分析物监测装置的制造方法_4

文档序号:8478401阅读:来源:国知局
0] 在另一个例子中,电位测定传感器可以构造如下。葡萄糖传感层通过将如下交联 在一起而构造:(1)含有侧基锇多吡啶复合物的氧化还原聚合物,该侧基锇多吡啶复合物 的氧化电位与SCE相比为约-200mV到+200mV,和(2)葡萄糖氧化酶。因此,可以通过在零 位电流的条件下将传感器暴露于含葡萄糖的溶液中并且允许还原的/氧化的锇比率达到 平衡值而在电位测定模式下使用这种传感器。还原的/氧化的锇比率连同葡萄糖浓度以可 再现的方式变化,并且将促使电极的电位以类似的方式变化。
[0091] 传感层的部件可以位于接近或接触工作电极的流体或凝胶中。可替换地,传感层 的部件可被布置在接近工作电极或在工作电极之上的聚合基质或溶胶凝胶基质中。优选 地,传感层的部件不可沥滤地布置在传感器内。更优选地,传感器的部件固定在传感器内。
[0092] 在美国专利和此处所指出的申请中描述了可以利用的传感层的例子,包括例如 美国专利No. 5, 262, 035、No. 5, 264, 104、No. 5, 543, 326、No. 6, 605, 200、No. 6, 605, 201、 No. 6, 676, 819和No. 7, 299, 082,这些专利中每一篇的公开内容结合于此作为参考用于所 有目的。
[0093] 不论构成给定传感层的特定组件如何,可以使用各种不同的传感层构造。在某些 实施方式中,传感层覆盖整个工作电极表面,例如,工作电极表面的整个宽度。在其它实施 方式中,仅工作电极表面的一部分(例如,仅工作电极表面的宽度的一部分)被传感层覆 盖。可替换地,传感层可以延伸到工作电极的导电材料之外。在一些情况下,传感层还可以 延伸遍及其它电极,例如,遍及反电极和/或参比电极(或提供反电极/参比电极),并且可 以覆盖所述电极的所有或仅一部分。
[0094] 在其它实施方式中,传感层不直接布置在工作电极上。替代地,传感层可以与工作 电极间隔开并且例如通过隔离层与工作电极分离。隔离层可以包括一片或多片膜或薄膜或 物理距离。除了将工作电极与传感层分离之外,分离层还可以起到质量运输限制层、和/或 干扰物消除层、和/或生物相容层的作用。
[0095] 在某些包括不止一个的工作电极的实施方式中,工作电极中的一个或多个可以不 具有相应的传感层,或可以具有不包含用于电解分析物所需的一种或多种成分(例如,电 子转移剂和/或催化剂)的传感层。因此,在这个工作电极处的信号可以与背景信号一致, 可以通过例如减去信号而将所述背景信号从分析物信号中除去,所述分析物信号从与全功 能传感层相关联的一个或多个其它工作电极获得。
[0096] 无论利用传感部件或传感层的何种构造,至少在相同的传感器批次或组次(或根 据相同规格制造的所有传感器)内,在最小化传感器灵敏度的改变上的至少一个因素是严 格地维持有效区域的尺寸(宽度、长度、直径和厚度),即,从传感器到传感器之间的工作电 极接触传感部件或传感层的区域。最优化灵敏度,包括针对一组或一批传感器内的传感器 复制基本上相同的灵敏度,减少并且在某些实施方式中消除使用者对传感器校准的需要。 因此,实现了这样的传感器,在将传感器插入到身体中用于测试之后,不需要使用者使用例 如体外检验条等对传感器进行校准。供在本公开的一个或多个实施方式中使用的传感器的 例子能够在尤其是专利美国专利申请No. 12/714,439中找到,该专利的公开内容结合于此 作为参考用于所有目的。
[0097]当使用了电化学葡萄糖传感器时,校准通常涉及将原始电流信号(nA)转换成葡 萄糖浓度(mg/dL)。完成这种转换的一种方式是通过使原始分析物信号与校准测量(即参 比测量))相关联或相等,并且获得转换因子(原始分析物信号/参比测量值)。这种关系 往往称为传感器的灵敏度,这种关系一旦确定,就可以用来例如通过简单的除法(原始分 析物信号/灵敏度=校准的分析物浓度)将传感器信号转换成校准的分析物浓度值。例如,IOnA的原始分析物信号可以与lOOmg/dL的校准分析物的浓度相关联,因此,随后的20nA 原始分析物信号可被转换为200mg/dL的分析物浓度,如对于给定的分析物(诸如例如葡萄 糖)可能适当的。
