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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-01-23
(54)【発明の名称】センサデバイスおよびその製造方法
(51)【国際特許分類】
G01N 27/02 20060101AFI20240116BHJP
G01N 27/04 20060101ALI20240116BHJP
G01N 27/22 20060101ALI20240116BHJP
G01N 27/12 20060101ALI20240116BHJP
【ＦＩ】
G01N27/02 Z
G01N27/04 F
G01N27/22 A
G01N27/12 B
G01N27/12 N
G01N27/12 H
G01N27/12 C
G01N27/12 G
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023538772
(86)(22)【出願日】2021-12-20
(85)【翻訳文提出日】2023-07-26
(86)【国際出願番号】 GB2021053370
(87)【国際公開番号】W WO2022136847
(87)【国際公開日】2022-06-30
(31)【優先権主張番号】2020563.9
(32)【優先日】2020-12-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】515207499
【氏名又は名称】パワー ロール リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100145403
【弁理士】
【氏名又は名称】山尾 憲人
(74)【代理人】
【識別番号】100189555
【弁理士】
【氏名又は名称】徳山 英浩
(74)【代理人】
【識別番号】100100479
【弁理士】
【氏名又は名称】竹内 三喜夫
(72)【発明者】
【氏名】ディエール，ファブリス
(72)【発明者】
【氏名】トッピング，アレクサンダー ジョン
(72)【発明者】
【氏名】カシュ，ニコラス
【テーマコード（参考）】
2G046
2G060
【Ｆターム（参考）】
2G046AA01
2G046AA05
2G046AA09
2G046AA12
2G046AA30
2G046BA01
2G046BA03
2G046BA06
2G046BA09
2G046BB01
2G046BB02
2G046EA02
2G046FA01
2G046FB02
2G046FE29
2G046FE39
2G046FE44
2G046FE48
2G060AA01
2G060AA05
2G060AB02
2G060AB03
2G060AB09
2G060AE19
2G060AF06
2G060AF07
2G060AF10
2G060AG03
2G060AG11
2G060BB08
2G060JA01
2G060KA01
(57)【要約】
本発明はセンサデバイスに関し、特に本発明は、検体との係合に応答して信号応答が提供されるように構成された、基板の溝内に形成された電子センサデバイスに関する。本発明はまた、こうしたセンサデバイスを形成する方法に関する。電子センサデバイスは、少なくとも１つの溝を含む基板を備え、前記溝は、第１面および第２面を含み、前記溝は、少なくとも基板内の溝深さおよび前記基板の表面における溝幅を含む断面プロファイルを有する。前記第１面は、第１電気的非絶縁部分を含み、前記第２面は、第２電気的非絶縁部分を含み、前記プロファイル内では、前記第１電気的非絶縁部分は、前記第２電気的非絶縁部分から電気的に分離される。検出媒体が前記溝内に設けられ、前記第１電気的非絶縁部分および前記第２電気的非絶縁部分と接触的に係合するように配置され、そして検体と接触的に係合するように構成される。さらに、前記プロファイルまたは前記検出媒体は、使用時に、検体と検出媒体との係合に応答して、第１応答フェーズおよび後続の第２応答フェーズを含む信号応答が提供されるように構成される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも１つの溝を含む基板であって、前記溝は、第１面および第２面を含み、前記溝は、少なくとも、基板内の溝深さおよび前記基板の表面における溝幅を含む断面プロファイルを有する、基板を備え、前記第１面は、第１電気的非絶縁部分を含み、前記第２面は、第２電気的非絶縁部分を含み、前記プロファイル内では、前記第１電気的非絶縁部分は、前記第２電気的非絶縁部分から電気的に分離されており、
さらに、前記溝内に設けられた検出媒体であって、前記第１電気的非絶縁部分および第２電気的非絶縁部分と接触的に係合するように配置され、そして検体と接触的に係合するように構成された検出媒体を備え、
前記プロファイルまたは前記検出媒体は、使用時に、検体と検出媒体との係合に応答して、第１応答フェーズおよび後続の第２応答フェーズを含む信号応答が提供されるように構成される、電子センサデバイス。
【請求項2】
前記検出媒体は、媒体表面および媒体本体を含み、前記第１応答フェーズは、前記検体と前記媒体表面との係合に応答して提供される、請求項１に記載の電子センサ。
【請求項3】
前記第２応答フェーズは、前記媒体本体内の検体の係合に応答して提供される、請求項２に記載の電子センサ。
【請求項4】
前記媒体本体は、前記少なくとも１つの溝の前記プロファイルを形成する前記基板の一部を含む、請求項２または請求項３に記載の電子センサ。
【請求項5】
前記少なくとも１つの溝の前記プロファイルは、第１特徴的形状を有し、使用時に、第２応答フェーズにおいて前記プロファイルは、第２特徴的形状に変形する、請求項４に記載の電子センサ。
【請求項6】
前記信号応答は、前記少なくとも１つの溝の少なくとも１つの予め定めた電気的特性の変化を含む、請求項１～５のいずれかに記載の電子センサ。
【請求項7】
前記予め定めた電気的特性は、前記少なくとも１つの溝のインピーダンス、抵抗または静電容量である、請求項６に記載の電子センサ。
【請求項8】
前記第１応答フェーズ内で、前記予め定めた電気的特性は、第１レートで変化し、前記第２応答フェーズ内で、前記予め定めた電気的特性は、第２レートで変化する、請求項６に記載の電子センサ。
【請求項9】
前記第１レートは、前記第２レートよりも大きい大きさである、請求項８に記載の電子センサ。
【請求項10】
前記第１応答フェーズは、第１時間間隔に渡って持続し、前記第２応答フェーズは、第２時間間隔に渡って持続する、請求項８または請求項９に記載の電子センサ。
【請求項11】
記第１時間間隔は１秒未満であり、前記第２時間間隔は２０秒未満である、請求項１０に記載の電子センサ。
【請求項12】
前記第１時間間隔は１０秒未満であり、前記第２時間間隔は３００秒未満である、請求項１０に記載の電子センサ。
【請求項13】
前記溝幅は、１００μｍ以下、好ましくは４０μｍ以下、さらにより好ましくは０．５μｍ～１０μｍの範囲内である、請求項１～１２のいずれかに記載の電子センサデバイス。
【請求項14】
溝アスペクト比が、前記溝深さと前記溝幅との比率として定義され、前記溝アスペクト比は、０．１：１～５０：１の範囲内、好ましくは１：１～６：１の範囲内である、請求項１～１３のいずれかに記載の電子センサデバイス。
【請求項15】
前記プロファイルは、Ｕ字形状、Ｖ字形状、非対称Ｖ字形状、円形状、半円形状、または正方形状のいずれか１つである、請求項１に記載の電子センサデバイス。
【請求項16】
前記プロファイルは、平坦なベースを含む、請求項１～１５のいずれかに記載の電子センサデバイス。
【請求項17】
前記第１電気的非絶縁部分または前記第２電気的非絶縁部分は、個々の前記第１面または前記第２面から前記基板の前記表面上に延びている、請求項１～１６のいずれかに記載の電子センサデバイス。
【請求項18】
前記第１電気的非絶縁部分または前記第２電気的非絶縁部分は、コーティングを含む、請求項１～１７のいずれかに記載の電子センサデバイス。
【請求項19】
前記少なくとも１つの溝は、一連の溝を含む、請求項１～１８のいずれかに記載の電子センサデバイス。
【請求項20】
前記一連の溝の各溝は、５ｍｍ～１０００ｍｍの長さである、請求項１９に記載の電子センサデバイス。
【請求項21】
前記一連の溝の統合長さが、少なくとも１００ｍの長さである、請求項１９または請求項２０に記載の電子センサデバイス。
【請求項22】
前記一連の溝の第１溝の第２面が、前記一連の溝の第２溝の第１面と電気的に接続されている、請求項１９～２１のいずれかに記載の電子センサデバイス。
【請求項23】
前記一連の溝は、予め定めた溝間隔で前記基板表面上に整列している、請求項１９～２２のいずれかに記載の電子センサデバイス。
【請求項24】
前記検出媒体は、前記プロファイルの少なくとも一部の上に共形的に堆積されている、請求項１～２３のいずれかに記載の電子センサデバイス。
【請求項25】
前記検出媒体は、前記少なくとも１つの溝を部分的に充填し、実質的に充填し、または過剰充填する、請求項１に記載の電子センサデバイス。
【請求項26】
前記検出媒体は、バインダおよび活性成分を混合状態で含む、請求項１～２５のいずれかに記載の電子センサデバイス。
【請求項27】
前記バインダおよび前記活性成分は、均一に分散されている、請求項２６に記載の電子センサデバイス。
【請求項28】
前記信号応答は、前記検体と前記活性成分との係合に応答して提供される、請求項２６または請求項２７に記載の電子センサデバイス。
【請求項29】
前記活性成分は、固体充填剤または液体として設けられる、請求項２６～２８のいずれかに記載の電子センサデバイス。
【請求項30】
前記バインダは、前記検出媒体内の前記活性成分を結合するように構成される、請求項２６～２９のいずれかに記載の電子センサデバイス。
【請求項31】
前記プロファイルまたは前記検出媒体は、使用時に、検体と検出媒体との中断した係合に応答して、第１回復フェーズおよび後続の第２回復フェーズ含む回復信号が提供されるようにさらに構成される、請求項１から３０のいずれかに記載の電子センサデバイス。
【請求項32】
前記第１応答フェーズは、前記検出媒体の表面からの検体の中断した係合に応答して提供される、請求項３１に記載の電子センサ。
【請求項33】
前記第２応答フェーズは、前記媒体本体からの検体の解離に応答して提供される、請求項３１または請求項３２に記載の電子センサ。
【請求項34】
請求項１～３３のいずれかに記載の電子センサと、検出器と、を備える検体検出装置であって、
前記少なくとも１つの溝の前記第１電気的非絶縁部分は、第１電極を形成し、前記少なくとも１つの溝の前記第２電気的非絶縁部分は、第２電極を形成し、
前記第１電極および前記第２電極は、前記検出器に電気的に接続され、前記検出器は、前記信号応答を検出し測定する、検体検出装置。
【請求項35】
前記検出器は、前記回復信号を検出し測定する、請求項３４に記載の検体検出装置。
【請求項36】
請求項１～３３のいずれかに記載の電子センサの製造方法であって、前記基板を用意するステップと、
前記表面内に前記少なくとも１つの溝を形成し、これにより前記第１面、前記第２面および前記プロファイルを提供するステップと、
前記プロファイルの少なくとも一部の内部に前記検出媒体を設けて、前記第１電気的非絶縁部分および前記第２電気的非絶縁部分と接触的に係合するステップと、を含む方法。
【請求項37】
