(57)【要約】流体サンプル内の１つ以上の成分の種々の濃度の決定のためのセンサが提供される。このセンサは、射出成形された本体、少なくとも２つの電極、酵素および所望の場合、電子移動メディエーターを備える。この本体は、流体サンプルを収容するための反応領域を備える。これらの電極は、プラスチックの本体内に少なくとも部分的に包埋されており、そして反応領域内に延びている。流体サンプル内の化合物が関与する反応を触媒し得る酵素も反応領域に含まれる。さらに、このセンサは、反応領域内で生じる電気化学的変化を測定するために、このセンサに取り付けられた、計器を作動させる充填検出を組み込む。
2005503536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学反応または酵素反応の結果としての流体サンプルの電気化学的特性の変化を測定するための計器と協働する電気化学デバイスであって、以下：
（ａ）第一端部および反対側の第二端部を有する絶縁物質の本体；
（ｂ）該２つの端部の間で該絶縁物質において、一定の長手軸方向の関係で配置された、少なくとも２つの導電性電極；
（ｃ）該本体に計器を接続するための手段；
（ｄ）流体サンプルを収容するための手段；ならびに、
（ｅ）該流体サンプルと反応し得る１つ以上の物質で該電極の少なくとも１つを処理するための手段、
を備える、電気化学デバイス。
【請求項２】
十分な量の流体サンプルが収容されている場合に、検出するための手段をさらに備える、請求項１に記載の電気化学デバイス。
【請求項３】
請求項１に記載の電気化学デバイスであって、前記本体が、各部分が成形されたプラスチックから作製されている、ヒンジにより互いに取りつけられた２つの部分であるか、またはプラスチック中に実質的に成形された電極を有する成形されたプラスチックから作製された一体の、単一の部分であるかのいずれかの、電気化学デバイス。
【請求項４】
前記本体中のヒンジの一方の側面上に、該本体における該ヒンジの他方の側面上の少なくとも１つの陥凹表面と嵌合するように形成された少なくとも１つの突起をさらに有する、請求項１に記載の電気化学デバイス。
【請求項５】
流体サンプルを収容するための前記手段が、該流体サンプルと接触する際に前記本体へと該流体サンプルを流すように適合されたキャピラリー入口である、請求項１に記載の電気化学デバイス。
【請求項６】
前記キャピラリー入口が、前記本体の前記端部内に成形されており、かつ反応領域と連絡している、請求項５に記載の電気化学デバイス。
【請求項７】
前記反応領域が前記本体中に形成されているチャネルであって、該チャネルが、前記毛細管力により本体へと流れる前記流体の反応に適合された、請求項６に記載の電気化学デバイス。
【請求項８】
請求項６に記載の電気化学デバイスであって、前記キャピラリー入口が、圧力を解放するように該キャピラリー入口と連絡する孔を有する、電気化学デバイス。
【請求項９】
前記本体が、該本体を成形する間の該電極の保持を可能とする少なくとも１つの開口部を有する、請求項６に記載の電気化学デバイス。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの開口部が、該開口部の成形の後に１つ以上の電極を化学処理するように前記反応領域と連絡している請求項９に記載の電気化学デバイス。
【請求項１１】
前記電極が、導電性ワイヤである、請求項１に記載の電気化学デバイス。
【請求項１２】
１つ以上の化学物質で少なくとも１つの電極を処理するための前記手段が、該１つ以上の電極を試薬および酵素でコーティングする、請求項１に記載の電気化学デバイス。
【請求項１３】
流体サンプルの電気化学的特性を測定し得る電子計器と協働する電気化学デバイスを作製するための方法であって、該方法は、以下の工程：
間隔の空いた少なくとも２つの導電性電極を１つの型の中に配置する工程；
少なくとも１つの該電極を、１つ以上の物質で処理する工程であって、該物質は、該流体サンプルと反応して、該電極により測定可能な電気化学的変化を引き起こす、工程；ならびに
該電極を少なくとも部分的に包埋し、そして２つの端部および流体サンプルを収容するための手段を有するように、絶縁物質の本体を成形する工程、
を包含する、方法。
【請求項１４】
前記成形する工程が、前記本体内にヒンジを構築することを含み、該ヒンジは、該本体の一部の該本体での旋回および接続を可能とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、前記成形する工程が、前記本体中の前記ヒンジの一方の側部上の少なくとも１つの突起および該本体中の該ヒンジ上の他方の側部上の少なくとも１つのトラフを形成することを含み、該一方の側部が該ヒンジの周辺で該他方の側部上に折りたたまれる場合、該トラフが、該少なくとも１つの突起と嵌合する、方法。
【請求項１６】
流体サンプルを収容するための前記手段が、前記本体の前記端部において反応領域および孔と連絡するキャピラリー入口を備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記反応領域が、前記デバイスの底部に形成される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記成形する工程が、前記センサが試験のために十分な量のサンプルを含む際に検出するための孔を前記本体中に形成することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記成形する工程が、適切な量のサンプルの存在を検出するための手段を前記本体中に形成することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの電極を処理する工程が、前記成形する工程の後になされる、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記成形する工程が、少なくとも１つの開口部を、前記本体の表面中に形成することを含み、該開口部は、該本体を成形する工程の間、該電極を保持することを可能にする、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本願は、「電気化学センサおよびその方法」と題される米国出願番号第０９／８２０，３７２号（２００１年３月２３日出願）の一部継続出願である。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、一般に、電気化学センサ、詳細には、試験サンプル（例えば、流体および溶解された固体物質）中の分析物の検出または測定のための成形された電気化学センサ、およびこれらのセンサを作製および使用する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
電気化学センサは、サンプル（流体物質および溶解された固体物質）を試験する際に種々の分析物の濃度を検出するために用いられる。例えば、電気化学センサは、ヒトの血中グルコースを測定するために作製されている。そのようなセンサは、血中グルコースレベルをモニターするために糖尿病患者および健康管理の専門家により使用されている。これらのセンサは、通常、計器と結合して使用され、その計器は、細片が色素の分光学的検出用に設計されている場合、光の反射率を測定し、また細片が電気的に活性な化合物の検出用に設計されている場合、電流のような、ある電気的特性を測定する。
【０００４】
代表的に、電気化学センサは、絶縁体の基材を用いて製造され、その基材上に導電性インク（例えば、炭素および銀）が、スクリーンプリントによりプリントされて、導電性電極トラックが形成されるか、または金属の薄片（ｔｈｉｎ  ｓｔｒｉｐ）が広げられて導電性電極トラックが形成される。これらの電極は、一般的にトランスデューサーと呼ばれるセンサの検出素子である。これらの電極は、分析物に特異的な酸化還元酵素またはデヒドロゲナーゼ酵素と組み合わせて親水性ポリマーを含む試薬層で覆われている。さらに、絶縁層は、この基材およびこれらの電極の一部の上に取り付けられている。
