JP2001356108A - バイオセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極端子の表面を、引っ掻き傷などの損傷か
ら防ぐとともに、バイオセンサの種別を自動で判別可能
にすることにより、補正チップの挿入の操作等を不要に
する。 【解決手段】 絶縁性基板１表面の電気伝導性層２にス
リットを入れて分割し、スペーサ７と上カバー１２を配
置することにより、電極と電極端子とを形成する。電極
端子は、スペーサ７に形成された透孔９ａ，９ｂ、９ｃ
により露出する領域となる。この透孔の形成位置をバイ
オセンサの種別毎に変えることで、測定器でバイオセン
サの種別を自動で判別可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料液中の特定の
成分を電気化学的に測定するバイオセンサに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】バイオセンサは、微生物、酵素、抗体等
の生物材料の分子認識能を利用し、生物材料を分子識別
素子として応用したセンサである。即ち、固定化された
生物材料が、目的の基質を認識したときに起こる反応、
微生物の呼吸による酵素の消費、酵素反応、発光などを
利用したものである。

【０００３】バイオセンサの中でも酵素センサの実用化
は進んでおり、例えば、グルコース、乳酸、コレステロ
ール、ラクトース、尿素、アミノ酸用の酵素センサは医
療計測や食品工業に利用されている。酵素センサは、検
体である試料液に含まれる基質と酵素との反応により生
成する電子によって電子受容体を還元し、測定装置がそ
の電子受容体の還元量を電気化学的に計測することによ
り、検体の定量分析を行う。

【０００４】以下、従来のバイオセンサについて図面を
用いて説明する。図５は、バイオセンサを測定器に挿入
した状態を示した図である。図６は、従来のバイオセン
サの斜視図を作製工程順に示した図である。図７は従来
のバイオセンサの電極端子とコネクタピンとの関係を示
した図である。

【０００５】図６において、１０１はポリエチレンテレ
フタレート等からなる絶縁性の基板である。１０２は基
板１０１の表面全面に形成された、カーボンや金属物質
等からなる電気伝導性層である。１０３ａ、１０３ｂ、
１０３ｃ、１０３ｄは電気伝導性層１０２に形成された
スリットである。

【０００６】１０４、１０５、１０６は電気伝導性層１
０２にスリット１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３
ｄにより分割することにより形成された電極であり測定
電極、対電極、および検知電極である。１０７は、測定
電極１０４、対電極１０５、検知電極１０６を覆うスペ
ーサである。１０８はスペーサ１０７の前縁部中央に設
けられた、検体供給路を形成する長方形の切欠部であ
る。１０は検体供給路の入口である。

【０００７】１１１は測定電極１０４、対電極１０５、
および検知電極１０６に酵素を含有する試薬を滴下によ
って塗布することで形成された試薬層である。１１２は
スペーサ１０７を覆う上カバーである。１１３は上カバ
ー１１２の中央部に設けられた空気孔である。

【０００８】図７において、１１４、１１５、１１６は
測定極１０４、対電極１０５、検知電極１０６の電極端
子である。図５において、１７はバイオセンサである。
１８はバイオセンサ１７を装着する測定器である。１９
はバイオセンサ１７を挿入するための測定器１８の挿入
口である。２０は測定結果を表示する測定器１８の表示
部である。１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃは測定器１８
に内蔵され、電極端子１１４、１１５、１１６と各々接
続されるコネクタピンである。

【０００９】図６（ａ）に示すように、基板１０１の表
面全面に対して、電気伝導性層１０２をスパッタリング
法等で形成する。次に図６（ｂ）に示すように、レーザ
等を用いて電気伝導性層１０２にスリット１０３ａ、１
０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄを形成し、測定電極１０
４、対電極１０５および検知電極１０６に電気伝導性層
１０２を分割する。

