眼科電化學(xué)傳感器中的對稱布置的傳感器電極的制作方法【專利說明】眼科電化學(xué)傳感器中的對稱布置的傳感器電極【
背景技術(shù)：
】[0001]除非本文另外指出，否則本部分中描述的材料并不是本申請中的權(quán)利要求的現(xiàn)有技術(shù)，并且并不因為被包括在本部分中就被承認(rèn)為是現(xiàn)有技術(shù)。[0002]電化學(xué)安培傳感器通過在傳感器的工作電極處測量通過分析物的電化學(xué)氧化或還原反應(yīng)生成的電流來測量分析物的濃度。還原反應(yīng)發(fā)生在電子被從電極轉(zhuǎn)移到分析物時，而氧化反應(yīng)發(fā)生在電子被從分析物轉(zhuǎn)移到電極時。電子轉(zhuǎn)移的方向取決于由恒電勢器施加到工作電極的電勢。對電極和/或參比（reference)電極用于與工作電極一起完成電路并允許生成的電流流動。當(dāng)工作電極被適當(dāng)?shù)仄脮r，輸出電流與反應(yīng)速率成比例，這提供了工作電極周圍的分析物的濃度的度量。[0003]在一些示例中，一種試劑被局域化為接近在工作電極以選擇性地與期望的分析物反應(yīng)。例如，葡萄糖氧化酶可被固定在工作電極附近以與葡萄糖反應(yīng)并釋放過氧化氫，過氧化氫隨后被工作電極以電化學(xué)方式檢測到以指示葡萄糖的存在。其他酶和/或試劑可被用于檢測其他分析物。【
發(fā)明內(nèi)容】[0004]一種眼科設(shè)備包括電化學(xué)傳感器，該電化學(xué)傳感器被配置為基于該眼科設(shè)備被暴露于的溶液中的分析物濃度來生成傳感器讀數(shù)。該電化學(xué)傳感器包括工作電極和參比電極，該工作電極和參比電極被布置成使得工作電極的一些部分在相對各側(cè)被參比電極的一些部分至少局部圍繞。在向傳感器電極上施加電壓時，工作電極的被圍繞部分產(chǎn)生在相對各側(cè)之間基本對稱的電壓梯度。兩相對側(cè)因此處于相似電壓并且兩側(cè)邊緣可以按相似的效力引起電化學(xué)反應(yīng)。相對于工作電極只具有一個邊緣與參比電極相鄰的布置，對稱布置提供了工作電極與參比電極面對的邊緣的相對更大的長度。[0005]本公開的一些實施例提供了一種可眼戴設(shè)備（eye-mountabledevice)，其包括聚合物材料、基板、天線、電化學(xué)傳感器和控制器。聚合物材料可具有凹表面和凸表面。凹表面可被配置為可移除地安裝在角膜表面上并且凸表面被配置為在凹表面被如此安裝時與眼瞼運(yùn)動相容?；蹇芍辽俨糠智度朐诰酆衔锊牧蟽?nèi)。天線可部署在基板上。電化學(xué)傳感器可部署在基板上并且可包括工作電極和參比電極。工作電極可具有第一側(cè)邊緣和第二側(cè)邊緣。參比電極可被定位成使得工作電極的第一側(cè)邊緣和第二側(cè)邊緣的至少一部分與參比電極的相應(yīng)區(qū)段相鄰。控制器可電連接到電化學(xué)傳感器和天線。控制器可被配置為：（i)在工作電極與參比電極之間施加電壓，該電壓足以生成與可眼戴設(shè)備被暴露于的液體中的分析物的濃度有關(guān)的安培電流；（ii)測量安培電流；以及（iii)使用天線來指示測量到的安培電流。[0006]本公開的一些實施例提供了一種包括可眼戴設(shè)備和讀取器的系統(tǒng)。該可眼戴設(shè)備可包括聚合物材料、基板、天線、電化學(xué)傳感器和控制器。