活性成分をバインダと混合し、前記プロファイルの少なくとも一部の内部に前記混合物を堆積させることによって、前記検出媒体を混合物として設けるステップをさらに含む、請求項３６に記載の電子センサデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、センサデバイスに関し、特に本発明は、検体との係合に応答して信号応答が提供されるように構成された、基板の溝内に形成された電子センサデバイスに関する。本発明はまた、こうしたセンサデバイスを形成する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
環境内の検体に応答して電気信号を提供するセンサデバイスは周知である。例えば、あるセンサは、懸案の検体に対するキャパシタ誘電体材料の特異的な応答に起因して、検体または検体の化学基に応答して静電容量の測定可能な変化を提供する。このようにこうしたデバイスの誘電体材料は、懸案のターゲット検体についての親和性のために選択される。既知の例は、ガスの吸着を検出するフッ化ランタニド、液体中のイオン種を検出するポリイミド、重金属を検出するパラジウムを含む。
【0003】
このようにセンサの形態および性質は、ターゲット検体または検体のターゲット化学基に依存する。即ち、センサは、特定の環境およびセンサが検出する検体に従って、デバイスの電気容量の増加または減少を確実にするために、特異的に構築され構成される。
【0004】
静電容量信号に依存する特定の電子センサデバイスは、例えば、電極間に挟まれた結晶ウェハ、または金属板電極を含む多層構造の含有物を用いて、従来のキャパシタ材料および構成を利用する。
【0005】
他の特定の静電容量電子センサデバイスは、ターゲット検体による電極との接触に応答して、代替の静電容量信号を提供できるデバイスを作成するために、電極間の正確な間隔に依存する。既知の例は、ポリエステル基板上に搭載されたパラジウムコーティングの銀ワイヤ、ガラスまたはアルミナ基板に搭載されたシリコンゴムコーティングの金属フィンガ、支持スペーサを用いて正確に離れて位置決めされた平面電極を備えたＭＥＭＳデバイスを含む。
【0006】
先行技術による解決策の共通の欠点が、デバイスが特定の環境内で特定の検体に応答するように制限されていることである。更なる不具合が、デバイスが、その複雑さと、専門的な材料またはコンポーネントの正確な間隔の要求に起因して、製造するのが高価であることである。
【0007】
さらに、既知のデバイスの静電容量信号応答は、例えば、時間経過を伴う誘電体の段階的な変化に起因して、長期間劣化の影響を受けやすい。このように既知のデバイスは、長期間に渡ってゆっくりと起こるため、検出不可能である静電容量変化を提供する可能性がある。
【0008】
さらに、特定の検体用のセンサデバイスは、使用前に前処理を必要とする場合がある。特に、既知のセンサ、例えば、水素ガスは、典型的には、検体に対する正確かつタイムリーな応答を確保するように、センサを汚染除去するのを確保するために、数時間、おそらく２４時間以上の加熱または熱処理を必要とする。こうしてセンサは、ハイパワー電源に接続することを必要とし、使用準備が整うまでにセットアップに多大なエネルギーと時間を必要とする。
【0009】
従って、本発明の目的は、上記の不具合の１つ以上を軽減することである。特に、本発明の目的は、広範囲の検体に応答して電気信号を提供できる電子センサを提供することである。即ち、電子センサは、様々な検体および検体の様々な化学基について電気信号を提供するように容易に構成可能である。
【0010】
本発明の更なる目的は、検体に応答して信頼性の高い電気信号を提供するセンサデバイスを提供することである。換言すると、デバイスは、検体の存在が迅速かつ明確に示されるように、容易に検出可能で安定である電気信号を提供する。
【0011】
本発明の更なる目的は、比較的簡単な設計であるセンサデバイスおよび製造方法を提供することであり、そのためデバイスは迅速かつ低コストで製造できる。他の目的は、ある範囲の検体を検出するようにセンサを構成するために、設計および製造方法が容易に変更できることである。
【0012】
本発明の更なる目的は、設置が容易であり、設置後の即時の使用に準備しているセンサデバイスを提供することである。即ち、設置すると、すぐに使用できるセンサデバイスを提供することである。また、本発明の目的は、低減された電力を用いて動作するセンサデバイスを提供することである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明の第１態様によれば、電子センサデバイスが提供され、このデバイスは、
少なくとも１つの溝を含む基板であって、前記溝は、第１面および第２面を含み、前記溝は、少なくとも基板内の溝深さおよび前記基板の表面における溝幅を含む断面プロファイルを有する、基板を備え、
前記第１面は、第１電気的非絶縁部分を含み、前記第２面は、第２電気的非絶縁部分を含み、前記プロファイル内では、前記第１電気的非絶縁部分は、前記第２電気的非絶縁部分から電気的に分離されており、
さらに、前記溝内に設けられた検出媒体であって、前記第１電気的非絶縁部分および前記第２電気的非絶縁部分と接触的に係合するように配置され、そして検体と接触的に係合するように構成された検出媒体を備え、
前記プロファイルまたは前記検出媒体は、使用時に、検体と検出媒体との係合に応答して、第１応答フェーズおよび後続の第２応答フェーズを含む信号応答が提供されるように構成される。
少なくとも１つの溝を含む基板であって、前記溝は、第１面および第２面を含み、前記溝は、少なくとも基板内の溝深さおよび前記基板の表面における溝幅を含む断面プロファイルを有する、基板を備え、
前記第１面は、第１電気的非絶縁部分を含み、前記第２面は、第２電気的非絶縁部分を含み、前記プロファイル内では、前記第１電気的非絶縁部分は、前記第２電気的非絶縁部分から電気的に分離されており、
さらに、前記溝内に設けられた検出媒体であって、前記第１電気的非絶縁部分および前記第２電気的非絶縁部分と接触的に係合するように配置され、そして検体と接触的に係合するように構成された検出媒体を備え、
前記プロファイルまたは前記検出媒体は、使用時に、検体と検出媒体との係合に応答して、第１応答フェーズおよび後続の第２応答フェーズを含む信号応答が提供されるように構成される。
【0014】
信号応答は、第１応答フェーズおよび第２応答フェーズを含む。即ち、信号応答は、特徴的な第１応答フェーズと、後続の異なる第２応答フェーズを提供する。理論に束縛されないが、本発明者らは、第１および第２応答フェーズは、検体と検出媒体との係合によって提供される２つの特徴的な相互作用によって提供できると考える。特に、検出媒体と溝の２つの非絶縁部分との接触係合に起因して、検出媒体は、２つの容量性表面の間に誘電体を提供する。検体による検出媒体の係合により、ここで説明するように、検出媒体の誘電特性を変化させ、または影響を与える。
【0015】
特定の例では、検出媒体と溝の２つの非絶縁部分との接触係合に起因して、検出媒体は、２つの非絶縁表面の間に抵抗エレメント、即ち、電気抵抗器を提供する。検体による検出媒体の係合により、ここで説明するように、検出媒体の抵抗特性を変化させ、または影響を与える。
【0016】
ここで使用するように、検出媒体が、測定可能な電気的特性を提供できる適切な材料とすることができ、これは、センサデバイスに適切な第１および第２フェーズ応答を提供する。検出媒体の選択は、検出対象の検体に依存することがある。
【0017】
ここで使用するように、電気的非絶縁部分は、導電体でもよく、または半導体として機能してもよい。特定の例では、第１電気的非絶縁部分および第２電気的非絶縁部分の一方または両方は、導電体でもよい。特定の例では、第１電気的非絶縁部分および第２電気的非絶縁部分の一方または両方は、半導体として機能してもよい。特定の例では、第１電気的非絶縁部分は導電体でもよく、第２電気的非絶縁部分は半導体として機能してもよい。
【0018】
検体は、液体でもよい。検体が液体である場合、検出媒体は、ガス、例えば、空気でもよい。この文脈において、検体と検出媒体との間の係合は、検体によるガス（例えば、空気）の変位でもよい。これらの実施形態では、液体は、典型的には非絶縁性、例えば、極性プロトン性溶媒である。特定の例では、液体は、水を含んでもよい。特定の例では、液体は、水または水溶液でもよい。液体が水である場合、検出媒体は、ガス、例えば、空気でもよい。液体が非腐食性水溶液である場合、検出媒体は、ガス、例えば、空気でもよい。
【0019】
検体が腐食性水溶液である場合、溝の面は、コーティングしてもよい。特定の例では、コーティングは非反応性でもよい。「非反応性」とは、コーティングが、検出対象の腐食性水溶液と反応しないことを意味する。必要に応じて、コーティングは、溝面の電気的非絶縁部分を完全にコーティングしてもよい。
【0020】
コーティングは、典型的には誘電体である。それは、１以上の誘電率を有してもよい。それは、１０以上の誘電率を有してもよい。それは、１０００以下、例えば、１００以下の誘電率を有してもよい。
【0021】
コーティングは、腐食性水溶液の少なくとも一部を吸収または吸着してもよい。コーティングは、腐食性水溶液と接触した場合、例えば、コーティングへの腐食性水溶液の吸収または吸着の結果として、膨張してもよい。
【0022】
コーティングの誘電率は、例えば腐食性水溶液と接触した場合、例えば、コーティングへの腐食性水溶液の吸収または吸着の結果として、変化してもよい。コーティングの誘電率は、コーティングの膨潤を提供してもよい。
【0023】
コーティングは、検体と接触しても膨張しなかったり、その誘電率を変化させない場合、検出媒体は、ガス（例えば、空気）であり、検体と検出媒体との間の係合は、検体によるガス（例えば、空気）の変位でもよい。
【0024】
コーティングが膨潤したり、その誘電率を変化させる場合、検出媒体は、コーティングでよく、検出媒体は、コーティングとガス（例えば、空気）の両方でもよい。
【0025】
コーティングは、ポリマーを含んでもよい。コーティングは、非反応性ポリマーを含んでもよい。コーティングは、フッ素化ポリマー、例えば、ポリビニルジフルオライド（ＰＶＤＦ）またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含んでもよい。
【0026】
腐食性水溶液が酸性である場合（例えば、ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４、有機酸などを含む溶液）、例示的なポリマーは、ＰＶＤＦおよびＰＴＦＥを含む。
【0027】
腐食性水溶液がアルカリ性である場合（例えば、水酸化物イオン、炭酸イオン、有機塩基などを含む溶液）、例示的なポリマーは、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥおよびポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）を含む。
【0028】
コーティングは、ポリマーの特性を変えるために、例えば、ポリマーの誘電率を増加させたり、ポリマーが膨潤する傾向を増加させるために、添加剤を含んでもよい。
【0029】
コーティングは、ＰＶＤＦマトリクスおよびチタン酸バリウム粒子充填剤を含んでもよい。例示的な例が、商品名ＤｕＰｏｎｔ ＬｕｘＰｒｉｎｔ（登録商標）８１５３で販売されている。
【0030】
コーティングは、１０ｎｍから１０μｍの範囲の厚さを有してもよい。コーティング厚さは、溝幅または溝高さに応じて変化してもよい。コーティングは、単一層として形成してもよく、コーティングの複数層として形成してもよい。
