JP2020156911A - Biosensor probe and method for producing the same - Google Patents

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Takeshi Hatayama
健 畑山
太志 遠藤
Futoshi Endo
太志 遠藤
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Abstract

To improve durability of a biosensor probe by improving an enzyme and a redox mediator from flowing to the outside.SOLUTION: A shape of a longitudinal section of an insulation substrate 111 to be a base constituting a sensing portion of a biosensor probe is a trapezoid with the top shorter than the base.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本開示は、例えば、液体試料の被検体に含まれる特定物質の濃度を計測するバイオセンサを構成するプローブおよびその製造方法に関する。より詳しくは、本開示により、体内に挿入されるバイオセンサプローブに形成された検知層に含まれる酵素やメディエータの漏出または変質を防止することによって、バイオセンサの耐久性を向上したバイオセンサプローブおよびその製造方法が提供される。 The present disclosure relates to, for example, a probe constituting a biosensor for measuring the concentration of a specific substance contained in a subject of a liquid sample, and a method for producing the same. More specifically, the present disclosure improves the durability of biosensor probes by preventing leakage or alteration of enzymes and mediators contained in the detection layer formed on the biosensor probe inserted into the body. The manufacturing method is provided.

バイオセンサとは、生体の有する分子認識能を利用あるいは模倣して物質を計測するシステムであり、例えば、酵素−基質、抗原−抗体、ホルモン−レセプターなどの組合せのうち一方を検体(測定対象物質)とし、他方を受容体として検体とその受容体との間の分子認識反応によって発生する化学的な変化をトランスデューサーで電気信号に変換し、得られた電気信号の強さに応じて検体の量を測定する測定装置である。 A biosensor is a system that measures substances by utilizing or imitating the molecular recognition ability of a living body. For example, one of a combination of enzyme-substrate, antigen-antibody, hormone-receptor, etc. is used as a sample (substance to be measured). ), And the other is a receptor, and the chemical change generated by the molecular recognition reaction between the sample and its receptor is converted into an electrical signal by a transducer, and the sample's strength depends on the strength of the obtained electrical signal. It is a measuring device that measures a quantity.

バイオセンサに用いる生体分子として、上記以外にも遺伝子、糖鎖、脂質、ペプチド、細胞、組織なども含まれる。なかでも、酵素を用いたバイオセンサは盛んに開発が行われており、その代表例が、自己血糖測定に用いられるグルコース酸化酵素(Glucose oxidase; GOx)やグルコース脱水素酵素 (Glucose dehydrogenase; GDH)などを用いた電気化学式グルコースセンサである。 In addition to the above, biomolecules used in biosensors also include genes, sugar chains, lipids, peptides, cells, tissues and the like. Among them, biosensors using enzymes are being actively developed, and typical examples are glucose oxidase (GOx) and glucose dehydrogenase (GDH) used for self-glycemic measurement. It is an electrochemical glucose sensor using the above.

自己血糖測定に用いられる電気化学式グルコースセンサは、概略、その表面に電極が形成された絶縁基板の上に、スペーサーを介してカバーが配置されている構成である。前記電極上には検体応答性酵素、レドックスメディエータ(電子伝達体)等を含む試薬が配置されており、この部分が分析部となる。この分析部には、血液を導入するための流路の一端が連通しており、前記流路の他端は外部に向かって開口しており、ここが血液供給口となる。このようなセンサを用いた血糖値の測定は、例えば、次のようにして行われる。すなわち、まず、前記センサを専用の測定装置(メータ)にセットする。そして、指先等をランセットで傷つけて出血させ、これに前記センサの血液供給口を接触させる。血液は、毛細管現象によりセンサの流路に吸い込まれ、これを通って分析部に導入され、ここで、前記試薬と接触する。そして、検体応答性酵素E(例えば、GOx、GDH)は、血液中のグルコースと特異的に反応することでグルコースを酸化する。レドックスメディエータMは、酸化によって発生した電子を受容する。電子を受容して還元されたレドックスメディエータMは、電極で電気化学的に酸化される。還元体レドックスメディエータMの酸化によって得られる電流値や電荷量などの大きさから、血液中のグルコース濃度、すなわち血糖値が簡便に検出される。 The electrochemical glucose sensor used for self-blood glucose measurement is generally configured such that a cover is arranged via a spacer on an insulating substrate having electrodes formed on its surface. A reagent containing a sample-responsive enzyme, a redox mediator (electron carrier), and the like is arranged on the electrode, and this portion serves as an analysis unit. One end of a flow path for introducing blood communicates with this analysis unit, and the other end of the flow path is open to the outside, and this is a blood supply port. The blood glucose level is measured using such a sensor, for example, as follows. That is, first, the sensor is set in a dedicated measuring device (meter). Then, the fingertip or the like is injured with a lancet to cause bleeding, and the blood supply port of the sensor is brought into contact with the bleeding. Blood is sucked into the flow path of the sensor by capillarity and introduced into the analyzer through which it comes into contact with the reagent. Then, the sample-responsive enzyme E (for example, GOx, GDH) oxidizes glucose by reacting specifically with glucose in blood. Redox Mediator M accepts electrons generated by oxidation. The redox mediator M, which has received and reduced electrons, is electrochemically oxidized at the electrode. The glucose concentration in blood, that is, the blood glucose level is easily detected from the magnitudes such as the current value and the amount of electric charge obtained by the oxidation of the redox mediator M.

このような電気化学式血糖センサは、糖尿病治療における血糖値管理に重要な役割を果たし、糖尿病患者は血糖値に基づく適切なインスリン投与や食事制限を行うことができる。しかしながら、一日に何度も血糖値を測定しなければならず、その都度血液採取をすることは患者に苦痛を強いることとなるので、生活の質(Quality of Life; QOL)を維持することが困難であった。 Such an electrochemical blood glucose sensor plays an important role in blood glucose control in the treatment of diabetes, and a diabetic patient can perform appropriate insulin administration and dietary restriction based on the blood glucose level. However, the quality of life (QOL) should be maintained because the blood glucose level must be measured many times a day and blood sampling each time causes pain to the patient. Was difficult.

すでに埋め込み型電気化学式グルコースセンサが開発されている。このような埋め込み型電気化学式グルコースセンサ1の本体10を生体2に貼り付けてプローブ11を生体内に挿入して継続的に血糖値の測定を行う(図1および2)。これにより、その都度血液採取することなく、長時間にわたり血糖値を測定することができる。 Implantable electrochemical glucose sensors have already been developed. The main body 10 of such an implantable electrochemical glucose sensor 1 is attached to the living body 2 and the probe 11 is inserted into the living body to continuously measure the blood glucose level (FIGS. 1 and 2). As a result, the blood glucose level can be measured for a long period of time without collecting blood each time.

