０００７】
それ故、本発明の目的は、試料試験の準備ができた電極で電気活性物質を保持することができ、かつ、試料がマイクロ電極上に流れる間、電気活性物質のようなものの動きを制限するであろうマイクロ電極を提供することである。また、電気活性物質を電極で乾燥させるとき生じる電極汚損の問題は、回避されるか又は緩和されるであろうことが望まれる。
【０００８】
発明の要約
本発明者らは、マイクロ電極がレセプタクルの形状をしているとき、先に論じた問題を最小化できることを見出した。レセプタクルは、典型的には小さな表面積を有する作用電極をレセプタクルの壁に含む。又、対極も存在しており、この電極は、典型的には作用電極よりずっと大きな表面積を有し、一般的には作用電極より少なくとも一桁大きな表面積を有する。電気活性物質は、レセプタクルに配置されてもよいし、場合により所定の位置で乾燥させる。その後、試験が実施できるように、試料をレセプタクルに入れる。
【０００９】
したがって、このようなマイクロ電極は、電気活性物質を含むのに、並びに電極から離れるその物質の動きを防止するのに理想的に適している。更に、マイクロ電極を溢れ出る試料の影響は、かなり軽減され、酵素がレセプタクルの基部においてその位置から洗い流される原因になる可能性は低い。
【００１０】
典型的には、電気活性物質は、収納中、レセプタクルの壁にある作用電極と接触しないので、この電極の汚損は最小化される。更に、典型的には電気活性物質は、対極のほんの一部分とだけ接触し、いくつかの実施形態では（後に論じる）、対極との接触は、完全に避けることができる。それ故、もし汚損が発生しても、これは、電極の比較的小さな領域でだけであろう。対極の残りの、影響されなかった領域は、なお通常どおり機能できる。
【００１１】
したがって、本発明は、単独でか又はそれが配置される基板と合わせてのいずれかで、レセプタクルの形状である電気化学セルであって、該セルは、対極及び作用電極を含み、少なくとも一つの電極が、５０μm以下の少なくとも一つの寸法を有し、作用電極が、レセプタクルの壁にある電気化学セルを提供する。特に、本発明は、レセプタクルの形状での電気化学セルであって、該セルが、対極及び作用電極を含み、少なくとも一つの電極が、５０μm以下の少なくとも一つの寸法を有し、作用電極が、レセプタクルの壁にある、電気化学セルを提供する。
【００１２】
また、本発明は、
（ａ）場合により対極層で被覆される絶縁材料を含む第一部分を形成する工程；
（ｂ）絶縁材料の二層間に作用電極層のラミネートを含む第二部分を形成する工程；
（ｃ）第二部分に穴を作製する工程；及び
（ｄ）該第一部分を該第二部分に接合し、レセプタクルを形成する工程、
を含む、先に記載したような電気化学セルを製造する方法を提供する。
【００１３】
対極層が、第一部分に存在する場合、工程（ｄ）は、該第一部分の対極層を該第二部分に接合し、レセプタクルを形成することを含む。
【００１４】
本発明の方法は、本発明のマイクロ電極を製造する簡便で効率的な方法を提供する。更に、作用電極を含む部分に穴を作製する工程は、炭素又は他の作用電極を活性化するための別工程の必要性を取り除くことができる。
【００１５】
また、本発明は、単一装置に複数のマイクロ電極を含むマルチ検体装置を提供する。この装置は、異なる電気活性物質を種々のマイクロ電極で使用することにより、異なる種類の測定が、単一の試料に対して行われることを可能にする。あるいは、マルチ検体装置が、結果の誤りを検知又は排除するために、単一の試料に関して同一の試験を数回実施するのに使用できる。また、本発明のマルチ検体装置は、各マイクロ電極が内蔵タイプであるので、異なる電気活性物質の完全な凝離を確実にする。
【００１６】
また、本発明は、
（ａ）試料を本発明の電気化学セル又はマルチ検体装置に挿入する工程；
（ｂ）マイクロ電極の作用電極と対極との間に電圧又は電流を印加する工程；及び
（ｃ）マイクロ電極全体にわたって生じた電流、電圧又は電荷を測定する工程、を含む、物質を電気化学的に試験する方法を提供する。
【００１７】
発明の詳細な説明
電気化学セルは、電気的に互いに接続される作用電極及び対極を含む。使用するとき、電極の各々で発生する電気化学反応は、電子が電極に流入したり電極から流出したりする原因となり、よって、電流を生じさせる。電気化学セルは、生じた電流を、例えば電池の形状で利用するように、あるいは印加された電流又は電圧により誘導される電気化学反応を検出するように、組み立てることができる。
【００１８】
実施形態１
本発明の第一実施形態を図１に示す。この実施形態において、電気化学セルは、マイクロ電極を有する。マイクロ電極は、５０μm以下の少なくとも一つの寸法を有する。マイクロ電極は、サイクリック・ボルタンメトリーを使用するとき、代表的なマイクロ電極応答を示す。本発明のマイクロ電極は、大きな寸法、すなわち、５０μmより大きい一つ以上の寸法を有してもよい。これらの大きな寸法のために、本発明の電気化学セルは、通常はマイクロ電極と関連しないいくつかの特徴を示すこともある。例えば、本発明の電気化学セルは、ある程度のコットレル電流を示すこともある。したがって、本明細書の目的上、用語マイクロ電極は、５０μm以下の少なくとも一つの寸法を有するどのような電極も含めるように解釈される。
【００１９】
典型的には、マイクロ電極は、水（川の水など）、血液、尿、又は他の生物学的流体、又はビール及びワイン等の液体を、その内容物を決定するため検査するのに適しているであろう。セルは、レセプタクル又はコンテナの形状となっている。レセプタクルは、そこに投入される液体を含むことができる限り、どのような形態であってもよい。例えば、レセプタクルは、円筒形であってもよい。一般的に、レセプタクルは、基部１、及び基部を取り囲む壁２を含むであろう。以下に更に記載される、本発明の一つの実施形態において、セル自身は、基部を有しないので単独ではレセプタクルではない。しかしながら、セルは、別個の基板に対して配置されるとき、基板を有するセルが、レセプタクルを形成するように設計される。この実施形態において、セルは、開放「基部」を取り囲む壁２を含む。開放「基部」は、基板に対して配置され、レセプタクルを形成するようにしてもよく、その結果基板はこのように形成されたレセプタクルの真の基部を形成する。
【００２０】
典型的には、レセプタクルは、５０〜１０００μm、好ましくは２００〜８００μm、例えば３００〜６００μmの深さ（すなわち、上部から基部まで）を有する。レセプタクルの長さと幅（すなわち、壁から壁まで）、又は円筒形のレセプタクルの場合、直径は、典型的には０．１〜５mm、例えば１mm等の０．５〜１．５mmである。
【００２１】
レセプタクル３の開放端は、それの少なくとも一部分が被覆されていなければ、不浸透性の材料で、又は浸透性膜等の浸透性材料で部分的に被覆されていてもよい。好ましくは、レセプタクルの開放端は、実質的には浸透性膜４で被覆されている。膜４は、塵埃や他の汚損物質がレセプタクルに入るのを防止する役割を果たし、レセプタクルに挿入されるかもしれないどのような電気活性物質も所定の位置に保持するのを助ける。
【００２２】
