JP2020180792A - センサ - Google Patents

Abstract

【課題】作用極の測定部に滴下した試薬が溝、特に接続部に沿って延びる毛細管構造の溝部を伝って広がる広がり方にばらつきが発生していたとしても、測定結果のばらつきを抑制できるセンサを提供する。【解決手段】試料によって溶解する試薬を一方の電極に載置した一対の平面電極と、前記一対の平面電極が露出する流路と、前記一対の平面電極に向けて前記試料を前記流路内に導入する導入部とを有する試料内の測定対象成分の測定に用いられるセンサであって、前記一対の平面電極は、前記流路に形成された離間部によって離間されており、前記一方の電極は、試薬が載置された測定部と、前記測定部から前記導入部の方向に向けて延びる接続部を有し、前記離間部と接続すると共に、前記測定部から前記導入部の方向に向けて前記接続部に沿って延びる毛細管構造の溝部を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、センサに関する。

現在、自己の血糖値（血液中のグルコース濃度の値）を測定するための様々な血糖値測定装置が市販されている。例えば、血糖値測定装置として、血糖自己測定を行うためのＳＭＢＧ（Ｓｅｌｆ−Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ Ｂｌｏｏｄ Ｇｌｕｃｏｓｅ）装置が知られている。ＳＭＢＧ装置では、穿刺器具などを用いて指先などから採取した血液を、測定器に装着したセンサ（試験片）に点着（付着）させて血糖値を測定する。

より詳細には、ＳＭＢＧ装置で用いられるセンサには、少なくとも酵素や、必要に応じてメディエータが含まれた試薬が載置された電極と、当該電極に接続されたリード線が設けられている。センサは、一般的に、液体状態の試薬が電極の上から滴下され、その後、電極上に滴下された試薬が乾燥されることによって、試薬が電極上に載置（固定）されることによって製造される。また、センサは、電極に直接、液体状の試薬を塗りつけることでも製造することができる。

センサでは、基板上に設けられた導電材料の少なくとも一部において基板を露出させる溝が形成され、当該溝によって周囲の導電材料と電気的に絶縁することで電極やリード線が形成される。溝は、例えば、基板上に設けられた導電材料を厚み方向に基板に達する深さまで削ることで形成できる。また、基板上の電極やリード線を形成する部分に導電材料を載せることで、電極やリード線の間に溝が形成される。

センサの導入部に点着された血液は、センサ内の流路を空気孔に向けて移動することで、導入部と空気孔との間に設けられた作用極および対極を有する電極上に達する。当該血液中のグルコースは電極上に載置された試薬と反応し、当該反応によってグルコースから電子が遊離される。この状態で、作用極と対極との間に測定器が電圧を印加すると、遊離した電子を介して、作用極から対極に向けて電流が流れる。この電流値の大きさは血糖値と比例関係にあるため、この関係を用いて測定した電流値を換算することで血糖値を測定することができる（特許文献１、２参照）。

この反応において、反応に寄与する電子は、主に作用極上でグルコースと反応した試薬の量に依存する。すなわち、作用極上に存在する試薬の量（濃度）に応じて、反応量が変わるため、電流値、すなわち、測定する血糖値が異なることになる。

特許第５６６３６０１号公報 中国特許出願公開１０７９１７９４２号明細書

作用極は、例えば、試料と試薬とを反応させる測定の場である。作用極へ液体状態の試薬を滴下すると、滴下した試薬が作用極と対極とを離間する離間部や、作用極から延びる接続部に到達することがある。ここで、接続部が毛細管構造の溝部によって規定されており、また溝部が離間部と接続している場合には、液体状態の試薬が溝部を伝う毛管現象によって、作用極から離れた位置にまで流れ出すことがある。すなわち、同じ形状の電極お
よび溝部を備えるセンサのそれぞれに対して、同じ量の試薬を電極上に滴下したとしても、溝部に流れ出す試薬の量は流体であるが故の特性や、滴下位置の微妙な違いによって、センサごとにばらつきが発生する。そのため、測定に使用するセンサごとに作用極上に載置された試薬の量が異なることになる。溝部を伝って流れ出た試薬の量が多い場合や、流れ出した距離が長い場合には、作用極で反応に寄与する試薬が少なくなってしまうため、グルコースと反応する試薬の量が少なくなり、その結果、血糖値の測定結果が実際の血糖値と比較し低い方向にばらつく虞がある。このような課題は血糖値を測定するセンサに限定されず、同じような測定原理を用いる電極に試薬を分注するセンサに共通する課題となる。

開示の技術の１つの側面は、作用極に滴下した試薬が溝、特に接続部に沿って延びる毛細管構造の溝部を伝って広がる広がり方にばらつきが発生していたとしても、測定結果のばらつきを抑制できるセンサを提供することを目的とする。

開示の技術の１つの側面は、次のようなセンサによって例示される。本センサは、試料によって溶解する試薬を一方の電極に載置した一対の平面電極と、前記一対の平面電極が露出する流路と、前記一対の平面電極に向けて前記試料を前記流路内に導入する導入部とを有する試料内の測定対象成分の測定に用いられるセンサであって、前記一対の平面電極は、前記流路に形成された離間部によって離間されており、前記一方の電極は、試薬が載置された測定部と、前記測定部から前記導入部の方向に向けて延びる接続部を有し、前記離間部と接続すると共に、前記測定部から前記導入部の方向に向けて前記接続部に沿って延びる毛細管構造の溝部を有する。

本センサは、作用極に滴下した試薬が溝、特に接続部に沿って延びる毛細管構造の溝部を伝って広がる広がり方にばらつきが発生していたとしても、測定結果のばらつきを抑制することができる。

図１は、実施形態に係るバイオセンサの外観の一例を示す図である。 図２は、実施形態に係るバイオセンサにおいてカバー部材を外した状態の平面図を示す。 図３は、実施形態に係るバイオセンサにおいてカバー部材およびスペーサを外した状態の平面図を示す。 図４は、図３において矩形領域Ａによって囲まれた部分を拡大した図である。 図５は、図４のＢ−Ｂ線における断面の一例を示す図である。 図６は、実施形態に係るバイオセンサの使用態様の一例を示す図である。 図７は、比較例に係るバイオセンサの電極構造の一例を示す図である。 図８は、比較例に係るバイオセンサにおいて、作用極に滴下した試薬が溝に沿って広がった状態の一例を示す図である。 図９は、実施形態に係るバイオセンサにおいて、作用極に滴下した試薬が溝に沿って広がった状態の一例を示す図である。 図１０は、グルコース濃度の測定結果のばらつきについて、実施形態と比較例とを比較する図である。 図１１は、第１接続部の配置のバリエーションを例示する図である。

