JP2012047691A - Method for manufacturing biosensor - Google Patents

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biosensor
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Hideki Tanaka
秀樹 田中
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a biosensor by which a fixed position on an electrode is certainly covered by a reaction part and whose manufacturing costs do not increase.SOLUTION: In the method for manufacturing the biosensor including steps of forming the electrode on a substrate 12 consisting of an insulator, and forming a reaction part 18 which contacts the electrode on the substrate 12, UV (ultraviolet rays) irradiation processing (UV irradiation processing) is performed on the substrate 12 before forming the reaction part 18 after forming the electrode on the substrate 12.

Description

本発明は、試料液中の特定成分を検出するバイオセンサの製造方法に関する。   The present invention relates to a biosensor manufacturing method for detecting a specific component in a sample solution.

従来から、検体の血糖値等を測定するバイオセンサが案出されている。このバイオセンサの一例として、バイオセンサ1を図10に示す。このバイオセンサ1は、絶縁体から成る基板2と、基板2上に設けられた電極3と、基板2上に電極3に接触するように設けられた反応部4と、検体を反応部4まで導入する供給口5と、を備え、反応部4が供給口5から導入された検体中の特定成分と反応し、特定成分を定量分析できるように構成されている。   Conventionally, a biosensor has been devised for measuring a blood glucose level of a specimen. As an example of this biosensor, a biosensor 1 is shown in FIG. The biosensor 1 includes a substrate 2 made of an insulator, an electrode 3 provided on the substrate 2, a reaction unit 4 provided on the substrate 2 so as to be in contact with the electrode 3, and a specimen to the reaction unit 4. And a supply port 5 to be introduced. The reaction unit 4 reacts with a specific component in the sample introduced from the supply port 5 so that the specific component can be quantitatively analyzed.

このバイオセンサ1の反応部4は、電極3上に反応部4を形成する水溶液を滴下することにより形成する。しかし、同量の水溶液を滴下しても反応部4が一定面積になるとは限らないため、バイオセンサ1の測定精度にばらつきが生じることがあった。また、電極3を設けた基板2に対して水溶液を滴下する位置がずれることにより、電極3に対する反応部4の位置がずれて、バイオセンサ1の測定値にばらつきが生じることがあった。このため、反応部を一定の位置に形成できるバイオセンサに関する案出もなされている(例えば、特許文献1参照。)。このバイオセンサは、反応部を一定の位置に形成するために、広がっていく試薬の防波堤となる第2のスリットを電気伝導性層に設けている。   The reaction part 4 of the biosensor 1 is formed by dropping an aqueous solution that forms the reaction part 4 on the electrode 3. However, even if the same amount of aqueous solution is dropped, the reaction part 4 does not always have a constant area, and thus the measurement accuracy of the biosensor 1 may vary. Further, the position where the aqueous solution is dropped with respect to the substrate 2 provided with the electrode 3 is shifted, and the position of the reaction unit 4 with respect to the electrode 3 is shifted, and the measured value of the biosensor 1 may vary. For this reason, the biosensor which can form a reaction part in a fixed position is also devised (for example, refer patent document 1). In this biosensor, a second slit serving as a breakwater for the spreading reagent is provided in the electrically conductive layer in order to form the reaction part at a certain position.

ところが、試薬がスリットに行き渡らない場合には、試薬が付着する位置が一定になるとは限らない。逆に、微小な深さのスリットのみでは、広がっていく試薬を十分に止めることができずに、試薬が電極からはみ出て流れ出ることも考えられる。このため、電極3を設けた基板2に対して水溶液を滴下する位置がずれるのを完全に防止することはできないと考えられる。さらに、スリットを形成するために電気伝導性層にレーザ加工する必要があり、製造コストが嵩むことも考えられる。   However, when the reagent does not reach the slit, the position where the reagent adheres is not always constant. On the other hand, it is conceivable that the reagent that spreads out cannot be stopped sufficiently by only a slit having a very small depth, and the reagent flows out of the electrode. For this reason, it is considered that it is impossible to completely prevent the position where the aqueous solution is dropped from the substrate 2 provided with the electrode 3. Furthermore, it is necessary to perform laser processing on the electrically conductive layer in order to form the slit, which may increase the manufacturing cost.

特許第4197085号公報Japanese Patent No. 4197085

そこで、本発明者は、このような課題の原因を究明してこのような課題を解決するべく、鋭意研究を重ねた結果、本発明に至ったのである。   Therefore, the inventor of the present invention has come to the present invention as a result of intensive studies to investigate the cause of such a problem and solve such a problem.

本発明は、電極を設けた基板に対して反応部を形成する水溶液を滴下する位置がずれるのを防止し、基板上の一定位置に確実に反応部を形成できるとともに、製造コストが嵩むことのないバイオセンサの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention prevents the position where the aqueous solution forming the reaction part is dropped from the substrate provided with the electrode from being shifted, can reliably form the reaction part at a certain position on the substrate, and increases the manufacturing cost. It is an object to provide a method for manufacturing no biosensor.

本発明のバイオセンサの製造方法は、絶縁体から成る基板上に電極を形成するステップと、該基板上に該電極に接触する反応部を形成するステップと、を含むバイオセンサの製造方法において、前記反応部を形成する前に、前記基板上にUV照射処理を行うことを特徴とする。   The biosensor manufacturing method of the present invention includes a step of forming an electrode on a substrate made of an insulator, and a step of forming a reaction portion in contact with the electrode on the substrate. Before forming the reaction part, UV irradiation treatment is performed on the substrate.

