KR20150013197A - 센서 어레이 - Google Patents

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KR20150013197A
KR20150013197A KR1020147032974A KR20147032974A KR20150013197A KR 20150013197 A KR20150013197 A KR 20150013197A KR 1020147032974 A KR1020147032974 A KR 1020147032974A KR 20147032974 A KR20147032974 A KR 20147032974A KR 20150013197 A KR20150013197 A KR 20150013197A
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sensor
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KR1020147032974A
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제니퍼 에이. 샘프로니
제프리 알. 재스퍼스
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지멘스 헬쓰케어 다이아그노스틱스 인크.
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Abstract

센서 어셈블리는, 제 1 표면 및 제 1 표면을 마주보는 제 2 표면, 기판의 제 1 표면 및 제 2 표면 중 적어도 하나 상에 포지셔닝되는 적어도 하나의 분석물 센서, 및 적어도 하나의 분석물 센서 중 대응하는 하나와 전기 통신하게 기판 상에 포지셔닝되는 적어도 하나의 전기 접촉부를 갖는 기판을 갖는다. 기판은 내부 표면 및 외부 표면을 갖는 튜브를 정의하도록 구성된다. 기판의 제 1 표면의 적어도 일부는 튜브의 내부 표면을 정의하며, 적어도 하나의 분석물 센서는, 튜브의 내부 표면 및 외부 표면 중 적어도 하나 상에 배치된다.

Description

센서 어레이{SENSOR ARRAY}
인용에 의한 포함
2012년 4월 23일자로 출원된 미국 가출원 제 61/636,840호의 그 전부는, 이로써 본 명세서에 인용에 의해 명백히 포함된다.
본 명세서에서 기재되고 청구되는 본 발명의 개념들은 일반적으로, 유체 진단 테스팅(fluid diagnostic testing)을 수행하기 위한 시스템(system)들 및 방법들에 관한 것이며, 제한이 아니라 더 상세하게는, 낮은 용적 샘플(low volume sample)들을 사용하여 유체 진단 테스팅에서 복수의 파라미터(parameter)들을 동시에 측정하기 위한 전기화학 센서(electrochemical sensor)들을 갖는 센서 어셈블리(sensor assembly)들, 및 그 센서 어셈블리들을 제조하는 방법들에 관한 것이다.
바이오-센서 어레이(bio-sensor array)들은, 화학 및 의학에서 생물학적 분석물의 존재 및 농도를 결정하는데 유용하다. 예를 들어, 환자 진단 및 치료에 관련된 다양한 타입(type)들의 분석 테스트들은, 환자의 감염매체(infection)들, 체액들 또는 농양들로부터 취해진 액체 샘플의 분석에 의해 수행될 수 있다. 일반적으로 테스팅되는 체액들은 소변, 혈액, 혈장, 타액, 뇌척수액, 흉수, 비인두(nasopharyngeal) 등을 포함한다. 혈액 샘플들은 통상적으로, 예를 들어, 혈액 내의 CO2와 O2의 부분적인 압력들 및 전해질들과 대사산물들의 농도들의 측정치들을 획득하도록 분석된다.
강성 층형 센서 어셈블리(rigid layered sensor assembly)들 및 전기 회로들을 이용하여 그러한 측정치들을 생성하기 위한 다수의 상이한 분석기들이 현재 존재한다. 그러한 센서 어셈블리들은, 주된 임상 징후(indication)들을 통해, 예를 들어, pCO2, pO2, pH, Na+, K+, Ca2 +, Cl-, 포도당, 젖산염, 및 헤모글로빈 값들의 모니터링(monitoring)을 통해 의료 환자(medical patient)들의 상태를 평가하기 위해 사용된다. 많은 환자들이 테스팅되는 빈도 때문에, 분석을 수행하기 위해 작은 샘플 사이즈(size)들을 사용하는 능력이 바람직하다. 집중 치료실(intensive care unit)들 내의 환자들은, 혈액 가스(blood gas) 및 임상 화학 측정들을 위해 하루당 15-20회의 샘플링 빈도를 요구할 수도 있다. 이러한 경우들에서, 비교적 짧은 시간 기간으로 취해지는 비교적 많은 개수의 샘플들로 인해 작은 혈액 샘플들을 분석하는 것이 바람직하다. 추가적으로, 수행되는 테스트들의 수를 제한하기 위해, 각각의 테스트를 이용하여 가능한 많은 정보를 수집하는 것이 바람직하다.
몇몇 종래 기술 분석기들은, 그 자체가 유동 채널(flow channel)의 하나의 벽을 정의하는 센서 어레이를 포함한다. 유체 경로는, 센서 컴포넌트(sensor component)들을 포함하는 벽에 결합되는 몰딩(mold)된 플라스틱과 같은 제 2 재료를 사용하여 생성된다. 유체 분석을 위한 다른 바이오-센서 어셈블리들은, 유체 경로를 제공하도록 작동하는 개재 스페이서(intervening spacer)를 갖는 다수의 기판들로 구성된다.
