JP2000505194A

JP2000505194A - 液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構、およびそのサンプル抽出機構の製作方法

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Publication number: JP2000505194A
Application number: JP9526445A
Authority: JP
Inventors: マインハードクノーレ
Original assignee: マインハードクノーレ
Priority date: 1996-01-28
Filing date: 1997-01-28
Publication date: 2000-04-25
Also published as: DE19602861A1; DE19602861C2; US6287438B1; WO1997027475A1; EP0876605A1

Abstract

(57)【要約】本発明は、サンプル抽出機構、およびそのサンプル抽出機構の製作方法に関するものである。この形態の機構は、簡易に、且つ普遍的に、化学分析と生化学分析に用いられる。このサンプル抽出機構は、簡素な構成で、単体でも、他の機構と組み合わせても普遍的に利用され、低コストで生産できることを目的としている。液体アナライトや液体に含有されたアナライトに関して、本発明により形成されたサンプル抽出機構は、使用される液体が溝部に入り込み、再度、溝部から出ていくための多様な孔部が形成される平坦保持層から構成される。この溝部は、平坦保持層から反対側で、少なくとも一部が覆い層により覆われる。更に、アナライトに対する透過性を有し、開口上面で溝部の少なくとも一部を覆うメンブレン層が用いられる。覆い層により開放された領域は、アナライトの占有場所や直接に測定場所として利用される。

Description

【発明の詳細な説明】液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構、およびそのサンプル抽出機構の製作方法この発明は、サンプル抽出機構、およびそのサンプル抽出機構の製作方法に関するものである。この種の機構は、簡易に、且つ普遍的に、化学分析と生化学分析に用いられる。液体中の物質の濃度を決定するために、電気化学センサーが用いられることが知られている(cf.F．Oehme:Chemische Sensoren[Chemical sensor]，Vieweg Ver lag,Braunschweig,1991)。個別センサー以外には、半導体技術を用いて、合成センサー素子を備える連続フロー分析機構を形成することも可能である(独国特許：DE 44 08 352)。この種の連続フロー機構では、被測定液体媒体だけでなく、検定液体も、切り替え操作により連続フロー機構から送出されるので、センサーの定期的検定が可能になる。更に、この種の連続フロー分析機構では、微小透析針等の簡素なサンプル抽出装置が設けられているものも知られている。更に、個別センサーの生産を目的とするコスト効率の高い大量生産技術が導入された(独国特許：DE 41 15 414)。しかしながら、従来技術では、シリコン技術を用いる連続フロー分析機構は、必要な品目数が一年当たり１０万個以上でないと低コストで形成できないという問題点がある。また、現在においても、尚、熟練した労働技術を用いて形成されている微小透析針に関しても同様のことが言える。更に、連続フローセンサーと微小透析針に対する合成技術は、断面幅が大きくならず、容積の無駄が生ずることなく、容認可能なコストで、被測定液体媒体に対する管部と溝部が形成されるような技術水準まで開発されていない。従って、本発明の目的は、簡素な構成で、単体かつ組み込みとしても広範に利用でき、低コストで形成できるサンプル抽出機構を提供することにある。請求項１の特徴を備えるサンプル抽出機構、および請求項３１の特徴を備えるこの機構の製作方法により、上記目的が達成される。液体アナライトや液体に含有されたアナライトに関して、本発明により形成されたサンプル抽出機構は、使用される液体が溝部に入り込み、そして、溝部から出ていくための多様な孔部が形成される平坦保持層から構成される。この溝部は、平坦保持層から反対側で、少なくとも部分的に覆い層により覆われる。更に、アナライトに対する透過性を有し、開口上面で少なくとも部分的に溝部を覆うメンブレン層が用いられる。覆い層により開放された領域は、アナライトの占有場所や直接に測定場所として利用される。このような場合には、適切な平坦保持層とメンブレン層の間に、上部に覆い部を備える単体の溝付き保持層を配設することも可能である。また、平坦保持層に直接に、溝部が形成されてもよい。溝付き保持層が用いられる場合、本発明により形成されたサンプル抽出機構が組み立てられるときに、溝付き保持層の孔部に対応する孔部を新たに設けることが望ましい。本発明により形成されたサンプル抽出機構は、非常に簡素な構成で、広範な測定に普遍的に利用可能である。従って、まず一つには、サンプルを抽出し、所定のアナライトをキャリヤ（担体）液から分離し、引き続いて行う測定のためにアナライトを取り出すことができる。また、このサンプル抽出機構は、センサー素子に直接に結合させて用いてもよく、例えば、サンプル抽出機構から直接に、特定のアナライト内の物質濃度が測定できる。この場合、特に、簡素な構成のために、生産コスト効率が非常に良くなるという望ましい結果が得られる。従って、所定の基準電極と共に、所定のセンサー素子が用いられる場合に、本発明によるサンプル抽出機構を用いれば、非常に簡素で、精度の高い測定が行える。