また、本発明のバイオセンサの製造方法は、前記バイオセンサの製造方法において、前記電極を形成するステップが、互いに一定間隔を空けた一対の電極と、該一対の電極に対して間隔を空けて該一対の電極を取り囲む包囲電極と、を形成するステップであることを特徴とする。   In the biosensor manufacturing method of the present invention, in the biosensor manufacturing method, the step of forming the electrodes includes a pair of electrodes spaced apart from each other, and a distance from the pair of electrodes. A surrounding electrode surrounding the pair of electrodes.

また、本発明のバイオセンサの製造方法は、前記バイオセンサの製造方法において、前記電極を形成した後に前記UV照射処理を行うことを特徴とする。   The biosensor manufacturing method of the present invention is characterized in that, in the biosensor manufacturing method, the UV irradiation treatment is performed after the electrodes are formed.

また、本発明のバイオセンサの製造方法は、前記バイオセンサの製造方法において、前記電極を形成するステップが、スパッタリングを行うステップと、エッチングを行うステップと、を含み、前記スパッタリングを行う前に、前記基板上にグロー処理(グロー放電処理)を行うことを特徴とする。   Further, in the biosensor manufacturing method of the present invention, in the biosensor manufacturing method, the step of forming the electrode includes a step of performing sputtering and a step of performing etching, and before performing the sputtering, Glow processing (glow discharge processing) is performed on the substrate.

また、本発明のバイオセンサの製造方法は、前記バイオセンサの製造方法において、前記グロー処理が、アルゴン又は酸素を使用したグロー処理であることを特徴とする。   The biosensor manufacturing method of the present invention is characterized in that, in the biosensor manufacturing method, the glow process is a glow process using argon or oxygen.

また、本発明のバイオセンサの製造方法は、前記バイオセンサの製造方法において、前記電極を形成するステップが、スパッタリングを行うステップと、エッチングを行うステップと、を含み、前記スパッタリングを行う前に、前記基板上にケイ素又は二酸化ケイ素 の下地スパッタリングを行うことを特徴とする。 Further, in the biosensor manufacturing method of the present invention, in the biosensor manufacturing method, the step of forming the electrode includes a step of performing sputtering and a step of performing etching, and before performing the sputtering, Silicon or silicon dioxide on the substrate The base sputtering is performed.

本発明のバイオセンサの製造方法及びバイオセンサによれば、反応部を形成する前に、基板上にUV照射処理を行うため、基板の表面の親水性を高めて反応部を形成する水溶液を濡れ広がりやすくし、基板上の一定位置に確実に反応部を形成できる。また、包囲電極を設けた場合には、電極を設けた基板に対して反応部を形成する水溶液を滴下する位置がずれるのを防止できるとともに、滴下した水溶液を止めるためのスリットを設ける必要がないため、製造コストが嵩むのを防止できる。さらに、スパッタリングを行う前に、基板上にグロー処理又は下地スパッタリングを行うことにより、基板露出部の親水性を包囲電極の親水性よりも高めることができる。このため、滴下した水溶液がスムーズに広がるとともに、包囲電極を超えることなく包囲電極の内側に停留する。よって、包囲電極の内側の一定位置に確実に反応部を形成できる。   According to the biosensor manufacturing method and biosensor of the present invention, the UV irradiation treatment is performed on the substrate before the reaction portion is formed. Therefore, the hydrophilicity of the surface of the substrate is increased to wet the aqueous solution forming the reaction portion. It is easy to spread, and the reaction part can be reliably formed at a certain position on the substrate. Further, when the surrounding electrode is provided, it is possible to prevent the position where the aqueous solution forming the reaction portion is dropped from the substrate provided with the electrode, and it is not necessary to provide a slit for stopping the dropped aqueous solution. Therefore, it is possible to prevent the manufacturing cost from increasing. Further, by performing glow treatment or base sputtering on the substrate before sputtering, the hydrophilicity of the exposed portion of the substrate can be made higher than the hydrophilicity of the surrounding electrode. For this reason, the dropped aqueous solution spreads smoothly and stays inside the surrounding electrode without exceeding the surrounding electrode. Therefore, the reaction part can be reliably formed at a fixed position inside the surrounding electrode.

本発明のバイオセンサを示す図であり、同図(a)は平面図であり、同図(b)はA−A線切断部断面図である。It is a figure which shows the biosensor of this invention, the same figure (a) is a top view, The same figure (b) is an AA line | wire cut part sectional drawing. 図1のバイオセンサの製造方法を説明するための図であり、同図(a)はニードルを電極の中心部に一致させた状態のA−A線切断部断面図であり、同図(b)はニードルを電極の中心部からずらせた状態のA−A線切断部断面図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the biosensor of FIG. 1, The same figure (a) is AA cut | disconnection sectional drawing of the state in which the needle was made to correspond with the center part of an electrode, FIG. ) Is a cross-sectional view taken along line AA in a state where the needle is displaced from the center of the electrode. 図3(a)は、基板の表面側にUV照射処理をしていないバイオセンサの断面図であり、図3(b)は、一対の電極と包囲電極の内周側面との間隔が、内周側面の略円形状の直径に対して10%未満のバイオセンサの断面図である。FIG. 3A is a cross-sectional view of a biosensor in which UV irradiation treatment is not performed on the surface side of the substrate, and FIG. 3B shows that the distance between the pair of electrodes and the inner peripheral side surface of the surrounding electrode is It is sectional drawing of a biosensor less than 10% with respect to the substantially circular diameter of a surrounding side surface. 図4(a)は、本発明の他の実施形態を示す平面図であり、図4(b)は、本発明の他の実施形態を示す平面図である。FIG. 4A is a plan view showing another embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a plan view showing another embodiment of the present invention. 本発明のバイオセンサの実施例を示すA−A線切断部断面図である。It is AA line cutting | disconnection part sectional drawing which shows the Example of the biosensor of this invention. 図6は、本発明のバイオセンサの性能の評価のためのグラフであり、同図(a)はグルコース濃度と電流積分値との関係を示し、同図(b)はUV照射時間と電流積分値との関係を示す。FIG. 6 is a graph for evaluating the performance of the biosensor of the present invention. FIG. 6A shows the relationship between the glucose concentration and the current integration value, and FIG. 6B shows the UV irradiation time and the current integration. Indicates the relationship with the value. 図7(a)はUV照射時間と接触角との関係を示す表であり、同図(b)はUV照射時間と接触角との関係を示すグラフである。FIG. 7A is a table showing the relationship between the UV irradiation time and the contact angle, and FIG. 7B is a graph showing the relationship between the UV irradiation time and the contact angle. スパッタリング前の処理と接触角との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the process before sputtering, and a contact angle. 親水性の定義を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the definition of hydrophilicity. 従来のバイオセンサを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the conventional biosensor.

