JP2011167165A - Method for manufacturing optical sensor chip - Google Patents

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Masaaki Hirakawa
雅章 平川
Ikuo Uematsu
育生 植松
Kayoko Omiya
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing optical sensor chips which can control permeability change of a sensing film in a retention period by removing bound water contained in the sensing film. <P>SOLUTION: In the method of manufacturing optical sensor chips, at least one enzyme in a first enzyme oxidizing or reducing a measured object and a second enzyme generating a substance of a coloring substance by reacting with the generated product of the first enzyme is coated with an ionic polymer containing a buffer; the first enzyme, the second enzyme, the coloring substance, and a nonionic cellulose derivative are mixed to prepare coating liquid for sensing film formation; and the sensing film is formed by applying the coating liquid for sensing film formation on an optical waveguide layer formed on a substrate and heating and drying the coating liquid. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、光学式センサチップの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing an optical sensor chip.

光学式センサチップとしては、例えば皮下組織の体液抽出で血糖値を間接的に調べる低侵襲型血糖測定用のものが開発されている。このセンサチップは、ガラス基板と、この基板表面に形成され、その基板内に光を入射、放出させるための一対のグレーティングと、このグレーティング間に位置する前記基板表面に形成されるグルコースセンシング膜とを備えた構造を有する。このグルコースセンシング膜は、発色剤(例えば3、3’、5、5’−テトラメチルベンジジン(TMBZ))、グルコースを酸化または還元させる第1酵素(例えばグルコースオキシダーゼ(GOD))、この第1酵素による生成物と反応して発色剤を発色させる物質を発生する第2酵素(例えばペルオキシダーゼ(POD))、および膜形成高分子化合物(例えばヒドロキシエチルセルロース(HEC)のようなセルロース誘導体)を含有する。   As an optical sensor chip, for example, a minimally invasive blood glucose measurement device has been developed in which blood glucose level is indirectly examined by extracting body fluid from subcutaneous tissue. The sensor chip is formed on a glass substrate, a pair of gratings formed on the surface of the substrate for allowing light to enter and emit in the substrate, and a glucose sensing film formed on the surface of the substrate located between the gratings. It has a structure provided with. The glucose sensing membrane includes a color former (for example, 3, 3 ′, 5, 5′-tetramethylbenzidine (TMBZ)), a first enzyme that oxidizes or reduces glucose (for example, glucose oxidase (GOD)), the first enzyme. A second enzyme (for example, peroxidase (POD)) that generates a substance that reacts with the product of the above to generate a color former, and a film-forming polymer (for example, a cellulose derivative such as hydroxyethyl cellulose (HEC)).

このような構造の光学式センサチップにおいて、皮膚と前記センシング膜の間にシート状ゲルを配して電界をかけると、皮下組織液中のグルコースが皮膚からゲルを透過して前記センシング膜に到達する。このとき、前記センシング膜中の発色剤であるTMBZがグルコースとGOD,PODの反応に起因して発色する。この状態で光を前記基板に入射しその基板表面と前記一方のグレーディングで屈折させると、その光は前記基板と発色したTMBZを含むセンシング膜の界面を伝播し、基板と他方のグレーティングの界面で屈折し、例えば受光素子で受光される。この受光したレーザ光強度は、前記グルコースセンシング膜の発色剤の発色により非発色時に受光素子で受光した光強度(初期強度)に比べて低下した値になり、その低下率から前記グルコースの濃度を検出する。   In the optical sensor chip having such a structure, when a sheet-like gel is placed between the skin and the sensing membrane and an electric field is applied, glucose in the subcutaneous tissue fluid permeates the gel from the skin and reaches the sensing membrane. . At this time, TMBZ, which is a color former in the sensing film, develops color due to the reaction between glucose, GOD and POD. In this state, when light is incident on the substrate and refracted by the substrate surface and the one grading, the light propagates through the interface between the substrate and the sensing film containing colored TMBZ, and at the interface between the substrate and the other grating. The light is refracted and received by, for example, a light receiving element. The received laser light intensity is a value that is lower than the light intensity (initial intensity) received by the light receiving element during non-color development due to color development of the color former of the glucose sensing film, and the concentration of the glucose is determined from the rate of decrease. To detect.

上記のような数μLの検体溶液内に捕集したグルコースを検出する場合、従来の光学式センサチップでは、長時間保存しておくと、膜形成物質が劣化し、膜形成物質の浸透性が低下する。この劣化要因としては、膜を形成する物質自体の浸透性が低下すること、或いは塗布、乾燥したときに膜形成物質と相互作用している水分(以下、「束縛水」と称す。)が除去されず、保存時に束縛水が徐々に膜形成物質から抜けることが挙げられる。膜形成物質の浸透性が低下した場合、微量な捕集溶液中に含まれるグルコースのセンシング膜内への拡散速度が低下し、センシング膜内の第1酵素、第2酵素及び色素の段階的な反応が低下する。これらの結果、発色度合いの低下を生じてセンサチップの感度低下を招く。   When detecting glucose collected in a sample solution of several μL as described above, with a conventional optical sensor chip, if stored for a long time, the film-forming substance deteriorates and the permeability of the film-forming substance is reduced. descend. As the deterioration factor, the permeability of the material forming the film itself is lowered, or moisture interacting with the film forming material when applied and dried (hereinafter referred to as “bound water”) is removed. In other words, the bound water gradually escapes from the film-forming substance during storage. When the permeability of the film-forming substance is lowered, the diffusion rate of glucose contained in a small amount of the collection solution into the sensing film is lowered, and the first enzyme, the second enzyme, and the dye in the sensing film are stepwise. The reaction is reduced. As a result, the degree of color development is lowered and the sensitivity of the sensor chip is lowered.

特開2008−22763号公報JP 2008-22863 A

本発明は、センシング膜中に含まれる束縛水を除去することで、保存時のセンシング膜の浸透性変化を抑制できる光学式センサチップの製造方法を提供しようとするものである。   The present invention is intended to provide a method of manufacturing an optical sensor chip that can suppress the change in permeability of the sensing membrane during storage by removing bound water contained in the sensing membrane.

本発明の第1の態様によると、測定対象物を酸化または還元させる第1酵素、この第1酵素の生成物と反応することにより発色剤を発色させる物質を発生する第2酵素のいずれ一方の酵素をイオン性ポリマーおよび緩衝剤の水溶液と予め混合し、この混合液を他方の酵素、発色剤および非イオン性セルロース誘導体に添加するか、または前記第1、第2の酵素をそれぞれイオン性ポリマーおよび緩衝剤の水溶液と予め混合し、各混合液を発色剤および非イオン性セルロース誘導体に添加するか、或いは前記第1、第2の酵素の両方をイオン性ポリマーおよび緩衝剤の水溶液と予め混合し、この混合液を発色剤および非イオン性セルロース誘導体に添加するか、いずれかによりセンシング膜形成用塗布液を調製する工程と、基板に、この基板の主面に形成される光反射層内に光を入射させ、前記光導波路層外に光を放出させるための一対の光学要素を形成する工程と、前記光学要素が形成された前記基板の主面に前記基板より高屈折率の樹脂からなる前記光導波路層を形成する工程と、前記光導波路層上の前記光学要素間に前記センシング膜形成用塗布液を塗布、加熱乾燥してセンシング膜を形成する工程とを含むことを特徴とする光学式センサチップの製造方法が提供される。   According to the first aspect of the present invention, any one of the first enzyme that oxidizes or reduces the measurement object and the second enzyme that generates a substance that develops color by reacting with the product of the first enzyme. The enzyme is premixed with an aqueous solution of an ionic polymer and a buffer, and this mixed solution is added to the other enzyme, the color former and the nonionic cellulose derivative, or the first and second enzymes are respectively added to the ionic polymer. And the aqueous solution of the buffering agent in advance, and each mixed solution is added to the color former and the nonionic cellulose derivative, or both the first and second enzymes are premixed with the aqueous solution of the ionic polymer and the buffering agent. Adding the mixed solution to the color former and the nonionic cellulose derivative, or preparing a coating solution for forming a sensing film by either, and Forming a pair of optical elements for causing light to enter the light reflecting layer formed on the surface and emitting the light outside the optical waveguide layer; and a main surface of the substrate on which the optical elements are formed. Forming the optical waveguide layer made of a resin having a higher refractive index than the substrate; and applying the sensing film-forming coating solution between the optical elements on the optical waveguide layer, followed by drying by heating to form a sensing film. And a process for producing an optical sensor chip.

