KR20250010001A - 분석물 센서 형태 - Google Patents
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Abstract
분석물 센서 형태 본 발명은 분석물 운반 유체에서 분석물 데이터를 측정하기 위한, 특히 포도당 데이터를 측정하기 위한 의료기기에 사용하기 위한 분석물 센서에 관한 것으로, 작동 전극인 제1 전극(101), 제2 전극, 제1 전극과 제2 전극을 운반하는 기판(100), 제1 전극(101)을 적어도 부분적으로 덮는 적어도 하나의 멤브레인(104), 적어도 하나의 멤브레인(101)은 분석물 운반 유체 및/또는 분석물에 대해 불투과성인 멤브레인 물질을 포함하고, 적어도 하나의 멤브레인은 적어도 하나의 개구부(107)를 포함하고, 적어도 하나의 멤브레인(104)은 적어도 하나의 개구부(107)를 통해 제1 전극(101)에 분석물 운반 유체 및/또는 분석물의 유입을 제어하도록 구성된다.
Description
본 발명은 분석물 운반 유체에서 분석물 데이터, 예를 들어, 포도당 데이터를 측정하기 위한 전기화학적 분석물 센서에 관한 것이다.
전기화학적 분석물 센서는 검출되거나 측정될 분석물의 특정 전기화학적 반응이 예를 들어, 검출될 분석물의 농도와 상관될 수 있고, 예를 들어 분석물의 농도에 직접 또는 간접적으로 비례하는 전기 신호, 예를 들어 전류 또는 전위를 생성할 수 있는 사실을 이용한다.
예를 들어, 전위차 측정 전기화학적 분석물 센서는 검출할 분석물의 농도에 로그 종속성을 나타낼 수 있는 전위를 생성할 수 있다.
예를 들어, 전류계 전기화학적 분석물 센서는 측정할 분석물의 농도에 비례할 수 있는 센서의 전극 사이에 흐를 수 있는 전류를 생성할 수 있다.
이러한 분석물 센서는 예를 들어 포도당 레벨을 측정하는 데 일반적으로 사용되며, 특히 당뇨병 환자의 혈액 및/또는 간극 유체에서 포도당 레벨을 측정하는 생체 내 연속 포도당 모니터링 시스템의 일부일 수 있다.
그러나, 현재의 전기화학 분석물 센서는 여러 가지 단점을 가지고 있다. 예를 들어, 현재 분석물 센서의 전극은 물질 마모가 상당하고 원치 않는 화학물질이나 물질이 주변 환경으로 누출될 수 있다.
또한, 현재의 전기화학 분석물 센서는 응답 시간이 느리고 비선형 측정 특성을 보여 분석물 측정의 정확성, 견고성 및 신뢰성을 크게 저하시킬 수 있다.
추가로, 현재 전기화학적 분석물 센서의 구조와 설계는 다소 복잡하고 까다로우며, 복잡하고 비용이 많이 드는 제조 단계가 필요하다.
문제
따라서, 본 발명의 목적은 전기화학적 분석물 센서를 사용하여 보다 강력하고, 보다 정확하며, 보다 신뢰할 수 있는 분석물 측정, 예를 들어, 포도당 측정을 얻기 위한 수단을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 개선된 전기화학 분석물 센서를 제공하는 데 있다.
특히, 보다 간단하고, 보다 컴팩트하며, 보다 비용 효율적이고, 보다 정밀하고, 보다 신뢰할 수 있는 전기화학적 분석물 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
해결방법
본 발명에 따르면, 상기 목적 중 적어도 하나는 독립 청구항의 요지에 의해 달성된다.
선호되는 실시예 및 추가 개선점은 종속항의 요지이다.
더욱 선호되는 실시예 및 추가 개선점이 본 명세서 전체에 개시되어 있다.
예를 들어, 분석물 운반 유체에서 분석물 데이터를 측정하기 위한 의료기기에서 사용하기 위한 전자 분석물 센서, 특히 포도당 데이터 측정을 위한 센서는 다음 구성요소 중 하나, 일부 또는 전부를 포함할 수 있다:
●
제1 전극, 상기 제1 전극은 작동 전극임,
●
제2 전극,
●
제1 전극 및 제2 전극을 운반하는 기판(100),
●
제1 전극을 적어도 부분적으로 덮는 적어도 하나의 멤브레인,
● 상기 적어도 하나의 멤브레인은 분석물 운반 유체 및/또는 분석물에 불투과성인 멤브레인 물질을 포함하고, 적어도 하나의 멤브레인은 적어도 하나의 개구부를 포함하며, 적어도 하나의 멤브레인은 적어도 하나의 개구부를 통해 제1 전극, 특히 제1 전극의 전기화학적 활성 층을 향해 또는 분석물 운반 유체의 유입 및/또는 분석물의 유입을 제어하도록 구성된다.
적어도 하나의 멤브레인의 적어도 하나의 개구부 또는 복수의 개구부는 분석물 및/또는 분석물 운반 유체의 유입에 대한 잘 정의된 유입 채널을 제1 전극/작동 전극으로, 특히 전기화학적 변환제, 예를 들어 효소 및/또는 촉매를 포함하는 작동 전극의 일부, 즉 작동 전극의 전기화학적 활성 층에 제공한다.
적어도 하나의 멤브레인은 또한 유입 국소화 멤브레인으로 지칭될 수 있다.
예를 들어, 작동 전극은 제1 전극/작동 전극에 적어도 하나의 효소를 제공하도록 구성되는 전기화학적 활성 층으로서 감지 물질 또는 감지 층을 포함할 수 있다.
이러한 감지 물질 또는 감지 층의 예시적인 특성은 아래에 더 설명된다.
적어도 하나의 멤브레인은 적어도 부분적으로 제1 전극을 덮을 수 있고, 선택적으로 또한 제2 전극을 덮을 수 있다. 그러나, 적어도 하나의 멤브레인의 적어도 하나의 개구부/복수의 개구부는 제1 전극을 적어도 부분적으로 덮는 멤브레인의 부분에만 위치될 수 있다.
본원에서 "커버"라는 표현은 적어도 하나의 멤브레인과 제1 전극 및/또는 제2 전극 사이에 추가적인 층 또는 구성요소가 존재하는 경우도 포함할 수 있으며, 즉 "커버"라는 표현이 반드시 적어도 하나의 멤브레인과 제1 전극 및/또는 제2 전극 사이의 직접적인 접촉을 의미하는 것은 아니다.
분석물 센서 또는 전기화학적 분석물 센서는, 예를 들어, 전류계 분석물 센서 또는 열량계 분석물 센서일 수 있다.
분석물 센서는 의료기기, 특히 분석물 데이터 및 다른 의료 데이터를 측정할 수 있는 휴대용, 예를 들어, 웨어러블/온바디, 전자 의료기기에 사용되도록 구성될 수 있다.
제1 전극과 제2 전극 및 분석물 센서의 추가 구성요소를 운반하거나 지지하기 위한 기판은 평평하고 평면적인 구조일 수 있으며, 기판 물질은 폴리에스테르를 포함할 수 있다.
분석물 센서의 제1 전극과 제2 전극은 기판의 반대 측면 또는 반대 표면, 예를 들어, 상부 표면과 하부 표면에 배열될 수 있다. 그러나, 제1 전극과 제2 전극이 기판의 동일 측면 또는 동일 표면에 동일 평면 방식으로 배치되는 것도 고려될 수 있다.
본원에서, 분석물 운반 유체는 특히 사용자, 특히 당뇨병을 앓고 있는 환자의 체액, 예를 들어, 혈액 및/또는 간극 유체를 지칭하는 것으로 이해될 수 있다.
분석물 센서는 전극에 연결되고 전극 및 분석물 센서 동작을 동작 및 제어하도록 구성될 수 있는 적어도 하나의 센서 회로를 더 포함할 수 있다. 또한, 분석물 센서는 분석물 센서, 특히 분석물 센서의 센서 회로에 전원을 공급할 수 있는 전원, 예를 들어, 배터리를 더 포함할 수 있다.
그러나, 추가로 또는 대안으로 분석물 센서는 분석물 센서의 사용 중, 즉 분석물 센서의 전극이 사용자의 체액과 접촉할 때, 전극에서 발생하는 전기화학적 반응으로부터 전력을 끌어오도록 구성될 수 있다.
본원에서, 분석물 또는 분석물 운반 유체에 불투과성인 상기 멤브레인은 또한 하나 이상의 층을 포함하는 구성요소를 지칭할 수도 있다.
상기 멤브레인 또는 멤브레인 층은 특정 입자/분자/화합물/유체/유체 구성요소만 통과시키는 선택적 장벽, 특히 국소적 선택적 장벽으로서 작용하는 것으로 더 이해할 수 있고, 반면 다른 입자/분자/화합물/유체/유체 성분은 멤브레인에 의해 차단되는, 즉 멤브레인을 통해 확산되지 않거나 멤브레인을 통해 작거나 무시할 수 있는 정도로만 확산될 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
특히, 멤브레인 물질은 소수성일 수 있다.
멤브레인 물질은 특히 전기 절연체 물질 또는 반도체 물질일 수도 있다.
불투과성 멤브레인 또는 불투과성 멤브레인 물질이라는 용어는 특히 본원에서 특정 입자, 분자, 화합물, 유체 또는 유체 구성요소에 대해 본질적으로 불투과성인 멤브레인/멤브레인 물질을 지칭하는 것으로 이해될 수 있으며, 즉, 멤브레인 또는 멤브레인 물질은 특정 입자, 분자, 화합물, 유체 또는 유체 구성요소에 대해 낮은 투과성을 갖는 것으로 이해될 수 있다.
그러나, 불투과성 멤브레인 또는 불투과성 멤브레인 물질이라는 용어는 완전히, 예를 들어, 분석물 또는 분석물 유체에 대해 100% 불투과성인 멤브레인 또는 멤브레인 물질을 지칭하며, 또한 단지 충분히 불투과성인, 예를 들어 분석물 또는 분석물 운반 유체의 적어도 60% 또는 80% 또는 90% 또는 99%만을 차단하는 불투과성 멤브레인 또는 불투과성 멤브레인의 경우를 포함할 수 있다.
예를 들어, 분석물 또는 분석물 운반 유체에 불투과성인 멤브레인 물질을 포함하는 예시적인 멤브레인은 분석물 운반 유체에 투과성 또는 완전히 투과성인 멤브레인 물질의 확산 계수보다 적어도 1 또는 2배 작은 분석물 운반 유체에 대한 효과적인 확산 계수를 갖는 멤브레인 물질을 포함하는 멤브레인으로 이해될 수 있다.
즉, 적어도 하나의 멤브레인 또는 멤브레인 물질은 분석물 유입 절연을 제공할 수 있으며, 즉 적어도 하나의 멤브레인은 분석물 또는 분석물 운반 유체의 유입을 멤브레인 또는 멤브레인 물질 아래의 구성요소 또는 층으로 제한할 수 있다.
예를 들어, 적어도 하나의 멤브레인 또는 멤브레인 물질은 멤브레인을 통한 분석물 또는 분석물 운반 유체의 총 유입의 적어도 90%, 바람직하게는 그 초과가 멤브레인 내의 개구부(들)에 의해서만 운반되도록 구성될 수 있다.
분석물 또는 분석물 운반 유체에 불투과성인 멤브레인 물질의 추가적인 예시적인 특성은 아래에 더 설명된다.
전술된 바와 같이, 적어도 하나의 멤브레인은 적어도 하나의 개구부, 즉 하나 이상의 개구부 또는 복수의 개구부를 포함할 수 있다.
개구부는 특히 본원에서 멤브레인 내 또는 멤브레인을 관통하는 홀, 예를 들어, 관통 홀 또는 보어 홀, 천공 및/또는 슬롯 또는 슬릿으로 이해될 수 있으며, 이로써 하나 이상의 입자 또는 분자 및/또는 화합물 또는 유체 구성요소가 개구부를 통해 및 멤브레인을 통과할 수 있게 한다.
적어도 하나의 개구부는 멤브레인 또는 멤브레인 물질을 통해 연장되거나 완전히 관통할 수 있다. 적어도 하나의 개구부는 또한 멤브레인 아래의 다른 층을 통해서도 연장될 수 있다.
특히, 적어도 하나의 개구부는 측정될 적어도 하나의 분석물, 예를 들어, 포도당의 통과를 허용하고, 더 구체적으로, 분석물 운반 유체, 예를 들어, 체액이 전기화학적 활성 층 또는 작동 전극의 감지 층 및/또는 다른 전극으로의 통과를 허용하며, 이 체액은 예를 들어, 측정될 적어도 하나의 분석물을 포함한다.
상이하게 표현하면, 적어도 하나의 멤브레인의 적어도 하나의 개구부는 분석물/분석물 운반 유체가 작동 전극의 전기화학적 활성 층 또는 감지 층에 대한/에 대한 접근을 제공한다. 상기 전기화학적 활성 층 또는 감지 층 또는 감지 물질 층의 예시적인 특성은 아래에 더 설명된다.
즉, 적어도 하나의 멤브레인의 개구부를 통해 또는 복수의 개구부를 통해 분석물 센서의 전극으로 분석물 운반 유체의 유입, 예를 들어 분석물 센서의 어느/상기 카운터 전극 또는 어느/상기 작동 전극의 분석물/분석물 운반 유체의 유입 또는 유입 운반이 제어/조절될 수 있다.
본원에서, 분석물 또는 분석물 운반 유체의 유입을 제어 또는 조절하는 용어 또는 행위는 특히 분석물 센서의 전극을 향하여, 예를 들어 제1 전극, 예를 들어 작동 전극 및/또는 제2 전극, 예를 들어 카운터 전극을 향하여 분석물 또는 분석물 운반 유체의 유입을 증가 및/또는 감소 또는 제한 또는 국소화하는 것을 지칭한다.
