JP2000512762A - 電気化学テスト装置および関連する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 水性流体サンプル中の検体の存在または濃度を求めるための電気化学テスト装置を提供する。この電気化学テスト装置は、非晶質半導体材料製の作業電極および対向電極を具える。作業電極を、検体と反応して、流体サンプル中の検体の濃度と関係しうる測定可能な電位の変化を生じることのできる試薬で被覆する。このテスト装置は、随意に、基準電極上に基準材料を有する非晶質半導体材料製の基準電極を有する。このテスト装置の電極を、可撓性フィルム基板、例えば非導電性コーティングで被覆した高分子フィルムまたは金属箔上に構成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 電気化学テスト装置および関連する方法 発明の背景発明の分野 本発明は、水性流体サンプルおよび体液、例えば全血液中の化学成分および生 物化学成分（検体）の存在または濃度を測定するのに適する、電気化学テスト装 置に関するものである。さらに、本発明は、このようなテスト装置を用いて、検 体の存在または濃度を測定する方法およびこのようなテスト装置を製造する方法 に関するものである。従来技術 医学的研究により、糖尿病から生じる重大な合併症、例えば視力の喪失および 腎臓の機能不全の発生を、血中のグルコースレベルを注意深く制御することによ り、顕著に低減することができることが、例証されている。この結果、数百万人 の糖尿病患者が、グルコーステスト装置を毎日用いて、これらの患者中のグルコ ース濃度の監視を受けている。さらに、種々の他の血液テスト装置が、他の検体 、例えばアルコールまたはコレステロールの、水性サンプル、例えば血中での存 在または濃度を測定するために、用いられている。 このような血液テスト装置においては、代表的には、乾燥化学試薬システムま たは電気化学方法のいずれかが用いられて、流体サンプル中の検体がテストされ ている。近年、電気化学テストシステムは、該システムの寸法が小さく、使用が 容易であるために、ますます一般的になっている。このような電気化学テストシ ステムは、代表的には、電気化学を用いて、水性サンプル中の検体の濃度に対応 する電気的信号を形成する。 多種の電気化学テストシステムおよび関連する方法が、業界において知られて いる。例えば、Birch等による欧州特許第０ ２５５ ２９１ Ｂ１号明細書に は、特に、しかし専らではなく、生物起源、例えば臨床起源の少量の液体サンプ ルについての微量分析テストを実施する目的で、電気化学測定を実施するための 方法および装置が記載されている。 Hill等による欧州特許第０ ３５１ ８９１ Ｂ１号明細書には、プリンティ ングによる電気化学センサーの製造方法が教示されている。このセンサーを用い て、所定の溶解した基質の、溶解した基質の混合物中、最も特定的には体液中の グルコースを検出、測定または監視する。 Cheney II等による米国特許第５，３９１，２５０号明細書には、皮下または 経皮的グルコースを測定するのに用いる、薄膜電気化学センサーを製作する方法 が教示されている。このセンサーの製作は、絶縁材料製の薄膜ベース層を、硬質 の基板上に配置することを含む。センサーの導体素子を、ベース層上に、コンタ クト・マスク写真平版および薄膜被覆層を用いて、形成する。 Diebold等による米国特許第５，４３７，９９９号明細書には、生物学的用途 に適する薄膜電気化学装置を、写真平版を用いて電極領域を決定して製作する方 法が教示されている。前述の特許明細書の各々の開示の内容の全体を、本明細書 中に、参照のために加入する。 電子部品を製作するための材料および方法についての、優れた参考文献は、Ch arles A．Harper，Handbook of Materials and Processes for Electronics，19 84，Library of Congressカード番号76-95803である。この参考文献は、厚膜、 薄膜およびフォトレジストプロセスについての詳細なプロセスの情報を提供する 。 しかし、在来の電気化学テストシステムには、最終的な使用者または製造者の 展望から、若干の制限がある。例えば、若干の電気化学テストシステムは、製造 するのが困難であるかまたは製造するのに費用がかかる。この結果、このような 装置は、例えば糖尿病患者により日常的な基準で用いるには、費用が高すぎる。 他の電気化学テストシステムは、極めて低い濃度の若干の検体を検出するか、ま たは検体の濃度についての信頼性のある測定を与えるには、十分正確であるとは いえない。さらに、多くの電気化学装置は、極めて大きいので、一日を通して規 則的な基準で血液をテストする必要がある患者は、容易に運搬できない。従って 、改善された電気化学テスト装置についての必要性がある。発明の概要 本発明は、非晶質半導体材料と半導体及びプリント回路基板（ＰＣＢ）製造技 術を利用して、水性流体サンプル中の検体の存在又は濃度を求めるのに適した電 気化学テスト装置を提供するものである。非晶質半導体材料とＰＣＢ製造技術と を使用して、巧みに形成された再現性のよい電極領域を有する均一な電気化学テ スト装置を経済的に製造することができる。 特に、本発明のテスト装置は、電気化学テストの変動を少なくする非常に均等 な表面領域を有している。この点に関して、電極の表面領域と試薬の付与の正確 性とが正確なテストを行うのに重要であることが判っている。この表面領域がテ スト毎に一定でないと、正確な読みを保証するようにそれぞれのテスト装置を個 々に較正しなければならない。本発明のテスト装置によれば、各テスト装置を個 々に較正しなくても、非常に少量の水性流体サンプルで非常に正確な電気化学的 検体の測定を行うことができる。本発明は、スパッタリング等の制御された積層 法や化学的機械加工法を用いて、連続生産される各装置が一定のサイズと形状を 持つ結合構造を正確に形成するようにすることによって、テスト装置の正確な再 現を可能にする。非晶質半導体材料のコストが安く且つ可撓性に富んでいること によって、現在用いられている段階的繰り返しプリント法ではなく、連続ロール 処理によってこれらの装置を容易に製造することができる。この装置を製造する のに、連続ロール・コーティング、連続ロール・スパッタリング、コンタクト・ マスクと流通浴を使用する連続写真平版システムを利用した連続プロセスを用い ることができるので、段階的繰り返しプロセスより優れた高い大量生産能力と実 質的なコストの削減が得られる。更に、本発明で組み立てられ、使用される導体 電極は非晶質なので、従来の結晶質又は貴金属の導体及び半導体材料を用いた従 来技術のテスト装置の有する問題点、即ち、製造、流通、使用の際の割れを防ぐ ために平らで丈夫な基板を必要とする問題点が解消する。 乾式電気化学テスト装置は二つの種類に分類される。第１の種類は、作業電極 と対向電極の二つの電極を使用している。第２の種類は、作業電極、対向電極及 び基準電極の三つの電極を使用している。この基準電極と基準材料を使用するこ とにより、テストのための固定された基準が得られる。本発明のテスト装置はい ずれの種類でもよい。 本発明の一つの態様によれば、水性流体サンプル中の検体の存在又は濃度を求 めるための電気化学テスト装置であって、 （ａ）非導電性表面と、 （ｂ）該非導電性表面に固定された非晶質半導体材料からなる作業電極であっ て、第１電極領域、第１リード部及び第１コンタクト・パッドを有する作業電極 と、 （ｃ）前記非導電性表面に固定された非晶質半導体材料からなる対向電極であ って、第２電極領域、第２リード部及び第２コンタクト・パッドを有する対向電 極と、 （ｄ）前記検体と反応して、前記流体サンプル中の検体の濃度に関係しうる測 定可能な電位の変化を生じることのできる試薬であって、前記作業電極の第１電 極領域の少なくとも一部に付与される試薬とを具えた電気化学テスト装置を提供 する。 