JP2005512027A - マイクロ電極アレイよりなる電極、方法、装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2001年11月16日付けにファイルされた米国連続番号60/332,411の利益を請求するものであり、それは参照として完全にここに組み入れられている。
過去においては、マイクロ電極は、シリコン、セラミクス、ガラス基板、酸化アルミニウム、ポリイミドなどの非可撓性基板を用いて使用されてきたが、マイクロ電極アレイ、たとえば、IDAは、可撓性基板上で処理されると、有利に使用できる。さらに、可撓性基板上で処理されたそのようなマイクロ電極は、集積回路フォトリソグラフィに関する方法とは、反対に、可撓性回路フォトリソグラフィを含む方法を用いて、製造できる。
1)酸化還元メディエータの還元された形の酸化速度は、酸化還元メディエータの還元された形の作用電極表面への拡散速度により支配される。
2)生じた電流は、作用電極表面での酸化還元メディエータの還元された形の酸化により制限される。
(1)800ワットでO2 1分間;
(2)220ワットでO2/アルゴン(Ar)(70/30)3分間;
(3)150ワットでAr 2分間
「液滴検出」システムにしたがって、初期電位差は、作用電極および対向電極間に確立される。−300mV(ミリボルト)分析シーケンスのタイミングをスタートさせるため。この電位に対する電流応答は、体液サンプルとアレイの接触によりトリガーを受ける。
検査溶液をセンサー室に適用する場合の初期電流応答は、一般には0.4マイクロアンペア以上である。
閾値トリガーと300mV電位差(検査電位)の再適用のあいだの時間(遅延期間)は、一般的には3秒である。
センサーの作用電極および対向電極のあいだの300mV電位差の再適用後は、検査期間は通常9秒である。
センサーを検査スタンド接続に挿入すること。キャピラリ室の開口部に、約0.3μLの体液サンプルを使用すること。体液は、作用電極および対向電極に使用された化学塗料を覆いながらキャピラリ作用により、室中に流入してくる。サンプル体液が、最も近い作用電極指および対向電極指を覆うときには、閾値電流がトリガーされる。ひとたびトリガーされると、電位差は、遅延期間のあいだ、3秒間オープン回路に行ってしまう。
遅延期間のあいだ、反応は、反応物(分析物、酵素/共因子およびメディエータの酸化された形)間で起こり、このためメディエータの還元が起こる。
300mVの検査電位差は、3秒の遅延後電極間に再印加される。このことが、作用電極表面での還元されたメディエータの電気酸化を引き起こす。
検査の電流/時間プロファイルは、センサーに300mVの検査電位を再印加した後、0.5〜1.5秒でスタートして、特徴的な準定常状態電流/時間平原を示す。この平原領域に選ばれた所定の検査期間ポイントにおける電流は、サンプル体液中の分析物の濃度に比例している。検査終点は、0〜600mg/dLまでのグルコース濃度に対する投与量の線形応答が得られるように、選択される。図7を参照のこと。
Claims (100)
- アレイが、15μm以上の幅をもった電極エレメントよりなることを特徴とする可撓性基板に近接したマイクロ電極アレイ。
- 電極エレメントが、15μm以上約100μmまでの範囲の幅をもっていることを特徴とする請求項1記載のアレイ。
- 電極エレメントが、約20〜約50μmの範囲の幅をもっていることを特徴とする請求項1記載のアレイ。
- アレイが、電極の吻合アレイであることを特徴とする請求項1記載のアレイ。
- アレイが、20μm以上の幅をもった電極エレメントよりなることを特徴とする請求項1記載のアレイ。
- アレイが、25μm以上約50μmまでの幅をもった電極エレメントよりなることを特徴とする請求項1記載のアレイ。
- 作用電極の電極エレメントおよび対向電極の電極エレメントのあいだの間隔が、約15μm以上であることを特徴とする請求項6記載のアレイ。
- 作用電極の電極エレメントおよび対向電極の電極エレメントのあいだの間隔が、約20〜約50μmまでの範囲であることを特徴とする請求項6記載のアレイ。
- アレイが、3つ以上の吻合マイクロバンドを備えてなることを特徴とする請求項1記載のアレイ。