次に、本発明に係るバイオセンサの製造方法について、図面に基づいて詳しく説明する。図1において、符号10は、本発明に係るバイオセンサである。   Next, the biosensor manufacturing method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a biosensor according to the present invention.

本発明に係るバイオセンサの製造方法は、絶縁体から成る基板12上に電極を形成するステップと、基板12上に電極に接触する反応部18を形成するステップと、を含むバイオセンサの製造方法において、基板12上に電極を形成した後反応部18を形成する前に、基板12上にUV(紫外線、ultraviolet rays)照射処理(UV照射処理)を行うバイオセンサの製造方法である。そして、図1に基づいて説明する本発明に係るバイオセンサの製造方法は、電極を形成するステップが、互いに一定間隔を空けた一対の電極14及び16と、一対の電極14及び16に対して間隔を空けて一対の電極14及び16を取り囲む包囲電極20、22及び24と、を形成するステップである場合である。また、本発明に係るバイオセンサの製造方法は、電極を形成するステップが、スパッタリングを行うステップと、エッチングを行うステップと、を含み、前記スパッタリングを行う前に、基板12上に、グロー処理又はSi又はSiOの下地スパッタリングを行うバイオセンサの製造方法である。 The biosensor manufacturing method according to the present invention includes a step of forming an electrode on a substrate 12 made of an insulator, and a step of forming a reaction portion 18 in contact with the electrode on the substrate 12. In this method, after the electrodes are formed on the substrate 12 and before the reaction portion 18 is formed, a UV (ultraviolet rays) irradiation process (UV irradiation process) is performed on the substrate 12. In the biosensor manufacturing method according to the present invention described with reference to FIG. 1, the step of forming the electrodes is performed on the pair of electrodes 14 and 16 spaced apart from each other and the pair of electrodes 14 and 16. In this case, the surrounding electrodes 20, 22, and 24 surrounding the pair of electrodes 14 and 16 are formed at intervals. Further, in the biosensor manufacturing method according to the present invention, the step of forming an electrode includes a step of performing sputtering and a step of performing etching, and before performing the sputtering, This is a method of manufacturing a biosensor that performs base sputtering of Si or SiO 2 .

電極14及び16によって形成される外周側面26の形状は略円形状であり、この外周側面26に対向し、包囲電極20、22及び24によって形成される内周側面28の形状も略円形状である。電極14及び16は血糖値等の測定用である。包囲電極20、22及び24は、血液の導入確認用、血液量の検出用、又は、バイオセンサ10の計測表示器への取付確認用等、その用途は特に限定されない。なお、試験の結果、電極14及び16の外周側面26と包囲電極20、22及び24の内周側面28との間隔Wが、内周側面28の略円形状の直径Dに対して、10%以上40%以下であることが好ましい。   The shape of the outer peripheral side surface 26 formed by the electrodes 14 and 16 is substantially circular, and the shape of the inner peripheral side surface 28 formed by the surrounding electrodes 20, 22 and 24 is also substantially circular. is there. The electrodes 14 and 16 are for measuring blood glucose levels and the like. The surrounding electrodes 20, 22, and 24 are not particularly limited in use such as blood introduction confirmation, blood volume detection, or biosensor 10 attachment confirmation on a measurement display. As a result of the test, the interval W between the outer peripheral side surface 26 of the electrodes 14 and 16 and the inner peripheral side surface 28 of the surrounding electrodes 20, 22 and 24 is 10% with respect to the substantially circular diameter D of the inner peripheral side surface 28. It is preferable that it is 40% or less.

このバイオセンサ10を製造する場合、まず、ポリエチレンテレフタレート等から成る絶縁性の基板12上に、スパッタリングにより、ニッケルや合金等の金属薄膜を形成する。スパッタリング前の処理として、アルゴンや窒素あるいは酸素ガスでグロー処理しておく。又は、金属のスパッタリング前に、シリコンをターゲットとして、SiあるいはSiO層の下地スパッタリングを行い、SiあるいはSiO層を形成しておく。次に、フォトリソグラフィーにより金属薄膜をエッチングして、一対の電極14及び16、並びに包囲電極20、22及び24のパターンを形成する。さらに、これら電極を形成した基板12の表面13側を、後で付着する薬剤の広がりをよくするための親水処理として、UV照射処理を行う。 When the biosensor 10 is manufactured, first, a metal thin film such as nickel or an alloy is formed on the insulating substrate 12 made of polyethylene terephthalate or the like by sputtering. As a process before sputtering, a glow process is performed with argon, nitrogen, or oxygen gas. Alternatively, before sputtering of the metal, the Si or SiO 2 layer is sputtered using silicon as a target to form the Si or SiO 2 layer. Next, the metal thin film is etched by photolithography to form a pattern of the pair of electrodes 14 and 16 and the surrounding electrodes 20, 22 and 24. Further, the surface 13 side of the substrate 12 on which these electrodes are formed is subjected to a UV irradiation treatment as a hydrophilic treatment for improving the spread of a drug attached later.

