JP2008096235A - 電気化学計測マイクロチップ - Google Patents

Abstract

【課題】検出感度の高い電気化学計測マイクロチップを提供する。
【解決手段】被検物質との反応を行う反応部と、電極活性物質を検出する作用電極の配置された検出領域を有する検出部と、反応部と検出部とを繋ぐ第１流路と、第１流路と接続され、検出領域に配置された作用電極に液体が接触する状態で流れる第２流路と、を備える電気化学計測マイクロチップであって、第２流路の流路幅が、当該第２流路流れ方向中心線に直交する方向における検出領域の幅よりも小さいことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気化学的に計測を行う電気化学計測マイクロチップに関する。

近年、抗原の量を測定する方法として、電気化学計測マイクロチップに抗体を固定化し、抗原抗体反応と酵素基質反応とを用いて、抗原の量を電気化学的に検出する方法（電気化学計測法）が提案されている。

この方法は、絶縁基板上に作用電極、参照電極、対向電極からなる電極群が形成され、該電極群にポテンショスタットが接続された電気化学計測マイクロチップを用いる。この作用電極上で、電極活性物質（酵素反応生成物質）が酸化あるいは還元される際に電流が発生するので、この電流値に基づいて、抗原の量の計測するものである。

電気化学計測法の検出感度を向上させる手法としては、微小くし型構造や微小間隔からなるペア構造を有する作用電極を用いる方法が提案されている。これらの構造の作用電極を用いると、図６に示すように、流路を流れる液１２０に含まれる目的物質が、一方の電極１３８で酸化され、ペアとなるもう一方の電極１３９で還元されて、再び酸化可能な目的物質に戻るというレッドクスサイクル効果が得られるので、電極上で得られる電流値が増加する。これにより、検出感度を高めることができる。

また、レドックスサイクルを利用すると、（１）溶液を強制対流せずに測定することができる、（２）ＩＲドロップ（電圧降下）が小さい、（３）反応速度の速い反応の分析が可能である、等といった利点があるので、微小くし型電極等は、微量分析用装置に広く利用されている。

ところで、一般的な微小くし型電極は隣接するバンド電極間の距離、各バンド電極の幅が数μｍ〜数十μｍである。このような微小くし型電極などの微小電極は、通常、半導体分野で用いられているフォトプロセスなどの微細加工技術により作製されており、このような微小くし型電極を用いたデバイスが、例えば下記特許文献１に提案されている。

特開平1-272958号公報

この上記技術を用いて、微小くし型電極を用いて微量の抗原を検出する方法を説明する。まず、抗原をマイクロビーズや基板に固定化された一次抗体と反応させて一次抗体−抗原複合体を形成し、酵素標識された二次抗体を反応させて、一次抗体−抗原−二次抗体複合体を形成する。この結果、固定化される二次抗体は抗原の量に比例する。（サンドイッチ法）

さらに二次抗体の標識酵素と基質とを反応させてレドックスサイクルを行う物質（レドックス種）を生成し、その生成したレドックス種を、レドックスサイクル反応を利用し測定することで抗原を検出する。また、いわゆる競合法を用いることもできる。

しかし、この方法を用いても、検出感度が不十分であるという問題がある。このため、特許文献２に記載のように微小くし型電極を立体にすることにより微小くし型電極の感度を向上させる方法や、特許文献３に記載のように微小電極と同じチップ上に小型のアンプを載せ感度を向上させる方法が提案されている。

特開2004−93406号 特開平3−221857号

しかしながら、特許文献２のように微小くし型電極を立体にするためには加工上煩雑なプロセスが必要となり、製造が容易でない。

また、特許文献３のように微小電極と同一チップ上にアンプを載せる方法は、アンプを構成するＣＭＯＳ基板上に微小電極を形成することになり、チップ作製にはＣＭＯＳプロセスと電極作製プロセスの２つが必要となるため、コスト高になるという問題がある。

