JP2004301528A

JP2004301528A - センサ

Info

Publication number: JP2004301528A
Application number: JP2003091690A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Suzuki; 博章鈴木; Etsuo Koda; 悦男國府田; Ayumi Kumagai; あゆみ熊谷; Kazuyoshi Ogawa; 和義小川; Hiroshi Abe; 弘阿部; Kazuyoshi Yamamoto; 一喜山本; Koichiro Iwasa; 航一郎岩佐
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-28

Abstract

【課題】本発明は、化学物質、特に血液中、唾液中又は尿中の生体関連物質を迅速かつ簡便に測定することのできるセンサを提供する。
【解決手段】（生）化学的刺激により体積変化する、Ｎ−イソプロピルアクリルアミドーアクリル酸共重合体やＮ−イソプロピルアクリルアミドー１−ビニルイミダゾール−アクリル酸共重合体と水よりなる、不均化刺激応答性ゲル、指示標識及び指示標識が移動可能な通路よりなるセンサであって、指示標識は一端部が刺激応答性ゲルに接するように通路内に配置されており、刺激応答性ゲルの体積変化により指示標識が通路内を移動するようになされていることを特徴とするセンサ。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学物質、特に、血液中、唾液中、尿中等の生体関連物を迅速且つ簡単に測定することのできるセンサであり、特にディスポーザブルなセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、幾つかの化学物質を定量できるバイオセンサが実用化されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。そのうち最も広く使われているのは、グルコースセンサである。グルコースセンサの主な用途は医療用途であり、糖尿病患者の診断に広く用いられている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−１４６８７号公報
【特許文献２】
特開平１０−２６２６４５号公報
【０００４】
血糖値の測定は糖尿病の診断に非常に重要であるため、ディスポーザブル血糖値センサを装着できる携帯型血糖測定器が既に実用化され、これは一般のユーザーも容易に入手することができるものである。
【０００５】
ディスポーザブル血糖値センサとしては主に光学的なものと電気化学的なものとが実用化されている。光学的なものは、酵素反応の前後での反応・生成物の吸光度や発光度を測定することによる。また、電気化学的なものとしては、例えば、下記式に示す反応で生成する過酸化水素を測定し、グルコース濃度を求めるものが挙げられる。
β−Ｄ−ｇｌｕｃｏｓｅ＋Ｏ_２→Ｄ−ｇｌｕｃｏｎｏ−δ−ｌａｃｔｏｎｅ＋Ｈ_２Ｏ_２
【０００６】
今後、このようなバイオセンサの需要はますます増大することが予想されるが、これに伴い、より安価に入手可能なものが求められると予想される。上記の市販されている携帯型血糖値測定器では、血糖値を測定するための上記ディスポーザブルバイオセンサの他、この信号を増幅して処理するためのアンプが必要である。
【０００７】
センサチップ自体は比較的安価に入手することができるが、アンプは必ずしもそうではない。このため、アンプを必要とせず、チップだけで機能するものが得られれば、全体として格段の低価格化が実現でき、例えば血糖のみならず尿糖の測定等にも気軽に使えるようになると思われる。
【０００８】
化学センサ、バイオセンサは、医療、環境、食品等の多くの分野で用いられており、その重要性は今後ますます高まりつつある。このうち、特に医療関係では、ヘルスケア、在宅医療の関係で、今後ますますその需要が増大するものと思われる。
【０００９】
当該分野では、特に一般家庭のユーザーが、例えば血糖値又は尿糖値を測定するために、煩雑な操作を必要とせずに簡便に使用でき、しかも安価に入手できることが求められる。同様のことは、環境、食品分野でも要求されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、化学物質、特に血液中、唾液中又は尿中の生体関連物質を迅速かつ簡便に測定することのできるセンサを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のセンサは、（生）化学的刺激により体積変化する不均化刺激応答性ゲル、指示標識及び指示標識が移動可能な通路よりなるセンサであって、指示標識は一端部が刺激応答性ゲルに接するように通路内に配置されており、刺激応答性ゲルの体積変化により指示標識が通路内を移動するようになされていることを特徴とする。
【００１２】