【0031】
コーティングが複数層として形成される場合、コーティングの各層は、異なる導電率を与えてもよい。こうしてコーティングの第１層は、コーティングの第２層よりもより高い導電性でもよく、またはより低い導電性でもよい。コーティングの複数層のうちの１つまたは複数は、導電体でもよい。追加または代替として、コーティングの複数層のうちの１つまたは複数は、半導体として機能してもよい。
【0032】
検体は、ガスでもよい。
【0033】
検体がガスである場合、典型的には、検出媒体は、溝の第１面および第２面と接触的に係合するバインダと、活性成分とを含む。活性成分は、検体と結合し、その係合を通じて検出媒体の誘電率を変化させるように選択される。
【0034】
バインダは、典型的にはポリマーを含む。バインダは、フッ素化ポリマーを含んでもよい。バインダは、印刷可能なポリマー組成物でもよい。例示的な例は、ポリスチレン、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥおよびＰＭＭＡを含むポリマー組成物を含む。
【0035】
バインダは、フッ素化ポリマーを含む印刷可能なポリマー組成物でもよい。バインダは、ＰＶＤＦを含む印刷可能なポリマー組成物でもよい。例示的な例は、商品名ＤｕＰｏｎｔ ＬｕｘＰｒｉｎｔ（登録商標）８１５５で販売されている。
【0036】
活性成分は、検体を、吸収し、吸着し、溶解し、挿入(intercalate)し、検体と反応し、またはそれ以外には検体を取り込む、任意の物質でもよい。
【0037】
活性成分は、液体でもよい。活性成分が液体である場合、それは、バインダに対して、検出媒体が液体であるような濃度で存在してもよい。代替として、バインダに対して、検出媒体がゲルであるような濃度で存在してもよい。
【0038】
活性成分は、固体でもよい。活性成分が固体である場合、それは、典型的にはバインダのマトリクス中に分散された充填剤の形態をとる。
【0039】
活性成分は、非絶縁性でもよい。活性成分が、バインダを介して分散された充填剤である場合、活性成分は、バインダを通る導電性経路を提供してもよい。
【0040】
活性成分が、溝の第１面から第２面までの導電性経路を提供してもよい。導電性経路は、溝面から、溝の外部に設けられた電気端子までの代替の導電性経路よりも高い電気抵抗を有してもよい。
【0041】
検体は、ＣＯ２ガスでもよい。
【0042】
検体がＣＯ２である場合、活性成分は、イオン液体でもよい。イオン液体は、２０℃で液体であるイオン化合物である。イオン液体は、イミダゾリウムイオンを含んでもよい。
イミダゾリウムイオンは、Ｃ２位置に水素を含んでもよい。イオン液体は、１－アルキル－３－アルキル－イミダゾリウムイオンを含んでもよい。イオン液体は、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウムイオンを含んでもよい。イオン液体は、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムイオンを含んでもよい。
イミダゾリウムイオンは、Ｃ２位置に水素を含んでもよい。イオン液体は、１－アルキル－３－アルキル－イミダゾリウムイオンを含んでもよい。イオン液体は、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウムイオンを含んでもよい。イオン液体は、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムイオンを含んでもよい。
【0043】
イオン液体の対イオン（例えば、イミダゾリウムイオンと結合する対イオン）は、ビス（アルキルスルホニル）イミドまたはビス（ハロアルキルスルホニル）イミドでもよい。対イオンは、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドでもよい。
【0044】
イオン液体は、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドでもよい。
【0045】
イオン液体はまた、アミン塩基、例えば、１，８－ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデカ－７－エン（ＤＢＵ）を含んでもよい。典型的には、アミン塩基は、イオン液体に溶解する。
【0046】
適切なイオン液体の例は、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウムカチオンおよびＤＢＵ、例えば、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウムクロリドおよびＤＢＵを含む。
【0047】
検出媒体は、検出媒体の総重量に対して１重量％から５０重量％のイオン液体を含んでもよい。検出媒体は、検出媒体の総重量に対して４０重量％以下のイオン液体を含んでもよい。検出媒体は、検出媒体の総重量に対して５重量％から２０重量％のイオン液体を含んでもよい。検出媒体は、検出媒体の総重量に対して５重量％から１５重量％のイオン液体を含んでもよい。イオン液体が、検出媒体の総重量に対して約１５重量％～２０重量％（イオン液体とバインダの種類に応じて）未満の濃度で存在する場合、検出媒体は、典型的には液体である。
【0048】
ＣＯ２を検出する場合、検出媒体は、液体でもよい。
【0049】
ＣＯ２に特に適した検出媒体は、１０％のイオン液体を備えたＰＶＤＦバインダである。
【0050】
検体は、水蒸気でもよい。
【0051】
検体が水蒸気である場合、活性成分は、イオン液体でもよい。イオン液体は、ＣＯ２の検出に適したイオン液体について上述したものでもよい。
【0052】
検出媒体は、検出媒体の総重量に対して１重量％から５０重量％のイオン液体を含んでもよい。検出媒体は、検出媒体の総重量に対して１５重量％～５０重量％のイオン液体を含んでもよい。検出媒体は、検出媒体の総重量に対して２０重量％～５０重量％のイオン液体を含んでもよい。イオン液体が、検出媒体の総重量に対して約１５重量％～２０重量％（イオン液体とバインダの種類に応じて）を超える濃度で存在する場合、検出媒体は、典型的にはゲルである。
【0053】
水蒸気を検出する場合、検出媒体は、ゲルでもよい。
【0054】
検体は、Ｈ２ガスでもよい。
【0055】
検体がＨ２である場合、検出媒体は、充填剤を含むバインダでもよい。
【0056】
バインダは、フッ素化ポリマーを含んでもよい。バインダは、印刷可能なポリマー組成物でもよい。
【0057】
バインダは、フッ素化ポリマーを含む印刷可能なポリマー組成物でもよい。バインダは、ＰＶＤＦを含む印刷可能なポリマー組成物でもよい。バインダは、ポリスチレンを含む、またはＰＭＭＡを含む印刷可能なポリマー組成物でもよい。例示的な一例は、商品名ＤｕＰｏｎｔ ＬｕｘＰｒｉｎｔ（登録商標）８１５５で販売されている。
【0058】
検体がＨ２である場合、活性成分は、固体充填剤、例えば、金属または金属酸化物でもよい。充填剤は、ある物質、例えば、分子酸素と結合する金属または金属酸化物でもよい。
【0059】
充填剤、例えば、金属または金属酸化物は、バインダのマトリックス中に分散されてもよい。充填剤は、ナノ構造の形態でもよい。
【0060】
特定の実施形態では、活性成分は、酸化亜鉛でもよい。他の特定の実施形態では、活性成分は、酸化スズでもよい。さらに特定の実施形態では、活性成分は、酸化チタンでもよい。活性成分、例えば、酸化亜鉛または酸化スズなどは、ナノ構造の形態でもよい。ナノ構造は、ナノワイヤ、ナノチューブ、ナノ粒子、およびナノファイバを含む。
【0061】
触媒が、検出媒体中に存在していてもよい。触媒は、活性成分上のコーティングでもよい。触媒は、遷移金属、例えば、Ｐｄを含んでもよい。触媒は、遷移金属、例えば、Ｐｄでもよい。触媒は、遷移金属化合物、例えば、塩化パラジウムでもよい。
【0062】
活性成分は、酸化スズであり、触媒は、Ｐｄを含むことでもよい。活性成分は、酸化スズであり、触媒は、Ｐｄであることでもよい。活性成分は、酸化スズであり、触媒は、塩化パラジウムであることでもよい。活性成分は、塩化パラジウムでコーティングされた酸化スズでもよい。
【0063】
検出媒体は、検出媒体の総重量に対して１重量％～５０重量％の充填剤（例えば、酸化亜鉛または酸化スズ）を含んでもよい。好ましくは、検出媒体は、２重量％～１０重量％の充填剤を含んでもよい。さらにより好ましくは、検出媒体は、３重量％～５重量％の充填剤を含んでもよい。
【0064】
存在する場合、検出媒体は、検出媒体の総重量に対して０．０１重量％～５重量％の触媒を含んでもよい。
【0065】
特定の例は、使用前に前処理を必要としない電子センサデバイスを提供する。
【0066】
特に、特定の例は、検体が、予熱または熱活性化なしで使用可能な水素ガスであるデバイスを提供する。即ち、センシング装置に設置するとすぐに使用準備状態になる水素センサが提供される。こうして典型的には既知のセンサのように、センサを汚染除去するためにセンサを数時間以上加熱する必要はない。
【0067】
上記の議論において、物質または混合物が特定の物理的状態（例えば、固体、液体、ガス、ゲル）を有するものとして説明している場合、それは、２０℃の温度、１気圧の圧力におけるその物質または混合物の物理的状態である。
【0068】
第１応答フェーズでは、信号応答は、検出媒体上の検体の表面効果によって提供されるもよい。即ち、第１応答フェーズでは、信号応答は、検出媒体の表面上の検体との係合によって提供されてもよい。こうして第１応答フェーズは、溝内に形成されたセンサデバイスの誘電特性または電気抵抗特性に第１変化を与える。
【0069】
誘電特性または電気抵抗特性の第１変化は、ここでより詳細に説明するように、例えば、デバイス両端での静電容量、抵抗またはインピーダンスのうちの１つ以上を測定することによって、適切に検出できる。第１応答フェーズでは、第１変化レートが測定される。
【0070】
第２応答フェーズでは、信号応答は、検出媒体上の検体のバルク効果によって提供されてもよい。即ち、第２応答フェーズでは、信号応答は、検出媒体の表面を越えた検出媒体の特定の本体または体積上の検体との係合によって提供されてもよい。こうして検出媒体の本体または体積は、その本体内で、検体を吸収し、吸着し、溶解し、挿入(intercalate)し、または取り込むことができる。こうして検出媒体の本体または体積は、その本体内で、検体を吸収し、吸着し、溶解し、挿入し、またはそれ以外には収集する能力を有してもよい。
【0071】
こうして第２応答フェーズは、溝内に形成されたセンサデバイスの誘電特性または電気抵抗特性に第２変化を与えることができる。誘電特性または電気抵抗特性の第２変化は、ここでより詳細に説明するように、例えば、デバイス両端での静電容量、抵抗または抵抗のうちの１つ以上を測定することによって、適切に検出できる。第２応答フェーズでは、第２変化レートが測定される。
【0072】
このように本発明の電子センサデバイスの検出媒体は、検体との表面係合およびバルク係合の両方を提供するように構成できる。即ち、基板の溝内に検出媒体を設けることによって、検体と接触的に係合し、第１および第２応答フェーズを含む信号応答を提供する検出媒体を含むセンサを提供することが可能である。
【0073】
好都合には、溝内に検出媒体を設けることによって、検体が表面と接触的に係合する際、第１応答フェーズを提供するように構成されたセンサが提供できる。
【0074】