聚合物材料可具有凹表面和凸表面。凹表面可被配置為可移除地安裝在角膜表面上并且凸表面被配置為在凹表面被如此安裝時與眼瞼運(yùn)動相容?；蹇芍辽俨糠智度朐诰酆衔锊牧蟽?nèi)。天線可部署在基板上。電化學(xué)傳感器可部署在基板上并且可包括工作電極和參比電極。工作電極可具有第一側(cè)邊緣和第二側(cè)邊緣。參比電極可被定位成使得工作電極的第一側(cè)邊緣和第二側(cè)邊緣的至少一部分與參比電極的相應(yīng)區(qū)段相鄰?？刂破骺呻娺B接到電化學(xué)傳感器和天線。控制器可被配置為：(i)在工作電極與參比電極之間施加電壓，該電壓足以生成與可眼戴設(shè)備被暴露于的液體中的分析物的濃度有關(guān)的安培電流；（ii)測量安培電流；以及（iii)使用天線來指示測量到的安培電流。讀取器可包括一個或多個天線和處理系統(tǒng)。一個或多個天線可被配置為：(i)發(fā)送射頻輻射來對可眼戴設(shè)備供電，以及（ii)經(jīng)由在一個或多個天線處接收的反向散射（backscatter)輻射來接收測量到的安培電流的指示。處理系統(tǒng)可被配置為基于反向散射輻射來確定淚膜分析物濃度值。[0007]本公開的一些實施例包括一種設(shè)備。該設(shè)備可包括生物相容聚合物材料、基板、天線、電化學(xué)傳感器和控制器。基板可至少部分嵌入在生物相容聚合物材料內(nèi)。天線可部署在基板上。電化學(xué)傳感器可部署在基板上并且可包括工作電極和參比電極。工作電極可具有第一側(cè)邊緣和第二側(cè)邊緣。參比電極可被定位成使得工作電極的第一側(cè)邊緣和第二側(cè)邊緣的至少一部分與參比電極的相應(yīng)區(qū)段相鄰?？刂破骺呻娺B接到電化學(xué)傳感器和天線?？刂破骺杀慌渲脼椋海╥)在工作電極與參比電極之間施加電壓，該電壓足以生成與可眼戴設(shè)備被暴露于的液體中的分析物的濃度有關(guān)的安培電流；（ii)測量安培電流；以及（iii)使用天線來指示測量到的安培電流。[0008]本公開的一些實施例提供了一種包括聚合物材料的可眼戴設(shè)備。該可眼戴設(shè)備可包括電化學(xué)傳感器，該電化學(xué)傳感器具有用于從暴露于包括分析物的溶液的傳感器電極生成安培電流的裝置。傳感器電極可包括用于向工作電極的多于一側(cè)提供大致對稱的電壓梯度的裝置。[0009]通過酌情參考附圖閱讀以下詳細(xì)描述，這些以及其他方面、優(yōu)點和替換方案對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚?！靖綀D說明】[0010]圖1是包括與外部讀取器進(jìn)行無線通信的可眼戴設(shè)備的示例系統(tǒng)的框圖。[0011]圖2A是示例可眼戴設(shè)備的頂視圖。[0012]圖2B是圖2A所示的示例可眼戴設(shè)備的側(cè)視圖。[0013]圖2C是圖2A和2B所示的示例可眼戴設(shè)備在安裝到眼睛的角膜表面時的側(cè)截面圖。[0014]圖2D是被增強(qiáng)來示出當(dāng)如圖2C所示安裝示例可眼戴設(shè)備時圍繞該示例可眼戴設(shè)備的表面的淚膜層的側(cè)截面圖。[0015]圖3是用于以電化學(xué)方式測量淚膜分析物濃度的示例系統(tǒng)的功能框圖。[0016]圖4A是用于操作可眼戴設(shè)備中的電化學(xué)傳感器以測量淚膜分析物濃度的示例過程的流程圖。