JP2006201112A - センサチップ - Google Patents

Abstract

【課題】 中空反応部、該中空反応部に設けられた電極よりなる検知手段、及び試料導入口を有するセンサチップであって、電極のピンホールや薄い部分の検査を、検査光を電極面に照射することにより行うことができるセンサチップを提供する。
【解決手段】 基板、カバー層、該基板及びカバー層間に設けられた中空反応部、該中空反応部に設けられた電極よりなる検知手段、及び該中空反応部に試料を導入する試料導入口を有するセンサチップであって、前記基板及びカバー層の、中空反応部内の検知手段に対向する部位全体が透明であることを特徴とするセンサチップ
【選択図】 図１

Description

本発明は、試料に含まれる化学物質を、簡易に定量、検出することができるセンサチップ、特にバイオセンサチップに関するものである。

バイオセンサチップは、微量試料をチップ内の中空反応部に導入し、該中空反応部内で、該試料と中空反応部内に塗布されている薬剤が酵素反応や抗原−抗体反応等の生化学反応を起こし、該生化学反応により得られる情報をチップ外へ出力するセンサチップであり、例えば、血液中のグルコース量（血糖値）や尿糖値を測定する血糖値センサ、尿糖値センサとして、糖尿病を自己管理し予防する家庭内健康診断（セルフケア）等に使用されている。

このようなバイオセンサチップは、試料と薬剤間の反応が行われる中空反応部に加えて、作用極と対極等の電極系からなる検知手段、検知された信号を外部に出力するリード（出力端子）、及び試料導入口を有するものである。ここで、電極系としてはスクリーン印刷等により形成された電極が広く用いられており、例えば特開平９−５２８８号公報（特許文献１）等には、スクリーン印刷によりカーボン電極を形成した例が開示されている。

しかし、スクリーン印刷により形成された電極には、印刷むらによるピンホールが発生することがあり、電極材料にカーボンを用い、下層部に銀リードが存在した場合は酵素反応の阻害等の影響が生じる。銀リードが存在せず基板上に直接電極を形成する場合でも、ピンホールにより電極面積が変動するため、測定データのばらつきを生じる。特に、近年開発が進んでいる微小試料量で測定するセンサチップにおいては、電極の絶対面積が小さいためにピンホールによるばらつきが重要な問題となりやすい。さらに、ピンホールが存在しない場合でも、印刷むらのために電極の極端に薄い部分が存在すると、抵抗値が変動するために、同様にデータのばらつきを生じる。

そこで、電極のピンホール等の検査が求められ、その検査方法としては、検査光を電極面に垂直に照射し、透過光を測定する手法が一般的に採用されている。このような検査を完成されたセンサチップにおいても行うことができれば、検査を最終工程に集約させることができるので、生産性の向上につながるだけでなく、万一不良品が流出した場合でも電極のチェックが容易であることから不良原因の究明の迅速化につながる。
特開平９−５２８８号公報

本発明は、中空反応部、該中空反応部に設けられた電極よりなる検知手段、及び試料導入口を有するセンサチップであって、電極のピンホールや薄い部分の検査を、完成したセンサチップに、検査光を照射することにより行うことができるセンサチップを提供することを課題とする。

前記の課題は、基板、カバー層、該基板及びカバー層間に設けられた中空反応部、該中空反応部に設けられた電極よりなる検知手段、及び該中空反応部に試料を導入する試料導入口を有し、前記基板及びカバー層の、中空反応部内の検知手段に対向する部位全体が透明であることを特徴とするセンサチップ（請求項１）により達成される。

本発明のセンサチップの検知手段は電極により形成されている。この電極は、基板及びカバー層の少なくとも一方の上に設けられており、中空反応部内に露出している。本発明のセンサチップは、基板及びカバー層の中空反応部内の検知手段に対向する部位全体が透明であることを特徴とする。中空反応部内の検知手段に対向する部位とは、検知手段の中空反応部内に露出している部分と、向かい合っている部分を言う。