厚生労働省は、「平成9年遠隔診療通知(平成9年12月24日付け健政発第1075号厚生省健康政策局長通知)」を行い、遠隔診療の基本的考え方や医師法第20条等との関係から留意すべき事項を示した。その後、情報通信機器の開発・普及の状況を踏まえ、2015年8月10日付けで情報通信機器を用いた診療(いわゆる「遠隔診療」)について各都道府県知事に向けて事務連絡を行った。2015年通知により、遠隔診療は事実上解禁され、2016年には情報通信機器3(スマートフォン)と専用アプリケーションを用いて、バイオセンサ1と無線データ通信する遠隔診療ツールが世の中に出回り始めた(図3)。さらに、2017年7月14日付けで、遠隔診療の取扱いについて、再度周知、明確化する趣旨で通知(医政発0714第4号)が行われた。2015年通知によれば、遠隔診療は、当事者が医師および患者本人であることが確認できる限り、テレビ電話や、電子メール、ソーシャルネットワーキングサービス等の情報通信機器を組み合わせた遠隔診療についても、直接の対面診療に代替し得る程度の患者の心身の状況に関する有用な情報が得られる場合には、直ちに医師法第20条等に抵触するものではない、とした。この2017年通知によって、情報通信機器を利用した遠隔診療がさらに発展するであろう。したがって、埋め込み型センサの需要はますます高まることが期待される。 The Ministry of Health, Labor and Welfare issued the "Notice of Remote Medical Care in 1997 (Notice of Director of Health Policy Bureau, Ministry of Health, Labor and Welfare No. 1075 issued on December 24, 1997)" with the basic concept of remote medical care and Article 20 of the Medical Practitioners Act. The matters to be noted from the relationship of. After that, based on the development and popularization of information and telecommunications equipment, on August 10, 2015, administrative communication was made to each prefectural governor regarding medical treatment using information and communication equipment (so-called "remote medical treatment"). With the 2015 notification, the ban on remote medical care was virtually lifted, and in 2016, remote medical care tools that wirelessly communicate with biosensor 1 using information communication device 3 (smartphone) and a dedicated application began to appear in the world (Fig.) 3). Furthermore, on July 14, 2017, a notification was issued (Medical Administration No. 0714 No. 4) to remind and clarify the handling of remote medical care. According to the 2015 notification, remote medical care will also be direct for remote medical care that combines information and communication devices such as videophones, e-mail, and social networking services, as long as it can be confirmed that the parties are the doctor and the patient. If useful information on the physical and mental condition of the patient can be obtained that can be replaced with face-to-face medical care, it does not immediately violate Article 20 of the Medical Practitioners Act. With this 2017 notification, remote medical care using information and communication equipment will be further developed. Therefore, the demand for embedded sensors is expected to increase more and more.

従来のイン・ビボ型(埋め込み型)のバイオセンサの構成として、主面を有するベース基板と、前記ベース基板の主面上に形成され、作用極と対極とを有する電極層と、被検体と反応する試薬層と、前記試薬層を含む、被検体と試薬が反応する空間を覆う生体性適合膜と、を備えたものであった(特許文献1)。また、イン・ビトロ型のバイオセンサでは、絶縁性の基板の表面に、少なくとも測定電極と対電極を形成し、その上に少なくとも一部を覆うように試薬層を形成し、試薬層の厚さを調整するための絶縁部を設け、試薬層を形成するための絶縁部が、凹部を形成したバイオセンサもある(特許文献2)。 As a configuration of a conventional in-biosensor (embedded type) biosensor, a base substrate having a main surface, an electrode layer formed on the main surface of the base substrate and having an working electrode and a counter electrode, and a subject. It was provided with a reagent layer that reacts and a biocompatible membrane that covers the space in which the subject and the reagent react, including the reagent layer (Patent Document 1). Further, in an in-vitro type biosensor, at least a measurement electrode and a counter electrode are formed on the surface of an insulating substrate, and a reagent layer is formed on the measurement electrode so as to cover at least a part thereof, and the thickness of the reagent layer is formed. There is also a biosensor in which an insulating portion for adjusting the temperature is provided and a recess is formed in the insulating portion for forming a reagent layer (Patent Document 2).

米国特許第8326393号明細書U.S. Pat. No. 8326393 特開2000−221156号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-22156

上記従来のイン・ビボの埋め込み型センサは、そのプローブを長時間体内に挿入するので、構成要素である検体応答性酵素やレドックスメディエータが流出する機会が増大する。検体応答性酵素やレドックスメディエータがセンサ外部に流出すれば、センサ感度が劣化するのみならず、生体に対して害を与えることとなる。また、検体応答性酵素やレドックスメディエータが外部に流出すれば、センサの耐久性も低下する。したがって、検体応答性酵素やレドックスメディエータの流出を防止する対策が非常に重要である。 Since the conventional in vivo implantable sensor inserts the probe into the body for a long time, the chances of the component sample-responsive enzyme and redox mediator leaking out increase. If the sample-responsive enzyme or redox mediator leaks out of the sensor, not only the sensor sensitivity deteriorates, but also the living body is harmed. In addition, if the sample-responsive enzyme or redox mediator leaks to the outside, the durability of the sensor also decreases. Therefore, it is very important to take measures to prevent the outflow of sample-responsive enzymes and redox mediators.

従来のイン・ビボの埋め込み型のバイオセンサでは、ベースとなる絶縁性基板上に電極層を形成し、その上に検知層を形成し、その試薬層を生体性適合の保護膜で覆って、検体応答性酵素やレドックスメディエータなどの試薬が外部に流出することを防止しているが、絶縁性基板上に形成した検知層に対して、保護膜の膜厚が薄くなる部分が生じ、試薬が膜の外部に漏れ出す場合があり、その結果、バイオセンサの測定の耐久性が低下してしまうのであった。 In a conventional in-biosensor embedded biosensor, an electrode layer is formed on a base insulating substrate, a detection layer is formed on the electrode layer, and the reagent layer is covered with a biocompatible protective film. Although it prevents reagents such as sample-responsive enzymes and redox mediators from flowing out to the outside, the protective film becomes thinner than the detection layer formed on the insulating substrate, causing the reagents to become thinner. It may leak out of the membrane, resulting in reduced durability of biosensor measurements.

したがって、本開示では、バイオセンサの測定の耐久性を向上するために、ベース基板上に形成した検知層に対して、保護膜の膜厚が薄くなる部分が存在しないバイオセンサプローブおよびその製造方法を提供することを課題とする。 Therefore, in the present disclosure, in order to improve the measurement durability of the biosensor, the biosensor probe and the manufacturing method thereof do not have a portion where the film thickness of the protective film becomes thin with respect to the detection layer formed on the base substrate. The challenge is to provide.

本開示により、プローブのセンシング部分の縦断面における形状が略長方形の場合と比較して、縦断面における形状が上底の長さが下底の長さより短い略台形の場合、検知層側上部の保護膜の厚さが増大することが、初めて確認された。
そこで、上記課題を解決するために、本開示では、バイオセンサにおいて、バイオセンサプローブのセンシング部分を構成するベースとなる絶縁性基板の縦断面を、上底が下底に対して短い台形状にし、その上底に検知層を形成する。
According to the present disclosure, when the shape of the sensing portion of the probe is substantially trapezoidal in which the length of the upper base is shorter than the length of the lower base as compared with the case where the shape in the vertical cross section is substantially rectangular, the upper part on the detection layer side It was confirmed for the first time that the thickness of the protective film increased.
Therefore, in order to solve the above problems, in the present disclosure, in the biosensor, the vertical cross section of the insulating substrate which is the base constituting the sensing portion of the biosensor probe is formed into a trapezoidal shape in which the upper bottom is shorter than the lower bottom. , A detection layer is formed on the upper bottom thereof.

より具体的には、本開示は、バイオセンサ用のプローブであって、平面図において、生体内に挿入するセンシング部分およびバイオセンサ本体の内部回路と電気的接続するための端子部分からなり、前記センシング部分は、
絶縁性基板であって、表側の面を上側とし裏側の面を下側とする縦断面における形状が、上底が下底に対して短い台形である絶縁性基板、
前記絶縁性基板の表側の面および裏側の面に形成された導電性薄膜、
前記絶縁性基板の表側の導電性薄膜上に形成された作用電極および参照電極、
前記絶縁性基板の裏側の導電性薄膜上に形成された対極、
前記絶縁性基板の表側の面に形成された導電性薄膜上に形成された検知層、ならびに
前記作用電極、前記参照電極、前記対極および前記検知層を被覆する生体性適合保護膜
を備えた、プローブを提供する。
More specifically, the present disclosure is a probe for a biosensor, which comprises a sensing portion to be inserted into a living body and a terminal portion for electrically connecting to an internal circuit of the biosensor main body in a plan view. The sensing part is
An insulating substrate having a trapezoidal shape in which the upper base is shorter than the lower base in a vertical cross section with the front surface on the upper side and the back surface on the lower side.
Conductive thin films formed on the front and back surfaces of the insulating substrate,
A working electrode and a reference electrode formed on the conductive thin film on the front side of the insulating substrate,
A counter electrode formed on a conductive thin film on the back side of the insulating substrate,
A detection layer formed on a conductive thin film formed on the front surface of the insulating substrate, and a biocompatible protective film covering the working electrode, the reference electrode, the counter electrode, and the detection layer. Provide a probe.