更に、簡素で、望ましい形態で検定が行える。本発明により形成されたサンプル抽出機構の一例として、少なくとも二つの孔部４，５を備える保持層１は少なくとも二つの孔部９，１０と少なくとも一つの溝部１１を備える溝付き保持層６に固着され、溝付き保持層６は少なくとも一つのメンブレン層１２に固着され、メンブレン層１２は覆い層１３に固着され、アナライトや、アナライトを含有し、溝部１１に沿って流れるキャリヤ液やキャリヤ・気体が、孔部４，５と孔部９，１０を通って、溝部１１に供給され、溝部１１は、メンブレン層１２の非被覆領域１４で、アナライトに対する透過性を有するメンブレン層１２に接触しているアナライトを収集し、この収集されたアナライトや、若しくはアナライトを含有するキャリヤ液は、溝部１１に沿って流れ、覆い層１３に形成され、物質濃度やイオン活性度の測定用の電気化学センサー素子や光学センサー素子が配設可能な開口部１６，１７を通過するように構成されてよい。保持層１と溝付き保持層６は、アナライトとキャリヤ液に対して不活性な材料から成り、例えば、（ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、エチレン／プロピレン共重合（ＥＰＤＭ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリビニルブチラル（ＰＶＢ）、セルロースアセテート（ＣＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、テトラフルオロエチレン／へキサフルオロプロピレン共重合（ＦＥＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フェノールホルムアルデヒド（ＰＦ）、エポキシド（ＥＰ）、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリエステル（ＵＰ）、シリコーン、メラミンホルムアルデヒド（ＭＦ）、ウレアホルムアルデヒド（ＵＦ）、アニリンホルムアルデヒド、カプトン（capton）等の）プラスチック材料が用いられる。保持層１は、例えば、ガラス、セラミック、またはシリコンから形成されてもよい。溝付き保持層６に関しても同様である。保持層１および／または溝付き保持層６は、射出成形、圧縮技術、またはこれらの構成を備えるＬＩＧＡ法（LIGA method）によって、その所定の構造に形成され、若しくは、この処理に引き続いて行われる切削、押し砕き、粉砕、穿孔、エッチング（食刻）、レーザー切削、または放電加工等によって、その所定の構造が得られるが、これと同様な方法で、保持層１と溝付き保持層６の孔部４，５と孔部９，１０、および溝部１１が形成される。保持層１の寸法の典型例として、長さは１〜１０ｃｍ、幅は０．５〜５ｃｍ、厚さは０．１〜１ｍｍである。溝付き保持層６に関しても、保持層１と同寸法または略同寸が適用される。また、孔部４，５と孔部９，１０の直径は、０．１〜１０ｍｍある。溝部１１の幅は、０．１〜１０ｍｍである。保持層１と溝付き保持層６の固着は、使用材料に合わせ、接着剤結合、溶着、薄層重合（プラスチックの場合）、接着剤結合（ガラス、セラミック、またはシリコンの場合）、または陽極結合（シリコン上にガラスを固着する場合）等による従来技術で行われてよい。プラスチック板の薄層状構造に関して、高温圧延による薄板状化が可能な薄層板も市販されている（例えば、独国のTEAM CODOR社製のポリエチレンとポリエステルで合成されるCODORシート）。メンブレン層１２は、用途に合わせ、透析メンブレン層、気体透過メンブレン層、格子や織地構造のプラスチック繊維、紙製繊維、または織物繊維として形成される。メンブレン層１２の厚さは、１０〜１０００μｍである。透析メンブレン層として、以下に示す材料が用いられる：ポリ炭酸エステル、セルロースアセテート、セルロース水化物、キュープロフェイン（cuprophane）、ソマポール（ thomapor）、再生セルロース、ポリアクリルニトリル、ポリスルホン、ポリアミド、ポリメチルメタクリレート等である。気体透過メンブレン層として、以下に示す材料が用いられる：ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、エチレン／プロピレン共重合（ＥＰＤＭ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリビニルブチラル（ＰＶＢ）、セルロースアセテート（ＣＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、テトラフルオロエチレン／へキサフルオロプロピレン共重合（ＦＥＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フェノールホルムアルデヒド（ＰＦ）、エポキシド（ＥＰ）、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリエステル（ＵＰ）、シリコーン、メラミンホルムアルデヒド（ＭＦ）、ウレアホルムアルデヒド（ＵＦ）、アニリンホルムアルデヒド、カプトン等。材料の選択以外に、メンブレン層の厚さも気体透過性を決定する主要因である。メンブレン層１２と溝付き保持層６の固着は、接着剤結合、溶着、または薄層重合による従来技術で行われてよい。覆い層１３は、保持層１と同様のプロセスを用いて形成され、メンブレン層１２の全体または一部を覆うように、接着剤結合、溶着、または薄層重合によって、メンブレン層１２に固着される。既に知られているように（例えば、F．