JP3060991B2 - Biosensor - Google Patents

Biosensor

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JP3060991B2
JP3060991B2 JP9118466A JP11846697A JP3060991B2 JP 3060991 B2 JP3060991 B2 JP 3060991B2 JP 9118466 A JP9118466 A JP 9118466A JP 11846697 A JP11846697 A JP 11846697A JP 3060991 B2 JP3060991 B2 JP 3060991B2
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sensor chip
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総一 齋藤
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【発明の属する技術分野】本発明はバイオセンサに関
し、特にセンサチップをカートリッジに装着して用いる
バイオセンサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a biosensor, and more particularly, to a biosensor using a sensor chip mounted on a cartridge.

【0001】[0001]

【従来の技術】酵素を利用したバイオセンサは酵素の優
れた基質特異性を利用して複合試料中の特定物質を定量
するものである。現在、主に利用されている方法は、
1)酵素と発色試薬を組み合わせて酵素反応量を色調変
化に変換し、これを光学的に定量する方法と、2)電極
あるいはトランジスタと酵素を組み合わせ酵素反応量を
電気信号に変換して定量する方法の2つである。特に後
者の電気信号に変換する装置は、装置が小型かつ安価で
あるため、近年化学分析や臨床検査機器を中心に急速に
その用途を拡大しつつある。代表的なものに電極や電界
効果型トランジスタ上に酵素を固定化したバイオセンサ
がある。
2. Description of the Related Art An enzyme-based biosensor is for quantifying a specific substance in a composite sample by utilizing the excellent substrate specificity of the enzyme. Currently, the main method used is
1) a method of converting an enzyme reaction amount into a color change by combining an enzyme and a coloring reagent and optically quantifying the change; and 2) quantifying the enzyme reaction amount by converting an enzyme reaction amount into an electric signal by combining an electrode or a transistor with an enzyme. There are two ways. In particular, the latter device for converting to an electric signal has been rapidly expanding its use in recent years, mainly for chemical analysis and clinical test equipment, because the device is small and inexpensive. A typical example is a biosensor in which an enzyme is immobilized on an electrode or a field effect transistor.

【0002】このような電気化学反応を利用したバイオ
センサの中で、平板上に電極やトランジスタを形成した
いわゆるプレーナ型のものは、半導体微細加工技術を利
用して製造できるため小型化に適し、量産性にも優れて
いる。そして、このセンサチップを液密に保持するカー
トリッジに収納して用いるのが一般的である。これはこ
のセンサが通常血液や尿などの液体に接触させて用いら
れるためであり、接続部の防水性確保、センサチップの
保護、交換を容易にすることなどが目的である。このよ
うなバイオセンサの例は特開平7−159366や特開
平8−247987号公報に見ることができる。
Among such biosensors utilizing an electrochemical reaction, a so-called planar type in which electrodes and transistors are formed on a flat plate is suitable for miniaturization because it can be manufactured using semiconductor fine processing technology. Excellent mass productivity. In general, the sensor chip is housed in a liquid-tight cartridge and used. This is because the sensor is usually used in contact with a liquid such as blood or urine, and its purpose is to ensure waterproofness of the connecting portion, protect the sensor chip, and facilitate replacement. Examples of such a biosensor can be found in JP-A-7-159366 and JP-A-8-247987.