【００１０】次に、図６（ｃ）に示すように測定電極１
０４、対電極１０５、および検知電極１０６に、血糖値
センサの場合は、酵素であるグルコースオキシダーゼと
電子受容体としてフェリシアン化カリウム等からなる試
薬を滴下により塗布して試薬層１１１を形成する。次に
測定電極１０４、対電極１０５および検出電極１０６の
電極の上に検体供給路を形成するための切欠部１０８を
有するスペーサ１０７を設置する。さらにその上に上カ
バー１１２を設置する。ここで、スペーサ１０７の切欠
部１０８の一端は、上カバー１１２に設けられた空気孔
１１３に通じている。

【００１１】検体を測定するには、図７（ｂ）に示すよ
うにバイオセンサ１７の電極端子１１４、１１５、１１
６を測定器１８の挿入口１９に挿入し、コネクタピン１
２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃに接続する。次に、血液等
の検体である試料液を検体供給路の入口１０に供給する
と、空気孔１１３によって毛細管現象で一定量の検体が
検体供給路内部に吸引され、対電極１０５、測定電極１
０４、検体電極１０６上に達する。電極上に形成されて
いる試薬層１１１は血液によって溶解し、試薬と検体と
の間に例えば酸化還元反応が生じ、測定電極１０４と対
電極１０５との間に電気的変化が生じる。

【００１２】同時に検体供給路内部に正しく検体が満た
されていれば、測定電極１０４と検知電極１０６との間
にも電気的変化が生じる。これを１２１ａ、１２１ｂ、
１２１ｃを通じて感知し、一定時間後に測定電極１０
４、対電極１０５に電圧を印加すると、例えば血糖値セ
ンサであれば、グルコース濃度に比例した電流が発生
し、その値より測定器１８は、血糖値を測定し、該血糖
値を表示部２０に表示する。

【００１３】このバイオセンサ１７は製造ロット毎に電
気的変化の出力特性に違いを生じる。測定器１８におい
て該出力特性の違いを補正する必要がある。測定器１８
は、前記製造ロット毎の出力特性に応じた補正データを
備えており、バイオセンサ１７の出力にその製造ロット
毎に必要な補正を施して、正しい血糖値をもとめる。

【００１４】そのため、測定前に、製造ロット毎に指定
された補正チップを測定器１８の挿入口１９に挿入する
ことで、測定器１８に、必要とする補正データの指定を
行う必要がある。前記補正チップは、どの補正データを
用いるかの情報を有し、挿入口１９に挿入することで、
測定器１８は、必要な補正データを用意する。前記補正
チップを挿入口１９から抜き取り、バイオセンサ１７を
測定器１８の挿入口１９に挿入し、上述したように検体
を測定する。測定器１８は測定した前記電流値と前記補
正データとから正しい血糖値をもとめ、該血糖値を表示
部２０に表示する。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
バイオセンサにおいては、電極端子部が剥きだし状態で
あり、特にスパッタリング法などを用いた薄膜導電性電
極の場合には、外部的な要因で、例えば、バイオセンサ
の生産工程内や、製品としてユーザが操作する上で起こ
り得る、引っ掻きや擦れなどによる電極端子表面の傷や
汚れなどにより、正確な測定結果が得られないという問
題があった。

【００１６】また、測定のたびに前記補正チップを挿入
することを忘ることや、さらには血糖値を測定する場合
に、間違って例えばコレステロール測定用の補正チップ
を挿入したときや、血糖値測定用であっても出力特性の
異なる補正チップを挿入したりしたときには、測定結果
に誤りが生じてしまうという問題があった。