実施形態に係るセンサは、例えば、以下の構成を有する。
本実施形態に係るセンサは、試料によって溶解する試薬を一方の電極に載置した一対の平面電極と、前記一対の平面電極が露出する流路と、前記一対の平面電極に向けて前記試料を前記流路内に導入する導入部とを有する試料内の測定対象成分の測定に用いられるセンサであって、
前記一対の平面電極は、前記流路に形成された離間部によって離間されており、
前記一方の電極は、試薬が載置された測定部と、前記測定部から前記導入部の方向に向けて延びる接続部を有し、
前記離間部と接続すると共に、前記測定部から前記導入部の方向に向けて前記接続部に沿って延びる毛細管構造の溝部を有する。

上記センサにおいて、導入部から流路に導入された試料は、流路内を満たしながら一方の電極の測定部に向けて移動する。測定部には酵素を含む液体状の試薬が滴下されて載置されている。滴下した試薬は測定部に広がるとともに、試薬の一部は接続部に沿って延びる毛細管構造の溝部に達している。毛細管構造の溝部は、溝部に流入した試薬を毛管現象によって流れさせる程度の大きさ（幅や深さ）を有する溝である。接続部の縁に沿って延びる溝部に達した試薬は、毛管現象によって、溝部を伝わって広がることで測定部から流出することがある。接続部に沿って延びる溝部への試薬の広がり方はセンサ毎に異なり一定ではないため、試料によって測定部上で溶解する試薬の量がセンサ毎にばらつき、その結果、測定対象成分の測定結果がばらつく虞がある。本実施形態に係るセンサでは、測定部から導入部の方向に向けて接続部と接続部に沿って延びる溝部が延伸している（流路において測定部より上流側に向けて接続部と接続部の縁に沿って延びる溝部が延伸している）ので、測定部から流出した試薬は測定部よりも上流側に広がることになる。接続部に沿って延びる溝を伝わって測定部の上流側に流出した試薬の少なくとも一部は、導入部からの試料の移動によって測定部に戻される。そのため、本センサは、測定部に滴下した試薬が溝を伝わった広がり方のばらつきに起因する測定結果のばらつきを抑制できる。上記センサにおいて、前記溝部は、前記導電材料から前記絶縁性基板の方向に向けて、前記絶縁性基板に達するまで前記導電材料が削られて形成されたものであってもよい。

上記センサにおいて、前記流路において前記一対の平面電極が露出する平面は、絶縁性基板上に設けられる導電材料で形成され、前記溝部は、前記導電材料から前記絶縁性基板の方向に向けて、少なくとも前記絶縁性基板が露出するまで前記導電材料が削られて形成されたものであってもよい。また、上記センサにおいて、前記離間部は、前記導電材料から前記絶縁性基板の方向に向けて、少なくとも前記絶縁性基板が露出するまで前記導電材料が削られて形成された毛細管構造の溝であってもよい。このように溝部が形成されることで、一対の平面電極を周囲の導電材料から絶縁することができる。

上記センサにおいて、前記試薬は、さらに前記離間部を構成する前記溝にまで載置されてもよい。電流値の大きさは試薬が存在する電極の面積と相関がある。このように試薬が載置されることで、測定部上の全ての領域に試薬を載置することができるため、試薬が測定部上を伝わった広がり方のばらつきに起因する測定結果のばらつきを抑制できる。

上記センサにおいて、前記一方の電極は、前記測定部よりも前記導入部側の位置において前記接続部と接続し、前記導入部の方向と略直行する方向に延びて一端が前記流路の外に達する第１リード部をさらに備えてもよい。上記センサにおいて、前記一方の電極は、前記流路の外において前記第１リード部の一端に接続するとともに、前記センサの前記導入部とは反対側の端部に延びる第２リード部をさらに備えてもよい。導入部とは反対側の端部は測定部よりも下流側になる。第１リード部と第２リード部とが接続する位置が流路の外であるため、溝部を伝わって測定部から流出した試薬が第２リード部を伝わって測定部よりも下流にむけて広がることが抑制される。試薬が測定部よりも下流側に広がることが抑制されることで、導入部からの試料の移動によって測定部から流出した試薬を好適に
測定部に戻すことができる。

上記センサにおいて、前記一対の平面電極のうち前記一方の電極に対向する他方の電極は、前記接続部が延びる位置を開口し、前記測定部の周囲を前記離間部を挟んで囲むように配置されてもよい。他方の電極は、接続部が延びる位置を開口することで、接続部と電極とが電気的に接続されることが抑制される。また、一方の電極と他方の電極との間に離間部を挟むことで、一方の電極と他方の電極とが電気的に接続されることが抑制される。

また、上記センサにおいて、絶縁性基板、前記絶縁性基板の上に設けられ、前記一対の平面電極を露出させる露出部を有するスペーサをさらに有し、前記流路および前記導入部は、前記絶縁性基板、および、前記スペーサと、によって囲まれた空間によって規定されてもよい。上記センサにおいて、前記スペーサ上に設けられ、前記露出部を覆うカバー部材をさらに備え、前記流路および前記導入部は、前記絶縁性基板、前記スペーサ、および、前記カバー部材と、によって規定されてもよい。

上記センサにおいて、試料としては、液体状態の試料であって、試薬を溶解できればよく、血液、間質液、唾液、尿、涙等の生体由来の体液や、植物の樹液、工業排水、生活排水、湖の水、川の水、雨水、海水、水道水、井戸水、浄水器による濾水、などの任意の液体等を挙げることができる。生体由来の体液の場合、測定対象成分としては、グルコース、コルチゾール、コレステロール、ヘモグロビン等を挙げることができる。