膜４は、好ましくは被試験試料が通過可能な材料で作製される。例えば、もし試料が、血液試料であるなら、膜は、血液に対して浸透性であるべきである。膜として使用するのに適する材料は、ポリエステル、硝酸セルロース、ポリカーボネート、ポリスルフォン、マイクロポーラス・ポリエーテルスルフォン・フィルム、ＰＥＴ、綿布及びナイロン織物、被覆グラスファイバー及びポリアクリルニトリル系織物を含む。これらの織物は、場合により使用に先立ち親水性又は疎水性の処理を受けてもよい。また、膜の他の表面特徴は、必要により変更してもよい。例えば、水中での膜の接触角を改良する処理が、膜を経由する所望の試料の流れを容易にするために、利用されてもよい。膜は、一つ又は二つ以上の材料層を含み、その各々は、同一でも異なっていてもよい。例えば、異なる膜材料の二層を含む従来の二重層膜を使用してもよい。
【００２３】
また、膜は、セルに入ることが望ましくない試料のいくつかの成分を濾過して取り除くために、使用されてもよい。例えば、赤血球細胞又は赤血球等のいくつかの血液製剤は、これらの粒子がセルに入らないような、この方法で分離されてもよい。血液濾過膜を含めて、適切な濾過膜が、従来から知られている。血液濾過膜の一例は、ポールフィルトレーション（Pall filtration）製のプレゼンス（Presence）２００である。
【００２４】
本発明の電気化学セルは、レセプタクルの壁に位置する作用電極５を含む。作用電極は、例えば、レセプタクルの壁を取り巻く連続した帯の形状となっている。作用電極の厚さは、通常は０．０１〜２５μm、好ましくは０．０５〜１５μm、例えば０．１〜２０μm、より好ましくは０．１〜１０μmである。また、より厚い作用電極、例えば、０．１〜５０μm、好ましくは５〜２０μmの厚さを有する電極も考えられる。作用電極の厚さは、レセプタクルがその基部上に配置される場合の垂直方向の寸法である。作用電極は、例えば、導電性インクの形状で、好ましくは炭素、パラジウム、金又はプラチナから形成される。導電性インクは、付加的材料、例えば、プラチナ及び／又はグラファイトを含む改良されたインクであってもよい。同一または異なる材料から形成される二層以上が、作用電極を形成するために使用されてもよい。例えば、Ａｇ／ＡｇＣｌの層が、作用電極層の真下に存在してもよい。
【００２５】
対極６もまた、レセプタクルの壁に存在してもよいが、典型的にはレセプタクルの基部又は上部のいずれかの少なくとも一部分を形成する。本実施形態において、対極６は、レセプタクルの基部を形成する。典型的には、対極は、Ａｇ／ＡｇＳＯ4、炭素、Ａｇ／ＡｇＣｌ、パラジウム、金、プラチナ、Ｃｕ／ＣｕＳＯ4、Ｈｇ／ＨｇＣｌ2又はＨｇ／ＨｇＳＯ4から作製される。対極は、好ましくは炭素、Ａｇ／ＡｇＣｌ、パラジウム、金、プラチナ、Ｃｕ／ＣｕＳＯ4、Ｈｇ／ＨｇＣｌ2又はＨｇ／ＨｇＳＯ4から作製される。これらの各々の材料は、導電性インクの形状で提供されてもよい。導電性インクは、付加的材料、例えば、プラチナ及び/又はグラファイトを含む改良されたインクであってもよい。典型的には、本発明の電気化学セルは、ただ一つの対極を含む。
【００２６】
典型的には、対極６は、作用電極５と同じサイズの、又はより大きい、例えばかなり大きい表面積を有する。典型的には、作用電極の表面積に対する対極の表面積の比率は、少なくとも１：１、例えば少なくとも５：１、１０：１、好ましくは少なくとも２０：１、より好ましくは少なくとも２５：１である。対極は、例えばマクロ電極であってもよい。好ましい対極は、０．０１mm以上、例えば０．１mm以上の寸法を有する。これは、例えば０．１mm以上の直径でもよい。対極の代表的な面積は、０．００１〜１０mm２、好ましくは約５mm２である。対極と作用電極との間の最小距離は、好ましくは１０〜１０００μm、例えば１０〜３００μmである。
【００２７】
本発明に係る代表的なセルにおいては、各々の電極は、隣の電極から１０〜１０００μm、例えば５０〜２００μm、又は７５〜１５０μm離れているだろう。セルが機能できるように、電極は、各々絶縁材料７により分離される必要がある。典型的には、絶縁材料は、ポリマー、例えば、アクリレート、ポリウレタン、ＰＥＴ、ポリオレフィン、ポリエステル、又はその他安定な絶縁材料である。ポリカーボネート及び他のプラスチック及びセラミックスは、また適切な絶縁材料である。絶縁層は、ポリマー溶液からの溶剤蒸発により形成されてもよい。また、塗布後固まる液体、例えばニスを使用してもよい。あるいは、例えば熱又は紫外線への暴露によるか、あるいは、二成分架橋性系の活性部分と混合することにより架橋される架橋性ポリマー溶液を使用してもよい。また、適切な場合には、絶縁性インクが、絶縁層を形成するために使用されてもよい。
【００２８】
電気化学セルの電極は、互いに接続され、任意の適切な手段で任意の必要な測定装置に接続されてもよい。一般的には、電極は、互いに、および必要な測定装置に接続される導電性トラックに接続されるであろう。
【００２９】
本発明のセルは、電気活性物質８を含んでもよい。電気活性物質８は、試料と接触するとき、電気化学反応を引き起こすことができるどのような物質でもよい。したがって、試料のセルへの挿入及び試料の電気活性物質との接触の際、電気化学反応が発生し、測定可能な電流、電圧又は電荷が、セルに発生することがある。
【００３０】
電気活性物質８は、電気触媒を含む。典型的には、電気活性物質８は、電気触媒及びメディエイターを含む。メディエイターは、電子・電荷を電極へ移動させる可逆機構を可能にする明確な電気活性ポテンシャルの二種以上の酸化状態を有する化学種である。メディエイターは、電気触媒によって引き起こされる電気化学反応において試料と反応する。電気触媒の代表的な例は、酵素、例えばラクテート・オキシダーゼ、コレステロール・デヒドロゲナーゼ、ラクテート・デヒドロゲナーゼ、グリセロール・キナーゼ、グリセロールＩＩＩホスフェート・オキシダーゼ及びコレステロール・オキシダーゼである。また、イオン種及び金属イオン、例えばコバルトは、電気触媒として使用してもよい。適切なメディエイターの例は、フェリシアン化物、フェロシアン化物及びルテニウム（ＩＩＩ）ヘキサミン等のルテニウム化合物である。
【００３１】
典型的には、電気活性物質８は、作用電極と接触していないような場所でレセプタクルに挿入される。このことは、作用電極の汚損が最小限に抑えられるか回避されるということを確実にする。電気活性物質は、所定の位置に残存するということを確実にするため乾燥させてもよい。本発明の好ましい実施形態において、電気活性物質は、レセプタクルの基部を形成する基板上に薄く塗布される。これは、電気活性物質を平坦な基板上に直接塗布するか、又は基板に窪みを形成し、その窪みに電気活性物質を配置するか、いずれかで実施されてもよい。その後、典型的には電気活性物質は、所定の場所で乾燥され、このように被覆された基板は、レセプタクルの壁に接合される。電気活性物質が基板の窪みに挿入される場合、典型的には、その窪みは、最終的な電気化学セルの断面と同一である断面を有する。このように、窪みは、電気化学セルにより形成されたレセプタクルの底部を作製する。対極がレセプタクルの基部にある場合、電気活性物質は、対極層上に薄く塗布される。
【００３２】
