JP2022552666A - バイオセンサー - Google Patents

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Abstract

本発明は、基板；前記基板上に形成された作業電極層、前記作業電極層上に前記作業電極層を覆うように形成された酵素反応層を含む作業電極；前記基板上で前記作業電極と離間して形成された基準電極；及び前記基板上で前記作業電極と基準電極とを分離する絶縁隔壁を含む、バイオセンサーを提供する。

Description

本発明はバイオセンサーに係り、より詳しくは、測定範囲が広くて感度に優れ且つ測定値の散布を減らすことができるバイオセンサーに関する。
ヒトの平均寿命の増加に伴い、ヘルスケア産業が急速に膨張している。特に、種々の生体信号をどこでも便利に測定できる携帯可能な小型バイオセンサーに対する要求が徐々に増加しつつある。
バイオセンサーは体液に含まれた化学種と反応する酵素を用いる。該酵素が前記化学種と反応して電流が発生すると、これを測定して当該化学種の濃度を測定する［大韓民国登録特許第１０－０８２４７３１号参照］。
バイオセンサーにおいて選択性、測定範囲、再現性、反応時間及び寿命はバイオセンサーの性能を判断する重要な指標として用いられる。特に、生体内物質はそれぞれ異なる濃度で存在し且つ分泌される器官によっても異なる濃度で存在するので、各目的に適合した測定範囲を有するセンサーの製作が必要である。
例えば、生体内乳酸（ｌａｃｔａｔｅ）は血液中で２～１０ｍＭの水準で存在するが、汗では平均２０ｍＭ以上、多くは５０ｍＭ以上の水準で分泌することがある。このように生体内高濃度で存在する物質を検知するためには、広い測定範囲、特に高濃度測定が可能なセンサーの製作が必須である。
既存のバイオセンサーは基板上に作業電極層と基準電極を形成し、前記作業電極層上に該作業電極層を覆うように酵素反応層形成用組成物を滴下して酵素反応層を形成することで製造される。この場合、酵素反応層を形成する過程で酵素反応層が作業電極層領域を過度に外れた領域まで塗布されることによって化学種との反応に参加する酵素反応層の領域が減ることで測定範囲や感度が低減するという不具合があった。
したがって、測定範囲が広くて感度に優れるバイオセンサーの開発が要求されている。
また、バイオセンサーによって電流測定の際に信頼性のある評価結果を得るために測定値の散布を減らす必要がある。
本発明の一目的は、測定範囲が広くて感度に優れ且つ測定値の散布を減らすことができるバイオセンサーを提供することである。
一方で、本発明は、基板；前記基板上に形成された作業電極層、前記作業電極層上に該作業電極層を覆うように形成された酵素反応層を含む作業電極；前記基板上で前記作業電極と離間して形成された基準電極；及び前記基板上で前記作業電極と基準電極とを分離する絶縁隔壁を含むバイオセンサーを提供する。
本発明の一実施形態において、前記絶縁隔壁は前記作業電極と基準電極の領域を限定してよい。
本発明の一実施形態において、前記絶縁隔壁の高さが前記作業電極と基準電極の高さよりも高くてよい。
本発明の一実施形態において、前記作業電極層と酵素反応層の表面積の比は１：１．１～２．１であってよい。
本発明の一実施形態において、前記作業電極層と酵素反応層の表面積の比は１：１．１～１．８であってよい。
本発明の一実施形態において、前記バイオセンサーは、前記基板上に作業電極層と基準電極とを所定間隔を空けて形成し、前記作業電極層と基準電極とを分離する絶縁隔壁を形成した後、前記作業電極層上に該作業電極層を覆うように酵素反応層を形成して製造されてよい。
本発明の一実施形態に係るバイオセンサーは、乳酸、グルコース、コレステロール、アスコルビン酸、アルコール又はグルタミン酸の濃度測定に用いられてよい。
本発明の一実施形態に係るバイオセンサーは、乳酸の濃度測定に用いられてよい。
