JP2004309351A

JP2004309351A - バイオセンサ

Info

Publication number: JP2004309351A
Application number: JP2003104365A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Akahori; 幸宏赤堀; Hiromi Yamazaki; 博実山崎; Koji Mitsuhayashi; 浩二三林
Original assignee: Nikkiso Co Ltd; Tokai University
Current assignee: Nikkiso Co Ltd; Tokai University
Priority date: 2003-04-08
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】電極間における短絡がなく、安定した検出出力を有し、信頼性の高いバイオセンサを提供すること。
【解決手段】多孔質担体に酵素を担持して成り、酵素反応が可能な程度にその表面を露出する感応部と、相互に絶縁されると共に、前記感応部に電気的に結合され、かつ前記多孔質担体に対して実質的に無積層状態に形成されてなる一対の電極とを備えて成ることを特徴とするバイオセンサ。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はバイオセンサに関し、さらに詳しくは、電極の絶縁性を確実にし、センサー性能の安定化を図り、しかも生産性よく製造することができ、量産によるばらつきの少ないバイオセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特許文献１により、「反応物質の移動が可能で柔軟性を有する薄膜状の多孔質固定体と、該多孔質固定体の表裏両面に一体的に形成した導電性の電極とよりなり、上記多孔質固定体には生理活物質を付加してなり、上記電極の一端には反応電極面を、他端には電極端子部を形成し、かつ、上記反応電極面と上記電極端子部との間における上記電極および上記多孔質固定体の表面は絶縁してあることを特徴とするバイオセンサ」が提案されている。
【０００３】
この特許文献１における発明者が、同様の構造を有するバイオセンサを発表している（非特許文献１〜３参照）。
【０００４】
上記特許文献１及び非特許文献１及び２に開示されているバイオセンサは、次のようにして製造される。定性濾紙を裁断して幅２ｍｍ、長さ７０ｍｍ及び厚み０．２５ｍｍの短冊状にされた濾紙基材の両面にカーボンペーストと銀・塩化銀ペーストとをそれぞれ塗布し、乾燥することにより、長さ７０ｍｍ及び幅２ｍｍの薄膜電極を形成し、次いで、両電極の両端部が露出するように中央部に瞬間接着剤を含浸し、これを乾燥することによりモールドし、薄膜電極の両端部にセンサ感応部と端子部とをそれぞれ形成する。最後に、アルコール酸化酵素と光架橋性樹脂との混合溶液を感応部に塗布し、冷暗所にて１時間乾燥させた後に、蛍光灯照射により光架橋反応を行って前記アルコール酸化酵素を包括固定化する。カーボンペーストで形成されたカーボン電極の脆化を抑制するために、カーボンペーストのバインダは、塩ビ系樹脂から柔軟性に富むフロロエラストマーに変更し、また、不感応部分のモールド接着剤は、エポキシ系接着剤からシアノアクリレート系瞬間接着剤に変更することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３２５８３６５号公報
【非特許文献１】
“Ｇａｓ−ＰｈａｓｅＢｉｏｓｅｎｓｏｒｆｏｒＥｔｈａｎｏｌ ” ＡｎａｌｙｔｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｖｏｌ．６６，Ｎｏ．２０，Ｏｃｔｏｂｅｒ１５，１９９４，ｐ３２９７−３３０２
【非特許文献２】
“呼気アルコール計測溶簡易型酵素電極に関する研究” ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＳｃｉｅｎｃｅ，Ｖｏｌ．１４，Ｎｏ．１＆２，２００２，ｐ１９−２０
しかしながら、前記バイオセンサには、以下のような技術的課題のあることが判明した。
（１）前記バイオセンサは、薄膜状の多孔質固定体例えば短冊状の濾紙基材の一方の面にカーボンペーストを、また前記濾紙基材の他方の面に銀・塩化銀ペーストを塗布しているので、それらペーストの粘度、粒度及びペーストの濾紙基材への浸透程度等により、電極間の絶縁状態が安定せず、導通してしまうことがある。
（２）上述したように、電極間おける絶縁状態が不安定であるから、製品としてのバイオセンサの品質が一定にならない。
（３）両電極の両端部が露出するように中央部に瞬間接着剤を含浸させると、感応部及び端子部における濾紙基材にも瞬間接着剤が滲み込み、必要な感応部面積を確保することができない。