本開示の態様は、バイオセンサ用のプローブに、表側の面を上側とし裏側の面を下側とする縦断面において、上底が下底に対して短い台形状である絶縁性基板を用いる。 In the embodiment of the present disclosure, the probe for a biosensor uses an insulating substrate having a trapezoidal shape in which the upper bottom is shorter than the lower bottom in a vertical cross section in which the front side surface is the upper side and the back side surface is the lower side.

絶縁性基板から形成されたプローブのセンシング部分は、縦断面において、上底の長さが下底の長さの75〜90%、好ましくは、80〜85%であり、高さが下底の長さの50〜60%、好ましくは53〜57%である、略等脚台形状である。また、上底と脚とが構成する角における前記脚の接線と上底とがなす角度は、105〜130°、好ましくは110〜125°である。例えば、下底の長さが360μm、高さが200μmの等脚台形において、上底の長さは270〜324μm、好ましくは288〜306μmである。なお、下底の長さは、プローブの設計に依存して、限定されないが、例えば、200〜400μmの範囲で適宜定めることができる。 In the longitudinal section of the sensing portion of the probe formed from the insulating substrate, the length of the upper base is 75 to 90%, preferably 80 to 85% of the length of the lower base, and the height is the lower base. It has a substantially isomorphic pedestal shape, which is 50 to 60% of the length, preferably 53 to 57%. The angle formed by the tangent of the leg and the upper sole at the angle formed by the upper sole and the leg is 105 to 130 °, preferably 110 to 125 °. For example, in an isosceles trapezoid having a lower base length of 360 μm and a height of 200 μm, the upper base length is 270 to 324 μm, preferably 288 to 306 μm. The length of the lower base is not limited depending on the design of the probe, but can be appropriately determined in the range of, for example, 200 to 400 μm.

本開示によるバイオセンサ用のプローブの製造方法は、
プローブのベースとなる絶縁性基板を裁断して、前記プローブを、平面図において、生体内に挿入するセンシング部分およびバイオセンサ本体の内部回路と電気的接続するための端子部分からなり、かつ、前記センシング部分を、表側の面を上側とし裏側の面を下側とする縦断面における形状を、上底が下底に対して短い台形とする工程、
前記絶縁性基板の表側の面および裏側の面に導電性薄膜を形成する工程、
前記絶縁性基板の表側の面に形成された導電性薄膜導電性薄膜上に検知層を形成する工程;ならびに、
前記作用電極、前記参照電極、前記対極および前記検知層を生体性適合保護膜で被覆する工程
を含む。
The method for manufacturing a probe for a biosensor according to the present disclosure is described.
The insulating substrate that is the base of the probe is cut, and the probe is composed of a sensing portion to be inserted into the living body and a terminal portion for electrically connecting to the internal circuit of the biosensor main body in a plan view, and is described above. A process in which the shape of the sensing portion in a vertical cross section with the front surface on the upper side and the back surface on the lower side is a trapezoid in which the upper base is shorter than the lower base.
A step of forming a conductive thin film on the front surface and the back surface of the insulating substrate,
Conductive thin film formed on the front surface of the insulating substrate A step of forming a detection layer on a conductive thin film;
The step of coating the working electrode, the reference electrode, the counter electrode and the detection layer with a biocompatible protective film is included.

絶縁性基板を裁断して、プローブを形成する工程において、絶縁性基板を裁断できる方法であれば、レーザーカット、ピナクルダイを用いたダイカットなどのいずれの方法も用いることができる。 In the step of cutting the insulating substrate to form a probe, any method such as laser cutting or die cutting using a pinnacle die can be used as long as the insulating substrate can be cut.

生体適合保護膜で被覆する工程において、前記プローブのセンシング部分の軸を下方に向けて、容器に収容された生体適合保護膜形成用の樹脂を含む溶液に、センシング部分を1または複数回浸漬する。適当回数の浸漬が終了したら、前記プローブの裏側の面を下にして静置した状態で乾燥させる。 In the step of coating with the biocompatible protective film, the sensing portion is immersed one or more times in the solution containing the resin for forming the biocompatible protective film contained in the container with the axis of the sensing portion of the probe facing downward. .. When the immersion is completed an appropriate number of times, the probe is dried with the back surface facing down.

本開示によりプローブのセンシング部分の縦断面における形状を上底の長さが下底の長さより短い略台形とした場合には、略長方形などとした場合と比較して、検知層側上部の保護膜の厚さが10〜20%増大する。 According to the present disclosure, when the shape of the sensing portion of the probe in the vertical cross section is substantially trapezoidal in which the length of the upper base is shorter than the length of the lower base, the upper part on the detection layer side is protected as compared with the case where the shape is substantially rectangular. The thickness of the membrane is increased by 10-20%.

本開示によれば、絶縁性基板から形成されたプローブのセンシング部分を、表側の面を上側とし裏側の面を下側とする縦断面において、上底が下底に対して短い台形状としたので、検知層上の保護膜の膜厚を十分に厚く形成することが可能となり、その結果、試薬の外部への漏出を防ぐことができる。これにより、バイオセンサの測定の耐久性を向上することができた。 According to the present disclosure, the sensing portion of the probe formed from the insulating substrate has a trapezoidal shape in which the upper bottom is shorter than the lower bottom in a vertical cross section with the front surface on the upper side and the back surface on the lower side. Therefore, it is possible to form a sufficiently thick protective film on the detection layer, and as a result, it is possible to prevent the reagent from leaking to the outside. This made it possible to improve the measurement durability of the biosensor.

埋め込み型バイオセンサが生体(人体)に取り付けられた状態を示す概略図。The schematic diagram which shows the state which the embedded biosensor is attached to the living body (human body). 生体(人体)に取り付けられた状態の埋め込み型バイオセンサを示す断面図。A cross-sectional view showing an implantable biosensor attached to a living body (human body). スマートフォンと測定データを無線通信する埋め込み型バイオセンサの概略図。Schematic diagram of an embedded biosensor that wirelessly communicates measurement data with a smartphone. 本開示のひとつの具体例の埋め込み型バイオセンサのプローブの製造工程。The manufacturing process of the probe of the implantable biosensor of one specific example of the present disclosure. 本開示のひとつの具体例の埋め込み型バイオセンサのプローブの製造工程。The manufacturing process of the probe of the implantable biosensor of one specific example of the present disclosure. 本開示のひとつの具体例の埋め込み型バイオセンサのプローブの製造工程。The manufacturing process of the probe of the implantable biosensor of one specific example of the present disclosure. 本開示のひとつの具体例の埋め込み型バイオセンサのプローブの製造工程における、保護膜の形成手順を示す概略図。The schematic diagram which shows the formation procedure of the protective film in the manufacturing process of the probe of the implantable biosensor of one specific example of this disclosure. プローブのセンシング部分の縦断面における形状の違いによる、保護膜断面形状の比較を示す概略図。The schematic diagram which shows the comparison of the cross-sectional shape of the protective film by the difference in the shape in the vertical cross section of the sensing part of a probe. 本開示のひとつの具体例の埋め込み型バイオセンサのプローブ表側の上面図。Top view of the probe front side of the implantable biosensor of one specific example of the present disclosure. 図9におけるA-A’切断線での断面図。FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line AA'in FIG. 図10におけるB-B’切断線での断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line B-B'in FIG. 図10におけるC-C’切断線での断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line C-C'in FIG. 略台形断面形状を有するセンシング部分を含むプローブAおよび略長方形断面形状を有するセンシング部分を含むプローブBのセンシング部分の断面の顕微鏡像。A microscopic image of a cross section of a sensing portion of a probe A including a sensing portion having a substantially trapezoidal cross-sectional shape and a sensing portion including a sensing portion having a substantially rectangular cross-sectional shape. 略台形断面形状を有するセンシング部分を含むプローブAおよび略長方形断面形状を有するセンシング部分を含むプローブBのグルコース応答特性を示すグラフ。The graph which shows the glucose response characteristic of the probe A including the sensing portion which has a substantially trapezoidal cross-sectional shape, and the probe B including the sensing portion which has a substantially rectangular cross-sectional shape.