Oehmc:Chemische Sensoren，Vicweg Ve rlag,Braunschweig,1991、または独国特許No.DE41 15 414を参照）、覆い層１３の開口部１６，１７内に、十分に小さいセンサー素子を組み込むことは可能である。本発明の特有の利点は、低コストで、化学センサーと生化学センサーが、連続フロー溝部と透析素子と共に、一体として、複合センサー配列で構成されるということである。従って、単一の装置で、合成センサーを用いて、サンプルを抽出し、物質の濃度を測定することが可能である。連続フロー配列により、検定液を用いて、センサーの規則的な検定が可能になる。溝部の断面積が小さい場合には、サンプル抽出機構は、毛管引力の収縮効果のために、微小透析の原理により用いられる。更に、非被覆メンブレン層面の領域１４内で、サンプルが抽出される位置と覆い層１３の開口部１６，１７内のセンサー素子がキャリヤ液と接触している位置の間の断面積を大きくする必要がない。従って、センサー素子が組み込まれる前に、溝部は既にアナライトに対する透過性を有するメンブレン層１２で覆われているので、更に、センサー素子を連続フロー機構に組み込むことが非常に容易に可能になり、溝部の下部に流入させずに、メンブレン溶液を新たに注入することができる。本発明の実施例で用いている図面の説明を以下に示す。図１は、センサー素子の組み込み可能なサンプル抽出機構の第１実施例の層構造の斜視図である。図２は、図１に示すサンプル抽出機構の斜視図である。図３は、孔部に組み込み可能なサンプル抽出機構のセンサー素子の斜視図である。図４は、イオン選択センサー素子を備えるサンプル抽出機構の第２実施例の正面断面図である。図５は、バイオセンサー（生体感応装置）素子を備えるサンプル抽出機構の第３実施例の正面断面図である。図６は、液体に溶解された気体を測定するセンサー素子を備えるサンプル抽出機構の第４実施例の正面断面図である。図７は、グルコースセンサーを備えるサンプル抽出機構の第５実施例の斜視図である。図８は、図７に示す電極保持層の正面部分断面図である。図９は、グルコースセンサーを備える図７に示すサンプル抽出機構の正面断面図である。図１０は、溝部に追加端部を備える第６実施例のサンプル抽出機構の斜視図である。図１１は、サンプル抽出機構の第７実施例の斜視図である。図１２は、第８実施例のサンプル抽出機構の斜視図である。図１３は、追加メンブレン層を備える第９実施例のサンプル抽出機構の斜視図である。図１４は、外部に接続されるセンサー素子を備える第１１実施例のサンプル抽出機構の斜視図である。図１５は、第１２実施例のサンプル抽出機構の斜視図である。図１６は、第１３実施例のサンプル抽出機構の斜視図である。図１７は、センサー素子の組み込み可能な第１４実施例のサンプル抽出機構の斜視図である。図１８は、センサー素子の組み込み可能な第１５実施例のサンプル抽出機構の斜視図である。図１９は、一体化された反応部を備える第１６実施例のサンプル抽出機構の斜視図である。図２０は、連結ブロックを備える図４に示すサンプル抽出機構の正面断面図であ図２１は、針状サンプル抽出センサー装置の概略図である。図２２は、他の実施例のサンプル抽出機構の正面断面図である。図１〜３は、第１実施例を示す。図１は、センサー素子の組み込み可能なサンプル抽出装置の層の連続体を示す。図２は、様々な平板が組み合わされ、固着された後の層構造を示す。センサー素子は、例えば、独国特許No.DE41 15 414に開示されているように、覆い層１３の開口部１６，１７に組み込まれる。この種のセンサー素子は、図３に示されている。図３では、イオン選択メンブレン１８は、銀メッキが施された貴金属鉛１９と直接に接触している。このセンサー素子は、イオン選択メンブレン１８がメンブレン層１２に直接に接触するように、覆い層１３の開口部１６に挿入され、接触ピンが開口部１６を通って貴金属鉛１９と接触し、測定電子装置に接続される。次に、図３に示されているセンサー素子は、貴金属鉛１９が接着されないように、更に、覆い層１３の面に接着剤で固定される。メンブレン層１２とイオン選択メンブレン１８の間の電気化学的接触を高めるために、開口部１６の位置にあるメンブレン層１２は、センサー素子が挿入される前に、溶液の形態で開口部１６内に注入されるヒドロゲル薄膜（例えば、 HEMA等）で被覆されてよく、ヒドロゲル薄膜が形成された後に、図３のセンサー素子は挿入される。基準電極は、図３のセンサー素子と同様の方法で構成され、開口部１７に挿入される。しかし、この場合には、図３に示されている層１８は、KClゲルから形成され、層１９は、塩化銀フィルム（膜）から形成される。この例では、保持層１、溝付き保持層６、および覆い層１３は、厚さが１５０ μｍの薄層状シートから、押砕処理により形成される。この薄層状シートは、ポリエチレンとポリエステルから形成され、商品名CODORシートとして、商業的に入手可能である。メンブレン層１２の厚さは、２０〜１００μｍであり、厚さが５０μｍのポリカーボネート製の透析メンブレンが望ましい。保持層１、溝付き保持層６、メンブレン層１２、および覆い層１３は、１２５℃で、薄層化により固着される。測定を行うために、キャリヤ液（例えば、塩化ナトリウム溶液等）が、保持層１の孔部５を通って、溝部領域１１内に送られる。そして、このキャリヤ液は、保持層１の孔部４から送り出される。覆い層１３で覆われていないメンブレン層１２の面１４は、例えば、液浸により、被測定液媒体と直接に接触し、そこで、アナライトが抽出される。測定対象イオンは、透析メンブレン１２を通って拡散し、溝部１１内のキャリヤ液流に入り込み、覆い層１３の開口部１６内に配設されたセンサー素子に送られる。それ故、図３に示されているセンサー素子のイオン選択メンブレン１８は、透析メンブレン１２を通過し、被測定液媒体と接触する。