JP2019152680A - バイオセンサ用導電材およびバイオセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、バイオセンサの高感度化が可能なバイオセンサ用導電材およびそれを用いたバイオセンサを提供することを主目的とする。【解決手段】本発明は、基材と、上記基材上に形成され、樹脂および金属ナノワイヤを含有する導電層とを有し、上記導電層は、上記金属ナノワイヤの長軸が上記導電層の面内方向に沿って延在し、上記金属ナノワイヤの少なくとも一部が上記導電層の表面に露出している金属ナノワイヤ露出部を有し、上記金属ナノワイヤ露出部に、標的物質と特異的に結合する特異的結合物質または上記標的物質が固定されていることを特徴とするバイオセンサ用導電材を提供することにより、上記課題を解決する。【選択図】図１

Description

本発明は、金属ナノワイヤを用いたバイオセンサ用導電材およびバイオセンサに関するものである。

生体関連物質を利用して試料中の特定成分を定性もしくは定量する方法としては種々の方法が開発されている。
例えば、免疫クロマトグラフィは、抗原抗体反応を利用した検査方法であり、簡単な手順で目的物質を検出可能であることから、インフルエンザウイルス検査や妊娠検査等に実用されている。免疫クロマトグラフィには、携帯性に優れ、様々な標的物質に対応できるという観点で大きな利点があるものの、一方で感度に劣る等の課題がある。また、検査時間は比較的短いが、さらに短時間での検出が要求される場合もある。具体的には、免疫クロマトグラフィでは、目的物質が低濃度の場合には検出できずスクリーニング検査精度が低いこと、試料がメンブレン上を移動するため５分〜３０分程度の時間を要すること、展開液（移動相）が必要であり高粘度の試料は希釈する必要があり操作が煩雑になること等があり、感染症等の早期発見、早期治療を実現するためには、なお改善の余地がある。

上記課題を解決するために、電気化学的手法を用いたバイオセンサが開発されており多くの研究がなされている。例えば、電極材料や電極構造に関して検討されており、最近ではカーボンナノチューブ等のナノ材料を用いた高感度のバイオセンサの研究が進められている（例えば特許文献１〜２参照）。

特開２００８−６４７２４号公報 特開２０１０−２３０３７９号公報

しかしながら、カーボンナノチューブを用いたバイオセンサは製造工程が煩雑である、カーボンナノチューブは薄膜化やパターン形成が困難であるという課題がある。また、カーボンナノチューブは金属と比較して導電性が低いという課題もある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バイオセンサの高感度化が可能なバイオセンサ用導電材およびそれを用いたバイオセンサを提供することを主目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、基材と、上記基材上に形成され、樹脂および金属ナノワイヤを含有する導電層とを有し、上記導電層は、上記金属ナノワイヤの少なくとも一部が上記導電層の表面に露出している金属ナノワイヤ露出部を有することを特徴とするバイオセンサ用導電材を提供する。

本発明においては、導電層が金属ナノワイヤを含有することにより導電性を向上させることができるため、本発明のバイオセンサ用導電材を用いることにより、高感度かつ短時間での検査が可能であり、微量成分の検出も可能である。また本発明においては、導電層が金属ナノワイヤおよび樹脂を含有するため、パターン形成や薄膜化が容易である。

上記発明においては、上記導電層が上記基材上にパターン状に形成されていることが好ましい。種々の形態に応じたバイオセンサ用導電材を得ることができる。

また本発明においては、上記金属ナノワイヤ露出部に、標的物質と特異的に結合する特異的結合物質または上記標的物質が固定されていてもよい。この場合、上記特異的結合物質が抗体またはアプタマーであることが好ましい。本発明においては、特異的な反応を利用して標的物質または特異的結合物質を検出することができる。

また本発明においては、上記導電層が形成された上記基材上に絶縁層がパターン状に形成されていてもよい。試料が導電層に接続される電極や配線等と接触するのを防ぐことができる。

また本発明は、上述のバイオセンサ用導電材を有するセンサ部を備えることを特徴とするバイオセンサを提供する。

本発明においては、上述のバイオセンサ用導電材を有することにより、高感度かつ短時間での検査が可能であり、微量成分の検出も可能である。

本発明においては、高感度かつ短時間で検査可能であり、また微量成分であっても検出可能なバイオセンサを提供することができるという効果を奏する。

本発明のバイオセンサ用導電材の一例を示す概略断面図である。 本発明のバイオセンサ用導電材における導電層の一例を示す概略断面図である。 本発明のバイオセンサ用導電材の他の例を示す概略断面図である。 本発明のバイオセンサの使用方法の一例を示す模式図である。 本発明のバイオセンサ用導電材の他の例を示す概略断面図である。 本発明のバイオセンサ用導電材の他の例を示す概略平面図および断面図である。 本発明のバイオセンサ用導電材の他の例を示す概略平面図である。 本発明のバイオセンサの一例を示す模式図である。 本発明のバイオセンサの他の例を示す模式図である。