1.埋め込み型バイオセンサのプローブの製造方法
本開示のひとつの実施形態の埋め込み型バイオセンサ1のプローブ11の製造方法を説明する。以下に示す構造および製造方法は、本開示のひとつの具体例であり、本開示の特徴である略等脚台形断面形状を有するセンシング部分が形成されていれば、下記した構成に限定されるものではない。
1. 1. Method for Manufacturing Probe for Implantable Biosensor The method for manufacturing probe 11 for implantable biosensor 1 according to one embodiment of the present disclosure will be described. The structure and manufacturing method shown below are one specific example of the present disclosure, and are limited to the following configurations as long as a sensing portion having a substantially isosceles trapezoidal cross-sectional shape, which is a feature of the present disclosure, is formed. is not.

(1)絶縁性基板の準備
埋め込み型バイオセンサ1は本体10とプローブ11を含み、プローブ11は、概略、生体内に挿入するセンシング部分およびバイオセンサ本体10の内部回路と電気的接続するための端子部分からなる鍵形状である。センシング部分は体内に挿入できるように細く形成され、端子部分はバイオセンサ本体10に挿入して電気的接続を形成するように一定の大きさを有する。したがって、まず、鍵形状の絶縁性基板111を準備する(図4a)。上段には表側から見た上面図を示し、下段には裏側から見た上面図を示す(以下、同様)。この絶縁性基板111は、生体内に挿入するプローブとして使用できる材料および厚さであれば、特に限定されることなく、例えば、約200 μm厚のポリエチレンテレフタレート (PET)を用いることができる。
鍵形状の絶縁性基板111は、材料を裁断することによって準備するが、裁断する方法は、特に限定されず、レーザーカット、ピナクルダイを用いたダイカットなどの分野公知の方法で裁断することができる。
(1) Preparation of Insulating Substrate The embedded biosensor 1 includes the main body 10 and the probe 11, and the probe 11 is generally used for electrically connecting the sensing portion to be inserted into the living body and the internal circuit of the biosensor main body 10. It is a key shape consisting of terminal parts. The sensing portion is formed thin so that it can be inserted into the body, and the terminal portion has a certain size so as to be inserted into the biosensor main body 10 to form an electrical connection. Therefore, first, the key-shaped insulating substrate 111 is prepared (FIG. 4a). The upper row shows the top view seen from the front side, and the lower row shows the top view seen from the back side (hereinafter, the same applies). The insulating substrate 111 is not particularly limited as long as it has a material and a thickness that can be used as a probe to be inserted into a living body, and for example, polyethylene terephthalate (PET) having a thickness of about 200 μm can be used.
The key-shaped insulating substrate 111 is prepared by cutting the material, but the cutting method is not particularly limited, and the key-shaped insulating substrate 111 can be cut by a method known in the field such as laser cutting and die cutting using a pinnacle die. ..

(2)導電性薄膜の形成
絶縁性基板111の両面に、炭素または金、銀、白金もしくはパラジウムなどの金属よりなる群から選択される導電性金属材料をスパッタ法、蒸着法、イオンプレーティングなどにより堆積することによって導電性薄膜112を形成する(図4b)。導電性薄膜の好ましい厚さは、10 nm〜数百nmである。
(2) Formation of Conductive Thin Film Conductive metal materials selected from the group consisting of carbon, gold, silver, platinum, palladium, etc. are sputtered, vapor-deposited, ion-plated, etc. on both sides of the insulating substrate 111. To form a conductive thin film 112 by depositing with (Fig. 4b). The preferred thickness of the conductive thin film is 10 nm to several hundred nm.

(3)電極リードの形成
絶縁性基板111の表側に形成した導電性薄膜112にレーザー描写することによって絶縁性基板111の表面に達する深さの溝113を形成して、作用電極リード112aと参照電極リード112bに分離して電気的絶縁する(図5c)。
(3) Formation of Electrode Leads A groove 113 having a depth reaching the surface of the insulating substrate 111 is formed by drawing a laser on the conductive thin film 112 formed on the front side of the insulating substrate 111, and is referred to as an working electrode lead 112a. Separated into electrode leads 112b for electrical insulation (Fig. 5c).

(4)絶縁性レジスト膜の形成
絶縁性基板111の表側に、作用電極114および参照電極115ならびに本体10と電気接続するための作用電極用端子114aおよび参照電極用端子115aとして用いる領域を除いた部分に、スパッタ法、スクリーン印刷法などにより、開口を有する絶縁性レジスト膜116aを形成し、絶縁性基板111の裏側に、対極117および本体10と電気接続するための対極用端子117aとして用いる領域を除いた部分に、スパッタ法、スクリーン印刷法などにより、開口を有する絶縁性レジスト膜116bを形成する(図5d)。絶縁性レジスト膜の好ましい厚さは、5〜40 μmである。
(4) Formation of Insulating Resist Film The area used as the working electrode terminal 114a and the reference electrode terminal 115a for electrical connection with the working electrode 114 and the reference electrode 115 and the main body 10 is excluded from the front side of the insulating substrate 111. An insulating resist film 116a having an opening is formed in the portion by a sputtering method, a screen printing method, or the like, and an area used as a counter electrode terminal 117a for electrical connection with the counter electrode 117 and the main body 10 on the back side of the insulating substrate 111. An insulating resist film 116b having an opening is formed in the portion excluding the above by a sputtering method, a screen printing method, or the like (FIG. 5d). The preferred thickness of the insulating resist film is 5-40 μm.

(5)参照電極の形成
絶縁性基板111の表側に形成したレジスト膜116aの参照電極用の開口にAg/AgClをスクリーン印刷法やインクジェット法により堆積させて、参照電極115を形成する(図5e)。参照電極の好ましい厚さは、5〜40 μmである。
(5) Formation of Reference Electrode Ag / AgCl is deposited in the opening for the reference electrode of the resist film 116a formed on the front side of the insulating substrate 111 by a screen printing method or an inkjet method to form the reference electrode 115 (FIG. 5e). ). The preferred thickness of the reference electrode is 5-40 μm.