上記センサは、前記流路において前記測定部から前記導入部へ向かう方向とは逆方向に設けられ、前記流路の内部の気体を流路の外に排出する空気孔をさらに備えてもよい。

上述したセンサについて、以下図面を参照してさらに詳述する。以下では、センサの一例として、血液中のグルコース濃度を測定するバイオセンサについて説明する。

図１は、実施形態に係るバイオセンサの外観の一例を示す図である。図１（Ａ）は実施形態に係るバイオセンサ１の平面図を示し、図１（Ｂ）はバイオセンサ１を点着孔１５２からみた側面図を示し、図１（Ｃ）は、長手方向からバイオセンサ１をみた側面図を示す。図２は、実施形態に係るバイオセンサにおいてカバー部材を外した状態の平面図を示す。図３は、実施形態に係るバイオセンサにおいてカバー部材およびスペーサを外した状態の平面図を示す。バイオセンサ１は、基板１１上に導電薄膜１４、スペーサ１２、カバー部材１３をＺ方向（高さ方向）の順に積層して形成される。バイオセンサ１は、長方形状に形成されており、Ｘ方向（長手方向）の一端１０ａには血液中のグルコース濃度を測定する測定装置３（図６参照）と電気的に接続される第１リード部１６１および第２リード部１７１が露出し、他端１０ｂには血液を点着させる点着孔１５２が設けられる。バイオセンサ１は、「センサ」の一例である。

基板１１は、板状（長方形状）に形成され、薄板上の絶縁性の基板である。基板１１は、例えば、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）のような熱可塑性樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂のような各種の樹脂（プラスチック）、ガラス、セラミック、紙のような絶縁性材料で形成される。

導電薄膜１４は、基板１１のＺ方向における一方の面（上面）に設けられ、厚みは１０〜５０μｍである。図面では、導電薄膜１４は基板１１の上面全体を覆うように設けられているが、導電薄膜１４は基板１１の一部を覆う構成としてもよい。後述するように、導電薄膜１４には、作用極１６、対極１７、第１リード部１６１、第２リード部１７１、第１接続部１６２、第２接続部１７２が形成される。そのため、導電薄膜１４は、基板１１の上面であって、作用極１６、対極１７、第１リード部１６１、第２リード部１７１、第
１接続部１６２、第２接続部１７２を形成する領域に設けられればよい。導電薄膜１４は、例えば、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング法、静電スプレー法、化学気相成長法等によって基板１１上に設けられる。導電薄膜１４の素材は導電性を有する素材であれば特に限定は無いが、例えば、金、白金、銀、パラジウムおよびルテニウムのような金属材料、あるいはグラファイト、カーボンナノチューブ、グラフェン、メソポーラスカーボンなどのカーボンに代表される炭素材料を用いることができる。

スペーサ１２は、導電薄膜１４とカバー部材１３とを接着する部材である。なお、上記の通り、導電薄膜１４が基板１１の全体を覆わない場合もあり、このような場合、スペーサ１２はカバー部材１３と基板１１とを接着することもある。スペーサ１２には、基板１１と同一の絶縁性材料を適用できる。スペーサ１２は、例えば、絶縁性の両面テープである。スペーサ１２は、図２に例示されるように、Ｙ方向（幅方向）に所定距離離れており、互いに接触すること無く配置され、Ｘ方向に延びるスペーサ１２１とスペーサ１２２とを含む。それぞれ長方形状に形成されたスペーサ１２１とスペーサ１２２との間が露出部となっており、スペーサ１２のＸ方向の長さはカバー部材１３のＸ方向の長さと同じである。スペーサ１２１とスペーサ１２２とがＹ方向に露出部によって所定距離離れていることで、カバー部材１３と導電薄膜１４との間にＸ方向に延びる隙間が形成され、当該隙間は流路１５となる。なお、スペーサ１２１とスペーサ１２２の２つのスペーサの間は「露出部」の一例であって、たとえば１枚のスペーサがＵ字上の切り欠きを設け、当該切り欠き部が露出部を構成していてもよいし、３枚以上のスペーサによって露出部を構成していてもよい。露出部は、少なくとも作用極１６、対極１７、および第１接続部１６２とを露出させるのであればどのような形状であってもよい。また、スペーサ１２は、絶縁性の両面テープに限らず、例えば２枚の絶縁性の両面テープの間に別の絶縁性薄膜を設けたものであってもよく、絶縁性基板とカバー部材の間に設けられ、露出部に空間（流路）を規定するものであればよい。この場合も露出部は、１つの部材で構成されていても、２枚以上の部材で構成されていてもよい。

カバー部材１３は、板状（長方形状）に形成され、基板１１の一部を覆う絶縁性のカバーである。カバー部材１３には、基板１１と同じ絶縁性材料を適用できる。カバー部材１３の幅方向の長さは、基板１１の幅方向の長さと同一である。また、カバー部材１３の長手方向の長さは基板１１の長手方向の長さより短い。カバー部材１３は、他端１０ｂにおいてカバー部材１３の端部と基板１１の端部が重なっている。一端１０ａ側では、カバー部材１３の端部は基板１１の中途部分に達する。このようにカバー部材１３が配置されることで、カバー部材１３は、少なくともスペーサ１２の露出部を覆っている。

スペーサ１２１とスペーサ１２２とが露出部によって互いに接触しないことで、カバー部材１３、導電薄膜１４、スペーサ１２１、スペーサ１２２によって囲まれた流路１５が形成される。スペーサ１２１、スペーサ１２２がＸ方向に沿って延びるため、流路１５は、バイオセンサ１のＸ方向に沿って形成される。流路１５は、バイオセンサ１の一端１０ａ側および他端１０ｂ側において開口している。一端１０ａ側の流路１５の開口は空気孔１５１となり、他端１０ｂ側の開口は点着孔１５２となる。空気孔１５１は、流路１５の内部の気体を流路１５外に排出する排気口である。流路１５内には、作用極１６、対極１７、第１接続部１６２および第２接続部１７２が露出している。さらに、流路１５内には、第１リード部１６１および第２リード部１７１の一部が露出している。点着孔１５２に点着された血液は、毛管現象によって空気孔１５１に向けて流路１５内を満たしながら流路１５内を空気孔１５１に向けて移動する。流路１５内を移動した血液は作用極１６に達し、作用極１６上において血液中のグルコースと試薬とが反応する。なお、１枚のスペーサがＵ字上の切り欠きを設け、当該切り欠き部が露出部を構成していてもよいし、３枚以上のスペーサによって露出部を構成している場合、すなわち、流路１５の一端１０ａ側が閉塞している場合には、カバー部材１３を厚み方向に貫通する孔を設け、カバー部材１３
に設けた孔を空気孔としてもよい。この場合、カバー部材１３をＺ方向から平面視した場合に、空気孔の位置は作用極１６および対極１７よりも一端１０ａ側（流路１５の上流側）に設ければよい。流路１５は、「流路」の一例である。点着孔１５２は、「導入部」の一例である。

