JP2002168821A

JP2002168821A - バイオセンサ

Info

Publication number: JP2002168821A
Application number: JP2000364225A
Authority: JP
Inventors: Kazuyasu Matsumoto; 和泰松本; Masaji Miyazaki; 正次宮崎; Yasuhiko Sawada; 康彦澤田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2002-06-14
Anticipated expiration: 2020-11-30
Also published as: JP4639465B2; CN101059504B; CN101059503A; CN101059504A; CN101059503B

Abstract

(57)【要約】【課題】試料液の供給を正確且つ容易にできうる優れ
たバイオセンサを提供する。【解決手段】２枚の絶縁性基板１、８の貼り合わせに
より、両基板間に試料液を採取しうる検体供給路７を有
するバイオセンサを構成する。検体供給路７には、両基
板の端部に設けた開口を入口として、前記試料液が導入
されるが、この入口を構成する両基板の端部は、バイオ
センサの平面視において、互いに異なる位置にあること
を特徴とする。

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
分を分析するバイオセンサに関し、特に試料液を毛細管
現象にて供給する検体供給路を備えたバイオセンサにお
いて、試料液を供給しやすいセンサ構造に特徴があるも
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。すなわち、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伝達体を還元し、測定装置が
その電子伝達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。このようなバイオセンサ
の一例として、例えば、特願平１１−３２４５１１号で
提案されたようなセンサが知られている。

【０００４】これは、ポリエチレンテレフタレートのよ
うな絶縁性基板上に、電気伝導性物質からなる測定電
極、対電極ならびに検知電極が形成されており、これら
電極上には試料液中の特定成分と特異的に反応する酵素
や電子伝達体および水溶性高分子などを含む試薬層が形
成されたものである。

【０００５】そして、ある量の試料液を採取し、採取し
た試料液中の特定成分と試薬層との反応により生じる電
流値を上記電極で検出するためのキャビティ（検体供給
路）を形成するため、電極および試薬上の部分を細長く
切り欠いたスペーサと、空気孔を形成したカバーとを絶
縁性基板上に貼り合わせている。

【０００６】このような構成のバイオセンサにおいて、
試料液は検体供給路の入口から毛細管現象により検体供
給路内に供給され、電極と試薬のある位置まで導かれ
る。そして電極上での試料液中の特定成分と試薬との反
応により生じる電流値は、リードを通じて外部の測定装
置に接続して読み取られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ような構成のバイオセンサにおいては、試料液を供給す
る検体供給路の入口において、検体供給路を形成する絶
縁性基板とカバーとは、その平面視した端部は、同位置
で同形状をしているので、試料液を供給する角度が小さ
かったり、また、誤って絶縁性基板の裏側（電極が形成
されていない面）に試料液が付着した場合などに、再度
試料液を供給しようとしても裏側に付着した試料液が邪
魔をし、試料液の供給がうまくできず、測定ミスや測定
誤差を誘発するという問題があった。

【０００８】この発明は以上のような問題点を解消する
ためになされたもので、試料液の供給を正確且つ容易に
できうるバイオセンサを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１にか
かるバイオセンサは、２枚の基板の貼り合わせにより、
前記基板間に試料液を採取しうる検体供給路を構成し、
その検体供給路には、前記両基板の端部に設けた開口を
入口として、前記試料液が導入されるよう構成したバイ
オセンサであって、前記入口を構成する両基板の端部
は、前記バイオセンサの平面視において、互いに異なる
位置にあることを特徴としたものである。

【００１０】また、発明の請求項２にかかるバイオセン
サは、請求項１に記載のバイオセンサにおいて、入口を
構成する両基板の端部は、前記バイオセンサの平面視に
おいて、互いに同形状でありながらも、異なる位置に配
置されていることを特徴としたものである。

【００１１】また、発明の請求項３にかかるバイオセン
サは、２枚の基板の貼り合わせにより、前記基板間に試
料液を採取しうる検体供給路を構成し、その検体供給路
には、前記両基板の端部に設けた開口を入口として、前
記試料液が導入されるよう構成したバイオセンサであっ
て、前記入口を構成する両基板の端部は、前記バイオセ
ンサの平面視において、互いに異なる形状をなしている
ことを特徴としたものである。

【００１２】また、発明の請求項４にかかるバイオセン
サは、請求項１から３のいずれかに記載のバイオセンサ
において、前記バイオセンサの平面視において、入口を
構成する両基板の端部は、互いに、０．１ｍｍ以上の距
離のずれがあることを特徴としたものである。