- 吻合アレイが、作用電極および対向電極よりなり、各電極が、共通リードおよび共通接続した電極エレメントを含み、電極エレメントが、実質的に平行で、交互に配列されていることを特徴とする請求項9記載のアレイ。
- 基板が、可撓性ポリマー材料よりなることを特徴とする請求項1記載のアレイ。
- 基板が、ポリエステル、ポリエチレンナフタレート、ポリイミドまたはそれらの混合物よりなることを特徴とする請求項1記載のアレイ。
- 可撓性基板に近接したマイクロ電極アレイよりなる電気化学的センサー。
- アレイが、15μm以上約50μmまでの範囲の幅をもった電極エレメントよりなることを特徴とする請求項13記載のセンサー。
- アレイが、3つ以上の吻合マイクロバンドを備えてなることを特徴とする請求項13記載のセンサー。
- 電極エレメント間の間隔が、15μm以上約50μmまでの範囲であることを特徴とする請求項15記載のセンサー。
- 基板が、ポリエステル、ポリエチレンナフタレート、ポリイミドまたはそれらの混合物よりなることを特徴とする請求項13記載のセンサー。
- マイクロ電極アレイが、作用電極および対向電極よりなる吻合アレイからなり、また作用電極および対向電極が、独立に異なった電位に接続できることを特徴とする請求項13記載のセンサー。
- センサーが、さらにアレイ上の塗膜からなり、該塗膜が、電気的活性な反応生成物を産出するための反応性の化学品よりなることを特徴とする請求項13記載のセンサー。
- 該塗膜が、酵素およびレドックスメディエータよりなることを特徴とする請求項19記載のセンサー。
- 該酵素が、グルコース−染料−オキシドリダクターゼまたは(グルコース−デヒドロゲナーゼ;ピロロキノリン−キノン;D−グルコース;ピロロキノリン−キノン−1−オキシドリダクターゼ)およびレドックスメディエータが、フェリシアナイドであることを特徴とする請求項20記載のセンサー。
- 請求項13記載のセンサーを備えてなる電子装置。
- センサーが、使い捨てであることを特徴とする請求項22記載の電子装置。
- 分析物を検出する方法であって、該方法が、
可撓性基板に近接したマイクロ電極アレイとアレイに近接して処理された塗膜とを備えたセンサであって、該塗膜が電気的活性な反応生成物を産出するための反応性の化学品を備えたセンサーを設ける工程と;
分析物を含む物質と塗膜とを接触させる工程と;
電気的活性な反応生成物を産出するために、分析物を塗膜の化学成分と反応させる工程と;
電極間に電位差を印加しかつ作用電極でのレドックスメディエータの電気的酸化により発生する電流を測定する工程とを含む
ことを特徴とする方法。 - 電気特性が、物質中の分析物の量に相関する塗膜中の電気的活性な反応生成物の量に相関することを特徴とする請求項24記載の方法。
- 電流が塗膜を通して流れるようにアレイに電位を印加し、そして電流を測定することにより、塗膜の電気特性が、測定されることを特徴とする請求項24記載の方法。
- 電流が、物質中の分析物の濃度に相関することを特徴とする請求項24記載の方法。
- 物質が塗膜に接触した後10秒以内に、電位が印加されることを特徴とする請求項24記載の方法。
- 塗膜が物質に接触してから10秒未満に、サンプル中の分析物の濃度の読み取りが、得られることを特徴とする請求項24記載の方法。
- 塗膜が物質に接触してから5秒未満に、サンプル中の分析物の濃度の読み取りが、得られることを特徴とする請求項24記載の方法。
- サンプルが、生物学的体液であることを特徴とする請求項24記載の方法。
- サンプルが、ヒト血液よりなることを特徴とする請求項24記載の方法。
- 分析物が、グルコースであることを特徴とする請求項32記載の方法。
- マイクロ電極アレイを製造する方法であって、該方法が可撓性基板上でアレイを処理する工程を含むことを特徴とする方法。
- 可撓性基板上でマイクロ電極アレイを製造する方法であって、該方法は、可撓性基板上で処理された導電性材料を設け、ついで該導電性材料中にマイクロ電極アレイのパターンを摩滅するためにレーザを使用することを含むこと特徴とする方法。
- 該方法は、さらに化学塗料でアレイを塗布する工程を含み、該塗料は電気的活性な反応生成物を産出するための反応性の化合物を含むことを特徴とする請求項35記載の方法。
