CN106415258A

CN106415258A - 电化学测定器件

Info

Publication number: CN106415258A
Application number: CN201680001598.3A
Authority: CN
Inventors: 牛尾浩司; 安见正博
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2016-01-08
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2036-01-08
Also published as: US20170074821A1; CN106415258B; JP6074671B2; JPWO2016121301A1; WO2016121301A1; US10241077B2

Abstract

本发明提供一种电化学测定器件。电化学测定器件具有芯片、作用电极、第一连接部、基板、第二连接部、第三连接部以及上部板。作用电极设于芯片的上表面。第一连接部设于芯片的上表面，且与作用电极电连接。第二连接部设于基板的上表面。第三连接部设于基板，与第二连接部电连接，并且与外部装置电连接。上部板配置于基板以及芯片的上表面。在上部板上设有使作用电极露出的第一贯通孔。

Description

电化学测定器件

技术领域

本发明涉及在受精卵等细胞、组织等生物体来源物的活动状态的检查、解析中使用的电化学测定器件。

背景技术

受精卵等细胞、组织等生物体来源物在其内部与外部之间输送各种物质而进行活动。例如，受精卵通过呼吸将周边的氧导入细胞内部，并在消耗导入的氧的同时在卵泡内部分裂。作为测定这种生物体来源物的活动状态的手段，已知有对在生物体来源物的周边产生的物理化学的状态变化进行电测定的方法。这些作为基于样品细胞的新药候补化合物的药理测试以及测定受精卵的活性的方法而使用。

现有的测定装置具有收容生物体试料的容池。容池由上部板的贯通孔以及下部板形成。在容池内，在下部板的上表面形成有电极。另外，在下部板的下表面上形成有电接触垫片。电极经由下部板的导电通孔而与电接触垫片电连接。这种现有的测定装置中，将在形成于下部板的电极中流通的电流值经由导电通孔而从设于下部板的下表面的电接触垫片取出并对其进行测定。

需要说明的是，作为与本申请的发明相关的在先技术文献，例如，已知有专利文献1。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2008-534965号公报

发明内容

本发明所涉及的电化学测定器件具有芯片、作用电极、第一连接部、基板、第二连接部、第三连接部以及上部板。作用电极设于芯片的上表面。第一连接部设于芯片的上表面，且与作用电极电连接。第二连接部设于基板的上表面。第三连接部设于基板，与第二连接部电连接，并且与外部装置电连接。上部板配置于基板以及芯片的上表面。在上部板上设有使作用电极露出的第一贯通孔。

在本发明的电化学测定器件中，能够将与外部装置电连接的第三连接部配置于任意的位置。

附图说明

图1是实施方式中的电化学测定器件的立体图。

图2是示出实施方式中的电化学测定器件的一部分的分解立体图。

图3是示意性地示出实施方式中的电化学测定器件的剖视图。

图4是将图3的一部分放大示出的剖视图。

图5是示意性地示出实施方式中的芯片的俯视图。

图6是示意性地示出实施方式中的基板的俯视图。

图7是示意性地示出实施方式中的基板的仰视图。

图8是用于说明实施方式中的电化学测定器件的动作的剖视图。

图9是示意性地示出实施方式中的电化学测定器件的变形例的剖视图。

具体实施方式

在说明本发明的实施方式之前，简单说明现有的测定装置中的问题点。在现有的测定装置中，电极经由设于下部板的导电通孔而与电接触垫片连接。因此，电接触垫片的配置产生限制。这样，在现有的测定装置中，无法将电接触垫片配置于任意的位置。

以下，参照附图对本发明的实施方式所涉及的电化学测定器件进行详细说明。需要说明的是，以下说明的实施方式均示出本发明优选的具体例。因此，在以下的实施方式中示出的数值、形状、材料、构成要素、构成要件的配置以及连接方式等仅是一例，并非意图限定本发明。因而，关于以下的实施方式的构成要素中的、未记载于表示本发明的最上位概念的独立权利要求的构成要素，作为任意的构成要素而被说明。

