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(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】
(24)【登録日】2022-12-27
(45)【発行日】2023-01-11
(54)【発明の名称】被検物質センサー
(51)【国際特許分類】
A61B 5/1486 20060101AFI20221228BHJP
【ＦＩ】
A61B5/1486
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2018559758
(86)(22)【出願日】2017-05-03
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2019-06-06
(86)【国際出願番号】 US2017030862
(87)【国際公開番号】W WO2017196610
(87)【国際公開日】2017-11-16
【審査請求日】2020-04-09
(31)【優先権主張番号】15/472,194
(32)【優先日】2017-03-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/336,482
(32)【優先日】2016-05-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/348,806
(32)【優先日】2016-06-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/353,559
(32)【優先日】2016-06-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/370,226
(32)【優先日】2016-08-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/383,233
(32)【優先日】2016-09-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/401,481
(32)【優先日】2016-09-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/443,070
(32)【優先日】2017-01-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/451,545
(32)【優先日】2017-01-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/600,742
(32)【優先日】2017-02-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/475,807
(32)【優先日】2017-03-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】518396334
【氏名又は名称】パーキュセンス
(74)【代理人】
【識別番号】110001656
【氏名又は名称】弁理士法人谷川国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】シャー，ラジブ
(72)【発明者】
【氏名】リアン，ブラッドリー
(72)【発明者】
【氏名】ウルフ，カサリン
(72)【発明者】
【氏名】メッサー，エレン
(72)【発明者】
【氏名】ペンド，ショーン
【審査官】外山 未琴
(56)【参考文献】
【文献】特表２００２－５０１１９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００８－５０９４０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００３－５０３０９０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｂ５／０６－５／２２
Ｇ０１Ｎ２７／２６－２７／４０４
Ｇ０１Ｎ２７／４１４－２７／４１６
Ｇ０１Ｎ２７／４２－２７／４９
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
平坦な最上部表面を有する作用導体と；前記作用導体の平坦な最上部表面の検知表面部分上に配置された酵素層と；
前記酵素層上に配置された第１の輸送材料の層であって、グルコースに対して透過性であり、１つ以上の露出した横方向表面を有する、第１の輸送材料の層と：
前記第１の輸送材料の層の最上部表面上に付着された第２の輸送材料の層であって、前記第１の材料の層の最上部を密閉し、前記第２の輸送材料は、酸素に対しては透過性で、グルコースに対しては非透過性である、第２の輸送材料の層と；
を含む、多層作用電極。
【請求項2】
前記作用電極の平坦な最上部表面上に付着された絶縁体層をさらに含み、該絶縁体層はその中に形成された窓を有し；
前記作用電極の前記検知表面部分は、該窓に露出しており、
前記酵素層が、前記絶縁体層の前記窓を充填する、請求項１記載の多層作用電極。
【請求項3】
前記第１の輸送材料の層が前記窓を覆う、請求項２記載の多層作用電極。
【請求項4】
前記酵素層が、前記検知表面部分と前記第１の輸送材料の層との間に配置される、請求項３記載の多層作用電極。
【請求項5】
前記第１の輸送材料の層が、前記グルコースが前記第２の輸送材料の層を、前記作用導体の前記平坦な最上部表面に平行な第１の方向に通過し、
前記グルコースが、前記第１の輸送材料の層の前記１つ以上の露出した横方向表面を介して前記第１の輸送材料の層に入る、
ように構成されている、請求項１記載の多層作用電極。
【請求項6】
前記第２の輸送材料の層が、前記酸素が、前記第１の輸送材料の層を、前記第１の方向とは非平行の第２の方向に通過し；
前記酸素が、前記第２の輸送材料の最上部表面を通って前記第２の輸送材料の層に入る、
ように構成されている、請求項５記載の多層作用電極。
【請求項7】
前記第２の輸送材料の層が、酸素の流速を受容するように構成された１以上の横方向表面を有する、請求項１記載の多層作用電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は：２０１６年５月１３に出願された、米国仮特許第６２／３３６，４８２号；２０１６年６月１０日に出願された、同第６２／３４８，８０６号；２０１６年６月２３日に出願された、同第６２／３５３，５５９号；２０１６年８月２日に出願された、同第６２／３７０，２２６号；２０１６年９月２日に出願された、同第６２／３８３，２３３号；２０１６年９月２９日に出願された、同第６２／４０１，４８１号；２０１７年１月６日に出願された、同第６２／４４３，０７０号；２０１７年１月２７日に出願された、同第６２／４５１，５４５号；２０１７年２月２８日に出願された、同６２／６００，７４２号、および２０１７年３月２３日に出願された、同第６２／４７５，８０７号の利益を主張する。上に列挙された出願は、あらゆる目的のために、参照によりそれらの全体が本明細書に援用される。
発明の分野
発明の分野
【0002】
本発明は概して、被検物質、例えばグルコースまたはラクテートであるがこれらには限定されない被検物質のインビボでの監視を実行する装置および方法を対象とする。具体的には、この装置および方法は、対象における被検物質の存在またはその量に関する情報を提供する電気化学的センサーに関するものである。
【背景技術】
【0003】
特定の被検物質をインビボで監視することは、短期および長期の満足できる生活状態にとって極めて重要であり得る。例えば、グルコースの監視は、糖尿病を伴う人々にとってインスリンまたはグルコースの必要性を判断するために特に重要であり得る。別の実施例では、術後患者におけるラクテートの監視により、敗血症の検出および治療に関してきわめて重要な情報を得ることができる。
【0004】
連続的、またはほぼ連続的な被検物質の監視を実行することが必要である結果、多様な装置および方法が開発されている。いくつかの方法では、所望の被検物質を検出するように設計された電気化学的センサー装置を血管中に配置する一方、他の方法では、皮下液または間質液中に装置を配置する。どちらの配置場所であっても、整合性のある妥当なデータを受けとるという困難な課題が生じる可能性がある。さらには、実際の使用の前に装置を水和、調整、および較正するためには、整合性なる配置場所を実現することがきわめて重要であり得る。市販のセンサー装置の水和および調節は、しばしば、何分の一時間から数時間に及ぶ時間のかかる工程となり得る。水和および調節の工程が成功裏に完了すると仮定して、使用者は、自身の身体中でセンサーを適切な位置に保持するために、自身の移動の自由度または移動の範囲について妥協しなければならない場合がある。
【0005】
グルコースセンサーが、インビボでの連続的な被検物質の監視の一例である。市販の移植可能なグルコースセンサーは概して、平面基板またはワイヤ電極上に作製した電極を採用している。いずれの構成であっても、電極表面を酵素で被覆してあり、これをさらにポリマー膜で被覆して、電極表面に到達するグルコースおよび酸素の量を制御するようになっている。いくつかのグルコースセンサーでは、ポリマー膜は親水性であり、膜層を通過してグルコースが容易に拡散できるようになっているが、親水性膜はしかしながら、膜を通過して拡散することのできる酸素の量を厳しく制限する。電極表面上での酸素の欠如は問題になる可能性があり、その理由は、グルコースセンサーが、酵素を使用することによって動作し、この酵素が触媒するグルコースと酸素との間の反応の結果、作用電極で酸化された過酸化水素を生じるからである。ある量の酸素が、作用電極に存在するだけであれば、電極により測定されるグルコースは、酵素と反応するグルコースの量に比例することになる。そうでなければ、作用電極に存在する酸素が不十分である場合の実例では、グルコース測定値は、グルコース濃度ではなく酸素濃度に比例する。
【0006】
さらに問題を悪化させるのは、人体内おいてグルコースに対し酸素が欠乏していることである。人体内の酸素に対するグルコースの比は、近似的に１対１０から１対１０００の範囲にある。典型的にはこれは、作用電極での酵素触媒反応が概して、インビボセンサーの正確度、感度、および長期の信頼性に影響する多くの重大な問題を生じ得る酸素欠乏の条件で作動していることを意味する。酸素欠乏の問題を相殺し電極で得られる酸素の相対濃度の増加させる種々のアプローチが実現されている。例えば、市販のグルコースセンサーシステムは、上に考察した親水性膜ではなく高度に特化したグルコース制限膜（ＧＬＭ）に依拠している。複数の市販のアプローチでは、酸素を吸引すると同時にグルコースも吸引する、疎水性領域と親水性領域の両方を有する均質な膜であるＧＬＭを有している。ＧＬＭの実装に向けた一つの欠点は、複雑なＧＬＭを製造するためコストが増加することに起因して、センサーのコストが増加することである。さらには、ＧＬＭ内での材料の変動性および親水性領域の非均一な分散の結果として、センサーの正確度、感度、および信頼性に影響するバッチ間変動性が生じることが多い。加えて、ＧＬＭの親水性および疎水性領域のせいで、グルコースまたは酸素のいずれかの拡散が、電極の表面に対して主に垂直に生じる。
【0007】
ＧＬＭの使用に伴う別の欠点は、挿入部位の傷または宿主反応に伴う代謝活性な細胞がＧＬＭの一部分と干渉する、またはこれを遮断する場合には、センサーの有効性が悪影響を受ける可能性のあることである。例えば、もし、赤液球がＧＬＭの非常に近くに溜まるとすると、センサー電極へのグルコースおよび酸素の流れが顕著に妨げられる。同様に、もし、白血球が、ＧＬＭの親水性領域にわたるグルコースの流れを妨げるとすると、センサー電極は、誤ったデータを出力するが、その理由は、そうでなければ作用電極に到達するはずのグルコースが白血球により消費されていて、作用電極へグルコースが拡散する代替経路が存在しないためである。
【0008】
別の欠点は、ＧＬＭの使用が、グルコースセンサーにとって水和および調節時間が長引くことの、少なくとも部分的な説明になり得ることである。センサーの水和および調節には、作用電極への流体の輸送が必要である。しかしながら、ＧＬＭは酸素の輸送に好都合であるため、電極の上にＧＬＭの疎水性領域を配置して、電極への酸素の拡散を促進させる。疎水性であることにより、それらの同領域は、センサーを水和させてグルコースを電極へ輸送するのに必要な水を撥く。
【0009】
特許請求された発明は、特定の被検物質のインビボでの監視に関して上に考察した課題の多くに対処することを追求するものである。以下に考察する多くの実施例において、測定される被検物質はグルコースである。さらに他の実施例においては、被検物質はラクテートである。しかしながら、特定の実施形態および実施例が、グルコースまたはラクテートに関する場合がある一方で、本開示および請求項の範囲は、グルコースまたはラクテートのいずれかに限定されると解釈されないものとする。むしろ、本明細書に記載されたセンサーの電極に付着させる化学物質によって、センサーが測定する被検物質が決まると理解されるものとする。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0010】
被検物質の存在を測定する作用電極を、一実施形態として記載する。作用電極は、第１の電位で操作される反応性表面を有する作用導体を含む。作用電極はさらに、反応性表面への被検物質の流束を可能にする特性を有する第１の輸送材料を含む。加えて、作用電極は、反応性表面への反応物の流束を可能にする特性を有する第２の輸送材料を有し、この場合、被検物質の流束および反応物の流束は、非類似方向を向いている。
【0011】
別の実施形態では、電気化学的被検物質センサーを記載する。被検物質センサーは、対向電極と、Ａ側およびＢ側を有する多層構造により形成された作用電極とを含む。この多層構造は、第１の絶縁層と第１の絶縁層に隣接する伝導層とを含む。加えて、ビア（ｖｉａ）が、多層構造をＡ側からＢ側へ貫通して縦断し側壁を画定している。第１の反応性化学物質が絶縁層に付着し、伝導層を含む側壁の少なくとも一部分をさらに被覆して、反応性領域を有する反応性ビアを画定している。
【0012】
別の実施形態では、作用電極を製造する方法を記載する。この方法は、導体材料をパターン形成して、作用導体を生成する操作を含む。方法はさらに、パターン形成された導体材料の第１の側に絶縁層を付着させて多層構造を画定する操作を含む。別の操作では、多層構造を貫通してビアを形成し、これにより側壁を画定する。さらに別の操作では、絶縁層およびビアの上に反応性化学物質を付着させる。反応性化学物質の付着は、側壁の少なくとも一部分を覆い、これにより反応性ビアを画定する。
【0013】
本発明の他の形状および利点は、本発明の実施形態の様々な特徴を実施例により例示する添付図面と併せてなされる以下の詳細な記載から、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】図１Ａは本発明の実施形態に準拠する、作用電極の基本的構造を示す作用電極の代表的な等角投影図の例示である。 図１Ｂは本発明の実施形態に準拠する、作用電極の基本的構造を示す作用電極の代表的な等角投影図の例示である。
