JP2008045877A - Method of manufacturing biosensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バイオセンサの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a biosensor.
酵素やイオンチャンネルなどを利用したバイオセンサは、液体中の成分を検出するセンサとして広く普及している。例えば、酵素活性を利用したグルコースセンサは、血液中のグルコース濃度を検出するセンサとして広く普及している。成人病の1つである糖尿病の患者は、一日に数回にわたって血糖値を計測し、測定結果に基づいてインスリンの投与と、食事のコントロールを行わなければならない。そのため、糖尿病の患者には、グルコース濃度を簡便に検出できるグルコースセンサが不可欠である。 Biosensors using enzymes, ion channels, and the like are widely used as sensors for detecting components in liquids. For example, a glucose sensor using enzyme activity is widely used as a sensor for detecting a glucose concentration in blood. A patient with diabetes, which is one of the adult diseases, has to measure blood glucose level several times a day and administer insulin and control diet based on the measurement result. Therefore, a glucose sensor that can easily detect the glucose concentration is indispensable for diabetic patients.
バイオセンサは、対象液の基質特異性を利用して、特定成分の変化を電気信号として検出する。バイオセンサは、対象液を収容する収容室の内部に、作用電極、対極電極、酵素、電子伝達媒体(メディエータ)などを有する。収容室は、毛細管力などを利用して対象液を内部に導入する。酵素やメディエータは、収容室に導入された対象液によって溶解されて、該対象液の酵素反応を開始させる。作用電極と対極は、酵素反応に伴う電流を検出して出力する。 The biosensor detects a change in a specific component as an electrical signal using the substrate specificity of the target liquid. The biosensor has a working electrode, a counter electrode, an enzyme, an electron transfer medium (mediator), and the like inside a storage chamber that stores a target liquid. The storage chamber introduces the target liquid into the interior using capillary force or the like. Enzymes and mediators are dissolved by the target liquid introduced into the storage chamber, and the enzyme reaction of the target liquid is started. The working electrode and the counter electrode detect and output a current associated with the enzyme reaction.
上記電極の材料には、耐腐食性を図るため、パラジウム、白金、金などの貴金属が利用される。特許文献1では、スパッタリング法や真空蒸着法によって基板の全面に貴金属の薄膜を成膜し、該薄膜にレーザ加工を施して所定の電極パターンを形成する。特許文献2では、ベースフィルムに蒸着した貴金属の箔に加熱した凸版を押し当て、該箔を基板に熱転写して所定の電極パターンを形成する。特許文献3では、パターニングされた基板上の銅箔に、ニッケル層、パラジウムニッケル層、白金層を順次メッキ法で積層して所定の電極パターンを形成する。
しかしながら、特許文献1では、電極膜厚や電極膜質を均一にするため、メタルマスクなどのマスクパターンの領域にも貴金属の薄膜を成膜する必要がある。特許文献2では、電極形状を均一にするため、ベースフィルムの略全面にわたって貴金属の薄膜を成膜する必要がある。そのため、高価な貴金属の消費量を多くして、バイオセンサの生産コストを高くする問題があった。
However, in
一方、特許文献3では、貴金属の消費量を電極形成領域に限定できるものの、銅箔のマスキング工程、露光工程、エッチング工程などを必要とするため、生産工程数を多くして、バイオセンサの生産性を著しく低下させる問題があった。
On the other hand, in
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、生産コストの低減と生産性の向上を可能にしたバイオセンサの製造方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a biosensor that enables reduction in production cost and improvement in productivity.
本発明のバイオセンサの製造方法は、触媒材料を含む液状体を基板の電極形成領域に湿式転写して前記電極形成領域に触媒層を形成する触媒層形成工程と、電極材料を含むメッ
キ液を前記触媒層に接触させて前記電極形成領域に電極層をメッキする電極層形成工程と、を備えた。
The biosensor manufacturing method of the present invention includes a catalyst layer forming step of wet-transferring a liquid material containing a catalyst material to an electrode forming region of a substrate to form a catalyst layer in the electrode forming region, and a plating solution containing the electrode material. And an electrode layer forming step of plating the electrode layer on the electrode forming region in contact with the catalyst layer.
本発明のバイオセンサの製造方法によれば、触媒材料と電極材料が、それぞれ電極形成領域の分だけ使用されるため、バイオセンサの生産コストを低減させることができる。また、マスキング工程、露光工程、エッチング工程などを要することなく、電極層を形成することができるため、製造工程数を削減させることができ、バイオセンサの生産性を向上させることができる。 According to the method for manufacturing a biosensor of the present invention, the catalyst material and the electrode material are used for the respective electrode formation regions, so that the production cost of the biosensor can be reduced. In addition, since the electrode layer can be formed without requiring a masking step, an exposure step, an etching step, and the like, the number of manufacturing steps can be reduced, and the productivity of the biosensor can be improved.