另外，各附图是示意图，并非一定严格图示。在各附图中，对实质相同的构造标注相同的附图标记，并省略或简化重复的说明。

需要说明的是，在以下的说明中，“上表面”、“下表面”、“上方”、“下方”等表示方向的用语表示仅取决于电化学测定器件的构成要素的相对位置关系的相对方向，并非表示铅垂方向等绝对方向。

图1是本实施方式中的电化学测定器件30的立体图。图2是示出电化学测定器件(以下，称作器件)30的一部分的分解立体图。图3是示意性地示出图1所示的器件30的3-3剖面的剖视图。图4是示出图3所示的部分40的放大剖视图。

器件30具有芯片1、作用电极6、第一连接部7、基板2、第二连接部9、第三连接部11以及上部板4。作用电极6设于芯片1的上表面。第一连接部7设于芯片1的上表面，且与作用电极6电连接。第二连接部9设于基板2的上表面。第三连接部11设于基板2，与第二连接部9电连接，并且与外部装置电连接。上部板4配置于基板2以及芯片1的上表面。在上部板4上设有使作用电极6露出的第一贯通孔17。

在这样的结构中，能够将第三连接部11配置于任意的位置。因此，器件30的设计自由度变大。另外，第三连接部11与测定装置等外部装置连接。因此，第三连接部11的位置由外部装置的形状决定。这样，由于设计的自由度大，因此器件30能够在各种测定设备中使用。

电化学测定器件30是在生物体来源物的活动状态的测定中使用的器件。生物体来源物例如为受精卵等细胞、组织等。

如上所述，器件30具有芯片1、基板2以及上部板4，还具有下部板5、放入包括生物体来源物在内的测定液的容池15。

图5是示意性地示出芯片1的俯视图。芯片1具有上表面1a和下表面。在上表面1a上形成有作用电极6以及第一连接部7。作用电极6经由配线8而与第一连接部7连接。由此，作用电极6与第一连接部7电连接。第一连接部7是指，设于芯片1的导体部中的、与第二连接部9电连接的部分。第一连接部7也可以是配线8的一部分。

芯片1具有配置生物体来源物的载置部10。载置部10例如是设于芯片1的上表面1a的凹部。

作用电极6在芯片1的上表面1a配置有多个。多个作用电极6形成于载置部10的周围。多个作用电极6例如包括作用电极6a～6e。例如，作用电极6a形成在相对于载置部10而与作用电极6b对称的位置。这样，通过设置多个作用电极6，能够以二维平面的方式测量生物体来源物的周围的电化学变化。另外，作用电极6a设于如下位置：该位置是不同于作用电极6c、6d、6e分别与载置部10之间的距离的位置。这样，通过设置多个作用电极6，能够测量与距生物体来源物的距离对应的电化学变化。

作为芯片1的材料，例如使用玻璃、硅、陶瓷、树脂等。尤其是，硅材料能够容易地进行精密加工，故优选作为芯片1的材料。作用电极6例如使用铂、金、银等材料。作用电极6能够通过使用在半导体工艺等中使用的微细加工而形成在芯片1的上表面1a上。因此，能够微小地形成芯片1。

第一连接部7以及配线8由铜、铝等导体形成。需要说明的是，第一连接部7以及配线8也可以使用与作用电极6相同的材料而形成。这样，通过由与作用电极6相同的材料形成，第一连接部7以及配线8能够使用相同的半导体工艺而与作用电极6的形成同时形成。

需要说明的是，作用电极6也可以以其一部分露出的方式由绝缘体覆盖。在该情况下，在电化学测定中，测量在作用电极6的露出部中流通的电变化。另外，优选将作用电极6与第一连接部7连接起来的配线8由绝缘体覆盖。通过采用这样的结构，能够避免作用电极6以及配线8与测定液的不必要的接触，从而能够高精度地进行电化学测定。另外，能够抑制因测定液等导致的作用电极6的恶化。