この実施形態は、セルを製造している間中ずっと、電気活性物質が、作用電極から離れて保持されるという利点を有する。それ故、電気活性物質と作用電極との間の接触が、セルの使用に先立ち、最小限に抑えられる。言い換えると、このことは、作用電極の汚損を最小限に抑える。
【００３３】
他の好ましい実施形態において、基板がレセプタクルの壁に接合される前又は後のいずれか、好ましくは前に、基板上に配置される膜に電気活性物質を染み込ませる。セルを被覆する膜４に電気活性物質を同様に染み込ませてもよい。また、この実施形態は、電気活性物質と作用電極との間の接触を回避し、汚損を最小限に抑える。
【００３４】
本発明のマイクロ電極を形成するレセプタクルは、例えば、その基部又はその壁に一つ以上の小さな空気穴を含む（図１に示していない）。これらの穴は、試料がレセプタクルに入るとき、空気がレセプタクルから抜けるのを可能にする。もしそのような空気穴が存在しなければ、試料は、開放端を溢れ出るとき、レセプタクルに入ることができないか、またはやっとのことでレセプタクルに入れる。典型的にはそれらの空気穴は、毛細血管の寸法を有し、例えば約１〜２５μmの直径を有していてもよい。典型的には、１〜４個の空気穴が、存在してもよい。
【００３５】
実施形態２
以下に記載される以外、第一の実施形態と同一である本発明の二番目の実施形態が、図２に示される。この実施形態において、セルは、作用電極及び対極に加えて、一つ以上の参照電極９を含む。参照電極が全く存在しない場合（先に記載した第一実施形態のように）、対極は、参照電極又は擬似参照電極として機能する。典型的には、参照電極は、レセプタクル２の壁に配置されるだろう。例えば、参照電極は、連続した帯の形状をしていてもよい。対極６及び作用電極５は、図２に示すように、参照電極９がそれらの間に設置されるように位置決めされてもよいし、又は対極６及び作用電極５が隣り合ってもよい。典型的には、参照電極は、Ａｇ／ＡｇＳＯ4、炭素、Ａｇ／ＡｇＣｌ、パラジウム、金、プラチナ、Ｃｕ／ＣｕＳＯ4、Ｈｇ／ＨｇＣｌ2又はＨｇ／ＨｇＳＯ4から作製される。参照電極は、好ましくは炭素、Ａｇ／ＡｇＣｌ、パラジウム、金、プラチナ、Ｃｕ／ＣｕＳＯ4、Ｈｇ／ＨｇＣｌ2又はＨｇ／ＨｇＳＯ4から作製される。これらの材料は、それぞれ導電性インクの形状で提供されてもよい。導電性インクは、付加的な材料、例えばプラチナ及びグラファイトを含む改良されたインクであってもよい。
【００３６】
実施形態３
以下に記載するようなことを除いて、第一又は第二の実施形態のいずれかと同一である本発明の第三の実施形態が、図３に示される。本発明のこの実施形態は、作用電極、対極、及び場合により、参照電極に加えて、一つ以上の更なる電極１０及び１０′を含む多環状電極である。一つ以上の更なる電極１０及び１０′は、典型的には付加的な作用電極として機能する。好ましくは、対極６が、対極及び参照電極の両者として機能し、実施形態２に記載されるような別個の参照電極は、存在しない。
【００３７】
典型的には、レセプタクルは、作用電極、対極及び参照電極を含めて、総計で１０個の電極しか含まない。好ましくは７個の電極、より好ましくは５個の電極しか存在しない。より好ましいレセプタクルは、２、３又は４個の電極を含む。１個を超える作用電極及び/又は参照電極が存在する場合、これらは、典型的にはレセプタクルの壁に上下に設置される。
【００３８】
付加的な作用電極１０及び１０′は、二組以上の作用電極/対極にわたって異なる電位を加えることにより、異なる測定が同一の試料に対し同時に実施されることを可能にする。あるいは、同一の電位が、各々の作用電極に加えられてもよく、同一の測定が、同一の試料に対して数回記録されてもよい。このことは、実施される測定においてエラーを排除又は検知するのに役立つ。
【００３９】
この実施形態の一つの特別な例において、作用電極の一つが、レセプタクルの基部、すなわち、対極６が、図３に示されているところの位置に存在する。この場合、対極は、実施形態５を参照して以下に記載されているようにレセプタクルの壁、又は実施形態４を参照して以下に記載されているようにレセプタクルの上部のいずれかに存在する。
【００４０】
実施形態４
以下に記載するようなことを除いて、第一、第二又は第三の実施形態と同一である本発明の第四の実施形態は、図４に示されている。この実施形態において、セルは、試料がレセプタクルに入れるように一つ以上の毛細管チャネル１１を含む。毛細管チャネルは、例えば、毛細管フィルムで被覆される。適切な毛細管フィルムの例は、メリネックス（Melinex）又はエアケア（ARcare）（登録商標）等のＰＥＴフィルム、アドヒシブ・リサーチ（Adhesive Research）製粘着剤コートフィルム及びエアケア（登録商標）８８７７等の親水性コートフィルムであり、それらは、よりよい毛細管機能を提供できる。この実施形態において、レセプタクルは、実質的に不浸透性の材料１２で好ましくは被覆される。典型的には、不浸透性の材料１２は、先に記載したように毛細管フィルムである。一つ以上の毛細管チャネル１１は、例えば、レセプタクルの壁２に設置され、そこを通って試料は、レセプタクルに入ることができる。典型的には、図４に示されるように、毛細管チャネル１１は、壁２が不浸透性の材料１２と交わる点に設置される。
【００４１】
空気がレセプタクルから抜け出すことができ、かつ、試料液体が入り込めるように、一つ以上の空気穴が、この実施形態において存在しなければならない。典型的には、空気穴は、図４のラベル１２ａで示されるように、基部がレセプタクルの壁と交わる点に位置決めされるであろう。空気穴は、好ましくは先に記載した寸法を有し、好ましくは１〜４個の空気穴が存在する。
【００４２】
この実施形態は、レセプタクルの上部が閉鎖され、したがって、対極が、レセプタクルの上部３、基部１、又は壁２のいずれに設置されてもよいという利点を有する。図４において、対極６は、レセプタクルの上部に示されている。これは、対極６をレセプタクルへ取り付ける前に、不浸透性の材料１２に接合することにより達成される。このようにして、レセプタクルの基部１に一般的に配置される電気活性物質８は、作用電極又は対極のいずれにも接触せず、したがって、電極の汚損は、著しく減少又は除去される。典型的には、電気活性物質をレセプタクルへ取り付ける前に、上部３を形成する予定の基板上に物質を薄く塗布することにより、レセプタクルの上部３に電気活性物質を配置することは可能である。
【００４３】
レセプタクルの上部に対極を設置する更なる利点は、基部の上で通常乾燥させる電気活性物質を受け入れることを更に適切にするため、レセプタクルの基部が、もう一つの方法で被覆又は作り変えられてもよいということである。例えば、基部は、酵素を堆積させるのに適する炭素（ただし、炭素は、電気的に電極から絶縁される）等の特有の材料で作製されてもよい。あるいは、基部は、親水性の塗料で被覆されてもよい。
【００４４】
必要に応じて、セルの基部は、先に論じた膜４と同一のタイプでもよい浸透性の膜から形成してもよい。典型的には、セルへの取り付けに先立ち、膜に電気活性物質を染み込ませる。このことは、電気活性物質の挿入中、電気活性物質と作用電極との間の接触により引き起こされる電極汚損を回避する。