本発明の別の実施態様においては、このテスト装置は、更に、非導電性表面に 固定された非晶質半導体材料を具えた基準電極を具え、該基準電極は第３電極領 域と、第３リード部と、第３コンタクト・パッドとを具え、前記第３電極領域の 少なくとも一部は基準材料で覆われている。好ましくは、この基準材料は、銀／ 塩化銀の層、水銀／塩化水銀の層又は白金／水素材料である。 本発明のテスト装置に使用される非導電性表面は、セラミック、高分子基板材 料、可撓性高分子シート等の適宜な絶縁性及び誘電性を有する丈夫な又は可撓性 を有する任意の材料で作ることができる。 好ましくは、この非導電性表面を、金属シート材料又はポリエステル、ポリカ ーボネート、ポリイミド等の高分子材料のシート又はフィルムからなる可撓性基 板の一方の面に固定された非導電性のコーティングで構成する。好ましい金属シ ートは、アルミニウム、銅およびステンレス・スチールの箔を含む金属箔である 。アルミニウムとステンレス・スチールの箔が特に好ましい。 この電気化学テスト装置に使用される非導電性コーティングは、エポキシ樹脂 が好ましい。このコーティングの目的は、ベースの材料と導電層との間に非導電 性のバリアを設けると共に、本発明によって非晶質半導体電極が形成される前記 非導電性表面の表面形態の平坦性を改善することにある。非導電層および非晶質 半導体電極の表面形態が良好であると、テスト結果の正確性と性能の一定性が向 上する。 好ましくは、本発明に使用される非晶質半導体材料は非晶質の酸化ケイ素であ る。更に好ましくは、この非晶質酸化ケイ素は、リチウム、カリウム等の導電性 イオンのドーピングによってその導電度が高くなっている。特に、リチウムによ るドーピングが好ましい。しかし、試薬系の電気化学的特性と干渉しない非晶質 炭素、金、銀等の導電性材料でもかまわない。この非晶質半導体材料を、スパッ タリング、蒸発、蒸着等の薄膜形成技術を含む種々の技術で付与して非導電性表 面上に導電層を形成することができ、この技術は電極を形成するのに使用可能で ある。前記材料の付与を制御し、均一な表面形態を与えるプロセスを使用する際 には、厚膜技術も採用可能である。非晶質半導体材料の表面組織は、１３マイク ロインチ即ち０．３３ミクロン未満であることが好ましい。しかし、所望のテス ト装置の正確度に応じて、更に粗い組織も使用できる。 この電気化学テスト装置に使用される試薬は、テスト対象の検体と所望の検出 限界に基づいて選ばれる。この試薬は、酵素とレドックス調整剤を含んでいるこ とが望ましい。検出又は計測対象の検体がグルコースである場合には、酵素はグ ルコース酸化酵素であり、レドックス調整剤はフェロシアン化カリウムであるこ とが望ましい。 本発明の好ましい一実施態様においては、このテスト装置は、更に血液分別隔 膜を具えている。この血液分別隔膜は、分析の前に、全血液サンプルを高度に着 色された比較的澄明な流体部分に分別する。この血液分別隔膜は、赤血球を効果 的に遮断して濾過し基本的に澄明な流体のみをテスト電極まで通過させる。その 結果、検体は電極に接するサンプルの澄明な流体部分内で計測されるので、赤血 球の反応が実質的に防がれ、血液中の血球による干渉を少なくすることができる 。この実施態様は、テスト場所を乾いた状態に維持して、１〜５ミクロライトの 範囲の小さなサンプル・サイズ用に設計されたテスト装置の性能を向上させる付 加的な利点も有する。 本発明の電気化学テスト装置を、水性流体サンプル中の検体の存在又は濃度を 求めるのに使用する。即ち、その方法の一態様において、本発明は水性流体サン プル中の検体の存在又は濃度を求めるための方法を提供し、該方法は、 （ａ）（ｉ）非導電性表面と、(ii)該非導電性表面に固定された非晶質半導体 材料からなる作業電極であって、第１電極領域、第１リード部及び第１コンタク ト・パッドとを有する作業電極と、（iii）前記非導電性表面に固定された非晶 質半導体材料からなる対向電極であって、第２電極領域、第２リード部及び第２ コンタクト・パッドとを有する対向電極と、（iv）前記検体と反応して、前記流 体サンプル中の検体の濃度に関係しうる測定可能な電位の変化を生じることので きる試薬であって、前記作業電極の第１電極領域の少なくとも一部に付着させら れる試薬とを具えた電気化学テスト装置を設け、 （ｂ）該電気化学テスト装置を計量装置内に挿入し、 （ｃ）水性流体のサンプルを前記作業電極の第１電極領域に付与し、 （ｄ）前記計量装置を読み取って前記流体サンプル中の検体の存在又は濃度を 求める各ステップを有する。 別の実施態様においては、この方法で使用するテスト装置は、更に、非導電性 表面に固定された非晶質半導体材料を具えた基準電極を具え、該基準電極は、第 ３電極領域と、第３リード部と、第３コンタクト・パッドとを具え、前記第３電 極領域の少なくとも一部は基準材料で覆われている。好ましくは、この基準材料 は、銀／塩化銀の層、水銀／塩化水銀の層又は白金／水素材料である。特に、銀 ／塩化銀が好ましい基準材料である。 この非導電性表面を、前述のように、適宜な絶縁性及び誘電性を有する丈夫な 又は可撓性を有する任意の材料で作ることができる。好ましくは、この非導電性 表面を、可撓性金属シート材料又は高分子シート材料からなる基板の一方の面に 固定された非導電性のコーティングで構成する。 上述のように、本発明は、非晶質半導体材料とＰＣＢ製造技術を利用して電気 化学テスト装置を提供するものである。前記薄膜又は厚膜形成技術は、本発明の 非晶質半導体材料の導電層と電極を作るのに使用することができる。即ち、本発 明はその一態様において、水性流体サンプル中の検体の存在又は濃度を求めるの に適した電気化学テスト装置を製造するプロセスを提供する。このプロセスは次 のステップからなる。 （ａ）非導電性表面を設け、 （ｂ）該表面上に非晶質半導体材料を積層させて導電層を形成し、 （ｃ）該導電層を化学的に機械加工して、第１電極領域、第１リード部及び第 １コンタクト・パッドを具えた第１電極からなる作業電極を形成し、そして、第 ２電極領域、第２リード部及び第２コンタクト・パッドを具えた第２電極からな る対向電極を形成し、 （ｄ）水性流体サンプル中の検体と反応して前記流体サンプル中の検体の濃度 に関係しうる測定可能な電位の変化を生じることのできる試薬を、作業電極の第 １電極領域の少なくとも一部に付与する。 別の実施例においては、このプロセスのステップ（ｃ）は、更に、第３電極領 域、第３リード部及び第３コンタクト・パッドを具えた第３電極からなる基準電 極を形成するステップを含む。 好ましくは、前記非導電性表面を、好ましくは可撓性金属シート材料又は高分 子シート材料からなる基板の一方の面に非導電性のコーティングを固定すること によって設ける。好適実施例では、前記ステップ（ａ）は、 （ｆ）可撓性基板を設け、 （ｇ）該基板に非導電性コーティングを付与して非導電性表面を形成するステ ップを含む。 別の好適実施態様においては、前記ステップ（ｃ）は、 （ｈ）導電層にフォトレジストを付与して第１フォトレジスト層を形成し、 （ｉ）該第１フォトレジスト層の上に第１現像マスクを位置決めし、 （ｊ）マスクされない第１フォトレジスト層を紫外線に露光して第１のパター ン化されたフォトレジスト領域を形成し、 （ｋ）前記第１現像マスクを除去し、 （ｌ）紫外線に露光されなかった第１フォトレジスト層を現像剤によって除去 して、第１露光導電層を形成し、 （ｍ）前記第１露光導電層を化学的エッチング剤に接触させて、該第１露光導 電層を除去し、 （ｎ）溶剤によって第１パターン化フォトレジスト領域を除去して第２露光導 電層を形成する各ステップを含み、前記第２露光導電領域は、（ｉ）第１電極領 域、第１リード部及び第１コンタクト・パッドを有する第１電極から成る作業電 極と、（ii）第２電極領域、第２リード部及び第２コンタクト・パッドを有する 第２電極から成る対向電極と、随意に（iii）第３電極領域、第３リード部及び 第３コンタクト・パッドを有する第３電極から成る基準電極とを具えている。 