멤브레인 내의 적어도 하나의 개구부는, 드릴링, 예를 들어, 레이저, 예를 들어, 레이저 절제 또는 다른 드릴링 도구에 의해 생성되거나 구성되거나 형성될 수 있다.
멤브레인 내의 개구부를 생성하거나 형성하기 위해 레이저 절제 공정을 사용하는 것이 바람직할 수 있는데, 이는 멤브레인 내의 개구부 및 그 벽 표면의 특성, 예를 들어, 기하학적 형상 및/또는 표면 거칠기를 더 우수하고, 더 정확하게 제어할 수 있기 때문이다.
그러나, 멤브레인 물질로 자기 조직화 물질, 예를 들어, 멤브레인의 원하는 형태를 형성하는 비혼화성 단량체의 공중합체를 사용하는 것도 고려될 수 있다. 또한 포토레지스트 물질의 사용도 고려될 수 있다.
상기 및 본원에 전술된 예시적인 분석물 센서의 구조는 많은 장점을 제공한다. 특히, 전극을 향한, 예를 들어 작동 전극 및/또는 카운터 전극을 향한 유입의 향상된 제어는, 예를 들어, 작동 전극에 대한 유입 과부하의 발생을 방지할 수 있으며, 즉 분석물 센서 전극(들)의 전기화학적 변환제, 예를 들어 효소 및/또는 촉매가 과부하되는 것을 방지할 수 있다.
따라서 분석물 센서는 분석물 유입 운반 제어 방식, 즉 분석물 유입 운반 제어 체제에서 동작할 수 있다. 즉, 분석물 센서가 운동, 즉 반응 제어 체제에서 동작하는 경우와 같이 분석물 센서가 심한 비선형 측정 거동을 나타내는 체제에서 동작하는 것을 피할 수 있다.
또한, 이에 따라 분석물 운반 또는 분석물 유입이 속도 결정 요인이 되어 반응 전류가 측정할 분석물의 농도와 선형 또는 실질적으로 선형 관계를 갖는 것이 용이해진다. 따라서, 유입 운반 제어 체제에서 작동할 수 있으면 분석물 센서의 분석물 데이터 측정의 정확성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 분석물 센서의 상기 및 본원의 예시적인 설명된 구조에 따라 분석물 센서의 유리한 선형 측정 특성이 온도 및 습도와 같은 외부 요인으로부터 독립적이고 또한 작동 전극, 즉 작동 전극의 감지 층에서의 가능한 효소 활성 변화, 예를 들어 시효와 독립적으로 유지된다.
분석물 센서의 상기 및 본원의 예시적인 설명된 구조에 따라 충분한 또는 많은 양의 전기화학적 변환제, 예를 들어, 효소 및/또는 촉매가 항상 분석물 센서의 전극의 감지 층, 예를 들어 작동 전극의 근접부에서/작동 전극에서 이용 가능할 수 있다.
이러한 방식으로, 국소 분석물 유입 밀도는 글로벌 분석물 유입 운반 제어 체제를 떠나지 않고 증가될 수 있다.
또한, 적어도 하나의 멤브레인의 적어도 하나의 개구부는 분석물 센서의 전극(들), 예를 들어, 작동 전극에 대해 다소 높은 분석물 유입 처리량/분석물 운반 유체 유입 처리량을 제공할 수 있다.
국소적으로 높은 분석물 유입 밀도는 특히 분석물 센서가 빠른 응답 시간, 예를 들어, 수십 초 이하의 응답 시간을 가질 수 있도록 보장할 수 있다.
즉, 상기 및 본원에 예시적으로 설명된 분석물 센서는 종래의 분석물 센서와 비교하여 유리한 선형 측정 특성 및 유리하게 빠른 응답 시간을 갖는다.
적어도 하나 이상의 개구부(들)의 형상(들)/단면(들)은 원형, 실질적으로 원형, 타원형, 다각형, 직사각형, 정사각형, 규칙적, 불규칙적, 슬릿형 등이 될 수 있다.
복수의 개구부를 포함하는 멤브레인의 예시적인 경우, 복수의 개구부의 개구부의 형상(들)/단면(들)은 동일하거나, 개구부 각각이 상이한 형상 또는 단면을 가질 수 있거나, 복수의 개구부의 서브셋이 상이한 형상 또는 상이한 단면을 가질 수 있고, 즉, 복수의 개구부는 동일하거나 상이한 형상 또는 단면을 갖는 개구부의 서브셋으로 그룹화될 수 있다.
개구부/개구부들의 예시적인 직경 또는 평균 직경은 적어도 하나의 멤브레인의 두께와 유사할 수 있으며, 예를 들어 10 내지 100 마이크로미터의 범위 내에 위치할 수 있다.
예를 들어, 모든 개구부는 유사하게 또는 동일한 형상과 크기를 가질 수 있다.
또한, 개구부는 균일한 밀도를 갖는 규칙적인 그리드 또는 균일한 밀도를 갖는 랜덤 그리드에 배열될 수 있다.
인접하거나 이웃한 개구부 사이의 거리는 멤브레인의 두께 또는 분석물 센서의 다른 층의 두께보다 상당히 클 수 있으며, 예를 들어, 적어도 1배 이상 클 수 있다.
이는 분석물 센서가 최적의 선형 분석물-유입-운반 제어 방식/체제에서 작동할 수 있도록 보장하는 것을 더욱 용이하게 하다.
개구부가 많고 인접한 개구부의 간격이 멀수록 분석물 유입 국소화 및 제어가 향상되고 분석물 센서의 측정이 더 견고해진다.
적어도 하나의 부재, 즉 유입 국소화 멤브레인의 상기 및 본원에 설명된 개구부는 멤브레인을 통과하는 복수의 개별적이고 분리된 선형, 예를 들어, 직선형 유입 채널을 제공할 수 있다.
예를 들어, 인접한 개구부를 통해 멤브레인을 통과하는 분석물 또는 분석물 운반 유체의 인접한 스트림은 멤브레인을 통과한 후 수렴하지 않고 별도의 스트림으로 멤브레인을 떠난다.
이 거동은 특히 스폰지형 구조의 공극을 통과하는 유체의 거동과는 상이한데, 상이한 공극에서 나온 유체 흐름이 스폰형 구조의 공극을 통과하기 전 및/또는 직후에 합쳐지는 것과는 상이하다.
다른 말로, 적어도 하나의 멤브레인의 개구부(들)는 공극과 동일시될 수 없고, 동일시되어서도 안 된다.
적어도 하나의 멤브레인의 개구부(들)는 분석물/분석물 운반 유체에 대해 완전히 투과성하며, 적어도 부분적으로 또는 완전히 분석물 운반 유체에 대해 투과성인 물질, 예를 들어, 친수성 중합체로 채워질 수 있다.
상기 충전 물질은 분석물/분석물 운반 유체에 대해 중간 내지 고도로 침투성/투과성이 있을 수 있다.
완전성을 위해, 충전 물질은 공기일 수도 있다는 점에 유의한다.
전술된 바와 같이, 개구부(들) 및 개구부(들)의 충전 물질은 멤브레인을 통과하는 총 분석물 유입의 적어도 90%, 바람직하게는 적어도 99.9%가 멤브레인 내의 개구부(들)를 통과하도록 구성될 수 있다.
또한, 적어도 하나의 멤브레인은 분석물/분석물 운반 유체에 투과성인 상기 충전 물질에 매립될 수도 있다. 다르게 말하면, 상기 충전 물질은 충전 물질 층 또는 확산 제한 층을 형성할 수 있으며, 이는 멤브레인의 개구부(들), 즉 유입 국소화 멤브레인을 통해 분석물 또는 분석물 운반 유체의 확산을 제어할 수 있게 한다.
상기 충전 물질 또는 상기 분석물/분석물 운반 유체에 투과성인 상기 확산 제한 층은 제1 전극(101) 및/또는 제2 전극을 완전히 또는 적어도 부분적으로 덮을 수 있다.
충전 물질 또는 확산 제한 층의 추가 특성은 아래에 더 설명된다.
분석물 센서의 상기 및 본원에 예시적으로 설명된 구조는 분석물 센서 내부 또는 분석물 센서 전체에 걸쳐 분석물 유입의 공간 변조를 제공할 수 있고 여기서, 국소적으로 매우 높은 분석물 유입 밀도/유입 속도는 멤브레인의 개구부(들)를 통해(위 또는 아래) 달성될 수 있고, 무시할 수 있는 분석물 유입 또는 분석물 유입 속도는 상기 개구부 사이 또는 상기 개구부로부터 멀리 떨어져서 발생할 수 있다.
그런 다음, 분석물 센서의 응답 시간 특성은 개구부(들)의 운반 특성(유입 가중 평균)에 의해서만 주어질 수 있으며, 따라서 현재의 센서에 비해 매우 빠를 수 있고 수십 초 미만의 응답 시간을 달성할 수 있다.
전술된 제1 전극은 작동 전극일 수 있으며, 즉, 적어도 하나의 멤브레인은 개구부(들)를 통해 분석물/분석물 운반 유체의 유입을 작동 전극으로 제어하기 위해 구성될 수 있다.
작동 전극의 감지 물질/감지 층의 예시적인 특성
분석물 센서와 측정될 분석물과의 전기화학적 반응을 가능/생성 및 촉진하기 위해, 작동 전극은 전기화학적 변환제, 예를 들어, 효소 및/또는 촉매를 포함할 수 있다.
분석물 센서는, 예를 들어, 제1 전극/작동 전극에 적어도 하나의 효소를 제공하도록 구성된 전기화학적 활성 층으로서 감지 물질 또는 감지 물질 층 또는 감지 층을 포함할 수 있다. 상기 예시적인 감지 층은 적어도 하나의 멤브레인의 아래/하부에 위치/배열될 수 있다.
특히, 제1 전극/작동 전극은 적어도 하나의 효소를 포함하는 감지 물질 또는 감지 층을 포함할 수 있거나, 또는 이에 의해 덮일 수 있다.
다르게 말하면, 감지 물질 또는 감지 층은 작동 전극의 일부일 수 있다.
제1 전극/작동 전극은 단지 하나의 효소 또는 둘 이상의 효소의 혼합물만을 포함할 수 있다. 하나의 효소만이 바람직하다. 구체적으로, 효소는 분석물, 특히 포도당을 변환하는 화학 반응을 촉매할 수 있다. 더욱 구체적으로, 적어도 하나의 효소는 포도당 산화효소(EC 1.1.3.4), 헥소스 산화효소(EC 1.1.3.5), (S)-2 하이드록시 산 산화효소(EC 1.1.3. 15), 콜레스테롤 산화효소(EC 1.1.3.6), 포도당 탈수소효소, 갈락토스 산화효소(EC 1.1.3.9), 알코올 산화효소(EC 1.1.3.13), L-글루타메이트 산화효소(EC 1.4.3.11) 및 L-아스파르트산염 산화효소(EC 1.4.3.16)로 구성된 군으로부터 선택된다. 특히, 적어도 하나의 효소는 포도당 산화효소(GOx) 및/또는 이의 변형이다. 또 다른 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 효소는 포도당 탈수소효소, 특히 FAD 종속성 포도당 탈수소효소(FAD-GDH)이다.
상기 적어도 하나의 효소는 상기 예시적인 감지 물질 또는 제1 전극/작동 전극을 덮는 감지 층에 포함될 수 있다. 상기 감지 물질 또는 감지 층은 적어도 중합체 물질을 더 포함할 수 있으며, 구체적으로, 적어도 중합체 물질 및 적어도 금속 함유 복합체를 포함하거나 포함할 수 있다. 금속 함유 복합체는 전이 금속 요소 복합체로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 구체적으로, 금속 함유 복합체는 오스뮴-복합체, 루테늄-복합체, 바나듐-복합체, 코발트-복합체 및 2- 아미노에틸페로센과 같은 페로센과 같은 철-복합체로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 더욱 구체적으로, 감지 물질은 예를 들어, 그 내용이 참조로 포함된 WO 01/36660 A2에 설명되는 바와 같이 중합체 전이 금속 복합체일 수 있다. 특히, 감지 물질은 비덴테이트 결합을 통해 공유 결합된 폴리(비이미디질) Os 복합체로 로드된 변형된 폴리(비닐피리딘) 백본을 포함할 수 있다. 적합한 감지 물질은 [Feldman et al, Diabetes Technology & Therapeutics, 5 (5), 2003, 769-779]에 추가로 설명되며, 그 내용은 참조로 포함되어 있다. 적합한 감지 물질은 페로센 함유 폴리아크릴아미드 기반 비올로겐 변형 레독스 중합체, 피롤-2,2'-아지노-비스(3-에틸벤즈티아졸린-6-설폰산)(ABTS)-피렌, 나프토퀴논-LPEI를 추가로 포함할 수 있다. 중합체 전이 금속 복합체는 가교된 레독스 중합체 네트워크에 통합된 레독스 매개체를 나타낼 수 있다.
이는 적어도 하나의 효소 또는 분석물과 작동 전극을 센서 전자 장치와 연결하는 전도성 트레이스 사이의 전자 전달을 용이하게 할 수 있으므로 유리하다.
원치 않는 용출 또는 용출 공정을 피하거나 줄이기 위해, 레독스 매개체와 효소는 중합체 구조에 공유 결합될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 감지 물질 또는 감지 층은 중합체 물질 및 MnO2-입자 또는 과산화수소 산화 반응을 촉매하는 다른 물질뿐만 아니라 적어도 하나의 효소를 포함할 수 있다. 과산화수소 산화 반응을 촉매하는 또 다른 가능한 물질은 백금(Pt)이다.