このバイオセンサの製造方法において、前記電極層形成工程は、貴金属からなる被覆電極材料を含むメッキ液を前記触媒層に接触させて前記電極形成領域に被覆電極層をメッキする被覆層形成工程を備える構成が好ましい。 In this biosensor manufacturing method, the electrode layer forming step includes a coating layer forming step of plating a coating electrode layer on the electrode formation region by bringing a plating solution containing a coating electrode material made of a noble metal into contact with the catalyst layer. A configuration is preferred.
このバイオセンサの製造方法によれば、貴金属の使用量を低減させることができ、バイオセンサの生産コストを低減させることができる。
このバイオセンサの製造方法において、前記電極層形成工程は、非貴金属からなる下地電極材料を含むメッキ液を前記触媒層に接触させて前記電極形成領域に下地電極層をメッキする下地層形成工程と、貴金属からなる被覆電極材料を含むメッキ液を前記下地電極層に接触させて前記電極形成領域に被覆電極層をメッキする被覆層形成工程と、を備えた構成が好ましい。
According to this biosensor manufacturing method, the amount of noble metal used can be reduced, and the production cost of the biosensor can be reduced.
In the biosensor manufacturing method, the electrode layer forming step includes a base layer forming step of plating a base electrode layer on the electrode forming region by bringing a plating solution containing a base electrode material made of a non-noble metal into contact with the catalyst layer. And a coating layer forming step of plating a coating electrode layer on the electrode formation region by bringing a plating solution containing a coating electrode material made of a noble metal into contact with the base electrode layer.
このバイオセンサの製造方法によれば、非貴金属によって下地電極層を形成させるため、下地電極層の分だけ、電極層に要する貴金属の使用量をさらに低減させることができる。 According to this biosensor manufacturing method, since the base electrode layer is formed of the non-noble metal, the amount of the noble metal used for the electrode layer can be further reduced by the amount of the base electrode layer.
このバイオセンサの製造方法において、前記触媒層は、前記電極形成領域に被覆電極層をメッキするための触媒活性をもった微粒子または触媒活性をもったカップリング剤の層であってもよい。 In this biosensor manufacturing method, the catalyst layer may be a fine particle having catalytic activity or a layer of a coupling agent having catalytic activity for plating a coated electrode layer on the electrode forming region.
このバイオセンサの製造方法において、前記触媒層形成工程は、触媒活性をもったカップリング剤を前記電極形成領域に湿式転写して前記触媒層を形成する構成であってもよい。 In this biosensor manufacturing method, the catalyst layer forming step may be configured such that the catalyst layer is formed by wet-transferring a coupling agent having catalytic activity to the electrode forming region.
このバイオセンサの製造方法によれば、触媒活性をもったカップリング剤を基板に固定させる分だけ、電極層の均一性と、電極層と基板との間の密着性と、を向上させることができる。 According to this biosensor manufacturing method, the uniformity of the electrode layer and the adhesion between the electrode layer and the substrate can be improved by fixing the coupling agent having catalytic activity to the substrate. it can.
このバイオセンサの製造方法において、前記触媒層形成工程は、前記触媒材料を固定化するためのカップリング剤を前記電極形成領域に湿式転写して前記触媒層を形成する構成であってもよい。 In this biosensor manufacturing method, the catalyst layer forming step may be configured such that the catalyst layer is formed by wet-transferring a coupling agent for immobilizing the catalyst material to the electrode formation region.
このバイオセンサの製造方法によれば、触媒材料を基板に固定させる分だけ、電極層の均一性と、電極層と基板との間の密着性と、を向上させることができる。
このバイオセンサの製造方法において、前記触媒層形成工程は、前記触媒材料を前記基板に固定するためのカップリング剤を全面に形成し、前記電極形成領域以外に紫外線を照射してカップリング剤を不活性化させる構成であってもよい。
According to this biosensor manufacturing method, the uniformity of the electrode layer and the adhesion between the electrode layer and the substrate can be improved by fixing the catalyst material to the substrate.
In this biosensor manufacturing method, in the catalyst layer forming step, a coupling agent for fixing the catalyst material to the substrate is formed on the entire surface, and the coupling agent is irradiated by irradiating ultraviolet rays outside the electrode formation region. It may be configured to be inactivated.
このバイオセンサの製造方法によれば、紫外線の照射によって電極形成領域を規定させることができ、電極形成領域のサイズや形状を、より高い精度で形成させることができる。 According to this biosensor manufacturing method, the electrode forming region can be defined by irradiation with ultraviolet rays, and the size and shape of the electrode forming region can be formed with higher accuracy.
このバイオセンサの製造方法において、前記触媒層形成工程は、触媒活性をもった微粒子を含む液状体を基板の電極形成領域に湿式転写して乾燥し、前記電極形成領域に紫外線を照射して微粒子を活性化させる構成であってもよい。 In this biosensor manufacturing method, the catalyst layer forming step includes wet transfer of a liquid material containing fine particles having catalytic activity to an electrode forming region of a substrate and drying, and then irradiating the electrode forming region with ultraviolet rays to form fine particles. The structure which activates may be sufficient.