導電薄膜１４上には、例えば、レーザーによるトリミングやナイフ等の刃物によって導電薄膜１４を厚み方向に基板１１に達するまで削ることで形成した溝によって周囲から電気的に分離（絶縁）された領域を形成し、この電気的に分離された領域を作用極１６、対極１７、第１リード部１６１、第２リード部１７１、第１接続部１６２、第２接続部１７２とすることができる。図中では、作用極１６、対極１７、第１リード部１６１、第２リード部１７１、第１接続部１６２、第２接続部１７２の周囲を囲む実線によって溝を示している。作用極１６および第１接続部１６２を含む電極と対極１７とは、「一対の平面電極」の一例である。

図４は、図３において矩形領域Ａによって囲まれた部分を拡大した図である。図５は、図４のＢ−Ｂ線における断面の一例を示す図である。図５では、図４を点着穴１５２の方向から見た断面図となっている。溝１４１は、導電薄膜１４のＺ方向に向けて導電薄膜１４を削ることで形成されており、その深さは基板１１に達する。溝１４１の深さが基板１１に達するため、溝１４１の内部（溝１４１の底部）では基板１１が露出する。溝１４１の幅Ｗは、１０−１５０μｍ程度である。このように溝１４１の内壁は基板１１および導電薄膜１４によって構成され、底部は基板１１によって構成される。本実施形態では、溝１４１の内壁および底部は疎水性を示すが、親水性を示していても良い。このように溝１４１が形成されることで、第１リード部１６１および第１接続部１６２は、導電薄膜１４の他の領域と電気的に絶縁される。作用極１６、対極１７、第２リード部１７１、第２接続部１７２についても、同様に、溝１４１によって導電薄膜１４の他の領域と電気的に絶縁される。すなわち、作用極１６、対極１７、第１リード部１６１、第２リード部１７１、第１接続部１６２、第２接続部１７２の周囲には、溝１４１が設けられているということができる。換言すれば、作用極１６、対極１７、第１リード部１６１、第２リード部１７１、第１接続部１６２、第２接続部１７２の縁に沿って溝１４１が設けられているということができる。

なお、溝１４１の深さ（Ｚ方向の高さ）は、溝１４１によって作用極１６、対極１７、第１リード部１６１、第２リード部１７１、第１接続部１６２、第２接続部１７２が、導電薄膜１４の他の領域と電気的に絶縁できる深さとなっていればよい。すなわち、図５では、溝１４１は基板１１の上面に達する深さとなっているが、溝１４１はＺ方向において基板１１の内部にまで達してもよい。具体的には、溝１４１の深さは、少なくとも導電薄膜１４の厚み以上であり、基板１１の上面の厚み以下である、１０〜７０μｍ程度である。溝１４１は、このように幅が狭く深さが浅い毛細管構造を有するため、作用極１６に載置される試薬が毛管現象によって溝１４１に流れ出しやすくなる。

作用極１６は、血液によって溶解し、測定対象の試料である血液中のグルコースと反応させる液体状の試薬が滴下して載置された平面電極である。本実施形態において、作用極１６は、試薬が載置された測定部となる。図中において作用極１６は円形に形成されているが、作用極１６の形状が円形に限定されるわけではない。作用極１６の形状は、三角形、四角形、五角形等の多角形であってもよく、他の形状（例えば、扇形等）であってもよい。作用極１６が円形に形成される場合、滴下した試薬が作用極１６の表面に均等に拡散させることができるという効果が生じる。作用極１６は、「測定部」の一例である。

作用極１６に載置される試薬は、例えば、試料に溶解して所定の化学反応を起こす液体である。液体の試薬が作用極１６に載置されると、毛管現象により溝１４１に沿って試薬
が流れ出すことがある。試薬は、例えば、酵素を含み、さらにメディエータを含んでもよい。酵素としては、例えば、グルコースオキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ、アルコールオキシダーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、ラクテートオキシダーゼ、ラクテートデヒドロゲナーゼ、コレステロールオキシダーゼ、ビリルビンオキシダーゼ、クレアチニナーゼ、クレアチナーゼ等を挙げることができる。

メディエータとしては、例えば、フェリシアン化物、ｐ−ベンゾキノン、ｐ−ベンゾキノン誘導体、フェナジンメトサルフェート、メチレンブルー、フェロセン、フェロセン誘導体、フェノチアジン誘導体、フェノキサジン誘導体、フェナントレンキノン誘導体、オスミウム錯体、ルテニウム錯体等を挙げることができる。

対極１７は、作用極１６の近傍に設けられる平面電極である。対極１７は、例えば、作用極１６（測定部）の周囲の一部を囲むように設けられており、少なくとも点着穴１５２の方向において開口する開口１７３を有する。作用極１６と対極１７とは、流路１５内に形成され、作用極１６の周囲を囲むとともに、開口１７３に対応する位置において開口する溝１４１によって所定距離（例えば、１０−１５０μｍ）離れている。この作用極１６を囲む溝１４１は、離間部１４１ａとも称する。図中では、略Ｃ字形状に形成されており、円形に形成された作用極１６の周囲の一部を囲むように配置された対極１７が例示されているが、対極１７の形状が略Ｃ字形状に限定されるわけではなく、作用極１６と対極１７とが並んで配置されてもよい。対極１７は、作用極１６と対極１７との間に測定装置３から電圧が印加されたときに、作用極１６上の試薬と反応したグルコースから遊離した電子を介して、作用極１６から対極１７に向けて電流が流れることが可能な位置に設けられればよい。対極１７は、「平面電極」、「他方の電極」の一例である。

