特表 2024-526365 マイクロバイオセンサーとその感知構造

(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】2024-07-17

(54)【発明の名称】マイクロバイオセンサーとその感知構造

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/1473 20060101AFI20240709BHJP

   A61B 5/1486 20060101ALN20240709BHJP

【ＦＩ】

A61B5/1473

A61B5/1486

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024503861

(86)(22)【出願日】2022-07-22

(85)【翻訳文提出日】2024-03-21

(86)【国際出願番号】 CN2022107409

(87)【国際公開番号】W WO2023001292

(87)【国際公開日】2023-01-26

(31)【優先権主張番号】63/224,736

(32)【優先日】2021-07-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518115285

【氏名又は名称】華廣生技股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＢＩＯＮＩＭＥ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．１００， Ｓｅｃｔｉｏｎ ２， Ｄａｑｉｎｇ Ｓｔ．， Ｓｏｕｔｈ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｔａｉｃｈｕｎｇ Ｃｉｔｙ Ｔａｉｗａｎ

(74)【代理人】

【識別番号】100107984

【弁理士】

【氏名又は名称】廣田 雅紀

(74)【代理人】

【識別番号】100182305

【弁理士】

【氏名又は名称】廣田 鉄平

(74)【代理人】

【識別番号】100096482

【弁理士】

【氏名又は名称】東海 裕作

(74)【代理人】

【識別番号】100131093

【弁理士】

【氏名又は名称】堀内 真

(74)【代理人】

【識別番号】100150902

【弁理士】

【氏名又は名称】山内 正子

(74)【代理人】

【識別番号】100141391

【弁理士】

【氏名又は名称】園元 修一

(74)【代理人】

【識別番号】100221958

【弁理士】

【氏名又は名称】篠田 真希恵

(74)【代理人】

【識別番号】100192441

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 仁

(72)【発明者】

【氏名】黄 椿木

(72)【発明者】

【氏名】陳 界行

(72)【発明者】

【氏名】陳 碧萱

(72)【発明者】

【氏名】陳 継浩

(72)【発明者】

【氏名】張 恒嘉

【テーマコード（参考）】

4C038

【Ｆターム（参考）】

4C038KK10

4C038KL01

4C038KL09

4C038KM01

4C038KY04

4C038KY06

4C038KY11

(57)【要約】

生体流体中の標的分析物（３１０）の生理パラメータを測定するように、生体内への皮下埋め込みに使用されるマイクロバイオセンサー（１０）の感知構造は、電気化学反応を使用して、生体流体中の干渉物質（３２０）による測定の干渉を低減することができる。感知構造は、表面を有する基板（１１０）と、表面に配置され、活性表面を有する第一作用電極（１２０）と、表面に配置され、電気化学反応を使用することによって干渉物質（３２０）を枯渇させるために使用され、第一作用電極（１２０）の少なくとも一つの側辺に隣接する少なくとも一つの第二作用電極（１３０）と、生体流体が第二作用電極（１３０）を通って流れるとき、干渉物質（３２０）の拡散分布を制限するために、活性表面の少なくとも一部に少なくとも対応して配置される隔離層（１５０）と、を含む。生体流体中の干渉物質（３２０）は、一定期間にわたって第二作用電極（１３０）を通過し、電気化学反応によって第二作用電極（１３０）によって枯渇する。
【選択図】図２Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

生体流体の標的分析物の生理パラメーターを測定し、電気化学反応による測定における前記生体流体の干渉物質の干渉を低減するように、皮膚の下に埋め込むためのマイクロバイオセンサーであって、
シートである基板であって、対向するように配置された第一表面及び第二表面を有する前記基板と、
前記基板の前記第一表面に配置された第一感知セクションを少なくとも含む第一作用電極であって、前記第一作用電極の前記第一感知セクションが第一導電性材料を含む前記第一作用電極と、
前記基板の前記第一表面に配置され、第二感知セクションを含む少なくとも一つの第二作用電極であって、前記第二感知セクションが、前記第一感知セクションの少なくとも一方の側に隣接して配置され、前記第二作用電極の前記第二感知セクションが、前記第一導電性材料と異なる第二導電性材料を含む前記第二作用電極と、
前記第一作用電極の前記第一感知セクションと前記第二作用電極の前記第二感知セクションを覆う第一機能膜と、を含み、
前記第一機能膜は、前記生体流体の前記標的分析物と反応して生成物を得るために、前記第一導電性材料の一部を少なくとも覆って前記第一感知セクションの活性表面を画定する化学試薬と、
前記第二作用電極の前記第二感知セクションを通過する前記生体流体の前記干渉物質の拡散経路を制限するように、前記第一作用電極の前記第一感知セクションの前記活性表面の少なくとも一部に対応して配置される隔離層と、を含み、
前記生体流体は、一定期間にわたって前記第二感知セクションに拡散し、前記第二感知セクションを通過した後に前記第一感知セクションに拡散し、
前記第一作用電極が第一作用電圧によって駆動されると、前記第一感知セクションが前記生成物と反応して、前記標的分析物の生理パラメーターに対応する生理信号を出力し、
前記第二作用電極が第二作用電圧によって駆動されると、前記第二感知セクションが、前記生理信号に対する前記干渉物質の干渉を低減するように、前記一定期間中の電気化学反応によって前記生体流体の前記干渉物質を消費し、前記生体流体の残りの部分が 前記第二感知セクションを通過した後、前記第一作用電極の前記第一感知セクションに拡散することを特徴とするマイクロバイオセンサー。

【請求項2】

前記隔離層は、前記活性表面の一部を少なくとも遮蔽し、前記干渉物質が前記活性表面に直接拡散することを隔離するように、前記第一機能膜に配置され、前記少なくとも第一作用電極の前記第一感知セクションに対応して配置されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項3】

前記隔離層の面積は、前記第一感知セクションの前記活性表面の面積の０．５～１０倍であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項4】

前記隔離層は、更に前記第二作用電極の前記第二感知セクションに対応して、前記第二感知セクションの一部を少なくとも遮蔽するように配置されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項5】

前記隔離層の厚さは１～８０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項6】

前記一定期間は１０秒～１５分であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項7】

前記第一作用電極は、前記第一作用電圧によって駆動されて、前記第一感知セクションが測定範囲を生成するようにし、
前記第二作用電極は、前記第二作用電圧によって駆動されて、前記第二感知セクションを前記第一感知セクションの周囲に接触させ、前記測定範囲と少なくとも部分的に重なる干渉除去範囲を有することを可能にすることを特徴とする請求項１に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項8】

前記第二作用電極の前記第二感知セクションは、前記第一作用電極の前記第一感知セクションの少なくとも二つの側面に隣接して配置されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項9】

前記隔離層は更に、前記第一感知セクションの少なくとも二つの側面に隣接して配置される前記第二感知セクションの一部を少なくとも遮蔽するように、前記第二感知セクションに対応して配置されることを特徴とする請求項８に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項10】

前記第一作用電極が前記第一作用電圧によって駆動されるとき、前記第一導電性材料が前記生成物に対して第一感度を有し、前記第二作用電極が前記第二作用電圧によって駆動されるとき、前記第二導電性材料が前記生成物に対して前記第一感度より小さい第二感度を有することを特徴とする請求項１に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項11】

前記第一導電性材料は白金であり、前記第二導電性材料はカーボンであることを特徴とする請求項１に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項12】

前記隔離層は、前記第一機能膜に配置され、前記第一機能膜は、前記隔離層と前記第一感知セクションの前記活性表面との間の距離によって規定される厚さを有し、前記厚さは０．０５μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項13】