【０００５】
電気化学測定の精度および正確さは、顕微鏡スケールでの電極表面積の再現性に非常に大きな程度に依存する。電極の形態の変動は、電気化学的シグナルの読み出しに非常に重大な変化を生じ得る。スクリーンプリントは、グルコースを検出するためのセンサの作製における方法において重要となっている。スクリーンプリントの広範な使用は、比較的安価なセンサを大量生産する能力からきている。大きなロールから広げられた金属細片の使用もまた、そのようなセンサの大量生産に用いられてきた。
【０００６】
スクリーンプリントおよび導電性インク作製の分野において多くの利点がもたらされているが、この技術は、フィルムプリント技術の使用に付随する反復される高温硬化工程に起因して、電極表面積の低い再現性、寸法の変動、厚さの変動、微小な裂け目、および収縮から、なお影響を受けている。プリントの間の溶媒の損失は、電極の厚さの変動を導く別の要素である。
【０００７】
プリント技術を用いたセンサの開発は、異なるスクリーンを所望する異なる導電性インクの種々のパスを必要とする。スクリーンの配置における微小な変動は、ＩＲ降下および印加される電位におけるかなりの誤差を導き得る。これらのスクリーンの磨耗および亀裂は、欠陥の別の要因である。また、スクリーンプリントによるセンサ細片の作製は、高レベルの原材料の空費により影響を受ける。一般的に、使用されるインクのグラム毎に、１グラムのインクが空費される。そのようなセンサの製造はまた、製造の複雑さおよび最終製品のコストを足す、複数の積層工程を包含する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（発明の要旨）
本発明は、試験サンプル（例えば、流体および溶解された固体物質）中の種々の分析物濃度の決定を提供する電気化学センサである。このセンサは、信頼性がありかつ費用に対して効果の高い射出成形製造法を用いた、大量の製造を容易にするように設計されている。本発明は、射出成形されたプラスチック細片または本体、少なくとも２つの電極、酵素、および所望の場合、電子移動メディエーターを含む。この本体は、流体サンプルを収容するための空洞または反応領域を備える。これらの電極は、このプラスチックの本体内に少なくとも部分的に包埋されており、かつ反応領域内に延びており、そこでこれらの電極は、試験サンプルに曝される。また、流体サンプル中の化合物の関与する反応を触媒し得る酵素が反応領域内に含まれる。
【０００９】
詳細には、このデバイスは、このデバイス内の導電性電極の電気的特性間の差異を測定し得る電気的計器と協働する。このデバイス、センサは、少なくとも２つ、好ましくは３つの、間隔の空いた導電性電極、これらの電極周辺に成形されかつこれらを収容する絶縁物質の２つの端部を有する本体、このハウジングとこの計器を接続するための手段、流体サンプルを収容するための手段、および１つ以上の電極を１つ以上の化学物質で処理して、この流体サンプルと接触した際の処理された電極の電気的特性を変化させるための手段を備える。このハウジングの一端は、この計器を接続するための手段を有し、このハウジングの反対側の端部は、流体サンプルを収容するための手段を有する。この計器と接続するための手段は、この本体の外側に電極を曝す、ハウジング内に形成されたプラグである。
【００１０】
このセンサは、成形されており、かつ単一の単位部分または２つの部分であり得る。２つの部分の構築において、エンドキャップが、この本体に取りつけられる。単一部分の構築において、この本体は、ヒンジの周辺で回転し、かつそれ自体に接続する。この本体の一部に形成される突起は、トラフと協働して適切な整列を確保する。
【００１１】
キャピラリー入口は、このセンサの一端に構築されて、流体サンプルと接触した際に、この流体サンプルを本体へと流す。このキャピラリー入口は、この本体の端部内に成形され、かつ反応領域と連絡している。この反応領域は、本体内で、これらの電極の周辺に形成されたチャネルであり、かつ毛細管力により本体に流し出されたサンプルと反応するように適合されている。この反応領域は、電極の上に形成されても、下に形成されてもよいが、好ましくは、電極の上に構築されている。このキャピラリーは、圧力をｓするための孔を有する。
【００１２】
示されるように、これらの電極は、プラスチック内に成形されている。１つの実施形態において、これらの電極は、伝導性のワイヤである。別の実施形態において、これらの電極は、金属板から構築される。これらの電極は、それらの性能を増強するために異なる伝導性物質で覆われ得る。
【００１３】
開口部は、この成形工程の間の電極の保持を可能とするようにこのセンサの本体内に形成される。開口部はまた、この成形工程の前または後に、反応領域内で１つ以上の電極を化学処理するように本体に形成され得る。化学物質（例えば、酵素を有する試薬および酵素を有さない試薬）の添加は、流体サンプルとの接触の際の、処理された電極の電気的特性を変化させる。好ましい実施形態において、酵素は、これらの電極のうちの１つの外側表面に適用される。抗体もまた、別の電極に適用され得る。さらに、電子メディエーターが、これらの電極のうちの１つ以上の外側表面に適用され得る。
【００１４】
本発明に従う別の実施形態において、センサは、充填検出を提供する。キャピラリー入口および反応領域へと流れ込んだ流体は、電極の縁部と接触し、この反応領域の低いほうの端部に達した際に、このキャピラリー入口から最も遠い領域は、この計器を作動させる。この流体が、キャピラリー空間において最後の電極と接触するとき、それは、電気化学セルの開回路を閉じて、電流をそのセルに流す。このセル内の電流の流れは、この計器に、このキャピラリーチャンバーが流体で満たされているというシグナルを送らせる。孔はまた、流体の充填を視覚的に検出するために用いられ得る。
【００１５】
この電気化学センサを作製および使用する方法もまた、開示される。このデバイスを作製する方法は、間隔の空いた少なくとも２つの導電性電極を型の中に配置する工程、成形の前または後に、少なくとも１つの電極を、流体サンプルと接触した際の処理された電極の電気的特性を変化させるような１つ以上の化学物質で処理する工程、および電極の周囲に２つの端部を有する絶縁体物質の本体を成形する工程であって、一端が、その中に流体サンプルを収容するための手段を有する工程、を包含する。前出のとおり、この本体は、２つの部分（本体および成形が完了した後に互いを取りつけるためのエンドキャップを備える）、または単一の、単位部分で成形される。
【００１６】
（詳細な説明）
本発明は、多くの異なる形態における実施形態が可能であるが、本発明の好ましい実施形態が図中に示され、そして本明細書中に詳細に記載されるが、本開示が、本発明の原理の例示として考慮されるべきであり、本発明の広範な局面を、例示された実施形態に限定することが意図されないことが理解される。
【００１７】
（第一の実施形態）
図１〜６を参照して、本発明（第一の実施形態）に従う電気化学センサが示される。図１は、センサ１０が透明のプラスチックで作製されており、その内側を見ることができるようであるかのように、センサ１０を示す。本明細書中で議論されるように、内側成分および隠れた外側成分は、センサ１０を見下ろしても、通常見ることができない。この解釈は、図２において平面ｘ−ｘに沿って切り取った図と類似する。
【００１８】