以下、本発明のバイオセンサ用導電材およびバイオセンサについて詳細に説明する。

Ａ．バイオセンサ用導電材
本発明のバイオセンサ用導電材は、基材と、上記基材上に形成され、樹脂および金属ナノワイヤを含有する導電層とを有し、上記導電層は、上記金属ナノワイヤの少なくとも一部が上記導電層の表面に露出している金属ナノワイヤ露出部を有することを特徴とするものである。

本発明のバイオセンサ用導電材について図面を参照して説明する。
図１（ａ）は本発明のバイオセンサ用導電材の一例を示す概略断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の破線部分の拡大図である。図１（ａ）に例示するように、バイオセンサ用導電材１は、基材２上に樹脂および金属ナノワイヤを含有する導電層３が形成されたものである。導電層３は、図１（ｂ）に例示するように、金属ナノワイヤ４の一部が導電層３の表面に露出している金属ナノワイヤ露出部５を有している。

ここで、「金属ナノワイヤの少なくとも一部が導電層の表面に露出している」とは、導電層表面において金属ナノワイヤと接触が得られる状態であることを意味する。例えば、図２（ａ）や図２（ｂ）に示すような場合をいう。一方、図２（ｃ）に示すように金属ナノワイヤ４が導電層３の表面に存在していても、金属ナノワイヤ４が導電層３に含まれる樹脂で被覆されているような場合は、金属ナノワイヤが導電層の表面に露出している状態には該当しない。

図３（ａ）は本発明のバイオセンサ用導電材の他の例を示す概略断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の破線部分の拡大図である。図３（ａ）、（ｂ）に例示するように、バイオセンサ用導電材１においては、金属ナノワイヤ４の一部が導電層３の表面に露出している金属ナノワイヤ露出部５に標的物質と特異的に結合する特異的結合物質７が固定されている。
なお、図３に示す例においては金属ナノワイヤ露出部に特異的結合物質が固定されているが、これに限定されるものではなく、金属ナノワイヤ露出部に標的物質が固定されていてもよい。
本発明においては、導電層が金属ナノワイヤ露出部を有することにより、金属ナノワイヤに特異的結合物質または標的物質を固定することができる。

図４は本発明のバイオセンサ用導電材を用いて標的物質を検出する方法の一例を示す模式図である。なお、図４に示すバイオセンサ用導電材は、図３に示すバイオセンサ用導電材と同様である。図４に示すように、バイオセンサ用導電材１において、標的物質１０を含む試料を導電層３に接触させると、導電層３の金属ナノワイヤ露出部に固定された特異的結合物質７が標的物質１０と特異的に結合する。導電層３には、図示しないが電極が接続されており、この特異的結合物質７に特異的に結合する標的物質１０の存在を、電流値の変化として計測することができる。
なお、図４に示す例においては本発明のバイオセンサ用導電材を用いて標的物質を検出しているが、これに限定されるものではなく、金属ナノワイヤ露出部に標的物質を固定した場合には特異的結合物質を検出することができる。

本発明においては、導電層が金属ナノワイヤを含有するため導電性に非常に優れている。したがって本発明のバイオセンサ用導電材を用いることにより、標的物質または特異的結合物質を高感度かつ短時間に検出することが可能である。また、検出感度が高いため、標的物質または特異的結合物質が微量であっても検出可能であり、スクリーニング検査精度を向上させることができる。そのため、例えば感染症等の早期発見、早期治療を実現することが可能になる。さらに本発明においては、例えば免疫クロマトグラフィのように試料がメンブレン上を移動する必要がないため、展開液（移動相）を用いることがなく、試料が高粘度であっても希釈する必要がなく、試料をバイオセンサに直に供給することができるので、簡便な操作で検査が可能になる。

図５は本発明のバイオセンサ用導電材の他の例を示す概略断面図である。図５に例示するように、バイオセンサ用導電材１においては、基材２上に導電層３がパターン状に形成されている。
本発明においては、導電層が金属ナノワイヤおよび樹脂を含有するため、基材上に導電層を容易に形成可能であり、薄膜化が容易である。また、フォトリソグラフィ法の公知の方法により微細な導電層のパターンを容易に形成することが可能である。そのため、本発明のバイオセンサ用導電材を用いることにより、バイオセンサの種々の分野への応用が可能になる。また、バイオセンサの小型化を実現することができる。