- 液体サンプル中の分析物の検出用電気化学的使い捨てセンサーであって、サンプル受け取り空隙内に処理された作用電極および参照電極と、
少なくとも作用電極上でサンプル受け取り空隙内に処理された試薬層と
該試薬層は、分析物の存在するとき電気化学的信号を生み出すための酵素を含み、前記サンプル受け取り空隙は、1.0μL未満の容量をもち、かつセンサーは、10秒以内の時間で分析物の量の正確な読み取りを行うことを特徴とするセンサー。 - 該試薬層は、さらに電子遷移メディエータよりなることを特徴とする請求項37記載のセンサー。
- 該メディエータは、フェリシアナイド、オスミウム(III)−(ビピリヂル)−2−イミダゾリル−クロライド、メルドラブルー、[Ru(NH3)5pyz]2(SO4)3およびニトロソアニリンからなる群から選択されることを特徴とする請求項38記載のセンサー。
- 該分析物は、グルコース、コレステロール、HDLコレステロール、トリグリセライド、乳酸塩、乳酸塩脱水素酵素、ピルビン酸塩、アルコール、尿酸および3−ヒドロキシ酪酸からなる群から選択されることを特徴とする請求項38記載のセンサー。
- 該分析物は、グルコースであることを特徴とする請求項40記載のセンサー。
- 該酵素は、グルコースオキシダーゼ、グルコース脱水素酵素、およびジアフォラーゼからなる群から選択されることを特徴とする請求項41記載のセンサー。
- 液体サンプル中の分析物の濃度を定量する方法であって、
1.0μL未満の容量をもつサンプル受け取り空隙を含む検査センサーを設ける工程であって、該センサーは、サンプル受け取り空隙内に処理された作用電極および参照電極とを含み;該センサーは、さらに酵素とメディエータからなる試薬層を含み;該試薬層は、少なくとも作用電極上で処理され;該酵素とメディエータは、液体サンプル中の分析物の濃度を表現する電気化学的信号を発生するために、分析物と反応するように選択される工程;
液体サンプルをサンプル受け取り空隙中に入れる工程;
液体サンプルが、サンプル空隙中に入る時間を検出する工程;
該検出をフォローし、作用電極および参照電極への電圧および電流を制御する工程;
該検出の10秒以内に、液体サンプル中の分析物の濃度の読み取りを得る工程を含むことを特徴とする方法。 - 前記取得が、作用電極から受け取る電気化学的信号を測定すること、および電気化学的信号から分析物の濃度を定量することを含むことを特徴とする請求項43記載の方法。
- 前記制御が、作用電極および参照電極へ100〜500mVのDC電圧を印加することからなり、該取得が、作用電極から受け取る電気化学的信号を測定すること、および測定電流から分析物の濃度を定量することを含むことを特徴とする請求項43記載の方法。
- 液体サンプル中の分析物の検出用電気化学的使い捨てセンサーであって、サンプル受け取り空隙内に処理された作用電極および参照電極と、
少なくとも作用電極上でサンプル受け取り空隙内に処理された試薬層と、
該試薬層は、分析物の存在するとき電気化学的信号を生み出すための酵素とを備え、
サンプル受け取り空隙は、約0.4μL未満の容量をもち、かつセンサーは、10秒以内の時間で分析物の量の正確な読み取りを行うことを特徴とするセンサー。 - 該サンプル受け取り空隙が、約0.1〜約0.4μLの容量をもつことを特徴とする請求項46記載のセンサー。
- 該サンプル受け取り空隙が、約0.1〜約0.25μLの容量をもつことを特徴とする請求項47記載のセンサー。
- 該サンプル受け取り空隙が、約25〜約200μmの高さをもつことを特徴とする請求項46記載のセンサー。
- 該サンプル受け取り空隙が、約1mmの幅をもつことを特徴とする請求項46記載のセンサー。
- 該サンプル受け取り空隙が、約4mmの長さをもつことを特徴とする請求項46記載のセンサー。
- 該作用電極および参照電極間のギャップが、15〜50μmであることを特徴とする請求項46記載のセンサー。
- 該作用電極および参照電極の各々が、10〜200μmの厚みであることを特徴とする請求項46記載のセンサー。
- 液体サンプル中の分析物の濃度を検出する方法であって、