【図2-2】図２Ｂ－１は本発明の実施形態に準拠する、グルコースを測定するように構成されたアパーチャ電極および突出電極の代表的な例示である。 図２Ａ－２は本発明の実施形態に準拠して、絶縁物、作用導体、反応性化学物質、第１の輸送材料、および第２の輸送材料の間の、アパーチャ電極内部に見られる過酸化水素発生界面の代表的な例示である。 図２Ｂ－２は第１の輸送材料、第２の輸送材料、反応性化学物質、および作用電極の間の、突出電極内部に見られる過酸化水素発生界面の代表的な例示である。 図２Ａ－３は本発明の実施形態に準拠する、過酸化水素を分解する拡散経路の代表的な例示である。 図２Ｂ－３は本発明の実施形態に準拠する、過酸化水素を分解する拡散経路の代表的な例示である。
【図3】図３Ａは本発明の実施形態に準拠して、第１および第２の輸送材料が反応性ビアを用いて被検物質、反応物、および生成物の流束をいかにして可能にするかを例示するアパーチャ電極の代表的な断面である。 図３Ｂは本発明の実施形態に準拠して、被検物質の流束を妨害または遮断する第２の輸送材料の選択によって、被検物質および過酸化水素の流束が、作用電極と並行な方向にいかにして促進されるか、または可能になるかを例示する突出電極の代表的な断面の例示である。
【図4】図４Ａは代謝活性な細胞がアパーチャ電極に非常に近接している場合に、第１の輸送材料によって、反応性ビアへの被検物質の流束がいかに可能になるかの代表的な断面の例示である。 図４Ｂは代謝活性な細胞の影響が突出電極の設計によりいかに減少するかの代表的な例示である。
【図5-1】図５Ａは露出した導体の領域を、作用導体とともに例示するセンサー組み立て体基板の上面図である。 図５Ｂは図５Ａに見られるセンサー組み立て体基板の最上部に構築可能なアパーチャ電極の代表的な断面Ａ－Ａである。 図５Ｃは図５Ａに示されたセンサー組み立て体基板の最上部に構築可能な突出電極の代表的な断面Ａ－Ａである。
【図5-2】図５Ｄは図５Ａに示されたセンサー組み立て体基板の最上部に構築可能な突出電極の代表的な断面Ａ－Ａである。 図５Ｅは図５Ａに示されたセンサー組み立て体基板の最上部に構築可能な突出電極の代表的な断面Ａ－Ａである。
【図5-6】図５Ｊは本発明の実施形態に準拠する、アパーチャ電極から得られたデータから生成された較正曲線である。 図５Ｋは二つの異なる条件でグルコース測定するために突出電極を使用して生成された較正曲線のデータである。
【図6-1】図６Ａは露出した導体に沿った露出した作用導体を例示するセンサー組み立て体基板の上面図である。 図６Ｂは図６Ａに見られるセンサー組み立て体基板の最上部に構築可能なアパーチャ電極の代表的な断面Ｂ－Ｂである。 図６Ｃは図６Ａに見られるセンサー組み立て体基板の最上部に構築可能な突出電極の代表的な断面Ｂ－Ｂである。
【図6-5】図６Ｍはセンサー組み立て体の形状をいかに使用して被検物質の流束を増強することができるかを例示する突出電極のさらなる実施形態である。 図６Ｎはセンサー組み立て体の形状をいかに使用して被検物質の流束を増強することができるかを例示する突出電極のさらなる実施形態である。
【図7】図７Ａは多層構造内部の異なる位置に作用導体を配置させること例示するよう意図した代表的なアパーチャ電極の断面である。 図７Ｃは多層構造内部の異なる位置に作用導体を配置させること例示するよう意図した代表的なアパーチャ電極の断面である。
【図8】図８Ａはアパーチャ電極組み立て体および突出電極組み立て体の代表的な断面の例示であり、この場合、さらなる内部層が含まれていて、センサー組み立て体性能の特定の態様をさらに増強している。 図８Ｂはアパーチャ電極組み立て体および突出電極組み立て体の代表的な断面の例示であり、この場合、さらなる内部層が含まれていて、センサー組み立て体性能の特定の態様をさらに強化している。
【図9】図９Ａはアパーチャ作用電極と突出作用電極の両方の断面の代表的な例示であり、この場合、化学物質層が第１の輸送材料と第２の輸送材料とを分離している。 図９Ｂはアパーチャ作用電極と突出作用電極の両方の断面の代表的な例示であり、この場合、化学物質層が第１の輸送材料と第２の輸送材料とを分離している。
【図10】図１０Ａはアパーチャ電極組み立て体および突出電極組み立て体の代表的な断面の例示であり、この場合、化学物質が反応性化学物質を完全に包含している。 図１０Ｂはアパーチャ電極組み立て体および突出電極組み立て体の代表的な断面の例示であり、この場合、化学物質が反応性化学物質を完全に包含している。
【図11-1】図１１Ａは完成すると作用電極の側に沿って非対称の横方向拡散を可能にする突出電極に向けた基板の代替実施形態の上面図である。 図１１Ｂは図１１Ａに例示された基板に基づく完成した突出電極の等角投影図断面Ｃ－Ｃである。
【図11-2】図１１Ｑは多様な構成の突出電極を作製するのに好適なセンサー組み立て体基板の上面図の代表的な例示である。 図１１Ｒはセンサー組み立て体の側面図である。 図１１Ｓはセンサー組み立て体の側面図である。 図１１Ｔはセンサー組み立て体の断面Ｑ’’－Ｑ’’の代表的な等角投影図である。
【図11-4】図１１Ｗは突出電極構成の様々な実施形態を示す、断面Ｑ’’－Ｑ’’の代表的な例示である。 図１１Ｘは突出電極構成の様々な実施形態を示す、断面Ｑ’’－Ｑ’’の代表的な例示である。 図１１Ｙは突出電極構成の様々な実施形態を示す、断面Ｑ’’－Ｑ’’の代表的な例示である。
【図11-5】図１１Ｚ－１は第１の輸送材料を個別に付着させた４つの突出電極を有する実証的なセンサー組み立て体の等角投影図である一方、 図１１Ｚ－２は図１１Ｚ－１に示されたセンサー組み立て体の、断面Ｚ’－Ｚ’であり、 図１１Ｚ－３は断面Ｚ－Ｚである。
【図12】図１２Ａは露出した作用導体の領域と絶縁物の領域を例示するセンサー組み立て体基板の上面図である。 図１２Ｂは異なる物理的構造を有しつつも突出電極の基本原理に基づき動作する作用電極のさらに別の実施形態を例示する、作用導体の代表的な断面図Ｄ－Ｄであり、 図１２Ｃは異なる物理的構造を有しつつも突出電極の基本原理に基づき動作する作用電極のさらに別の実施形態を例示する、作用導体の代表的な断面図Ｅ－Ｅである。
【図14-1】図１４Ａはアパーチャ電極についての代表的な製造工程の断面の例示である。 図１４Ｂはアパーチャ電極についての代表的な製造工程の断面の例示である。 図１４Ｃはアパーチャ電極についての代表的な製造工程の断面の例示である。 図１４Ｄはアパーチャ電極についての代表的な製造工程の断面の例示である。
【図14-2】図１４Ｅはアパーチャ電極についての代表的な製造工程の断面の例示である。 図１４Ｆはアパーチャ電極についての代表的な製造工程の断面の例示である。 図１４Ｇはアパーチャ電極についての代表的な製造工程の断面の例示である。
【図15】図１５Ａは突出電極をいかにして基板上に形成できるかを示す代表的な断面の例示である。 図１５Ｂは突出電極をいかにして基板上に形成できるかを示す代表的な断面の例示である。 図１５Ｃは突出電極をいかにして基板上に形成できるかを示す代表的な断面の例示である。 図１５Ｄは突出電極をいかにして基板上に形成できるかを示す代表的な断面の例示である。 図１５Ｅは突出電極をいかにして基板上に形成できるかを示す代表的な断面の例示である。
【図16-1】図１６Ａは三電極システムを有するセンサー組み立て体用の電極を形成するためのパターン形成された金属トレースを示す代表的な例示である。 図１６Ｂはシンギュレーション（ｓｉｎｇｕｌａｔｉｏｎ）工程の後のセンサー組み立て体の代表的な例示である一方、 図１６Ｃはシンギュレーション済みセンサー組み立て体の等角投影図であり、 図１６Ｄはシンギュレーション済みセンサーの断面図Ｆ－Ｆである。
【図16-2】図１６Ｅは本発明の実施形態に準拠する、シンギュレーション前の単純化された平面センサー組み立て体の例示である。 図１６Ｆはシンギュレーション後のセンサー組み立て体を示す例示であり、対向電極および参照電極が、センサー組み立て体の縁部で露出している。
【図20-1】図２０Ａは疑似参照電極の形成を示す代表的な断面である。 図２０Ｂは疑似参照電極の形成を示す代表的な断面である。 図２０Ｃは疑似参照電極の形成を示す代表的な断面である。 図２０Ｄは疑似参照電極の形成を示す代表的な断面である。 図２０Ｅは疑似参照電極の形成を示す代表的な断面である。
【図20-2】図２０－１は本発明の実施形態に準拠する、疑似参照電極と併せて突出電極を使用して生成された代表的なデータである。 図２０－２は本発明の実施形態に準拠する、疑似参照電極の設計を使用して生成された代表的なデータである。
【図21】図２１Ａは単一の被検物質アパーチャ電極を有する三電極システムの代表的な例示である。 図２１Ｂは図２１Ａに見られる三電極システムの代替実施形態である。 図２１Ｃは図２１Ａおよび２１Ｂに示された三電極システムのさらに別の代替実施形態である。 図２１Ｄはセンサー組み立て体断面の代表的な例示であり、この場合、化学物質が、第２の輸送充填剤の付着の前にセンサー組み立て体のＡ側にわたって付着している。
【図22】図２２Ａは三電極システムの代表的な構成であり、この場合、作用電極は突出電極である。 図２２Ｂは三電極システムの代表的な構成であり、この場合、作用電極は突出電極である。 図２２Ｃは三電極システムの代表的な構成であり、この場合、作用電極は突出電極である。 図２２Ｄは三電極システムの代表的な構成であり、この場合、作用電極は突出電極である。 図２２Ｅは三電極システムの代表的な構成であり、この場合、作用電極は突出電極である。
【図23】図２３Ａは複数の作用電極を利用したセンサー組み立て体の上面図の代表的な例示である。 図２３Ｂは複数の作用電極を利用したセンサー組み立て体の上面図の代表的な例示である。 図２３Ｃは図２３Ａに示された複数の作用電極構成の断面Ｇ－Ｇの代表的な例示である。 図２３Ｄは図２３Ａに示された複数の作用電極構成の断面Ｇ－Ｇの代表的な例示である。
【図24-1】図２４Ａは作用電極として突出電極を利用した複数作用電極のセンサー組み立て体の代表的な上面図である。 図２４Ｂは図２４Ａに見られる複数作用電極のセンサー組み立て体の代表的な底面図である。 図２４Ｃは図２４Ａおよび２４Ｂに見られる複数作用電極のセンサー組み立て体の断面Ｈ－Ｈである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
インビボでの被検物質監視用のセンサーにおける改善にもかかわらず、グルコースセンサーについてのＧＬＭの文脈において概して上に考察したとおり、インビボ被検物質センサーの信頼性、正確度、感度、および耐久性に悪影響をおよぼす、電流設計に伴う基本的問題が存在する。加えて、市販の被検物質センサーを製造する設計のおよび工程の多くには、複雑で煩雑な製造技術に加えて貴金属の使用が必要である。以下に記載するのは、製造の煩雑さおよびコストを下げて連続的な被検物質監視を広範に受容し採用できるよう牽引しつつ、移植可能なインビボ被検物質センサーの信頼性、正確度、感度、および耐久性を向上させることが意図される、設計および製造技術である。
【0016】
本開示全体を通して提供される操作の理論は限定するものであると見なされるものではなく、むしろ本開示は、あらゆる操作の特定の理論により拘束されることなくなされている。加えて、以下の記載および添付図面全体を通して、電極の成分および要素、ならびに電極組み立て体が、層をなして示され記載されることになる。図面に表示した層の相対的な厚さは、実際の割合を表すとは解釈されないものとする。本文献全体を通して考察される層の相対的な厚さは、電極性能および／または機械的堅牢性を向上させるよう操作されることが意図される。
【0017】
センサー組み立て体の作用電極レベルでは、化学反応の生成物の完全な電気化学的消費を可能にする反応物の超過を実現する拡散経路が、以下に提示される設計の巧みに考えられた態様によって可能になる。化学反応の生成物の完全な電気化学的消費は今度は、センサー組み立て体の予想される寿命全体を通じて安定で実質的に線形のセンサー応答に要求される、質量輸送制限の条件を維持するが、これは、センサー組み立て体を移植された対象の生理学的条件の変化には無関係である。これらの改良された作用電極は、従来型の三電極構成での従来の参照電極および対向電極を用いて実装することができる。
【0018】
代わりに、改良された作用電極は、改良された疑似参照電極の設計と組み合わせることができ、この電極設計は、含まれる低インピーダンスで不活性の高表面積の電極が、センサー電解質と直接接し、かつその下にある参照電極とガルバニック／オーミックな接触をしているものである。改良された疑似参照電極の構造により、下にある参照電極の特性に基づいた安定な参照電位が得られ、下にある参照電極は、上に重なった高表面積の電極上で今回生じる対向電極反応を通じて消費されることはもはやなく、これによって、工場で較正されドリフトしないセンサーが可能になる。
【0019】
対向電極と参照電極を疑似参照電極に一体化することによって節約されるセンサー組み立て体上の面積を、改良された作用電極の実施形態を配置するのに使用して、複数被検物質用のセンサーを実現することができる。上に考察した可能性に加えて、改良された作用電極および疑似参照電極の設計には、工場での較正に必要な整合性のある再現性を可能にする効率的な製造工程を利用することができる。
【0020】
この新規の作用電極は、被検物質および反応物の輸送すなわち流束を、反応性表面を有する作用導体に向け非類似方向にすることができるように設計される。反応性表面自体は、複数の実施形態を画定することができる。例えば、反応性表面は、むき出しの露出した作用導体、もしくは表面処理を施された作用導体、もしくはさらに反応性化学物質を付着させた作用導体、またそれらの組み合わせを含むことができる。反応性表面が反応性化学物質を含む実施形態では、生成物が、被検物質、反応物、および反応性化学物質の化学反応により生成され、この生成物は、作用導体との電気化学反応により実質的に消費される、または完全に消費されることさえある。代替実施形態では、被検物質は、作用導体の反応性表面との電気化学反応により実質的に消費される、または完全に消費されることさえある。
【0021】
考察することになる作用電極の第１のタイプは、アパーチャ、または環、またはビア（ｖｉａ）電極と称される。用語「アパーチャ」を選択したが、その理由は、これが「開口」を概して意味すると定義されているからである。したがって、アパーチャは、規則的または不規則な円形、楕円形、矩形、多角形の形状を取ることができる。作用電極の第２のタイプは、アパーチャ電極と非常に類似した原理で作動しており、突出電極と称される。図面において明らかとなるとおり、二とおりの作用電極設計の間ではっきりと区別される特徴は、アパーチャ電極が、電極組み立て体の全体を縦断する貫通孔、すなわちビアを含んでいることである。側壁は、ビアに固有のものであり、鉛直であっても、傾斜していても、渦巻状であっても、波打った縁を有していても（ｓｃａｌｌｏｐｅｄ）よい、または概して不均一であってもよい。反対に、貫通孔ではなく突出電極については、実施形態の多くで、作用電極の選択部分が、組み立て体の面から持ち上がっている。ビアと同様に、この持ち上がりは、多様な規則的または不規則な形状または多角形とすることができ、持ち上がり構造の側壁は、鉛直であっても、傾斜していても、波打った縁を有していてもよい、または概して不均一であってもよい。２とおりの作用電極設計の異なる物理的外観にもかかわらず、これらの設計は、操作および構築技術の原理が共通であり、こうした原理により、これらの設計が入手可能なセンサーとは異なるものとなっている。
【0022】