また、電気化学計測マイクロチップの電極における酸化還元反応の効果を上げるために、送液速度を制御する方法が考えられる。しかしながら、送液速度制御は、ポンプなどの外部装置を用いなければならず、ポンプを用いて送液速度制御を行った場合、電気化学計測マイクロチップ内の流速が定常状態になるのには時間がかかるため、時間ロスが大きく、且つ細かな流速の制御が難しい。また、目的物質の反応場、検出場が複数存在する場合には、最適な送液速度を制御することは容易でない。

また、作製される電極の幅（くし型電極の場合、その全体としての幅）は数ミリから数センチ単位であり、電気化学計測マイクロチップ内の流路幅が数マイクロメートルから数百マイクロメートル単位である場合、電極上に溶液を満たすためには流路幅を広げる必要がある。この場合、流路幅の拡大率が数十倍から数百倍になるため、電極上での流体（被検液）の線速度が数十分の１から数百分の１程度に低下する。被検液の線速度が低下すると、検出感度が低下してしまうという問題がある。

本発明は、以上に鑑みなされたものであって、検出感度に優れた電気化学計測マイクロチップを提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、被検物質との反応を行う反応部と、電極活性物質を検出する作用電極の配置された検出領域を有する検出部と、前記反応部と前記検出部とを繋ぐ第１流路と、前記第１流路と接続され、前記検出領域に配置された作用電極に液体が接触する状態で流れる第２流路とを備える電気化学計測マイクロチップであって、前記第２流路の流路幅が、当該第２流路の流れ方向中心線に直交する方向における前記検出領域の幅よりも小さいことを特徴とする。

この構成によると、反応部を流れる液の線速度を高めることができ、電極での酸化・還元反応の効率を高めることができる。よって、検出感度が高まる。

ここで、検出領域とは、全ての作用電極を最小の外周線長で包み込んだ場合における当該外周線で囲まれた範囲をいう。例えば、図１１の斜線領域が、検出領域である。

また、「検出領域の幅」とは、電極面を含む平面上で、第２流路の流れ方向の中心線と直交する方向に測った検出領域の幅を意味し、流路幅とは、作用電極を含む平面に垂直な上方から見た場合における底幅を意味する。第２流路幅が一定しない場合には、第２流路の各点において上記関係が満たされている。

ここで、反応部を流れる液の線速度を十分に高める観点から、第２流路の流路幅は、好ましく前記検出領域幅の９０％以下とし、より好ましくは５０％以下とし、さらに好ましくは２０％以下とする。

上記構成において、前記第１流路は、流路幅が一定又は流れ方向に先細り形状であり、第２流路は、流路幅が一定であり、前記第１流路の入口の断面積が、前記第２流路の入口の断面積よりも大きい構成とすることができる。

これにより、反応部を流れる液の線速度をさらに高めることができ、電極での酸化・還元反応の効率を高めることができる。よって、一層検出感度が高まる。

また、上記構成において、前記作用電極が、陽極と陰極とが交互に配置された複数電極からなる構成とすることができる。

この構成によると、目的物質の酸化・還元のレドックスサイクルを利用できるため、更に検出感度を高めることができる。

また、上記構成において、前記作用電極が、Ｘ方向とこれに直交するＹ方向の双方に陽極と陰極とが交互に配置された碁盤目状電極からなり、前記第２流路が、前記碁盤目状電極の陽極と陰極とに順次に接触するよう碁盤目に沿って流れる蛇行形状である構成とすることができる。

また、上記構成において、前記作用電極が、複数のくし電極を有するくし型電極構造であり、前記第２流路が、陽極と陰極とに交互に複数回接触して流れるように、前記複数のくし電極上を蛇行して複数のくし電極の異なる部位に接触して流れる蛇行形状である構成とすることができる。