【0003】図9は従来のバイオセンサの一例を示す模
式図である。(a)は平面図であり、(b)は図9
(a)のA−A′線で切断した部分断面図である。セン
サ基板101には一端の近傍に基質感応部である酵素電
極、電界効果型バイオセンサなどが設けられ、他端にセ
ンサと外部の本体とを電気的に接続する端子105が設
けられている。なお図では本体は省略してある。センサ
基板101はカートリッジ102に収納されている。カ
ートリッジ102にはセンサ基板101の感応部103
と対応する位置に開口部104が設けられており、その
裏面にはOリング108が設置され、感応部103を除
いてセンサ基板101を液密に保持している。また、開
口部104の周囲はすり鉢型のテーパー部106が設け
られている。
FIG. 9 is a schematic view showing an example of a conventional biosensor. FIG. 9A is a plan view, and FIG.
It is the fragmentary sectional view cut | disconnected by the AA 'line of (a). The sensor substrate 101 is provided with an enzyme electrode, a field-effect biosensor, etc., which is a substrate sensitive part, near one end, and a terminal 105 for electrically connecting the sensor to an external main body at the other end. In the figure, the main body is omitted. The sensor substrate 101 is housed in a cartridge 102. The sensitive portion 103 of the sensor substrate 101 is provided in the cartridge 102.
An opening 104 is provided at a position corresponding to the above. An O-ring 108 is provided on the back surface of the opening 104, and the sensor substrate 101 is kept liquid-tight except for the sensitive portion 103. In addition, a mortar-shaped tapered portion 106 is provided around the opening 104.

【0004】次にこのセンサの使用方法について説明す
る。図10はこのセンサの使用方法を示す断面模式図で
ある。まず、図10(a)のようにカップ120に尿な
どの被検液114をとり、開口部104が完全に液中に
没するようにカートリッジ102を被検液114に浸漬
する。ここで開口部104の周囲にテーパー部106が
設けられているために、開口部104に気泡が残存せ
ず、被検液114は速やかに感応部103に接触する。
次に電極間に電圧を印加して電流を測定するなどの所定
の操作を行う。そして測定が終わったら被検液114か
らカートリッジ102を引き上げる。このとき被検液1
14は重力あるいは人の手によって加えられる遠心力に
よって、テーパー部106を通ってカートリッジ102
の外に排出される。次に水などでカートリッジ102お
よび感応部103を洗浄し、次の測定を行う。以上の測
定は液にカートリッジを浸漬して行うと述べたが、開口
部104に被検液114を滴下して行っても全く同様の
測定が可能である。この場合、被検液114の量が極め
て少なくて済むという利点がある。
Next, a method of using this sensor will be described. FIG. 10 is a schematic sectional view showing how to use this sensor. First, a test liquid 114 such as urine is placed in a cup 120 as shown in FIG. 10A, and the cartridge 102 is immersed in the test liquid 114 such that the opening 104 is completely immersed in the liquid. Here, since the tapered portion 106 is provided around the opening 104, no air bubbles remain in the opening 104, and the test liquid 114 quickly contacts the sensitive portion 103.
Next, a predetermined operation such as applying a voltage between the electrodes and measuring a current is performed. When the measurement is completed, the cartridge 102 is pulled up from the test liquid 114. At this time, test liquid 1
Reference numeral 14 denotes the cartridge 102 through the tapered portion 106 by gravity or centrifugal force applied by a human hand.
Is discharged outside. Next, the cartridge 102 and the sensitive part 103 are washed with water or the like, and the next measurement is performed. Although the above measurement is performed by immersing the cartridge in the liquid, the same measurement can be performed by dropping the test liquid 114 into the opening 104. In this case, there is an advantage that the amount of the test liquid 114 can be extremely small.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
なバイオセンサには誤差が生じやすく、応答が遅いとい
う問題点があった。図10(b)はカートリッジ102
を被検液114から引き上げたときのカートリッジ10
2の状態を示す断面模式図である。従来のバイオセンサ
では開口部104の端面とテーパー部106との間に段
差があるため、測定が終わっても図のように開口部10
4に被検液114が残留してしまう。この被検液114
は洗浄によって取り除くことができるが、今度は洗浄液
が開口部104に残留する。そのままの状態で次の測定
を行うと洗浄液が第2の被検液114に混入し測定に誤
差を生ずる。特に被検液114を開口部104に滴下す
る方法では測定にかかる被検液114の量が少ないた
め、誤差は非常に大きくなってしまう。また、浸漬する
方法のように被検液114の液量が多くて誤差が無視で
きるような場合でも、開口部内に残留した洗浄液が完全
に被検液114と入れ替わるまでに時間を要するため、
結果として測定時間を長くしなければ正確な測定が行え
なくなってしまっていた。
However, such a biosensor has a problem that an error easily occurs and a response is slow. FIG. 10B shows the cartridge 102.
When the cartridge 10 is pulled up from the test liquid 114
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a state 2; In the conventional biosensor, since there is a step between the end surface of the opening 104 and the tapered portion 106, the opening 10
4, the test liquid 114 remains. This test liquid 114
Can be removed by washing, but this time the washing liquid remains in the opening 104. When the next measurement is performed as it is, the cleaning liquid mixes with the second test liquid 114, causing an error in the measurement. In particular, in the method of dropping the test liquid 114 into the opening 104, the amount of the test liquid 114 involved in the measurement is small, so that the error becomes extremely large. Further, even when the amount of the test liquid 114 is large and the error can be ignored as in the immersion method, it takes time until the cleaning liquid remaining in the opening is completely replaced with the test liquid 114,
As a result, accurate measurement cannot be performed unless the measurement time is lengthened.