サンプル受け取り空隙内に処理された作用電極および参照電極とを含む電気化学的使い捨てセンサーと、少なくとも作用電極上でサンプル受け取り空隙内に処理されたる試薬層と、分析物の存在するときに電気化学的信号を発生するための酵素からなる該試薬層と、1μL未満の容量をもつ該サンプル受け取り空隙とを設けることと;
液体サンプルをサンプル室中に入れることと;
液体サンプルが、サンプル室中に入る適用時間を検出することと;
該適用時間をフォローし、作用電極および参照電極への電圧を印加することと;
該適用時間の10秒以内に、液体サンプル中の分析物の濃度の読み取りを得ることを含むことを特徴とする方法。 - 該サンプル受け取り空隙が、0.4μL未満の容量をもつことを特徴とする請求項54記載の方法。
- 該サンプル受け取り空隙が、約0.1〜約0.4μLの容量をもつことを特徴とする請求項55記載のセンサー。
- 該サンプル受け取り空隙が、約0.1〜約0.25μLの容量をもつことを特徴とする請求項56記載のセンサー。
- 該サンプル受け取り空隙が、約25〜約200μmの高さをもつことを特徴とする請求項54記載のセンサー。
- 適用時間から該電圧印加までにひろがる培養時間のあいだ、液体サンプルを培養することを含み、該培養時間が、約0.5〜約6秒であることを特徴とする請求項54記載の方法。
- 該培養時間が、約2〜約6秒であることを特徴とする請求項59記載の方法。
- 該培養時間が、約3秒であることを特徴とする請求項60記載の方法。
- 該培養時間が、約0.5秒であることを特徴とする請求項59記載の方法。
- 読み取り取得は、該電圧印加後約0.5〜約2秒の検査時間における読み取り取得からなっていることを特徴とする請求項54記載の方法。
- 検査時間が、約0.5〜約1.5秒であることを特徴とする請求項63記載の方法。
- 該読み取り取得は、該適用時間後約5秒未満の読み取り取得からなっていることを特徴とする請求項54記載の方法。
- 該読み取り取得は、該適用時間後約4秒での読み取り取得からなっていることを特徴とする請求項65記載の方法。
- 該電圧印加が、約100〜約500mVの電圧印加を含むことを特徴とする請求項54記載の方法。
- 該電圧印加が、約300mVの電圧印加を含むことを特徴とする請求項67記載の方法。
- 液体サンプル中の分析物の検出用電気化学的使い捨てセンサーであって、サンプル受け取り空隙内に処理された作用電極および参照電極と、
少なくとも作用電極上でサンプル受け取り空隙内に処理された試薬層と、
分析物の存在するとき電気化学的信号を生み出すための酵素よりなる該試薬層とからなり、サンプル受け取り空隙が、約25〜約200μmの高さをもち、かつセンサーが、10秒以内の時間で分析物の量の正確な読み取りを行うことを特徴とするセンサー。 - 該サンプル受け取り空隙は、約25〜約100μmの高さをもつことを特徴とする請求項69記載のセンサー。
- 該サンプル受け取り空隙は、少なくとも約100μmの高さをもつことを特徴とする請求項69記載のセンサー。
- 該サンプル受け取り空隙は、約125μmの高さをもつことを特徴とする請求項71記載のセンサー。
- 該サンプル受け取り空隙は、約1μLの容積をもつことを特徴とする請求項69記載のセンサー。
- 該サンプル受け取り空隙は、約0.1〜約0.4μLの容積をもつことを特徴とする請求項73記載のセンサー。
- 液体サンプル中の分析物の濃度を検出する方法であって、
サンプル受け取り空隙内に処理された作用電極および参照電極からなる電気化学的使い捨てセンサーと、少なくとも作用電極上でサンプル受け取り空隙内に処理されたる試薬層と、分析物の存在するときに電気化学的信号を発生するための酵素からなる該試薬層とを提供することと;
液体サンプルをサンプル受け取り空隙内に入れることと;
液体サンプルが、サンプル室中に入る適用時間を検出することと;
該適用時間の検出について、約2秒未満の時間で作用電極および参照電極への電圧を印加することと;該適用時間の10秒以内に、液体サンプル中の分析物の濃度の読み取り取得とからなることを特徴とする方法。 - 該電圧印加は、約0.5〜約2秒の時間での電圧印加からなっていることを特徴とする請求項75記載の方法。
- 検査サンプル中の分析物の検出用電気化学的センサーであって、