次に、図2(a)に示すように、金属ニードル30を用いて薬剤32を、電極14及び16上に滴下する。金属ニードル30の外径φは、包囲電極20、22及び24の内径Dよりも小さく、滴下する薬剤32により電極14及び16を覆うことができる大きさである。外径φと内径Dとの差が大きいほど、薬剤を付着する際の位置ずれの許容差が大きくなる。付着する薬剤32は、バイオセンサ10が血糖値センサである場合には、酵素であるグルコースオキシターゼやグルコースデヒドロゲナーゼから成る水溶液を用いる。また、電子受容体としてフェリシアン化カリウムも酵素と同時に溶解して付着してもよい。また、別途フェリシアン化カリウムの微粒子を有機溶剤に分散した液を、酵素から成る層の上に更に付着してもよい。   Next, as shown in FIG. 2A, the drug 32 is dropped on the electrodes 14 and 16 using the metal needle 30. The outer diameter φ of the metal needle 30 is smaller than the inner diameter D of the surrounding electrodes 20, 22, and 24, and is large enough to cover the electrodes 14 and 16 with the dropped drug 32. The greater the difference between the outer diameter φ and the inner diameter D, the greater the tolerance for misalignment when attaching the drug. When the biosensor 10 is a blood glucose level sensor, an aqueous solution composed of enzymes such as glucose oxidase and glucose dehydrogenase is used as the adhering drug 32. Further, potassium ferricyanide as an electron acceptor may be dissolved and attached simultaneously with the enzyme. In addition, a solution obtained by separately dispersing fine particles of potassium ferricyanide in an organic solvent may be further adhered onto the enzyme layer.

このようにして電極14及び16上に反応部18を形成した後は、基板12上の電極14、16、20、22及び24を、スペーサを介してカバーで覆うことにより、バイオセンサ10が製造される。このバイオセンサ10は、スパッタリングによりニッケルや合金等の金属薄膜を形成する前に、上述のグロー処理又は上述の下地スパッタリングを行うとともに、スパッタリングによりニッケルや合金等の金属薄膜を形成した後で且つ反応部18を形成する前に、UV照射処理を行って製造したことになる。   After the reaction portion 18 is formed on the electrodes 14 and 16 in this way, the biosensor 10 is manufactured by covering the electrodes 14, 16, 20, 22, and 24 on the substrate 12 with a cover via a spacer. Is done. The biosensor 10 performs the above-described glow treatment or the above-described base sputtering before forming a metal thin film such as nickel or an alloy by sputtering, and reacts after forming a metal thin film such as nickel or an alloy by sputtering. Before the portion 18 is formed, it is manufactured by performing UV irradiation treatment.

このようなバイオセンサ10によれば、基板12の表面13側を電極14及び16を含めてUV照射処理して親水性を高めているため、酵素を含む水溶液(薬剤)32を電極14及び16上に滴下した時、水溶液32は、図3(a)のように電極14及び16上に停滞することなく、図2(a)のように電極14及び16上を円滑に広がっていく。特に、スパッタ前にグロー処理、あるいはSiまたはSiOをスパッタしておくことで、絶縁性基板12上の親水性がよくなり、中心の電極14及び16の周囲への水溶液32の広がりがよくなる。しかし、塗布前にUV照射処理しない場合は、滴下した水溶液が水滴から濡れ広がり難くなる。なお、親水性は、図9に示す接触角θ、すなわち水溶液32を滴下した平面33に対する、水溶液32端部の角度によって定量的に表すことができ、接触角θが小さい程、親水性は高い。バイオセンサ10の製造方法においては、基板12の表面13が平面33に対応する。接触角θを用いての本発明の効果については、(実施例)で後述する。 According to such a biosensor 10, the surface 13 side of the substrate 12 including the electrodes 14 and 16 is subjected to UV irradiation treatment to increase the hydrophilicity. Therefore, an aqueous solution (medicine) 32 containing an enzyme is applied to the electrodes 14 and 16. When dropped on the top, the aqueous solution 32 smoothly spreads on the electrodes 14 and 16 as shown in FIG. 2A without stagnation on the electrodes 14 and 16 as shown in FIG. In particular, by performing glow treatment or sputtering of Si or SiO 2 before sputtering, the hydrophilicity on the insulating substrate 12 is improved, and the aqueous solution 32 spreads around the central electrodes 14 and 16. However, when the UV irradiation treatment is not performed before coating, the dropped aqueous solution is difficult to spread from the water droplets. The hydrophilicity can be quantitatively expressed by the contact angle θ shown in FIG. 9, that is, the angle of the end of the aqueous solution 32 with respect to the plane 33 on which the aqueous solution 32 is dropped. The smaller the contact angle θ, the higher the hydrophilicity. . In the manufacturing method of the biosensor 10, the surface 13 of the substrate 12 corresponds to the flat surface 33. The effect of the present invention using the contact angle θ will be described later in (Example).