第一の実施形態１０のセンサまたは試験細片は、計器取りつけ端部またはプラグ端部１４および流体サンプル収容端部１６を有する、不透明、好ましくは半透明の射出成形されたプラスチック本体１２を備える。本体は、底部表面１３、頂部表面１５、および第一頂部表面１５ａと第二頂部表面１５ｂとを接続するテーパー状部分２０を有し、第一頂部表面は、第二頂部表面より低く、そして第三の頂部表面１５ｃもまた、第二頂部表面より低い。本体１２は、間隔の空いた３つの別々の電極３０、３１、３２を有する。本体１２のプラグエンド１４は、一対のテーパー状の側面縁部１８、１９、および楔型頂部部分２０を備える。テーパー状側面縁部１８、１９は、使用者がセンサプラグ端部１４を従来の計器（示さず）のソケットの空洞に挿入しやすくする。さらに、センサの楔型部分２０は、移動止めとしての役割を果たし、センサ１０を計器のソケットの空洞内に摩擦により保持する。
【００１９】
センサ１０の流体サンプル収容端部１６は、本体の末端１６に隣接する電気化学反応領域２４を備える。この反応領域２４は、第三の頂部表面１５ｃ中および本体１２において本体１２に流れ込んだ流体を特定の分析物について分析するための電極３０、３１、３２の周辺／隣接部に形成されたチャネルである。反応領域は、電極の上に形成されても、下に形成されてもよいが、好ましくは、電極の上に構築されている。エンドキャップ２７は、［超音波または粘着により］反応領域２４上および第三の頂部表面１５ｃ上で溶接される。エンドキャップ２７の頂部は、本体１２の頂部１５、１５ｂと整列する。好ましくは、エンドキャップ２７は、成形された本体１２と同じ物質で作製され、そして超音波溶接または接着により、そこに取りつけられる。
【００２０】
このキャップ２７は、別々の部分として示されているが、それはまた、本体１２の一部としても構築され得、そしてヒンジとして動き得るように（ｈｉｎｇｅａｂｌｙ）本体に接続され、その結果、そのキャップ２７は、第三の頂部表面１５ｃ上で回転し得、かつ取りつけられ得る［例えば、第二の実施形態を参照のこと］。このようにして、センサ全体が、一度に１つの成形された単位部分として作製され得る。
【００２１】
キャップ２７が本体１２に溶接される（または収められる）ときに、キャピラリー開口部２８は、センサ１０の末端１６中に形成される。このキャピラリー開口部は、反応領域２４へと続く。好ましくは、センサ１０は、キャピラリー充填デバイスであり、すなわち、反応領域２４は、このキャピラリー開口部または入口２８が試験される流体（例えば、血液）と接触するように配置される場合に、流体サンプルをこの領域に流し込むのに十分な程に小さい。従って、実施者が彼／彼女の血液を試験することを望む場合、彼／彼女は、末端１６を血液に触れさせ、血液をキャピラリー開口部２８を通ってセンサ１０中および反応領域２４に流し込む。これは、従来技術のようにサンプル（例えば、血液）をセンサ上および標的領域上にのせることよりも非常に容易である。反応領域２４へのキャピラリー開口部２８を用いてキャピラリー効果を実現するために、孔２９が、キャップ２７中に構築される。この孔は、反応領域２４と連絡している。この孔２９は、反応領域２４が流体を流しこみそして満たされるときに、空気圧を放する。キャピラリー充填に関するさらなる議論については、米国特許第４，２５４，０８３号；同第４，４１３，４０７号；同第４，４７３，４５７号；同第５，７９８，０３１号；同第５，１２０，４２０号；および同第５，５７５，８９５号（これらの開示は、本明細書中に参考として援用される）を参照のこと。
【００２２】
複数の導電性導線または電極３０、３１、３２は、ほとんどがこの射出成形された本体１２内に覆われている。このましくは、本体１２は、これらの導線３０、３１、３２の周辺に成形される。記載されるように、これらの導線は、互いに間隔が開いている。これら３０、３１、３２は、最初に本体１２中に包まれ、そしてプラグ端部１４から反応領域２４にわたり、そして末端１６の直前までにわたる。この導線３０、３１、３２の端部２６は、このセンサの末端１６の直前に配置される。
【００２３】
伝導性の導線３０、３１、３２は、金属または金属合金（例えば、白金、パラジウム、金、銀、ニッケル、ニッケルクロム、ステンレス鋼、銅等）のような導電性物質からなる。さらに、このましくは、各々の導線は、単一のワイヤからなるか、または代替的な好ましい実施形態（第二の実施形態を参照のこと）において、金などで覆われた打ち出された金属部材からなる。第一の実施形態において、外側の導線３０および３２は、内側の導線３１から等しい間隔が開けられ、本体１２の流体サンプル収容端部１６でのこれらの導線の間隔は、計器取りつけ端部１４でよりも互いに狭い。
【００２４】
導線３０、３１、３２のセグメント３３は、本体１２のプラグ端部１４の周囲で露出し、各々の計器（示さず）との接触表面領域３４、３５、３６を提供する。好ましくは、露出した接触表面領域３４、３５、３６は、本体１２のテーパー状頂部部分２０から本体１２の第一の頂部表面領域１５ａ上またはその中に部分的に包埋されるプラグ端部１４までに及ぶ。詳細には、本体１２は、導線３１、３１、３２のセグメント３３が包埋され（第一の頂部表面１５ａ内に部分的に成形される）、かつ接触表面領域３４、３５、３６に対向する本体１２により保持されるように、成形され得る。このようにして、これらの導線は、計器と接触するように露出されており、そして接着剤も溶接も用いることなく適切な場所に維持される。
【００２５】
導線３０、３１、３２のセンサプラグ端部１４と流体サンプル収容端部１６との間の部分は、プラスチック射出成形された本体１２内に包埋されている。従って、本体１２は、電気的絶縁体の射出成形可能なプラスチックにより構築されている。
【００２６】
特定の構造支持成分は、その成形工程の間およびその工程の後に、互いに間隔の空いた関係で、本体内に導線３０、３１、３２を保持および維持するようにセンサ１０の本体１２内に成形されている。詳細には、ガイドブロック４２および整列ピン４４は、これらの導線３０、３１、３２を適切に取りつけるために、本体１２内に成形される。開口部はまた、成形工程（以下で議論される）の間に型の中にフィンガーを入れることおよび出すことを可能とするように本体１２の頂部表面１５および底部表面１３内に形成される。とくに、第一の開口部４６は、第二の頂部表面１５ｂに成形され、そして第二の開口部４８および第三の開口部５０は、本体１２の底部表面１３中に形成される。一旦、成形が完了すると、これらの開口部４６、４８、５０の各々は、プラスチック（例えば、成形工程で使用されたのと同じプラスチック）で覆われるかもしくは密封されるか、または開いたままである。これら４６、４８、５０のサイズは、比較的小さく；これらを開けたままにしておくことは、安全性の問題に影響せず、センサの能力にも影響しない。フィンガーは、開口部にフィットし得ず、そして外側からの細片は、この開口部に入ることも、導線３０、３１、３２と接触することもできない。
【００２７】
反応領域２４内で、１つの導線３０は、第一の作用電極５２として作用し、第二の導線３１は、参照電極または対極５３としての役割を果たし、そして第三の導線３２は、補助的な第二の作用電極５４として作用する。所望の場合、伝導性の導線３０、３１、３２（すなわち電極５２、５３、５４）は、センサ１０に入る流体の試験サンプルと接触する唯一の導線（電極）である。これらの電極５２、５３、５４は、成形されたプラスチックによりセンサ１０の残りの部分から電気的に絶縁されて、導線により運ばれるシグナルが電気化学反応領域２４中の試験サンプルに曝される部分のみから生じることを保証する。
【００２８】
特定の実施形態において、酵素５６および所望の場合、電子移動メディエータが、第一の作用電極５２の外側表面に適用される。この酵素は、例えば、フラボタンパク質、ｐｑｑ−酵素、ヘム含有酵素、酸化還元酵素などからなり得る。メディエーターに関するさらなる議論については、米国特許第４，５４５，３８２号および同第４，２２４，１２５号（これらの開示は、本明細書中に参考として援用される）を参照のこと。代替的な実施形態において、抗体５７が、第二の作用電極５４の外側表面に適用され得る。このように、反応領域２４は、抗体、酵素−抗体結合体、酵素−分析物複合体等を含み得る。酵素５６はまた、第二の作用電極５４にも適用され得、そして抗体が、第一の作用電極５２の外側表面に適用され得ることに注目するべきである。