【００４５】
実施形態５
本発明の他の実施形態が、図５に示されている。この実施形態は、以下に記載するようなことを除いて、先に論じた実施形態１から４のいずれか一つと同一である。この実施形態のセルにおける対極６は、レセプタクルの壁２に設置される。対極は、例えばレセプタクルの壁を取り巻く連続した帯の形状をしている。
【００４６】
この実施形態における対極の厚さは、通常は０．１μm〜１mm、好ましくは５〜５００μm、例えば５〜１００μm、より好ましくは５〜５０μmである。この実施形態における対極の厚さは、レセプタクルがその基部上に配置される場合の垂直方向における寸法である。この実施形態において、作用電極の表面積に対する対極の表面積の比率は、レセプタクルの基部又は上部に配置される対極に適用する２５：１の好ましい値より小さくてもよい。この実施形態の好ましい比率は、１：１〜１０：１、好ましくは、２：１〜５：１の範囲にある。
【００４７】
実施形態６
図６に示す本発明の更なる実施形態は、セルを基板２１上に配置するときにレセプタクルが完成される、上記の電気化学セルの改良に関する。この方法において、基板２１は、レセプタクルの基部を形成する。この実施形態のセルは、基部１の位置に開放部を有するので、セル単独では必ずしもレセプタクルの形状とならない。しかしながら、セルが、別の基板２１上に配置されるとき、セルは基板とともにレセプタクルを形成する。
【００４８】
したがって、この実施形態は、対極及び作用電極を含む電気化学セルであって、少なくとも一つの電極が、５０μm未満の寸法を有し、該セルが、基板上に配置されるとき、配置される基板とともにレセプタクルを形成し、作用電極がレセプタクルの壁にあるような形状を有する電気化学セルに関する。
【００４９】
この実施形態の電気化学セルは、その基部１にて少なくとも部分的に開放されている。この文脈において、用語「開放」は、基部の材料の全面的な欠損及び試料液体がそこを通過することを可能にする材料の存在を含む。典型的には、セルの基部１は、浸透性膜で少なくとも部分的に被覆されていないか、又は少なくとも部分的に被覆されているかのいずれかである。レセプタクルの壁へ取り付ける前に、場合により、浸透性膜を電気活性物質により含浸させる。
【００５０】
セル３の上部は、全面的に又は部分的に浸透性膜４(図示するように)又は不浸透性の材料で被覆されていてもよい。もしセルが、少なくとも部分的に不浸透性の材料で被覆されるならば、対極は、上記の実施形態４を参照して記載されるように、不浸透性の材料上の被覆されたセルの上部にあってもよい。これは、対極６を、レセプタクルの壁へ取り付ける前に、不浸透性の材料１２に接合させることにより達成される。また、先に記載したように、電気活性物質（図示せず）を、レセプタクルの壁へ取り付ける前に、対極へ取り付けてもよい。もしセルが、全面的に不浸透性の材料で被覆されるのであれば、実施形態４を参照して記載されているように、試料液体がセルに入るのを容易にするため、空気穴が好ましくは存在する。あるいは、対極６は、上記実施形態５に記載され、かつ、図６に示されるように、セルの壁に設置されてもよい。セル３の上部が開放されているか、又は浸透性の膜でのみ被覆されている場合、対極は、ここに図示されるようにセルの壁に設置される。
【００５１】
試験される予定の試料液体は、レセプタクル（上部が不浸透性膜で全面的には被覆されていない）の上部を経由してか、又はより通常的には、開放されている基部を経由してかのいずれかでセルに入る。典型的には、このことは、試料液体で既に被覆されている基板上にセルを配置することによって達成される。あるいは、セルは、直接に又は浸透性膜を介してのいずれかで基板上に配置されてもよく、その後、基板は、基板表面下にある液体試料をレセプタクルに導入するために、レセプタクル内で穴を開けてもよい。例えば、基板は、皮膚及び試料液体の血液でもよい。あるいは、基板は、試料液体が存在する包装済みのコンテナであってもよく、試料液体は、コンテナに穴を開けるとき放出される。
【００５２】
この実施形態のセルの非限定的な使用例は、自己試験用の血液分析キットとしてである。例えば、糖尿病患者の使用者は、彼らの血液の試料についてグルコース分析試験を実施するため、そのようなセルを使用してもよい。これは、（ｉ）場合により浸透性膜で被覆されている皮膚、例えば指に穴を開け、（ii）皮膚又は当該浸透性膜がセルとともにレセプタクルを形成するように、生じた血斑の上にセルを配置し、（iii）通常の方法でセルを操作することにより、実施することができる。あるいは、セルを、まず皮膚上又は浸透性膜上に設置し、引き続いてレセプタクルの開放部分を介して皮膚に穴を開けてもよい。同様に、セルをほかの種類の血液試験にも使用することができる。
【００５３】
本発明の他の実施形態に関して、セルの残りの特徴は、典型的には先に記載したとおりである。
【００５４】
マルチ検体装置
また、本発明は、この発明の二つ以上のマイクロ電極を含むマルチ検体装置を、例えば、上記の実施形態１〜６のいずれか一つにしたがって提供する。マルチ検体装置のマイクロ電極は、各々同一の又は異なる設計であってもよい。本発明に係る代表的なマルチ検体装置は、図７、８及び９に記載されている。典型的には、マルチ検体装置は、一つ以上のマイクロ電極１３ａ、ｂ、ｃ及びｄを含有するプレート又はストリップ１４を含む。試料が各レセプタクルに挿入されるとき、実施される測定においてエラーを検出又は排除するため、いくつかの異なる試験が行われてもよいし、又は同一の試験が数回繰り返されてもよいように、各マイクロ電極は、同一又は異なる電気活性物質を含有してもよい。さらに、マイクロ電極は、異なる電位で設定してもよく、同一の試料に対して異なる測定値を再度提供する。
【００５５】
典型的には、マイクロ電極は、２５０〜５５０μm、例えば２５０〜４２５μm隔てて分離される。
【００５６】
また、マルチ検体装置は、実施形態３に代わるものとして、セルの「垂直方向の」配置により作製することができる。
【００５７】
この配列において、第一マイクロ電極の試料は、試料中の異なる成分の測定のため、例えば、第一マイクロ電極の基部にある浸透性膜を使用しながら、第一マイクロ電極の下にある更なるマイクロ電極に移動する。浸透性膜を電気活性物質により含浸させてもよい。
マルチ検体装置の電気トラック１５は、典型的には装置の上部表面上にある。測定装置１６にその後接続させる表面トラック１５に対極、任意の参照電極及び作用電極を接続するために、フィルドビア（filled via）を使用するか、又は、直接装置に接続させるよう、ラミネートされたバック電極/対極を配置することができる。
【００５８】
マルチ検体装置は、図８に示すように、一つ以上のブランク電極１７を含んでもよい。ブランク電極は、対極を含まない。この実施形態は、例えば、電気活性物質が対極方式の作用電位と対立する作用電位を有する場合、有用であるかもしれない。この状況においては、電気活性物質に含まれるメディエイターの還元又は酸化が生じるかもしれない。したがって、例えば、対極がＡｇ／ＡｇＣｌ電極対であり、メディエイターがフェリシアン化物である場合、メディエイターのレドックス状態とは、メディエイターがＡｇ／ＡｇＣｌと相互に作用し、それらの間に液体結合があるとすぐ反応が自然発生的に生じるバッテリー方式又はガルバニセルを形成するようなものである。