図１Ａおよび１Ｂは、本発明の実施形態に準拠する、作用電極の基本的構造を示す作用電極の等角図の例示である。図１Ａは、代表的なアパーチャ電極１００ａである一方、図１Ｂは代表的な突出電極１００ｂである。作用電極の両方のタイプとも、代謝性の被検物質、例えばグルコースまたはラクテートであってこれらには限定されないものを測定するために、対象の皮下組織内に配置することが意図されている。アパーチャ電極１００ａおよび突出電極１００ｂの両方とも、作用導体１０２を多層構造１０３の一部として含む。アパーチャ電極１００ａとともに、ビア１０４は、全多層構造１０３をＡ側１０６からＢ側１０８に縦断する。ビア１０４ａとともに、作用導体１０２の断面は露出している。作用導体１０２の露出した断面の上またはその近傍に随意の反応性化学物質を付着させること（図示せず）により、反応性化学物質と反応する被検物質の量に比例する電流の生成とそれ以降の測定が可能になる。
【0023】
分かりやすくするために図１Ａには示さないが、アパーチャ電極１００ａの多くの実施形態では、多層構造１０３は、Ａ側からビア１０４の一部分を充填する第１の輸送材料と、Ｂ側１０８からビア１０４の残り部分を充填する第２の輸送材料とを含む。一実施形態では第１の輸送材料は、測定されている被検物質の実質的に全方向性の、および／または選択的な輸送を可能にするその能力に基づいて構成される、または選択される。同様に、第２の輸送材料は、被検物質と反応性化学物質の間の反応に相補的な反応物の輸送、供給、または貯蔵を可能にするその能力に基づいて構成される、または選択される。例えば、被検物質がグルコースであり反応性化学物質がグルコースオキシダーゼを含む実施形態では、相補的な反応物は酸素である可能性がある。第１および第２の輸送材料の組み合わせにより、ビア１０４に向かう被検物質および相補的な反応物の両方の流束を表示する流束ライン１１２が可能になる。
【0024】
グルコースセンサーへの応用では、第１の輸送材料の選択により、実質的にグルコースの全方向性輸送が可能になり、いくつかの実施形態では第１の輸送材料は、親水性である一群の材料、例えばヒドロゲルであるがこれには限定されないものから選択される。具体的には、島細胞の中またはその周囲のグルコース輸送を模倣する、または再現する三次元ヒドロゲル。選択された三次元ヒドロゲルは、島細胞の中、またはその周囲のグルコース輸送を模倣するまたは再現するので、電極への門戸となるヒドロゲルにより、電極構造の中に実質的に再現されることになる対象内のグルコース条件が可能になる。このことは、ＧＬＭを利用するセンサーとは完全に異なっている。グルコース制限膜という材料自体の名に記載されているとおり、対象内のグルコース条件は、電極構造の中に再現されないよう意図的にしてあり、これは、ＧＬＭが酸素の移動に有利に働きグルコースの移動を意図的に制限するのが理由である。
【0025】
ヒドロゲルを用いることのさらなる利点は、電極の工場での較正が実現されるよう拡散経路を調整、操作、または設計できることである。工場での較正は、インビトロでのデータが較正または補正係数を使用せずに全操作範囲にわたってインビボでのデータと実質的に相関する場合の電極として理解することができる。本質的には、補正係数または較正係数を使用せずに、工場での較正により、インビボ測定がインビトロ測定と実質的に同一となる結果になる。電極構造への門戸となる三次元ヒドロゲルは島細胞を模倣しているので、電極構造の中のグルコース濃度は、電極がインビボまたはインビトロで配置されるかどうかにかかわらず、電極外側のグルコース濃度を近似すると期待される。加えて、三次元ヒドロゲルは親水性であるので、ＧＬＭでなく三次元ヒドロゲルを実装する電極設計により、更に高速な安定化および水和が実証されるはずである。
【0026】
反応性化学物質へのグルコースの供給を可能にする第１の輸送材料とともに、第２の輸送材料が、反応性化学物質の存在下でグルコースに相補的な反応物を供給するその能力に基づいて選択される。使用されている反応性化学物質がグルコースオキシダーゼであるなら、第２の輸送材料を、酸素を輸送し供給するその能力に基づいて選択することができる。その結果、多くの実施形態では、第２の輸送材料が、一群の材料、例えばシリコーンであってこれに限定されないものから選択される。
【0027】
いくつかの突出電極１００ｂの実施形態とともに、多層構造１０３は、作用導体１０２のＡ側１０６と接触する反応性化学物質の層を含む。突出電極１００ｂは、多層構造１０３のＡ側１０６の表面１１４から持ち上がった突き出し層、すなわち突出１１０からその名称が付いている。多くの実施形態では突出１１０は、第１および第２の輸送材料の両方の層を含む。突出電極１００ｂの多くの実施形態では、第２の輸送材料の選択は、アパーチャ電極に関して記載された優先性に加えて、測定されている被検物質の流れを妨げる、または遮断するその能力に基づいている。したがって、アパーチャ電極１００ａと突出電極１００ｂの両方について、第２の輸送材料は、疎水性である一群の材料、例えばここまでに考察したシリコーンであるがこれには限定されないものから選択される。以下により詳細に考察するとおり、アパーチャ電極および突出電極の両方について、第１および第２の輸送材料の間の相互作用により、被検物質および反応物の効率的な移動または輸送が可能になる。加えて、第１および第２の輸送材料とともに、反応性化学物質に関係する作用導体の位置および向きにより、反応性化学物質と被検物質との間の反応による生成物の完全な消費が可能になる。
【0028】
上に考察した三次元ヒドロゲル、シリコーンおよびグルコースオキシダーゼを使用してグルコースを測定する実施例は、限定するものであると解釈されないものとする。むしろ、この実施例は、多様な被検物質の測定にまで外挿し発展させることのできる操作原理を有する一つの特定の実施形態と見なされるものとする。さらには、用語「第１の輸送材料」および「第２の輸送材料」は、「Ａ側」および「Ｂ側」とともに、添付された図の中で要素を特定する手助けとなる標識として意図されている。これらの用語は、配置、優先性、位置等のいかなる概念を指すと意図されているものでもない。
【0029】
図２Ａ－１および２Ｂ－１は、本発明の実施形態に準拠する、グルコースを測定するように構成されたアパーチャ電極１００ａおよび突出電極１００ｂの代表的な例示である。単純化と可視化の目的のため、図２Ａ－１および２Ｂ－１は、各電極の中の各層を識別する標識とともに共通の番号付けを含む。アパーチャ電極１００ａおよび突出電極１００ｂは、多くの実施形態では親水性材料、例えば三次元ヒドロゲルであるがこれに限定されないものである第１の輸送材料２００を含む。同様に、アパーチャ電極１００ａと突出電極１００ｂの両方とも、作用導体１０２、および少なくとも一層の絶縁体２０４を有する。同様に、アパーチャ電極１００ａと突出電極１００ｂの両方とも、反応性化学物質２０２および第２の輸送材料２０６を含む。アパーチャ電極および突出電極がグルコースを測定するように構成されているこれらの実施形態では、反応性化学物質２０２はグルコースオキシダーゼである。しかしながら、他の実施形態では、反応性化学物質２０２は、測定されることが意図される被検物質に基づいて選択される。例えば、作用電極１００ａおよび１００ｂが、ラクテートを測定するように構成されているとするならば、反応性化学物質はラクテートオキシダーゼを含むことができるが、これには限定されない。いくつかの実施形態、特に、電極が酸素の存在下での測定に使用されるものでは、層または要素、例えば反応性化学物質２０２であってこれに限定されないものは、随意に省略してもよく、電極は正電圧でなく負電圧で作動させることができることに留意されたい。
【0030】
図２Ａ－２は、本発明の実施形態に準拠して、絶縁物２０４、作用導体１０２、反応性化学物質２０２、第１の輸送材料２００、および第２の輸送材料２０６の間の、アパーチャ電極１００ａ内部に見られる過酸化水素発生界面の代表的な例示である。同様に、図２Ｂ－２は、第１の輸送材料２００、第２の輸送材料２０６、反応性化学物質２０２、および作用電極１０２の間の、突出電極１００ｂ内部に見られる過酸化水素発生界面の代表的な例示である。図２Ａ－２および２Ｂ－２の両方において、過酸化水素は、グルコースオキシダーゼ（ＧＯｘ）の存在下、グルコースと酸素との間の化学反応の生成物である：
【0031】
【数1】
【0032】
各実施形態では、グルコースの濃度勾配の結果として、第１の輸送材料２００を通過して反応性化学物質ビアへ向かうグルコース流束が生じる。同様に、反応が生じるのに必要な酸素は、第２の輸送材料２０６を通過する酸素流束を介して供給される。アパーチャ電極１００ａとともに、第２の輸送材料２０２を通過する酸素流束、および第１の輸送材料２００を通過するグルコース流束は、電極の互いに反対の側から、または非類似方向から到達することに留意されたい。同様に、突出電極１００ｂとともに、第２の輸送材料２０６を通過する流束は、第１の輸送材料２００を通通過するグルコースの流束とは類似していない方向から反応性化学物質に到達する酸素を有する。
【0033】
図２Ａ－３および２Ｂ－３は、本発明の実施形態に準拠する、過酸化水素の分解のための支配的な拡散経路の同様な例示である。グルコースオキシダーゼの存在下でのグルコースと酸素の反応により、過酸化水素とグルコン酸が生成される。作用導体１０２に印加される電位により、過酸化水素が作用導体１０２に引き寄せられる。絶縁物２０４および作用電極１０２の間の交線上の点２１２では、過酸化水素は、帯電した作用導体の存在下で以下の式にしたがって分解する：
【0034】
【数2】
【0035】
検知用縁部２１０に沿った過酸化水素の拡散により、アパーチャ電極および突出電極の設計の少なくとも二つの顕著な特徴が可能になる。第１の顕著な特徴は、過酸化水素の濃度勾配が生じることであり、この勾配は点２１２で最高であって、検知用縁部２１０に沿った方向２１４に過酸化水素が移動しつつ消費されると減少するものである。濃度勾配が生じることにより可能になる第２の顕著な特徴は、過酸化水素が作用導体の検知用縁部２１０にわたって力学的に拡散するさいに、ほぼ完全にまたは実質的に完全に酸化され得るまたは消費され得ることである。
【0036】
これは、過酸化水素が酵素の積層全体に生成されるが、電極表面の最も遠い縁部の過酸化物のみが消費されるという従来のインビボグルコースセンサーにおいて使用される平面電極とは全く異なる。同様の状況が、水平の手すりの上に落下するさいの雪解けである可能性があり、この場合には水平の手すりが、電極表面の縁部に類似し、雪解けが、電極表面上で消費されている過酸化水素に類似している。雪が手すり上にいったん落下すると、その手すりは、雪が融解／消費されるまで、さらなる雪との接触から遮断される。同様に、平面電極を用いると、過酸化水素が完全に消費されるまで、作用導体上の反応部位を遮断することができる。アパーチャ電極および突出電極の設計を用いて、反応物および生成物の流束を制御して、静的な反応部位ではなく作用導体にわたる生成物の動的な流れを可能にする濃度勾配を誘起するまたは生成させるようにする。
【0037】
先に考察した実施形態は、具体的にはグルコース－酸素－ＧＯｘ反応を対象とするものであった。本発明の他の実施形態は、異なる反応物、試薬、および被検物質を利用する。これらの特定の反応物および試薬は、制限するものであるとは解釈されないものとし、他の反応物、および試薬が、濃度勾配と、被検物質／試薬の反応の副産物の完全な触媒化を可能にする以降の流束とを確立する反応経路を有することの恩恵を享受できると当業者によって解釈されるものとする。さらには、図２Ａ－１～２Ａ－３および２Ｂ－１～２Ｂ－３において考察した実施形態は、作用電極が正電位で操作されると想定している。他の実施形態、具体的には、過酸化水素の生成ではなく酸素の消費を測定するものは、負電位で作用電極を操作することによって実現することもできる。
【0038】
図３Ａは、本発明の実施形態に準拠して、第１および第２の輸送材料２００および２０６が反応性ビア１０４を用いて被検物質、反応物、および生成物の流束をいかに可能にするかを例示するアパーチャ電極１００ａの代表的な断面である。第１の輸送材料２００における被検物質の流束を、実線の矢印２１２で例示する。矢印２１２は例示目的のため直線として描いてあるが、第１の輸送材料における被検物質の流束の性質は線形ではない可能性があり、そうは見なさないものとする。むしろ、先に考察したように、好ましい実施形態では、第１の輸送材料は、好ましくは、被検物質の実質的に全方向性の流束を可能にするその能力に基づいて選択される。第２の輸送材料２０６を通過する相補的な反応物の流束は、破線の矢印２１６で示してある。同様に、点線の矢印２１４は、被検物質と、反応物と、反応性化学物質２０２との間の反応の生成物の流束を例示する。したがって、グルコースが被検物質である実施形態では、点線の矢印２１４は過酸化水素の流束を例示し、矢印２１２はグルコースの流束を例示し、矢印２１６は酸素の流束を例示する。
【0039】
多くの実施形態では、第１の輸送材料２００および第２の輸送材料２０６の、被検物質または反応物のいずれかの流束を可能にする、または増強する能力によって、材料選択が少なくとも部分的に決まる。例えば、作用電極がグルコース－酸素－ＧＯｘ反応によって生成された電流を測定するように構成されている実施形態では、第１および第２の輸送材料の選択は、グルコースおよび酸素の流束をそれぞれ可能にする輸送材料の能力に依存する。被検物質、例えばグルコースおよびラクテートを、酸素とともに、同様の材料を通して差別化して、そして巧みに設計して流入させることにより、ＧＬＭまたは他の制限膜を概して省略することができる。
【0040】
したがって、グルコースが測定されているいくつかの実施形態では、第１の輸送材料２００は、例えば、グルコースをヒドロゲル内の任意の方向に自由に移動させることのできる三次元ヒドロゲルであって、これには限定されない材料から選択される。グルコースが第１の輸送材料２００内の任意の方向に移動し、グルコースが作用導体１０２で消費されている状態で、グルコースの濃度勾配がヒドロゲル内に確立されることになる。濃度勾配に関連する拡散原理を適用する結果として、反応性ビア１０４に向かう、そしてその内に入る被検物質グルコースの流束が得られる。
【0041】
グルコースオキシダーゼを含む電極のこの特定の実施形態では、第２の輸送材料の選択は、第１の輸送層によって可能になるグルコースの供給を補うようになされる。従って、シリコーンは、酸素を輸送、供給するその能力により、グルコース－酸素－ＧＯｘ反応に付随する酸素欠乏を克服できることから、第２の輸送材料として好ましい選択であり得る。酸素が作用導体で化学反応によって消費されると、酸素の濃度勾配が発生し、この場合、酸素の濃度は作用導体１０２の近くで低く、Ｂ側１０８に近づくにつれて高くなる。再び、濃度勾配に関連した拡散原理を適用する結果、反応性ビア１０４に向かう、そしてその中への酸素の流束が得られる。
【0042】
図３Ｂは、本発明の実施形態に準拠して、被検物質の流束を妨害または遮断する第２の輸送材料２０６の選択によって、被検物質および過酸化水素の流束が、作用電極と並行な方向にいかにして促進されるか、または可能になるかを例示する突出電極１００ｂの代表的な断面の例示である。ここまで、アパーチャ電極に関して、第２の輸送材料を選択するうえでの唯一の考慮点は、相補的な反応物を輸送または供給する能力であった。突出電極を用いると、第２の輸送材料にさらに要求されるのは、被被検物質質の流束を遮断または制限する能力である。図３Ｂに示すように、第２の輸送材料２０６の層が第１の輸送材料２００の上に付着する。第２の輸送材料は流束の被検物質を遮断するので、被検物質は、矢印２１２で示すように第１の輸送層の周囲に沿って入るように制限され、被検物質－反応物－反応性化学物質の反応に基づく消費によりさらに、方向２１２への被検物質の横方向拡散を誘起する。