さらに、検体が検出媒体内に吸収され、吸着され、溶解され、挿入され、または取り込まれる際、後続の第２応答フェーズを提供するように構成されたセンサデバイスも提供できる。好ましくは、第２応答フェーズは、検体が検出媒体との吸収、吸着、溶解または取り込みの平衡に到達することによって提供できる。このように第２フェーズ応答は、ゼロに向かう第２変化レートに対応してもよい。換言すると、第２応答フェーズは、検出媒体内にほぼ一定量の検体が存在する平衡点に到達するまでの電気的特性の変化として提供されてもよい。
【0075】
適切には、前記検出媒体は、媒体表面および媒体本体を含んでもよく、前記第１応答フェーズは、前記媒体表面と検体の係合に応答して提供される。
【0076】
このように検出媒体上での検体の表面効果は、検出媒体の媒体表面との検体の係合によって提供されてもよい。
【0077】
適切には、前記第２応答フェーズは、前記媒質本体内の検体の係合に応答して提供されてもよい。
【0078】
このように検出媒体上の検体のバルク効果は、検出媒体の媒体本体との検体の係合によって提供されてもよい。
【0079】
第１および第２フェーズ応答として提供される信号応答に起因して、本発明者によって驚くべき利点に気が付いた。
こうしてセンサデバイスの感度、即ち、検体がセンサに係合して応答信号を提供する速度は、大きな表面積を備えた溝を設けることによって改善できるが、こうしたデバイスは、実質的に、不安定な第１フェーズ応答を提供できるだけである。
換言すると、こうしたデバイスは、信頼性の低い電気的特性測定値を提供する可能性がある。理由は、その表面に係合する検体が、過渡的な方法でしかそうしない可能性があるためである。
こうしてセンサデバイスの感度、即ち、検体がセンサに係合して応答信号を提供する速度は、大きな表面積を備えた溝を設けることによって改善できるが、こうしたデバイスは、実質的に、不安定な第１フェーズ応答を提供できるだけである。
換言すると、こうしたデバイスは、信頼性の低い電気的特性測定値を提供する可能性がある。理由は、その表面に係合する検体が、過渡的な方法でしかそうしない可能性があるためである。
【0080】
これに対して溝が溝深さを含む本発明の一態様のセンサデバイスを提供することによって、センサデバイスは、第２フェーズ応答を提供できる。別の言い方では、センサデバイスに媒体本体を設けることによって、センサデバイスは、第２フェーズ応答を提供できる。このようにセンサの信号応答は、信頼性がより高くなる。センサの増加した信頼性は、適切なアスペクト比（即ち、溝幅と溝深さの比率）を備えた溝を提供することによって達成できる。理論に束縛されないが、本発明者は、検出媒体との検体の第１表面係合により第１フェーズ応答を提供し、そして検出媒体との検体の次のバルク結合が続くことにより第２フェーズ応答を提供するため、信頼性が改善できると考える。
【0081】
【0082】
適切には、前記媒体本体は、少なくとも１つの溝のプロファイルを形成する基板の一部を含んでもよい。
【0083】
このように電子センサデバイスは、周囲の流体を媒体として使用して簡単に設けることができる。即ち、デバイスには、第１面および第２面上に個々の第１および第２電気的非絶縁部分を含む溝が設けられてもよく、さらに溝内に空気を含んでもよい。このように初期フェーズにおいて検体の不在時に、溝内の空気が溝内の誘電体エレメントまたは抵抗エレメントを提供でき、電気的特性、例えば、静電容量または抵抗がセンサ両端で測定できる。この配置例では、検体によるセンサとの接触により、検体による溝内の空気の一部の置換を引き起こす。こうして第１フェーズ応答は、溝の第１および第２電気的非絶縁部分との検体の接触係合によって提供できる。
【0084】
第２フェーズ応答も、この構成例によって提供できる。第２フェーズ応答は、溝の断面プロファイルの少なくとも一部を形成する基板への検体の吸着によって提供できる。即ち、第２フェーズ応答は、第１電気的非絶縁部分と第２電気的非絶縁部分との間の電気的分離を提供する空間内に溝内に露出した少なくとも基板への検体の吸着によって提供できる。
【0085】
適切には、前記少なくとも１つの溝の前記プロファイルは、第１特徴的形状を有してもよく、使用時に、第２応答フェーズにおいて前記プロファイルは、第２特徴的形状に変形してもよい。このようにセンサとの検体の係合により、溝内の基板による検体の吸着を提供でき、それによって溝の断面形状に対して変化を提供できる。溝プロファイルまたは断面形状に対する変化により、第２フェーズ応答を提供できる。別の言い方では、プロファイルの変形により、センサデバイスの電気的特性を変化させ、第２フェーズ応答を提供できる。理論に束縛されないが、本発明者は、変形は、少なくとも部分的には、溝内に露出した基板による検体の吸収または吸着に起因する可能性があると考える。
【0086】
適切には、前記信号応答は、前記少なくとも１つの溝の少なくとも１つの予め定めた電気的特性の変化を含んでもよい。
【0087】
適切には、前記予め定めた電気特性は、前記少なくとも１つの溝のインピーダンス、抵抗または静電容量でもよい。
【0088】
これらの方法で、第１および第２フェーズ応答は、ここで説明するように電気回路内の適切な検出器によって容易に測定できる。
【0089】
適切には、前記第１応答フェーズ内では、前記予め定めた電気的特性は第１レートで変化し、前記第２応答フェーズ内では、前記予め定めた電気的特性は第２レートで変化してもよい。
【0090】
適切には、前記第１レート変化は、前記第２レート速度よりも大きい大きさでもよい。
【0091】
これらの方法で、第１フェーズ応答を測定し、第２フェーズ応答から区別することが可能である。さらに、前記第１および第２フェーズ応答は、検体または一連の検体とのセンサの係合に起因して、信頼性の高い特徴的な信号応答を提供する。
【0092】
適切には、前記第１応答フェーズは、第１時間間隔に渡って持続し、前記第２応答フェーズは、第２時間間隔に渡って持続してもよい。より適切には、前記第１時間間隔は１秒未満でよく、前記第２時間間隔は６０秒未満でもよい。
【0093】
代替として、前記第１時間間隔は６０秒未満でもよく、前記第２時間間隔は６００秒未満でもよい。好ましくは、前記第１時間間隔は４０秒未満でもよく、前記第２時間間隔は１８０秒未満でもよい。さらにより好ましくは、前記第１時間間隔は２０～４０秒の範囲内でもよく、前記第２時間間隔は８０～１２０秒の範囲内でもよい。
【0094】
これらの方法で、検出媒体が、特徴的に区別可能な第１フェーズ応答と第２フェーズ応答を提供するように調整できる。即ち、センサは、例えば、適切な溝アスペクト比を選択することによって構成でき、第２フェーズ応答とは明らかに明確に区別される第１フェーズ応答を提供できる。
【0095】
第１または第２フェーズ応答はまた、他の信号応答、例えば、検体の不在時に事前の電気的特性の測定とは明確にはっきりと区別できる。
【0096】
さらに、検体の性質に応じて、センサは、第１フェーズ応答の増加した変化レートを提供するように構成できる。
【0097】
追加または代替として、センサは、第２フェーズ応答を提供するように構成でき、センサの測定された電気的特性は、検体の不在時に測定された電気的特性から特徴的に変化している。
【0098】
適切には、前記溝幅は、１００μｍ以下でもよく、より適切には４０μｍ以下、さらにより適切には０．５μｍ～１０μｍの範囲内である。
【0099】
適切には、溝アスペクト比が、前記溝深さと前記溝幅との比率として定義でき、前記溝アスペクト比は、０．１：１～５０：１の範囲内でもよい。より適切には、溝アスペクト比は、１：１～６：１の範囲内でもよい。
【0100】
適切には、前記プロファイルは、Ｕ字形状、Ｖ字形状、非対称Ｖ字形状、円形状、半円形状、または正方形状のいずれか１つでもよい。
【0101】
適切には、前記プロファイルは、平坦なベースを含んでもよい。
【0102】
適切には、前記第１電気的非絶縁部分または前記第２電気的非絶縁部分は、個々の前記第１面または前記第２面から前記基板の前記表面上に延びてもよい。
【0103】
適切には、前記第１電気的非絶縁部分または第２電気的非絶縁部分は、コーティングを含んでもよい。特定の例では、第１電気的非絶縁部分は、第２電気的非絶縁部分と実質的に同じ組成である。特定の例では、第１電気的非絶縁部分は、第２電気的非絶縁部分とは異なってもよい。
【0104】
電気的非絶縁部分、即ち、個々の第１電気的非絶縁部分および第２電気的非絶縁部分の一方または両方は、導電体または半導体を含む任意の適切な組成物から提供されてもよい。より適切には、電気的非絶縁部分が、炭素、金属、または非金属、例えば、金属酸化物コーティングなどとして提供されてもよい。電気的非絶縁部分に適した金属が、アルミニウム、金、銀、ニッケル、チタン、マンガン、または他の適切な金属のいずれか１つから形成されるコーティングとして提供されてもよい。適切な非金属が、当業者には知られているように、その上に形成されるコーティングとして提供される任意の金属酸化物でもよい。金属酸化物の非限定的な例は、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化鉄または酸化マンガンを含む。
【0105】
適切には、個々の溝の第１面および／または第２面は、軸外方向コーティングプロセスによって第１材料および／または第２材料でコーティングされてもよい。これは、製造時に溝の特定の面を選択的にコーティングできるという利点を提供する。
【0106】
代替または追加として、第１電気的非絶縁部分または第２電気的非絶縁部分は、基板の不連続な電気的非絶縁コーティングを含んでもよく、または、それでもよい。即ち、電気的非絶縁コーティングを基板上に堆積させて、１つ以上の電気的非絶縁部分を提供してもよい。
【0107】
電気的非絶縁部分は、基板の他のコーティングの一部をエッチングまたは除去して、電気的非絶縁コーティングを露出させることによって形成してもよい。いくつかの実施形態では、電気的非絶縁部分は、製造時に基板の表面上の接続部分のある領域をマスキングすることによって形成してもよい。こうして接続部分のある領域が、導電性材料を欠いていてもよい。
【0108】
適切には、前記少なくとも１つの溝は、一連の溝を含んでもよい。即ち、特定の実施形態では、電子センサは、第１の一連の溝を含んでもよい。
【0109】
第１の一連の溝は、任意の数の溝を含んでもよく、即ち、第１端子溝および第２端子溝を含んでもよい。
【0110】
第１の一連の溝の各溝は、基板の横断方向を横切って延びてもよい。
【0111】
第１の一連の溝の各溝は、平行に延びていてもよい。
【0112】
第１端子溝と第２端子溝との間の第１の一連の溝内に、任意の数の溝を設けてもよい。第１端子溝は、一端、または第１端、例えば、遠位端において、終端してもよく、あるいは第１の一連の溝の終端を形成してもよい。第２端子溝は、他端、または第２端、例えば、近位端において、終端してもよく、あるいは第１の一連の溝の終端を形成してもよい。
【0113】
遠位端および近位端は、基板のウェブ方向を横切る第１の一連の溝の端部を示す。
【0114】
センサデバイスは、第２の一連の溝をさらに含んでもよい。第２の一連の溝は、任意の数の溝を含んでもよく、即ち、第１端子溝および第２端子溝を含んでもよい。
【0115】
第２の一連の溝の各溝は、基板の横断方向を横切って延びてもよい。
【0116】
第２の一連の溝の各溝は、平行に延びていてもよい。
【0117】
第２の一連の溝の各溝は、第１の一連の溝の各溝と平行でもよい。
【0118】