스페이서들을 이용하는 센서 어셈블리들은 일반적으로, 하나 또는 2개의 플레이트형(plate-like) 표면들 상에 배치된 센서들을 갖는다. 개재 스페이서로 연결(join)된 경우, 2개의 기판들은, 센서들을 지지하는 기판들의 표면들이 서로 대면(face)하도록 포지셔닝(position)된다. 개재 스페이서는, 유체 샘플에 대해 실질적으로 일직선의 유동 채널을 제공하고 정의할 수도 있거나, 부착된 기판들의 내측 표면에 대하여 배치된 센서마다 유동을 재안내(redirect)할 수도 있다. 하나의 낮은 용적 멀티-분석물(multi-analyte) 분석기는, 마주보는 센서들의 2개의 세트(set)들 사이에 유동 경로를 제공하고 정의하기 위해, PSA(pressure sensitive adhesive)를 갖는 접착제 층을 사용한다. PSA 막들은 강성 기판들에 용이하게 적용된다.
현재 시스템들에 대한 문제는, 샘플 용적 요건들을 감소시키기 위하여 유동 채널 단면 및/또는 길이가 감소되어야 한다는 것이며, 이는, 차례로, 센서 멤브레인(membrane) 단면 및 그것의 총 용적을 제한시킬 수 있다. 샘플 용적 요건들을 유지하거나 감소시키면서 센서들의 개수를 증가시킬 수 있는 경제적인 바이오-센서 어레이에 대한 필요성이 존재한다. 본 명세서에 기재된 본 발명의 개념들은 그러한 장치 및 방법으로 지향된다.
본 명세서에서 기재되고 청구되는 본 발명의 개념들은 일반적으로 센서 어셈블리에 관한 것이다. 센서 어셈블리는, 제 1 표면 및 제 1 표면을 마주보는(opposite) 제 2 표면, 기판의 제 1 표면 및 제 2 표면 중 적어도 하나 상에 포지셔닝되는 적어도 하나의 분석물 센서, 및 적어도 하나의 분석물 센서 중 대응하는 하나와 전기 통신하게 기판 상에 포지셔닝된 적어도 하나의 전기 접촉부(contact)를 가진 기판을 갖는다. 기판은, 내부 표면 및 외부 표면을 갖는 튜브(tube)를 정의하도록 구성된다. 기판의 제 1 표면의 적어도 일부는 튜브의 내부 표면을 정의하며, 적어도 하나의 분석물 센서는, 튜브의 내부 표면 및 외부 표면 중 적어도 하나 상에 배치된다.
도면들에서 동일한 참조부호들은, 동일하거나 유사한 엘리먼트(element) 또는 기능을 표현하고 지칭한다. 본 발명의 구현들은, 그들의 다음의 상세한 설명을 고려할 경우 더 양호하게 이해될 수도 있다. 그러한 설명은, 첨부된 그림 예시들, 개략도들, 그래프들, 및 도면들을 참조한다. 도면들이 반드시 실척인 것은 아니며, 도면들의 특정한 피처(feature)들 및 특정한 뷰(view)들은, 명확성 및 간결성을 위하여 과장되거나 실척에 맞게 또는 개략적으로 도시될 수도 있다.
도 1은, 본 명세서에 기재된 본 발명의 개념들에 따라 구성된 센서 어셈블리의 사시도이다.
도 2는, 도 1에서와 같이 구성된 기판의 일부의 평면도이다.
도 3은, 도 1의 라인 3-3을 따라 취해진 단면도이다.
도 4는, 본 명세서에 기재된 본 발명의 개념들에 따라 구성된 센서 어셈블리의 다른 실시예의 사시도이다.
도 5는, 도 4에서와 같이 구성된 기판의 일부의 평면도이다.
도 6은, 도 4의 라인 6-6을 따라 취해진 단면도이다.
도 7은, 본 명세서에 기재된 본 발명의 개념들에 따라 구성된 센서 어셈블리의 일 실시예의 단면도이다.
도 8은, 본 명세서에 기재된 본 발명의 개념들에 따라 구성된 센서 어셈블리의 다른 실시예의 단면도이다.
도 9는, 양단에서의 캡(cap)들을 도시하는 센서 어셈블리의 사시도이다.
도 10은, 센서 어셈블리로의 유체의 전달을 도시하는 사시도이다.
도 11은, 본 명세서에 기재된 본 발명의 개념들에 따라 구성된 센서 어셈블리의 다른 실시예의 사시도이다.
도 12는, 본 명세서에 기재된 본 발명의 개념들에 따라 구성된 센서 어셈블리의 또 다른 실시예의 단면도이다.
본 명세서에 기재된 본 발명의 개념들의 적어도 하나의 실시예를 상세히 설명하기 전에, 본 발명의 개념들은, 다음의 설명에서 기재되거나 도면들에서 도시된 구성, 실험들, 예시적인 데이터(data), 및/또는 컴포넌트들의 어레인지먼트(arrangement)의 세부사항들에 대한 그들의 애플리케이션(application)으로 제한되지 않음이 이해될 것이다. 현재 기재되고 청구되는 발명의 개념들은, 다른 실시예들을 가능하게 하거나 다양한 방식들로 실시되거나 수행될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 이용된 어법 및 용어는 단지 설명의 목적을 위한 것이며, 임의의 방식으로 제한하는 것으로서 간주되지는 않아야 함이 이해될 것이다.
본 발명의 개념들의 실시예들의 다음의 상세한 설명에서, 다수의 특정한 세부사항들이 본 발명의 개념들의 더 철저한 이해를 제공하기 위해 기재된다. 그러나, 본 발명 내의 본 발명의 개념들이 이들 특정한 세부사항들 없이 실시될 수도 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 다른 예시들에서, 잘-알려진 특성들은, 불필요하게 본 발명을 복잡하게 하는 것을 회피하기 위해 상세히 설명되지 않았다.