このバイオセンサの製造方法によれば、紫外線で活性化する光触媒などを触媒材料として利用させることができる。したがって、触媒材料の選択範囲を拡大させることができ、本製造方法の適用範囲を拡大させることができる。 According to this biosensor manufacturing method, a photocatalyst activated by ultraviolet rays can be used as a catalyst material. Therefore, the selection range of the catalyst material can be expanded, and the application range of the present manufacturing method can be expanded.
以下、本発明を具体化したバイオセンサ1を図1〜図7に従って説明する。図1は、バイオセンサ1の分解斜視図であり、図2は、バイオセンサ1を説明する図である。図1及び図2では、導電性を有する領域に薄いグラデーションを付している。
Hereinafter, a
図1において、バイオセンサ1には、長尺状に形成された基板としての支持プレート2が備えられている。支持プレート2の上側には、支持プレート2よりも短いサイズに形成された帯状のスペーサプレート3と、カバープレート4と、が順に積層されている。
In FIG. 1, the
支持プレート2、スペーサプレート3、カバープレート4は、それぞれ絶縁性を有する基板である。これら3枚のプレートには、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリオキシメチレン、モノマーキャストナイロン、ポリブチレンテレフタレート、メタクリル樹脂、ABS樹脂、ガラスなどを用いることができる。
The
スペーサプレート3の一端(図1の左下端:先端)には、他端(基端)に延びる切り欠き部3aが形成されている。切り欠き部3aは、前記支持プレート2とカバープレート4に囲まれて、先端側に開口部(導入口H)を有した空間(収容室S)を形成する。収容室Sは、試料液が導入口Hから導入されるとき、毛細管力などによって試料液を内部に収容する。
A notch 3a extending to the other end (base end) is formed at one end of the spacer plate 3 (lower left end in FIG. 1: tip). The notch 3a is surrounded by the
カバープレート4は、収容室Sと大気との間を連通する連通孔4aを有する。連通孔4aは、試料液が導入口Hから導入されるとき、収容室Sの内圧を大気圧にして試料液を円滑に収容させる。 The cover plate 4 has a communication hole 4a that allows communication between the storage chamber S and the atmosphere. When the sample liquid is introduced from the introduction port H, the communication hole 4a allows the sample liquid to be smoothly accommodated by setting the internal pressure of the accommodation chamber S to atmospheric pressure.
図2において、支持プレート2の上面には、受容層2aが形成されている。受容層2aは、空孔を有する多孔性の層であって、受容層2aに着弾した液滴の液状成分を吸収して、液滴中の微粒子を受容層2aの上面に残存させる。受容層2aには、例えば、アルミナ、アルミナ水和物のうちの少なくとも1つと、シリカ粒子と、バインダーとの混合物を乾燥処理したものを用いることができる。
In FIG. 2, a
受容層2aの上面には、支持プレート2の長手方向略全幅にわたって延びる3つの触媒層5が形成されている。触媒層5は、作用触媒層5w、対向触媒層5c及び検出触媒層5rによって構成されている。各触媒層5は、触媒層5の表面に無電解メッキを施す(電極材料を析出させる)ための層であって電極材料に応じて選択された触媒材料からなる層である。
On the upper surface of the
作用触媒層5w、対向触媒層5c及び検出触媒層5rは、それぞれスペーサプレート3側から見て、基端部が幅広の帯状に形成されている。
作用触媒層5wの先端部は、スペーサプレート3側から見て、収容室Sの領域に延びる
略L字状に形成されている。対向触媒層5cの先端部は、スペーサプレート3側から見て、作用触媒層5wの先端を挟む略F字状に形成されている。検出触媒層5rの先端部は、スペーサプレート3側から見て、収容室Sの領域に延びる帯状に形成されている。
Each of the working
The distal end portion of the working
本実施形態では、受容層2aの上側であって、これら作用触媒層5w,対向触媒層5c及び検出触媒層5rの占有する領域を、それぞれ電極形成領域とする。
触媒材料には、例えば、無電解メッキにおける還元剤の酸化作用に対する触媒活性を有して、電極材料を無電解析出させる金属触媒の微粒子を用いることができる。金属触媒には、パラジウム、白金、金、ニッケル、銅、銀、などを用いることができる。
In the present embodiment, the regions occupied by the working
As the catalyst material, for example, metal catalyst fine particles having a catalytic activity for the oxidizing action of a reducing agent in electroless plating and electrolessly depositing an electrode material can be used. As the metal catalyst, palladium, platinum, gold, nickel, copper, silver, or the like can be used.