[0098]存在许多可以获得转换因子的方法。例如,敏感因子可以从多个分析物信号/校 准测量数据对的简单平均中得到,或从多个分析物信号/校准测量数据对的加权平均中得 到。进一步举例来说,可以根据通过经验得到的加权因子来修改灵敏度,或可以根据另一测 量值(诸如温度)修改灵敏度。应了解,这样的方法和/或其它适当的方法的任意组合在 此处是预期的。
[0099]对于皮下葡萄糖传感器,在制造现场的校准,存在对可行性的诸多挑战,而在传感 器的使用寿命期间校准传感器信号可能依赖于这种制造现场的校准。这种不可行性可以基 于多个因素中的任何一个。例如,在分析物传感器的批内灵敏度的变化和/或传感器漂移 的变化可能太大。
[0100] 本公开提供了传感器实施方式,所述实施方式试图既解决体内环境影响又解决能 够导致传感器灵敏度的变化的基于制造的不一致,和/或排除对无论是在工厂还是由使用 者在传感器的有效使用之前或期间的任何时间进行任何形式的校准的需要。
[0101] 这些传感器实施方式中的某些是双面的,即,传感器的基片的两侧均具有电化学 功能,每侧提供至少一个电极。因为利用了传感器的两侧,所以每侧所需的用以支撑电极的 必要表面区域变小了。这种高效利用空间的结构允许传感器小型化,并且比传统传感器小 得多,并且,特别地,具有相对较窄的尾部部分,即,使被构造成位于使用者皮肤表面之下的 传感器的至少一部分小型化。较窄的结构减少在植入部位处对组织的创伤,从而减少出血 和传感器周围血栓的产生。较小的结构还使得对相邻血管的撞击最小化。除分析物(例如, 葡萄糖)的垂直扩散之外,传感器的较小宽度还允许分析物分子朝着有效传感区域的横向 扩散。这些效果基本上(如果不是完全的话)消除失真偏低的读数。
[0102] 除了提供微小尾部部分之外,这些双面传感器的设计和配置具有高度可再现性。 此外,这类传感器可以通过如下方法、技术和装置制造,这使得如此处所述的传感器部件的 配准、沉积和分辨率的不一致最小化。
[0103] 现在参照图6A-6C,示出了这样的双面传感器的实例,其中示出了传感器的可植入 部分600 (例如传感器的尾段的远端部分)。具体地,图6A和6B分别提供了尾段600的顶 视图和底视图,并且图6C提供了沿图6A中的线C-C截取的尾段600的截面侧视图。
[0104] 传感器尾部部分600包括基片602 (参见图6C),该基片具有顶部导电层604a,该 顶部导电层基本上覆盖基片602的整个顶表面区域,S卩,导电层基本上延伸基片的整个长 度直到远端边缘612并且从侧边缘614a到侧边缘614b横跨基片的整个宽度。同样地,底部 导电层604b基本上覆盖尾部部分600的基片的整个底部侧。然而,导电层中的一个或两个 可以终止于远端边缘612的近端和/或可以具有小于基片602宽度的宽度,其中该宽度终 止于离基片的侧边缘614a、614b选定距离处,该距离可以相等或因侧边缘中的每个而异。
[0105] 顶部导电层或底部导电层中的一个(这里是顶部导电层604a)充当传感器的工作 电极。相对的导电层(这里是底部导电层604b)充当参比电极和/或反电极。在导电层 604b充当参比电极或反电极中的任一个但不是两者的情况下,第三个电极可以选择性地设 置在传感器的近端部分的表面区域上(未示出)。例如,导电层604b可以充当参比电极,并 且仅存在于传感器的不可植入的近端部分上的第三导电迹线(未示出)可以充当传感器的 反电极。
[0106] 布置在导电层/工作电极604a的长度的远端部分上的是传感部件或传感层606。 将传感层设置得更靠近传感器的远端使得将传感材料布置在最佳位置以接触含分析物的 流体。由于只需少量的传感材料用以促进分析物的电氧化或电还原,所以将传感层606定 位在传感器尾部的远端处或其附近减少了所需的材料量。传感层606可以设置在连续的条 /带中,所述条/带位于基片侧边缘614a、614b之间并且基本上正交于基片侧边缘614a、 614b,工作电极604a与传感层606的交叠部分或交叉部分限定了传感器的有效区域。由于 传感层606和导电层604a之间的正交关系,有效区域具有直线多边形配置;然而,可以提 供任何适当的形状。有效区域的尺寸可以通过改变传感层和导电层的相应宽度尺寸中的一 者或两者改变。传感层606的宽度%可以覆盖整个工作电极的整个长度或仅覆盖工作电 极的一部分。由于在该实施方式中导电层的宽度W。由尾部的基片的宽度表示,所以排除了 导电层和基片之间任何配准或分辨率不一致。在某些实施方式中,传感层的宽度Ws的范围 从约0? 05mm至约5mm,例如从约0?Imm至约3mm;导电层的宽度Wc的范围从约0? 05mm至约 0? 6mm,例如,从约0?Imm至约0? 3mm,有效区域的范围从约0? 0025mm2至约3mm2,例如,从约 0?Olmm2至约 0? 9mm2〇