第１リード部１６１は、測定装置３と作用極１６とを電気的に接続する。第１リード部１６１は、バイオセンサ１の一端１０ａからバイオセンサ１の長手方向に沿って他端１０ｂに向かって延びる長手部分１６１１と、作用極１６よりも点着孔１５２寄りの位置において屈曲してＹ方向に延びる短手部分１６１２とを含むＬ字型に形成された配線である。第１リード部１６１が屈曲する位置（長手部分１６１１と短手部分１６１２とが接続する位置）は流路１５の外であり、Ｚ方向から見た場合にスペーサ１２と重なる位置である。短手部分１６１２は、少なくとも流路１５内に達する。すなわち、第１リード部１６１の短手部分１６１２は、流路１５内において、作用極１６と点着孔１５２との間にまで延びる。換言すれば、短手部分１６１２は、点着孔１５２から見たときに（Ｘ方向視において）作用極１６と重なる位置にまで延びる。なお、第１リード部１６１の長手部分１６１１と短手部分１６１２とが接続する位置、すなわち第１リード部１６１が屈曲する位置は、図面ではＺ方向から見た場合にスペーサ１２と重なる位置となっているが、他の位置であってもよい。例えば、第１リード部１６１の長手部分１６１１と短手部分１６１２とが接続する位置、すなわち第１リード部１６１が屈曲する位置は、流路１５内であってもよい。短手部分１６１２は、「第１リード部」の一例である。長手部分１６１１は、「第２リード部」の一例である。

第２リード部１７１は、測定装置３と対極１７とを電気的に接続する。第２リード部１７１は、バイオセンサ１の一端１０ａからバイオセンサ１の長手方向（Ｘ方向）に沿って他端１０ｂに向かって延び、対極１７の側方（対極１７とＸ方向の位置が略重なる位置）に達する直線状の配線である。第２リード部１７１は、対極１７のＹ方向における側方のうちいずれか一方の側方に達してもよい。また、第２リード部１７１は、長手方向に沿って延びる途中で分岐し、対極１７のＹ方向における両方の側方に達してもよい。

第１接続部１６２は、作用極１６（測定部）から他端１０ｂの方向に向けて（点着孔１５２の方向に向けて）、開口１７３を介して延びる直線状の配線である。第１接続部１６
２は、バイオセンサ１の長手方向に沿って（Ｘ方向に沿って）、作用極１６から点着孔１５２に向けて直線状に延びるということができる。Ｘ方向に沿って延びる第１接続部１６２は、流路１５内において作用極１６と点着孔１５２との間にまでＹ方向に沿って延びる第１リード部１６１の短手部分１６１２に接続する。換言すれば、第１接続部１６２は、作用極１６よりも点着孔１５２寄りの位置において、第１リード部１６１の短手部分１６１２に接続する。第１接続部１６２の縁に沿って形成された溝１４１は、開口１７３を介して、離間部１４１ａに接続する。第１接続部１６２の縁に沿って形成された溝１４１は、溝部１４１ｂとも称する。すなわち、第１接続部１６２と溝部１４１ｂは、点着孔１５２に点着されて流路１５内を移動する血液の移動方向とは逆方向に作用極１６から延びるということができる。換言すれば、第１接続部１６２と溝部１４１ｂは、作用極１６よりも流路１５における上流側に配置されているということができる。溝部１４１ｂは、「溝部」の一例である。作用極１６および第１接続部１６２を含む電極は、「平面電極」、「一方の電極」の一例でもある。

第２接続部１７２は、対極１７からバイオセンサ１の短手方向に沿って（Ｙ方向に沿って）直線状に延びる配線である。第２接続部１７２は、対極１７のＹ方向における側方において、第２リード部１７１と接続する。Ｙ方向に沿って延びる第２接続部１７２がＸ方向に沿って延びる第２リード部１７１と接続する位置は、流路１５の外であり、Ｚ方向から見た場合にスペーサ１２と重なる位置である。すなわち、第１リード部１６１と作用極１６とは、第１接続部１６２によって電気的に接続される。第２リード部１７１と対極１７とは、第２接続部１７２によって電気的に接続される。

＜バイオセンサ１の使用態様＞
図６は、実施形態に係るバイオセンサの使用態様の一例を示す図である。図６では、穿刺器具を用いて指先などから採取した血液を、測定装置３に装着したバイオセンサ１に点着させて血糖値を測定するＳＭＢＧ装置８０が例示される。測定装置３は、バイオセンサ１に点着された血液のグルコース濃度を測定する装置であり、筐体３１、複数の操作ボタン３２、表示パネル３３およびセンサ挿入口３４を備える。

図６に示すように、測定装置３の筐体３１には、操作ボタン３２および表示パネル３３が設けられる。操作ボタン３２は、例えば、測定の開始、終了等の動作を行うために使用される。表示パネル３３は、測定結果やエラー等を表示する。表示パネル３３は、例えば、液晶表示装置である。センサ挿入口３４にはバイオセンサ１が挿入される。センサ挿入口３４にバイオセンサ１が挿入された状態で、バイオセンサ１の点着孔１５２に血液が点着される。点着された血液は作用極１６上に移動し、作用極１６（測定部）上において血液中のグルコースと試薬とが反応する。測定装置３は、センサ挿入口３４に挿入されたバイオセンサ１の第１リード部１６１および第２リード部１７１を介して作用極１６と対極１７とに電圧を印加し、当該反応に応じた応答電流値を測定する。測定装置３は、測定した応答電流値を基に血液中のグルコース濃度を決定する。グルコース濃度の決定には、例えば、グルコース濃度と応答電流値とを対応付けた検量線を用いればよい。グルコース濃度の測定結果は、例えば、表示パネル３３に表示される。

＜比較例＞
図７は、比較例に係るバイオセンサの電極構造の一例を示す図である。図７では、比較例に係るバイオセンサ１ａにおける図３の矩形領域Ａに囲まれた領域に相当する領域が例示される。比較例において実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。以下、図７を参照して、比較例に係るバイオセンサ１ａについて説明する。