또한, 감지 물질은 적어도 하나의 가교제를 추가로 포함할 수 있으며, 가교제는 예를 들어 감지 물질의 적어도 일부를 가교할 수 있을 수 있다.
또한, 분석물 센서의 제1 전극/작동 전극은 전도성 물질로서 탄소/흑연 및 다른 sp2 혼성화된 탄소 동소체를 포함할 수 있다.
제1 전극/작동 전극의 예시적인 감지 물질 또는 감지 층은 적어도 하나의 멤브레인의 아래/적어도 하나의 멤브레인의 적어도 하나의 개구부 아래에 위치할 수 있으며, 특히 작동 전극이 배열될 수 있는 기판의 큰 부분 또는 전체 표면에 걸쳐 연장될 수 있다.
즉, 본원에 예시적으로 설명되는 분석물 센서의 구조는 복수의 층/구조/코팅을 포함하는 다층 구조일 수 있다.
예를 들어, 제1 전극, 즉 작동 전극을 포함하는 분석물 센서의 부분은 다음과 같이 다수의 층으로 구성될 수 있으며, 여기서 순서는 외부 환경을 기준으로 분석물 센서의 내부, 즉 분석물 센서의 기판을 향하여 지정될 수 있다:
● 분석물 운반 유체 및/또는 분석물에 대해 불투과성인 멤브레인 물질을 포함하는 적어도 하나의 멤브레인, 여기서 적어도 하나의 멤브레인은 적어도 하나의 개구부를 포함함,
● 적어도 하나의 감지 층,
● 작동 전극으로 구성되는 제1 전극,
● 기판, 여기서, 기판은 상기 식별된 구성요소를 운반 및/또는 지지하도록 구성됨.
적어도 하나의 감지 층은 작동 전극의 일부일 수 있다.
전술된 바와 같이, 적어도 하나의 멤브레인의 개구부(들)/는 분석물 운반 유체에 대해 투과성인 물질, 예를 들어, 친수성 중합체로 적어도 부분적으로 또는 완전히 채워질 수 있다. 이 충진 물질은 적어도 하나의 멤브레인의 개구부(들)를 통과하는 분석물 운반 유체/분석물의 유입 밀도 및/또는 확산을 제어하는 역할을 할 수 있다.
적어도 하나의 멤브레인은 상기 충전 물질에 매립될 수 있다. 즉, 적어도 하나의 멤브레인은 분석물 운반 유체에 투과성인 충전 물질 층, 예를 들어, 친수성 중합체 층의 아래/하부에 놓일 수 있다.
따라서, 상기 충전 물질은 전술된 예시적인 구조에서 추가 층으로 이해될 수 있으며, 여기서 충전 물질 층은 적어도 하나의 멤브레인 상부 및/또는 적어도 하나의 멤브레인 아래에 배열될 수 있고 및/또는 적어도 하나의 멤브레인을 매립할 수 있다.
달리 말하면, 충전 물질은 분석물 센서에 존재하는 임의의 다른 가능한 층 위에 배치되는 층을 형성할 수 있고 및/또는 충전 물질은 분석물 센서의 다른 층들 사이에 배치되는 층을 형성할 수 있다. 상기 충전 물질 또는 충전 물질 층은 또한 확산 제한 층 또는 유입 제한 층으로 지칭될 수 있는데, 이는 전술된 바와 같이, 적어도 하나의 멤브레인의 개구부(들)를 통과하는 분석물 운반 유체/분석물의 유입 밀도 및/또는 확산을 제어하는 역할을 할 수 있기 때문이다.
완전성을 위해, 용매로 또한 지칭될 수 있는 분석물 운반 유체는 소수성일 수 있지만, 분석물 운반 유체는 또한 확산 제한 층에 더 민감할 수 있고, 즉 분석물 운반 유체는 확산 제한 층을 더 쉽게 통과 할 수 있는 것을 더 유의한다. 이와 대조적으로, 용매로 또한 지칭될 수 있는 분석물은 확산 제한 층에 덜 민감할 수 있고, 따라서 확산 제한 층은 적어도 하나의 멤브레인의 개구부(들)를 통한 분석물의 확산을 더욱 제어/제한할 수 있다.
따라서, 본원에 설명되는 예시적인 분석물 센서는 적어도 하나의 멤브레인(적어도 하나의 개구부를 갖는) 아래/하부 및 층 충전 물질 아래에 감지 물질의 얇은 층/얇은 감지 층이 놓일 수 있도록 구성될 수 있고, 상기 감지 층은 작동 전극의 일부일 수 있거나 또는 작동 전극과 직접 접촉하는 층일 수 있다.
본원에서 얇은 감지 층은 수 마이크로미터 범위, 예를 들어, 5 μm 미만의 층 두께를 지칭하는 것으로 이해될 수 있다.
감지 층이 얇기 때문에, 전기화학적 변환제, 예를 들어, 효소 및/또는 촉매가 제1 전극/작동 전극에/이에 근접하여 대량의/충분한 양이 제공되도록 보장될 수 있다.
또한, 감지 층은 분석물 또는 분석물 운반 유체에 대한 투과성을 가질 수 있으며, 이는 적어도 개구부(들)의 선택적 충전 물질의 투과성만큼, 바람직하게는 그보다 더 높고/실질적으로 더 높을 수 있다.
이는 분석물/분석물 운반 유체와 제1 전극/작동 전극의 감지 층 또는 이와 관련된 감지 층의 상호 작용을 용이하게 할 수 있다.
예를 들어, 감지 층의 분석물/분석물 운반 유체에 대한 높은 투과성으로 인해, 개구부(들)에/이의 아래에 위치한 분석물/분석물 운반 유체/분석물 유입은 또한 멤브레인의 개구부(들)의 위치로부터 멀리/더 멀리 이격된 제1 전극/작동 전극/이의 감지 층의 부분/위치에 도달할 수 있다.
이를 통해 선형 측정 체제에서 안정적이고 정확한 방식으로 동작하고 응답 시간이 빠른 분석물 센서의 구현이 더욱 용이해진다.
완전성을 위해, 멤브레인 아래 또는 위의 가능한 층은 또한 멤브레인의 개구부(들)와 정렬되는 개구부를 포함할 수 있다는 점에 유의한다. 예를 들어, 감지 층 및/또는 전극, 예를 들어, 어느/상기 제1 전극, 예를 들어, 어느/상기 작동 전극 및/또는 어느/상기 제2 전극, 예를 들어, 어느/상기 카운터 전극은 개구부를 가질 수 있고/멤브레인 층의 개구부(들)와 정렬되는 개구부를 가질 수 있다.
또한, 상기 선택적으로 예시적인 충전 물질 층 또는 확산 제한 층은 수 마이크로미터, 예를 들어, 5 μm 미만의 두께를 가질 수 있음에 유의한다.
분석물 운반 유체 및/또는 분석물에 불투과성인 멤브레인 물질을 포함하는 적어도 하나의 멤브레인은 또한 수 마이크로미터, 예를 들어 5 μm 미만, 및 심지어 1 또는 수 나노미터의 두께를 가질 수 있다.
제1 전극/작동 전극은 또한 수 마이크로미터, 예를 들어, 5 μm 미만, 및 심지어 1 또는 수 나노미터까지 가질 수 있다.
제1 전극, 즉 작동 전극을 포함하는 분석물 센서의 부분의 대안의 예시적인 다층 구조 설계에서, 다수의 층은 다음과 같이 구조화될 수 있으며, 여기서 순서는 다시 외부 환경을 기준으로 분석물 센서의 내부를 향해, 즉 분석물 센서의 기판을 향해 지정될 수 있다:
● 분석물/분석물 운반 유체에 투과성인 물질, 예를 들어, 친수성 중합체를 갖는 충전 물질 층
● 작동 전극으로 구성되는 제1 전극, 여기서, 제1 전극은 분석물 및/또는 분석물 운반 유체에 불투과성이고 분석물 및/또는 분석물 운반 유체에 대해 국소적으로 선택적 장벽으로 작용하도록 구성된 물질을 포함하고, 여기서, 제1 전극/작동 전극은 분석물/분석물 운반 유체가 적어도 감지 층을 향해 통과할 수 있도록 적어도 하나의 개구부를 포함하고,
● 제1 전극/작동 전극의 일부이거나 제1 전극/작동 전극에 관련되는 적어도 하나의 감지 층,
● 기판, 여기서 기판은 상기 식별된 구성요소를 운반 및/또는 지지하도록 구성됨.
이 예시적인 대안 설계에서, 제1 전극/작동 전극 자체는 분석물/분석물 운반 유체에 대해 불투과성인 물질을 포함하는 멤브레인으로서 작용하고 제1 전극/작동 전극의 적어도 하나의 개구부를 통해서만 분석물/분석물 운반 유체의 통과를 허용하도록 구성된다.
예를 들어, 분석물/분석물 운반 유체에 대해 불투과성인 상기 전극 물질은 탄소를 포함할 수 있다.
따라서, 분석물 운반 유체에서 분석물 데이터를 측정하기 위한 의료기기에 사용하기 위한 분석물 센서, 특히 포도당 데이터 측정을 위한 분석물 센서의 대안적 설계는 다음을 포함할 수 있다:
작동 전극인 제1 전극, 및
제2 전극,
제1 전극 및 제2 전극을 운반하는 기판,
상기 제1 전극은 분석물 운반 유체에 불투과성 및/또는 분석물에 불투과성인 물질을 포함하고, 제1 전극은 적어도 하나의 개구부를 포함하고 제1 전극은 적어도 하나의 개구부를 통해 제1 전극의 전기화학적 활성 층으로의 분석물 운반 유체 및/또는 분석물의 유입을 제어하도록 구성된다.
제1 전극의 전기화학적 활성 층 또는 감지 층은 유입 국소화 멤브레인을 포함하는 설계와 관련하여 설명된 바와 같이 전기화학적 활성 층 또는 감지 층 및 그 특성과 대응되거나 동일할 수 있다.
개구부를 갖는 유입 국소화 멤브레인을 구성하는 설계에서와 마찬가지로, 이러한 대안적 설계는 또한 분석물/분석물 운반 유체에 투과성이고 제1 전극/작동 전극의 개구부를 완전히 또는 적어도 부분적으로 채울 수 있는 확산 제한 층/충진 물질 층을 포함할 수 있다.
또한 상기 확산 제한 층/충진 물질 층은 제1 전극/작동 전극 및/또는 제2 전극/카운터 전극을 완전히 또는 적어도 부분적으로 덮을 수 있다.
이 예시에서 제1 전극/작동 전극의 개구부(들)는, 전술된 바와 같이, 분석물/분석물 운반 유체에 불투과성인 멤브레인 물질을 포함하는 적어도 하나의 멤브레인의 개구부(들)와 동일한 특성, 예를 들어, 동일한 기하학적 구조 및 치수를 가질 수 있다.
분석물 센서의 모든 가능한 설계에서 그리고 분석물 센서의 가능한 상이한 층의 전부 또는 일부에 걸쳐 가능한 개구부의 가능한 정렬을 보장하기 위해, 상기 가능한 개구부는 동일한 공정, 예를 들어, 레이저 제거 또는 다른 드릴링 방법을 통해 구성/생성/형성될 수 있다.
전술한 예시적인 제2 전극은 카운터 전극 및 결합된 카운터/기준 전극을 포함하는 군으로부터 선택된 전극일 수 있다.
달리 명시되지 않는 한, 본원에 설명된 제1 전극은 작동 전극으로 지칭될 수 있고, 제2 전극은 본원에 설명된 분석물 센서의 카운터 전극 또는 카운터/기준 전극이 결합된 전극으로 지칭될 수 있다.
또한, 제2 전극/카운터 전극은 분석물 운반 유체/체액/간극 유체 내에 용해/용존된 산소를 전자 수용체로 사용하도록 구성될 수 있는 산소 전극일 수 있으며, 전도성 물질 및 촉매로서 금 또는 백금을 포함할 수 있다.
분석물 운반 유체 내에 용해된 산소를 재생 가능한 소스로 사용하여, 제2 전극/카운터 전극의 마모 시간이 현재의 종래 기술의 최첨단 카운터 전극보다 증가/연장할 수 있다.
또한, 본원에 설명된 분석물 센서 설계는 전용 기준 전극, 특히 원하지 않는 물질 마모가 발생하기 쉽고 원하지 않는 물질을 환경으로 누출시킬 수 있는 기준 전극, 예를 들어 Ag/AgCl(은/염화은) 기준 전극의 필요성을 없앨 수 있다. 이는 특히 분석물 센서의 수명을 더욱 향상시킬 수 있다.
제2 전극은 환경, 즉 분석물 운반 유체/체액/간극 유체에서 산소 포화도/산소 포화 레벨/산소 포화 농도를 측정하도록 추가로 구성될 수 있다.
이러한 산소 포화도/산소 포화도 레벨/산소 포화 농도의 선택적 측정은 분석물 센서의 가능한 측정 오류를 보정하는 데 사용할 수 있고, 이는 산소 포화도/산소 포화 레벨/산소 포화 농도는 분석물 센서가 분석물 농도를 측정하는 데 사용하는 전기화학적 반응, 특히 산화 전기화학적 반응의 경우에 영향을 미칠 수 있기 때문이다.
환자의 체액, 예를 들어, 혈액 및/또는 간극 유체 내의 산소 포화도/산소 포화 레벨/산소 포화 농도를 측정하고 출력하는 선택적 가능성은 추가적인 치료 및 진단 목적으로도 유용할 수 있다.
예시적으로 전술된 바와 같이, 분석물 센서는 기판을 포함할 수 있는데, 여기서 제1 전극, 예를 들어 작동 전극 및 제2 전극, 예를 들어 카운터 전극은 기판의 어느/상기 표면의 상이한 측면/상이한 위치/상이한 부분/상이한 부분에 배치/위치될 수 있다.