本発明の第2の態様によると、測定対象物を酸化または還元させる第1酵素、この第1酵素の生成物と反応することにより発色剤を発色させる物質を発生する第2酵素のいずれ一方の酵素をイオン性ポリマーおよび緩衝剤の水溶液と予め混合し、この混合液を他方の酵素、発色剤および非イオン性セルロース誘導体に添加するか、または前記第1、第2の酵素をそれぞれイオン性ポリマーおよび緩衝剤の水溶液と予め混合し、各混合液を発色剤および非イオン性セルロース誘導体に添加するか、或いは前記第1、第2の酵素の両方をイオン性ポリマーおよび緩衝剤の水溶液と予め混合し、この混合液を発色剤および非イオン性セルロース誘導体に添加するか、いずれかによりセンシング膜形成用塗布液を調製する工程と、基板に、この基板内に光を入射させ、前記基板外に光を放出させるための一対の光学要素を形成する工程と、前記光学要素間の前記基板領域上に前記センシング膜形成用塗布液を塗布、加熱乾燥してセンシング膜を形成する工程とを含むことを特徴とする光学式センサチップの製造方法が提供される。   According to the second aspect of the present invention, any one of the first enzyme that oxidizes or reduces the measurement target and the second enzyme that generates a substance that develops a color former by reacting with the product of the first enzyme. The enzyme is premixed with an aqueous solution of an ionic polymer and a buffer, and this mixed solution is added to the other enzyme, the color former and the nonionic cellulose derivative, or the first and second enzymes are respectively added to the ionic polymer. And the aqueous solution of the buffering agent in advance, and each mixed solution is added to the color former and the nonionic cellulose derivative, or both the first and second enzymes are premixed with the aqueous solution of the ionic polymer and the buffering agent. Adding the mixed solution to the color former and the nonionic cellulose derivative, or preparing a coating solution for forming a sensing film by either A step of forming a pair of optical elements for making light incident and emitting the light to the outside of the substrate, and applying the sensing film forming coating solution on the substrate region between the optical elements, heating and drying, and sensing Forming a film, and a method for manufacturing an optical sensor chip is provided.

本発明によれば、センシング膜中に含まれる束縛水を除去することで、保存時のセンシング膜の浸透性変化を抑制できる光学式センサチップの製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the optical sensor chip which can suppress the permeability | transmittance change of the sensing membrane at the time of a preservation | save by removing the bound water contained in a sensing membrane can be provided.

第1実施形態に係る光学式センサチップを示す断面図。Sectional drawing which shows the optical sensor chip which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態に係る光学式センサチップを示す断面図。Sectional drawing which shows the optical sensor chip which concerns on 2nd Embodiment. 実施例1、比較例1、2の光学式センサチップにおける保存期間の経過に伴う吸光度(感度)の変化を示す線図。The diagram which shows the change of the light absorbency (sensitivity) with progress of the storage period in the optical sensor chip of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. FIG.

以下、本発明の実施形態に係る光学式センサチップについて図面を参照して詳細に説明する。以下ではグルコースの測定に用いられる光学式センサチップについて説明するが、グルコースに限られず、食品分析対象物質であるL−グルタミン酸、アスコルビン酸、ショ糖、ピルビン酸など、種々の測定に用いることができる。   Hereinafter, an optical sensor chip according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, an optical sensor chip used for measuring glucose will be described. However, it is not limited to glucose, and can be used for various measurements such as L-glutamic acid, ascorbic acid, sucrose, and pyruvic acid, which are food analysis target substances .

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る光学式センサチップを示す断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the optical sensor chip according to the first embodiment.

ガラス基板1主面の両端部付近には、光学要素である一対のグレーティング2がその基板1に光を入射、放出させるためにそれぞれ形成されている。これらのグレーティング2は、前記基板1より高い屈折率を有する例えば酸化チタンから作られている。前記基板1より高屈折率の熱硬化性または光硬化性の樹脂からなる光導波路層3は、前記グレーティング2を含む前記基板1の主面に形成されている。光導波路層3の主面は、前記グレーティング2を含む前記基板1の主面に平行になるように形成されている。   A pair of gratings 2 as optical elements are formed in the vicinity of both ends of the main surface of the glass substrate 1 in order to make light incident on and emitted from the substrate 1. These gratings 2 are made of, for example, titanium oxide having a higher refractive index than that of the substrate 1. An optical waveguide layer 3 made of a thermosetting or photocurable resin having a higher refractive index than that of the substrate 1 is formed on the main surface of the substrate 1 including the grating 2. The main surface of the optical waveguide layer 3 is formed to be parallel to the main surface of the substrate 1 including the grating 2.

グルコースセンシング膜4は、前記グレーティング2間に対応する前記光導波路層3部分の上に形成されている。このグルコースセンシング膜4は、発色剤、グルコースを酸化または還元させる第1酵素、この第1酵素の生成物と反応することにより前記発色剤を発色させる物質を発生する第2酵素および非イオンセルロース誘導体を含み、前記第1、第2の酵素のうちの少なくとも一方の酵素が緩衝剤を取り込んだイオン性ポリマーで覆われ、かつこれら酵素、イオン性ポリマー、緩衝剤および発色剤が前記非イオン性セルロース誘導体で保持された構造を有する。   The glucose sensing film 4 is formed on the optical waveguide layer 3 corresponding to the gap between the gratings 2. The glucose sensing membrane 4 comprises a color former, a first enzyme that oxidizes or reduces glucose, a second enzyme that generates a substance that develops color by reacting with a product of the first enzyme, and a nonionic cellulose derivative. Wherein at least one of the first and second enzymes is covered with an ionic polymer incorporating a buffer, and the enzyme, ionic polymer, buffer and color former are the nonionic cellulose. It has a structure retained by a derivative.

ここで、第1、第2の酵素のうちの少なくとも一方の酵素を緩衝剤を取り込んだイオン性ポリマーで覆う基準は、次に説明する経時劣化の大小により決定する。   Here, the criterion for covering at least one of the first and second enzymes with an ionic polymer incorporating a buffering agent is determined by the degree of deterioration with time described below.

すなわち、第1酵素にグルコースを添加し、反応させることにより生成した生成物を特定の発色剤に作用させて発色させ、このときの吸光度を測定する。第1酵素を一定の温度および湿度の雰囲気に一定時間曝した後、この第1酵素にグルコースを添加し、反応させることにより生成した生成物を特定の発色剤に作用させて発色させ、このときの吸光度を測定する。前者に対する後者の吸光度の低下率を求める。   That is, the product produced by adding glucose to the first enzyme and reacting it is allowed to act on a specific color former to cause color development, and the absorbance at this time is measured. After the first enzyme is exposed to an atmosphere of a certain temperature and humidity for a certain period of time, glucose is added to the first enzyme and the product produced by reacting is allowed to act on a specific color former to cause color development. Measure the absorbance. The rate of decrease in absorbance of the latter with respect to the former is determined.