추가적으로, "또는"은, 명백히 반대로 나타내지 않으면, 배타적인 또는이 아니라 포괄적인 또는을 지칭한다. 예를 들어, 조건 A 또는 B는, 다음, 즉 A는 참(또는 존재함)이고 B는 거짓(또는 존재하지 않음), A는 거짓(또는 존재하지 않음)이고 B는 참(또는 존재함), 및 A 및 B 둘 모두가 참(또는 존재함) 중 임의의 것에 의해 충족된다.
부가적으로, 관사의 사용은, 본 명세서의 실시예들의 엘리먼트들 및 컴포넌트들을 설명하도록 이용된다. 이것은, 단지 편의를 위해서 행해지며, 본 발명의 개념들의 일반적인 의미를 부여하기 위한 것이다. 이러한 설명은, 하나 또는 적어도 하나를 포함하도록 판독되어야 하며, 단수형은 그것이 달리 의미된다는 것이 명백하지 않으면 복수형을 또한 포함한다.
마지막으로, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 임의의 참조는, 실시예와 관련되어 설명된 특정한 엘리먼트, 특성, 구조, 또는 특징이 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 본 명세서에서의 다양한 위치들에서 어구 "일 실시예에서"의 출현은, 모두가 반드시 동일한 실시예를 참조하는 것은 아니다.
이제 도면들, 더 상세하게는 도 1을 참조하면, 본 명세서에서 기재되고 청구되는 발명의 개념들에 따라 구성된 센서 어셈블리(10)의 예시적인 실시예가 도 1에 도시된다. 센서 어셈블리(10)는, 제 1 표면(14) 및 제 1 표면(14)을 마주보는 제 2 표면(16)을 갖는 기판(12)을 포함한다. 적어도 하나의 분석물 센서(18)는, 기판(12)의 제 1 표면(14) 상에 포지셔닝된다. 적어도 하나의 전기 접촉부(20)는, 적어도 하나의 분석물 센서(18) 중 대응하는 하나와 전기 통신하게 기판(12) 상에 포지셔닝된다. 기판(12)은, 유체 유동 경로(23)를 정의하며 유체 입구(24), 유체 출구(26), 내부 표면(28), 및 외부 표면(30)을 갖는 튜브(22)를 정의하도록 구성된다. 기판(12)의 제 1 표면(14)의 적어도 일부는, 튜브(22)의 내부 표면(28)을 정의하며, 적어도 하나의 분석물 센서(18)는, 튜브(22)의 내부 표면(28) 상에 배치된다.
기판(12)은, 다수의 재료들, 예컨데 유리, 플라스틱(plastic), 또는 알루미늄(aluminum), 실리콘(silicon) 또는 붕소의 산화물과 같은 세라믹(ceramic) 재료로부터 제조될 수 있다. 적절한 재료들이 당업자들에게 잘 알려져 있다. 일 실시예에서, 기판(12)은 플렉서블(flexible) 재료이다. 적절한 플렉서블 재료들의 비제한적 예들은, 페이퍼(paper), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리이미드(PI), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK) 등을 포함한다. 플렉서블 기판의 사용은, 센서 어셈블리(10)의 사이즈 및 중량을 감소시킬 수 있다. 본 발명의 후속하는 섹션(section)들에서 상세히 설명되는 바와 같이, 플렉서블 기판의 사용은, 센서 어셈블리(10)의 증가된 회로 밀도 및 전체 형상의 경제적인 변형을 허용한다.
기판(12)의 제 1 표면(14) 상에 포지셔닝된 분석물 센서(18)는, 화학적 물질의 농도와 같은 화학적 또는 물리적 파라미터를 측정할 수 있는 임의의 센서일 수 있다. 혈액 샘플들에서의 센서 측정치들의 비제한적 예들은, pCO2, pO2, pH, Na+, K+, Ca2 +, Cl-, 포도당, 젖산염, 및 헤모글로빈을 포함한다. 많은 상이한 타입들 및 설계들의 분석물 센서들(18)이 사용될 수 있다. 통상적으로, 분석물 센서(18)는 2개 또는 3개의 전극들(도시되지 않음)을 포함한다. 분석물 센서(18)는, 측정되는 유체와 직접적으로 접촉할 수도 있으며, 분석물 센서(18)에서 유체와 전극들 사이에 간접적 접촉을 제공하는 얇은 멤브레인 등을 포함할 수도 있다. 일 실시예에서, 분석물 센서(18)는, 전기화학 바이오센서이며, 화학적 정보를 측정가능한 신호로 변환하기 위해, 전도율, 전위차, 또는 전류측정 기술들을 이용할 수 있다.
예를 들어, 전도율 기술들에 기초하는 바이오센서들은, 전기화학 반응들이 이온(ion)들 또는 전자들을 생성하며, 용액의 전도율 또는 저항률이 비례해서 변화한다는 사실을 이용한다. 전위차 바이오센서들은, 관심있는 이온을 확산시키도록 선택적으로 허용하는 이온-선택적 전극 또는 이온-투과성 멤브레인을 갖는 전극을 이용할 수 있다. 동작 원리는, 전압이 용액에 인가되는 경우, 전기화학 반응들로 인해 전류 유동에서 변화가 존재한다는 사실에 기초한다. 전류측정 바이오센서들은, 생물학적 샘플들에 존재하는 전기-활성 종을 검출하기 위해 높은 민감도를 가지며, 포도당 및 젖산염과 같은 분석물들에 대해 종종 사용된다. 전류측정 바이오센서들은 작업 및 기준 전극들 둘 모두를 이용하며, 작업 전극은 일반적으로, 귀금속 또는 생체인식(biorecognition) 컴포넌트에 의해 커버(cover)되는 스크린-인쇄 층(screen-printed layer) 중 어느 하나이다.