生体流体の標的分析物の生理パラメーターを測定し、電気化学反応による測定における前記生体流体の干渉物質の干渉を低減するように、皮膚の下に埋め込むためのマイクロバイオセンサーであって、
対向するように配置された第一表面及び第二表面を有する基板と、
前記標的分析物の前記生理パラメーターを測定するように、前記基板の前記第一表面に配置された第一感知セクションを少なくとも含む第一作用電極と、
前記基板の前記第一表面に配置され、第二感知セクションを含む少なくとも一つの第二作用電極であって、前記第二感知セクションが、前記電気化学反応によって前記干渉物質を消費するように、前記第一感知セクションの少なくとも一方の側に隣接して配置される前記少なくとも一つの第二作用電極と、
前記第一作用電極の前記第一感知セクションと前記第二作用電極の前記第二感知セクションを覆う第一機能膜と、を含み、
前記第一機能膜は、前記生体流体の前記標的分析物と反応して生成物を得るために、前記第一導電性材料の一部を少なくとも覆って前記第一感知セクションの活性表面を画定する化学試薬と、
前記生体流体が前記第二作用電極の前記第二感知セクションと相互作用する機会を増加させる原因として前記干渉物質の拡散経路を画定するように、前記活性表面の少なくとも一部に対応して少なくとも配置される隔離層と、を含み、
前記第一作用電極が前記第一作用電圧によって駆動されると、前記第一感知セクションが前記生成物と反応して、前記標的分析物の前記生理パラメーターに対応する生理信号を出力し、
前記第二作用電極が前記第二作用電圧によって駆動されると、前記第二感知セクションが、前記生理信号に対する前記干渉物質の干渉を低減するように、電気化学反応によって前記生体流体の前記干渉物質を消費し、前記生体流体の残りの部分が前記第二感知セクションを通過した後、前記第一感知セクションに拡散することを特徴とするマイクロバイオセンサー。

【請求項14】

前記隔離層は、前記活性表面の一部を少なくとも遮蔽し、前記干渉物質が前記活性表面に直接拡散することを隔離するように、前記第一機能膜に配置され、少なくとも前記第一作用電極の前記第一感知セクションに対応して配置されることを特徴とする請求項１３に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項15】

前記隔離層は、更に前記第二作用電極の前記第二感知セクションに対応して、前記第二感知セクションの一部を少なくとも遮蔽するように配置されることを特徴とする請求項１３に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項16】

前記第二感知セクションは、ギャップを介して前記第一感知セクションの少なくとも一方の側辺に隣接して配置され、前記ギャップは０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１３に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項17】

前記第二作用電極の数は二つであり、
二つの前記第二作用電極の二つの前記第二感知セクションはそれぞれ、前記第一感知セクションの対向する二つの側面に隣接して配置されることを特徴とする請求項１３に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項18】

前記第二感知セクションの一側辺は、前記第一感知セクションの周縁に沿って延びており、前記第一感知セクションの周縁のうち前記第二感知セクションに隣接して配置される部分は、前記第一感知セクションの周縁の全長の３０％～１００％を占めることを特徴とする請求項１３に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項19】

少なくとも一つの対電極を更に含み、
前記対電極は、前記第二表面に配置され、前記第一作用電極及び前記第二作用電極の少なくとも一方に結合されることを特徴とする請求項１３に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項20】

前記化学試薬は、前記第二作用電極の前記第二感知セクションの一部を更に覆うことを特徴とする請求項１３に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項21】

前記基板の前記第一表面及び前記第二表面を包み込み、前記第一機能膜及び前記隔離層を覆う第二機能膜を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項22】

前記第一機能膜は、更に充填材を含み、
前記充填材は、前記第一作用電極と前記第二作用電極との間に充填されることを特徴とする請求項１３に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項23】

生体流体の標的分析物の生理パラメーターを測定し、電気化学反応による測定における前記生体流体の干渉物質の干渉を低減するように、皮膚の下に埋め込むためのマイクロバイオセンサーの感知構造であって、
表面を有する基板と、
前記表面に配置され、活性表面を有する第一作用電極と、
前記電気化学反応によって前記干渉物質を消費するように、前記表面に配置され、前記第一作用電極の少なくとも一方の側に隣接して配置される少なくとも一つの第二作用電極と、
前記生体流体が前記第二作用電極を通って流れるときに前記干渉物質の拡散分布を制限するように、前記活性表面の少なくとも一部に対応して配置される隔離層と、を含み、
少なくとも前記生体流体の前記干渉物質は、一定期間にわたって前記第二作用電極を通過し、前記電気化学反応により前記第二作用電極によって消費されることを特徴とする感知構造。

【請求項24】

前記第一作用電極と前記隔離層との間にあり、前記基板、前記第一作用電極及び前記第二作用電極を包む第一機能膜を更に含み、
前記第一機能膜は、前記生体流体の前記標的分析物と反応して生成物を生成するように、前記第一作用電極の一部を覆って前記活性表面を定義する化学試薬を含むことを特徴とする請求項２３に記載の感知構造。

【請求項25】

前記第一作用電極が第一作用電圧によって駆動されると、前記第一作用電極が前記生成物と反応して、前記標的分析物の生理パラメーターに対応する生理信号を出力し、
前記第二作用電極が第二作用電圧によって駆動されると、前記第二作用電極が、前記生理信号に対する前記干渉物質の干渉を低減するように、前記一定期間中の前記電気化学反応によって前記干渉物質を消費することを特徴とする請求項２４に記載の感知構造。

【請求項26】

前記第一作用電圧は０．２～０．８ボルトであり、前記第二作用電圧は０．２～０．８ボルトであることを特徴とする請求項２５に記載の感知構造。

【請求項27】

前記一定期間は１０秒～１５分であることを特徴とする請求項２３に記載の感知構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マイクロバイオセンサー及びその感知構造に関する。特に、本発明は、生体流体の拡散分布を制限することができるマイクロバイオセンサー及びその感知構造に関する。

【背景技術】

【0002】

連続グルコース監視システムの基本構成には、バイオセンサーと送信機が含まれる。バイオセンサーは体内のグルコース濃度に応じた生理信号を測定するものであり、その測定は主に電気化学的プロセスに基づいている。具体的には、グルコースはグルコースオキシダーゼ（ＧＯｘ）との触媒反応を受けてグルコノラクトンと還元型グルコースオキシダーゼを生成し、続いて還元型グルコースオキシダーゼと生体流体中の酸素との間の電子伝達反応により副産物として過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）が生成される。グルコース濃度は、副産物であるＨ_２Ｏ_２の酸化反応から得られる。

【0003】

しかしながら、アスコルビン酸（ビタミンＣの主成分）、アセトアミノフェン（一般的な鎮痛成分）、尿酸、タンパク質、グルコース類似体などの酸化電位がＨ_２Ｏ_２の酸化電位に近い干渉物質が、血液または組織液中に存在すると、グルコース濃度の測定に悪影響が生じる。したがって、被験者の生理パラメーターが測定値に正確に反映されていることを保証し、連続グルコース監視システムの動作中に測定信号の長期安定性を維持することは困難である。

【0004】

現在、前述の欠点は、例えば干渉物質を濾過するための高分子膜を提供することによって解決されているが、干渉物質を完全に除去することは依然として困難である。あるいは、場合によって酵素または異なる種類の酵素でコーティングされた複数の作用電極にそれぞれ電位を印加して、作用電極から複数の信号を読み取る。次に、信号は減算などの処理されて、標的分析物の生理パラメーターが正確に取得される。しかしながら、作用電極の製造及び使用を伴うこのような従来のプロセスは非常に複雑である。また、引き算の適切な比率を見つけるのは簡単ではない。

【発明の概要】

【0005】

本発明のマイクロバイオセンサーは、生体流体の標的分析物の生理パラメーターを測定するために皮膚の下に埋め込むことができ、生理パラメーターを測定するための第一作用電極、干渉物質を消費するための第二作用電極、及び隔離層を含む。隔離層は、生体流体中の干渉物質が第一作用電極に直接拡散することを防止するために第一作用電極の一部を少なくとも遮蔽し、生体流体が第一作用電極に到達する前に第二作用電極を確実に通過するように配置構成され、これにより、第二作用電極が電気化学反応を利用して生体流体中の測定に影響を与える干渉物質を消費し、第一作用電極が測定中により正確な測定結果を得ることができる。