上記（生）化学的刺激により体積変化する刺激応答性ゲルとは、ｐＨ、グルコース、化学物質の吸脱着、酸化・還元等の生化学的刺激又は化学的刺激を受けた際に体積変化するゲルである。
【００１３】
上記（生）化学的刺激に対して体積が変化するゲルは、水又は電解質水溶液とポリマーとからなり、ポリマーの網目状構造体中に水又は電解質水溶液を取り込んでなるものであり、（生）化学的刺激に応じて、水を取り込んで膨潤し、水を放出して収縮するゲルである。
【００１４】
上記ｐＨ変化に対して体積が変化するポリマーとしては、例えば、ポリ（メタ）アクリル酸の架橋物やその金属塩、（メタ）アクリル酸と（メタ）アクリルアミド、Ｎ置換（メタ）アクリルアミド誘導体、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどとの共重合体の架橋物やその金属塩、マレイン酸と（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどとの共重合体の架橋物やその金属塩、ポリビニルスルホン酸の架橋物やビニルスルホン酸と（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどとの共重合体の架橋物、ポリビニルベンゼンスルホン酸の架橋物やその金属塩、ビニルベンゼンスルホン酸と（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどとの共重合体の架橋物やその金属塩、ポリアクリルアミドアルキルスルホン酸の架橋物やその金属塩、アクリルアミドアルキルスルホン酸と（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどとの共重合体の架橋物やその金属塩、ポリジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドの架橋物やその４級塩、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドと（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどとの共重合体の架橋物やその金属塩や４級塩、ポリジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドとポリビニルアルコールとの複合体の架橋物やその４級塩、ポリビニルアルコールとポリ（メタ）アクリル酸との複合体の架橋物やその金属塩、カルボキシアルキルセルロース金属塩の架橋物、ポリ（メタ）アクリロニトリルの架橋物の部分加水分解物やその金属塩などが挙げられ、Ｎ−イソプロピルアクリルアミドとアクリル酸との共重合体及びＮ−イソプロピルアクリルアミドとアクリル酸と１−ビニルイミダゾールとの共重合体が好ましい。
【００１５】
上記Ｎ−イソプロピルアクリルアミドとアクリル酸との共重合体からなるゲルは、中性領域で膨潤状態にあり、酸性領域で収縮する。一方、Ｎ−イソプロピルアクリルアミドとアクリル酸と１−ビニルイミダゾールとの共重合体からなるゲルは、中性領域で収縮状態にあり、酸性領域、アルカリ性領域で膨潤する。
【００１６】
又、ポリ（メタ）アクリル酸とポリ（メタ）アクリルアミドの相互侵入網目状高分子（ＩＰＮ）もｐＨ変化に対して体積が変化するので使用可能である（例えば、特許文献３、４参照。）。
【００１７】
【特許文献３】
米国特許第５４０３８９３号
【特許文献４】
米国特許第５５８０９２９号
【００１８】
上記グルコースによって体積が変化するポリマーとしては、例えば、Ｎ−イソプロピルアクリルアミドとアクリル酸の共重合体を架橋した網目状高分子鎖中にグルコースオキシダーゼを包括固定したケモメカニカル材料が知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
【００１９】
レクチンや免疫グロブリン等の生体分子をリガンドとした生体分子インプリント法により、上記ｐＨ変化に対して体積が変化するポリマーに固定した、糖や抗原により体積変化をするポリマーが知られている（例えば、非特許文献２参照。）。
【００２０】
【非特許文献１】
第４３回高分子学会年次大会予稿集１２１３頁（１９９４年）
【非特許文献２】
関西大学先端科学技術シンポジウム講演集（Ｖｏｌ．６ｔｈ、３３〜３８頁、２００２年）
【００２１】
上記化学物質の吸脱着によって体積が変化するポリマーとしては、強イオン性高分子ゲルが好ましく、例えば、ポリビニルスルホン酸の架橋物やビニルスルホン酸と（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどとの共重合体の架橋物、ポリビニルベンゼンスルホン酸の架橋物やビニルベンゼンスルホン酸と（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどとの共重合体の架橋物、ポリアクリルアミドアルキルスルホン酸の架橋物やアクリルアミドアルキルスルホン酸と（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどとの共重合体の架橋物などが挙げられ、これらとｎ−ドデシルピリジニウムクロライドなどのアルキルピリジニウム塩、アルキルアンモニウム塩、フェニルアンモニウム塩、テトラフェニルホスホニウムクロライドなどのホスホニウム塩などカチオン性界面活性剤とを組み合わせることで使用される。