기판은 평평하고 평면적인 구조일 수 있으며, 예를 들어, 제1 전극/작동 전극은 기판의 상부 표면에 배열될 수 있고, 제2 전극/카운터 전극은 기판의 하부 표면에 배열될 수 있다.
그러나, 전극은 기판/기판 층의 동일한 표면의 상이한 위치에서 기판의 표면에 동일 평면 방식으로 배열될 수 있다는 것도 고려될 수 있다.
또한, 본원에 설명되는 모든 변형 및 실시예에서 전극, 즉 제1 전극/작동 전극 및 제2 전극/카운터 전극 모두는 평면 전극일 수 있다.
전극들 이외에, 기판은 전극 및 분석물 센서의 추가 구성요소, 예를 들어, 분석물 센서의 어느/상기 센서 회로에 전원을 공급할 수 있는 전원과 연결/연계되는 임의의 센서 회로 구성요소를 운반하도록 추가로 구성될 수 있다.
따라서, 분석물 센서의 상기 예시적으로 설명된 다층 구조는 전극의 아래/하부에, 예를 들어, 제1 전극/작동 전극 및/또는 제2 전극/카운터 전극 아래에 있는 기판/기판 층을 포함할 수 있다.
어느/상기 전극이 기판의 반대편/다른 측면, 즉 반대편 기판 표면에 배치된 분석물 센서의 예시적인 설계는, 양 전극의 전도성 트레이스를 동일한 측면에 가질 필요가 없으므로, 보다 컴팩트한 분석물 센서 및 보다 비용 효율적인 제조를 가능하게 할 수 있다.
예를 들어, 기판의 제1 측면은 제1 전극/작동 전극의 전도성 물질로, 기판의 제2 측면은 제2 전극/카운터 전극의 전도성 물질로 덮고, 그런 다음 필요한 경우 추가 층의 물질을 적용하는 것이 가능하다.
상기 전극과 센서 회로 및 분석물 센서의 다른 구성요소를 수용할 수 있는 예시적인 기판/기판 층은, 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 포함할 수 있다.
그러나, 다른 전극 설계, 예를 들어, 원통형/로드형 전극과 같은 비평면 설계가 분석물 센서에 대해 구현될 수 있을 것으로 고려될 수 있다.
적어도 하나의 멤브레인은 또한 분석물/분석물 운반 유체의 제2 전극, 예를 들어, 어느/상기 카운터 전극으로의 유입을 제어하기 위해 구성될 수 있다.
제1 전극과 제2 전극이 어느/상기 기판/기판 층의 상이한/대향하는 측면에 동일 평면 방식으로 배치되는 예시적인 경우, 적어도 하나의 멤브레인은 양 전극을 동시에 덮도록 구성될 수 있다.
대안적으로, 분석물 센서는 두 개의 멤브레인, 제1 멤브레인 및 제2 멤브레인을 포함할 수 있는데, 여기서 제1 멤브레인은 제1 전극, 예를 들어, 어느/상기 작동 전극을 덮도록 구성되고, 제2 멤브레인은 제2 전극, 예를 들어, 어느/상기 카운터 전극을 덮도록 구성될 수 있다.
여기서, 멤브레인(들)은, 예를 들어, 딥 코팅에 의해, 제1 전극, 예를 들어, 어느/상기 작동 전극 및/또는 제2 전극, 예를 들어 어느/상기 카운터 전극에 적용될 수 있다.
전술된 바와 같이, 분석물 센서는 전극을 포함/연결되고, 분석물 센서 및 그 전극의 동작을 제어 및 동작하도록 구성될 수 있는 적어도 하나의 센서 회로를 포함할 수 있다.
또한, 전술된 바와 같이, 분석물 센서는 분석물 센서, 특히 센서 회로 및/또는 분석물 센서의 전극에 전원을 제공할 수 있는 전원, 예를 들어, 배터리를 포함할 수 있다.
센서 회로는 특히 적어도 하나의 커패시터를 더 포함할 수 있다.
상기 가능한 예시적인 커패시터는 분석물 센서의 동작 중에 분석물 센서의 전극 사이, 즉 제1 전극/작동 전극과 제2 전극/카운터 전극 사이에서 흐르는 전기 신호/전류를 통합하는 데 사용될 수 있다.
그런 다음, 상기 통합은 분석물 센서의 환경, 예를 들어, 체액에서 분석물 데이터 및/또는 산소 데이터를 결정하는 데 사용할 수 있는 커패시터 전하 비례 전압 신호를 생성할 수 있다.
예를 들어, 효소 포도당 변환에서 미리 정해진 시간 증분(t)에 곱한 전류(I)를 측정하면, 즉 시간에 따라 전류(I)를 적분하면 커패시터에 저장된 전하(Q)가 산출되며, 이는 커패시터 전압(V)(적어도 낮은 전압 레벨의 경우)에 비례한다.
따라서 다음과 같은 관계가 성립한다.
측정된 포도당 전류(I) 및 따라서 포도당 농도는 주어진 시간 간격에서 커패시터 전압 증가에 비례하기 때문에 분석물 데이터, 예를 들어 포도당 농도를 결정하는 데 활용될 수 있다.
본원에서, 상기 예시적인 낮은 전압 레벨은 0.5V 미만 또는 0.4V 미만의 전압을 지칭할 수 있고, 예시적인 전류 적분 시간은 분석물 센서의 샘플링 주파수에 따라 매분 또는 수 분마다가 기초할 수 있다.
산소 레벨 및 확산 유입에 대한 데이터는 예를 들어 다음과 같이 표현할 수 있는 넌스트 방정식에 기초하여 획득될 수 있다:
여기서 는 카운터 전극의 전극 전위이고, 상단 지수 0은 표준 산소 전극 전위()의 주어진 표준 조건(즉, 온도 및 압력)을 나타내며, R은 보편 기체 상수, T는 온도, z는 전하 전달 수, F는 패러데이 상수, 는 산소 농도(의 자연 로그(단위: 몰/l)이다.
그러나 특히 표준 전위를 변화시킬 수 있는 분압과 활동을 설명하는 다른 변형의 넌스트 방정식도 사용할 수 있다.
전극 전압의 시간 진동, 즉 분석물 센서의 전극 사이의 전위차, 즉 작동 전극의 전위()와 카운터 전극의 전위()는 산소 가용성에 의해 제어되므로 산소의 동적 유입을 계산할 수 있다. 따라서 전체 산소 레벨은 평균(또는 최대) 전극 전압에서 획득될 수 있다.
따라서, 상기 전극 사이에 흐르는 상기 전기 신호/전류는, 분석물 센서의 센서 회로에 의해, 분석물 센서의 제1 전극과 제2 전극 사이에 전압 신호를 적용함으로써 생성될 수 있다.
따라서, 분석물 운반 유체에서의 분석물 데이터 측정, 특히 포도당 데이터 측정을 위한 의료기기에 사용하기 위한 상기 및 본원에 전술된 예시적인 분석물 센서의 제조 방법은 다음 단계 중 하나, 일부 또는 전부를 포함할 수 있다:
● 제1 전극, 예를 들어 작동 전극 및 제2 전극, 예를 들어 카운터 전극을 포함하는 센서 회로를 기판 상에 장착하는 단계, 제1 전극 및 제2 전극은 기판의 상이한 측면, 예를 들어 반대 층면, 예를 들어, 상면 및 하부 표면 측면 또는 동일한 측면에 장착될 수 있고,
● 분석물 운반 유체에 불투과성인 멤브레인 물질을 포함하는 적어도 하나의 멤브레인을 적용하고 적어도 부분적으로 또는 전체적으로 제1 전극을 덮고 선택적으로 제2 전극을 적어도 하나의 멤브레인으로 덮는 단계.
기판 상에 센서 회로 및 전극을 장착하기 전 또는 후에, 전술된 바와 같이, 감지 층이 전극, 예를 들어, 제1 전극/작동 전극에 적용될 수 있다.
이 단계는, 예를 들어, 멤브레인이 적어도 부분적으로 또는 완전히 감지 층 및 기본 제1 전극/작동 전극을 덮을 수 있도록, 적어도 하나의 멤브레인이 적용되기 전에 수행될 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 감지 층은 이미 제1 전극/작동 전극의 일부이며, 제1 전극/작동 전극이 기판에 장착된 후에 제1 전극/작동 전극에 적용될 필요가 없는 것도 고려될 수 있다.
적어도 하나의 멤브레인을 적용하기 전 또는 후에, 멤브레인 내에 적어도 하나의 개구부가 형성/구성/생성될 수 있다.
예를 들어, 적어도 하나의 개구부는 드릴링 및/또는 절제 공정, 예를 들어, 레이저 절제에 의해 형성/구성/생성될 수 있다.
적어도 하나의 멤브레인을 적용한 후, 적어도 하나의 개구부는 분석물 운반 유체에 투과성인 (앞서 언급한) 물질, 예를 들어, 친수성 중합체로 완전히 또는 적어도 부분적으로 채워질 수 있다.
또한, 적어도 하나의 멤브레인이 분석물 운반 유체에 투과성인 상기 충전 물질에 매립되거나 및/또는 상기 충전 물질 층이 적어도 하나의 멤브레인 및 적어도 하나의 개구부 상에/위에 적용될 수 있다.
충전 물질 또는 충전 물질 층 또는 확산 제한 층은 또한 제2 전극/작동 전극을 덮기 위해 적용될 수 있다.
상기 예시적으로 전술된 멤브레인 또는 층을 적용하는 단계는 딥 코팅을 통해 수행될 수 있다.
적어도 하나의 개구부를 형성/구성/생성하는 단계는 또한 마지막 단계로서, 즉 분석물 센서의 다른 모든 구성요소 및 층이 기판 상에 장착된 후에 수행될 수 있다.
이는 특히 분석물 센서의 상이한 층/상이한 물질에 걸쳐 상이한 깊이를 갖는 적어도 하나의 멤브레인 내에 적어도 하나의 개구부를 형성할 수 있게 한다.
예를 들어, 적어도 하나의 개구부의 예시적인 제1 유형에서, 개구부는 적어도 하나의 멤브레인을 통해서만 관통/확장되고 멤브레인 아래의 분석물 센서의 임의의 가능한 추가 층에는 관통/연장되지 않도록 형성될 수 있다.
적어도 하나의 개구부의 예시적인 제2 유형에서, 개구부는 적어도 하나의 멤브레인을 관통/연장하고 적어도 부분적으로 또는 완전히 멤브레인 아래의 어느/상기 제1 층, 예를 들어, 어느/상기 감지 층 또는 충전 물질 층으로/연장하도록 형성될 수 있다.
적어도 하나의 개구부의 예시적인 제3 유형에서, 개구부는 적어도 하나의 멤브레인을 관통/연장하고, 멤브레인 아래에 놓인 어느/상기 전극, 예를 들어, 제1 전극/작동 전극을 통해 부분적으로 또는 완전히 더 연장되는 것을 포함하여 멤브레인 아래의 다른 층을 통해 더 연장되도록 형성될 수 있다.
개구부가 기판을 통해 부분적으로 연장되는 것도 가능하다.
즉, 적어도 하나의 개구부의 깊이는 다양할 수 있고, 설명된 예시적인 유형에서 예시적인 제1 유형에서 예시적인 제3 유형으로 증가할 수 있다.
이는 분석물 센서의 전극, 예를 들어, 제1 전극/작동 전극에 대한 분석물 유입/분석물 운반 유체의 제어를 최적화하는 것을 더욱 용이하게 할 수 있다.
또한, 적어도 하나의 멤브레인은, 그 가능한 에지/경계/횡방향 측면이 적어도 하나의 멤브레인 아래에 놓이는 층 및/또는 구성요소의 에지/경계/횡방향 측면을 적어도 부분적으로 또는 완전히 감쌀 수 있도록 적용/구성되는 것이 고려될 수 있다.
예를 들어, 적어도 하나의 멤브레인의 에지의 제1 유형에서, 에지는 멤브레인 아래의 제1 층, 예를 들어, 어느/상기 감지 층 또는 어느/상기 충전 물질 층을 중심으로, L의 긴 측면이 기판과 평행하고 L의 짧은 측면이 기판과 직교하도록, L 형태로 감싸는 방식으로 구성될 수 있다.
적어도 하나의 멤브레인의 에지의 예시적인 제2 유형에서, 에지는 기판과 접촉할 때까지 상기 멤브레인 아래의 모든 층/모든 구성요소, 예를 들어, 어느/상기 감지 층 및 어느/상기 충전 물질 층과 전극, 예를 들어 제1 전극/상기 작동 전극을 상기 L 형으로 감싸도록 구성될 수 있다.
상기 에지 유형 및 개구부 유형은 예시적인 것일 뿐이며 다른 유형도 고려될 수 있다.
예를 들어, 에지의 L 형상은 L의 긴 측면 또는 짧은 측면이 선형 직선 측면으로 제한되는 것이 아니라, 상기 측면은 곡면이거나 비직사각형 단면을 포함하여 다양한 층의 단면의 형상에 맞게 조정될 수 있다.
전술된 바와 같이, 분석물 센서는 전극 및 다른 가능한 전자 구성요소들 외에, 적어도 하나의 커패시터를 더 포함할 수 있는 센서 회로를 포함할 수 있다.
본원에 설명된 분석물 센서의 동작의 예시적인 방법은 다음 단계 중 하나, 일부 또는 전부를 포함할 수 있다:
● 분석물 센서의 제1 전극/작동 전극과 제2 전극/카운터 전극 사이에 전압 신호를 적용하는 단계
● 적어도 하나의 커패시터를 통해 제1 전극과 제2 전극 사이에 전기 신호, 예를 들어, 전류를 통합하는 단계, 여기서 상기 전기 신호는 분석물 또는 분석물 운반 유체와 제1 전극의 전기화학적 반응에 반응하여 생성되고, 상기 통합은 적어도 하나의 커패시터의 충전에 비례하는 전압 신호를 생성하며,
● 생성된 전압 신호에 기초하여 분석물 데이터를 측정하는 단계.