【００２９】
当業者によって理解されるように、酵素５６は、センサ１０により実施される試験に特異的である。例えば、作用電極５２、または第二の作用電極５４、またはそれらの両方は、酵素５６（例えば、ヒト血液サンプル中のグルコースの測定のために、異なるレベルまたは強度で反応するように処方されたグルコースオキシダーゼまたはグルコースデヒドロゲナーゼ）で覆われ得る。従って、個体の身体のグルコース濃度が増加するに従って、酵素５６は、より多い生成物を生成する。このグルコースセンサは、電気化学シグナル（例えば、酵素のターンオーバー生成物の酸化または還元から生じる電流）を測定するための計器と共に用いられる。このシグナル強度は、グルコース濃度または任意の他の化合物（その化合物に特異的な酵素が電極上を覆っている）に対して正比例関係にある。
【００３０】
１つの実施形態において、酵素５６は、第一の電極５２（または第二の電極５４）の露出した表面領域全体に適用され得る。あるいは、この電極の十分に規定された領域が酵素で覆われている限り、この電極の露出領域の全体が、酵素で覆われている必要はない。
【００３１】
先行技術において示されるように、さらなる実施形態において、酵素５７が、反応領域２４において全ての電極５２、５３、５４に適用され得、そして測定は、計器により行われ得る。
【００３２】
好ましい実施形態において、作用電極（５２または５４）のうちの一方は、酵素を有する試薬を含む酵素５７で選択的に覆われ、そして他方の作用電極（５４または５２）は、各々の酵素を有さない試薬で覆われる。このようにして、計器を用いて、実施者は、各々の作用電極から電気化学的シグナルを同時に得ることができ、そしてサンプルマトリクスから生じる任意の「バックグラウンドノイズ」を修正することができる。従って、酵素なしでの参照電極と電極との間の電位または電流が、酵素ありでの参照電極と電極との間の電位または電流と比較され得る。電位および電流の差異を測定および比較することは、当業者に周知である。
【００３３】
上に示すように、センサ１０は、反応領域２４中に流体サンプルを添加した後の流体サンプルの電気的特性を測定し得る計器と組み合わせて用いられる。測定される電気的特性は、例えば、電流、電位、電荷、またはインピーダンスであり得る。分析試験を実施するために電位の変化を測定する例は、米国特許第５，４１３，６９０号（この開示は、本明細書中に参考として援用される）により見出される。
【００３４】
分析試験を実施するために電流を測定することの例は、米国特許第５，２８８，６３６号および同第５，５０８，１７１号（これらの開示は、本明細書中に参考として援用される）により例示される。
【００３５】
センサ１０のプラグ１４は、電源（バッテリー）を備える計器に挿入および接続され得る。そのような計器およびセンサシステムの改善は、米国特許第４，９９９，６３２号；同第５，２４３，５１６号；同第５，３６６，６０９号；同第５，３５２，３５１号；同第５，４０５，５１１号；および同第５，４３８，２７１号（これらの開示は、本明細書中に参考として援用される）により例示される。
【００３６】
多くの分析物含有流体は、本発明の電気化学的センサにより分析され得る。例えば、ヒトおよび動物の体液（例えば、全血、血清、および血漿、尿、および脳脊髄液）中の分析物は全て測定され得る。また、発酵産物、食品、および農産物中、ならびに環境物質中（潜在的に環境汚染物を含む）に見出される多くの分析物が測定され得る。
【００３７】
（第一の実施形態の成形工程）
過去において、その強度および耐久性については認識されていたが、センサのプラスチック射出成型は、困難であり、従って、避けられてきた。１つの理由は、伝導ワイヤまたはプレートの周辺の成形に不向きであったからである。産業の選択は、サンドイッチのように頂部部分と下部部分を有し、それらの部分の一方の上か、またはそれらの部分の間に形成された内部部分（伝導素子）を有するようなセンサを作製することであった。次いで、このサンドイッチ様センサは、一緒に組み合わせられそして接着剤などを用いて密封される。
【００３８】
本発明は、成形工程の間に、その型の内側に伝導素子を有するセンサを成形する。その利点は、多い。より強く、より耐久性のあるセンサを作製することに加えて、そのような工程は、労力の関与および工程を軽減させ、そしてよりしっかりした製品を作製する。
【００３９】
複数のセンサ１０が、１つの型を用いて作製され得るが、１つのセンサの作製を議論する。型は、本体１２の形状を有する。電極のための伝導ワイヤ３０、３１、３２は、最初に製品中に成型される。詳細には、このワイヤ導線が型の中に入れられ、そして設定および成形工程の間、このワイヤを適切な場所および高さに保持するような型の中の開口部（開口部４６、４８、５０に対応する）を通って型の中に突き出す形状の上またはその間に配置される（示さず）。詳細には、底部開口部は、フィンガーが、ワイヤを支えるために方の中に突き出すことを可能にし、そして頂部開口部は、フィンガーがこれらのワイヤを保持するために、型の中に突き出すことを可能にする。液体プラスチックは、この型の中に注入され、そこで、そのプラスチックは、その型を満たす。次いで、このプラスチックは、冷却される。
【００４０】
一旦このプラスチックが形成され、そして硬くなると、このフィンガーが、これらの開口部（開口部４６、４８、５０）を通して型から引き出される。次いで、成形されたセンサ１２は、この型から取り出される。
【００４１】
成形工程が終了した後、次に、試薬がこれらの電極に適用される。最初に、成形が完了した後、キャップが、このセンサの端部でキャピラリーのギャップへと流体（例えば、試験血液）を引き出すことを容易にする界面活性剤で処理される。次いで、試薬（酵素を含む）が、これらの電極に適用される。
【００４２】
その後、エンドキャップ２７が、本体１２に接続され、そしてセンサにおける所望されないすべての開口部が、成形に用いられたのと同じプラスチックによって閉じられ、密封され得る。代替的には、エンドキャップがこの本体に取り付けられた後に、化学物質が、ワイヤに適用され得る。このセンサから突き出している任意の無関係のワイヤは、切断および除去され得る。次いで、センサ上に任意の所望される書き込み（例えば、製造コード、製品名など）が従来法によって、センサ上に適用され得る。
【００４３】
（第二の実施形態）
図７〜１２を参照して、本発明の第二の実施形態に従う電気化学センサが、示される。これらの図において、第一の実施形態（１０）に類似する成分は、同じ参照番号で識別されるが、１００番台である。詳細には、図７は、センサ１１０を示すが、そのセンサは、透明のプラスチックで作製されているかのようであり、その内側を見ることができる。前に示されるように、内側の成分および隠れた外側成分は、通常は、センサ１１０を見下ろしても、見ることができない。第二の実施形態１１０のセンサは、計器取り付け端部、またはプラグ端部１１４および流体サンプル収容端部１１６を有する成形されたプラスチック本体１１２を備える。この本体は、底部表面１１３および頂部表面１１５を有する。エンドキャップ１２７は、本体１１２と一体化され、この本体とともに成形される。ヒンジ２２７は、示されるように、本体上でのエンドキャップの旋回を可能にする。詳細には、センサ１１０の頂部表面１１５は、３つの頂部表面１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃを有する。第一の頂部表面１１５ａは、本体のほとんどの長さにわたり、そしてレッジ２１５で終わる；第二の頂部表面１１５ｂは、第一の１１５ａの下に位置されるかまたは第一の１１５ａより低い；そして第三の頂部表面１１５ｃは、ヒンジ２２７により他の２つの頂部表面１１５ａ、１１５ｂと分けられる。センサ１１０の構築の間、エンドキャップ１２７は、第三の頂部表面１１５ｃが第二の頂部表面１１５ｂと面と面で接して、頂部表面１１５ａのレッジ２１５に隣接して止まるように、ヒンジの周辺を旋回する。従って、キャップ１２７の底部表面１３ａは、第一の表面頂部１１５ａに隣接する頂部表面になる。図８を参照のこと。エンドキャップ１２７に形成される一対のテーパー状の突起１２５およびメインボディ１１２に形成される一対のテーパー状のトラフ１２２は、キャップが適切な位置に折りたたまれる場合、整列および嵌合する。このことは、ヒンジ部品の正確な整列を容易にしかつ保障する。