【0006】以上に述べたような弊害は開口部104の
中に残留した液体を紙で吸い取ったり、エアガンで吹き
飛ばすなどすれば解決できるが、このような作業は煩わ
しいだけでなく、センサの感応部103を傷付け故障さ
せてしまう可能性があるため好ましくない。
The above-mentioned adverse effects can be solved by sucking the liquid remaining in the opening 104 with paper or blowing it off with an air gun. It is not preferable because there is a possibility that the 103 will be damaged.

【0007】本発明は以上の問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的は、高精度な測定を短時間
で行え、かつ取り扱いの容易なバイオセンサを提供する
ことである。
[0007] The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a biosensor which can perform highly accurate measurement in a short time and is easy to handle.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】前述の問題点を解決する
ために本発明のバイオセンサでは、センサチップと、こ
のセンサチップを液密に保持するカートリッジと、この
カートリッジがセンサチップの感応部に対応する位置に
開口部を有するバイオセンサにおいて、カートリッジの
開口部とこのカートリッジの一端とを連通する排液用の
溝を有する。また、好ましくは開口部の周囲にすり鉢状
のテーパー部を有する。さらに好ましくは溝と異なる方
向に第2の溝を設けている。
In order to solve the above-mentioned problems, in the biosensor of the present invention, a sensor chip, a cartridge for holding the sensor chip in a liquid-tight manner, and the cartridge being a sensitive part of the sensor chip. In a biosensor having an opening at a corresponding position, the biosensor has a drainage groove communicating the opening of the cartridge and one end of the cartridge. Further, it preferably has a mortar-shaped tapered portion around the opening. More preferably, the second groove is provided in a different direction from the groove.

【0009】また、望ましくはセンサチップとカートリ
ッジとが開口部において耐水性両面テープによって液密
に接続されている。
Preferably, the sensor chip and the cartridge are liquid-tightly connected at the opening by a water-resistant double-sided tape.

【0010】あるいはカートリッジの表面が疎水性であ
り、カートリッジの開口部とカートリッジ一端とを連通
する親水性の部分を有している。これはカートリッジの
表面が疎水性であり、親水性の部分が親水処理によって
形成されているか、または親水性コーティングによって
形成されているか、または親水性のシートを貼付するこ
とによって形成されている。
[0010] Alternatively, the surface of the cartridge is hydrophobic, and has a hydrophilic portion communicating the opening of the cartridge and one end of the cartridge. The surface of the cartridge is hydrophobic, and the hydrophilic portion is formed by a hydrophilic treatment, formed by a hydrophilic coating, or formed by attaching a hydrophilic sheet.