比較例においても、実施形態と同様に、作用極１６ａ、対極１７ａ、第１接続部１６２ａ、第２接続部１７２ａは、導電薄膜１４へのレーザーによるトリミングによって溝１４
１を形成し、溝１４１によって導電薄膜１４の他の部分から電気的に絶縁することで、作用極１６ａ、対極１７ａ、第１接続部１６２ａ、第２接続部１７２ａが形成される。すなわち、作用極１６ａ、対極１７ａ、第１接続部１６２ａ、第２接続部１７２ａの周囲に沿って、溝１４１が設けられている。

比較例に係るバイオセンサ１ａでは、作用極１６ａの周囲の一部を囲むように対極１７ａが設けられる。作用極１６ａからは、作用極１６ａと第１リード部１６１とを接続する第１接続部１６２ａが、バイオセンサ１ａのＸ方向に沿って、バイオセンサ１ａの一端１０ａに向けて延びる。また、対極１７ａからは、対極１７ａと第２リード部１７１とを接続する第２接続部１７２ａが、バイオセンサ１ａのＸ方向に沿って、バイオセンサ１ａの一端１０ａに向けて延びる。比較例における第１接続部１６２ａおよび第２接続部１７２ａは、作用極１６ａと点着孔１５２との間ではなく、作用極１６ａと空気孔１５１との間に配置される。すなわち、比較例では、第１接続部１６２ａと第１接続部１６２ａの縁に沿って形成された溝１４１は、点着孔１５２に点着されて流路１５内を移動する血液の移動方向と同じ方向に作用極１６ａから延びている。換言すれば、比較例に係るバイオセンサ１ａでは、第１接続部１６２ａと第１接続部１６２ａの縁に沿って形成された溝１４１は、作用極１６よりも流路１５における下流側に配置されているということができる。上述の通り、バイオセンサ１ａの一端１０ａ側に第１リード部１６１および第２リード部１７１が露出するため、第１接続部１６２ａおよび第２接続部１７２ａを作用極１６ａと空気孔１５１との間（すなわち、作用極１６ａよりも流路１５における下流側）に配置することは、実施形態に係るバイオセンサ１よりもレーザーによるトリミングの簡素性の面から自然な設計であると考えられる。

＜実施形態と比較例との比較＞
実施形態および比較例のいずれにおいても、導電薄膜１４へのレーザーによるトリミングによって溝１４１を形成することで、作用極、対極、第１接続部、第２接続部等が形成される。すなわち、作用極、対極、第１接続部、第２接続部等の縁には溝１４１が設けられる。作用極に滴下して作用極全体に広がった試薬は、作用極から第１接続部の周囲を囲む溝１４１に達し、溝１４１に達した試薬は溝１４１に沿って広がりやすく（流出しやすく）なる。そのため、試薬を作用極に滴下すると、毛管現象によって、滴下された試薬の一部が第１接続部の周囲を囲む溝１４１に沿って作用極から流出することがある。

図８は、比較例に係るバイオセンサにおいて、作用極に滴下した試薬が溝に沿って広がった状態の一例を示す図である。図８では、説明のため、試薬の広がりを誇張して例示している。比較例に係るバイオセンサ１ａでは、上述の通り、第１接続部１６２ａが作用極１６ａと空気孔１５１との間（流路１５において、作用極１６ａよりも下流側）に配置される。すなわち、第１接続部１６２ａの縁に沿って形成された溝１４１も作用極１６ａよりも下流側に配置される。そのため、比較例に係るバイオセンサ１ａでは、作用極１６ａに滴下された試薬Ｍは、毛管現象によって、第１接続部１６２ａの縁に沿って形成された溝１４１に沿って、作用極１６ａよりも下流側に流出し、作用極１６ａにおける血液中のグルコースとの反応に寄与しないことがある。作用極１６ａよりも下流側に流出した試薬Ｍは、点着孔１５２から流路１５内を作用極１６ａに向けて移動する血液によって作用極１６ａに戻すことはできない。また、作用極１６ａから流出する試薬Ｍの量はバイオセンサ１ａ毎に異なり、一定ではない。そのため、バイオセンサ１ａ毎に作用極１６ａ上でグルコースと反応する試薬Ｍの量にばらつきが生じ、このようなばらつきによって測定装置３が測定する応答電流値にもばらつきが生じる虞がある。すなわち、比較例に係るバイオセンサ１ａでは、測定に用いるバイオセンサ１ａ毎にグルコース濃度の測定結果がばらつく虞がある。

図９は、実施形態に係るバイオセンサにおいて、作用極に滴下した試薬が溝に沿って広
がった状態の一例を示す図である。図９では、説明のため、試薬の広がりを誇張して例示している。図９では、作用極１６（測定部）に滴下された試薬Ｍが、毛管現象によって、作用極１６と対極１７との間の離間部１４１ａや第１接続部１６２の縁に沿って形成された溝部１４１ｂを伝って作用極１６から流出している様子が例示される。離間部１４１ａと溝部１４１ｂとは接続されているため、離間部１４１ａに流出した試薬Ｍは、毛管現象により、溝部１４１ｂにまで流出しやすい広がりやすい。溝部１４１ｂに流出した試薬Ｍは、作用極１６から離れた位置にまで流出することがある。ここで、実施形態に係るバイオセンサ１では、第１接続部１６２および第１接続部１６２の縁に沿って形成された溝部１４１ｂは、作用極１６よりも上流側に配置されている。そのため、実施形態に係るバイオセンサ１では、作用極１６から流出する試薬Ｍは、作用極１６よりも上流側（点着孔１５２側）に流出する。

実施形態に係るバイオセンサ１では、作用極１６へ滴下した試薬Ｍが第１接続部１６２の縁に沿って形成された溝部１４１ｂにまで広がって流出しても、流出した試薬Ｍの少なくとも一部は点着孔１５２から作用極１６に向けて流路１５内を満たしながら移動する血液によって作用極１６に戻される。そのため、作用極１６上で血液中のグルコースと反応する試薬Ｍの量、すなわち、測定する電流値に起因されるグルコースと試薬Ｍとの反応量の変動、つまり反応に寄与する試薬Ｍの減少量が比較例に係るバイオセンサ１ａよりも抑制される。その結果、実施形態に係るバイオセンサ１は、作用極１６に分注した試薬Ｍの広がり方のばらつきに起因するグルコース濃度の測定結果のばらつきを比較例に係るバイオセンサ１ａよりも抑制することができる。