상기 제1 전극과 분석물 또는 분석물 운반 유체의 전기화학적 반응은 전술된 제1 전극의 전기화학적으로 활성 층 또는 감지 층에서 발생할 수 있다.
전압 신호를 적용하는 단계는 특히 외부에서, 즉 전압 소스로부터 전압을 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 그러나, 이 단계는 또한 자발적인 전기화학적 반응에 의해 생성된 전압/전류를 사용하는 것을 포함할 수 있다.
그런 다음 상승 적분 전압은 전류가 0이 될 때까지 천천히 전류를 감소시킨다.
외부에서 트리거된 단락(또는 측정 또는 저항을 통해)은 커패시터를 방전시킬 수 있다.
이를 센서 회로의 개구부와 결합하여 전기화학적 반응을 중지할 수 있다. 반응 정지 단계에서 전류가 흐르지 않는 동안 산소 레벨이 회복되어 개방 회로 전위(OCP)가 변경될 수 있다.
다르게 표현하면, 전압 신호를 적용하는 단계는 또한 개방 회로 전위 동작을 적용하거나 수행하는 단계도 포함할 수 있다.
OCP 시간 함수를 평가하면(예컨대, 전기화학적 반응의 시작과 종료 시) 원하는 산소 레벨과 유입을 계산할 수 있다.
분석물 데이터, 예를 들어, 포도당 농도와 같은 분석물 데이터 외에도 생성된 전압 신호를 기반으로 산소 데이터와 같은 다른 데이터도 측정할 수 있다.
상기 산소 데이터는, 예를 들어, 환자 또는 사용자의 체액/분석물 운반 유체, 예를 들어, 혈액 또는 간극 유체 내의 산소 포화도/산소 포화 레벨/산소 포화 농도를 포함할 수 있다.
상기 생성된 전압 신호로부터 상기 데이터, 예를 들어, 분석물 데이터 및/또는 산소 데이터의 측정/결정은, 상기 생성된 전압 신호가 상기 데이터에 비례하고, 본원에 설명된 분석물 센서가 양호한 선형 측정 특성을 갖기 때문에, 높은 정확도와 신뢰성으로 가능하다.
예시적인 방법은 커패시턴스가 결정되는 알려진 저항을 통해 커패시터를 주기적으로 방전하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이는 특히 분석물 센서의 전극 사이의 전기화학적 전위차가 전극 사이에 전류가 흐를 수 있도록 전극 사이의/에서의 전기화학적 반응이 최적/최대 속도로 구동될 수 있는 레벨을 유지하도록 보장하고 분석물 데이터 및/또는 산소 데이터 및/또는 다른 데이터의 측정의 기초를 형성할 수 있도록 보장할 수 있다.
상기 가능한 저항은 또한 분석물 센서의 센서 회로의 일부일 수 있다.
또한, 전극은 개방 회로 모드에서 주기적으로 동작할 수 있다.
그런 다음, 측정될 수 있는 전극(들) 전압은 제1 전극/작동 전극 및 제2 전극/카운터 전극/결합된 카운터/기준 전극의 전기화학적 전위의 차이를 반영할 수 있다.
예를 들어, 제1 전극/작동 전극에서, 분석물, 예를 들어, 포도당은 과도하게 이용 가능하지만, 전술된 바와 같이 전술된 멤브레인에 의해 제어/조절/제한되는 반면, 제2 전극/카운터 전극의 산소 리저버는 짧은 시간, 예를 들어 몇 분 이내에 고갈될 수 있다.
따라서 산소 레벨의 차이가 개방 회로 전위의 변화를 지배할 수 있다.
따라서, 짧은 개방 회로 위상의 시작과 종료, 즉 분석물 센서의 전극이 상기 개방 회로 모드에서 동작할 때 전극의 전위를 측정하면 다음과 같은 충분한 정보를 획득할 수 있다:
a) 분석물 센서 부위의 전체 산소 레벨을 재구성하고, 및
b) 산소 유입 속도의 회복으로부터, 충전 물질 또는 충전 물질 층 또는 확산 제한 층의 운반 특성을 측정할 수 있으며, 이는 차례로 분석물 센서의 감도에 비례한다.
예를 들어, 분석물 센서의 상기 감도는 전류-포도당 관계의 차동 기울기로 설명될 수 있다.
따라서, 이러한 동작 방식 및 본원에 설명된 분석물 센서의 설계의 추가적인 이점은 다음과 같이 구성될 수 있다:
● 산소 데이터(예컨대, 체액의 산소 포화도/산소 포화 레벨/산소 포화 농도)를 환자 또는 사용자에게 보조 데이터로 제공하고, 특히 예를 들어 염증을 나타내는 유용한 치료 정보를 제공할 수 있다.
● 분석물 센서의 전력 소비 감소.
● 제2 전극/카운터 전극의 물질 마모 감소로 분석물 센서의 수명이 연장된다.
완전성을 위해, 분석물 센서의 전극에서 전기화학적 반응에 의해 생성된 전압/전류 또는 에너지를 수확하고, 수확된 에너지를 분석물 센서의 동작에 사용하도록 구성할 수 있는 것을 유의한다.
또한, 분석물 센서는 사용자의 피부에 분석물 센서를 배치하고 분석물 센서를 제 위치에 유지하기 위한 장착 유닛에 제거가능하게/탈착가능하게 부착되도록 구성될 수 있다.
장착 유닛은 분석물 측정 및/또는 다른 측정을 위해 사용자의 피부/신체에 전극을 부분적으로 삽입하는 동안 분석물 센서의 전극의 단부 부분을 용이하게 안내하도록 구성되는 삽입 요소, 예를 들어, 캐뉼라를 더 포함할 수 있다.
상기 예시적인 장착 유닛은 사용자의 피부/신체에 탈착 가능하게 부착되도록 구성될 수 있고, 분석물 센서가 장착 유닛/패치 유닛을 통해 사용자에게 결합된 상태에서 일정 시간 동안 사용자의 분석물 측정을 수행할 수 있도록 분석물 센서를 수신 및 보유하도록 구성될 수 있는 패치 유닛으로 구현될 수 있다.
그러나, 장착 유닛 또는 패치 유닛이 분석물 센서에 통합되는 것도 고려될 수 있다.
분석물 센서는 분석물 센서에 의해 측정된 데이터를 데이터 분석 유닛, 예를 들어, 연속 분석물, 예를 들어, 포도당의 데이터 분석 유닛, 데이터 분석 유닛으로 무선으로 전송하기 위해 구성된 디지털 통신 인터페이스를 포함할 수 있다.
그러나, 분석물 센서 자체는, 분석물 센서에 의해 측정된 데이터, 예를 들어, 포도당 데이터 및/또는 산소 데이터 및/또는 다른 데이터를 분석하기 위한 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
분석물 센서는 또한 분석물 데이터, 예를 들어 포도당 데이터 및/또는 다른 데이터, 예를 들어 분석물 센서에 의해 측정된 산소 데이터(예를 들어, 체액, 예를 들어, 혈액 또는 간극 유체 내의 산소 포화도/산소 포화 레벨/산소 포화 농도) 및/또는 측정된 분석물 데이터로부터 파생된 데이터 및/또는 시각 및/또는 청각 및/또는 촉각 표시를 통해 추가 다른 데이터를 출력하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
예를 들어, 분석물 센서는 측정된 데이터, 예를 들어, 측정된 분석물 데이터, 포도당 데이터 또는 산소 데이터 및 다른 정보를 표시하기 위한 디스플레이를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 불투과성 멤브레인의 예시적인 물질 특성
이하에서는, 분석물/분석물 운반 유체에 대해 불투과성인 멤브레인 물질을 포함하는 분석물 센서의 상기 및 본원에 예시적으로 설명된 적어도 하나의 멤브레인의 추가 예시적인 특성이 설명된다.
예시적으로, 상기 예시적인 불투과성 멤브레인 물질 또는 거의 불투과성 멤브레인 물질은 미국 재료 시험 협회(American Society for Testing and Materials)의 표준 ASTM 570에 따라 결정된 바와 같이, 적어도 하나의 멤브레인의 총 중량을 기준으로, 5% 미만 또는 2% 미만 또는 1% 미만의 수분 흡수를 갖는 것을 특징으로 할 수 있는 멤브레인 물질을 지칭할 수 있다.
달리 표현하면, 상기 예시적인 멤브레인/멤브레인 물질은 소수성일 수 있다.
상기 예시적인 멤브레인/멤브레인 물질은 중합체, 특히 소수성 중합체를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 상기 예시적인 소수성 중합체는 미국 물질 시험 협회의 표준 ASTM 570에 따라 결정된 바와 같이 소수성 중합체 또는 멤브레인의 총 중량을 기준으로, 5% 미만 또는 2% 미만 또는 1% 미만의 수분 흡수를 갖는 것으로 특징지을 수 있다.
또한, 상기 예시적인 소수성 중합체는 열가소성 소수성 중합체일 수 있다.
예를 들어, 상기 소수성 중합체는 -100°C 내지 0°C 범위, 바람직하게는 -70°C 내지 -50°C 범위의 유리 전이 온도를 가질 수 있다.
본원에서, 유리 전이 온도는 가열 및 냉각을 위해 10°C/분의 램프를 사용하는 차동 주사 열량 측정(differential scanning calorimetry)을 통해 측정될 수 있으며, 여기서 유리 전이 온도는 제2 가열 사이클 동안 측정될 수 있다.
즉, 소수성 중합체를 우선 10°C/분의 램프로 가열한 다음, 10°C/분의 램프로 냉각한 다음, 다시 10°C/분의 램프로 가열하여 유리 전이 온도를 결정할 수 있다.
상기 유리 전이 온도/유리 전이 온도 범위는 멤브레인/멤브레인 물질의 안정성이 충분히 높을 수 있으므로 특히 유리할 수 있다. 그런 다음 멤브레인/멤브레인 물질은 분석물 센서의 보호 층, 즉 전극의 보호 층으로 작용할 수 있고, 예를 들어 분석물 센서가 특히 사용 중에 구부러지는 경우 보호 층이 무결성을 유지하고 전극, 센서 회로 및 다른 전자 구성요소와 같은 기본 분석물 센서 구성 요소를 손상으로부터 보호할 수 있다.
또한, 소수성 중합체는 예를 들어 50°C 내지 100°C 범위, 예를 들어 75°C 내지 85°C 범위의 결정화 온도를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. 결정화 온도는 유리 전이 온도와 동일한 파라미터를 사용하여 차등 주사 열량 측정을 통해 측정할 수 있다.
또한, 적어도 하나의 멤브레인에 대한/의 가능한 예시적인 소수성 중합체는 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리올레핀, 폴리(메트)아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리 아미드, 폴리 염화 비닐, 폴리 비닐 부티랄-코 비닐알코올-코 비닐 아세테이트, 슬라이콘, 에폭시 수지 및 UV 경화 수지로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
특히 폴리우레탄 및/또는 UV(자외선) 경화 수지가 바람직할 수 있다. 적어도 하나의 멤브레인은 적어도 하나의 중합체에 추가적으로 전도성 탄소 입자와 같은 전도성 입자를 포함할 수 있다.
따라서, 적어도 하나의 멤브레인이 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리올레핀, 폴리(메트)아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리아미드, 폴리염화비닐, 폴리비닐부틸-코-비닐알코올-코-비닐아세테이트 및 UV 경화 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 중합체를 포함하는 분석물 센서가 바람직할 수 있다. 특히 폴리우레탄 및/또는 UV 경화 수지가 바람직할 수 있다.
특히 적합한 폴리우레아는 소수성 폴리우레아로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
특히 적합한 폴리올레핀은 지방족 폴리올레핀 및 방향족 폴리올레핀으로 구성된 군, 특히 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리이소프렌, 폴리부타디엔 및 폴리스티렌으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 맥락에서 폴리(메트)아크릴레이트는 폴리아크릴레이트 및 폴리메타크릴레이트에 관한 것이다. 특히 적합한 폴리메타크릴레이트는 예를 들어 부틸 메타크릴레이트이다.
특히 적합한 폴리에스테르는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 및 폴리카보네이트로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
특히 적합한 폴리에테르는 폴리테트라하이드로푸란(PTHF)과 폴리옥시메틸렌(POM)으로도 알려진 폴리아세탈로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
특히 적합한 UV 경화 수지는 아크릴화된 실리콘, 아크릴화된 우레탄, 아크릴화된 에폭사이드 및 아크릴화된 폴리에스테르와 같은 UV 경화 에스테르 수지로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
특히 적합한 폴리우레탄은 소수성 폴리우레탄, 특히 소수성 열가소성 폴리우레탄(TPU)으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
소수성 열가소성 폴리우레탄은 다양한 비율로 경질 세그먼트와 연질 세그먼트로 구성될 수 있다. 적합한 경질 세그먼트는 일반적으로 디이소시아네이트와 폴리올의 중합체 생성물로 구성된다. 적합한 디이소시아네이트는 지방족 디이소시아네이트 또는 방향족 디이소시아네이트, 바람직하게는 지방족 디이소시아네이트일 수 있다.
적합한 방향족 디이소시아네이트는 예를 들어 4,4'-메틸렌 디페닐 디이소시아네이트 및/또는 톨루엔-2,4-디이소시아네이트이다.
적합한 지방족 디이소시아네이트는 예를 들어, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 및/또는 이소포론 디이소시아네이트이다.
적합한 폴리올은 바람직하게는 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올 및/또는 1,10-데칸디올과 같은 디올이다.