更に別の好適実施態様においては、前記ステップ（ｃ）は更に次のステップを 含んでいる。 （ｏ）前記第２露光導電層にフォトレジストを付与して第２フォトレジスト層 を形成し、 （ｐ）前記第２フォトレジストの上に第２現像マスクを位置決めして、前記第 ３電極領域を被覆する前記第２フォトレジスト層をマスクし、 （ｑ）マスクされていない第２フォトレジスト層を紫外線に露光して第２のパ ターン化されたフォトレジスト層を形成し、 （ｒ）前記第２現像マスクを除去し、 （ｓ）紫外線に露光されなかった第２フォトレジスト層を現像剤によって除去 して、前記第３電極領域を露出させ、 （ｔ）前記第３電極領域に基準材料を付与し、 （ｕ）前記第２パターン化フォトレジスト層を溶剤によって除去する。 好ましくは、本発明のテスト装置を製造するのに採用されたこのプロセスは連 続プロセスである。連続ロール・コーティング、連続ロール・スパッタリング、 コンタクト・マスクと流通浴を利用した連続写真平版システム等の連続プロセス を使用してこのテスト装置を製造することができるので、段階的繰り返しプロセ スより優れた大量生産能力と実質的なコスト削減が得られる。図面の簡単な説明 図１Ａ，１Ｂ，１Ｃ及び１Ｄは基板又は非導電性表面からフォトレジストまで の製造プロセスを示す。 図２Ａ，２Ｂ，２Ｃ及び２Ｄは、フォトレジストから溶剤付与によって最終的 な作業電極又は対向電極を製造するまでのプロセスを示す。 図３は、最終的な基準電極を示す。 図４は、作業電極、対向電極、基準電極を有するテスト装置の平面図である。 図５Ａ，５Ｂ及び５Ｃは、血液分別隔膜を具えた図４の装置を示す。発明の詳細な説明 本発明は、非晶質半導体材料と半導体及びプリント回路基板（ＰＣＢ）の製造 技術を利用して水性流体サンプル中の検体の存在又は濃度を求めるのに適した電 気化学テスト装置を提供するものである。非晶質半導体とＰＣＢ製造技術を使用 することによって、巧みに形成された再現性のある電極領域を有する均一な電気 化学テスト装置を経済的に製造することができる。これらの領域は非常に均一な 表面形態を有し、これによってこの電気化学テストの変動を少なくすることがで きる。この表面形態は、電極の表面領域に直接に関連を有する。付与される試薬 の量と濃度は、正確なテストを行うのに重要な要件である。この表面領域が各装 置毎に一定でなければ、製造された各装置を個々に較正してメーターの読みの正 確性を保証する必要がある。本発明のテスト装置は、スパッタリング、蒸着、グ ロー放電法、又は蒸発等の制御された積層法及びプリント回路基板の化学的機械 加工によって表面形態を形成して、テスト装置を正確に再現できるので、非常に 少量の水性流体サンプルで高精度の電気化学的検体計測を行うことが可能になる 。これらの装置は、非晶質半導体材料のコストが安く且つ可撓性に富んでいるの で製造が容易であり、連続製造法による大量生産方式を使用することが可能にな る。 非晶質半導体材料の層又はコーティングを形成するには、スパッタリング、蒸 着、グロー放電法又は蒸発等の薄膜技術が好ましい。これらのプロセスにより、 数ミクロンまでの厚さのコーティングが得られ、このコーティングを表面全体に 均一に形成することができる。必要に応じて、０．００５インチ未満の範囲の更 に厚い層を厚膜技術によって作ることができる。両方の技術とも、均一な表面を 作ることが出来るが、薄膜表面の形態は下地基板の表面粗さによって決められ、 一方、厚膜技術の方は得られる層の構造が厚いので、装置の最終的な表面形態を 変化させることが可能である。 本発明の電気化学テスト装置は少なくとも二つのタイプの電極を採用している 。第１のタイプの電極は「作業電極又は指示電極」と呼ばれ、第２のタイプの電 極は「対向電極又は対面電極」と呼ばれている。これらの電極は、両電極にまた が って検体が付与された場合に、電極間の電位の変化を正確に計測することが可能 である。ここで一方の電極にはその表面に検体と反応する試薬が設けられている 。場合によっては、このテスト装置に基準電極を設けることもできる。この基準 電極によって、固定された基準点に関して電位の正確な計測を行うことが可能に なる。銀／塩化銀、水銀／塩化水銀及び白金／水素の基準電極を含む任意の適宜 な基準電極を使用できる。好ましくは、この基準電極は銀／塩化銀の基準電極で あり、作業電極は基準電極に対して、約＋１ボルト〜−１ボルトの範囲の電位を 有する。本発明に使用するのに適した基準電極は、R.S.C．Cobboldの「生体医学 的計測のための変換器；原理と応用」３４３〜３４９頁（John Wiley & Sons，N ew York発行）にさらに記載されている。 本発明のテスト装置の電極は、可撓性支持材料即ち基板上に支えられているこ とが好ましい。任意の適宜な誘電材料を基板として使用することができる。例え ば、この基板を、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド等の高分子シー ト、フィルム又は箔から成る群から選択することができる。これらの高分子材料 は当該技術では公知であり、市販されている。代表的には、これらの高分子の支 持材料を使用前に約２００〜約２２０°Ｆ（約９０〜１０５℃）の範囲の温度で アニーリングする。このアニーリング処理によって基板は予備的に収縮し、引き 続くプロセスの際の収縮が少なくなる。別の例では、基板は約０．０００５〜０ ．００５インチの範囲の厚さを有する金属箔とすることができる。可撓性の金属 シート材料を使用することができるが、これには誘電性コーティングを付与する 必要がある。好ましい金属シートとしては、アルミニウム、銅、ステンレス・ス チール箔等の金属箔が挙げられる。特に、アルミニウム及びステンレス・スチー ルの箔が好ましい。 本発明において採用する基板は、それがセラミック、高分子又は金属のいずれ であっても、さらに使用する前に表面コーティング材料で被覆して該基板の表面 形態を改善することが望ましい。好適な表面コーティング材料としては、例えば インキ、ペンキ、クレーをベースとしたコーティング材料及びエポキシ樹脂等が 挙げられる。金属箔を基板として使用する場合には、表面コーティングはエポキ シ・コーティングであることが望ましい。好適なエポキシ樹脂は高い耐熱性を有 するものであり、その例としては無水エポキシ（Dicy）、フェノールエポキシ樹 脂、Conat，Inc．から入手可能なポリアミドエポキシ樹脂（例えば、VERSAMIDES ）等が挙げられる。 表面コーティング材料を、従来からあるロール・コーティング、ナイフ・オー バー・ロール、スロット・コーティング、リバース・ロール、リップ・コーティ ング、スピン・コーティング、その他のコーティング法又は技術によって基板に 付与することができ、これにより、基板の表面のくぼみを埋めるのに充分な表面 コーティング材料の薄い層が形成される。好ましくは、この表面コーティング材 料を、表面コーティングが約０．００５インチ未満の厚さとなるように基板に付 与する。表面形態の変動を少なくすることによって表面の平滑性を改善すると共 に、この表面コーティングは導電層と基板との結合性を高め、基板と表面コーテ ィング材料の上に形成された電極との間に非導電層を設ける。 次に、コーティングされた基板上に、半導体及びプリント回路基板製造技術を 用いて電極を設ける。代表的には、コーティングされた基板上に先ず導電層を積 層又は付与する。この導電層は非晶質酸化ケイ素、非晶質炭素、金又は銀等の非 晶質半導体材料からなる。スパッタリングの際にスパッタリング・チャンバ内に 少量のヘリウムガスを入れることによって非晶質金属を形成することができる。 この材料は当該技術においては周知である。