（４）短冊状の濾紙基材の両面に、電極と成るペーストを塗布してしまうので、感応部の露出面積が小さくなってしまい、したがって、露出面積の小さい感応部に酵素を固定するのが困難に成る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、前記課題を解決することを目的とする。即ち、この発明の目的は、電極間を確実に絶縁し、信頼性の高いバイオセンサを提供することにある。この発明の更に具体的な目的は、電極間の絶縁性を確保し、酵素を固定化して成る感応部における感度が良好で、信頼性の高いバイオセンサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段である請求項１は、
多孔質担体に酵素を担持して成り、酵素反応が可能な程度にその表面を露出する感応部と、絶縁材で相互に絶縁されると共に、前記感応部に電気的に結合され、かつ前記感応部に対して実質的に無積層状態に形成されてなる一対の電極とを備えて成ることを特徴とするバイオセンサであり、
請求項２は、
前記多孔質担体、前記感応部、前記絶縁材及び前記一対の電極がシート状に形成されて成る前記請求項１に記載のバイオセンサであり、
前記請求項３は、
前記一対の電極それぞれが、前記絶縁材で挟まれて成る前記請求項２に記載のバイオセンサであり、
請求項４は、
前記一対の電極を挟む前記絶縁材のうち感応部に接する絶縁材が、前記電極と感応部とが接触する接触空間を有して成る前記請求項２又は３に記載のバイオセンサであり、
請求項５は、
前記接触空間が、前記酵素反応が可能な程度に露出する感応部の表面とは反対側の表面を覆蓋した絶縁材におけるその端部から感応部における端部までの空間である前記請求項４に記載のバイオセンサであり、
請求項６は、
前記接触空間が、前記酵素反応が可能な程度に露出する感応部の表面とは反対側の表面を覆蓋した絶縁材における感応部に向けて開口する貫通孔である前記請求項４に記載のバイオセンサであり、
請求項７は、
前記接触空間が、前記酵素反応が可能な程度に露出する表面とは反対側の感応部の表面を覆蓋した絶縁材におけるその端部に設けられた所定面積の切り欠き部である前記請求項４に記載のバイオセンサであり、
請求項８は、
前記接触空間が、前記酵素反応が可能な程度に露出する前記感応部の表面の一部を覆蓋した絶縁材におけるその端部から感応部における端部までの空間である前記請求項４〜７のいずれか一項に記載のバイオセンサであり、
請求項９は、
前記接触空間が、前記酵素反応が可能な程度に露出する前記感応部の表面の一部を覆蓋した絶縁材に形成された、感応部に向けて開口する貫通孔である前記請求項４〜７のいずれか一項に記載のバイオセンサであり、
請求項１０は、
前記接触空間が、前記酵素反応が可能な程度に露出する前記感応部の表面の一部を覆蓋した絶縁材おけるその端部に設けられた所定面積の切り欠き部である前記請求項４〜７のいずれか一項に記載のバイオセンサであり、
請求項１１は、
前記酵素がアルコール酸化酵素である前記請求項１〜１０のいずれか一項に記載のバイオセンサであり、
請求項１２は、
前記一対の電極それぞれが、前記感応部の表面を被覆するように重ね合わされた二枚の絶縁シートそれぞれの内側表面に形成された薄層である前記請求項２〜１１のいずれか一項に記載のバイオセンサであり、
請求項１３は、
前記二枚の絶縁シートそれぞれに形成された薄層からなる一対の電極が作用電極及び参照電極である前記請求項１〜１２のいずれか一項に記載のバイオセンサである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明に係るバイオセンサの一例を、図面を参照しながら、説明する。
【０００９】
図１に示されるように、バイオセンサ１は、多孔質担体２ａに酵素を担持して成り、酵素反応が可能な程度にその表面を露出する感応部２と、第１内側絶縁材３及び第１外側絶縁材５で、また第２内側絶縁材６及び第２外側絶縁材８で相互に絶縁されると共に、前記感応部２に電気的に結合され、かつ前記感応部２に対して実質的に無積層状態に形成されて成る、第１電極４及び第２電極７からなる一対の電極とを備えて成る。
【００１０】
更に言うと、図１に示されるバイオセンサ１は、略長方形のシート状をなす感応部２と、
この感応部２の一端にてこの感応部２における一方の面の一部を覆蓋するようにこの感応部２に貼付されたシート状の第１内部絶縁材３と、
この第１内部絶縁材３の前記感応部２とは反対側の表面に形成され、前記感応部２に電気的に接触する第１電極４と、
前記第１内部絶縁材３とで前記第１電極４を挟み込むように、しかも前記第１電極４の、感応部２とは反対側の端部における表面が露出するように形成され、前記第１内部絶縁材３と第１電極４とで積層体を形成する第１外部絶縁材５と、
