特許 6104805 対称に分布した検体感知領域を有する電気化学センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6104805

(24)【登録日】2017年3月10日

(45)【発行日】2017年3月29日

(54)【発明の名称】対称に分布した検体感知領域を有する電気化学センサ

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/1473 20060101AFI20170316BHJP

   G01N 27/30 20060101ALI20170316BHJP

【ＦＩ】

   A61B5/14 331

   G01N27/30 A

   G01N27/30 B

   G01N27/30 F

【請求項の数】23

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2013-532067(P2013-532067)

(86)(22)【出願日】2011年10月1日

(65)【公表番号】特表2013-543405(P2013-543405A)

(43)【公表日】2013年12月5日

(86)【国際出願番号】EP2011004913

(87)【国際公開番号】WO2012045425

(87)【国際公開日】20120412

【審査請求日】2014年9月3日

(31)【優先権主張番号】12/901,078

(32)【優先日】2010年10月8日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】501205108

【氏名又は名称】エフ ホフマン−ラ ロッシュ アクチェン ゲゼルシャフト

(74)【代理人】

【識別番号】110001896

【氏名又は名称】特許業務法人朝日奈特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100098464

【弁理士】

【氏名又は名称】河村 洌

(74)【代理人】

【識別番号】100149630

【弁理士】

【氏名又は名称】藤森 洋介

(74)【代理人】

【識別番号】100179257

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 勝利

(72)【発明者】

【氏名】バック、ハービー

(72)【発明者】

【氏名】リカ、ジェオルジェタ

(72)【発明者】

【氏名】ケルカー、カール−ハインツ

(72)【発明者】

【氏名】リーガー、エヴァルト

【審査官】 門田 宏

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００９−５２１９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５１９１０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１１３９０７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１０／０２８７０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０００−５１０３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／００８１９０６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／００２７３８４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１０−５２０４６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０００−５００３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第９８／０４２２５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０４６５５８８０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０２１４９１０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 欧州特許出願公開第０２１６３１９０（ＥＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ５／１４６８ − ５／１４７３

Ａ６１Ｂ ５／１４８６

Ｇ０１Ｎ ２７／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板上またはその内部に形成され、体液に接触するように露出させた複数の作用電極領域を有する作用電極と、
前記基板上またはその内部に形成され、体液に接触するように露出させた少なくとも１つの第２の電極領域を有する第２の電極
とを含む長手方向を有する電気化学センサであって、
前記作用電極および前記第２の電極が前記センサの長手方向に沿って延在し、
前記複数の作用電極領域が前記センサの長手方向に沿って延びる前記作用電極上に互いに離間して画定され、かつ、互いに電気的に接続されており、
前記複数の作用電極領域と前記少なくとも１つの第２の電極領域とにより前記センサの長手方向に沿って延びる電極領域のアレイが形成されており、
交流信号が前記センサに印加されると、前記アレイの長手方向の一方の側および前記一方の側の反対側において、前記アレイの長手方向の中央部に関して対称な位置の電位が略同じである対称性の電位分布が生じるように、前記複数の作用電極領域および前記少なくとも１つの第２の電極領域が前記アレイの長手方向の中央部に関して対称的に配置されている、生体内使用のための電気化学センサ。

【請求項2】

前記第２の電極が複数の第２の電極領域を含む、請求項１記載の電気化学センサ。

【請求項3】

前記第２の電極が参照電極を含み、前記複数の第２の電極領域が体液に接触するように露出させた参照電極領域を含み、
前記電気化学センサが、前記基板上またはその内部に形成された対向電極をさらに含んでおり、
前記対向電極が、体液に接触するように露出させた少なくとも１つの対向電極領域を含んでいる請求項２記載の電気化学センサ。

【請求項4】

前記複数の作用電極領域と前記複数の参照電極領域と前記少なくとも１つの対向電極領域とが前記アレイの長手方向の中央部に関して対称的に配置されている請求項３記載の電気化学センサ。

【請求項5】

前記対向電極が、体液に接触するように露出させた複数の対向電極領域を含み、前記複数の作用電極領域と前記複数の対向電極領域と複数の参照電極領域とが前記アレイの長手方向の中央部に関して対称的に配置されている請求項３記載の電気化学センサ。

【請求項6】

前記複数の参照電極領域の少なくとも１つが、残りの参照電極領域とは異なる材料組成を含む請求項４または５記載の電気化学センサ。

【請求項7】

前記複数の参照電極領域の少なくとも１つが、Ａｇ／ＡｇＣｌを含む請求項６記載の電気化学センサ。

【請求項8】

前記残りの参照電極領域が非腐食性の導体を含む請求項６または７記載の電気化学センサ。

【請求項9】

前記基板が略平面である請求項１〜８のいずれかに記載の電気化学センサ。

【請求項10】

前記複数の作用電極領域と、複数の参照電極領域と、複数の対向電極領域とが前記センサの長手方向に沿って間隙をおいた配列で置かれている請求項５〜９のいずれかに記載の電気化学センサ。

【請求項11】

前記配列が、対向電極領域、作用電極領域、参照電極領域の順で配置された隣接した電極領域の前記アレイを含む請求項１０記載の電気化学センサ。

【請求項12】

前記配列が、対向電極領域、作用電極領域、参照電極領域、作用電極領域、対向電極領域の順で配置された隣接した電極領域の前記アレイを含む請求項１０記載の電気化学センサ。

【請求項13】

前記複数の作用電極領域と、複数の参照電極領域とが、前記センサの長手方向に沿って前記アレイ内で間隙をおいて配置される請求項３〜１２のいずれかに記載の電気化学センサ。

【請求項14】

前記少なくとも１つの対向電極領域が、前記アレイに隣接するように位置づけられた細長い部材を含む請求項１３記載の電気化学センサ。

【請求項15】

前記作用、対向および参照電極が、前記基板に付けられた略平坦な導体として形成される請求項３〜１４のいずれかに記載の電気化学センサ。

【請求項16】

前記複数の作用電極領域が、前記作用電極の上に置かれ、かつ、該作用電極に電気的に接触する導電性の材料を含む請求項１〜１５のいずれかに記載の電気化学センサ。

【請求項17】

前記導電性の材料と前記作用電極との間に配置された少なくとも１つのフィルムをさらに含み、
前記フィルムが、前記導電性の材料と前記作用電極との間で電気的な接触をさせる１つまたは２つ以上の開口を有している請求項１６記載の電気化学センサ。

【請求項18】

基板と、
前記基板上またはその内部に形成された作用電極と、
前記基板上またはその内部に形成された対向電極と、
前記基板上またはその内部に形成され、体液に接触するように露出させた複数の参照電極領域を有する参照電極
とを含んでいる電気化学センサであって、
前記複数の参照電極領域の少なくとも１つが、残りの参照電極領域とは異なる材料組成を含み、前記複数の参照電極領域の少なくとも１つが、Ａｇ／ＡｇＣｌを含む、体液を試験するための電気化学センサ。