また、上記構成において、前記作用電極が、陽極と陰極とが同心円状に交互に配置されてなるものであり、前記第２流路が、前記陽極と陰極とに交互に複数回接触して流れる形状である構成とすることができる。

また、上記構成において、前記作用電極が、微小ドット形の陽極と陰極とが交互に配置されてなるものであり、前記第２流路が、前記微小ドット形の陽極と陰極に順次に接触して流れる蛇行形状である構成とすることができる。

これらの各構成によると、レドックスサイクル数を更に増加できるので、更に検出感度を高めることができる。

また、上記構成において、前記反応部の幅が、前記第１流路の幅よりも広い構成とすることができる。

また、上記構成において、前記反応部の高さが、前記第１流路の高さよりも高い構成とすることができる。

これらの構成を採用すると、反応部を流れる液の流れる速度を遅くでき、反応部においては、流速が遅いほうが反応効率が高まるため、反応効率を高めることができる。

ここで、「反応部の高さ」とは、電極面に垂直な方向に測った反応部の高さをいう。例えば、図３の高さ１４２を意味する。

以上説明したように、本発明によると、簡単な構造で検出感度に優れた電気化学計測マイクロチップを実現できる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。図１は本実施の形態にかかる電気化学計測マイクロチップの概念図であり、図２は検出部の拡大説明図である。

（実施の形態１）
図１に示すように、電気化学計測マイクロチップは、検出部１１１と、反応部１１２と、これらを繋ぐ第１流路１１０とを備えている。この電気化学計測マイクロチップは、流路用の溝が形成された上部基板１０１と、下部基板１０２とが重ねあわされてなる。上部基板には、導入口１０５と排出口１０６とが設けられ、それぞれ導入口管１０３、排出口管１０４が繋がれている。また、導入口管１０３にはポンプ１０７が繋がれている。また、検出部１１１には、ポテンショスタット１０８と制御装置１０９とが繋がれている。

図２、図７に示すように、検出部には、作用電極１３１として２つのくし型電極が一定の間隔を持ってかみ合わされた状態で配置されており、この作用電極１３１はリード電極部１３４、１３５、１３６、１３７に繋がれている。また、対向電極１３２、参照電極１３３が形成されている。また、複数のくし電極上を蛇行して複数のくし電極の異なる部位に接触して流れる蛇行形状の第２流路１７２と、反応部と検出部とをつなぐ第１流路１７１とが形成されている。

ここで、図１１に示すように、検出領域（図面中の斜線領域）の幅に対して、第２流路１７２の幅は狭く設定され、例えば９０％以下に設定され、好ましくは５０％以下、より好ましくは３０％以下、最も好ましくは１０％以下に設定されている。

第１流路１７１の最上流側端部の流路幅１５０は、０．１μｍ〜５ｍｍの範囲に設定されており、好ましくは１０μｍ〜５００μｍに設定される。

第１流路１７１の高さ１１０は、１μｍ〜１０ｍｍの範囲に設定されており、好ましくは２０μｍ〜１００μｍに設定される。

第２流路１７２の最上流側端部の流路幅１５２は０．１μｍ〜５ｍｍの範囲に設定されており、好ましくは第１流路１７１の流路幅１５０に対して同じかまたは狭くなるように設定される。流路間の隙間幅１５３は０．１μｍ〜５ｍｍの範囲に設定されており、好ましくは０．１μｍ〜３０μｍの範囲に設定される。

ここで、交互に配列された作用電極１３１だけで電気化学反応が生じることが好ましい。よって、リード電極部１３４、１３５、１３６、１３７では反応を起こさせないために、これらを樹脂または酸化金属膜、窒化金属膜、硫化金属膜など無機材料からなる絶縁性の保護膜により被覆することが好ましい。