분석물 센서들(18)은 이제, 예를 들어, 후막(thick-film) 및/또는 박막(thin-film) 기술들을 사용하여 베이스 유전체 기판(base dielectric substrate)에 재료들의 얇은 층들을 연속적으로 적용함으로써, 평면 포맷(planar format)으로 제조될 수 있다. 평면의 분석물 센서들은, 더 작게 제조되고 서로 더 근접하게 구성될 수 있으며, 샘플 용적 요건들을 감소시킨다. 세라믹 웨이퍼(ceramic wafer)들 상에서의 평면의 후막 전극들의 제작은, 표준 프로세스(standard process)들을 사용하여 종종 행해진다. 초고순도 금속들의 사용은, 일정한 분극 하에서 사용-수명을 연장시키기 위해 사용될 수 있다. 포도당 및 젖산염 바이오센서의 활성 전극을 스크린-인쇄하기 위한 백금도금된 탄소 페이스트 잉크(platinized carbon paste ink)와 같은 전도성 잉크 및 유전체 잉크가 이용된다. 중합체들은, pO2에 대한 몇몇 전류측정 센서들에서 내부 전해질로서 사용되는 나피온(Nafion)(술폰화된 테트라플루오로에틸렌 중합체)과 같은 내부 전해질로서 사용될 수 있다. 이온-선택적인 분석물 센서들에 대해, 메타크릴아미도프로필트리메틸암모늄 클로라이드 및 메틸 메타크릴레이트의 공중합체(MAPTAC/MMA)가 고체 내부 접촉부로서 사용된다.
따라서, 광범위하게 다양한 분석물 센서들(18)은, 각각의 분석물 센서(18)가 기판(12) 상에 포지셔닝된 대응하는 전기 접촉부(20)와 전기 접속하면서 단독으로 또는 결합하여 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 분석물 센서(18)의 컴포넌트들 뿐만 아니라 전기 접촉부(20)는, 당업자들에 의해 최근에 개발되고 이해되는 재료들 및 방법들을 이용하며, 회로들이 플렉서블 중합체 시트(flexible polymer sheet)와 같은 플렉서블 기판 상에 인쇄될 수 있게 한다 . 그러한 인쇄된 회로들은 일반적으로, 플렉스 회로(flex circuit)들로 지칭된다. 플렉서블 회로들을 제조하는 알려진 재료들 및 방법들이 본 명세서에서 설명되지만, 플렉서블 기판 상에 분석물 센서(18) 및 전기 접촉부(20)를 제조하고 고정시키기 위한 새로운 그리고 현재 알려지지 않은 재료들이 현재 기재되고 청구되는 본 발명의 개념들에 또한 포함될 것임을 이해한다.
플렉서블 기판을 이용하는 센서 어셈블리(10)의 설계 및 제작은, 단일-면(single-sided), 이중 액세스(double access), 및 이중-면(double-sided) 플렉스 회로들을 포함할 수 있다. 단일-면 플렉스 회로들은, 플렉서블 유전체 막 상에 금속 또는 전도성 (금속 충진(fill)된) 중합체 중 어느 하나로 제조되는 단일 전도체 층을 갖는다. 컴포넌트 종단 피처들은 하나의 면으로부터 액세스가능(accessible)하다. 홀(hole)들은, 상호접속을 위해 컴포넌트 리드(component lead)들이 관통하게 하도록 베이스 필름(base film)에 형성될 수도 있다. 단일-면 플렉스 회로들은, 커버 층들 또는 커버 코트(cover coat)들로서 그러한 보호 코팅(coating)들을 이용하거나 이용하지 않으면서 제조될 수 있다. 이중 액세스 플렉스 회로들은, 둘 모두의 면들로부터 전도체 패턴(conductor pattern)의 선택된 피처들로의 액세스를 허용하도록 프로세싱되는 단일 전도체 층을 갖는다. 이중-면 플렉스 회로들은 실제로, 2개의 전도체 층들을 갖는다.
중합체 후막 플렉스 회로들은, 강성 인쇄 회로 보드(rigid printed circuit board)들에 대해 사용되는 바와 같은, 동일한 컴포넌트들을 사용하여 제작될 수 있으며, 보드가 그것의 사용 동안 바람직한 형상을 따르거나 플렉싱(flex)하게 한다. 플렉스 회로들은 종종, 포토리소그래픽 기술(photolithograpic technology)로 제조된다. 플렉서블 포일 회로(foil circuit)들을 제조하는 대안적인 방식은, PET의 2개의 층들 사이에 매우 얇은 구리 스트립(copper strip)들을 라미네이팅(laminating)하는 것을 포함한다. 이들 PET 층들은, 열경화성인 접착제로 코팅되며, 라미네이션 프로세스(lamination process) 동안 활성화될 것이다.