【００１７】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、電極の端子表面に傷や汚れが外的な要因から生
じるのを防ぎ、また、補正チップを挿入することなく、
バイオセンサを挿入するだけで、測定器は製造ロット毎
の補正データの判別が可能であるバイオセンサを提供す
ることを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のバイオセンサは、表面に電気伝導性層が形
成された絶縁基板上を部分的に覆うようにカバーを配置
することにより、試料液中の特定成分を試薬との反応に
より検出するための電極と、前記電極での反応により生
じる電流値を外部の測定器に接続して読み取るための電
極端子とを形成したバイオセンサにおいて、前記電極端
子は、前記バイオセンサの測定器に対する装着が完了し
た状態において、測定器の接続端子との接続に必要な領
域のみが露出するものとなるように、前記カバーに開口
部が形成されていることを特徴とするものであり、これ
により、電極端子の損傷を防止するようにしている。

【００１９】また、この開口部の位置をセンサの種別に
応じて変え、これを測定器で検出可能とすることによ
り、補正チップの挿入の操作をなくすようにしたもので
ある。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態おけ
るバイオセンサについて図を用いて説明する。 図１
は、一本実施の形態におけるバイオセンサの斜視図を作
製工程順に示した図であり、図２はバイオセンサの電極
端子の構成例を示した図である。図３は、電極端子とコ
ネクタピンとの位置関係を示した図である。図４は、開
口部（透孔）の形成例を示した図である。図５は、バイ
オセンサが測定器に挿入されている状態を示した図であ
る。

【００２１】図において、１はポリエチレンテレフタレ
ート等からなる絶縁性の基板である。２は基板１の表面
全面に形成された、例えば金やパラジウム等の貴金属や
カーボン等の電気伝導性物質からなる電気伝導性層であ
る。３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは電気伝導性層２に設けら
れたスリットである。４、５、６は電気伝導性層２をス
リット３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄにより分割することによ
り形成された電極であり、測定電極、対電極、および検
体が検体供給路内部に確実に吸引されたかを確認するた
めの検知電極である。

【００２２】７は測定電極４、対電極５、検知電極６を
覆うスペーサである。８はスペーサ７の前縁部中央に設
けられた検体供給路を形成する長方形の切欠部である。
９は電極端子を露出する開口部であり、スペーサ７に形
成した透孔９ａ、９ｂ、９ｃよりなる。

【００２３】１０は検体供給路の入口である。１１は測
定電極４、対電極５、および検知電極６に酵素を含有す
る試薬を滴下によって塗布することで形成された試薬層
である。１２はスペーサ７を覆う上カバーである。１３
は上カバー１２の中央部に設けられた空気孔である。１
４、１５、１６は測定電極４、対電極５、検知電極６の
電極端子である。１７はバイオセンサである。１８はバ
イオセンサを装着する測定器である。１９はバイオセン
サ１７を挿入するための測定器１８の挿入口である。２
０は測定結果を表示する測定器１８の表示部である。２
１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆは測定
器１８に内蔵され、電極端子１４、１５、１６と接続さ
れるコネクタピンである。

【００２４】図１（ａ）に示すように、基板１の全面に
薄膜を形成する方法であるスパッタリング法によって、
金やパラジウム等の貴金属薄膜の電気伝導性層２を形成
する。なお、電気伝導性層２は基板１の表面全面でな
く、電極を形成するのに必要な部分にのみ形成してもよ
い。

【００２５】次に図１（ｂ）に示すように、電気伝導性
層２にレーザを用いてスリット３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ
を形成し、電気伝導性層２を測定電極４、対電極５、お
よび検知電極６に分割する。

【００２６】なお、スリット３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを
有する電気伝導性層２を形成するのに必要なパターンが
予め配置された印刷板やマスキング版などを用いたスク
リーン印刷法やスパッタリング法などで、基板１上に電
極やスリット３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを形成してもよ
い。なお、スリット３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを電気伝導
性層２に設ける方法として、鋭利な先端を有する治具等
により、電気伝導性層２の一部分を削ってもよい。

【００２７】次に、図１（ｃ）に示すように測定電極
４、対電極５、および検知電極６に、血糖値センサの場
合は、例えば酵素であるグルコースオキシダーゼと電子
受容体としてフェリシアンカリウム等からなる試薬を滴
下により塗布する。