図３、図４に反応部の概略図を示す。抗体等の認識物質が固定化されたマイクロビーズ１２２が流去しない状態で保持されており、反応部の高さ１４２は、流路１１０の高さ１４０に対し、１倍から１００倍程度の範囲に設定されており、好ましくは１倍から１０倍の範囲に設定される。これにより、反応部での線速度を極めて遅くでき、反応効率を高めることができる。また、ビーズに抗体等を固定するのに代えて、基板に直接抗体等を固定してもよい。

本実施の形態にかかる電気化学計測マイクロチップの材料としては、次のものを例示することができる。

上部基板１０１としては、シリコン基板、石英基板、酸化アルミニウム基板、ガラス基板、樹脂基板などを例示できる。生産性、再現性の観点から型成型が可能な熱硬化性樹脂基板、熱可塑性樹脂基板、型成型可能なガラス基板等が好ましい。

下部基板１０２としては、酸化膜付きシリコン基板、石英基板、酸化アルミニウム基板、ガラス基板、樹脂基板などを例示することができる。

基板１０２上に形成する電極用の金属、１３２、１３３としては金、白金、銀、クロム、チタン、ステンレスなどを例示することができる。電極膜の厚さは１０ｎｍから１００ｎｍ程度である。

図５は、検出部の構造説明図であり、図１０は、作用電極と流路の関係図である。交互に配列されたバンド電極（くし型電極の１本のくし電極）間の距離は、溶液の拡散層（陽極、陰極間で電子の授受が行われているレドックス種が電極表面から移動している範囲）の距離の中に納まっていることが望ましく、２０ｎｍ〜１０μｍ程度で、各バンド電極の幅は２０ｎｍ〜１０μｍ程度で、各バンド電極の長さ１６１は２０００μｍ程度以下とする。

また、くし型電極に代えて、図８に示すような同心円状に交互に配列されたリング型電極を用いることもできる。電極間の距離は溶液の拡散層の距離の中に納まっていることが望ましく、２０ｎｍ〜１０μｍ程度で、各電極の幅は２０ｎｍ〜１０μｍ程度で、リングの最大径は２ｍｍ程度とする。この場合、図２に示す場合と同様に、第２流路を、陽極と陰極とに交互に複数回接触して流れる流路形状とする。

また、くし型電極に代えて、図９に示すようにドット形電極を用いることもできる。配列された電極間の距離は拡散層の距離の中に納まっていることが望ましく、２０ｎｍ〜１０μｍ程度で、各電極の外径は２０ｎｍ〜１０μｍ程度とする。また、電極の集合体の大きさ（すなわち、検出領域の大きさ）は２０００μｍ×２０００ｍ程度とする。また、絶縁膜を除去した領域には作用電極、対向電極、参照電極を露出させる。また、引き出し線、電極間を結ぶ引き出し線を露出させないことが好ましく、検出領域、対向電極、参照電極、引き出し線等を含んだ検出部の大きさは、２０００μｍ×４０００μｍ程度が好ましい。この場合、第２流路を、微小ドット形の陽極と陰極に順次に接触して流れる蛇行形状とする。

本発明の電極では、サイクリックボルタンメトリの原理を用いて、被検出物を検出する。サイクリックボルタンメトリに際しては、通常、いわゆるデュアルポテンシャルサイクリックボルタンメトリを利用する。この方法では、隣接する電極に異なる電位を与え、隣接する電極間でレドックスサイクルを生じさせる。この場合、通常、一方のリード部から延びるバンド電極１３８をコレクタ電極としてその電位を固定し、他方のリード部から延びるバンド電極１３９をジェネレータ電極としてその電位を一定の速度で変化させる（図５,６参照）。

サイクリックボルタンメトリを利用する際には参照電極と対極を使用するが、参照電極１３３には、銀／塩化銀電極、飽和カロメル電極、水素電極等を用いることができる。また、対極電極１３２には白金電極、カーボン電極を用いることができる。

対向電極や参照電極は、くし型電極と同様に絶縁基板上に作製することができる。対向電極や参照電極をくし型電極と同じ絶縁基板上に作製し、電極ユニットとすることもできる。