また、触媒材料には、金属触媒を電極層形成領域に固定させるためのカップリング剤を用いることができる。カップリング剤は、アミノ系有機官能基を有して金属触媒と金属錯体を形成し、該金属触媒を化学吸着によって受容層2aの表面に保持させるものである。カップリング剤には、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β−アミノエチル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、イソプロピルトリ(N−アミノエチル−アミノエチル)チタネート、トリメトキシシリルプロピルジエチレントリアミンなどを用いることができる。
Moreover, a coupling agent for fixing the metal catalyst to the electrode layer forming region can be used as the catalyst material. The coupling agent has an amino organic functional group to form a metal catalyst and a metal complex, and holds the metal catalyst on the surface of the
また、触媒層5には、シリカ微粒子やアルミナ微粒子を金属触媒の担体とするものを用いることもできる。例えば、シリカ微粒子の表面に上記カップリング剤を吸着させて、カップリング剤の吸着したシリカ微粒子を金属触媒の化合物からなる溶液に浸漬し、微粒子表面に固定された金属触媒を還元させたものを用いることができる。金属触媒の化合物には、上記金属触媒の塩化物、水酸化物又は酸化物を用いることができ、その還元剤には、次亜燐酸ナトリウム、ジメチルアミンボラン、水素化ホウ素ナトリウムなどを用いることができる。
Further, the
各触媒層5は、それぞれ湿式転写法によって形成されている。すなわち、各触媒層5は、それぞれ上記触媒材料を含む液状体を含浸したスタンプなどを電極層形成領域に接触させ、触媒材料を含む液状体のパターンを転写して乾燥することにより形成されている。これによって、触媒材料の使用を電極層形成領域にのみ限定させることができ、無駄な触媒材料の使用を回避させることができる。
Each
各触媒層5の上側には、それぞれ対応する触媒層5の全体を覆う下地電極層6と、下地電極層6の全体を覆う被覆電極層7が積層されている。
すなわち、バイオセンサ1には、作用触媒層5wに対応した下地電極層6と被覆電極層7が形成されている。これら作用触媒層5wと、対応する下地電極層6及び被覆電極層7と、によって作用電極7Wが構成されている。
A
That is, the
また、バイオセンサ1には、対向触媒層5cに対応した下地電極層6と被覆電極層7が形成されている。これら対向触媒層5cと、対応する下地電極層6と被覆電極層7と、によって対向電極7Cが構成されている。
In addition, the
また、バイオセンサ1には、検出触媒層5rに対応した下地電極層6と被覆電極層7が形成されている。これら検出触媒層5rと、対応する下地電極層6と被覆電極層7と、によって検出電極7Rが構成されている。
In addition, the
被覆電極層7は、試料液が収容室Sに収容されるとき、各下地電極層6を試料液から保護する。検出電極7Rは、収容室Sが試料液で満たされるとき、外部測定装置に接続されて、試料液が収容室Sに充填されたか否かを検出する。作用電極7Wと対向電極7Cは、収容室Sが試料液で満たされるとき、それぞれ外部測定装置に接続されて、作用電極7W
と対向電極7Cとの間に所定の電圧を印加する。
The
A predetermined voltage is applied between the electrode and the
下地電極層6は、導電性を有した非貴金属(下地電極材料:例えば、ニッケル、銅、コバルト)からなる層であって、触媒層5を触媒核にした無電解メッキによって形成されている。すなわち、各下地電極層6は、それぞれ上記下地電極材料を含むメッキ浴に各触媒層5を有した支持プレート2を浸漬させて、各触媒層5の領域、すなわち電極形成領域に下地電極材料を析出させることにより形成されている。これによって、下地電極材料の使用を電極形成領域にのみ限定させることができ、下地電極材料の使用量を触媒層5の形状やサイズで制御させることができる。
The
被覆電極層7は、耐腐食性を有した貴金属(例えば、パラジウム、白金、金)からなる層であって、下地電極層6を触媒核にした無電解メッキによって形成されている。すなわち、各被覆電極層7は、それぞれ上記被覆電極材料を含むメッキ浴に各下地電極層6を有した支持プレート2を浸漬させて、各下地電極層6の領域、すなわち電極形成領域に被覆電極材料を析出させることにより形成されている。これによって、被覆電極材料の使用を電極形成領域にのみ限定させることができ、被覆電極材料の使用量を触媒層5の形状やサイズで制御させることができる。
The covered
作用電極7W、対向電極7C、検出電極7Rの表面であって、収容室Sの内部に位置する表面には、それぞれ共通する試薬層Eが積層されている(図2において濃いグラデーションを付した領域)。試薬層Eには、酸化還元酵素やメディエータなどが含まれている。メディエータは、電極と酵素との間の電子移動媒体として機能するものでる。メディエータには、例えば、フェリシアン化アルカリ金属(フェリシアン化カリウム、フェリシアン化リチウム、フェリシアン化ナトリウムなど)p−ベンゾキノン、メチレンブルー、フェナジンエトサルフェート、などの酸化還元性の有機又は無機化合物の1種あるいは2種以上の組み合わせて用いることができる。酸化還元酵素は、対象成分(例えば、グルコース、乳酸、尿酸、ビリルビン、コレステロールなど)の酸化還元酵素であって、グルコースオキシターゼ、ラクテートオキシターゼ、コレステロールオキシターゼ、ビリルビンオキシターゼ、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用いることができる。
A common reagent layer E is laminated on the surfaces of the working
試薬層Eは、試薬層Eの構成成分(例えば、酸化還元酵素やメディエータ)を溶解させた水溶液を調製し、該水溶液を作用電極7W、対向電極7C及び検出電極7Rの表面に滴下して乾燥させることにより形成されている。
The reagent layer E is prepared by preparing an aqueous solution in which the components (for example, oxidoreductase and mediator) of the reagent layer E are dissolved, and dropping the aqueous solution onto the surfaces of the working
導入口Hから試料液(グラデーションを付した領域)が導入されるとき、試料液は、毛細管力によって収容室Sの内部に引き込まれる。連通孔4aは、収容室Sの内圧を大気圧にして収容室Sの内圧上昇を回避させる。すなわち、収容室Sの内部が、試料液で満たされる。 When the sample liquid (region with gradation) is introduced from the introduction port H, the sample liquid is drawn into the storage chamber S by capillary force. The communication hole 4a makes the internal pressure of the storage chamber S an atmospheric pressure and avoids an increase in the internal pressure of the storage chamber S. That is, the inside of the storage chamber S is filled with the sample solution.