【００２８】次に、測定電極４、対電極５、および検知
電極６の電極の上に検体供給路を形成するための切欠部
８と各々の電極の端子１４、１５、１６を測定器に内蔵
されているコネクタピン２１ａもしくは２１ｄ、２１ｂ
もしくは２１ｅ、２１ｃもしくは２１ｆと接続するため
の透孔９ａ、９ｂ、９ｃを有するスペーサ７を設置す
る。

【００２９】ここで、透孔９ａ、９ｂ、９ｃは、図２
（ａ）のように、測定電極４、対電極５、検出電極６の
電極端子１４、１５、１６上の、測定器１８に内蔵され
ているコネクタピン２１ａもしくは２１ｄ、２１ｂもし
くは２１ｅ、２１ｃもしくは２１ｆとの接続に必要な部
分のみを残すように設けられている。すなわちバイオセ
ンサ１７が測定器１８に対して装着を完了したときにの
み、コネクタピンと電極端子とが接触するように電極端
子のそれぞれは露出しており、この接続に不要な領域は
スペーサ７により覆われることで、バイオセンサの生産
工程内や、製品としてユーザが操作する上で起こり得
る、引っ掻きや擦れなどにより電極の端子表面に傷や汚
れが生じることを防ぐようにしている。

【００３０】なお、図２（ｂ）のように、それぞれの電
極端子に対応した透孔９ａ、９ｂ、９ｃを設けずに、開
口部９を一体に設け、電極端子１４、１５、１６と測定
器１８に内蔵されているコネクタピンとの接続に必要な
部分を凹状に設けてもよい。

【００３１】透孔９ａ、９ｂ、９ｃを設ける位置は、例
えば図４の（ａ）から（ｈ）に示すような８通りの組合
わせが考えられる。これらの透孔９ａ、９ｂ、９ｃが設
けられる位置の組合わせで、測定器１８に製造ロット毎
の出力特性の違いを補正するための補正データの情報を
判別可能とする。

【００３２】例えば、図４（ａ）のバイオセンサの前方
（コネクタピン２１ａ、２１ｂ、２２ｃと接続される位
置）に３つの透孔９ａ、９ｂ、９ｃを並列して設けた場
合は製造ロット番号１番の出力特性を持つバイオセンサ
とし、図４（ｂ）のバイオセンサの後方（コネクタピン
２１ｄ、２１ｅ、２１ｆと接続される位置）に３つの透
孔９ａ、９ｂ、９ｃを並列して設けた場合は製造ロット
番号２番の出力特性を持つバイオセンサとする。

【００３３】次に、スペーサ７の上に上カバー１２を設
置する。ここで、スペーサ７の切欠部８の一端は、上カ
バー１２に設けられた空気孔１３に通じている。なお、
測定電極４、対電極５、および検出電極６の電極上にス
ペーサ７を形成した後に、測定電極４、対電極５、及び
検出電極６の切欠部８から露出している部分に試薬を滴
下することにより試薬層１１を形成してもよい。

【００３４】また、切欠部８が形成されたスペーサ７と
カバー１２を貼り合わせて一体化した後に、透孔９ａ、
９ｂ、９ｃを形成したものを、測定電極４、対電極５、
および検知電極６の電極の上に設置してもよい。（この
場合、カバー１２にも同様の位置に透孔９ａ、９ｂ、９
ｃが存在することになる。）バイオセンサで検体を測定
する場合は、まず、バイオセンサ１７の電極端子１４、
１５、１６を測定器１８の挿入口１９に挿入する。電極
端子１４、１５、１６はスペーサに設けられた透孔９
ａ、９ｂ、９ｃにより開放されているため、測定器１８
に内蔵されたコネクタピン２１ａもしくは２１ｄ、２１
ｂもしくは２１ｅ、２１ｃもしくは２１ｆと接続され
る。