【００１３】また、発明の請求項５にかかるバイオセン
サは、請求項１から４のいずれかに記載のバイオセンサ
において、検体供給路を形成するために、２枚の基板
を、その間にスペーサを介在させて貼り合わせたことを
特徴としたものである。

【００１４】また、発明の請求項６にかかるバイオセン
サは、請求項１から５のいずれかに記載のバイオセンサ
において、スペーサといずれか一方の基板とを一体的に
構成したことを特徴としたものである。

【００１５】また、発明の請求項７にかかるバイオセン
サは、請求項１から６のいずれかに記載のバイオセンサ
において、前記供給路内に、試料液を電気化学的に分析
するための電極と試薬層とを設けたことを特徴としたも
のである。

【００１６】また、発明の請求項８にかかるバイオセン
サは、請求項１から７のいずれかに記載のバイオセンサ
において、前記供給路内の一部に空気孔が形成されてい
ることを特徴としたものである。

【００１７】また、発明の請求項９にかかるバイオセン
サは、請求項１から８のいずれかに記載のバイオセンサ
において、前記供給路の内面の一部もしくは全面が親水
化されていることを特徴としたものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下に、本発明
の実施の形態１にかかるバイオセンサについて図１を用
いて説明する。なお、ここでは試料液中の特定物質と特
異的に反応する分子識別素子として酵素を用いた酵素セ
ンサに関して具体的に示すものとする。

【００１９】図１は本実施の形態１にかかるバイオセン
サの分解斜視図及び断面図である。図１において、１は
第１の絶縁性基板であり、この第１の絶縁性基板１上に
は、電気伝導性物質からなる測定電極２、対電極３、な
らびに検知電極４が形成されている。

【００２０】なお、ここでいう検知電極４は、検体量の
不足を検知するための電極として機能するだけでなく、
参照電極あるいは対電極の一部として用いることも可能
である。

【００２１】図１には、第１の絶縁性基板上に前記各電
極が配置されたものを示すが、これらの電極は第１の絶
縁性基板１上だけでなく、対向する第２の絶縁性基板８
上に分割して配置されてもよい。

【００２２】ここで好適な上記第１の絶縁性基板１及び
第２の絶縁性基板８の材料としてはポリエチレンテレフ
タレート、ポリカーボネート、ポリイミドなどがある。

【００２３】また、各電極を構成する電気伝導性物質と
しては、金、白金、パラジウムなどの貴金属やカーボン
などの単体材料、あるいは、カーボンペーストや貴金属
ペーストなどの複合材料があげられる。

【００２４】前者の場合は、スパッタリング蒸着法など
で、また後者の場合はスクリーン印刷法などを用いて容
易に電気伝導性層を第１の絶縁性基板１あるいは第２の
絶縁性基板８に形成することができる。

【００２５】また、各電極の形成においては、上述した
スパッタリング蒸着法やスクリーン印刷法などにより第
１の絶縁性基板１あるいは第２の絶縁性基板８の全面、
もしくは一部に前記電気伝導性層を形成した後、レーザ
などを用いてスリットを設けることにより電極を分割形
成することができる。また、あらかじめ電極パターンの
形成された印刷版やマスク版を用いたスクリーン印刷法
やスパッタリング蒸着法などでも同様に電極を形成する
ことが可能である。

【００２６】このようにして形成された電極上には酵
素、電子伝達体および親水性高分子などを含む試薬層５
が形成されている。

【００２７】ここで酵素としてはグルコースオキシダー
ゼ、ラクテートオキシダーゼ、コレステロールオキシダ
ーゼ、コレステロールエステラーゼ、ウリカーゼ、アス
コルビン酸オキシダーゼ、ビリルビンオキシダーゼ、グ
ルコースデヒドロゲナーゼ、ラクテートデヒドロゲナー
ゼなどを、電子伝達体としてはフェリシアン化カリウム
以外にもｐ−ベンゾキノン及びその誘導体、フェナジン
メトサルフェート、メチレンブルー、フェロセン及びそ
の誘導体などを用いることができる。

【００２８】また、親水性高分子としては、カルボキシ
メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒド
ロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、エチル
セルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、カル
ボキシメチルエチルセルロール、ポリビニルアルコー
ル、ポリビニルピロリドン、ポリリジン等のポリアミノ
酸、ポリスチレンスルホン酸、ゼラチンおよびその誘導
体、アクリル酸およびその塩、メタクリル酸およびその
塩、スターチおよびその誘導体、無水マレイン酸および
その塩、アガロースゲルおよびその誘導体などを用いる
ことができる。