チップ内の溶液を観察できるようにする場合は、上部基板として、透明性の高い材料、例えばシリコン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、オレフィン系樹脂、ガラス基板を用いることが好ましい。上部基板１０１への流路となる凹凸の形成には、例えば、機械加工による方法、レーザー加工による方法、金型を用いた射出成型、プレス成型、鋳造による方法などがある。中でも金型を用いる手法は、形状寸法の再現性が高く好ましい。

また、上部基板１０１上に凹凸パターンを作成する場合は、従来一般的に提案されているフォトリソグラフィの手法とエッチング法により形成することができる。基板上にフォトリソグラフィの手法により形成した感光性樹脂を凹凸パターンとして利用することもできる。

図１で、基板１０１に形成される導入孔１０５、排出孔１０６は、直径が１０μｍ以上の貫通穴で良く、導入孔１０５、排出孔１０６は、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＶＣ（ポリビニルカーボネート）、シリコンゴムなどのゴム系のチューブやガラス細管、金属微細管などと、接合されるための突起または孔が直径１０μｍ以上、深さまたは高さが１μｍから５ｍｍとで形成されている。

下部基板への電極の作製には、例えばフォトリソグラフィ法を用いる。また、保護膜の形成は例えば、従来のフォトリソグラフィ法により形成することができる。

次に、本実施の形態にかかる電気化学計測マイクロチップの使用方法を説明する。
まず、チップ内に緩衝液等のバッファー液を流して、チップ内部をバッファー液で満たす。

次に、アレルゲン等の抗原を含む液を流して、反応部においてマイクロビーズに固定された抗体と反応させ、固定化抗体−抗原複合体を形成する。

次に、バッファー液を流して、反応部内を洗浄する。

次に、酵素標識をつけた抗体を含む液を流して、固定化抗体−抗原−酵素標識抗体複合体を形成する。

次に、バッファー液を流して、反応部内を洗浄する。

次に、レドックス種を生じさせる基質を含む液を流して、酵素基質反応を行う。

次に、レドックス種の量を検出部で検出する。

次に、実施例により本発明の説明を行うが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
実施例１として、図７に示すように作用電極としてくし型電極を用いた電気化学計測マイクロチップを作製した。以下、図１〜７を参照しつつ、実施例１にかかる電気化学計測マイクロチップを説明する。

マイクロ分析チップの上部基板１０１の作製には、シリコン樹脂であるＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）樹脂（東レダウコーニング社製ジルポット１８４）を圧膜レジスト（化薬マイクロケム社製ＳＵ−８レジスト）によって作製された型上に流し込み、１００℃、１時間の条件で硬化を行った後、硬化したＰＤＭＳを型から剥離することにより表面に凹凸が形成された外形寸法３０ｍｍ×３０ｍｍ×２ｍｍの上部基板１０１を得た。型の作製には圧膜レジストを用いたフォトプロセスを用い、所望の形状を作製した。

このときの第１流路１７１の流路幅１５０を３００μｍ、高さ１４０を３０μｍに設定した。図３、４に示すように、反応部となる部分の幅１５１を１０００μｍ、反応部の高さ１４２を６０μｍに設定した。また、下部基板の検出領域と重なり合う領域に、第２流路１７２を形成した。この第２流路１７２の流路幅１５２を３０μｍ、隣り合う第２流路間の距離１５３を３０μｍに設定した（図２参照）。

剥離した基板１０１に導入穴１０５、排出穴１０６として外径１ｍｍの穴加工を行った（図１参照）。

下部基板１０２に、電極形成を行った。具体的には、白金電極のパターン１１１、１３２、１３３およびリード電極部１３４、１３５、１３６、１３７の形成には、シリコン基板上に１μｍの熱酸化膜を形成した下部基板１０２を用い、この上に蒸着法によりチタン５０ｎｍ、白金１０ｎｍの順で成膜を行い、蒸着後リフトオフを行うことにより、図７に示すようなくし型の形状を得た。白金電極パターンの電極のバンド間隔を２μｍ、バンド電極の幅を２μｍ、バンド電極の長さ１６１を２０００μｍに設定した（図５参照）。

