JP2006201143A - センサチップ - Google Patents

Abstract

【課題】 溝を有する板の該溝に薬剤を塗布し、その上に相応する溝を有する板を積層して、双方の溝を重ね合わせて一壁面に薬剤が塗布された中空反応部を形成して製造されるセンサチップにおいて、双方の溝が所定よりずれた位置で重ね合わされ、センサチップ間でこのずれにバラツキがあっても、センサチップの特性にバラツキを生ぜず、かつ少試料量での測定にも対応可能であるセンサチップを提供する。
【解決手段】 薬剤が塗布された溝Ａを有する板Ａと、溝Ｂを有する板Ｂを、溝Ａ及び溝Ｂが結合して中空反応部が形成されるように積層して得られ、かつ溝Ｂの開口幅が少なくとも溝Ａ内の薬剤が塗布されている部分に対向する部分おいて、溝Ａの開口幅より大きい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に関する。

バイオセンサチップは、試料をチップ内の反応部に導入し、該チップ内で、該試料について酵素反応や抗原−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。

例えば、特開２００１−１５９６１８号公報には、２枚の基板間に、血液などの液体試料が導入されるキャビティ（中空反応部）を備え、導入された前記液体試料と薬剤との反応により、液体試料中の成分を分析するバイオセンサチップ（請求項１）であって、この中空反応部に加えて、作用極と対極からなる電極系（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が記載されている。

このようなセンサチップは、基板を形成する基板シート上に、検知手段や出力端子を形成し、さらに中空反応部を形成する溝を有するシート層（スペーサ）を形成し、このようにして得られた積層体に、中空反応部を形成する溝を有する他のシート層及び他の基板シートを、相応する溝同士を重ね合わせるように貼り合せる方法により、製造することができる。通常、一方の溝に薬剤（酵素やメディエーター等）を塗布し、２つの溝の重ね合わせにより中空反応部が形成される。

特に、一枚の基板シート上に、それを略２等分する折り曲げ線を軸として対称の関係にある１対の溝を有するシート層（スペーサ）を積層し、少なくとも一方の溝に薬剤を塗布した後、該折り曲げ線を中心として、該シート層同士が相対するように２つ折りして、溝同士を重ね合わせ、中空反応部を形成する方法により製造すれば、スクリーン印刷や、テープや樹脂層の貼り付け等により、一括してシート層の形成ができるので生産性が高く、又貼り合せの位置精度が良く好ましい。

しかし、この２つ折りの方法でも、実際には製造上のバラツキから、双方の溝が互いに対称の関係からずれた位置に形成され、又折り曲げ時に対称の関係からずれる場合が発生し、又その程度はチップ毎にバラツキがある。双方の溝が対称の関係からずれると、２つ折りの際、溝同士の重ね合わせにずれを生じ、図２（ａ）に示されるように、一方の溝の薬剤塗布部が、他方の溝を形成するシート層の表面により蓋をされ、試料導入時に試料との反応面積が減少し、チップ特性が変わる。すなわちチップごとに信号の強度のバラツキが生じる。

この問題は、図２（ｂ）に示されるように、薬剤塗布部側の溝の高さを塗布薬剤より十分高くすれば、溝同士の重ね合わせにずれを生じても薬剤塗布部が蓋をされることはないので、ある程度防ぐことはできる。しかし、それでも他方の溝を形成するシート層の表面が薬剤表面に近い場合は試料の注入流の状態が変わるためチップ特性が変わることがある。溝を大幅に高くすればチップ特性のバラツキも減るが、測定に必要な試料量が増えることになるので、バイオセンサーなど少試料量で測定をしたい場合には不適である。
特開２００１−１５９６１８号公報（請求項１）