图6是示意性地示出基板2的俯视图。另外，图7是示意性地示出基板2的仰视图。基板2具有上表面2a以及下表面2b。芯片1配置于基板2的上表面2a。在基板2的上表面2a，也可以形成有供芯片1配置的凹部2c。在该情况下，容易相对于基板2对芯片1进行定位。需要说明的是，图4示出未设置凹部2c的情况。在任意的情况下，芯片1都借助例如粘结剂而固定于基板2。

在基板2的上表面2a上形成有与芯片1的第一连接部7电连接的第二连接部9。另外，在基板2的下表面2b上形成有第三连接部11。第三连接部11配置于基板2的周缘。第三连接部11与外部设备电连接。在第三连接部11与外部设备之间，也可以设有在其他的基板上设置的配线。第三连接部11用于将由作用电极6检测到的信号向测定仪器等外部设备电导出。作为向测定仪器的电导出方法，例如有使用接触式测头的方法。

另外，在基板2上设有将第二连接部9与第三连接部11连接起来的配线12。在基板2上设有从上表面2a向下表面2b贯穿的通孔13。配线12的一部分以穿过通孔13的方式设置。这样一来，设于基板2的上表面2a的第二连接部9与设于下表面2b的第三连接部11电连接。第二连接部9、第三连接部11以及配线12由铜、铝等导体形成。

第二连接部9是指，设于基板2的导体部中的、与第一连接部7电连接的部分。另外，第三连接部11是指，设于基板2的导体部中的、与外部设备的连接端子等电连接的部分。第二连接部9以及第三连接部11也可以是配线12的一部分。

第一连接部7、第二连接部9以及第三连接部11分别与作用电极6的数量对应地设置。各个作用电极6所检测到的信号经由各自对应的第一连接部7、第二连接部9以及第三连接部11而输入至测量仪器。因此，测定仪器等能够单独测量各个作用电极6的电位或者电流。

需要说明的是，配线12也可以由绝缘体覆盖。根据这样的结构，在器件30的组装时，能够抑制配线12的损伤。

作为基板2，例如，能够使用印刷基板、柔性基板、引线框架基板等。尤其是在使用印刷基板的情况下，由于能够容易地形成配线12、通孔13，因此能够容易地将第二连接部9和第三连接部11连接起来。考虑器件30的组装容易性和成本的观点的话，优选使用印刷基板。

接下来，对第一连接部7与第二连接部9的电连接进行说明。第一连接部7设置为与第二连接部9不同的构件。因此，在组装时，第一连接部7和第二连接部9有时具有分离的位置关系、或者高度不同的位置关系。因此，如图4所示，第一连接部7和第二连接部9例如通过使用了引线14的引线键合而电连接。通过使用引线14，无论第一连接部7与第二连接部9的位置关系如何，都能够可靠地将第一连接部7与第二连接部9连接起来。

引线键合是指，利用热、超声波、压力等能量而使连接部与引线14物理连接、电连接的方法。引线14的材质例如为金、铜、铝等。引线14的直径例如为数十μm～数百μm。引线14的材质以及直径由第一连接部7或者第二连接部9的大小、材料决定。具体地说，引线14例如为直径30μm的铝线。直径30μm的铝线通过超声波引线键合而与数百平方μm的第一连接部7以及第二连接部9连接。由此，引线14被廉价、容易、准确地键合。需要说明的是，在引线键合的作业方面，第一连接部7与第二连接部9之间的距离即引线14的长度优选为5mm以下。

上部板4配置于芯片1以及基板2的上表面。如图2、图3所示，在上部板4上设有向上表面放入测定液的贮存部16、以及形成于贮存部16的底面的第一贯通孔17。第一贯通孔17以使作用电极6以及载置部10露出的方式形成。容池15由第一贯通孔17的内壁以及芯片1的上表面1a形成。作为上部板4的材料，例如使用玻璃、树脂、硅、陶瓷等。尤其是，从成本的观点出发，优选使用树脂材料。