以下、本発明のバイオセンサ用導電材における各構成について説明する。

１．導電層
本発明における導電層は、基材上に形成され、樹脂および金属ナノワイヤを含有するものであり、金属ナノワイヤの少なくとも一部が導電層の表面に露出している金属ナノワイヤ露出部を有するものである。以下、導電層における各構成について説明する。

（１）金属ナノワイヤ
本発明に用いられる金属ナノワイヤを構成する金属としては、特異的結合物質または標的物質を固定可能なものであれば特に限定されるものではなく、例えば、銀、銅、金、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、鉄、コバルト、錫等が挙げられる。中でも、銀ナノワイヤ、銅ナノワイヤが好ましく用いられる。

金属ナノワイヤの平均直径としては、所望の導電性が得られれば特に限定されるものではなく、例えば０．１ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内とすることができる。なお、本発明において導電層に透明性は必要とされないことから、金属ナノワイヤの直径は大きくてもかまわない。

金属ナノワイヤの平均長さとしては、金属ナノワイヤの平均直径よりも十分に大きければよく、所望の導電性が得られれば特に限定されるものではなく、例えば５０ｎｍ〜２０００μｍの範囲内とすることができ、中でも、金属ナノワイヤ製造時の長さの分布範囲が広いので、４００ｎｍ〜２０００μｍの範囲内であることが好ましい。金属ナノワイヤの長さが長ければ、１本の金属ナノワイヤで長い導電パスを形成することができる。
ここで、金属ナノワイヤの直径および長さは、例えば透過型電子顕微鏡を用いて測定することができる。

金属ナノワイヤの製造方法としては、公知の方法であればよく特に限定されるものではない。

導電層中の金属ナノワイヤの含有量としては、金属ナノワイヤ露出部を有する導電層を得ることができ、所望の導電性が得られれば特に限定されるものではなく、例えば０．０１質量％〜９０質量％の範囲内とすることができ、中でも１質量％〜８０質量％の範囲内、特に５質量％〜４０質量％の範囲内であることが好ましい。なお、本発明において導電層に透明性は必要とされないことから、金属ナノワイヤの含有量は多くてもかまわない。

（２）金属ナノワイヤ露出部
本発明において、金属ナノワイヤ露出部では金属ナノワイヤの少なくとも一部が導電層の表面に露出している。
ここで、金属ナノワイヤの少なくとも一部が導電層の表面に露出していることは、例えば、層表面の導電性を観察できる機能を有する市販の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて直接確認することができる。例えば、セイコーインスツルメンツ社製のＮａｎｏ−Ｐｉｃｏ ＣＵＲＲＥＮＴ／ＣＩＴＳモードを搭載したＮａｎｏＮａｖｉプローブステーション及びＳ−ｉｍａｇｅ高分解能小型ステージユニットを使用し、導電性カンチレバー（例えば、ＳＩ−ＤＦ３−Ｒ）と導電層との間にバイアス電圧（例えば３Ｖ〜５Ｖ）を印加したまま導電層表面を走査し、導電性カンチレバーと導電層との間に流れる電流を検出し電流分布を観察して確認することができる。

金属ナノワイヤ露出部において、金属ナノワイヤが露出している程度としては、特異的結合物質または標的物質を固定可能な程度に金属ナノワイヤの少なくとも一部が露出していればよい。例えば図２（ａ）に示すように金属ナノワイヤ４が金属ナノワイヤ４の直径に対して一部が露出していてもよく、図示しないが金属ナノワイヤ４の直径に対して全部が露出していてもよい。具体的には、金属ナノワイヤが導電層表面から突出している部分の厚さが２０ｎｍ以下であることが好ましい。ここで、金属ナノワイヤが導電層表面から突出している部分の厚さとは、図２（ａ）に示すような厚さｄをいう。

また、導電層における金属ナノワイヤ露出部の数は、試料が供給される反応領域に配置される導電層１つ当たり、５ヶ所以上であることが好ましく、中でも２０ヶ所以上であることが好ましい。例えば図７においては１つの反応領域１１に１つの導電層３が配置されており、この反応領域１１内の導電層３における金属ナノワイヤ露出部の数が上記範囲であることが好ましい。また、例えば図６（ａ）、（ｂ）においては１つの反応領域１１に３つの導電層３ａ、３ｂ、３ｃが配置されており、この反応領域１１内の各導電層３ａ、３ｂ、３ｃにおける金属ナノワイヤ露出部の数がそれぞれ上記範囲であることが好ましい。なお、図６および図７について詳しくは後述する。