前記感応部２の、前記第１内部絶縁材３が貼付されたのとは反対側の面の一部を覆蓋するように前記感応部２に貼付され、かつ、前記感応部２に貼付されていない部分全体が前記第１内部絶縁材３と貼付されてなるシート状の第２内部絶縁材６と、
前記感応部２の、前記第２内部絶縁材６が貼付された表面であって、この第２内部絶縁材６が覆蓋していない面全体を覆蓋し、かつ、前記第２内部絶縁材６の、前記第１内部絶縁材３が貼付された面とは反対側の面全体を覆蓋して成る第２電極７と、
前記第２内部絶縁材６とで前記第２電極７を挟み込むように、しかも前記第２電極７の、前記感応部２とは反対側の端部における表面が露出するように、前記第２電極７の表面に形成され、前記第２内部絶縁材６と前記第２電極７とで積層体を形成する第２外部絶縁材８と、
を備えて成る。
【００１１】
図１に示される態様においては、シート状に形成された感応部２の一端側表面に第１内部絶縁材３の一端部が重なり合い、前記感応部２の一端側裏面に第２内部絶縁材６の一端部が重なり合う。この例においては、第１内部絶縁部材３と感応部２とが重なり合う長手方向長さと、第２内部絶縁部材６と感応部２とが重なり合う長手方向長さとが同じであり、また第１内部絶縁部材３と感応部２とが重なり合う面積と、第２内部絶縁部材６と感応部２とが重なり合う面積とが同一である。第２内部絶縁部材６の感応部２側の先端部から感応部２の先端部（第２内部絶縁部材６が接合する感応部２の端部とは反対側の端部）までが、第２電極７が感応部２に接触するための接触空間６ａを形成する。第１内部絶縁材３が感応部２に接合している端部から先は、第１電極４が感応部２に電気的に接触し、その第１電極４が感応部２に接触している部分から先の感応部２が露出している。
【００１２】
感応部２は、多孔質担体に酵素を担持してなり、酵素反応が十分に可能な程度にその表面を露出する。酵素反応が十分に可能な程度に露出するその表面の表面積は、酵素の種類、担持される酵素の量、多孔質担体の種類等により適宜に決定される。多孔質担体は、多孔質であるとともに酵素を担持可能な材質で形成される限り様々の材料を採用することができる。多孔質担体を形成することのできる材料として、例えば、セルロース、フッ素樹脂例えば親水性テフロン（「テフロン」は登録商標）、ポリオレフィン例えばポリエチレン、及びポリカーボネート等の有機高分子、セラミック等を挙げることができる。またこの多孔質担体の態様としては、紙、織布、不織布、織物及びセラミック焼結体等を挙げることができる。この多孔質担体は、このバイオセンサがガスセンサとして使用されるのであれば、親水性及び保水性を備えた材料を選択するのが、好ましい。この多孔質担体の形状については特に制限がないけれど、図１に示される感応部２を形成する多孔質担体はシート状又は短冊状をなし、具体的には、厚み０．０１〜２ｍｍ、及び横（幅）０．０５〜２０ｍｍの寸法を有し、縦の寸法はバイオセンサの種類及びコスト等の観点から任意に決定される薄片である。このバイオセンサがガスセンサとして構成されるのであれば、図１に示される感応部２を形成する多孔質担体は、紙で、特に定性濾紙と同じ材料で形成されることが、好ましい。なお、この発明において「シート」の用語をもって表現しようとする概念に「フィルム」も包含される。
【００１３】
この感応部２には、酵素が担持される。つまり、多孔質担体のうち酵素が担持されている部位を感応部と称される。酵素はこのバイオセンサで検出しようとする成分に応じて適宜に決定することができ、例えばこのバイオセンサで検出しようとする成分がアルコールであるときには、酵素としてアルコールオキシダーゼ、前記成分がグルコースであるときには、酵素としてβ−Ｄ−グルコースオキシダーゼ、前記成分がコレステロールであるときには、酵素としてコレステロールオキシダーゼ、前記成分がホスファチジルコリンであるときには、酵素としてホスホリパーゼ及びコリンオキシダーゼ、前記成分が尿素であるときには、酵素としてウレアーゼ、前記成分が尿酸であるときには、酵素としてウリカーゼ、前記成分が乳酸であるときには、酵素として乳酸デヒドロゲナーゼ、前記成分が蓚酸であるときには、酵素として蓚酸デカルボキシラーゼ、前記成分がピルビン酸であるときには、酵素としてピルビン酸オキシダーゼ、前記成分がアスコルビン酸であるときには、酵素としてアスコルビン酸オキシダーゼ、前記成分がトリメチルアミンであるときには、酵素としてフラビン含有モノオキシダーゼ等を挙げることができる。
【００１４】
図１に示されるバイオセンサが、簡易に呼気中のアルコールを検出するためのアルコールセンサとして用いる場合には、前記酵素はアルコールオキシダーゼが好ましい。
【００１５】
前記感応部２における多孔質担体に酵素を固定する方法としては、従来から公知の方法、例えば水不溶性の担体に酵素を結合させる所謂担体結合法、酵素を２個若しくはそれ以上の官能基を有する試薬と反応させる所謂架橋法、及び、酵素をゲルの微細な格子の中に包み込むか、半透明性のポリマーの被膜によって被覆する所謂包括法等を採用することができる。