[0107] 再次参照电极,相同的材料和方法可以用于制造顶部电极和底部电极,虽然也可 以使用不同的材料和方法。如在图6A-6C示出的实施方式中,工作电极和参比电极定位在 基片的相对侧的情况下,此处,使用两种或更多不同类型的导电材料来形成相应的电极没 有额外的不便,因为仅一种类型的导电材料需要施用到基片的每一侧,从而减少了在制造 过程中的步骤的数量。
[0108] 对各个电极的导电材料的选择部分地基于电极处传感层的介质的期望的反应速 率。在某些情况下,反电极/参比电极处的氧化还原介质的反应速率通过例如挑选如下材 料用于反电极/参比电极而受到控制,所述材料需要过电位或高于所施加电位的电位以提 高反电极/参比电极处的反应速率。例如,一些氧化还原介质在碳电极处可以比在银/氯 化银(Ag/AgCl)或金电极处反应更快。然而,由于Ag/AgCl和金比碳更昂贵,可能明智地期 望使用先前的材料。
[0109] 图6A-6C的传感器实施方式提供了这样的结构:其中全长导电层604a、604b可以 是诸如碳的材料,诸如Ag/AgCl的材料的导电层610的第二层布置在底部导电层604b的远 端部分上以共同形成传感器的参比电极。就传感层606来说,导电材料610可以设置在连 续的条/带中,所述条/带位于基片的侧边缘614a、614b之间并且基本上正交于基片的侧 边缘614a、614b。虽然层610示出为布置在传感层606的近端的基片602上(但位于基片 的相对侧上),但是层610可以位于参比电极604b的尾部部分600上的任何适当位置处。 例如,如图7A-7C所示,参比电极708b的二次导电材料710可以与传感层706对准和/或 位于传感层706的远端。
[0110] 再次参照传感器600,绝缘层/介电层608a、608b布置在传感器的每一侧上,遍及 至少传感器的主体部分(未示出),用以使电极的近端部分绝缘,所述近端部分即为电极的 在植入之后仍然部分地保持位于皮肤外部的部分。布置在工作电极604a上的顶部绝缘层 608a可以向远端延伸但优选不在传感层606的任何部分上延伸。可替换地,如图7A-7C中 所示,传感器的工作电极侧上的介电层708A可以设置在传感706之前,因而介电层708a在 导电层704a上具有至少两个相互隔开的部分,在图7C中最佳地示出。因此,在这两个部分 之间的间隙中提供传感材料706。
[0111] 至于在传感器的底部/参比电极侧上的介电层,它可以延伸传感器的尾段的任何 适当长度,即,它可以延伸主导电层和次导电层两者的整个长度或主导电层和次导电层的 部分长度。例如,如图6A-6C中所示,底部介电层608b延伸遍及次导电材料610的整个底 表面区域,但是终止于主导电层604b的长度的远端边缘612的近端。应注意的是,至少沿 着基片602的侧边缘614a、614b延伸的次导电材料610不被介电层608b覆盖,因此当有效 使用时暴露于体内环境。相反,如图7A-7C所示,底部介电层708b的长度终止于在底部主 导电层704b上的次导电层710的近端。额外的导电层和介电层可以设置在传感器的任一 侧或两侧上,如上所述。
[0112] 最后,一片或多片膜(所述膜可以用作在下文更详细地讨论的分析物通量调整层 和/或干扰物消除层和/或生物相容层中的一个或多个)可以绕传感器设置,例如,设置 为最外层中的一层或多层。在某些实施方式中,如图6C中所示,第一膜层616可以单独地 设置在工作电极604a上的传感部件或传感层606上,用以调整分析物到传感层的扩散速率 或通量。对于膜层设置在单个部件/材料上的实施方式,采用与用于其它材料/部件的相 同的条带化配置和方法可能是适当的。在这里,膜材料条/带616的宽度优选大于传感条 /带606的宽度。由于所述膜材料条/带起到限制分析物到传感器的有效区域的通量的作 用,从而有助于传感器的灵敏度,所以控制膜616的厚度是很重要的。以条/带形式提供膜 616有利于对所述膜的厚度的控制。还可以提供第二膜层618 (该第二膜层覆盖传感器尾部 的剩余表面区域)以充当生物相容保形涂层和提供遍及整个传感器的平滑的边缘。在其它 传感器实施方式中,如图7C中所示,单一均质膜718可以覆盖遍及整个传感器表面区域,或 至少遍及远端尾部部分的两侧。应注意的是,为了覆盖传感器的远边缘和侧边缘,必须在对 传感器前体分切之后施用膜材料。