【0006】

本発明の一つの態様によれば、生体流体の標的分析物の生理パラメーターを測定し、電気化学反応による測定における前記生体流体の干渉物質の干渉を低減するように、皮膚の下に埋め込むためのマイクロバイオセンサーが提出された。マイクロバイオセンサーは、シートである基板であって、対向するように配置された第一表面及び第二表面を有する前記基板と、前記基板の前記第一表面に配置された第一感知セクションを少なくとも含む第一作用電極であって、前記第一作用電極の前記第一感知セクションが第一導電性材料を含む前記第一作用電極と、前記基板の前記第一表面に配置され、第二感知セクションを含む少なくとも一つの第二作用電極であって、前記第二感知セクションが、前記第一感知セクションの少なくとも一方の側に隣接して配置され、前記第二作用電極の前記第二感知セクションが、前記第一導電性材料と異なる第二導電性材料を含む前記第二作用電極と、前記第一作用電極の前記第一感知セクションと前記第二作用電極の前記第二感知セクションを覆う第一機能膜と、を含み、前記第一機能膜は、前記生体流体の前記標的分析物と反応して生成物を得るために、前記第一導電性材料の一部を少なくとも覆って前記第一感知セクションの活性表面を画定する化学試薬と、前記第二作用電極の前記第二感知セクションを通過する前記生体流体の前記干渉物質の拡散経路を制限するように、前記第一作用電極の前記第一感知セクションの前記活性表面の少なくとも一部に対応して配置される隔離層と、を含み、前記生体流体は、一定期間にわたって前記第二感知セクションに拡散し、前記第二感知セクションを通過した後に前記第一感知セクションに拡散し、前記第一作用電極が第一作用電圧によって駆動されると、前記第一感知セクションが前記生成物と反応して、前記標的分析物の生理パラメーターに対応する生理信号を出力し、前記第二作用電極が第二作用電圧によって駆動されると、前記第二感知セクションが、前記生理信号に対する前記干渉物質の干渉を低減するように、前記一定期間中の電気化学反応によって前記生体流体の前記干渉物質を消費し、前記生体流体の残りの部分が 前記第二感知セクションを通過した後、前記第一作用電極の前記第一感知セクションに拡散する。

【0007】

本発明のもう一つの態様によれば、生体流体の標的分析物の生理パラメーターを測定し、電気化学反応による測定における前記生体流体の干渉物質の干渉を低減するように、皮膚の下に埋め込むためのマイクロバイオセンサーが提出された。マイクロバイオセンサーは、対向するように配置された第一表面及び第二表面を有する基板と、前記標的分析物の前記生理パラメーターを測定するように、前記基板の前記第一表面に配置された第一感知セクションを少なくとも含む第一作用電極と、前記基板の前記第一表面に配置され、第二感知セクションを含む少なくとも一つの第二作用電極であって、前記第二感知セクションが、前記電気化学反応によって前記干渉物質を消費するように、前記第一感知セクションの少なくとも一方の側に隣接して配置される前記少なくとも一つの第二作用電極と、前記第一作用電極の前記第一感知セクションと前記第二作用電極の前記第二感知セクションを覆う第一機能膜と、を含み、前記第一機能膜は、前記生体流体の前記標的分析物と反応して生成物を得るために、前記第一導電性材料の一部を少なくとも覆って前記第一感知セクションの活性表面を画定する化学試薬と、前記生体流体が前記第二作用電極の前記第二感知セクションと相互作用する機会を増加させる原因として前記干渉物質の拡散経路を画定するように、前記活性表面の少なくとも一部に対応して少なくとも配置される隔離層と、を含み、前記第一作用電極が前記第一作用電圧によって駆動されると、前記第一感知セクションが前記生成物と反応して、前記標的分析物の前記生理パラメーターに対応する生理信号を出力し、前記第二作用電極が前記第二作用電圧によって駆動されると、前記第二感知セクションが、前記生理信号に対する前記干渉物質の干渉を低減するように、電気化学反応によって前記生体流体の前記干渉物質を消費し、前記生体流体の残りの部分が前記第二感知セクションを通過した後、前記第一感知セクションに拡散する。

【0008】

本開示のもう１つの態様によれば、生体流体の標的分析物の生理パラメーターを測定し、電気化学反応による測定における前記生体流体の干渉物質の干渉を低減するように、皮膚の下に埋め込むためのマイクロバイオセンサーの感知構造が提出された。感知構造は、表面を有する基板と、前記表面に配置され、活性表面を有する第一作用電極と、前記電気化学反応によって前記干渉物質を消費するように、前記表面に配置され、前記第一作用電極の少なくとも一方の側に隣接して配置される少なくとも一つの第二作用電極と、前記生体流体が前記第二作用電極を通って流れるときに前記干渉物質の拡散分布を制限するように、前記活性表面の少なくとも一部に対応して配置される隔離層と、を含み、少なくとも前記生体流体の前記干渉物質は、一定期間にわたって前記第二作用電極を通過し、前記電気化学反応により前記第二作用電極によって消費される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

以下の図面は、実施形態に従って描かれており、本発明の概念を単に例示するものである。

【図1A】本発明のマイクロバイオセンサーの第一実施形態を示す正面模式図である。

【図1B】本発明のマイクロバイオセンサーの第一実施形態を示す背面概略図である。

【図2A】図１Ａと図１Ｂの切断線Ｉ－Ｉに沿ったマイクロバイオセンサーの断面概略図である。

【図2B】図１Ａと図１Ｂの切断線Ｉ－Ｉに沿ったマイクロバイオセンサーの別の断面概略図である。

【図3】マイクロバイオセンサーの駆動後の第一感知セクションの測定範囲と第二感知セクションの干渉除去範囲を示す模式図である。

【図4】本発明のマイクロバイオセンサー内の干渉物質の拡散経路を制御する隔離層を示す概略図である。

【図5A】本発明のマイクロバイオセンサーの第二実施形態を示す正面概略図である。

【図5B】本発明のマイクロバイオセンサーの第二実施形態を示す背面概略図である。

【図6】本発明の図５Ａと図５Ｂの切断線ＩＩ－ＩＩに沿った断面模式図である。

【図7】本発明のマイクロバイオセンサーの隔離層の別の実施形態の構成を示す概略図である。

【図8】本発明のマイクロバイオセンサーの隔離層の他の実施形態である。概略構成図である。

【図9】本発明のマイクロバイオセンサーの第三実施形態を示す正面模式図である。

【図10】本発明のマイクロバイオセンサーにおける感知構造の第四実施形態の感知領域を示す正面概略図である。

【図11】図１０の切断線ＩＶ－ＩＶに沿ったマイクロバイオセンサーの断面模式図である。

【図12】本発明のマイクロバイオセンサーの第二機能膜の構成を示す模式図である。

【図13】本発明のマイクロバイオセンサーの充填材の配置を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下の詳細な説明を読むときは、本発明のすべての図を参照する。本発明のすべての図は、例を示すことによって本発明の異なる実施形態を示し、当業者が本発明を実施する方法を理解するのに役立つ。本実施例は、本発明の精神を実証するのに十分な実施形態を提供し、各実施形態は他の実施形態と矛盾せず、新しい実施形態は、それらの任意の組み合わせを通じて実施することができる。すなわち、本発明は、本明細書に開示された実施形態に限定されない。

【0011】

本発明のマイクロバイオセンサーは、生体の皮下に埋め込まれて生体流体中の標的分析物の生理パラメータを連続的に測定する連続グルコースモニタリングシステムのセンサーであり得る。さらに、本明細書で言及される「標的分析物」という用語は、一般に、生体内に存在する任意の被験物質を指し、例えば、これらに限定されないが、グルコース、乳糖、尿酸などを指す。「生体流体」という用語は、血液または間質液（ＩＳＦ）であってもよいが、これらに限定されない。また、「生理パラメーター」という用語は、限定されないが、濃度であってもよい。

【0012】

図１Ａ、図１Ｂと図２Ａを参照し、図１Ａと図２Ａは、それぞれ、本発明のマイクロバイオセンサーの第一実施形態の正面及び背面の概略図を示し、図２Ａは、図１Ａと図１Ｂの切断線Ｉ－Ｉに沿ったマイクロバイオセンサーの断面概略図を示す。第一実施形態において、本発明のマイクロバイオセンサー１０は、基板１１０、第一作用電極１２０、第二作用電極１３０、対電極２１０、第一機能膜１４０及び隔離層１５０を含む。