【００２２】
上記酸化・還元によって体積が変化するポリマーとしては、カチオン性高分子ゲルが挙げられ、電子受容性化合物と組み合わせてＣＴ錯体（電荷移動錯体）として好ましく使用される。カチオン性高分子ゲルとしては、例えば、ポリジメチルアミノプロピルアクリルアミドなどポリアミノ置換（メタ）アクリルアミドの架橋物、ポリジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ポリジエチルアミノエチル（メタ）アクリレートやポリジメチルアミノプロピル（メタ）アクリレートなどのポリ（メタ）アクリル酸アミノ置換アルキルエステルの架橋物、ポリスチレンの架橋物、ポリビニルピリジンの架橋物、ポリビニルカルバゾールの架橋物、ポリジメチルアミノスチレンの架橋物などが挙げられる。また、電子受容性化合物としてベンゾキノン、７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）、過塩素酸テトラブチルアンモニウム、テトラシアノエチレン、クロラニル、トリニトロベンゼン、無水マレイン酸やヨウ素などが挙げられる。
【００２３】
本発明で使用される刺激応答性ゲルは、（生）化学的刺激により体積変化する不均化された刺激応答性ゲルであり、その形態は不均化されていて全体として（生）化学的刺激により体積変化すれば任意の形態が可能であるが、（生）化学的刺激により体積変化するゲルの微小体の集合体、多孔性刺激応答性ゲル又は複数の刺激応答性ゲルシートと濾紙の積層体が好ましい。
【００２４】
上記ゲルの微小体及びその集合体の製造方法は、従来公知の任意の製造方法が採用されてよく、例えば、微小体の製造方法はポリマーを懸濁重合する、ブロック又はシート状のポリマーを作成し切断、破断する方法等が挙げられ、集合体の製造方法は得られた微小体を熱プレスする方法、得られた微小体の表面に溶剤や接着剤を薄く塗布しプレスする方法等が挙げられる。
【００２５】
ゲルの微小体の大きさは、特に限定されず、センサの大きさにより適宜決定されればよいが、一般に１μｍ〜２ｍｍである。
【００２６】
上記多孔性刺激応答性ゲルは、ゲル中に多数の連通孔が形成されているものであって、孔の直径は微細であるほど好ましい。多孔性刺激応答性ゲルの製造方法は任意の製造方法が採用されてよいが、例えば、ブロック状の刺激応答性ゲルを冷凍乾燥する方法が挙げられる。
【００２７】
複数の刺激応答性ゲルシートと濾紙の積層体は、刺激応答性ゲルのシートを作成し、濾紙と交互に積層することによって得られる。刺激応答性ゲルシートと濾紙の厚みは薄いほうが好ましく、積層数はセンサの大きさにより適宜決定されればよい。
尚、上記微小体や刺激応答性ゲルシートが多孔性の刺激応答性ゲルであってもよいことはいうまでもない。
【００２８】
刺激応答性ゲルが大きな一体的なものであると、検体中の（生）化学的刺激物が刺激応答性ゲル全体に作用するのに時間がかかり、従って、刺激応答性ゲルの体積変化に時間がかかって検体の測定に時間がかかるが、このように刺激応答性ゲルを不均化しておくと（生）化学的刺激物が刺激応答性ゲル全体に作用する時間が短縮され検体の測定時間が短縮される。
【００２９】
刺激応答性ゲルは検体と直接接触してもよいが、刺激応答性ゲルと検体が直接接触せず、刺激応答性ゲルは検体中の（生）化学的刺激物だけと接触するように、（生）化学的刺激物を透過しうる隔膜が配置される、即ち、（生）化学的刺激により体積変化する刺激応答性ゲルの、通路と接触しない部位に、（生）化学的刺激物を透過しうる隔膜が配置されているのが好ましい。
【００３０】
上記（生）化学的刺激物を透過しうる隔膜とは、ｐＨ、グルコース、化学物質の吸脱着、酸化・還元等の（生）化学的刺激を与えうる（生）化学的刺激物を透過しうる隔膜であり、一般に微細な連通孔を有する高分子樹脂フィルムが使用される。
【００３１】
上記（生）化学的刺激物を透過しうる隔膜には、（生）化学的刺激反応に関与する受容体が固定されていてもよい。こうすることで、検体中の（生）化学的刺激物を受容体が捕捉し（生）化学的刺激変換反応を行い、刺激応答性ゲルが体積変化するのに適した（生）化学的刺激物に変換することができ、バイオセンサが得られる。
【００３２】
上記受容体としては、検体中の（生）化学的刺激物を捕捉し（生）化学的刺激変換反応を行い、刺激応答性ゲルが体積変化するのに適した（生）化学的刺激物への変換反応に関与することができる従来公知の任意の受容体が使用できる。
【００３３】
