JP2008175697A - Method of manufacturing sensor, sensor, and detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生体分子を検出するセンサの製造方法、センサおよび検出装置に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a sensor for detecting a biomolecule, a sensor, and a detection apparatus.
酵素、DNA、抗体等の生体関連物質を用いたバイオセンサは、血糖、コレステロール、尿素およびビタミン等、多くの生体分子を選択的に検出する手段として広く研究されている。
中でも、検出対象物と酸化酵素とが反応することによって生じる生成物または消費される物質を、電気化学的に検出するバイオセンサは、盛んに研究が進められ、血糖値センサや尿糖値センサ等として開発されている。
Biosensors using biological materials such as enzymes, DNA, and antibodies have been widely studied as means for selectively detecting many biomolecules such as blood glucose, cholesterol, urea, and vitamins.
In particular, biosensors that electrochemically detect products generated or consumed by the reaction of a detection target and an oxidase are actively researched, such as blood glucose level sensors and urine sugar level sensors. Has been developed as.
このような酸化酵素を用いるバイオセンサとしては、(1)酵素反応に伴う酸素濃度の減少を、酸素センサ(酸素電極)により検出するもの、(2)酵素反応に伴って生成される過酸化水素を、過酸化水素電極上で電気分解し、その際に生じる電流を検出するもの、(3)酸化還元性の分子と酵素とを複合化した複合体と測定対象物とを反応させ、その反応に伴って生じた還元型メディエータを、電極上で酸化型メディエータに変換し、その際に生じる電流を検出するもの等が知られている。また、(2)と(3)の中間的なものとして(4)酵素反応に伴って生成される過酸化水素を、メディエータと電気的に結合させたホースラディッシュパーオキシダーゼ(HRP)によって還元し、その際に生じる電流を検出するものも報告されている。 Biosensors using such an oxidase include (1) a sensor that detects a decrease in oxygen concentration associated with an enzyme reaction with an oxygen sensor (oxygen electrode), and (2) hydrogen peroxide that is produced along with the enzyme reaction. That is electrolyzed on a hydrogen peroxide electrode, and the current generated at that time is detected. (3) The reaction is performed by reacting the complex of the redox molecule and enzyme and the measurement object. A reduction type mediator generated along with this is converted into an oxidation type mediator on an electrode, and a current generated at that time is detected. In addition, as an intermediate between (2) and (3), (4) the hydrogen peroxide produced by the enzyme reaction is reduced by horseradish peroxidase (HRP) electrically coupled to the mediator, Some have been reported to detect the current generated at that time.
ところで、このようなバイオセンサは、具体的には、生体関連物質を含有する反応層と、反応層の接触して設けられ、生体反応に伴って生じる電荷の移動を電流として検出する測定極(作用電極)と、作用電極と並設された対向電極および補償極(参照電極)とを有している。そして、反応層、対向電極および参照電極に液体試料を接触させることによって、液体試料に含まれる測定対象物を検出する(例えば、特許文献1参照)。
このようなバイオセンサが有する各電極は、基板上に、所定のパターンで形成された導電層で構成される。また、作用電極は、この導電層上に、生体関連物質を含有する液状材料を供給し、反応層を形成することによって製造される。
By the way, specifically, such a biosensor is provided in contact with a reaction layer containing a biological substance and a reaction layer, and a measurement electrode that detects a movement of electric charges caused by a biological reaction as an electric current ( Working electrode), and a counter electrode and a compensation electrode (reference electrode) juxtaposed with the working electrode. And the measurement target contained in a liquid sample is detected by making a liquid sample contact a reaction layer, a counter electrode, and a reference electrode (for example, refer patent document 1).
Each electrode of such a biosensor is composed of a conductive layer formed in a predetermined pattern on a substrate. The working electrode is manufactured by supplying a liquid material containing a biological substance on the conductive layer to form a reaction layer.
導電層は、各種の成膜方法により形成されるが、導電性材料粒子と有機バインダ成分とを含有する導電性ペーストを基板上に塗布した後、乾燥することによって形成されたものが好ましい。このような液相プロセスを用いることにより、蒸着等の気相プロセスを用いるのに比べて、製造工程を大幅に簡素化することができる。
ここで、電気化学的な検出原理に基づくバイオセンサにおいては、検出対象物と各電極との間に生じる電子の移動に基づいて、検出対象物の検出を行う。このため、各電極の表面は、試料に対して十分な親和性(濡れ性)を有していることが必要である。
The conductive layer is formed by various film forming methods, and is preferably formed by applying a conductive paste containing conductive material particles and an organic binder component onto a substrate and then drying. By using such a liquid phase process, the manufacturing process can be greatly simplified as compared to using a vapor phase process such as vapor deposition.
Here, in the biosensor based on the electrochemical detection principle, the detection target is detected based on the movement of electrons generated between the detection target and each electrode. For this reason, the surface of each electrode needs to have sufficient affinity (wetability) with respect to a sample.
しかしながら、有機バインダ成分を含有する電極は、一般に、表面が疎水性である。一方、検出対象物の多くは親水性を有している。このため、電極表面が疎水性であると、試料(検出対象物)が電極に対して十分に密着することができず、検出対象物の検出が困難になる。このため、検出対象物の検出精度や検出感度が低いという問題がある。
また、特に作用電極を作製する際には、導電層上に、生体関連物質を含有する液状材料を供給して反応層を形成するが、導電層と液状材料との密着性が低い場合、反応層を形成することができない。
However, an electrode containing an organic binder component is generally hydrophobic on the surface. On the other hand, many detection objects have hydrophilicity. For this reason, if the electrode surface is hydrophobic, the sample (detection target) cannot sufficiently adhere to the electrode, and it becomes difficult to detect the detection target. For this reason, there exists a problem that the detection accuracy and detection sensitivity of a detection target object are low.
In particular, when preparing a working electrode, a liquid material containing a biological substance is supplied onto the conductive layer to form a reaction layer. If the adhesion between the conductive layer and the liquid material is low, a reaction is performed. A layer cannot be formed.
本発明の目的は、液体試料や、液体試料中の検出対象物を認識する受容体に対して、十分な濡れ性(密着性)を示す導電層を有する電極を備え、検出対象物を高精度かつ高感度で検出可能なセンサを容易に製造することができるセンサの製造方法、かかるセンサの製造方法により製造されたセンサ、およびかかるセンサを備えた高性能な検出装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an electrode having a conductive layer exhibiting sufficient wettability (adhesion) for a liquid sample and a receptor for recognizing the detection object in the liquid sample. Another object of the present invention is to provide a sensor manufacturing method capable of easily manufacturing a sensor capable of being detected with high sensitivity, a sensor manufactured by such a sensor manufacturing method, and a high-performance detection device including such a sensor.
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のセンサの製造方法は、基材上に、導電性材料の粒子と有機バインダ成分とを含有する導電層を形成する第1の工程と、
該導電層中の前記有機バインダ成分を分解する処理、および、前記導電層上に親水性基を導入する処理の少なくとも一方を行うことにより、前記導電層表面を親水化する第2の工程とを有することを特徴とする。
これにより、液体試料に対して、十分な濡れ性(密着性)を示す導電層を有する電極を備え、検出対象物を高精度かつ高感度で検出可能なセンサを容易に製造することができる。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The method for producing a sensor of the present invention includes a first step of forming a conductive layer containing conductive material particles and an organic binder component on a substrate,
A second step of hydrophilizing the surface of the conductive layer by performing at least one of a process of decomposing the organic binder component in the conductive layer and a process of introducing a hydrophilic group onto the conductive layer. It is characterized by having.
Thereby, it is possible to easily manufacture a sensor that includes an electrode having a conductive layer exhibiting sufficient wettability (adhesion) with respect to a liquid sample and can detect a detection target with high accuracy and high sensitivity.
本発明のセンサの製造方法では、さらに、前記第2の工程を行った前記導電層上に、試料中の検出対象物と反応する反応層を形成する第3の工程を有することが好ましい。
これにより、検出対象物を認識する受容体に対して、十分な濡れ性(密着性)を示す導電層を有する電極を備え、検出対象物を高精度かつ高感度で検出可能なセンサを容易に製造することができる。
本発明のセンサの製造方法では、前記反応層は、前記検出対象物との間で電気化学反応を行う酸化還元酵素を含むことが好ましい。
この場合、本発明の作用・効果がより顕著に発揮される。
The sensor manufacturing method of the present invention preferably further includes a third step of forming a reaction layer that reacts with the detection target in the sample on the conductive layer subjected to the second step.
This facilitates a sensor that has an electrode having a conductive layer exhibiting sufficient wettability (adhesion) for a receptor that recognizes a detection target and can detect the detection target with high accuracy and high sensitivity. Can be manufactured.
In the sensor manufacturing method of the present invention, it is preferable that the reaction layer includes an oxidoreductase that performs an electrochemical reaction with the detection target.
In this case, the action and effect of the present invention are more remarkably exhibited.
本発明のセンサの製造方法では、前記第1の工程において、溶媒中に前記導電性材料の粒子と前記有機バインダ成分とを含有してなる液体材料を、前記基材上に供給して液状被膜を形成し、該液状被膜中から前記溶媒を除去することにより、前記導電層を形成することが好ましい。
これにより、フォトリソグラフィーのようなコストと手間がかかるプロセスを用いることなく、短時間でかつ容易に電極および配線を形成することができる。
In the sensor manufacturing method of the present invention, in the first step, a liquid material containing particles of the conductive material and the organic binder component in a solvent is supplied onto the base material to form a liquid film. It is preferable to form the conductive layer by removing the solvent from the liquid film.
This makes it possible to easily form electrodes and wiring in a short time without using a costly and laborious process such as photolithography.
本発明のセンサの製造方法では、前記液体材料を、液滴吐出法により供給することが好ましい。
これにより、より容易に、微細なパターンの電極および配線を形成することができる。また、吐出する液滴の数を制御することにより、電極および配線の厚さや幅を容易に制御することができる。
本発明のセンサの製造方法では、前記有機バインダ成分を分解する処理は、前記導電層に紫外光を照射するものであることが好ましい。
これにより、簡単なドライプロセスにもかかわらず、導電層の表面を短時間で親水化することができる。
In the sensor manufacturing method of the present invention, the liquid material is preferably supplied by a droplet discharge method.
Thereby, the electrode and wiring of a fine pattern can be formed more easily. In addition, the thickness and width of the electrode and the wiring can be easily controlled by controlling the number of droplets to be discharged.
In the sensor manufacturing method of the present invention, it is preferable that the treatment for decomposing the organic binder component irradiates the conductive layer with ultraviolet light.
Thereby, despite the simple dry process, the surface of the conductive layer can be hydrophilized in a short time.
本発明のセンサの製造方法では、前記紫外光の波長は、200〜300nmであることが好ましい。
これにより、導電層や紫外光を選択的に照射するために用いるマスクの過剰な劣化を防止しつつ、導電層の表面付近に存在する有機バインダ成分を効率よく分解することができる。その結果、導電層の表面を効率よく親水化することができる。
In the sensor manufacturing method of the present invention, the wavelength of the ultraviolet light is preferably 200 to 300 nm.
Thereby, the organic binder component existing near the surface of the conductive layer can be efficiently decomposed while preventing excessive deterioration of the conductive layer and the mask used for selective irradiation with ultraviolet light. As a result, the surface of the conductive layer can be efficiently hydrophilized.
本発明のセンサの製造方法では、前記有機バインダ成分は、ポリアクリル酸エステル系樹脂またはエポキシ系樹脂を含むことが好ましい。
これらの有機バインダ成分は、酸素存在雰囲気下で紫外光を照射した際に発生するオゾンによって効率よく酸化され、水酸基を生成する。したがって、このような有機バインダ成分を含有する導電層は、この水酸基の作用により、効率よく親水化される。
本発明のセンサの製造方法では、前記有機バインダ成分を分解する処理は、前記導電層に、脂肪を分解する酵素を接触させるものであることが好ましい。
これにより、導電層の表面を容易に親水化することができる。
In the sensor manufacturing method of the present invention, the organic binder component preferably contains a polyacrylate resin or an epoxy resin.
These organic binder components are efficiently oxidized by ozone generated when irradiated with ultraviolet light in an oxygen-existing atmosphere to generate hydroxyl groups. Therefore, the conductive layer containing such an organic binder component is efficiently hydrophilized by the action of this hydroxyl group.
In the method for producing a sensor of the present invention, it is preferable that the treatment for decomposing the organic binder component is to bring an enzyme that decomposes fat into contact with the conductive layer.
Thereby, the surface of a conductive layer can be easily hydrophilized.
本発明のセンサの製造方法では、前記脂肪を分解する酵素は、リパーゼであることが好ましい。
これにより、リパーゼは、生体内に多量に含まれており、入手が容易である。また、リパーゼは、各種有機溶媒に対する耐性が高いので、酵素と有機溶媒とを含む処理液を導電層に塗布する際に、酵素が失活してしまい、酵素による有機バインダ成分の分解作用が低下してしまうのを防止することができる。
In the method for producing a sensor of the present invention, the enzyme that degrades fat is preferably lipase.
Thereby, lipase is contained in a large amount in the living body and is easily available. In addition, since lipase has high resistance to various organic solvents, when the treatment liquid containing the enzyme and the organic solvent is applied to the conductive layer, the enzyme is deactivated, and the decomposition action of the organic binder component by the enzyme is reduced. Can be prevented.
本発明のセンサの製造方法では、前記有機バインダ成分は、エステル結合を含有する樹脂を含むことが好ましい。
脂肪を分解する酵素は、主にエステル結合の分解に寄与するため、エステル結合を含有する樹脂を特に効率よく分解することができる。このため、比較的短時間で、導電層の表面を親水化することができる。
In the method for producing a sensor of the present invention, the organic binder component preferably includes a resin containing an ester bond.
The enzyme that degrades fat mainly contributes to the degradation of the ester bond, and therefore can efficiently decompose the resin containing the ester bond. For this reason, the surface of the conductive layer can be hydrophilized in a relatively short time.
本発明のセンサの製造方法では、前記導電層上に、紫外光の照射による分解性が、前記有機バインダ成分よりも大きい性質を有する反応増幅剤を含む表面層を形成し、その後、前記表面層に紫外光を照射することにより、前記表面層上に親水性基を導入することが好ましい。
これにより、波長が比較的長く、光エネルギーが比較的小さい紫外光によっても、導電層の表面を短時間で確実に親水化することができる。また、波長の長い紫外光を用いることにより、酸素存在雰囲気下での紫外光の照射に伴うオゾンの発生を抑制することができるので、オゾンによる環境への負荷を低減することができる。
本発明のセンサの製造方法では、前記反応増幅剤は、ニトロベンジル誘導体を含むことが好ましい。
ニトロベンジル誘導体を含む反応増幅剤は、光感受性が高いため、紫外光の強度(照度)が小さくても、短時間で確実に処理を行うことができる。
In the method for producing a sensor of the present invention, a surface layer containing a reaction amplifying agent having a property that the decomposability by ultraviolet light irradiation is larger than that of the organic binder component is formed on the conductive layer, and then the surface layer It is preferable to introduce a hydrophilic group onto the surface layer by irradiating with UV light.