本発明に係るバイオセンサーは、作業電極と基準電極とを分離する絶縁隔壁を備えることで酵素反応層が作業電極層領域を過度に外れた領域まで塗布されないため、反応に直接的に参加する酵素の量が減少することを防止してバイオセンサーの測定範囲を増加させることで検知対象物質中に高濃度で存在する化学種を検知することができ、且つ感度を向上させることができる。また、本発明に係るバイオセンサーは、測定値の散布を減らすことができる。
本発明の一実施形態に係るバイオセンサーの概略的な断面図である。 比較例１で製作したバイオセンサーを用いて乳酸測定を行った結果を示す。 比較例２で製作したバイオセンサーを用いて乳酸測定を行った結果を示す。 実施例１で製作したバイオセンサーを用いて乳酸測定を行った結果を示す。 実施例２で製作したバイオセンサーを用いて乳酸測定を行った結果を示す。 比較例１、２及び実施例１、２で製作したバイオセンサーを用いて乳酸測定を行った結果に対する相対標準偏差を示す。
以下、添付の図面を参照して本発明をより詳しく説明する。
本発明の一実施形態は、作業電極と基準電極とを分離する絶縁隔壁を備えたバイオセンサーに関する。
図１は、本発明の一実施形態に係るバイオセンサーの概略的な断面図である。
図１を参照すると、本発明の一実施形態に係るバイオセンサー１００は基板１１０、作業電極１２０、基準電極１３０及び絶縁隔壁１４０を含む。
基板１１０は、バイオセンサーを構成する構成要素の構造的なベース（ｂａｓｅ）を提供する機能をする。
例えば、基板１１０は、フレキシブル特性を有する基材フィルムの形態で具現されてよい。
基板１１０を具現する基材フィルムに適用され得る具体的な物質の例としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンイソフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂；ジアセチルセルロース、トリアセチルセルロースなどのセルロース系樹脂；ポリカーボネート系樹脂；ポリメチル（メタ）アクリレート、ポリエチル（メタ）アクリレートなどのアクリル系樹脂；ポリスチレン、アクリロニトリル-スチレン共重合体などのスチレン系樹脂；ポリエチレン、ポリプロピレン、シクロ系又はノルボルネン構造を有するポリオレフィン、エチレン-プロピレン共重合体などのポリオレフィン系樹脂；塩化ビニル系樹脂；ナイロン、芳香族ポリアミドなどのアミド系樹脂；イミド系樹脂；ポリエテルスルホン系樹脂；スルホン系樹脂；ポリエーテルエーテルケトン系樹脂；硫化ポリフェニレン系樹脂；ビニルアルコール系樹脂；塩化ビニリデン系樹脂；ビニルブチラール系樹脂；アリレート系樹脂；ポリオキシメチレン系樹脂などのような熱可塑性樹脂が挙げられ、これらの熱可塑性樹脂のブレンド物も用いてよい。また、（メタ）アクリル系、ウレタン系、アクリルウレタン系、エポキシ系、シリコン系などの熱硬化性樹脂又は紫外線硬化型樹脂を用いてもよい。
このような基材フィルムは、適宜１種以上の添加剤が含有されたものであってもよい。添加剤としては、例えば、紫外線吸収剤、酸化防止剤、潤滑剤、可塑剤、離型剤、着色防止剤、難燃剤、核剤、帯電防止剤、顔料、着色剤などが挙げられる。基材フィルムは、フィルムの片面又は両面にハードコート層、反射防止層、ガスバリア層のような多様な機能性層を含む構造であってよく、機能性層は前述したものに限定されず、用途に応じて種々の機能性層を含んでよい。
また、必要に応じて基材フィルムは表面処理されたものであってよい。かかる表面処理としては、プラズマ（ｐｌａｓｍａ）処理、コロナ（ｃｏｒｏｎａ）処理、プライマ（ｐｒｉｍｅｒ）処理などの乾式処理、ケン化処理を含むアルカリ処理などの化学処理などが挙げられる。
基板１１０の厚さは適宜決められてよいが、一般的には強度や取り扱い性などの作業性、薄層性などを考慮のうえ、１～５００μｍに決められてよい。特に、１～３００μｍが好ましく、５～２００μｍがより好ましい。
作業電極１２０では検知対象物質の酸化－還元反応が生じ得る。作業電極１２０は作業電極層１２１と該作業電極層上に形成された酵素反応層１２２を含む。作業電極１２０は酵素反応層１２２の酵素と検知対象物質との反応によって生じた電気的信号を検知することができる。検知対象物質は人体の汗、体液、血液などであってよいが、これらに制限されない。