第１端子溝と第２端子溝との間の第２の一連の溝内に、任意の数の溝を設けてもよい。第１端子溝は、一端、または第１端、例えば、遠位端において、終端してもよく、あるいは第２の一連の溝の終端を形成してもよい。第２端子溝は、他端、または第２端、例えば、近位端において、終端してもよく、あるいは第２の一連の溝の終端を形成してもよい。
【0119】
遠位端および近位端は、基板のウェブ方向を横切る第２の一連の溝の端部を示す。
【0120】
第１端子溝および第２端子溝は、それぞれ基板の表面上の接続部分に近接してもよい。各接続部分は、溝、例えば、端子溝を電気的に接続する手段を提供する。特定の例では、接続部分が、溝に電気回路内の電気接続を提供する。このように個々の第１接続部分および第２接続部分が、センサデバイスの第１電極および第２電極を提供できる。
【0121】
追加または代替として、第１の一連の溝の第２端子溝および第２の一連の溝の第１終端は、接続部分によって、分離または離隔していてもよい。即ち、第１の一連の溝と第２の一連の溝との間に、接続部分によって提供される電気接続部が存在してもよい。
【0122】
適切には、少なくとも１つの溝は、対向するエッジで隣接する平行セクションを有する単一の溝を備えてもよく、それにより実質的に繰り返しＳ字形状を形成できる。
【0123】
適切には、前記一連の溝の各溝は、５ｍｍから１０００ｍｍの長さでもよい。
【0124】
適切には、前記一連の溝の統合長さは、１００ｍより大きい長さでもよく、より適切には１０００ｍより大きい長さでもよい。さらにより適切には、前記一連の溝の統合長さは、１００００ｍより大きい長さでもよく、さらにより適切には、１００００ｍ～６００００ｍの範囲でもよい。
【0125】
適切には、前記一連の溝の第１溝の第２面が、前記一連の溝の第２溝の第１面と電気的に連通していてもよい。
【0126】
適切には、前記一連の溝は、予め定めた溝密度で前記基板表面上に整列してもよい。ここで使用したように、溝密度は、合計基板面積に対する合計溝面積の比率として定義できる。適切には、前記溝密度は、５０～８０％の範囲内、より好ましくは６０～７０％の範囲内でもよい。
【0127】
基板は、硬化性樹脂、特にＵＶ硬化性樹脂を含んでもよい。適切には、基板は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）上にコーティングされたアクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）上にコーティングされたアクリル樹脂、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）上にコーティングされたアクリル樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）上にコーティングされたバイオポリマー、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）上にコーティングされたバイオポリマー、およびポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）上にコーティングされたバイオポリマーのうちの１つ以上を含んでもよい。より適切には、基板が、電気的非絶縁性材料で含浸またはドープされてもよい。特定の例では、基板が、少なくとも３０体積％、より適切には少なくとも３７体積％まで含浸またはドープされてもよい。
【0128】
適切には、前記検出媒体は、前記プロファイルの少なくとも一部上に共形的に(conformally)堆積される。このように検出媒体は、第１面または第２面、あるいは第１電気的非絶縁部分または第２電気的非絶縁部分を保護的に覆うことができる。
【0129】
適切には、前記検出媒体は、前記少なくとも１つの溝を部分的に充填し、実質的に充填し、または過剰充填してもよい。
【0130】
適切には、前記検出媒体は、バインダおよび活性成分を混合状態で含んでもよい。
【0131】
適切には、前記バインダおよび前記活性成分は、均一に分散されてもよい。
【0132】
適切には、信号応答は、検体と前記活性成分との係合に応答して提供されてもよい。
【0133】
適切には、前記活性成分は、粒子として、または液体として設けられてもよい。
【0134】
適切には、前記バインダは、前記検出媒体内の前記活性成分を結合するように構成されてもよい。
【0135】
適切には、前記プロファイルまたは前記検出媒体は、使用時に、検体と検出媒体との中断した係合に応答して、回復信号が提供されてもよい。より適切には、回復信号は、第１回復フェーズおよび後続の第２回復フェーズを含んでもよい。
【0136】
適切には、前記第１応答フェーズは、前記検出媒体の表面からの検体の中断した係合に応答して提供されてもよい。
【0137】
適切には、前記第２応答フェーズは、前記媒体本体からの検体の解離(dissociation)に応答して提供されてもよい。
【0138】
これらの方法で、電子センサは、センサを用いた検体の不在または減少に起因して応答信号を提供するように容易に構成できる。
【0139】
本発明の更なる態様によれば、検体検出装置で提供される。検体検出装置は、
少なくとも１つの溝を含む基板を含む電子センサを備え、前記溝は、第１面および第２面を含み、前記溝は、少なくとも基板内の溝の深さおよび前記基板の表面における溝幅を含む断面プロファイルを有し、
前記第１面は、第１電気的非絶縁部分を含み、前記第２面は、第２電気的非絶縁部分を含み、前記プロファイル内で、前記第１電気的非絶縁部分は、前記第２電気的非絶縁部分から電気的に分離されており、
さらに、前記溝内に設けられた検出媒体であって、前記第１電気的非絶縁部分および第２電気的非絶縁部分と接触的に係合するように配置され、そして検体と接触的に係合するように構成された検出媒体を備え、
前記プロファイルまたは前記検出媒体は、使用時に、検体と検出媒体との係合に応答して、第１応答フェーズおよび後続の第２応答フェーズを含む信号応答が提供されるように構成され、
さらに、検出器を備え、
前記少なくとも１つの溝の前記第１電気的非絶縁部分は、第１電極を形成し、前記少なくとも１つの溝の前記第２電気的非絶縁部分は、第２電極を形成し、
前記第１電極および第２電極は、前記検出器に電気的に接続され、前記検出器は、前記信号応答を検出し測定する。
少なくとも１つの溝を含む基板を含む電子センサを備え、前記溝は、第１面および第２面を含み、前記溝は、少なくとも基板内の溝の深さおよび前記基板の表面における溝幅を含む断面プロファイルを有し、
前記第１面は、第１電気的非絶縁部分を含み、前記第２面は、第２電気的非絶縁部分を含み、前記プロファイル内で、前記第１電気的非絶縁部分は、前記第２電気的非絶縁部分から電気的に分離されており、
さらに、前記溝内に設けられた検出媒体であって、前記第１電気的非絶縁部分および第２電気的非絶縁部分と接触的に係合するように配置され、そして検体と接触的に係合するように構成された検出媒体を備え、
前記プロファイルまたは前記検出媒体は、使用時に、検体と検出媒体との係合に応答して、第１応答フェーズおよび後続の第２応答フェーズを含む信号応答が提供されるように構成され、
さらに、検出器を備え、
前記少なくとも１つの溝の前記第１電気的非絶縁部分は、第１電極を形成し、前記少なくとも１つの溝の前記第２電気的非絶縁部分は、第２電極を形成し、
前記第１電極および第２電極は、前記検出器に電気的に接続され、前記検出器は、前記信号応答を検出し測定する。
【0140】
適切には、前記検出器は、前記回復信号を検出し測定する。
【0141】
適切には、電子センサデバイスは、２端子デバイスとも称される。第１および第２の一連の溝は、カスケード溝構造とも称される。使用時、デバイスは、直列配置で製造でき、並列または直列と並列の組合せ配置で動作できる。
【0142】
本発明のさらに更なる態様によれば、電子センサデバイスを製造する方法が提供される。この方法は、前記基板を用意するステップと、
前記表面内に前記少なくとも１つの溝を形成し、これにより第１面、第２面およびプロファイルを提供するステップと、
前記表面内に前記少なくとも１つの溝を形成し、それによって、第１面、第２面、および少なくとも、基板内の溝深さおよび前記基板の表面における溝幅を含むプロファイルを提供するステップであって、前記第１面は、第１電気的非絶縁部分を含み、前記第２面は、第２電気的非絶縁部分を含み、前記プロファイル内では、前記第１電気的非絶縁部分は、前記第２電気的非絶縁部分から電気的に分離されている、ステップと、
前記プロファイルの少なくとも一部の内部に前記検出媒体を設けて、前記第１電気的非絶縁部分および前記第２電気的非絶縁部分と接触的に係合するステップであって、前記プロファイルまたは前記検出媒体は、使用時に、検体と検出媒体との係合に応答して、第１応答フェーズおよび後続の第２応答フェーズを含む信号応答が提供されるように構成される、ステップと、を含む。
前記表面内に前記少なくとも１つの溝を形成し、これにより第１面、第２面およびプロファイルを提供するステップと、
前記表面内に前記少なくとも１つの溝を形成し、それによって、第１面、第２面、および少なくとも、基板内の溝深さおよび前記基板の表面における溝幅を含むプロファイルを提供するステップであって、前記第１面は、第１電気的非絶縁部分を含み、前記第２面は、第２電気的非絶縁部分を含み、前記プロファイル内では、前記第１電気的非絶縁部分は、前記第２電気的非絶縁部分から電気的に分離されている、ステップと、
前記プロファイルの少なくとも一部の内部に前記検出媒体を設けて、前記第１電気的非絶縁部分および前記第２電気的非絶縁部分と接触的に係合するステップであって、前記プロファイルまたは前記検出媒体は、使用時に、検体と検出媒体との係合に応答して、第１応答フェーズおよび後続の第２応答フェーズを含む信号応答が提供されるように構成される、ステップと、を含む。
【0143】
適切には、前記方法はさらに、活性成分（例えば、充填剤）をバインダと混合することによって、前記検出媒体を提供することをさらに含む。
【0144】
電子センサデバイスの製造中に、軸外方向コーティングプロセスを使用してもよく、これにより溝または一連の溝の少なくとも１つの面が選択的にコーティングされる。これは、こうしたデバイスのロールツーロール(roll-to-roll)製造に特に有用であり、製造プロセスをバッチプロセスではなく連続プロセスとして実行できるためである。こうした場合、溝の反対側の面は、コーティング対象の面に影を落とすため、コーティング対象の面の一部だけが、到来する材料によってコーティングできる。これは、「シャドーイング効果」として知られている。こうしてシャドーイング効果は、溝の面に堆積される材料の量を管理する。シャドーイング効果は、軸外方向コーティングの角度を増加または減少させることによって変更できる。
【図面の簡単な説明】
【0145】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を単なる例として説明する。
【0146】
【図1】本発明の一態様に係る電子センサデバイスの第１例示的実施形態の断面図を示す。
【図2】本発明の一態様に係る電子センサデバイスの第２例示的実施形態の断面図を示す。
【図3】本発明の一態様に係る電子センサデバイスの第３例示的実施形態の断面図を示す。
【図4】検出器との電気接続のための２端子デバイスとして提供される、本発明の一態様に係る例示的実施形態の電子センサの斜視図を示す。