【００４４】
本体１１２は、間隔の空いた３つの電極１３０、１３１、１３２を備える。本体１１２のプラグエンド１１４は、使用者がこのセンサのプラグエンド１１４を従来の計器（示さず）ソケット空洞へと挿入することを容易にするような一対のテーパー状側部縁部１１８、１１９を備える。
【００４５】
センサ１１０の流体サンプル収容端部１１６は、本体の末端１１６に隣接する電気化学反応領域１２４を備える。この反応領域１２４は、本体１１２において、第二の頂部表面１１５ｂの中および電極１３０、１３１、１３２の周辺に／電極１３０、１３１、１３２に隣接して、本体１１２へと流れ込む流体との反応のために形成されるチャネルである。この反応領域は、電極の上に形成されても、下に形成されてもよいが、電極の上に形成されるのが好ましい。リッジ３２７は、エンドキャップの頂部表面（第三の頂部表面１１５ｃ上）に形成される。このリッジは、一旦、エンドキャップ１２７が［超音波または接着剤により］第二の頂部表面１１５ｂ上に溶接された後に、任意の流体が反応領域１２４から出ること、または細片が反応領域に入ることを回避する。エンドキャップが折りたたまれているときに、そのエンドキャップは、部分１１０の側部表面に沿った位置に溶接される。従って、リッジは、溶接の間に崩壊し得、このセンサの性能に影響し得ない。必要に応じたチャネル３２７ａは、第三の頂部表面１１５ｃに構築されて、反応領域１２４の高さを増加させ得る。
【００４６】
キャピラリー開口部１２８は、キャップ１２７が適切な位置に折りたたまれおよび溶接されるときに、センサ１１０の末端１１６に形成される。このキャピラリー開口部は、反応領域１２４に続く。開口部１２８の幅は、反応領域１２４において試験流体に曝されている検出電極１３０、１３１、１３２の長さとほぼ同じである。第二の実施形態のセンサ１１０もまた、キャピラリー充填デバイスであり、すなわち、反応領域１２４は、キャピラリー開口部１２８が試験される流体と接触して配置されているときに、流体サンプルを領域内に流し込むのに十分な程に小さい。キャップ１２７に提供される孔１２９は、反応領域１２４に流体が流れ込み、充填されるときに圧力を解放するために反応領域１２４と連絡している。好ましくは、このキャピラリー入口の底部または基部は、電極１３０、１３１、１３２の頂部表面と同一平面にある。
【００４７】
導線または電極１３０、１３１、１３２を有する（打ち出されたかまたは鋳造された）導電性プレートは、射出成形された本体１１２内にほぼ覆われている。本体１１２は、プレートおよびこれらの導線１３０、１３１、３２の周辺に成形される。伝導プレートは、１つの部分の物質である；それは、導線１３０、１３１、１３２、および接続セグメント２３０および２３１を備える。このセンサが作製されるとき、これらのセグメントは、導線を接続している。成形後、セグメント２３０、２３１は、切断および／または除去され、その結果、導線は、互いに離れ、別々になる。これらが接続されている場合、このシステムは、短絡している。
【００４８】
電極１３０、１３１、１３２は、最初に本体１１２中に覆われており、プラグ端部１１４から反応領域１２４の末端１１６の直前までにわたる。これらの導線１３０、１３１、１３２は、所望される場合、反応領域において流体および化学物質により多くの表面領域が曝されて互いに接触するように、この領域に広げられ得る。導線１３０、１３１、１３２は、検出部分と同じ程度に広くあり得る。これらの導線１３０、１３１、１３２は、金属または金属合金（例えば、白金、パラジウム、金、銀、ニッケル、ニッケルクロム、ステンレス鋼、銅など）のような導電性物質である。これらの性能および感度を増強するために、これらはまたコートされ得る（例えば、銅で作製され、金でコートされる）。第二の実施形態において、導線１３０、１３１、１３２は、間隔が空いており、かつ互いに平行である。
【００４９】
導線１３０、１３１、１３２のセグメント１３３は、センサ１１０のプラグ端部１１４から、本体１１２より外に延び、そして各々の計器（示さず）との接触表面領域１３４、１３５、１３６を提供するように、曝されている。これらの導線はまた、これらの上部表面が部分的に曝されるように、成形されたプラスチック内に包埋され得る。
【００５０】
前出のように、センサプラグ端部１１４と流体サンプル収容端部１１６との間の導線１３０、１３１、１３２の部分は、射出成形されたプラスチック本体１１２内に包埋されている（すなわち包まれている）；本体１１２は、絶縁体の射出成形可能なプラスチックで構築されている。
【００５１】
開口部は、本体１１２の頂部表面１１５および底部表面１１３において、成形する工程の間に、フィンガーが型の中に入ることおよび出ることを可能にするように、形成される。詳細には、第一の開口部１４６のセット（３）および第二の開口部１４７のセット（３）は、頂部表面１５ａ内に成形され；第三の開口部１４８および第四の開口部１５０および第五の開口１６０、１６１、１６２のセット（３）は、本体１１２の底部表面１１３内に形成される。一旦成形が完了すると、これらの開口部１４６、１４７、１４８、１５０の各々は、プラスチック（例えば、成形工程において用いられたものと同じプラスチック）で覆われ得るか、または開いたままであり得る。
【００５２】
反応領域１２４内で、１つの外側の導線１３０は、第一の作用電極１５２として作用し、中央の導線１３１は、参照電極または対極１５３としての役割を果たし、そして最後の外側の導線１３２は、補助的または第二の、第二作用電極１５４として作用する。伝導性の導線１３０、１３１、１３２（すなわち電極１５２、１５３、１５４）は、センサ１１０に入る流体の試験サンプルと接触する唯一の導線（電極）である。これらの電極１５２、１５３、１５４は、成形されたプラスチックによりセンサ１１０の残りの部分から絶縁されて、導線により運ばれるシグナルが電気化学反応領域１２４中の試験サンプルに曝される部分のみから出されることを保証する。
【００５３】
第一の実施形態のように、酵素１５６および所望の場合、電子移動メディエータが、第一の作用電極１５２の外側表面に適用される。抗体１５７もまた、第二の作用電極１５４の外側表面に適用され得る。酵素１５６はまた、第二の作用電極１５４にも適用され得、そして抗体が、第一の作用電極５２の外側表面に適用され得る。
酵素１５６は、第一の電極１５２（または第二の電極１５４）の曝された表面領域全体に適用され得る。あるいは、この電極の十分に規定された領域が酵素で覆われている限り、この電極の曝された領域の全体が、酵素で覆われている必要はない。または酵素が、反応領域１２４において全ての電極１５２、１５３、１５４に適用され得、そして測定は、計器により行われ得る。好ましくは、作用電極のうちの一方（１５２または１５４）は、酵素を有する試薬を含む酵素で選択的に覆われ、そして他方の作用電極（１５４または１５２）は、各々の酵素を有さない試薬で覆われる。
【００５４】
センサ１１０は、反応領域１２４中に流体サンプルを添加した後の流体サンプルの電気的特性を測定し得る計器と結合して用いられる。前出の第一の実施形態のように、センサ１１０のプラグ端部１１４は、計器に挿入および接続される。
【００５５】