【0043】
図２Ｂ－１～図２Ｂ－３において先に考察したように、被検物質－反応物－反応性化学物質の反応の生成物は、アパーチャ形状３００の中心に向かって横方向に拡散する際に消費される。多くの実施形態では、第２の輸送材料が反応性化学物質２０２に付着する結果、第２の輸送材料２０６の面積が、アパーチャ形状３００を実質的に覆う、または完全に覆うことになる。アパーチャ形状を覆うことによって、第２の輸送材料２０６は、作用電極１０２に対して垂直な流束を被検物質が誘起できないよう効果的に阻止しつつ、依然として反応物を供給する。むしろ、被検物質の流束は、作用導体に対して垂直に電極に入るのではなく、第２の輸送材料２０６の周囲に誘起されて、被検物質を作用電極１０２に実質的に平行に移動させる。
【0044】
図４Ａは、本発明の好ましい実施形態に準拠して、代謝活性な細胞２５０がアパーチャ電極１００ａに非常に近接している場合に、第１の輸送材料２００によって、反応性ビア１０４への被検物質の流束がいかに可能になるかの代表的な断面の例示である。センサー組み立て体が皮下組織内に挿入される実施形態では、挿入部位によって周囲組織内に限局的な外傷が生じ得る。挿入部位において生じ得る限局的な外傷の一例は、血管の偶発的な破裂または裂傷であり、その結果、センサー組み立て体またはその周囲に血球が放出される。代謝活性な血球はグルコースを消費し、したがって、グルコースを測定するように構成された作用電極の実施形態の性能に影響を及ぼす。
【0045】
アパーチャ電極と、第１の輸送材料２００によって可能になる作用電極に向かう被検物質の流束が発生することとにより、作用電極の性能に及ぼす代謝活性な細胞の影響は低減する。図４Ａに例示する実施形態では、代謝活性な細胞２５０は、アパーチャ電極１００ａに非常に近接しており、被検物質２５２を、これが第１の輸送材料２００に到達する前に消費する。実際、代謝活性な細胞２５０は、反応性ビア１０４の上に影を落とし、被検物質が第１の輸送材料２００に到達する前にこれを消費する。しかしながら、作用電極１０２によって確立される流束と、第１の輸送材料２００の材料特性との理由から、被検物質は、代謝活性な細胞２５０の落とす影を越えて第１の輸送材料２００に入ることができる。被検物質がグルコースである実施形態では、第１の輸送材料２００は、グルコースをあらゆる方向に自由に動かすことのできる三次元ヒドロゲルと称する材料から選択される。第１の輸送材料２００にヒドロゲルを使用することにより、グルコースが作用電極で消費される際にグルコースの流束を最大にすることが可能になる。
【0046】
第１の輸送材料２００に三次元ヒドロゲルを使用することは、グルコース制限膜（ＧＬＭ）を使用するのとは基本的に異なる。ＧＬＭは、酸素の流束を誘起する疎水性領域、およびグルコースの流束を誘起する親水性領域のパターンを含む。正反対の目的と特徴を有するこれらの材料は、一緒にパターン形成され、作用電極の上に配置される。理想的な状況では、ＧＬＭにより、作用電極への酸素とグルコースの理想的な比率の流束が可能になる。しかしながら、もっと悪い場合のシナリオでは、ＧＬＭの使用する結果、作用電極へのグルコース流束を可能とするよう意図された領域または面積全体を、代謝活性な細胞が閉塞することになり得る。若干それほどには問題とならないシナリオでは、作用電極の上の代謝活性な細胞により閉塞されるのは、作用電極へのグルコース流束を誘起するよう意図されたＧＬＭの一部のみである。両シナリオにおいて、ＧＬＭの性質は、閉塞領域を越えたグルコースが作用電極に到達するのを防ぐ。図４Ａに見られるように、第１の輸送材料２００および第２の輸送材料２０６を使用することによって、アパーチャ電極の異なる側にグルコースおよび酸素の両方の流束が分岐する。センサーの異なる側へ被検物質の流束が分離されることと電極の向きとにより、過酸化物の横方向反応表面を含む検知用縁部がさらに可能となり、これは他のセンサー設計では見られないものである。
【0047】
図４Ｂは、本発明の実施形態に準拠する、突出電極の設計が代謝活性な細胞の影響をいかにして最小化するかの代表的な例示である。図３Ｂに関して先に考察したように、第２の輸送材料２０６は、作用電極１０２に平行な被検物質の横方向拡散を誘起するよう意図的に配置される。したがって、代謝活性な細胞２５０が、突出電極１００ｂへの被検物質２５２の直接的な流束を妨げるならば、反応性化学物質２０２に実際に入るどんな被検物質も、同じ横方向拡散経路を辿らなければならない。しかしながら、突出電極に入る被検物質の量が減少すると、代謝活性な細胞が存在することにより、突出電極の応答時間が増加する可能性がある。同様に、多数の代謝活性な細胞の存在下で突出電極の全体的な正確度が悪影響を受ける可能性がある。
【0048】
図５Ａは、本発明の実施形態に準拠する、作用導体１０２とともに露出した導体５５０および５５２の領域を例示するセンサー組み立て体基板５００の上面図である。図５Ａに示す上面図は、センサー組み立て体基板のものであり、完成したアパーチャセンサー組み立て体または突出センサー組み立て体ではないことに留意されたい。図５Ａにおいて、完成した組み立て体ではなくセンサー基板を示す意図は、基板形状の共通性を示して、異なる設計の柔軟性と堅牢性を実証することである。センサー組み立て体基板上の三電極構成の例示では、典型的には、露出した導体５５０を対向電極として使用する可能性がある一方、露出した導体５５２を参照電極として使用する可能性がある。しかしながら、露出した導体５５０および５５２が単一の導体である実施形態では、擬似参照電極として作用する組み合わされた導体５５０および５５２を有する二電極システムとして、センサー組み立て体を操作することが可能である。図５Ａに示される三電極システムに戻ると、作用導体１０２は、図５Ｂおよび５Ｃにおける断面Ａ－Ａに関連してさらに記載されるアパーチャ形状５０２を含む。
【0049】
図５Ｂは、本発明の実施形態に準拠する、図５Ａに見られるセンサー組み立て体基板の最上部に構築可能なアパーチャ電極５００ａの代表的な断面Ａ－Ａである。アパーチャ電極５００ａはアパーチャ形状５０２を含むが、反応性化学物質２０２の付着により、反応性ビア５０４を画定している。所望の厚さの反応性化学物質がアパーチャ形状５０２の側壁を被覆しているので、反応性ビア５０４の有する開口はアパーチャ形状５０２よりも小さい。例示の実施形態では、反応性ビア５０４は、第１の輸送材料２００および第２の輸送材料２０６の両方により充填されている。第１および第２の輸送材料２００および２０６の選択は、反応性化学物質の選択によって影響され得る。
【0050】
図５Ｃ～図５Ｅは、本発明の実施形態に準拠する、図５Ａに示すセンサー組み立て体基板の最上部に構築可能な突出電極５００ｂの代表的な断面Ａ－Ａである。突出電極をアパーチャ電極から差別化する物理的特徴は、アパーチャ電極の多層基板の全層を縦断する貫通ビアを突出電極が含まないことである。これは、図５Ｃにおいて明白であり、この場合、アパーチャ形状５０２は、作用電極１０２を露出させる、絶縁物５０１における開口である。絶縁物５０１と、アパーチャ形状５０２によって露出した作用電極１０２とは、反応性化学物質２０２を用いて覆われる。反応性化学物質２０２の層は、第２の輸送材料２０６の選択的な配置によって少なくとも部分的に覆われる表面１１４をさらに画定している。好ましい実施形態では、第２の輸送材料の配置は、実質的にアパーチャ形状５０２の直上に存在している。加えて、表面１１４上の第２の輸送材料２０６の面積は、アパーチャ形状５０２と実質的に同じになるように選択される。例えば、図５Ａに示されるようにアパーチャ形状５０２が円形である実施形態では、第２の輸送材料の配置も円形であり、アパーチャ形状と実質的に整列している。第２の輸送材料がアパーチャ形状５０２の上に実質的に整列しているのは意図的であり、それは、アパーチャ形状５０２の縁部からアパーチャ形状の中心に向かう被検物質の横方向拡散が生じ易くなるからである。
【0051】
図５Ｄおよび５Ｅは、本発明の実施形態に準拠し、第１の輸送材料の層を利用して、作用電極上での被検物質と反応性化学物質との間の反応による副産物の反応物の横方向拡散をさらに増強させる突出電極５００ｂの他の実施形態である。絶縁物５０１は図５Ｃと同様に、作用電極１０２の一部を露出させるアパーチャ形状５０２によって画定される開口を含む。しかしながら、作用導体１０２に付着した反応性化学物質２０２の層は、表面１１４までは達していない。むしろ、反応性化学物質２０２の層を、作用電極１０２の上に意図的に付着させる結果、表面１１４と反応性化学物質の最上部との間に段差が生じている。図５Ｄでは、第１の輸送材料２００の層が反応性化学物質２０２の上に付着する結果、輸送材料２００の少なくとも一部が表面１１４より上まで延在している。図５Ｅにおいて、第１の輸送材料２００の層が、反応性化学物質２０２とアパーチャ形状５０２に隣接する表面１１４の小領域との上に付着する結果、第１の輸送表面５１０が得られる。
【0052】
図５Ｄおよび５Ｅの両方において、第２の輸送材料２０６の層が第１の輸送材料２００の上に付着し、表面１１４を越えて突出形状をさらに画定する。図５Ｄにおいて、第２の輸送材料２０６の付着は、実質的に図５Ｃに記載されたとおりに行う。この結果、表面１１４からさらに遠ざかるように延在する突出形状と、突出部の縁部に沿って第１の輸送材料２００に入る被検物質の通路５０８との両方が生じる。図５Ｅでは、第１の輸送材料によって画定される表面５１０は、第１の輸送材料２００内部の被検物質の流束を増加させることができるように、さらに大きな表面積を与える。図５Ｃに関して先に考察したように、図５Ｄの通路５０８および図５Ｅの表面５１０への被検物質の流束を制限または限定するために、第２の輸送材料の付着は、アパーチャ形状５０２と実質的に同じ面積で行われる。これらの実施形態のそれぞれにおいて、突出の縁部へ向かう被検物質を制限することにより、アパーチャ形状５０２の周囲からアパーチャ形状５０２の中心に向かう被検物質の横方向拡散が増強される。
【0053】
図５Ｆ、５Ｇ、および５Ｇ－１は、本発明の実施形態に準拠する、突出電極およびアパーチャ電極によって生成された代表的なデータである。図５Ｆは、図５Ｃ～５Ｅに記載のものと同様の突出電極を緩衝溶液中に配置し、グルコースを周期的な間隔で１００ｍｇ／ｄＬで導入した場合に、電流の時間経過をナノアンペアで例示したものである。図５Ｇは、本発明の実施形態に準拠する、アパーチャ電極を使用して生成された代表的なデータである。図５Ｇは、図５Ｂに記載のものと同様の代表的なアパーチャ電極を緩衝溶液中に配置し、グルコースを周期的な間隔で１００ｍｇ／ｄＬで導入した場合に、電流の時間経過をナノアンペアで例示するものである。
【0054】
図５Ｇ－１は、反応性化学物質としてラクテートオキシダーゼ（ＬＯＸ）を用いた突出電極を緩衝溶液中に配置し、乳酸を周期的な間隔で０．１ｍｍｏｌ／Ｌずつ導入した場合に、この電極によって生成されたデータである。このデータは、０～６ｍｍｏｌ／Ｌの生物学的に関連する範囲で線形性を実証している。加えて、図５Ｇ－１に例示の結果は、図５Ｆにおけるデータを生成した突出電極グルコースセンサーを構築するのに使用したのと同じ突出電極製造技術を実行しつつ、ＧＯＸをＬＯＸに置き換えることによって得られた。反応性化学物質を単に切り替えることによって第２の被検物質をこのように検出できることは、ＧＬＭを用いて製造されるセンサーと比較して、突出電極およびアパーチャ電極の両方が有するさらに高い柔軟性を実証するものである。ＧＬＭを有するセンサーが異なる被検出物質を感知できるようにするためには、異なる被検物質に特化した制限膜が必要となる。したがって、ＧＬＭに依存するセンサー設計を変更してラクテートを測定するためには、ラクテート制限膜を開発する必要がある可能性がある。突出電極のデータで実証したように、ラクテート制限膜を設計、開発する必要性はなく、その理由は、第１の輸送材料により充分なラクテート流束が可能になり、第２の輸送材料により充分な酸素流束が可能になることにより、生物学的に関連する範囲にわたり線形性を示すラクテートセンサーが可能になるからである。
【0055】
図５Ｈおよび５Ｉは、本発明の実施形態に準拠する、突出電極から得られたデータから生成された較正曲線である。図５Ｈに、酸素の様々な濃度を有する緩衝溶液中に突出電極を配置し、指示されたグルコース濃度を緩衝液中で実現した場合に生成される電流をナノアンペアで示す。図５Ｈにおいて、緩衝溶液中の第１の酸素濃度はほぼ周囲濃度であり、第２の酸素濃度は約５％であった。図５Ｈに例示するデータは、酸素濃度の変化に関係なく、妥当な線形性および安定性を実証している。
【0056】
図５Ｉに、人体内の間質液に見られるものにさらに典型的な酸素の様々な濃度を有する緩衝溶液中に突出電極を配置した場合に生成される電流をナノアンペアで示す。図５Ｉに例示するデータは、緩衝流体内の酸素濃度が約５パーセントと１パーセントの両方で生成した。概して言えば、５パーセントの酸素は標準的な動作濃度に近いが、１％の酸素は人体の間質液中での制限された酸素環境であると概して見なされる可能性がある。図５Ｉに示すように、較正曲線は５パーセントと１パーセントの間の酸素濃度で線形性と安定性を維持している。
【0057】
図５Ｊは、本発明の実施形態に準拠する、アパーチャ電極から得られたデータから生成された較正曲線である。図５Ｊに、酸素濃度がほぼ周囲濃度に等しい緩衝溶液中にアパーチャ電極を配置した場合に生成される電流をナノアンペアで示す。再び、点線は、広範囲のグルコース濃度にわたってデータの妥当な線形性および安定性を実証している。
【0058】
図５Ｋは、二つの異なる条件でグルコースを測定するために突出電極を使用して生成された較正曲線のデータである。黒い実線は、既知量のグルコースを緩衝溶液に添加したインビトロ条件から生成された較正曲線である。個別の黒い点は、インビボ試験のために静置したヘパリン化全ウシ血液のバイアルにグルコースを導入した偽ビボ（ｆａｕｘ ｖｉｖｏ）試験から得られた測定結果である。データの両組は室温で取得した。インビトロだけでなく、インビボ試験の態様を近似する困難な偽ビボ環境で、実質的に類似したグルコースの濃度の測定値が得られたことから、このデータは、ヒドロゲルおよびシリコーンを用いたセンサーの能力により、全範囲で較正の要らないグルコース検知が可能になることを実証するものである。
【0059】
図６Ａは、本発明の実施形態に準拠する、露出した導体６０６および６０８に沿って露出した作用導体１０２を例示するセンサー組み立て体基板６００の上面図である。また、図６Ａに見られるのは、作用導体１０２を伴う外周６０２および内周６０４によって画定される反応性領域６１０である。先に考察したように、反応性領域６１０は概して、任意の多角形から円形まで任意の多様な形状を取ることができるアパーチャと見なすものとする。なお、周囲６０２および６０４は同じ形状で示されているが、他の実施形態ではこれらの周囲は、実質的に同心である限り、異なる形状であってもよい。
【0060】
図６Ｂは、本発明の実施形態に準拠する、図６Ａに見られるセンサー組み立て体基板の最上部に構築可能なアパーチャ電極６００ａの代表的な断面Ｂ－Ｂである。アパーチャ電極６００ａは、多層の絶縁物２０４と共にＡ側１０６およびＢ側１０８を含む。絶縁物２０４の最もＡ側の表面と同一平面上にあるのは、図６Ａのように上から見たときに反応性領域６１０が見えるようになっている反応性化学物質２０２である。反応性化学物質２０２は、ビア６０４内にさらに延在して、側壁６１２を少なくとも部分的に裏打ちする、または被覆する。側壁６１２を反応性化学物質２０２で裏打ちまたは被覆し、作用電極１０２との電気的な導通を形成して、作用ビアをさらに画定する。