試薬層Eは、収容室Sが試料液で満たされるとき、試料液中に溶解して測定対象としての測定溶液を生成する。測定溶液は、試料液の基質と酸化還元酵素との間で酵素反応を進行させてメディエータを還元させる。還元されたメディエータを電気化学的に酸化するとき、試料液の基質濃度に応じた電流値が検出される。 When the storage chamber S is filled with the sample solution, the reagent layer E dissolves in the sample solution and generates a measurement solution as a measurement target. The measurement solution causes the enzyme reaction between the substrate of the sample solution and the oxidoreductase to reduce the mediator. When electrochemically oxidizing the reduced mediator, a current value corresponding to the substrate concentration of the sample solution is detected.
次に、上記バイオセンサ1の製造方法について図3〜図7に従って説明する。図3は、バイオセンサ1の製造システム10を説明する図であり、図4は、バイオセンサ1の製造工程を示すフローチャートである。また、図5〜図7は、それぞれ各製造工程を説明する説明図である。
Next, the manufacturing method of the
図3において、バイオセンサ1の製造システム10には、供給ローラR1と巻取りローラR2が備えられている。供給ローラR1は、複数の支持プレート2を切り出し可能にしたマザープレート2Mを各種処理装置(後段)に供給し、巻取りローラR2は、各種製造工程を通過したマザープレート2Mを順次巻き取る。
In FIG. 3, the
供給ローラR1の後段には、受容層2aを清浄化するための清浄装置11が配設されている。清浄装置11は、マザープレート2Mの表面(受容層2a)を清浄化して受容層2aと触媒層5の密着性を得るための処理を行う。清浄装置11は、例えば紫外線を出射する光源を有して受容層2aに紫外線を照射し、受容層2aの表面に付着した有機分子を分解除去する(清浄化する)。あるいは、清浄装置11は、酸素プラズマを生成するプラズマ源を有して受容層2aを酸素プラズマに晒し、受容層2aの表面に付着した有機分子を分解除去する(清浄化する)構成であってもよい。
A
清浄装置11の後段には、転写装置12が備えられている。転写装置12は、受容層2aに触媒層5を転写する湿式の転写処理を行う(図4の触媒層転写工程:ステップS11)。転写装置12は、例えば、スタンプ台12aと、触媒層5を再現するためのスタンプ12bを有する。スタンプ12bには、マイクロコンタクトプリンティング用のスタンプを用いることができる。
A
図5に示すように、転写装置12は、まず、触媒材料を含む液状体にスタンプ12bを浸漬して触媒材料をスタンプ12bに吸着させ、スタンプ12bの凸部に、触媒材料からなる触媒層液状パターン5Lを形成する(図5の破線)。次いで、受容層2aにスタンプ12bを接触させて、凸部に形成した触媒層液状パターン5Lを受容層2aに転写させる。
As shown in FIG. 5, the
これによって、触媒材料の使用を電極層形成領域にのみ限定させることができ、触媒材料の使用量を低減させることができる。しかも、触媒層5をパターニングするためのマスキング工程、露光工程、エッチング工程などを必要としないため、生産工程数を大幅に削減できる。
Thereby, the use of the catalyst material can be limited only to the electrode layer forming region, and the amount of the catalyst material used can be reduced. Moreover, since the masking process, the exposure process, the etching process and the like for patterning the
図3において、転写装置12の後段には、乾燥装置13が備えられている。乾燥装置13は、触媒材料に応じて触媒層液状パターン5Lの乾燥・活性化を行う(図4の触媒層活性化工程:ステップS12)。乾燥装置13は、例えば赤外領域や紫外線を照射する光源を有する。乾燥装置13は、触媒層液状パターン5L(例えば、カップリング剤やカップリング剤と錯体形成した金属触媒の液状膜)に赤外領域の光を照射し、触媒層液状パターン5Lの溶媒や分散媒を蒸発させて触媒層5を形成する(カップリング剤や金属触媒を受容層2aに固定する)。あるいは、乾燥装置13は、触媒層液状パターン5L(金属微粒子の分散した液状膜)に紫外線を照射し、金属微粒子を保護する有機分子を分解除去したり、光学活性な金属触媒を活性化させたりして触媒層5を形成する。これによって、活性化した触媒材料からなる触媒層5を電極層形成領域にのみ形成できる。
In FIG. 3, a drying device 13 is provided following the
なお、本実施形態では、触媒層活性化工程と前記触媒層転写工程によって、触媒層形成工程が構成されている。
図3において、乾燥装置13の後段には、下地メッキ浴14が備えられている。下地メッキ浴14は、非貴金属(下地電極材料:例えば、ニッケル、銅、コバルト)の金属イオンを含む無電解メッキ液14Lを有して、触媒層5を触媒核にした無電解メッキを施す(下地電極層メッキ工程:ステップS13)。
In the present embodiment, the catalyst layer forming step is configured by the catalyst layer activation step and the catalyst layer transfer step.