Accordingly, the surface of the conductive layer can be reliably hydrophilized in a short time even with ultraviolet light having a relatively long wavelength and relatively small light energy. In addition, by using ultraviolet light having a long wavelength, generation of ozone accompanying irradiation of ultraviolet light in an oxygen-existing atmosphere can be suppressed, so that an environmental load due to ozone can be reduced.
In the sensor manufacturing method of the present invention, the reaction amplification agent preferably contains a nitrobenzyl derivative.
Since the reaction amplifying agent containing a nitrobenzyl derivative has high photosensitivity, even if the intensity (illuminance) of ultraviolet light is small, it can be reliably processed in a short time.
本発明のセンサの製造方法では、前記紫外光の波長は、300〜400nmであることが好ましい。
これにより、導電層や紫外光を選択的に照射するために用いるマスクの過剰な劣化を防止しつつ、反応増幅剤中の光分解性保護基を確実に脱離させることができる。その結果、導電層の表面を効率よく親水化することができる。
In the sensor manufacturing method of the present invention, the wavelength of the ultraviolet light is preferably 300 to 400 nm.
Thereby, the photodegradable protecting group in the reaction amplifying agent can be reliably removed while preventing excessive deterioration of the conductive layer and the mask used for selectively irradiating with ultraviolet light. As a result, the surface of the conductive layer can be efficiently hydrophilized.
本発明のセンサの製造方法では、前記第2の工程において、前記導電層上に、ポリペプチド鎖またはその変性物を含む表面層を形成することにより、前記導電層上に親水性基を導入することが好ましい。
ポリペプチド鎖またはその変性物は、生体関連物質に対する親和性が高いため、検出対象物や、隣接する反応層中の受容体の活性が低下するのを防止することができる。このため、検出感度に優れたセンサを得ることができる。
In the method for producing a sensor of the present invention, in the second step, a hydrophilic layer is introduced onto the conductive layer by forming a surface layer containing a polypeptide chain or a modified product thereof on the conductive layer. It is preferable.
Since the polypeptide chain or a modified product thereof has a high affinity for a biological substance, it is possible to prevent a decrease in activity of a detection target or a receptor in an adjacent reaction layer. For this reason, a sensor excellent in detection sensitivity can be obtained.
本発明のセンサの製造方法では、前記ポリペプチド鎖は、ウシ血清アルブミンまたはその変性物を含むことが好ましい。
ウシ血清アルブミンおよびその変性物は、導電層に対して特に強固に密着するため、導電層の表面を確実に親水化することができる。また、ウシ血清アルブミンまたはその変性物が、導電層上に形成され、検出対象物との間で相互作用を行う受容体を含む反応層中に含まれる場合には、表面層が、導電層と反応層の双方に対して優れた密着性を示す。これにより、反応層と導電層との間の電子移動性を高めることができ、センサの感度を高めることができる。
In the method for producing a sensor of the present invention, the polypeptide chain preferably contains bovine serum albumin or a modified product thereof.
Since bovine serum albumin and a modified product thereof are particularly firmly adhered to the conductive layer, the surface of the conductive layer can be reliably hydrophilized. In addition, when bovine serum albumin or a modified product thereof is contained in a reaction layer that is formed on a conductive layer and contains a receptor that interacts with a detection target, the surface layer is a conductive layer. Excellent adhesion to both reaction layers. Thereby, the electron mobility between the reaction layer and the conductive layer can be increased, and the sensitivity of the sensor can be increased.
本発明のセンサの製造方法では、前記第2の工程において、前記導電層上に、界面活性剤を含む表面層を形成することにより、前記導電層上に親水性基を導入することが好ましい。
これにより、導電層の状態によらず、導電層の表面を確実に親水化することができる。したがって、有機バインダ成分の種類の選択の幅を拡大することができる。
In the sensor manufacturing method of the present invention, in the second step, it is preferable to introduce a hydrophilic group onto the conductive layer by forming a surface layer containing a surfactant on the conductive layer.
Thereby, the surface of the conductive layer can be reliably hydrophilized regardless of the state of the conductive layer. Therefore, the range of selection of the type of organic binder component can be expanded.
本発明のセンサは、本発明のセンサの製造方法により製造されたことを特徴とする。
これにより、検出対象物を高精度かつ高感度で検出可能なセンサが得られる。
本発明のセンサは、基材と、
該基材上に設けられ、導電性材料の粒子と有機バインダ成分とを含有する導電層を備えた対向電極と、
前記基材上に設けられた導電性材料の粒子と有機バインダ成分とを含有する導電層と、該導電層上に設けられ、試料中の検出対象物と反応する反応層とを備えた作用電極とを有し、
前記各導電層のうちの少なくとも1つは、含有する前記有機バインダ成分を分解する処理、および、表面に親水性基を導入する処理の少なくとも一方を施したものであることを特徴とする。
これにより、液体試料や、液体試料中の検出対象物を認識する受容体に対して、十分な濡れ性(密着性)を示す導電層を有する電極を備え、検出対象物を高精度かつ高感度で検出可能なセンサが得られる。
本発明の検出装置は、本発明のセンサを備えたことを特徴とする。
これにより、高性能な検出装置が得られる。
The sensor of the present invention is manufactured by the sensor manufacturing method of the present invention.
Thereby, the sensor which can detect a detection target object with high precision and high sensitivity is obtained.
The sensor of the present invention comprises a base material,
A counter electrode provided with a conductive layer provided on the substrate and containing particles of a conductive material and an organic binder component;
A working electrode comprising a conductive layer containing conductive material particles and an organic binder component provided on the substrate, and a reaction layer provided on the conductive layer and reacting with an object to be detected in a sample. And
At least one of the conductive layers is subjected to at least one of a treatment for decomposing the organic binder component contained and a treatment for introducing a hydrophilic group on the surface.
As a result, an electrode having a conductive layer exhibiting sufficient wettability (adhesiveness) for a liquid sample and a receptor that recognizes the detection object in the liquid sample is provided, and the detection object is accurately and highly sensitive. A sensor that can be detected is obtained.
The detection device of the present invention includes the sensor of the present invention.
Thereby, a high-performance detection device is obtained.
以下、本発明のセンサの製造方法、センサおよび検出装置を、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明のセンサを備えた本発明の検出装置の構成を示す模式図(斜視図)、図2は、本発明のセンサを模式的に示す平面図、図3は、図1に示すセンサが備える1つの検出部を拡大して示す平面図、図4は、図2に示すセンサのA−A線断面図、図5は、図4に示す断面図の部分拡大図、図6、7は、図4に示すセンサの製造方法を説明するための縦断面図である。なお、以下の説明では、図2および図3中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」と言う。また、図4〜図7中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
Hereinafter, a sensor manufacturing method, a sensor, and a detection device of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram (perspective view) showing a configuration of a detection device of the present invention provided with the sensor of the present invention, FIG. 2 is a plan view schematically showing the sensor of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a sectional view taken along line AA of the sensor shown in FIG. 2, FIG. 5 is a partially enlarged view of the sectional view shown in FIG. , 7 are longitudinal sectional views for explaining a method of manufacturing the sensor shown in FIG. In the following description, the front side of the paper in FIGS. 2 and 3 is referred to as “up”, and the back side of the paper is referred to as “down”. Moreover, the upper side in FIGS. 4-7 is called "upper", and the lower side is called "lower".
本発明のセンサは、液体試料中に含まれるターゲット(検出対象物)の量を、電極から取り出される電流値に基づいて測定するものである。
図1に示す測定装置(検出装置)100は、センサ1と、センサ1で得られた電流値を解析する処理回路101を備えた演算装置102と、センサ1を装着するコネクタ103、処理回路101とコネクタ103とを接続する配線104とを有する。
The sensor of the present invention measures the amount of a target (detection target) contained in a liquid sample based on a current value taken out from an electrode.
A measurement apparatus (detection apparatus) 100 shown in FIG. 1 includes a
図2および図3に示すセンサ1は、基板2上に、作用電極(電極)21、22、23、対向電極61、62、63および参照電極71、72、73でそれぞれ構成された検出部11、12、13のような複数の検出部を有している。
これらの各電極は、それぞれ独立して、配線3、コネクタ103および配線104を介して、処理回路101と電気的に接続されている。そして、センサ1は、コネクタ103において着脱可能となっている。
また、検出部11、12、13は、図4に示すように、それぞれ隔壁6を介して隔離されている。
The
Each of these electrodes is independently electrically connected to the
Moreover, the
このようなセンサ1は、図4に示すように、基板2と隔壁6とで画成される試料供給空間5に、液体試料50を供給することにより、後述する各作用電極21、22、23上に設けられた反応層と液体試料50とが接触する。そして、液体試料50中のターゲットと反応層とが反応することにより、各作用電極21、22、23から電流を取り出すことができる。これにより、この電流値の変化に基づいて液体試料50中のターゲットの量を測定(検出)することができる。
ここで、液体試料としては、例えば、血液、尿、汗、リンパ液、髄液、胆汁、唾液等の体液や、これらの体液に各種処理を施した処理済み液等が挙げられる。
As shown in FIG. 4, such a
Here, examples of the liquid sample include body fluids such as blood, urine, sweat, lymph, cerebrospinal fluid, bile, and saliva, and processed fluids obtained by performing various treatments on these body fluids.
また、液体試料中に含まれるターゲットは、後述する受容体と反応することにより、電子(e−)を放出するものである。
このようなターゲットとしては、例えば、グルコースのような糖類、単純タンパク質、糖タンパク質のようなタンパク質類、アルコール類、コレステロール、ステロイドホルモン、胆汁酸、胆汁アルコールのようなステロイド類、ビタミン類、ホルモン類、乳酸、ビリルビン、尿酸、クレアチニン等が挙げられる。
In addition, the target contained in the liquid sample emits electrons (e − ) by reacting with a receptor described later.
Examples of such targets include sugars such as glucose, simple proteins, proteins such as glycoproteins, alcohols, cholesterol, steroid hormones, bile acids, steroids such as bile alcohol, vitamins and hormones. , Lactic acid, bilirubin, uric acid, creatinine and the like.
以下、センサ1の各部の構成について詳述する。なお、図1に示すセンサ1は、多数の検出部を有しているが、以下では、センサ1の構造について、検出部11、検出部12および検出部13を代表に説明する。
基板2は、センサ1を構成する各部を支持するとともに、前述した各電極および配線3を、互いに絶縁するものである。
Hereinafter, the configuration of each part of the
The
基板2の構成材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PES)、ポリイミド(PI)等の各種樹脂材料、石英ガラスのような各種ガラス材料、アルミナ、ジルコニアのような各種セラミックス材料等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
Examples of the constituent material of the
基板2上には、図4に示すように、互いに離間して複数(以下の説明では3個)の作用電極21、22、23が設けられている。
この作用電極21、22、23は、それぞれ、導電層201、202、203上に、後述する反応層41、42、43を備えてなるものである。
このうち、導電層201、202、203は、それぞれ、導電性材料の粒子同士を有機バインダ成分により結着して構成されている。
As shown in FIG. 4, a plurality (three in the following description) of working
The working
Among these, the
導電性材料の粒子としては、例えば、金、銀、銅、白金またはこれらを含む合金で構成された粒子、ITOのような金属酸化物粒子、グラファイトのような炭素系粒子、導電性フタロシアニン系顔料のような有機系顔料粒子等が挙げられる。このうち、導電性材料は、金を含むものが好ましい。金は、耐酸化性および耐薬品性に特に優れているため、金を含む導電性材料の粒子を用いることにより、ほとんどの試料に対して、優れた耐久性を示す作用電極が得られる。また、金は、特にチオール基と容易に結合することができるため、この特性を利用して、金を含む導電層表面を容易に化学修飾することができる。 Examples of conductive material particles include particles composed of gold, silver, copper, platinum or alloys containing these, metal oxide particles such as ITO, carbon-based particles such as graphite, and conductive phthalocyanine pigments. Organic pigment particles such as Of these, the conductive material preferably contains gold. Since gold is particularly excellent in oxidation resistance and chemical resistance, by using particles of a conductive material containing gold, a working electrode showing excellent durability can be obtained for most samples. In addition, since gold can be easily bonded to a thiol group in particular, the surface of the conductive layer containing gold can be easily chemically modified using this property.
一方、有機バインダ成分としては、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ビニルエステル系樹脂、ジアリルフタレート系樹脂、オリゴエステルアクリレート系樹脂、キシレン系樹脂、ビスマレイミドトリアジン系樹脂、フラン系樹脂、ユリア系樹脂、ポリウレタン系樹脂、メラミン系樹脂、シリコーン系樹脂のような各種熱硬化性樹脂、ポリエーテル系樹脂、炭化フッ素鎖を含む上記樹脂構造等が挙げられる。 On the other hand, as an organic binder component, phenol resin, epoxy resin, acrylic resin, polyester resin, vinyl ester resin, diallyl phthalate resin, oligoester acrylate resin, xylene resin, bismaleimide triazine resin, Examples thereof include various thermosetting resins such as furan resins, urea resins, polyurethane resins, melamine resins, and silicone resins, polyether resins, and the above resin structures containing a fluorocarbon chain.