【００１６】
図１に示されるバイオセンサが、前記アルコールセンサとして用いる場合には、包括法により多孔質担体に酵素を固定するのが好ましい。この場合の包括法としては、アルコールオキシダーゼと光架橋性樹脂との混合液を前記多孔質担体に含浸させ、冷暗所にて乾燥した後に、光照射することにより、多孔質担体に酵素を固定する手法を挙げることができる。前記光架橋性樹脂としては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）とホルミルスチリルピリジニウム（ＦＳｂＱ）塩とを含有する水溶性感光性ポリマー（ＰＶＡ−ＳｂＱ）を好適例として挙げることができる。この水溶性感光性ポリマー（ＰＶＡ−ＳｂＱ）は、光照射例えば蛍光灯の光照射により分子内で四員環を形成し、架橋して溶媒に不溶となり、併存する酵素を高分子格子内に取り込んでこれを好適に固定することができる。
【００１７】
前記第１内部絶縁材３は、第１電極４を前記第１外部絶縁材５とで挟み込んで積層体を形成し、前記第１電極４と前記第２電極７とを絶縁状態にする機能を有する。このような機能を有する限り様々の絶縁材料を用いてこの第１内部絶縁材３を形成することができる。第１内部絶縁材３を形成することのできる好適な絶縁材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリブテン等のポリオレフィン等を挙げることができる。
【００１８】
図１に示されるバイオセンサがアルコールセンサとして用いられる場合には、この第１内部絶縁材３は、ポリエチレン等のポリオレフィン等の絶縁材料で形成するのが好ましい。更にこのバイオセンサがアルコールセンサとして用いられる場合には、図１に示される第１内部絶縁材３はシート状又は短冊状をなし、具体的には、厚み０．００１〜１ｍｍ、及び横（幅）０．０５〜２０ｍｍの寸法を有し、縦の寸法はバイオセンサの種類、規模及びコスト等の観点から任意に決定される薄片である。
【００１９】
図１に示されるように、この第１内部絶縁材３は、シート状をなす前記感応部２の一端部における一方の平らな面の一部に重なり合うように、前記感応部２に貼付される。感応部２とこの第１内部絶縁材３との貼付は、接着剤で接着してもよく、また第１内部絶縁材３が前記ポリオレフィン等の熱可塑性樹脂であるならば、熱融着により接着しても良い。
【００２０】
図１に示されるように、第１電極４は、感応部２と電気的に接触するように感応部２の一部表面を覆い、しかも前記第１内部絶縁材３の感応部２に接触する面とは反対側の面全体を覆蓋するように、形成される。この第１電極４は、導電性を有する限り様々の材料で形成することができる。第１電極４を形成することのできる材料として、金属例えばアルミニウム、ニッケル、銅、白金、金、及び銀等、導電性金属酸化物例えばＩＴＯ、並びに炭素材料例えば炭素繊維及びカーボンナノチューブ等を挙げることができる。また第１電極４を前記感応部２の一部表面及び第１内部絶縁材３の表面に形成する方法としては、例えばスパッタ法、ＣＶＤ法及び蒸着法等の金属薄膜形成法、金属薄膜を貼付する方法、導電性フィルムを貼付する方法、導電性ペーストを刷毛塗り、スプレイ、コータ塗布及び印刷法等により塗工する方法、並びにメッキ法などを挙げることができる。
【００２１】
図１に示されるバイオセンサがアルコールセンサとして用いられる場合には、この第１電極４は、導電性ペーストを印刷する印刷法により形成するのが、好ましい。このバイオセンサがアルコールセンサであるときには、この第１電極４を銀・塩化銀ペースト等の導電性ペーストで印刷法により形成して参照電極又は対極とするのが、好ましい。印刷法で導電性ペーストを第１内部絶縁材３に均一な厚みの導電性層を、容易に形成することができる。
【００２２】
また、このバイオセンサがアルコールセンサとして用いられる場合には、図１に示される第１電極４は、具体的には、厚みが厚くても１ｍｍに形成されるのが好ましい。第１電極４の厚みが前記範囲よりも大きいと、印刷法により均一な厚みの電極とするのが困難に成るからである。
【００２３】
第１外部絶縁材５は、前記第１電極４を前記第１内部絶縁材３とで挟んで積層体を形成し、しかも前記第１電極４を第２電極に対して絶縁することができる限り、様々の形態を採用することができる。図１に示されるバイオセンサ１にあっては、この第１外部絶縁材５は、短冊状をしたシートに形成され、前記電極４の、前記第１内部絶縁材３が覆蓋する表面とは反対側の第１電極の表面を、感応部２側の端部から、その反対側の端部から所定の位置までを、覆蓋するように貼付されてなる。図１に示されるバイオセンサ１においては、第１外部絶縁材５で被覆されずに露出している第１電極４の表面は、電気信号の取り出しのための端子９を形成する。