例えば、好適な非晶質半導体フィル ムの形成については、Ovshinskyの米国特許第4,226,898号明細書に記載されてお り、同出願の開示内容全体を参照のために本明細書中に加入する。 好ましくは、本発明において用いる非晶質半導体材料に、リチウム、カリウム 等の導電性イオンをドーピングしてその導電性を高める。Ovshinskyの米国特許 第3,983,076号及び同第4,178,415号明細書には、非晶質半導体材料に種々の化合 物を添加してその導電性を高めるのに適する方法が記載されている。これらの特 許の内容を、参照のために本明細書中に加入する。 非晶質半導体材料を非導電性コーティング又は基板上に積層して、約０．００ ５インチ未満の厚さ、更に好ましくは約１〜約５ミクロンの範囲内の厚さを有す る導電層を形成することが望ましい。非晶質半導体材料は、スパッタリング、蒸 着、グロー放電積層法、蒸発等の、導電層を形成するための公知の任意の方法を 用いて非導電性コーティング又は基板に付与される。電気メッキ、厚膜積層法、 ロール転写法等の他の積層技術も採用することができる。薄膜はスパッタリング 、蒸発、蒸着、グロー放電等の薄膜積層法によって最良に得られ、一方、厚膜は 電気メッキ、厚膜積層法、ロール転写等の厚膜積層技術を用いて最良に形成され る。Charles A．Harperの「エレクトロニクスのための材料とプロセスのハンド ブック１９８４」（Library of Congress card number 76-95803）には、第１１ 章に薄膜を形成する種々の方法が、第１２章には種々の厚膜のプロセスが記載さ れ、そして第１４章にはフォトレジスト処理について述べられている。 非晶質半導体材料を蒸着又はスパッタリング技術を用いて積層することが望ま しい。特に好ましい実施態様においては、非晶質半導体材料を、共真空蒸着(cov acuum deposition)や共スパッタリング(cosputtering)等によって非晶質半導体 材料とドーピング材料とを共に積層することによって形成する。共スパッタリン グは、ULVAX Vacuum Systemsから入手可能な従来型のｒ．ｆ．スパッタリング・ システムによって行うことができる。このプロセスでは、カソード又はターゲッ トa標準のアルミニウム・ベーキング・プレートに接合し、これを半導体材料で 作って積層する。またドーピング材料片をカソード又はターゲットに固定する。 この非晶質半導体材料とドーピング材料とが蒸着される基板を、３ 1/3インチの 直径のカソードの場合にはターゲットから約３．５cm離れて設置されたホルダに よって担持するか、又は連続的にターゲットのそばを通過する。 スパッタリング装置を、最初に約６×１０^-6torrより少し低い減圧まで排気し て、背景となる減圧を提供する。アルゴンを装置に導入してピラニ(Pirani)真空 計上の読みで約５×１０^-3torrの作業圧力を提供し、装置内の実際の減圧は約７ ×１０^-3torrになる。カソード又はターゲットの表面及びドーピング材料片を、 基板に隣接する装置のシャッターに対して約３０分間のスパッタリングを行うこ とによって先ず清掃する。その後、シャッターを開き、ターゲットの半導体材料 とターゲット上のドーピング材料片を非導電性コーティング又は基板上に共スパ ッタリングする。カソード又はターゲット及び基板のホルダを共に水で冷却し、 スパッタリング作業の際にその温度が例えば約５０℃程度の低温になるようにす る。装置のｒ．ｆ．電力は約１３．５６メガヘルツの周波数および約１０００ボ ルトの順電力を有することができ、３．５インチの直径のカソード又はターゲッ トの場合には約５０〜７０ワットを使用する。 蒸着速度はスパッタリングされる材料に依存し、蒸着時間は所望の積層厚さを 得るために変化する。ドーピング材料を有する同時に蒸着される非晶質半導体フ ィルムの厚さは、非晶質半導体フィルムが使用される用途に応じて数百Åから約 ５μｍの範囲で変わりうる。非晶質半導体材料を、非晶質の形で非導電性コーテ ィング又は基板上に積層する。 非晶質半導体材料に均質に導入されるドーピング材料の量は、カソード又はタ ーゲットの半導体材料に付与されるドーピング材料片の面積によってほぼ決まる 。非晶質半導体材料に添加される改質剤の所望の割合を、適宜に制御することが できる。ここで一般的に述べられているように、共スパッタリングを利用するこ とによって、ドーピング材料を実質的に均質に半導体材料中に導入して、本発明 の利点が得られる。 好ましくは、非晶質半導体材料を、公知の連続プロセスを用いて連続的に非導 電性コーティング又は基板に付与する。この連続プロセスは、例えば、Rockstad の米国特許第3,983,076号明細書及びOvshinskyの米国特許第3,271,591号及び同 第4,178,415号明細書等に開示されており、これらの出願の全内容を本明細書中 に参照のため加入する。本発明のテスト装置を製造するのに、連続ロール・コー ティング、連続ロール・スパッタリング、コンタクト・マスクと流通浴を用いた 連続写真平版システムを用いる連続プロセス等の連続プロセスを使用できるので 、従来の段階的繰り返しプロセスより大量生産能力が高くなり、コストが大幅に 低下する。このような連続プロセスに適した装置は、日本のUlvac VacuumSystem で作られている。 非晶質半導体材料を非導電性コーティング又は基板上に積層した後、公知の写 真平版技術またはその他の電子回路製造技術を使用して、電極を形成する。代表 的なプロセスでは、最初のステップにおいて導電層にフォトレジスト材料を付与 し、乾燥する。ネガ及びポジの両方のフォトレジスト材料を含む任意の適宜なフ ォトレジスト材料を使用することができる。好ましい材料は、Dupontから「Resi ston」の商品名で入手可能なネガの半水性レジストである。 次に現像マスクをこのフォトレジスト層の上に位置決めする。このマスクは接 触タイプまたは非接触タイプのいずれでもよい。本発明による電極の形状、導体 ライン、コンタクト・パッド等を形成するのに使用することができるパターニン グおよびマスキングは、機械的マスク、コンタクト・マスク等を含むことができ 、更にその他の有用な方法、例えば前述の「エレクトロニクスのための材料とプ ロセスのハンドブック」の第１４章に開示されているもの等が挙げられる。電極 の形状の切り抜き部分を有する現像マスクは、露出するフォトレジスト層の一部 を残すフォトレジスト層の部分のみを被覆する。被覆されていない即ち露出して いるフォトレジスト層に、次に紫外線（ＵＶ）を照射する。紫外線への露光によ って、フォトレジスト材料は現像液に対して不溶性となる。ＵＶ照射され不溶性 になったフォトレジスト材料を、「パターン化されたフォトレジスト」と呼ぶ。 次に現像マスクを除去し、フォトレジスト層を現像剤に接触させて、以前に現像 マスクによって被覆されていたフォトレジスト材料を除去する。このステップで 使用される現像剤は、採用された特定のフォトレジスト材料によって異なる。代 表的に、特定のフォトレジストと共に使用するのに適した現像剤は、レジスト材 料のメーカーによって指定されている。「Resiston」をフォトレジストとして使 用する場合には、Dupontによって推奨されている現像剤／溶剤を採用し、推奨さ れている手順に基づいて注意深く作業する必要がある。Shipleyの「AZ-11」等の 他のフォトレジストを選択する場合には、露光されなかったフォトレジストを除 去するためには別の現像剤を使用するであろう。 次に化学的エッチング剤を使用して、フォトレジスト材料によってもはや保護 されていない導電層を除去する。この化学的エッチング剤は、残っている露光さ れた不溶性のフォトレジスト層によって尚保護されている導電性材料は除去しな い。好ましい化学的エッチング剤は、フッ化水素酸（ＨＦ）又はフッ化アンモニ ウム／フッ化水素酸(NH₄F-HF)混合物である。次に、電極を規定するパターン化 されたフォトレジスト領域に溶剤を適用して、パターン化されたフォトレジスト 層を除去する。