(6)検知層の形成
作用電極114の上に、カーボン粒子などの導電性粒子、検体応答性酵素およびレドックスメディエータの混合水溶液を塗布乾燥して、導電性粒子、検体応答性酵素およびレドックスメディエータを含む検知層118を形成する(図6f)。検知層の導電性を向上させるために、適宜、カーボン粒子などの導電性粒子を用いることができる。開示において、「検体応答性酵素」とは、検体の酸化または還元を特異的に触媒することのできる生化学物質を意味する。バイオセンサの検出目的に使用できれば、いかなる生化学物質でもよい。例えば、グルコースを検体とする場合、適した検体応答性酵素は、グルコース酸化酵素(Glucose oxidase; GOx)やグルコース脱水酵素 (Glucose dehydrogenase; GDH)などである。「レドックスメディエータ」とは、電子伝達を仲介する酸化還元物質を意味し、バイオセンサにおいて、検体(アナライト)の酸化還元反応によって生じる電子の伝達を担う。例えば、フェナジン誘導体などが含まれるが、これに限定されず、バイオセンサの検出目的に使用できれば、いかなる酸化還元物質でもよい。検知層の好ましい厚さは、5〜80 μmである。
(6) Formation of detection layer A mixed aqueous solution of conductive particles such as carbon particles, sample-responsive enzyme and redox mediator is applied and dried on the working electrode 114 to obtain the conductive particles, sample-responsive enzyme and redox mediator. A detection layer 118 including the detection layer 118 is formed (FIG. 6f). In order to improve the conductivity of the detection layer, conductive particles such as carbon particles can be appropriately used. In the disclosure, "specimen-responsive enzyme" means a biochemical substance capable of specifically catalyzing the oxidation or reduction of a sample. Any biochemical substance may be used as long as it can be used for the purpose of detecting a biosensor. For example, when glucose is used as a sample, suitable sample-responsive enzymes include glucose oxidase (GOx) and glucose dehydrogenase (GDH). The “redox mediator” means a redox substance that mediates electron transfer, and is responsible for the transfer of electrons generated by the redox reaction of a sample (analyte) in a biosensor. For example, a phenazine derivative and the like are included, but the present invention is not limited to this, and any redox substance may be used as long as it can be used for the detection purpose of a biosensor. The preferred thickness of the detection layer is 5-80 μm.

本開示において、検知層は、少なくともレドックスメディエータおよび検体応答性酵素を含み、レドックスメディエータを含むメディエータ層および検体応答性酵素を含む酵素層から構成される多層膜であってもよい。 In the present disclosure, the detection layer may be a multilayer film containing at least a redox mediator and a sample-responsive enzyme, and composed of a mediator layer containing the redox mediator and an enzyme layer containing the sample-responsive enzyme.

(7)保護膜の形成
センシング部分を、センサ保護用の生体適合性樹脂を含む溶液に浸漬して、センシング部分の両面、側面および先端に保護膜119を形成する(図6g)。保護膜119は、作用電極用端子114a、参照電極用端子115aおよび対極用端子117aを被覆することなく、少なくとも、作用電極114、参照電極115、対極117および検知層118を被覆し、生体内に挿入される長さ以上に形成する。保護膜の好ましい厚さは、5〜200 μmである。
(7) Formation of Protective Film The sensing portion is immersed in a solution containing a biocompatible resin for protecting the sensor to form a protective film 119 on both sides, side surfaces and the tip of the sensing portion (FIG. 6 g). The protective film 119 covers at least the working electrode 114, the reference electrode 115, the counter electrode 117 and the detection layer 118 without covering the working electrode terminal 114a, the reference electrode terminal 115a and the counter electrode terminal 117a, and in vivo. Form longer than the length to be inserted. The preferred thickness of the protective film is 5 to 200 μm.

センサ保護用の生体適合性樹脂として、限定されないが、ポリ(4-ビニルピリジン)を用いることができ、ポリ(4-ビニルピリジン)はポリエチレングリコールジグリシジルエーテル (PEGDGE)などの架橋剤により架橋されていてもよく、例えば、ポリ(tert-ブチルメタクリレート)-b-ポリ(4-ビニルピリジン)、ポリスチレン-co-4-ビニルピリジン-co-オリゴ[プロピレングリコールメチルエーテル]メタクリレートなどが挙げられる。 Poly (4-vinylpyridine) can be used as the biocompatible resin for sensor protection, and poly (4-vinylpyridine) is crosslinked with a cross-linking agent such as polyethylene glycol diglycidyl ether (PEGDGE). For example, poly (tert-butyl methacrylate) -b-poly (4-vinylpyridine), polystyrene-co-4-vinylpyridine-co-oligo [propylene glycol methyl ether] methacrylate and the like can be mentioned.

図7を参照して、保護膜の形成手順を詳説する。鍵型プローブのセンシング部分の軸を下方に向けて、容器に収容された生体適合保護膜形成用の樹脂溶液に浸漬する。プローブの製造条件に依存するが、1または複数回浸漬を繰り返す。適当回数の浸漬が終了したら、前記プローブの裏側の面(すなわち、縦断面における台形の下底)を下にして静置する。この状態で、室温(18〜25℃)にて3〜60時間乾燥させる。 The procedure for forming the protective film will be described in detail with reference to FIG. 7. The key-type probe is immersed in a resin solution for forming a biocompatible protective film contained in a container with the axis of the sensing portion facing downward. The immersion is repeated one or more times, depending on the manufacturing conditions of the probe. After a suitable number of dips, the probe is allowed to stand with the back surface (ie, the trapezoidal bottom in the longitudinal section) facing down. In this state, it is dried at room temperature (18 to 25 ° C.) for 3 to 60 hours.

ポリ(4-ビニルピリジン)は、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル (PEGDGE)などの架橋剤により架橋されていてもよい。 Poly (4-vinylpyridine) may be crosslinked with a cross-linking agent such as polyethylene glycol diglycidyl ether (PEGDGE).

前記保護膜は、添加剤として、例えば、ポリ(2-メトキシエチルアクリレート)をさらに含有してもよい。これにより、保護膜の生体適合性が向上する。 The protective film may further contain, for example, poly (2-methoxyethyl acrylate) as an additive. This improves the biocompatibility of the protective film.

プローブのセンシング部分の縦断面における形状を、本開示によって上底の長さが下底の長さより短い略台形とした場合(図8a)、縦断面における形状を、常法に従って略長方形にした場合(図8b)と比較して、検知層側上部の保護膜の厚さが増大する。
プローブに付着した樹脂溶液は、表面張力により球形になろうとするが、重力および内部のプローブ形状に依存して、保護膜の形状が定まる。縦断面形状が略長方形の場合には、上辺と縦辺とが形成する角(センシング部分を立体的にみたとき、辺)が、樹脂溶液の流動を妨害するため、球状になりにくく、センシング部分の表側の面上に存在する樹脂溶液量が少なくなる。一方、本開示によって上底の長さが下底の長さより短い略台形とすると、上底の上方に存在する樹脂溶液と、両脚横に存在する樹脂溶液とが一体となり、球状になりやすくなり、結果として、センシング部分の表側の面上に存在する樹脂溶液量が多くなると想定される。
When the shape of the sensing portion of the probe in the vertical cross section is substantially trapezoidal in which the length of the upper base is shorter than the length of the lower base according to the present disclosure (FIG. 8a), and when the shape in the vertical cross section is made substantially rectangular according to a conventional method. Compared with FIG. 8b, the thickness of the protective film on the upper part on the detection layer side is increased.
The resin solution attached to the probe tends to become spherical due to surface tension, but the shape of the protective film is determined depending on gravity and the shape of the probe inside. When the vertical cross-sectional shape is substantially rectangular, the angle formed by the upper side and the vertical side (the side when the sensing part is viewed three-dimensionally) obstructs the flow of the resin solution, so that it does not easily become spherical and the sensing part. The amount of resin solution present on the front surface of the surface is reduced. On the other hand, if the length of the upper base is shorter than the length of the lower base according to the present disclosure, the resin solution existing above the upper base and the resin solution existing on the sides of both legs are integrated and tend to be spherical. As a result, it is assumed that the amount of the resin solution existing on the front surface of the sensing portion increases.