導電層は金属ナノワイヤ露出部を有していればよく、導電層の表面において金属ナノワイヤ露出部が占める面積の比率としては特に限定されるものではなく、目的に応じて適宜調整される。

（３）樹脂
本発明における導電層に用いられる樹脂としては、導電層の形成方法に応じて適宜選択される。
例えば、基材上に樹脂および金属ナノワイヤを含有するインクを塗布して導電層を形成する場合には、樹脂としてはバインダとして機能するものであれば特に限定されるものではなく、具体的には、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂等の硬化性樹脂や、熱可塑性樹脂等を挙げることができる。より具体的には、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、アクリル、ポリエステル、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、アクリルウレタン系樹脂、ポリエステルアクリレート系樹脂、エポキシアクリレート系樹脂、ポリオールアクリレート系樹脂等が挙げられる。
また、基材上に金属ナノワイヤと基材を膨潤させる溶媒とを含有するインクを塗布し、基材を膨潤させて、基材表面に金属ナノワイヤを埋め込む場合には、樹脂としては、所定の溶媒に膨潤するものであればよく、例えば、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂等の硬化性樹脂や、熱可塑性樹脂等を挙げることができる。具体的には、米国特許出願公開第２０１１／０２８１０７０号明細書および特表２０１２−５００８６５号公報に記載されているような樹脂を用いることができる。より具体的には、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、ポリカーボネート、ポリアクリレートやポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のようなアクリル樹脂、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル等が挙げられる。

（４）導電層
本発明においては、基材上に導電層がパターン状に形成されていることが好ましい。
例えば、基材上に導電層がパターン状に形成されており、複数の導電層が設けられている場合には、複数の導電層のうち少なくとも１つをキャリブレーションに用いたり、サンプル数を増やしたり、各導電層の金属ナノワイヤ露出部にそれぞれ異なる特異的結合物質または標的物質を固定したりすることができる。また、多面付けのバイオセンサ用導電材を得ることもできる。
具体的には、図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、基材２上に導電層３ａ、３ｂ、３ｃがパターン状に形成されており、複数の導電層３ａ、３ｂ、３ｃが設けられている場合には、導電層３ａ、３ｂの金属ナノワイヤ露出部５には特異的結合物質７を固定して試料の検査に用い、他の導電層３ｃの金属ナノワイヤ露出部５には特異的結合物質７を固定せずにキャリブレーションに用いることができる。導電層３ａ、３ｂの金属ナノワイヤ露出部５に固定された特異的結合物質７は同一でもよく異なっていてもよい。同一の場合はサンプル数を増やすことができ、異なる場合には一度の検査で複数の項目を同時に検査することが可能になる。なお、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図６（ｃ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図６（ｄ）は図６（ｃ）の破線部分の拡大図である。
また、図７に示すように、基材２上に導電層３をパターン状に形成して、多面付けのバイオセンサ用導電材とすることができる。なお、図７において、後述する絶縁層６の一部は破線で示している。

導電層がパターン状に形成されている場合、試料が供給される反応領域に配置される導電層は１つであってもよく複数であってもよい。中でも、上記の観点から、反応領域には複数の導電層が配置されていることが好ましい。例えば図６（ａ）、（ｂ）においては反応領域１１に複数の導電層３ａ、３ｂ、３ｃが配置され、図７においては反応領域１１に１つの導電層３が配置されている。

なお、キャリブレーションに用いる導電層が形成されていない場合には、予め準備したキャリブレーションデータを用いればよい。

導電層がパターン状に形成されている場合において、導電層のパターンの幅としては、所望の導電性を得ることができ、形成可能な幅であれば特に限定されるものではなく、例えば数十μｍ〜数百μｍ程度とすることができる。なお、本発明においては導電層に透明性は必要とされないことから、導電層中の金属ナノワイヤの密度を高めることができるので、微細なパターンでも導電性を確保することができる。

導電層のパターン形状としては、特に限定されるものではなく、任意の形状とすることができる。

導電層の導電性としては、バイオセンサとして使用可能な程度であれば特に限定されるものではなく、例えば導電層の表面抵抗率は５００Ω／□以下とすることができ、中でも１００Ω／□以下、特に５０Ω／□以下であることが好ましい。導電層の表面抵抗率が高いと、微小電圧で測定できなくなり、高電圧では試料中の水分解や蝕反応が促進するからである。
ここで、表面抵抗率は、例えば三菱化学株式会社製の抵抗率計ロレスタを用いて測定することができる。