【0061】
図５Ｂでは、反応性化学物質２０２を絶縁物２０４の全体に付着させた。図６Ｂに例示するように、反応性化学物質２０２は、作用導体１０２のＡ側の絶縁物２０４を部分的にしか覆っていない。これにより、アパーチャ電極を製造するのに必要な反応性化学物質２０２の全体量が削減される。
【0062】
図６Ｃは、本発明の実施形態に準拠する、図６Ａに見られるセンサー組み立て体基板の最上部に構築可能な突出電極６００ｂの代表的な断面Ｂ－Ｂである。絶縁物２０４のさらなる層が、作用導体１０２のＡ側１０６に付着している。一実施形態では、反応性化学物質２０２は、アパーチャ形状６０４にわたり絶縁物２０４の単一の層と同一高さになるように付着している。絶縁物２０４の第２の層がＡ側１０６に付着している。絶縁物２０４の第２の層は、第１の輸送材料２００を用いて引き続き充填されるアパーチャ形状６０２を含む。第２の輸送材料２０６の層は、第１の輸送層２００の上に配置され、第２の輸送材料２０６の層は、アパーチャ６０４と実質的に同じサイズを有する。
【0063】
本発明の実施形態に準拠して、図６Ｄ～６Ｈはアパーチャ電極の代替実施形態である一方、図６Ｉ～６Ｌは突出電極の代替実施形態である。図６Ｄ～図６Ｌに見られる実施形態のそれぞれは、第１の輸送材料２００を通過して反応性化学物質２０２に向かう被検物質の流束を例示する矢印２１２を含む。これらの実施形態は、第２の輸送材料２０６を通過して反応性化学物質２０２に向かう反応物の流束を示す矢印２１６をさらに含む。矢印２１４は、作用導体１０２に向かいそれを横切る、被検物質－反応物－反応性化学物質２０２の反応の生成物の流束を例示する。矢印２１２、２１６、および２１４は、流束の巨視的概念を説明することを意図しており、説明的とみなすものとする。概して、アパーチャ電極の様々な実施形態の間の違いは、反応性ビア内またはその回りの反応性化学物質２０２の配置に関連づけられる。図６Ｆにおいて、反応性化学物質２０２は物理的に作用導体１０２と接触していないことに留意されたい。同様に、突出電極の様々な実施形態の違いは、第１の輸送材料２００と反応性化学物質２０２の比率および配置に関連づけられる。
【0064】
図６Ｍおよび６Ｎは、本発明の実施形態に準拠する、センサー組み立て体の形状をいかに使用して被検物質の流束を増強することができるかを例示する突出電極のさらなる実施形態である。図６Ｍおよび図６Ｎはそれぞれ、作用導体１０２が反応性化学物質２０２に露出している場合を除き絶縁物２０４に囲まれている作用導体１０２を含む。第１の輸送材料２００は、何らかの絶縁物２０４と共に反応性化学物質２０２の上に付着させる。第２の輸送材料２０６の層は、第１の輸送材料２００の層の上に付着させる。第２の輸送材料２０６は、反応物に相補的な反応物の流束を許容するまたは可能にするその能力および被検物質の輸送または流束を防止する能力に基づいて選択されることを思い出されたい。第１の輸送材料２００と反応性化学物質２０２の両方の上に第２の輸送材料２０６を意図的に配置することにより、作用電極に対して垂直な方向を被検物質の流束が向く可能性を効果的に低減しつつ、被検物質に相補的な反応物の比例的に大きな流束を可能にすることができる。反応性化学物質２０２および作用電極１０２に対する法線方向が第２の輸送材料２０６によって実質的に遮断された状態で、被検物質は、矢印２１２によって指示される方向へ向かって、突出の周囲の第１の輸送材料２００内に入るように効果的に促される。図６Ｍを図６Ｎと比較すると、図６Ｎの第１の輸送材料２００の表面積が増加していることに留意されたい。これらの実施形態では、第１の輸送材料の表面積を増加させることにより、より多くの被検物質がセンサーに入るようにできるので、被検物質の流束を向上させることができる。
【0065】
構成のいかんにかかわらず、矢印２１２および２１６の方向が類似していないことが、被検物質および反応物の流束が非類似方向に向っていることを示しているのに留意されたい。突出電極のいくつかの実施形態では、アパーチャ電極の場合よりもそうなる可能性があるが、被被検物質物と反応物との間で流束の方向が類似しないのは、被検物質と反応物がそれぞれの輸送材料に最初に入る時点でさらに顕著である可能性がある。加えて、作用導体１０２にわたる被検物質－反応物－反応性化学物質流束の間の反応の生成物の流れに留意されたい。アパーチャ電極の実施形態では、矢印２１４によって例示される生成物の流束は、作用導体１０２の面６２０にわたっている。同様に、突出電極の実施形態では、矢印２１４によって例示される生成物の流束は、作用導体１０２の面６２０にわたっている。被検物質－反応物－反応性化学物質の間の反応の生成物の独立した流束と併せて反応性化学物質に向かう被検物質および反応物の流束の方向が類似していない結果、電極内の様々な濃度勾配が生じる。様々な反応の各成分の固有の濃度勾配は、調整可能で長い拡散長と結びついており、センサー出力に及ぼす限局的な機械的および濃度の摂動の影響を低減することによって、工場での較正に必要な安定性に寄与し得る。
【0066】
図７Ａ～図７Ｃは、本発明の実施形態に準拠する、多層構造内部の異なる位置に作用導体１０２を配置させることを例示するよう意図した代表的なアパーチャ電極の断面である。作用導体１０２は、図７ＡのＢ側１０８に向かって偏しているが、図７Ｂでは、作用導体１０２は、多層構造内の実質的な中心にある。図７Ｃでは、作用導体１０２はＡ側１０６に向かって偏している。多層構造内に作用導体１０２を様々な配置にする動機には、センサー組み立て体の全厚さ、第１の輸送材料２００および第２の輸送材料２０６の付着量、ならびに反応性化学物質２０２、第１の輸送材料２００、および第２の輸送材料２０６それぞれの流れの特徴が挙げられる。
【0067】
いくつかの実施形態では、アパーチャ内の最小の反応性領域を保証するために、特定の全厚さを有するセンサー組み立て体を有することが望ましい場合がある。アパーチャ内の反応性領域は、作用電極によってどれだけの電流を発生させることができるかに直接関連づけられる。よって、センサー組み立て体が厚くなるにつれて、反応物にとってアパーチャ内の表面積が大きくなり、発生する電流が大きくなる。多層構造内の作用導体１０２の位置取りはまた、アパーチャを充填するのに必要な第１および第２の輸送材料２００および２０６の量に影響を及ぼし得る。第１の輸送材料２００が比較的安価であり、第２の輸送材料２０６がより高価である実施形態では、第２の輸送材料２０６の使用を減らすことが有利であり得る。
【0068】
反応性化学物質２０２の流束の特徴はまた、多層構造内の作用導体１０２の配置に影響を及ぼし得る。スクリーン印刷を用いて反応性化学物質２０２を付着させる実施形態において、反応性化学物質２０２材料の粘度は、ビアの側壁に沿って所望の厚さを得るには重要となり得る。非常に高粘度の材料は、反応性層が非常に厚くなったり、ビア２１０の側壁が完全に覆われなかったりという結果になる場合がある。したがって、反応性化学物質２０２用のさらに高粘度の材料では、図５Ｃに示す実施形態を使用することが望ましい場合がある。同様に、さらに低粘度の反応性化学物質は、ビアの側壁の不完全なまたは部分的な被覆または反応性層の不十分な厚さといった結果につながる場合がある。いずれの実例でも、低粘度材料は、側壁上に被覆を残すのではなく、完全にビアを通過して単に流れることになり得る。反応性化学物質２０２の厚さは、適切な作用電極の操作を保証するための核心であり得る。三次元ヒドロゲルの使用と組み合わせたアパーチャ幾何学形状によって、作用導体１０２へ反応物を充分に輸送することができると同時に、反応性化学物質２０２の厚さによって、作用導体１０２上に、測定可能な電気信号を連続的に生成するのに充分な生成物が確実に存在するようになる。
【0069】
図８Ａおよび８Ｂは、本発明の実施形態に準拠する、センサー組み立て体性能の特定の態様をさらに増強するためにさらなる内部層を有するセンサー組み立て体の代表的な断面の例示である。図８Ａは、作用導体１０２の上の複数の化学物質層を示すアパーチャセンサー組み立て体断面の代表的な例示である。具体的には、図８Ａでは、化学物質層８０２が反応性化学物質２０２の上に付着する。いくつかの実施形態では、化学物質層８０２は干渉拒絶層である。作用電極がグルコースを測定するように設計されている多くの実施形態においては、化学物質層８０２または干渉拒絶層は、アセトアミノフェン、アスコルベート（ａｓｃｏｒｂａｔｅ）およびウレート（ｕｒａｔｅ）など干渉性化学種の拒絶を支援するように選択することができる。グルコース以外の被検物質を測定するように設計された実施形態では、化学物質層８０２は、他の好ましい干渉性化学種の拒絶を支援するように選択することができる。
【0070】
図９Ａおよび９Ｂは、本発明の実施形態に準拠して、化学物質層９０２が、第１の輸送材料２００と第２の輸送材料２０６とを分離する、アパーチャ作用電極と突出作用電極との両方の断面の代表的な例示である。いくつかの実施形態では、化学物質層９０２は、第１の輸送材料２００と第２の輸送材料２０６との間の接着を促進する接着層である。様々な実施形態において、第１の輸送材料２００および第２の輸送材料２０６が不適合である場合がある。不適合性の種類の例には、第１の輸送材料と第２の輸送材料との間の界面における混合、または望ましくない副産物を生成する第１の輸送材料と第２の輸送材料との間の化学反応が挙げられるがこれらに限定されない。別のタイプの不適合性は、第１または第２の輸送材料のいずれかまたは両方を完全に硬化させることができないことである。第１および第２の輸送材料の間に不適合性が存在する実施形態では、第１および第２の輸送材料の間に化学物質層９０２を含めることが有益であり得る。
【0071】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、本発明の実施形態に準拠する、アパーチャ電極組み立て体１０００ａおよび突出電極組み立て体１０００ｂの代表的な断面の例示であり、この場合、化学物質層１００２が反応性化学物質２０２を完全に包含している。図１０Ａは、化学層１００２が反応性化学物質２０２を完全に囲繞している点で図８Ａと異なる。同様に、図１０Ｂと図８Ｂとを比較すると、化学物質層１００２は反応性化学物質２０２を完全に覆っている。したがって、多くの実施形態では、化学物質層１００２は、作用電極によって測定されている被検物質と干渉する望ましくない化学種を拒絶するように画定された干渉拒絶層である。あるいは、第１の輸送材料自体の内部に干渉拒絶層を一体化することができる。例えば、電気的に活性な干渉性化合物を拒絶するまたはこれと複合体形成するように設計された帯電したポリマー性および非ポリマー性の分子を、酵素閉じ込めに使用される三次元ヒドロゲルおよび／または酵素と溶液との間の３Ｄヒドロゲルのいずれかの中に含めることができる。この技術による干渉拒絶は、電極設計によって支持された高透過性の第１および第２の輸送材料の拡散経路が長いことによってさらに増強される。
【0072】
代替実施形態では、化学物質層１００２は、所望の種が反応性化学物質から離れる方向へ拡散するのを防止しつつ、望ましくない化学種が反応性化学物質に向かって拡散するのを制限する。例えば、いくつかの実施形態では、化学物質層１００２は、過酸化水素が反応性化学物質２０２から遠ざかる方向に拡散するのをさらに制限しつつ、アセトアミノフェンが反応性化学物質２０２中に拡散するのを制限することができる。別の例では、化学物質層１００２は、間質液中で自然に発生する過酸化水素が作用導体１０２に到達しないよう拒絶することにより、グルコース－酸素－ＧＯＸ反応によって生成された過酸化水素のみが作用導体で確実に消費されるようにする。
【0073】
図１１Ａは、本発明の実施形態に準拠して、完成時には、第１の輸送材料の側面に沿った非対称の横方向拡散を可能にする突出電極用の基板１１００の代替実施形態の上面図である。図１１Ａと図５Ａとを比較すると、１つの違いは、図１１Ａにおけるアパーチャ形状５０２がないことである。しかしながら、このアパーチャのないことによって、基板１１００上に突出電極の形成が排除されるものではない。むしろ、図１１Ａに見られるように、作用導体１０２は、絶縁物２０４によって取り囲まれつつ完全に露出している。図１１Ｂに関して記載することになるとおり、第１および第２の輸送材料とともに反応性化学物質を付着させた後に、作用導体１０２の全長の両側に沿った被検物質の横方向拡散が可能になる。
【0074】
図１１Ｂは、本発明の実施形態に準拠する、図１１Ａに例示された基板に基づく完成した突出電極の等角投影図断面Ｃ－Ｃである。図１１Ｂに例示された断面を図５Ｅの断面と比較すると、実質的に同一の断面が得られる。しかしながら。２つの実施形態を概念的に区別する一つの方法は、図５Ｅが個別の突出の断面であり、図１１Ｂがセンサー組み立て体全体の長さにわたって延びていてもよいリブ（ｒｉｂ）の断面であることである。よって、突出が、突出の全周囲をめぐって横方向拡散を可能にする個別の突出である場合、リブは、縁部１１１０ａおよび１１１０ｂの両方に沿った横方向拡散を可能にする。この実施形態は、センサー組み立て体の体積全体にわたる第１の輸送材料２００の分布が、生物活性な細胞要素、例えば赤血球および白血球によって被検物質の流束が遮断または妨害される可能性をいかにして回避するかを、さらに例示している。第１の輸送材料として三次元ヒドロゲルを使用することにより、生物活性な細胞の影響に対する耐性をすでに向上できているのと同時に、図１１Ｂにおけるもののような実施形態は、センサーのほぼ全長となり得る縁部１１１０ａおよび１１１０ｂにわたる被検物質の流束を可能にすることにより、耐性をさらに増強する。
【0075】
図１１Ｑは、本発明の実施形態に準拠する、多様な構成の突出電極を作製するのに好適なセンサー組み立て体基板１１２０の上面図の例示である。センサー組み立て体基板１１２０は、絶縁物２０４で覆われた作用導体１０２を含む。さらに、アパーチャ形状１１１２が絶縁物２０４内部に作られており、下にある作用導体１０２を露出させている。
【0076】
図１１Ｒおよび図１１Ｓは、本発明の実施形態に準拠する、センサー組み立て体１１２０ａおよび１１２０ｂの側面図である。センサー組み立て体１１２０ａの側面図は、第２の輸送材料２０６の付着の違いを示すよう意図されている。図１１Ｒでは、第２の輸送材料２０６をアパーチャ形状１１１２の上に付着させた。図１１Ｓでは、第２の輸送材料２０６を全表面に付着させた。
【0077】
図１１Ｔは、本発明の実施形態に準拠するセンサー組み立て体１１２０ｂの断面Ｑ”－Ｑ”の等角投影図である。この断面は、図１１Ｒおよび図１１Ｓに見られる、区画１１１４、区画１１１６、および区画１１１８の間の描写を例示する。断面はさらに、区画１１１８が単に、第２の輸送材料２０６によって画定される層についての別のコールアウト（ｃａｌｌｏｕｔ）であることを示している。
【0078】