【図6】図４の２端子デバイスによって測定された、液体の水に応答した静電容量信号応答の実験データを示し、図６（ａ）は第１検出媒体の両方、図６（ｂ）は第１検出媒体のみ、図６（ｃ）は第２検出媒体のみを組み込む。
【図7】５％の二酸化炭素ガス（図７（ａ））および、最初は２％、その後５％の二酸化炭素ガス（図７（ｂ））を含む雰囲気に応答した、試験条件下での更なる例示的実施形態の電子センサデバイスの静電容量信号応答の実験データを示す。
【図9】本発明の一態様に係る電子センサデバイスを形成する例示的方法を示す。
【0147】
図面において、同様の参照番号は同様の部分を参照する。
【発明を実施するための形態】
【0148】
下記の説明では、特定の用語は便宜的に使用しているに過ぎず、限定的ではない。用語「上側」は、組み立て時および取り付け時に、説明するコンポーネントを基準として、参照している図面内のある方向を指定している。
【0149】
さらに、ここで使用するように、用語「接続され」、「装着され」、および「搭載され」は、両者間に他の部材が介在しない２つの部材間の直接接続、そして１つ以上の他の部材が介在する部材間の間接接続を含むことを意図している。この用語は、上記で具体的に言及した単語、その派生語、および類似の意味の単語を含む。
【0150】
さらに、別段に特定していない限り、序数形容詞、例えば、「第１」、「第２」、「第３」などの使用は、類似の物体の異なるインスタンスが参照されていることを示すに過ぎず、そのように記載された物体が、時間的、空間的、ランキングまたはその他の方法で所定の順序であるべきことを意味することを意図していない。
【0151】
ここで図１（ａ）および１（ｂ）を参照すると、本発明の第１態様に係る電子センサデバイス１００の断面図が示される。図１（ａ）（ｂ）の例では、センサデバイス１００は、溝１０４を有する基板１０２を含み、溝１０４は、第１面１２０および第２面１３０を含み、これは、少なくとも基板内の溝深さ１６５と、基板１０２の表面１０５での溝幅１６０とを含む断面プロファイルを有する。
【0152】
第１面１２０は第１電気的非絶縁部分１２２を含み、第２面１３０は第２電気的非絶縁部分１３２を含み、プロファイル内では、第１電気的非絶縁部分１２２は、第２電気的非絶縁部分１３２から電気的に分離される。
【0153】
検出媒体１５０が、前記溝内に設けられ、前記第１および第２電気的非絶縁部分１２２，１３２と接触的に係合するように配置され、検体と接触的に係合するように構成される。
【0154】
溝１０４のプロファイルまたは検出媒体１５０のいずれかは、使用時に、検体と検出媒体１５０との係合に応答して、第１応答フェーズおよび後続の第２応答フェーズを含む信号応答が提供されるように構成される。
【0155】
溝１０４は、基板１０２の表面１０５を横切って近位端から遠位端まで延びるように形成される。溝１０４は、基板１０２を横切って直線的に延びている。特定の他の例では、溝は、任意の適切な向きまたは構成、例えば、Ｚ字状、ジグザグ状、または湾曲状の配置などで、基板を横切って延びていてもよい。
【0156】
溝１０４は、ある断面プロファイルを備えて形成される。図示の例では、断面プロファイルは、対向して配置され、基板１０２の中に延びる第１面２２および第２面１３２を含む。第１面１２２と第２面１３２は、ベース１１７によって離隔して配置される。
【0157】
このプロファイルは、基板の表面１０５において第１面１２２と第２面１３２との間の距離によって決定される溝幅１６０を含む略Ｕ字状の溝を形成する。このプロファイルは、溝１０４が基板１０２内に延びる垂直距離によって決定される深さ１６５を含む。
【0158】
あるプロファイルがさらに溝アスペクト比を含む。ここで使用される溝アスペクト比は、基板表面での溝の幅と、基板内の溝の深さとの比率として定義される。図１に示す例では、溝１０４には、５μｍの溝幅１６０および１０μｍの溝深さが設けられている。溝アスペクト比は、２：１である。
【0159】
溝１０４の第１面１２２および第２面１３２は、実質的に等しい長さであり、基板１０２の表面１０５に直交して延びる基準軸に対して共通の角度で表面１０５から延びている。
【0160】
特定の他の例では、溝プロファイルは、任意の適切な形状でもよく、例えば、これに限定されないが、Ｖ字状、円形状、半円形状または正方形状などでもよい。溝プロファイルは、基準軸に関して対称であっても非対称でもよい。即ち、例えば、プロファイルが、異なる長さの面、または基準軸に対して異なる角度を備えたＶ字状でもよい。
【0161】
第１面１２０には、第１電気的非絶縁部分１２２が設けられる。第１電気的非絶縁部分１２２は、溝１０４内で第１面１２０の長さに沿って延びている。図示の例では、第１電気的非絶縁部分１２２は、金属化アルミニウムコーティングである。
【0162】
第１電気的非絶縁部分１２２は、表面１０５から溝ベース１１７の上方のある距離まで、第１面１２０の深さの一部に延びている。
【0163】
第２面１３０には、第２電気的非絶縁部分１３２が設けられる。第２電気的非絶縁部分１３２は、溝１０４内で第２面１３０の長さに沿って延びている。図示の例では、第２電気的非絶縁部分１３２は、金属化アルミニウムコーティングである。
【0164】
第２電気的非絶縁部分１３２は、表面１０５から溝ベース１１７の上方のある距離まで、第１面１２０の深さの一部に延びている。
【0165】
第１電気的非絶縁部分１２２および第２電気的非絶縁部分１３２は、溝１０４を隔てて電気的に分離されている。即ち、第１電気的非絶縁部分１２２および第２電気的非絶縁部分１３２は、溝１０４のベース１１７を隔てて離隔している。
【0166】
図１に示す例では、第１電気的非絶縁部分１２２は、第２電気的非絶縁部分１３２と実質的に同じ組成である。特定の例では、第１電気的非絶縁部分１２２は、第２電気的非絶縁部分１３２とは異なってもよい。
【0167】
第１電気的非絶縁部分１２２および第２電気的非絶縁部分１３２は、導電体または半導体を含む任意の適切な組成物から提供できる。好ましくは、電気的非絶縁部分１２２および第２電気的非絶縁部分１３２は、カーボン、または金属もしくは金属酸化物のコーティングとして設けられる。さらにより好ましくは、電気的非絶縁部分１２２および第２電気的非絶縁部分１３２は、アルミニウム、金、銀、ニッケル、チタン、マンガン、またはこれらの酸化物、例えば、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マンガンのコーティングとして設けられる。
【0168】
第１および第２電気的非絶縁部分１２２，１３２は、個々の溝面上にコーティングまたは堆積物として設けることができる。個々のコーティングが、任意の適切な手法、例えば、軸外方向コーティングプロセスなどを用いて塗布できる。個々のコーティングが、蒸着手法を用いて塗布できる。代替として、基板は、電気的非絶縁材料で形成でき、第１および第２電気的非絶縁部分が、基板内の個々の溝面を形成することによって設けられる。
【0169】
検出媒体１５０が、溝１０４の内部に設けられる。検出媒体１５０は、溝の内部に堆積され、検出媒体１５０が第１電気的非絶縁部分１２２と接触的に係合し、そして第２電気的非絶縁部分１３２と接触的に係合するようになる。
【0170】
検出媒体１５０は、溝１０４を部分的に充填する。即ち、検出媒体１５０は、溝１０４のベース１１７を覆い、それが第１および第２面１２０，１３０の上方に部分的に延びるようし、それによって第１および第２電気的非絶縁部分１２２，１３２を部分的に覆う。これにより検出媒体１５０には、溝１０４内に含まれる表面１５２が設けられる。即ち、検出媒体１５０の表面１５２は、溝内で露出しており、物質、例えば、検体が溝１０４に入って検出媒体１５０と係合する。
【0171】
使用時、電子センサデバイス１００は、ここで説明するように、電気回路、例えば、検出器を含む２端子デバイスなどの内部で接続される。ここで説明するように、センサデバイス１００の両端に電位差を印加することによって、センサデバイスの電気的特性が適切な検出器を用いて検出、測定できる。特定の例では、電気的特性は、溝１０４の両端で測定される静電容量である。必要に応じて、電気的特性は、溝１０４の両端で測定されるインピーダンスまたは抵抗である。電気的特性の測定の更なる詳細は、図６～図１０に関連してここに提供される。
【0172】
ここで図２を参照すると、電子センサデバイス３００の第２例示的実施形態が示される。機能が前の例と同じ場合、参照番号も同じままであるが、最初の数字が「３」になる。
【0173】
さらに、図２は、基板３０２内に溝３０４を含み、第１および第２面３２０，３３０を含むセンサ３００の断面図を示す。溝３０４のプロファイルは、図１に示される例示的実施形態の溝１０４のプロファイルと実質的に同じであるため、簡潔のために、ここでは詳細を繰り返さない。
【0174】
溝３０４の第１面３２０には、第１電気的非絶縁部分３２２が設けられる。第１電気的非絶縁部分３２２は、溝３０４内で第１面３２０の長さに延びている。図示の例では、第１電気的非絶縁部分３２２は、金属化アルミニウムコーティングである。
【0175】
第１電気的非絶縁部分３２２は、第１面３２０の深さの一部に、表面３０５から溝ベース３１７の上方にある距離まで延びている。第１電気的非絶縁部分３２２はさらに、基板の表面３０５に沿ってある距離延びており、第１接触部分３２２ａを提供する。
【0176】
基板３０２の表面３０５には、第１コーティング３８２が設けられる。第１コーティング３８２は、溝の第１面３２０の上側エッジから遠くへ延びている。即ち、第１コーティング３８２は、第１電気的非絶縁部分３２２の接触部分３２２ａと接触的に係合して設けられる。こうして第１電気的非絶縁部分３２２は、第１電極を形成することができる。このように第１電気的非絶縁部分３２２は、ここでさらに説明するように、２端子デバイスの第１端子に電気的に接続できる。
【0177】
溝３０４の第２面３３０には、第２電気的非絶縁部分３３２が設けられる。第２電気的非絶縁部分３３２は、溝３０４内で第２面３３０の長さに延びている。図示の例では、第２電気的非絶縁部分３３２は、金属化アルミニウムコーティングである。
【0178】
第２電気的非絶縁部分３３２は、第１面３２０の深さの一部に、表面３０５から溝ベース３１７の上方にある距離まで延びている。第２電気的非絶縁部分３３２はさらに、基板３０２の表面３０５に沿ってある距離延びており、第２接触部分３３２ａを提供する。
【0179】
基板３０２の表面３０５には、第２コーティング３８３が設けられる。第２コーティング３８３は、溝の第２面３３０の上側エッジから遠くへ延びている。即ち、第２コーティング３８３は、第２電気的非絶縁部分３３２の接触部分３３２ａと接触的に係合して設けられる。こうして第２電気的非絶縁部分３３２は、第２電極を形成することができる。このように第２電気的非絶縁部分３３２は、ここでさらに説明するように、２端子デバイスの第２端子に電気的に接続できる。
【0180】
検出媒体３５０が、溝３０４の内部に設けられる。検出媒体３５０は、溝内に堆積され、検出媒体３５０が第１電気的非絶縁部分３２２と接触的に係合し、そして第２電気的非絶縁部分３３２と接触的に係合するようになる。
【0181】
検出媒体３５０は、溝３０４を過剰充填する。即ち、検出媒体３５０は、溝内の空洞を充填し、溝表面３５２が基板３０２の表面３０５の平面よりも上方に延びている。即ち、検出媒体３５０の表面３５２は、溝の上方に露出しており、物質、例えば、検体が溝３０４に入って検出媒体３５０と係合する。
【0182】