2.埋め込み型バイオセンサのプローブの内部構造
本開示のひとつの実施形態の埋め込み型バイオセンサ1のプローブ11の内部構造をさらに説明する。
2. 2. Internal Structure of Probe for Implantable Biosensor The internal structure of probe 11 for implantable biosensor 1 according to one embodiment of the present disclosure will be further described.

図9に、センシング部分に保護膜まで形成された状態のプローブ11の表側から見た上面図を示す。図9のA-A’切断線での断面図を図10に示す。絶縁性基板111の両側に導電性薄膜112が形成されている。表側の導電性薄膜112では、溝113によって作用電極リード112aと参照電極リード112bの2つのリードに分離され、電気的に絶縁されている。作用電極リード112aの一部が作用電極114として機能し、作用電極114上に検知層118が形成されている。検知層118は、一層で示されているが、作用電極上にメディエータ層118aを形成し、その上にレドックスメディエータ層118bを形成して二層構造とすることができ、実施形態に依存して、その他の構成も許容される。また、絶縁性レジスト膜116aの開口部分に参照電極115が形成されて、参照電極リード112bと電気的に接続している。裏側の導電性薄膜112は対極リード112cとなり、その一部が対極117として機能する。 FIG. 9 shows a top view of the probe 11 in a state where a protective film is formed on the sensing portion as seen from the front side. A cross-sectional view taken along the AA'cutting line of FIG. 9 is shown in FIG. Conductive thin films 112 are formed on both sides of the insulating substrate 111. In the conductive thin film 112 on the front side, the groove 113 separates the working electrode lead 112a and the reference electrode lead 112b into two leads, which are electrically insulated. A part of the working electrode lead 112a functions as the working electrode 114, and the detection layer 118 is formed on the working electrode 114. Although the detection layer 118 is shown as a single layer, the mediator layer 118a can be formed on the working electrode and the redox mediator layer 118b can be formed on the mediator layer 118a to form a two-layer structure, depending on the embodiment. , Other configurations are also acceptable. Further, the reference electrode 115 is formed in the opening portion of the insulating resist film 116a and is electrically connected to the reference electrode lead 112b. The conductive thin film 112 on the back side serves as a counter electrode lead 112c, and a part of the conductive thin film 112 functions as a counter electrode 117.

図10のB-B’切断線での断面図を図11に示す。絶縁性基板111の表側に作用電極115が形成され、その上に検知層118が形成され、裏側に対極117が形成されている。さらに、センシング部分の周囲全体が本開示の保護膜119で被覆されていることが分かる。
なお、図11において、プローブ内部の基本的構造を説明する趣旨から、絶縁性基板の断面形状は長方形として、簡便に描写している。
A cross-sectional view taken along the BB'cut line of FIG. 10 is shown in FIG. A working electrode 115 is formed on the front side of the insulating substrate 111, a detection layer 118 is formed on the working electrode 115, and a counter electrode 117 is formed on the back side. Furthermore, it can be seen that the entire periphery of the sensing portion is covered with the protective film 119 of the present disclosure.
In FIG. 11, for the purpose of explaining the basic structure inside the probe, the cross-sectional shape of the insulating substrate is simply depicted as a rectangle.

図10のC-C’切断面での断面図を図12に示す。絶縁性基板111の表側に、溝113で電気的に分離された作用電極リード112aと参照電極リード112bとが形成され、その上に絶縁性レジスト膜116aが形成されている。絶縁性レジスト膜116aの開口部に参照電極115が形成されている。基板111の裏側に対極リード112cが形成され、その上に絶縁性レジスト膜116bが形成されている。さらに、センシング部分の周囲全体が本開示の保護膜119で被覆されていることが分かる。
なお、図12において、プローブ内部の基本的構造を説明する趣旨から、絶縁性基板の断面形状は長方形として、簡便に描写している。
A cross-sectional view of the C-C'cut surface of FIG. 10 is shown in FIG. On the front side of the insulating substrate 111, a working electrode lead 112a and a reference electrode lead 112b electrically separated by a groove 113 are formed, and an insulating resist film 116a is formed on the working electrode lead 112a. A reference electrode 115 is formed in the opening of the insulating resist film 116a. A counter electrode lead 112c is formed on the back side of the substrate 111, and an insulating resist film 116b is formed on the counter electrode lead 112c. Furthermore, it can be seen that the entire periphery of the sensing portion is covered with the protective film 119 of the present disclosure.
In FIG. 12, for the purpose of explaining the basic structure inside the probe, the cross-sectional shape of the insulating substrate is simply depicted as a rectangle.

[実施例1]
<プローブの作製>
(1)絶縁性基板の準備
図4aに示すように、ポリエチレンテレフタレート (PET)シート(東レ株式会社製ルミラーR E20 #188; 189 μm厚)を裁断して、鍵形状の絶縁性基板を準備した。この実施例において、PETシートの裁断は、ピナクルダイを用いるダイカット(以下、「ピナクルカット」と称する。)により行った。絶縁性基板の縦断面の形状は略台形であった(後で示す)。
[Example 1]
<Making a probe>
(1) Preparation of Insulating Substrate As shown in Fig. 4a, a polyethylene terephthalate (PET) sheet (Lumirror R E20 # 188; 189 μm thickness manufactured by Toray Co., Ltd.) was cut to prepare a key-shaped insulating substrate. .. In this example, the PET sheet was cut by a die cut using a pinnacle die (hereinafter, referred to as "pinnacle cut"). The shape of the vertical cross section of the insulating substrate was substantially trapezoidal (shown later).

(2)導電性薄膜の形成
図4bに示すように、前記絶縁性基板の両面に、スパッタ法により金を堆積することによって、導電性薄膜(厚さ30 nm)を形成した。
(2) Formation of Conductive Thin Film As shown in FIG. 4b, a conductive thin film (thickness 30 nm) was formed by depositing gold on both surfaces of the insulating substrate by a sputtering method.

(3)電極リードの形成
図5cに示すように、絶縁性基板の表側に形成した導電性薄膜にレーザー描写することによって絶縁性基板の表面に達する深さの溝を形成して、作用電極リードと参照電極リードに分離して電気的分離した。
(3) Formation of Electrode Lead As shown in FIG. 5c, a groove having a depth reaching the surface of the insulating substrate is formed by laser drawing on the conductive thin film formed on the front side of the insulating substrate, and the working electrode lead is formed. And the reference electrode lead was separated and electrically separated.

(5)絶縁性レジスト膜の形成
図5dに示すように、絶縁性基板の表側に、作用電極および参照電極ならびに、埋め込み型バイオセンサの本体と電気接続するための作用電極用端子および参照電極用端子として用いる領域を除いた部分に開口を有する絶縁性レジスト膜をスクリーン印刷法により形成し、絶縁性基板の裏側に、対極および本体と電気接続するための対極用端子として用いる領域を除いた部分に開口を有する絶縁性レジスト膜(厚さ10-15 μm)をスクリーン印刷法により形成した。
(5) Formation of Insulating Resist Film As shown in FIG. 5d, the working electrode and the reference electrode, and the working electrode terminal and the reference electrode for electrical connection with the main body of the embedded biosensor are provided on the front side of the insulating substrate. An insulating resist film having an opening is formed by a screen printing method in a portion excluding a region used as a terminal, and a portion excluding a counter electrode and a region used as a counter electrode terminal for electrical connection with the main body on the back side of the insulating substrate. An insulating resist film (thickness 10-15 μm) having an opening was formed by a screen printing method.

(6)参照電極の形成
図5eに示すように、絶縁性基板の表側に形成したレジスト膜の参照電極用の開口にAg/AgClをスクリーン印刷法により堆積させて、参照電極(厚さ10-15 μm)を形成した。
(6) Formation of Reference Electrode As shown in FIG. 5e, Ag / AgCl was deposited by a screen printing method in the opening for the reference electrode of the resist film formed on the front side of the insulating substrate, and the reference electrode (thickness 10-) was deposited. 15 μm) was formed.