該センサーは、その上に形成された作用電極および対向電極をもつ基板と;
作用電極および対向電極に亘って基板上に形成された室中に沈着される化学塗料と;マトリックス中に酵素とメディエータとからなる該化学塗料とを備え、該センサーは、室内に検査サンプルを沈着後10秒以内に、検査サンプル中の分析物の量の正確な読み取りを提供することを特徴とするセンサー。 - 作用電極および対向電極が、約300μm未満のギャップで分離されていることを特徴とする請求項77記載のセンサー。
- 作用電極および対向電極が、約150μm未満のギャップで分離されていることを特徴とする請求項78記載のセンサー。
- 作用電極および対向電極が、約50μm未満のギャップで分離されていることを特徴とする請求項79記載のセンサー。
- 室は、約1.45μL未満の容積をもつことを特徴とする請求項77記載のセンサー。
- 室は、約0.1〜約0.4μLのあいだの容積をもつことを特徴とする請求項77記載のセンサー。
- 化学塗料は、グルコース−染料−オキシドリダクターゼ、グルコースオキシダーゼ、グルコース脱水素酵素、ジアフォラーゼおよび必要であれば共因子からなることを特徴とする請求項77記載のセンサー。
- 該化学塗料は、グルコース−染料−オキシドリダクターゼからなることを特徴とする請求項83記載のセンサー。
- 該メディエータは、オスミウム(III)−(ビピリヂル)−2−イミダゾリル−クロライド、マルドラブルー、[Ru(NH3)5pyz]2(SO4)3、フェリシアナイド塩、ニトロソアニリン誘導体およびその混合物からなる群から選択されることを特徴とする請求項77記載のセンサー。
- 該メディエータは、フェリシアナイド塩またはニトロソアニリン誘導体であることを特徴とする請求項85記載のセンサー。
- センサーが、約2秒と約6秒のあいだの遅延期間後に、分析物の正確な読み取りを提供することを特徴とする請求項77記載のセンサー。
- センサーが、室中に検査サンプルを沈着後5秒以内に、検査サンプル中の分析物の量の正確な読み取りを提供することを特徴とする請求項77記載のセンサー。
- センサーが、約2秒と約5秒未満のあいだの遅延期間後に、分析物の正確な読み取りを提供することを特徴とする請求項88記載のセンサー。
- 室中に検査サンプルを沈着後3秒以内に、検査サンプル中の分析物の量の正確な読み取りを提供することを特徴とする請求項88記載のセンサー。
- センサーが、約2秒と約3秒未満のあいだの遅延期間後に、分析物の正確な読み取りを提供することを特徴とする請求項90記載のセンサー。
- 作用電極が、約15μmと約500μmのあいだの幅をもつことを特徴とする請求項77記載のセンサー。
- 該分析物は、グルコース、コレステロール、HDLコレステロール、トリグリセライド、乳酸塩、乳酸塩脱水素酵素、ピルビン酸塩、アルコール、尿酸および3−ヒドロキシ酪酸からなる群から選択されることを特徴とする請求項77記載のセンサー。
- 該分析物は、グルコースであることを特徴とする請求項93記載のセンサー。
- 検査サンプルは、血液からなることを特徴とする請求項77記載のセンサー。
- 基板は、可撓性であることを特徴とする請求項77記載のセンサー。
- 基板は、剛直であることを特徴とする請求項77記載のセンサー。
- 検査サンプル中の分析物の濃度を評価する方法であって、該方法が、請求項77記載のセンサーの室に、検査サンプルを供給することからなることを特徴とする方法。
- 検査サンプル中の分析物の濃度を評価する方法であって、該方法が、
分析物を含む検査サンプルを、センサー上の室に供給する工程であって、該センサーは、作用電極、対向電極およびそこに沈着される化学塗料とからなり、該化学塗料は、酵素とメディエータを含む工程と;
作用電極および対向電極に電位を印加する工程とを含み、
該沈着後10秒以内に作用電極に発生した安定な電流を測定する工程を含むことを特徴とする方法。 - 該供給は、約0.300〜約1.5μmのあいだの検査サンプルを供給することからなることを特徴とする請求項99記載のセンサー。
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