【００３５】この構成によれば、検体である血液を検体
供給路の入口１０に供給すると、空気孔１３によって毛
細管現象で一定量の検体が検体供給路内に吸引され、対
電極５、測定電極４、検知電極６上に達する。電極上に
形成されている試薬層１１が、検体である血液で溶解
し、試薬と検体中の特定成分との間に酸化還元反応が生
じる。ここで検体供給路内部に正しく検体が供給されて
いれば、対電極５と検知電極６との間に電気的変化が生
じる。これによって検知電極６まで検体が吸引されてい
ることを確認する。なお、測定電極４と検知電極６との
間にも電気的変化が生じるので、これによって検知電極
６まで検体が吸引されていることを確認してもよい。

【００３６】検知電極６まで検体が吸引されてから、一
定時間、検体と試薬との反応を促進させた後、測定電極
４と、対電極５もしくは対電極５および検知電極６の両
方に一定の電圧を印加する。血糖値センサなので、グル
コース濃度に比例した電流が発生し、その値を測定器１
８は測定する。

【００３７】以上の測定電極４、対電極５、および検知
電極６の各電極での電気的変化を測定器１８はスペーサ
７上に設けられた透孔９ａ、９ｂ、９ｃから露出してい
る電極の端子１４、１５、および１６よりコネクタピン
２１ａもしくは２１ｄ、２１ｂもしくは２１ｅ、２１ｃ
もしくは２１ｆを通じて感知する。

【００３８】また、測定器１８は、バイオセンサ１７の
測定極４、対電極５、および検知電極６の各電極の透孔
９ａ、９ｂ、９ｃから露出している電極端子１４、１
５、１６がどの位置にあるのかを調べる。

【００３９】コネクタピンと接続される位置に透孔が無
い場合には電気的な導通が得られず、透孔があれば電気
的な導通が得られる。例えば、コネクタピン２１ａ、２
１ｂ、２１ｃに電気的な導通が確認され、２１ｄ、２１
ｅ、２１ｆに電気的な導通が確認されない場合は、製造
ロット番号１のバイオセンサである、図４（ａ）に示す
状態なので、測定器１８は、予め記憶している製造ロッ
ト番号１の出力特性に対応する補正データと前記測定し
た電流値とから血糖値を求めて、該血糖値を表示部２０
に表示する。

【００４０】同様に、コネクタピン２１ａ、２１ｂ、２
１ｃに電気的な導通が確認されず、２１ｄ、２１ｅ、２
１ｆに電気的な導通が確認された場合には、製造ロット
番号２の出力特性に対応する補正データと前記測定した
電流値とから血糖値を求めて、該血糖値を表示部２０に
表示する。

【００４１】なお、図２（ｂ）の開口部９を一体で形成
した構成においても、その形成位置を変えることで、製
造ロット番号を判別できるよう構成できることは言うま
でもない。

【００４２】以上、本実施の形態では、血糖値センサに
ついて述べたが、試薬層１１の成分および検体を変える
ことで、血糖値センサ以外のバイオセンサとして、例え
ばラクテートセンサやコレステロールセンサ等に使用で
きる。その場合にも、開口部９の位置によってラクテー
トセンサやコレステロールセンサの出力特性に対応する
補正データの情報を測定器が判別可能であるようにして
おけば、測定器１８は予め記憶しているラクテートセン
サやコレステロールセンサの出力特性に対応する補正デ
ータと電流値とから測定値をもとめて表示部２０に表示
する。

【００４３】なお、上記本実施の形態では電極が３つあ
るバイオセンサについて述べたが、電極の数がそれ以外
の場合でもかまわない。

【００４４】また開口部についても、コネクタピンの数
を必要に応じて任意に変えることにより、判別可能な組
合わせの数を容易に増やすことができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のバイオセ
ンサによれば、電極端子表面が外的な要因などにより損
傷や汚染されることがなく、検体を測定する場合にバラ
ツキのない正確な測定ができるという効果を有する。さ
らには、電極端子上のコネクタピンとの接触位置が高精
度に規制できるため、電極抵抗値の安定した高精度なバ
イオセンサを提供できる。