測定対象イオンの活性度に依存して、被測定溶液とイオン選択メンブレン１８の間に電位差が生じ、この電位差が、高インピーダンス・ミリボルト電圧計を用いて、センサー素子や基準電極の貴金属鉛１９の間で測定される。しかし、電気化学センサ一素子の代わりに、既に知られている光学センサ一素子を開口部１６、１７内に挿入することも可能である。第２実施例は、図４に示されている。図４は、図１と図２の各部材が組み合わされた状態の断面を示す。イオン選択センサー素子を備えるサンプル抽出機構の第２実施例の正面断面図である。図１や図２と異なり、この場合には、図３のセンサー素子は、覆い層１３の開口部１６内に挿入されない。ここでは、図４において、センサー素子を形成するために、（例えば、銀から成る）厚さが０．１〜１μｍの貴金属フィルム２０，２１が、蒸発、スパッター、またはスクリーン印刷技術を用いて、覆い層13に貼り付けられる（ここで、貴金属フィルム２０，２１は、共に同じ材料から成り、互いに結合される）。次に、マイクロピペットや自動調合を用いて、例えば、PVCやシリコーンから成るメンブレン溶液が、開口部１６内に注入される。この種のメンブレン溶液も同様に、特に、F．Oehme:Che mische Sensoren,Vieweg Verlag,Braunschweig,1991から知られている。センサーメンブレン２２が、溶媒の蒸発や紫外線の下での架橋（cross-linking)により凝固された後、この凝固されたセンサーメンブレン２２は、イオン選択センサー素子として機能する。また、基準電極として、同様の素子が開口部１７内に注入されてよい。この場合には、センサーメンブレン２２は、KClゲルとして設計され、貴金属フィルム２０，２１は、表面が塩素化された銀製フィルムとして設計される。第３実施例は、図５に示されている。この実施例の図５は、第２実施例図４と同じようである。しかし、第３実施例では、更に、メンブレン２３が追加されている。このメンブレン２３は、酵素を含有するゲル層（例えば、酵素ウレアーゼ等）として設計され、メンブレン２２は、pHに反応を示すメンブレンやアンモニウム選択メンブレンとして設計され、尿素濃度を測定するバイオセンサーが形成される。メンブレン２２、２３は共に、上述のように、液相から開口部１６内に連続的に注入され、凝固される。基準電極に関しては、第２実施例と同じ様に構成される（図４参照）。第４実施例（図６参照）は、液体に溶解された気体を測定するセンサー素子を示す。この実施例は、図４と同じ様に構成される。しかし、図６において、更に、追加される気体透過メンブレン２４が、メンブレン層１２と覆い層１３の間の薄層化により合成される。気体透過メンブレン２４は、例えば、厚さが５０μｍのPTFEフィルムから成る。クラーク型の酸素センサーを構成するために、貴金属フィルム２０，２１は、既述の実施例と対照的に、同じ材料から形成されず、互いに結合されない。貴金属フィルム２０は、例えば、白金（陰極）から成り、貴金属フィルム２１は、表面が塩素化された銀から成る（Ag/AgCl陽極）。メンブレン２２は、KClゲルとして設計される。クラーク型酸素センサーの場合に知られているように、酸素は、透析メンブレン１２と気体透過メンブレン２４を通って、白金陰極に拡散し、そこで、電気化学反応を起こし、電流がpt陰極２０とAg /AgCl陽極の間を流れる。第５実施例（図７〜９参照）は、グルコースセンサーを示す。図７は、図１に示されている層連続体を示す。更に、ここでは、図７において、保持層１と溝付き保持層６と同じ材料から成る電極保持層２５が配設される。電極保持層２５は、上述の方法を用いて、白金層２６と銀フィルム２７で覆われる。フィルム２６，２７は共に、層の厚さが０．１〜１μｍである。センサー素子の作動中に、銀フィルム２７の表面は、塩化銀に転化される。貴金属フィルム２６を備える電極体２５は、図８の拡大断面図に示されている。電極体２５は、直径が５０〜１０００μｍのオリフィス２８を備える。図９は、一旦、組み合わされた形態の断面を示す。独国特許No.DE 44 08 352にから知られているように、ゲル層３１は、例えば、ポリビニルアルコール（PVA）から成り、覆い層１３の開口部16を溶液で満たすことにより注入され、凝固される。グルコースオキシダーゼ酵素は、その中で非流動化される。基準電極を形成するために、開口部１７は、KClゲルで満たされる。グルコース濃度を測定するために、二つの接触ピンを用いて、覆い層１３の孔部２９，３０から、電極保持層２５の白金電極２６とＡg/AgCl電極２７の間に、電圧（代表例として、６００ｍＶ）が印加され、グルコース濃度に対応する電流が測定される。しかしながら、金属層２６，２７が付加されるまで、オリフィス２８が組み込まれないように、電極体２５を形成することも可能であり、これにより、オリフィス２８の内壁は金属被覆されない。これは、電流測定センサー素子の代わりに、この種の電極体２５を用いて、電位差測定センサー素子が形成される場合に重要である。第６実施例を、図１０に示す。この形態は、図１と同等である。しかし、第６実施例では、溝部１１が溝付き保持層６’に形成されている。検定液は、孔部３２，３３を通って、開口部１６に配設されたセンサー素子に供給される。図１１、図１に基づく第７実施例を示す。しかし、この場合には、覆い層１３の開口部１６，１７（図１参照）の代わりに、保持層１”形成された開口部３４，３５が用いられる。第２実施例に示されているように、図３のセンサー素子と基準電極が開口部３４，３５内に挿設される。図１２は、図１に基づく第８実施例を示す。この場合には、メンブレン１２に代用されるメンブレン３７が、溝付き保持層６の一部分だけを覆う。覆い層３８は、大きい寸法に設計され、被測定媒体のメンブレン３７との接触が可能となるような窓部４１を備える。