【請求項19】

前記残りの参照電極領域が非腐食性の導体を含む請求項１８記載の電気化学センサ。

【請求項20】

前記非腐食性の導体が、金、白金または炭素を含む請求項１９記載の電気化学センサ。

【請求項21】

前記作用電極が、体液に接触するように露出させた複数の作用電極領域を含む請求項１８〜２０のいずれかに記載の電気化学センサ。

【請求項22】

前記対向電極が、体液に接触するように露出させた複数の対向電極領域を含む請求項１８〜２１のいずれかに記載の電気化学センサ。

【請求項23】

複数の作用電極領域と前記複数の対向電極領域と複数の参照電極領域とが配置され、交流信号が前記センサに印加されると、前記複数の作用電極領域全てが略同じ電位を有する電位分布が生じるように形成された請求項２２記載の電気化学センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、生体内での測定に関する。より詳細には、本発明は、体液中の特定の物質の濃度を感知することと、これを感知するためのセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

体液中の特定の化学物質の濃度の測定は、多くの種類の医学診断および治療に有用である。例えば、インスリン依存性糖尿病患者は、一日に複数回、血液中のグルコース濃度を測定することがあり、グルコースを生体内で測定するための電気化学センサが知られている。このようなセンサは、通常、組織に挿入することができる部分を有し、挿入後に間質液と接触する１つまたは２つ以上の電極を含む。電気信号をセンサの電極に送り、液／組織と電極との間で起こる電気化学反応をモニタすることによって、センサの動作を制御するために、体外電子回路が使用される。

【0003】

連続的なモニタリングに用いられる生体内センサの一つの問題は、センサの物理的および／または化学的特性や、埋め込み部位を取り囲む組織の構造が、経時変化をすることである。例えば、センサの静電容量が変化したり、センサの導電経路が破綻することがあり、またはセンサ内の１つまたは２つ以上の膜の透過性が変化することがあり得る。同様に、検体を含む周囲環境における白血球の移動およびフィブリンの沈着によって、例えば、センサの周囲環境の導電性が変化する恐れがある。例えば、参照することにより本明細書に組み込まれる特許文献１は、交流入力信号をセンサの電極に印加して、それによって生じた交流出力信号をモニタすることについて教示している。こうした交流信号に基づいたセンサの複素インピーダンスを決定することが可能であり、その複素インピーダンスからセンサの特性の変化に関する情報を決定することが可能である。こうして、センサの性能が改良できる。

【0004】

特許文献１に開示されるような改良にも拘らず、生体内センサは、耐久性、精度、製造の容易さおよび使用時の潜在的耐用期間が依然として制限されている。したがって、生体内センサと感知技術とを改良する必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許出願公開第２００８／２１４９１０号明細書

【発明の概要】

【0006】

本発明は、互いに対称に配列された、複数の露出した検体感知電極領域を利用する電気化学センサを提供するものであって、これによって、交流電流がセンサに印加されると対称な電位分布が生じる。センサの特徴を判定して、これによりセンサの性能を改良するために、本教示によるセンサは、交流信号とともに有利に使用することができる。本教示はまた、複数の露出した参照電極領域を有する生体適合性センサをも提供する。

【0007】

一実施形態において、生体内で使用する電気化学センサが提供される。センサは、基板と、基板上またはその内部に形成され、体液に接触するために露出した複数の作用電極領域を有する作用電極とを含む。このセンサはまた、基板上またはその内部に形成され、かつ、体液に接触するために露出した少なくとも１つの第２電極領域を有する第２電極も含む。交流電流がセンサに印加されると対称な電位分布が得られるように、複数の作用電極領域および少なくとも一つの第２電極領域は、互いに対称に配列される。

【0008】

少なくとも１つの第２電極領域が複数の第２電極領域を含むように、センサはさらに構成されてよい。より詳細には、第２電極は参照電極を含んでよく、複数の第２電極領域は体液に接触するために露出した参照電極領域を含んでよい。さらに、センサはまた、基板上またはその内部に形成された対向電極も含んでもよく、その対向電極は、体液に接触するために露出した少なくとも１つの対向電極領域を含む。いくつかの実施形態では、対向電極は、体液に接触するために露出した複数の対向電極領域を有してよい。この場合、複数の作用電極領域、複数の対向電極領域および複数の参照電極領域は、互いに対称に配列される。このようにして、交流電流がセンサに印加されると、対称な電位分布が生じる。

【0009】

体液に接触するために露出した複数の参照電極領域を使用する生体内センサは、このような参照電極領域の全てが銀／塩化銀（Ａｇ／ＡｇＣｌ）を含むのであれば、場合によっては細胞毒性の問題が発生することがある。ただし、こうした問題がなければ、これは参照電極にとって好ましい組成物である。しかしながら、驚くべきことに、このような複数の領域を有するセンサにおいて、露出した参照電極領域が互いに電気的に接続される場合は、その全てがＡｇ／ＡｇＣｌを含む必要がないことがわかっている。むしろ、露出した金もしくはパラジウムまたは炭素のような非腐食性の導電材料の電極は、センサの定電位制御を可能にするために、特定の位置で電位を感知して、ポテンショスタットまたは他の装置に必要なフィードバックを提供することができる。

【0010】

他の実施形態においては、体液を試験するための電気化学バイオセンサが提供される。センサは、基板と、基板上またはその内部に形成された作用電極と、基板上またはその内部に形成された対向電極と、体液に接触するために露出した複数の検体感知参照電極領域を含む基板の上またはその内部に形成された参照電極とを含む。このセンサでは、複数の参照電極領域の少なくとも１つが、残りの参照電極領域とは異なる材料組成を含む。より詳細には、複数の参照電極領域の少なくとも１つがＡｇ／ＡｇＣｌを含み、残りの領域が金、白金または炭素のような非腐食性の導電体を含む。

【図面の簡単な説明】

【0011】

添付図面と併せて以下の発明の実施形態の説明を参照することにより、本発明の上述の態様とそれらを得る方法はより明確になり、発明自体が、よりよく理解されるであろう。

【0012】

【図1A】生体内センサの斜視図である。

【図1B】図１Ａの生体内センサの分解斜視図である。

【図2A】図１Ａおよび１Ｂに示されるセンサの経時的なインピーダンスの大きさを示すグラフである。

【図2B】図１Ａおよび１Ｂに示されるセンサの経時的なインピーダンスの位相を示すグラフである。

【図2C】図１Ａおよび１Ｂに示されるセンサの位置に対する電位のグラフである。

【図2D】図１Ａおよび１Ｂに示されるセンサの電気力線の概念図である。

【図3A】生体内センサの斜視図である。

【図3B】図３Ａの生体内センサの分解斜視図である。

【図4A】図３Ａおよび３Ｂに示されるセンサの経時的なインピーダンスの大きさを示すグラフである。

【図4B】図３Ａおよび３Ｂに示されるセンサの経時的なインピーダンスの位相を示すグラフである。

【図4C】図３Ａおよび３Ｂに示されるセンサの位置に対する電位のグラフである。

【図4D】図３Ａおよび３Ｂに示されるセンサの電気力線の模式図である。

【図5A】生体内センサの他の実施形態の拡大部分平面図である。

【図5B】図５Ａのセンサの異なる特徴を図示する拡大部分平面図である。

【図6A】図５Ａおよび５Ｂに示されるセンサの経時的なインピーダンスの大きさを示すグラフである。

【図6B】図５Ａおよび５Ｂに示されるセンサの経時的なインピーダンスの位相を示すグラフである。

【図7A】他の生体内センサの実施形態の拡大部分平面図である。

【図7B】図７Ａのセンサの異なる特徴を図示する拡大部分平面図である。

【図8A】図７Ａおよび７Ｂに示されるセンサの経時的なインピーダンスの大きさを示すグラフである。

【図8B】図７Ａおよび７Ｂに示されるセンサの経時的なインピーダンスの位相を示すグラフである。

【図9】生体内センサの他の実施形態の図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に述べる本発明の実施形態は、全てを表現し尽くそうと意図した訳ではなく、本発明を以下の詳細な説明に開示した実施形態そのものに限定する意図もない。むしろ、実施形態は、他の当業者が本実施形態の原理および実施を正しく評価して、理解することができるように、選択され、記載されている。