【００２４】
この第１外部絶縁材５は、前記第１内部絶縁材３と同様の材料で形成することができ、好ましくは前記第１内部絶縁材３と同じくポリオレフィン、特にポリエチレンで形成される。このバイオセンサがアルコールセンサとして用いられる場合には、図１に示される第１外部絶縁材５はシート状又は短冊状をなし、具体的には、厚み０．００１〜１ｍｍ、及び横（幅）０．０５〜２０ｍｍの寸法を有し、縦の寸法はバイオセンサの種類、規模及びコスト等の観点から任意に決定される薄片である。
【００２５】
前記第２内部絶縁材６は、第２電極７を前記第２外部絶縁材８とで挟み込んで積層体を形成し、前記第１電極４と前記第２電極７とを絶縁状態にする機能を有する。このような機能を有する限り様々の絶縁材料を用いてこの第２内部絶縁材６を形成することができる。第２内部絶縁材６を形成することのできる好適な絶縁材料としては、前記第１内部絶縁材３と同様に、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリブテン等のポリオレフィン等を挙げることができる。
【００２６】
図１に示されるバイオセンサがアルコールセンサとして用いられる場合には、この第２内部絶縁材６は、ポリエチレン等のポリオレフィン等の絶縁材料で形成するのが好ましい。更にこのバイオセンサがアルコールセンサとして用いられる場合には、図１に示される第２内部絶縁材６はシート状又は短冊状をなし、具体的には、厚み０．００１〜１ｍｍ、及び横（幅）０．０５〜２０ｍｍの寸法を有し、縦の寸法はバイオセンサの種類、規模及びコスト等の観点から任意に決定される薄片である。
【００２７】
図１に示されるように、第２電極７は、感応部２と電気的に接触するように感応部２の第１内部絶縁材３が一部被覆している表面とは反対側の表面全体を被覆し、しかも前記第２内部絶縁材６の感応部２に接触する面とは反対側の面全体を覆蓋するように、形成される。この第２電極７は、導電性を有する限り様々の材料で形成することができる。この第２電極７を形成する導電性材料は前記第１電極４を形成することのできる材料と同様である。
【００２８】
図１に示されるバイオセンサがアルコールセンサとして用いられる場合には、この第２電極７は、前記第１電極４と同様に、導電性ペーストを印刷する印刷法により形成するのが、好ましい。このバイオセンサがアルコールセンサであるときには、この第２電極７をカーボンペースト等の導電性ペーストで印刷法により形成して作用電極とするのが、好ましい。印刷法で導電性ペーストを第２内部絶縁材３に塗布すると、均一な厚みの導電性層を、容易に形成することができるからである。
【００２９】
また、このバイオセンサがアルコールセンサとして用いられる場合には、図１に示される第２電極７は、具体的には、厚みは大きくとも１ｍｍに形成されるのが好ましい。第２電極７の厚みが前記範囲よりも大きいと、印刷法により均一な厚みの電極とするのが困難に成るからである。
【００３０】
第２外部絶縁材８は、前記第２電極７を前記第２内部絶縁材６とで挟んで積層体を形成し、しかも前記第２電極７を第１電極４に対して絶縁することができる限り、様々の形態を採用することができる。図１に示されるバイオセンサ１にあっては、この第２外部絶縁材８は、短冊状をしたシートに形成され、前記第２外部絶縁材７の感応部２側の端部から、その反対側の端部より所定の位置までを、覆蓋するように貼付されてなる。図１に示されるバイオセンサ１においては、第２外部絶縁材８で被覆されずに露出している第２電極７の表面は、電気信号の取り出しのための端子１０を形成する。
【００３１】
この第２外部絶縁材８は、前記第１内部絶縁材３と同様の材料で形成することができ、好ましくは前記第１内部絶縁材３と同じくポリオレフィン、特にポリエチレンで形成される。このバイオセンサがアルコールセンサとして用いられる場合には、図１に示される第２外部絶縁材８はシート状又は短冊状をなし、具体的には、厚み０．００１〜１ｍｍ、及び横（幅）０．０５〜２０ｍｍの寸法を有し、縦の寸法はバイオセンサの種類、規模及びコスト等の観点から任意に決定される薄片である。
【００３２】
以上の構成を有するところの、一例として図１に示されるバイオセンサ１は、第２外部絶縁材８、第２電極７，第２内部絶縁材６、第１内部絶縁材３、第２電極４及び第１外部絶縁材５をこの順に積層してなり、第１内部絶縁材３の一端部と第２内部絶縁材６の一端部とで多孔質担体２ａの一端部を挟持し、第２電極４の一端部２の一部が感応部２の一部表面を被覆することにより第２電極４と感応部２とが電気的に結合すると共に、感応部２の表面が、酵素反応が可能な程度に露出した状態に成っており、第２電極１０は、感応部２の露出表面とは反対側の表面を被覆すると共に電気的に結合して成り、一方、第１電極４及び第２電極７の感応部２とは反対側の端部表面が端子として機能するように露出して成り、全体として一本のスティック状の積層体に形成されて成る。