적합한 연질 세그먼트는 폴리에테르 및/또는 폴리에스테르를 포함할 수 있다. 적합한 폴리에테르는 예를 들어 폴리에틸렌 옥사이드 및/또는 폴리테트라하이드로푸란이고, 적합한 폴리에스테르는 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및/또는 폴리에틸렌 나프탈레이트이다.
충전 물질/충전 물질 층/확산 제한 층의 예시적인 특성
이하에서는, 분석물 운반 유체/분석물에 투과성이고, 적어도 하나의 멤브레인의 적어도 개구부가 채워질 수 있는 추가로 상기 및 본원에서 예시적으로 논의된 물질/층/충전 물질 층/확산 제한 층의 추가적인 예시적인 가능한 특성이 설명된다.
앞서 언급한 바와 같이, 상기 충진 물질/충진 층/확산 제한 층은 적어도 하나의 중합체 물질, 예를 들어, 친수성 중합체를 포함할 수 있다.
적합한 중합체 물질은, 예를 들어, 폴리비닐피리딘 기반 공중합체, 폴리우레탄 및 하이드로겔로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 폴리비닐피리딘 기반 공중합체가 특히 적합하다.
적합한 하이드로겔은 특히 폴리에틸렌 글리콜 공중합체(PEG 공중합체), 폴리비닐 아세테이트 공중합체(PVA 공중합체), 폴리(2-알킬-2-옥사존린) 공중합체, 폴리아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트-아크릴레이트 공중합체 또는 블록-공중합체, 특히 친수성 측기를 포함하는 폴리아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트-아크릴레이트 공중합체 또는 블록-공중합체이다. 따라서, 예시적으로, 적합한 하이드로겔은 (하이드록시에틸)메타크릴레이트 (HEMA)-동종중합체, HEMA-공중합체, 실리콘 하이드로겔 및 HEMA-co-N-비닐피롤리돈-중합체로 구성된 군으로부터 선택될 수 있으며, 각각은 메타아크릴산, 글리세롤 메타크릴레이트, N,N-디메틸아크릴아미드 및 포스파릴콜린으로 구성된 군으로부터 선택된 측면기를 포함할 수 있다.
구체적으로, 중합체 물질은 중량 평균 분자량(MW)이 10.000 kDa 초과일 수 있다. 보다 구체적으로, 중합체 물질은 중량 평균 분자량(MW)이 50.000 kDa 초과 또는 100.000 kDa 초과일 수 있다. 특히, 중량 평균 분자량(MW)이 10.000 내지 500.000 kDa인 중합체 물질이 적합하다.
상기 및 본원에 예시적으로 설명된 분석물 센서는 연속 분석물 모니터링 시스템의 일부일 수 있으며, 예를 들면 본원에 예시적으로 설명되는 분석물 센서를 포함하는 의료기기 및 분석물 센서에 의해 수집된 데이터를 처리하도록 구성된 하나 이상의 프로세서를 포함하는 연속 포도당 모니터링(CGM) 시스템의 일부일 수 있다.
또한, 상기 및 본원에 예시적으로 설명된 분석물 센서는 전술된 바와 같이 적어도 하나의 분석물 센서 및 적어도 하나의 장착 유닛, 예를 들어, 사용자의 피부에 적어도 하나의 분석물 센서를 배치하도록 구성되고 적어도 하나의 분석물 센서가 탈착 가능하게 결합될 수 있는 패치 유닛을 포함하는 키트의 일부일 수 있다.
다음 도면들은 본 발명의 예시적인 양태를 도시한다.
도 1a은 예시적인 분석물 센서의 제1 전극/작동 전극의 예시적인 구조/예시적인 구조 양태이다.
도 1b는 예시적인 분석물 센서의 제1 전극/작동 전극의 예시적인 대안의 구조/예시적인 대안의 구조적 양태이다.
도 1c는 예시적인 분석물 센서의 제1 전극/작동 전극의 예시적인 추가 대안의 구조/예시적인 추가 대안의 구조적 양태이다.
도 1d는 예시적인 분석물 센서의 제2 전극/작동 전극의 예시적인 구조/예시적인 구조 양태이다.
도 1e는 예시적인 분석물 센서의 예시적인 단면도이다.
도 2는 예시적인 분석물 센서의 예시적인 조립/제조 방법의 예시적인 흐름도이다.
도 3은 예시적인 분석물 센서의 동작의 예시적인 방법의 예시적인 흐름도이다.
도 1a은 예시적인 분석물 센서의 제1 전극/작동 전극의 예시적인 구조/예시적인 구조 양태이다.
도 1b는 예시적인 분석물 센서의 제1 전극/작동 전극의 예시적인 대안의 구조/예시적인 대안의 구조적 양태이다.
도 1c는 예시적인 분석물 센서의 제1 전극/작동 전극의 예시적인 추가 대안의 구조/예시적인 추가 대안의 구조적 양태이다.
도 1d는 예시적인 분석물 센서의 제2 전극/작동 전극의 예시적인 구조/예시적인 구조 양태이다.
도 1e는 예시적인 분석물 센서의 예시적인 단면도이다.
도 2는 예시적인 분석물 센서의 예시적인 조립/제조 방법의 예시적인 흐름도이다.
도 3은 예시적인 분석물 센서의 동작의 예시적인 방법의 예시적인 흐름도이다.
도 1a는 예시적인 분석물 센서의 일부의 예시적인 단면을 도시하고, 분석물 센서의 제1 전극/작동 전극(101)의 가능한 다층 구조(110)가 도시된다.
제2 전극/카운터 전극은 도시되지 않는다.
분석물 센서는 추가로 전술된 바와 같이, 분석물 센서의 다양한 층 및 구성요소를 운반할 수 있는 기판(100)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 센서 회로 및/이를 포함하는 제1 전극/작동 전극(101)은 기판(100)의 상부 표면(113)에 직접 장착될 수 있다.
(도시되지 않은) 제2 전극/카운터 전극 및 이의 다양한 층 및 구성요소는 예를 들어 그 뒤 기판(100)의 하부 표면(112)에 장착될 수 있다.
제1 전극/작동 전극(101)은 추가로 전술된 바와 같이, 감지 층(102)/감지 물질에 의해 덮일 수 있고/이를 포함할 수 있다.
또한, 제1 전극/작동 전극(101)은 적어도 하나의 멤브레인(104)에 의해 덮일 수 있고, 추가로 전술된 바와 같이 감지 층(102) 위에 적용될 수 있고/이 위해 장착될 수 있다. 또한 전술된 바와 같이, 멤브레인(104)은 분석물 또는 분석물 운반 유체에 대해 불투과성인 멤브레인 물질을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 멤브레인(104)은 적어도 하나의 개구부를 포함할 수 있다. 본 실시예에서는, 분석물 또는 분석물 운반 유체가 통과할 수 있는 세 개의 예시적인 개구부(107, 108, 109)가 도시되어 있고, 이를 통해 분석물 또는 분석물 운반 유체가 통과할 수 있다.
적어도 개구부는 분석물/분석물 운반 유체에 투과성인 물질(103), 예를 들어, 친수성 중합체로 충전될 수 있다. 도시된 예시에서, 모든 개구부(107, 108, 109)는 분석물/분석물 운반 유체에 투과성인 물질(103)로 완전히 충전된다.
도시된 예시에서, 분석물 운반 유체에 투과성인 충전 물질(103)은 또한 적어도 하나의 멤브레인(104)을 덮고 있으며, 즉 충전 물질(103)/충전 물질 층은 적어도 하나의 멤브레인(104)을 매립하고 있다. 충전 물질 층은 또한 확산 제한 층이라고도 할 수 있는데, 이는 개구부(107, 108, 109)를 통해 분석물/분석물 운반 유체의 확산을 제어할 수 있기 때문이다.
전술된 바와 같이, 멤브레인의 적어도 하나의 개구부/개구부는 상이한 유형/상이한 깊이일 수 있다. 복수의 개구부의 경우, 모든 개구부는 동일한 유형 또는 상이한 유형이거나 상이한 유형의 군으로 그룹화될 수 있다.
도시된 예시에서, 가능한 세 가지의 상이한 개구부 유형이 예시적으로 도시된다.
예를 들어, 개구부(107)는 예시적인 제1 유형을 도시하는데, 개구부는 멤브레인(104)을 통해서만 관통하고/연장되고 멤브레인(104) 아래의 분석물 센서의 가능한 추가 층에는 관통하지 않도록 형성된다.
예를 들어, 개구부(108)는 예시적인 제2 유형을 도시하는데, 개구부는 적어도 하나의 멤브레인을 관통하고/연장되고 적어도 부분적으로 또는 완전히 멤브레인 아래의 제1 층, 예를 들어, 감지 층(102)을 통해 연장되고/이로 연장된다.
예를 들어, 개구부(109)는 예시적인 제3 유형을 도시하는데, 개구부는 적어도 하나의 멤브레인을 관통하고/연장되고, 멤브레인 아래에 놓인 전극/이를 통해 부분적으로 또는 완전히 연장되는 것을 포함하여 멤브레인 아래의 임의의 다른 층을 통해 더 연장되도록 형성될 수 있으며, 예를 들어, 도시된 예시에서 개구부(109)는 멤브레인(104), 감지 층(102) 및 작동 전극/제1 전극(101)을 통해 관통/연장된다.
또한, 전술된 바와 같이, 적어도 하나의 멤브레인은, 그 가능한 에지/경계/횡방향 측면이 적어도 하나의 멤브레인 아래에 놓인 층 및/또는 구성요소의 에지/경계/횡방향 측면을 적어도 부분적으로 또는 완전히 감쌀 수 있도록 적용/구성될 수 있다.
여기에서는 두 가지 예시적인 가능한 에지 유형을 도시한다.
예를 들어, 적어도 하나의 멤브레인의 도시된 에지(105)는 제1 유형으로서, 에지는 멤브레인 아래의 제1 층(102) 주위, 예를 들어, 감지 층(102) 주위에서 L의 긴 측면이 기판(100)과 평행하고, L의 짧은 측면이 기판(100)에 직교하는 것과 같은 방식으로 감싸도록 구성되는 에지이다.
적어도 하나의 멤브레인의 도시된 에지(106)는 제2 유형이며, 에지는 기판(100)과 접촉/터치할 때까지, 멤브레인 아래의 모든 층/모든 구성요소 주위, 예를 들어 감지 층(102) 주위 및 전극 주위, 예를 들어 제1 전극/작동 전극 주위에서 상기 L-형 방식으로 감싸도록 구성된다.
적어도 하나의 멤브레인의 가능한 모든 상이한 에지의 에지 유형은 동일하거나 다른 유형일 수 있다. 표시된 구성은 단지 예시적인 것이다.
예시적인 직교 기준 시스템(111)은 도 1a 및 그 구성요소의 배향을 나타내며, 기판(100)의 상부 표면(113) 및 하부 표면(112)은 서로 평행하고 수평 x 축에 평행하며, 예를 들어 직교 y 축은 지구 중력의 방향과 정렬되거나 평행하다.
도 1b는 예시적인 대안의 분석물 센서의 일부의 예시적인 단면을 도시하며, 분석물 센서의 제1 전극/작동 전극(201)의 대안의 가능한 다층 구조(210)가 도시된다.
제2 전극/카운터 전극은 도시되지 않는다.
분석물 센서는 추가로 전술된 바와 같이, 분석물 센서의 다양한 층 및 구성요소를 운반할 수 있는 기판(200)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 센서를 포함하고/및 제1 전극/작동 전극(201)은 기판(200)의 상부 표면(213) 상에 직접 장착될 수 있다.
(도시되지 않은) 제2 전극/카운터 전극 및 그 다양한 층 및 구성요소는 그 뒤, 예를 들어 기판(200)의 하부 표면(212)에 장착될 수 있다.
제1 전극/작동 전극(201)은 추가로 전술된 바와 같이, 감지 층(202)에 의해 덮일 수 있고/이를 포함할 수 있다.
또한, 감지 층(202)/감지 물질은 분석물 운반 유체에 투과성인 적어도 하나의 충전 물질(203)의 층으로 덮일 수 있다.
적어도 하나의 멤브레인(204)은 감지 층(202) 상부에 적용/장착/배열될 수 있고, 충전 물질/충전 물질 층(203)과 감지 층(202)을 둘러싸고/매립될 수 있다.
전술된 바와 같이, 멤브레인(204)은 분석물 또는 분석물 운반 유체에 불투과성인 멤브레인 물질을 포함할 수 있고, 멤브레인(204)은 분석물 또는 분석물 운반 유체가 통과할 수 있는 개구부(207, 208, 209)를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 멤브레인(204)의 예시적인 에지는 제2 유형인 것으로 예시적으로 도시되어 있는데, 에지는 기판(200)과 접촉/터치할 때까지 멤브레인 아래의 모든 층/모든 구성요소, 예를 들어 충전 물질 층(203) 주위, 감지 층(202) 주위 및 전극 주위, 예를 들어 작동 전극인 제1 전극/작동 전극 주위에서 상기 L-형 방식으로 감싸도록 구성된다.
도시된 예시에서, 적어도 하나의 멤브레인(204)의 세 개의 예시적인 개구부(207, 208, 208)가 도시되어 있으며, 상기 개구부는 모두 동일한 예시적인 유형이다.
더 구체적으로, 상기 개구부는 모두 상기 예시적인 제1 유형이며, 개구부는 멤브레인(204)을 통해서만 관통/연장되고 멤브레인(204) 아래의 분석물 센서의 임의의 가능한 추가 층으로 관통/연장되지 않도록 형성되며, 예를 들어, 여기에 도시된 바와 같이, 개구부는 충전 물질 층(203)을 관통/연장하지 않거나, 감지 층(202)을 관통하지 않고, 제1 전극/작동 전극(201)을 통해 관통/연장되지 않도록 형성된다.