【0014】

次に図１Ａおよび１Ｂを見てみると、一実施形態によるセンサの構成部品が示されている。生体内センサ２０は、接触部分２２と本体部分２４とを有する。接触部分２２は、電圧計、ポテンショスタット、電流計、および／または他の検出または表示機器と電気的に接続するための接点２６、２８、３０を含む。電気化学バイオセンサの分野でよく知られているように、センサの電位または電流を制御し、かつ、センサの感知部分からの電気信号を受信して評価する機器に、接点は直接または間接に接続されていてよい。

【0015】

図１Ａおよび特に１Ｂからわかるように、センサ２０は、電極システムと他の構成部品とを支持する絶縁材料を有するベース基板３２を含む。通常、ビニルポリマー、ポリイミド、ポリエステルおよびスチレンのようなプラスチックは、必要とされる電気的および構造的特性を提供する。さらに、いくつかの実施形態のセンサはロール状の材料から大量生産してよいため、センサの完成品に有用な剛性を与えながらも、ロール処理のために十分な柔軟性をも有するために、材料の特性が適切であることが望ましい。ベース基板には、ポリエステルや特に高温ポリエステル材料といった可撓性のポリマー材料、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド、またはこれらを２つ以上組み合わせたものを選択することができる。ポリイミドは、例えば、デラウェア州、ウイルミントン市のイー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー（デュポン社）からカプトン（登録商標）（Kapton^(R)）という商品名で市販されている。特に好適なベース基板材料は、デュポン社から販売されているメリネックス（登録商標）３２９（MELINEX^(R)329）である。

【0016】

図１Ａおよび１Ｂに図示されている実施形態は、接点２６に接続される対向電極３４と、接点３０に接続される作用電極３６と、接点２８に接続される参照電極３８とを含む三電極システムを利用する。電極および電極システムは、当該技術分野において知られる種々の材料で形成してよい。電極は、比較的小さい電気抵抗を有し、かつ、センサの作動範囲にわたって電気化学的に不活性である非腐食性の電気伝導体でなくてはならない。作用電極に好適な導体は、金、パラジウム、白金、炭素、チタン、二酸化ルテニウムおよびインジウムスズ酸化物ならびにイリジウムなどを含む。対向電極３４は、同一または異なる材料でつくられてよい。同様に、参照電極３８は、同じ材料を含んでよいし、銀／塩化銀を含んでもよい。電極は、適切な電気伝導度および整合性（integrity）を有する電極がつくられるような任意の方法でベース基板につけられてよい。代表的なプロセスが、当該技術分野においてよく知られており、例えばスパッタリング、印刷などが含まれる。一実施形態では、ベース基板をコーティングし、塗膜の選択された部分を除去して金電極が得られることによって、電極システムがつくられる。電気接点２６、２８、３０および電極を画定するために、任意の従来技術を用いて堆積膜の領域を選択的に除去してよく、このような従来技術の例は、レーザーアブレーション、化学エッチング、ドライエッチングなどを含むが、これらに限定されない。

【0017】

図１Ａおよび１Ｂに示されるセンサ２０の作用電極３６および対向電極３４は、各々複数の露出した電極領域を有する。図１Ｂで示されるように、これらの領域は、電極の導電性部分により部分的に形成され、この図において、対向電極３４は、類似する作用電極セグメント４２と互いに間挿し合ういくつかの対向電極セグメント４０を含む。単一の参照電極セグメント４４が、参照電極導体の末端にて画定され、これに続いて１０対の対向電極４０および作用電極４２のセグメントがそれぞれ画定される。

【0018】

図１Ａおよび１Ｂをさらに参照すると、絶縁フィルム４６が、カバーとしてベース基板および電極パターンを覆っている。フィルム４６は、例えばスクリーン印刷のような印刷により、基板につけられる。フィルム４６に好適な材料は、ピーターズ社（Peters）から入手できるＳＤ２４６０／２０１、および、デュポン社からパイララックス（Pyralux）またはヴァクレル（Vacrel）という商品名で販売されている光画像形成性ポリイミドと接着剤のついた積層ポリエステルを含む。フィルム４６の上端つまり縁４８は、センサの端まで達しておらず、それによって、上記の測定器または他の装置と接触するために接点２６〜３０を露出したままにする。さらに、フィルム４６は、作用、対向および参照電極セグメントの選択部分を露出するような大きさおよび位置を有する開口を有する。図１Ｂに図示される実施形態では、開口５２は参照電極セグメント４４を露出させ、開口５４は対向電極セグメント４０を露出させ、開口５６は作用電極セグメント４２を露出させる。

【0019】

いくつかの実施形態では、導電材料は、開口５２、５４、５６上につけてよく、センサ２０が皮膚内に皮下挿入されるときに例えば間質液のような体液に触れる電極領域を、導電セグメントと組み合わせて画定する。導電材料の組成は、検討される設計と、カバーされている導電セグメントが、作用、対向または参照電極３６、３４、３８の一部であるかどうかとによって決まる。任意で、そして下記のように、１つまたは２つ以上の導電セグメントがカバーされず、体液に接触するために露出することもあり得る。導電材料が電極セグメントをカバーするために使用される場合、その導電材料は、場合によっては、フィルム４６の開口を通して、作用、対向または参照電極に電気的に接触する。

【0020】

一実施形態では、図１に示される対向電極のカバーまたは「スポット」６０は、カーボンペースト材料をフィルム４６の上方で開口５４の位置に塗布することで形成することができる。カバー６０をつける方法は、例えば、当該技術分野において知られる従来の印刷技術とすることができる。カバーは、図１Ａに示され、矩形であるが、例えば円形、楕円などの他の形状として形成されてよい。

【0021】

作用電極セグメントのカバー６２は、カーボンペースト材料でも形成してよいが、通常、体液と反応するための試薬も含む。カバー６２の材料の一例は、導電性カーボンインキ調合物（例えば、アチソンコロイズ社（Acheson Colloids）から入手できるＰＥ４０１カーボンペースト）、二酸化マンガン、および、開口５６を通して作用電極セグメント４２につけられるブチルグリコールのような溶剤である。代わりに、またはそれに加えて、他の従来の試薬層が作用電極領域上に形成されてよいということが理解されるであろう。いくつかの実施形態では、導電性カーボンが使用されず、その代わりに、従来のグルコースオキシダーゼ調合物が作用電極セグメント４２につけられる、ということもあり得る。対向電極セグメント４０上に試薬層が形成されることもあり得、その試薬は、作用電極セグメント４２上に形成される試薬層と同一であっても、同一でなくてもよい。本教示によるセンサの電極セグメントのカバーまたはスポットに好適な導電性材料は、他に考えられるその変形形態について、米国特許出願公開第２００８／２１４９１０号明細書で開示されており、これを参照する。この開示は、参照により本明細書に組み込まれるものとする。