白金電極パターン形成後、電極１３３上にスパッタ法により銀を２μｍの形成し、スパッタ後リフトオフにより所望の形状を得た。銀電極パターン１３２の寸法を５００μ×５００μｍに設定した。電極パターン形成後、図５に示すように、スパッタ法により絶縁層１６２として酸化シリコン膜を２００ｎｍ成膜し、ウェットエッチング法により２ｍｍ×４ｍｍの電極窓１６０部およびリード電極部１３４、１３５、１３６、１３７端部に０．５ｍｍ×０．５ｍｍのポテンショスタット接続用の接続窓の酸化シリコン膜を除去した。

電極パターン、絶縁層および電極窓形成後、０．１モル塩酸水溶液中で陰極に電極１３２、陽極に電極１３３を用いて電極１３３表面の塩化処理を行い、電極１３３表面に層厚５００ｎｍ塩化銀の層パターンを形成した。基板１０１凹凸面および基板１０２電極形成表面に接着のための表面改質処理を行った。表面改質処理にはアッシング装置（サムコ（株）社製ＦＡ−１）を用い、出力２５Ｗ、ガス圧１０Ｐａ、酸素流量５０ｓｃｃｍの条件下でプラズマ処理を１５秒行った。プラズマによる表面改質後、処理面を重ね合わせ、３時間自然放置を行った。このとき、第２流路は蛇行させ、くし電極１３８、１３９が交互に交わるように配置した。

放置後、基板１０１と基板１０２は接着されており容易に剥離することのできない強度と成ることを確認し、導入穴１０５、排出穴１０６に外径１ｍｍ、内径０．５ｍｍのシリコンチューブ１０３、１０４を挿入し、穴とチューブの隙間にＰＤＭＳ樹脂によるコーティングを行った。導入側となるチューブ１０３にポンプ１０７の接続を行い、リード電極部端部の接続窓にポテンショスタット１０８から延長されたリード線を接続し、反応溶液の送液およびポテンショスタット１０８、制御装置１０９を設けた。

（実施例２）
実施例２として、図８に示す同心円状に陽極と陰極とが交互に配置された電極を作用電極として用いた電気化学計測マイクロチップを作製した。

基板１０１の作製には、ＰＤＭＳ樹脂を用いた。検出部となるφ３０００μｍ領域に放射線状の流路１１０を形成した。白金電極のパターンおよびリード電極部の形成には、シリコン基板上に１μｍの熱酸化膜を形成した基板１０２上に蒸着法によりチタン５０ｎｍ、白金１０ｎｍの順で成膜を行い、蒸着後リフトオフを行った。リング電極１３８・１３９の最大径は２ｍｍに設定されており、リング電極１３８・１３９の線幅は２μｍに設定し、電極間の隙間を２μｍに設定した。

リング状の形状を形成後、電極面の一部にスパッタリング法により５０ｎｍの酸化シリコン膜を形成した。リング状の電極１３８同士をつなぐ配線を先に形成した酸化シリコン膜上にスパッタリング法により白金を形成し、引き出し線と接続した。同様にリング状電極１３９同士をつなぐ配線を酸化シリコン膜上にスパッタリング法により白金を形成し、引き出し線と接続した。電極パターン形成後、スパッタ法により絶縁層として酸化シリコン膜を２００ｎｍ成膜し、ウェットエッチング法により接続線の部分を除く電極窓部およびリード電極部端部に０．５ｍｍ×０．５ｍｍのポテンショスタット接続用の接続窓の酸化シリコン膜を除去した。電極パターン、絶縁層および電極窓形成後、０．１モル塩酸水溶液中で対向電極・参照電極表面の塩化処理を行い、対向電極・参照電極表面に層厚５００ｎｍ塩化銀の層パターンを形成した。