【００２９】次に、前記第１の絶縁性基板１と第２の絶
縁性基板８を、切り欠け部を有するスペーサ６と貼り合
わせることにより、試料液が供給される検体供給路７を
形成する。

【００３０】ここで、従来のバイオセンサと大きく異な
るのは、検体供給路７の試料液が供給される入口におい
て、検体供給路７を形成する第１の絶縁性基板１と第２
の絶縁性基板８とは、その平面視で見た端部が、互いに
異なる位置に位置するよう、ずらして貼り合わされてい
ることである。すなわち、第１の絶縁性基板１と第２の
絶縁性基板８とは、検体供給路７の入口近くは同形状で
あるが、第２の絶縁性基板８とスペーサ６とを、第１の
絶縁性基板１に対して、入口方向に突出させているので
ある。

【００３１】これにより、試料液を供給する角度が不十
分でも（小さくても）、正確且つ容易に試料液を吸引さ
せることが可能となる。さらには、第１の絶縁性基板１
の裏側へ試料液が付着するのを防止する効果もあわせ持
ち、仮に基板の裏側へ試料液が付着した場合でも、再度
試料液を供給することで、スムーズに試料液を供給する
ことが可能となる。

【００３２】このような効果を得るためには、前記第１
の絶縁性基板１と第２の絶縁性基板８との平面視で見た
端部のずれ、すなわち、図２に示す検体供給路７の中心
線Ｌが、検体供給路７の入口近くにおける第１の絶縁性
基板１と交わる点１４ａと第２の絶縁性基板８と交わる
点１３ａとの間の距離Ｓ１は、０．１ｍｍ以上であるこ
とが望ましく、より好適には０．２５ｍｍ〜１．０ｍｍ
である。

【００３３】なお、距離Ｓ１が０．１ｍｍ未満の場合に
は、距離が不十分であり、試料液を吸引する角度が小さ
い場合に、従来のバイオセンサと同様に試料液の供給が
うまくいかない。

【００３４】また、図３に示すような、第１の絶縁性基
板１と第２の絶縁性基板８とが、検体供給路７の入口近
くで異なる形状である場合でも、上述と同じ様な効果が
得られる。

【００３５】この場合においても、前記第１の絶縁性基
板１と第２の絶縁性基板８との平面視で見た端部のず
れ、すなわち、図４に示す検体供給路７の中心線Ｌが、
検体供給路７の入口近くにおける第１の絶縁性基板１と
交わる点１４ｂと第２の絶縁性基板８と交わる点１３ｂ
との間の距離Ｓ２は、０．１ｍｍ以上であることが望ま
しく、より好適には０．２５ｍｍ〜１．０ｍｍである。

【００３６】なお、上述の図１〜図４の構成において、
試料液の検体供給路７への供給をより迅速におこなうに
は、検体供給路の高さ、すなわちスペーサ６の厚みは、
０．０５〜０．３ｍｍの範囲であることが望ましい。

【００３７】ここで、好適なスペーサ６の材料として
は、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、
ポリイミド、ポリブチレンテレフタレート，ポリアミ
ド，ポリ塩化ビニル，ポリ塩化ビニリデン、ポリイミ
ド、ナイロンなどがあげられる。

【００３８】また、第２の絶縁性基板８とスペーサ６と
が一体化されたものと第１の絶縁性基板１との貼り合わ
せにより検体供給路７を形成しても構わない。

【００３９】ここで、前記試薬層５は、電極上の全面も
しくは一部に配置する以外にも、バイオセンサの性能を
悪化させることのない範囲であれば、試料液が供給され
る検体供給路７内であればいずれの場所に配置しても構
わない。

【００４０】また、このような検体供給路７から構成さ
れたバイオセンサへの試料液供給は毛細管現象により実
現されるが、試料液のスムーズな供給を実現するうえで
は検体供給路７内にバイオセンサ外部へ空気を逃がすた
めの空気孔９が必要である。

【００４１】ここで、空気孔９の配置は、試料液の供給
を妨げない範囲であれば検体供給路７内のいかなる場所
でもよい。

【００４２】また、前記検体供給路７の内面に親水化処
理を施すことで、より迅速且つ正確に試料液を検体供給
路７内へ導入することが可能となる。

【００４３】このような親水化の方法としては、第１の
絶縁性基板１あるいは第２の絶縁性基板８自体やその表
面へ界面活性剤などを展開したり、あるいは、サンドブ
ラスト処理、放電加工、ノングレア処理、マット処理、
化学メッキ等により基板材料の表面を粗面化するなどの
方法がある。