作業電極層１２１は基板１１０上に配置されてよい。例えば、作業電極層１２１は、基板１１０に接触していてよい。作業電極層１２１は、検知対象物質の酸化－還元反応で発生した電子又は正孔が伝達される通路として提供されてよい。
本発明の一実施形態において、作業電極層１２１は炭素電極層を含んでよい。前記炭素電極層はカーボンペースト（ｃａｒｂｏｎ ｐａｓｔｅ）から形成されてよい。前記炭素電極層は、酵素反応層１２２で発生した電子及び／又は正孔を安定して輸送することができる。
本発明の一実施形態において、作業電極層１２１は、カーボンペーストから形成される単一層の炭素電極層で形成されてよい。前記カーボンペーストを用いて単一層形態の電極として提供されることで、金属電極が省略され得る。このため、バイオセンサー１００を薄膜化することができる。
本発明の一実施形態において、作業電極層１２１は金属電極層を含んでよい。前記金属電極層は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、コバルト（Ｃｏ）又はこれらの合金（例えば、銀－パラジウム－銅（ＡＰＣ））を含んでよい。これらは単独で又は２以上が組み合わされて用いられてよい。前記金属電極層は、Ａｕ、Ａｇ、ＡＰＣ合金、及びＰｔの少なくとも一つだけで形成されてもよい。前記Ａｕ、Ａｇ、ＡＰＣ合金、及びＰｔは、作業電極層１２１の電気伝導性を向上させ且つ抵抗を低減させることができる。これにより、バイオセンサー１００の検知能を向上させることができる。
本発明の一実施形態において、作業電極層１２１は、上述した炭素電極層と金属電極層とを共に含んでよい。この場合、金属電極層は炭素電極層の底面上に配置されてよい。金属電極層は基板１１０と接触することができる。炭素電極層は酵素反応層１２２と接触することができる。
前記作業電極層１２１が金属電極層を含む場合、金属電極層の上面及び／又は底面には金属保護層が更に形成されてよい。金属保護層は電気伝導性を保ちつつ金属電極層の上面を全体的に覆ってよい。例えば、前記金属保護層は前記金属電極層と直接接触することができる。前記金属保護層は、作業電極１２１の酸化還元反応によって前記金属電極層が酸化還元することを防止して、作業電極１２１によって検知される電気的信号の信頼性を向上させることができる。
例えば、金属保護層は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）などを含んでよい。例えば、前記金属保護層は、ＩＴＯ又はＩＺＯだけで形成されてよい。前記ＩＴＯ及びＩＺＯは電気伝導性を有しつつも化学的に安定して前記金属電極層を酸化還元反応から効果的に保護することができる。
作業電極層１２１は電子輸送物質を含んでよい。
前記電子輸送物質は、例えば、酵素反応層１２２で生じる検知対象物質の酸化－還元反応で発生した電子／正孔を収容して酸化又は還元する物質であってよい。
前記電子輸送物質としては、プルシアンブルー（ｐｒｕｓｓｉａｎ ｂｌｕｅ、Ｆｅ４［Ｆｅ（ＣＮ）６］３）、ポタシウムフェリシアニド（ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｆｅｒｒｉｃｙａｎｉｄｅ、Ｋ３［Ｆｅ（ＣＮ）６］）、ポタシウム鉄フェロシアニド（ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｉｒｏｎ ｆｅｒｒｏｃｙａｎｉｄｅ、ＫＦｅＩＩＩ［ＦｅＩＩ（ＣＮ）６］・ｘＨ２Ｏ）、フェロセン、ルテニウムなどを用いてよく、別途の工程にて塗布するかカーボンペーストなどと一体化して塗布することも可能である。
プルシアンブルーは青色顔料であって、高い酸化性を有し得る。電子輸送物質としてプルシアンブルーを作業電極層１２１に用いると、作業電極１２０の電気的感度を向上させることができる。