本発明は、溝を有する板の該溝に薬剤を塗布し、その上に相応する溝を有する板を積層して、双方の溝を重ね合わせて少なくとも一壁面に薬剤が塗布された中空反応部を形成して製造されるセンサチップにおいて、双方の溝が所定よりずれた位置で重ね合わされ、センサチップ間でこのずれにバラツキがあっても、センサチップの特性にバラツキを生ぜず、かつ少試料量での測定にも対応可能であ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、薬剤が塗布された溝Ａを有する板Ａと、溝Ｂを有する板Ｂを、溝Ａ及び溝Ｂが結合して中空反応部が形成されるように積層して得られ、かつ溝Ｂの開口幅が少なくとも溝Ａ内の薬剤が塗布されている部分に対向する部分おいて、溝Ａの開口幅より大きい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。

ここで板Ａとしては、
１） エッチング等により形成した有底の溝Ａ（表面又は裏面の一方のみに開口部を有する溝Ａ）を有する基板のみからなるもの、（板Ａを構成する基板を基板Ａとする）
２） 基板の上に、溝Ａ（表面及び裏面の両方に開口部を有する貫通溝）を有するシート層Ａを形成した積層体、
３） １）と２）の組合せ、すなわち有底の溝を有する基板の上に、その溝に対応する位置に貫通溝を有するシート層を形成し、両方の溝の結合により溝Ａを形成して得られる積層体、
等が挙げられるが、生産性の観点からは、２）が好ましい。

請求項２は、この好ましい方法により製造されたセンサチップに該当し、前記のセンサチップであって、板Ａが、基板Ａ、及び、該基板Ａ上に形成され、溝Ａを有するシート層Ａ、からなる積層体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。なお、板Ａを構成する基板を基板Ａとする。

板Ｂについても、同様に、
１） エッチング等により形成した有底の溝Ｂを有する基板のみからなるもの、
２） 基板の上に、溝Ｂ（貫通溝）を有するシート層Ｂを形成した積層体、
３） １）と２）の組合せ、
等が挙げられるが、生産性の観点からは、２）が好ましい。なお、板Ｂを構成する基板を基板Ｂとする。

請求項３は、この好ましい方法により製造されたセンサチップに該当し、前記のセンサチップであって、板Ｂが、基板Ｂ、及び、該基板Ｂ上に形成され、溝Ｂを有するシート層Ｂ、からなる積層体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。なお、板Ｂを構成する基板を基板Ｂとする。特に、板Ａ及び板Ｂがともに、基板及び該基板上に形成され、溝を有するシート層からなる積層体である場合が好ましい。

図１は、この特に好ましい場合のセンサチップの特徴を示す概念断面図であるが、この図に示されるように、このセンサチップは、基板Ａ上のシート層Ａ内に形成され、薬剤が塗布された溝Ａの開口幅よりも、基板Ｂ上のシート層Ｂ内の溝Ｂの開口幅が大きいとの本発明の特徴を有している。ここで開口幅とは、シート層表面における溝の幅である。

なお、前記基板Ａ、基板Ｂ、シート層Ａ及びシート層Ｂは、それぞれ一層のシートからなるものでもよいし、多層のシートを積層したものでもよい。例えば、溝を有する基板Ａ、基板Ｂは、貫通溝を有するシートと、溝を有しないシートを積層して形成してもよいし、シート層Ａ及びシート層Ｂは、対応する位置に貫通溝を有する２枚以上のシートを積層して形成してもよい。

板Ａ及び板Ｂの積層は、溝Ａと溝Ｂが重ねあわされて中空反応部が形成するように行われる。基板Ａ、基板Ｂ、シート層Ａ及びシート層Ｂを形成するために行うシートの積層は、この板Ａ及び板Ｂの積層と同時に行ってもよいし、シートの積層を行い、基板Ａ、基板Ｂ、シート層Ａ及び／又はシート層Ｂを形成した後、板Ａと板Ｂの積層を行ってもよいが、生産性の観点からは、基板Ａ、基板Ｂ、シート層Ａ及び／又はシート層Ｂを形成した後行う方が好ましい。さらに板Ａ及び板Ｂが、基板とシート層からなる場合は、基板上へのシート層の形成を板Ａ及び板Ｂの積層と同時に行ってもよいが、生産性の観点からは、基板上へシート層を形成し、板Ａ及び板Ｂを形成した後、これらの積層を行う方が好ましい。積層は、板Ａ及び板Ｂを、溝Ａ及び溝Ｂが結合して中空反応部が形成されるように貼り合せて行うことができる。