また、グルコースに第1酵素および第2酵素を添加し、第1酵素の生成物と反応することにより生成した物質を特定の発色剤に作用させて発色させ、このときの吸光度を測定する。第2酵素を一定の温度および湿度の雰囲気に前記第1酵素の吸光度測定と同様な時間曝した後、この第2酵素を第1酵素と共にグルコースに添加し、第1酵素の生成物と反応することにより生成した物質を特定の発色剤に作用させて発色させ、このときの吸光度を測定する。前者に対する後者の吸光度の低下率を求める。   In addition, the first enzyme and the second enzyme are added to glucose, and a substance produced by reacting with the product of the first enzyme is allowed to act on a specific color former to develop color, and the absorbance at this time is measured. After the second enzyme is exposed to an atmosphere having a constant temperature and humidity for the same time as the absorbance measurement of the first enzyme, the second enzyme is added to glucose together with the first enzyme and reacted with the product of the first enzyme. The substance thus produced is allowed to act on a specific color former to cause color development, and the absorbance at this time is measured. The rate of decrease in absorbance of the latter with respect to the former is determined.

前記第1酵素の経過劣化に起因する吸光度の低下率と前記第2酵素の経過劣化に起因する吸光度の低下率とを比較し、吸光度の低下率の大きい酵素を選択し、緩衝剤を取り込んだイオン性ポリマーで覆う。また、第1、第2の酵素のいずれにおいても吸光度の低下率の絶対値が大きい場合には両者を緩衝剤を取り込んだイオン性ポリマーで覆うことが好ましい。   The rate of decrease in absorbance due to the time degradation of the first enzyme was compared with the rate of decrease in absorbance due to the time degradation of the second enzyme, an enzyme having a large rate of decrease in absorbance was selected, and a buffer was incorporated. Cover with ionic polymer. Moreover, when the absolute value of the rate of decrease in absorbance is large in both the first and second enzymes, it is preferable to cover both with an ionic polymer incorporating a buffer.

前記光導波路層3は、表面が平滑で、10μm以上、より好ましくは10〜200μmの厚さを有することが好ましい。10μm以上の厚さを有する光導波路層は、光の伝播時における光強度の減衰を抑えることが可能になり、例えばレーザ光源のほかにLED光源を用いることが可能になる。   The optical waveguide layer 3 preferably has a smooth surface and a thickness of 10 μm or more, more preferably 10 to 200 μm. The optical waveguide layer having a thickness of 10 μm or more can suppress the attenuation of light intensity during the propagation of light. For example, an LED light source can be used in addition to the laser light source.

前記グルコースセンシング膜4中の第1、第2の酵素および発色剤は、例えば下記表1に示す組み合わせで用いられる。

Figure 2011167165
The first and second enzymes and the color former in the glucose sensing membrane 4 are used in combinations shown in Table 1 below, for example.
Figure 2011167165

前記グルコースセンシング膜4に用いる非イオン性セルロース誘導体は、膜形成に関与する高分子化合物である。この非イオン性セルロース誘導体としては、例えばメチルセルロース、エチルセルロースのようなアルキルセルロース;ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースのようなヒドロキシアルキルセルロース;ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルエチルセルロース、ヒドロキシジエチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロースのようなヒドロキシアルキルアルキルセルロース;およびミクロフィブロ化セルロース等を挙げることができ、これらは単体または混合物の形態で用いることができる。   The nonionic cellulose derivative used for the glucose sensing membrane 4 is a polymer compound involved in membrane formation. Examples of the nonionic cellulose derivatives include alkyl celluloses such as methyl cellulose and ethyl cellulose; hydroxyalkyl celluloses such as hydroxyethyl cellulose and hydroxypropyl cellulose; hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxypropyl ethyl cellulose, hydroxydiethyl cellulose, and hydroxyethyl methylcellulose. Examples thereof include hydroxyalkylalkyl cellulose; and microfibrobrominated cellulose. These can be used alone or in the form of a mixture.

前記イオン性ポリマーは、長期間の保存、使用において前記第1、第2の酵素からの塩の析出を抑制する機能を有する。このイオン性ポリマーには、正イオン性ポリマーおよび負イオン性ポリマーがある。正イオン性ポリマーとしては、例えばアミノ基、グアニジノ基、ビグアニド基等のカチオン性基を含むポリマーが挙げられる。正イオン性ポリマーを具体的に例示すると、ポリアリルアミン塩酸塩、ポリビニルピリジン、ポリリジン等が挙げられる。負イオン性ポリマーとしては、例えばリン酸エステル、カルボキシレート、およびスルホン酸エステル等のアニオン性基を含むポリマーが挙げられる。負イオン性ポリマーを具体的に例示すると、ポリスチレンスルホン酸、ポリビニル硫酸、ポリアスパラギン酸、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリマレイン酸、ポリフマル酸、またはカルボキシメチルセルロース、酢酸セルロースのようなセルロース誘導体等が挙げられる。これらのイオン性ポリマーの中で負イオン性ポリマーが好ましい。   The ionic polymer has a function of suppressing salt precipitation from the first and second enzymes during long-term storage and use. The ionic polymer includes a positive ionic polymer and a negative ionic polymer. Examples of the positive ionic polymer include polymers containing a cationic group such as an amino group, a guanidino group, and a biguanide group. Specific examples of the positive ionic polymer include polyallylamine hydrochloride, polyvinyl pyridine, polylysine and the like. Examples of the negative ionic polymer include polymers containing an anionic group such as phosphate ester, carboxylate, and sulfonate ester. Specific examples of the negative ionic polymer include polystyrene sulfonic acid, polyvinyl sulfate, polyaspartic acid, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polymaleic acid, polyfumaric acid, or cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose and cellulose acetate. It is done. Of these ionic polymers, negative ionic polymers are preferred.

前記緩衝剤は、長期間の保存、使用において前記第1、第2の酵素のpHおよびイオン強度を制御してそれら酵素の形態、構造の変化を抑制する機能を有する。この緩衝剤としては、例えばリン酸緩衝剤、酢酸緩衝剤、クエン酸緩衝剤、ホウ酸緩衝剤、酒石酸緩衝剤、トリス塩酸緩衝剤、炭酸緩衝剤等を用いることができる。   The buffer has a function of controlling changes in the form and structure of the first and second enzymes by controlling the pH and ionic strength of the first and second enzymes during long-term storage and use. Examples of the buffer include phosphate buffer, acetate buffer, citrate buffer, borate buffer, tartaric acid buffer, Tris-HCl buffer, and carbonate buffer.

このような緩衝剤を取り込んだイオン性ポリマーで第1、第2の酵素のうちの少なくとも一方の酵素を覆うことによって、長期間の保存、使用において酵素からの塩の析出を抑制すると共に、酵素の形態、構造の変化を抑制して高い活性状態を維持することが可能になる。   By covering at least one of the first and second enzymes with an ionic polymer incorporating such a buffering agent, salt precipitation from the enzyme is suppressed during long-term storage and use, and the enzyme It is possible to maintain a high active state by suppressing changes in the form and structure.

前記グルコースセンシング膜4には、架橋性高分子化合物を含むことを許容する。この架橋性高分子化合物としては、例えばヒドロキシル基、カルボキシル基、アミノ基、イオン性官能基から選ばれる少なくとも1つに基を持つ親水性モノマーと疎水性モノマーとの共重合体を挙げることができる。この親水性モノマーと疎水性モノマーとの共重合体は、特に2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンとブチルメタクリレートとの共重合体であることが好ましいことを実験にて確認している。   The glucose sensing membrane 4 is allowed to contain a crosslinkable polymer compound. Examples of the crosslinkable polymer compound include a copolymer of a hydrophilic monomer having at least one group selected from a hydroxyl group, a carboxyl group, an amino group, and an ionic functional group and a hydrophobic monomer. . It has been experimentally confirmed that the copolymer of the hydrophilic monomer and the hydrophobic monomer is particularly preferably a copolymer of 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine and butyl methacrylate.