另外，如图4所示，器件30在上部板4与基板2之间具有收容引线14的收容部18。收容部18是设于第一连接部7以及第二连接部9的上方与上部板4之间的空间。在上部板4设有形成收容部18的凹部18a。将第一连接部7与第二连接部9连接起来的引线14以不与上部板4接触的方式被收容在收容部18中。在不设置收容部18的情况下，由于引线14以相对于基板2而具有高度的方式配置，因此在组装时引线14与上部板4接触，可能被切断。当引线14被切断时，由于第一连接部7与第二连接部9不再导通，因此在器件30产生导通不良。因此，通过设置引线14的收容部18，能够抑制器件30的导通不良。

需要说明的是，也可以在收容部18收容有引线14的状态下向收容部18填充树脂。通过填充树脂，引线14被固定于树脂内。因此，即便从外部施加冲击，切断引线14的可能性也变小，器件30能够确保稳定的导通。

在上部板4与芯片1之间设有环状的密封材料19。密封材料19以使作用电极6露出的方式配置于作用电极6与第一连接部7之间。密封材料19是具有使作用电极6露出的开口20的弹性体。弹性体的材料例如为PDMS(聚二甲基硅氧烷)。由于PDMS具有生物体适应性，故能够减小对受精卵等生物体来源物造成的影响。

另外，上部板4在第一贯通孔17的内壁具有密封材料设置部21。密封材料设置部21是沿着第一贯通孔17形成的槽。密封材料19配置于密封材料设置部21。通过设置密封材料设置部21，能够容易地对密封材料19进行定位。

需要说明的是，作为弹性体的密封材料19的高度优选为比密封材料设置部21的高度高。芯片1的底面优选位于与上部板4的最下面相同的面上。由于密封材料19为弹性体，因此通过组装而在高度方向上被压缩。因此，通过上部板4和芯片1而能够牢固地夹入密封材料19。需要说明的是，也可以在上部板4与密封材料19之间设有粘结层。同样，也可以在基板2与密封材料19之间设有粘结层。另外，密封材料19也可以是粘结剂等。

根据这样的结构，密封材料19能够抑制放入容池15的测定液向容池15之外泄漏。而且，能够抑制测定液与第一连接部7以及引线14接触。因此，器件30能够在测定液的填充中确保液密性，从而能够进行准确的电化学测定。

需要说明的是，只要能够将上部板4与芯片1之间无间隙地组装，就能够将测定液保持在容池15内，因此也可以不使用密封材料19。但是，为了确保器件30的液密性，优选使用密封材料19。

如图3所示，下部板5具有上表面5a以及下表面5b。基板2设于下部板5的上表面5a。通过使用下部板5，能够提高器件30的强度。作为下部板5的材料，例如，使用玻璃、树脂、硅、陶瓷等。

下部板5具有第二贯通孔22，以使第三连接部11露出。根据这样的结构，第三连接部11配置于第二贯通孔22的内部。换句话说，第三连接部11位于比下表面5b靠上方的位置。因此，能够抑制手直接触碰第三连接部11。另外，即便在测定液溢出而绕到下表面5b的情况下，也能够抑制测定液与第三连接部11接触。需要说明的是，第三连接部11能够根据外部设备的端子的形状而设于基板2上的任意的位置。

下部板5的面方向上的大小大于上部板4的面方向上的大小。换句话说，下部板5的缘端部与上部板的面方向的缘端部相比向外侧伸出。根据这样的结构，在填充于上部板4的贮存部16的测定液溢出的情况下，测定液被下部板5的上表面5a的伸出部分挡住。因此，能够抑制测定液与从下部板5的第二贯通孔22向下表面5b露出的第三连接部11接触。需要说明的是，即便使基板2的面方向上的大小大于上部板4的面方向上的大小，也能起到相同的效果。因此，优选下部板5的面方向上的大小和基板2的面方向上的大小中的至少任一方大于上部板4的面方向上的大小。