導電層の厚さとしては、所望の導電性が得られれば特に限定されるものではなく、導電層の形成方法に応じて適宜選択される。
例えば、基材上に樹脂および金属ナノワイヤを含有するインクを塗布して導電層を形成する場合、導電層の厚さは例えば１０ｎｍ〜１ｍｍの範囲内とすることができ、中でも０．１μｍ〜１００μｍの範囲内、特に０．３μｍ〜５０μｍの範囲内であることが好ましい。導電層が薄いと導通が取り難く、製造も困難になる。一方、導電層が厚いと製造コストが高くなる。なお、本発明において導電層に透明性は必要とされないことから、導電層の厚さは厚くてもかまわない。
また、基材上に金属ナノワイヤと基材を膨潤させる溶媒とを含有するインクを塗布し、基材を膨潤させて、基材表面に金属ナノワイヤを埋め込む場合、基材表面に金属ナノワイヤが埋め込まれた部分の厚さ、すなわち導電層の厚さは、金属ナノワイヤの直径以上の厚さであることが好ましい。具体的には、導電層の厚さは、金属ナノワイヤの直径の１倍以上５倍以下の範囲内とすることができる。より具体的には、導電層の厚さは、０．１ｎｍ〜５μｍの範囲内とすることができる。基材表面に金属ナノワイヤが埋め込まれた部分の厚さが上記範囲内であれば、金属ナノワイヤ間で接点が形成されやすく良好な導電性が得られる。

（５）導電層の形成方法
導電層の形成方法としては、金属ナノワイヤ露出部を有する導電層を形成可能な方法であれば特に限定されるものではなく、例えば、基材上に樹脂および金属ナノワイヤを含有するインクを塗布して導電層を形成する方法、基材上に金属ナノワイヤと基材を膨潤させる溶媒とを含有するインクを塗布し、基材を膨潤させて、基材表面に金属ナノワイヤを埋め込む方法が挙げられる。前者の方法の場合、樹脂および金属ナノワイヤを含有するインクとしては市販のインクを用いることができる。また、基材上に導電層が積層された市販の導電性フィルムを用いてもよい。一方、後者の方法の場合、具体的には、米国特許出願公開第２０１１／０２８１０７０号明細書および特表２０１２−５００８６５号公報に記載されている方法を適用することができる。

導電層をパターン状に形成する方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、基材上に樹脂および金属ナノワイヤを含有するインクをパターン状に塗布する方法、導電層上にレジストパターンを形成してエッチングする方法、基材上に導電層を転写する方法、基材上に形成された導電層を部分的に引き剥がす方法等が挙げられる。

また、導電層の導電性を高めるために、焼成や加圧を行ってもよい。

２．基材
本発明における基材は、上記導電層を支持するものである。
基材としては、基材上に上記導電層を形成可能なものであれば特に限定されるものではない。また、基材は透明性を有していてもよく有さなくてもよい。例えば、ガラス基材、樹脂基材等を用いることができ、中でも、軽量性や可撓性の観点から樹脂基材が好ましく用いられる。
樹脂基材としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエステル等のポリエステル系樹脂、ポリスチレン、環状オレフィン系樹脂等のポリオレフィン類、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等のビニル系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、アクリル、トリアセチルセルロース等を挙げることができる。
また、樹脂基材には、インクの濡れ性や接着性を確保するために、表面処理を施したり易接着層を設けたりすることができる。表面処理や易接着層については一般的なものを適用できる。
基材の厚さとしては、基材上に上記導電層を形成可能であればよく、用途等に応じて適宜選択される。

３．特異的結合物質および標的物質
本発明においては、金属ナノワイヤ露出部に、標的物質と特異的に結合する特異的結合物質または標的物質が固定されていてもよい。本発明のバイオセンサ用導電材を用いたバイオセンサにおいては、金属ナノワイヤ露出部に特異的結合物質または標的物質が固定される。

特異的結合物質としては、標的物質と特異的に結合するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、抗体、アプタマーを挙げることができる。

標的物質としては、例えば、抗原や、アプタマーと特異的に結合する物質を挙げることができる。具体的には、ウイルス、細菌、細胞、タンパク質、ペプチド、糖類、核酸（ＤＮＡ、ＲＮＡ）、脂質、補酵素、これらの複合体等の天然抗原や、天然抗原の誘導体や、人為的に合成されたハプテン、人工抗原等が挙げられる。

金属ナノワイヤ露出部に特異的結合物質または標的物質を固定する方法としては、金属表面に抗体やアプタマーまたは抗原等を固定する方法として一般的な方法を用いることができる。例えば、金属ナノワイヤ露出部の表面にリンカーを介して特異的結合物質や標的物質を固定する方法等を挙げることができる。