（第二の実施形態の成形プロセス）
型は、１１２と同じ形状を有する。伝導性の導線／電極１３０、１３１、１３２（電極のための結合伸長部２３０、２３１を有するプレートの形態）が、任意のコーティング（金属）で最初に処理される。化学物質／試薬（酵素を有するおよび酵素を有さない）はまた、成形の前に適用され得る；または、これらは、成形後に適用され得る。プレートは、型の中に供給され、そして設定および成形プロセスの間にプレートの位置およびレベルを保持するために、型における開口部（開口部１４６、１４７、１４８、１５０に対応する）を通して型の中に突き出すフィンガー（示さず）の上またはそれらの間に乗せられる。ナイフまたはパンチ（示さず）はまた、この型の頂部表面を通して挿入される（ナイフ／またはパンチにより形成された開口部の外観１７０）。これらのナイフは、結合伸長部２３０、２３１を穴開けおよび切断し、そして成形の間、屈曲部を適切な位置に保持する（図１１を参照のこと）。前出のように、底部開口部は、フィンガーが導線を有するプレートを保持するように型の中に突き出すことを可能にし、頂部開口部は、フィンガーが、プレートおよび導線を保持するように型の中に突き出すことを可能にする。液体プラスチックは、型の中に注入され、ここでそれは型の中を満たす。次いで、そのプラスチックは、冷却される。
【００５６】
一旦、プラスチックが形成されそして硬くなると、これらのフィンガーは、これらの開口部（開口部１４６、１４７、１４８、１５０、１６０、１６１、１６２）を通してこの型から引き出される。ナイフ／パンチが上部表面開口部１７０を通して引き出される。一旦ナイフ／パンチが引き出されると、導線１３０、１３１および導線１３１、１３２の間に配置された伸長部２３０、２３１が切断または削られることで、この導線が、別々に保たれることが確保される。次いで、成形されたセンサ１１２は、この型から取り出され、そしてセンサにおける任意の所望されない開口部は、成形に用いられるのと同じプラスチックにより密封され閉じられ得る。好ましい代替として、必須の試薬が、導線上の反応領域１２４においてこれらのセンサに適用される。界面活性剤は、キャピラリーの機能を促進するためにキャピラリー入口を処理するために用いられ得る。センサから飛び出している任意の無関係の金属は、切断および除去され得る。次いで、センサ上の任意の所望される書き込み（例えば、製造コード、製品名など）が、従来法によりセンサに適用され得る。
【００５７】
（第三の実施形態）
本発明に従う電気化学センサの第三の実施形態が、図１３〜２０に示される。これらの図は、前出の実施形態における電気化学センサと類似する成分を識別するために同じ参照番号を使用するが、３００番台である。図１３および図１７は、各々、センサ３１０、３１０’のその全体を示し、このセンサ３１０、３１０’を見下ろしたときに通常見えない内部成分を含む。
【００５８】
第三の実施形態において、センサ３１０、３１０’は、反応領域３２４、３２４’中に流体サンプルが流れ込んだ後の流体サンプルの電気的特性を測定し得る計器と結合して用いられる。センサ３１０、３１０’は、計器取り付け端部またはプラグ端部３１４、３１４’および流体サンプル保持端部３１６、３１６’を有する成形されたプラスチック本体３１２、３１２’を備える。プラグ端部３１４、３１４’は、２つの前の実施形態のように、計器に挿入可能または接続可能である。本体はまた、底部表面３１３、３１３’および頂部表面３１５、３１５’を有する。本体３１２、３１２’は、２つの部分−（ａ）電極を入れるハウジング３１７、３１７’および（ｂ）ヒンジ４２７、４２７’で、流体サンプル収容端部３１６、３１６’で電極ハウジング３１７、３１７’に旋回可能に取り付けられたエンドキャップ３２７、３２７’を有する一体で、単一の部分として成形される。代替的な実施形態において、電極ハウジングおよびエンドキャップは、互いに確実に取り付け可能である別々の部分であり得る。本体３１２、３１２’のプラグ端部３１４、３１４’近傍の側部縁部３１８、３１９、３１８’、３１９’は、テーパー状であり、従って、プラグ端部３１４、３１４’は、より容易に従来の計器（示さず）のソケットの空洞に挿入する。エンドキャップ３２７、３２７’は、本体に対向する外側のほとんどの縁部に形成される、成形を容易にするような「ノッチ」３２６、３２６’を有し得る。
【００５９】
図１５は、センサ３１０の長手軸方向の断面側面図を示す。頂部表面３１５は、３１５ａ、３１５ｂ、３１５ｃを含む３つのセクションまたは表面を有する。第一の頂部表面３１５ａは、それがプラグ端部３１４からレッジ４１５まで延びるというような、本体の主要部分を占める。第二の頂部表面３１５ｂは、３１５ａより低いプレート上でレッジ４１５からヒンジ４２７にわたる。第三の頂部表面３１５ｃは、エンドキャップ３２７の１つの表面を横切って、ヒンジ４２７からエンドキャップの最外の延部に延びる。
【００６０】
上で議論された第二の実施形態のように、ヒンジ４２７により、第三の表面３１５ｃが第二の頂部表面３１５ｂに面と面で接し、そしてエンドキャップの縁部が実質的にレッジ４１５に隣接して止まるように、エンドキャップが本体に折りたたまれる。完成したセンサにおいて、端部３２７の底部表面３１３ａは、図１５に示されるように、本体の頂部表面の一部となり、第一の頂部表面３１５ａに隣接し、本質的に同じ平面上で止まる。
【００６１】
エンドキャップが本体の第二の頂部表面３１５ｂ上に折りたたまれているとき、本体の末端３１６に隣接して、「電気化学反応領域」３２４と称されるチャネルが本体中に形成する。反応領域３２４は、第二の頂部表面に３１５ｂにより一方の側部で結合されており、そして対向する側部で、エンドキャップ３２７の頂部表面により結合されている。反応領域は、本体の形状により規定される容量を有する。あるいは、所望の場合、このキャップは、それが本体上で旋回する場合、キャップが反応領域の容量を規定するように、形成され得るか；またはキャップおよび本体の両方の形状が、反応領域の容量を形成し得る。
【００６２】
導線３３０、３３１、３３２は、本体３１２の長手方向軸を通ってわたる。これらの導線３３０、３３１、３３２は、互いに一定の関係で離れて配置される。導線３３０、３３１、３３２は、反応領域３２４で終結する。図１７〜１９は、２つの電極３３０’３３１’を有する、本発明に従うセンサを示す。
【００６３】
反応領域または空洞３２４において、導線は、本体の絶縁物質中に、完全には包埋されていない。反応領域３２４において、導線の少なくとも１部分（例えば、先端、側部、または他の部分）は、その中に、本体３１２中に流れ込む流体サンプルと接触するように、検出電極３３０、３３１、３３２として曝される。反応領域３２４は、最初に、検出部の底部長手方向部分に置かれる。反応領域は、電極の上に形成されても、下に形成されてもよいが、好ましくは、電極の下に形成される。
【００６４】
キャップ３２７は、本体上に折りたたまれ、そして実質的に緊密な密封を形成するように本体に確実に固定される。この構成の結果、キャピラリー開口部３２８は、センサ３１０の末端３１６を形成する。キャピラリー開口部３２８は、反応領域３２４まで延び、ここで、検出電極３３０、３３１、３３２の縁部は、試験流体に曝される。キャピラリー開口部３２８の幅は、検出電極３３０、３３１、３３２の幅とほぼ同じである。
【００６５】
本体３１２はまた、表面がヒンジの周辺で折りたたまれる場合に、その表面の正確な整列を確保するための突起を有し得る。これらの突起は、代表的には、（ａ）本体上に折りたたまれるエンドキャップの表面および（ｂ）本体上に折りたたまれる場合にエンドキャップにより覆われる、エンドキャップが折りたたまれる本体の第三の頂部表面、うちの少なくとも１つの上に配置される。種々の構成が可能であるが、例えば、１つの実施形態において、突起がエンドキャップおよび本体の上部表面３１５ｂの両方の上にあり得る。