[0017]圖4B是用于操作外部讀取器來詢問可眼戴設(shè)備中的電化學(xué)傳感器以測量淚膜分析物濃度的示例過程的流程圖。[0018]圖5A示出了電化學(xué)傳感器檢測從淚膜通過聚合物材料擴(kuò)散的分析物的示例配置。[0019]圖5B示出了電化學(xué)傳感器檢測經(jīng)由聚合物材料中的溝道接觸傳感器的淚膜中的分析物的示例配置。[0020]圖5C示出了電化學(xué)傳感器檢測從淚膜通過聚合物材料的薄化（thinned)區(qū)域擴(kuò)散的分析物的示例配置。[0021]圖6A圖示了電化學(xué)傳感器中的電極的一個示例對稱布置。[0022]圖6B圖示了電化學(xué)傳感器中的電極的另一個示例對稱布置。[0023]圖7A圖示了部署在扁平環(huán)狀基板的表面上的電化學(xué)傳感器中的電極的示例共面布置。[0024]圖7B圖示了當(dāng)嵌入在具有被定位成暴露電化學(xué)傳感器電極的溝道的聚合物材料中時圖7A中的布置?！揪唧w實施方式】[0025]在以下詳細(xì)描述中，參考形成描述的一部分的附圖。在附圖中，相似的符號通常標(biāo)識相似的組件，除非上下文另有指示。詳細(xì)描述、附圖和權(quán)利要求書中描述的例示性實施例并不欲進(jìn)行限定?？梢岳闷渌麑嵤├?，并且可以作出其他改變，而不脫離本文給出的主題的范圍。將容易理解，本文概括描述并且在附圖中圖示的本公開的各方面可按許多種不同的配置來布置、替換、組合、分離和設(shè)計，所有這些在這里都明確地設(shè)想到了。[0026]I.概述[0027]眼科感測平臺可包括電化學(xué)傳感器、控制電子器件和天線，它們?nèi)嘉挥谇度朐诒恍纬蔀榻佑|式安裝到眼睛的聚合物材料中的基板上?？刂齐娮悠骷刹僮鱾鞲衅饕詧?zhí)行讀數(shù)并且可操作天線以將讀數(shù)從傳感器經(jīng)由天線無線地傳達(dá)到外部讀取器。聚合物材料可以是圓形鏡片的形式，該圓形鏡片具有被配置為安裝到眼睛的角膜表面的凹曲率?；蹇杀磺度朐诰酆衔锊牧系闹芙绺浇员苊飧蓴_在更靠近角膜的中央?yún)^(qū)域處接收的入射光。傳感器可被布置在基板上、在遠(yuǎn)離角膜表面的方向上朝外。聚合物材料中的溝道可將傳感器電極暴露于覆蓋聚合物材料的外表面的淚膜，諸如由眼瞼運(yùn)動分布的淚膜。[0028]眼科感測平臺可經(jīng)由在該感測平臺處采集的輻射能量來供電。電力可由感測平臺上包括的光供能光伏電池來提供。額外地或替換地，電力可由從天線采集的射頻能量來提供。整流器和/或調(diào)節(jié)器可與控制電子器件相結(jié)合來生成穩(wěn)定的DC電壓以從采集的能量對感測平臺供電。天線可被布置為具有連接到控制電子器件的引線的導(dǎo)電（conductive)材料的環(huán)。在一些實施例中，這種環(huán)狀天線也可通過修改環(huán)狀天線的阻抗以修改來自天線的反向散射輻射來將傳感器讀數(shù)無線地傳達(dá)到外部讀取器。[0029]人類淚液包含多種無機(jī)電解質(zhì)（例如，Ca2+、Mg2+、C1)、有機(jī)溶劑（例如，葡萄糖、乳酸鹽等等）、蛋白質(zhì)和脂肪。具有可測量這些成分中的一者或多者的一個或多個傳感器的接觸鏡片提供了一種方便的非侵入性平臺來診斷或監(jiān)視健康相關(guān)問題。一個示例是葡萄糖感測接觸鏡片，其有可能用于糖尿病患者以監(jiān)視和控制其血糖水平。