일 실시예에서, 전도성 잉크들 및 유전체 잉크들은, 전기 접촉부(20) 뿐만 아니라 분석물 센서(18)의 전극들 및 다른 컴포넌트들을 제공하기 위해, 스크린 인쇄, 로토그라비어(rotogravure), 패드 인쇄(pad printing), 스텐실링(stenciling), 젯팅(jetting) 등을 사용하여 기판(12) 상에 증착된다. 전도성 잉크는, 미소입자 백금, 금, 은, 구리, 실리콘, 또는 임의의 다른 전도성 엘리먼트 또는 엘리먼트들의 결합에 의해 부분적으로 형성될 수도 있다. 멤브레인 재료들은, 기능 분석물 센서(18)를 생성하기 위해 기판(12)의 적절한 영역들에 적용된다. 기판(12)은, 플렉서블하며, 페이퍼, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리이미드(PI) 등으로부터 제조될 수 있다.
대응하는 분석물 센서(18)와 전기 통신하는 전기 접촉부(20)는, 임의의 형상 및 임의의 전도성 재료일 수 있다. 전기 접촉부(20)에 대한 적절한 재료들은, 금, 은, 구리 및 알루미늄 금속들 및 이들의 합금들 뿐만 아니라 전도성 잉크들을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에서, 전기 접촉부(들)(20)는, 도 1 내지 도 3에 예시된 바와 같이, 기판(12)의 제 1 표면(14) 상에 포지셔닝된다. 분석물 센서(18)와 전기 접촉부(20) 사이의 전기 통신은, 기판(12)의 제 1 표면(14)을 따라 또한 포지셔닝되는 트레이스(trace)(32)를 사용하여 달성될 수 있다. 트레이스(32)는, 분석물 센서(18)와 전기 접촉부(20) 사이에 신호들을 반송하기 위한 전기 접속을 제조할 수 있는 있는 구리, 전도성 잉크 등과 같은 전도성 금속의 스트립일 수 있다. 전기 접촉부(20)는, 유체 샘플의 분석물 센서 측정치들에 기초하여 분석물 결과들을 프로세싱하고 출력하기 위한 분석기(도시되지 않음)에 대한 전기 접촉부와 맞물리도록(mesh) 포지셔닝되고, 사이징(size)되며, 형상화된다.
다른 실시예에서, 전기 접촉부(들)(20)는, 도 4 내지 도 6에 예시된 바와 같이, 기판(12)의 제 2 표면(16) 상에 포지셔닝된다. 제 1 표면(14) 상에 포지셔닝된 분석물 센서(18)와 제 2 표면(16) 상에 포지셔닝된 전기 접촉부(20) 사이의 전기 통신은, 기판(12)의 제 1 표면(14)을 따라 부분적으로 포지셔닝될 수 있는 트레이스(32)를 사용하여 달성될 수 있다. 트레이스(32)는, 제 2 표면(16) 상의 대응하는 전기 접촉부(20)에 접속하기 위해 몇몇 포인트(point)에서 홀 또는 비아(via)(34)를 관통한다. 비아(34)는, 예를 들어, 전기 전도성 재료, 예를 들어 금속 또는 전도성 잉크로 충진된 보어(bore)일 수 있다.
기판(12)은, 예를 들어, 기판(12)을 바람직한 형상으로 압연(rolling), 벤딩(bending) 또는 폴딩(folding)시킴으로써 튜브(22)를 정의하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 분석물 센서, 전기 접촉부(20), 트레이스(32), 및 필요하거나 바람직한 다른 전기 컴포넌트들 및 접속부들(일괄하여 "회로(36)"로 지칭됨)이 부착된 기판(12)은, 회로(36)의 애플리케이션 동안 평면이며, 그 후, 도 1 내지 도 6에서와 같이 원형 단면을 갖는 튜브(22)를 형성하도록 압연될 수 있다. 다른 실시예에서, 부착된 회로(36)를 갖는 기판(12)은, 예를 들어, 도 7 및 도 8에서와 같이 적어도 3개의 평면의 측면들을 갖는 튜브(22)를 형성하도록 벤딩되거나 폴딩될 수 있다.
튜브(22)는, 유체 입구(24) 및 유체 출구(26) 뿐만 아니라 내부 표면(28) 및 외부 표면(30)을 갖는다. 센서 어셈블리(10)는, 일원화된 일체형 기판(unitary one piece substrate)(12) 상에 구성될 수 있으며, 센서 어셈블리(10)는, 압력 감지 접착제, 에폭시(epoxy), 아크릴(acrylic), 또는 당업자들에게 알려진 다른 결합 수단 및 재료들을 사용하여 고정될 수 있는 단일 심(single seam)(38)만을 갖는다. 스페이서 재료에 대한 필요성이 제거(eliminate)된다. 부가적으로, 다수의 분석물 센서들(18)은, 예를 들어, 누화(cross-talk) 및 다른 간섭을 최소화하기 위해 전극들 사이에 충분한 거리를 가지면서 막 상에 인쇄될 수 있다. 기판(12) 및 분석물 센서들(18)이 튜브 구성으로 압연되는 경우, 센서 배치는 마주볼 뿐만 아니라 인접하게 되며, 그에 의해, 더 작은 유체 경로에서 더 많은 개수의 분석물 센서(18)들을 가능하게 한다.
일 실시예에서, 전기 접촉부(들)(20)는, 도 4 내지 도 6에서 예시된 바와 같이, 기판(12)의 제 2 표면(16) 상에 포지셔닝된다. 전기 접촉부(들)(20)는, 예를 들어, 튜브(22)의 외측 표면 상의 전기 접촉부(들)(20)과 맞물리도록 구성되는 전기 접촉부(들)를 갖는 수용 포탈(receiving portal)을 사용하여 분석기에 용이하게 접속될 수 있다.