上部板4和下部板5例如通过螺纹紧固而被组装。通过螺纹紧固进行组装，由此密封材料19在上部板4与芯片1之间被压缩。因此，形成确保了液密的容池15。在液密后的容池15中保持测定液，并且配置生物体来源物。另外，通过螺纹紧固进行组装，从而能够容易地决定上部板4和下部板5相对于基板2的位置。

在上部板4、基板2以及下部板5设有螺孔(未图示)。螺钉的安装方向优选为螺钉从下部板5向上部板4插入的方向。而且，在上部板4的上表面优选不设置孔。根据这样的结构，与从上部板4插入螺钉的情况相比，能够使上部板4的上表面4a成为无凹凸的平坦面。此外，在测定液溢出时，能够抑制因测定液向螺孔的浸透而导致短路等不良状况。

需要说明的是，也可以利用粘结剂来粘合基板2与上部板4之间以及基板2与下部板5之间。

需要说明的是，也可以不使用下部板5。在不使用下部板5的情况下，能够简化器件30的组装工序。另外，能够使器件30变薄。

接下来，对器件30的动作进行说明。图8是示出器件30的使用时的剖视图。

生物体来源物23例如为受精卵。受精卵在消耗周围的氧的同时在卵泡内部进行分裂。器件30利用作用电极6对测定液中的溶氧量进行测量。在测定液中存在受精卵的情况下，通过使用器件30，能够测量受精卵周边的溶氧量。受精卵周边的溶氧量与作为受精卵活动的结果而消耗的氧量相关。因此，能够确认受精卵的耗氧的活动状态。以下，将受精卵作为生物体来源物23而进行说明。

向容池15内注入包括生物体来源物23在内的测定液24。然后，在设于芯片1上的载置部10配置生物体来源物23。

接下来，以与测定液24接触的方式配置参照电极25。需要说明的是，作为参照电极25，使用Ag/AgCl、Pt、Au等材料。

然后，使用多个作用电极6和一个参照电极25，来测量在各个作用电极6与参照电极25之间流通的电流。根据所测量出的电流值，能够计算测定液24中的溶氧量。需要说明的是，参照电极25具有作为对置电极以及参照电极的两个功能。然而，对置电极和参照电极也可以分别设为不同的电极。

以下，参照附图对作为本实施方式中的变形例的电化学测定器件(以下，称作器件)50进行说明。对于与器件30的结构相同的结构，标注相同的附图标记并省略其说明，针对不同点进行详细说明。

图9为器件50的剖视图。器件50与图4所示的器件30的不同点在于，在下部板5的上表面5a上配置有芯片1以及基板52。

在器件50中，芯片1以及基板52以与下部板5的上表面5a相接的方式配置。基板52配置于芯片1的周围。例如，在基板52上设有能够收容芯片1的大小的第三贯通孔53。芯片1配置于第三贯通孔53内。在这样的结构中，由于能够利用第三贯通孔53对芯片1进行定位，因此能够简单地进行组装。

需要说明的是，芯片1的厚度可以与基板52的厚度相同、也可以不同。需要说明的是，芯片1的厚度与基板52的厚度相同时，构造简单，故容易组装。例如，在利用引线14将第一连接部7和第二连接部9连接起来的工序中，在芯片1与基板52的高度相同的情况下，容易将引线14键合。

需要说明的是，虽未图示，但与器件30相同地，在器件50中，下部板5的面方向上的大小和基板52的面方向上的大小中的至少任一方优选大于上部板4的面方向上的大小。另外，与图3相同地，优选在下部板5设有使第三连接部11露出的第二贯通孔22。

需要说明的是，芯片1、上部板4、密封材料19、作用电极6等所使用的材料优选为不对生物体试料造成影响的材料。

需要说明的是，在器件30、50中，作用电极6、连接部的数量可以根据测定对象物、测定方法而任意决定，可以是一个，也可以是两个以上。另外，设于芯片1的上表面的作用电极6、配线8及第一连接部7的形状、以及设于基板2的配线12、第二连接部9及第三连接部11的形状等也可以任意地决定。