例えば、ｐＨ変化に対して体積が変化する刺激応答性ゲルを使用する場合は、ｐＨ変化を伴う反応を触媒する受容体が挙げられ、例えば、酵素、微生物、抗原、抗体、抗体断片、レクチン、レセプター、イオノフォア、プロトンポンプ、生体膜、人工生体素子、ＤＮＡの分子、ＲＮＡの分子、タンパク質、糖鎖、糖タンパク質、メタロプロティンよりなる群から選ばれた１種もしくはこれらの混合物が挙げられる（例えば、非特許文献３参照。）。
【００３４】
【非特許文献３】
バイオセンサー（軽部征夫監修、株式会社シーエムシー出版、２００２年５月２７日普及版第一刷発行）
【００３５】
上記酵素としては、測定対象物質がグルコースである場合はグルコースオキシダーゼ等が用いられるが、この場合、更に、グルコースオキシダーゼとグルコノラクトナーゼとが併用されることが好ましい。グルコースオキシダーゼとグルコノラクトナーゼとが併用されることにより、Ｄ−グルコノ−δ−ラクトンからＤ−グルコン酸への加水分解反応がより促進される。
【００３６】
測定対象物質が尿素である場合はウレアーゼが用いられる。尿素がウレアーゼに触媒されてアンモニアが生じｐＨが上昇し、ゲルの体積変化が起こる。
グルコースセンサを基礎として、グルコースまたはグルコース前駆体を生成する種々の生体反応物質もしくは生体活性を測ることもできる。例えば、本発明のグルコースセンサに水溶性デンプンとα−グルコシダーゼを包括固定化した多孔膜を積層すると、α−アミラーゼ活性センサを構成できる。
【００３７】
ｐＨを変化させる生体酵素反応やグルコースまたはグルコース前駆体を生成する生体酵素反応はこのほかにも多数知られている（例えば、非特許文献４参照。）。
【００３８】
【非特許文献４】
ＳｐｒｉｎｇｅｒＨａｎｄｂｏｏｋｏｆＥｎｚｙｍｅｓ（全２５巻）、シュプリンガー出版
【００３９】
上記微生物として、硝化菌を使用した場合は、アンモニアセンサが得られ、大腸菌を使用した場合は、グルタミン酸センサが得られる。
【００４０】
上記受容体として抗原や抗体を選ぶときには、酵素修飾した抗体によるサンドイッチ法又は競合法で、受容体にｐＨ変化またはグルコース生成を起こさせる機能を持たせることができ、任意の抗体もしくは抗原を検出することができる。
【００４１】
上記抗体断片とは、少なくともひとつのＦａｂフラグメントを含む抗体断片であって、Ｆａｂフラグメントは免疫グロブリンを酵素のパパインによってＹ形分子の枝の根元から切断することによって得られる。Ｆａｂフラグメントが、脂質の頭部群、炭化水素鎖、両機能形成架橋可能な分子及び膜タンパク質からなる群から選択される支持部に共有結合によって連結されたものが好ましい。
又、レクチンとは、糖鎖を特異的に認識して結合、架橋形成するタンパク質の総称である。
【００４２】
上記（生）化学的刺激物を透過しうる隔膜としては、特定の（生）化学的刺激物のみを透過しうる（生）化学的刺激物選択透過性隔膜が好ましい。
【００４３】
炭酸ガスを選択的に透過しうる選択透過性隔膜としては、例えば、ポリイミド膜、酢酸セルロース膜、ポリスルホン膜等が挙げられる。グルコース及びその他の多くの分子は透過しうるが、血球や細胞は透過できない選択透過性隔膜としては、例えば、パーフルオロスルフォン酸の重合体膜（例えば、デュポン社製、商品名「ナフィオン」）が知られている。
【００４４】
又、水、イオン及び乳酸塩は透過しうるが、グルコースは透過できないように特定の大きさの細孔を設けた膜も知られている。これは、直径０．６〜０．７４ｎｍの細孔を形成した膜であって、グルコースに対して半透性であると言われている。又、直径０．９ｎｍ台の細孔を形成した、グルコース分子がぎりぎり透過しうる膜も知られている。これらの細孔径を制御する方法としては、ロブスラリーヤン法により非対称膜を作成する方法が確立されている。
【００４５】
刺激応答性ゲルがグルコース感応型刺激応答性ゲルである場合は、（生）化学的刺激物選択透過性隔膜が、グルコース透過性隔膜であることが好ましい。
【００４６】
又、刺激応答性ゲルに、（生）化学的刺激変換反応を引き起こす受容体が固定されていてもよい。この場合、刺激応答性ゲルだけに受容体が固定されていてもよいし、刺激応答性ゲルと上記隔膜の両方に受容体が固定されていてもよい。特に、下記式に示すように検体中の（生）化学的刺激物を捕捉し２段階で（生）化学的刺激反応を行い、刺激応答性ゲルが体積変化するのに適した（生）化学的刺激物に変換する場合には刺激応答性ゲルと隔膜の両方に受容体が固定されているのが好ましい。
【００４７】
【化１】

【００４８】
上記受容体としては、前述の受容体が使用可能である他に、（生）化学的刺激物を内包するマイクロカプセルに結合しており、検出対象物と受容体が結合するとマイクロカプセルが崩壊するようになされて、固定されている受容体も好適に使用され、マイクロカプセルがリポソームであり、（生）化学的刺激物が酵素であり、受容体が抗体であって、補体と共に固定されているのが好ましい。
【００４９】
上記リポソームは、リン脂質等の人工的に合成された脂質膜小胞を意味し、リン脂質としては、動物や微生物などの細胞膜に広く存在するリン脂質、例えば、ホスファチジルエタノールアミン類、ホスファチジルコリン類、ホスファチジルセリン類、スフィンゴミエリン類；天然の卵黄、牛脳や大豆などから得られるホスファチジルコリン等が挙げられる。