使用時、電子センサデバイス３００は、第１および第２電極を用いて、電気回路、例えば、検出器を含む２端子デバイスなどの内部で接続される。センサデバイス３００の電気的特性が、図１の例示的実施形態のセンサデバイスと同様な方法で、適切な検出器を用いて検出、測定できる。
【0183】
ここで図３を参照すると、電子センサデバイス４００の第３例示的実施形態が示される。機能が前の例と同じ場合、参照番号も同じままであるが、最初の数字が「４」になる。
【0184】
さらに、図３は、基板４０２内に溝４０４を含み、第１および第２面４２０，４３０を含むセンサ４００の断面図を示す。溝のプロファイル、そして第１および第２電気的非絶縁部分４２２，４３２は、図１に示す例示的実施形態の溝１０４の対応する特徴と実質的に同じであるため、簡潔のために、ここでは詳細を繰り返さない。
【0185】
検出媒体４５０が、溝４０４の内部に設けられ、それが溝のプロファイルを共形的に(conformally)覆う。即ち、検出媒体４５０は、検出媒体４５０材料の層で溝４０４の第１面４２０、第２面４３０およびベース４１７を覆っており、溝は、検出媒体４５０で充填されない。
【0186】
第１および第２面４２０，４３０の個々の上側エッジにおいて、検出媒体４５０は、溝４０４から外へ延びており、それにより第１および第２電気的非絶縁部分４２２，４３２の境界を表面４０５で覆う。このように検出媒体４５０は、第１および第２電気的非絶縁部分４２２，４３２に対して被覆を提供するように配置され、これらが検体に露出されないようにする。検出媒体４５０は、第１および第２電気的非絶縁部分４２２，４３２を封入するように配置され、それによって保護層を提供する。
【0187】
ここで図４を参照すると、検出器との電気接続のための２端子デバイスとして提供される例示的実施形態の電子センサ５００の斜視図が示されている。機能が前の例と同じ場合、参照番号も同じままであるが、最初の数字が「５」になる。
【0188】
電子センサ５００は、一連の溝５０４を含む領域が形成された基板５０２を含む。
【0189】
基板５０２は、ここで説明するように、一連の溝５０４とともに配置されたスペーサおよびチャネルが設けられた第１領域を含む。第１領域は、一連の溝５０４と基板５０２の第１エッジとの間に延びる第１端子５１２として形成される。第１端子５１２は、それに搭載された第１コネクタ５９２と電気的に接続される。
【0190】
基板５０２は、ここで説明するように、一連の溝５０４とともに配置されたスペーサおよびチャネルが設けられた第２領域を含む。第２領域は、一連の溝５０４と基板５０２の第２対向エッジとの間に延びる第２端子５１４として形成される。第２端子５１４は、それに搭載された第１コネクタ５９４に電気的に接続される。
【0191】
基板５０２は、その上に検体５９９の２つの部分が堆積された状態で示される。図示の例では、検体５９９は、一連の溝５０４に接触して係合する２つの液滴として提供される。
【0192】
第１および第２端子５１２，５１４は、第１および第２コネクタ５９２，５９４を介して検出器（不図示）に電気的に接続される。即ち、第１および第２端子５１２，５１４は、検出器を備えた電気回路を形成する。検出器は、図５を参照してより詳細に説明するように、一連の溝５０４の電気的特性を検出し測定するように適切に選択される。こうしてセンサデバイス５００は、検出器に電気的に接続された２端子デバイスとして形成される。
【0193】
ここで図５を参照すると、例えば、図４に示したようなセンサ５００および電気検出器を用いたモデル信号応答が示される。特に、図５（ａ）には、第１検体部分、そして第２検体部分が電子センサデバイスと接触的に係合する際に、経時的に測定されたモデル静電容量信号応答６４０が示される。信号応答モデルでは、検体部分は水の液滴であるが、信号応答は、ある範囲の流体形態の検体を示す可能性がある。
【0194】
モデル信号応答６４０から得られた計量定義を図５（ｂ）に示す。初期静電容量値（Ｃ０）は、バックグラウンド信号応答に対応する。即ち、Ｃ０は、センサデバイスとの検体の係合前に測定された静電容量値に対応する。こうしてＣ０は、検体が存在する前のセンサの一定の静電容量信号応答を表す。
【0195】
第１検体液滴が、センサと係合する（６４１）。第１検体液滴の係合により、センサに第１信号応答を提供する。第１検体は、体積Ｖ１を有する。第１信号応答の後、第１液滴は、センサと係合した状態のままである。第１信号応答は、ここで説明するように、センサ上での第１検体液滴の表面効果、および第１検体液滴のバルク効果に対応する第１および第２フェーズ応答を含む。
【0196】
第１信号応答の第１フェーズ応答は、時間間隔ｔ５の持続時間を有し、その後、検出器は、第１特性静電容量Ｃ５を測定する。Ｃ５は、ベースライン静電容量Ｃ０とは異なる静電容量である。Ｃ５は、第１信号応答の第２フェーズ応答を表す。即ち、Ｃ５は、センサとの第１検体液滴の係合後の静電容量信号応答を表す。
【0197】
第２検体液滴が、センサと係合する（６４３）。第２検体液滴の係合により、センサに第２信号応答を提供する。第２検体は、体積Ｖ２を有する。第２信号応答の後、第２液滴は、センサと係合した状態のままになる。第２信号応答は、ここで説明するように、センサ上での第２検体液滴の表面効果、および第２検体液滴のバルク効果に対応する第１および第２フェーズ応答を含む。
【0198】
第２信号応答の第１フェーズ応答は、時間間隔ｔ１０の持続時間を有し、その後、検出器は、第２特性静電容量Ｃ１０を測定する。Ｃ１０は、ベースライン静電容量Ｃ０および第１特性静電容量Ｃ５の両方とは異なる静電容量である。Ｃ１０は、第２応答信号の第２フェーズ応答を表す。即ち、Ｃ１０は、センサとの第２検体液滴の係合後の静電容量信号応答を表す。
【0199】
追加または代替として、第１または第２信号応答のいずれかの第２フェーズ応答は、測定された電気的特性の変化を含むことがある。即ち、第２フェーズ応答が、例えば、静電容量などの静電気特性のみに限定されない。特定の例では、第２フェーズ応答が、センサに対する検体のバルク効果によって引き起こされる経時的な電気的特性の変化を含むことがある。こうして第２フェーズ応答内で、変化率は、予め定めた時間に渡ってゼロに減少することがある。換言すると、第２フェーズ応答内では、検体が検出媒体のバルク体積との平衡に近づくにつれて、電気的特性は静的測定に向かう傾向がある可能性がある。
【0200】
モデル応答６４０は、センサからの第１および第２検体液滴の除去６４５も含む。検体液滴の除去により、センサに回復信号応答を提供する。回復信号応答は、センサに対する検体の表面効果の中断、そしてセンサに対する検体のバルク効果の中断に対応する第１および第２フェーズ応答を含む。
【0201】
回復信号応答は、時間間隔ｔｄの持続時間を有し、その後、検出器は、ベースライン静電容量Ｃ０を測定する。
【0202】
第１検体液滴によって提供される、信号応答についての信号対ノイズ比ｓ５が、ここではＣ５／Ｃ０として定義される。第１および第２検体液滴によって提供される、信号応答についての信号対ノイズ比ｓ１０は、ここではＣ１０／Ｃ０として定義される。従って、第１および第２検体液滴に対する静電容量感度Ｓは、ここでは次のように定義される。
【0203】
【数1】
【0204】
図５に示すモデル応答の第１信号応答は、個々の第１および第２フェーズ応答を含み、センサが検体を検出したことを示すのに充分なものである。即ち、第１信号応答は、それ自体で検体が検出されたことを示す電気的特性（この場合は静電容量）の信頼できる測定可能な変化を提供できる。センサが検体を検出したことを示すために、第２信号応答は必要とされない場合がある。こうして図５に示す第２信号応答は、ここで説明するようなセンサが、増加する検体量との係合に起因して、複数の信号応答を提供できることを示すために提供される。
【0205】
【0206】
２つのセンサは、ＢＬＫ＿ＩＧＩおよびＤ５３＿１Ｐとして識別される。センサはそれぞれ、５．３μｍの溝幅および１０μｍの溝深さを有する一連の溝を含む基準基板で形成される。基準基板は、６６％の溝密度を有する。溝の第１面と第２面は金属化面で形成される。即ち、基準基板の溝は、厚さ約１００ｎｍのアルミニウムの層として形成された第１および第２電気的非絶縁部分を含む。
【0207】
センサＢＬＫ＿ＩＧＩは、検出媒体として空気を含む。図６（ｂ）は、図４を参照して説明したように、検体の第１および第２液滴、この場合は液体の水に応答したセンサＢＬＫ＿ＩＧＩの信号応答１０４０を示す。信号応答の計量は、図５を参照して説明したモデル応答の計量に対応して、図６（ａ）に示す表に提供される。
【0208】
第１液滴は、センサと係合して（１０４１）、第１信号応答を提供する。第１信号応答は、第１フェーズ応答１０５１を含み、静電容量がほぼ瞬時に約０Ｆのベースラインから約２．５×１０－８Ｆまで増加し、約２．５×１０－８Ｆ、即ち２５ｎＦの変化である。第１フェーズ応答ｓ５の信号対ノイズ比は、７．３７と測定された。第１フェーズ応答は、センサ上の第１液滴の表面効果に対応する。
【0209】
第２フェーズ応答１０５２が提供され、そこでは静電容量が第１特性静電容量Ｃ５まで減少する。第２フェーズ応答は、センサ上の第１液滴のバルク効果に対応する。第１信号応答の時間ｔ５は、４４．５秒である。
【0210】
第２液滴が、センサと係合し（１０４３）、第２信号応答を提供する。第２信号応答は、第１フェーズ応答１０６１を含み、静電容量は、約１．０×１０－８Ｆから約６．０×１０－８Ｆまでほぼ瞬時に増加し、約５．０×１０－８Ｆ、即ち５０ｎＦの変化である。第１フェーズ応答の信号対ノイズ比ｓ１０は、１７．２２と測定された。第１フェーズ応答は、センサ上の第２液滴の表面効果に対応する。
【0211】
第２フェーズ応答１０６２が提供され、静電容量は、第２特性静電容量Ｃ１０まで減少する。第２信号応答は、センサ上の第１液滴のバルク効果に対応する。第２信号応答の時間ｔ１０は、４３．４６秒である。
【0212】
第１および第２液滴がセンサから除去され（１０４５）、回復信号応答１０７１を提供する。
【0213】
センサＤ５３＿１Ｐは、Ｄｕｐｏｎｔ Ｌｕｘｐｒｉｎｔ ８１５３を含む検出媒体を含み、その更なる詳細はここで提供される。検出媒体は、基準基板の溝付き領域の単一コートとして提供される。
【0214】
図６（ｃ）は、図４を参照して説明したように、検体の第１液滴および第２液滴（この場合は液体の水）に応答して測定されたセンサＤ５３＿１Ｐの信号応答１１４０を示す。信号応答の計量は、図５を参照して説明したモデル応答の計量に対応して、図６（ａ）に示す表に提供される。
【0215】
第１液滴がセンサと係合して（１１４１）、第１信号応答を提供する。第１信号応答は、第１フェーズ応答１１５１を含み、このとき静電容量は約０Ｆから約２．５×１０－８Ｆまでほぼ瞬時に増加する。第１フェーズ応答の信号対ノイズ比ｓ５は、１．９８と測定された。第１フェーズ応答は、センサ上の第１液滴の表面効果に対応する。
【0216】
第２フェーズ応答１１５２が提供され、そこでは静電容量は、第１特性静電容量Ｃ５まで減少する。第２信号応答は、センサ上の第１液滴のバルク効果に対応する。応答時間ｔ５は、７．００秒である。
【0217】
第２液滴がセンサと係合して（１１４３）、第２信号応答を提供する。第２信号応答は、第１フェーズ応答１１６１を含み、静電容量は、約２．５×１０－８Ｆから４．０×１０－８Ｆまでほぼ瞬時に増加する。第１フェーズ応答の信号対ノイズ比ｓ１０は、３．３１と測定された。第１フェーズ応答は、センサ上の第２液滴の表面効果に対応する。
【0218】