基板１０１凹凸面および基板１０２電極形成表面に接着には実施例１と同様の手法を用いて接着を行った。このとき、流路と電極のリング電極１３８、１３９が交互に交わるように配置した。

接着後、実施例１と同様の加工を行った。なお、その他の事項については、実施例１と同様である。

（実施例３）
実施例３として、図９に示す微小ドットに陽極と陰極とが交互に配置された電極を作用電極として用いた電気化学計測マイクロチップを作製した。

基板１０１の作製には、ＰＤＭＳ樹脂を用いた。検出部となる２５００μｍ×５０００μｍの領域に作用電極と交差する部分の流路１１０を形成した。白金電極のパターン１１１、１３２、１３３およびリード電極部の形成には、シリコン基板上に１μｍの熱酸化膜を形成した基板１０２上に蒸着法によりチタン５０ｎｍ、白金１０ｎｍの順で成膜を行い、蒸着後リフトオフを行うことにより、図９に示すようなドット型の形状を得た。

ドット形電極１３８・１３９の集合は２ｍｍ×２ｍｍの検出領域内に入るように設計されており、ドット電極１３８・１３９の外径を５μｍに設定し、各電極の隙間が５μｍになるように配置した。ドット電極１３８同士をつなぐ配線をスパッタリング法により白金を５０ｎｍ形成した。同様にドット電極１３９同士をつなぐ配線をスパッタリング法により白金を５０ｎｍ形成した。電極パターン形成後、実施例１と同様にしてスパッタ法により絶縁層として酸化シリコン膜を２００ｎｍ成膜し、ウェットエッチング法により電極窓部のドット電極がパターンされている箇所およびリード電極部端部に０．５ｍｍ×０．５ｍｍのポテンショスタット接続用の接続窓の酸化シリコン膜を除去した。

電極パターン、絶縁層および電極窓形成後、０．１モル塩酸水溶液中で対向電極・参照電極表面の塩化処理を行い、対向電極・参照電極表面に膜厚５００ｎ塩化銀の層パターンｍを形成した。基板１０１凹凸面および基板１０２電極形成表面に接着には実施例１と同様の手法を用いて接着を行った。このとき、流路とドット電極１３８、１３９が交互に交わるように配置した。

接着後、実施例１と同様の加工を行った。なお、その他の事項については、実施例１と同様である。

実施例１〜３の電気化学計測マイクロチップを用い、実際に計測を行い、従来の構造の電気化学計測マイクロチップ（第２流路幅が第１流路の３０倍に拡大しているもの）と計測結果を比較した。その結果、実施例１〜３では、従来品よりも１．５〜３倍の電流値が得られ、実施例１〜３によると、検出感度を飛躍的に高めることができることが確認された。

以上説明したように、本発明によると、簡単な構造で高感度な電気化学計測マイクロチップを実現することができる。この電気化学計測マイクロチップは、バイオセンサ、アレルゲンセンサー、核酸チップ、μＴＡＳ等の電気化学計測マイクロチップ全般に利用できる。よって、産業上の意義は大きい。

実施の形態１にかかる電気化学測定用マイクロチップ測定装置の説明図である。 実施の形態１にかかる電気化学計測マイクロチップの検出部の流路構造説明図である。 実施の形態１にかかる電気化学計測マイクロチップの反応部の断面構造の説明図である。 実施の形態１にかかる電気化学計測マイクロチップの反応部の構造説明図である。 実施の形態１にかかる検出部の構造説明図である。 実施の形態１にかかる作用電極の断面構造の説明図である。 くし型作用電極の構造説明図である。 リング型作用電極の構造説明図である。 ドット型作用電極の構造説明図である。 作用電極と流路の関係図である。 検出領域と作用電極との関係を示す説明図である。