In FIG. 3, a
無電解メッキ液14Lは、非貴金属の塩、次亜リン酸ナトリウム、ヒドラジン、水素化ホウ素ナトリウムなどの還元剤、酢酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム、コハク酸ナトリ
ウム、酒石酸ナトリウムカリウムなどのカルボン酸やその水溶性塩、エチレンジアミン、フェニレンジアミン、EDTAなどのアミン類、その他の下地電極材料の錯化剤などを有する。
The
図6に示すように、下地メッキ浴14は、マザープレート2M(触媒層5)を所定時間だけ浸漬させて、触媒層5の領域、すなわち電極形成領域に下地電極材料を析出させる。これによって、下地電極材料の使用を電極形成領域にのみ限定させることができ、下地電極材料の使用量を触媒層5の形状やサイズで制御させることができる。
As shown in FIG. 6, the
図3において、下地メッキ浴14の後段には、乾燥装置15が備えられている。乾燥装置15は、下地メッキ浴14に浸漬したマザープレート2Mを乾燥する(下地電極層乾燥工程:ステップS14)。乾燥装置13は、例えば赤外領域の光を照射する光源を有してマザープレート2Mに赤外領域の光を照射し、析出した下地電極材料に含まれる溶媒を蒸発させて下地電極層6を形成する。
In FIG. 3, a drying
なお、本実施形態では、下地電極層乾燥工程と前記下地電極層メッキ工程によって、下地層形成工程が構成されている。
図3において、乾燥装置15の後段には、被覆メッキ浴16が備えられている。被覆メッキ浴16は、貴金属(被覆電極材料:例えば、パラジウム、白金、金)の金属イオンを含む無電解メッキ液16Lを有して、下地電極層6を触媒核にした無電解メッキを施す(被服電極層メッキ工程:ステップS15)。無電解メッキ液16Lは、貴金属の塩、次亜リン酸ナトリウム、ヒドラジン、水素化ホウ素ナトリウムなどの還元剤、酢酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム、コハク酸ナトリウム、酒石酸ナトリウムカリウムなどのカルボン酸やその水溶性塩、エチレンジアミン、フェニレンジアミン、EDTAなどのアミン類、その他の被覆電極材料の錯化剤などを有する。
In the present embodiment, the base layer forming step is constituted by the base electrode layer drying step and the base electrode layer plating step.
In FIG. 3, a
図7に示すように、被覆メッキ浴16は、マザープレート2M(下地電極層5)を所定時間だけ浸漬させて、下地電極層6の領域、すなわち電極形成領域に被覆電極材料を析出させる。下地電極材料(ニッケル、銅、コバルト)は被覆電極材料(パラジウム、白金、金)に比べて触媒活性度が高いため、下地電極層6の表面にさらに活性化処理を施す必要がなく、無電解メッキ処理で被覆電極材料を堆積させることができる。これによって、被覆電極材料の使用を電極形成領域にのみ限定させることができ、被覆電極材料の使用量を下地電極層6(触媒層5)の形状やサイズで制御させることができる。
As shown in FIG. 7, in the
図3において、被覆メッキ浴16の後段には、乾燥装置17と型抜き装置18が備えられている。乾燥装置17は、被覆メッキ浴16に浸漬したマザープレート2Mを乾燥する(被覆電極層乾燥工程:ステップS16)。乾燥装置17は、例えば赤外領域の光を照射する光源を有してマザープレート2Mに赤外領域の光を照射し、析出した被覆電極材料に含まれる溶媒を蒸発させて被覆電極層7を形成する。型抜き装置18は、例えば、型抜き台18aと、支持プレート2を外形抜きするための金型18bを有し、型抜き台18aに搬送されたマザープレート2Mから支持プレート2の外形抜きを行う。
In FIG. 3, a drying
なお、本実施形態では、被覆電極層乾燥工程と前記被覆電極層メッキ工程とによって、被覆層形成工程が構成され、被覆層形成工程と前記下地層形成工程とによって、電極層形成工程が構成されている。 In this embodiment, the covering electrode layer drying step and the covering electrode layer plating step constitute a covering layer forming step, and the covering layer forming step and the base layer forming step constitute an electrode layer forming step. ing.