【００３３】
図１に示されるバイオセンサ１は、例えば次のようにして製造することができる。図２に示されるように、第１内部絶縁材用長尺シート３Ａと第２内部絶縁材用長尺シート６Ａとを重ね合わせ、第１内部絶縁材用長尺シート３Ａの端部と第２内部絶縁材用長尺シート６Ａの端部との間に長尺の多孔質担体シート２Ａを挟み込む。次いで、第１内部絶縁材用長尺シート３Ａの表面に第１電極用薄膜４Ａを形成する。第２内部絶縁材用長尺シート６Ａの表面及び多孔質担体シート２Ａの露出表面とに第２電極用薄膜７Ａを形成する。さらに、第２電極用薄膜４Ａの表面に第１外側絶縁用長尺シート５Ａを形成する。また、第２電極用薄膜７Ａの裏面全面に第２外側絶縁用長尺シート５Ａを形成する。次いで露出する多孔質担体シート２Ａの表面に、酵素を含有する液を塗布することにより、感応部用長尺シート２Ｂが形成される。以上のようにして形成された長尺状積層体を適宜の手段により裁断すると、バイオセンサ１が得られる。
【００３４】
図１に示されるバイオセンサをアルコールセンサとして使用する場合、例えば図３及び図４に示されるようなセンサホルダーに装着される。
【００３５】
図３及び図４に示されるように、このセンサホルダー１１は、ケース１２と、そのケース１２の底面に開口するセンサ挿入口１３と、ケース１２の内部で相対向して配置され、前記センサ挿入口１３から挿入されたバイオセンサ１における端子９，１０に接触する電極端子１４，１５とを備えて成る。
【００３６】
図５に示されるように、センサホルダー１１における電極端子１４，１５は、例えばポテンシオスタット１６に接続される。このポテンシオスタット１６は、バイオセンサ１の電極に一定電位を印加し、サンプル測定時に電極に生じる電流を入力する。ポテンシオスタット１６で検出された検出電流は、ＡＤ変換器１７でデジタル信号に変換し、検出信号に対応するデジタル信号をコンピュータ１８に取り込み、このコンピュータ１８に格納されている検量線からバイオセンサ１で検出した物質の濃度を算出し、表示手段１９で物質の種類及びその濃度をひょじするようにすることができる。
【００３７】
図１に示されるバイオセンサがアルコールセンサである場合、次のように動作する。
【００３８】
バイオセンサ１をセンサホルダー１１におけるセンサ挿入口１３に挿入してセンサホルダー１１内の電極端子１４及び１５でバイオセンサ１の端部を挟持する。この電極端子１４，１５は、センサ挿入口１３にバイオセンサ１の感応部２とは反対側の端部から挿入すると、バイオセンサ１の端部に形成されている電極９，１０を電極端子１４，１５が挟み、電極９，１０と電極端子１４，１５とが電気的に導通可能に、センサホルダー１１内に配置されている。したがって、このバイオセンサ１をセンサ挿入口１３に挿入するだけで、このバイオセンサ１をセンサホルダー１１に簡単に装着することができる。
【００３９】
例えば呼気中のアルコールを検出する場合、被験者がセンサホルダー１１から突出しているバイオセンサ１における感応部２に向かって息を吹きかける。
【００４０】
呼気中にアルコールが含まれていると、呼気中のアルコールが感応部２に含有されている酵素であるアルコールオキシダーゼにより分解されて過酸化水素を発生させ、この過酸化水素が酸素と水素イオンとに分解する酸化反応が作用電極で生じ、その結果として作用電極（陽極）に電流が発生し、ポテンシオスタット１６に入力され、ＡＤ変換器１７でデジタル信号に変換され、コンピュータ１８にて検量線と比較されて表示手段１９でアルコールの濃度が表示される。
【００４１】
なお、この発明に係るバイオセンサにおいては、電極が絶縁材で他の電極に対して十分に絶縁されているので、ゼロ濃度時（エージング時）においてはベース電流が低下していることとなり、その結果として検出対象物例えばアルコールの濃度が低くてもこのバイオセンサは高感度で検出対象物を検出することができる。
【００４２】
また、このバイオセンサで検出対象物例えば呼気中のアルコールを検出しようとする場合、バイオセンサに呼気を吹きかけるようにしてもよいが、風等の雰囲気に乱されずに正確にアルコールを検出するには、呼気を一旦袋等の容器の中に入れ、その後に、その袋の中にこのバイオセンサを挿入する方法、及びあらかじめこのバイオセンサを挿入配置してある容器に呼気を吹き込む方法等を採用することもできる。
【００４３】
以上に説明したバイオセンサ１は、長尺状のシート積層体に形成されているので、前記センサホルダー１１に容易に装着することができ、取り扱いに便利である。また、第１電極４及び第２電極７が第１内部絶縁材３及び第２内部絶縁材６により隔絶され、電気的に絶縁されているので、第１電極４と第２電極７とが短絡することがなく、確実な絶縁状態が保持される。第１電極４と第２電極７とが確実に絶縁されているので、このバイオセンサ１は、その出力が安定したものとなる。多孔質担体に酵素を包括法により固定化することにより感応部２を形成することができるので、多孔質担体の所定面積に酵素を固定することができることになり、安定した酵素反応を生起させることができる。