さらに、滴下した水溶液32が電極14及び16を全て覆い、包囲電極20及び22との境界で濡れ広がりを止めるためには、基板12の親水性が、包囲電極20、22及び24の親水性より高いほうが望ましい。逆に、基板12の親水性よりも包囲電極、22及び24の親水性が非常に高い場合は、包囲電極20及び22にも濡れ広がったり、逆に電極14及び16だけにとどまったりする。本発明のバイオセンサの製造方法は、基板12上に電極を形成した後反応部18を形成する前に、基板12上にUV照射処理を行うため、電極の形成されていない基板露出部19と、電極14、16、20、22及び24と、を含めた反応部18形成前の基板12の表面13全体の親水性を高めることができる。一方で、スパッタリングを行う前であり、電極14、16、20、22及び24の形成前の基板12上に、グロー処理又はSi又はSiOの下地スパッタリングを行うため、基板露出部19の親水性を包囲電極20、22及び24の親水性よりも高めることができる。このため、電極14、16、20、22及び24の形成後の基板12上に滴下した水溶液32は、スムーズに広がるとともに、包囲電極20、22及び24を超えることなく包囲電極20、22及び24の内側に停留する。よって、電極12上の一定位置に確実に反応部18を形成できる。 Furthermore, in order for the dropped aqueous solution 32 to cover all the electrodes 14 and 16 and stop wetting and spreading at the boundary with the surrounding electrodes 20 and 22, the hydrophilicity of the substrate 12 is more than the hydrophilicity of the surrounding electrodes 20, 22 and 24. Higher is desirable. On the contrary, when the surrounding electrodes 22 and 24 are much more hydrophilic than the hydrophilicity of the substrate 12, the surrounding electrodes 20 and 22 are wet and spread, or conversely, only the electrodes 14 and 16 remain. In the biosensor manufacturing method of the present invention, since the UV irradiation treatment is performed on the substrate 12 after forming the electrode on the substrate 12 and before forming the reaction portion 18, the substrate exposed portion 19 on which no electrode is formed and The hydrophilicity of the entire surface 13 of the substrate 12 before the formation of the reaction part 18 including the electrodes 14, 16, 20, 22 and 24 can be increased. On the other hand, before the sputtering and before the formation of the electrodes 14, 16, 20, 22, and 24, the substrate 12 is subjected to the glow treatment or the Si or SiO 2 base sputtering. Can be made higher than the hydrophilicity of the surrounding electrodes 20, 22 and 24. For this reason, the aqueous solution 32 dropped on the substrate 12 after the formation of the electrodes 14, 16, 20, 22 and 24 spreads smoothly and does not exceed the surrounding electrodes 20, 22 and 24. Stop inside. Therefore, the reaction part 18 can be reliably formed at a certain position on the electrode 12.

一方で、バイオセンサ10は、包囲電極20、22及び24を備えるため、図2(a)に示すように、包囲電極20、22及び24を超えないで包囲電極20、22及び24の内周側面で止まる。また、金属ニードル30の中心軸C1の位置が電極14及び16の中間点C2よりずれた場合でも、図2(b)に示すように、水溶液32は、包囲電極20、22及び24を超えないで包囲電極20、22及び24の内周側面で止まる。このため、水溶液32を包囲電極20、22及び24の内側の一定面積で付着することができる。さらに、本発明の場合、電極14及び16の外周側面26と包囲電極20、22及び24の内周側面28との間隔Wが、内周側面28の略円形状の直径Dに対して、10%以上としているため、水溶液32が図3(b)に示すように外周側面26と内周側面28との間をはみ出して包囲電極20、22及び24上まで広がることがなく、水溶液32を包囲電極20、22及び24の内側の一定面積で付着することができる。また、酸化還元酵素を含む水溶液を包囲電極20、22及び24の内側の一定面積で付着した後に、さらに有機溶剤を含有する液を用いて付着させる場合は、包囲電極20、22及び24の内側の一定面積で付着させることは難しいが、酸化還元酵素を含む付着液を一定面積で付着していれば、測定値のばらつきへの影響が小さい。   On the other hand, since the biosensor 10 includes the surrounding electrodes 20, 22, and 24, as shown in FIG. 2A, the inner circumferences of the surrounding electrodes 20, 22, and 24 do not exceed the surrounding electrodes 20, 22, and 24. Stop at the side. Further, even when the position of the central axis C1 of the metal needle 30 is deviated from the intermediate point C2 of the electrodes 14 and 16, the aqueous solution 32 does not exceed the surrounding electrodes 20, 22, and 24 as shown in FIG. It stops at the inner peripheral side surface of the surrounding electrodes 20, 22 and 24. For this reason, the aqueous solution 32 can be adhered in a certain area inside the surrounding electrodes 20, 22 and 24. Furthermore, in the case of the present invention, the distance W between the outer peripheral side surface 26 of the electrodes 14 and 16 and the inner peripheral side surface 28 of the surrounding electrodes 20, 22 and 24 is 10 with respect to the substantially circular diameter D of the inner peripheral side surface 28. Therefore, the aqueous solution 32 does not extend between the outer peripheral side surface 26 and the inner peripheral side surface 28 and spread on the surrounding electrodes 20, 22 and 24 as shown in FIG. It can be deposited with a constant area inside the electrodes 20, 22 and 24. In the case where an aqueous solution containing an oxidoreductase is attached at a certain area inside the surrounding electrodes 20, 22 and 24 and then attached using a liquid containing an organic solvent, the inside of the surrounding electrodes 20, 22 and 24 Although it is difficult to adhere in a certain area, if the adherent liquid containing the oxidoreductase is adhered in a certain area, the influence on the variation in the measured value is small.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はその他の態様でも実施できる。例えば、包囲電極20、22及び24の内周側面の形状が略円形状であれば、電極14及び16の形状は特に限定されない。例えば、図4(a)に示すような矩形であっても、図4(b)に示すような櫛形であってもよい。   As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention can be implemented also in another aspect. For example, the shape of the electrodes 14 and 16 is not particularly limited as long as the shape of the inner peripheral side surfaces of the surrounding electrodes 20, 22 and 24 is substantially circular. For example, it may be a rectangle as shown in FIG. 4A or a comb shape as shown in FIG.