導電層201、202、203中における導電性材料の粒子の含有率は、30〜99wt%であるのが好ましく、50〜98wt%であるのがより好ましい。これにより、導電層201、202、203における導電性をある程度確保しつつ、導電性材料の粒子同士および粒子と基板2とを確実に結着させることができる。その結果、基板2に確実に固定され、導電性のより高い導電層201、202、203が得られる。
The content of the conductive material particles in the
反応層41、42、43は、それぞれ、図4に示すように、その少なくとも一部(本実施形態では上面)が試料供給空間5に露出するように設けられている。そして、試料供給空間5に液体試料50を供給することにより、液体試料50を反応層41、42、43に接触させることができる。
反応層41、42、43は、図5に示すように、受容体411、421、431を含有している。ここで、受容体411、421、431が酵素を含んでいる場合、これらの受容体411、421、431は、前述したように、それぞれ、液体試料50中のターゲット51、52、53と反応(酸化反応)することにより、電子を放出する。
As shown in FIG. 4, each of the reaction layers 41, 42, and 43 is provided so that at least a part (the upper surface in the present embodiment) is exposed to the
As shown in FIG. 5, the reaction layers 41, 42, and 43 contain
これらの受容体411、421、431は、いずれも同種のターゲットと反応するものでもよいが、本実施形態では、互いに異種のターゲット51、52、53と反応するものとなっている。このような構成とすることにより、異種のターゲット51、52、53を同時に含む液体試料50に対して、各ターゲット51、52、53の量を、一度の測定操作により、一括して測定可能なマルチセンサが得られる。
Any of these
このような受容体411、421、431としては、例えば、酵素、抗体のようなポリペプチド、オリゴペプチド、DNA、オリゴヌクレオチドのような核酸等が挙げられる。
なお、例えば、受容体411、421、431が抗体を含んでいる場合、受容体411、421、431は、ターゲットとなる抗原を吸着し、さらに、その抗原を特異的に認識し、酵素等の電子発生を促すマーカーを備える二次抗体を吸着することにより、前述の酵素の場合と同様に、電子を放出することができる。
これらの中でも、受容体411、421、431は、それぞれ、酵素を含んでいるのが好ましい。酵素は、ターゲット51、52、53の識別能力が高く、高い検出感度のセンサを実現することができる。また、酵素を受容体とするセンサは、簡便な取り扱いを実現し易いものとなる。
Examples of
For example, when the
Among these, it is preferable that each of the
酵素としては、測定対象とするターゲット51、52、53の種類に応じて、例えば、グルコースオキシダーゼ(GOx)、アスコルビン酸オキシダーゼ(ASOx)、ラクテートオキシダーゼ(LOx)、ウリカーゼ(尿酸オキシダーゼ)(UOx)、ガラクトースオキシダーゼ、ピルビン酸オキシダーゼ、D−またはL−アミノ酸オキシダーゼ、アミンオキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、グルコースオキシダーゼ、グリセロールオキシダーゼ、キサンオキシダーゼ、コリンオキシダーゼ、グルタメートオキシダーゼ、ホースラディッシュパーオキシダーゼのようなオキシダーゼ類、アルコールデヒドロゲナーゼ、グルタミン酸デヒドロゲナーゼ、コレステロールルデヒドロゲナーゼ、アルデヒドデヒドロゲナーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ、フルクトースデヒドロゲナーゼ、ソルビトールデヒドロゲナーゼ、グリセロールデヒドロゲナーゼのようなデヒドロゲナーゼ類等の各種酸化還元酵素等を用いることができる。受容体411、421、431が酸化還元酵素を含む場合、本発明の作用・効果がより顕著に発揮される。
As the enzyme, for example, glucose oxidase (GOx), ascorbate oxidase (ASOx), lactate oxidase (LOx), uricase (uric acid oxidase) (UOx), depending on the type of
本実施形態では、反応層41、42、43は、それぞれ、図5に示すように、高分子413、423、433で構成されたマトリクス(基材)中に、受容体411、421、431を含んで(含浸させて)なるものである。反応層41、42、43をこのような構成とすることにより、受容体411、421、431を確実に保持し、各反応層41、42、43においてターゲット51、52、53と受容体411、421、431との反応をより確実に生じさせることができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, each of the reaction layers 41, 42, 43 includes
マトリクスを構成する高分子413、423、433としては、特に限定されないが、例えば、生体関連高分子(動物由来の高分子)や植物由来の高分子のような天然高分子(天然樹脂)、合成高分子(合成樹脂)、またはこれらの変性物等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。中でも、マトリクスを構成する高分子413、423、433としては、生体由来高分子またはその変性物を主成分とするものが好ましい。これらのものを用いることにより、受容体411、421、431が容易に変性、失活するのを好適に防止することができる。
The
このような生体関連高分子としては、例えば、糖質類、タンパク質類(特にアルブミン、グロブリン、ミオグロビン)、核酸(DNA、RNA)等が挙げられる。
また、その変性物としては、前記生体関連高分子の疎水結合、水素結合、イオン結合を破壊する処理を施したもの等が挙げられる。かかる処理としては、例えば、熱処理、加圧処理、pH調整処理、変性剤による処理等が挙げられる。
また、マトリクスには、架橋構造が形成されているのが好ましい。これにより、受容体411、421、431を当該マトリクスに強固に保持(担持)することができる。また、各反応層41、42、43の機械的強度の向上にも寄与する。
Examples of such biologically relevant polymers include carbohydrates, proteins (especially albumin, globulin, myoglobin), nucleic acids (DNA, RNA) and the like.
Examples of the modified product include those subjected to treatment for breaking the hydrophobic bond, hydrogen bond, and ionic bond of the biological polymer. Examples of such treatment include heat treatment, pressure treatment, pH adjustment treatment, treatment with a denaturing agent, and the like.
The matrix preferably has a cross-linked structure. Thereby, the
マトリクスに架橋構造を形成する架橋剤としては、高分子としてペプチドを主成分とするものを用いる場合には、例えば、グルタルアルデヒド、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド、トリニトロメタン、水溶性酸化チタン(チタンラクテート;[(OH)2Ti(C3H5O2)2]、チタントリエタノールアミネート;[(C3H7O)2Ti(C6H14O3N)2])、水溶性酸化ジルコニウム(酢酸ジルコニル;[ZrO(OCOCH3)2])等が挙げられ、これらの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 As the cross-linking agent that forms a cross-linked structure in the matrix, for example, when a polymer having a peptide as a main component is used, for example, glutaraldehyde, 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide, trinitromethane Water-soluble titanium oxide (titanium lactate; [(OH) 2 Ti (C 3 H 5 O 2 ) 2 ], titanium triethanolamate; [(C 3 H 7 O) 2 Ti (C 6 H 14 O 3 N ) 2 ]), water-soluble zirconium oxide (zirconyl acetate; [ZrO (OCOCH 3 ) 2 ]) and the like, and one or more of these can be used in combination.
各反応層41、42、43中における受容体411、421、431の含有率は、基材となるマトリクスに対して5〜50wt%であるのが好ましく、40〜50wt%程度であるのがより好ましい。これにより、液体試料50中にターゲット51、52、53が含まれていると、受容体411、421、431とターゲット51、52、53との間に十分な反応を生じさせることができ、電子を効率よく放出させることができる。
The content of the
また、各反応層41、42、43には、放出された電子を導電層201、202、203に媒介するメディエータ(媒介体)412、422、432を含むのが好ましい。メディエータ412、422、432は、一般に、ターゲット51、52、53に比べ、より低電位で酸化反応を生じるものである。このため、メディエータ412、422、432を電子移動の媒介とすることにより、反応層41、42、43からの電子を効率よく移動させ、検出部11、12、13から、より高い感度で電流を取り出すことができる。
Each
メディエータ412、422、432としては、例えば、フェリシアン化カリウム、フェロセンまたはフェロセン誘導体、ニッケロセンまたはニッケロセン誘導体、ピリジンまたはピリジン誘導体、キノンまたはキノン誘導体(例えばp−ベンゾキノン、ピロロキノリンキノン等)、フラビンアデニンジヌクレオチド(FAD)のようなフラビン誘導体、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD)、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸(NADP)のようなニコチンアミド誘導体、フェナジンメトサルファート、2,6−ジクロロフェノールインドフェノール、ヘキサシアノ鉄(III)酸塩、オクタシアノタングステンイオン、ポルフィリン誘導体、フタロシアニン誘導体等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
Examples of the
反応層41、42、43がメディエータ412、422、432を含む場合、その含有量は、基材マトリクスに対して、1〜50wt%程度であるのが好ましく、10〜30wt%程度であるのがより好ましい。メディエータ412、422、432の含有量を前記範囲とすることにより、反応層41、42、43において放出された電子を確実かつ迅速に移動させることができる。
When the reaction layers 41, 42, and 43 include the
また、基板2上には、試料供給空間5に露出するように、対向電極61、62、63が設けられている。
この対向電極61、62、63は、作用電極21、22、23との間に、それぞれ電圧を印加するための電極である。試料供給空間5に液体試料50を供給した状態で、作用電極21、22、23と対向電極61、62、63との間に、作用電極21、22、23側が高電位となるように電圧を印加すると、ターゲット51、52、53と受容体411、421、431との反応により放出された電子を、作用電極21、22、23側に、確実に移動させることができる。
対向電極61、62、63の構成材料としては、それぞれ、前述の導電層201、202、203の構成材料と同様の材料が挙げられる。
On the
The
Examples of the constituent material of the
作用電極21、22、23と対向電極61、62、63との間に、それぞれ印加する電圧は、0.6V以下であるのが好ましく、0.4〜0.5V程度であるのがより好ましい。印加電圧の値を前記範囲とすることにより、ターゲット51、52、53と受容体411、421、431との反応により放出された電子を、より確実に移動させることができる。また、液体試料50中および反応層41、42、43中に、それぞれ生体関連物質を含んでいる場合、その変性、失活を確実に防止(阻止)することができる。
The voltage applied between the working
また、基板2上には、試料供給空間5に露出するように、参照電極71、72、73が設けられている。
この参照電極71、72、73は、対向電極61、62、63との間に、それぞれ電圧を印加する電極である。試料供給空間5に液体試料50を供給した状態で、参照電極71、72、73と対向電極61、62、63との間に電圧を印加する。そして、これらの電極間に流れる電流値と、前述の作用電極21、22、23と対向電極61、62、63との間に流れる電流値とを比較することにより、ターゲット51、52、53と受容体411、421、431との反応により生じた電流値を、より高い精度で測定することができる。
The
参照電極71、72、73も、それぞれ、導電性材料の粒子同士を有機バインダ成分により結着して構成されている。
参照電極71、72、73をそれぞれ構成する導電性材料の粒子としては、例えば、銀−塩化銀、水銀−硫酸水銀等よりなる金属粒子が挙げられる。
一方、有機バインダ成分としては、前述の導電層201、202、203で用いられる有機バインダ成分と同様のものが挙げられる。
なお、参照電極71、72、73と対向電極61、62、63との間に、それぞれ印加する電圧も、前述の作用電極21、22、23と対向電極61、62、63との間に印加する電圧と同程度であるのが好ましい。
以上のように、導電層201、202、203、対向電極61、62、63、参照電極71、72、73、および配線3は、それぞれ、液相プロセスによって形成されている。これにより、これらの電極および配線を、容易に形成することができる。その結果、センサの製造工程を大幅に簡素化することができ、センサの低コスト化を図ることができる。
Each of the
Examples of the conductive material particles constituting the
On the other hand, examples of the organic binder component include the same organic binder components used in the
Note that the voltages applied between the
As described above, the
ところで、前述したように、導電層201、202、203、対向電極61、62、63、参照電極71、72、73は、それぞれ、導電性材料の粒子を有機バインダ成分で結着して構成されているため、そのままでは、有機バインダ成分の疎水性の影響によって、これらの電極の表面も疎水性を示す。この場合、導電層201、202、203の表面と反応層41、42、43との密着性が低くなり、また、対向電極61、62、63および参照電極71、72、73の表面に対する液体試料50の濡れ性(密着性)が低下する。
By the way, as described above, the
これに対して、本実施形態では、これらの電極の表面が親水化されていることにより、導電層201、202、203の表面に、それぞれ、反応層41、42、43が密着性よく形成されている。また、対向電極61、62、63および参照電極71、72、73の表面に対して、それぞれ、液体試料50が良好な濡れ性(密着性)を示す。このため、ターゲット51、52、53と受容体411、421、431との反応により生じた電子を、反応層41、42、43から導電層201、202、203へと、確実に移動させることができる。また、対向電極61、62、63および参照電極71、72、73の機能が確実に得られ、反応層41、42、43で生じた電流値を、高精度かつ高感度で測定することができる。
In contrast, in the present embodiment, since the surfaces of these electrodes are made hydrophilic, the reaction layers 41, 42, and 43 are formed on the surfaces of the
なお、検出部11、12、13の平面視における各サイズは、それぞれ特に限定されないが、0.1〜5mm程度であるのが好ましく、0.2〜3mm程度であるのがより好ましい。
また、作用電極21、22、23の平面視における各サイズは、それぞれ特に限定されないが、0.02〜2mm程度であるのが好ましく、0.05〜1mm程度であるのがより好ましい。
In addition, although each size in planar view of the
Moreover, each size in the planar view of the working
隔壁6は、それぞれ、検出部11、12、13を互いに隔離するように設けられている。この隔壁6により、各検出部11、12、13付近に液体試料50を貯留するための試料供給空間5を形成している。
隔壁6の構成材料は、特に限定されず、例えば、前述の基板2の構成材料と同様の材料を用いることができる。
The
The constituent material of the
また、隔壁6は、その上面が撥液性を有しているのが好ましい。これにより、隔壁6の上面に供給された液体試料50が、試料供給空間5に移動し易くなり、試料供給空間5に液体試料50を容易に導入することができる。
さらに、隣接する試料供給空間5同士において、液体試料50のコンタミネーション(相互汚染)を防止することができる。これにより、より高い精度でターゲットの量を測定することができる。
Moreover, it is preferable that the upper surface of the
Furthermore, contamination (mutual contamination) of the
次に、センサ1の作用(使用方法)について説明する。
なお、以下では、反応層41、42、43に含まれる受容体411、421、431として、それぞれ、アスコルビン酸オキシダーゼ(受容体411)、ラクテートオキシダーゼ(受容体421)、グルコースオキシダーゼ(受容体431)を用い、液体試料50に含まれるターゲット51、52、53として、それぞれ、アスコルビン酸(ターゲット51)、ラクテート(ターゲット52)、グルコース(ターゲット53)を用いた場合を例に説明する。
まず、試料供給空間5内に液体試料50を供給する。これにより、液体試料50に含まれる成分の少なくとも一部が、各反応層41、42、43に拡散する。
そして、液体試料50中のターゲット51、52、53は、受容体411、421、431と反応することにより、電子を放出する。
Next, the operation (usage method) of the
In the following, as the
First, the
The
以下、このような受容体とターゲットとの反応の具体例を説明する。
受容体411のアスコルビン酸オキシダーゼは、ターゲット51のアスコルビン酸を選択的に酸化させる。この酸化反応により、電子が放出されるとともに、アスコルビン酸はデヒドロアスコルビン酸に変化する。
Hereinafter, a specific example of the reaction between such a receptor and a target will be described.
