在，并且如果不存在，则包括分析物传感化学 物质的材料）具有用于施加电流的电接触点。根据本发明的工作电极如图7中所示。
[0109] 反电极
[0110] 反电极提供电流以使样品与装置之间的电路完整并且必须导电。
[0111] 微铟化分析物传感器的电极配詈
[0112] 利用关于伏安传感器的电极的以上背景内容以及本发明提供的对它们的改进，本 领域技术人员可更好地了解如何构造本发明的微型化分析物传感器的多个不同的实施方 案。简单地讲，工作电极、参考电极、及反电极的空间布置可以以任何方式进行设计以提供 这些部件与样品的同时接触，并且不需要浸入该样品中。具体地讲，通过毛细作用适宜地固 持并铺展成薄膜的微升-级分析物样品足以遍及传感元件的活性表面。此特征继而提供多 种新机会从而在环境和测试条件中测量分析物浓度，尤其pH，而利用目前玻璃电极不可接 触到样品。
[0113] 因此，本发明的伏安传感器技术用于多种应用中，其中玻璃电极只提供有限的应 用或简直不能使用。例如，本发明提供用于样品的高通量PH(或其它分析物浓度）测量的 方法，该样品包括生物样品例如血清、尿、血浆、细胞溶解物、以及类似液体。在这些方法的 一些实施方案中，利用本发明提供及如下所述的用后即可丢弃的或可重复使用的多孔形式 的传感器装置，应用机器人。
[0114] 此外，本发明的实施允许利用极小传感器在线监测pH(或其它分析物浓度）。检 测微升级等分液变化的能力直接改善测量的分辨率。此非常有益于在例如并不限于HPLC、 LCMS、及其它色谱系统中使用。利用玻璃电极在线pH监测因尺寸限制、再校准要求、以及漂 移相关的误差而具有有限的应用。此外，玻璃电极需要更大的样品体积以利用同一分析物 组成同时包围传感膜和参考结。即使流径的其余部分已被设计成能够高分辨率分离，分辨 率因电极附近不确定的混合模式而本质上不佳。本发明的伏安传感器，尤其完全固态的那 些，不受限于这些限制。
[0115] 本发明的微型化传感器也明显有益于诊断应用。本发明提供可用于以高流动性和 可靠性在护理点测量pH(或其它分析物浓度）的装置。本发明也提供用后即可丢弃的一次 性使用的传感器，其可以可靠地以最低的维护提供准确的结果。
[0116] 例如，对可商业获得的无菌培养袋或其它容器中的细胞培养物或电解质的pH的 监测可通过将本发明的一次性伏安传感器装置安装于此类容器中来实现。不同于玻璃探 针，本发明的装置不易破裂，它们也不需要因参考电极的污垢或污染导致的漂移而必要的 周期性再校准。另一个优点在于这些装置可为平的和/或柔性并因此易于固定到袋子或其 它容器的内壁。可穿过袋子或其它容器的壁达到电连接，维持壁完整性，所以该装置可连接 到所需电器。在一些实施方案中，本发明提供多-位置微升级伏安传感器装置，其能够对少 于10微升的样品体积提供PH、电解质、或其它样品成分的准确结果。在各种实施方案中，在 容器不存在下，施用于该装置的样品通过毛细作用、疏水容置、或微孔在空间上得以容置。
[0117] 本发明的传感器装置利用事实：只需要传感器部件与分析物样品的表品接触就可 得到测量值。分析物样品体积主要受制于包括传感元件的两个平面之间的空间。为此，提 供装置，其中平面之间的空隙由机械或电机械器件精确地并可再现地调节，利用多种机理， 包括但不限于齿条和齿轮、螺杆驱动的定位器、以及伺服电动机和相关电路，任选地利用光 学或机械监测和反馈控制。毛细管力将液体样品固持在适当位置而不需要样品容器。一般 来说，空隙越小，液体保持在两个润湿表面之间就越容易；这尤其有利于微升级分析物样品 的保留及测量。
[0118] 在一些实施方案中，样品在空间上受制于伏安传感器装置的两个以铁砧形式的相 对件。在此实施方案中，受毛细管捕获的样品量取决于相对于相对的平面的样品表面张力。 在所有情况中，假设分析物润湿所有传感元件：工作电极、参考电极、及反电极。分析物润湿 的区域任选地由没有被分析物润湿的表面绕传感元件来限定。在各种实施方案中，分析物 样品受限于相对的铁砧表面的疏水和亲水部分的面积、形状、以及布置。
[0119] 在一些实施方案中，本发明提供疏水性材料增加与水性分析物样品的表面张力的 用途，例如聚偏二氟乙烯（PVDF)、聚四氟乙烯（PTFE)、其它氟化聚合物、聚砜、聚醚砜、聚苯 硫醚、以及表现出良好化学耐受性且本身疏水的其它聚合物或共聚物。或者，可将疏水性涂 层施用于电极表面以限定水性分析物样品润湿的区域。
[0120] 在一个实施方案中，疏水性聚合物材料在形成用于分析物保留的毛细管空间的铁 砧样结构的构造中也用作一个或多个传感元件的支撑。图8示意地图示了本发明的pH-传 感电极。在此实例中，传感元件包括嵌于由先前列表中的疏水性聚合物材料形成的绝缘体 中的圆柱形或环形电极。每个电极连有信号引线以捕获产生的信号。为捕获及在所有传感 元件之间均匀地铺展液滴，优选此传感器总成的整体圆柱形。