【００５０】
上記補体は、補体は動物血清中に含まれる成分で、一般に用いられるモルモット、ウサギ、ブタ、牛、馬などの新鮮血清あるいは人間の血清などあらゆる動物の血清が挙げられが、力価が高く、希釈倍率を著しく高くすることができ（１００〜２００倍）、経済的であるモルモット補体が好ましい。
【００５１】
上記抗体結合リポソームの製造方法は、従来より種々提案されており（例えば、特許文献５参照。）、これら公知の任意の製造方法で製造されればよい。
【００５２】
【特許文献５】
特公平３−１０７５３６号公報
【００５３】
上記抗体結合リポソームは、フリーな抗体と検体とを共存させると、検体中の抗原と、リポソームに結合している抗体と、フリーな抗体とでサンドイッチ型の抗原抗体複合体を形成する。この複合体にて補体が活性化されて、捕体がリポソームを特異的に攻撃破壊する。破壊されたリポソームからは多量の（生）化学的刺激物が流出する。この流出した多量の（生）化学的刺激物が刺激応答性ゲルの体積を変化させるので、検体の検出感度が高くなる。更に、個々のリポソームに内包される（生）化学的刺激物の量の分散値が小さければ、比例性を確保でき検出精度も高くできる。
【００５４】
リポソームに内包する（生）化学的刺激物としては、ゲルが直接応答する（生）化学的刺激物であってもよいし、ゲルが直接応答する（生）化学的刺激物を生成する刺激変換反応に関与する酵素であってもよい。
【００５５】
例えば、グルコース感応型の刺激応答性ゲルに対し、抗体結合リポソームにグルコースを内包することもできるし、抗体結合リポソームにアミラーゼを内包しておいて、グルコース感応型のゲルとデンプンと共に用いてもよい。リポソームにグルコースオキシダーゼを内包しておき、ｐＨ感応型の刺激応答性ゲルとグルコースと共に用いることもできる。検体に対する検出感度の点からは、酵素を内包する方法の方が、酵素反応による増感効果が同時に期待できるので好ましい。
【００５６】
尚、抗体結合リポソームは、立体障害によりホモジニアスな測定系となるので既反応物と未反応物とを分離する洗浄操作、所謂Ｂ／Ｆ分離が不要である。
ウサギ由来の抗体はリポソーム表面に結合させた場合に非特異反応の原因となるために、リポソームに結合させる抗体としてヤギＩｇＧ抗体を且つフリーな抗体としてウサギＩｇＧ抗体を使用する方法が知られている。
【００５７】
しかし，コストの点からは、ウサギ抗体断片Ｆａｂ’をリポソームに結合させ且つフリーな抗体としてウサギＩｇＧ抗体を用いる方法、又は、マウスのモノクローナル抗体断片Ｆａｂ’をリポソームに結合させる抗体として且つフリーな抗体として前記のモノクローナル抗体とは抗原決定認識部位の異なるマウスモノクローナル抗体若しくはウサギＩｇＧ抗体を用いる方法の方が好ましい。
【００５８】
上記リポソームの破壊の理由については明らかでないが、抗原と抗体の複合体が補体を活性化させ、これが連鎖反応を起こすことにより破壊されるものと推定される。
【００５９】
尚、受容体をゲル中又は隔膜に固定化する方法としては、従来公知の任意の方法が採用されてよく、例えば、物理的吸着法、包括固定化法、イオン結合法、共有結合法（架橋法）及びこれらを複数を組み合わせた方法等が挙げられる。
【００６０】
上記指示標識は、一端部が刺激応答性ゲルに接するように通路内に配置されており、刺激応答性ゲルの体積変化により指示標識が通路内を移動するようになされている。
【００６１】
指示標識は通路内を移動しうるものであれば、特に限定されず、金属、合成樹脂、木材、ガラス等の針状体や液体が挙げられるが、精度よく移動し、液柱として視認できる液体が好ましい。尚、液体を使用する場合は、通路の端部の刺激応答性ゲルに接する部分に液溜まりが形成されているのが好ましい。
【００６２】
上記液体としては、例えば、水、アルコール、流動パラフィン、シリコンオイル、油脂、水銀等が挙げられ、この液体が刺激応答性ゲルに接触している場合は、刺激応答性ゲルに接触しても刺激応答性ゲルの体積変化をもたらさない液体であることが必要である。
【００６３】
上記液体は、肉眼による検知が容易なように着色されていてもよいし、液体の先端に油相が添付され先端の油相のみが着色されていてもよい。又、屈折率の差により、液体の先端が視認できるように、通路の断面形状が円形や三角形になされていてもよいし、通路の下面に凹凸が形成されていたり、印刷が施されていてもよい。
【００６４】
上記液体が刺激応答性ゲルに接触すると、液体が刺激応答性ゲルに浸潤して体積変化する場合は、刺激応答性ゲルと液体が、ダイヤフラムで隔離されていることが必要である。尚、刺激応答性ゲルに接触しても刺激応答性ゲルの体積変化をもたらさない液体を使用する場合も、刺激応答性ゲルと液体が、ダイヤフラムで隔離されているのが好ましい。
【００６５】
上記ダイヤフラムは、刺激応答性ゲルと指示標識とを隔て、刺激応答性ゲルの体積変化を指示標識に伝える作用を有するものであるので、刺激応答性ゲルの体積変化前面に沿って変位する移動可能なダイヤフラム、弾性を有するダイヤフラム、又は可撓性を有するダイヤフラムが好適に用いられ、例えば、シリコーンゴム膜、ポリウレタン膜、アルミニウム薄膜等が挙げられる。