Ascorbate oxidase of
また、受容体421のラクテートオキシダーゼは、ターゲット52のラクテートを選択的に酸化させる。この酸化反応により、電子が放出されるとともに、ラクテートはピルビン酸に変化する。
さらに、受容体431のグルコースオキシダーゼは、ターゲット53のグルコースを選択的に酸化させる。この酸化反応により、電子が放出されるとともに、グルコースはグルコン酸に変化する。
The lactate oxidase of the
Furthermore, the glucose oxidase of the
各反応層41、42、43において放出された電子は、導電層201、202、203に到達する。このとき、このセンサ1では、導電層201、202、203の表面に、反応層41、42、43が密着性よく形成されていることにより、各反応層41、42、43において放出された電子が、導電層201、202、203側に効率よく到達する。そして、作用電極21、22、23において、単位時間当たりに到達する電子の数に応じた電流値が、高精度かつ高感度に測定される。
The electrons emitted from each
また、測定した電流値を、処理回路101で解析することにより、液体試料50中のターゲット51、52、53の量を算出することができる。
このとき、作用電極21、22、23が正電位、対向電極61、62、63が負電位となるように、これらの電極間にそれぞれ電圧を印加しておくと、前述の一連の過程がより円滑になされる。
Further, by analyzing the measured current value by the
At this time, if a voltage is applied between these electrodes so that the working
また、電流値の測定に先立って、参照電極71、72、73と対向電極61、62、63との間にそれぞれ電圧を印加しておく。前述したように、対向電極61、62、63および参照電極71、72、73の表面が親水化されていて、これらの電極の表面に対して液体試料50が良好な濡れ性を示すので、これらの電極の機能を確実に得ることができ、より高精度かつ高感度で電流値を測定することができる。
Prior to the measurement of the current value, a voltage is applied between the
ここで、液体試料50中のターゲット51、52、53の量と、ターゲット51、52、53と受容体411、421、431との反応により放出される電子の数と、作用電極21、22、23に単位時間当たりに到達する電子の数と、作用電極21、22、23から測定される電流値は、互いに相関関係を有する。
したがって、作用電極21、22、23から取り出される電流値を測定することにより、液体試料50中に含まれるターゲット51、52、53の量を間接的に測定することができる。
Here, the amount of the
Therefore, by measuring the current value taken out from the working
なお、液体試料50中にメディエータ412、422、432を含んでいる場合には、反応層41、42、43において放出された電子は、それぞれ、メディエータ412、422、432を介して移動する。例えば、メディエータ412、422、432が、フェリシアン化カリウムである場合、電子を受け取ることにより、フェロシアン化カリウムに還元される。そして、このフェロシアン化カリウムが、導電層201、202、203と接触することにより、再び、フェリシアン化カリウムに酸化されるとともに、電子が、導電層201、202、203に移動する。メディエータ412、422、432は、このようにして電子を媒介することができる。これにより、より高い精度で電流値を測定することができる。
When the
次に、このようなセンサ1の製造方法(本発明のセンサの製造方法)について、図4に示すセンサを製造する場合を例にして説明する。
[1]まず、図6(a)に示すように、基板2を用意する。
そして、図6(b)に示すように、この基板2上に、導電層201、202、203、導電層601、602、603、導電層701、702、703および配線(図示せず)を形成する(第1の工程)。
これらの電極および配線は、導電性材料の粒子と有機バインダ成分とを含む液体材料を基板2上に塗布(供給)して液状被膜を形成した後、必要に応じて、この液状被膜に対して後処理(例えば加熱、赤外線の照射、超音波の付与等)を施すことにより形成する。
Next, a manufacturing method of the sensor 1 (a manufacturing method of the sensor of the present invention) will be described by taking the case of manufacturing the sensor shown in FIG. 4 as an example.
[1] First, as shown in FIG. 6A, a
Then, as shown in FIG. 6B,
These electrodes and wirings are formed by applying (supplying) a liquid material containing conductive material particles and an organic binder component onto the
ここで、塗布法には、例えば、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイヤーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット法、マイクロディスペンサ法、マイクロコンタクトプリンティング法等のうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。このうち印刷法を用いるのが好ましい。これにより、多数の工程を必要とするフォトリソグラフィー法のようなパターン形成方法を用いることなく、これらの電極および配線を容易に形成することができる。
印刷法としては、例えば、スクリーン印刷法、液滴吐出法(インクジェット法)等が挙げられるが、液滴吐出法が好ましい。液滴吐出法によれば、より容易に、微細なパターンの電極および配線を形成することができる。また、吐出する液滴の数を制御することにより、電極および配線の厚さや幅を容易に制御することができる。
Here, the coating method includes, for example, a spin coating method, a casting method, a micro gravure coating method, a gravure coating method, a bar coating method, a roll coating method, a wire bar coating method, a dip coating method, a spray coating method, and a screen printing method. , A flexographic printing method, an offset printing method, an ink jet method, a micro dispenser method, a micro contact printing method, and the like can be used alone or in combination. Of these, the printing method is preferably used. Accordingly, these electrodes and wirings can be easily formed without using a pattern forming method such as a photolithography method that requires a large number of steps.
Examples of the printing method include a screen printing method and a droplet discharge method (inkjet method). The droplet discharge method is preferable. According to the droplet discharge method, it is possible to more easily form electrodes and wirings with fine patterns. In addition, the thickness and width of the electrode and the wiring can be easily controlled by controlling the number of droplets to be discharged.
以下、これらの電極および配線を、液滴吐出法で形成する方法を説明する。
まず、電極および配線を構成する導電性材料の粒子および有機バインダ成分と、これらを分散する分散媒とを混合し、分散液を調製する。なお、これらの他に、分散液には、必要に応じて分散剤等の添加剤を含んでいてもよい。また、有機バインダ成分の一部または全部は、分散媒に溶解してもよい。
導電性材料の粒子の平均粒径は、0.01〜20μm程度であるのが好ましく、0.1〜10μm程度であるのがより好ましい。これにより、導電性材料の粒子は、溶媒への分散性に優れるとともに、微細なパターンを形成可能なものとなる。
Hereinafter, a method of forming these electrodes and wirings by a droplet discharge method will be described.
First, particles of an electrically conductive material and an organic binder component constituting electrodes and wirings and a dispersion medium in which these are dispersed are mixed to prepare a dispersion. In addition to these, the dispersion may contain additives such as a dispersant as required. Further, part or all of the organic binder component may be dissolved in the dispersion medium.
The average particle diameter of the conductive material particles is preferably about 0.01 to 20 μm, and more preferably about 0.1 to 10 μm. Thereby, the particle | grains of an electroconductive material become what can form a fine pattern while being excellent in the dispersibility to a solvent.
次に、基板2上に、液滴吐出法により分散液を供給し、各電極および配線の形状をなす液状被膜を形成する。
次に、この液状被膜中から、分散媒を除去する。これにより、導電性材料粉末と有機バインダ成分とで構成された電極および配線を形成することができる。このような方法によれば、フォトリソグラフィーのようなコストと手間がかかるプロセスを用いることなく、短時間でかつ容易に電極および配線を形成することができる。
なお、液状被膜中から分散媒を除去する方法としては、自然乾燥、強制乾燥が挙げられる。また、強制乾燥としては、液状被膜に気体を吹き付ける方法、液状被膜の周囲を減圧する方法、熱処理による方法等が挙げられる。
Next, a dispersion liquid is supplied on the
Next, the dispersion medium is removed from the liquid film. Thereby, the electrode and wiring comprised with electroconductive material powder and the organic binder component can be formed. According to such a method, electrodes and wirings can be easily formed in a short time without using a costly and laborious process such as photolithography.
In addition, natural drying and forced drying are mentioned as a method of removing a dispersion medium from a liquid film. Moreover, as forced drying, the method of spraying gas on a liquid film, the method of decompressing the circumference | surroundings of a liquid film, the method by heat processing, etc. are mentioned.
[2] 次に、図6(c)に示すように、各検出部11、12、13の周囲を囲うように、隔壁6を形成する。
隔壁6は、例えば、検出部11、12、13の領域に対応した開口部を有する板状部材を、接着剤のような接合部材を用いて、基板2上に貼り付けること等により形成することができる。これにより、検出部11、12、13付近に、試料供給空間5を形成することができる。
[2] Next, as shown in FIG. 6C, the
The
なお、接合部材を省略して、板状部材と基板2とを融着することにより、これらを接合するようにしてもよい。
また、検出部11、12、13を覆うようにマスクを設け、各種成膜方法を用いて検出部11、12、13同士の隙間の基板2上に、膜を形成し、この膜を隔壁6として用いることもできる。
Note that the joining member may be omitted, and the plate-like member and the
In addition, a mask is provided so as to cover the
[3] 次に、導電層201、202、203、導電層601、602、603および導電層701、702、703に表面処理を行い、その表面を親水化する(第2の工程)。
本発明のセンサの製造方法では、これらの導電層の表面を親水化する際に、(A)導電層中の有機バインダ成分を分解する処理、および、(B)導電層上に親水性基を導入する処理、の少なくとも一方を行い、これにより、各電極を形成する。以下、各処理について順次説明する。
[3] Next, surface treatment is performed on the
In the method for producing a sensor of the present invention, when hydrophilizing the surfaces of these conductive layers, (A) a treatment for decomposing the organic binder component in the conductive layer, and (B) a hydrophilic group on the conductive layer. At least one of the introduction processes is performed, whereby each electrode is formed. Hereinafter, each process will be described sequentially.
(A)導電層中の有機バインダ成分を分解する処理
導電層中の有機バインダ成分を分解する処理としては、例えば、(A−1)導電層に紫外光を照射する処理、(A−2)導電層に脂肪を分解する酵素を接触させる処理等が挙げられる。
(A) The process which decomposes | disassembles the organic binder component in a conductive layer As a process which decomposes | disassembles the organic binder component in a conductive layer, (A-1) The process which irradiates an ultraviolet light to a conductive layer, (A-2) For example, the conductive layer may be contacted with an enzyme that decomposes fat.
(A−1)導電層に紫外光を照射する処理
まず、導電層201、202、203、導電層601、602、603、導電層701、702、703がそれぞれ露出するようにマスクを設ける。
そして、これらの導電層に、酸素存在雰囲気下において、マスクの上から紫外線を照射する。酸素存在雰囲気下で紫外線を照射すると、雰囲気中の酸素がオゾンに変化する。そして、このオゾンにより、導電層の表面付近に存在する有機バインダ成分が酸化されて水酸基が生成される。この生成された水酸基によって、簡単なドライプロセスにもかかわらず、これらの導電層表面が短時間で親水化される。
(A-1) Treatment of irradiating the conductive layer with ultraviolet light First, a mask is provided so that the
These conductive layers are irradiated with ultraviolet rays from above the mask in an oxygen-existing atmosphere. When ultraviolet rays are irradiated in an oxygen-existing atmosphere, oxygen in the atmosphere changes to ozone. Then, this ozone oxidizes the organic binder component existing near the surface of the conductive layer to generate a hydroxyl group. The generated hydroxyl groups hydrophilize the surfaces of these conductive layers in a short time despite a simple dry process.
この表面処理に用いられる紫外線の波長は、200〜300nm程度であるのが好ましく、220〜280nm程度であるのがより好ましい。これにより、導電層やマスクの過剰な劣化を防止しつつ、導電層の表面付近に存在する有機バインダ成分を効率よく分解することができる。その結果、導電層の表面を効率よく親水化することができる。
また、紫外線の照射時間は、30秒〜10分程度であるのが好ましい。
The wavelength of ultraviolet rays used for this surface treatment is preferably about 200 to 300 nm, and more preferably about 220 to 280 nm. Thereby, the organic binder component existing in the vicinity of the surface of the conductive layer can be efficiently decomposed while preventing excessive deterioration of the conductive layer and the mask. As a result, the surface of the conductive layer can be efficiently hydrophilized.
Moreover, it is preferable that the irradiation time of an ultraviolet-ray is about 30 seconds-10 minutes.
なお、このような紫外光による処理は、導電層中に含まれる有機バインダ成分が、ポリアクリル酸エステル類およびエポキシ類の少なくとも一方を含有する場合に行うのが好ましい。これらの有機バインダ成分は、オゾンによって効率よく酸化され、水酸基を生成する。したがって、このような有機バインダ成分を含有する導電層は、この水酸基の作用により、効率よく親水化される。 Such treatment with ultraviolet light is preferably performed when the organic binder component contained in the conductive layer contains at least one of polyacrylates and epoxies. These organic binder components are efficiently oxidized by ozone to generate hydroxyl groups. Therefore, the conductive layer containing such an organic binder component is efficiently hydrophilized by the action of this hydroxyl group.
(A−2)導電層に脂肪を分解する酵素を接触させる処理
この処理に用いられる酵素には、脂肪を分解する酵素が挙げられる。このような酵素の作用により、導電層中の有機バインダ成分が分解され、これにより導電層表面が親水化される。この方法によれば、導電層の表面を容易に親水化することができる。
この酵素は、例えば、溶媒中に溶解させ、この溶液(処理液)を導電層上に塗布することにより、導電層と接触する。
(A-2) The process which contacts the enzyme which decomposes | disassembles fat in a conductive layer The enzyme which decomposes | disassembles a fat is mentioned to the enzyme used for this process. By the action of such an enzyme, the organic binder component in the conductive layer is decomposed, and thereby the surface of the conductive layer is hydrophilized. According to this method, the surface of the conductive layer can be easily hydrophilized.
This enzyme is brought into contact with the conductive layer by, for example, dissolving it in a solvent and coating this solution (treatment liquid) on the conductive layer.
脂肪を分解する酵素としては、例えば、すい臓由来の酵素であるのが好ましく、リパーゼであるのがより好ましい。リパーゼは、生体内に多量に含まれており、入手が容易である。また、リパーゼは、各種有機溶媒に対する耐性が高いので、酵素と有機溶媒とを含む処理液を導電層に塗布する際に、酵素が失活してしまい、酵素による有機バインダ成分の分解作用が低下してしまうのを防止することができる。
なお、このような酵素を用いた処理は、導電層中に含まれる有機バインダ成分が、エステル結合を含有する樹脂を含む場合に行うのが好ましい。脂肪を分解する酵素は、主にエステル結合の分解に寄与するため、エステル結合を含有する樹脂を特に効率よく分解することができる。このため、比較的短時間で、導電層の表面を親水化することができる。
As an enzyme that degrades fat, for example, an enzyme derived from the pancreas is preferable, and a lipase is more preferable. Lipase is contained in a large amount in the living body and is easily available. In addition, since lipase has high resistance to various organic solvents, when the treatment liquid containing the enzyme and the organic solvent is applied to the conductive layer, the enzyme is deactivated, and the decomposition action of the organic binder component by the enzyme is reduced. Can be prevented.