すなわち、生産性の観点からは、板Ａ及び板Ｂを形成した後、板Ａと板Ｂを貼り合せて製造する方法が好ましい。請求項４は、この好ましい方法により製造されたセンサチップに該当し、前記のセンサチップであって、板Ａ及び板Ｂを形成した後、板Ａと板Ｂを貼り合せて製造されたことを特徴とするセンサチップを提供するものである。

本発明の溝Ａの開口幅よりも、溝Ｂの開口幅が大きいとの特徴により、溝Ａと溝Ｂの重ねあわせの位置が少々ずれても、中空反応部の薬剤塗布部が、板Ｂの表面で覆われることがないのでチップ特性が変わらず、同特性のチップを安定して製造することができる。従って、この方法で製造されたセンサチップは、安定したチップ特性を有する。又、重ねあわせの位置が少々ずれても、薬剤塗布部が、板Ｂの表面で覆われることがないので、溝Ａの高さを薬剤塗布の高さより大幅に高くしなくても、安定したチップ特性が得られる。従って、中空反応部の体積を特に大きくする必要がないので、少試料量での測定にも充分対応可能となる。

薬剤塗布部が、溝Ａの長さ方向の一部に形成されている場合は、その薬剤塗布部が形成されている部分に対応する溝Ｂの部分の幅のみが大きい場合でも、安定した特性が得られる。

前期の本発明のセンサチップは、好ましくは、板Ａ及び板Ｂを形成する１枚のシートであって、このシートを略２等分する折り曲げ線より略等距離の位置に溝Ａ及び溝Ｂを有するシートを、該折り曲げ線を中心として２つ折りし、該折り曲げ線の両側を貼り合せる方法により製造される。請求項５は、前記のセンサチップであって、この好ましい製造方法により製造されたことを特徴とするセンサチップを提供するものである。

図３は、前記の好ましい製造方法の一例の一工程であって、１枚の基板シート上に、シート層Ａ及びシート層Ｂを形成した状態を示す概念平面図である。溝Ａ及び溝Ｂは、折り曲げ線より互いに略等距離の位置に設けられている。なおこの例では、薬剤は溝Ａの全面に塗布されているが、溝Ａの長さ方向の一部のみに塗布される場合もあり、その場合は、溝Ｂの溝Ａより幅の広い部分は、薬剤塗布部に対応する部分のみでもよい。

なおこのような２つ折り法ではなく、溝が形成された板を２枚、対面させて積層する方法等の他の方法によっても、前記の本発明のセンサチップを製造することができる。ただし２つ折り法の方がより高い位置精度を持って重ねることができるので好ましい。

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６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。

溝Ａ及び溝Ｂは、重ねあわされて中空反応部を形成するが、溝Ａ、溝Ｂの、板Ａ、板Ｂの側面（図３の例の場合では、基板シートの長辺に該当する）と交わる部分は、センサチップ製造後開口部を形成し試料導入口となる。試料は、この試料導入口より中空反応部に導入されて薬剤と化学反応をする。特に、溝Ａ及び溝Ｂが、それぞれシート層Ａ及びシート層Ｂの両側の側面に達する場合は、試料導入口はセンサチップの両側面に形成されることになり、中空反応部はストロー状となって、毛管現象により試料の導入が容易となり、好ましい。

請求項７は、この好ましい態様に該当し、前記のセンサチップであって、溝Ａ及び溝Ｂが、それぞれ板Ａ及び板Ｂの両側の側面に達するもの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。

本発明のセンサチップは、溝を有する板の該溝に薬剤を塗布し、その上に相応する溝を有する板を積層して、双方の溝を重ね合わせて少なくとも一壁面に薬剤が塗布された中空反応部を形成して製造されるセンサチップであって、双方の溝が所定よりずれた位置で重ね合わされ、センサチップ間でこのずれの大きさにバラツキがあっても、センサチップの特性にバラツキを生ぜず、従って、その特性が安定したセンサチップである。又、中空反応部の体積を大きくする必要がないので、少試料量での測定にも充分対応可能な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Ａ及びＢ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Ａ及びＢ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。