前記電子輸送物質は、作業電極層１２１の１００重量％に対して０．０５～１重量％の量で含まれてよい。前記電子輸送物質の含量が前記範囲を満たすと、検知対象物質に対する感応範囲（例えば、上限）を増加させることができる。電子輸送物質の含量が前記範囲未満であると、検知対象物質を検知する範囲が減少することがある。電子輸送物質の含量が前記範囲を超えると電子輸送物質が互いに凝集してセンシング性能が減少することがある。好ましくは、前記電子輸送物質は、前記作業電極層１２１の１００重量％に対して０．１～０．５重量％の量で含まれてよい。
作業電極層１２１は、基板１１０上にカーボンペーストを印刷するか、金属膜を形成した後にこれをパターニング（ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）して形成されてよい。
前記パターニングは当該分野で通常用いられるパターニング工法が用いられてよい。例えば、フォトリソグラフィ（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）を用いてよい。
作業電極層１２１が金属保護層をさらに含む場合、金属電極層を先にパターニングした後に前記金属保護層を形成するか、前記金属膜上にＩＴＯ又はＩＺＯ導電性酸化物膜を形成した後、前記金属膜と導電性酸化物膜を共にパターニングして金属電極層及び金属保護層を一緒に形成してよい。
酵素反応層１２２は、作業電極層１２１上に配置されてよい。前記酵素反応層１２２は、前記作業電極層上に前記作業電極層を覆うように形成されてよい。酵素反応層１２２は、検知対象物質の化学反応が生じる層として提供される。
酵素反応層１２２は、酸化酵素又は脱水素酵素を含んでよい。酸化酵素及び脱水素酵素は検査対象物質の種類に応じて選択されてよい。
前記酸化酵素は、乳酸酸化酵素（ｌａｃｔａｔｅ ｏｘｉｄａｓｅ）、グルコース酸化酵素（ｇｌｕｃｏｓｅ ｏｘｉｄａｓｅ）、コレステロール酸化酵素（ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｏｌ ｏｘｉｄａｓｅ）、アスコルビン酸酸化酵素（ａｓｃｏｒｂｉｃ ａｃｉｄ ｏｘｉｄａｓｅ）、及びアルコール酸化酵素（ａｌｃｏｈｏｌ ｏｘｉｄａｓｅ）の少なくとも一つを含んでよい。
前記脱水素酵素は、乳酸脱水素酵素（ｌａｃｔａｔｅ ｄｅｈｙｄｒｏｎａｓｅ）、グルコース脱水素酵素（ｇｌｕｃｏｓｅ ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ）、グルタミン酸脱水素酵素（ｇｌｕｔａｍａｔｅ ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ）、及びアルコール脱水素酵素（ａｌｃｏｈｏｌ ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ）の少なくとも一つを含んでよい。
したがって、本発明に係るバイオセンサーは、乳酸、グルコース、コレステロール、アスコルビン酸、アルコール又はグルタミン酸、特に、乳酸の濃度測定に用いられてよい。
酵素反応層１２２は、メディエーターをさらに含んでよい。メディエーターとしては、フェリシアン化カリウム、シトクロムＣ、ピロロキノリンキノン（ＰＱＱ）、ＮＡＤ＋、ＮＡＤＰ＋、銅錯体、ルテニウム化合物、フェナジンメトサルフェート、及びその誘導体などが挙げられ、これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
また、酵素反応層１２２は、高濃度検知対象物質の吸収の際にフィルタの役割若しくはその安定度を向上させるために、高分子物質である変性ポリビニルアルコール若しくはポリビニルピロリドンなどの水溶性ポリマーをさらに含んでよい。
検知対象物質が含まれた試料をバイオセンサー１００に注入すると、試料に含まれている検知対象物質が酸化酵素又は脱水素酵素と反応して過酸化水素などの副産物が生成され得る。このとき、電子輸送物質（例えば、プルシアンブルー）は前記副産物を還元させ、自分は酸化され得る。酸化された電子輸送物質は一定電圧が加えられた電極の表面で電子を得て再び還元され得る。