일 실시예에서, 전기 접촉부(들)(20)은, 도 1 내지 도 3, 도 7 및 도 8에 예시된 바와 같이, 기판(12)의 제 1 표면(14) 상에 포지셔닝되며, 기판(12)은, 튜브(22)로부터 연장하고 탭(tab)(40) 상에 포지셔닝된 전기 접촉부(20)를 갖는 탭(40)을 남기도록 압연, 벤딩, 또는 폴딩된다. 탭(40)은, 튜브(22)에 대해 접선의 관계로 연장할 수 있다. 탭(40)은, 예를 들어, 유체 샘플의 센서 측정치들에 기초하여 분석물 결과들을 프로세싱하고 출력하기 위한 전기 신호들을 전송하기 위해, 전기 접촉부(들)(20) 및 탭(들)(40)과 맞물리도록 구성되는 리본-타입 접속기(ribbon-type connector)를 사용하여 분석기에 용이하게 접속될 수 있다.
도 2를 참조하면, 증폭기 전단 회로(amlifier front-end circuit)(42)는, 적어도 하나의 분석물 센서(18) 중 대응하는 하나에 근접하게 그리고 그 대응하는 하나와 전기 통신하게 기판의 제 1 표면 상에 포지셔닝될 수 있다. 증폭기 전단 회로(42)는, 분석기 센서(18)가 간섭 및 잡음에 민감한 저-범위 출력을 생성하는 경우 유용할 수 있다. 그러한 간섭 및 잡음은, 트레이스(32)를 따라 전달되는 신호의 무결성(integrity)을 손상시킬 수 있다. 증폭기 전단 회로(42)는, 분석물 센서(18)로부터의 신호를, 분석물 결과들을 프로세싱하고 출력하기 위한 분석기(도시되지 않음)로 그 신호를 통신하기 전에 증폭한다. 증폭은, 신호가 분석기에 통신되는 동안, 신호 손실을 감소시키며 신호 무결성을 손상시키는 위험성을 개선한다.
분석물 센서(18)와 마찬가지로, 증폭기 전단 회로(42)는, 전도성 잉크를 사용하며, 기판(12) 상에 직접, 또는 기판(12)에 추후에 적용되는 박막 멤브레인 상으로 인쇄함으로써 형성될 수도 있다. 증폭기 전단 회로(42)는, 분석물 센서(18)에 매우 근접하게 기판(12) 상에 포지셔닝되며, 트레이스(32)를 따라 전기적으로 접속된다.
이제 도 9를 참조하면, 센서 어셈블리(10)는, 유체 입구(24)를 커버하는 제 1 캡(43) 및/또는 유체 출구(26)를 커버하는 제 2 캡(43')을 포함할 수 있다. 제 1 캡(43)은, 분석될 유체 샘플의 튜브(22)로의 삽입을 용이하게 하기 위한 니플(nipple)(44)을 포함할 수도 있다. 유사하게, 제 2 캡(43')은, 유체 샘플의 튜브(22)로부터의 제거를 용이하게 하기 위한 니플(44')을 포함할 수도 있다.
일 실시예에서, 센서 어셈블리(10)는 도 10에 도시된 바와 같이, 칼라(collar)(45) 및 선택적으로 칼라 캡(46)을 포함한다. 칼라(45)는, 센서 어셈블리(10)로의 액체 샘플의 수동 삽입(manual insertion)을 용이하게 하며, 핸들링(handle)하고 저장하기가 용이하다. 또한, 칼라(45)는, 센서 어셈블리를 분석기로 및 분석기로부터 이동시키는 것을 용이하게 한다.
이제 도 11을 참조하면, 본 명세서에서 기재되고 청구되는 본 발명의 개념들에 따라 구성된 센서 어셈블리(10)의 다른 예시적인 실시예가 도 11에 도시된다. 이러한 실시예에서, 기판(12)은, 내부 표면(28') 및 외부 표면(30')을 갖는 튜브(22)를 정의하도록 구성된다. 적어도 하나의 분석물 센서(18)가 튜브(22)의 외부 표면(30') 상에 배치되지만, 대응하는 전기 접촉부(20)는 튜브(22)의 내부 표면(30') 상에 포지셔닝된다. 이러한 어레인지먼트를 갖는 센서 어셈블리(10)가, 유체 측정들을 행하기 위해 신체 내로 삽입하기 위한 캐뉼라(cannula)로서 사용될 수 있다는 것이 고려된다. 배선(50)은 튜브(22) 내에 하우징(house)될 수 있으며, 체액은 튜브의 외부 표면(30') 상에서 액세싱될 수 있다.
또한, 도 11에 도시된 실시예는, 도 12에 도시된 바와 같이, 외측 캐뉼라(52) 내에 하우징될 수 있으며, 튜브(22) 및 외측 캐뉼라(52)는 그들 사이에서 환형체(annulus)(54)를 정의한다. 모니터링될 혈액 또는 다른 유체는, 환형체(54)를 통해 유동하며, 하나 또는 그 초과의 분석물 센서(들)(18)에 의해 측정된다. 캡(43')은, 유체가 튜브(22)의 내부에 진입하는 것을 방지한다. 환자의 신체 내로의 삽입을 위해 사용되는 경우, 외측 캐뉼라(52)는 인간의 신체에 무해한 재료로 제조된다. 이러한 설계는, 튜브(22)의 외부 표면(30')에 대해 환자의 노출 또는 장기적인 노출이 바람직하지 않은 상황들에서 유용할 수 있다.