前記架橋性高分子化合物は、前記グルコースセンシング膜4にこのグルコースセンシング膜4の全組成物に対し10−4〜10重量%含有されることが好ましい。架橋性高分子化合物の含有量を全組成物に対して10−4重量%未満にすると、加温状態で膜構造が溶解して崩壊したり、膜構造中の空隙に保持している発色剤や酵素等が外部媒体に溶出したりすることを防ぐことが困難になる。一方、架橋性高分子化合物の含有量が10重量%を超えると、グルコースセンシング膜中の検体溶液の浸透性が低下してチップ感度が低下する虞がある。 The crosslinkable polymer compound is preferably contained in the glucose sensing membrane 4 in an amount of 10 −4 to 10 wt% with respect to the total composition of the glucose sensing membrane 4. When the content of the crosslinkable polymer compound is less than 10 −4 wt% with respect to the total composition, the color former that dissolves and collapses in the heated state or is retained in the voids in the film structure It is difficult to prevent the enzyme and the enzyme from eluting into the external medium. On the other hand, if the content of the crosslinkable polymer compound exceeds 10% by weight, the permeability of the sample solution in the glucose sensing membrane may be lowered, and the chip sensitivity may be lowered.

前記グルコースセンシング膜4は、膜構造の空隙中に透水性を付与するためのポリエチレングリコールまたはエチレングリコールをさらに含むことを許容する。これにより親水性が高まり、水をグルコース導入用の媒体にする場合には反応感度が高まる。   The glucose sensing membrane 4 is allowed to further contain polyethylene glycol or ethylene glycol for imparting water permeability in the voids of the membrane structure. As a result, the hydrophilicity increases, and the reaction sensitivity increases when water is used as a medium for introducing glucose.

次に、前述した図1に示す光学式センサチップの作用を説明する。   Next, the operation of the optical sensor chip shown in FIG. 1 will be described.

検体、例えば人体の皮膚に貫通穴(ウエル)を有するアダプタ(図示せず)を当接させ、このアダプタに前述したセンサチップをそのグルコースセンシング膜4がウエル側に位置するように取り付ける。アダプタはグルコースセンシング膜4が検体と直接接触するのを回避させ、センシングの再現性を高めることに寄与する。これにより生じる空隙、前記ウエル内に抽出媒体(例えば水、生理食塩水などの液体、検体やセンシング膜と直接的に反応せず、馴染むもの)を満たし、外部から検体に微小電圧を加えることにより、皮下組織液中のグルコースは皮膚から抽出媒体に抽出され、さらに抽出媒体から前記センシング膜4に浸透する。グルコースセンシング膜4を構成する第1、第2の酵素(酸化または還元酵素)、および発色剤の組み合わせが、例えば前記表1に示すグルコースオキシターゼ(GOD)、ペルオキシターゼ(POD)および3,3’、5,5’−テトラメチルベンジジン(TMBZ)である場合、センシング膜4に浸透されたグルコースはGODによりを分解して過酸化水素を発生し、PODによりこの過酸化水素を分解して活性な酸素を放出し、この活性な酸素によりTMBZを発色させる。つまり、グルコース量に応じてTMBZの発色度合が変化する。   An adapter (not shown) having a through hole (well) is brought into contact with a specimen, for example, the skin of a human body, and the above-described sensor chip is attached to the adapter so that the glucose sensing membrane 4 is located on the well side. The adapter prevents the glucose sensing membrane 4 from coming into direct contact with the specimen and contributes to improving the reproducibility of sensing. By filling the void created by this, the extraction medium (for example, liquid such as water, physiological saline, etc., which does not react directly with the specimen or the sensing membrane, and adapts), and applying a minute voltage to the specimen from the outside The glucose in the subcutaneous tissue fluid is extracted from the skin into the extraction medium, and further penetrates the sensing membrane 4 from the extraction medium. For example, glucose oxidase (GOD), peroxidase (POD) and 3, 3 ′ shown in Table 1 above are combinations of the first and second enzymes (oxidation or reductase) and the color former constituting the glucose sensing membrane 4. In the case of 5,5′-tetramethylbenzidine (TMBZ), glucose permeated into the sensing membrane 4 decomposes by GOD to generate hydrogen peroxide, and decomposes this hydrogen peroxide by POD to generate active oxygen. And TMBZ is developed by this active oxygen. That is, the color development degree of TMBZ changes according to the amount of glucose.

このような状態で、前記光源(例えばレーザダイオード)5からレーザ光を図示しない偏光フィルタを通して前記基板1裏面側に入射することにより、そのレーザ光は基板1を通してその主面と左側のグレーティング2の界面で屈折されて光導波路層3に入射され、さらにこの光導波路層3と発色した発色剤を含むグルコースセンシング膜4の界面で屈折されてその光導波路層3を伝播する。この際、伝播される光のエバネッセント波は前記グルコースセンシング膜4でのグルコース量に基づく発色度合に応じて吸収される。前記光導波路層3を伝播した光は、右側のグレーティング2から放出され、受光素子(例えばフォトダイオード)6で受光される。受光したレーザ光強度はセンシング膜4の非発色時に受光した光強度(初期強度)に比べて低下した値になり、その低下率からグルコース量を検出することが可能になる。   In this state, laser light is incident on the back side of the substrate 1 from the light source (for example, a laser diode) 5 through a polarization filter (not shown), so that the laser light passes through the substrate 1 to the main surface and the left grating 2. The light is refracted at the interface and incident on the optical waveguide layer 3, and further refracted at the interface between the optical waveguide layer 3 and the glucose sensing film 4 containing the color developing agent, and propagates through the optical waveguide layer 3. At this time, the evanescent wave of the propagated light is absorbed according to the degree of color development based on the amount of glucose in the glucose sensing film 4. The light propagated through the optical waveguide layer 3 is emitted from the right grating 2 and received by a light receiving element (for example, a photodiode) 6. The intensity of the received laser beam becomes a value lower than the intensity of light received when the sensing film 4 is not colored (initial intensity), and the glucose amount can be detected from the rate of decrease.

次に、前述した図1に示す光学式センサチップの製造方法を説明する。   Next, a method for manufacturing the optical sensor chip shown in FIG. 1 will be described.

まず、以下(1)〜(3)のいずれかの方法でグルコースセンシング膜形成用塗布液を調製する。   First, a glucose sensing film forming coating solution is prepared by any one of the following methods (1) to (3).

(1)グルコースを酸化または還元させる第1酵素、この第1酵素の生成物と反応することにより発色剤を発色させる物質を発生する第2酵素のいずれ一方の酵素をイオン性ポリマーおよび緩衝剤の水溶液と予め混合する。この混合工程において、前記第1、第2の酵素のうちのいずれ一方の酵素は緩衝剤が取り込まれたイオン性ポリマーで被覆される。つづいて、この混合液を他方の酵素、発色剤および非イオン性セルロース誘導体に添加し、混合することにより、前記イオン性ポリマーで覆われた一方の酵素が他方の酵素、前記発色剤と共に膜形成高分子化合物である非イオン性セルロース誘導体に分散されたグルコースセンシング膜形成用塗布液を調製する。   (1) A first enzyme that oxidizes or reduces glucose, and a second enzyme that generates a substance that develops a color developing agent by reacting with the product of the first enzyme, is selected from an ionic polymer and a buffer. Premix with aqueous solution. In this mixing step, one of the first and second enzymes is coated with an ionic polymer in which a buffer is incorporated. Subsequently, this mixed solution is added to the other enzyme, the color former and the nonionic cellulose derivative and mixed, so that one enzyme covered with the ionic polymer forms a film together with the other enzyme and the color former. A coating solution for forming a glucose sensing film dispersed in a nonionic cellulose derivative that is a polymer compound is prepared.

(2)前記第1、第2の酵素をそれぞれイオン性ポリマーおよび緩衝剤の水溶液と予め混合する。この混合工程において、前記第1、第2の酵素はそれぞれ緩衝剤が取り込まれたイオン性ポリマーで被覆される。つづいて、これらの混合液を発色剤および非イオン性セルロース誘導体に添加し、混合することにより、前記イオン性ポリマーでそれぞれ覆われた第1、第2の酵素が前記発色剤と共に膜形成高分子化合物である非イオン性セルロース誘導体に分散されたグルコースセンシング膜形成用塗布液を調製する。   (2) The first and second enzymes are previously mixed with an aqueous solution of an ionic polymer and a buffering agent, respectively. In this mixing step, the first and second enzymes are each coated with an ionic polymer incorporating a buffer. Subsequently, the mixed solution is added to the color former and the nonionic cellulose derivative and mixed, whereby the first and second enzymes respectively covered with the ionic polymer together with the color former and the film-forming polymer. A coating solution for forming a glucose sensing film dispersed in a nonionic cellulose derivative as a compound is prepared.