【００６６】
１つの実施形態において、図１３に示されるように、この突起は、リッジ５２７および陥凹表面５２８を備え、これらは、キャップが本体上に折りたたまれるときに、嵌合して、反応領域を形成する。この実施形態において、リッジ５２７は、反応領域３２４の周辺に沿って第二の頂部表面３１５ｂ上に形成され得、そして陥凹表面は、キャップ３２７上に形成され得るか、またはその逆である。リッジ５２７はまた、第二のリッジ（示さず）中にあり得、かつそれと実質的に整列し得、リッジ５２７の高さを増加させる。
【００６７】
完成したセンサ３１０において、リッジ５２７は、陥凹表面５２８と嵌合して、本体内に密封の閉じた反応領域３２４を形成する。あるいは、リッジ５２７および陥凹表面５２８は、例えば、超音波エネルギー、接着剤、または他の任意の適切な技術により一緒にさらに溶接され得る。このように形成された密封により、反応領域３２４が、流体を損失することも細片を受け取ることも回避する。溶接の間、リッジ５２７は、センサの性能に影響することなく陥凹表面５２８へと融合する。
【００６８】
図１７〜２０に示される、第三の実施形態のなお別の局面において、これらの突起は、エンドキャップおよび本体の上部表面３１５ｂ’のうちの少なくとも１つの上に形成されるエネルギーディレクター５２９’である。種々の構成（例えば、本体上でキャップが旋回するときにキャップと融合するように、エネルギーディレクターが本体の全体に配置されるような構成）が可能である。図１７〜１９に示されるような実施形態において示されるように、エネルギーディレクター５２９’は、代表的に、好ましくはエンドキャップの周辺に沿って延びる少なくとも１つの突出リッジを備える。代表的には、エネルギーディレクターは、側部の一部を横切って延び得るが、それはエンドキャップの取り付けられていない３辺に沿って伸びる。示される実施形態において、エネルギーディレクター５２９’は、ヒンジ４２７’で始まり、そしてヒンジ４２７’と方向的に離れてエンドキャップ３２７’上に延び、そしてヒンジから最も離れた端部を横切る。
【００６９】
キャップが本体上を旋回するとき、エネルギーディレクター５２９’は、一般的に、底部表面とキャップ表面との間の、強力な、漏れのない結合の形成を導くために、例えば、超音波エネルギーまたは他の従来法により溶解される。このように形成された結合は、チャンバー内に流体を密封し、流体が反応領域から拡散するのを防止する。あるいは、密封は、接着剤の適用により形成され得る。
【００７０】
第三の実施形態のセンサはまた、キャピラリ充填デバイスである；例えば、キャピラリー開口部３２８’が試験される流体と接触して配置される場合に、反応領域３２４’は、流体サンプルをこの領域に流し込む。サンプル充填孔３６８’がキャップ３２７’に含まれる。キャップ３２７’が本体３１２’に折りたたまれる場合、サンプル充填孔３６８’の少なくとも一部分が、反応領域と連絡して、反応領域が流体で満たされたときにこの領域から空気を解放するための減圧孔３７８’を形成する。減圧孔３７８’は、サンプル充填孔３６８’の１つの縁部と反応領域のレッジ４１５’との間に延び、これは、末端３１６’から最も離れた反応領域の背壁にある。図２０ａ、図２０ｂは、図１７のセンサ３１０’の末端部分の拡大図を示す。図２０ａは、本体から離れて延びるキャップ３２７’を示し、図２０ｂは、このセンサの本体上に折りたたまれるキャップ３２７’を示す。
【００７１】
減圧孔３７８’は、第三の実施形態における充填検出を提供する。キャピラリー開口部３２８’を通って流れ込む流体は、キャピラリー、好ましくは本体３１２’のより低い部分に沿って、反応領域３２４’まで移動し、ここで、その流体は、センサ３１０’の電極３３１’、３３２’（またはセンサ３３０、３３１、３３２の電極３３０、３３１、３３２）と接触する。好ましくは、本体の上部表面３１５’に面する電極の表面は、キャピラリー入口３２８’の底部周辺と同一平面上にある。サンプル流体が反応領域３２４’に入るとき、その流体は、それが減圧孔３７８’に達するまで、キャピラリー入口から最も離れた反応領域の端部まで移動する。流体が、減圧孔３７８’に存在する空気を置換すると、この流体は、反応領域中の電極のうちの少なくとも１つと接触してセンサ３１０’の開回路を閉じて、電流をセンサを介して流す。センサ内の電流の流れは、計器を作動し、キャピラリーチャンバーまたは反応領域が流体で十分に満たされたというシグナルを伝達する。減圧孔３７８’はまた、反応領域内の流体の充填を視覚的に検出するために用いられ得る。
射出成形された本体３１２は、電気的に絶縁する射出成形可能なプラスチックで構築される。本体３１２は、導電性プレートが最初に本体３１２内に包まれるように、導線３３０、３３１、３３２を有する導電性プレート（打ち出しまたは鋳造）の周辺に成形される。伝導性プレートは、単一部分の物質であり；それは、導線３３０、３３１、３３２  （図１８における３３０’、３３１’）および接続セグメント４３０および４３１（センサ３１０’における参照番号４３２）を備える。センサが作製された後、導線と相互に接続するセグメント４３０および４３１が、切断および／または除去されてこれらの導線を互いに別々にする。センサの操作の間に相互に接続するセグメントがそのままである場合、このシステムは、短絡回路である。
【００７２】
本体は、その中に成形された複数のガイドを有し得、それらのガイドの少なくとも１つは、少なくとも１つの導線と接している。
【００７３】
導線３３０、３３１、３３２は、本体３１２を長手方向に通って、プラグ端部３１４から反応領域３２４まで延び、末端３１６の直前で終結する。センサの操作に必須ではないが、導線３３０、３３１、３３２は、予め決定された互いからの距離で本体３１２中に包まれ（包埋され）、これらは、一般的に、互いに平行である。反応領域において、流体サンプルと接触するのに十分な部分の導線が曝される；この曝される部分としては、例えば、電極の少なくとも先端、端部、または側部が挙げられる。
【００７４】
電極３３０、３３１、３３２は、導電性物質（例えば、金属または金属合金（例えば、白金、パラジウム、金、銀、ニッケル、ニッケルクロム、ステンレス鋼、銅など））である。増強された性能および感度のために、これらはまた、導線を構成する金属とは異なる金属で覆われ得る（例えば、銅で作製された導線が金で覆われ得る）。所望される場合、導線３３０、３３１、３３２の幅は、反応領域内の流体および化学物質に対してより大きいかまたはより小さい表面領域を曝すために、反応領域３２４において広くても、狭くてもよい。本体を通して延びる導線３３０、３３１、３３２は、反応領域内に曝される部分と同じ程度の幅であり得、これらは、電極３３０、３３１、３３２を含む。
【００７５】
導線３３０、３３１、３３２の各々は、セグメント３３３ａ、３３３ｂ、３３３ｃで終結し、これは、プラグ端部３１４から本体３１２の外側に延び得、ここで導線は、各々、計器（示さず）との接触のための表面領域３３４、３３５、３３６を提供する。あるいは、これらの導線は、各々の導線の一部のみが、プラグ端部３１４で本体の外側に曝されるようにか；またはこれらの導線の頂部表面が計器の電気的接触導線と接触するように、成形されたプラスチックに包埋され得る。
【００７６】
本体３１２の頂部表面３１５および底部表面１１３へと成形された開口部により、成形工程の間、フィンガーが、型の中に挿入されることおよびそこから取り出されることを可能にする。頂部表面３１５ａは、２セットの開口部――第一の開口部３４６および第二の開口部３４７――を有し、各々３つの個々の開口部（ｏｐｅｎｉｎｇｓ  ｏｒ  ａｐｅｒｔｕｒｅｓ）を有する。底部表面３１３は、第三の開口部３４８、第四の開口部３５０、および第五の開口部を有し、第五の開口部は、３つの個々の開口部３６０、３６１、３６２を含む。一旦、成形が完了すると、好ましくは、これらの開口部３４６、３４７、３４８、３５０の各々は、開いたままである。好ましい実施形態において、これらの開口部は、流体の、反応領域内の電極以外の領域との不測の接触を避けるために、閉じられる。あるいは、これらの開口部は、例えば、成形プロセスにおいて使用されたのと同じかまたは異なる物質を用いて覆われ得る。