【0011】あるいはカートリッジが親水性部材によっ
て形成され、親水性の部分を除いて疎水処理されている
か、または親水性の部分を除いて疎水性コーティングさ
れているか、または親水性の部分を除いて疎水性のシー
トを貼付することによって形成されている。
[0011] Alternatively, the cartridge is formed of a hydrophilic member and is subjected to hydrophobic treatment except for the hydrophilic portion, or is coated with hydrophobic except for the hydrophilic portion, or is hydrophobic except for the hydrophilic portion. It is formed by sticking a sheet of nature.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。 (発明の実施の形態1)本発明のバイオセンサは少なく
ともセンサ基板1とカートリッジ2と電源、検出回路を
内蔵する本体から構成される。図1は本発明第1の実施
の形態を示す模式図である。(a)は平面図であり、
(b)は図1(a)のA−A′線で切断した断面図であ
る。本体は省略してある。
Next, the present invention will be described with reference to the drawings. (Embodiment 1) The biosensor of the present invention comprises at least a sensor substrate 1, a cartridge 2, a power supply, and a main body having a built-in detection circuit. FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of the present invention. (A) is a plan view,
FIG. 2B is a sectional view taken along line AA ′ of FIG. The body is omitted.

【0013】図1(a)に示すようにセンサ基板1はカ
ートリッジ2に収納され、カートリッジ2にはセンサ基
板1の感応部3に対応する位置に開口部4が設けられて
いる。
As shown in FIG. 1A, the sensor substrate 1 is housed in a cartridge 2, and the cartridge 2 has an opening 4 at a position corresponding to the sensitive portion 3 of the sensor substrate 1.

【0014】センサ基板1には一端の近傍に基質感応部
である酵素電極、電界効果型バイオセンサなどが設けら
れ、他端にセンサと外部の本体とを電気的に接続する端
子5が設けられている。なお図では本体は省略してあ
る。端子5は使用時には本体のコネクタと液密に嵌合さ
れる。
The sensor substrate 1 is provided with an enzyme electrode as a substrate sensitive part, a field effect type biosensor, etc. near one end, and a terminal 5 at the other end for electrically connecting the sensor to an external body. ing. In the figure, the main body is omitted. The terminal 5 is fitted in a liquid-tight manner with the connector of the main body during use.

【0015】カートリッジ2には開口部4の周りにすり
鉢状のテーパー部6が設けられている。さらに開口部4
と先端とを結ぶ排液溝7が設けられている。また、図1
(b)に示すように開口部4と感応部3の接合面には両
者を液密に接合するためのシール材8が設けられてい
る。ここでカートリッジ2の外形は長さ10〜100m
m、幅5〜30mm、高さ2〜10mmであり、開口部
4の直径は1〜5mmである。開口部4の縁はナイフエ
ッジとなっていることが望ましいが0.2〜0.5mm
の垂直部があっても差し支えない。また、排液溝7の幅
は開口部4の直径と同程度に設定され1〜5mmであ
り、深さはテーパー部6の肉厚よりも若干小さくし1〜
5mmに設定される。なおここでは溝7を開口部4とカ
ートリッジ2の先端とを連通するように設けたが、他の
方向例えばカートリッジ2の側端と開口部4を連通して
設けても良い。テーパー部6の直径は開口部4の直径の
2倍程度で2〜10mm、角度は紙面の垂直方向に対し
て30〜70°に形成される。
The cartridge 2 is provided with a mortar-shaped tapered portion 6 around the opening 4. Further opening 4
And a drain groove 7 connecting the tip and the tip. FIG.
As shown in (b), a sealing material 8 is provided on the joint surface between the opening 4 and the sensitive part 3 for joining them in a liquid-tight manner. Here, the outer shape of the cartridge 2 is 10 to 100 m in length.
m, the width is 5 to 30 mm, the height is 2 to 10 mm, and the diameter of the opening 4 is 1 to 5 mm. The edge of the opening 4 is desirably a knife edge, but 0.2 to 0.5 mm
There is no problem if there is a vertical part. Further, the width of the drainage groove 7 is set to be substantially the same as the diameter of the opening 4 and is 1 to 5 mm, and the depth is slightly smaller than the thickness of the tapered portion 6.
It is set to 5 mm. Here, the groove 7 is provided so that the opening 4 communicates with the tip of the cartridge 2. However, the groove 7 may be provided so as to communicate the opening 4 with another direction, for example, the side end of the cartridge 2. The diameter of the tapered portion 6 is about twice the diameter of the opening 4 and is 2 to 10 mm, and the angle is 30 to 70 ° with respect to the direction perpendicular to the paper surface.