【００４６】また、製造ロット毎、あるいは試薬の種類
に基づくバイオセンサの種別を、開口部の位置で検出す
ることで、操作者による補正チップ等を用いた補正デー
タの入力力操作が必要がなく、煩わしさや操作ミスを防
ぎ、正しい結果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態におけるバイオセンサを
作成工程順に示す斜視図

【図２】同バイオセンサの開口部の形状を示す斜視図

【図３】同バイオセンサの電極端子とコネクタピンとの
位置関係を示す平面図

【図４】同バイオセンサの電極端子とコネクタピンとの
位置関係を示す平面図

【図５】バイオセンサが測定器に挿入された状態を示す
斜視図

【図６】従来のバイオセンサを作成工程順に示す斜視図

【図７】従来のバイオセンサの電極端子とコネクタピン
とを示す斜視図および平面図

【符号の説明】

１ 絶縁性基板 ２ 電気伝導性層 ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ スリット ４ 測定電極 ５ 対電極 ６ 検知電極 ７ スペーサ ８ 切欠部 ９ 開口部 ９ａ、９ｂ、９ｃ 透孔 １０ 検体供給路の入口 １１ 試薬層 １２ カバー １３ 空気孔 １４、１５、１６ 電極端子 １７ バイオセンサ １８ 測定器 １９ バイオセンサ挿入口 ２０ 表示部 ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ コ
ネクタ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に電気伝導性層が形成された絶縁基
   板上を部分的に覆うようにカバーを配置することによ
   り、試料液中の特定成分を試薬との反応により検出する
   ための電極と、前記電極での反応により生じる電流値を
   外部の測定器に接続して読み取るための電極端子とを形
   成したバイオセンサにおいて、 前記電極端子は、前記バイオセンサの測定器に対する装
   着が完了した状態において、測定器の接続端子との接続
   に必要な領域のみが露出するものとなるように、前記カ
   バーに開口部が形成されていることを特徴とするバイオ
   センサ。
2. 【請求項２】 絶縁基板の表面全面にわたって形成され
   た電気伝導層にスリットを入れて分割することにより、
   少なくとも測定電極と対電極とからなる電極が形成され
   るとともに、電極端子もそれら電極に対応して分割形成
   されることを特徴とする請求項１に記載のバイオセン
   サ。
3. 【請求項３】 バイオセンサは細長い小片であり、電極
   端子は前記バイオセンサの一端から離れた位置に形成さ
   れるよう、カバーに開口部が設けられていることを特徴
   とする請求項１または２に記載のバイオセンサ。
4. 【請求項４】 開口部は、カバーに設けられた透孔であ
   ることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の
   バイオセンサ。
5. 【請求項５】 開口部は、カバーに設けられた透孔であ
   り、前記透孔は、少なくとも測定電極及び対電極に対応
   した電極端子毎に形成されていることを特徴とする請求
   項２に記載のバイオセンサ。
6. 【請求項６】 バイオセンサの種別に応じて、開口部が
   互いに異なる位置に形成されていることを特徴とする請
   求項１から５のいずれかに記載のバイオセンサ。
7. 【請求項７】 センサの種別は、製造ロット毎または試
   薬の種類に応じて異なることを特徴とする請求項６のい
   ずれかに記載のバイオセンサ。
8. 【請求項８】 カバーは、電極上に試料液を導くための
   切欠部と電極端子を形成するための開口部とを形成した
   スペーサと、前記切欠部の上部を覆って試料液を保持す
   る空間を形成するための上カバーとからなることを特徴
   とする請求項１から７のいずれかに記載のバイオセン
   サ。
9. 【請求項９】 電気伝導性層は、スパッタリングにより
   形成されることを特徴とする請求項１から８のいずれか
   に記載のバイオセンサ。