【0013】

基板１１０はシートであり、第一表面１１１と、第一表面１１１と反対側に位置する第二表面１１２と、第一端部１１３と、第二端部１１４とを有する。好ましくは、第一表面１１１及び第二表面１１２は、以下の電極を配置するために、両方とも平面である。信号出力領域１１５、感知領域１１６及び絶縁領域１１７が基板１１０にさらに画定される。信号出力領域１１５は、第一端部１１３に近い領域に位置し、感知領域１１６は第二端部１１４に近い領域に位置し、絶縁領域１１７は第一絶縁層Ｉ１によって覆われ、領域信号出力領域１１５と感知領域１１６との間の領域に位置する。基板１１０は、電極基板の製造に使用することができ、柔軟性及び絶縁性を有する任意の材料、例えばポリエステル、ポリイミド及び他のポリマー材料で作ることができるが、これらに限定されなく、高分子材料は単独で使用してもよいし、混合して使用してもよい。本発明の感知構造は、少なくとも、感知領域１１６内及び基板１１０上に形成され、第一作用電極１２０、第二作用電極１３０、第一機能膜１４０及び隔離層１５０を含む。

【0014】

第一作用電極１２０及び第二作用電極１３０は、基板１１０の第一表面１１１に配置され、第一端部１１３から第二端部１１４まで延びており、ここで、感知領域１１６内の第一作用電極１２０の一部は、第一感知セクション１２１であり、感知領域１１６内の第二作用電極１２０の一部は、第二感知セクション１３１である。第一感知セクション１２１は少なくとも第一導電性材料１Ｃを有し、第二感知セクション１３１は少なくとも第二導電性材料２Ｃを有する。第一導電性材料１Ｃは、炭素、白金、アルミニウム、ガリウム、金、インジウム、イリジウム、鉄、鉛、マグネシウム、ニッケル、モリブデン、オスミウム、パラジウム、ロジウム、銀、錫、チタン、亜鉛、シリコン、ジルコニウム、それらの誘導体（合金、酸化物、金属化合物など）、又はそれらの組み合わせのうちの一つであり得る。また、第二導電性材料２Ｃとしては、第一導電性材料１Ｃで例示した元素又はその誘導体を用いることができる。

【0015】

第一実施形態において、第一導電性材料１Ｃと第二導電性材料２Ｃが異なることに留意されたい。これらの構造を得るために、製造プロセスにおいて、最初に、第一導電性材料１Ｃ及び第二導電性材料２Ｃを基板１１０の第一表面１１１にそれぞれ形成し、図１Ａに示すようなパターンにパターニングすることができる。続いて、基板１１０に絶縁層Ｉ１を形成して、信号出力領域１１５、感知領域１１６及び絶縁領域１１７を画定する。別の実施形態において、第二導電性材料２Ｃは、パターニングステップにおいて第一感知セクション１２１のパターンなしで、図１Ａに示すようなパターンとして画定することができ、具体的には、第一作用電極１２０は、第二導電性材料２Ｃを更に含み、この実施形態において、信号出力領域１１５及び絶縁領域１１７内にのみ形成されるか、又は最大でも感知領域１１６の一部まで拡張される。次に、元の第一表面１１１のうち第一感知セクション１２１が形成される予定の領域に第１導電性材料１Ｃを直接形成し、第一導電性材料１Ｃを第一作用電極１２０の他の部分（第二導電性材料２Ｃ）と電気的に接続させて、第一感知セクション１２１の配置が完了する。この実施形態におけるマイクロバイオセンサー１０の感知領域１１６の断面模式図は、図２Ａとしても示される。

【0016】

ただし、本発明の第一作用電極１２０及び第二作用電極１３０の構造は、図２Ａに示す構造に限定されない。図２Ｂを参照すると、図２Ｂは、図１Ａと図１Ｂの切断線Ｉ－Ｉに沿ったマイクロバイオセンサーの別の断面概略図を示している。図２Ｂに示すように、第二導電性材料２Ｃは、まず基板１１０の第一表面１１１に形成され、その後、図１Ａに示すようなパターンにパターニングされる。具体的には、第二導電性材料２Ｃは、二つの分離領域に分割されており、基板１１０の第一端部１１３から第二端部１１４で延在し、第二端部１１４で折り曲げられてＵ字型構造を形成する二つの領域のうちの一つは、第二作用電極１３０として予め設定され、基板１１０の第一端部１１３から第二端部１１４まで延びてＵ字型構造に囲まれた他の領域は、第一作用電極１２０として予め設定される。第一絶縁層Ｉ１が基板１１０上に覆われ、信号出力領域１１５及び感知領域１１６を露出した後、感知領域１１６において第一作用電極１２０の第二導電材料２Ｃに第一導電材料１Ｃが形成され、第一作用電極１２０の第一感知部１２１の製造を完了する。図には示されていないが、第一導電性材料１Ｃは、感知領域１１６の第一作用電極１２０の部分的な第二導電性材料２Ｃにのみ形成することもできる。

【0017】

本発明の第二感知セクション１３１は、第一感知セクション１２１の少なくとも一辺に隣接し、第二感知セクション１３１の一辺は、第一感知セクション１２１の少なくとも一辺に沿って延びる。本実施形態において、第二感知セクション１３１は、第一感知セクション１２１の三辺に沿って延びてＵ字状の感知セクションを形成している。また、本発明の第一感知セクション１２１と第二感知セクション１３１は、第一表面１１１のみを介して位置関係を維持する。本発明の第一感知セクション１２１と第二感知セクション１３１は直接隣接しているため、それらの間には電極や接続線などの介在物が存在しない。

【0018】

第一機能膜１４０は、少なくとも、第一作用電極１２０の第一感知セクション１２１と、第二作用電極１３０の第二感知セクション１３１とを覆う。具体的には、第１実施形態の第一機能膜１４０は、基板１１０、第一作用電極１２０、第二作用電極１３０及び対電極２１０を取り囲んでいる。第一機能膜１４０は、第一感知セクション１２１の第一導電性材料１Ｃの少なくとも一部を覆う化学試薬を含み、これにより、化学試薬によって覆われた第一感知セクション１２１の表面が活性表面として定義される。他の実施形態において、化学試薬は、第二作用電極１３０の第二感知セクション１３１の第二導電性材料２Ｃを覆うこともでき、あるいは基板１１０の第二表面１１２を覆うこともできる。つまり、化学試薬は感知領域１１６を取り囲むことができる。基本的に、化学試薬は、標的分析物と反応する、または標的分析物の反応を触媒する少なくとも１つの酵素を含み、例えば、限定されないが、グルコースオキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼなどを含む。化学試薬に加えて、第一機能膜１４０の異なる機能、例えば検出感度の調整又は生物付着防止などを必要に応じて設定することができる。

【0019】

本発明のマイクロバイオセンサー１０の第一作用電極１２０は、生体流体の標的分析物の生理パラメーターを測定するために駆動される。マイクロバイオセンサー１０の第一作用電極１２０が第一作用電圧によって駆動されると、第一感知セクション１２１は生成物に対して第一感度を有し、その結果、第一導電性材料１Ｃが生成物と反応して電流信号を生成する。電流信号の値が生成物の濃度と比例関係にある場合、生理パラメーターに対応する生理信号が得られる。従って、第一感知セクション１２１の活性表面の範囲において、化学試薬と生体流体の対象分析物とが反応して生成物が得られ、この生成物が第一感知セクション１２１の第一導電性材料１Ｃと反応する。第一感知セクション１２１は、生体流体の標的分析物の生理パラメーターの生理信号に対応する電流信号を生成し、生理信号は信号出力領域１１５に送信されて出力される。