【００６６】
本発明のセンサの実施形態としては、上記構成要件を満足していれば、特に限定されないが、好ましい実施形態としては、請求項１５及び１６記載のセンサが挙げられる。
【００６７】
請求項１５に記載のセンサは、検出対象物を収容する貫通区画が形成された基板（ａ）、貫通区画に（生）化学的刺激により体積変化するゲルの微球体の集合体であって、全体として（生）化学的刺激により体積変化する刺激応答性ゲルが嵌合された基板（ｂ）及び液溜り用凹部とそれに繋がる略直線状の通路用凹部が形成された基板（ｃ）が、各貫通区画と液溜り用凹部が略同一直線上になるように、この順に積層され、基板（ｂ）及び基板（ｃ）により液溜りとそれに繋がる略直線状の通路が形成され、液溜り及び通路に液体が充填されていることを特徴とする。
【００６８】
上記センサを図面を参照して説明する。図１は上記センサの１例を示す分解図であり、図２はセンサの刺激応答性ゲルが膨張した状態（Ａ）と収縮した状態（Ｂ）を示す断面図である。
【００６９】
図中１は、検出対象物を収容する貫通区画１１が形成された基板（ａ）であり、２は貫通区画に（生）化学的刺激により体積変化するゲルの微球体の集合体であって、全体として（生）化学的刺激により体積変化する刺激応答性ゲルである。
【００７０】
図中３は刺激応答性ゲルが嵌合用の貫通区画３１が形成された基板（ｂ）であり、４は液溜り用凹部４１とそれに繋がる略直線状の通路用凹部４２が形成された基板（ｃ）である。基板（ａ）、刺激応答性ゲル２を嵌合用の貫通区画３１に嵌合した基板（ｂ）及び基板（ｃ）は各貫通区画１１、３１と液溜り用凹部４１が略同一直線上になるように、この順に積層されている。
【００７１】
基板（ｂ）と基板（ｃ）を積層することにより、液溜り用凹部４１の部分に液溜り５が形成され、それに繋がる略直線状の通路用凹部４２の部分に略直線状の通路６が形成される。液溜り５及び通路６には液体７が充填されている。
【００７２】
請求項１６に記載のセンサは、検出対象物を収容する貫通区画が形成された基板（ａ）、貫通区画に（生）化学的刺激物を透過しうる隔膜が嵌合された基板（ｄ）、貫通区画に、（生）化学的刺激により体積変化するゲルの微球体の集合体であって、全体として（生）化学的刺激により体積変化する刺激応答性ゲルが嵌合された基板（ｂ）及び液溜り用凹部とそれに繋がる略直線状の通路用凹部が形成された基板（ｃ）が、各貫通区画と液溜り用凹部が略同一直線上になるように、この順に積層され、基板（ｂ）及び基板（ｃ）により液溜りとそれに繋がる略直線状の通路が形成され、液溜り及び通路に液体が充填されていることを特徴とする。
【００７３】
即ち、請求項１５のセンサにおける基板（ａ）と基板（ｂ）の間に貫通区画に（生）化学的刺激物を透過しうる隔膜が嵌合された基板（ｄ）が、各貫通区画と液溜り用凹部が略同一直線上になるように積層されている。
【００７４】
上記各基板は、紙、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、メチルメタクリレ−ト樹脂、ホトレジスト、ガラス、セラミックス、シリコンウエハ、金属等任意の材料で構成されてよいが、基板（ｃ）は透明性のガラス又は合成樹脂で構成されるのが好ましい。
【００７５】
【作用】
本発明のセンサの構成は上述の通りであるから、全血、リンパ液、血漿、血清、唾液、尿、大便、汗、粘液、涙、髄液、鼻分泌液、頸部または膣の分泌液、精液、胸膜液、羊水、腹水、中耳液、関節液、胃吸引液等の如き生体液を含む殆どの液体試料の分析に利用できる。
又、固体試料又は乾燥試料は、分析に適した液体混合物を与えるのに適した溶媒に溶解して分析できることは当然である。
【００７６】
【実施の形態】
次に、本発明の実施例を説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００７７】
（実施例１）
基板（ｃ）の形成
５００μｍ厚のガラス基板を、加熱した３１％過酸化水素：２９％アンモニア：純水＝１：１：４溶液中及び加熱した純水中で洗浄し、乾燥した後、ポリイミドプレポリマー（東芝ケミカル社製、ＣＴ−４７００）を５００ｒｐｍで３０秒、続けて６０００ｒｐｍで３０秒スピンコーティングし、次いで、オーブン８０℃で１５分間ベーク後、マスクアライナーで９０秒間露光してガラス基板上にポリイミド層を形成した。
【００７８】
ポリイミド層の上に、厚膜フォトレジスト（マイクロケム社製、ＳＵ−８）をスピンコーティングし、９５℃で遮光して５時間ベーキングした後、液溜まりと流路のパターンを描いたフォトマスクを通し、マスクアライナーで３０分露光した。次いで、現像、リンスを行い、液体を充填する液溜り用凹部とそれに繋がる略直線状の通路用凹部が形成されたガラス基板を得た。得られたガラス基板をダイシングソーでチップ状にダイシングし、８ｍｍ×２８ｍｍの大きさに切断して基板（ｃ）を得た。