【0022】

さらに、特に図示されてはいないが、例えば、作用電極領域から酵素の拡散を制限したり、作用電極試薬層への検体の拡散を制限したり、タンパク質の吸収を妨げるか、またはこれに耐えるなどのために、本教示による生体内センサは、１つまたは２つ以上の層を追加で含んでよい。このような層または膜は、従来の親水性ポリウレタン、メタクリルホスホコリンコブチルメタクリレート（ＭＰＣ）などを含んでよい。上記抵抗層の形成に使用できる親水性ポリウレタンの一例が、Cha et al.の米国特許第６，５０９，１４８号明細書に記載されており、その開示は、参照により本明細書に組み込まれる。抵抗層の形成に使用できる市販のＭＰＣは、例えば、日本国、東京都のＮＯＦコーポレーションから入手でき、リピジュア（登録商標）(LIPIDURE^(R))という商標名で販売されている。拡散を制限するためのその他のオプションおよび変形形態や、本教示によるセンサに好適な他の膜については、米国特許出願公開第２００８／２１４９１０号明細書に開示されており、これを参照する。この開示は、参照により本明細書に組み込まれる。図１Ａおよび１Ｂに示されるセンサの構造、膜および他の特徴に関するさらなる詳細およびオプションは、国際公開第２０１０／０２８７０８号に記載され、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

【0023】

開口５２上に堆積し、参照電極セグメント４４と電気的に接触する参照電極カバーまたは「スポット」６４は、例えばエルコン社（Ercon）製ＤＰＭ６８のような従来の銀／塩化銀インキ調合物で形成されてよい。

【0024】

図１Ａに示すように、センサ２０の本体部分２４は、導電性カバー６０、６２、６４の位置と同延の、複数の分布した検体感知領域または領域を含む。それゆえ、図１Ａは、露出した参照電極領域６６、露出した対向電極領域６８および露出した作用電極領域７０を示す。そして、対向電極領域７２、作用電極領域７４、対向電極領域７６、作用電極領域７８などのパターンで、これらの領域は繰り返す。全ての作用電極領域が、対向電極領域と同様に、センサの接触部位２２に向かって平行にお互いに接続されていることが理解できる。各々の領域は、１つまたは２つ以上の電気化学セルの一部であると考えることができる。例えば、参照電極領域６６、対向電極領域６８および作用電極領域７０が、１つのセルを形成する。同様に、同一の参照電極領域６６、対向電極領域７２および作用電極領域７４が第２のセルを形成し、参照電極領域６６、対向電極領域７６および作用電極領域７８が第３のセルを形成する。

【0025】

使用中、電気信号をセンサ電極に送ることと、液／組織と露出した電極領域との間に起こる電気化学反応をモニタすることとによって、センサの動作を制御するために体外電子回路が用いられる。当該技術分野において知られているように、通常、直流電圧が作用および対向電極に印加され、その結果生じる、電極領域間を流れる直流電流が、検体の濃度との相関性を有することがあり得る。つい先程述べたような直流測定については、図１Ａおよび１Ｂに示されるように複数の電極領域が配列されたものが、単一の小さい検体感知領域を有するセンサより優れていることが判明している。複数の領域を使用すると、ある程度の平均化効果が生じ、センサが埋め込まれた皮下組織内で生じる、場所と時間の不均一性が修正できると考えられる。そのように、こうした結果生じる、センサ２０を使った直流の測定値は、従来の単一領域のセンサを使うより、一貫性があり、堅調である。しかし、特許文献１に記載されるように、交流信号を使ってセンサの複素インピーダンスを決定することにより、センサの性能を改良することもまた望ましい。この開示は、先に参照により本明細書に組み込まれている。すでに述べたように、複素インピーダンスを使うことによって、例えば、膜透過性の変化やセンサ感度のドリフトを修正できるようにしてセンサの性能を改良したり、センサの性能にフェールセーフを提供したりすることができる。

【0026】

図１Ａおよび１Ｂに示されるようなセンサ２０で、かかる交流信号を使用することは、実行できないことがわかっている。いかなる特定の理論に拘束されることなく、複数の感度領域を有するセンサが原因で、周辺環境や感知量が、単一の感知領域を有するセンサと比較して非常に複雑な電位分布を有することがあると考えられる。この複雑さは、とりわけ、周囲環境の伝導率、センサが通す電流の量、ならびに１つまたは複数の対向電極および１つまたは複数の参照電極の位置およびインピーダンスによって決まる。図１に示されるような複数の露出した検体感知領域のセンサ配列は、交流測定に好適でないことがわかっている。複雑な電位分布と対向電極のインピーダンスの変化が、測定されるインピーダンス値を不安定にし、望ましくない特徴、つまり「アーチファクト」をインピーダンススペクトルにもたらす恐れがある。

【0027】

例えば、図２Ａおよび２Ｂは、図１Ａと１Ｂに示されたセンサで、グルコース水溶液中で２日間測定された、１００ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、１ｋＨｚにおける経時的なインピーダンスの大きさおよび位相をそれぞれプロットしたものである。示されるように、インピーダンスは、かなり随意的かつカオス的な挙動で、特にｔ＝１００を越えてすぐ、そして２５０〜３００で変化する。

【0028】

こうした随意的かつカオス的なインピーダンスの変化は、少なくとも部分的には、アレイ内の参照電極の配置に起因すると考えられる。これを図示すると、図２Ｃは、交流信号がセンサに印加されるときのピーク電圧における、図１Ａおよび１Ｂの実施形態のセンサに沿った位置に対する電位の相対的な大きさを示す有限要素モデリング（静電モデル）により形成されたグラフである。矢印２０２は、露出した参照電極領域６４の位置における電位を示す。領域２０４（ゼロ電位）は作用電極領域であり、領域２０６は対向電極領域である。領域２０２における電位の傾きまたは勾配は大きく、センサの長手方向の縁から縁まで、領域６４を跨いでより大きく変化することが理解できる。センサで交流測定を使用すると、参照電極領域６４の位置２０２における急傾斜によって、不安定になると考えられる。

【0029】

センサの遠位末端に、例えば、矢印２０８の位置に、露出した参照電極領域を位置づけることによって、同様の欠点が生じることが、試験によって示されている。図２Ｃからわかるように、参照電極を最後の作用電極近くへ移動することは、望ましくないことに、電位の勾配がより大きな位置に参照電極を位置づけることになるが、望ましいことに参照電極の電位を作用電極の電位により近づけることにもなる。それゆえ、参照電極の位置が作用電極から離れている場合には、参照電極をアレイの両端に位置づけると、不正確な電位を感知するという問題が一方で生じる。このことは、例えば、図２Ｃに示される、アレイの両端の位置２０２および２０８における２つの異なる電位を参照することで理解することができる。他方では、参照電極領域が作用電極近くに位置する場合は、電位勾配が大きい領域に参照電極露出領域が位置するため、結果としてもたらされる測定値が、不安定または不確実なものとなる恐れがある。

【0030】

図１Ａおよび１Ｂのセンサの実施形態の電位分布の非対称性は、図２Ｄに示される電界の図を参照することで、さらによく理解することができる。図２Ｃのグラフと同様、図２Ｄの電界の図を作成するために使用されるモデルは、交流信号がセンサに印加されるときのピーク電圧に基づいている。電界は、アレイに沿った２点間の電位の変化の測定値であると考えられる。電界強度は、単位領域当たりの線の数の比例として図２Ｄに示される。対向および作用電極露出領域６０、６２の位置が示されている。アレイの反対側かつ相補的な位置における電気力線のポテンシャルの大きさの比較は、このセンサの実施形態の電位分布が非対称であることを示している。例えば、電気力線２２０および２２２は、センサアレイの反対側かつ相補的な位置にあり、大きく異なる電位を有する。例えば、力線の対２２４／２２６、２２８／２３０および２３２／２３４についても、同じことが言える。これらの電位分布の非対称な特徴が、交流測定を使用する際のセンサ２０が不安定になる一因であると考えられる。