【0020】

生体流体には標的分析物と干渉物質が含まれるため、第一導電性材料１Ｃは、これらと反応して上述の電流信号を生成するだけでなく、生体流体中の干渉物質とも反応して干渉電流信号を生成する。干渉電流信号は、電流信号と混合されて出力され、生理信号に関する使用者の決定に干渉する。同様に、第二作用電極１３０が第二作用電圧によって駆動されるとき、第二感知セクション１３１の第二導電性材料２Ｃは、生成物に対して第二感度を有し、その結果、第二導電性材料２Ｃは、生成物と反応して別の電流信号を生成する機会を有する。すなわち、第二導電性材料２Ｃは、標的分析物の生理パラメーターを取得するために第一作用電極１２０の第一感知セクション１２１によって測定されるべき生成物を消費し、実際に測定される生理パラメーターに影響を与える。従って、一つの実施形態において、標的分析物がグルコースであり、その生成物が過酸化水素であり、生理パラメーターがグルコース濃度である場合、第一導電性材料１Ｃは、好ましくは、第一作用電圧によって駆動された後、過酸化水素に対して第一感度を有する材料であるべきである。より好ましくは、第一導電性材料１Ｃは、金、白金、パラジウム、イリジウム、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。第二導電性材料２Ｃは、第二作用電圧によって駆動された後、過酸化水素に対する第一感度よりも低い第二感度を有する材料であることが好ましい。特に、第二導電性材料２Ｃは、第二作用電圧によって駆動された後、過酸化水素に対する感度がほとんどない、すなわち、第二感度が０に近いか、０に等しい材料である。さらに、本発明の第二作用電極１３０の第二感知セクション１３１は、干渉物質を消費するための活性表面を提供する。従って、第二導電性材料２Ｃは、過酸化水素に対する感度をほとんど有さず、干渉物質と酸化反応を起こして干渉物質を直接継続的に消費する材料である。特に、第二導電性材料２Ｃは、第一導電性材料１Ｃと同様に干渉物質に対する感度を有する。

【0021】

より具体的には、本発明の一つの実施形態において、第一導電性材料１Ｃは白金であり、第一作用電圧は０．２ボルト（Ｖ）から０．８ボルト（Ｖ）の範囲であり、好ましくは０．４Ｖから０．７Ｖの範囲である。第二導電性材料２Ｃはカーボンであり、第２の動作電圧は０．２Ｖ～０．８Ｖの範囲であり、好ましくは０．４Ｖ～０．７Ｖの範囲である。本発明の別の実施形態において、第一導電性材料１Ｃは白金であり、第二導電性材料２Ｃは金である。前述の白金の形態は、白金金属、白金黒、白金ペースト、他の白金含有材料、又はそれらの組み合わせであり得ることに留意されたい。更に、第一作用電圧の値は、第二作用電圧の値と同じであってもよいが、本発明はこれに限定されない。

【0022】

なお、本発明において「駆動」とは、一方の電極の電位が他方の電極よりも高くなるような電圧を印加し、電位の高い方の電極が酸化反応を開始させることを意味する。従って、第一作用電極１２０と対電極２１０との間に第一作用電極１２０を駆動させる電位差は第一作用電圧であり、第２の作用電極１３０と対電極２１０との間に第二作用電極１３０を駆動させる電位差は、第二作用電圧である。

【0023】

図３は、マイクロバイオセンサー駆動後の第一感知セクションの測定範囲と第二感知セクションの干渉除去範囲を示す模式図である。マイクロバイオセンサー１０の第一作用電極１２０が第一作用電圧によって駆動されると、第一感知セクション１２１は測定範囲１Ｓを生成し、マイクロバイオセンサー１０の第２作用電極１３０が第二作用電圧で駆動されると、第一感知セクション１２１の周囲の第二感知セクション１３１のそれぞれが干渉除去範囲２Ｓを生成する。第二感知セクション１３１は、第一感知セクション１２１の側面に隣接して第一感知セクション１２１に非常に近接して配置されているため、干渉除去範囲２Ｓは、第一感知セクション１２１の周囲に接し、第一感知セクション１２１の測定範囲１Ｓと少なくとも部分的に重なることができ、第二導電性材料２Ｃが干渉物質と電気化学反応を起こすことにより、第一感知セクション１２１の測定範囲１Ｓ内で干渉物質を直接継続的に消費でき、これにより、干渉電流信号の発生が低減され、第一感知セクション１２１の測定に対する干渉物質の影響が低減される。

【0024】

しかしながら、図３では、マイクロバイオセンサ１０の測定範囲１Ｓに全方向から標的分析物３１０と干渉物質３２０が侵入するため、第一感知セクション１２１の周囲に配置された第二感知セクション１３１が干渉物質３２０を消費することができるが、干渉物質３２０は、重なり合わない範囲から第一感知セクション１２１の活性表面に接近することによって感知される可能性が依然としてある。

【0025】

従って、本発明のマイクロバイオセンサー１０は、隔離層１５０を含み、隔離層１５０は、第一機能膜１４０に配置される。絶縁層１５０の位置は、第一作用電極１２０の第一感知セクション１２１の少なくとも一部に対応して、活性表面の一部を少なくとも遮蔽するか、または第二感知セクション１３１の少なくとも一部を遮蔽するように延在する。具体的には、隔離層１５０の配置積は、第一感知セクション１２１の活性表面の面積の０．５～１０倍であってもよく、好ましくは１～８回、より好ましくは２～６回、そして最も好ましくは４～５回である。

【0026】

第一実施形態において、図２Ａに示すように、隔離層１５０は、第一感知セクション１２１及び第二感知セクション１３１の上部を遮蔽するように配置される。隔離層１５０は、干渉物質３２０が第一作用電極１２０の第一感知セクション１２１の活性表面に直接拡散することを少なくとも防止することができ、あるいは標的分析物３１０と干渉物質３２０の両方が直接拡散することを防止することもできる。干渉物質を一例に挙げると、隔離層１５０は、干渉物質３２０を隔離して、干渉物質３２０の拡散経路又は拡散分布を変化させることができる。具体的には、隔離層１５０は、生体流体の干渉物質３２０の拡散経路を制御して、第二作用電極１３０の第二感知セクション１３１を先に通過し、残りの部分及び消費されなかった干渉物質が第二感知セクション１３１を通過した後、第一作用電極１２０の第一感知セクション１２１に拡散する。従って、干渉物質３２０の拡散経路は、図４に示すように、第一感知セクション１２１の左右側に位置する第二感知セクション１３１の干渉除去範囲２Ｓを先に通過するように最適化される。また、生体流体は、第二作用電極１３０の第二感知セクション１３１を通過して第一感知セクション１２１までに拡散する一定期間を要する。「期間」という用語は、少なくとも生体流体の干渉物質が拡散経路に沿って第二作用電極１３０の第二感知セクション１３１に拡散し、第二感知セクション１３１を通過する、または第一感知セクション１２１に拡散するのに必要な時間を指す。この期間が短すぎると、第二感知セクション１３１が干渉物質を消費するのに十分な時間がなくなり、干渉除去効果に影響を与えるが、この期間が長すぎると、その後の第一感知セクション１２１による生体信号の測定スケジュールが遅れてしまうことを理解する必要がある。さらに、期間の長さは、拡散経路の長さ、拡散範囲もしくは拡散経路の断面積、あるいは生体液が通過する材料の特性によって決定することができる。具体的には、１０秒～１５分、好ましくは３分～１２分、より好ましくは５分～８分である。

【0027】

標的分析物については、隔離層１５０の材質及び／又は厚さに応じて、標的分析物が隔離層１５０を通過できるか否かが決定される。従って、標的分析物３１０の拡散経路は、（１）先に第二作用電極１３０の第二感知セクション１３１を通過し、次に第一作用電極１２０の第一感知セクション１２１に拡散することができる、及び／又は（２）隔離層１５０の状態に応じて、隔離層１５０から第一作用電極１２０の第一感知セクション１２１の活性表面に直接拡散する。導電性材料の異なる特性により、干渉物質３２０は第二感知セクション１３１によって直接消費され、標的分析物３１０のほとんどは第二感知セクション１３１を通過するか、または第一感知セクション１２１に直接到達することができるため、第一感知セクション１２１の測定範囲１Ｓでは、標的分析物３１０を測定することができる。従って、本発明のマイクロバイオセンサー１０の隔離層１５０は、干渉物質３２０が第一感知セクション１２１に到達する前に第二感知セクション１３１によって消費されることを保証することができ、これによって、測定された生理信号に対する干渉物質３２０の干渉を効果的に低減することができる。第一感知セクション１２１による生理信号の精度は、例えば２０％、好ましくは１０％などの誤差範囲以下となるように調整されると、生理信号の精度が向上する。具体的には、９０％を超える干渉物質が、本発明によって提供される感知構造を介して効果的に消費され得る。