【００７９】
基板（ｂ）の形成と、基板（ｂ）と基板（ｃ）の積層
厚さ０．５ｍｍのアクリル板を、ダイシングソーで８ｍｍ×２８ｍｍの大きさに切断し、電動ドリルで直径２ｍｍの貫通孔をあけゲル嵌合用の貫通区画を形成して基板（ｂ）を得た。貫通区画の位置は基板（ｃ）の液溜り用凹部と同じ位置にした。
基板（ｂ）上にシリコーンゴム（信越化学工業社製、ＫＥ３４７５Ｔ）を滴下し、４０００ｒｐｍで５秒間スピンコーティングし、基板（ｃ）と重ね合わせて接着し、基板（ｂ）と基板（ｃ）の積層体を得た。
【００８０】
刺激応答性ゲルの作製
５０ｍｌビーカーに純水４０ｍｌを満たし、そこに、モノマーであるＮ−イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＡｍ）を３．５７ｇ、アクリル酸（ＡＡｃ）を２５３ｍｇ、架橋剤としてメチレンビスアクリルアミド（ＭＢＡＡｍ）を６７．５ｍｇ、促進剤としてテトラメチルエチレンジアミン（ＴＭＥＤＡ）を２５０μｌ加え、攪拌しながら、このゲル前駆体溶液を窒素置換し、溶存酸素を取り除いた。
【００８１】
酵素（グルコースオキシダーゼ）を５ｍｇ（８００ｕｎｉｔ）とり、５００μｌの純水に溶かした酵素溶液に、上記ゲル前駆体溶液を５００μｌ加え、全体で１ｍｌの溶液とし、少し攪拌した後、０℃で１０分程冷却した。
【００８２】
冷却後、重合開始剤として、ペルオキソニ硫酸アンモニウム（ＡＰＳ）１ｍｇを加え、更に０℃で２０分程冷却して刺激応答性ゲルを得た。得られた刺激応答性ゲルは５０ｍＭＴｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝液（ｐＨ７．０）中に浸漬し、冷蔵庫（４℃）で保存した。
【００８３】
得られた刺激応答性ゲルを細かく切断（約０．５ｍｍの立方体）し、それを集めてプレス成形して、直径２ｍｍ、厚さ１ｍｍの円盤状刺激応答性ゲル集合体を得た。
【００８４】
基板（ａ）の作成
厚さ０．３ｍｍのアクリル板のチップに電動ドリルで直径０．６ｍｍの貫通孔を１０〜１６個あけ、検出対象物を収容する貫通区画を形成した。貫通区画の形成位置は、基板（ｂ）貫通区画の位置及び基板（ｃ）の液溜り用凹部と同じ位置にした。
【００８５】
刺激応答性ゲルの封入と、基板（ａ）と積層体の積層
得られた積層体のゲル嵌合用の貫通区画ゲルに、得られた円盤状刺激応答性ゲル集合体を嵌合し、基板（ａ）の一面にシリコーンゴム（信越化学工業社製、ＫＥ３４７５Ｔ）を滴下し、４０００ｒｐｍで５秒間スピンコーティングし、基板（ｂ）と重ね合わせて接着し、液溜り及び通路に流動パラフィンを注入することにより、本発明のグルコースセンサを得た。
【００８６】
上記刺激応答性ゲルに固定したグルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ）は、下記式に示すグルコースの酸化反応に触媒作用をおよぼす酵素である。
【００８７】
【化２】

【００８８】
ＧＯＤを包括固定化した刺激応答性ゲルがグルコース溶液に触れると、グルコースが刺激応答性ゲル内に浸透し、上記のような反応をおこす。そして、刺激応答性ゲル内にグルコン酸が生じて溶媒のｐＨが下がる。そのことにより、解離していた高分子鎖のカルボキシル基がプロトン化され、ＮＩＰＡＡｍ鎖間の疎水性相互作用による引力が支配的になり、刺激応答性ゲルが収縮する。
【００８９】
中性の状態で膨潤させておいた刺激応答性ゲルを、グルコースを含むサンプル溶液に接触させると、上記の反応により刺激応答性ゲルは収縮し、この変化は流路内の液体の液柱の変化としてとらえることができるため、この変化からグルコース濃度を求めることができる。尚、ここでは温度を一定にコントロールする必要があるが、これを行うには、センサの刺激応答性ゲル付近を手でつまみ、人間の体温を利用する等の手段が採りうる。
【００９０】
刺激応答性ゲルの収縮挙動は、図３に示したように、忠実に流路中の液柱の変化としてとらえることができる。収縮過渡状態においては、グルコース濃度によりその変化率の明瞭な差が認められるため、時間を定めて液柱の長さを測定すれば、これからグルコース濃度を求めることもできる。
【００９１】
（実施例２）
０．３ｍｍのアクリル板を、ダイシングソーで８ｍｍ×２８ｍｍの大きさに切断し、電動ドリルで直径４ｍｍ程度の貫通孔をあけ、この貫通孔に（生）化学的刺激物選択透過性膜として、パーフルオロスルフォン酸の重合体膜（デュポン社製、商品名「ナフィオン」）を接着剤で固定して貫通孔に（生）化学的刺激物選択透過性膜が嵌合された基板（ｄ）を得た。（生）化学的刺激物選択透過性膜形成部の位置は、実施例で得られた基板（ｃ）の液溜り用凹部と同じ位置にした。
【００９２】
実施例１で得られた積層体のゲル嵌合用の貫通区画ゲルに、実施例１で得られた円盤状刺激応答性ゲル集合体を嵌合し、実施例１で得られた基板（ａ）と上記基板（ｄ）の一面にシリコーンゴム（信越化学工業社製、ＫＥ３４７５Ｔ）を滴下し、４０００ｒｐｍで５秒間スピンコーティングし、基板（ａ）、基板（ｄ）、基板（ｂ）の順に重ね合わせて接着し、液溜り及び通路に流動パラフィンを注入することにより、本発明のグルコースセンサを得た。