図１１Ｔは、第２の輸送材料２０６の異なる付着がセンサー組み立て体１１２０ａおよび１１２０ｂの両方の内部での被検物質輸送にどのように影響するかを視覚化する手助けとなるはずである。センサー組み立て体１１２０ｂについては、被検物質は、概して矢印２１２によって示される方向への被検物質の流束を可能にする第１の輸送材料２００によって、反応性化学物質２０２に輸送される。先に考察したとおり、第２の輸送材料２０６は、露出した縁部に沿って入る場合を除き、被検物質が第１の輸送材料２００に入るのを防止すると同時に、作用導体２０２に実質的に垂直な方向に反応性化学物質２０２へ反応物を供給し、これは矢印２１６により示されるとおりである。しかしながら、区画１１１６の両縁部に沿って、第１の輸送材料２００は露出しており、被検物質は第１の輸送材料２００を通って横方向に拡散することができる。被検物質が第１の輸送材料２００を通過して横方向に拡散すると、反応性化学物質２０２と反応して副産物を生成し、これがアパーチャ形状１１１２の縁部から作用導体１０２の中心に向かって横方向に拡散し続ける。
【0079】
本発明の実施形態に準拠して、図１１Ｕは、センサー組み立て体１１２０ａの代表的な断面Ｑ’－Ｑ’であり、図１１Ｖは、センサー組み立て体１１２０ｂの代表的な断面Ｑ’－Ｑ’である。断面Ｑ’－Ｑ’により、センサー組み立て体内部の複数の作用電極を見ることができる。図１１Ｕと図１１Ｖとの間で第２の輸送材料２０６の付着を比較により、アパーチャ形状１１１２の上への個別の付着と、センサー組み立て体全表面を覆う全面の被覆との間の違いがさらに例示される。図１１Ｕはさらに、異なるセンサー組み立て体１１２０ａおよび１１２０ｂについて異なる被検物質の流束を視覚化することができる。センサー組み立て体１１２０ａを用いると、付着した第２の輸送材料２０６の間の間隙により、作用導体１０２に垂直な方向で被検物質が第１の輸送材料２００に入ることが可能になり、これは図１１Ｕの流線１１２を見られたい。これにより、被検物質は、付着した第２の輸送材料２０６の周りで均一に第１の輸送材料に入ることが可能になる。
【0080】
図１１Ｗ～図１１Ｙは、本発明の実施形態に準拠する、突出電極の様々な実施形態の代表的な例示である。図１１Ｗでは、反応性化学物質２０２がアパーチャ形状１１１２を充填し、アパーチャ形状１１１２の縁部の上に延在する一方、第１の輸送材料２００は電極組み立て体の縁部まで延在する。加えて、第２の輸送材料２０６は、アパーチャ形状１１１２の実質的な上に付着する。図１１Ｘでは、反応性化学物質２０２はアパーチャ形状１１１２を充填し、アパーチャ形状１１１２の縁部の上に延在する。図１１Ｗに示される実施形態と同様に、第１の輸送材料２２００は、電極組み立て体の縁部まで延在する。しかしながら、図１１Ｗに示す実施形態とは異なり、第２の輸送材料２０６は、アパーチャ形状１１１２の真上には限定されない。むしろ、第２の輸送材料２０６は、第１の輸送材料２００のように電極組み立て体の縁部まで延在する。この実施形態は、所望の長さの拡散経路を実現するために、第１の輸送材料と第２の輸送材料との間の相互作用をいかにして調整することができるかを例示する。図１１Ｙに例示される実施形態では、反応性化学物質２０２はアパーチャ形状１１１２内部に制限される結果、第１の輸送材料２００は、アパーチャ形状１１１２の残りを充填し、電極組み立て体の縁部まで延在している。図１１Ｘにおける実施形態と同様に、図１１Ｙにおける第２の輸送材料２０６は、電極組み立て体の縁部まで延在する。上に考察した特定の実施形態は代表的なものであり、本開示の範囲を制限すると解釈されないものとする。横方向拡散を利用する突出電極は、アパーチャ形状、反応性化学物質、第１の輸送材料、および第２の輸送材料の多くの異なる入れ替えを使用して形成してもよい。
【0081】
本発明の実施形態にしたがって、図１１Ｚ－１は、第１の輸送材料２００を個別に付着させた４つの突出電極を有する実証的なセンサー組み立て体の等角投影図である一方、図１１Ｚ－２は、図１１Ｚ－１に示されたセンサー組み立て体の断面Ｚ’－Ｚ’であり、図１１Ｚ－３は、断面Ｚ－Ｚである。図１１Ｚ－１に示す等角投影図は、露出した第１の輸送材料の側面に沿って入る矢印２１２を使用して、被検物質の流束を例示する。作用導体１０２に対して実質的に垂直である矢印２１６を用いて、反応物の流束を例示する。第１の輸送材料２００および反応性化学物質２０２の図１１Ｚ－１～１１Ｚ－３において使用される層の形状および相対的な厚さは、限定することを意図しているのではなく、むしろ実証するものであるとみなされるものとする。図１１Ｚ－１～１１Ｚ－３の意図は、独立した作用電極の間で第１の輸送材料が一つにつながっていない実施形態を提示することである。図１１Ｚ－２では、第１の輸送材料２００が個別に分離しているのが明らかであり、この場合、第２の輸送材料２０６は、第１の輸送材料２００を第１の輸送材料２００’から分離している。図１１Ｚ－３には、拡散経路の長さの調整を可能にするだけでなく拡散経路の幅または厚さの調整も可能にする様々な材料間の相互作用をさらに例示する。
【0082】
図１２Ａは、本発明の実施形態に準拠する、露出した作用導体１０２の領域と絶縁物２０４の領域を示すセンサー組み立て体基板の上面図である。この実施形態は、図５Ｅに記載された突出電極、または図１１Ａおよび１１Ｂに記載されたリブ電極に似ているが、図１２Ｂおよび図１２Ｃの両方を考察することによって、作用電極１０２の設計形状の差別化が記載されることになる。
【0083】
図１２Ｂおよび１２Ｃはそれぞれ、異なる物理的構造を有しつつ突出電極の基本原理に基づき動作する作用電極のさらに別の実施形態を例示する、作用導体の代表的な断面図Ｄ－ＤおよびＥ－Ｅである。図１２Ｂに例示するとおり、作用電極の一部が露出され、開口は反応性化学物質２０２で部分的に充填されている。しかしながら、図１２Ｃを見ると明白になるのは、図５Ｅに示す個別の突出と図１１Ｂに示す連続したリブの両方とは、構造がわずかに異なることである。図１２Ｃは、露出した作用導体１０２にわたって反応性化学物質１０２が縞状または帯状に付着しているのを示す作用導体の断面Ｅ－Ｅである。ここでは、本発明の実施形態にしたがって、反応性化学物質１０２の間隙および反応性化学物質１０２の層自体が、第１の輸送材料２００の層内部に密閉されてセンサー組み立て体基板になるまで、作用導体１０２の部分は本質的にむき出しのままになる。図１２Ｃに見られるように、第２の輸送材料２０６の層は、露出した作用導体上での反応物および副産物の横方向拡散を誘起するために、反応性化学物質の縞または帯の上に付着させる。
【0084】
図１３は、本発明の実施形態によるアパーチャ電極と突出電極の両方を製造する操作を例示する代表的なフローチャートである。このフローチャートは、開始操作１３００で始まる。操作１３０２では導体材料をパターン形成する一方、操作１３０４ではパターン形成された導体材料に絶縁物を付着させる。フローチャートの左側を引き続き下っていく結果、導体と絶縁物とを貫通するビアが操作１３０６で形成されるとアパーチャ電極が形成される。随意の操作１３０８では、例えば白金黒であってなどであってこれには限定されない導電性エンハンサーを導体側壁に付着させる。操作１３０８が省略されているのであれば、操作１３１０で、反応性化学物質がビアに付着して反応性ビアが形成される。先に考察したとおり、反応性化学物質は、測定される被検物質に基づいて選択される。したがって、グルコースを測定する場合、反応性化学物質はグルコースオキシダーゼであってもよく、一方でラクテートを測定する場合、反応性化学物質はラクテートオキシダーゼであってもよい。一つの特定の実施形態では、測定されている被検物質が酸素である実施形態では、操作１３１０でさえ随意であると見なしてもよい。
【0085】
一実施形態では、反応性化学物質の付着は、スクリーン印刷工程を用いて行う。最初に、所望の量の反応性化学物質をビアのＡ側に付着させ、ビアのＢ側から真空引きして、反応性化学物質をビア内に引き込み、ビア内部に反応化学物質の完全で均一に厚い層を残す。上記のビア内部に反応性化学物質を付着させる特定の技術は、限定するものではなく代表的なものと見なされるものとする。他の実施形態では、リソグラフィー、スピンコーティングなどが挙げられるがこれらに限定されない、ビア内部に反応性化学物質を付着させる様々な技術を利用する。アパーチャ電極の形成を続けると、操作１３１２では第２の輸送材料をアパーチャのＢ側に付着させる一方、操作１３１４では第１の輸送材料をアパーチャのＡ側に付着させる。アパーチャ電極の形成を記載するフローチャートの左側は、操作１３１６で完了する。
【0086】
突出電極を形成する操作が続くということは、パターン形成された導体材料に絶縁物を付着させる操作１３０４の完了にまで戻ることを意味する。多くの実施形態では、絶縁物は、パターン形成された導体材料のＡ側に付着し、絶縁体は、開口、またはアパーチャ、または、パターン形成された導体の一部を露出した状態にする形状を含む。いくつかの実施形態では、これらの開口は円形であるが、他の実施形態では、開口は矩形であってもよく、センサー組み立て体のほぼ全長にわたって延在していてもよい。Ａ側絶縁物の内の開口またはアパーチャの大きさの形状にかかわらず、同じ随意の操作１３０８で、露出した導体に導電性エンハンサーが付着する。先に考察したように、操作１３０８を実行する実施形態では、導電性エンハンサーは、例えば白金黒であってこれには限定されない材料であってもよい。操作１３２０に進むと、露出した導体材料に反応性化学物質が付着し、それによって反応性アパーチャが形成される。いくつかの実施形態では、反応性化学物質は、絶縁物によって形成される開口またはアパーチャ内部に含有される。他の実施形態では、反応性化学物質は、導体の上の開口の体積を超過する。操作１３２２で、第２の輸送材料を、反応性アパーチャの上に付着させ、よってＡ側絶縁物の表面を越えて延在する突出が形成される。多くの実施形態では、第２の輸送材料の付着により、導体を露出させる、絶縁物中の開口またはアパーチャが覆われる。アパーチャを覆う意図は、アパーチャ開口の中心に向かう、反応物および反応副産物の横方向拡散を生成または誘起することである。
【0087】
アパーチャ電極がグルコース測定するように構成されている実施形態では、第２の輸送充填剤は、突出より下のビアまたは反応性アパーチャの内部で生じる電気化学反応に酸素を供給し蓄えるシリコーンの能力に起因して、シリコーンを用いた一群から選択される可能性が高い。グルコースセンサーを引き続き考慮すると、第１の輸送材料は、グルコースの全方向性輸送を可能にした、ヒドロゲルを用いた一群から選択される可能性が高い。
【0088】
上述の特定の操作は、制限するものとは解釈されないものとする。むしろ、図１３および関連する考察は、突出電極の代表的なアパーチャを作製するのに使用してもよいと考えられる操作のそれぞれ個別の実施例と解釈されるものとする。他の実施形態は、本文献に記載の実施形態であっても、アパーチャまたは突出の内部およびその周りの層および材料の構成によっては、必要となる操作がさらにある可能性、またはもっと少ない可能性さえある。
【0089】
図１４Ａ－１４Ｇは、本発明の実施形態に準拠する、アパーチャ電極の代表的な製造工程の断面の例示である。図１４Ａに、Ａ側１０６とＢ側１０８に付着した絶縁物２０４とを有する作用導体１０２の断面を示す。図１４Ｂは、Ｂ側１０８に絶縁物１４０２のさらなる層を追加することを含む。加えて、絶縁物１４０４の層が作用導体１０２のＡ側に付着している一方、絶縁物１４０６のパターン形成された層が絶縁物１４０４の上に付着している。絶縁物１４０６内のパターンは、平面の反応性領域１４０８を含む。図１４Ｃにおいて、ビア１４１０は、絶縁物１４０４、作用導体１０２、および絶縁物２０４を貫通して形成される。ビア１４１０の形成により、側壁１４１２も形成される。いくつかの実施形態では、ビア１４１０を、レーザー穿孔または物理的な穿孔ビットを使用して形成する。他の実施形態で、ビア１４１０が必ずしも円形ではない場合、例えばリソグラフィーおよび化学エッチングであってこれらに限定されない他の技術を用いてビア１４１０を形成する。
【0090】
図１４Ｄで、絶縁物１４０２を貫通することによってビアが完成である。いくつかの実施形態では、レーザー穿孔または物理的な穿孔ビットを使用してビアを完成させる。あるいは、例えば化学エッチングであってこれに限定されない他のプロセスを用いて、絶縁物１４０２を除去することができる。図１４Ｅでは、反応性化学物質２０２を、平面の反応性領域１４０８および側壁１４１２に付着させる。多くの実施形態では、反応性化学物質２０２は、スクリーン印刷工程を用いて付着させる。真空工程をスクリーン印刷工程と共に使用して、反応性化学物質をビア内に引き込むことができる。側壁１４１２に沿って均一な厚さの反応性化学物質２０２を形成するために、真空の適用は慎重に制御しなければならない。反応性化学物質２０２の付着が成功するのは、反応性化学物質２０２が電極導体１０２との電気的な導通を形成する結果として反応性ビア１４１６が形成される場合である。しかしながら、様々な実施形態に見られるように、作用電極が機能可能になるには、電気的な導通は必要ではない。多くの実施形態では、反応性化学物質の付着に先立って、機械的特性および電気的特性のいずれかまたは両方を向上させる表面の準備を、側壁１４１２内に露出した作用導体１０２に行う。様々な付着技術を用いて、電気めっき、スクリーン印刷などを含むがこれに限定されない表面の準備を行うことができる。表面の準備に使用することができる材料の非限定的な例には、白金、炭素、銅、および亜鉛が挙げられる。
【0091】
図１４Ｆは、第２の輸送材料２０６を付着させた後のアパーチャ電極の代表的な例示である。電極がグルコースを測定することが意図される実施形態では、第２の輸送材料２０６を、シリコーン材料の一群から選択する。シリコーンの使用は、グルコースを測定するセンサーの能力を補うものであり、これは、電気化学反応の結果として生成される酸素をシリコーンが供給し吸収することができるからである。図１４Ｇに完成したアパーチャ電極を示すが、この場合には第１の輸送材料２００が反応性化学物質２０２、絶縁物１４０６の上に付着し、ビアの残りを充填している。第１の輸送材料２００の選択は、作用電極によって測定されることが意図される被検物質によって大きく影響される。グルコースが測定されようとしている実施形態では、第１の輸送材料２００を、ヒドロゲル材料の一群から選択する。具体的には、グルコースの全方向拡散を可能にするヒドロゲルである。グルコース以外の分析物を測定することが意図される実施形態では、測定される被検物質の全方向拡散を可能にする第１の輸送材料２００を見つけなければならないことがある。
【0092】
上に考察した特定の操作および層は、単数の例であることを意図しており、限定するものと解釈されないものとする。アパーチャ電極の構成によっては、さらなる操作およびステップが必要となる場合、またはもっと少なくてもよい場合がある。さらには、上記のようなアパーチャ電極についても、様々な技術、操作、および材料を利用してアパーチャ電極が形成される可能性がある。
【0093】
図１５Ａ～１５Ｅは、本発明の実施形態に準拠して、いかにして突出電極を基板上に形成できるかを示す代表的な断面の例示である。図１５Ａには、作用導体１０２が、作用導体１０２のＢ側１０８上に絶縁体２０４を有するのが示されている。図１５Ｂにおいては、パターン１５０４を有する絶縁物１５０２が、作用導体１０２のＡ側１０６上に配置されている。パターン１５０４は、アパーチャ形状１５０４と称することもできる。図１５Ｃでは、アパーチャ形状１５０４は、反応性化学物質２０２により部分的に充填されている。反応性化学物質２０２による部分的な充填の結果、反応性化学物質２０２が作用導体１０２と電気的に導通するようになる。
【0094】