試料内の検知対象物質の濃度は、電子輸送物質が酸化する過程で発生する電流量に比例する。これにより、前記電流量を測定して検知対象物質の濃度を測定することができる。
前記酸化酵素又は脱水素酵素はバインダーを介して固定されてよい。前記バインダーは当該分野で通常用いられるバインダーを含んでよく、例えば、ナフィオン又はその誘導体、キトサン、ＢＳＡ（ｂｏｖｉｎｅ ｓｅｒｕｍ ａｌｂｕｍｉｎ）又はＳｉゲル（ｇｅｌ）などの有機材料、又は無機材料を含んでよい。
酵素反応層１２２は、ｐＨ調整や溶解度を高めるために酸又は塩基を少量追加することも可能である。
本発明の一実施形態において、前記作業電極層と酵素反応層の表面積の比は、１：１．１～２．１、好ましくは、１：１．１～１．８であってよい。前記作業電極層と酵素反応層の表面積の比が１：１．１未満であると、測定結果値の散布が上昇し、露出によって電極が損傷し、製造工程上の困難が伴うことがあり、また１：２．１を超えると、反応に直接的に参加し得る酵素の量が減少することによってセンサーの感度や測定範囲が減少することがある。
前記作業電極層と酵素反応層の表面積の比は、絶縁隔壁によって限定される領域に形成される作業電極層の表面積を制御し、絶縁隔壁の高さを作業電極層と酵素反応層の高さよりも高く設定して酵素反応層形成用組成物の流れを制御することで調節可能である。
前記作業電極層と酵素反応層の表面積の比は、酵素反応層形成用組成物の塗布の際に塗布量は同一にし塗布する範囲を人為的に調節して塗布することで制御し得る。
前記作業電極層と酵素反応層の表面積は上面の表面積を意味する。
前記酵素反応層１２２の上面には保護層（図示せず）がさらに形成されてよい。
保護層は、酵素反応層１２２を外部からの衝撃及び前記検知対象物質を除いた化学物質から保護することができる。
保護層は検知対象物質のみを通過させることができる。これにより、酵素反応層１２２が検知対象物質以外の他の物質によって変性、損傷されることを防止することができる。
保護層は、検知対象物質を通過させるものであれば、当該分野で通常用いられるイオン交換膜が用いられてよい。
イオン交換膜はパーフルオロスルホン酸樹脂などのカチオン交換樹脂を含んでよい。例えば、イオン交換膜は、市販製品としてのナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）などを含んでよいが、これは一つの例示であるに過ぎず、これに限定されない。
酵素反応層と保護層の総厚さは１～１０μｍ、好ましくは、２～５μｍであってよい。前記酵素反応層と保護層の総厚さが１μｍ未満であると、電流が低下するか保護層の役割を十分に発揮し難いことがあり、また１０μｍを超えると、反応速度が低下することがある。
酵素反応層１２２は、酸化酵素又は脱水素酵素をバインダーと混合した組成物を作業電極層１２１上に塗布した後に乾燥して形成されてよい。
基準電極１３０は基板１１０上に配置されてよい。基準電極１３０は、基板１１０の作業電極１２０が配置された面と同一の面に配置されてよい。基準電極１３０は、作業電極１２０と離間して配置されてよい。基準電極１３０と作業電極１２０とは電気的に断絶されてよい。
基準電極１３０は、測定の際に作業電極１２０で測定される電流値又は電位値に対する基準値を提供することができる。基準電極１３０の電位値を基準値にして作業電極１２０で生じる検知対象物質の酸化還元反応を特定することができる。
また、前記電流値の基準値と作業電極１２０で測定される電流値とを比較して、純粋に測定対象成分（例えば、検知対象物質）によって変化した電流量を計算することができ、前記電流量から測定対象成分の濃度を導出することができる。
基準電極１３０は、例えば、Ａｇ／ＡｇＣｌ電極層を含んでよい。前記Ａｇ／ＡｇＣｌ電極層は、Ａｇ／ＡｇＣｌペースト（ｐａｓｔｅ）から形成されてよい。