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が、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、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、基板に設けられてもよいが、前記の好ましい態様のように、センサチップの長辺側側面で開口してもよい。

本発明のセンサチップの中空反応部内には、検知手段が設けられている。ここで、検知手段とは、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。電極としては、炭素電極等が挙げられ基板上へのスクリーン印刷等により形成することができる。

前記電極は、中空反応部内で露出しているが、さらに基板、シート層Ａ及びＢの貼り合わせで形成されるスペーサ層内、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。

中空反応部内には薬剤が塗布されている。薬剤が２種類以上の場合、試料との接触面積の変動により信号強度等のチップ特性に影響を与える薬剤は、溝Ａ、すなわち開口幅の小さい溝側に塗布する必要があるが、試料との接触面積が変動してもチップ特性に大きな影響を与えない薬剤は、溝Ｂ側に塗布してもよい。薬剤の塗布は、溝Ａの形成前でもよく、溝Ａの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、溝の形成後に行うことが通常好ましい。

本発明のセンサチップであって、図１に示される例は、基板Ａ、シート層Ａ、シート層Ｂ、基板Ｂの順で重なっているものであり、シート層Ａ及びシート層Ｂの重ねあわせによりスペーサ層が形成される。シート層Ａ及びシート層Ｂのそれぞれは、複数のシートからなってもよい。この場合、スペーサ層は、３層以上の多数層からなる。

図４は、スペーサ層が３層以上の多数層からなる例を示す概念断面図である。図４（ａ）の例では、シート層ＡがシートＡ１、Ａ２の２層からなり、シート層ＢがシートＢ１、Ｂ２の２層からなり、従って、スペーサ層がシートＡ１、Ａ２、Ｂ２及びＢ１の４層からなる。シートＡ１、Ａ２により形成される溝Ａ内に薬剤が塗布されている。この場合、シートＡ２内の溝Ａの幅よりも、シートＢ２内の溝Ｂの幅が大きい必要がある。

図４（ｂ）の例では、シート層ＡがシートＡ１、Ａ２の２層からなり、１層からなるシート層Ｂと重ねあわされている。従って、スペーサ層がシートＡ１、Ａ２及びシート層Ｂの３層からなり、シートＡ１、Ａ２により形成される溝Ａ内に薬剤が塗布されている。この場合、シートＡ２内の溝Ａの幅よりも、シート層Ｂ内の溝Ｂの幅が大きい必要がある。

本発明のセンサチップの特徴を示す概念断面図である。 従来技術のセンサチップの例を示す概念断面図である。 本発明のセンサチップの製造部材の例を示す概念平面図である。 本発明のセンサチップの例を示す概念断面図である。

Claims (7)

1. 薬剤が塗布された溝Ａを有する板Ａと、溝Ｂを有する板Ｂを、溝Ａ及び溝Ｂが結合して中空反応部が形成されるように積層して得られ、かつ溝Ｂの開口幅が少なくとも溝Ａ内の薬剤が塗布されている部分に対向する部分おいて、溝Ａの開口幅より大きいことを特徴とするセンサチップ。
2. 板Ａが、基板Ａ、及び、該基板Ａ上に形成され、溝Ａを有するシート層Ａ、からなる積層体であることを特徴とする請求項１に記載のセンサチップ。
3. 板Ｂが、基板Ｂ、及び、該基板Ｂ上に形成され、溝Ｂを有するシート層Ｂ、からなる積層体であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のセンサチップ。
4. 板Ａ及び板Ｂを形成した後、板Ａと板Ｂを貼り合せて製造された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. 板Ａ及び板Ｂを形成する１枚のシートであって、このシートを略２等分する折り曲げ線より略等距離の位置に溝Ａ及び溝Ｂを有するシートを、該折り曲げ線を中心として２つ折りし、該折り曲げ線の両側を貼り合せて製造された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. 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５のいずれかに記載のセンサチップ。
7. 溝Ａ及び溝Ｂが、それぞれ板Ａ及び板Ｂの両側の側面に達するもの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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