フォトレジスト層を除去するのに適した溶剤としては、例えば、 硫酸／ジクロメート又はアンモニア／過酸化水素等が挙げられる。溶剤による処 理によって、非晶質半導体電極の表面が露出する。各電極は三つの領域を具えて いる。即ち、コンタクト・パッド領域、リード部領域および電極領域である。好 ましくは、電極が露出した後に、エポキシ樹脂材料をリード部に付与することに よって各電極のリード部を絶縁する。 第３電極が存在している場合には、必要に応じて適宜な基準材料を付与するこ とによってこれを基準電極に変換する。好ましい基準材料には、銀／塩化銀、水 銀／塩化水銀及び白金／水素が含まれる。これらの材料を、前述の任意の薄膜積 層技術によって基準電極の第３電極領域に付与することができる。 特に好ましい基準材料は銀／塩化銀である。各装置毎に変わることのない一定 の結果が得られるように、銀／塩化銀層が製造される各装置において実質的に同 じ表面積を被覆するように、銀／塩化銀層を付与しなければならない。好ましく は、これを前述のように写真平版技術を用いて行って、現像後に電極の正確な領 域を露出させる。次に銀の薄い層を露出された領域上に積層する。これを好まし くはスパッタリングまたはその他の均一な薄膜付与方法によって行う。この銀層 は約０．００１インチ未満、一層好ましくは約１〜約５ミクロンの厚さであるの が好ましい。別のやり方としては、パッド・プリンティング、インク・ジェット 法、転写ロール・プリンティングまたは同様の技術を用いて、銀層を基準電極の 電極領域に付与することもできる。次に、この銀層をFeCl₃溶液に接触せしめて 銀表面を塩化銀に転化し、これにより銀／塩化銀層が得られる。次に溶剤によっ てフォトレジストを除去して、基準電極の形成が完了する。 次に、適宜な試薬を作業電極に付与することによって電気化学テスト装置が完 成する。種々の検体の存在や濃度を求めるのに適した試薬は、当該技術において 周知であり、後に更に詳述する。電極を製造するための好ましいプロセス 前述のように、本発明の電気化学テスト装置のための電極を、非晶質半導体材 料と半導体及びプリント回路基板製造技術を用いて製造する。好ましくは、この 電極を連続方式で形成する。本発明に使用するのに適した電極を製造するための 好ましいプロセスを、図１〜５に示す。 断面図１Ａに示すように、０．００５インチの厚さのアルミニウム箔の薄い支 持材料１を使用する。 図１Ｂに示す断面図は、Hiranoから入手可能なリップ・コーターを使用してエ ポキシ２でコーティングした後の基板を示す。このエポキシ２の厚さは０．００ １〜０．００５インチの範囲にある。このエポキシをプロセスの次のステップに 進む前に充分に乾燥する。 図１Ｃに示す断面図は、スパッタリング装置内にある支持材料１とエポキシ２ とで形成された基板を示し、このスパッタリング装置において非晶質の酸化ケイ 素層５をエポキシ２に付与する。ターゲット３とプラズマ４が、約０．００５イ ンチ未満、好ましくは１〜５ミクロンの範囲の厚さを有する非晶質ケイ素層５を 形成する。 非晶質ケイ素層５を付与した後に、断面図１Ｄに示されているように、フォト レジスト層６をこの複合体に付与する。Dupontから入手可能な適切なネガの半水 性レジストである「Resiston」が本発明に使用するのに適している。このレジス トをホットロール積層プロセスによって付与する。 断面図２Ａに示すように、所望の電極と回路のラインのための選ばれた切り抜 きパターンを有するフォトマスク７と紫外線８とを複合体に適用し、これを、Du pontの製造指令書に示されているようにベーキングする。紫外線に露光されたこ のフォトレジストは、ここでは現像剤に対して不溶解性となる。 断面図２Ｂに示す複合体は、現像剤で処理した後に非晶質酸化ケイ素層５の一 部が露出した状態にある。次にこの複合体全体を化学的エッチング剤の浴に入れ 、図２Ｂに示された非晶質ケイ素層５の露出領域を除去する。 断面図２Ｃに示すように、化学的エッチング剤の浴は不要な非晶質酸化ケイ素 層５を除去して、支持材料１、エポキシ２、非晶質酸化ケイ素５の選択された領 域、及びフォトレジスト６からなる複合体を残す。このエッチング剤はフォトレ ジスト層６で被覆された非晶質ケイ素層５の領域を溶解することはできない。 断面図２Ｄに示すように、次に、活性化された即ちパターン化されたフォトレ ジスト層６を溶剤の付与によって除去して、非晶質ケイ素層５を露出させ、所望 の電極及び導体ラインをエポキシ２の上に残す。 断面図３は、銀／塩化銀材料の層９を付与した後の基準電極２１を示す。銀／ 塩化銀の層を精密に付与することが非常に重要であり、表面領域が一定になり、 各装置毎に変わらないように制御する必要がある。このことを達成するには、前 述のステップと同様にフォトレジストを付与して電極を処理し、現像後に図４に 示すように基準電極２１のみが露出するようにする。この部分を、次に、非晶質 酸化ケイ素５によって形成された基準電極２１の上に厚さ０．００１インチ未満 の薄い銀の層をスパッタリングする。この銀の好ましい厚さは１〜５ミクロンの 範囲にある。このシステムが制御されていて且つ表面形態が変わらなければ、更 に薄い導体を使用することができる。この部分を次にFeCl₃で処理して、銀の表 面を塩化銀９に転化する。 図４の平面図は、コンタクト・パッド１５、リード部１８及び作業電極２０、 基準電極２１及び対向電極２３を含む電極を形成する露出された非晶質ケイ素層 ５を示す。リード線１８を、次にエポキシ２２の付与によって絶縁する。基準電 極２１に銀／塩化銀の層を付与した後に、試薬１０を作業電極２０に付与する。 平面図５Ａは、本発明の血液分別隔膜３０を用いた好適実施態様を示す。この 隔膜３０は赤血球を遮断または濾過するように構成されたスキン面３１とこれと 反対側の非スキン面３７とを有することが好ましい。断面図５Ｂは、スキン面が 血液サンプル３２を受け入れることができるように隔膜３０のスキン面３１を適 用した状態を示す。斜視図５Ｃは、隔膜３０を型押し加工してハンドル又はカバ ー３６に孔３４を形成している状態を示す。このハンドル３６は、ＰＥＴ、ポリ スチレンまたはアクリル等の任意の適宜な誘電材料製であり、隔膜と同一の厚さ である必要がある。この隔膜を、ハンドル３６の下側からハンドル３６に接着す ると共に、図５Ｂに示すように、接着剤３８を用いてリード線１８を絶縁するエ ポキシ層２２に接着する。図５Ｃに示すように隔膜の付与に先立って、隔膜３０ に分離剤をしみ込ませて乾燥する。この実施態様では、隔膜３０のスキン面３１ と反対側の面３７は、図５Ａに示すように電極２０、２１および２３と連通して いる。これら二つの層間の連通を確実なものにするために、製造の際の組立プロ セスにおいて、隔膜３０のスキン面３１に機械的圧力を加えて両層同士を押し付 け合い、両者が図５Ｂに示すように互いに接触するようにしている。試薬 種々の種類の分析センサー試薬または電気化学センサー試薬を、電極に付与す ることができる。機能的な電気化学テスト装置を製作するために、試薬の化学的 性質を、テストするべき検体および所望の検出限界に基づいて選択する必要があ る。好ましくは、試薬を、特定の電極上に付与して、均一な量を各センサーにつ いて付与し、試薬を、適切な電極上に均一に付与するようにする。試薬を、すベ ての従来の方法、例えばスクリーン・プリンティング、インクジェット・プリン ティングあるいはＩＶＥＫポンプまたは一定であり均一な容積の試薬を放出する ことができる、すべての他のドロップ・オン・デマンド(drop on demand)システ ムを用いて、付与することができる。 被覆した特定の電極は、用いる特定の試薬に依存する。代表的に、試薬を作業 電極に付与するが、若干の場合においては他の電極に付与することができる。試 薬を適切な電極上に付与した後、該電極を代表的には乾燥する。