(3)前記第1、第2の酵素の両方をイオン性ポリマーおよび緩衝剤の水溶液と予め混合する。この混合工程において、前記第1、第2の酵素は緩衝剤が取り込まれたイオン性ポリマーで被覆される。つづいて、この混合液を発色剤および非イオン性セルロース誘導体に添加し、混合することにより前記イオン性ポリマーで覆われた第1、第2の酵素が前記発色剤と共に膜形成高分子化合物である非イオン性セルロース誘導体に分散されたグルコースセンシング膜形成用塗布液を調製する。   (3) Both the first and second enzymes are premixed with an aqueous solution of an ionic polymer and a buffer. In this mixing step, the first and second enzymes are coated with an ionic polymer in which a buffer is incorporated. Subsequently, the mixed solution is added to the color former and the nonionic cellulose derivative, and the first and second enzymes covered with the ionic polymer by mixing are the film-forming polymer compound together with the color former. A coating solution for forming a glucose sensing film dispersed in a nonionic cellulose derivative is prepared.

次いで、ガラス基板1の主面に、後に形成する光導波路層3内に光を入射させ、前記光導波路層3外に光を放出させるための一対の光学要素2、例えばグレーティングを酸化チタン膜の成膜、パターニングにより形成する。つづいて、前記グレーティング2が形成された前記基板1の主面に前記基板より高屈折率の熱硬化性または光硬化性の樹脂からなる光導波路層3を形成する。ひきつづき、前記光導波路層3上の前記グレーティング2間に前記グルコースセンシング膜形成用塗布液を塗布、加熱乾燥してグルコースセンシング膜4を形成することによって、光学式センサチップを製造する。ここで行う加熱乾燥は、不活性ガス雰囲気中、例えば窒素雰囲気中で、約40℃の条件で行う。 Next, a pair of optical elements 2, for example, gratings, for causing light to enter the optical waveguide layer 3 to be formed later and to emit light to the outside of the optical waveguide layer 3 are formed on the main surface of the glass substrate 1. It is formed by film formation and patterning. Subsequently, an optical waveguide layer 3 made of a thermosetting or photocurable resin having a higher refractive index than the substrate is formed on the main surface of the substrate 1 on which the grating 2 is formed. Subsequently, the glucose sensing film 4 is formed by applying the coating solution for forming the glucose sensing film between the gratings 2 on the optical waveguide layer 3 and heating and drying to produce an optical sensor chip. The heat drying performed here is performed in an inert gas atmosphere, for example, in a nitrogen atmosphere at about 40 ° C.

以上、第1実施形態の光学式センサチップによるグルコース量の検出において、グルコースセンシング膜は第1、第2の酵素のうちの少なくとも一方の酵素が緩衝剤を取り込んだイオン性ポリマーで覆われているため、長期間の保存、使用において酵素からの塩の析出を抑制できると共に、酵素の形態、構造の変化を抑制して高い活性状態を維持することができる。また、グルコースセンシング膜形成用塗布液をグレーティングの前記基板領域上に塗布した後、加熱乾燥することにより、膜形成物質と相互作用している束縛水が除去される。これにより、センシング膜の保存時に、その浸透状態の経時的な変化を抑制でき、検出感度を安定化できる。   As described above, in the detection of the amount of glucose by the optical sensor chip of the first embodiment, the glucose sensing membrane is covered with an ionic polymer in which at least one of the first and second enzymes has taken in the buffer. Therefore, precipitation of salts from the enzyme can be suppressed during long-term storage and use, and changes in the form and structure of the enzyme can be suppressed to maintain a high active state. In addition, after the glucose sensing film forming coating solution is applied onto the substrate region of the grating, the bound water interacting with the film forming substance is removed by heating and drying. Thereby, at the time of preservation | save of a sensing membrane, the temporal change of the osmosis | permeation state can be suppressed and detection sensitivity can be stabilized.

また、加熱乾燥の際、酵素はイオン性ポリマーで覆われているため、熱による酵素の構造変化は抑制され、高い活性状態を維持することができる。 In addition, since the enzyme is covered with an ionic polymer during heat drying, the structural change of the enzyme due to heat is suppressed, and a high activity state can be maintained.

また、製造工程において、塗布、乾燥時でのセンサチップの乾燥位置によるセンシング膜内の水分量ばらつきがなくなり、チップ間のばらつきも改善することができる。 Further, in the manufacturing process, there is no variation in the amount of moisture in the sensing film due to the drying position of the sensor chip during application and drying, and the variation between chips can be improved.

(第2実施形態)
図2は、第2実施形態に係る光学式センサチップを示す断面図である。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an optical sensor chip according to the second embodiment.

ガラス基板11は、主面に例えば3nm以上の厚さのSiO2表層12を有する。一対の光学要素、例えば一対のグレーティング13は、前記SiO2表層12の両端部付近表面にその基板11内に光を入射、あるいは基板11内の光を放出させるためにそれぞれ形成されている。なお、光学要素はプリズムなどで代用してもよい。これらのグレーティング13は、前記SiO2表層12より高い屈折率を有する例えば酸化チタンから作られる。前記グレーティング13に比べて低屈折率を有する保護膜を、前記グレーティング13を覆うように形成してもよい。この保護膜は、使用する薬液・検体と反応しない材料、例えばフッ素樹脂から作られる。 The glass substrate 11 has a SiO 2 surface layer 12 having a thickness of, for example, 3 nm or more on the main surface. A pair of optical elements, for example, a pair of gratings 13 are respectively formed on the surfaces near both ends of the SiO 2 surface layer 12 so that light enters the substrate 11 or emits the light in the substrate 11. The optical element may be replaced with a prism or the like. These gratings 13 are made of, for example, titanium oxide having a higher refractive index than the SiO2 surface layer 12. A protective film having a lower refractive index than that of the grating 13 may be formed so as to cover the grating 13. This protective film is made of a material that does not react with the chemical solution or specimen to be used, for example, a fluororesin.

グルコースセンシング膜14は、前記グレーティング13間に位置する前記基板11のSiO2表層12に形成されている。このグルコースセンシング膜14は、発色剤、グルコースを酸化または還元させる第1酵素、この第1酵素の生成物と反応することにより前記発色剤を発色させる物質を発生する第2酵素および非イオン性セルロース誘導体を含み、前記第1、第2の酵素のうちの少なくとも一方の酵素が緩衝剤を取り込んだイオン性ポリマーで覆われ、かつこれら酵素、イオン性ポリマー、緩衝剤および発色剤が前記非イオン性セルロース誘導体で保持された構造を有する。 The glucose sensing film 14 is formed on the SiO 2 surface layer 12 of the substrate 11 located between the gratings 13. The glucose sensing membrane 14 includes a color former, a first enzyme that oxidizes or reduces glucose, a second enzyme that generates a substance that develops the color former by reacting with a product of the first enzyme, and nonionic cellulose. A derivative, wherein at least one of the first and second enzymes is covered with an ionic polymer incorporating a buffer, and the enzyme, the ionic polymer, the buffer and the color former are nonionic. It has a structure held by a cellulose derivative.

ここで、第1、第2の酵素のうちの少なくとも一方の酵素を緩衝剤を取り込んだイオン性ポリマーで覆う基準は、前記第1実施形態で説明したのと同様である。   Here, the standard for covering at least one of the first and second enzymes with an ionic polymer incorporating a buffer is the same as that described in the first embodiment.

前記グルコースセンシング膜14中の酵素および発色剤は、例えば前記表1に示す組み合わせにより用いられる。   The enzyme and the color former in the glucose sensing membrane 14 are used, for example, in combinations shown in Table 1 above.