[0030]可包括恒電勢器的控制器連接到電極以相對于參比電極偏置工作電極，同時監(jiān)視兩者之間的電流。工作電極被偏置到適當(dāng)?shù)碾妱菀陨商囟ǚ治鑫锏碾娀瘜W(xué)反應(yīng)。被監(jiān)視的電流于是提供了分析物濃度的指示。[0031]在具有兩個電極的電化學(xué)傳感器中，生成電流的電化學(xué)反應(yīng)傾向于沿著工作電極在最靠近參比電極的點處（例如，兩個電極之間局部電壓梯度最大處）以最大效率發(fā)生。在本文公開的一些實施例中，工作電極包括下述區(qū)段：該區(qū)段在相對的各側(cè)邊緣上被參比電極的相應(yīng)區(qū)段所圍繞。工作電極面向參比電極的邊緣的增大的長度（例如，兩個側(cè)邊緣相對于一個）從而可增大電化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)面積，因為反應(yīng)沿著工作電極被參比電極圍繞的部分的兩個相對側(cè)邊緣對稱地發(fā)生。包含這種對稱電極布置的傳感器對于給定的分析物濃度可生成相對更大的安培電流，從而增強(qiáng)這種傳感器的靈敏度。另外，本文公開的對稱電極布置可有效地增大傳感器電極的反應(yīng)面積（例如，與工作電極的鄰近參比電極的側(cè)邊緣緊鄰的區(qū)域），而不大幅（substantially)增加總電極大小。[0032]特定傳感器生成的安培電流取決于一一除了其他因素以外一一工作電極上的發(fā)生還原或氧化反應(yīng)處的電化學(xué)反應(yīng)區(qū)域的大小。這種生成電流的反應(yīng)在工作電極處優(yōu)先沿著工作電極最靠近參比電極的邊緣（即，電流梯度最大處）發(fā)生。從而，給定電化學(xué)傳感器的反應(yīng)區(qū)域的大小至少部分由鄰近參比電極的部分的工作電極側(cè)邊緣的長度決定。[0033]在一些示例中，兩個電極可被布置成使得工作電極在兩側(cè)被參比電極的部分所圍繞。這樣，生成電流的電化學(xué)反應(yīng)可在工作電極的兩個側(cè)邊緣處以有可比性的效力(efficacy)發(fā)生。例如，在近似共面的電極布置中，工作電極在任一側(cè)可包括被定位在參比電極的部分之間的狹窄延伸部。在一些情況中，兩個電極可各自像一把梳子，具有從基底延伸的指部的樣式（例如，工作電極可具有約25Dm寬的指部并且參比電極可具有約125Dm寬的指部）。來自各個電極的兩組指部隨后可被定位為互鎖，而不接觸，使得工作電極延伸部/指部中的給定一個被參比電極的相應(yīng)部分所圍繞。所得到的交替（或叉指狀）的幾何結(jié)構(gòu)可由于包括工作電極的兩個側(cè)邊緣的增大的反應(yīng)區(qū)域而合乎需要地（desirably)對于給定的分析物濃度生成相對更大的傳感器電流。[0034]本公開的一些實施例因此提供了下述電極布置：其中，工作電極包括至少一個在兩側(cè)被參比電極的部分圍繞的延伸部。例如，工作電極延伸部（以及參比電極的相對應(yīng)部分）可被布置為叉指狀的基本平行的條或者同心環(huán)。在任一情況下，工作電極可包括在兩側(cè)被參比電極的相對更寬部分圍繞的狹窄延伸部。結(jié)果，在這種電化學(xué)傳感器的操作期間，工作電極使得生成電流的反應(yīng)沿著兩個狹窄延伸部的兩個側(cè)邊緣以基本上有可比性當(dāng)前第1頁1 2 3 4 5 6