第２フェーズ応答１１６２が提供され、静電容量は、第２特性静電容量Ｃ１０まで減少する。第２フェーズ応答は、センサ上の第１液滴のバルク効果に対応する。応答時間ｔ１０は、４．２８秒である。
【0219】
第１液滴および第２液滴は、センサから除去され（１１４５）、回復信号応答１１７１を提供する。回復信号応答時間ｔｄは、１２．００秒である。
【0220】
ここで図１０を参照すると、実質的に減少した溝アスペクト比を備えたセンサデバイスを組み込んだ場合、図４に示す２端子デバイスによって測定された静電容量信号応答の実験データが示される。センサは、ＢＬＫ＿ＥＬＦとして識別され、約８０μｍの溝幅と１μｍ未満の溝深さ（０．０１３の溝アスペクト比に対応）を有する一連の溝を含む基準基板から形成される。
【0221】
図６に関して説明したセンサと共通に、溝の第１面および第２面には、金属化面が形成され、厚さ約１００ｎｍのアルミニウム層として形成された第１および第２電気的非絶縁部分を提供する。
【0222】
センサＢＬＫ＿ＥＬＦは、検出媒体として空気を含む。図１０（ｂ）は、図４を参照して説明したように、検体の第１液滴および第２液滴、この場合は液体の水に応答するセンサＢＬＫ＿ＥＬＦの信号応答１５４０を示す。信号応答の計量は、図５を参照して説明したモデル応答の計量に対応して、図１０（ａ）に示す表に提供される。
【0223】
第１液滴がセンサと係合して（１５４１）、第１信号応答を提供する。第１信号応答は、第１フェーズ応答１５５１を含み、静電容量は、ほぼ瞬時に約０Ｆのベースラインから約１．０×１０－９Ｆまで増加し、約１．０×１０－９Ｆ、即ち１ｎＦの変化である。
【0224】
第２液滴がセンサと係合して（１５４３）、第２信号応答を提供する。第２信号応答は、第１フェーズ応答１５６１を含み、静電容量は、約６．０×１０－１０Ｆから約１．０×１０－９Ｆまでほぼ瞬時に増加し、約４．０×１０－１０Ｆ、即ち、０．４ｎＦの変化である。
【0225】
こうして図６に示すＢＬＫ－ＩＧＩの例の第１フェーズ応答１０５１，１０６１と比較すると、ＢＬＫ－ＥＬＦの個々の第１フェーズ応答１５５１，１５６１は実質的により弱い。即ち、ＢＬＫ－ＩＧＩサンプルの静電容量の変化は、ＢＬＫ－ＥＬＦの変化よりも、第１信号応答では２５倍以上大きく、第２信号応答では約２００倍大きい大きさである。これにより本発明者は、溝アスペクト比に起因して、ＢＬＫ－ＥＬＦセンサデバイスは信頼性の高い信号応答を提供するには不十分であろうと結論する。
【0226】
ここで図８を参照すると、高濃度の二酸化炭素ガスを含む雰囲気に応答した、試験条件下での更なる例示の実施形態の電子センサデバイスの静電容量信号応答の実験データが示される。
【0227】
このセンサは、図６を参照して説明したサンプルＢＬＫ＿ＩＧＩおよびＤ５３＿１Ｐのセンサと実質的に同じ溝構成を備える。検出媒体は、イミダゾリウムイオン液体（例えば、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド）と混合されたＤｕｐｏｎｔ Ｌｕｘｐｒｉｎｔ ８１５５を含み、その詳細はここで提供される。検出媒体の内部では、Ｄｕｐｏｎｔ Ｌｕｘｐｒｉｎｔ ８１５５がバインダを提供する。イミダゾリウムイオン液体は、活性成分を提供する。
【0228】
図７（ａ）は、図６を参照して説明したように、検体、この場合は５％二酸化炭素の雰囲気の導入に応答したセンサの信号応答１２４０を示す。アルゴン雰囲気が提供されるセンサデバイスを含む制御信号応答も図示される。
【0229】
二酸化炭素は、センサと係合して（１２４１）、信号応答を提供する。信号応答は、第１フェーズ応答１２５１を含み、静電容量は、約５．０×１０－８Ｆのベースラインから少なくとも５．４×１０－８Ｆまで増加する。第１フェーズ応答は、センサ上での二酸化炭素の表面効果に対応する。第１フェーズ反応が発生するまでの時間は、約１分である。
【0230】
第２フェーズ応答１２５２が提供され、静電容量は、第２レート（この場合はより遅い）で、約５．６×１０－８Ｆの第１特性静電容量まで増加する。フェーズ信号応答は、センサ上の二酸化炭素のバルク効果に対応する。応答時間は、約６分である。
【0231】
５％の二酸化炭素雰囲気は、試験中にセンサを保持している試験チャンバの蓋を取り外すことによって中断される（１２４５）。センサからの５％の二酸化炭素の中断により、回復信号応答１２７１を提供する。
【0232】
図７（ｂ）は、図４を参照して説明したように、検体の導入に応答したセンサの信号応答１３４０を示す。詳細には、図７（ｂ）のデータを取得するために使用した例では、検体は、２％の二酸化炭素の初期雰囲気によって提供され、続いて５％の二酸化炭素の次の雰囲気によって提供される。
【0233】
初期の二酸化炭素雰囲気では、二酸化炭素がセンサと係合して（１３４１）、第１信号応答を提供する。第１信号応答は、第１フェーズ応答１３５１を含み、静電容量は、約４．３×１０－８Ｆのベースラインから少なくとも４．４×１０－８Ｆまで増加する。第１フェーズ応答は、センサ上での二酸化炭素の表面効果に対応する。第１フェーズ応答が発生するまでの時間は、１分未満である。
【0234】
第２フェーズ応答１３５２が提供され、静電容量は、更なるレート（この場合はより遅い）で約４．６×１０－８Ｆの第１特性静電容量に向かって増加する。第２フェーズ応答は、センサ上での二酸化炭素のバルク効果に対応する。応答時間は、約１０分である。
【0235】
後続の二酸化炭素雰囲気の導入により、二酸化炭素はセンサと係合して（１３４３）、第２信号応答を提供する。第２信号応答は、第１フェーズ応答１３６１を含み、静電容量は、約４．６×１０－８Ｆから少なくとも４．８×１０－８Ｆまで増加する。第１フェーズ応答は、センサ上での二酸化炭素の増加した濃度の表面効果に対応する。第１フェーズ応答が発生するまでの時間は、１分未満である。
【0236】
第２フェーズ応答１３６２が提供され、静電容量は、更なるレート（この場合はより遅い）で、約５．０×１０－８Ｆの第２特性静電容量に向かって増加する。第２フェーズ応答は、センサ上での二酸化炭素の増加した増加のバルク効果に対応する。応答時間は、約１０分である。
【0237】
５％の二酸化炭素雰囲気は、試験中にセンサを保持している試験チャンバの蓋を取り外すことによって中断される（１３４５）。センサからの５％の二酸化炭素の中断により、回復信号応答１３７１を提供する。
【0238】
ここで図８を参照すると、図７（ａ）を参照して上述したように、５％の二酸化炭素ガスを含む雰囲気の導入中でのインピーダンス信号応答の測定に対応する実験データが示される。こうして対応するインピーダンス信号応答は、静電容量信号応答と実質的に同じ特徴を含んで図示される。
【0239】
二酸化炭素は、センサと係合して（１４４１）、信号応答を提供する。信号応答は、第１フェーズ応答１４５１を含み、インピーダンスは、約９．３×１０４Ｚのベースラインから８．５×１０４Ｚ未満に減少する。第１フェーズ応答は、センサ上での二酸化炭素の表面効果に対応する。第１フェーズ応答が発生するまでの時間は、１分未満である。
【0240】
第２フェーズ応答１４５２が提供され、インピーダンスは、第２レート（この場合はより遅い）で、約７．５×１０４Ｚの第１特性インピーダンスまで減少する。第２フェーズ応答は、センサ上での二酸化炭素のバルク効果に対応する。応答時間は、約９分である。
【0241】
５％の二酸化炭素雰囲気は、試験中にセンサを保持している試験チャンバの蓋を取り外すことによって中断される（１４４５）。センサからの５％の二酸化炭素の中断により、回復信号応答１４７１を提供する。
【0242】
ここで図９を参照すると、本発明の一態様に係る電子センサデバイスを形成する例示的な方法８００が示される。
【0243】
方法８００は、基板を提供すること（８１０）から開始する。次のステップ８２０では、ここで説明したタイプの前記基板の表面内に溝が形成される。こうして溝は、第１面、第２面、および少なくとも基板内の溝深さと基板の表面での溝幅を含む溝プロファイルを提供する。また、形成ステップは、第１電気的非絶縁部分を含む第１面を提供し、第２電気的非絶縁部分を含む第２面を形成する。第１電気的非絶縁部分は、プロファイル内で前記第２電気的非絶縁部分から電気的に分離されている。
【0244】
最終ステップ８３０では、検出媒体が、前記プロファイルの少なくとも一部の内部に設けられ、前記第１および第２電気的非絶縁部分を接触的に係合させる。
【0245】
ここで図１１を参照すると、酸素ガスと窒素ガスのベースライン混合物に２％の水素ガスを含む雰囲気を導入する際の抵抗信号応答の測定に対応する実験データが示されている。このように、対応する抵抗信号応答１６４０は、静電容量信号応答およびインピーダンス信号応答と実質的に同じ特徴を含んで示される。
【0246】
水素は、センサと係合して（１６４１）、信号応答を提供する。信号応答は、第１フェーズ応答１６５１を含み、抵抗は、約１９００オームのベースラインから１６００オーム未満まで減少する。第１フェーズ応答は、センサ上での水素の表面効果に対応する。第１フェーズ応答が発生するまでの時間は、１分未満である。
【0247】
第２フェーズ応答１６５２が提供され、抵抗は、第２レート（この場合はより遅い）で、約１１５０オームの第１特性抵抗まで減少する。第２フェーズ応答は、センサ上での水素のバルク効果に対応する。応答時間は、約４分である。
【0248】
５％の水素雰囲気は、試験中に酸素ガスと窒素ガスのベースライン混合物の雰囲気の導入によって中断される（１６４５）。センサからの５％の水素の中断により、回復信号応答１６７１を提供する。
【0249】
ここで図１２を参照すると、２％の水素を含む雰囲気の導入中の抵抗信号応答１７４０の測定に対応する実験データが示されている。こうして、対応する抵抗信号応答が図示される。
【0250】
水素は、センサと係合して（１７４１）、信号応答を提供する。信号応答は、第１フェーズ応答１７５１を含み、抵抗は、約１２４０オームのベースラインから１６００オーム未満まで増加する。第１フェーズ応答は、センサ上での水素の表面効果に対応する。第１フェーズ応答が発生するまでの時間は、約３０秒である。
【0251】
第２フェーズ応答１７５２が提供され、抵抗は、第２レート（この場合はより遅い）で、約３２００オームの第１特性抵抗まで増加する。第２フェーズ応答は、センサ上での水素のバルク効果に対応する。応答時間は、約２分である。
【0252】
２％の水素雰囲気は、試験中に酸素ガスと窒素ガスのベースライン混合物の雰囲気の導入によって中断される（１７４５）。センサからの２％の水素の中断により、回復信号応答１７７１を提供する。
【0253】
当業者は、上記の詳細な例は、限定的な意味ではなく、例としてのみ説明されており、しかも添付の請求項によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更および修正が可能であることを理解するであろう。上述した詳細な例に対して種々の変更が可能であり、例えば、溝、溝面、溝断面プロファイルの数、形状、サイズ、配置、組み立て等に変形例が存在してもよい。センサデバイスの信号応答を調整するために、検出媒体の性質と充填レベルにおいても種々の変更が存在してもよい。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5(a)】
【図5(b)】
【図6(a)】
【図6(b)】
【図6(c)】
【図7(a)】
【図7(b)】
【図8】
【図9】
【図10(a)】
【図10(b)】
【図11】
【図12】
【国際調査報告】