【００９３】
【発明の効果】
本発明のセンサの構成は上述の通りであり、化学物質、特に、血液中、唾液中又は尿中の生体関連物質を迅速かつ簡便に測定することができる。又、小型化でき安価に大量に生産できるのでディスポーザブルセンサとして好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセンサの１例を示す分解図である。
【図２】本発明のセンサの刺激応答性ゲルが膨張した状態（Ａ）と収縮した状態（Ｂ）を示す断面図である。
【図３】濃度の異なる３種類のグルコースを含むサンプル溶液を、実施例１で得られたセンサを用いて測定した、時間と液柱の収縮状態を示すグラフである。
【符号の説明】
１基板（ａ）
１１検出対象物を収容する貫通区画
２刺激応答性ゲル
３基板（ｂ）
３１刺激応答性ゲル嵌合用の貫通区画
４基板（ｃ）
５液溜り
６通路
７液体

Claims

（生）化学的刺激により体積変化する不均化刺激応答性ゲル、指示標識及び指示標識が移動可能な通路よりなるセンサであって、指示標識は一端部が刺激応答性ゲルに接するように通路内に配置されており、刺激応答性ゲルの体積変化により指示標識が通路内を移動するようになされていることを特徴とするセンサ。
不均化刺激応答性ゲルが、（生）化学的刺激により体積変化するゲルの微小体の集合体、多孔性刺激応答性ゲル又は複数の刺激応答性ゲルシートと濾紙の積層体であることを特徴とする請求項１記載のセンサ。
刺激応答性ゲルが、Ｎ−イソプロピルアクリルアミドーアクリル酸共重合体又はＮ−イソプロピルアクリルアミドー１−ビニルイミダゾール−アクリル酸共重合体と水よりなることを特徴とする請求項１又は２記載のセンサ。
指示標識が、刺激応答性ゲルに接触しても、刺激応答性ゲルの体積変化をもたらさない液体であることを特徴とする請求項１、２又は３記載のセンサ。
液体が着色されていることを特徴とする請求項４記載のセンサ。
（生）化学的刺激により体積変化する刺激応答性ゲルの、通路と接触しない部位に、（生）化学的刺激物を透過しうる隔膜が配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のセンサ。
隔膜に、（生）化学的刺激変換反応に関与する受容体が固定されていることを特徴とする請求項６記載のセンサ。
隔膜が、（生）化学的刺激物選択透過性隔膜であることを特徴とする請求項６項記載のセンサ。
（生）化学的刺激物選択透過性隔膜が、グルコース透過性隔膜であり、刺激応答性ゲルがグルコース感応型刺激応答性ゲルであることを特徴とする請求項８記載のセンサ。
刺激応答性ゲルに、（生）化学的刺激変換反応に関与する受容体が固定されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載のセンサ。
受容体は（生）化学的刺激物を内包するマイクロカプセルに結合しており、検出対象物と受容体が結合するとマイクロカプセルが崩壊するようになされて、固定されていることを特徴とする請求項１０記載のセンサ。
マイクロカプセルがリポソームであり、（生）化学的刺激物が酵素であり、受容体が抗体であって、補体と共に固定されていることを特徴とする請求項１１記載のセンサ。
受容体が、酵素、微生物、抗原、抗体、抗体断片、レクチン、レセプター、イオノフォア、プロトンポンプ、生体膜、人工生体素子、ＤＮＡの分子、ＲＮＡの分子、タンパク質、糖鎖、糖タンパク質、メタロプロティンよりなる群から選ばれた１種もしくはこれらの混合物であることを特徴とする請求項７、１０又は１１項記載のセンサ。
刺激応答性ゲルと指示標識が、刺激応答性ゲルの体積変化前面に沿って変位する移動可能なダイヤフラム、弾性を有するダイヤフラム、又は可撓性を有するダイヤフラムで隔離されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項記載のセンサ。
検出対象物を収容する貫通区画が形成された基板（ａ）、貫通区画に、（生）化学的刺激により体積変化する不均化刺激応答性ゲルが嵌合された基板（ｂ）及び液溜り用凹部とそれに繋がる略直線状の通路用凹部が形成された基板（ｃ）が、各貫通区画と液溜り用凹部が略同一直線上になるように、この順に積層され、基板（ｂ）及び基板（ｃ）により液溜りとそれに繋がる略直線状の通路が形成され、液溜り及び通路に液体が充填されていることを特徴とするセンサ。
検出対象物を収容する貫通区画が形成された基板（ａ）、貫通区画に（生）化学的刺激物を透過しうる隔膜が嵌合された基板（ｄ）、貫通区画に、（生）化学的刺激により体積変化する不均化刺激応答性ゲルが嵌合された基板（ｂ）及び液溜り用凹部とそれに繋がる略直線状の通路用凹部が形成された基板（ｃ）が、各貫通区画と液溜り用凹部が略同一直線上になるように、この順に積層され、基板（ｂ）及び基板（ｃ）により液溜りとそれに繋がる略直線状の通路が形成され、液溜り及び通路に液体が充填されていることを特徴とするセンサ。