すなわち、基板及びカバー層の、少なくともこの向かい合っている部分の全体が透明であり、中空反応部内に露出する検知手段の全体が、基板及びカバー層の少なくとも一方の側から入射する検査光により照射される。この特徴により、中空反応部内に露出する電極の全体について、ピンホールや薄い部分の検査を、基板及びカバー層の少なくとも一方の側から、検査光を電極面に照射し、透過光の強度分布を測定することにより行うことができる。

本発明は、さらにより好ましい態様として、下記の構成からなる発明を提供する。

前記のセンサチップであって、基板及びカバー層の透明な部位が、互いに同一の光透過率を有することを特徴とするセンサチップ（請求項２）。

前記のように、検出は、透過光の強度分布やコントラストにより行うことができるが、この強度分布は、基板やカバー層の前記透明な部位の、光透過率に影響される。従って、基板及びカバー層の前記透明な部位の光透過率が異なると、基板側より検査光を照射した場合と、カバー層側より検査光を照射した場合とでは、測定結果が相違する場合がある。特に、画像処理等を用いた精細な検査を行なう場合は、この問題が大きい。

そこで、基板やカバー層の前記透明な部位の光透過率を互いに同一なものとすることにより、基板側とカバー側のどちらの面から検査光を当てても同等の強度分布を有するデータを取得できる。その結果、検査の際にチップの表裏を揃える必要が無くなり、検査手続きが簡略化されると言う効果がある。

前記のセンサチップであって、基板及びカバー層の、中空反応部内の検知手段に対向する部位全体が、互いに同質でかつ同じ厚みの材料から形成されていることを特徴とするセンサチップ（請求項３）。

基板及びカバー層の、中空反応部内の検知手段に対向する部位全体を、互いに同質でかつ同じ厚みの材料から形成することにより、容易に、前記透明な部位の光透過率を互いに同一なものとすることができる。請求項３は、この態様に該当する。

前記のセンサチップであって、試料導入口及び必要により設けられる他の口が、センサチップの側面部に設けられていることを特徴とするセンサチップ（請求項４）。

本発明のセンサチップは、中空反応部に試料を導入するための試料導入口を有する。さらに、必要により、空気口等の他の口を設ける場合もある。しかし、これらの口が、チップの上面、すなわち検査光が入射する面や、下面、すなわち透過光が出射する面に位置すると、これらの口による凹凸から光の不規則な反射等によるノイズが生じ、検査の際の誤差の原因となる。そこで、試料導入口及び必要により設けられる他の口がチップの側面に位置するような設計としておけば、チップの上面または下面が滑らかとなり、検査を行なう際に、光の不規則な反射によるノイズを低減させることができる。

前記のセンサチップであって、カバー層の、中空反応部を挟持する部位全体が透明であることを特徴とするセンサチップ（請求項５）。

中空反応部を挟持する部位とは、中空反応部に対向している部位である。従来のカバー層が不透明のセンサチップでは、使用時に中空反応部内に血液等の試料が十分に充填されたかどうかを正確には確認しにくい。そこで、カバー層の中空反応部を挟持する部分を全て透明とすることにより、使用時に試料導入状態の視認ができるという利点が生じる。

この場合、さらに視認性を向上させるために、カバー層の中空反応部に対向していない部分の外側に不透明もしくは半透明の材料を貼り付けるかもしくは塗布を行なっても良い。カバー層の中空反応部に対向している部分が全て透明であり、他の部分が不透明もしくは半透明の材料で覆われると、中空反応部の位置が判別しやすくなる。

前記の、カバー層の中空反応部を挟持する部位が透明であることを特徴とするセンサチップであって、基板の、中空反応部を挟持する部位全体も透明であり、かつ基板の外側に、不透明又は半透明の材料層を設けたことを特徴とするセンサチップ（請求項６）。

カバー層及び基板の中空反応部を挟持する部位が透明であるとともに、基板の外側、特に中空反応部を挟持する部位の外側に、不透明又は半透明の材料層が設けられていると、使用時における血液等の試料導入の視認がさらに容易になり好ましい。又、チップの裏表の判別が容易となる点でも好ましい。基板の外側に、不透明又は半透明の材料層を設ける方法としては、不透明もしくは半透明の材料を貼り付ける方法や塗布する方法が挙げられる。