【0028】

また、絶縁層の透過性（絶縁対象物や絶縁度など）は、材質の選択（材質の親水性・疎水性など）、厚さの設計又はそれらの組み合わせにより調整することができ、グルコース及び酸素などの物質が隔離層を通過できるようにし、少なくとも干渉物質を隔離するか、またはグルコース、酸素及び干渉物質が第一感知セクション１２１の活性表面に直接拡散しないように完全に隔離する。例えば、透磁率の高い隔離層１５０を用いる場合には、透磁率の高い隔離層１５０の厚みを、透磁率の低い隔離層１５０の厚みよりも厚くする必要がある。一つの実施形態において、隔離層１５０は、グルコース及び干渉物質の通過を阻止するためにポリ－ｐ－キシリレンを含むことができる。別の実施形態において、隔離層１５０は、干渉物質の通過を少なくとも阻止するために、ポリカーボネート系ウレタン、ポリエーテルベースの熱可塑性ポリウレタン、又はそれらの組み合わせなどの熱可塑性ポリウレタンを含むことができる。別の実施形態において、隔離層１５０は、セルロース誘導体又はセルロース誘導体の混合物、ポリ塩化ビニル、ナフィオン、又はそれらの組み合わせを含むこともできる。具体的には、隔離層１５０の厚さは、使用する材料に応じて１μｍ～８０μｍ、好ましくは３μｍ～２４μｍ、より好ましくは５μｍ～１０μｍの範囲とすることができる。前述の実施形態において、隔離層１５０がポリ－ｐ－キシリレンからなる場合、その厚さは１μｍである。隔離層１５０がポリカーボネート系ウレタンまたはその誘導体、例えばポリカーボネート系シリコーンエラストマーからなる場合、その厚さは３μｍ～１０μｍの範囲である。また、隔離層１５０は、これに限定されないが、スプレー工程またはマスクとスクリーン印刷によって第一機能膜１４０に製造することができる。本発明の隔離層は、従来技術における基板上の二つの電極間の絶縁体ではなく、製造プロセスにおけるいかなる絶縁体でもないことを更に述べておくべきである。

【0029】

第一機能膜１４０は、第一感知セクション１２１と標的分析物、及び第二感知セクション１３１と干渉物質のための電気化学反応を受けるのに十分な空間を有するように、第一感知セクション１２１の活性表面及び第二感知セクション１３１の活性表面と隔離層１５０との間の距離によって規定される厚さＨを有している。厚さＨは感知の感度に影響している。干渉除去効果を確実に高めるために、厚さＨは０．０５μｍ以上５０μｍ以下であり、０．１μｍ以上２０μｍ以下が好ましく、２μｍ以上８μｍ以下がより好ましく、３μｍ以上５μｍ以下が最も好ましい。

【0030】

図５Ａ、図５Ｂ及び図６を参照し、図５Ａと図５Ｂは、それぞれ、本発明のマイクロバイオセンサーの第二実施形態の正面及び背面の概略図を示す。図６は、図５Ａと図５Ｂの切断線ＩＩ－ＩＩに沿ったマイクロバイオセンサーの断面模式図を示す。第二実施形態において、第一作用電極１２０及び第二作用電極１３０は、基板１１０の第一端部１１３から第二端部１１４まで延在し、感知領域では、第二感知セクション１３１が第一作用電極１２０の一方の辺に沿って延在する。第二感知セクション１３１は、第一感知セクション１２１の片側にのみ隣接するように、第一感知セクション１２１を折り曲げずに配置する。隔離層１５０は、第一機能膜１４０の上に構成され、第一作用電極１２０の上部を覆って、生体流体の少なくとも一部が第一感知セクション１２１に到達する前に第二感知セクション１３１を通過することを制限し誘導する。その結果、干渉物質３２０の一部が消費される。従って、隔離層１５０を有するマイクロバイオセンサーの標的分析物３１０の感知は、隔離層１５０を有しないマイクロバイオセンサーの感知よりも正確である。

【0031】

別の実施形態において、図７に示すように、感知構造の左側を包むように隔離層１５０を配置することができる。すなわち、隔離層１５０は、第一感知セクション１２１に対応する位置から第一機能膜１４０に沿って対電極２１０まで延設されており、干渉物質３２０が第一感知セクション１２１の左側から測定範囲に直接侵入して生理パラメーターの感知結果に影響を与えることを隔離する。別の実施形態おいて、図８に示すように、隔離層１５０は、感知構造の約２／３を包むように配置することもできる。すなわち、隔離層１５０は、第一感知セクション１２１及び第二感知セクション１３１の一部に対応する位置から、第一機能膜１４０に沿って対電極２１０まで延在している。具体的には、隔離層１５０は、第一感知セクション１２１の左側及び第一感知セクション１２１と第二感知セクション１３１との間の隙間から干渉物質３２０が測定範囲に直接侵入するのを完全に隔離できるだけでなく、干渉物質３２０が第一感知セクション１２１に到達する前に第二感知セクション１３１を通過して除去されることも制限し、干渉物質３２０が生理パラメーターの感知結果に影響を与えることを防ぐことができる。

【0032】

図９を参照し、図９は、本発明のマイクロバイオセンサー１０の第三実施形態の正面概略図である。第三実施形態の背面図は、第一実施形態及び第二実施形態と同様であるため、第三実施形態の背面模式図は省略する。第三実施形態において、マイクロバイオセンサー１０は、二つの第二作用電極１３０を有する。第一作用電極１２０及び二つの第二作用電極１３０は、基板１１０の第一端部１１３から第二端部１１４まで延在し、二つの第二作用電極１３０はそれぞれ、第一作用電極１２０の対向する二つの側面に沿って延在する。図９のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図は、図２と同様であり、二つの第二感知セクション１３１が第一感知セクション１２１に隣接して配置される。

【0033】

図１０と図１１を参照し、図１０は、本発明のマイクロバイオセンサーにおける感知構造の第四の実施形態の感知領域の正面概略図であり、図１１は、図１０の切断線ＩＶ－ＩＶに沿ったマイクロバイオセンサーの断面模式図である。なお、図１０では、マイクロバイオセンサー１０の感知領域のみを示し、信号出力領域や絶縁領域は省略している。第四実施形態において、第二作用電極１３０の第二感知セクション１３１を、第一作用電極１２０の第一感知セクション１２１の四辺に隣接して配置することができる。具体的には、第二感知セクション１３１は、第一感知セクション１２１を完全に取り囲むように第一感知セクション１２１に沿って延在することができ、第一感知セクション１２１との間に間隙を有する。図１１から分かるように、第四実施形態の基板１１０には貫通孔１１８があり、第一感知セクション１２１は、基板１１０の貫通孔１１８を通って基板１１０の第一表面１１１から第二表面１１２まで延在することができ、絶縁層１５０は、第一感知セクション１２１の少なくとも上部を遮蔽して配置される。第二表面１１２から延びた第一作用電極１２０は、信号出力領域の基板上の別の貫通孔を通って第一表面１１１に戻ることができる。

【0034】

第二感知セクション１３１の長さは、第一感知セクション１２１に対応して変更され得ることが分かる。したがって、測定に対する干渉物質の影響を効果的に低減するために、上記の「第二感知セクション１３１が第一感知セクション１２１の少なくとも一辺に隣接する」とは、具体的には、第一感知セクション１２１の周囲のうち第二感知セクション１３１に隣接する部分の第一感知セクション１２１の周囲全体に対する割合が３０％以上１００％以下であることをいう。