【００５９】
また、マルチ検体装置は、図９に示すように、毛細管チャネル１８を含んでもよい。これらの毛細管チャネルは、好ましくは上記実施形態４に記載されたタイプのものである。したがって、各々のレセプタクルには、試料が吸引される単一チャネルに場合により接続されてもよい毛細管チャネルを設ける。
【００６０】
電気化学セルを製造する方法
本発明の第一実施形態の電気化学セルを製造する方法が、図１０に示される。セルは、
（ａ）場合により対極層１８ｂで被覆されている絶縁材料１８ａを含む第一部分１８を形成する工程；
（ｂ）絶縁材料の二層１９ｂ及びｃの間の作用電極層１９ａのラミネートを含む第二部分１９を形成する工程；
（ｃ）第二部分に穴１９ｄを作製する工程；及び
（ｄ）該第一部分１８を該第二部分１９に接合させてレセプタクルを形成する工程、を含む方法により製造されてもよい。
【００６１】
電気化学セルの材料、寸法及び他の特性は、先に記載したとおりである。
【００６２】
対極がレセプタクルの基部にある場合、第一部分は、図１０に示すように対極層１８ｂで被覆されている絶縁材料１８ａを含む。この場合、工程（ｄ）は、該第一部分１８の対極層１８ｂを該第二部分１９に接合させてレセプタクルを形成することを含む。あるいは、対極が上記実施形態５に記載されているように電極の壁にあるとき、対極層は、第一部分に存在しなくてもよく、第二部分が絶縁材料の二層の間に対極層を含む。
【００６３】
穴を第二部分に作製する工程（ｃ）は、いかなる適切な手段で実施されてもよい。例えば、穴は、パンチで開けられたり、ドリルで開けられたり、ダイ切断、超音波切断又はレーザー切断により形成されてよい。この工程は、穴を作製する処置により電極表面が自動的に清掃され、したがって、電極を清掃する別個の工程に対する要求を減らすという利点を有する。
【００６４】
穴を作製する適切な技術は、空気又は油圧プレス工具で第二部分に穴を開けることである。直径０．１〜５mm、好ましくは０．５〜１．５mm、より好ましくは約１mmの穴が好ましい。穴は、印刷された層の全て及び基板を貫いて下へ伸びるべきである。穴あけ工具は、チタン等の硬化材料で被覆されていてもよく、角度の付いた切刃を有しても有さなくてもよい。例えば、工具は、水平の切刃から２°の角度を持ってチタンコートされていてもよい。
【００６５】
接合工程（ｄ）は、どのような適切な接合技術により実施されてもよい。例えば、接合は、加圧ローラーを使用して実施されてもよい。感熱接着剤を使用してもよいが、その場合、高温を必要とする。感圧接着剤に対しては室温を使用できる。
【００６６】
必要に応じて、空気チャネルが、第一部分１８と第二部分１９との間の結合部分でマイクロ電極に作製されてもよい。これは、例えば、これらの二つの部分を互いに接合する前に、第二部分の底部側１９ｂ又は第一部分の上部側１８ａのいずれかに溝を作製することにより達成できる。
【００６７】
炭素又は他のインクが、例えばスクリーン印刷、インクジェット印刷、熱転写又はリソグラフィック若しくはグラビア印刷技術、例えばＧＢ０１０６４１７．９に記載されている技術を使用して、絶縁材料１８ａ、１９ｂ、１９ｃ上に印刷されてもよい。また、絶縁層１９ｃが、作用電極層上に絶縁材料を印刷することにより形成されてもよい。絶縁層を形成する他の技術は、絶縁材料の溶液の溶剤蒸発又は架橋機構による絶縁ポリマーの形成を含む。
【００６８】
典型的には、各電極は、選択されたパターンで該当する絶縁層上に、印刷されるか、又はさもなければ被覆されてもよい。レセプタクルの壁に形成される作用電極又は他の電極に対して選択されるパターンは、穴１９ｄが作製されるとき、電極層の少なくとも一部が露光されるようにすべきである。好ましくは、穴１９ｄの全周の周りの電極層が露光されるような選択パターンである。
【００６９】
一つの実施形態において、二つ以上の印刷又は他の被覆工程が、電極層を作製するために実施される。一つ以上の工程、好ましくは一つの工程は、例えば、導電性トラックを形成するための領域と同様に、穴１９ｄの周囲を形成するであろう領域に導電性材料を堆積させるパターンを使用する。この層は、穴１９ｄを作製するとき露光され、電極を形成する。一つ以上の更なる工程は、例えば、導電性トラックを形成するための領域に導電性材料を堆積させるが、穴１９ｄの周囲を形成するであろう領域に材料を堆積させないパターンを使用する。これらの領域は、穴１９ｄが作製されるとき露光されない。したがって、薄い電極層が、穴１９ｄの周囲に形成され、完成されたレセプタクルの壁に薄い電極をもたらし、そして一方、より厚い層が穴１９ｄから離れて形成される。このより厚い層は、より低い抵抗を有し、したがって、電気化学セルのより効率的な機能をもたらす。この二重層の使用は、作用電極に関して特に好まれる。
【００７０】
必要により、一つ以上の層は、異なる材料で形成されてもよい。例えば、穴１９ｄにおいて露光される層は、炭素で形成されてもよく、そして一方、異なる材料の更なる層、例えばサブ層が使用されてもよい。作用電極、対極及び参照電極は全て、所望の材料を含むインクを基板上に印刷することより製造されてもよい。絶縁層もまた、絶縁材料を含むインクを基板上又は導電層上に印刷することによりこの方法で製造してもよい。スクリーン印刷は、これを実施する好ましい方法である。典型的には、導電層は、基板上に印刷され、絶縁層は、導電層上に印刷されるだろう。
【００７１】
スクリーン印刷は、一般的にポリエステル、ポリカーボネート又は他のプラスチック/セラミック基板上に行われる。使用される基板のタイプは、例えばマイラー（Mylar）Ａ、マイラーＡＤＳ、メリネックス、カラデックス（Kaladex）、テイジンテトロン（Tejin Tetoron）、ピュウレックス（Purex）、テオネックス（Teonex）のデュポンフィルムである。使用される基板は、好ましくは、インクの基板への付着を改良するために、例えばコロナ放電又は化学修飾により表面処理される。また、基板は、好ましくは、例えば感熱接着剤又は感圧接着剤のいずれかで２０〜２００μm、好ましくは約４０μmの厚さの範囲で一面上にラミネートされる。好ましい実施形態は、基板として４０μmの熱活性粘着ラミネートを有する厚さ２５０μmのマイラーＳＴ５３５を採用する。
【００７２】
スクリーンは、１０〜２０μm、好ましくは約１３μmの厚さを有する感光乳剤で特徴付けられるカーボンステンシルを有するストックから選択される。必要なプリントの厚さは、スクリーンのメッシュ数により決定される。典型的には、これは、８３〜３３０ｔ/インチ、好ましくはカーボンインク及びＡｇ／ＡｇＣｌインク両用としては３０５ｔ/インチ、絶縁インクとしては約１９５ｔ/インチの範囲内である。典型的には、インクは、ショア硬度６５〜８５、好ましくはショア硬度７５〜のスキージラバーを使用し、メッシュを介して押しつけられる。
【００７３】
適切なメッシュ数は、次のとおりである。
３３０ｔ/インチを使用するとき、プリントのおよその厚さは＝7μm