４．絶縁層
本発明においては、図６（ａ）〜（ｃ）および図７に例示するように、導電層３ａ、３ｂ、３ｃもしくは３が形成された基材２上に絶縁層６がパターン状に形成されていてもよい。絶縁層は、試料が供給される反応領域を画定する、導電層上に試料を滞留させる、また試料が電極や配線等と接触しないようにするために設けられるものである。

絶縁層に用いられる絶縁性材料としては、上記導電層が形成された基材上にパターン状の絶縁層を形成可能なものであれば特に限定されるものではなく、有機材料および無機材料のいずれも用いることができる。有機材料としては、例えば、感光性樹脂が挙げられる。無機材料としては、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化窒化ケイ素等が挙げられる。

絶縁層の形成位置としては、図６（ａ）〜（ｃ）および図７に例示するように、試料が供給される反応領域１１を囲むように、また導電層３ａ、３ｂ、３ｃもしくは３の電極や配線等と接続される接続部１２ａ、１２ｂが露出するように絶縁層６が形成されていればよい。

絶縁層の厚さとしては、試料が溢れ出ない程度であれば特に限定されるものではなく、適宜調整される。

絶縁層の形成方法としては、上記導電層が形成された基材上に絶縁層をパターン状に形成可能な方法であれば特に限定されるものではなく、例えば、フォトリソグラフィ法、印刷法等が挙げられる。

５．バイオセンサ用導電材
本発明のバイオセンサ用導電材の形態としては特に限定されるものではなく、検査目的、検査対象、検査方法等に応じて適宜選択され、例えば、フィルム状、板状、棒状等を挙げることができる。

Ｂ．バイオセンサ
本発明のバイオセンサは、上述のバイオセンサ用導電材を有するセンサ部を備えることを特徴とするものである。

本発明のバイオセンサは、上述のバイオセンサ用導電材を有することにより、高感度かつ短時間での検査が可能である。また、微量成分の検出も可能であり、スクリーニング検査精度を向上させることができる。
以下、本発明のバイオセンサにおける各構成について説明する。

１．センサ部
本発明におけるセンサ部は、上述のバイオセンサ用導電材を有するものである。
本発明のバイオセンサにおいて、バイオセンサ用導電材は、基材と、上記基材上に形成され、樹脂および金属ナノワイヤを含有する導電層とを有するものであり、上記導電層は、上記金属ナノワイヤの少なくとも一部が上記導電層の表面に露出している金属ナノワイヤ露出部を有し、上記金属ナノワイヤ露出部に、標的物質と特異的に結合する特異的結合物質または上記標的物質が固定されているものである。
なお、バイオセンサ用導電材については、上記「Ａ．バイオセンサ用導電材」の項に詳しく記載したので、ここでの説明は省略する。

２．電極および配線
本発明においては、通常、バイオセンサ用導電材の導電層に電極や配線が接続される。
電極および配線としては、本発明のバイオセンサの用途や構造等に応じて適宜選択される。例えば、電極としては、作用極、対極、参照極等が挙げられる。また、電界効果トランジスタを利用したバイオセンサにおいては、導電層にソース電極およびドレイン電極が接続される。具体的に図６（ａ）〜（ｃ）および図７においては、導電層３ａ、３ｂ、３ｃもしくは３の両端の接続部１２ａ、１２ｂのうち、一方の接続部１２ａにソース電極、他方の接続部１２ｂにドレイン電極が接続される。

３．バイオセンサ
本発明のバイオセンサの形態としては特に限定されるものではなく、検査目的、検査対象、検査方法等に応じて適宜選択され、例えば、フィルム状、板状、棒状、筒状、球状等を挙げることができる。

具体的には、図６（ａ）〜（ｃ）および図７に示すような平板状のバイオセンサが挙げられる。

また、図８に示すような綿棒型のバイオセンサ２０を挙げることができる。綿棒型のバイオセンサ２０は、支持体２１と、支持体２１の先端に配置されたセンサ部１５と、センサ部１５を覆うように配置された被覆部２２とを有している。
綿棒型のバイオセンサ２０で例えば鼻腔内や口腔内を拭い、試料として鼻汁、粘膜、唾液等を被覆部２２付着させると、試料は被覆部２２を通過してセンサ部１５に導入され、検査に供される。このように綿棒型のバイオセンサにおいては、簡便かつ迅速に試料を採取するとともに、その試料中に含まれる目的物質を検査することができる。