上述のように、センサー素子と基準電極は、開口部３９，４０内に配設される。図１３は、第９実施例を示す。透析メンブレン３７に加えて（図１２も比較参照）、この場合には、更に、気体透過メンブレン４２（例えば、PTFEから成る）が設けられる。第４実施例と同様の形態で、溶解酸素用センサーが開口部39内に配設される。第１０実施例：薄いPVCシートを用いて、図１３のメンブレン４２を形成し、イオン選択PVCメンブレンを生成する溶液で、開口部３９，４０を満たすことにより、第２実施例と同様の形態で、イオン選択センサー素子を形成することも可能である。図１４は、第１１実施例を示す。第１実施例と対照的に、この場合には、センサー素子と基準電極は、覆い層の開口部内に配設されない（図１の１３と図１４の３６を参照）。この装置は、微小透析原理に基づくサンプル抽出装置として用いられる。センサーは、溝部１１に沿って流れる液流内に外部から導入される。第１２実施例（図１５を参照）では、図１と対照的に、保持層と溝付き保持層（図１の１と６を参照）は、合成され、一体化された保持層４３が形成される。この保持層４３は、例えば、PVCから成り、厚さが５mmである。孔部４４，４５は、厚さ方向に貫通しており、溝部４６の深さは、１ｍｍである。図１６において、第１３実施例は、図１５による形態を示す。この場合には、更に、サンプル抽出層４７がメンブレン層１２に接着結合される。サンプル抽出層４７は、液媒体の滴を吸収するフィルター紙から成る。図１７は、第１４実施例を示す。保持層４８、溝付き保持層５１、メンブレン層５５（透析メンブレンや気体透過メンブレン）、および、上述のように、センサー素子と基準電極が配設可能な開口部５７，５８，５９を備える覆い層５６から構成される連続フローの配列機構が示されている。この配列機構は、被測定液媒体が孔部４９から供給され、その後、孔部５０から放出されるセンサー連続フロー電解槽の方法で作動する。図１８は、図１７に基づく第１５実施例を示す。しかし、図１８では、メンブレン層５５は用いられてない。図３に示されているセンサー素子が、開口部５７，５８，５９内に挿入されてよい。図１９は、層連続体としての第１６実施例を示す。全ての層は、再度、互いに固着される。この場合には、被測定液媒体は、保持層６３の孔部６４を通って、溝部６９に供給され、その後、孔部６５から放出される。被測定液媒体は、溝付き保持層６６の溝部６９に沿って流れる。透析メンブレンを通って、被測定液媒体は、覆い層７１の溝型孔部（反応部７４）に注入される反応物質と接触する。反応部７４の前後で物質の濃度を測定するセンサー素子と基準電極が、再度、開口部７２，７３内に配設される。ポリマー、非流動酵素を含有するゲルやヒドロゲル、抗体、または微小有機体が、反応物質として用いられる。例えば、酸素代謝微小有機体が、反応部７４に含有され、開口部７２，７３内のセンサー素子が、酸素センサーとして形成されている場合には、生物学的酸素の需要に応じたセンサー機構が構成される。図２０は、図４に示されている構成を備える他の例を示す。この場合には、Ｏリング７８を用いて、保持層１に対して固着されている少なくとも一つの溝部を備えるプラスチックブロック７６によって、キャリヤ液の供給・放出が行われる。図４に加えて、メンブレン材料２２は、エポキシ樹脂カプセル包含層７５で密閉状態にされる。図２１は、図２に示されている構成を備える他の例を示し、針状先端部を備えるものである。針状プローブの幅は、０．１〜５ｍｍである。溝付き保持層の溝部８０は、メンブレン７９の下部に位置する。上述のように、センサー素子と基準電極は、覆い部８５の開口部８６，８７内に挿設される。キャリヤ液の供給・放出は、孔部８８，８９を通して行われる。このような針状の構成は、例えば、組織内への挿入用として適切である。図２２は、本発明によって構成されるサンプル抽出機構の更に他の実施例を示す。この場合には、基本構造は、上述の図４に記載された実施例と同等である。ここでは、電気化学反応が行われるように、少なくとも一つの電極９０が、溝部１１内に配設される。電極９０は、例えば、周知の薄層フィルム法やスクリーン印刷法を用いて付加されてよい。しかしながら、これに加えて、更に、メンブレン層１２の溝部１１に対する反対側に電極を配設することも可能である（図２２には、示されていない）。これらの電極は、例えば、金属ペーストの形態で付加されてよい。このような方法で得られる電気化学反応によって、アナライトの単離が向上する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｎ 27/327 Ｇ０１Ｎ 27/30 ３５３Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】１．平坦保持層と、該保持層の孔部を経由して液体が供給される溝部と、該溝部の上方に配置されるメンブレン層とから構成される液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構において、メンブレン層（１２，３７，４２，５５，７０，７９）は、前記溝部（１１, ４６，５４，６９，８０）の少なくとも一部を覆うように、該溝部（１１，４６，５４，６９，８０）の開口上面の上方に配置され、前記メンブレン層の少なくとも一部を覆う覆い層（１３，３６，５６，７１，８５）は、前記メンブレン層側に配置され、アナライトは、抽出され、前記覆い層（１３，３６，５６，７１，８５）によって閉じられていない領域（１４，１６，１７，２９，３０，３９，４０，５７，５８，５９，７２，７３，７４，８６，８７）で測定されることを特徴とする液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。