【0031】

次は図３Ａおよび３Ｂを見てみると、第２の生体内センサの実施形態が、複数電極領域センサに交流測定値を印加することによって生じるカオス的インピーダンスの変化に対応することが示されている。センサ３２０は、接触部分３２２と本体部分３２４とを有する。接触部分３２２は、上述のベース基板３３２上に形成された接点３２６、３２８、３３０を含む。

【0032】

上述のセンサ２０と同様に、センサ３２０もまた、接点３２６に接続された対向電極３３４（図３Ｂ上）、接点３３０に接続された作用電極３３６（図３Ｂ下）および接点３２８に接続された参照電極３３８（図３Ｂ中央）を含む三電極システムを利用する。図示されるように、電極は、センサの長手方向に沿って延びる実質的に平行なトレースとして形成される。電極および電極システムは、当該技術分野において知られ、センサ２０に関してより詳細に上述された種々の材料から形成してよい。

【0033】

図１のセンサの実施形態と異なり、基板３３２上に形成された電極の導電部部分の形状は、センサ３２０の露出電極領域の位置において変化することはない。むしろ、電極領域の配置および大きさは、絶縁フィルム３４６に形成された開口、およびフィルムの開口上に置かれる、開口用の導電性カバーまたはスポットの位置によって決定される。より具体的には、図３Ｂを参照すると、複数の対向電極領域を形成するために、対向電極のカバーまたはスポット３６０が開口３５４上に置かれている。図に示すように、対向電極領域を画定するスポットまたはカバー３６０の大きさは、電極の幅よりもかなり大きく作られている。このような配列をすることによって、基板３３２上の導電性のトレースの形状が、露出電極領域の形状、大きさまたは実際の位置に影響しなくなる。対向電極カバー３６０は、たとえば、上述のカーボンペーストで形成することができる。

【0034】

図３Ｂをさらに参照すると、作用電極カバー３６２は、つい先程述べたような方法で、開口３５６上に置かれる。上述の通り、作用電極領域のカバー３６２は、例えば、体液と反応するための試薬を含むカーボンペースト材料で形成されてもよい。センサ３２０は、複数の露出した参照電極領域を有し、その意義は、以下で詳説する。複数の参照電極領域を形成するために、参照電極カバー３６４は、つい先程述べた方法で開口３５２上に置かれる。

【0035】

図３Ａを参照すると、センサ３２０は、５つの電気化学セル３８０、３８２、３８４、３８６、３８８の実質的に線状のアレイを有する。各々のセルは、１つの参照電極領域３６６と、２つの対向電極領域３６８と、２つの作用電極領域３７０とを有する。隣接したセルの内部では、対向電極領域が共有されている。例えばセル３８０および３８２は、間に対向電極領域を共有し、セル３８２と３８４との間でも同様である。しかし、本実施形態の他の変形形態では、露出電極領域がセル間で共有されないように、対向電極領域内部を２つの分離した対向電極領域に分割することが可能であろう。

【0036】

非常に注目すべきことに、本実施形態のセンサの周囲環境における電位分布は、図１Ａに示されるセンサ２０の配列を備えるものよりもはるかに対称であり、均一であることがわかっている。図４Ａおよび４Ｂは、図３Ａおよび３Ｂのセンサで、グルコース水溶液中で２日間測定された、１００ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、１ｋＨｚにおける経時的なインピーダンスの振幅および位相をそれぞれ示す。図２Ａおよび２Ｂに示されるプロットとは異なり、図４Ａおよび４Ｂのインピーダンスのプロットは、望ましくないスパイクや他のカオス的な変化がなく、比較的平滑である。ついでながら、図４Ａおよび４Ｂのプロットは、単一の露出電極領域を有するセンサに交流電流を印加した際に得られるインピーダンスのプロットに似ている。それゆえ、センサ３２０は、例えば膜の透過性能やセンサの状態のような、センサについての有用な情報を判定するために、（例えば、米国特許出願公開第２００８／２１４９１０号明細書に記載の）交流測定での使用に好適である。

【0037】

図４Ｃおよび４Ｄを参照すると、配置の対称性が理解できる。図４Ｃは、交流信号がセンサに印加されたときのピーク電圧における、図３Ａおよび３Ｂの実施形態のセンサに沿った位置に対する電位の相対的な大きさを示す有限要素モデリング（静電モデル）により形成されたグラフである。参照電極露出領域３６６（図３Ａおよび３Ｂ参照）の領域中の電位値は、参照符号４０２で示される。作用電極露出領域３７０は参照符号４０４で示され、対向電極露出領域は参照符号４０６で示される。全ての参照電極領域４０２における電位は実質的に同じであることが理解できる。さらに、図４Ｃのグラフ中の電位分布全体の形状は対称である。例えば、図２Ｃに示されるモデルと全く異なり、アレイの両側の領域４１０および４１２における電位は、実質的に同じである。さらにまた、参照電極領域４０２における電位と作用電極領域４０４における電位との相違は、アレイの全域で実質的に同じである。重要なことに、参照電極領域４０２上に平坦な個所があるため、領域４０２内に位置する露出参照電極領域が、確実かつ安定した値を生ずる。

【0038】

図４Ｄを参照することで、この対称性がさらによく理解できる。この図は、図３Ａおよび３Ｂのセンサの実施形態について、交流信号がセンサに印加された状態の、ピーク電圧における等電位の電気力線を示す図である。露出電極領域３６６、３６８、３７０の位置が示されている。上述の通り、電界は、アレイに沿った２点間の電位の変化の測定値であると考えることができ、電界強度は、単位領域当たりの線の数の比例として図４Ｄに示される。

【0039】

対向および作用電極露出領域３６８、３７０周囲の電位の勾配は、それらの領域の上方に位置する高密度の電気力線により示されるように、それぞれ極めて高いことが、図４Ｄから理解されるはずである。逆に、参照電極露出領域３６６の上方の電気力線の密度は疎であり、このことは、参照電極領域の上方の電位の勾配が小さいことを意味する。それゆえ、図４Ｄ中の電気力線は、参照電極の位置における電位の勾配中の「平坦な個所」を認識するためのもう一つの方法を呈している。この平坦な個所は、本文で開示される本発明のセンサを、交流信号が印加された状態で使用できるようにするために役立つと考えられる。

【0040】

図３ＡおよびＢの実施形態のセンサの電位分布の対称性は、図４Ｄに示される電位の相補的な電気力線を比較することにより、さらに理解できる。具体的には、アレイの反対側の力線４２０、４２２は、実質的に同じ電位を有している。例えば、力線の対、４２４／４２６、４２８／４３０、４３２／４３４および４３６／４３８についても同じことがいえる。図４Ｃおよび４Ｄで示されるように、概して、アレイの片側で測定される電位は、対称な配列におけるアレイの、対応するが、その反対側で測定される電位と実質的に同じである。図４Ｃおよび４Ｄは、対称な電位分布を例示しており、この対称な電位分布という用語は、本開示においては、この例示の通り理解されるものとする。対称な配列の露出電極領域を有する他のセンサが、以下に開示される。