前記グルコースセンシング膜14中のイオン性ポリマー、緩衝剤および非イオン性セルロース誘導体は、前記第1実施形態に挙げたものと同様なものを用いることができる。   As the ionic polymer, the buffering agent and the nonionic cellulose derivative in the glucose sensing membrane 14, the same ones as those mentioned in the first embodiment can be used.

前記グルコースセンシング膜14中には、前記第1実施形態で説明したように架橋性高分子化合物をさらに含むこと、ポリエチレングリコールまたはエチレングリコールをさらに含むことを許容する。   As described in the first embodiment, the glucose sensing film 14 is allowed to further contain a crosslinkable polymer compound and further contain polyethylene glycol or ethylene glycol.

次に、前述した図2に示す光学式センサチップの作用を説明する。   Next, the operation of the optical sensor chip shown in FIG. 2 will be described.

検体、例えば人体の皮膚に貫通穴(ウエル)を有するアダプタ(図示せず)を当接させ、このアダプタに前述したセンサチップをそのグルコースセンシング膜14がウエル側に位置するように取り付ける。前記ウエル内に水を含む抽出媒体を満たし、外部から微小電圧を加えることにより、皮下組織液中のグルコースは皮膚から媒体に抽出され、さらに前記センシング膜14に浸透する。グルコースセンシング膜14を構成する第1、第2の酵素(酸化または還元酵素)および発色剤の組み合わせが、例えば前記表1に示すにグルコースオキシターゼ(GOD)、ペルオキシターゼ(POD)および3,3’、5,5’−テトラメチルベンジジン(TMBZ)である場合、センシング膜14に浸透されたグルコースはGODにより分解して過酸化水素を発生し、PODによりこの過酸化水素を分解して活性な酸素を放出し、この活性な酸素によりTMBZを発色させる。つまり、グルコース量に応じてTMBZの発色度合が変化する。   An adapter (not shown) having a through hole (well) is brought into contact with a specimen, for example, the skin of a human body, and the above-described sensor chip is attached to the adapter so that the glucose sensing membrane 14 is located on the well side. By filling the well with an extraction medium containing water and applying a minute voltage from the outside, glucose in the subcutaneous tissue fluid is extracted from the skin into the medium and further permeates the sensing membrane 14. The combination of the first and second enzymes (oxidation or reductase) and the color former constituting the glucose sensing membrane 14 is, for example, glucose oxidase (GOD), peroxidase (POD) and 3, 3 ′, as shown in Table 1 above. In the case of 5,5′-tetramethylbenzidine (TMBZ), glucose permeated into the sensing membrane 14 is decomposed by GOD to generate hydrogen peroxide, and this hydrogen peroxide is decomposed by POD to generate active oxygen. Release and develop TMBZ with this active oxygen. That is, the color development degree of TMBZ changes according to the amount of glucose.

このような状態で、前記レーザ光源(例えばレーザダイオード)15からレーザ光を図示しない偏光フィルタを通して前記基板11裏面側に入射することにより、そのレーザ光が基板11のSiO2表層12と左側のグレーティング13の界面で屈折し、さらにSiO2表層12と発色した発色剤を含むグルコースセンシング膜14の界面で屈折してSiO2表層12を含む基板11を伝播する。この際、伝播する光のエバネッセント波は前記グルコースセンシング膜14でのグルコース量に基づく発色度合に応じて吸収される。前記基板11を伝播した光は、右側のグレーティング13から放出され、受光素子(例えばフォトダイオード)16で受光される。受光したレーザ光強度は、センシング膜14の非発色時に受光した光強度(初期強度)に比べて低下した値になり、その低下率からグルコース量を検出することが可能になる。 In this state, laser light is incident on the back side of the substrate 11 from the laser light source (for example, laser diode) 15 through a polarization filter (not shown), so that the laser light is on the SiO 2 surface layer 12 of the substrate 11 and the left grating 13. the refracted at the interface, to further propagate the substrate 11 including the SiO 2 surface layer 12 is refracted at the interface of glucose sensing layer 14 containing a color former and color the SiO 2 surface layer 12. At this time, the evanescent wave of the propagating light is absorbed according to the degree of color development based on the amount of glucose in the glucose sensing film 14. The light propagated through the substrate 11 is emitted from the right grating 13 and received by a light receiving element (for example, a photodiode) 16. The intensity of the received laser beam becomes a value that is lower than the intensity of light received when the sensing film 14 is not colored (initial intensity), and the amount of glucose can be detected from the rate of decrease.

次に、前述した図2に示す光学式センサチップの製造方法を説明する。   Next, a method for manufacturing the optical sensor chip shown in FIG. 2 will be described.

まず、前述した第1実施形態と同様な3つの方法のいずれかにより第1、第2の酵素のうちの少なくとも一方の酵素が前記緩衝剤を取り込んだイオン性ポリマーで予め覆われ、かつ発色剤と共に膜形成高分子化合物である非イオン性セルロース誘導体に分散されたグルコースセンシング膜形成用塗布液を調製する。   First, at least one of the first and second enzymes is preliminarily covered with an ionic polymer in which the buffering agent is incorporated by any one of the three methods similar to the first embodiment described above, and the color former A coating solution for forming a glucose sensing film dispersed in a nonionic cellulose derivative that is a film-forming polymer compound is prepared.

次いで、基板11にこの基板11内に光を入射させ、前記基板11外に光を放出させるための一対の光学要素13、例えばグレーティング13を酸化チタン膜の成膜、パターニングにより形成する。つづいて、これらグレーティング13間の前記基板11領域上に前記グルコースセンシング膜形成用塗布液を塗布、加熱乾燥してグルコースセンシング膜14を形成することにより光学式センサチップを製造する。ここで行う加熱乾燥は、不活性ガス雰囲気中、例えば窒素雰囲気中で、約40℃の条件で行う。   Next, a pair of optical elements 13, for example, a grating 13, for allowing light to enter the substrate 11 and emitting the light to the outside of the substrate 11, is formed by forming and patterning a titanium oxide film. Subsequently, the glucose sensing film 14 is formed by applying the glucose sensing film forming coating solution on the region of the substrate 11 between the gratings 13 and heating and drying to produce an optical sensor chip. The heat drying performed here is performed in an inert gas atmosphere, for example, in a nitrogen atmosphere at about 40 ° C.

以上、第2実施形態の光学式センサチップによるグルコース量の検出において、グルコースセンシング膜は第1、第2の酵素のうちの少なくとも一方の酵素が緩衝剤を取り込んだイオン性ポリマーで覆われているため、長期間の保存、使用において酵素からの塩の析出を抑制できると共に、酵素の形態、構造の変化を抑制して高い活性状態を維持することができる。また、グルコースセンシング膜形成用塗布液をグレーティングの前記基板領域上に塗布した後、加熱乾燥することにより、膜形成物質と相互作用している束縛水が除去される。これにより、センシング膜の保存時に、その浸透状態の経時的な変化を抑制でき、検出感度を安定化できる。   As described above, in the detection of the amount of glucose by the optical sensor chip of the second embodiment, the glucose sensing membrane is covered with an ionic polymer in which at least one of the first and second enzymes has taken in the buffer. Therefore, precipitation of salt from the enzyme can be suppressed during long-term storage and use, and changes in the form and structure of the enzyme can be suppressed to maintain a high active state. In addition, after the glucose sensing film forming coating solution is applied onto the substrate region of the grating, the bound water interacting with the film forming substance is removed by heating and drying. Thereby, at the time of preservation | save of a sensing membrane, the temporal change of the osmosis | permeation state can be suppressed and detection sensitivity can be stabilized.

また、加熱乾燥の際、酵素はイオン性ポリマーで覆われているため、熱による酵素の構造変化は抑制され、高い活性状態を維持することができる。 In addition, since the enzyme is covered with an ionic polymer during heat drying, the structural change of the enzyme due to heat is suppressed, and a high activity state can be maintained.