그러나, 개구부는 기판(200)에 의해 운반되는 모든 층(203, 202, 201) 및 구성요소를 관통하고, 심지어 부분적으로 기판 내로 연장될 수도 있다는 것도 고려될 수 있다.
예시적인 직교 기준 시스템(211)은 직교 기준 시스템(111)과 동일하며, 도 1b 및 그 구성요소의 배향을 나타내는데, 기판(200)의 상부 표면(213) 및 하부 표면(212)은 서로 평행하고 수평 x 축에 평행하며, 예를 들어 직교 y 축은 지구 중력의 방향에 정렬되거나 평행하다.
도 1c는 예시적인 추가 대안의 분석물 센서의 일부의 예시적인 단면을 도시하며, 분석물 센서의 제1 전극/작동 전극(501)의 또 다른 대안의 가능한 다층 구조(510)가 도시된다.
제2 전극/카운터 전극은 도시되지 않는다.
분석물 센서는 추가로 전술된 바와 같이, 분석물 센서의 다양한 층 및 구성요소를 운반할 수 있는 기판(500)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 전극/작동 전극(501) 및/또는 센서 회로는 기판(500)의 상부 표면(507) 상에 직접 장착될 수 있다.
(도시되지 않은) 제2 전극/카운터 전극 및 그 다양한 층 및 구성요소는 그 뒤, 예를 들어 기판(500)의 하부 표면(508)에 장착될 수 있다.
제1 전극/작동 전극(501)은 기판(500), 즉 기판(500)의 상부 표면(507)과 직접 접촉할 수 있는 도 1a 및 도 1b의 다층 구조와 대조적으로 전술된 바와 같이 감지 층(502)/감지 물질을 포함할 수 있다.
즉, 감지 층(502)/감지 물질은 제1 전극/작동 전극(501) 아래에 배열될 수 있다.
도 1a 및 도 1b의 실시예에 대한 경우와 같이, 분석물 또는 분석물 운반 유체가 통과할 수 있는 개구부를 가지며 분석물 또는 분석물 운반 유체에 불투과성인 멤브레인 물질을 갖는 전용 멤브레인을 갖는 대신에, 제1 전극/작동 전극(501) 자체로, 분석물 유입 국소화 구성요소 역할을 한다.
즉, 작동 전극(501)은 물질, 예를 들어, 분석물 또는 분석물 운반 유체에 불투과성인 탄소를 포함할 수 있지만 작동 전극은 또한 개구부(505, 506)를 포함할 수 있고 상기 개구부를 통해 분석물 또는 분석물 운반 유체가 전기화학적 활성 층, 예를 들어, 감지 층(502)과 접촉하도록 통과할 수 있다.
작동 전극(501)의 개구부는 전술된 바와 같이 동일하거나 유사한 유형일 수 있다. 도시된 예시에서, 개구부(505)는 작동 전극(501)을 관통하지만 감지 층(502)을 관통하지 않으며, 개구부(506)는 작동 전극(501)을 관통하고 감지 층(502)을 관통하지만 기판(500)으로는 관통하지 않는다.
또한 작동 전극(501)의 에지는 다양한 유형에 따라 구성될 수 있다. 도시된 예시에서, 에지(504)는 감지 층(502)의 에지 또는 횡방향 측면을 감싸고 있다.
작동 전극(501)의 개구부(505, 506)는 분석물 운반 유체에 투과성인 물질(503), 예를 들어, 친수성 중합체로 채워질 수 있다. 도시된 예시에서, 모든 개구부(505, 506)는 분석물 운반 유체에 투과성인 물질(503)로 완전히 채워져 있다.
도시된 예시에서, 분석물 운반 유체에 투과성인 충전 물질(503)은 또한 작동 전극을 덮고 있으며, 즉, 충전 물질(503)/충전 물질 층은 작동 전극을 매립된다.
예시적인 직교 기준 시스템(509)은 도 1c 및 그 구성요소의 배향을 나타내고 여기서, 기판(500)의 상부 표면(507)과 하부 표면(508)은 서로 평행하고 수평 x 축에 평행하며, 예를 들어 직교 y 축은 지구 중력의 방향에 정렬되거나 평행하다.
도 1d는 예시적인 분석물 센서의 일부의 예시적인 단면을 도시한 것으로, 여기서, 분석물 센서의 제2 전극/카운터 전극(601)의 가능한 다층 구조(610)가 도시된다.
제1 전극/작동 전극은 도시되지 않는다.
분석물 센서는 추가로 전술된 바와 같이 기판(600)을 포함할 수 있으며, 기판은 분석물 센서의 다양한 층 및 구성요소를 운반할 수 있다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c의 배향과 달리, 도 1d의 배향은 직교 기준 시스템(607)에 의해 표시된 바와 같이 기판이 180° 회전하고, 즉, 도시된 기판의 상부 표면은 실제로 유입(111, 211, 509)에서 기판의 하부 표면(605)이다.
예를 들어, 제2 전극/카운터 전극(601) 및 센서 회로 구성요소는 기판(600)의 하부 표면(605) 상에 직접 장착될 수 있다.
(도시되지 않음) 제1 전극/작동 전극 및 그 다양한 층 및 구성요소는 그런 다음, 예를 들어 기판(600)의 상부 표면(606)에 장착될 수 있다.
제2 전극/카운터 전극(601)은 감지 물질 층(602)에 의해 덮일 수 있다.
또한, 분석물 및/또는 분석물 운반 유체에 투과성인 충전 물질의 층/확산 제한 층(603)이 감지 물질 층(602)을 덮을 수 있다.
도 1e는 예시적인 분석물 센서의 일부의 예시적인 단면을 도시한 것으로, 기판(700)의 반대 측면에 부착된 제2 전극/카운터 전극(801) 및 제1 전극/작동 전극(701)이 도시된다.
이 예시에서, 작동 전극(701)의 다층 구조(711)는 기판(700)의 상부 표면(705)에 장착되며, 도 1a에 설명된 작동 전극(101)의 다층 구조(110)에 대응한다. 따라서, 작동 전극(701)은 추가로 전술된 바와 같이, 감지 층(702)/감지 물질에 의해 덮일 수 있고/이를 포함할 수 있다.
감지 층(702)은 적어도 하나의 멤브레인(704)에 의해 덮일 수 있다.
상기 멤브레인(704)은 분석물 또는 분석물 운반 유체에 대해 불투과성인 멤브레인 물질을 포함할 수 있으며, 분석물 또는 분석물 운반 유체가 통과할 수 있는 개구부(707, 708, 709)를 포함할 수 있다. 상기 개구부는 도 1a에 설명된 바와 같이 예시적인 상이한 유형이다.
도시된 예시에서, 개구부(707, 708, 709)는 분석물/분석물 운반 유체에 투과성인 충전 물질(703)로 완전히 채워져 있다.
도시된 예시에서, 분석물 운반 유체에 투과성인 충전 물질(703)은 또한 적어도 하나의 멤브레인(704)을 덮고 있으며, 즉 충전 물질(103) 또는 충전 물질 층이 적어도 하나의 멤브레인(704)을 매립하고 있다. 충전 물질 층은 개구부(707, 708, 709)를 통해 분석물/분석물 운반 유체의 확산을 제어할 수 있기 때문에 확산 제한 층으로 또한 지칭될 수 있다.
이 예시에서, 카운터 전극(801)의 다층 구조(804)는 기판(700)의 하부표면(706)에 장착되며, 도 1d에 설명된 카운터 전극(601)의 다층 구조(610)에 대응한다.
카운터 전극(801)은 감지 물질 층(802)에 의해 덮일 수 있다.
또한, 분석물 및/또는 분석물 운반 유체에 투과성인 충전 물질 층/확산 제한 층(803)이 감지 물질 층(802)을 덮을 수 있다.
여기에 도시된 작동 전극 및 카운터 전극의 다층 구조의 조합 및 배열은 예시적인 것일 뿐이다. 다른 조합도 고려될 수 있다. 예를 들어, 도 1b 또는 도 1c에 따른 실시예와 도 1d의 실시예의 조합이 구현된다.
도시된 예시에서, 작동 전극(701)과 카운터 전극(801)은 기판의 상이한 측면에 서로 직접 대향하여 배열되지만, 이들은 또한 서로에 대해 오프셋, 예를 들어, x 축을 따라 수평 오프셋으로 배열될 수 있다.
또한, 작동 전극(701) 및 카운터 전극(801)이 기판의 동일한 측면, 예를 들어, 상부 표면에 동일 평면으로 배열하는 것도 고려될 수 있다.
도 2는 환자의 분석물 운반 유체의 분석물 데이터를 측정, 특히 포도당 데이터 및/또는 산소 데이터 및/또는 다른 데이터를 측정하기 위해 의료기기 또는 의료 연속 모니터링 장치에서 사용될 수 있고, 예시적인 전술된 종류의 예시적인 분석물 센서를 조립/제조하기 위한 예시적인 방법(300)을 위한 예시적인 흐름도를 도시한다.
상기 예시적인 방법은 제1 전극, 즉 작동 전극 및 제2 전극, 즉 카운터 전극을 포함하는 센서 회로를 기판 상에 장착하는 단계(301)를 포함할 수 있다. 제1 전극과 제2 전극은 기판의 반대 측면 또는 반대 표면에 배치되거나 기판의 동일한 측면 또는 동일한 표면에 배열될 수 있다.
이 방법은 분석물에 대해 불투과성 및/또는 분석물 운반 유체에 대해 불투과성인 멤브레인 물질을 포함하는 적어도 하나의 멤브레인을 적용하는 단계(302) 및 상기 적어도 하나의 멤브레인으로 제1 전극을 전부 또는 적어도 부분적으로 덮는 단계를 더 포함할 수 있다. 선택적으로, 제2 전극/카운터 전극은 적어도 하나의 멤브레인으로 완전히 또는 적어도 부분적으로 덮일 수 있다.
이 방법은 특히, 예를 들어, 레이저 절제와 같은 드릴링 및/또는 절제 공정에 의해 멤브레인 내에 적어도 하나의 개구부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
멤브레인 내의 하나 이상의 개구부는 제1 전극/카운터 전극을 완전히 또는 적어도 부분적으로 덮는 멤브레인의 일부에 형성된다.
추가로, 멤브레인 내의 개구부는 적어도 부분적으로 분석물 운반 유체 및/또는 분석물에 투과성인 충전 물질, 예를 들어, 친수성 중합체로 채워질 수 있다.
또한, 충전 물질은 멤브레인을 덮고 및/또는 매립하는 충전 물질 층을 형성하는 것과 같이 적용될 수 있다. 상기 충전 물질 층은 또한 확산 제한 층으로 지칭될 수 있다.
또한, 충전 물질 층은 또한 제2 전극/대향 전극을 덮기 위해 적용될 수 있다.
전술된 바와 같이, 전극, 예를 들어, 제1 전극/작동 전극 및/또는 제2 전극/카운터 전극은 전기화학적 활성 층, 즉 추가로 전술된 바와 같이 감지 물질 층으로 구성되거나 장착될 수 있다.
분석물 센서 및 그 구성요소에 층 또는 멤브레인을 적용하는 예시적인 단계는 딥 코팅 단계를 포함할 수 있다.
도 3은 전술된 바와 같이 예시적인 종류의 예시적인 분석물 센서의 동작을 위한 예시적인 방법(400)의 예시적인 흐름도를 도시한 것으로서, 제1 전극과 제2 전극 사이에 전압 신호를 적용하는 단계(401)를 포함할 수 있다.
방법은 또한 적어도 하나의 커패시터를 통해 제1 전극과 제2 전극 사이에 전기 신호, 예를 들어, 전류를 통합하는 단계(402)를 더 포함할 수 있는데, 여기서 상기 전기 신호는 분석물 또는 분석물 운반 유체와 제1 전극의 전기화학적 반응에 응답하여 생성되고, 상기 통합은 적어도 하나의 커패시터의 충전에 비례하는 전압 신호를 생성한다.
상기 생성된 전압 신호는 그런 다음 분석물 센서로 분석물 데이터 및/또는 산소 데이터 및/또는 다른 데이터를 측정하기 위한 단계(403)의 기초로서 사용될 수 있다.
또한, 방법은 전극을 개방 회로 모드에서 주기적으로 동작하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d, 도 1e, 도 2 및 도 3에 이어서, 도면 부호는 다음의 예시적인 양태, 예시적인 특성 및 예시적인 단계를 나타낸다.