【0041】

露出電極領域の対称な配列をさらに説明すると、ここでも、いかなる特定の理論に拘束されることなく、複数の検体感知領域を有するセンサで直流電流を用いる場合、測定されるのは、個々の電極領域を通る電流の合計とみなすことができると考えられる。しかし、交流電流を用いると、直流測定では起きない位相差があり、ピーク電流レベルが非常に高くなることがある。個々の電極領域の測定の寄与は、各々の電極領域とその他全ての電極領域との間のインピーダンスに依存し、これは、電極領域および周囲の組織の特性が変化するにつれて経時的に変化する。すなわち、多数の露出電極領域を有するアレイでは、アレイ内の１つの位置における１つの電極領域のインピーダンスの所定の変化が、アレイ内の異なる位置における１つの電極領域の同じ変化とは異なる影響を信号全体に対して有するため、どの時点においても、どの組み合わせが測定されているのか正確には明確ではない。このために、センサ２０では、図２Ａおよび２Ｂに示されるカオス的かつ随意的なインピーダンスの変化が生じると考えられる。

【0042】

しかしながら、驚くべきことに、センサ３２０は、複数の領域を対称に配列することによって、インピーダンスの測定が大きく改良できることを示している。本明細書において使用される、「対称に（symmetrically）」、「対称な（symmetrical）」、「対称の（symmetric）」という用語およびこれらの用語の変化形は、広く解釈されるべきである。例えば、図３Ａに示す実施形態に関して、「対称な（symmetrical）」という用語は、露出対向電極領域、露出参照電極領域および露出作用電極領域間の相対的な位置または物理的な関係によって、例えば図４Ｃおよび４Ｄで示されるような対称な電位分布が生じるような配列を概して含むといえる。

【0043】

概して、電極領域の対称な配列とは、交流信号がセンサに印加された場合に対称な電位分布が生じ、かつ、露出作用電極領域の全てが実質的に同じ電位を有するように、複数の電極領域がお互いに配列されているような配列である。対称な電位分布とは、経時的なインピーダンスの大きさおよび位相が実質的に安定し、かつ、センサ２０について、図２Ａおよび２Ｂに示されるような望ましくないスパイクや他のカオス的変化が実質的にない電位分布である。上述の通り、交流測定でセンサを用いるためには、対称な電位分布が必要である。

【0044】

対照的に、本教示による「対称」とはみなされないであろう配列が、図１のセンサ２０である。図１Ａに戻ると、単一の参照電極領域に対する、対向電極領域および作用電極領域の関係は、各セルにおいて異なることがわかる。センサ２０の場合では、単一の参照電極領域と複数の対向および作用電極領域との間の距離は、センサの長手方向にその先端に向かうにつれて大きくなる。作用および対向電極領域に対する参照電極領域のこうした非対称性が、交流電流で当該センサ２０の使用が試みられると得られるインピーダンスの測定値がカオス的になる一因であると考えられる。このことは、図２Ｃおよび２Ｄにそれぞれ図示される非対称な電位分布と電気力線の図とによってさらに示される。

【0045】

これは、本教示の目的にとって「対称な」という用語が、露出電極領域が全てのセルにおいて同一であることを必要とする、といっているのではない。実際、図３Ａに示されるように、アレイの両端における対向電極領域は、一つのみのセルの一部を形成するが、内部の対向電極領域は隣接するセル間で共有されている。それにもかかわらず、センサ３２０内の電極領域の配列は、本教示においてその用語が使用されるような意味で対称である。上述の通り、また対称となるセンサ３２０の改造は、アレイ中央の共有対向電極領域を、２つの分離および離隔した領域に分割することによって、電極領域が、いずれのセル間でも共有されないようにすることである。それにもかかわらず、電極領域が１つまたは２つ以上のセル間で共有されるような配列によって、優れたインピーダンス測定が得られることがあり、そのために、このような配列は対称であると考えられる。さらに、以下で詳述するように、１つのタイプの露出電極領域、例えば参照電極領域は、異なる組成で形成することができるが、それでも、本教示による電極領域の対称な配列の一部とすることができる。

【0046】

セル間で共有される電極領域のもう１つの例として、図５Ａおよび５Ｂは、センサの長手方向に沿って延びる単一の対向電極領域を有するセンサ５２０を示す。図５Ａは拡大部分平面図であり、図５Ｂは、電極導体材料を示すためにカバー５４６が取り除かれていることを除けば、同様の図である。図３Ａおよび３Ｂに図示される実施形態と同様に、電極は、実質的に平行なトレース、すなわち図５Ｂに示すような対向電極トレース５３４、作用電極トレース５３６および参照電極トレース５３８である。開口５５２は体液に晒されることになる参照電極領域の位置を画定するためにフィルム５４６に形成され、一方、図５Ｂ中に破線で示される開口５５６は作用電極領域のために形成される。対向電極領域は、センサ５２０の長手方向に沿って延び、かつ、対向電極導電材料５３４を露出させる細長い開口５５４により画定される。

【0047】

本実施形態の対向電極領域は、カバーされずに試作品中で露出した金またはパラジウムとして示され、この試作品は、組み立てられて試験された。試作品製造過程における許容性を考慮した結果として、このようになった。しかし、大量生産型のセンサの実施形態では、それとは違って、図５Ａに示される細長い開口５５４によって画定される単一の細長い露出対向電極領域は、例えば上述のようなカーボンペーストでカバーされることになると想定され、こうすることが、対向電極のインピーダンスを低くする上で役立つであろう。同様に、こうすることで、必要な電流を供給するための高電位の必要性が低減し、さらに同様に、センサが正常に機能しなくなる可能性が低減するであろう。

【0048】

図１および３のセンサの実施形態を参照すると、作用電極領域５６２は、上述のカーボンペーストと試薬とで形成される。図５Ａに示されるように、９つの参照電極領域５６５のうち８つは、フィルム５４６に形成された窓５５２を通して露出しているが、他の点ではカバーされない。中央の参照電極領域５６４は、上述の銀／塩化銀材料でカバーされている。アレイ中の電極領域にこのように異なる材料を用いることは、本教示の発明のもう１つの態様であり、その意義を以下に説明する。

【0049】

作用電極領域のアレイにおける各々の作用電極領域に対する対向電極領域（あるいはその一部）の相対的位置または物理的な関係が実質的に同じであるという点において、図５Ａに示される配列は対称であるということがわかる。参照電極領域のアレイにおける各々の参照電極領域に対する対向電極領域についても同じことがいえる。図６Ａおよび６Ｂが、こうした対称性を裏付けている。図６Ａおよび６Ｂは、図５Ａおよび５Ｂに示されるようなセンサで、グルコース水溶液中で２日間測定された、１００ｋＨｚ、１０ｋＨｚおよび１ｋＨｚにおける経時的なインピーダンスの大きさおよび位相をそれぞれ示す。図６Ａおよび６Ｂのインピーダンスのプロットは、望ましくないスパイクや他のカオス的な変化がなく、比較的平坦である。センサ５２０は、米国特許出願公開第２００８／２１４９１０号明細書に記載の交流測定による使用に好適である。