その他、本発明は、図示しない態様でも実施できる。例えば、反応部の形成方法は酸化還元酵素及び電子受容体を含んで形成されれば特に限定されない。その他、本発明の技術的範囲には、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変形を加えた態様も含まれる。また、同一の作用又は効果が生じる範囲内で、いずれかの発明特定事項を他の技術に置換した形態で実施しても良い。   In addition, the present invention can be implemented in a mode not shown. For example, the method for forming the reaction part is not particularly limited as long as it includes an oxidoreductase and an electron acceptor. In addition, the technical scope of the present invention includes embodiments in which various improvements, modifications, and variations are added based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Moreover, you may implement with the form which substituted any invention specific matter to the other technique within the range which the same effect | action or effect produces.

(実施例)
電極14及び16の形成前において、厚さ188μmのPETフィルムを真空チャンバー内でグロー処理を行った。グロー処理は、Arガスを用い、電極印加電圧は1850V、ガス流量30cc/min、動作圧力4.2×10−3Torrでフィルム速度0.5m/minで行った。グロー処理後に、投入電力0.7kW、動作圧力2.0×10−3Torrでフィルム速度1.0m/minでスパッタリングを行い、厚さ0.1μmのNi薄膜を全面に形成した。その後、Ni薄膜をフォトリソグラフィーにより電極をパターニングした。次に、電極14及び16を形成した基板12の表面13を、波長254nmの照射エネルギーが15mW/cmで、照射時間を変えてUV照射処理を行なった。
(Example)
Before the formation of the electrodes 14 and 16, a PET film having a thickness of 188 μm was subjected to a glow treatment in a vacuum chamber. The glow treatment was performed using Ar gas, with an electrode applied voltage of 1850 V, a gas flow rate of 30 cc / min, an operating pressure of 4.2 × 10 −3 Torr, and a film speed of 0.5 m / min. After the glow treatment, sputtering was performed at an input power of 0.7 kW, an operating pressure of 2.0 × 10 −3 Torr and a film speed of 1.0 m / min, and a Ni thin film having a thickness of 0.1 μm was formed on the entire surface. Thereafter, the electrode was patterned on the Ni thin film by photolithography. Next, the surface 13 of the substrate 12 on which the electrodes 14 and 16 were formed was subjected to UV irradiation treatment with irradiation energy of 15 mW / cm 2 at a wavelength of 254 nm and varying the irradiation time.

反応層の形成方法としては、GOD(グルコース酸化酵素)3.0%及びCMC(カルボキシメチルセルロース)0.8%を含む水溶液0.15μlを電極14及び16上に滴下し、40℃で6分間乾燥させることにより、図5に示すように、第1層18(1)を形成した。水溶液は、外径0.7mmのニードルを用いて、0.15μl滴下したところ、照射時間が3分では完全に濡れ広がることができなかったが、4分以上で外側電極20及び22を乗り越えることなく、その内側をすべて覆うように塗布できた。なお、酵素を溶解した水溶液はCMC濃度を変えて粘度を適宜調整してもよい。更に、微粒子化したフェリシアン化カリウム(メディアン径3.9μm)をHPC(ヒドロキシプロピルセルロース)1.13%のエチルセロソルブ溶液中に8.3%になるように分散した0.20μlの溶液を、第1層18(1)上に滴下して、図5に示すように、第2層18(2)を形成した。エチルセロソルブ溶液は、外径1.5mmのニードルを用いて、0.20μl滴下して電極全体を覆うように塗布した。このようにして第1層18(1)及び第2層18(2)から成る反応部18を形成した。   As a method for forming the reaction layer, 0.15 μl of an aqueous solution containing 3.0% GOD (glucose oxidase) and 0.8% CMC (carboxymethylcellulose) was dropped on the electrodes 14 and 16 and dried at 40 ° C. for 6 minutes. By doing so, as shown in FIG. 5, the first layer 18 (1) was formed. When 0.15 μl of the aqueous solution was dropped using a needle with an outer diameter of 0.7 mm, the irradiation time could not be completely wet and spread over 3 minutes, but over the outer electrodes 20 and 22 over 4 minutes. And could be applied to cover all the inside. In addition, the viscosity of the aqueous solution in which the enzyme is dissolved may be appropriately adjusted by changing the CMC concentration. Further, 0.20 μl of a solution obtained by dispersing finely divided potassium ferricyanide (median diameter 3.9 μm) in an ethyl cellosolve solution of 1.13% HPC (hydroxypropyl cellulose) to a concentration of 8.3% It was dropped on the layer 18 (1) to form the second layer 18 (2) as shown in FIG. The ethyl cellosolve solution was applied so as to cover the entire electrode by dropping 0.20 μl using a needle having an outer diameter of 1.5 mm. In this way, the reaction portion 18 composed of the first layer 18 (1) and the second layer 18 (2) was formed.

このようにして形成したバイオセンサ10について、まず、性能の評価を行った。性能の評価方法としては、グルコース水溶液を用いて、グルコース濃度と電流積分値との関係を求めることにより行った。ここで、電流積分値とは、測定検体を吸入した後に電極間の電位を0Vから−0.2V、0V、+0.2Vへ200mV/secの速度で変化させ、−0.1Vから+0.2V電圧走査時に電極間に流れる電流を電圧に変換して、0.025secごとに60回のA/D変換をした結果を積算した値である。図6(a)に示すように、UV照射時間1分、2分、3分、4分、5分及び7分において、グルコース濃度と電流積分値は比例し、グルコース濃度を測定するためのバイオセンサとして使用できることが判明した。評価方法はこれに限らず、電極間に一定電圧を印加して、所定時間経過後の電流値、あるいは電流の積算値を用いても良い。   The biosensor 10 thus formed was first evaluated for performance. As a performance evaluation method, an aqueous glucose solution was used to obtain the relationship between the glucose concentration and the current integral value. Here, the current integrated value means that the potential between the electrodes is changed from 0 V to -0.2 V, 0 V, +0.2 V at a rate of 200 mV / sec after inhaling the measurement sample, and from -0.1 V to +0.2 V. It is a value obtained by integrating the results of A / D conversion 60 times every 0.025 sec by converting the current flowing between the electrodes during voltage scanning. As shown in FIG. 6 (a), the glucose concentration and the current integrated value are proportional to each other at 1 minute, 2 minutes, 3 minutes, 4 minutes, 5 minutes, and 7 minutes of the UV irradiation time. It has been found that it can be used as a sensor. The evaluation method is not limited to this, and a constant voltage may be applied between the electrodes, and a current value after a lapse of a predetermined time or an integrated value of the current may be used.