以上，基于实施方式对一个或者多个方式所涉及的电化学测定器件进行了说明，但本发明并不局限于该实施方式。只要不脱离本发明的主旨，将本领域技术人员所想到的各种变形实施于本实施方式而得到的方式、组合不同的实施方式中的构成要素而构筑的方式也包含于一个或者多个方式的范围内。

工业实用性

本发明所涉及的电化学测定器件对于检查、解析生物体来源物的活动状态是有用的。

附图标记说明：

1 芯片；

1a、2a、4a、5a 上表面；

2、52 基板；

2b、5b 下表面；

2c、18a 凹部；

4 上部板；

5 下部板；

6、6a、6b、6c、6d、6e 作用电极；

7 第一连接部；

8、12 配线；

9 第二连接部；

10 载置部；

11 第三连接部；

13 通孔；

14 引线；

15 容池；

16 贮存部；

17 第一贯通孔；

18 收容部；

19 密封材料；

20 开口；

21 密封材料设置部；

22 第二贯通孔；

23 生物体来源物；

24 测定液；

25 参照电极；

30、50 电化学测定器件(器件)；

40 部分；

53 第三贯通孔。

Claims

1.一种电化学测定器件，其中，

所述电化学测定器件具备：

芯片；

作用电极，其设于所述芯片的上表面；

第一连接部，其设于所述芯片的所述上表面，且与所述作用电极电连接；

基板；

第二连接部，其设于所述基板的上表面；

第三连接部，其设于所述基板，与所述第二连接部电连接，并且与外部装置电连接；以及

上部板，其配置于所述基板的所述上表面以及所述芯片的所述上表面，

在所述上部板上设有使所述作用电极露出的第一贯通孔。

2.根据权利要求1所述的电化学测定器件，其中，

所述芯片设于所述基板的所述上表面。

3.根据权利要求2所述的电化学测定器件，其中，

在所述基板的所述上表面上设有用于配置所述芯片的凹部。

4.根据权利要求2所述的电化学测定器件，其中，

所述电化学测定器件还具备下部板，

所述基板设于所述下部板的上表面。

5.根据权利要求4所述的电化学测定器件，其中，

所述下部板的面方向上的大小和所述基板的面方向上的大小中的至少任一方大于所述上部板的面方向上的大小。

6.根据权利要求4所述的电化学测定器件，其中，

在所述下部板上设有使所述第三连接部露出的第二贯通孔。

7.根据权利要求1所述的电化学测定器件，其中，

所述电化学测定器件还具备下部板，

所述芯片以及所述基板设于所述下部板的上表面，

所述基板配置于所述芯片的周围。

8.根据权利要求7所述的电化学测定器件，其中，

在所述基板上设有用于配置所述芯片的第二贯通孔。

9.根据权利要求7所述的电化学测定器件，其中，

10.根据权利要求7所述的电化学测定器件，其中，

在所述下部板上设有使所述第三连接部露出的第二贯通孔。

11.根据权利要求1所述的电化学测定器件，其中，

所述电化学测定器件还具备将所述第一连接部以及所述第二连接部电连接的引线，

所述上部板具有面向所述基板且在内部配置所述引线的收容部。

12.根据权利要求11所述的电化学测定器件，其中，

所述引线为金、铜、铝中的任一者。

13.根据权利要求1所述的电化学测定器件，其中，

所述电化学测定器件还具备设于所述芯片与所述上部板之间的密封材料，并且该密封材料配置于所述作用电极与所述第一连接部之间。

14.根据权利要求13所述的电化学测定器件，其中，

所述密封材料为弹性体或者粘结剂。

15.根据权利要求1所述的电化学测定器件，其中，

所述电化学测定器件还具备设于所述芯片与所述上部板之间的密封材料，

在所述密封材料上设有使所述作用电极露出的开口。

16.根据权利要求15所述的电化学测定器件，其中，

所述密封材料为弹性体或者粘结剂。

17.根据权利要求1所述的电化学测定器件，其中，

所述基板为印刷基板、柔性基板，或者引线框架基板中的任一者。