In addition, it is preferable to perform the process using such an enzyme, when the organic binder component contained in a conductive layer contains resin containing an ester bond. The enzyme that degrades fat mainly contributes to the degradation of the ester bond, and therefore can efficiently decompose the resin containing the ester bond. For this reason, the surface of the conductive layer can be hydrophilized in a relatively short time.
エステル結合を含有する樹脂としては、例えば、ポリアクリル酸エステル系樹脂、グリシジルエステル型エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂等が挙げられる。
また、酵素を溶解させる溶媒には、緩衝液を用いるのが好ましい。これにより、分散媒のpHの変動を抑制し、酵素が容易に変性・失活してしまうのを確実に防止することができる。
Examples of the resin containing an ester bond include polyacrylate resin, glycidyl ester epoxy resin, and polyester resin.
Moreover, it is preferable to use a buffer solution as the solvent for dissolving the enzyme. Thereby, the fluctuation | variation of pH of a dispersion medium can be suppressed and it can prevent reliably that a enzyme will denature | denaturate and deactivate.
このような緩衝液としては、例えば、トリエタノールアミン塩酸−水酸化ナトリウム緩衝液、ベロナ−ル(5,5−ジエチルバルビツル酸ナトリウム)−塩酸緩衝液、トリス−塩酸緩衝液、グリシルグリシン−水酸化ナトリウム緩衝液、2−アミノ−2−メチル−1,3−プロパンジオール−塩酸緩衝液、ジエタノールアミン−塩酸緩衝液、ホウ酸緩衝液、ホウ酸ナトリウム−塩酸緩衝液、グリシン−水酸化ナトリウム緩衝液、炭酸ナトリウム−炭酸水素ナトリウム緩衝液、ホウ酸ナトリウム−水酸化ナトリウム緩衝液、炭酸水素ナトリウム−水酸化ナトリウム緩衝液、リン酸カリウム−リン酸ニナトリウム緩衝液、リン酸二ナトリウム−水酸化ナトリウム緩衝液、塩化カリウム−水酸化ナトリウム緩衝液、ブリトン−ロビンソン緩衝液、GTA緩衝液等の各種緩衝液(緩衝剤を含有する液体)が挙げられる。
Examples of such a buffer include triethanolamine hydrochloric acid-sodium hydroxide buffer, veronal (
また、上記酵素を、前記緩衝液やその他の水系溶媒に有機溶媒を加えた液体(処理液)に溶解し、この処理液を用いて処理を行うのが好ましい。これにより、有機溶媒の作用によって、各導電層の表面と処理液との濡れ性(密着性)が向上する。その結果、処理液を各導電層の表面に均一に接触させることができ、導電層中に含まれる有機バインダ成分を確実に分解することができる。
この場合、有機溶媒としては、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、1,4−ジオキサン、ジメトキシエタン等が挙げられ、このうち1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
The enzyme is preferably dissolved in a liquid (treatment liquid) obtained by adding an organic solvent to the buffer solution or other aqueous solvent, and the treatment is performed using this treatment liquid. Thereby, the wettability (adhesion) between the surface of each conductive layer and the treatment liquid is improved by the action of the organic solvent. As a result, the treatment liquid can be uniformly brought into contact with the surface of each conductive layer, and the organic binder component contained in the conductive layer can be reliably decomposed.
In this case, examples of the organic solvent include dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, 1,4-dioxane, dimethoxyethane, and the like, and one or more of them can be used in combination.
この処理液における有機溶媒の混合比は、有機溶媒が、ジメチルホルムアミドの場合には10〜25vol%程度、ジメチルスルホキシドの場合には20〜45vol%、1,4−ジオキサンの場合には10〜25vol%、ジメトキシエタンの場合には7.5〜25vol%であるのが好ましい。これにより、有機溶媒によって酵素が変性、失活するのを抑制しつつ、電極の表面に対する処理液の濡れ性を良好なものとすることができる。 The mixing ratio of the organic solvent in this treatment liquid is about 10 to 25 vol% when the organic solvent is dimethylformamide, 20 to 45 vol% when it is dimethyl sulfoxide, and 10 to 25 vol when it is 1,4-dioxane. %, And in the case of dimethoxyethane, it is preferably 7.5 to 25 vol%. Thereby, the wettability of the treatment liquid with respect to the surface of the electrode can be improved while inhibiting the enzyme from being denatured and deactivated by the organic solvent.
また、処理液中における酵素の濃度は、0.1〜10wt%程度であるのが好ましく、1〜5wt%程度であるのがより好ましい。処理液中の酵素の濃度を前記範囲内に設定することにより、導電層の表面をムラなく均一に親水化することができる。なお、酵素の濃度を前記範囲を超えて大きくしても、それに見合った効果は期待できない。
なお、処理液を塗布する方法としては、特に限定されないが、前述した各種塗布法を用いることができる。
Further, the concentration of the enzyme in the treatment liquid is preferably about 0.1 to 10 wt%, and more preferably about 1 to 5 wt%. By setting the enzyme concentration in the treatment liquid within the above range, the surface of the conductive layer can be uniformly hydrophilicized without unevenness. Even if the enzyme concentration is increased beyond the above range, an effect commensurate with it cannot be expected.
The method for applying the treatment liquid is not particularly limited, and the various application methods described above can be used.
次いで、処理液を、これらの導電層201、202、203、導電層601、602、603、導電層701、702、703が形成された試料供給空間5に、それぞれ供給し、一定時間放置した後、洗浄、乾燥する。
これにより、酵素が、電極の表面付近に存在する有機バインダ成分が分解し、その末端に親水性基(例えば、カルボキシル基等)が生成される。この親水性基によって、これら電極の表面が親水化される。
Next, the treatment liquid is supplied to the
As a result, the organic binder component present in the vicinity of the surface of the electrode is decomposed by the enzyme, and a hydrophilic group (for example, a carboxyl group) is generated at the terminal. The surface of these electrodes is hydrophilized by this hydrophilic group.
ここで放置している間の処理液の温度は、酵素の種類によって異なるが、15〜45℃程度であるのが好ましく、20〜40℃程度であるのがより好ましい。処理液の温度を前記範囲内に設定することにより、酵素が特に活性化され、有機バインダ成分をより効率よく分解することができる。
また、処理液の放置時間は、0.5〜24時間程度であるのが好ましく、2〜8時間程度であるのがより好ましい。
The temperature of the treatment liquid while it is left here varies depending on the type of enzyme, but is preferably about 15 to 45 ° C, more preferably about 20 to 40 ° C. By setting the temperature of the treatment liquid within the above range, the enzyme is particularly activated and the organic binder component can be decomposed more efficiently.
In addition, the time for which the treatment liquid is left is preferably about 0.5 to 24 hours, and more preferably about 2 to 8 hours.
なお、この処理方法では、生体関連物質である酵素を用いて処理を行っていることにより、この処理液が電極の表面に残留した場合でも、導電層201、202、203の表面に形成された反応層41、42、43に含まれた生体関連物質や、導電層601、602、603および導電層701、702、703から形成された対向電極61、62、63および参照電極71、72、73の表面に接触する液状試料50に含まれる生体関連物質が、変性、失活してしまうのを確実に防止することができる。
In this treatment method, since the treatment is performed using an enzyme that is a biological substance, the treatment liquid is formed on the surfaces of the
(B)導電層上に親水性基を導入する処理
導電層上に親水性基を導入する処理としては、例えば、(B−1)導電層上に反応増幅剤を含む表面層を形成し、この表面層に紫外光を照射する処理、(B−2)導電層上にポリペプチド鎖またはその変性物を含む表面層を形成する処理、(B−3)導電層上に界面活性剤を含む表面層を形成する処理等が挙げられる。
(B) Treatment for introducing a hydrophilic group onto the conductive layer As a treatment for introducing a hydrophilic group onto the conductive layer, for example, (B-1) forming a surface layer containing a reaction amplifying agent on the conductive layer, Treatment for irradiating this surface layer with ultraviolet light, (B-2) Treatment for forming a surface layer containing a polypeptide chain or a modified product thereof on the conductive layer, (B-3) Containing a surfactant on the conductive layer Examples include a treatment for forming a surface layer.
(B−1)導電層上に反応増幅剤を含む表面層を形成し、この表面層に紫外光を照射する処理
まず、導電層201、202、203、導電層601、602、603、導電層701、702、703上に、紫外光の照射による分解性が、導電層中に含まれる有機バインダ成分よりも大きい性質を有する反応増幅剤を含む表面層を形成する。
(B-1) Forming a surface layer containing a reaction amplifying agent on the conductive layer and irradiating the surface layer with ultraviolet light First, the
この反応増幅剤は、光分解性保護基を有する化合物であり、紫外光が照射されることにより、図7(a)に示すように、光分解性保護基が速やかに脱離して、この光分解性保護基が結合していた部分の末端に、親水性基が生成されるものである。反応増幅剤は、導電層上に、反応増幅剤を接触させることによって担持される。この場合、反応増幅剤が導電層の表面に局在しているので、導電層に照射された紫外線を、導電層の表面の親水化に有効に寄与させることができる。 This reaction amplifying agent is a compound having a photodegradable protecting group, and when irradiated with ultraviolet light, the photodegradable protecting group is rapidly detached as shown in FIG. A hydrophilic group is generated at the end of the portion to which the degradable protecting group was bonded. The reaction amplification agent is supported by bringing the reaction amplification agent into contact with the conductive layer. In this case, since the reaction amplifying agent is localized on the surface of the conductive layer, the ultraviolet rays irradiated to the conductive layer can be effectively contributed to the hydrophilization of the surface of the conductive layer.
反応増幅剤を含有する表面層は、導電層に結合し得る結合性官能基を有する化合物により形成された、いわゆる自己組織化膜により構成されるのが好ましい。これにより、反応増幅剤を含有する表面層を、簡易な工程で形成することができる。
自己組織化膜を形成する場合、反応増幅剤としては、光分解性保護基と、導電層に結合し得る結合性官能基とを有するものを使用する。
The surface layer containing the reaction amplifying agent is preferably composed of a so-called self-assembled film formed of a compound having a binding functional group capable of binding to the conductive layer. Thereby, the surface layer containing the reaction amplification agent can be formed by a simple process.
When forming a self-assembled film, a reaction amplifying agent having a photodegradable protective group and a binding functional group capable of binding to a conductive layer is used.
光分解性保護基としては、ニトロベンジル誘導体骨格を有するもの、ジメトキシベンゾイン基、2−ニトロピペロニルオキシカルボニル(NPOC)基、2−ニトロベラトリルオキシカルボニル(NVOC)基、α−メチル−2−ニトロピペロニルオキシカルボニル(MeNPOC)基、α−メチル−2−ニトロベラトリルオキシカルボニル(MeNVOC)基、2,6−ジニトロベンジルオキシカルボニル(DNBOC)基、α−メチル−2,6−ジニトロベンジルオキシカルボニル(MeDNBOC)基、1−(2−ニトロフェニル)エチルオキシカルボニル(NPEOC)基、1−メチル−1−(2−ニトロフェニル)エチルオキシカルボニル(MeNPEOC)基、9−アントラセニルメチルオキシカルボニル(ANMOC)基、1−ピレニルメチルオキシカルボニル(PYMOC)基、3’−メトキシベンゾイニルオキシカルボニル(MBOC)基、3’,5’−ジメトキシベンゾイルオキシカルボニル(DMBOC)基、7−ニトロインドリニルオキシカルボニル(NIOC)基、5,7−ジニトロインドリニルオキシカルボニル(DNIOC)基、2−アントラキノニルメチルオキシカルボニル(AQMOC)基、α,α−ジメチル−3,5−ジメトキシベンジルオキシカルボニル基、5−ブロモ−7−ニトロインドリニルオシキカルボニル(BNIOC)基等を挙げることができるが、特に、ニトロベンジル誘導体骨格を有するもの、具体的には、下記化学式(1)に示すものが好ましく用いられる。ニトロベンジル誘導体を含む反応増幅剤は、光感受性が高いため、紫外光の強度(照度)が小さくても、短時間で確実に処理を行うことができる。
Examples of the photodegradable protecting group include those having a nitrobenzyl derivative skeleton, dimethoxybenzoin group, 2-nitropiperonyloxycarbonyl (NPOC) group, 2-nitroveratryloxycarbonyl (NVOC) group, α-methyl-2 -Nitropiperonyloxycarbonyl (MeNPOC) group, α-methyl-2-nitroveratryloxycarbonyl (MeNVOC) group, 2,6-dinitrobenzyloxycarbonyl (DNBOC) group, α-methyl-2,6-dinitro Benzyloxycarbonyl (MeDNBOC) group, 1- (2-nitrophenyl) ethyloxycarbonyl (NPEOC) group, 1-methyl-1- (2-nitrophenyl) ethyloxycarbonyl (MeNPEOC) group, 9-anthracenylmethyl An oxycarbonyl (ANMOC) group, 1- Renylmethyloxycarbonyl (PYMOC) group, 3'-methoxybenzoinyloxycarbonyl (MBOC) group, 3 ', 5'-dimethoxybenzoyloxycarbonyl (DMBOC) group, 7-nitroindolinyloxycarbonyl (NIOC)
一方、導電層に結合する結合性官能基としては、導電層の構成材料に応じて適宜選択される。具体的には、例えば、導電層の構成材料が、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、白金(Pt)等である場合、チオール基、スルフィド基、ジスルフィド基、チオフェン基、チオスルフォネイト基、カルボキシル基、ピリジニウム基等が挙げられ、導電層の構成材料が、金属酸化物(例えばITO等)の場合、チオール基、ハロゲン基、アルコキシシリル基、ハロゲン化シリル基等が挙げられる。
これら光分解性保護基および結合性官能基を有する反応増幅剤としては、例えば、下記化学式(2)〜(4)に示すもの等が挙げられる。
On the other hand, the binding functional group bonded to the conductive layer is appropriately selected according to the constituent material of the conductive layer. Specifically, for example, when the constituent material of the conductive layer is gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), platinum (Pt), etc., a thiol group, a sulfide group, a disulfide group, a thiophene group, Examples include thiosulfonate groups, carboxyl groups, pyridinium groups, and the like. When the constituent material of the conductive layer is a metal oxide (such as ITO), thiol groups, halogen groups, alkoxysilyl groups, silyl halide groups, etc. Can be mentioned.
Examples of the reaction amplifying agent having these photodegradable protective groups and binding functional groups include those represented by the following chemical formulas (2) to (4).