次に、UV照射処理時間を変えた電極を用いて作成したバイオセンサ10を、グルコース水溶液を用いて出力測定を行った。その結果、図6(b)に示すように、グルコース濃度100mg/dl、300mg/dl、500mg/dl、及び900mg/dlにおいて、照射時間が長くなるとともに出力増加し、UV照射時間3分以上で飽和した。よって、UV照射が3分以上であれば、一定の電流積分値を得られることが判明した。   Next, the output of the biosensor 10 created using the electrodes with different UV irradiation treatment times was measured using an aqueous glucose solution. As a result, as shown in FIG. 6 (b), when the glucose concentration was 100 mg / dl, 300 mg / dl, 500 mg / dl, and 900 mg / dl, the output increased as the irradiation time became longer. Saturated. Therefore, it was found that if the UV irradiation is 3 minutes or more, a constant current integral value can be obtained.

次に、基板表面の接触角のUV照射処理時間依存性を評価するために、前記同様のUV照射条件で照射時間を変え、第1層形成用の酵素を溶解した水溶液を処理面に滴下した際の接触角を評価した。まず、スパッタリング処理を行っていない通常のPETフィルムを用いて接触角を測定したところ、図7(a)に示すように、照射前は61°であったものが処理後は30〜40°まで低下し、親水性が向上している。これに対して、Arガスでグロー処理した後にスパッタリングとエッチングを行ったPET面では、照射時間とともに接触角が20°前後まで低下している。同様にNi電極上は25°前後まで低下しているが、上記PET面よりは接触角が大きい。このため、第1層18(1)形成用の酵素を溶解した水溶液を滴下した際に、包囲電極20、22及び24の外側へ水溶液が濡れ広がらないことが判明した。   Next, in order to evaluate the UV irradiation treatment time dependency of the contact angle of the substrate surface, the irradiation time was changed under the same UV irradiation conditions as described above, and an aqueous solution in which the enzyme for forming the first layer was dissolved was dropped onto the treatment surface. The contact angle was evaluated. First, when the contact angle was measured using a normal PET film that was not subjected to sputtering treatment, as shown in FIG. 7A, what was 61 ° before irradiation was up to 30-40 ° after treatment. It is lowered and hydrophilicity is improved. In contrast, on the PET surface on which sputtering and etching were performed after glow treatment with Ar gas, the contact angle decreased to around 20 ° with the irradiation time. Similarly, on the Ni electrode, the contact angle is reduced to about 25 °, but the contact angle is larger than that of the PET surface. For this reason, when the aqueous solution which melt | dissolved the enzyme for 1st layer 18 (1) formation was dripped, it turned out that aqueous solution does not get wet to the outer side of the surrounding electrodes 20, 22, and 24.

次に、グロー処理のガスの種類、電極スパッタ前の下地スパッタ、処理なしとでスパッタリング前の処理について、UV照射7分後の接触角を比較した。グロー処理は、アルゴン、酸素、窒素を用いた。電極印加電圧は1960〜2000V、ガス流量29cc/min、動作圧力2.0〜4.8×10−3Torrでフィルム速度1.0m/minで行った。電極スパッタ前の下地スパッタでは、SiあるいはSiO膜を形成した。Siの場合、スパッタリングターゲットにSiを用い、投入電力0.55kW、動作圧力2.0×10−3Torrでフィルム速度1.4m/minで、約2nmの層を形成した。SiOの場合は、スパッタリングターゲットにSiを用い、投入電力3.1kW、動作圧力2.0×10−3Torrでフィルム速度2.0m/minで、約6nmの層を形成した。なお、SiOスパッタの場合は、スパッタ時の導入ガスにはアルゴンに酸素を加えている。アルゴンと酸素の流量比は、Ar:O=5:9で行った。各前処理を行ったPETフィルム上にニッケルをスパッタリングして電極形成後、エッチングによりパターニングした。エッチング後に露出したPETフィルム上に第1層18(1)形成用の酵素を溶解した水溶液を処理面に滴下して接触角を評価した。 Next, the contact angle after 7 minutes of UV irradiation was compared for the pre-sputtering treatment with the type of gas used in the glow treatment, the base sputtering before electrode sputtering, and no treatment. Argon, oxygen, and nitrogen were used for the glow treatment. The electrode application voltage was 1960 to 2000 V, the gas flow rate was 29 cc / min, the operating pressure was 2.0 to 4.8 × 10 −3 Torr, and the film speed was 1.0 m / min. In the base sputtering before electrode sputtering, a Si or SiO 2 film was formed. In the case of Si, Si was used as a sputtering target, and a layer of about 2 nm was formed at an input power of 0.55 kW, an operating pressure of 2.0 × 10 −3 Torr, and a film speed of 1.4 m / min. In the case of SiO 2 , Si was used as a sputtering target, and a layer of about 6 nm was formed at an input power of 3.1 kW, an operating pressure of 2.0 × 10 −3 Torr and a film speed of 2.0 m / min. In the case of SiO 2 sputtering, oxygen is added to argon as a gas introduced during sputtering. The flow rate ratio between argon and oxygen was Ar: O 2 = 5: 9. Nickel was sputtered onto each pretreated PET film to form an electrode, and then patterned by etching. An aqueous solution in which an enzyme for forming the first layer 18 (1) was dissolved on the PET film exposed after the etching was dropped onto the treated surface, and the contact angle was evaluated.