【0050】

参照電極領域の１つが他の８つの参照電極領域とは異なる材料組成を有していても、このような対称な電位分布がセンサ５２０で達成される。多くのセンサの実施形態において交流測定の使用を可能にする、所望の対称な電位分布を達成するには、いくつかの参照電極領域を使用する必要がある。単一の検体感知領域のセンサでは、参照電極または少なくともその露出領域は、通常、Ａｇ／ＡｇＣｌでつくられ、これは、所定の濃度の塩素イオンの存在下で、安定かつ既知の電位をとる難溶性の塩である。しかし、銀イオンは、弱毒性であり、十分に多量に存在すると、センサ構造が細胞毒性試験の要件を満たさなくなる恐れがある。Ａｇ／ＡｇＣｌを含む複数の参照電極を用いることで、細胞毒性の要件を満たさないというリスクが大きくなる。このようなセンサは、生体内環境で、特に人体において好適ではないかもしれない。

【0051】

しかしながら、極めて驚くべきことに、露出参照電極領域は、互いに電気的に接続されている場合、その全てがＡｇ／ＡｇＣｌを含む必要がないことがわかっている。例えば露出した金またはパラジウム（図５Ａの領域５６５）のような非腐食性の導電材料または炭素の電極は、センサの定電位制御を可能にするために、特定の位置で電位を感知し、ポテンショスタットへ必要なフィードバックを提供することができる。１つの領域５６４だけがＡｇ／ＡｇＣｌでカバーされている、参照電極領域関連のグループにおいて、露出領域５６５は、Ａｇ／ＡｇＣｌでカバーされる領域により維持される電位と同じ電位になるであろう。

【0052】

ここでも、いかなる特定の理論に拘束されることなく、認識されたばかりの注目すべき発見を以下に説明しよう。ポテンショスタットまたは同様の装置が正しい制御信号をセンサに提供することができるように、例えば１０ｋＨｚを上回るような高周波では、参照電極のインピーダンスが十分に小さいことが重要である。領域５６５は高周波環境に対して低いインピーダンス接続を有するので、露出領域５６５は、高周波でそれらの位置における電位を感知するのに好適である。一方、低周波では、露出領域５６５は、非常に高いインピーダンスを有するので、良好な参照電位を提供しない。しかし、こうしたより低い周波では、セル内の電位分布は、より均一であり、単一のＡｇ／ＡｇＣｌ参照電極領域５６４によって適切に測定される。それゆえ、単一のＡｇ／ＡｇＣｌ参照電極領域が他の作用電極領域５６２のいくつかから離れて位置していても、低周波で良好な参照電位が生じることがわかっており、このため、低周波で高くなる露出領域５６５のインピーダンスによって生じる欠点が補われる。全数を下回る数の、場合によっては１つだけの、Ａｇ／ＡｇＣｌを有する参照電極領域についての本発明の教示を使用することにより、本発明のセンサは、対称に配列された複数の電極領域の利点を有しながらも、生体適合性でもある。

【0053】

図６Ａおよび６Ｂは、図５Ａおよび５Ｂに示されるセンサで、グルコース水溶液中で２日間測定された、１００ｋＨｚ、１０ｋＨｚおよび１ｋＨｚにおける経時的なインピーダンスの大きさおよび位相をそれぞれ示す。図６Ａおよび６Ｂのインピーダンスのプロットは、望ましくないスパイクや他のカオス的な変化がなく平坦である。したがって、センサについての有用な情報、例えば膜の透過性能およびセンサの状態を決定するための、米国特許出願公開第２００８／２１４９１０号明細書に記載の交流測定による使用に、センサ５２０は好適である。

【0054】

センサにおいてＡｇ／ＡｇＣｌを有する参照電極領域が１つだけ使用される場合、そのようなＡｇ／ＡｇＣｌ参照電極領域の位置は、その領域と、最も遠く離れたカバーされていない参照電極領域との距離が最小になるようにすることが好ましい。図５Ａに示す実施形態では、参照電極領域５６４の位置は、アレイの中心内にある。さらに、他の実施形態では、２つ以上だが全部より少ない参照電極領域をＡｇ／ＡｇＣｌで形成してよいことが予想される。当業者は、他の好適な構造を容易に認めるであろう。

【0055】

対称に配列された露出電極領域の他の実施例が、図７Ａおよび７Ｂに示されるセンサ７２０に示されている。図３Ａおよび３Ｂを参照すると、センサ７２０における電極領域の配列は、上記のセンサ３２０と実質的に同じである。すなわち、フィルム７４６の開口７５４、７５６によって、カーボンペーストやカーボンペースト／試薬のようなカバー材料が、対向および作用電極７３４、７３６にそれぞれ接触ができ、それによって、対向電極領域７６０および作用電極領域７６２がそれぞれ形成される。同様に、フィルム７４６の開口７５２は参照電極領域７６５を画定し、これが、カーボンペースト内でカバーされていることも、図７Ａに示されている。

【0056】

センサ７２０が、Ａｇ／ＡｇＣｌでカバーされた参照電極領域７６４を１つだけ利用しているという点において、センサ７２０はセンサ３２０とは異なる。残りの参照電極領域７６５は、つい先程述べたようにカーボンペースト内でカバーされている。しかし、領域７６５は、任意で、カバー材料を備えずに、センサ５２０と同様に、例えば金またはパラジウムのような参照電極のむき出しに露出した導体で形成できることが理解されるべきである。センサ５２０と同様に、むき出しの、または炭素でカバーされた参照電極領域７６５は、高周波での電位を感知することはできるが、低周波ではできない。それにもかかわらず、単一のＡｇ／ＡｇＣｌ参照電極領域７６４は、低周波で良好な参照電位を提供する。

【0057】

図８Ａおよび８Ｂは、電位分布が対称であることを裏付けている。図８Ａおよび８Ｂは、図７Ａおよび７Ｂに示されるセンサで、グルコース水溶液中で２日間測定された、１００ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、１ｋＨｚにおける経時的なインピーダンスの大きさおよび位相をそれぞれ示す。図７Ａおよび７Ｂ（図８Ａおよび８Ｂ）のインピーダンスのプロットは、望ましくないスパイクや他のカオス的な変化がなく、比較的平坦である。センサ７２０は、米国特許出願公開第２００８／２１４９１０号明細書に記載されるような交流測定での使用に好適であり、このセンサによるＡｇ／ＡｇＣｌの使用が限定的であるため、生体適合性である。

【0058】

複数の積層を有する実質的に平らなセンサに関して、本教示についてここまで説明したが、複数の露出電極領域を利用している他のセンサの実施形態が、上記で開示された発明的発見を利用できるということを、当業者はわかるはずである。例えば、図９は、上記で教示される対称の原理を取り込んだ円筒状のセンサ９２０を図示している。作用電極ワイヤ９３０は、絶縁材料９４６でカバーされており、試薬コーティングを含む露出領域９６２を有する。

【0059】

センサ９２０は、参照電位を維持し、電子回路を完成させるという二重の目的を果たす対向−参照電極を有する二電極システムである。対向−参照電極接続ワイヤ９２８は、円筒状のセンサの長手方向に沿って延び、絶縁体９６１によってカバーされている。対向−参照電極接続ワイヤ９２８は、４つの露出部分、すなわち絶縁体９４６の周囲にらせん状に巻かれた対向−参照電極領域９６４を有する。露出部分は、上述の通りＡｇ／ＡｇＣｌで形成されることになる。図９に示される実施形態は予測的であり試験されていないが、露出した検体感知電極領域が対称に配列されるため、センサ９２０が対称な電位分布を生じることが予想される。センサ９２０は、本教示が様々なセンサの実施形態にどのように利用できるかについての単なる一例である。