図１５Ｄでは、第１の輸送材料２００を、反応性化学物質２０２の上に配置する。例示されているように、第１の輸送材料２００はまた、アパーチャ形状１５０４の近傍、距離１５０８までの絶縁物１５０２を部分的に覆う。絶縁物１５０２のＡ側１０６表面上の第１の輸送材料２００の厚さ１５０６は非常に重要であり、これは、厚さ１５０６によって、被検物質を第１の輸送材料２００まで到達させる経路が与えられるからである。図１５Ｅに、アパーチャ形状１５０４と実質的に整列させつつ、第１の輸送材料２００の最上部に配置した第２の輸送材料２０６を示す。他の実施形態では、第２の輸送材料２０６は、第１の輸送材料２００を完全に覆っている。これらの実施形態では、厚さ１５０６が露出したままの状態にあるので、第２の輸送材料は、第１の輸送材料を完全には包んでいないことに留意されたい。この結果が、本発明の実施形態に準拠する、完成した突出電極の代表的な例示である。上に考察した特定の操作および層は、例示的なものであり、制限するものと解釈されないものとする。突出電極の構成によっては、さらなる操作およびステップが必要となる場合、またはこれより少なくてもよい場合がある。さらには、厳密に上記のような突出電極についても、突出電極を形成するのに、様々な技術、操作、および材料を利用することができる。
【0095】
図１６Ａは、本発明の実施形態による、三電極システムを有するセンサー組み立て体１６０４用の電極を生成するためのパターン形成された金属トレース１６０２ａ、１６０２ｂおよび１６０２ｃを示す代表的な例示である。図１６Ａでは、点線で示されたパターン形成された金属トレース１６０２ｂおよび１６０２ｃは、センサー組み立て体１６０４の最終的な縁部１６０６を越えて延在している。製造工程中には、パターン形成された金属トレース１６０２ａ、１６０２ｂ、および１６０２ｃの上に、さらなる層がパターン形成、印刷、堆積、または積層される。別の製造工程は、シンギュレーション、すなわち加工基板材料から個々のセンサー組み立て体を取り出すことである。本文献については、「シンギュレーション」という用語は、形成された複数のセンサー組み立て体をその上に含有する加工基板から、センサー組み立て体を個別化する工程として定義される。シンギュレーションは、例えばレーザー切断、せん断、パンチング、配線、切断であってこれらに限定されない多様な技術を用いて実現することができる。多くの実施形態では、シンギュレーション工程の後に個々のセンサー組み立て体にさらなるステップを実行する。
【0096】
図１６Ｂは、シンギュレーション工程後のセンサー組み立て体１６０４の代表的な例示である一方、図１６Ｃは、シンギュレーション済みセンサー組み立て体の等角投影図であり、図６Ｄは、シンギュレーション済みセンサー１６０４の断面図Ｆ－Ｆであり、すべて本発明の実施形態に準拠したものである。シンギュレーションの最中に、センサー組み立て体は最終的な縁部１６０６に沿って加工基板から分離され、これにより、センサー組み立て体１６０４の最終的な縁部１６０６まで延在してそこに含まれる金属を含む縁部１６０８が露出する。いくつかの実施形態では、シンギュレーションの前に、金属パターン１６０２ａ、１６０２ｂ、および１６０２ｃを、絶縁物を含む構造内に積層して、異なる金属パターンを絶縁する。シンギュレーションの工程により、シンギュレーション済みセンサー組み立て体の最終的な縁部１６０６を越えて延在する任意の金属パターン１６０２の断面が露出する。好ましい実施形態では、センサー組み立て体１６００の縁部１６０８に沿って意図的に露出された金属パターンを参照電極および／または対向電極として使用する。したがって、本発明は、シンギュレーションに先立って参照電極または対向電極を形成するのではなく、参照電極または対電極として機能可能な露出した金属縁部を形成するシンギュレーションの工程に依拠する。他の実施形態では、シンギュレーションによって露出した金属縁部は、測定されている被検物質に基づいてセンサーの特徴を向上させるために特定の化学物質を用いて処理する。
【0097】
図１６Ｅは、本発明の実施形態に準拠する、シンギュレーション前の単純化された平面センサー組み立て体１６００’の例示である。センサー組み立て体１６００’は、最終的に対向電極（ＣＥ）になる対向導体１６０２ｃと、作用電極（ＷＥ）１６０２ａと、絶縁物の層間に閉じ込められる参照電極（ＲＥ）に最終的になる参照導体１６０２ｂとを有する。図１６Ｅに示すように、シンギュレーションの前に、対向導体１６０２ｃおよび基準導体１６０４ｂを、絶縁物内に完全に封じ込める、または埋め込む。作用導体を覆う絶縁物は、作用電極が所望の被検物質を測定できるようにする化学物質に作用導体の一部分を露出させるようにパターン形成する。
【0098】
図１６Ｆは、本発明の実施形態に準拠して、シンギュレーション後のセンサー組み立て体１６００’を示す例示であり、対向電極１６０２ｃおよび参照電極１６０２ｂが、センサー組み立て体１６００’の縁部で露出している。例示の実施形態では、参照電極１６０２ｂおよび対向電極１６０２ｃは、同じ厚さＹを有する。他の実施形態では、対向電極１６０２ｃおよび参照電極１６０２ｂは、異なる厚さを有していてもよい。
【0099】
典型的には、平面電極が層状に形成される結果、各電極の作用面（測定されている溶液に露出する電極の面）は互いに平行となる。本発明では、参照電極および対向電極の両方の作用面は、作用電極の作用面に対して垂直であることに留意されたい。さらに、導体の最上部に数ミクロンのメッキを使用する電極設計は、図１６Ａおよび１６Ｂに示すような縁部電極を形成するのに充分な表面積を有さない場合があることに留意されたい。加えて、メッキ用材料を付着させるのに使用する技術によっては、メッキ用材料の厚さが加工基板にわたって一貫せず、メッキされた導体を有する電極を用いる縁部電極形成の実現可能性をさらに悪化させることもある。
【0100】
本発明の実施形態に準拠して、図１７Ａは、シンギュレーション後のセンサー組み立て体１７００の代表的な例示である一方、図１７Ｂは、シンギュレーション後のセンサー組み立て体１７００の代表的な等角投影図の例示である。図１７Ａおよび１７Ｂでは、センサー組み立て体１７００は、作用電極１７０２および対向／参照電極１７０４を有する二電極設計である。図１７Ａに見られるように、シンギュレーションの後、センサー組み立て体１７００は、センサー組み立て体の最終的な縁部１７０６に沿って露出した参照電極／対向電極を有して完成である。縁部電極は、センサー組み立て体に対して縁部は一つに限定されないことに留意されたい。金属トレースのレイアウトによっては、センサーの複数の縁部を結合して、センサー組み立て体の最終的な縁部に沿って一つの連続した電極を形成することができる。
【0101】
図１８は、シンギュレーション、そして引きつづくＵ字形への形成の後のセンサー組み立て体の代表的な等角投影図の例示である。図１８に示すセンサー組み立て体１８００は、Ｕ字形に折り畳まれることを意図した別の二電極設計である。図１８では、センサー組み立て体１８００は、最終的な縁部１８０２に沿ってシンギュレーション済みである結果、単一の連続した縁部電極１８０４が得られる。図１８に示す実施形態は、二電極設計を利用しているものの、折り畳まれたセンサーの他の実施形態には三電極設計が挙げられ、この場合には一つの縁部電極を参照電極として使用し、第２の縁部電極を対向電極として使用する。折り畳みを含むセンサー組み立て体の設計では、導電体の選択は、センサーが折り畳まれた後の柔軟性および導電性を確実にするよう戦略的になり得る。折り畳まれたセンサー組み立て体の材料を選択する場合にさらに考慮することは、疲労寿命である。いくつかの実施形態では、センサー組み立て体を永久に折り畳んで、導電性を破壊したり損ねたりすることなしには、折り返しを平坦なまたは実質的に広げられた形態にできないようにしてもよい。折り畳みに可撓性を保たせるように意図される他の実施形態では、材料選択は、故障するまでに折り畳みを何回屈曲させるよう意図されているかによって決まることがある。上記の実施形態では、金属トレースは、クラス３００のステンレス鋼の群から選択する。多くの実施形態では、ステンレス鋼は、０．２ミルから２０ミルの間の厚さとなるように選択する。ステンレス鋼の厚さに応じて、異なる処理技術を採用して加工基板からのセンサーのシンギュレーションを行う。
【0102】
図１９は、本発明の実施形態に準拠する、疑似参照電極を形成する代表的な操作を伴うフローチャートである。このフローチャートは、開始操作１９００から始まる。操作１９０２では、導体材料をパターン形成して擬似参照電極を形成する一方、操作１９０４では、パターン形成された導体材料のＡ側に絶縁物を付着させる。パターン形成された導体のＡ側に付着した絶縁物は、導体の選択された開口、アパーチャ、または形状を露出した状態のまま残すパターンを含む。操作１９０６では、露出した導体の上に銀を電気メッキする一方、操作１９０８では、導体に電気メッキされた銀のＡ側を塩化する。操作１９１０では銀―塩化物の上に白金を電気メッキし、操作１９１２でフローチャートは終了である。これらの操作および操作を示した順序は、制限するものであるとは見なされないものとする。むしろ、図１９は、擬似参照電極を作製する一組の操作を実証していると解釈されるものとする。他の実施形態は、異なるまたは様々な他の組み合わせで実行されるさらなる、またはもっと少ない操作を含むことができる。
【0103】
図２０Ａ～図２０Ｅは、本発明の実施形態に準拠する、疑似参照電極２００２の形成を示す代表的な断面である。図２０Ａは、擬似参照導体２００２および絶縁物２０４を含む。絶縁物２０４を、Ｂ側１０８に付着させ、これによって擬似参照電極２００２のＡ側１０６を露出した状態で残す。図２０Ｂは、擬似参照電極２００２のＡ側上の絶縁物２００４の付着の代表的な例示である。絶縁物２００４は、擬似参照電極２００２の一部分を露出した状態に残すアパーチャ形状２００６をさらに含む。図２０Ｃに、アパーチャ形状２００６内で露出した擬似参照電極２００２上への銀の付着を例示する。多くの実施形態では、擬似参照電極に銀を付着させるために電気メッキを使用する。さらに他の実施形態では、例えばスパッタリング、蒸着であってこれに限定されない他の技術、または他のメッキ技術を用いて銀を付着させる。
【0104】
図２０Ｄは、アパーチャ形状２００６内の銀の上への塩化物の銀の付着を例示する。銀と塩化銀との間に形成される安定な平衡を有する酸化還元基準を形成するために、塩化物の銀を銀に付着させる。図２０Ｅに、アパーチャ形状２００６内の塩化物の銀の上への別の材料の付着を例示する。好ましい実施形態では、このさらなる材料は、電気メッキ技術を用いて付着させた白金である。塩化物の銀の上への白金の使用は、塩化物－銀を保護し補充することを意図している。他の実施形態では、このさらなる材料は、例えば銀であってこれに限定されない異なる材料の可能性もある。さらには、他の実施形態では、この材料は、例えば原子プレーヤ（ｐｌａｙｅｒ）堆積または化学蒸着であってこれらに限定されない、電気メッキ以外の技術を使用して付着させることができる。例示のとおり、銀、塩化物の銀、および白金の各層は、アパーチャ形状２００６の深さの約３分の１を充填している。しかしながら、いくつかの実施形態では、アパーチャ形状２００６内部の様々な層は、異なる厚さを有し、いくつかの実施形態では、銀、塩化物の銀、および白金の全厚さは、アパーチャ形状２００６の深さを超過する。
【0105】
図２０－１は、本発明の実施形態に準拠する、擬似参照電極と併せて突出電極を使用して生成されたデータである。データは、約６００ｍｇ／ｄＬの比較的高いグルコース濃度にほぼ五日間、露出させた代表的な突出電極によって生成されたセンサー信号をナノアンペアで例示するデータである。突出電極と擬似参照電極の組み合わせにより生成された信号の、およそ２日目から５日目に近い試験の終わりまでの安定性に留意されたい。
【0106】
図２０－２は、本発明の実施形態に準拠する、疑似参照電極の設計を使用して生成されたデータである。データは、８日の期間にわたり標準的な銀／銀―塩化物参照電極に対する半電池電位を例示している。データは、銀／銀―塩化物に対する上記の疑似参照電極の電位が安定であることとほとんどゼロであることを両方とも実証している。したがって、データは、疑似参照電極の銀／銀―塩化物特性が支配的であること、および疑似参照電極の設計が安定な参照電極として作用することを例示している。
【0107】
図２１Ａは、本発明の実施形態に準拠する、単一の被検物質アパーチャ電極を有する三電極システムを利用するセンサー組み立て体の断面の例示である。この実施形態では、第１の輸送材料２００は、センサー組み立て体の全Ａ側を覆っている。これにより、第１の輸送材料２００は、縁部２１０４ａから反対側の縁部２１０４ｂまで覆うことができる。
【0108】
図２１Ｂは、本発明の実施形態に準拠した、図２１Ａに見られる三電極システムの代替実施形態である。この実施形態では、第１の輸送材料２０２はもはや、センサー組み立て体の全Ａ側を覆ってはいない。例示のように、第１の輸送材料２００は、２１０６ａにより画定される距離だけ縁部２１０４ａから後退している。同様に、第１の輸送材料２０２は、２１０６ｂにより画定される距離だけ縁部２１０４ｂから後退している。いくつかの実施形態では、距離２１０６ａおよび２１０６ｂは実質的に等しい一方、他の実施形態では、距離２１０６ａおよび２０１６ｂの一方が他方よりも大きいかまたは小さい。この構成を利用する実施形態では、センサー組み立て体を製造するのに必要な第１の輸送材料２００の量を節約または削減しようと試みている場合がある。
【0109】
図２１Ｃは、本発明の実施形態に準拠する、図２１Ａおよび図２１Ｂに示される三電極システムのさらに別の代替実施形態である。この実施形態では、図２１Ｂを用いて記載したように、輸送材料の付着が縁部から離れる方向に偏しているが、さらに、参照導体２１００、作用導体１０２、および対向電極２１０２と接触する第１の輸送材料２００の分離も含んでいる。この実施形態は本質的に、参照電極または対向電極の上に輸送材料の個々の溜まりを形成する。例示のように、対向導体２１００は輸送材料２１１０によって覆われ、参照導体２１０２は輸送材料２１１２によって覆われている。多くの実施形態では、輸送材料２１１０および２１１２は、第１の輸送材料２０２と同一である。他の実施形態では、輸送材料２１１０および輸送材料２１１２は、電気化学的特性、コスト、生体適合性、流束の特徴などの特定の基準に基づいて個別に選択する。
【0110】
図２１Ｄは、本発明の実施形態に準拠する、センサー組み立て体断面の代表的な例示であり、この場合、化学物質２１１４が、第１の輸送材料２００の塗布前にセンサー組み立て体のＡ側１０６にわたって付着している。いくつかの実施形態では、化学物質２１１４は、図１０Ａおよび１０Ｂに関して上に考察した輸送調整剤である。輸送調整剤としての化学物質２１１４の付着を使用する一例は、アセトアミノフェンを透過させないように、負に帯電した化学物質２１１４を使用することである。アセトアミノフェンは負電荷を有するので、負に帯電した化学物質２１１４の実装により、化学物質２１１４を通過するアセトアミノフェンの輸送が減少する可能性がある。多くの実施形態では、化学物質２１１４は、分離した個別の層として付着させるのではなく、第１の輸送材料２００と混合させることができる。
【0111】