前記基準電極１３０は、過電流が流れると損傷を受けることがあるため、その表面積の大きさを前記作業電極の面積に対して０．７～１．３に制御することが好ましい。
前記基準電極１３０の表面積は基板上に絶縁隔壁を形成する際に絶縁隔壁によって限定される領域の大きさを調節して適宜制御可能である。
前記絶縁隔壁１４０は、作業電極と基準電極とを分離して酵素反応層の塗布範囲を調節する役割をする。前記絶縁隔壁１４０は、前記作業電極と基準電極の領域を限定することができる。これにより、酵素反応層が作業電極層領域を過度に外れた領域まで塗布されないため、反応に直接的に参加する酵素の量が減少することを防止してバイオセンサーの測定範囲を増加させ感度を向上させることができる。また、前記絶縁隔壁１４０は、露出する基準電極１３０の大きさを制御することができ、外部からの干渉物質に対するバリアの役割をすることができる。
前記絶縁隔壁１４０は絶縁素材のものであれば特に制限されずに使用してよいが、好ましくは、酸化物系又は窒化物系の無機絶縁素材、又は光開始剤を用いたＵＶ硬化タイプ若しくは熱硬化タイプの有機高分子物質を用いてよい。具体的に、前記絶縁隔壁１４０の素材としては、シリコン酸化物、アクリル樹脂、ポリエステル、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ（ｐ－キシリレン）（ｐｏｌｙ（ｐ－ｘｙｌｙｌｅｎｅ））などを用いてよく、これらは単独で又は２種以上混合して用いてよい。
前記絶縁隔壁１４０は、スクリーン印刷、フォトリソグラフィ、スパッタ法又は化学気相蒸着（ＣＶＤ）方法で形成されてよい。
前記絶縁隔壁の高さは、前記作業電極と基準電極の高さよりも高くてよい。
前記絶縁隔壁１４０の高さは１～４０μｍであってよく、塗布される酵素反応層物質の量を考慮したとき、好ましくは、５～３０μｍであってよい。前記絶縁隔壁１４０の高さが１μｍ未満であると、酵素反応層の作製の際に酵素反応層形成用組成物が絶縁隔壁上に侵入することがあり、甚だしくは、基準電極までにも侵入することがあり、また４０μｍを超えると、測定基質の塗布が困難になるか絶縁隔壁の乾燥時間が長くなることがある。
前記作業電極１２０と基準電極１３０のそれぞれは、図面上に図示はしていないが、配線に接続される。作業電極１２０に接続された配線及び基準電極１３０に接続された配線は互いに電気的に離間されてよい。これらの配線は駆動集積回路（ＩＣ）チップに接続されてよい。
配線は作業電極１２０の作業電極層１２１と同じ素材で形成されてよく、且つ基準電極１３０と同じ素材で形成されてよい。
配線は作業電極層１２１及び基準電極１３０と一体で形成されてよい。基板１１０上にカーボンペースト膜及び／又は金属膜を形成しこれをパターニングすることで配線を一体で形成することができる。又は、スクリーン印刷法にて作業電極層１２１、基準電極１３０及び配線を一体で形成することができる。
作業電極１２０及び基準電極１３０から測定された電気的信号が配線を介して駆動ＩＣチップに伝達されてよく、駆動ＩＣチップが測定対象成分の濃度を計算することができる。
本発明の一実施形態に係るバイオセンサーは、前記基板上に作業電極層と基準電極とを所定間隔を空けて形成し、前記作業電極層と基準電極とを分離する絶縁隔壁を形成した後、前記作業電極層上に前記作業電極層を覆うように酵素反応層を形成して製造されてよい。
本発明に係るバイオセンサー１００は、特に乳酸の測定に用いられてよい。例えば、運動中の運動強度や時間の増加に伴い体内乳酸の数値が増加し得る。前記乳酸は汗を介して体外に排出されることがあり、バイオセンサー１００にて排出された乳酸の濃度を測定することができる。本発明に係るバイオセンサー１００は、作業電極と基準電極とを分離する絶縁隔壁を備えることで酵素反応層が作業電極層領域を過度に外れた領域まで塗布されないため、反応に直接的に参加する酵素の量が減少することを防止してバイオセンサーの測定範囲を増加させることで検知対象物質中に高濃度で存在する化学種、例えば、汗中の５０ｍＭ以上の濃度を有する乳酸も検知することができ、感度が向上され得る。