綿棒型のバイオセンサにおいて、支持体としては、プラスチック等の従来の綿棒に用いられる材料や、金属材料を使用することができる。金属材料の場合には、支持体を電極として機能させることができる。この場合、金属材料からなる支持体は表面が絶縁性材料で被覆されていてもよい。支持体の形状は特に限定されないが、一般に棒状である。
被覆部としては、試料が通過できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば親水性や、液体を透過させる透過性を有することが好ましい。また、被覆部の材料は、皮膚や粘膜を傷つけないものであることが好ましい。具体的には、ろ紙、クロマトグラフィに用いられる樹脂製のメンブレン、樹脂製のメッシュ等を挙げることができる。
綿棒型のバイオセンサにおいて、センサ部は交換可能であることが好ましい。この場合、例えば、センサ部が設けられている先端部が着脱可能であってもよく、綿棒型のバイオセンサが使い捨てであってもよい。

また、図９に示すような歯ブラシ型のバイオセンサ３０を例示することができる。歯ブラシ型のバイオセンサ３０は、支持体３１と、支持体３１の先端に設けられた複数の毛束３２と、支持体３１の先端に設けられ、毛束３２とは反対側に配置された試料採取穴３３と、試料採取穴３３に連結されたセンサ部１５とを有している。
歯ブラシ型のバイオセンサ３０で口腔内の歯を磨くと、試料として唾液や磨き落とされた歯垢等が試料採取穴３３に注入される。そして、試料は試料採取穴３３に連結されたセンサ部１５に導入され、検査に供される。このように、歯ブラシ型のバイオセンサにおいては、簡便かつ迅速に試料を採取するとともに、その試料中に含まれる目的物質を検査することができる。
この場合、センサ部における特異的結合物質としては、検査目的に応じて任意の抗体を用いることができる。例えば、虫歯の原因菌である連鎖球菌（Ｓ．ｍｕｔａｎｓ、Ｓ．ｓｏｂｒｉｎｕｓ、Ｓ．ｃｒｉｃｅｔｕｓ、Ｓ．ｒａｔｔｕｓ等）に対するモノクローナル抗体を用いることができる。

歯ブラシ型のバイオセンサにおいて、支持体としては樹脂等の従来の歯ブラシに用いられる材料を使用することができる。支持体の形状は、一般の歯ブラシの形状であればよい。
支持体の先端には複数の毛束が配置される。毛束としては、樹脂のような人工材料またはブタ毛のような天然材料等、通常歯ブラシの毛束として用いられる材料を使用することができる。
支持体の先端に設けられた毛束の近傍には試料採取穴が設けられる。試料採取穴の位置としては、支持体の先端であり、毛束の近傍であり、歯ブラシ型のバイオセンサを口腔内に挿入した際に口腔内の唾液等を採取できる位置であれば特に限定されるものではない。
歯ブラシ型のバイオセンサにおいて、センサ部は交換可能であることが好ましい。この場合、例えば、センサ部が着脱可能であってもよく、センサ部が設けられている先端部が着脱可能であってもよく、歯ブラシ型のバイオセンサが使い捨てであってもよい。

４．検査方法
本発明のバイオセンサは測定装置に接続して使用することができる。測定装置は、バイオセンサを接続し、バイオセンサで生じた電気信号を計測するものである。測定装置としては、一般の測定装置を用いることができる。例えば、測定装置は、バイオセンサで生じた電気信号を受信するための接続電極と、演算部と、電源と、表示部と、操作部とを備える。バイオセンサが測定装置の装着部に装着されると、バイオセンサの電極または配線の端部が測定装置の接続電極に接続される。この接続により、バイオセンサで生じた電気信号は測定装置に伝達される。
検査方法としては、例えば、測定者がバイオセンサを測定装置に装着し、バイオセンサのセンサ部に試料を導入し、操作部を操作して測定を開始する。試料に標的物質が含まれる場合は、標的物質とセンサ部の特異的結合物質とが反応し、電気信号がバイオセンサの電極で検出され、測定装置に伝達される。測定装置はバイオセンサから受信した電気信号を演算部で測定値に変換する。得られた測定値は表示部に表示され、測定者は測定結果を視覚的に認識することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。

［実施例１］
（バイオセンサの作製）
まず、厚さ２００μｍのＰＥＴ基材に、日立化成製の転写形薄膜透明導電フィルム（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｉｌｍ；ＴＣＴＦ）のカバーフィルムを剥がし、１１５℃で熱転写した。次に、ＴＣＴＦの支持体の上から、反応領域に配置される電極パターンと電極パターンから引き出される配線パターンと端末のコネクタパターンとを含む銀ナノワイヤで形成されるパターンで露光し、ＴＣＴＦの支持体を剥離して、ＴＣＴＦの銀ナノワイヤを露出させた。その後、炭酸ナトリウム洗浄して未露光部分を除去した。このようにして、銀ナノワイヤを含有する導電層がパターン状に形成された導電フィルムを得た。