【0035】

更に、上述したように、第二感知セクション１３１の干渉除去範囲２Ｓが第一感知セクション１２１の周囲に接し、第一感知セクション１２１の測定範囲１Ｓと少なくとも部分的に重なるように、前述のすべての実施形態における本発明のマイクロバイオセンサー１０の感知領域１１６における第二感知セクション１３１と第一感知セクション１２１との間のギャップは０．５ｍｍ以下であり、好ましくは、第２の感知部１３１と第１の感知部１２１との間の間隙は０．２ｍｍ以下であり、より好ましくは、間隙は０．０１ｍｍから０．２ｍｍの範囲であり、さらにより好ましくは、間隙は０．０１ｍｍから０．１ｍｍの範囲であり、さらにより好ましくは、間隙は０．０２ｍｍ～０．０５ｍｍの範囲である。

【0036】

前述の実施形態において、本発明のマイクロバイオセンサー１０は、基板１１０の第二表面１１２上に配置され、第一端部１１３から第二端部１１４まで延びる対電極２１０を更に含む。対電極２１０は、第一作用電極１２０及び第二作用電極１３０の少なくとも一方に結合され、第一作用電極１２０と協働することによって生理信号を測定し、第二作用電極１３０と協働することによって干渉物質を消費する。対電極２１０は、使用される材料に応じて参照電極としても機能することができる。具体的には、本発明の対極２１０は、第一作用電極１２０と電子回路を形成して、第一作用電極１２０に電流を自由に流すことができる。これは、電気化学反応が第一作用電極１２０で起こる一方で、対電極２１０も参照電位として安定した相対電位を提供できることを保証するためである。別の実施形態において、本発明のマイクロバイオセンサーは二つの対電極を含むことができ、対電極は基板１１０の第一表面１１１上に配置することもできる（図示せず）。さらなる実施形態において、対電極に加えて、本発明のマイクロバイオセンサーは、参照電位を提供するために使用される参照電極も含む。具体的には、対電極と参照電極は別個で電気的に接続されておらず、対電極は第一作用電極１２０及び／又は第二作用電極１３０に結合されている。対電極及び参照電極は、両方とも基板１１０の第一表面１１１又は第二表面１１２上に配置することができ（図示せず）、または基板１１０の異なる表面上にそれぞれ配置することができる。

【0037】

前述の実施形態において、第一感知セクション１２１の第一導電性材料１Ｃは、第二感知セクション１３１の第二導電性材料２Ｃと同じであってもよい。この実施形態において、化学試薬は、第一作用電極１２０の第一感知セクション１２１のみを覆うように配置されており、或いは、第二作用電極１３０の第二感知セクション１３１に干渉物質除去層をさらに追加し、プロセスの都合等に基づいて、化学試薬が第一作用電極１２０の第一感知セクション１２１及び干渉物質除去層に塗布され、これは、正確な生理信号を取得するために、第二感知セクション１３１を通じて干渉物質を消費するという目的を依然として満たしている。

【0038】

前述の実施形態において、本発明のマイクロバイオセンサー１０は、図１２に示すように、第二機能膜１６０を更に含む。第二機能膜１６０は、基板１１０、第一感知セクション１２１、第二感知セクション１３１、対電極２１０、第一機能膜１４０及び隔離層１５０を包み込むように、第一機能膜１４０及び隔離層１５０で覆われている。第二機能膜１６０は、マイクロバイオセンサー１０の保護層として使用することができる。マイクロバイオセンサ１０の感知構造は平板構造であり、その構造が比較的薄いため、その左右の端部にかかる応力がより強くなる。第二機能膜１６０の厚さは、感知構造の側面で十分に厚い必要があり、例えば２０μｍ～３０μｍの間で、感知構造を亀裂から保護し、漏れ電流の状態を防ぐ。従って、第二機能膜１６０は、マイクロバイオセンサー１０の構造強度を更に高めることができる。なお、第二機能膜１６０は、保護層に加えて、少量の組織液の貯蔵層として使用することができる。使用者が激しい運動を行うと、マイクロバイオセンサーと皮下組織との間に大きな相対変位が生じ、第二機能膜が信号の乱雑を避けるための緩衝機能を提供することができる。

【0039】

前述の実施形態において、本発明のマイクロバイオセンサー１０は、図１３に示すように充填材１７０を更に含む。充填材１７０は、第一作用電極１２０と第二作用電極１３０との間に充填され、上表面を有する。充填材１７０の上表面、第一作用電極１２０の第一感知セクション１２１の上表面及び第二作用電極１３０の第二感知セクション１３１の上表面は同一平面上にあり、これにより第一作用電極１２０及び第二作用電極１３０は平坦であるため、その後の電極表面上のコーティング膜は平坦となる。また、充填材１７０の材料は、隔離層１５０と同じ材料に限定されず、充填材１７０と隔離層１５０とは、第１機能膜１４０によって分離されている。しかしながら、別の実施形態において、充填材１７０の材料が隔離層１５０の材料と同じである場合、充填材１７０は上方に延在し続けて隔離層１５０を形成することができ、その結果、充填材１７０と隔離層１５０は一体的に形成されている（図示しない）。

【0040】

前述の実施形態において、本発明のマイクロバイオセンサー１０の感知構造は、基板１１０の感知領域１１６内に形成される第一作用電極１２０、第二作用電極１３０、対電極２１０、第一機能膜１４０、隔離層１５０、第二機能膜１６０及び充填材１７０を更にさらに含むことができる。別の実施形態において、本発明のマイクロバイオセンサー１０の感知構造は、基板１１０の感知領域１１６内に形成される第一作用電極１２０、第二作用電極１３０、対電極２１０、参照電極、第一機能膜１４０、隔離層１５０、第二機能膜１６０及び充填材１７０を更にさらに含むことができる。

【0041】

要約すると、本発明のマイクロバイオセンサーにおける隔離層は、干渉物質の少なくとも一部を隔離して、最初に第二作用電極を通過する干渉物質の拡散経路を描写または配置することができ、これにより、干渉物質が第二作用電極の第二感知セクションと相互作用して干渉物質を消費する機会を増やし、干渉物質によって引き起こされる第一感知セクションの測定干渉が低減され、その結果、マイクロバイオセンサーはより正確な生理パラメーターを測定できるようになる。

【0042】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【符号の説明】

【0043】

１０：マイクロバイオセンサー
１１０：基板
１１１：第一表面
１１２：第二表面
１１３：第一端部
１１４：第二端部
１１５：信号出力領域
１１６：感知領域
１１７：絶縁領域
１１８：貫通孔
１２０：第一作用電極
１２１：第一感知セクション
１３０：第二作用電極
１３１：第二感知セクション
１４０：第一機能膜
１５０：隔離層
１６０：第二機能膜
１７０：充填材
２１０：対電極
３１０：標的分析物
３２０：干渉物質
１Ｃ：第一導電性材料
２Ｃ：第二導電性材料
１Ｓ：測定範囲
２Ｓ：干渉除去範囲
Ｉ１：第一絶縁層
Ｉ２：第二絶縁層
Ｈ：厚さ

【図1A-1B】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5A-5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【手続補正書】

【提出日】2024-04-01

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

生体流体の標的分析物の生理パラメーターを測定し、電気化学反応による測定における前記生体流体の干渉物質の干渉を低減するように、皮膚の下に埋め込むためのマイクロバイオセンサーであって、
シートである基板であって、対向するように配置された第一表面及び第二表面を有する前記基板と、
前記基板の前記第一表面に配置された第一感知セクションを少なくとも含む第一作用電極であって、前記第一作用電極の前記第一感知セクションが第一導電性材料を含む前記第一作用電極と、
前記基板の前記第一表面に配置され、第二感知セクションを含む少なくとも一つの第二作用電極であって、前記第二感知セクションが、前記第一感知セクションの少なくとも一方の側に隣接して配置され、前記第二作用電極の前記第二感知セクションが、前記第一導電性材料と異なる第二導電性材料を含む前記第二作用電極と、
前記第一作用電極の前記第一感知セクションと前記第二作用電極の前記第二感知セクションを覆う第一機能膜と、を含み、
前記第一機能膜は、前記生体流体の前記標的分析物と反応して生成物を得るために、前記第一導電性材料の一部を少なくとも覆って前記第一感知セクションの活性表面を画定する化学試薬と、
前記第二作用電極の前記第二感知セクションを通過する前記生体流体の前記干渉物質の拡散経路を制限するように、前記第一作用電極の前記第一感知セクションの前記活性表面の少なくとも一部に対応して配置される隔離層と、を含み、
前記生体流体は、一定期間にわたって前記第二感知セクションに拡散し、前記第二感知セクションを通過した後に前記第一感知セクションに拡散し、
前記第一作用電極が第一作用電圧によって駆動されると、前記第一感知セクションが前記生成物と反応して、前記標的分析物の生理パラメーターに対応する生理信号を出力し、
前記第二作用電極が第二作用電圧によって駆動されると、前記第二感知セクションが、前記生理信号に対する前記干渉物質の干渉を低減するように、前記一定期間中の電気化学反応によって前記生体流体の前記干渉物質を消費し、前記生体流体の残りの部分が 前記第二感知セクションを通過した後、前記第一作用電極の前記第一感知セクションに拡散することを特徴とするマイクロバイオセンサー。