次に、上記のように構成した本実施形態の効果を以下に記載する。
(1)上記実施形態によれば、バイオセンサ1の触媒層5は、触媒材料を含む液状体の湿式転写を利用した触媒層転写工程によって受容層2aに転写される。また、バイオセンサ1の下地電極層6は、下地電極材料を含む下地メッキ浴14を利用した下地電極層メッ
キ工程によって触媒層5を覆うように無電解メッキされる。そして、バイオセンサ1の被覆電極層7は、被覆電極材料を含む被覆メッキ浴16を利用した被覆電極層メッキ工程によって下地電極層6を覆うように無電解メッキされる。
Next, effects of the present embodiment configured as described above will be described below.
(1) According to the above embodiment, the
したがって、触媒材料、下地電極材料及び被覆電極材料が、それぞれ電極形成領域の分だけ使用される。よって、触媒材料、下地電極材料及び被覆電極材料の使用量を最小量に留めることができ、バイオセンサ1の生産コストを低減させることができる。また、マスキング工程、露光工程、エッチング工程などを要することなく、触媒層5、下地電極層6及び被覆電極層7を形成させることができる。そのため、バイオセンサ1の生産工程数を削減させることができ、バイオセンサ1の生産性を向上させることができる。
Therefore, the catalyst material, the base electrode material, and the coated electrode material are used for the respective electrode formation regions. Therefore, the usage amount of the catalyst material, the base electrode material, and the coated electrode material can be kept to the minimum amount, and the production cost of the
(2)また、上記実施形態によれば、触媒層転写工程は、電極形成領域の全体にわたる触媒層液状パターン5Lを転写する。また、下地電極層メッキ工程は、電極形成領域の全体にわたって触媒層5の全体を覆うように下地電極層6を形成する。そして、被覆電極層メッキ工程は、電極形成領域の全体にわたって下地電極層6の全体を覆うように被覆電極層7を形成する。したがって、測定溶液による下地電極層6の腐食を、貴金属からなる被覆電極層7によって防止させることができる。よって、耐腐食性を有しない低コストの非貴金属によって下地電極材料を構成させることができる。そのため、バイオセンサ1の生産コストを、さらに低減させることができる。
(2) Moreover, according to the said embodiment, a catalyst layer transfer process transfers the catalyst
(3)しかも、上記実施形態によれば、触媒層液状パターン5Lを、多孔性の受容層2aに湿式転写する。そのため、スタンプ12bの有する触媒層液状パターン5Lを、より確実にマザープレート2Mへ転写させることができ、触媒層5のサイズや形状に高い再現性を得ることができる。
(3) Moreover, according to the above embodiment, the catalyst
(4)上記実施形態によれば、触媒層転写工程は、カップリング剤を触媒層5の一部として転写し、金属触媒を受容層2aに固定する。したがって、触媒材料を電極形成領域に固定させることができ、下地電極層6の膜厚均一性と、下地電極層6と受容層2aとの間の密着性を向上させることができる。
(4) According to the above embodiment, in the catalyst layer transfer step, the coupling agent is transferred as a part of the
(5)上記実施形態によれば、触媒層活性化工程は、触媒層液状パターン5Lに紫外線を照射する。したがって、紫外領域の光で活性化する光触媒を触媒材料として利用することができ、触媒材料の選択範囲を拡大させることができる。そのため、本製造方法の適用範囲を拡大させることができる。
(5) According to the embodiment, in the catalyst layer activation step, the catalyst
尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、電極形成領域の全体にわたって触媒層液状パターン5Lを転写する構成にした。これに限らず、例えば、電極形成領域を含むマザープレート2Mの略全体に触媒層液状パターン5Lを転写し、電極形成領域以外の領域に紫外線を照射して該電極形成領域以外の領域の触媒層液状パターン5Lを不活性化させる構成であってもよい。これによれば、紫外線の照射によって触媒層5を規定させることができ、電極形成領域のサイズや形状を、より高い精度で形成させることができる。
In addition, you may change the said embodiment as follows.
In the above embodiment, the catalyst
・上記実施形態では、バイオセンサ1が、作用電極、対向電極、検出電極を有する構成にした。これに限らず、例えば、検出電極に代えて参照電極を設けても良く、あるいは、別途参照電極を追加する構成であってもよい。あるいは、作用電極と対向電極のみを有する構成であってもよい。
In the above embodiment, the
・上記実施形態では、支持プレート2が、受容層2aを有する構成にした。これに限らず、例えば、支持プレート2の上面に紫外線照射処理やプラズマ照射処理などの表面処理
を施して触媒層液状パターン5Lに対する所望の濡れ性を付与する構成であってもよい。すなわち、転写した触媒層液状パターン5Lが所望するサイズのパターンを形成する場合、支持プレート2は、受容層2aを有しない構成であってもよい。
In the above embodiment, the
・上記実施形態では、下地電極層6を単層構造で構成した。これに限らず、下地電極層6を多層構造で構成し、下地の電極層と被覆電極層との間に下地電極材料の拡散を抑制するバリア層を挟入してもよい。
In the above embodiment, the
L…試料液、S…収容室、1…バイオセンサ、2…基板としての支持プレート、5…触媒層、6…下地電極層、7…被覆電極層。
L ... Sample solution, S ... Storage chamber, 1 ... Biosensor, 2 ... Support plate as substrate, 5 ... Catalyst layer, 6 ... Base electrode layer, 7 ... Coated electrode layer.