前記のように、基板及びカバー層の電極に対向する部位がともに透明な場合は、ピンホールや薄い部分の検出がより容易になる点では好ましい。そこで、不透明もしくは半透明の材料の貼り付けや塗布は、検査後に行うことが好ましい。

前記のセンサチップであって、バイオセンサチップであることを特徴とするセンサチップ（請求項７）。

本発明のセンサチップは、特にバイオセンサチップとして好適に用いられる。請求項７は、前記のセンサチップであって、バイオセンサチップであることを特徴とするセンサチップを提供するものである。本発明のバイオセンサチップは、血液中のグルコース量（血糖値）や尿糖値を測定する血糖値センサ、尿糖値センサとして、糖尿病を自己管理し予防する家庭内健康診断（セルフケア）等に使用することができる。

本発明のセンサチップは、中空反応部、該中空反応部に設けられた電極よりなる検知手段、及び試料導入口を有するセンサチップであって、検査光を電極面に照射することにより、電極のピンホールや薄い部分の検査を、完成したセンサチップにおいて行うことができる。従って、検査を最終工程に集約させて高い生産性で製造できるだけでなく、万一不良品が流出した場合でも電極のチェックが容易であることから不良原因の究明を迅速に行うことができるセンサチップである。

次に本発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、本発明はこの形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない限り、他の形態へ変更することができる。

本発明のセンサチップを形成する基板及びカバー層の材質としては、絶縁性材料のフィルムが選ばれ、絶縁性材料としては、セラミックス、ガラス、紙、生分解性材料（例えば、ポリ乳酸微生物生産ポリエステル等）、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化樹脂、ＵＶ硬化樹脂等のプラスチック材料を例示することができる。機械的強度、柔軟性、及びチップの作製や加工の容易さ、特に二つ折り加工の容易さ等から、ポリエチレンテレフタレート等のプラスチック材料が好ましい。

基板及びカバー層の厚みの好ましい範囲は、センサチップの用途等により変動し、特に限定されないが、血糖値センサ等バイオセンサチップの場合は、１００〜３００μｍ程度が好ましい。

基板及びカバー層の透明な部分の材質としては、前記の例示の材料であって透明なものが使用される。この透明な部分は、基板及びカバー層の所定の部分を透明な材質で置き換えて形成してもよいが、基板及びカバー層の全体を透明な材質で形成すると、センサチップを生産性高く製造できる。

本発明のセンサチップの中空反応部は、センサチップの使用時に試料を導入し、導入された試料が化学反応する部分である。バイオセンサチップ等の場合は、触媒、酵素等の生化学反応をさせるための薬剤がその中に固定されており、これらにより試料の化学反応が促進される。

例えば、血液中のグルコース量を測定するグルコースバイオセンサチップの場合は、この部分に、グルコースオキシダーゼ層や、グルコースオキシダーゼ−電子受容体（メディエータ）混合物層、グルコースオキシダーゼ−アルブミン混合物層、又はグルコースオキシダーゼ−電子受容体−アルブミン混合物層等が形成される。

測定対象である試料、例えば血液、尿や、生産ライン上で抜き取られた水溶液試料等は、試料導入口より前記中空反応部に導入される。試料導入口は複数設けられていてもよく、例えばセンサチップの両側面に設けられて中空反応部がその間を連結するストロー状の構造は、試料を取込みやすいので好ましい。

電極からなる検知手段は、少なくとも２以上の電極からなる。これらの電極は通常、作用極、対極といわれているが、検知手段は、さらに参照極等の他の電極やその他の手段を有してもよい。電極は、中空反応部に所定の電圧を印加する、反応により生じる電流値を測定する等の作用を奏するものであり、この電極からの信号に基づき試料中の化学物質の検出や定量を行われる。電極は、導電性を有するペースト材料を、基板上にスクリーン印刷する方法等により形成することができる。この導電性材料としては、カーボンが広く用いられているが、他に銀、白金、パラジウム、銅等の金属粒子も用いられ、これらの混合物を用いてもよい。