[0113] 基于电流传感器制造技术,提供传感器的导电层可以比提供传感层更精确地完 成。因此,改进了在传感器上提供传感部件的精度以及因此改进了所形成的有效区域的精 度,这可以大大降低任何传感器到传感器的灵敏度变化性并且排除了对校准传感器的需 要。因此,本公开还包括用于制造具有精确地限定的有效区域这样的分析物传感器的方 法。此外,该方法提供了成品传感器,该成品传感器比目前可用的带有微尺寸尾部部分的传 感器小,所述微尺寸尾部部分远不易受到可能会导致失真偏低的读数的原位环境条件的影 响。
[0114] 在本方法的一个变型中,基于网状物的制造技术被用来执行在制备主题传感器中 的一个或多个步骤,其中美国专利No. 6, 103, 033中公开了所述步骤中的许多步骤。为了启 动制备过程,提供基片材料的连续薄膜或网状物并且根据需要对其进行热处理。该网状物 可以具有预切部分或穿孔,所述预切部分或穿孔限定了单独的传感器前体。因此,不同的导 电层通过如上所述的各种技术中的一种或多种形成在基片网状物上,其中工作电极和参比 电极(或反电极/参比电极)设置在网状物的相对侧上。如前所述,电极迹线可以设置在 形成在基片材料的表面中的凹槽中,然而,对于期望提供具有尾部部分的传感器(所述尾 部部分带有可能的最小功能性轮廓),特别具有两个功能侧的传感器尾部的情况下,使用凹 槽可能不是最佳的,因为它需要较厚的基片材料。此外,如前所述,(例如,可以用作反电极 的)第三可选电极迹线可以设置在传感器前体的近端主体部分上。设置在前体传感器的尾 部部分的区域上的"主"导电迹线的宽度尺寸大于最终传感器的尾部部分的预期宽度尺寸。 这些导电迹线的前体宽度范围从约0? 3mm至约10mm,包括范围从约0? 5mm至约3mm的宽度, 或可以更窄。主导电层形成得沿着传感器前体的尾段向远端延伸到任何适当的长度,但是 优选至少延伸至最终传感器的预期远端边缘以使得所需的传感器尾部长度最小化。
[0115] 接着,如果利用了传感层和次导电层,所述传感层和次导电层形成在基片或基片 网状物的相应侧上的主导电层上。如所讨论的,这些层中的每一层优选形成在正交于主导 电层/传感器尾部的长度所布置的相应材料条/带中。采用单一连续的沉积过程,传感条 的平均宽度沿着基片边带并最终从传感器到传感器基本上是常量。如果提供了次导电层 (例如,参比电极上的Ag/AgCl),该次导电层也可以采用类似的技术以连续的正交条/带 形成。在传感器上提供各种材料条/带的一个特定方法是借助于喷墨印刷工艺(例如,由 ScienionInc.制造并且由BioDotInc.销售的压电喷墨)通过沉积、印刷或涂覆传感部 件/材料。应用这些材料的另一种方式是通过高精度泵(例如,柱塞驱动或通过蠕动运动 驱动的那些泵)和/或有脚针。各个条/带可以设置在传感器分切之前顺序对齐的传感器 前体的边带上或多个传感器/电极上,其中在设置一个或多个条/带之前传感器已经相互 分呙。
[0116] 对于具有基本上恒定宽度并且基本上相互正交设置的传感层和导电层/条来说, 它们的交叉部分形成的有效区域沿着传感器的长度和宽度也基本上是常量。在这样的实施 方式中,有效区域(以及主导电层和次导电层的形成参比电极的相交区域)具有直线多边 形形状,该形状从传感器到传感器可以更容易地以可再现的方式提供;然而,可以利用所述 层的形成任何适当有效区域的任何相对布置。
[0117] 传感器前体,即,基片材料的模板(以及导电和传感材料,如果在分切时设置在基 片上),可以使用任何方便的切割或分离方法进行相互之间的分切,所述方法包括切条、剪 切、冲压、激光分切等,这些切割方法也非常精确,进一步保证了传感器的有效区域,当部分 地取决于传感器的宽度(即,基片的尾部部分)时,从传感器到传感器具有非常精确的尺 寸。而且,对于其宽度和/或长度尺寸延伸得超出最终传感器单元的预期尺寸或边界之外 的每种材料(即,主导电材料和次导电材料、传感部件、介电材料、膜等)来说,需要使得材 料的分辨率和配准问题最小化(
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