100 예시적인 기판
101 예시적인 제1 전극/작동 전극
102 예시적인 감지 층/감지 물질/전기화학적 활성 층
103 분석물/분석물 운반 유체에 투과성인 물질의 예시적인 충전 물질/충전 물질 층, 예시적인 확산 제한 층
104 분석물/분석물 운반 유체에 불투과성인 예시적인 멤브레인/멤브레인 층/멤브레인 물질, 예시적인 유입 국소화 멤브레인/유입 국소화 층
105 멤브레인의 예시적인 에지, 제1 유형의 예시적인 에지
106 멤브레인의 예시적인 에지, 제2 유형의 예시적인 에지
107 멤브레인 내의 예시적인 개구부, 제1 유형의 예시적인 개구부
108 멤브레인 내의 예시적인 개구부, 제2 유형의 예시적인 개구부
109 멤브레인 내의 예시적인 개구부, 제3 유형의 예시적인 개구부
110 예시적인 구조, 분석물 센서/제1 전극/작동 전극의 예시적인 다층 구조
111 예시적인 직교 기준 시스템
112 기판의 예시적인 하부 표면
113 기판의 예시적인 상부 표면
200 예시적인 기판
201 예시적인 제1 전극/작동 전극
202 예시적인 감지 층/감지 물질
203 분석물/분석물 운반 유체에 투과성인 물질의 예시적인 충전 물질/충전 물질 층, 예시적인 확산 제한 층
204 분석물/분석물 운반 유체에 불투과성인 예시적인 멤브레인/멤브레인 층/멤브레인 물질, 예시적인 유입 국소화 멤브레인/유입 국소화 층
205 멤브레인의 예시적인 에지, 제2 유형의 예시적인 에지
206 멤브레인의 예시적인 에지, 제2 유형의 예시적인 에지
207 멤브레인 내의 예시적인 개구부, 제1 유형의 예시적인 개구부
208 멤브레인 내의 예시적인 개구부, 제1 유형의 예시적인 개구부
209 멤브레인 내의 예시적인 개구부, 제1 유형의 예시적인 개구부
210 예시적인 구조, 분석물 센서/제1 전극/작동 전극의 예시적인 다층 구조
211 예시적인 직교 기준 시스템
212 기판의 예시적인 하부 표면
213 기판의 예시적인 상부 표면
300 예시적인 분석물 센서를 조립/제조하기 위한 예시적인 방법
301, 302 예시적인 방법 단계
400 예시적인 분석물 센서를 동작하기 위한 예시적인 방법
401, 402, 403 예시적인 방법 단계
500 예시적인 기판
501 예시적인 제1 전극/작동 전극
502 예시적인 감지 층/감지 물질/전기화학적 활성 층
503 분석물/분석물 운반 유체에 투과성인 물질의 예시적인 충전 물질/충전 물질 층, 예시적인 확산 제한 층
504 작동 전극의 예시적인 에지
505 예시적인 개구부
506 예시적인 개구부
507 기판의 예시적인 상부 표면
508 기판의 예시적인 하부 표면
509 예시적인 직교 기준 시스템
600 예시적인 기판
601 예시적인 제2 전극/카운터 전극
602 예시적인 감지 층/감지 물질/전기화학적 활성 층
603 분석물/분석물 운반 유체에 투과성인 물질의 예시적인 충전 물질/충전 물질 층, 예시적인 확산 제한 층
605 기판의 예시적인 하부 표면
606 기판의 예시적인 상부 표면
607 예시적인 직교 기준 시스템
700 예시적인 기판
701 예시적인 제1 전극/작동 전극
702 예시적인 감지 층/감지 물질/전기화학적 활성 층
703 분석물/분석물 운반 유체에 투과성인 물질의 예시적인 충전 물질/충전 물질 층, 예시적인 확산 제한 층
704 분석물/분석물 운반 유체에 투과성인 예시적인 멤브레인/멤브레인 층/멤브레인 물질, 예시적인 유입 국소화 멤브레인/유입 국소화 층
705 기판의 예시적인 상부 표면
706 기판의 예시적인 하부 표면
707 예시적인 개구부
708 예시적인 개구부
709 예시적인 개구부
710 예시적인 구조, 분석물 센서의 예시적인 다층 구조
711 예시적인 구조, 분석물 센서의 작동 전극의 예시적인 다층 구조
712 예시적인 직교 기준 시스템
801 예시적인 제2 전극/카운터 전극
802 예시적인 감지 층/감지 물질/전기화학적 활성 층
803 분석물/분석물 운반 유체에 투과성인 물질의 예시적인 충전 물질/충전 물질 층, 예시적인 확산 제한 층
804 예시적인 구조, 분석물 센서의 카운터 전극의 예시적인 다층 구조
101 예시적인 제1 전극/작동 전극
102 예시적인 감지 층/감지 물질/전기화학적 활성 층
103 분석물/분석물 운반 유체에 투과성인 물질의 예시적인 충전 물질/충전 물질 층, 예시적인 확산 제한 층
104 분석물/분석물 운반 유체에 불투과성인 예시적인 멤브레인/멤브레인 층/멤브레인 물질, 예시적인 유입 국소화 멤브레인/유입 국소화 층
105 멤브레인의 예시적인 에지, 제1 유형의 예시적인 에지
106 멤브레인의 예시적인 에지, 제2 유형의 예시적인 에지
107 멤브레인 내의 예시적인 개구부, 제1 유형의 예시적인 개구부
108 멤브레인 내의 예시적인 개구부, 제2 유형의 예시적인 개구부
109 멤브레인 내의 예시적인 개구부, 제3 유형의 예시적인 개구부
110 예시적인 구조, 분석물 센서/제1 전극/작동 전극의 예시적인 다층 구조
111 예시적인 직교 기준 시스템
112 기판의 예시적인 하부 표면
113 기판의 예시적인 상부 표면
200 예시적인 기판
201 예시적인 제1 전극/작동 전극
202 예시적인 감지 층/감지 물질
203 분석물/분석물 운반 유체에 투과성인 물질의 예시적인 충전 물질/충전 물질 층, 예시적인 확산 제한 층
204 분석물/분석물 운반 유체에 불투과성인 예시적인 멤브레인/멤브레인 층/멤브레인 물질, 예시적인 유입 국소화 멤브레인/유입 국소화 층
205 멤브레인의 예시적인 에지, 제2 유형의 예시적인 에지
206 멤브레인의 예시적인 에지, 제2 유형의 예시적인 에지
207 멤브레인 내의 예시적인 개구부, 제1 유형의 예시적인 개구부
208 멤브레인 내의 예시적인 개구부, 제1 유형의 예시적인 개구부
209 멤브레인 내의 예시적인 개구부, 제1 유형의 예시적인 개구부
210 예시적인 구조, 분석물 센서/제1 전극/작동 전극의 예시적인 다층 구조
211 예시적인 직교 기준 시스템
212 기판의 예시적인 하부 표면
213 기판의 예시적인 상부 표면
300 예시적인 분석물 센서를 조립/제조하기 위한 예시적인 방법
301, 302 예시적인 방법 단계
400 예시적인 분석물 센서를 동작하기 위한 예시적인 방법
401, 402, 403 예시적인 방법 단계
500 예시적인 기판
501 예시적인 제1 전극/작동 전극
502 예시적인 감지 층/감지 물질/전기화학적 활성 층
503 분석물/분석물 운반 유체에 투과성인 물질의 예시적인 충전 물질/충전 물질 층, 예시적인 확산 제한 층
504 작동 전극의 예시적인 에지
505 예시적인 개구부
506 예시적인 개구부
507 기판의 예시적인 상부 표면
508 기판의 예시적인 하부 표면
509 예시적인 직교 기준 시스템
600 예시적인 기판
601 예시적인 제2 전극/카운터 전극
602 예시적인 감지 층/감지 물질/전기화학적 활성 층
603 분석물/분석물 운반 유체에 투과성인 물질의 예시적인 충전 물질/충전 물질 층, 예시적인 확산 제한 층
605 기판의 예시적인 하부 표면
606 기판의 예시적인 상부 표면
607 예시적인 직교 기준 시스템
700 예시적인 기판
701 예시적인 제1 전극/작동 전극
702 예시적인 감지 층/감지 물질/전기화학적 활성 층
703 분석물/분석물 운반 유체에 투과성인 물질의 예시적인 충전 물질/충전 물질 층, 예시적인 확산 제한 층
704 분석물/분석물 운반 유체에 투과성인 예시적인 멤브레인/멤브레인 층/멤브레인 물질, 예시적인 유입 국소화 멤브레인/유입 국소화 층
705 기판의 예시적인 상부 표면
706 기판의 예시적인 하부 표면
707 예시적인 개구부
708 예시적인 개구부
709 예시적인 개구부
710 예시적인 구조, 분석물 센서의 예시적인 다층 구조
711 예시적인 구조, 분석물 센서의 작동 전극의 예시적인 다층 구조
712 예시적인 직교 기준 시스템
801 예시적인 제2 전극/카운터 전극
802 예시적인 감지 층/감지 물질/전기화학적 활성 층
803 분석물/분석물 운반 유체에 투과성인 물질의 예시적인 충전 물질/충전 물질 층, 예시적인 확산 제한 층
804 예시적인 구조, 분석물 센서의 카운터 전극의 예시적인 다층 구조
Claims (15)
- 분석물 운반 유체에서 분석물 데이터를 측정하기 위한, 특히 포도당 데이터를 측정하기 위한 의료기기에 사용하기 위한 분석물 센서로서,
작동 전극인 제1 전극(101),
제2 전극,
제1 전극과 제2 전극을 운반하는 기판(100),
제1 전극(101)을 적어도 부분적으로 덮는 적어도 하나의 멤브레인(104)을 포함하고,
적어도 하나의 멤브레인(101)은 분석물 운반 유체 및/또는 분석물에 대해 불투과성인 멤브레인 물질을 포함하고, 적어도 하나의 멤브레인은 적어도 하나의 개구부(107)를 포함하고,
적어도 하나의 멤브레인(104)은 적어도 하나의 개구부(107)를 통해 제1 전극(101)에 분석물 운반 유체 및/또는 분석물의 유입을 제어하도록 구성되는, 분석물 센서. - 제1항에 있어서, 적어도 하나의 개구부(107)의 직경이 적어도 하나의 멤브레인(104)의 두께와 유사하고, 예컨대, 10 마이크로미터 내지 100 마이크로미터의 범위인, 분석물 센서.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 개구부(107)가 레이저 절제 공정에 의해 형성되는, 분석물 센서.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 개구부(107)는 적어도 부분적으로 분석물 운반 유체 및/또는 분석물에 투과성인 물질(103), 예컨대, 폴리비닐피리딘 기반 공중합체, 폴리우레탄 및 하이드로겔로 구성된 군에서 선택적으로 선택되는 친수성 중합체로 충전되는, 분석물 센서.
- 제4항에 있어서, 분석물 운반 유체 및/또는 분석물에 투과성인 물질(103)이 적어도 부분적으로 제1 전극(101) 및/또는 제2 전극을 덮고 있는, 분석물 센서.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 멤브레인(104)이 소수성인, 분석물 센서.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 감지 층(102)을 더 포함하고, 상기 감지 층(102)은 적어도 하나의 효소를 상기 제1 전극(101)에 제공하도록 구성되는, 분석물 센서.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 전극(101)과 제2 전극이 기판(100)의 반대 측면에 배치되는, 분석물 센서.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 전극은 카운터 전극 및 조합된 카운터/기준 전극을 포함하는 군으로부터 선택된 전극이고 및/또는 제2 전극은 분석물 운반 유체에 용해된 산소를 전자 수용체로 사용하도록 구성된 산소 전극이고, 제2 전극은 전도성 물질로서 금 또는 백금을 포함할 수 있는, 분석물 센서.
- 분석물 운반 유체에서 분석물 데이터를 측정하기 위한, 특히 포도당 데이터 측정을 위해 의료기기에서 사용하기 위하여 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 분석물 센서를 제조하기 위한 방법(300)으로서,
제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 센서 회로를 기판 상에 장착하는 단계(301) - 제1 전극은 작동 전극임 -,
분석물 운반 유체 및/또는 분석물에 불투과성인 멤브레인 물질을 포함하는 적어도 하나의 멤브레인을 적용하는 단계(302); 및
적어도 부분적으로 제1 전극을 적어도 하나의 멤브레인으로 덮는 단계,
예컨대, 드릴링 및/또는 레이저 절제와 같은 절제 공정에 의해 멤브레인 내에 적어도 하나의 개구부를 형성하는 단계, 및 선택적으로
멤브레인 내의 적어도 하나의 개구부를 적어도 부분적으로 분석물 운반 유체에 투과성이고 및/또는 분석물에 투과성인 물질(103)로 충전하는 단계를 포함하는, 방법(300). - 분석물 운반 유체에서 분석물 데이터를 측정하기 위한, 특히 포도당 데이터를 측정하기 위한 의료기기에 사용하기 위한 분석물 센서로서,
작동 전극인 제1 전극(101), 및
제2 전극,
제1 전극과 제2 전극을 운반하는 기판(100)을 포함하고,
제1 전극은 분석물 운반 유체에 불투과성이고 및/또는 분석물에 불투과성인 물질을 포함하고, 제1 전극은 적어도 하나의 개구부를 포함하고, 제1 전극은 적어도 하나의 개구부를 통하여 제1 전극의 전기화학 활성 층에 분석물 운반 유체 및/또는 분석물의 유입을 제어하도록 구성되는, 분석물 센서. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 분석물 센서에 따라 분석물 센서를 동작하기 위한 방법(400)으로서:
제1 전극과 제2 전극 사이에 전압 신호를 적용하는 단계(401),
적어도 하나의 커패시터를 통해 제1 전극과 제2 전극 사이의 전기 신호, 예컨대, 전류를 통합하는 단계(402) - 전기 신호는 분석물 또는 분석물 운반 유체와 제1 전극의 전기화학 반응에 응답하여 생성되고, 상기 통합은 적어도 하나의 커패시터의 충전에 비례하는 전압 신호를 생성함 -,
생성된 전압 신호에 기초하여 분석물 데이터를 측정하는 단계(403)를 포함하는, 방법(400). - 제12항에 있어서, 전극은 개방 회로 모드에서 주기적으로 동작하는, 방법(400).
- 연속 분석물 모니터링 시스템, 예컨대, 연속 포도당 모니터링 시스템으로서,
제1항 내지 제9항 및 제11항 중 어느 한 항에 따른 분석물 센서와, 분석물 센서에 의해 수집된 데이터를 처리하도록 구성된 하나 이상의 프로세서를 포함하는 의료기기를 포함하는, 연속 분석물 모니터링 시스템. - 키트로서,
제1항 내지 제9항 및 제11항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 분석물 센서,
사용자의 피부에 적어도 하나의 분석물 센서를 배치하도록 구성되고 적어도 하나의 분석물 센서가 탈착가능하게 결합될 수 있는 적어도 하나의 장착 유닛, 예컨대, 패치 유닛을 포함하는, 키트.
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