센서 어셈블리를 형성하는 방법은, 상술된 바와 같이, 플렉서블 기판의 표면 상에 복수의 분석물 센서들을 형성하는 단계를 포함한다. 복수의 전기 접촉부들은, 전기 접촉부들이 분석물 센서들 중 대응하는 하나와 전기 통신하도록 플렉서블 기판 상에 형성된다. 그 후, 플렉서블 기판은, 유체 입구, 유체 출구, 내부 표면, 및 외부 표면을 갖는 튜브를 정의하도록 구성되며, 분석물 센서들이 형성되는 표면은, 분석물 센서들이 튜브의 내부 표면 상에 배치되도록 튜브의 내부 표면을 정의한다. 소망되면, 센서 어셈블리는, 강성을 부가하기 위해 화학적으로 또는 열에 의해 처리될 수 있다. 선택적으로, 전체 형상을 지지하고 유지하기 위해 보강재가 센서 어셈블리에 부착될 수 있다.
유사하게, 센서 어셈블리를 형성하는 다른 방법은, 플렉서블 기판의 표면 상에 복수의 분석물 센서들을 형성하는 단계, 및 전기 접촉부들이 분석물 센서들 중 대응하는 하나와 전기 통신하도록 플렉서블 기판 상에 복수의 전기 접촉부들을 형성하는 단계를 포함한다. 이러한 경우에서, 플렉서블 기판은, 내부 표면 및 외부 표면을 갖는 튜브를 정의하도록 구성되며, 분석물 센서들이 형성되는 표면은, 분석물 센서들이 튜브의 외부 표면 상에 배치되도록 튜브의 외부 표면을 정의한다.
위의 설명으로부터, 본 명세서에 기재된 본 발명의 개념(들)이, 목적들을 수행하고, 본 명세서에 설명된 이점들 뿐만 아니라 본 명세서에 기재된 본 발명의 개념에 내재하는 이점들을 획득하도록 매우 양호하게 적응된다는 것이 명백하다. 본 명세서에 기재된 본 발명의 개념의 예시적인 실시예들이 본 발명의 목적들을 위해 설명되었지만, 당업자들에게 그것들 자체를 용이하게 연상시킬 것이고, 본 명세서에 기재되고 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 본 발명의 개념의 범위를 벗어나지 않으면서 달성되는 다수의 변화들이 행해질 수도 있음이 이해될 것이다.

Claims (29)

  1. 센서 어셈블리(sensor assembly)로서,
    제 1 표면 및 상기 제 1 표면을 마주보는(opposite) 제 2 표면을 갖는 기판;
    상기 기판의 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면 중 적어도 하나 상에 포지셔닝(position)되는 적어도 하나의 분석물 센서(analyte sensor); 및
    적어도 하나의 전기 접촉부 ― 상기 적어도 하나의 전기 접촉부는, 상기 적어도 하나의 분석물 센서 중 대응하는 하나와 전기 통신하게 상기 기판 상에 포지셔닝됨 ― 를 포함하며,
    상기 기판은 내부 표면 및 외부 표면을 갖는 튜브를 정의하도록 구성되고, 상기 기판의 상기 제 1 표면의 적어도 일부는 상기 튜브의 상기 내부 표면을 정의하며, 상기 적어도 하나의 분석물 센서는 상기 튜브의 상기 내부 표면 및 상기 외부 표면 중 적어도 하나 상에 배치되는, 센서 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 플렉서블(flexible)한, 센서 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 일체형(one piece) 기판인, 센서 어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 튜브는 원형 단면을 갖는, 센서 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 튜브는 적어도 3개의 평면의 측면들을 갖고,
    상기 적어도 하나의 분석물 센서는, 상기 평면의 측면들 각각 상에 포지셔닝되는, 센서 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기 접촉부는, 상기 튜브의 외부 표면 상에 포지셔닝되는, 센서 어셈블리.
  7. 제 1 항에 있어서,
    유체 수용 환형체(fluid receiving annulus)를 정의하도록 상기 튜브를 둘러싸는 외측 캐뉼라(outer cannula)를 더 포함하는, 센서 어셈블리.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기 접촉부는, 상기 튜브의 상기 내부 표면 상에 포지셔닝되는, 센서 어셈블리.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은, 상기 튜브로부터 연장하는 탭(tab)을 갖도록 추가적으로 구성되며,
    상기 적어도 하나의 전기 접촉부는 상기 탭 상에 포지셔닝되는, 센서 어셈블리.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 탭은, 상기 튜브에 대해 접선의 관계로 상기 튜브로부터 연장하는, 센서 어셈블리.
  11. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 증폭기 전단 회로(amlifier front-end circuit) ― 상기 적어도 하나의 증폭기 전단 회로는, 상기 적어도 하나의 분석물 센서 중 대응하는 하나에 근접하게 그리고 상기 대응하는 하나와 전기 통신하게 상기 기판 상에 포지셔닝됨 ― 를 더 포함하는, 센서 어셈블리.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 튜브에 접속된 제 1 캡(first cap) ― 상기 제 1 캡은 유체 입구를 정의하는 니플(nipple) 을 가짐 ―; 및
    상기 튜브에 접속된 제 2 캡(second cap) ― 상기 제 2 캡은 유체 출구를 정의하는 니플을 가짐 ― 을 더 포함하는, 센서 어셈블리.