２．前記溝部（１１，５４，６９）は、前記保持層（１，４８，６３）に組み合わされる溝付き保持層（６，５１，６６）に形成されることを特徴とする請求項１に記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。３．前記溝付き保持層（６，５１，６６）に、前記孔部（４，５，４４，４５，４９，５０，６４，６５，８８，８９）に対応する孔部（９，１０，５２，５３，６７，６８）が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。４．前記保持層（１）、前記溝付き保持層（６）、および／または、前記覆い層（１３，５６，７１，８５）は、（ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、エチレン／プロピレン共重合（ＥＰＤＭ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリビニルブチラル（ＰＶＢ）、セルロースアセテート（ＣA)、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、テトラフルオロエチレン／へキサフルオロプロピレン共重合（ＦＥＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フェノールホルムアルデヒド（ＰＦ）、エポキシド（ＥＰ）、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリエステル（ＵＰ）、シリコーン、メラミンホルムアルデヒド（ＭＦ）、ウレアホルムアルデヒド（ＵＦ）、アニリンホルムアルデヒド、カプトン（capton）等の）プラスチック、ガラス、セラミック、またはシリコンから成ることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。５．前記保持層（１，４８，６３）は、その長さが１〜１０ｃｍ、幅が０．５〜５ｃｍ、厚さが０．１〜１ｍｍであり、前記溝付き保持層（６，５１，６６）は、前記保持層（１，４８，６３）と略同寸法であり、前記孔部（４，５，９，１０，３２，３３，４９，５０，５２，５３，６４，６５，６７，６８）の直径が、０．１〜１０ｍｍであり、前記溝部（１１，４６，５４，６９，８０）の幅が、０．１〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。６．前記メンブレン層（１２）は、用途に応じて、透析メンブレン層や気体透過メンブレン層として形成され、１０〜１０００μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。７．前記透析メンブレン層は、ポリ炭酸エステル、セルロースアセテート、セルロース水化物、キュープロフェイン（cuprophane）、ソマポール（thomapor）、再生セルロース、ポリアクリルニトリル、ポリスルホン、ポリアミド、ポリメチルメタクリレート等の材料から形成されることを特徴とする請求項６に記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。８．前記気体透過メンブレン層は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、エチレン／プロピレン共重合（ＥＰＤＭ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリビニルブチラル（ＰＶＢ）、セルロースアセテート（ＣＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合（ＦＥＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フェノールホルムアルデヒド（ＰＦ）、エポキシド（ＥＰ）、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリエステル（ＵＰ）、シリコーン、メラミンホルムアルデヒド（ＭＦ）、ウレアホルムアルデヒド（ＵＦ）、アニリンホルムアルデヒド、カプトン等の材料から形成されることを特徴とする請求項６に記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。９．前記覆い層（１３，３８，５６，７１，８５）の非被覆領域として、少なくとも一つのセンサー素子が、開口部（１６，３９，５７，５８，５９，７２，８６）に挿入されることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。１０．前記センサー素子は、そのイオン選択メンブレン層（１８）が前記メンブレン層（１２）に直接に接触するように挿入され、貴金属鉛層（１９）は、前記開口部（１６）を通って、測定電子装置に接続されることを特徴とする請求項９に記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。１１．前記メンブレン層（１２）と前記センサー素子の前記イオン選択メンブレン層（１８）の間に、ヒドロゲル薄膜（フィルム）が形成されることを特徴とする請求項９または１０に記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。１２．前記覆い層（１３）の第２開口部（１７）に、もう一つの基準電極が挿入され、該基準電極において、前記メンブレン層（１２）と接触している前記イオン選択メンブレン層（１８）はKC1ゲルから成り、前記貴金属鉛層（１９）は塩素銀薄膜（フィルム）から成ることを特徴とする請求項１乃至１１の何れかに記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。