また、製造工程において、塗布、乾燥時でのセンサチップの乾燥位置によるセンシング膜内の水分量ばらつきがなくなり、チップ間のばらつきも改善することができる。 Further, in the manufacturing process, there is no variation in the amount of moisture in the sensing film due to the drying position of the sensor chip during application and drying, and the variation between chips can be improved.

以下、本発明の実施例を説明する。   Examples of the present invention will be described below.

(実施例1)
0.67mg/mLのペルオキシターゼ(POD)溶液(0.01モル/Lのリン酸緩衝液(pH:6.0)に溶解)および5.33mg/mLのグルコースオキシダーゼ(GOD)溶液(0.01モル/Lのリン酸緩衝液(pH:6.0)に溶解)の混合液9μLを負イオン性ポリマーである1重量%のカルボキシメチルセルロース(CMC)水溶液1μLと混合、撹拌した。得られた混合液から9μLをイソプロピルアルコール(IPA)143.6μLと純水116.6μLと1体積%のポリエチレングリコール(PEG)のイソプロピルアルコール溶液6μLと1mg/mLの3,3’、5,5’−テトラメチルベンジジン(TMBZ)のイソプロピルアルコール溶液60μLと2重量%のヒドロキシエチルセルロース(HEC)水溶液64μLと1重量%の架橋高分子化合物(2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンとブチルメタクリレートとの共重合体)水溶液0.8μLとに添加し、混合、撹拌してグルコースセンシング膜生成用塗布液400μLを調製した。
Example 1
0.67 mg / mL peroxidase (POD) solution (dissolved in 0.01 mol / L phosphate buffer (pH: 6.0)) and 5.33 mg / mL glucose oxidase (GOD) solution (0.01 9 μL of a mixed solution of a mol / L phosphate buffer (pH: 6.0) was mixed with 1 μL of a 1 wt% carboxymethylcellulose (CMC) aqueous solution as a negative ionic polymer and stirred. 9 μL of the obtained mixed solution was 143.6 μL of isopropyl alcohol (IPA), 116.6 μL of pure water, 6 μL of an isopropyl alcohol solution of 1% by volume of polyethylene glycol (PEG), and 1 mg / mL of 3,3 ′, 5,5. '-Tetramethylbenzidine (TMBZ) 60 μL of isopropyl alcohol solution, 2% by weight of hydroxyethylcellulose (HEC) 64 μL and 1% by weight of crosslinked polymer (copolymer of 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine and butyl methacrylate) The solution was added to 0.8 μL of an aqueous solution, mixed and stirred to prepare 400 μL of a glucose sensing membrane forming coating solution.

次いで、主面に厚さ10nmのSiO2表層を有する屈折率1.52の無アルカリガラス基板を用意し、この基板のSiO2表層に屈折率2.2〜2.4、厚さ50nmの酸化チタン膜をスパッタリングにより成膜した。つづいて、この酸化チタン膜に上にレジストの塗付、乾燥、リソグラフィーによりレジストパターンを形成した。ひきつづき、レジストパターンをマスクとしてリアクティブイオンエッチングにより酸化チタン膜を選択的に除去することにより、前記SiO2表層の両端部付近表面にグレーティングを形成した後、レジストパターンをアッシングにより除去した。 Next, a non-alkali glass substrate having a refractive index of 1.52 having a SiO 2 surface layer having a thickness of 10 nm on the main surface is prepared, and an oxide having a refractive index of 2.2 to 2.4 and a thickness of 50 nm is formed on the SiO 2 surface layer of this substrate. A titanium film was formed by sputtering. Subsequently, a resist pattern was formed on the titanium oxide film by applying a resist, drying, and lithography. Subsequently, the titanium oxide film was selectively removed by reactive ion etching using the resist pattern as a mask to form a grating on the surface near both ends of the SiO2 surface layer, and then the resist pattern was removed by ashing.

次いで、前記基板を酸素RIEによりドライ洗浄した後、ダイシングにより17mm×6.5mmの寸法に裁断してチップ形状にした。つづいて、前記グルコースセンシング膜生成用塗布液を前記基板のグレーティング間に位置するセンシング膜形成領域の表面に8μL滴下した。不活性ガスのパージ、40℃で加熱乾燥し、グルコースセンシング膜を形成し、前述した図2に示す光学式センサチップを製造した。   Next, the substrate was dry-cleaned by oxygen RIE, and then cut into a size of 17 mm × 6.5 mm by dicing into a chip shape. Subsequently, 8 μL of the glucose sensing film forming coating solution was dropped on the surface of the sensing film forming region located between the gratings of the substrate. The optical sensor chip shown in FIG. 2 was manufactured by purging with inert gas and heating and drying at 40 ° C. to form a glucose sensing film.

(比較例1)
実施例1中の前記グルコースセンシング膜形成用塗布液を前記基板のグレーティング間に位置するセンシング膜形成領域の表面に8μL滴下し、室温乾燥して、グルコースセンシング膜を形成し、前述した図2に示す光学式センサチップを製造した。
(Comparative Example 1)
8 μL of the coating solution for forming the glucose sensing film in Example 1 was dropped on the surface of the sensing film forming region located between the gratings on the substrate and dried at room temperature to form a glucose sensing film. The optical sensor chip shown was manufactured.

(比較例2)
実施例1中の前記グルコースセンシング膜形成用塗布液を前記基板のグレーティング間に位置するセンシング膜形成領域の表面に8μL滴下し、真空乾燥して、グルコースセンシング膜を形成し、前述した図2に示す光学式センサチップを製造した。
(Comparative Example 2)
8 μL of the coating solution for forming the glucose sensing film in Example 1 was dropped on the surface of the sensing film forming region located between the gratings on the substrate, and vacuum-dried to form a glucose sensing film. The optical sensor chip shown was manufactured.

実施例1、比較例1、2で作成した光学式グルコースセンサチップを以下の方法で評価した。   The optical glucose sensor chip prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 was evaluated by the following method.

すなわち、光学式センサチップを取り付けたときにグルコースセンシング膜14に対向する位置に対向面を有し、前記センシング膜14と前記対向面との間に空隙を形成するチャンバにグルコースセンシング膜14が空隙側に位置するように取り付け、測定溶液を保持する区画を形成させた。形成されたセンシング膜14と対向面との間の空隙に4.5μLの0.25mg/dLグルコース溶液を満たした形態において、図2に示すようにレーザダイオード15からレーザ光を偏光フィルタを通して前記基板11裏面側に入射することにより、そのレーザ光を基板1のSiO表層12と左側のグレーティング13の界面で屈折させ、さらにSiO表層12と発色した発色剤を含むグルコースセンシング膜14の界面で屈折したSiO表層12を含む基板11を伝播させ、右側のグレーティング13と基板11との界面での屈折により伝播したレーザ光をフォトダイオード16で受光し、そのレーザ光強度を測定した。 That is, when the optical sensor chip is attached, the glucose sensing film 14 is located in a chamber having a facing surface at a position facing the glucose sensing film 14 and forming a space between the sensing film 14 and the facing surface. It attached so that it might be located in the side, and the division holding a measurement solution was formed. In the form in which the gap between the formed sensing film 14 and the facing surface is filled with 4.5 μL of a 0.25 mg / dL glucose solution, as shown in FIG. 11 When incident on the back surface side, the laser light is refracted at the interface between the SiO 2 surface layer 12 and the left grating 13 of the substrate 1, and further at the interface between the SiO 2 surface layer 12 and the glucose sensing film 14 containing a color developing agent. The substrate 11 including the refracted SiO 2 surface layer 12 was propagated, the laser beam propagated by refraction at the interface between the right grating 13 and the substrate 11 was received by the photodiode 16, and the laser beam intensity was measured.