符号の説明

１０１ 上部基板
１０２ 下部基板
１０３ 導入口管
１０４ 排出口管
１０５ 導入口
１０６ 排出口
１０７ ポンプ
１０８ ポテンショスタット
１０９ 制御装置
１１０ 流路
１１１ 検出部
１１２ 反応部
１２０ 流体の流れ方向
１２１ ビーズトラップ
１２２ マイクロビーズ
１３０ 電極引き出し線
１３１ 作用電極
１３２ 対向電極
１３３ 参照電極
１３４、１３５、１３６、１３７ リード電極部
１３８ 作用電極アノード側
１３９ 作用電極カソード側
１４０、１４２ 流路の高さ
１６０ 電極窓
１６１ バンド電極の長さ
１６２ 絶縁層
１７１ 第１流路
１７２ 第２流路

Claims (9)

1. 被検物質との反応を行う反応部と、
   電極活性物質を検出する作用電極の配置された検出領域を有する検出部と、
   前記反応部と前記検出部とを繋ぐ第１流路と、
   前記第１流路と接続され、前記検出領域に配置された作用電極に液体が接触する状態で流れる第２流路と
   を備える電気化学計測マイクロチップであって、
   前記第２流路の流路幅が、当該第２流路の流れ方向中心線に直交する方向における前記検出領域の幅よりも小さい、
   ことを特徴とする電気化学計測マイクロチップ。
2. 請求項１に記載の電気化学計測マイクロチップにおいて、
   前記第１流路は、流路幅が一定又は流れ方向に先細り形状であり、
   第２流路は、流路幅が一定であり、
   前記第１流路の入口の断面積が、前記第２流路の入口の断面積よりも大きい、
   ことを特徴とする電気化学計測マイクロチップ。
3. 請求項１または２に記載の電気化学計測マイクロチップにおいて、
   前記作用電極が、陽極と陰極とが交互に配置された複数電極からなる、
   ことを特徴とする電気化学計測マイクロチップ。
4. 請求項１または２に記載の電気化学計測マイクロチップにおいて、
   前記作用電極が、Ｘ方向とこれに直交するＹ方向の双方に陽極と陰極とが交互に配置された碁盤目状電極からなり、
   前記第２流路が、前記碁盤目状電極の陽極と陰極に順次に接触するよう碁盤目に沿って流れる蛇行形状である、
   ことを特徴とする電気化学計測マイクロチップ。
5. 請求項１または２に記載の電気化学計測マイクロチップにおいて、
   前記作用電極が、複数のくし電極を有するくし型電極構造であり、
   前記第２流路が、陽極と陰極と交互に複数回接触して流れるように、前記複数のくし電極上を蛇行して複数のくし電極の異なる部位に接触して流れる蛇行形状である、
   ことを特徴とする電気化学計測マイクロチップ。
6. 請求項１又は２に記載の電気化学計測マイクロチップにおいて、
   前記作用電極が、陽極と陰極とが同心円状に交互に配置されてなるものであり、
   前記第２流路が、前記陽極と陰極と交互に複数回接触して流れる形状である、
   ことを特徴とする電気化学計測マイクロチップ。
7. 請求項１または２に記載の電気化学計測マイクロチップにおいて、
   前記作用電極が、微小ドット形の陽極と陰極とが交互に配置されてなるものであり、
   前記第２流路が、前記微小ドット形の陽極と陰極に順次に接触して流れる蛇行形状である、
   ことを特徴とする電気化学計測マイクロチップ。
8. 請求項１または２に記載の電気化学計測マイクロチップにおいて、
   前記反応部の幅が、前記第１流路の幅よりも広い、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学計測マイクロチップ。
9. 請求項１または２に記載の電気化学計測マイクロチップにおいて、
   前記反応部の高さが、前記第１流路の高さよりも高い、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学計測マイクロチップ。