図では、基板上での各構成の位置関係が明確になるように、鍵形状に裁断した基板に対して種々の構成を図示しているが、実際のプローブ作製に際しては、ここまでの工程を行ってから、加工された基板を鍵形状に裁断した。 In the figure, various configurations are shown for the substrate cut into a key shape so that the positional relationship of each configuration on the substrate is clarified. However, in the actual probe fabrication, the steps up to this point are shown. After that, the processed substrate was cut into a key shape.

(7)検知層の形成
図6fに示すように、絶縁性基板の表側に形成した絶縁性レジスト膜の開口部から露出した導電性薄膜を作用電極とし、その上に、レドックスメディエータとしてフェナジン誘導体を含む水溶液約0.3 μlを塗布し乾燥して、メディエータ層を形成し、このメディエータ層の上に、検体応答性酵素としてグルコース酸化酵素(Glucose oxidase; GOD)およびポリアクリル酸ナトリウムを含む水溶液を塗布し乾燥して酵素層を形成することによって、二層構造の検知層(厚さ15 μm)を形成した。
(7) Formation of Detection Layer As shown in FIG. 6f, a conductive thin film exposed from the opening of the insulating resist film formed on the front side of the insulating substrate is used as an acting electrode, and a phenazine derivative is used as a redox mediator on the conductive thin film. Approximately 0.3 μl of the aqueous solution containing it is applied and dried to form a mediator layer, and an aqueous solution containing glucose oxidase (GOD) and sodium polyacrylate as a sample-responsive enzyme is applied onto the mediator layer. By drying to form an enzyme layer, a detection layer (thickness 15 μm) having a two-layer structure was formed.

(8)保護膜の形成
図6gに示すように、センシング部分を、架橋剤および保護膜用ポリマーを含むエタノール溶液に浸漬して、センシング部分の両面、側面および端面に保護膜(厚さ5-40 μm)を形成した。
より具体的には、ポリ(4-ビニルピリジン) 600 mg、架橋剤としてポリエチレングリコールジグリシジルエーテル (PEGDGE) (Mn=1000) 47 mgを溶媒(エタノール95%、4-(2-ヒドロキシエチル)-1-ピペラジンエタンスルホン酸 (HEPES)緩衝液 (10 mM, pH8)5%)1 mLに溶かした溶液に、上記で製造したプローブを10分間隔で6回浸漬した。その後、室温にて48時間乾燥することによって、架橋した保護膜を形成して、プローブAを得た。
(8) Formation of Protective Film As shown in FIG. 6g, the sensing portion is immersed in an ethanol solution containing a cross-linking agent and a polymer for a protective film, and protective films (thickness 5-) are formed on both sides, side surfaces and end faces of the sensing portion. 40 μm) was formed.
More specifically, 600 mg of poly (4-vinylpyridine) and 47 mg of polyethylene glycol diglycidyl ether (PEGDGE) (Mn = 1000) as a cross-linking agent are used as a solvent (95% ethanol, 4- (2-hydroxyethyl)-. The probe prepared above was immersed in a solution of 1-piperazine ethanesulfonic acid (HEPES) buffer (10 mM, pH 8) 5%) 6 times at 10-minute intervals. Then, it was dried at room temperature for 48 hours to form a crosslinked protective film to obtain probe A.

プローブAのセンシング部分(先端から約1mmの部位)を縦に切断して、図10に示すB-B’切断線での断面図に相当する切断面を光学顕微鏡により観察した顕微鏡像を図13(a)に示す。
絶縁性基板は、上底が約300μm、下底が約360μm、高さが約200μmの略等脚台形であった。また、下底より下方に形成された保護膜の厚さが約80μm、上底より上方に形成された保護膜の厚さが約115μm、左右の脚の側方に形成された保護膜の厚さが、60〜70μmであった。また、上底と脚とが構成する角における前記脚の接線と上底とがなす角度は、約115〜120°の範囲内であった。
前記寸法および角度の測定要領は、プローブAの切断面を例にして、図13(c)に示される。
FIG. 13 is a microscope image obtained by vertically cutting the sensing portion (a portion of about 1 mm from the tip) of the probe A and observing the cut surface corresponding to the cross-sectional view taken along the B-B'cutting line shown in FIG. 10 with an optical microscope. Shown in (a).
The insulating substrate had a substantially isosceles trapezoidal shape with an upper base of about 300 μm, a lower base of about 360 μm, and a height of about 200 μm. The thickness of the protective film formed below the lower bottom is about 80 μm, the thickness of the protective film formed above the upper bottom is about 115 μm, and the thickness of the protective film formed on the sides of the left and right legs. The size was 60 to 70 μm. Further, the angle formed by the tangent line of the leg and the upper sole at the angle formed by the upper sole and the leg was within the range of about 115 to 120 °.
The measurement procedure of the dimensions and the angle is shown in FIG. 13 (c) by taking the cut surface of the probe A as an example.

<プローブ特性の測定>
[耐久性]
プローブAを37℃のリン酸緩衝生理食塩水 (PBS, pH7)中で保管した。保管前(0日目)と、保管後3, 7および15日目に、プローブAを埋め込み型アンペロメトリックグルコースセンサに取り付けて、37℃のリン酸緩衝生理食塩水 (PBS, pH7)中にプローブを設置した。このPBS溶液にグルコースを700 mg/dL添加して、電流応答値(nA)を測定した。0日目の電流応答値を100%として、各濃度での応答率 (%)を算出した。
保管後15日目の応答特性は、保管前の20%以上残存しており、耐久性は良好であった。結果を表1にまとめ、図14に示した。
<Measurement of probe characteristics>
[durability]
Probe A was stored in phosphate buffered saline (PBS, pH 7) at 37 ° C. Before storage (day 0) and on days 3, 7 and 15 after storage, probe A was attached to an implantable amperometric glucose sensor and placed in phosphate buffered saline (PBS, pH 7) at 37 ° C. A probe was installed. Glucose was added to this PBS solution at 700 mg / dL, and the current response value (nA) was measured. The response rate (%) at each concentration was calculated with the current response value on day 0 as 100%.
The response characteristics on the 15th day after storage remained 20% or more of that before storage, and the durability was good. The results are summarized in Table 1 and shown in FIG.

[比較例1]
<プローブの作製>
実施例1において、PETシートの裁断をレーザーカットにより行って、絶縁性基板の縦断面の形状を略長方形とした(後で示す)以外は、実施例1と同様の条件で、プローブBを得た。
[Comparative Example 1]
<Making a probe>
In Example 1, probe B was obtained under the same conditions as in Example 1 except that the PET sheet was cut by laser cutting to make the shape of the vertical cross section of the insulating substrate substantially rectangular (shown later). It was.

プローブAのセンシング部分(先端から約1mmの部位)を縦に切断して、図10に示すB-B’切断線での断面図に相当する切断面を光学顕微鏡により観察した顕微鏡像を図13(b)に示す。
絶縁性基板は、上辺が約360μm、下辺が約360μm、高さが約200μmの略長方形であった。また、下辺より下方に形成された保護膜の厚さが約80μm、上辺より上方に形成された保護膜の厚さが約100μm、左右の辺の側方に形成された保護膜の厚さが、60〜70μmであった。また、上底と脚とが構成する角における前記脚の接線と上底とがなす角度は、約95°であった。
前記寸法および角度の測定要領は、プローブAの切断面を例にして、図13(c)に示される。
FIG. 13 is a microscope image obtained by vertically cutting the sensing portion (a portion of about 1 mm from the tip) of the probe A and observing the cut surface corresponding to the cross-sectional view taken along the B-B'cutting line shown in FIG. 10 with an optical microscope. Shown in (b).
The insulating substrate had a substantially rectangular shape with an upper side of about 360 μm, a lower side of about 360 μm, and a height of about 200 μm. Further, the thickness of the protective film formed below the lower side is about 80 μm, the thickness of the protective film formed above the upper side is about 100 μm, and the thickness of the protective film formed on the left and right sides is about 100 μm. , 60-70 μm. Further, the angle formed by the tangent line of the leg and the upper sole at the angle formed by the upper sole and the leg was about 95 °.
The measurement procedure of the dimensions and the angle is shown in FIG. 13 (c) by taking the cut surface of the probe A as an example.