【請求項2】

前記隔離層は、前記活性表面の一部を少なくとも遮蔽し、前記干渉物質が前記活性表面に直接拡散することを隔離するように、前記第一機能膜に配置され、前記少なくとも第一作用電極の前記第一感知セクションに対応して配置され、
前記隔離層の面積は、前記第一感知セクションの前記活性表面の面積の０．５～１０倍であり、
前記隔離層の厚さは１～８０μｍであり、
前記一定期間は１０秒～１５分であり、
前記隔離層は、更に前記第二作用電極の前記第二感知セクションに対応して、前記第二感知セクションの一部を少なくとも遮蔽するように配置されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項3】

前記第一作用電極は、前記第一作用電圧によって駆動されて、前記第一感知セクションが測定範囲を生成するようにし、
前記第二作用電極は、前記第二作用電圧によって駆動されて、前記第二感知セクションを前記第一感知セクションの周囲に接触させ、前記測定範囲と少なくとも部分的に重なる干渉除去範囲を有することを可能にすることを特徴とする請求項１に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項4】

前記隔離層は更に、前記第一感知セクションの少なくとも二つの側面に隣接して配置される前記第二感知セクションの一部を少なくとも遮蔽するように、前記第二感知セクションに対応して配置されることを特徴とする請求項２に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項5】

前記第一作用電極が前記第一作用電圧によって駆動されるとき、前記第一導電性材料が前記生成物に対して第一感度を有し、前記第二作用電極が前記第二作用電圧によって駆動されるとき、前記第二導電性材料が前記生成物に対して前記第一感度より小さい第二感度を有することを特徴とする請求項１に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項6】

前記隔離層は、前記第一機能膜に配置され、前記第一機能膜は、前記隔離層と前記第一感知セクションの前記活性表面との間の距離によって規定される厚さを有し、前記厚さは０．０５μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項7】

生体流体の標的分析物の生理パラメーターを測定し、電気化学反応による測定における前記生体流体の干渉物質の干渉を低減するように、皮膚の下に埋め込むためのマイクロバイオセンサーであって、
対向するように配置された第一表面及び第二表面を有する基板と、
前記標的分析物の前記生理パラメーターを測定するように、前記基板の前記第一表面に配置された第一感知セクションを少なくとも含む第一作用電極と、
前記基板の前記第一表面に配置され、第二感知セクションを含む少なくとも一つの第二作用電極であって、前記第二感知セクションが、前記電気化学反応によって前記干渉物質を消費するように、前記第一感知セクションの少なくとも一方の側に隣接して配置される前記少なくとも一つの第二作用電極と、
前記第一作用電極の前記第一感知セクションと前記第二作用電極の前記第二感知セクションを覆う第一機能膜と、を含み、
前記第一機能膜は、前記生体流体の前記標的分析物と反応して生成物を得るために、前記第一導電性材料の一部を少なくとも覆って前記第一感知セクションの活性表面を画定する化学試薬と、
前記生体流体が前記第二作用電極の前記第二感知セクションと相互作用する機会を増加させる原因として前記干渉物質の拡散経路を画定するように、前記活性表面の少なくとも一部に対応して少なくとも配置される隔離層と、を含み、
前記第一作用電極が前記第一作用電圧によって駆動されると、前記第一感知セクションが前記生成物と反応して、前記標的分析物の前記生理パラメーターに対応する生理信号を出力し、
前記第二作用電極が前記第二作用電圧によって駆動されると、前記第二感知セクションが、前記生理信号に対する前記干渉物質の干渉を低減するように、電気化学反応によって前記生体流体の前記干渉物質を消費し、前記生体流体の残りの部分が前記第二感知セクションを通過した後、前記第一感知セクションに拡散することを特徴とするマイクロバイオセンサー。

【請求項8】

前記隔離層は、前記活性表面の一部を少なくとも遮蔽し、前記干渉物質が前記活性表面に直接拡散することを隔離するように、前記第一機能膜に配置され、少なくとも前記第一作用電極の前記第一感知セクションに対応して配置されることを特徴とする請求項７に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項9】

前記隔離層は、更に前記第二作用電極の前記第二感知セクションに対応して、前記第二感知セクションの一部を少なくとも遮蔽するように配置され、
前記化学試薬は、前記第二作用電極の前記第二感知セクションの一部を更に覆うことを特徴とする請求項７に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項10】

前記第二感知セクションは、ギャップを介して前記第一感知セクションの少なくとも一方の側辺に隣接して配置され、前記ギャップは０．５ｍｍ以下であり、
前記第二感知セクションの前記側辺は、前記第一感知セクションの周縁に沿って延びており、前記第一感知セクションの周縁のうち前記第二感知セクションに隣接して配置される部分は、前記第一感知セクションの周縁の全長の３０％～１００％を占めることを特徴とする請求項７に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項11】

前記第二作用電極の数は二つであり、
二つの前記第二作用電極の二つの前記第二感知セクションはそれぞれ、前記第一感知セクションの対向する二つの側面に隣接して配置されることを特徴とする請求項７に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項12】

少なくとも一つの対電極は、前記第二表面に配置され、前記第一作用電極及び前記第二作用電極のうちの少なくとも一つに結合され、
前記基板の前記第一表面及び前記第二表面を包み込み、前記第一機能膜及び前記隔離層を覆う第二機能膜を更に含むことを特徴とする請求項７に記載のマイクロバイオセンサー。

【請求項13】

生体流体の標的分析物の生理パラメーターを測定し、電気化学反応による測定における前記生体流体の干渉物質の干渉を低減するように、皮膚の下に埋め込むためのマイクロバイオセンサーの感知構造であって、
表面を有する基板と、
前記表面に配置され、活性表面を有する第一作用電極と、
前記電気化学反応によって前記干渉物質を消費するように、前記表面に配置され、前記第一作用電極の少なくとも一方の側に隣接して配置される少なくとも一つの第二作用電極と、
前記生体流体が前記第二作用電極を通って流れるときに前記干渉物質の拡散分布を制限するように、前記活性表面の少なくとも一部に対応して配置される隔離層と、を含み、
少なくとも前記生体流体の前記干渉物質は、一定期間にわたって前記第二作用電極を通過し、前記電気化学反応により前記第二作用電極によって消費されることを特徴とする感知構造。

【請求項14】

前記第一作用電極と前記隔離層との間にあり、前記基板、前記第一作用電極及び前記第二作用電極を包む第一機能膜を更に含み、
前記第一機能膜は、前記生体流体の前記標的分析物と反応して生成物を生成するように、前記第一作用電極の一部を覆って前記活性表面を定義する化学試薬を含み、
前記一定期間は１０秒～１５分であることを特徴とする請求項１３に記載の感知構造。

【請求項15】

前記第一作用電極が第一作用電圧によって駆動されると、前記第一作用電極が前記生成物と反応して、前記標的分析物の生理パラメーターに対応する生理信号を出力し、
前記第二作用電極が第二作用電圧によって駆動されると、前記第二作用電極が、前記生理信号に対する前記干渉物質の干渉を低減するように、前記一定期間中の前記電気化学反応によって前記干渉物質を消費し、
前記第一作用電圧は０．２～０．８ボルトであり、前記第二作用電圧は０．２～０．８ボルトであることを特徴とする請求項１４に記載の感知構造。

【国際調査報告】