【００４４】このようにして形成されたバイオセンサに
おいて、試料液中の特定成分と、酵素などを含む試薬層
５との反応で得られた電流値は、測定電極２、対電極
３、検知電極４のそれぞれのリード部１０、１１、１２
を通じて、図示しない外部の測定装置に接続して読み取
られる。

【００４５】電流測定においては、本実施形態で述べた
測定電極２、対電極３、検知電極４からなる三電極方式
のほかにも測定電極２、対電極３のみからなる二電極方
式などがあり、本発明で得られた効果を実現するために
は何れの方式を用いてもよいが、３電極方式のほうがよ
り正確な測定が可能である。（具体例１）ポリエチレンテレフタレートからなる第１
の絶縁性基板上に、スパッタリング蒸着により、前記絶
縁性基板の表面全面に約８ｎｍの厚みのパラジウム薄膜
を形成した後、ＹＡＧレーザにより、前記薄膜の一部に
スリットを設けることにより、測定電極、対電極、およ
び検知電極に電極を分割形成した。その上に酵素、電子
伝達体、親水性高分子などを含んだ水溶液を前記測定電
極を中心にして対電極ならびに検知電極の一部を覆うよ
うに円状に滴下し、乾燥させることで試薬層を形成し
た。さらにその上からポリエチレンテレフタレートから
なる切り欠け部を有するスペーサと、同じくポリエチレ
ンテレフタレートからなる空気孔を有する第２の絶縁性
基板（カバー）とを貼り合わせることで、血液が導かれ
る毛細管となる検体供給路を形成した。

【００４６】なお、本発明の効果を確認するため、ここ
では前記絶縁性基板と前記スペーサおよびカバーとの平
面視で見た端部のずれ（Ｓ）が各々Ｓ＝０（従来セン
サ）、０．１、０．２５、０．５、１．０、２．０ｍｍ
である、計６種類の血糖値測定センサを作製した。

【００４７】また、血液の検体供給路への供給をより迅
速にするため、ここではカバーの表面（検体供給路の内
面側）に、界面活性剤が塗工されているものを用いた。

【００４８】図５はこのようにして形成した血糖値測定
センサにおいて、血液の供給される角度によるセンサの
血液吸引特性を確認するための試験方法を示すものであ
り、（表１）はその試験結果を示すものである。

【００４９】

【表１】

【００５０】（表１）から明らかなように、Ｓ＝０ｍｍ
である従来センサでは、血液が供給される角度が小さい
場合（０〜３０度）には血液が吸引しなかったり、きち
んと吸引させるためには数回の供給動作をする必要があ
ることがわかる。これは、供給角度が小さい場合には、
血液を検体供給路に供給する際に、先ず血液が絶縁性基
板の裏側に付着してしまい、再度、血液を検体供給路に
供給しようとしても、その絶縁性基板の裏に付着した血
液側に引っ張られてしまうためであると推測される。

【００５１】これに対し、本発明のセンサにおいては、
最も距離の短いＳ＝０．１ｍｍの場合においても、供給
角度が小さい場合には数回の供給動作をする必要はある
ものの全く吸引をしないというケースは無くなり、Ｓ＝
０．２５ｍｍ以上あれば、いかなる吸引角度においても
容易に血液を吸引させれることがわかる。

【００５２】また、図６は、第１の絶縁性基板の裏側
に、血液の吸引を妨げるように予め絶縁性基板の裏側
へ、その先端から約５ｍｍの範囲に血液を付着させたも
のを用いた場合の、血液の供給される角度によるセンサ
の血液吸引特性を確認するための試験方法を示すもので
あり、（表２）はその試験結果を示すものである。

【００５３】

【表２】

【００５４】（表２）から明らかなように、Ｓ＝０ｍｍ
である従来センサにおいては、血液供給角度が９０度以
外では血液の吸引ができない状態であるのに対し、本発
明のセンサを用いた場合にはＳ＝０．１ｍｍの時の血液
供給角度が小さい場合で、吸引できない場合があるもの
の、Ｓ＝０．２５ｍｍ以上ではいかなる吸引角度におい
ても容易に血液を吸引させれることがわかる。