１３．前記開口部（１６，１７，３９，４０，５７，５８，５９，７２，７３，８６，８７）に、光学センサー素子が挿入されることを特徴とする請求項１乃至１２の何れかに記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。１４．前記覆い層（１３）に、蒸発、スパッター、またはスクリーン印刷技術を用いて、厚さが０．１〜１μｍの貴金属薄膜（フィルム）（２０，２１）が貼付され、該両貴金属薄膜（フィルム）（２０，２１）は、同一材料から成り、互いに貼付されており、イオン担体（キャリヤ）を含有するPVCやシリコーンから成るメンブレン溶液が、前記開口部（１６）内に注入され、且つ、同様な素子が基準電極として前記開口部（１７）内に注入され、該基準電極には、前記メンブレン層（２２）がKC1ゲルとして設計され、前記貴金属薄膜（２０，２１）が、表面を塩素化し、銀製薄膜（フィルム）として設計されていることを特徴とする請求項１乃至１２の何れかに記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。１５．前記メンブレン層（２２）は、ｐＨに反応を示すメンブレンやアンモニウム選択メンブレンとして設計され、酵素を含有するゲル層として設計されるもう一つのメンブレン層（２３）が配設されることを特徴とする請求項１乃至１２の何れかに記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。１６．前記メンブレン層（１２）と前記覆い層（１３）の間の前記センサー素子の位置に、もう一つの気体透過メンブレン層（２４）が配設され、該気体透過メンブレン層（２４）の厚さは２０〜１００μｍで形成され、前記貴金属薄膜（２０）は白金（陰極）から成り、前記貴金属フィルム（２１）は表面が塩素化された銀（Ag/AgCl陽極）から成り、前記メンブレン層２２はKC1ゲルとして設計されることを特徴とする請求項１乃至１２の何れかに記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。１７．前記メンブレン層（１２）と前記覆い層（１３）の間に、電極保持層（２５）が配設され、該電極保持層（２５）は白金薄膜（２６）と銀薄膜（２７）で被覆され、該薄膜（２６、２７）は共に、層の厚さが０．１〜１μｍであり、前記電極体（２５）は直径が５０〜１０００μｍのオリフィス２８を備え、ポリビニルアルコール（PVA）のゲル層（３１）は前記覆い層（１３'）の前記開口部（１６）内に注入・凝固され、グルコースオキシダーゼ酵素は、前記ゲル層（３１）内で非流動化され、前記基準電極開口部（１７）はKClゲルで満たされることを特徴とする請求項１乃至１２の何れかに記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。１８．前記電極体（２５）は、前記オリフィス（２８）の内壁が金属被覆されないように形成されることを特徴とする請求項１７に記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。１９．前記溝付き保持層（６'）に、もう一つの溝部（１１"）が形成され，検定液は、孔部（３２），（３３）を通って、前記開口部（１６）に挿入される前記センサー素子に供給されることを特徴とする請求項１乃至１８の何れかに記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。２０．前記保持層（１”）には、センサー素子と基準電極が挿入される開口部（３４，３５）が形成されることを特徴とする請求項１乃至１９の何れかに記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。２１．前記メンブレン層（３７）は、前記溝部（１１）を部分的に覆うように、前記覆い層（３８）の窓部（４１）に挿入され、センサー素子と基準電極は前記開口部（３９，４０）に挿入されることを特徴とする請求項１乃至２０の何れかに記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。２２．透析メンブレン層（３７）に加えて、更に、気体透過メンブレン層（４２）が設けられ、溶解酸素用センサーが前記開口部（３９）に配設されることを特徴とする請求項１乃至２１の何れかに記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。２３．前記メンブレン層（４２）は、薄いPVCシートから形成され、前記開口部（３９，４０）はイオン選択PVCメンブレン層を生成する溶液で満たされ、イオン選択センサー素子が形成されることを特徴とする請求項１乃至２２の何れかに記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。２４．前記保持層と前記溝付き保持層は、一つの保持層（４３）として形成され、前記孔部（４４，４５）はその全厚さに渡って延設され、前記溝部（４６）の深さは１ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至２３の何れかに記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。２５．前記メンブレン層（１２）には、更に、サンプル抽出層（４７）が付加されることを特徴とする請求項１乃至２４の何れかに記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。２６．