前記電極は、中空反応部内で露出しているが、さらに基板、スペーサ層若しくはカバー層内、又はこれらの間に前記電極の出力端子（リード線）部分が形成され、センサチップ外部と電気的に導通可能になっており、この出力端子部分を通して所定の電圧の印加や、電流値の測定等が行われる。

薬剤の塗布は、中空反応部形成前でもよく、中空反応部形成後に行ってもよいが、薬剤塗布作業の容易さ、薬剤塗布の位置決めの容易さから、中空反応部形成前に行うことが通常好ましい。

次に本発明の実施形態の一例を図により説明する。

図１は、センサチップをカバー層側から見た平面図である。又図２は、センサチップをその側面から見た端面図である。この例のセンサチップは、基板１、カバー層２、該基板及びカバー層間にあるスペーサ３内に設けられた中空反応部４、該中空反応部４に設けられたカーボン電極よりなる検知手段５、出力端子６、及び該中空反応部４に試料を導入する試料導入口７を有する。ここで、検知手段５は、対極５ａ及び作用極５ｂよりなり、作用極５ｂの上には薬剤８が塗布されている。

図１、図２に示されているように、カバー層２には、透明部９が設けられており、透明部９は、中空反応部４内の検知手段５に対向する部位全体を含む。基板１にも、透明部９に対応する位置に透明部１０が設けられており、透明部９側より検査光を入射して検知手段５を照射し、透明部１０側より出射する透過光の強度分布を測定することにより、検知手段５の電極のピンホールや極めて薄い部分等の不良部分の検査を行うことができる。

なお、基板１とカバー層２は、互いに同質でかつ同じ厚みの材料から形成されている。従って、透明部１０側より検査光を入射して検知手段５の照射し、透明部９側より出射して透過光の強度分布を測定しても、同様に不良部分の検査を行うことができ、同様な結果が得られる。

又、試料導入口７は、センサチップの側面部に設けられている。従って、試料導入口７の凹凸により検査光の入射等が影響されることはない。なお、この例では透明部９、１０は、中空反応部４を挟持する部位全体ではない。この場合でも電極の検査自体は差し支え無い。ただし中空反応部４を挟持する部位全体を透明にすれば、使用時に試料導入状態を視認することができる。

なお、基板１やカバー層２自体に透明な材料を使用し、基板１やカバー層２全体を透明にしてもよい。この場合は、透明部９、１０を別途形成する工程が不要となり、安価に生産できるので、製造の容易さの点からは望ましい。

厳密には、透過光の強度分布は、薬剤８により影響される。従って、薬剤８として、透明な材料を用いる方が望ましいが、通常使用する薬剤８の量は微量であるため、強度の高い光源を利用すれば、電極のピンホール等の不良部の識別に、実際上影響することはほとんどなく、薬剤８が不透明であっても、通常測定は差し支えなく行なうことができる。

本発明のセンサチップの一例を示す平面図である。 本発明のセンサチップの一例を示す端面図である。

Claims (7)

1. 基板、カバー層、該基板及びカバー層間に設けられた中空反応部、該中空反応部に設けられた電極よりなる検知手段、及び該中空反応部に試料を導入する試料導入口を有し、前記基板及びカバー層の、中空反応部内の検知手段に対向する部位全体が透明であることを特徴とするセンサチップ。
2. 基板及びカバー層の透明な部位が、互いに同一の光透過率を有することを特徴とする請求項１に記載のセンサチップ。
3. 基板及びカバー層の、中空反応部内の検知手段に対向する部位全体が、互いに同質でかつ同じ厚みの材料から形成されていることを特徴とする請求項２に記載のセンサチップ。
4. 試料導入口及び必要により設けられる他の口が、センサチップの側面部に設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のセンサチップ。
5. カバー層の、中空反応部を挟持する部位全体が透明であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のセンサチップ。
6. 基板の、中空反応部を挟持する部位全体が透明であり、かつ基板の外側に、不透明又は半透明の材料層を設けたことを特徴とする請求項５に記載のセンサチップ。
7. バイオセンサチップであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のセンサチップ。
   

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