このような反応増幅剤を含む自己組織化膜の形成は、次のようにして行う。
まず、反応増幅剤を、溶媒に溶解して処理液を調製する。
溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、ジメチルナフタリン、ヘキサン、酢酸エチル、エチルアセテート、メタノール、クロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、イオン性溶媒等が挙げられ、これらを単独または混合液として用いることができる。
処理液中における反応増幅剤の濃度は、0.1〜50wt%程度であるのが好ましく、0.5〜10wt%程度であるのがより好ましい。
Formation of such a self-assembled film containing a reaction amplification agent is performed as follows.
First, a reaction liquid is dissolved in a solvent to prepare a treatment liquid.
Examples of the solvent include benzene, toluene, dimethylnaphthalene, hexane, ethyl acetate, ethyl acetate, methanol, chloroform, dichloromethane, carbon tetrachloride, tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, ionic solvents, etc., and these can be used alone or in a mixed solution. Can be used as
The concentration of the reaction amplification agent in the treatment liquid is preferably about 0.1 to 50 wt%, more preferably about 0.5 to 10 wt%.
次いで、これらの処理液を、導電層201、202、203、導電層601、602、603、導電層701、702、703が形成された試料供給空間5に、それぞれ供給し、一定時間放置した後、洗浄、乾燥する。これにより、各導電層の上面に結合性官能基が結合し、反応増幅剤を含む表面層が得られる。
また、この場合、処理液の温度は、3〜40℃程度であるのが好ましく、10〜25℃程度であるのがより好ましい。
さらに、処理液の放置時間は、0.5〜24時間程度であるのが好ましく、2〜8時間程度であるのがより好ましい。
Next, these treatment liquids are respectively supplied to the
In this case, the temperature of the treatment liquid is preferably about 3 to 40 ° C., more preferably about 10 to 25 ° C.
Furthermore, the time for which the treatment liquid is left is preferably about 0.5 to 24 hours, and more preferably about 2 to 8 hours.
なお、上記では、導電層上に、光分解性保護基と結合性官能基とを同時に導入する場合について説明したが、これらを個別に導入するようにしてもよい。
例えば、図7(b)に示すように、導電層上に、まず、結合性官能基を含む自己組織化膜を形成し、その後、この自己組織化膜に光分解性保護基を導入するようにしてもよい。
かかる方法では、まず、導電層上に、図7(b)に示すように、結合性官能基を含む自己組織化膜を形成する。この自己組織化膜は、例えば、導電層の構成材料が金である場合、末端にアミノ基のような官能基を有するアルカンチオール等の化合物を導電層上に供給すること等により形成することができる。化合物の供給は、例えば、化合物を前述した溶媒に溶解してなる処理液を、導電層上に塗布すること等により行うことができる。
次に、この自己組織化膜上に、図7(b)に示すように、光分解性保護基を含む化合物(反応増幅剤)を供給し、自己組織化膜に光分解性保護基を導入する。このような光分解性保護基を含む化合物(反応増幅剤)としては、例えば、下記化学式(5)に示すもの等が挙げられる。
In the above description, the case where the photodegradable protective group and the binding functional group are simultaneously introduced onto the conductive layer has been described. However, these may be introduced individually.
For example, as shown in FIG. 7B, a self-assembled film containing a binding functional group is first formed on the conductive layer, and then a photodegradable protective group is introduced into the self-assembled film. It may be.
In such a method, first, as shown in FIG. 7B, a self-assembled film containing a binding functional group is formed on the conductive layer. This self-assembled film can be formed, for example, by supplying a compound such as an alkanethiol having a functional group such as an amino group on the conductive layer when the constituent material of the conductive layer is gold. it can. The compound can be supplied by, for example, applying a treatment liquid obtained by dissolving the compound in the above-described solvent on the conductive layer.
Next, as shown in FIG. 7B, a compound containing a photodegradable protective group (reaction amplification agent) is supplied onto the self-assembled film, and the photodegradable protective group is introduced into the self-assembled film. To do. Examples of the compound (reaction amplification agent) containing such a photodegradable protecting group include those represented by the following chemical formula (5).
このようにして、図7(a)に示す、紫外光を照射する前の自己組織化膜を形成することができる。
なお、光分解性保護基を含む化合物の供給は、この化合物を前述した溶媒に溶解してなる処理液を、自己組織化膜上に塗布すること等により行うことができる。なお、この場合、溶媒としては、特にジメチルスルホキシドが好ましく用いられ、さらに、溶媒中にトリメチルアミンを含むのが好ましい。
In this way, a self-assembled film before irradiation with ultraviolet light as shown in FIG. 7A can be formed.
The compound containing the photodegradable protecting group can be supplied by applying a treatment liquid obtained by dissolving this compound in the above-described solvent onto the self-assembled film. In this case, dimethyl sulfoxide is particularly preferably used as the solvent, and it is preferable that trimethylamine is contained in the solvent.
次に、導電層201、202、203、導電層601、602、603、導電層701、702、703の形成領域を除いた領域を覆うようにマスクを設ける。
そして、これらの導電層に、マスクの上から紫外光を照射する。これにより、各導電層の表面に担持された反応増幅剤中の光分解性保護基が脱離し(図7(a)参照)、脱離後の末端に親水性基が生成される。この親水性基によって、各導電層の表面が親水化される。
Next, a mask is provided so as to cover a region excluding a region where the
These conductive layers are irradiated with ultraviolet light from above the mask. As a result, the photodegradable protective group in the reaction amplifying agent supported on the surface of each conductive layer is eliminated (see FIG. 7A), and a hydrophilic group is generated at the terminal after the elimination. By this hydrophilic group, the surface of each conductive layer is hydrophilized.
この表面処理に用いられる紫外線の波長は、300〜400nm程度であるのが好ましく、320〜380nm程度であるのがより好ましい。これにより、導電層やマスクの過剰な劣化を防止しつつ、反応増幅剤中の光分解性保護基を確実に脱離させることができる。その結果、導電層の表面を効率よく親水化することができる。
なお、紫外線の照射時間は、30秒〜10分程度であるのが好ましい。
The wavelength of ultraviolet rays used for this surface treatment is preferably about 300 to 400 nm, and more preferably about 320 to 380 nm. Thereby, the photodegradable protecting group in the reaction amplifying agent can be surely removed while preventing excessive deterioration of the conductive layer and the mask. As a result, the surface of the conductive layer can be efficiently hydrophilized.
In addition, it is preferable that the irradiation time of an ultraviolet-ray is about 30 seconds-10 minutes.
また、反応増幅剤は、紫外光の照射による分解性が、有機バインダ成分よりも大きいため、波長が比較的長く、光エネルギーが比較的小さい紫外光によっても、導電層の表面を短時間で確実に親水化することができる。さらに、波長の長い紫外光を用いることにより、酸素存在雰囲気下での紫外光照射に伴うオゾンの発生を抑制することができるので、オゾンによる環境への負荷を低減することができる。 In addition, since the reaction amplifying agent is more decomposable by ultraviolet light irradiation than the organic binder component, the surface of the conductive layer can be reliably secured in a short time even with ultraviolet light having a relatively long wavelength and relatively low light energy. Can be hydrophilized. Furthermore, by using ultraviolet light having a long wavelength, generation of ozone accompanying ultraviolet light irradiation in an oxygen-existing atmosphere can be suppressed, so that the burden on the environment due to ozone can be reduced.
また、導電層中に含まれる有機バインダ成分を紫外光によって分解する処理では、有機バインダ成分の種類によって、分解性が若干異なるため、有機バインダ成分として好適に用いられる材料がある程度限定されていたが、反応増幅剤を用いることにより、有機バインダ成分の種類によらず、導電層の表面を確実に親水化することができる。これにより、有機バインダ成分の種類の選択の幅を拡大することができる。 Further, in the process of decomposing the organic binder component contained in the conductive layer with ultraviolet light, the decomposability is slightly different depending on the type of the organic binder component, so that materials that can be suitably used as the organic binder component are limited to some extent. By using the reaction amplifying agent, the surface of the conductive layer can be reliably made hydrophilic regardless of the type of the organic binder component. Thereby, the range of selection of the kind of organic binder component can be expanded.
(B−2)導電層上にポリペプチド鎖またはその変性物を含む表面層を形成する処理
この処理に用いられるポリペプチド鎖またはその変性物としては、タンパク質類またはその変性物、オリゴペプチド等が挙げられる。
ここで、タンパク質類としては、例えば、ウシ血清アルブミン(BSA)のようなアルブミン、グロブリン、ミオグロビン等が挙げられ、これらのうちの2種以上を組み合わせて用いるようにしてもよい。このうち、特に、ウシ血清アルブミンまたはその変性物が好ましく用いられる。ウシ血清アルブミンおよびその変性物は、導電層に対して特に強固に密着するため、導電層の表面を確実に親水化することができる。また、ウシ血清アルブミンまたはその変性物が、反応層41、42、43中に含まれる場合には、表面層が、導電層201、202、203と反応層41、42、43の双方に対して優れた密着性を示す。これにより、反応層41、42、43と導電層201、202、203との間の電子移動性を高めることができ、センサ1の感度を高めることができる。
(B-2) Treatment for forming a surface layer containing a polypeptide chain or a modified product thereof on a conductive layer Polypeptide chains or modified products thereof used in this treatment include proteins, modified products thereof, oligopeptides, etc. Can be mentioned.
Here, examples of proteins include albumin such as bovine serum albumin (BSA), globulin, myoglobin, and the like, and two or more of these may be used in combination. Of these, bovine serum albumin or a modified product thereof is particularly preferably used. Since bovine serum albumin and a modified product thereof are particularly firmly adhered to the conductive layer, the surface of the conductive layer can be reliably hydrophilized. When bovine serum albumin or a modified product thereof is contained in the reaction layers 41, 42, 43, the surface layer corresponds to both the
また、タンパク質類の変性物としては、前記タンパク質類中の疎水結合、水素結合またはイオン結合を破壊するような処理を施したもの等が挙げられる。かかる処理としては、例えば、熱処理、加圧処理、pH調整処理、変性剤による処理等が挙げられる。
このようなポリペプチド鎖またはその変性物は、溶媒に溶解され、処理液として導電層上に塗布される。これにより、導電層上に、ポリペプチド鎖またはその変性物を含む表面層が形成される。
Examples of the denatured product of proteins include those subjected to a treatment that breaks hydrophobic bonds, hydrogen bonds, or ionic bonds in the proteins. Examples of such treatment include heat treatment, pressure treatment, pH adjustment treatment, treatment with a denaturing agent, and the like.
Such a polypeptide chain or a modified product thereof is dissolved in a solvent and applied as a treatment liquid on the conductive layer. Thereby, a surface layer containing a polypeptide chain or a modified product thereof is formed on the conductive layer.
ここで、表面層中のポリペプチド鎖またはその変性物は、導電層の表面状態に応じて、そのポリマー構造を自発的に変化させる。前述した各導電層の表面は、有機バインダ成分に基づく疎水性を示すが、この性質に応じて、ポリペプチド鎖またはその変性物のポリマー構造が、各導電層の表面との相互作用が高まるように変化する。したがって、形成された表面層と導電層との界面は、優れた密着性を示す。 Here, the polypeptide chain in the surface layer or a modified product thereof spontaneously changes its polymer structure in accordance with the surface state of the conductive layer. The surface of each conductive layer described above exhibits hydrophobicity based on the organic binder component. Depending on this property, the polymer structure of the polypeptide chain or a modified product thereof may increase the interaction with the surface of each conductive layer. To change. Therefore, the formed interface between the surface layer and the conductive layer exhibits excellent adhesion.
一方、表面層の表面(導電層と反対側の面)には、親水性基(例えば、アミノ酸部位)が露出することとなる。これにより、表面層の表面が親水化される。
また、ポリペプチド鎖またはその変性物は、生体関連物質に対する親和性が高いため、検出対象物や、隣接する反応層中の受容体の活性が低下するのを防止することができる。このため、検出感度に優れたセンサ1を得ることができる。
On the other hand, a hydrophilic group (for example, an amino acid site) is exposed on the surface of the surface layer (surface opposite to the conductive layer). Thereby, the surface of the surface layer is hydrophilized.
In addition, since the polypeptide chain or a modified product thereof has a high affinity for a biological substance, it is possible to prevent the activity of the detection target and the receptor in the adjacent reaction layer from decreasing. For this reason, the
ポリペプチド鎖またはその変性物を溶解する溶媒には、緩衝液を用いるのが好ましい。これにより、pHの変動が抑制され、ポリペプチドの立体構造が変化し、ポリペプチド鎖を含む表面層の疎水性および親水性が変化するのを抑制することができる。
なお、緩衝液としては、前述した各種の緩衝液を用いることができる。
また、処理液中におけるポリペプチド鎖またはその変性物の含有率は、1〜5wt%程度であるのが好ましい。これにより、導電層上に、必要かつ十分な密度でポリペプチド鎖またはその変性物を含んだ表面層を形成することができる。その結果、親水性の高い電極を得ることができる。
A buffer solution is preferably used as a solvent for dissolving the polypeptide chain or a modified product thereof. Thereby, the fluctuation | variation of pH is suppressed, the three-dimensional structure of polypeptide changes, and it can suppress that the hydrophobicity and hydrophilicity of the surface layer containing a polypeptide chain | strand change.
As the buffer solution, the various buffer solutions described above can be used.
Moreover, it is preferable that the content rate of the polypeptide chain or its modified | denatured substance in a process liquid is about 1-5 wt%. Thereby, a surface layer containing a polypeptide chain or a modified product thereof at a necessary and sufficient density can be formed on the conductive layer. As a result, a highly hydrophilic electrode can be obtained.
また、処理液を塗布する方法には、前述した各種の塗布法が用いられる。
なお、この場合、処理液の温度は、15〜45℃程度であるのが好ましく、20〜40℃程度であるのがより好ましい。これにより、ポリペプチド鎖またはその変性物の意図しない変性が防止されるとともに、導電層上に、親水性基が活性化され、より親水性の高い表面層を形成することができる。
Moreover, the various coating methods mentioned above are used for the method of apply | coating a process liquid.
In this case, the temperature of the treatment liquid is preferably about 15 to 45 ° C, more preferably about 20 to 40 ° C. As a result, unintended denaturation of the polypeptide chain or a modified product thereof can be prevented, and a hydrophilic group can be activated on the conductive layer to form a more hydrophilic surface layer.