連続フローの配列機構が、保持層（４８）、溝付き保持層（５１）、メンブレン層（５５））、および、センサー素子と基準電極が挿入される開口部（５７，５８，５９）を有する覆い層（５６）から構成され、流体が孔部（４９）から供給され、孔部（５０）から放出されることを特徴とする請求項１に記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。２７．前記覆い層（７１）の反応部（７４）として、反応物質を含有する溝型孔部が設けられ、前記開口部（７２，７３）には、反応部（７４）の前後で物質の濃度を測定するセンサー素子と基準電極が設けられことを特徴とする請求項１乃至２６の何れかに記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。２８．前記キャリヤ液の供給・放出は、Ｏリング（７８）を用いて、前記保持層（１）に対して固着されている少なくとも一つの溝部（７７）を備えるプラスチックブロック（７６）によって行われ、前記メンブレン材料（２２）は、更に、エポキシ樹脂カプセル包含層（７５）で密閉されることを特徴とする請求項１乃至27の何れかに記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。２９．前記配列機構として、０．１〜５ｍｍの針状プローブの幅を有する針形状が用いられることを特徴とする請求項１乃至２８の何れかに記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。３０．前記溝部（１１，４６，５４，６９，８０）の中やアナライトに対する透過性を有するメンブレン層（１２）の上には、電気化学反応が引き起こす少なくとも一つの電極（９０）が設けられることを特徴とする請求項１乃至２９の何れかに記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構。３１．前記保持層（１，４３，４８，６３）、前記覆い層（１３，３６，５６，７１，８５）、および／または前記溝付き保持層（６）が射出成形、圧縮技術、または、これらの構成を備えるＬＩＧＡ法（LIGA method）によって形成され、若しくは、その所定の構造がこの処理に引き続いて行われる切削、押し砕き、粉砕、穿孔、エッチング（食刻）、レーザー切削、または放電加工等によって得られるような方法で、前記保持層（１，４３，４８，６３）と前記溝付き保持層（６,５１，６６）との前記孔部（４，５，１６，１７，２９，３０，３９，４０，４１，４４，４５，４９，５０，６４，６５，８８，８９，５７，５８，５９，７２，７３，７４，８６，８７）と、前記溝部（１１，４６，５４，６９，８０）は形成されることを特徴とする請求項１乃至30の何れかに記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構の製作方法。３２．前記保持層（１，４３，４８，６３）と、前記溝付き保持層（６，５１，６６）と、前記覆い層（１３，３６，５６，７１，８５）と、前記メンブレン層（１２，２７，４２，５５，７０，７９）の間の固着は、接着剤結合、溶着、薄層重合（プラスチックの場合）、接着剤結合（ガラス、セラミック、またはシリコンの場合）、または陽極結合（シリコン上にガラスを固着する場合）によって行われ、薄層化用として、特別な薄層シートが用いられることを特徴とする請求項３１に記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構の製作方法。３３．前記保持層（１，４８，６３）と、前記溝付き保持層（６，５１，６６）と、前記覆い層（１３，３６，５６，７１，８５）は、厚さが１５０μｍの薄層状シートから押砕処理により形成され、該薄層状シートはポリエチレンやポリエステルから形成され、更に、前記メンブレン層（１２，２７，４２，５５，７０，７９）は厚さが５０μｍのポリカーボネート製の透析メンブレン層であり、前記保持層（１，４３，４８，６３）、前記溝付き保持層（６，５１，６６）、前記メンブレン層（１２，37，４２，５５，７０，７９）、および／または、前記覆い層（１３，３６，７１，８５）の固着は、１２５℃の下での薄層化処理によって行われることを特徴とする請求項３１または３２に記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構の製作方法。３４．前記覆い層（１３）には、センサー素子を形成するために、蒸発、スパッター、またはスクリーン印刷技術を用いて、厚さが０．１〜１μｍの貴金属薄膜（フィルム）（２０，２１）が付加され、前記開口部（１６）内には、マイクロピペットや自動調合を用いて、メンブレン溶液が注入され、前記センサーメンブレン（２２）が溶媒の蒸発や紫外線の下での架橋（cross-linking）により凝固された後にセンサー素子が形成され、前記開口部（１７）には、基準電極として、同様の素子が設けられ、前記センサーメンブレン（２２）はKC1ゲルとして設定され、前記貴金属フィルム２０，２１は、表面が塩素化された銀製薄膜（フィルム）として設定されることを特徴とする請求項３１乃至３３の何れかに記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構の製作方法。３５．前記開口部（１６）内には、イオン選択センサー素子を形成するために、イオン担体（キャリヤ）を含有するPVCやシリコーンが注入され、前記開口部（１７）には、基準電極を形成するために、KClゲルが注入され、表面が塩素化された銀製薄膜（フィルム）として、前記貴金属フィルム（２０，２１）が形成されることを特徴とする請求項３４に記載の液体アナライトと液体に含有されたアナライトのサンプル抽出機構の製作方法。