実施形態に係るバイオセンサ１では、作用極１６と点着孔１５２との間に配置された第１接続部１６２と第１接続部１６２の縁に沿って形成された溝部１４１ｂは、作用極１６から点着孔１５２の方向に向けて真っすぐに延びる。このような構成を採用することにより、作用極１６から第１接続部１６２の縁に沿って形成された溝部１４１ｂに流出した試薬Ｍを点着孔１５２から移動する血液によって、より効率的に、作用極１６に戻すことができる。そのため、実施形態に係るバイオセンサ１は、作用極１６においてグルコースと反応させる試薬Ｍの量の変動をより一層抑制することができ、グルコース濃度の測定結果のばらつきが抑制される。また、実施形態に係るバイオセンサ１は、作用極１６から流出した試薬Ｍを血液の流れによって作用極１６に戻すことで、作用極１６上に滴下された試薬Ｍをより有効に血液中のグルコースと反応させることができるため、試薬Ｍの利用効率を高めることができる。

＜検証＞
実施形態に係るバイオセンサ１と比較例に係るバイオセンサ１ａのグルコース濃度の測定結果のばらつきについて検証したので、検証結果について説明する。検証では、グルコース濃度３３６ｍｇ／ｄｌ、ヘマトクリット値７０％の血液を点着したバイオセンサを測定装置３のセンサ挿入口３４に挿入し、測定装置３は２００ｍＶの電圧を６．５秒間継続して印加してグルコース濃度に対応する応答電流値の測定を行った。このような測定を実施形態に係るバイオセンサ１および比較例に係るバイオセンサ１ａの各々で５０回ずつ実施した。

図１０は、グルコース濃度の測定結果のばらつきについて、実施形態と比較例とを比較する図である。図１０の縦軸は、グルコース濃度の測定時における応答電流値の再現性を示す。再現性は、例えば、次の式（１）によって決定される。

式（１）において、Ｒ_１は血液中の実際のグルコース濃度（真値）に対応する応答電流値（理論値）、Ｍ_１はバイオセンサを用いたグルコース濃度の測定結果として得られた応答電流値（測定値）を示す。式（１）を参照すると理解できるように、理論値と測定値との差が少ない程、再現性は低い数値となる。すなわち、再現性の数値が低い程、血液中の実際のグルコース濃度と測定結果として得られたグルコース値との差が少ないことを示す。

図１０に示すように、比較例に係るバイオセンサ１ａの再現性はおよそ４．４％であり、実施形態に係るバイオセンサ１の再現性はおよそ２．１％である。すなわち、比較例に係るバイオセンサ１ａよりも実施形態に係るバイオセンサ１の再現性の方が低くなっている。このことから、実施形態に係るバイオセンサ１の方が、比較例に係るバイオセンサ１ａよりもグルコース濃度の測定結果のばらつきが少ないことが理解できる。

比較例に係るバイオセンサ１ａでは、上述の通り、第１接続部１６２ａと第１接続部１６２ａの縁に沿って形成された溝１４１は、作用極１６ａよりも下流側に設けられる。作用極１６ａに滴下された試薬Ｍは、作用極１６ａ全体に広がるとともに、第１接続部１６２ａの縁に沿って形成された溝１４１を伝って、作用極１６ａよりも下流側に流出する。そのため、点着孔１５２に点着された血液が流路１５内を満たしながら作用極１６に導入されても、当該血液によって、流出した試薬Ｍが作用極１６ａに戻されることはない。

一方、実施形態に係るバイオセンサ１では、上述の通り、第１接続部１６２と第１接続部１６２の縁に沿って形成された溝部１４１ｂとは作用極１６よりも下流側に設けられる。作用極１６に滴下された試薬Ｍは、作用極１６全体に拡散するとともに、離間部１４１ａや第１接続部１６２の縁に沿って形成された溝部１４１ｂに沿って、作用極１６よりも上流側（点着孔１５２側）に流出する。そのため、点着孔１５２に点着された血液が流路１５内を満たしながら作用極１６に導入されると、当該血液によって、流出した試薬Ｍの少なくとも一部は作用極１６に戻される。

実施形態に係るバイオセンサ１では、点着孔１５２から導入された血液によって、作用極１６から溝部１４１ｂに流出した試薬Ｍのうち、少なくとも一部を作用極１６に戻すことができる。そのため、作用極１６上で血液中のグルコースと反応する試薬Ｍの量、すなわち、測定する電流値に起因されるグルコースと試薬Ｍとの反応量の変動、つまり反応に寄与する試薬Ｍの減少量が比較例に係るバイオセンサ１ａよりも抑制される。そのため、図１０に例示されるように、実施形態に係るバイオセンサ１は、比較例に係るバイオセンサ１よりも、再現性が低くなっていると考えられる。

＜変形例＞
上述した実施形態に係るバイオセンサ１に対しては、各種の変形を行うことができる。例えば、実施形態では第１接続部１６２と第１接続部１６２の縁に沿って形成された溝部１４１ｂは、作用極１６と点着孔１５２との間に配置され、作用極１６から点着孔１５２に向けてまっすぐに延びているが、第１接続部１６２と第１接続部１６２の縁に沿って形成された溝部１４１ｂは、作用極１６から点着孔１５２への真っすぐな方向からずれた方向（斜めの方向）に延びていてもよい。図１１は、第１接続部の配置のバリエーションを例示する図である。図１１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に例示されるように、第１接続部１６２と第１接続部１６２の縁に沿って形成された溝部１４１ｂは、作用極１６と点着孔１５２との間に配置され、作用極１６から点着孔１５２に真っすぐ向かう方向からずれている。

真っすぐな方向からずれた溝部１４１ｂとしては、作用極１６に載置された試薬Ｍが溝
部１４１ｂに流れ出す範囲が、作用極１６と点着孔１５２との間であって作用極１６の幅（Ｙ方向の長さ）の範囲内となるように、溝部１４１ｂが設けられればよい。換言すれば、第１接続部１６２と第１リード部１６１とが接続する位置が、Ｙ方向（幅方向）において、作用極１６の幅の範囲内であればよい。第１接続部１６２と第１接続部１６２の縁に沿って形成された溝部１４１ｂと、作用極１６と点着孔１６２とを結ぶ直線との角度は、例えば、６０度未満であり、好ましくは４５度未満であり、より好ましくは３０度未満である。換言すれば、第１接続部１６２と第１接続部１６２の縁に沿って形成された溝部１４１ｂと作用極１６と点着孔１６２とを結ぶ直線との角度が鋭角に（小さく）なればなるほど好ましい。