また、導電層上に処理液を塗布して表面層を得た後、表面層が乾燥する前に、ポリペプチド鎖の重合を促進させる物質を添加するようにしてもよい。これにより、ポリペプチド鎖またはその変性物がネットワーク化する。このネットワーク化により、表面層の機械的特性が向上するので、これにより、剥離等を確実に防止し得る表面層が得られる。
なお、ポリペプチド鎖の重合を促進させる物質としては、例えば、グルタルアルデヒド含有リン酸緩衝液(グルタルアルデヒドの含有率2wt%)等が挙げられる。
このようにして導電層上に形成された表面層は、その平均厚さが、0.01〜1μm程度であるのが好ましく、0.05〜0.5μm程度であるのがより好ましい。表面層の厚さを前記範囲内とすることにより、導電層の表面状態によらず、表面層の親水性が確実に発現する。
In addition, after obtaining the surface layer by applying the treatment liquid on the conductive layer, a substance that promotes the polymerization of the polypeptide chain may be added before the surface layer is dried. Thereby, the polypeptide chain or a modified product thereof is networked. This networking improves the mechanical properties of the surface layer, thereby providing a surface layer that can reliably prevent peeling and the like.
Examples of the substance that accelerates the polymerization of the polypeptide chain include glutaraldehyde-containing phosphate buffer (
The surface layer thus formed on the conductive layer preferably has an average thickness of about 0.01 to 1 μm, and more preferably about 0.05 to 0.5 μm. By setting the thickness of the surface layer within the above range, the hydrophilicity of the surface layer is surely expressed regardless of the surface state of the conductive layer.
(B−3)導電層上に界面活性剤を含む表面層を形成する処理
この処理に用いられる界面活性剤は、溶媒に溶解され、処理液として導電層上に塗布される。これにより、導電層上に、界面活性剤を含む表面層が形成される。
表面層中の界面活性剤は、その疎水性部位が分子間力(ファンデルワールス力)により、導電層に吸着する。一方、界面活性剤の親水性部位は、表面層の表面(導電層と反対側の面)に露出し、これにより、表面層の表面が親水化される。なお、この処理では、導電層上に、界面活性剤を含む表面層を形成し、これにより導電層表面の親水化を図っているため、導電層の状態、例えば、導電層中に含まれる有機バインダ成分の種類によらず、導電層の表面を確実に親水化することができる。したがって、有機バインダ成分の種類の選択の幅を拡大することができる。
(B-3) Treatment for forming a surface layer containing a surfactant on the conductive layer The surfactant used in this treatment is dissolved in a solvent and applied as a treatment liquid on the conductive layer. Thereby, a surface layer containing a surfactant is formed on the conductive layer.
As for the surfactant in the surface layer, the hydrophobic part is adsorbed to the conductive layer by the intermolecular force (Van der Waals force). On the other hand, the hydrophilic part of the surfactant is exposed on the surface of the surface layer (the surface on the side opposite to the conductive layer), whereby the surface of the surface layer is hydrophilized. In this process, a surface layer containing a surfactant is formed on the conductive layer, thereby making the surface of the conductive layer hydrophilic. Therefore, the state of the conductive layer, for example, the organic contained in the conductive layer Regardless of the type of binder component, the surface of the conductive layer can be reliably hydrophilized. Therefore, the range of selection of the type of organic binder component can be expanded.
界面活性剤としては、特に限定されないが、脂肪酸塩、αスルホ脂肪酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキル硫酸塩、アルキルエーテル硫酸エステル塩等の陰イオン系界面活性剤、アルキルトリメチルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウムクロリド、アルキルピリジニウムクロリド等の陽イオン系界面活性剤、アルキルカルボキシベタイン等の両イオン系界面活性剤、脂肪酸ジエタノールアミド、ポリオキシエチレングリコール類等の非イオン系界面活性剤等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上が組み合わせて用いられる。2種類以上を組み合わせて用いる場合、陰イオン系界面活性剤と非イオン系界面活性剤との組み合わせ、または、陽イオン系界面活性剤と非イオン系界面活性剤との組み合わせとするのが好ましい。 The surfactant is not particularly limited, but is an anionic surfactant such as fatty acid salt, α-sulfo fatty acid ester salt, alkylbenzene sulfonate, alkyl sulfate, alkyl ether sulfate, alkyltrimethylammonium salt, dialkyldimethyl. Examples include cationic surfactants such as ammonium chloride and alkylpyridinium chloride, amphoteric surfactants such as alkylcarboxybetaine, and nonionic surfactants such as fatty acid diethanolamide and polyoxyethylene glycols. 1 type (s) or 2 or more types are used in combination. When two or more types are used in combination, it is preferable to use a combination of an anionic surfactant and a nonionic surfactant, or a combination of a cationic surfactant and a nonionic surfactant.
また、イオン系界面活性剤と非イオン系界面活性剤とを組み合わせて用いる場合、その混合比は、重量比で1:1〜1:5程度であるのが好ましく、1:1〜1:4程度であるのがより好ましい。
また、界面活性剤を溶解する溶媒は、特に限定されず、各種の有機溶媒を用いることができる。
Moreover, when using combining an ionic surfactant and a nonionic surfactant, it is preferable that the mixing ratio is about 1: 1 to 1: 5 by weight ratio, and is 1: 1 to 1: 4. More preferred is the degree.
Moreover, the solvent which melt | dissolves surfactant is not specifically limited, Various organic solvents can be used.
また、処理液中における界面活性剤の含有率は、0.1〜0.5wt%程度であるのが好ましく、0.2〜0.4wt%程度であるのがより好ましい。これにより、導電層上に、必要かつ十分な密度で界面活性剤を含んだ表面層を形成することができる。その結果、親水性の高い電極を得ることができる。
なお、処理液を塗布する方法には、前述した各種の塗布法が用いられる。
このようにして導電層上に形成された表面層は、その平均厚さが、0.01〜1μm程度であるのが好ましく、0.05〜0.5μm程度であるのがより好ましい。表面層の厚さを前記範囲内とすることにより、導電層の表面状態によらず、表面層の親水性が確実に発現する。
Moreover, it is preferable that the content rate of surfactant in a process liquid is about 0.1-0.5 wt%, and it is more preferable that it is about 0.2-0.4 wt%. As a result, a surface layer containing a surfactant at a necessary and sufficient density can be formed on the conductive layer. As a result, a highly hydrophilic electrode can be obtained.
In addition, the various coating methods mentioned above are used for the method of apply | coating a process liquid.
The surface layer thus formed on the conductive layer preferably has an average thickness of about 0.01 to 1 μm, and more preferably about 0.05 to 0.5 μm. By setting the thickness of the surface layer within the above range, the hydrophilicity of the surface layer is surely expressed regardless of the surface state of the conductive layer.
以上のような表面処理を、導電層201、202、203、導電層601、602、603および導電層701、702、703に施すことにより、それぞれの表面が親水化する。
そして、表面処理を施した導電層601、602、603は、対向電極61、62、63となる。
また、表面処理を施した導電層701、702、703は、参照電極71、72、73となる。
By subjecting the
The
In addition, the
[4] 次に、図6(d)に示すように、表面処理を施した導電層201、202、203上に、反応層41、42、43を形成する。
以下、各反応層41、42、43が、高分子413、423、433で構成されたマトリクス中に受容体411、421、431を含んで構成されている場合を例に説明する。
まず、各受容体411、421、431と高分子413、423、433とを、それぞれ溶媒に溶解して液状材料を調製する。
また、液状材料中に、必要に応じて、架橋剤、メディエータ412、422、432を添加してもよい。
液状材料中における各成分の含有率は、それぞれ、反応層41、42、43中における各成分の含有率が前記範囲となるような割合に設定する。
[4] Next, as illustrated in FIG. 6D, reaction layers 41, 42, and 43 are formed on the
Hereinafter, the case where each
First, each of the
Moreover, you may add a crosslinking agent and the
The content of each component in the liquid material is set to a ratio such that the content of each component in the reaction layers 41, 42, and 43 falls within the above range.
次いで、この液状材料を、試料供給空間5に供給する。
このとき、前記工程[3]において、導電層201、202、203の表面が親水化されていることにより、この表面に、液状材料が均一に濡れ拡がる。
その後、一定時間放置した後、洗浄、乾燥することにより、反応層41、42、43が得られる。
ここで、液状材料の温度、および雰囲気の温度は、それぞれ、3〜40℃程度であるのが好ましく、10〜25℃程度であるのがより好ましい。
また、放置時間は、10〜180分間程度であるのが好ましく、20〜60分間程度であるのがより好ましい。
Next, this liquid material is supplied to the
At this time, in step [3], the surfaces of the
Thereafter, the reaction layers 41, 42, and 43 are obtained by leaving them to stand for a certain period of time, followed by washing and drying.
Here, the temperature of the liquid material and the temperature of the atmosphere are each preferably about 3 to 40 ° C., more preferably about 10 to 25 ° C.
Further, the standing time is preferably about 10 to 180 minutes, and more preferably about 20 to 60 minutes.
このようにして得られる反応層41、42、43は、液状材料の供給に際し、液状材料が導電層201、202、203の表面に均一に濡れ拡がったことにより、均一かつ均質な表面層を得ることができる。また、この表面層は、導電層201、202、203の各表面に対して、それぞれ高い密着性を有したものとなる。
そして、導電層201、202、203上に、反応層41、42、43を確実に固定してなる作用電極21、22、23が得られる。
以上の工程により、センサ1が得られる。
The reaction layers 41, 42, 43 obtained in this way obtain a uniform and homogeneous surface layer when the liquid material is uniformly spread on the surfaces of the
Then, the working
The
このようにして得られたセンサ1は、導電層201、202、203上に反応層41、42、43が密着性よく形成されていることにより、反応層41、42、43において、ターゲット51、52、53と受容体411、421、431との反応により生じた電子を、導電層201、202、203側に、確実に移動させることができる。すなわち、電子移動性に優れた作用電極21、22、23が得られる。
In the
また、対向電極61、62、63および参照電極71、72、73が、それぞれ表面を親水化した導電層で構成されていることにより、これらの電極に対して液体試料50が良好な濡れ性(密着性)を示す。したがって、これらの電極の機能が確実に発揮され、作用電極21、22、23で取り出される電流値を、高精度かつ高感度で測定可能なセンサ1が得られる。
Further, since the
また、センサ1が複数の検出部11、12、13を備えている場合、上記の密着性向上により、検出される電流値の各検出部間でのバラツキが小さくなるという利点もある。これにより、複数の検出部間で得られる電流値の測定誤差が小さいマルチセンサを得ることができる。
また、かかるセンサ1を備えたことにより、検出対象物を高精度かつ高感度で検出可能な検出装置が得られる。
Further, when the
Further, by providing such a
以上、本発明のセンサの製造方法およびセンサを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、本発明のセンサの製造方法では、必要に応じて、1以上の任意の目的の工程を追加してもよい。
また、例えば、センサ1が備える各層の間には、センサの特性の低下を招かない範囲で、任意の目的(密着性の向上)の層を1層以上設けるようにしてもよい。
As mentioned above, although the manufacturing method and sensor of the sensor of this invention were demonstrated based on embodiment of illustration, this invention is not limited to these.
For example, in the method for manufacturing a sensor of the present invention, one or more optional steps may be added as necessary.
Further, for example, one or more layers for any purpose (improvement of adhesion) may be provided between the layers of the
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
1.センサの作製
(実施例1)
<1A>まず、Auの粉末(平均粒径2μm)と、ポリアクリル酸エステル樹脂と、エタノール(分散媒)とを混合して、分散液を調製した。
<2A>次に、ガラス基板を用意し、液滴吐出法により基板上に分散液を供給して、作用電極および対向電極の形状をなす液状被膜を、16組形成した。また、これらの電極と外部の処理回路とを電気的に接続する配線の形状をなす液状被膜も、併せて形成した。
Next, specific examples of the present invention will be described.
1. Production of sensor (Example 1)
<1A> First, Au powder (average particle diameter: 2 μm), polyacrylate resin, and ethanol (dispersion medium) were mixed to prepare a dispersion.
<2A> Next, a glass substrate was prepared, and a dispersion was supplied onto the substrate by a droplet discharge method to form 16 sets of liquid films having the shape of a working electrode and a counter electrode. In addition, a liquid film having the shape of a wiring for electrically connecting these electrodes and an external processing circuit was also formed.
<3A>次に、Ag−AgClの粉末(平均粒径2μm)と、ポリアクリル酸エステル樹脂と、エタノール(分散媒)とを混合して、分散液を調製した。
<4A>次に、前記工程<2>で液状被膜を形成したガラス基板上に、前記工程<3>で得られた分散液を供給して、参照電極の形状をなす液状被膜を、16個形成した。
<5A>次に、これらの液状被膜を放置することにより、エタノールを揮発・除去して、16個の作用電極に対応する導電層、16個の対向電極に対応する導電層、16個の参照電極に対応する導電層、配線を形成した。なお、これらの電極および配線の平均厚さは、200μmであった。
<3A> Next, Ag-AgCl powder (
<4A> Next, on the glass substrate on which the liquid film is formed in the step <2>, the liquid dispersion obtained in the step <3> is supplied to form 16 liquid films that form the shape of the reference electrode. Formed.
<5A> Next, by leaving these liquid coatings to stand, the ethanol is volatilized and removed, and a conductive layer corresponding to 16 working electrodes, a conductive layer corresponding to 16 counter electrodes, and 16 references. Conductive layers and wirings corresponding to the electrodes were formed. The average thickness of these electrodes and wirings was 200 μm.
<6A>次に、各電極付近に開口する円形開口部を有する樹脂製基板を用意し、この樹脂製基板を、ガラス基板上に接着剤で貼り付けた。これにより、各導電層の周囲に隔壁を形成し、試料供給空間を形成した。
<7A>次に、ガラス基板の上に、各導電層の形成領域以外の領域を覆うようにマスクを設けた。そして、各導電層に、酸素存在雰囲気下、波長254nmの紫外光を3分間照射した。これにより、対向電極と参照電極とを得た。
<6A> Next, a resin substrate having a circular opening opened in the vicinity of each electrode was prepared, and this resin substrate was bonded onto a glass substrate with an adhesive. Thereby, a partition was formed around each conductive layer, and a sample supply space was formed.
<7A> Next, a mask was provided on the glass substrate so as to cover a region other than the formation region of each conductive layer. Each conductive layer was irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 254 nm for 3 minutes in an oxygen-existing atmosphere. Thereby, a counter electrode and a reference electrode were obtained.
<8A>次に、グルコースオキシダーゼ(受容体)を純水に溶解して、酵素含有溶液を調製した。なお、酵素含有溶液の濃度は、1mMとした。
<9A>次に、酵素含有溶液を、作用電極に対応する導電層上に供給し、23℃で1時間放置した。その後、純水で洗浄し、窒素ブローにて乾燥した。これにより、作用電極を得、センサを作製した。
<10A>次に、センサの各配線を、処理回路を備えたコンピュータに接続した。
<8A> Next, glucose oxidase (receptor) was dissolved in pure water to prepare an enzyme-containing solution. The concentration of the enzyme-containing solution was 1 mM.