３０５ｔ/インチ/１２０ｔ/ｃｍ                          ＝１０μm
１９５ｔ/インチ/７７ｔ/ｃｍ                            ＝１５μm
１５６ｔ/インチ/６１ｔ/ｃｍ                            ＝２０μm
８３ｔ/インチ/                                         ＝２５μm
【００７４】
印刷層は、典型的には、インク製造業者のアドバイスを用いて乾燥させる。典型的には、およそ７０〜１３０℃で２分〜４時間、好ましくは１時間、オーブンで熱する。また、２〜３分間、９０〜１３０℃での空気乾燥または空気強制トンネル乾燥が使用されてもよい。
【００７５】
スクリーン印刷絶縁層は、カーボン層を被覆し、１０〜２００μm、好ましくは１０〜３０μmの範囲の厚さを有するポリエステル、ポリカーボネート又は類似の（好ましくはマイラーＳＴ５３５）ラミネートに代替させることができる。
【００７６】
スクリーン印刷工程で用いる適切なインクは、次のとおりである。
【００７７】
カーボンインク：
１．コーツカーボン（Coates Carbon）２６−８２０３
２．エルコン（Ercon）Ｇ４４９
３．デュポンＬ８８１
【００７８】
絶縁インク：
１．ロンシール（Ronseal）ウルトラ・タフ・ハードグレーズ・クリア・バーニッシュ
２．エルコンＥ６１６５−１１６ブルー・インシュレーター
３．デュポン５０３６エンキャプシュラント
４．コーツ・スクリーン・フレックス・カバーレー
【００７９】
銀/塩化銀インク：
１．ジェム（Gem）銀/塩化銀
２．エルコンＥ０４３０−１２８
３．デュポン５８７４コンダクタ
【００８０】
レセプタクルを形成した後、先に記載したような電気活性物質を、例えばマイクロピペット又は酵素ジェット印刷を使用して、マイクロ電極に挿入してもよい。その後、電気活性物質は、いずれかの適切な技術により乾燥させてもよい。あるいは、接合工程（ｄ）が発生する前に、電気活性物質は、基部上に薄く塗布されてもよい。これを達成するために、典型的には、電気活性物質は、層１８ｂ上に塗布され、所定の位置で乾燥させ、そしてその後１８部分と１９部分とは、先に記載したように互いに接合される。更なる選択は、接合工程（ｄ）より前又は後に、層１８ｂ上に配置又は固定が可能な膜に電気活性物質を含浸させることである。
【００８１】
その後、必要に応じて、浸透性膜を、レセプタクル全面に設置してもよい（図１のように）。膜構造は、両面接着剤又はスクリーン印刷感圧接着剤を使用して、装置の上部表面に適用される。膜２０の取り付けは、例えば、レセプタクル上の領域の接着剤を取り除くためダイカットされている（成型されている）感圧接着剤を使用して実施されてもよい。膜４に電気活性物質を含浸させた実施形態において、所望の物質の含浸は、典型的には膜がレセプタクルに取り付けられる前に実施される。
【００８２】
もし一つ以上の毛細管チャネルが要求されるならば、これらは、好ましくは第二部分１９ｃの上部に一つ以上の溝を作製することにより形成され、該溝は穴１９ｄ又はレセプタクルの上部に接続される。溝は、第二部分に穴を作製するのと同一の過程中に、都合よく作製されてもよい。例えば、プレス、パンチ、ダイカット、超音波切断又は他の適切なフィルム作製技術を使用する。その後、第二部分を、不浸透性材料、例えば先に記載したような毛細管フィルムで被覆してもよく、このようにしてレセプタクルに接続される毛細管チャネルを作製し、試料がレセプタクルに入ることを可能にする。電気活性物質を、レセプタクルの基部を形成する基板の窪みに薄く塗布するとき、改良された方法を使用してもよい。この改良された方法を図１１に示す。
【００８３】
この方法において、工程（ａ）は、必要に応じて、先に記載したように絶縁層１８ａを対極層１８ｂで被覆することを含む。事前に形成された穴１８ｄを有する更なる絶縁層１８ｃが、設けられる。典型的には、穴１８ｄは、穴１９ｄと同一の大きさであり、穴１９ｄを参照しながら先に述べた技術により形成されてもよい。絶縁層１８ｃを、層１８ｂに接合し、したがって穴１８ｄの位置に窪みを作製する。その後、電気活性物質が、例えばマイクロピペット又は酵素ジェット印刷を使用して、この窪みに塗布されてもよい。その後、電気活性物質をいずれか適切な方法により乾燥させてもよい。電気活性物質の付加に続いて、先に記載した方法によりパートＢ（１８）を接合工程（ｄ）で使用してもよい。
【００８４】
上記の実施形態４に基づいて本発明が製造されるとき、もう一つの方法が、使用されてもよい。この実施形態において、該方法は、
（ａ）絶縁材料を含む第一部分を形成する工程；
（ｂ）絶縁材料の二層の間に作用電極層のラミネートを含む第二部分を形成する工程；
（ｃ）穴及び毛細管チャネルを第二部分に作製し、試料を該穴に導入することを可能にする工程；
（ｄ）該第一部分を該第二部分に接合し、レセプタクルを形成する工程；
（ｅ）先に記載したような電気活性物質をレセプタクルに配置し、場合により電気活性物質を乾燥させる工程；及び
（ｆ）場合により対極材料で被覆される層を、該レセプタクルの開放端に接合する工程、を含む。
【００８５】
電気化学セルの材料、寸法及び他の特性は、先に記載したとおりである。第二部分に穴と毛細管チャネルを形成することを含む工程（ｃ）は、先に記載したとおり実施されてもよい。この方法において、典型的には不浸透性材料又は毛細管フィルムは、それが接合される前に、裏面が対極材料で被覆される。したがって、この層が、レセプタクルの上部まで被覆されるとき、対極が形成される。あるいは、対極が、上記実施形態５に記載したように電極の壁にあるとき、対極層は、工程（ｆ）で使用される層に存在しなくてもよく、その代わり、第二部分は、絶縁材料の二層の間に対極層を含む。
【００８６】
上記方法の改良において、電気活性物質は、どんな所望の方法、例えば先に論じた方法によりレセプタクルの基部又は上部のいずれかに薄く塗布してもよく、それにより、工程（ｅ）の必要性を取り除く。したがって、他の好ましい方法は、上記の工程（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｆ）を含み、（ｉ）その表面に電気活性物質を含む第一部分；及び/又は(ii)その表面に電気活性物質を含む、工程（ｆ）で用いる層；を採用する。工程（ｆ）で用いる該層が、対極層を含む場合、電気活性物質は、典型的には対極層上に塗布される。接合工程（ｆ）のあとで、基部又は上部のいずれかの内面へ塗布された電気活性物質を有するレセプタクルが、このようにして形成される。必要に応じて、電気活性物質は、図１１に関連して先に論じたように、基板の窪みに配置されてもよい。
【００８７】
一つの実施形態において、第一部分の絶縁材料は、先に記載したように浸透性膜である。場合により、接合工程（ｄ）に先立ち、膜を電気活性物質により含浸させる。
【００８８】
上記実施形態６に記載された電気化学セルを形成するために、第一部分を第二部分に接合する工程が省略される、先に記載した方法のいずれかの改良版が、使用される。したがって、該方法は、