【００４４】
この発明に係るバイオセンサは、感応部に固定する酵素の種類を選択することにより、種々の成分を検出することのできる酵素センサにすることができる。酵素の種類とその酵素の種類により検出することのできる成分とについては、既述した。
【００４５】
また、この発明に係るバイオセンサは、多孔質担体に酵素を担持して成り、酵素反応が可能な程度にその表面を露出する感応部と、相互に絶縁されると共に、前記感応部に電気的に結合され、かつ前記多孔質担体に対して実質的に無積層状態に形成されてなる一対の電極とを備えて成る限り、図１に示される構造を有するバイオセンサに限られず、種々の形態とすることができる。
【００４６】
図６に示されるバイオセンサ２０は、シート状に形成された内部絶縁材２１と、多孔質担体に酵素を担持して成り、酵素反応が可能な程度にその表面を露出するように、前記内部絶縁材２１の一端に設けられて成る感応部２２と、この感応部２２の表面の一部を覆蓋すると共に、前記内部絶縁材２１の表面に積層された第１電極２３と、この第１電極２３の後端部を露出するように第１電極２３の表面を覆蓋する第１外部絶縁材２４と、前記感応部２２の、前記第１電極２３が接触する表面とは反対側の表面を覆蓋すると共に、前記内部絶縁材２１の第１電極２３を形成する表面とは反対側の表面を覆蓋する第２電極２５と、この第２電極の後端部を露出するように第２電極２５を覆蓋する第２外部絶縁材２６とを積層して成る。
【００４７】
図６に示す態様のバイオセンサ２０も図１に示されるバイオセンサ１と同様の機能を発揮する。図６に示す態様のバイオセンサ２０においても、第１電極２３及び第２電極２５は相互に絶縁材で絶縁されているので、第１電極２３と第２電極２５とが短絡することがない。しかも積層構造となっており、電極を印刷技術により形成することができ、また、多孔質担体に酵素を印刷技術により固定化することで感応部２２を形成することができるので、図１に示すバイオセンサと同様に、図６に示すバイオセンサは、安定した品質で大量生産をすることができる。
【００４８】
図７は、この発明に係るバイオセンサの他の例を示す。図７に示されるように、バイオセンサ３０は、多孔質担体３２ａに酵素を担持して成り、酵素反応が可能な程度にその表面を露出する感応部３２と、第１内側絶縁材３３及び第１外側絶縁材３５で、また第２内側絶縁材３６及び第２外側絶縁材３８で相互に絶縁されると共に、前記感応部３２に電気的に結合され、かつ前記感応部３２に対して実質的に無積層状態に形成されて成る、第１電極３４及び第２電極３７からなる一対の電極とを備えて成る。
【００４９】
このバイオセンサ３０が、図１に示されるバイオセンサと異なるところは、図８に示されるように、第２内側絶縁材３６の、感応部３２に接する部位に、感応部３２に向けて開口する貫通孔３９が設けられて成ることである。この貫通孔３９には、第２電極３７が充填されていて、第２電極３７は感応部３２の裏面に電気的に接触する。したがって、この貫通孔３９は、第２電極３７と感応部３２とが接触するために設けられた第２内側絶縁材３６における接触空間である。
【００５０】
第２電極３７と感応部３２とが接触するために設けられた接触空間は、図８に示されるように、円形に限られず、楕円形、四角形、長方形等の形状であって良い。
【００５１】
さらに、図９に示されるように、この接触空間は、第２内側絶縁材３６の先端から他端に向けて一定の形状、例えば長方形に切りかかれて成る切り欠き部３９ａであってもよい。
【００５２】
このような定形の貫通孔３９又は切り欠き部３９ａが第２内部絶縁材３６に形成されていると、電極ペースト例えばカーボンペーストを第２内部絶縁材３６に塗布することにより、第２電極３７と感応部３２との接触面積が一定になるので、感応部３２で発生する電流検出感度を一定にすることができ、しかもバイオセンサを切り出しにより製造する際に、切り出し時のばらつきを抑制することができる。
【００５３】
絶縁材に感応部と電極とが電気的に接触可能なように接触空間を設けることは、前記第２内部絶縁材に限定されない。
【００５４】
例えば、図１０及び図１０に示されるように、第１内部絶縁材３３の先端部に、感応部３２と第１電極３４とが電気的に接触可能な接触空間としての貫通孔４０を形成することもできる。
【００５５】
第１内部絶縁材３３の先端部に形成される接触空間は、前記第２内部絶縁材３６におけるのと同様に、円形に限られず、楕円形、四角形、長方形等の形状であってよい。また、第１内部絶縁材３３に設けられる接触空間は、貫通孔４０に限らず、前記第１内部絶縁材３６におけるような、切り欠き部であってよい。