<9A> Next, the enzyme-containing solution was supplied onto the conductive layer corresponding to the working electrode and allowed to stand at 23 ° C. for 1 hour. Thereafter, it was washed with pure water and dried by nitrogen blowing. Thereby, a working electrode was obtained and a sensor was produced.
<10A> Next, each wiring of the sensor was connected to a computer equipped with a processing circuit.
(実施例2)
<1B>まず、実施例1の工程<1A>〜<4A>と同様にして、ガラス基板上に、16個の作用電極に対応する導電層、16個の対向電極に対応する導電層、16個の参照電極に対応する導電層、配線を形成した。
<2B>次に、前記化学式(2)に示す反応増幅剤を、トリエチルアミンを含有するジメチルスルホキシドに溶解して、処理液を調製した。なお、この処理液中における反応増幅剤の濃度は、0.5wt%とし、処理液の温度は、23℃とした。また、前記化学式(2)の式中、R3が(CF2)5CF3を表し、R4がCH3を表す。そして、この処理液を、インクジェット法によって、各導電層上に供給した。
(Example 2)
<1B> First, in the same manner as in Steps <1A> to <4A> of Example 1, a conductive layer corresponding to 16 working electrodes, a conductive layer corresponding to 16 counter electrodes on a glass substrate, 16 Conductive layers and wirings corresponding to the reference electrodes were formed.
<2B> Next, the reaction amplifying agent represented by the chemical formula (2) was dissolved in dimethyl sulfoxide containing triethylamine to prepare a treatment solution. Note that the concentration of the reaction amplifying agent in the treatment liquid was 0.5 wt%, and the temperature of the treatment liquid was 23 ° C. In the chemical formula (2), R 3 represents (CF 2 ) 5 CF 3 and R 4 represents CH 3 . And this processing liquid was supplied on each conductive layer by the inkjet method.
<3B>次に、この状態で、温度23℃で2時間放置した。その後、基板を純水で洗浄し、窒素ブローにより乾燥させた。これにより、各導電層上に反応増幅剤を含む自己組織化膜を得た。
<4B>次に、ガラス基板の上に、各導電層の形成領域以外の領域を覆うようにマスクを設けた。そして、各導電層に、波長365nmの紫外光を1分間照射した。これにより、対向電極と参照電極とを得た。
<5B>次に、実施例1の工程<8A>〜<9A>と同様にして、作用電極に対応する導電層上に反応層を形成し、これにより、作用電極を得、センサを作製した。そして、工程<10A>と同様にして、センサを、コンピュータに接続した。
<3B> Next, in this state, it was left at a temperature of 23 ° C. for 2 hours. Thereafter, the substrate was washed with pure water and dried by nitrogen blowing. Thereby, a self-assembled film containing a reaction amplification agent on each conductive layer was obtained.
<4B> Next, a mask was provided on the glass substrate so as to cover a region other than the region where each conductive layer was formed. Each conductive layer was irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 365 nm for 1 minute. Thereby, a counter electrode and a reference electrode were obtained.
<5B> Next, in the same manner as steps <8A> to <9A> in Example 1, a reaction layer was formed on the conductive layer corresponding to the working electrode, thereby obtaining the working electrode and producing a sensor. . And the sensor was connected to the computer like process <10A>.
(実施例3)
<1C>まず、実施例1の工程<1A>〜<4A>と同様にして、ガラス基板上に、16個の作用電極に対応する導電層、16個の対向電極に対応する導電層、16個の参照電極に対応する導電層、配線を形成した。
<2C>次に、アルキルベンゼンスルホン酸塩(陰イオン系界面活性剤)とポリオキシエチレングリコール(非イオン系界面活性剤)とを純水に溶解して、処理液を調製した。なお、この処理液中におけるアルキルベンゼンスルホン酸塩とポリオキシエチレングリコールとの混合比は、重量比で1:3とした。そして、この処理液を、インクジェット法によって、各導電層上に供給した。
(Example 3)
<1C> First, in the same manner as in steps <1A> to <4A> of Example 1, a conductive layer corresponding to 16 working electrodes, a conductive layer corresponding to 16 counter electrodes on a glass substrate, 16 Conductive layers and wirings corresponding to the reference electrodes were formed.
<2C> Next, alkylbenzene sulfonate (anionic surfactant) and polyoxyethylene glycol (nonionic surfactant) were dissolved in pure water to prepare a treatment solution. The mixing ratio of alkylbenzene sulfonate and polyoxyethylene glycol in this treatment liquid was 1: 3 by weight. And this processing liquid was supplied on each conductive layer by the inkjet method.
<3C>次に、この状態で、温度23℃で2時間放置した。その後、基板を純水で洗浄し、窒素ブローにより乾燥させた。これにより、各導電層上に界面活性剤を含む表面層を得た。
<4C>次に、実施例1の工程<8A>〜<9A>と同様にして、作用電極に対応する導電層上に反応層を形成し、これにより、作用電極を得、センサを作製した。そして、工程<10A>と同様にして、センサを、コンピュータに接続した。
<3C> Next, in this state, it was left at a temperature of 23 ° C. for 2 hours. Thereafter, the substrate was washed with pure water and dried by nitrogen blowing. Thereby, a surface layer containing a surfactant was obtained on each conductive layer.
<4C> Next, in the same manner as steps <8A> to <9A> in Example 1, a reaction layer was formed on the conductive layer corresponding to the working electrode, thereby obtaining the working electrode and producing a sensor. . And the sensor was connected to the computer like process <10A>.
(実施例4)
<1D>まず、実施例1の工程<1A>〜<4A>と同様にして、ガラス基板上に、16個の作用電極に対応する導電層、16個の対向電極に対応する導電層、16個の参照電極に対応する導電層、配線を形成した。
<2D>次に、変性ウシ血清アルブミン(変性BSA)を、pH7.3のリン酸緩衝液(PBSバッファー溶液)に溶解して、処理液を調製した。なお、この処理液中における変性ウシ血清アルブミンの含有率は、3wt%とし、液体材料の温度は、23℃とした。そして、この処理液を、インクジェット法によって、各導電層上に供給した。
Example 4
<1D> First, in the same manner as in steps <1A> to <4A> of Example 1, a conductive layer corresponding to 16 working electrodes, a conductive layer corresponding to 16 counter electrodes on a glass substrate, 16 Conductive layers and wirings corresponding to the reference electrodes were formed.
<2D> Next, denatured bovine serum albumin (denatured BSA) was dissolved in a phosphate buffer solution (PBS buffer solution) having a pH of 7.3 to prepare a treatment solution. The content of denatured bovine serum albumin in this treatment liquid was 3 wt%, and the temperature of the liquid material was 23 ° C. And this processing liquid was supplied on each conductive layer by the inkjet method.
<3D>次に、この状態で、温度23℃で2時間放置した。その後、基板を純水で洗浄し、窒素ブローにより乾燥させた。これにより、各導電層上に変性ウシ血清アルブミンを含む表面層を得た。
<4D>次に、実施例1の工程<8A>〜<9A>と同様にして、作用電極に対応する導電層上に反応層を形成し、これにより、作用電極を得、センサを作製した。そして、工程<10A>と同様にして、センサを、コンピュータに接続した。
<3D> Next, in this state, it was left at a temperature of 23 ° C. for 2 hours. Thereafter, the substrate was washed with pure water and dried by nitrogen blowing. Thereby, a surface layer containing denatured bovine serum albumin was obtained on each conductive layer.
<4D> Next, a reaction layer was formed on the conductive layer corresponding to the working electrode in the same manner as steps <8A> to <9A> in Example 1, thereby obtaining a working electrode and producing a sensor. . And the sensor was connected to the computer like process <10A>.
(実施例5)
<1E>まず、実施例1の工程<1A>〜<4A>と同様にして、ガラス基板上に、16個の作用電極に対応する導電層、16個の対向電極に対応する導電層、16個の参照電極に対応する導電層、配線を形成した。
<2E>次に、リパーゼ(脂肪分解酵素)を、pH7.3のリン酸緩衝液(PBSバッファー溶液)とジメチルホルムアミドの混合溶媒に溶解して、処理液を調製した。なお、この処理液中におけるリパーゼの含有率は、3wt%とし、ジメチルホルムアミドの含有率は、15vol%とした。また、処理液の温度は、37℃とした。そして、この処理液を、インクジェット法によって、各導電層上に供給した。
<3E>次に、この状態で、温度37℃で2時間放置した。その後、基板を純水で洗浄し、窒素ブローにより乾燥させた。これにより、対向電極と参照電極とを得た。
<4E>次に、実施例1の工程<8A>〜<9A>と同様にして、作用電極に対応する導電層上に反応層を形成し、これにより、作用電極を得、センサを作製した。そして、工程<10A>と同様にして、センサを、コンピュータに接続した。
(比較例)
実施例1における工程<7A>を省略した以外は、前記実施例1と同様にしてセンサを作製し、センサの各配線をコンピュータに接続した。
(Example 5)
<1E> First, in the same manner as in Steps <1A> to <4A> of Example 1, a conductive layer corresponding to 16 working electrodes, a conductive layer corresponding to 16 counter electrodes on a glass substrate, 16 Conductive layers and wirings corresponding to the reference electrodes were formed.
<2E> Next, lipase (lipolytic enzyme) was dissolved in a mixed solvent of a phosphate buffer solution (PBS buffer solution) having a pH of 7.3 and dimethylformamide to prepare a treatment solution. In addition, the content rate of lipase in this process liquid was 3 wt%, and the content rate of dimethylformamide was 15 vol%. The temperature of the treatment liquid was 37 ° C. And this processing liquid was supplied on each conductive layer by the inkjet method.
<3E> Next, in this state, it was left at a temperature of 37 ° C. for 2 hours. Thereafter, the substrate was washed with pure water and dried by nitrogen blowing. Thereby, a counter electrode and a reference electrode were obtained.
<4E> Next, a reaction layer was formed on the conductive layer corresponding to the working electrode in the same manner as in Steps <8A> to <9A> of Example 1, thereby obtaining a working electrode and producing a sensor. . And the sensor was connected to the computer like process <10A>.
(Comparative example)
A sensor was produced in the same manner as in Example 1 except that the step <7A> in Example 1 was omitted, and each wiring of the sensor was connected to a computer.
2.評価
まず、グルコースの基質を含有する液体試料を調製した。なお、液体試料中の基質の濃度は、5mMとした。
次に、各実施例および比較例で得られたセンサの16個の検出部に、この液体試料を供給するとともに、作用電極と対向電極との間、および、参照電極と対向電極との間に、それぞれ0.5Vの電圧を印加した。
次に、各作用電極から取り出された電流値を測定した。
2. Evaluation First, a liquid sample containing a glucose substrate was prepared. The concentration of the substrate in the liquid sample was 5 mM.
Next, while supplying this liquid sample to 16 detection parts of the sensor obtained in each example and comparative example, between the working electrode and the counter electrode, and between the reference electrode and the counter electrode A voltage of 0.5 V was applied.
Next, the current value taken out from each working electrode was measured.
その結果、各実施例で得られたセンサで測定された電流値は、いずれも、比較例で得られたセンサで測定された電流値よりも大きかった。
また、複数の作用電極から取り出された電流値のバラツキを比較したところ、各実施例で得られたセンサでは、比較例で得られたセンサよりも、電流値のバラツキが小さかった。
As a result, the current value measured by the sensor obtained in each example was larger than the current value measured by the sensor obtained in the comparative example.
Further, when variations in current values taken out from a plurality of working electrodes were compared, in the sensors obtained in the respective examples, the variations in current values were smaller than in the sensors obtained in the comparative examples.
1‥‥センサ 2‥‥基板 3‥‥配線 5‥‥試料供給空間 6‥‥隔壁 11、12、13‥‥検出部 201、202、203、601、602、603、701、702、703‥‥導電層 21、22、23‥‥作用電極 41、42、43‥‥反応層 411、421、431‥‥受容体 412、422、432‥‥メディエータ 413、423、433‥‥高分子 50‥‥液体試料 51、52、53‥‥ターゲット 61、62、63‥‥対向電極 71、72、73‥‥参照電極 100‥‥測定装置(検出装置) 101‥‥処理回路 102‥‥演算装置 103‥‥コネクタ 104‥‥配線
DESCRIPTION OF
Claims (20)
該導電層中の前記有機バインダ成分を分解する処理、および、前記導電層上に親水性基を導入する処理の少なくとも一方を行うことにより、前記導電層表面を親水化する第2の工程とを有することを特徴とするセンサの製造方法。 A first step of forming a conductive layer containing conductive material particles and an organic binder component on a substrate;
A second step of hydrophilizing the surface of the conductive layer by performing at least one of a process of decomposing the organic binder component in the conductive layer and a process of introducing a hydrophilic group onto the conductive layer. A method for producing a sensor, comprising:
該基材上に設けられ、導電性材料の粒子と有機バインダ成分とを含有する導電層を備えた対向電極と、
前記基材上に設けられた導電性材料の粒子と有機バインダ成分とを含有する導電層と、該導電層上に設けられ、試料中の検出対象物と反応する反応層とを備えた作用電極とを有し、
前記各導電層のうちの少なくとも1つは、含有する前記有機バインダ成分を分解する処理、および、表面に親水性基を導入する処理の少なくとも一方を施したものであることを特徴とするセンサ。 A substrate;
A counter electrode provided with a conductive layer provided on the substrate and containing particles of a conductive material and an organic binder component;
A working electrode comprising a conductive layer containing conductive material particles and an organic binder component provided on the substrate, and a reaction layer provided on the conductive layer and reacting with an object to be detected in a sample. And
At least one of the conductive layers is subjected to at least one of a treatment for decomposing the organic binder component to be contained and a treatment for introducing a hydrophilic group on the surface.
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JP2007009565A JP2008175697A (en) | 2007-01-18 | 2007-01-18 | Method of manufacturing sensor, sensor, and detector |
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JP2014102257A (en) * | 2007-09-28 | 2014-06-05 | Hitachi Chemical Co Ltd | Sensor, sensor system, portable sensor system, analytical method of metal ion, analytical method of plating inhibition chemical species, analytical method of produced compound, and analytical method of monovalence copper chemical species |
KR101468646B1 (en) * | 2013-01-08 | 2014-12-03 | 서강대학교산학협력단 | Sensors for detecting Hydrogen Peroxidase based on nano structures |
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2007
- 2007-01-18 JP JP2007009565A patent/JP2008175697A/en active Pending
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