（ａ）絶縁材料の二つの層１９ｂ及びｃの間に作用電極層１９ａのラミネートを含む第二部分１９を形成する工程；
（ｂ）第二部分に穴１９ｄを作製する工程；及び場合により
（ｃ）対極材料で被覆される層を該第二部分に接合する工程、を含む。
【００８９】
工程（ａ）及び（ｂ）は、対応する工程を参照して先に記載したように実施される。該方法は、場合により更なる工程を含んでもよく、それは、場合により電気活性物質を含浸させてもよい浸透性膜を第二部分の底部に取り付けるもので、工程（ｃ）の前後に実施されてもよい。もし対極が、セルの上部に存在するならば、上記工程（ｃ）が実施される。もし対極がセルの壁に存在するならば、工程（ｃ）は省略されてもよく、第二部分は、更に絶縁材料の二つの層の間に対極材料の層を含む。
【００９０】
必要に応じて、電気活性物質を対極層上に塗布してもよく、電気活性物質に代えて又はそれに加えて、存在するどのような浸透性膜に結合させてもよい。この塗布方法は、先に記載したように実施されてもよい。
【００９１】
本発明のマルチ検体装置を作製するために、上記二つの方法のうち一つに記載された工程（ｃ）は、第二部分に二つ以上の穴を形成することを含むよう拡大される。したがって、接合工程（ｄ）が実施されるとき、二つ以上のレセプタクルが形成される。毛細管チャネルが使用される場合、これらは、各々のレセプタクルで先に記載したように形成されてもよい。試料は、このようにして、毛細管の作用により各々のマイクロ電極へ吸引されてもよい。
【００９２】
電気化学セルの代表的使用
本発明の電気化学セルは、スクリーニング目的、すなわち液体試料を選別するため、主としてマイクロ電極として使用することを目的としている。例えば、セルは、水、ビール、ワイン、血液又は尿試料、又は他の生物学的若しくは非生物学的流体試料における種々の物質の含有量を決定するために使用されてもよい。セルは、例えば、環境アセスメント用試料のペンタクロロフェノール含有量を決定するため；心臓に関する危険因子を分析するのに使用するコレステロール、ＨＤＬ、ＬＤＬ及び中性脂肪の値を測定するため;又はグルコース値を、例えば、糖尿病患者用に測定したりするため；使用されてもよい。本発明のセルに対する適切な使用の更なる例は、腎臓病で苦しむ患者の状況を測定する腎臓モニターとしてである。この場合、セルは、尿中のクレアチニン尿素、カリウム及びナトリウムの値をモニターするために使用することができる。
【００９３】
本発明の電気化学セルのために想定される主なる使用は、マイクロセンサーとしてであるが、セルは、電気化学的測定又は電気化学エネルギーの利用が生じるその他の目的のために使用されてもよい。例えば、本発明の電気化学セルは、バッテリーとして使用されてもよい。また、セルは、ナトリム、カリウム、カルシウム及びフォスフェート等の電解物の検出のために用いられる挿入材等の電気化学物質を処理するために使用されてもよい。そのような処理は、電極上に一貫した薄い層を作製するために、物質の電気循環を含む。
【００９４】
実施例
実施例１：電気化学セルの製造
厚さ１２５μmのＰＥＴのベースフィルムを銀/塩化銀印刷用インクを使用して対極/参照電極で印刷し、その後９０℃で３０分間乾燥させた。
【００９５】
厚さ２５０μmのＰＥＴのミドルフィルムを、ヒートシールで被覆した。次に、フィルムは、ヒートシール被覆の裏側に、導電性トラックを決定するパターンで導電性カーボンインクを用いて印刷された。その後、これを９０℃で１時間乾燥した。引き続いて、カーボンインク印刷を、計測器のコネクターと接続するのに必要な、重ね刷りが実施されないトラックの部分を除いて、絶縁インクで重ね刷りした。その後、絶縁インクを６０℃で２０分間乾燥した。
【００９６】
次に、いくつかの穴が、剪断作用を用いて穴を形成するパンチを使用して、中間層に形成された。このパンチは、必要とされる穴と等しい直径を有する金属ダイ又はピンを含む。金属ダイ又はピンが、パンチを滑らす目的でパンチの形態に適合する穴を有する金属製又は木製のプレートで支えられたフィルムを剪断するのに使用された。
【００９７】
穴あけに続いて、中間フィルムは、熱を用いてベースフィルムに張り付けられた。熱工程の間に、中間フィルム裏面上のヒートシールは、溶けてベースフィルムに接合する。
【００９８】
次に、所望の電気活性物質が、形成された窪みに塗布された。その後、該物質は、表面を覆う室温の気流で乾燥させた。
【００９９】
いくつかの窪みの上に、より大きな細胞粒子を全血から取り除くことのできる血液分離膜が付加された。これらの電極に対して、ポールフィルトレーション製のプレゼンス２００等の血液分離膜が、窪みを覆う電極の最上面に取り付けられた。膜の取り付けは、中間層上の窪みの周囲に成型されたスクリーン印刷感圧接着剤を用いて、達成された。
【０１００】
実施例２：電気化学セルの使用
電極は、１５μmのコーツカーボンインク２６−８２０３層がスクリーン印刷され、続いて、３０μmのロンシール・ウルトラ・タフ・ハードグレイズ・クリア・バーニッシュ（ポリウレタン及びイソシアネートを含有するバクセンデン・トリキシン（Baxenden trixine）を基にしたポリウレタン）の層がスクリーン印刷された２５０μmのＰＥＴ層から構成された。この層に穴を開け、直径１mmの穴を作製した。上部に共通のＡｇ／ＡｇＣｌの対極、参照電極を有する１２５μmのＰＥＴ層から構成されるＰＥＴベース層が、作製された。その後、ＰＥＴベース層は、エアケア７８４１シート接着剤を用いて、穴を開けた層に接着された。この電気化学セルを用いて、種々の試験が、実施例２ａ〜２ｆで後に記載するように実施された。
【０１０１】
実施例２ａ
サイクリック・ボルタンメトリー電流を、塩化カリウム０．１mol dm-3を含有するｐＨ９のトリス緩衝液０．１mol dm-3中にルテニウム・ヘキサミン２、５、１０、１５及び２０mmol dm-3の濃度を添加した後、Ａｇ／ＡｇＣｌに対して−０．４５Ｖで測定した。結果を図１２に示す。
【０１０２】
実施例２ｂ
アンペロメトリー電流を、塩化カリウム０．１mol dm-3を含有するｐＨ９のトリス緩衝液０．１mol dm-3中にルテニウム・ヘキサミン２、５、１０、１５及び２０mmol dm-3の濃度を添加した後、Ａｇ／ＡｇＣｌのポテンシャルステップに対して−０．５０Ｖを印加後、１秒測定した。結果を図１３に示す。
【０１０３】
実施例２ｃ
ルテニウム・ヘキサミン０．２mol dm-3及びプタジアレドキシン・レダクターゼ（putadiaredoxin reductase）６５０ＫＵ／ｍＬを含有する溶液０．２ｍＬを乾燥させた電極に対して、サイクリック・ボルタンメトリー電流を、塩化カリウム０．１mol dm-3を含有するｐＨ９のトリス緩衝液０．１mol dm-3中にＮＡＤＨ２、４、６、８及び１０mmol dm-3の濃度を添加した直後、Ａｇ／ＡｇＣｌに対して０．１５Ｖで測定した。結果を図１４に示す。
【０１０４】
実施例２ｄ
ルテニウム・ヘキサミン０．２mol dm-3及びプタジアレドキシン・レダクターゼ６５０ＫＵ／ｍＬを含有する溶液０．２ｍＬを乾燥させた電極に対して、アンペロメトリック電流を、塩化カリウム０．１mol dm-3を含有するｐＨ９のトリス緩衝液０．１mol dm-3にＮＡＤＨ２、４、６、８及び１０mmol dm-3の濃度を添加した直後、Ａｇ／ＡｇＣｌに対して０．１５Ｖの印加後、１秒測定された。結果を図１５に示す。