その後、テスト 装置を用いる際に、水性流体、例えば血液のテストサンプルを、試薬と再水和さ せ、電圧を、メーターにより採用されうる電流測定値から電極に印加する。 本発明において用いるのに適する試薬配合物の一例を、以下に記載する。この 試薬を用いて、水性流体サンプル中のグルコースの存在または濃度を測定するこ とができる。好ましくは、この試薬配合物を、対向電極２０、作業電極２３およ び基準電極２１を有する電気化学センサーと共に用いる。 試薬配合物 物質 量／濃度 ２−（Ｎ−モルホリノ）エタンスルホン酸 １００ミリモル（ｍＭ） （ＭＥＳ緩衝液） トライトン Ｘ−１００ ０．０８％ 重量／重量 ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）分子量１０Ｋ １．００％ 重量／重量 ８８％加水分解 米国特許第5,437,999号明細書に記載された、 ６．２ｍＭ 還元されたイミダゾールオスミウム調整剤 グルコース酸化酵素 ６０００ユニット／ｍＬ 前述の試薬配合物は、次の手順を用いて製造することができる： （ａ）１．９５２ｇのＭＥＳ緩衝液を、８５ｍＬのナノグレード(nanograde)水 に加える。この混合物を、成分が溶解するまでかきまぜる。溶液のｐＨを、Ｎａ ＯＨで５．５に調整する。溶液の容積を、次に、１００ｍＬの最終緩衝溶液とす る。 （ｂ）０．０８ｇのトライトン Ｘ−１００および１ｇのＰＶＡを、すべての成 分を収容することができるビーカー（例えば２００ｍＬのビーカー）に加える。 緩衝溶液を加えて、合計の溶液の重量を１００ｇとする。この混合物を加熱して 沸騰させ、かきまぜて、ＰＶＡを溶解させる。 （ｃ）４．０ｍｇの還元オスミウム調整剤を、前述のステップ（ｂ）からの溶液 １ｍＬに加える。この混合物をかきまぜて、調整剤を溶解させる。 （ｄ）この混合物を放置して、室温まで冷却する。 （ｅ）６０００ユニットのグルコース酸化酵素を加え、混合物を、酵素が溶解す るまで混合する。 前述の試薬配合物を用いて、水性流体サンプル中のグルコースの存在または濃 度を測定することができる。当業者には明らかなように、他の試薬配合物を用い て、種々の検体をアッセイすることができる。このような試薬配合物は、業界に おいて十分知られている。代表的に、このような試薬配合物は、所望の検体と特 定的に反応して、測定可能な電気化学信号を形成するように、つくられている。 理論に限定されずに、前述の例の試薬配合物においては、グルコースは、酵素 およびレドックス調整剤を導入することにより、無酸素的に酸化または還元され ると考えられている。このようなシステムは、時々電流測定バイオセンサーと呼 ばれる。電流測定法は、作業電極に対する定常的な印加電圧における電流測定を 意味する。このようなシステムにおいて、流れる電流は、物体の輸送により制限 される。従って、電流は、バルクグルコース濃度に比例する。検体、酵素および 調整剤は、調整剤が還元される（少なくとも１つの電子を受容する）か、または 酸化される（少なくとも１つの電子を供与する）反応に、関与する。グルコース 反応は、グルコース酸化酵素が酸化され、調整剤が還元される際に、終了する。 次に、調整剤は、作業電極の表面において、印加される電位差により酸化される 。 システムにおけるアンペア数の変化は、レドックス調整剤の酸化形態／還元形態 の比率の変化の結果、生じる。アンペア数の変化は、テストサンプル中のグルコ ースの検出または測定に直接相関する。 種々の酵素を、本発明において用いる試薬配合物において用いることができる 。用いられる特定の酵素は、検出または測定するべき検体によって変化する。好 ましい酵素には、グルコース酸化酵素、グルコース脱水素酵素、コレステロール エステラーゼおよびアルコール酸化酵素が含まれる。用いられる酵素の量は、一 般的に、試薬配合物１リットルあたり約５０万〜約３００万ユニットの範囲内の 酵素である。 また、試薬配合物は、代表的に、レドックス調整剤を含む。レドックス調整剤 は、一般的には、用いる酵素と相溶性であるように選択し、レドックス調整剤と 酵素との組み合わせは、業界において十分知られている。好適なレドックス調整 剤には、例えば、フェリシアン化カリウムおよびフェロセン誘導体、例えば１， １’−ジメチルフェロセンが含まれる。試薬配合物中の用いるレドックス調整剤 の量は、代表的には、約０．１５Ｍ〜約０．７Ｍの範囲内である。本発明におい て用いるのに適する追加の調整剤には、メチレンブルー、ｐ−ベンゾキノン、チ オニン、２，６−ジクロロインドフェノール、ガロシアニン、インドフェノール 、ポリビオロゲン、オスミウムビス（２，２’−ビピリジン）二塩酸塩およびリ ボフラビン−５’−ホスフェートエステルが含まれる。随意に、これらの調整剤 を、マトリックス、例えばポリマー中に、業界において十分知られている方法を 用いて、化学的に結合させるかまたは混入させることができる。 本発明において用いるのに適する酵素／調整剤の組み合わせの例には、次のも のがあるが、これらには限定されない： 検体 酵素 調整剤 グルコース グルコース脱水素酵素 フェリシアン化物 グルコース グルコース酸化酵素 テトラシアノキノジメタン コレステロール コレステロールエステラーゼ フェリシアン化物 アルコール アルコール酸化酵素 フェニレンジアミン 好ましい試薬化学は、調整剤としてフェリシアン化カリウムを用いる。 酵素およびレドックス調整剤に加えて、電極上の試薬層は、さらに緩衝液、安 定剤、分散剤、増粘剤または界面活性剤を含むのが好ましい。これらの物質は、 代表的には、試薬の検体との反応を最適にする量で用いる。以下に示すこれらの 成分の濃度範囲は、これが、電極表面上で乾燥する前の試薬配合物についてのも のである。 緩衝液を、試薬配合物中で用いて、酵素が機能するのに満足なｐＨを提供する のが好ましい。用いる緩衝液は、レドックス調整剤の還元された形態よりも高い 酸化電位を有する必要がある。本発明において用いるのに好ましい緩衝液は、約 ０．１Ｍ〜約０．５Ｍの範囲内の濃度を有するリン酸緩衝液である。他の好適な 緩衝液には、ＢＥＳ，ＢＩＣＩＮＥ，ＣＡＰＳ，ＥＰＰＳ，ＨＥＰＥＳ，ＭＥＳ ，ＭＯＰＳ，ＰＩＰＥＳ，ＴＡＰＳ，ＴＥＳおよびＴＲＩＣＩＮＥ緩衝液（集合 的に「ＧＯＯＤ」緩衝液として知られている）、クエン酸塩、ＴＲＩＳ緩衝液等 が含まれる。「ＧＯＯＤ」緩衝液およびＴＲＩＳ緩衝液は、Sigma-Aldrich社（ 米国ミズーリ州セントルイス所在）から市場で入手できる。 また、安定剤を、試薬配合物中で用いて、酵素を安定化することができる。用 いる酵素がグルコース酸化酵素である場合には、好ましい安定剤は約０．０１〜 ４．０重量％の範囲内の濃度のグルタミン酸カリウムである。他の好適な安定剤 には、コハク酸塩、アスパラギン酸塩、ブルーデキストラン等が含まれる。 さらに、分散剤を、試薬配合物中で用いて、レドックス調整剤の分散を高め、 レドックス調整剤の再結晶を防止することができる。好適な分散剤には、微結晶 質セルロース、デキストラン、キチン等が含まれる。代表的に、分散剤を、試薬 配合物中で、約１．０〜約４．５重量％の範囲内の量で用いる。好ましい分散剤 には、ＡＶＩＣＥＬ ＲＣ−５９１（ＦＭＣ社から入手できる微結晶質セルロー ス）およびＮＡＴＲＯＳＯＬ−２５０Ｍ（Aqualonから入手できる微結晶質ヒド ロキシエチルセルロース）が含まれるが、これらには限定されない。 また、増粘剤を試薬配合物中で用いて、試薬を電極表面に保持することができ る。好適な増粘剤には、水溶性ポリマー、例えばポリビニルピロリドンが含まれ る。 さらに、界面活性剤を試薬配合物に加えて、電極表面の迅速かつ全体的な湿潤 を促進することができる。好ましくは、試薬配合物は、非イオン系界面活性剤を 、約０．０１〜０．３重量％の範囲内の量で含む。好ましい界面活性剤は、Sigm a-Aldrich社から入手できるトライトンＸ−１００である。