  13. 센서 어셈블리로서,
    제 1 표면 및 상기 제 1 표면을 마주보는 제 2 표면을 갖는 기판;
    상기 기판의 상기 제 1 표면 상에 포지셔닝되는 적어도 하나의 분석물 센서; 및
    적어도 하나의 전기 접촉부 ― 상기 적어도 하나의 전기 접촉부는, 상기 적어도 하나의 분석물 센서 중 대응하는 하나와 전기 통신하게 상기 기판 상에 포지셔닝됨 ― 를 포함하며,
    상기 기판은 내부 표면 및 외부 표면을 갖는 튜브를 정의하도록 구성되고, 상기 기판의 제 2 표면의 적어도 일부는 상기 튜브의 상기 내부 표면을 정의하며, 상기 적어도 하나의 분석물 센서는 상기 튜브의 상기 내부 표면 상에 배치되는, 센서 어셈블리.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 기판은 플렉서블한, 센서 어셈블리.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 기판은 일체형 기판인, 센서 어셈블리.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 튜브는 원형 단면을 갖는, 센서 어셈블리.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 튜브는 적어도 3개의 평면의 측면들을 갖고,
    상기 적어도 하나의 분석물 센서는, 상기 평면의 측면들 각각 상에 포지셔닝되는, 센서 어셈블리.
  18. 센서 어셈블리를 형성하는 방법으로서,
    플렉서블 기판의 표면 상에 복수의 분석물 센서들을 형성하는 단계;
    복수의 전기 접촉부들이 상기 분석물 센서들 중 대응하는 하나와 전기 통신하도록 상기 플렉서블한 기판 상에 상기 복수의 전기 접촉부들을 형성하는 단계; 및
    내부 표면 및 외부 표면을 갖는 튜브를 정의하도록 상기 플렉서블 기판을 구성하는 단계 ― 상기 분석물 센서들이 형성되는 표면은, 상기 분석물 센서들이 상기 튜브의 상기 내부 표면 상에 배치되도록 상기 튜브의 상기 내부 표면을 정의함 ― 를 포함하는, 센서 어셈블리를 형성하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 튜브는 원형 단면을 갖도록 구성되는, 센서 어셈블리를 형성하는 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 튜브는 적어도 3개의 평면의 측면들을 갖도록 구성되며,
    상기 분석물 센서들은, 적어도 하나의 분석물 센서가 상기 평면의 측면들 각각 상에 포지셔닝되도록 상기 기판 상에 형성되는, 센서 어셈블리를 형성하는 방법.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 전기 접촉부들은, 상기 전기 접촉부들이 상기 튜브의 상기 외부 표면 상에 포지셔닝되도록 상기 기판 상에 형성되는, 센서 어셈블리를 형성하는 방법.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 기판은, 상기 튜브로부터 연장하는 탭을 갖도록 추가적으로 구성되며,
    상기 전기 접촉부들은, 상기 전기 접촉부들이 상기 탭 상에 포지셔닝되도록 상기 기판 상에 형성되는, 센서 어셈블리를 형성하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 기판은, 상기 탭이 상기 튜브에 대해 접선의 관계로 상기 튜브로부터 연장하도록 추가적으로 구성되는, 센서 어셈블리를 형성하는 방법.
  24. 제 18 항에 있어서,
    복수의 증폭기 전단 회로들을, 상기 분석물 센서들 중 대응하는 하나에 근접하게 그리고 상기 대응하는 하나와 전기 통신하게 상기 기판 상에 형성하는 단계를 더 포함하는, 센서 어셈블리를 형성하는 방법.
  25. 센서 어셈블리를 형성하는 방법으로서,
    플렉서블 기판의 표면 상에 복수의 분석물 센서들을 형성하는 단계;
    상기 복수의 전기 접촉부들이 상기 분석물 센서들 중 대응하는 하나와 전기 통신하도록 상기 플렉서블 기판 상에 상기 복수의 전기 접촉부들을 형성하는 단계; 및
    내부 표면 및 외부 표면을 갖는 튜브를 정의하도록 상기 플렉서블 기판을 구성하는 단계 ― 상기 분석물 센서들이 형성되는 표면은, 상기 분석물 센서들이 상기 튜브의 상기 외부 표면 상에 배치되도록 상기 튜브의 상기 외부 표면을 정의함 ― 를 포함하는, 센서 어셈블리를 형성하는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 튜브는 원형 단면을 갖도록 구성되는, 센서 어셈블리를 형성하는 방법.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 튜브는 적어도 3개의 평면의 측면들을 갖도록 구성되며,
    상기 분석물 센서들은, 적어도 하나의 분석물 센서가 상기 평면의 측면들 각각 상에 포지셔닝되도록 상기 기판 상에 형성되는, 센서 어셈블리를 형성하는 방법.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 전기 접촉부들은, 상기 전기 접촉부들이 상기 튜브의 상기 내부 표면 상에 포지셔닝되도록 상기 기판 상에 형성되는, 센서 어셈블리를 형성하는 방법.
  29. 제 25 항에 있어서,
    복수의 증폭기 전단 회로들을, 상기 분석물 센서들 중 대응하는 하나에 근접하게 그리고 상기 대응하는 하나와 전기 통신하게 상기 기판 상에 형성하는 단계를 더 포함하는, 센서 어셈블리를 형성하는 방법.

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