本発明に係るバイオセンサー１００は、酵素反応層と作業電極層の表面積の比を制御することで感応範囲を増大するこができ、且つ均一な塗布によって測定値の散布を減らすことができる。
さらに、本発明に係るバイオセンサー１００は、製造工程の途中で生じ得る酵素反応層形成用組成物の広がり性を抑えることができ、均一に形成された酵素反応層を有することができる。
本発明に係るバイオセンサー１００はパッチ形態で製作されてよい。
以下、実施例、比較例及び実験例によって本発明をより具体的に説明することにする。なお、これらの実施例、比較例及び実験例は単に本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲がこれらに限定されないことは当業者にとって自明である。
実施例１：バイオセンサーの製作
図１の実施形態と同様な構造にてバイオセンサーを製作した。
基板としては、１８０μｍ厚さのＰＥＴフィルムを用いた。
前記基板にカーボンペースト（ＤＳ－７４０６ＣＢ、Ｄａｅｊｏｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｏ., Ｌｔｄ.製）をスクリーン印刷して作業電極層を形成した。
前記作業電極層から所定の距離を空けてＡｇ／ＡｇＣｌ（ＤＢＳ-４５８５Ｖ、Ｄａｅｊｏｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｏ., Ｌｔｄ.製）をスクリーン印刷して基準電極を形成した。
前記作業電極と基準電極とを分離する絶縁隔壁を次のように形成した。
絶縁隔壁としては、アクリル樹脂（ＤＧＭＲ－０１１、Ｄａｅｊｏｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｏ., Ｌｔｄ.製）を用い、スクリーン印刷工法で作業電極と基準電極とを分離できる位置に形成しＵＶを照射して硬化させた。
前記作業電極層上に酵素反応層を形成して作業電極を製造した。
酵素反応層は次のように製造した。
乳酸酸化酵素４Ｕ／１μｌ（ＴＯＹＯＢＯ社製、１０Ｕ／１μｌ貯蔵液（ｓｔｏｃｋ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）製造）２０重量％に、０．００１６％の１－メトキシ－５－メチルフェナジニウムメチルサルフェート（１－ｍｅｔｈｏｘｙ－５－ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎａｚｉｎｉｕｍ ｍｅｔｈｙｌ ｓｕｌｆａｔｅ、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ社製）２０重量％を添加して均一に混合した後、ＰＢＳ（Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ－ｂｕｆｆｅｒｅｄ ｓａｌｉｎｅ）６０重量％を添加して均一に混合して酵素反応層形成用組成物を製造した。０．００１６％ １－メトキシ－５－メチルフェナジニウムメチルサルフェートはＰＢＳで希釈して準備し、乳酸酸化酵素もＰＢＳで希釈して準備した。前記酵素反応層形成用組成物２．０μｌを作業電極層上に滴下した後、約３０分間室温でさらに約２０分間Ｎ２雰囲気下で乾燥させて酵素反応層を形成した。
作業電極層と酵素反応層の表面積の比は１：１．５であった。
実施例２：バイオセンサーの製作
作業電極層と酵素反応層の表面積の比を１：１．２に制御することを除いては、前記実施例１と同様な方法でバイオセンサーを製作した。
比較例１：バイオセンサーの製作
絶縁隔壁を形成しないことを除いては、前記実施例１と同様な方法でバイオセンサーを製作した。
作業電極層と酵素反応層の表面積の比は１：２．２であった。
比較例２：バイオセンサーの製作
作業電極層と酵素反応層の表面積の比を１：０．８に制御することを除いては、前記実施例１と同様な方法でバイオセンサーを製作した。
実験例１：乳酸測定