図２２Ａ～図２２Ｅは、本発明の実施形態に準拠する、三電極システムの様々な構成であり、この場合、作用電極は突出電極である。図２２Ａは、三電極システムのセンサー組み立て体の断面を含んでおり、この場合、作用導体１０２は突出電極の一部である。反応性化学物質は、作用導体１０２のＡ側１０６上に配置する。対向導体２２０２、参照電極２２０４、および反応性化学物質を覆っているのが、第１の輸送材料２００である。第１の輸送材料２００内部に配置されるのが、第２の輸送材料２０６である。図２３は、本発明の実施形態に準拠する、図２２Ａにおけるセンサー組み立て体の代替実施形態であり、この場合、第２の輸送材料２０６は第１の輸送材料２００の層の間に挟まれている。
【0112】
図２２Ｃは、図２２Ａに示す実施形態と同様のセンサー組み立て体の実施形態であるが、違いは、第１の輸送材料２００が縁部２２０８ａおよび２２０８ｂに付着していないことである。むしろ、図２２Ｃでは、第１の輸送材料２００は、縁部２２０８ａから距離２２１０ａだけ偏している。同様に、第１の輸送材料は、縁部２２０８ｂから距離２２１０ｂだけさらに偏している。この実施形態によれば、第１の輸送材料２００が非常に高価である場合に、ある程度のコスト削減が可能になる。図２２Ｃで、縁部２２０８ａおよび２２０８ｂを第１の輸送材料２００との接触から分離する場合、図２２Ｄにおける実施形態では、作用電極１０２は対向電極２２０２から距離２２１２ａだけさらに分離される。作用電極１０２は、参照電極２２０４から距離２２１２ｂだけさらに分離される。参照導体２２０２、作用導体１０２、および対向導体２２０４を有することの一つの利点は、各導体について異なる輸送材料を使用することができることである。
【0113】
図２２Ｅは、本発明の実施形態に準拠する、センサー組み立て体断面の代表的な例示であり、この場合、化学物質２２１４が、第１の輸送材料２００の付着の前にセンサー組み立て体のＡ側１０６にわたって付着している。いくつかの実施形態において先に考察したように、化学物質２２１４は、アセトアミノフェンを透過させないようにする輸送調整剤である。他の実施形態では、異なる化学物質２２１４を輸送調整剤として使用する。その実施形態では、異なる化学物質２２１４を選択するが、それは、作用電極、参照電極、および対向電極の反応速度を輸送調整剤に調節させるのが有益であるからである。
【0114】
図２３Ａおよび２３Ｂは、本発明の実施形態に準拠する、複数の作用電極を利用したセンサー組み立て体の上面図を代表的な例示である。図２３Ａは、本発明の好ましい実施形態に準拠する、複数の作用電極２３０２ａ、２３０２ｂ、および２３０２ｃを有するセンサー組み立て体の例示である。複数の作用電極を有する実施形態により、単一のセンサーを用いて複数の被検物質を測定することが可能になる。異なる被検物質を測定するためには、作用電極それぞれに異なる反応性化学物質を付着させる必要があり得る。例えば、作用電極２３０２ａがグルコースを測定する一実施形態では、作用電極２３０２ａに付着させる反応性化学物質はグルコースオキシダーゼである。同様に、作用電極２３０２ｃがラクテートを測定するならば、ラクテートオキシダーゼの反応性化学物質を作用電極２３０２ｃに付着させる。
【0115】
図２３Ｂは、本発明の実施形態に準拠する、複数の作用電極を有するセンサー組み立て体の例示であり、この場合、各作用電極は、複数のアパーチャ電極を含む。この実施形態によれば、赤血球および白血球のような生物活性な細胞からの影響に対するさらなる耐性が得られる。加えて、電極内に複数のビアを含めることによって、被検物質の反応にとっての全表面積が増加する。これにより、皮下組織内の非常に少量の被検物質の非常に正確な測定が可能になる。他の実施形態では、各電極のビアのうちのいくつかを、時限式の反応物でマスクするが、この反応物は、皮下組織に露出した後のある期間にわたって溶解することにより、ビアを時限式の反応性ビアにするものである。時限式の反応性ビアを使用し、時限式の反応物が溶解するまたは消費されると、予めマスクされていたビアが皮下組織に露出し、被検物質の測定が始まる。時限式の反応性ビアを使用することにより、センサー組み立て体を長期間使用することができるようになる。いくつかの実施形態では、時限式の反応物は、特定のビアにわたる付着して平坦な層になる。他の実施形態では、異なる時間間隔でビアを露出させるために、厚さを減少または増加させた時限式の反応物を付着させる。上の考察は概して、皮下組織内に配置することを意図したセンサー組み立て体に関連付けたものであったが、アパーチャ電極または突出電極を利用するセンサー組み立て体の他の実施形態は、例えば筋肉および臓器であるがこれらに限定されない他のタイプの組織とともに血管系内への短期および長期の移植に向いた設計および構成にすることができる。
【0116】
図２３Ｃおよび図２３Ｄは、本発明の実施形態に準拠する、様々な作用電極上への様々な化学物質の付着を示すセンサー組み立て体断面Ｇ－Ｇの代表的な例示である。図２３Ｃおよび図２３Ｄにおける断面は、第１の作用電極２３０２ａの付随する第１の反応性化学物質２３０４を含む。加えて、第２の反応性化学物質２３０６は、第２作用電極２３０２ｃを付随させている。この実施形態では、第３の作用電極２３０２ｂは反応性化学物質を含んでいない。そのような実施形態では、第３の作用電極２３０２ｂを、補助的な参照電極、対向電極、またはブランクの作用電極として使用して、測定信号に干渉する可能性のある一般的な電気活性な化学種を監視することができる。あるいは、第３の作用電極２３０２ｂを負電位で動作させる場合、これを使用して酸素を測定することができる。
【0117】
しかしながら、さらに他の実施形態では、第３の作用電極２３０２ｂは、第１の反応性化学物質または第２の反応性化学物質を含み得る。複数の作用電極が同一の被検物質を測定する実施形態では、重複した電極を、センサー組み立て体に予想される全寿命にわたって同時に動作させることができる。他の実施形態では、センサー組み立て体全体としての寿命を延ばすために、重複電極を時限式の反応ビアとして操作して、ある期間、被検物質測定を遅延させることができる。例えば、一実施形態では、センサー組み立て体は、第１の電極および第２の電極を含んでおり、両方とも、皮下組織への挿入時に第１の被検物質を測定するように構成される。しかしながら、第２の電極は時限式の反応性ビアであり、皮下組織内に配置された後、約７２時間にわたって、電極が被検物質を測定しないようにする試薬を含んでいる。この試薬が消費されると、第２の電極は、第１の電極の出力を補い始め、センサー組み立て体が被検物質を測定できる時間を延長する。時限式の反応性ビアの他の実施形態では、電極の上に配置された金属被覆すなわち箔を利用しており、この箔は、特定の時刻に電流をこれに流すことによって消去／除去されるものである。
【0118】
図２４Ａは、本発明の実施形態に準拠する、作用電極として突出電極を利用した複数作用電極のセンサー組み立て体の代表的な上面図である。図２３Ａに示す実施形態と同様に、センサー組み立て体は、複数の作用電極２４０２ａ、２４０２ｂ、および２４０２ｃを用いて、最高で三とおりの異なる被検物質を測定することができる。図２４Ｂは、本発明の実施形態に準拠する、図２４Ａの複数作用電極のセンサーを補う擬似参照電極２４０４を示す代表的な底面図である。
【0119】
図２４Ｃは、本発明の実施形態に準拠する、図２４Ａおよび図２４Ｂに見られる複数作用電極のセンサー組み立て体の断面Ｈ－Ｈである。作用電極２４０２ａは、反応性化学物質２４０６により覆われた作用導体２４１０ａを含む。同様に、作用電極２４０２ｂは、反応性化学物質２４０８で覆われた作用導体２４１０ｂを含む。第３の作用電極２４０２ｃは、作用導体２４１０ｃを含むが、反応性化学物質は含まない。いくつかの実施形態では、適切な電流が印加されていると仮定すれば、反応性化学物質がないことにより、作用電極が酸素センサーとして動作することができる。疑似参照導体２４１２および輸送材料２４１４が加わる結果、非常に空間効率のよい三とおりの被検物質用のセンサーが得られる。代替実施形態では、組み立て体の背面の擬似参照導体を、より従来型の基準電極および対向電極に置き換えることが可能である。
【0120】
図２４Ｄ～図２４Ｆは、本発明の実施形態に準拠する、複数の作用導体を利用したアパーチャ電極および突出電極の断面である。図２４Ｄは、第１の作用導体１０２および第２の作用導体２４０２を有するアパーチャ電極２４２０を例示する。電極２４２０は、被検物質、相補的な反応物、および反応性化学物質２０２の間の化学反応に基づいて単一の被検物質を測定するように構成されている。先に考察した実施形態の場合と同様に、反応性化学物質への被検物質の流束は、第１の輸送材料によって可能になる。同様に、相補的な反応物の流束は、第２の輸送材料によって可能になる。第１および第２の作用導体１０２および２４０２の両方を使用することの一つの利点は、センサー組み立て体内部の電気トレースの脆弱さを相殺できる簡単な冗長性である。あるいは、別の実施形態では、異なる作用導体を独立して調整して、様々な濃度の被検物質を感知することができる。例えば、両方の作用導体を同電位で操作するのではなく、第１の作用導体を第２の作用導体とは異なる電位で操作することができる。
【0121】
図２４Ｅおよび図２４Ｆは、本発明の実施形態に準拠する、複数の作用導体１０２および２４０２を利用したアパーチャ電極および突出電極の断面であり、この場合、電極はＡ側１０６およびＢ側１０８の両方に形成されている。各例示において、第１の作用導体１０２は、反応性化学物質２０２ａと接触している一方、第２の作用導体２４０２は、反応性化学物質２０２ｂと接触している。電極が単一の被検物質を測定する実施形態では、反応性化学物質２０２ａおよび２０２ｂは同一である。上記のように、この構成によって、冗長性と、各導体を調整して好ましい濃度を測定する能力との両方が可能になる。しかしながら、電極どうしは反対側にあるので、これらの実施形態では、血餅または白血球の堆積といった挿入物からの生物学的応答に対してさらに大きな耐性が得られる。あるいは、反応性化学物質２０２ｂが反応性化学物質２０２ａと異なる場合、結果は複数の被検物質用のセンサーとなる。電極がＡ側１０６およびＢ側１０８に形成される実施形態では、電極は異なる設計であってもよい。例えば、図２４ＥにおけるＢ側１０８上のアパーチャ電極ではなく、他の実施形態では、Ｂ側１０８上に突出電極が形成される。同様に、図２４Ｆの異なる実施形態は、Ｂ側１０８にアパーチャ電極を実装する。さらに他の実施形態では、アパーチャ電極および突出電極は、同じＡ側で交替させることができる。
【0122】
図２４Ｇおよび図２４Ｈは、本発明の実施形態に準拠する、単一の作用導体１０２を利用したアパーチャ電極および突出電極の断面であり、この場合、電極は、Ａ側１０６およびＢ側の両方に形成されている。単一の作用導体１０２しか存在していないので、各作用電極は同一の被検物質を測定する結果、アパーチャおよび突出の両方の構成をとる反応性化学物質２０２を使用することになる。しかしながら、センサーの両側に形成された電極では、これらの実施形態により、生物活性な細胞からの生物学的ファウリング（ｆｏｕｌｉｎｇ）に対するさらなる耐性が得られる。図２４Ｇの実施形態は、Ｂ側１０８に形成されたアパーチャ電極を示している一方、他の実施形態では、Ｂ側１０８に突出電極が形成されている。同様に、図２４Ｈに示されているものとは異なる間隔を使用して、アパーチャ電極をＢ側１０８に形成することができる。考察され図示された特定の実施形態は、制限するものであると解釈されないものとする。むしろ、アパーチャ電極および突出電極の異なる実施形態の様々な組み合わせは、センサー設計基準に基づく単一の作用導体または複数の作用導体を使用して組み合わせることができる。
【0123】
図２５Ａおよび図２５Ｂは、本発明の実施形態に準拠する、センサー組み立て体の代表的な断面の例示であり、これらのセンサー組み立て体には、材料２５００のさらなる層が組み込まれて、使用者の皮下組織内部にセンサー組み立て体を配置するのを手助けまたは支援する。好ましい実施形態では、層２５００は、センサー組み立て体の様々な電極に使用される導体と同様の３００クラスのステンレス鋼から選択されるが、これに限定されない。しかしながら、他の実施形態では、例えば耐腐食性、磁気特性、靱性、延性などであってこれらに限定されない特性に基づいて、異なるクラスのステンレス鋼を利用することができる。
【0124】
図２５Ａにおいて、層２５００は多層構造を越えて延在し、皮膚及び皮下組織の両方を貫通するのを支援するために鋭利にされて、両刃の点８０２ａとなっている。図２５Ｂにおいては、層２５００は、鋭利にされて、片刃の点２５０２ｂとなっている。片刃または両刃の点２５０２ａ／２５０２ｂのいずれかを形成するのに充分な材料が提供されるように、層２５００は０．０００５インチと０．０２０インチの間の厚さとなるように選択される。好ましい実施形態では、層２５００は、０．００１インチと０．００４インチとの間の厚さを有するように選択される。センサー組み立て体の全厚さを減少させるために、層２５００の厚さを最適化することができ、この最適化は、センサー組み立て体の好ましい全体的な剛性と、センサーを好ましい深さに挿入することのできる縁部を保持する層２５００の能力とに基づいてなされ、同時に、周辺組織への限局的な外傷の可能性を低減することができる。センサー組み立て体の挿入をさらに支援するために、センサー組み立て体の他の層は、面２５０４ａおよび２５０４ｂで示すように、層２５００上に形成された鋭利な部分に相補的な角度に随意に形成することができる。いくつかの実施形態では、面２５０４ａおよび２５０４ｂの一方のみが、片刃または両刃の点２５０２ａ／２５０２ｂに対して相補的な角度に合わせられる。
【0125】
上の記載は、本発明の特定の実施形態を参照しているが、本発明の趣旨から逸脱することなく多くの変更を行うことができることは理解されよう。意図されているのは、アパーチャ電極、突出電極、シンギュレーション済み参照電極、および擬似参照電極の様々な実施形態を組み合わせて、異なるタイプの作用電極を用いた単一の被検物質から、類似のまたは異種のタイプの作用電極を用いた複数の被検物質まで、非常に多様で堅牢なセンサー組み立て体を形成できることである。従来の三電極システムおよび疑似参照電極を備えた複数の被検物質センサーを示す提供された特定の実施例は、可能な複数の組合せの例示的な実施形態であることが意図されている。加えて、本開示で、アパーチャおよび突出の設計を、ＧＬＭを使用するものと比較してきたが、アパーチャ電極または突出電極の一部としてＧＬＭまたは他の制限膜を使用することも可能であろう。さらには、本開示を通じて提供される操作の特定の理論は、制限するものであるとは見なされないものとする。むしろ、本開示は、いかなる操作の特定の理論にも拘束されることなく行われている。したがって、開示された実施形態および関連する操作の理論は、すべての態様において例示するものであって制限するものではないとみなされるよう意図される。
【図1】
【図2-1】
【図2-2】
【図3】
【図4】
【図5-1】
【図5-2】
【図5-3】
【図5-4】
【図5-5】
【図5-6】
【図6-1】
【図6-2】
【図6-3】
【図6-4】
【図6-5】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11-1】
【図11-2】
【図11-3】
【図11-4】
【図11-5】
【図12】
【図13】
【図14-1】
【図14-2】
【図15】
【図16-1】
【図16-2】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20-1】
【図20-2】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24-1】
【図24-2】
【図24-3】
【図25】