【００５６】
【発明の効果】
この発明によると、電極間を確実に絶縁し、信頼性の高いバイオセンサを提供することができる。また、この発明によると、電極間の絶縁性を確保し、酵素を固定化して成る感応部における感度が良好で、信頼性の高いバイオセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明のバイオセンサの一例を示す組み立て図である。
【図２】図２は、この発明の一例であるバイオセンサを製造する方法の一例を示す斜視説明図である。
【図３】図３は、この発明の一例であるバイオセンサを装着するセンサホルダーを示す断面図である。
【図４】図４は、前記センサホルダーの底面を示す底面図である。
【図５】図５は、この発明の一例であるバイオセンサで所定成分を検出するための測定部及び表示部を原理的に示す原理説明図である。
【図６】図６は、この発明の他の例であるバイオセンサを示す断面図である。
【図７】図７は、この発明の別の例であるバイオセンサを示す断面図である。
【図８】図８は、図７に示すバイオセンサにおける第２内側絶縁材を示す平面図である。
【図９】図９は、第２内側絶縁材の他の例を示す平面図である。
【図１０】図１０は、この発明の更に他の例であるバイオセンサを示す断面図である。
【図１１】図１１は、図１０に示すバイオセンサにおける第１内部絶縁材を示す平面図である。
【符号の説明】
１・・・バイオセンサ、２・・・感応部、２Ａ・・・多孔質担体シート、２Ｂ・・・感応部用長尺シート、３・・・第１内部絶縁材、３Ａ・・・第１内部絶縁材用長尺シート、４・・・第１電極、４Ａ・・・第１電極用長尺シート、５・・・第１外部絶縁材、５Ａ・・・第１外部絶縁材用長尺シート、６・・・第１内部絶縁材、６Ａ・・・第１内部絶縁材用長尺シート、７・・・第２電極、７Ａ・・・第２電極用長尺シート、８・・・第２外部絶縁材、８Ａ・・・第２外部絶縁材用長尺シート、９・・・端子、１０・・・端子、１１・・・センサホルダー、１２・・・ケース、１３・・・センサ挿入口、１４，１５・・・電極端子、１６・・・測定部、１７・・・表示部、１８・・・微分回路、１９・・・ピークホールド回路、２０・・・バイオセンサ、２１・・・内部絶縁材、２２・・・感応部、２３・・・第１電極、２４・・・第１外部絶縁材、２５・・・第２電極、２６・・・第２外部絶縁材

Claims

多孔質担体に酵素を担持して成り、酵素反応が可能な程度にその表面を露出する感応部と、絶縁材で相互に絶縁されると共に、前記感応部に電気的に結合され、かつ前記感応部に対して実質的に無積層状態に形成されてなる一対の電極とを備えて成ることを特徴とするバイオセンサ。
前記多孔質担体、前記感応部、前記絶縁材及び前記一対の電極がシート状に形成されて成る前記請求項１に記載のバイオセンサ。
前記一対の電極それぞれが、前記絶縁材で挟まれて成る前記請求項２に記載のバイオセンサ。
前記一対の電極を挟む前記絶縁材のうち感応部に接する絶縁材が、前記電極と感応部とが接触する接触空間を有して成る前記請求項２又は３に記載のバイオセンサ。
前記接触空間が、前記酵素反応が可能な程度に露出する感応部の表面とは反対側の表面を覆蓋した絶縁材におけるその端部から感応部における端部までの空間である前記請求項４に記載のバイオセンサ。
前記接触空間が、前記酵素反応が可能な程度に露出する感応部の表面とは反対側の表面を覆蓋した絶縁材における感応部に向けて開口する貫通孔である前記請求項４に記載のバイオセンサ。
前記接触空間が、前記酵素反応が可能な程度に露出する表面とは反対側の感応部の表面を覆蓋した絶縁材におけるその端部に設けられた所定面積の切り欠き部である前記請求項４に記載のバイオセンサ。
前記接触空間が、前記酵素反応が可能な程度に露出する前記感応部の表面の一部を覆蓋した絶縁材におけるその端部から感応部における端部までの空間である前記請求項４〜７のいずれか一項に記載のバイオセンサ。
前記接触空間が、前記酵素反応が可能な程度に露出する前記感応部の表面の一部を覆蓋した絶縁材に形成された、感応部に向けて開口する貫通孔である前記請求項４〜７のいずれか一項に記載のバイオセンサ。
前記接触空間が、前記酵素反応が可能な程度に露出する前記感応部の表面の一部を覆蓋した絶縁材おけるその端部に設けられた所定面積の切り欠き部である前記請求項４〜７のいずれか一項に記載のバイオセンサ。
前記酵素がアルコール酸化酵素である前記請求項１〜１０のいずれか一項に記載のバイオセンサ。
前記一対の電極それぞれが、前記感応部の表面を被覆するように重ね合わされた二枚の絶縁シートそれぞれの内側表面に形成された薄層である前記請求項２〜１１のいずれか一項に記載のバイオセンサ。
前記二枚の絶縁シートそれぞれに形成された薄層からなる一対の電極が作用電極及び参照電極である前記請求項１〜１２のいずれか一項に記載のバイオセンサ。