前記実施例及び比較例で製作したバイオセンサーを用いて次のように乳酸測定を行った。試料としては、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０ｍＭ以上の濃度の乳酸組合わせ液を用い、測定装置としては、電気化学分析装備ＣＨＩ６３０（ＣＨ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製）を使用した。
測定はバイオセンサーに試料を供給した後、検体の検知後３０秒間２００ｍＶの電圧を印加することで行った。
比較例１及び２の測定結果をそれぞれ図２及び図３に示し、実施例１及び２の測定結果をそれぞれ図４及び図５に示した。
絶縁隔壁の有無による電流値散布の比較のために、前記測定結果に対して相対標準偏差（ｒｅｌａｔｉｖｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）（％ＲＳＤ）を下記の数学式１で求めて図６に示した。
〔数学式１〕
％ＲＳＤ＝標準偏差／平均×１００
さらに、前記測定結果を下記の表１にまとめた。
Figure 2022552666000002
図２～図５から、絶縁隔壁を備えない比較例１のバイオセンサーは検知可能な最大乳酸濃度が２０ｍＭであって２０ｍＭを超える濃度範囲では測定値が飽和に達するのに対し、絶縁隔壁を備えた実施例１及び実施例２のバイオセンサーは４０ｍＭの濃度までも検知が可能であることを示した。また、作業電極層と酵素反応層の表面積の比が１：０．８である比較例２のバイオセンサーは検知可能な最大乳酸濃度が３０ｍＭ水準と低い測定値を示した。
また、表１及び図２～図６から、比較例１及び２のバイオセンサーは電流値の散布が大きく示されたのに対し、実施例１及び２のバイオセンサーは電流値の散布が小さいことを確認することができた。
したがって、絶縁隔壁を備えることによってバイオセンサーの測定値の散布が低減することが分かった。
以上、本発明の特定の部分について詳しく記述したが、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、このような具体的な記述は単に好適な具現例であるに過ぎず、これらによって本発明の範囲が制限されるものではないことは明らかである。本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、前記内容を基に本発明の範疇内で種々の応用および変形を行うことが可能であろう。
したがって、本発明の実質的な範囲は、特許請求の範囲とその等価物によって定義されると言えよう。

Claims (8)

  1. 基板；
    前記基板上に形成された作業電極層、前記作業電極層上に前記作業電極層を覆うように形成された酵素反応層を含む作業電極；
    前記基板上で前記作業電極と離間して形成された基準電極；及び
    前記基板上で前記作業電極と基準電極とを分離する絶縁隔壁を含む、バイオセンサー。
  2. 前記絶縁隔壁は前記作業電極と基準電極の領域を限定する、請求項１に記載のバイオセンサー。
  3. 前記絶縁隔壁の高さが前記作業電極と基準電極の高さよりも高い、請求項１に記載のバイオセンサー。
  4. 前記作業電極層と酵素反応層の表面積の比は１：１．１～２．１である、請求項１に記載のバイオセンサー。
  5. 前記作業電極層と酵素反応層の表面積の比は１：１．１～１．８である、請求項４に記載のバイオセンサー。
  6. 前記基板上に作業電極層と基準電極とを所定間隔を空けて形成し、前記作業電極層と基準電極とを分離する絶縁隔壁を形成した後、前記作業電極層上に前記作業電極層を覆うように酵素反応層を形成して製造される、請求項１に記載のバイオセンサー。
  7. 乳酸、グルコース、コレステロール、アスコルビン酸、アルコール又はグルタミン酸の濃度測定に用いられる、請求項１に記載のバイオセンサー。
  8. 乳酸の濃度測定に用いられる、請求項７に記載のバイオセンサー。
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