処理なし及び窒素グローでは、エッチング後の接触角がUV照射処理後で約25°まで下がっているが、Ni電極表面の接触角と同程度である。それに対し、アルゴンと酸素グローでは約20°まで低下しており、より効果があることが分かる。さらには下地層としてSi、SiOを用いた場合には、20°以下になりより親水性が向上することがわかる。上記の各電極に対して、第1層18(2)形成用の酵素を溶解した水溶液を外径0.7mmのニードルを用いて、0.15μl滴下したところ、窒素グロー処理及び未処理の場合においては、包囲電極20、22及び24上に濡れ広がることがあった。また、上述のように、処理なし及び窒素グローにおけるUV照射処理後の接触角がNi電極表面の接触角と同程度であるため、電極14及び16が基板露出部19より親水性が高い場合も生じ、水溶液が濡れ広がりにくい部分などが発生したりした。 With no treatment and with nitrogen glow, the contact angle after etching drops to about 25 ° after UV irradiation treatment, but is similar to the contact angle on the Ni electrode surface. On the other hand, the argon and oxygen glows are reduced to about 20 °, indicating that they are more effective. Furthermore, it can be seen that when Si or SiO 2 is used as the underlayer, the hydrophilicity is further improved by 20 ° or less. When 0.15 μl of an aqueous solution in which the enzyme for forming the first layer 18 (2) is dissolved is dropped onto each of the electrodes using a needle having an outer diameter of 0.7 mm, the nitrogen glow treatment and the untreated case are performed. In some cases, the enveloping electrodes 20, 22, and 24 wet and spread. Further, as described above, since the contact angle after the UV irradiation treatment in the nitrogen glow with no treatment is almost the same as the contact angle of the Ni electrode surface, the electrodes 14 and 16 may be more hydrophilic than the substrate exposed portion 19. As a result, a portion where the aqueous solution was difficult to spread out was generated.

本発明のバイオセンサ及びその製造方法によれば、電極上の一定位置を確実に反応部で覆うことにより測定精度を向上させることができるとともに、製造コストが嵩むことがない。このため、血糖値の測定等のために広く利用できる。 According to the biosensor and the manufacturing method thereof of the present invention, it is possible to improve the measurement accuracy by reliably covering a certain position on the electrode with the reaction part, and the manufacturing cost does not increase. For this reason, it can be widely used for blood glucose level measurement and the like.

10:バイオセンサ
12:基板
13:表面
14、16:電極
18:反応部
20、22、24:包囲電極
26:外周側面
28:内周側面
30:金属ニードル
32:水溶液
D:直径
W:間隔
10: Biosensor 12: Substrate 13: Surface 14, 16: Electrode 18: Reaction part 20, 22, 24: Surrounding electrode 26: Outer peripheral side 28: Inner peripheral side 30: Metal needle 32: Aqueous solution D: Diameter W: Distance

Claims (6)

絶縁体から成る基板上に電極を形成するステップと、該基板上に該電極に接触する反応部を形成するステップと、を含むバイオセンサの製造方法において、
前記反応部を形成する前に、前記基板上にUV照射処理を行うバイオセンサの製造方法。
In a method for producing a biosensor, comprising: forming an electrode on a substrate made of an insulator; and forming a reaction part in contact with the electrode on the substrate.
A biosensor manufacturing method in which UV irradiation treatment is performed on the substrate before forming the reaction part.
前記電極を形成するステップが、互いに一定間隔を空けた一対の電極と、該一対の電極に対して間隔を空けて該一対の電極を取り囲む包囲電極と、を形成するステップである請求項1に記載するバイオセンサの製造方法。 2. The step of forming the electrodes is a step of forming a pair of electrodes spaced apart from each other and an enclosing electrode surrounding the pair of electrodes spaced apart from the pair of electrodes. A method for manufacturing the biosensor described. 前記電極を形成した後に前記UV照射処理を行う請求項1又は請求項2のいずれかに記載するバイオセンサの製造方法。 The biosensor manufacturing method according to claim 1, wherein the UV irradiation treatment is performed after the electrode is formed. 前記電極を形成するステップが、スパッタリングを行うステップと、エッチングを行うステップと、を含み、
前記スパッタリングを行う前に、前記基板上にグロー処理を行う請求項3に記載するバイオセンサの製造方法。
Forming the electrodes includes performing sputtering and etching;
The biosensor manufacturing method according to claim 3, wherein a glow process is performed on the substrate before the sputtering.
前記グロー処理が、アルゴン又は酸素を使用したグロー処理である請求項4に記載するバイオセンサの製造方法。 The biosensor manufacturing method according to claim 4, wherein the glow treatment is a glow treatment using argon or oxygen. 前記電極を形成するステップが、スパッタリングを行うステップと、エッチングを行うステップと、を含み、
前記スパッタリングを行う前に、前記基板上にケイ素又は二酸化ケイ素の下地スパッタリングを行う請求項3に記載するバイオセンサの製造方法。
Forming the electrodes includes performing sputtering and etching;
The biosensor manufacturing method according to claim 3, wherein a base sputtering of silicon or silicon dioxide is performed on the substrate before the sputtering.
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