Claims (8)
電極材料を含むメッキ液を前記触媒層に接触させて前記電極形成領域に電極層をメッキする電極層形成工程と、
を備えたことを特徴とするバイオセンサの製造方法。 A catalyst layer forming step of wet-transferring a liquid material containing a catalyst material to an electrode forming region of a substrate to form a catalyst layer in the electrode forming region;
An electrode layer forming step in which a plating solution containing an electrode material is brought into contact with the catalyst layer to plate the electrode layer on the electrode forming region;
A method for producing a biosensor, comprising:
前記電極層形成工程は、
貴金属からなる被覆電極材料を含むメッキ液を前記触媒層に接触させて前記電極形成領域に被覆電極層をメッキする被覆層形成工程を備えたことを特徴とするバイオセンサの製造方法。 In the manufacturing method of the biosensor of Claim 1,
The electrode layer forming step includes
A biosensor manufacturing method comprising a coating layer forming step of plating a coating solution containing a coated electrode material made of a noble metal in contact with the catalyst layer and plating the coated electrode layer on the electrode forming region.
前記電極層形成工程は、
非貴金属からなる下地電極材料を含むメッキ液を前記触媒層に接触させて前記電極形成領域に下地電極層をメッキする下地層形成工程と、
貴金属からなる被覆電極材料を含むメッキ液を前記下地電極層に接触させて前記電極形成領域に被覆電極層をメッキする被覆層形成工程と、
を備えたことを特徴とするバイオセンサの製造方法。 In the manufacturing method of the biosensor of Claim 1,
The electrode layer forming step includes
A base layer forming step of plating a base electrode layer on the electrode forming region by bringing a plating solution containing a base electrode material made of a non-noble metal into contact with the catalyst layer;
A coating layer forming step of plating the coating electrode layer on the electrode formation region by bringing a plating solution containing a coating electrode material made of a noble metal into contact with the base electrode layer;
A method for producing a biosensor, comprising:
前記触媒層は、
前記電極形成領域に被覆電極層をメッキするための触媒活性をもった微粒子または触媒活性をもったカップリング剤の層である、
ことを特徴とするバイオセンサの製造方法。 In the manufacturing method of the biosensor of Claims 1-3,
The catalyst layer is
The electrode forming region is a layer of catalytically active fine particles or a catalytically active coupling agent for plating a coated electrode layer.
A biosensor manufacturing method characterized by the above.
前記触媒層形成工程は、
触媒活性をもったカップリング剤を前記電極形成領域に湿式転写して前記触媒層を形成する、
ことを特徴とするバイオセンサの製造方法。 In the manufacturing method of the biosensor of Claim 4,
The catalyst layer forming step includes
A catalyst having a catalytic activity is wet-transferred to the electrode forming region to form the catalyst layer;
A biosensor manufacturing method characterized by the above.
前記触媒層形成工程は、
前記触媒材料を固定化するためのカップリング剤を前記電極形成領域に湿式転写して前記触媒層を形成する、
ことを特徴とするバイオセンサの製造方法。 In the manufacturing method of the biosensor of Claim 4,
The catalyst layer forming step includes
A coupling agent for immobilizing the catalyst material is wet transferred to the electrode forming region to form the catalyst layer;
A biosensor manufacturing method characterized by the above.
前記触媒層形成工程は、
前記触媒材料を前記基板に固定するためのカップリング剤を全面に形成し、前記電極形成領域以外に紫外線を照射してカップリング剤を不活性化させる、
ことを特徴とするバイオセンサの製造方法。 In the manufacturing method of the biosensor of Claim 4,
The catalyst layer forming step includes
A coupling agent for fixing the catalyst material to the substrate is formed on the entire surface, and the coupling agent is inactivated by irradiating ultraviolet rays outside the electrode formation region.
A biosensor manufacturing method characterized by the above.
前記触媒層形成工程は、
触媒活性をもった微粒子を含む液状体を基板の電極形成領域に湿式転写して乾燥し、前記電極形成領域に紫外線を照射して微粒子を活性化させる、
ことを特徴とするバイオセンサの製造方法。
In the biosensor manufacturing method according to claim 4,
The catalyst layer forming step includes
A liquid containing fine particles having catalytic activity is wet-transferred to the electrode formation region of the substrate and dried, and the electrode formation region is irradiated with ultraviolet rays to activate the fine particles.
A biosensor manufacturing method characterized by the above.
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