【００５５】このように本実施の形態によれば、検体供
給路を形成する第１の絶縁性基板１と第２の絶縁性基板
８との、その平面視で見た端部が、互いに異なる位置に
位置するよう、ずらして貼り合わされていることにより
正確且つ容易に試料液を吸引させることができる。

【００５６】また、本実施の形態１では、バイオセンサ
として酵素センサを例に挙げて説明したが、本発明は、
試料液中の特定物質と特異的に反応する分子識別素子と
して酵素以外にも抗体、微生物、ＤＮＡ、ＲＮＡなども
利用するバイオセンサにも同様に適応することができ
る。

【００５７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、２枚の基
板の貼り合わせにより、前記基板間に試料液を採取しう
る検体供給路を構成し、その検体供給路には、前記両基
板の端部に設けた開口を入口として、前記試料液が導入
されるよう構成したバイオセンサであって、前記入口を
構成する両基板の端部は、前記バイオセンサの平面視に
おいて、互いに異なる位置あるいは異なる形状にしたの
で、試料液を供給する角度が不十分でも（小さくて
も）、正確且つ容易に試料液を吸引させることができる
という効果が得られる。さらには、第１の絶縁性基板１
の裏側へ試料液が付着するのを防止する効果もあわせ持
ち、仮に基板の裏側へ試料液が付着した場合でも、再度
試料液を供給することで、スムーズに試料液を供給する
ことができるという効果が得られる。

【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の
分解斜視図及び断面図

【図２】同バイオセンサの検体供給路を示す拡大平面図

【図３】本発明の一実施の形態におけるバイオセンサの
他の例を示す分解斜視図及び断面図

【図４】同バイオセンサの検体供給路を示す拡大平面図

【図５】本発明の実施の形態１におけるバイオセンサの
血液吸引試験方法を示す説明図

【図６】同血液吸引試験方法の他の例を示す説明図

【符号の説明】

１第１の絶縁性基板２測定電極３対電極４検知電極５試薬層６スペーサ７検体供給路８第２の絶縁性基板９空気孔１０，１１，１２リード部１３ａ、１３ｂ検体供給路の中心線と第２の絶縁性基
板との交点１４ａ、１４ｂ検体供給路の中心線と第１の絶縁性基
板との交点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者澤田康彦香川県高松市古新町８番地の１松下寿電子工業株式会社内Ｆターム(参考） 2G045 CA25 CA26 FB01 FB05 GC20 4B063 QA01 QQ03 QQ15 QR02 QR03 QR04 QR10 QR12 QR82 QX05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２枚の基板の貼り合わせにより、前記基
板間に試料液を採取しうる検体供給路を構成し、その検
体供給路には、前記両基板の端部に設けた開口を入口と
して、前記試料液が導入されるよう構成したバイオセン
サであって、前記入口を構成する両基板の端部は、前記バイオセンサ
の平面視において、互いに異なる位置にあることを特徴
とするバイオセンサ。
【請求項２】入口を構成する両基板の端部は、前記バ
イオセンサの平面視において、互いに同形状でありなが
らも、異なる位置に配置されていることを特徴とする請
求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項３】２枚の基板の貼り合わせにより、前記基
板間に試料液を採取しうる検体供給路を構成し、その検
体供給路には、前記両基板の端部に設けた開口を入口と
して、前記試料液が導入されるよう構成したバイオセン
サであって、前記入口を構成する両基板の端部は、前記バイオセンサ
の平面視において、互いに異なる形状をなしていること
を特徴とするバイオセンサ。
【請求項４】前記バイオセンサの平面視において、入
口を構成する両基板の端部は、互いに、０．１ｍｍ以上
の距離のずれがあることを特徴とする請求項１〜３のい
ずれかに記載のバイオセンサ。
【請求項５】検体供給路を形成するために、２枚の基
板を、その間にスペーサを介在させて貼り合わせたこと
を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のバイオセ
ンサ。
【請求項６】スペーサといずれか一方の基板とを一体
的に構成したことを特徴とする請求項５に記載のバイオ
センサ。
【請求項７】前記供給路内に、試料液を電気化学的に
分析するための電極と試薬層とを設けたことを特徴とす
る請求項１〜６のいずれかに記載のバイオセンサ。
【請求項８】前記供給路内の一部に空気孔が形成され
ていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載
のバイオセンサ。
【請求項９】前記供給路の内面の一部もしくは全面が
親水化処理されていることを特徴とする請求項１〜８の
いずれかに記載のバイオセンサ。