【０１０５】
実施例２ｅ
アンペロメトリック電流を、グリセロール・デヒドロゲナーゼ１５０Ｕ／ｍＬ、ＮＡＤ１００mmol dm-3、ルテニウム・ヘキサミン１００mmol dm-3、アンモニウム・スルフェート１００mmol dm-3及び塩化カリウム１００mmol dm-3を含有する溶液０．３ｍＬを乾燥させた電極で、得られた塩化カリウム０．１mol dm-3を含有するｐＨ９のトリス緩衝液０．１mol dm-3中にグリセロール２、５、７．５、１０、１２．５及び１５mmol dm-3の濃度を添加した後、Ａｇ／ＡｇＣｌのポテンシャルステップに対して０．２０Ｖを印加後、６０秒測定した。結果を図１６に示す。
【０１０６】
実施例２ｆ
アンペロメトリック電流比を、グリセロール・デヒドロゲナーゼ１５０Ｕ／ｍＬ、ＮＡＤ１００mmol dm-3、ルテニウム・ヘキサミン１００mmol dm-3、アンモニウム・スルフェート１００mmol dm-3及び塩化カリウム１００mmol dm-3を含有する溶液０．３ｍＬを乾燥させた電極で、得られた塩化カリウム０．１mol dm-3を含有するｐＨ９のトリス緩衝液０．１mol dm-3中にグリセロール２、５、７．５、１０、１２．５及び１５mmol dm-3の濃度を添加した後、Ａｇ／ＡｇＣｌのポテンシャルステップに対して−０．５０Ｖを印加後、６０秒測定した。結果を図１７に示す。
【０１０７】
実施例３
電極を、７μmのコーツカーボンインク２６−８２０３層がスクリーン印刷され、続いて、３０μmのロンシール層がスクリーン印刷された２５０μmのＰＥＴ層から構成した。この層に穴を開け、直径１mmの穴を作製した。ベース層を、１０μmのＡｇ／ＡｇＣｌ層を１２５μmのＰＥＴベース層上に印刷することにより形成した。その後、ベース層を、エアケア７８４１シート接着剤を用いて、穴を開けられた層に接着した。この電気化学セルを用いて、下記の実施例３ａ及び３ｂに記載される種々の試験を、実施した。
【０１０８】
実施例３ａ
アンペロメトリック電流を、Ａｇ／ＡｇＣｌのポテンシャルステップに対して−０．２５Ｖを印加後、１２０秒測定した。窪みの底部に構成された共通の対極/参照電極を有する電極に対して、塩化カリウム０．１mol dm-3を含有するｐＨ７．４のリン酸カリウム緩衝液０．１mol dm-3中においてコレステロール・オキシダーゼ１ＫＵ／ｍＬ、ホースラディシュ・ペルオキシダーゼ２００ＫＵ／ｍＬ、フェロシアン化カリウム３３mmol dm-3を含む溶液にコレステロール１．５、２．２５、３．０、４．５及び６．０mmol dm-3の濃度を添加した効果を示した。結果を図１８に示す。
【０１０９】
実施例３ｂ
アンペロメトリック電流を、Ａｇ／ＡｇＣｌのポテンシャルステップに対して−０．２５Ｖを印加後、１２０秒測定した。ストリップの上部に構成された共通の対極/参照電極を有する電極に対して、塩化カリウム０．１mol dm-3を含有するｐＨ７．４のリン酸カリウム緩衝液０．１mol dm-3においてコレステロール・オキシダーゼ１ＫＵ／ｍＬ、ホースラディシュ・ペルオキシダーゼ２００ＫＵ／ｍＬ、フェロシアン化カリウム３３mmol dm-3を含む溶液にコレステロール１．５、２．２５、３．０、４．５及び６．０mmol dm-3の濃度を添加した効果を示した。結果を図１９に示す。
【０１１０】
実施例４
電極を、７μmのエルコンカーボンインクＧ４４９Ｃ層がスクリーン印刷され、続いて、３０μmのエルコンＥ６５６１５−１１６Ｄ誘電体層が印刷された２５０μmのＰＥＴ層から構成した。次いで、これに穴を開け、直径１mmの穴を作製した。１２５μmのＰＥＴベース層が、共通のＡｇ／ＡｇＣｌの対極層/参照電極層（エルコンＥ６１６５−１２８を使用）で被覆された。その後、形成されたベース層を、加熱ラミネーションを用いて、穴を開けた層に接着した。
【０１１１】
ルテニウム・ヘキサミン０．２mol dm-3及びプタジアレドキシン・レダクターゼ６５０ＫＵ／ｍＬを含有する溶液０．２ｍＬを乾燥させた電極に対して、アンペロメトリック電流を、塩化カリウム０．１mol dm-3を含有するｐＨ９のトリス緩衝液０．１mol dm-3中にＮＡＤＨ２、４、６、８及び１０mmol dm-3を添加し、Ａｇ／ＡｇＣｌに対して０．１５Ｖを印加後、１秒測定された。結果を図２０に示す。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】図１は、本発明の第一実施形態に係る電気化学セルを示す。
【図２】図２は、本発明の第二実施形態に基づく別の対極及び参照電極を含む電気化学セルを示す。
【図３】図３は、本発明の第三実施形態に基づく複合作用電極を有する電気化学セルを示す。
【図４】図４は、本発明の第四実施形態に基づく毛細管流動チャネルを有する電気化学セルを示す。
【図５】図５は、対極がセルの壁にある電気化学セルを示す。
【図６】図６は、セル自身がレセプタクルの形状ではなく、基板に配置されるときレセプタクルを形成する、本発明の別の実施形態を示す。
【図７】図７は、本発明の四個の電気化学セルを含むマルチ検体装置を示す。
【図８】図８は、本発明の四個の電気化学セルを含むマルチ検体装置を示す。
【図９】図９は、本発明の四個の電気化学セルを含むマルチ検体装置を示す。
【図１０】図１０は、本発明の電気化学セルを製造する方法を示す。
【図１１】図１１は、本発明の電気化学セルを製造する改良された方法を示す。
【図１２】図１２は、本発明に係る電気化学セルを使用して実施されたアンペロメトリー及びサイクリック・ボルタンメトリーの実験結果を示す。
【図１３】図１３は、本発明に係る電気化学セルを使用して実施されたアンペロメトリー及びサイクリック・ボルタンメトリーの実験結果を示す。
【図１４】図１４は、本発明に係る電気化学セルを使用して実施されたアンペロメトリー及びサイクリック・ボルタンメトリーの実験結果を示す。
【図１５】図１５は、本発明に係る電気化学セルを使用して実施されたアンペロメトリー及びサイクリック・ボルタンメトリーの実験結果を示す。
【図１６】図１６は、本発明に係る電気化学セルを使用して実施されたアンペロメトリー及びサイクリック・ボルタンメトリーの実験結果を示す。
【図１７】図１７は、本発明に係る電気化学セルを使用して実施されたアンペロメトリー及びサイクリック・ボルタンメトリーの実験結果を示す。
【図１８】図１８は、本発明に係る電気化学セルを使用して実施されたアンペロメトリー及びサイクリック・ボルタンメトリーの実験結果を示す。
【図１９】図１９は、本発明に係る電気化学セルを使用して実施されたアンペロメトリー及びサイクリック・ボルタンメトリーの実験結果を示す。
【図２０】図２０は、本発明に係る電気化学セルを使用して実施されたアンペロメトリー及びサイクリック・ボルタンメトリーの実験結果を示す。
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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