[0121] 在操作中，使传感器总成相对于类似尺寸的圆柱形放置以形成两个相对的平行表 面，如图9所示。在图9的部分（a)中，使传感器总成置于开放位置。将分析物样品液滴放 于下方的圆柱体上，如部分（b)中所示。然后，将传感器总成降到距离下方的圆柱体精确 调整的距离以使分析物样品接触平面并填充因此形成的空隙，如图（c)所示。空隙大小决 定填充空间并确保传感元件润湿所需的液体体积。利用直径约Icm的圆柱形传感器总成， 不超过10微升的分析物足以可靠地产生PH测量值。更典型地，可使用5微升的样品尺寸。 分析物体积的下限不仅由控制毛细管空间的机械精确度确定，也由分析物样品的性质和传 感元件尤其工作电极的特征确定。例如，分析物中的水合氢离子量应高于某水平从而在伏 安测量的过程中，该离子的浓度不应由于与分析物传感分子的氧化还原反应而受到明显影 响。这种变化在典型的PH测量中最小，其中分析物体积与工作电极表面之间的比率非常大 以至于在电极表面的氧化还原反应对分析物的组成几乎没有影响。相反地，在测量微升级 样品中，与大块分析物的真实值相比，工作电极上的水合氢离子浓度与ASM部分的密度中 任一者或两者可确定测量的PH值。根据这些考虑因素优化分析物体积的实际下限。
[0122] 电极放置的各种其它实施方案具有类似功能。图10中提供的示意性配置显示了 (a)相对于工作电极放置的反电极和参考电极；以及（b)相对于工作电极和参考电极放置 的反电极。在两种情况中，将分析物样品放于下方平面上，然后使上方平面下降以形成毛细 管空间，进而建立预先确定的分析物体积，润湿所有传感元件，因此得到能够PH测量的电 连通。
[0123] 利用图10中描述的配置（a)进行一系列试验以阐述本发明的特征。构造两个电 极总成，其中上方总成包括工作电极，下方总成包括参考电极和反电极。将10微升的分析 物样品分配于下方电极总成上，利用改进的显微镜载物台降低上方总成直到其接触分析物 样品。摄像机用于核实在两个平面上的液体接触。利用BDH品牌标准，针对pH 2、pH 4、pH 7、和pH 10产生校准数据。将针对每个缓冲液的方波伏安图叠加在图11中（10微升样品 大小）。
[0124] 相对于pH缓冲液绘制来自图11的峰数据以提供图12中所示的结果。图显示了 pH与10 μ L体积样品的方波伏安的峰值电压之间的线性关系。
[0125] 在装置上测试三个10微升样品的pH并将结果与利用IOmL样品的新近校准的 Mettler Toledo Seven Easy?计对比。样品为橙汁（OJ)、小牛血清、以及G2低卡路里果汁 喷趣酒。对比结果在图13中示出。
[0126] 对BDH标准pH 2、pH 4、pH 7、pH 10、和pH 12中的每一个重复三次，评价变化性。 对于传感器的每个读数，使用新鲜的10微升缓冲液样品。借助于摄像机，将传感器放于每 个测试点。图14-18显示了每个缓冲液的方波伏安分析的叠加图。
[0127] 将图14-18中所有数据点绘制在一起，并示于图19中（显示了各个的数据点，而 非平均数据）。数据显示了峰值电压呈线性并可再现。
[0128] 本发明的微型化分析物传感器的其它实施方案采用微孔进行样品容置。在此实施 方案中，样品体积要求由每个孔的大小确定。在一些实施方案中，使传感器定型以符合孔 壁；这些壁的表面包括提供传感器化学的氧化还原活性材料。孔的底部至少部分地由参考 电极形成。在一些实施方案中，疏水障壁用以促使样品容置于孔中。将反电极放于孔中以 使电路完整（当样品存在时）。在一些实施方案中，将装置提供在多孔板中，允许高通量的 PH测量，任选地借助于机器人。此模式常用于诊断或需要高通量分析的其它应用。在一些 实施方案中，通风孔用以使盐溶液能够填充参考电极以确保参考结与参考盐溶液接触，即 使它位于或接近参考溶液室的上表面。或者，使用凝胶填充的或固态参考电极替代液体填 充的参考电极。图20显示了根据本发明的一个代表性实施方案，此装置的单孔实施方案。
[0129] 传感器的制i告
[0130] 本发明的微型化分析物传感器的第三个实施方案通过将参考电极、反电极、及工 作电极中的一个或多个"印刷"在适宜的基材表面上制得。基材可呈任何形状。在各种实施 方案中，基材为导电性薄聚合材料或柔性基材。在一些实施方案中，疏水性涂层材料用以界 定样品施用区域。薄平面电路以类似于用于制造电路板的方式构造。在一些实施方案中， 将由聚偏二氟乙烯（PVDF)、室温离子性流体（RTIL)、及导电材料例如碳组成的复合物用于 印刷或涂覆在提前印刷在基材上的银/氯化银或其它电极材料上以形成参考电极。将包括 分析物-特异性氧化还原活性材料的导电聚合物或涂层溶液印刷在靠近印刷的参考电极 的基材上以产生传感器表面。靠近的第三个印刷电极或附着的电极用作反电极。下图显示 了此装置的一些实施方案。传感器的大小（包括任选的疏水障壁）可为，例如并不限于，约 2. 5毫米的直径。可构造在同一基材上具有多个传感器的设计，包括，但不限于，与可商业获 得的多孔板的多孔布局匹配的模式。传感器元件的示例性配置在图21中示出。
[0131] 用于制造其它类型的传感器的制造方法可根据本发明轻易地改变以制造本发明 的电极和传感器。参见，例如，美国专利号5, 676, 820、5, 942, 103、6, 063, 259、6, 468, 785、 6,878,255、和 6,893,55