血液分別隔膜の使用 本発明の電気化学テスト装置を用いて、血液サンプル中の検体の存在を決定す るかまたは検体の濃度を測定することができる。好ましい実施態様において、本 発明の電気化学テスト装置はさらに、全血液サンプルを、分析前に高度に着色さ れ、比較的透明な流体部分に分別する分別隔膜を含む。この結果、検体は、電極 に接触する透明な流体の部分において測定され、これにより、反応から赤血球が ほとんど除去される。 全血液を、分別剤で処理し、乾燥した、ポリエーテルスルホン膜、例えばゲル マン(Gelman)P/N 200D等の小片を用いて分別することができる。このような膜は 、係属中の米国特許出願、発明の名称「Methods and Devices for Determinatio n of an Analyte in a Body Fluid」、出願第08/628,489号、1996年4月5日出願 の明細書中に記載されており、この開示の内容の全体を、参照のために本明細書 中に加入する。この膜と共に用いるのに適する分別剤には、ポリビニルスルホン 酸（ＰＶＳＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリスチレンスルホン酸 （ＰＳＳＡ）、ヒドロキシプロピルセルロース(クルーセル(Klucel)（商標）− ＥＦとして市場で入手できる)、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニル ピロリドン（ＰＶＰ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、水溶性塩、クエン酸塩、ギ 酸塩、硫酸塩、アミノ酸、キトサン（アミノ糖）、クエン酸、フィチン酸、リン ゴ酸等が含まれるが、これらには限定されない。このような物質は、Kiser等に よる米国特許第5,306,623号明細書中に一層詳細に記載されており、この出願の 開示内容の全体を、参照のために本明細書中に加入する。電気化学テスト装置の使用 本発明の電気化学テスト装置の使用を例示するために、以下にグルコースアッ セイを記載する。しかし、適切な試薬を選択することにより、他の検体を、これ らの手順を用いて測定することができることを、理解するべきである。 電気化学テスト装置の電極を、前述のようにして製造し、作業電極を、前述の 試薬配合物１．０μＬで被覆し、乾燥する。 次に、テスト手順を開始する前に、電気化学テスト装置を、メーター中に挿入 する。テスト装置コンタクト１５（図５Ａに示す）とインターフェースで連結さ れているコンタクトを有する、すべての好適なメーター装置を、用いることがで きる。このようなメーター装置は、業界において十分知られている。このメータ ーは、一般的に、測定回路を備え、電流測定値に対するアルゴリズムを適用し、 これにより検体レベルを提供し、視覚的に表示するように適合されている。好適 な電源およびメーターの例は、Parks等による米国特許第4,963,814号、同第4,99 9,632号および同第4,999,582号明細書、White等による米国特許第5,243,516号明 細書並びにHill等による欧州特許第89116797.5号明細書中に見いだすことができ る。これらの特許明細書の開示内容の全体を、本明細書中に、参照のために加入 する。 次に、少量の血液または他の水性流体のサンプルを、テスト装置に適用する。 電流を、サンプルを適用した約１０〜約３０秒後に測定する。電流を、作業電極 と対向電極との間のメーターにより読み取り、随意に、存在する場合には、基準 電極と比較する。次に、メーターに、電極測定値に対するアルゴリズムを適用し 、測定値を検体濃度に変換する。この検体レベルを、メーターにおいて視覚的に 表示する。 前述の記載から、本発明の電気化学テスト装置、プロセスおよび方法における 種々の修正および変更が、当業者には可能である。添付した請求の範囲内にある このような修正はすべて、本出願中に包含されるものとする。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ， ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ (72)発明者 ルー ジェフリー エヌ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94583 サン ラモン ヴェラクルツ ド ライヴ 3212 (72)発明者 プリースト ジョン エイチ アメリカ合衆国 ワシントン州 98203 エヴェレット パナビュー ブールヴァー ド 2921

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．水性流体サンプル中の検体の存在または濃度を求めるための電気化学テスト 装置であって、前記電気化学テスト装置が、 （ａ）非導電性表面と、 （ｂ）該非導電性表面に固定された非晶質半導体材料からなる作業電極であ って、第１電極領域、第１リード部および第１コンタクト・パッドとを有する 作業電極と、 （ｃ）前記非導電性表面に固定された非晶質半導体材料からなる対向電極で あって、第２電極領域、第２リード部および第２コンタクト・パッドとを有す る対向電極と、 （ｄ）前記検体と反応して、前記流体サンプル中の検体の存在または濃度に 関係しうる測定可能な電位の変化を生じることのできる試薬であって、前記作 業電極の第１電極領域の少なくとも一部に付与される試薬とを具えたことを特 徴とする、電気化学テスト装置。 ２．前記装置が、さらに、非導電性表面に固定された非晶質半導体材料からなる 基準電極を具え、該基準電極が、第３電極領域、第３リード部および第３コン タクト・パッドを有し、前記第３電極領域の少なくとも一部は基準材料で覆わ れていることを特徴とする、請求の範囲第１項記載の電気化学テスト装置。 ３．前記基準材料が、銀／塩化銀であることを特徴とする、請求の範囲第２項記 載の電気化学テスト装置。 ４．非導電性表面が、可撓性金属材料の一方の面に固定された非導電性コーティ ングを有することを特徴とする、請求の範囲第１項記載の電気化学テスト装置 。 ５．非導電性表面が、可撓性高分子シート材料または可撓性高分子シート材料の 一方の面に固定された非導電性コーティングを有することを特徴とする、請求 の範囲第１項記載の電気化学テスト装置。 ６．高分子シート材料が、ポリエステル、ポリカーボネートおよびポリイミドか ら成る群から選択されていることを特徴とする、請求の範囲第５項記載の電気 化学テスト装置。 ７．非導電性コーティングが、エポキシ樹脂であることを特徴とする、請求の範 囲第４項記載の電気化学テスト装置。 ８．非晶質半導体材料が、非晶質酸化ケイ素であることを特徴とする、請求の範 囲第１項記載の電気化学テスト装置。 ９．非晶質酸化ケイ素にイオンをドーピングして、導電性を高めたことを特徴と する、請求の範囲第８項記載の電気化学テスト装置。 １０．非晶質酸化ケイ素に、リチウムをドーピングしたことを特徴とする、請求 の範囲第９項記載の電気化学テスト装置。 １１．非晶質半導体材料が、金であることを特徴とする、請求の範囲第１項記載 の電気化学装置。 １２．非晶質半導体材料が、銀であることを特徴とする、請求の範囲第１項記載 の電気化学装置。 １３．試薬が、酵素およびレドックス調整剤を含むことを特徴とする、請求の範 囲第１項記載の電気化学テスト装置。 １４．酵素が、グルコース酸化酵素であることを特徴とする、請求の範囲第１３ 項記載の電気化学テスト装置。 １５．レドックス調整剤が、フェリシアン化カリウムであることを特徴とする、 請求の範囲第１４項記載の電気化学テスト装置。 １６．電気化学テスト装置がさらに、血液分別隔膜を有することを特徴とする、 請求の範囲第１項記載の電気化学テスト装置。 １７．