【0060】

本発明の原理を取り込んだ代表的実施形態が上記に開示されているが、本発明は開示された実施形態に限定されない。むしろ、本出願は、その概括的な原理を用いた本発明のあらゆる変形形態、用途または適用形態を含むことを意図している。さらに、本発明が関連し、かつ添付の請求項によって限定される範囲内にある当該技術分野において既知または慣習的な慣行の範囲内となるような本開示からの展開を、本出願が含むことが意図される。

【0061】

以下に、いくつかの代表的実施形態を説明する。
実施形態１
基板と、前記基板上またはその内部に形成され、体液に接触するように露出させた複数の作用電極領域を有する作用電極と、前記基板上またはその内部に形成され、体液に接触するように露出させた少なくとも１つの第２の電極領域を有する第２の電極とを含む電気化学センサであり、前記複数の作用電極領域および前記少なくとも１つの第２の電極領域が対称的な配列を含み、交流信号が前記センサに印加されると、対称性の電位分布が生じる生体内使用のための電気化学センサ。

【0062】

実施形態２
前記少なくとも１つの第２の電極領域が複数の第２の電極領域を含む、実施形態１の電気化学センサ。

【0063】

実施形態３
前記第２の電極が参照電極を含み、前記複数の第２の電極領域が体液に接触するように露出させた参照電極領域を含み、前記電気化学センサが、基板上またはその内部に形成された対向電極をさらに含んでおり、前記対向電極が、体液に接触するように露出させた少なくとも１つの対向電極領域を含んでいる実施形態２の電気化学センサ。

【0064】

実施形態４
前記対向電極が体液に接触するように露出させた複数の対向電極領域を含み、前記複数の作用電極領域と前記複数の対向電極領域と複数の参照電極領域とが対称的に配置され、交流信号がセンサに印加されると、対称性の電位分布が生じるように形成された実施形態３の電気化学センサ。

【0065】

実施形態５
前記複数の参照電極領域の少なくとも１つが、残りの参照電極領域とは異なる材料組成を含む実施形態４の電気化学センサ。

【0066】

実施形態６
前記複数の参照電極領域の少なくとも１つが、Ａｇ／ＡｇＣｌを含む実施形態５の電気化学センサ。

【0067】

実施形態７
前記残りの参照電極領域が非腐食性の導体を含む実施形態６の電気化学センサ。

【0068】

実施形態８
前記基板が実質的に平面である実施形態１の電気化学センサ。

【0069】

実施形態９
前記作用電極領域が前記センサの長手方向に沿って離隔した実施形態１の電気化学センサ。

【0070】

実施形態１０
基板と、前記基板上またはその内部に形成された作用電極と、前記基板上またはその内部に形成された対向電極と、前記基板上またはその内部に形成され、体液に接触するように露出させた複数の参照電極領域を有する参照電極とを含む電気化学センサであって、前記複数の参照電極領域の少なくとも１つが残りの参照電極領域とは異なる材料組成を含む、体液を試験するための電気化学センサ。

【0071】

実施形態１１
前記複数の参照電極領域の少なくとも１つが、Ａｇ／ＡｇＣｌを含む実施形態１０の電気化学センサ。

【0072】

実施形態１２
前記残りの参照電極領域が非腐食性の導体を含む実施形態１０の電気化学センサ。

【0073】

実施形態１３
前記非腐食性の導体が、金、白金または炭素を含む実施形態１２の電気化学センサ。

【0074】

実施形態１４
前記作用電極が、体液に接触するように露出させた複数の作用電極領域を含む実施形態１０の電気化学センサ。

【0075】

実施形態１５
前記対向電極が、体液に接触するように露出させた複数の対向電極領域を含む実施形態１４の電気化学センサ。

【0076】

実施形態１６
前記複数の作用電極領域と前記複数の対向電極領域と複数の参照電極領域とが対称的に配置され、交流信号が前記センサに印加されると、対称性の電位分布が生じるように形成された実施形態１５の電気化学センサ。

【0077】

実施形態１７
基板と、前記基板上またはその内部に形成され、体液に接触するように露出させた複数の作用電極領域を有する作用電極と、前記基板上またはその内部に形成され、体液に接触するように露出させた複数の参照電極領域を有する参照電極と、前記基板上またはその内部に形成され、体液に接触するように露出させた少なくとも１つの対向電極領域を有する対向電極とを含む電気化学センサであって、前記複数の作用電極領域と前記複数の参照電極領域と前記少なくとも１つの対向電極領域とが対称的に配置され、交流信号が前記電気化学センサに印加されると、対称性の電位分布が生じるように形成された生体内使用のための電気化学センサ。

【0078】

実施形態１８
前記少なくとも１つの対向電極領域が複数の対向電極領域を有し、前記複数の作用電極領域と前記複数の対向電極領域と複数の参照電極領域とが対称的に配置され、交流信号が前記センサに印加されると、対称性の電位分布が生じるように形成された実施形態１７の電気化学センサ。

【0079】

実施形態１９
前記複数の作用電極領域と複数の参照電極領域と複数の対向電極領域とが、前記センサの長手方向に沿って間隙をおいた配列で置かれている実施形態１８の電気化学センサ。

【0080】

実施形態２０
前記配列が、対向電極領域、作用電極領域、参照電極領域の順で配置された隣接した電極領域のアレイを含む実施形態１９の電気化学センサ。

【0081】

実施形態２１
前記配列が、対向電極領域、作用電極領域、参照電極領域、作用電極領域、対向電極領域の順で配置された隣接した電極領域のアレイを含む実施形態１９の電気化学センサ。

【0082】

実施形態２２
前記複数の作用電極領域と複数の参照電極領域とが、前記センサの長手方向に沿ってアレイ内で間隙をおいて配置される実施形態１７の電気化学センサ。

【0083】

実施形態２３
前記少なくとも１つの対向電極領域が、前記アレイに隣接するように位置付けられた細長い部材を含む実施形態２２の電気化学センサ。

【0084】

実施形態２４
前記複数の参照電極領域の少なくとも１つが、残りの参照電極領域とは異なる材料組成を含む実施形態１７の電気化学センサ。

【0085】

実施形態２５
前記複数の参照電極領域の少なくとも１つが、Ａｇ／ＡｇＣｌを含む実施形態２４の電気化学センサ。

【0086】

実施形態２６
前記残りの参照電極領域が非腐食性の導体を含む実施形態２５の電気化学センサ。

【0087】

実施形態２７
前記基板が実質的に平面である実施形態１７の電気化学センサ。

【0088】

実施形態２８
前記作用、対向および参照電極が、前記基板に付けられた実質的に平坦な導体として形成される実施形態２７の電気化学センサ。

【0089】

実施形態２９
前記複数の作用電極領域が、前記作用電極の上に置かれ、かつ、該作用電極に電気的に接触する導電性の材料を含む実施形態２８の電気化学センサ。

【0090】

実施形態３０
前記導電性の材料と前記作用電極との間に配置された少なくとも１つのフィルムをさらに含み、前記フィルムが、前記導電性の材料と前記作用電極との間で電気的な接触をさせる１つまたは２つ以上の開口を有する実施形態２９の電気化学センサ。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図9】