同様な操作を実施例1および比較例1ではセンサチップを1日保存後、37℃条件に5日間保存したものを用いてそれぞれ測定を行った。なお、37℃条件に5日間保存する行為は、光学式センサチップにおいて、室温で1年を要する加速試験に該当する。よって、この結果は、1年後のグルコースセンシング膜の特性を示すこととなる。   In the same operation as in Example 1 and Comparative Example 1, the sensor chip was stored for 1 day, and then measured using a sample stored at 37 ° C. for 5 days. The act of storing for 5 days at 37 ° C. corresponds to an accelerated test that requires one year at room temperature in an optical sensor chip. Therefore, this result shows the characteristics of the glucose sensing membrane after one year.

これらの結果を図3に示す。   These results are shown in FIG.

図3から明らかなように、比較例1、2の光学式センサチップにおいて、37℃条件に5日間保存したものは、保存前のものと比較して、吸光度が低下していることがわかる。一方、実施例1の光学式センサチップは、37℃条件に5日間保存した後でも、保存前と比較して、吸光度の変化が少なく、ほぼ近似した感度を有していることがわかる。   As can be seen from FIG. 3, in the optical sensor chips of Comparative Examples 1 and 2, the absorbance of the ones stored for 5 days at 37 ° C. is lower than that before storage. On the other hand, it can be seen that the optical sensor chip of Example 1 has almost the same sensitivity with little change in absorbance compared with before storage even after storage at 37 ° C. for 5 days.

なお、基板より高屈折率の熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂からなる光導波路層を有する図1に示す光学式センサチップをおいても、実施例1と同様に長期保存後でも高い感度を維持することが可能であった。   In addition, even in the optical sensor chip shown in FIG. 1 having an optical waveguide layer made of a thermosetting resin or a photocurable resin having a higher refractive index than that of the substrate, high sensitivity can be obtained even after long-term storage as in Example 1. It was possible to maintain.

また、前記実施形態・実施例においてはグルコースセンシング膜が保持する第1酵素、第2酵素、発色剤はそれぞれ一種の材料のみが選択され加えられているが、使用目的に応じて複数の材料を混在させてもよい。   In the embodiments and examples, only one kind of material is selected and added for the first enzyme, the second enzyme, and the color former held by the glucose sensing membrane, but a plurality of materials may be used depending on the purpose of use. You may mix.

さらに、前記実施形態においては基板としてガラスを用いているが、参照光を伝播し透過する特性を有していれば、この材質は限定されない。単結晶による膜体や、熱硬化性樹脂材料、熱可塑性樹脂材料、光硬化性樹脂材料など、種々の樹脂材料を用いることもできる。   Furthermore, in the said embodiment, although glass is used as a board | substrate, if it has the characteristic which propagates and permeate | transmits reference light, this material will not be limited. Various resin materials such as a film made of a single crystal, a thermosetting resin material, a thermoplastic resin material, and a photocurable resin material can also be used.

1,11…ガラス基板、2,13…グレーティング、3…光導波路層、4,14…グルコースセンシング膜、5,15…レーザ光源(レーザダイオード)、6,16…受光素子(フォトダイオード)、12…SiO表層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,11 ... Glass substrate, 2,13 ... Grating, 3 ... Optical waveguide layer, 4,14 ... Glucose sensing film | membrane, 5,15 ... Laser light source (laser diode), 6,16 ... Light receiving element (photodiode), 12 ... SiO 2 surface layer

Claims (3)

測定対象物を酸化または還元させる第1酵素、この第1酵素の生成物と反応することにより発色剤を発色させる物質を発生する第2酵素のいずれ一方の酵素をイオン性ポリマーおよび緩衝剤の水溶液と予め混合し、この混合液を他方の酵素、発色剤および非イオン性セルロース誘導体に添加するか、または前記第1、第2の酵素をそれぞれイオン性ポリマーおよび緩衝剤の水溶液と予め混合し、各混合液を発色剤および非イオン性セルロース誘導体に添加するか、或いは前記第1、第2の酵素の両方をイオン性ポリマーおよび緩衝剤の水溶液と予め混合し、この混合液を発色剤および非イオン性セルロース誘導体に添加するか、いずれかによりセンシング膜形成用塗布液を調製する工程と、
基板に、この基板の主面に形成される光反射層内に光を入射させ、前記光導波路層外に光を放出させるための一対の光学要素を形成する工程と、
前記光学要素が形成された前記基板の主面に前記基板より高屈折率の樹脂からなる前記光導波路層を形成する工程と、
前記光導波路層上の前記光学要素間に前記センシング膜形成用塗布液を塗布、加熱乾燥してセンシング膜を形成する工程と
を含むことを特徴とする光学式センサチップの製造方法。
Either the first enzyme that oxidizes or reduces the object to be measured, or the second enzyme that generates a substance that develops a color developing agent by reacting with the product of the first enzyme, is an aqueous solution of an ionic polymer and a buffer. And the mixture is added to the other enzyme, the color former and the nonionic cellulose derivative, or the first and second enzymes are premixed with an aqueous solution of an ionic polymer and a buffer, respectively. Each mixed solution is added to the color former and the nonionic cellulose derivative, or both the first and second enzymes are premixed with an aqueous solution of an ionic polymer and a buffer, and the mixture is added to the color former and the nonionic cellulose derivative. Adding to the ionic cellulose derivative, or preparing a sensing film forming coating solution by either,
Forming a pair of optical elements for causing light to enter a light reflecting layer formed on a main surface of the substrate and emitting the light to the outside of the optical waveguide layer;
Forming the optical waveguide layer made of a resin having a higher refractive index than the substrate on the main surface of the substrate on which the optical element is formed;
Applying the sensing film-forming coating solution between the optical elements on the optical waveguide layer, and heating and drying to form a sensing film.
測定対象物を酸化または還元させる第1酵素、この第1酵素の生成物と反応することにより発色剤を発色させる物質を発生する第2酵素のいずれ一方の酵素をイオン性ポリマーおよび緩衝剤の水溶液と予め混合し、この混合液を他方の酵素、発色剤および非イオン性セルロース誘導体に添加するか、または前記第1、第2の酵素をそれぞれイオン性ポリマーおよび緩衝剤の水溶液と予め混合し、各混合液を発色剤および非イオン性セルロース誘導体に添加するか、或いは前記第1、第2の酵素の両方をイオン性ポリマーおよび緩衝剤の水溶液と予め混合し、この混合液を発色剤および非イオン性セルロース誘導体に添加するか、いずれかによりセンシング膜形成用塗布液を調製する工程と、
基板に、この基板内に光を入射させ、前記基板外に光を放出させるための一対の光学要素を形成する工程と、
前記光学要素間の前記基板領域上に前記センシング膜形成用塗布液を塗布、加熱乾燥してセンシング膜を形成する工程と
を含むことを特徴とする光学式センサチップの製造方法。
Either the first enzyme that oxidizes or reduces the object to be measured, or the second enzyme that generates a substance that develops a color developing agent by reacting with the product of the first enzyme, is an aqueous solution of an ionic polymer and a buffer. And the mixture is added to the other enzyme, the color former and the nonionic cellulose derivative, or the first and second enzymes are premixed with an aqueous solution of an ionic polymer and a buffer, respectively. Each mixed solution is added to the color former and the nonionic cellulose derivative, or both the first and second enzymes are premixed with an aqueous solution of an ionic polymer and a buffer, and the mixture is added to the color former and the nonionic cellulose derivative. Adding to the ionic cellulose derivative, or preparing a sensing film forming coating solution by either,
Forming a pair of optical elements for causing light to enter the substrate and emitting the light to the outside of the substrate;
Applying the sensing film-forming coating solution on the substrate region between the optical elements, and heating and drying to form a sensing film.
前記センシング膜を形成する工程は、不活性ガス雰囲気中で加熱乾燥を行うことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光学式センサチップの製造方法。   3. The method of manufacturing an optical sensor chip according to claim 1, wherein the step of forming the sensing film is performed by heating and drying in an inert gas atmosphere.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013108829A (en) * 2011-11-21 2013-06-06 Shizuokaken Koritsu Daigaku Hojin Method of evaluating bitterness and astringency of polyphenol compound

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