水性流体サンプル中の検体の存在または濃度を求めるための方法であって 、該方法が、 （ａ）（ｉ）非導電性表面と、(ii)該非導電性表面に固定された非晶質半導 体材料からなる作業電極であって、第１電極領域、第１リード部および第１コ ンタクト・パッドとを有する作業電極と、（iii）前記非導電性表面に固定さ れた非晶質半導体材料からなる対向電極であって、第２電極領域、第２リード 部および第２コンタクト・パッドとを有する対向電極と、(iv)前記検体と反応 して、前記流体サンプル中の検体の存在または濃度に関係しうる測定可能な電 位の変化を生じることのできる試薬であって、前記作業電極の第１電極領域の 少 なくとも一部に付与される試薬とを具えた電気化学テスト装置を設け、 （ｂ）該電気化学テスト装置を計量装置内に挿入し、 （ｃ）水性流体のサンプルを前記作業電極の第１電極領域に付与し、 （ｄ）前記計量装置を読み取って前記流体サンプル中の検体の存在または濃 度を求める各ステップを有することを特徴とする、水性流体サンプル中の検体 の存在または濃度を求めるための方法。 １８．電気化学テスト装置が、さらに、非導電性表面に固定された非晶質半導体 材料からなる基準電極を具え、該基準電極が、第３電極領域、第３リード部お よび第３コンタクト・パッドとを有し、前記第３電極領域の少なくとも一部を 基準材料で覆うことを特徴とする、請求の範囲第１７項記載の方法。 １９．前記基準材料が、銀／塩化銀であることを特徴とする、請求の範囲第１８ 項記載の方法。 ２０．非導電性表面が、可撓性金属材料の一方の面に固定された非導電性コーテ ィングを有することを特徴とする、請求の範囲第１７項記載の方法。 ２１．非導電性表面が、可撓性高分子シート材料または可撓性高分子シート材料 の一方の面に固定された非導電性コーティングを有することを特徴とする、請 求の範囲第２０項記載の方法。 ２２．高分子シート材料を、ポリエステル、ポリカーボネートおよびポリイミド から成る群から選択することを特徴とする、請求の範囲第２１項記載の方法。 ２３．非導電性表面コーティングが、エポキシ樹脂であることを特徴とする、請 求の範囲第２０項記載の方法。 ２４．非晶質半導体材料が、非晶質酸化ケイ素であることを特徴とする、請求の 範囲第１７項記載の方法。 ２５．非晶質酸化ケイ素にイオンをドーピングして、導電性を高めることを特徴 とする、請求の範囲第２４項記載の方法。 ２６．非晶質酸化ケイ素に、リチウムをドーピングすることを特徴とする、請求 の範囲第２５項記載の方法。 ２７．非晶質半導体材料が、金であることを特徴とする、請求の範囲第１７項記 載の方法。 ２８．非晶質半導体材料が、銀であることを特徴とする、請求の範囲第１７項記 載の方法。 ２９．試薬が、酵素およびレドックス調整剤を含むことを特徴とする、請求の範 囲第１７項記載の方法。 ３０．酵素が、グルコース酸化酵素であることを特徴とする、請求の範囲第２９ 項記載の方法。 ３１．レドックス調整剤が、フェリシアン化カリウムであることを特徴とする、 請求の範囲第２９項記載の方法。 ３２．電気化学テスト装置がさらに、血液分別隔膜を有することを特徴とする、 請求の範囲第１７項記載の方法。 ３３．水性流体サンプル中の検体の存在または濃度を求めるのに適した電気化学 テスト装置を製造するプロセスにおいて、前記プロセスが （ａ）非導電性表面を設け、 （ｂ）該表面上に非晶質半導体材料を積層させて導電層を形成し、 （ｃ）該導電層を化学的に機械加工して、第１電極領域、第１リード部およ び第１コンタクト・パッドを具えた第１電極からなる作業電極を形成し、そし て、第２電極領域、第２リード部および第２コンタクト・パッドを具えた第２ 電極からなる対向電極を形成し、 （ｄ）水性流体サンプル中の検体と反応して前記流体サンプル中の検体の濃 度に関係しうる測定可能な電位の変化を生じることのできる試薬を、作業電極 の第１電極領域の少なくとも一部に付与する 各ステップからなることを特徴とする、電気化学テスト装置を製造するプロセ ス。 ３４．ステップ（ｃ）が、さらに、第３電極領域、第３リード部および第３コン タクト・パッドとを具えた第３電極からなる基準電極を形成するステップを含 むことを特徴とする、請求の範囲第３３項記載のプロセス。 ３５．前記ステップ（ａ）が、 （ｆ）可撓性基板を設け、 （ｇ）該基板に非導電性コーティングを付与して非導電性表面を形成するス テップを含むことを特徴とする、請求の範囲第３３項記載のプロセス。 ３６．可撓性基板が、金属シート材料または高分子シート材料であることを特徴 とする、請求の範囲第３５項記載のプロセス。 ３７．高分子シート材料を、ポリエステル、ポリカーボネートおよびポリイミド から成る群から選択することを特徴とする、請求の範囲第３６項記載のプロセ ス。 ３８．非導電性表面コーティングが、エポキシ樹脂であることを特徴とする、請 求の範囲第３５項記載のプロセス。 ３９．非晶質半導体材料が、非晶質酸化ケイ素であることを特徴とする、請求の 範囲第３３項記載のプロセス。 ４０．非晶質酸化ケイ素にイオンをドーピングして、導電性を高めることを特徴 とする、請求の範囲第３９項記載のプロセス。 ４１．非晶質酸化ケイ素に、リチウムをドーピングすることを特徴とする、請求 の範囲第４０項記載のプロセス。 ４２．非晶質半導体材料が、金であることを特徴とする、請求の範囲第３３項記 載のプロセス。 ４３．非晶質半導体材料が、銀であることを特徴とする、請求の範囲第３３項記 載のプロセス。 ４４．試薬が、酵素およびレドックス調整剤を含むことを特徴とする、請求の範 囲第３３項記載のプロセス。 ４５．酵素が、グルコース酸化酵素であることを特徴とする、請求の範囲第４４ 項記載のプロセス。 ４６．レドックス調整剤が、フェリシアン化カリウムであることを特徴とする、 請求の範囲第４５項記載のプロセス。 ４７．電気化学テスト装置がさらに、血液分別隔膜を有することを特徴とする、 請求の範囲第３３項記載のプロセス。 ４８．ステップ（ｃ）が、さらに、 （ｈ）導電層にフォトレジストを付与して第１フォトレジスト層を形成し、 （ｉ）該第１フォトレジスト層の上に第１現像マスクを位置決めし、 （ｊ）マスクされない第１フォトレジスト層を紫外線に露光して第１のパタ ーン化されたフォトレジスト領域を形成し、 （ｋ）前記第１現像マスクを除去し、 （ｌ）紫外線に露光されなかった第１フォトレジスト層を現像剤によって除 去して、第１露光導電層を形成し、 （ｍ）前記第１露光導電層を化学的エッチング剤に接触させて、該第１露光 導電層を除去し、 （ｎ）溶剤によって第１パターン化フォトレジスト領域を除去して第２露光 導電層を形成する各ステップを含み、前記第２露光導電領域は、（ｉ）第１電 極領域、第１リード部および第１コンタクト・パッドを有する第１電極からな る作業電極と、(ii)第２電極領域、第２リード部および第２コンタクト・パッ ドを有する第２電極からなる対向電極と、随意に(iii)第３電極領域、第３リ ード部および第３コンタクト・パッドを有する第３電極からなる基準電極とを 具えていることを特徴とする、請求の範囲第３３項記載のプロセス。 ４９．前記ステップ（ｃ）が、さらに、 （ｏ）前記第２露光導電層にフォトレジストを付与して第２フォトレジスト 層を形成し、 （ｐ）前記第２フォトレジストの上に第２現像マスクを位置決めして、前記 第３電極領域を被覆する前記第２フォトレジスト層をマスクし、 （ｑ）マスクされていない第２フォトレジスト層を紫外線に露光して第２の パターン化されたフォトレジスト層を形成し、 （ｒ）前記第２現像マスクを除去し、 （ｓ）紫外線に露光されなかった第２フォトレジスト層を現像剤によって除 去して、前記第３電極領域を露出させ、 （ｔ）前記第３電極領域に基準材料を付与し、 （ｕ）前記第２パターン化フォトレジスト層を溶剤によって除去する 各ステップを含むことを特徴とする、請求の範囲第４８項記載のプロセス。 ５０．前記基準材料が、銀／塩化銀であることを特徴とする、請求の範囲第４４ 項記載のプロセス。 ５１．前記プロセスが連続的であることを特徴とする、請求の範囲第３３項記載 のプロセス。