次に、微細なパターン状の導電層のうち、反応領域に配置されるパターンと、ソース電極およびドレイン電極に接続されるパターンとが露出するように、導電フィルム上に絶縁レジストをコートして絶縁層をパターン状に形成し、絶縁および耐水被覆を施した。

次に、ロシュ社製のストレプトアビジン０．１％（Ｗ／Ｗ）のトリス緩衝液ｐＨ７．２に０．２％（Ｗ／Ｗ）ジチオールを添加した液を直前に用事調製した。顕微鏡下、この液を反応領域に位置する導電層上に滴下し、常温で自然乾燥させて、銀ナノワイヤにチオール結合によりストレプトアビジンを固定した。これより、バイオセンサを作製した。

（評価）
導電層のソース電極およびドレイン電極に接続されるパターンに銀ペーストで導線を固定し、ポテンシォスタットと接続した。その後、コントロールの生理食塩水と、ロシュ社製のビオチン０．０５％（Ｗ／Ｗ）生食とをそれぞれ別の反応領域に添加し、０．５Ｖ〜−０．２Ｖのサイクリックボルタモグラムを印加した。ストレプトアビジンが固定された反応領域ではビオチンが検出された。

［実施例２］
（バイオセンサの作製）
下記のように、ストレプトアビジンに替えてアプタマーを銀ナノワイヤに固定したこと以外は、実施例１と同様にしてバイオセンサを作製した。
すなわち、ニッポンジーン社製のＩｍｍｕｎｏ−Ａｐｔａｍｅｒ ^ＴＭ,Ｍｏｕｓｅ ＩｇＧ ０．０５％（Ｗ／Ｗ）のトリス緩衝液に０．２％（Ｗ／Ｗ）ジチオールを添加した液を直前に用事調製した。顕微鏡下、この液を反応領域に位置する導電層上に滴下し、常温で自然乾燥させて、銀ナノワイヤにチオール結合によりアプタマーを固定した。

（評価）
導電層のソース電極およびドレイン電極に接続されるパターンに銀ペーストで導線を固定し、ポテンシォスタットと接続した。その後、コントロールの生理食塩水と、ロシュ社製のＭｏｕｓｅ ＩｇＧ ０．０５％（Ｗ／Ｗ）生食とをそれぞれ別の反応領域に添加し、０．５Ｖ〜−０．２Ｖのサイクリックボルタモグラムを印加した。アプタマーが固定された反応領域ではＩｇＧの結合が検出された。

［実施例３］
（バイオセンサの作製）
下記のように導電フィルムを形成したこと以外は、実施例１と同様にしてバイオセンサを作製した。
すなわち、まず、ＰＥＴフィルム上に米カンブリオス社製のコーティング材「クリアオーム」をコートして導電層を形成した。次いで、導電層上にフォトレジストをコートし、パターン露光、洗浄した。その後、林純薬工業製の「銀ナノワイヤーエッチング液 Ｐｕｒｅ Ｅｔｃｈ ＧＮＷ３００」を用いてフルエッチングし、フォトレジストを剥離して、導電層がパターン状に形成された導電フィルムを形成した。

（評価）
実施例１と同様に評価したところ、同様の結果が得られた。

［実施例４］
（バイオセンサの作製）
実施例３と同様にして導電フィルムを形成したこと以外は、実施例２と同様にしてバイオセンサを作製した。

（評価）
実施例２と同様に評価したところ、同様の結果が得られた。

１ … バイオセンサ用導電材
２ … 基材
３、３ａ、３ｂ、３ｃ … 導電層
４ … 金属ナノワイヤ
５ … 金属ナノワイヤ露出部
６ … 絶縁層
７ … 特異的結合物質
１０ … 標的物質
１１ … 反応領域
１５ … センサ部
２０、３０ … バイオセンサ

Claims (1)

1. 基材と、
   前記基材上に形成され、樹脂および金属ナノワイヤを含有する導電層と
   を有し、
   前記導電層は、前記金属ナノワイヤの長軸が前記導電層の面内方向に沿って延在し、前記金属ナノワイヤの少なくとも一部が前記導電層の表面に露出している金属ナノワイヤ露出部を有し、
   前記金属ナノワイヤ露出部に、標的物質と特異的に結合する特異的結合物質または前記標的物質が固定されていることを特徴とするバイオセンサ用導電材。

Images