第１接続部１６２と第１接続部１６２の縁に沿って形成された溝部１４１ｂが作用極１６と点着孔１５２との間に配置されていれば、作用極１６から溝部１４１ｂに流出した試薬Ｍの少なくとも一部を点着孔１５２から流路１５内を満たしながら移動する血液によって作用極１６に戻すことができる。すなわち、グルコース濃度の測定結果のばらつきが比較例に係るバイオセンサ１ａよりも抑制される。

実施形態では、導電薄膜１４へのレーザーによるトリミングによって溝１４１が形成され、溝１４１によって導電薄膜１４の他の領域から電気的に絶縁されることで、作用極１６、対極１７、第１接続部１６２、第２接続部１７２等が形成される。しかしながら、バイオセンサ１では、作用極１６、対極１７、第１接続部１６２、第２接続部１７２等が導電薄膜１４へのレーザーによるトリミング以外の方法によって形成されてもよい。例えば、作用極１６、対極１７、第１接続部１６２、第２接続部１７２等が、例えば、カーボン印刷によって基板１１上に形成されてもよい。カーボン印刷によって基板１１上に形成された部分は、基板１１の表面から突出する（盛り上がる）ことで、カーボン印刷によって基板１１上に形成された部分同士の間において毛管現象が発生する程度の溝が生じる。バイオセンサ１は非常に微細なセンサであるため、この溝の幅は溝１４１と同様に非常に狭いものとなり、作用極１６に滴下した試薬Ｍが毛管現象によって第１接続部１６２の周囲に生じる溝に沿って広がりやすくなる。そのため、カーボン印刷によって作用極１６、対極１７、第１接続部１６２、第２接続部１７２等を形成する場合でも、第１接続部１６２を作用極１６と点着孔１５２との間に配置することで、電極に滴下した試薬Ｍの広がり方のばらつきに起因する測定結果のばらつきを抑制できる。

以上説明した実施形態では、流路１５の一端１０ａ側の開口が空気穴１５となったが、空気穴１５は他の方法によって設けられてもよい。例えば、空気穴１５は、カバー部材１３を厚み方向に貫通し、作用極１６や対極１７よりも上流側に位置する位置に設けられた貫通孔であってもよい。

以上で開示した実施形態や変形例はそれぞれ組み合わせることができる。

１・・・バイオセンサ
１１・・・基板
１２、１２１、１２２・・・スペーサ
１３・・・カバー部材
１４・・・導電薄膜
１４１・・・溝
１４１ａ・・・離間部
１４１ｂ・・・溝部
１５・・・流路
１５１・・・空気孔
１５２・・・点着孔
１６・・・作用極（測定部）
１６１・・・第１リード部
１６１１・・・長手部分
１６１２・・・短手部分
１６２、１６２ａ・・・第１接続部
１７・・・対極
１７１・・・第１リード部
１７２、１７２ａ・・・第２接続部
３・・・測定装置
３１・・・筐体
３２・・・操作ボタン
３３・・・表示パネル
３４・・・センサ挿入口
８０・・・ＳＭＢＧ装置

Claims (10)

1. 試料によって溶解する試薬を一方の電極に載置した一対の平面電極と、前記一対の平面電極が露出する流路と、前記一対の平面電極に向けて前記試料を前記流路内に導入する導入部とを有する試料内の測定対象成分の測定に用いられるセンサであって、
   前記一対の平面電極は、前記流路に形成された離間部によって離間されており、
   前記一方の電極は、試薬が載置された測定部と、前記測定部から前記導入部の方向に向けて延びる接続部を有し、
   前記離間部と接続すると共に、前記測定部から前記導入部の方向に向けて前記接続部に沿って延びる毛細管構造の溝部を有する、
   センサ。
2. 前記流路において前記一対の平面電極が露出する平面は、絶縁性基板上に設けられる導電材料で形成され、
   前記溝部は、前記導電材料から前記絶縁性基板の方向に向けて、少なくとも前記絶縁性基板が露出するまで前記導電材料が削られて形成されたものである、
   請求項１に記載のセンサ。
3. 前記離間部は、前記導電材料から前記絶縁性基板の方向に向けて、少なくとも前記絶縁性基板が露出するまで前記導電材料が削られて形成された毛細管構造の溝である、
   請求項２に記載のセンサ。
4. 前記試薬は、さらに前記離間部を構成する前記溝にまで載置される、
   請求項３に記載のセンサ。
5. 前記一方の電極は、前記測定部よりも前記導入部側の位置において前記接続部と接続し、前記導入部の方向と略直行する方向に延びて一端が前記流路の外に達する第１リード部をさらに備える、
   請求項１から４のいずれか一項に記載のセンサ。
6. 前記一方の電極は、前記流路の外において前記第１リード部の一端に接続するとともに、前記センサの前記導入部とは反対側の端部に延びる第２リード部をさらに備える、
   請求項５に記載のセンサ。
7. 前記一対の平面電極のうち前記一方の電極に対向する他方の電極は、前記接続部が延びる位置を開口し、前記測定部の周囲を前記離間部を挟んで囲むように配置される、
   請求項３から６のいずれか一項に記載のセンサ。
8. 絶縁性基板、前記絶縁性基板の上に設けられ、前記一対の平面電極を露出させる露出部を有するスペーサをさらに有し、
   前記流路および前記導入部は、前記絶縁性基板、および、前記スペーサと、によって囲まれた空間によって規定される、
   請求項１から７のいずれかに記載のセンサ。
9. 前記スペーサ上に設けられ、前記露出部を覆うカバー部材をさらに備え、
   前記流路および前記導入部は、前記絶縁性基板、前記スペーサ、および、前記カバー部材と、によって規定される、
   請求項８に記載のセンサ。
10. 前記流路において前記測定部から前記導入部へ向かう方向とは逆方向に設けられ、前記
    流路の内部の気体を流路の外に排出する空気孔をさらに備える、
    請求項１から９のいずれか一項に記載のセンサ。

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