<プローブ特性の測定>
[耐久性]
プローブBの耐久性につき、実施例1と同様に測定を行った。
応答特性は、保管後3日目で保管前の50%程度にまで低下し、15日目には10%を下回り、耐久性は不良であった。結果を表2にまとめ、図14に示した。
<Measurement of probe characteristics>
[durability]
The durability of probe B was measured in the same manner as in Example 1.
The response characteristics decreased to about 50% of that before storage on the 3rd day after storage, and fell below 10% on the 15th day, and the durability was poor. The results are summarized in Table 2 and shown in FIG.

実施例1において、プローブのセンシング部分の断面形状を上底の長さが下底の長さより短い略等脚台形としたので、比較例1において常法で得られたセンシング部分の断面形状が略長方形のプローブと比較して、検知層上方の保護膜の厚さが増大し、その結果、耐久性が向上した。 In Example 1, since the cross-sectional shape of the sensing portion of the probe is a substantially isosceles trapezoid in which the length of the upper base is shorter than the length of the lower base, the cross-sectional shape of the sensing portion obtained by the conventional method in Comparative Example 1 is substantially the same. The thickness of the protective film above the detection layer was increased compared to the rectangular probe, resulting in improved durability.

簡便な方法で、プローブのセンシング部分の断面形状を上底の長さが下底の長さより短い略等脚台形とすることができるので、耐久性が向上した埋め込み型バイオセンサを高い効率で製造することが可能となった。 By a simple method, the cross-sectional shape of the sensing part of the probe can be made into a substantially isosceles trapezoid whose upper base length is shorter than the lower base length, so that an embedded biosensor with improved durability can be manufactured with high efficiency. It became possible to do.

1 埋め込み型バイオセンサ
10 本体
11 プローブ
111 絶縁性基板
112 導電性薄膜
112a 作用電極リード
112b 参照電極リード
112c 対極リード
113 溝
114 作用電極
115 参照電極
116 絶縁性レジスト
117 対極
118 検知層
119 保護膜
2 生体
3 情報通信機器
1 Implantable biosensor
10 body
11 probe
111 Insulating board
112 Conductive thin film
112a working electrode lead
112b Reference electrode lead
112c opposite pole lead
113 groove
114 Working electrode
115 Reference electrode
116 Insulating resist
117 opposite pole
118 Detection layer
119 Protective film
2 Living body
3 Information and communication equipment

Claims (7)

バイオセンサ用のプローブであって、平面図において、生体内に挿入するセンシング部分およびバイオセンサ本体の内部回路と電気的接続するための端子部分からなり、前記センシング部分は、
絶縁性基板であって、表側の面を上側とし裏側の面を下側とする縦断面における形状が、上底が下底に対して短い台形である絶縁性基板、
前記絶縁性基板の表側の面および裏側の面に形成された導電性薄膜、
前記絶縁性基板の表側の導電性薄膜上に形成された作用電極および参照電極、
前記絶縁性基板の裏側の導電性薄膜上に形成された対極、
前記絶縁性基板の表側の面に形成された導電性薄膜上に形成された検知層、ならびに
前記作用電極、前記参照電極、前記対極および前記検知層を被覆する生体性適合保護膜
を備えた、プローブ。
A probe for a biosensor, which is composed of a sensing portion to be inserted into a living body and a terminal portion for electrically connecting to an internal circuit of the biosensor main body in a plan view.
An insulating substrate having a trapezoidal shape in which the upper base is shorter than the lower base in a vertical cross section with the front surface on the upper side and the back surface on the lower side.
Conductive thin films formed on the front and back surfaces of the insulating substrate,
A working electrode and a reference electrode formed on the conductive thin film on the front side of the insulating substrate,
A counter electrode formed on a conductive thin film on the back side of the insulating substrate,
A detection layer formed on a conductive thin film formed on the front surface of the insulating substrate, and a biocompatible protective film covering the working electrode, the reference electrode, the counter electrode, and the detection layer. probe.
前記台形が、略等脚台形であり、その上底と脚とが形成する角における前記脚の接線と上底とがなす角度が105〜130°である、請求項1に記載のプローブ。 The probe according to claim 1, wherein the trapezoid is a substantially isosceles trapezoid, and the angle formed by the tangent line of the leg and the upper base at the angle formed by the upper base and the leg is 105 to 130 °. 前記検知層は、少なくともレドックスメディエータおよび検体応答性酵素を含む、請求項1または2に記載のプローブ。 The probe according to claim 1 or 2, wherein the detection layer comprises at least a redox mediator and a sample-responsive enzyme. 前記検知層は、レドックスメディエータを含むメディエータ層および検体応答性酵素を含む酵素層から構成される多層膜である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のプローブ。 The probe according to any one of claims 1 to 3, wherein the detection layer is a multilayer film composed of a mediator layer containing a redox mediator and an enzyme layer containing a sample-responsive enzyme. バイオセンサ用のプローブの製造方法であって、
プローブのベースとなる絶縁性基板を裁断して、前記プローブを、平面図において、生体内に挿入するセンシング部分およびバイオセンサ本体の内部回路と電気的接続するための端子部分からなり、かつ、前記センシング部分を、表側の面を上側とし裏側の面を下側とする縦断面における形状を、上底が下底に対して短い台形とする工程、
前記絶縁性基板の表側の面および裏側の面に導電性薄膜を形成する工程、
前記絶縁性基板の表側の面に形成された導電性薄膜導電性薄膜上に検知層を形成する工程;ならびに、
前記作用電極、前記参照電極、前記対極および前記検知層を生体性適合保護膜で被覆する工程
を含む、プローブの製造方法。
A method for manufacturing a probe for a biosensor.
The insulating substrate that is the base of the probe is cut, and the probe is composed of a sensing portion to be inserted into the living body and a terminal portion for electrically connecting to the internal circuit of the biosensor main body in a plan view, and is described above. A process in which the shape of the sensing portion in a vertical cross section with the front surface on the upper side and the back surface on the lower side is a trapezoid in which the upper base is shorter than the lower base.
A step of forming a conductive thin film on the front surface and the back surface of the insulating substrate,
Conductive thin film formed on the front surface of the insulating substrate A step of forming a detection layer on a conductive thin film;
A method for producing a probe, which comprises a step of coating the working electrode, the reference electrode, the counter electrode and the detection layer with a biocompatible protective film.
前記台形が、略等脚台形であり、その上底と脚とが形成する角における前記脚の接線と上底とがなす角度が105〜130°である、請求項5に記載の方法。 The method according to claim 5, wherein the trapezoid is a substantially isosceles trapezoid, and the angle formed by the tangent line of the leg and the upper base at the angle formed by the upper base and the leg is 105 to 130 °. 前記絶縁性基板を裁断する工程が、ピナクルダイを用いるピナクルカット法で形成される、請求項5または6に記載の方法。 The method according to claim 5 or 6, wherein the step of cutting the insulating substrate is formed by a pinnacle cutting method using a pinnacle die.
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