【００７７】
反応領域３２４内で、伝導性電極３３０、３３１、３３２は、第一の作用電極３５２、参照電極または対極３５３、および第二の作用電極３５４を含む。反応領域において、伝導性電極３３０、３３１、３３２は、試験サンプルがセンサ３１０に入ったときに、流体形態の試験サンプルと接触する。電極により運ばれるシグナルは、試験サンプルに曝された電極の部分により生じた接触から反応領域３２４において生じる。この反応領域において、１つの電極（好ましくは中央の電極）が、参照電極である。あるいは、この反応領域はまた、１つあるいは２つの作用電極（例えば、第一の作用電極３５２および第二の作用電極３５４）を有し得る。
【００７８】
別の部分に結合された酵素（例えば、抗体または抗原）または分析物が、第一の作用電極３５２の外側表面に適用され、そして所望される場合、電子移動メディエータが、同じ電極３５２に適用され得る。抗体もまた、第二の作用電極の外側表面３５４に適用され得るか、反応領域において他に存在し得る。このように、反応領域３２４は、抗体、酵素−抗体結合体、酵素−分析物結合体などを含み得る。
【００７９】
酵素は、第一の電極３５２または第二の電極３５４の曝された表面全体に適用され得る。あるいは、酵素は、作用電極の詳細に規定された部分に適用される。または、酵素は、反応領域３２４における全ての電極３５２、３５３、３５４に適用され得る。好ましくは、作用電極のうちの一方（３５２または３５４）は、酵素を有する試薬を保有する酵素で覆われ得、そして他方の作用電極（３５４または３５２）は、それぞれの酵素を有さない試薬で覆われる。
【００８０】
この第三の実施形態のなお別の局面において、反応領域または空洞３２４は、それ自体が、物質――例えば、試薬、抗体、または酵素――で覆われ得、それらは、流体サンプル中の特定の構成要素と反応して、サンプルの電気化学的特性を変化させる。生じた変化は、電極により容易に検出され、そして計器により測定される。
【００８１】
（第三の実施形態の成形プロセス）
型は、本体３１２の形状を有する。伝導性の導線３３０、３３１、３３２（電極の相互接触のための結合伸長部４３０、４３１との複合プレートの形態）は、最初に物質（これは、例えば、酵素、抗体、化学試薬であり得る）で処理または覆われる。化学物質／試薬（酵素を有するおよび有さない）は、一般的に、成形の後に適用される。
【００８２】
プレートは、型に入れられ、型における開口部（開口部３４６、３４７、３４８、３５０、３６０、３６１、３６２に対応する）を通って型に突き出すフィンガー（示さず）上またはその間に配置される。これらのフィンガーは、設定および成形プロセスの間、プレートを適切な位置に保持し、レベルを保つ。
【００８３】
ナイフまたはパンチ（示さず）は、この型の頂部表面を介して挿入される（ナイフ／パンチにより形成される開口部の外観３７０）。これらのナイフは、図１５に示されるように、結合伸長部４３０、４３１を穴開けおよび切断し、そして成形の間、屈曲部を適切な位置に保持する。成形プロセスの間、底部開口部は、フィンガーが導線を有するプレートを保持するように型の中に突き出すことを可能にし、同様に、頂部開口部は、フィンガーが、プレートおよび導線を適所に保持するように型の中に突き出すことを可能にする。液体プラスチックは、型の中に注入され、ここでそれは型の中を満たす。次いで、そのプラスチックは、冷却される。
【００８４】
プラスチックが形成されそして十分に硬くなった後に、これらのフィンガーは、これらの開口部（すなわち、開口部３４６、３４７、３４８、３５０、３６０、３６１、３６２）を通してこの型から除去される。ナイフ／パンチが頂部表面の開口部３７０から引き出され、除去され、導線３３０、３３１および導線３３１、３３２の間に配置される、切断または削られた伸長部４３０、４３１が残される。これらの切断された伸長部は、導線を別々に保つ。次いで、成形されたセンサ３１２は、この型から取り出され、そしてセンサにおける任意の所望されない開口部は、成形に用いられるのと同じプラスチックにより密封され閉じられ得る。
【００８５】
好ましい代替として、必須の試薬が、導線上の反応領域３２４においてこれらのセンサに適用される。界面活性剤もまた、キャピラリーの機能を促進するためにキャピラリー開口部３２８に適用され得る。センサから飛び出している任意の無関係の金属は、切断および除去される。さらに、センサ上の任意の所望される書き込みまたは他の印（製造コード、製品名など）が、従来法によりセンサに適用され得る。
【００８６】
特定の実施形態が例示および記載されたが、多数の改変が、本発明の精神から有意に逸脱することなく想定され、かつ保護の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。例えば、本発明の別の実施形態において、センサは、流体サンプル収容ウェル内に保持される色素の分光学的検出のための光反射測定計器を用いた使用のために設計される。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
本明細書の一部を形成する添付の図面において、同じ番号が、図面を通して同じ部分を示すために用いられる。
【図１】図１は、本発明の教示に従って作製される電気化学センサの第一の実施形態の上部平面拡大図である。
【図２】図２は、平面２−２に沿って切り取られた図１の電気化学センサの端面断面図である。
【図３】図３は、平面３−３に沿って切り取られた図１の電気化学センサの端面断面図である。
【図４】図４は、平面４−４に沿って切り取られた図１の電気化学センサの端面断面図である。
【図５】図５は、平面５−５に沿って切り取られた図１の電気化学センサの端面断面図である。
【図６】図６は、平面６−６に沿って切り取られた図１の電気化学センサの端面断面図である。
【図７】図７は、本発明の教示に従って作製される電気化学センサの第二の実施形態の上部平面拡大図である。
【図８】図８は、図７の電気化学センサの端面立面図である。
【図９】図９は、図７の電気化学センサの側面立面図である。
【図１０】図１０は、図７の電気化学センサの底部平面図である。
【図１１】図１１は、平面１１−１１で切り取られた図７の電気化学センサの端面断面図である。
【図１２】図１２は、平面１２−１２で切り取られた図７の電気化学センサの端面断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の教示に従って作製される電気化学センサの第三の実施形態の上部平面拡大図を示す。
【図１４】図１４は、図１３の電気化学センサの底部平面拡大図を示す。
【図１５】図１５は、平面１５−１５で切り取られた図１３の電気化学センサの側面断面図である。
【図１６】図１６は、平面１６−１６で切り取られた図１３の電気化学センサの端面断面図である。
【図１７】図１７は、本発明の教示に従って作製される電気化学センサの第三の実施形態の上部平面図を示す。
【図１８】図１８は、図１７の電気化学センサの底部拡大図を示す。
【図１９】図１９は、平面１９−１９で切り取られた図１７の電気化学センサの側面断面図である。
【図２０ａ】図２０ａは、エンドキャップが本体から延びている図１７のセンサの末端部分の拡大図を示す。
【図２０ｂ】図２０ｂは、エンドキャップが本体に折りたたまれている図１７のセンサの末端部分の拡大図を示す。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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