【0016】図2はセンサ基板1の一例を示す平面模式
図である。ここでは電流検出型のグルコースセンサを用
いる場合について説明する。ガラス、プラスチック、ガ
ラスエポキシなどのセンサ基板1にPtやカーボンから
なる作用極9、対極10および、Ag/AgClからな
る参照極11とが形成され、各電極から引き出されたリ
ードは他端まで延伸されて端子5と接続されている。各
電極は感応部3と端子5を除いて絶縁膜12でカバーさ
れている。これら3つの電極系の上には酵素固定化膜、
妨害物質除去膜、制限透過膜からなる感応膜13が形成
されている。
FIG. 2 is a schematic plan view showing an example of the sensor substrate 1. Here, a case where a current detection type glucose sensor is used will be described. A working electrode 9 made of Pt or carbon, a counter electrode 10, and a reference electrode 11 made of Ag / AgCl are formed on a sensor substrate 1 made of glass, plastic, glass epoxy, or the like, and a lead drawn from each electrode extends to the other end. And is connected to the terminal 5. Each electrode is covered with an insulating film 12 except for the sensitive part 3 and the terminal 5. An enzyme-immobilized membrane is placed on these three electrode systems.
A sensitive film 13 composed of an interfering substance removing film and a restricted permeation film is formed.

【0017】このセンサ基板1の作製方法の一例を下記
に示す。まず、ポリイミド基板に銅配線を形成したフレ
キシブルプリント配線板を用意する。銅配線は感応部の
3つの電極となる領域と端子を除いてポリイミドでカバ
ーされている。この上にフォトレジストを塗布した後、
フォトリソグラフィによって作用極9と対極10となる
領域のみのレジストを除去する。次いでPtをスパッタ
し100nm堆積させる。つぎにアセトンに浸漬してフ
ォトレジストを除去し作用極9と対極10を形成する。
次に同様にして参照極11となる領域に厚さ100nm
のAg電極を形成する。次にこれを塩化鉄水溶液に浸漬
してAg表面にAgClを析出させる。こうして電極基
板が完成する。次にこの電極基板に感応膜13を形成す
る。まずディスペンサを用いて感応部3にγ−アミノプ
ロピルトリエトキシシランを滴下し乾燥させる。さらに
ナフィオン、アセチルセルロース、グルコースオキシタ
ーゼとアルブミンとグルタールアルデヒドの混合溶液、
シリコーンを順次滴下・乾燥して積層する。センサ素子
としてはこのほかにカーボン電極を用いたもの、電界効
果型半導体のゲート部に酵素を固定化したものなども用
いることができる。
An example of a method for manufacturing the sensor substrate 1 will be described below. First, a flexible printed wiring board having a copper wiring formed on a polyimide substrate is prepared. The copper wiring is covered with polyimide except for the region and the terminal which become the three electrodes of the sensitive part. After applying photoresist on this,
The resist is removed only by photolithography in the region that becomes the working electrode 9 and the counter electrode 10. Next, Pt is sputtered to deposit 100 nm. Next, the photoresist is removed by dipping in acetone to form a working electrode 9 and a counter electrode 10.
Next, in the same manner, a region having a thickness of 100 nm
Is formed. Next, this is immersed in an aqueous iron chloride solution to precipitate AgCl on the Ag surface. Thus, the electrode substrate is completed. Next, the sensitive film 13 is formed on the electrode substrate. First, γ-aminopropyltriethoxysilane is dropped on the sensitive part 3 using a dispenser and dried. In addition, Nafion, acetylcellulose, a mixed solution of glucose oxidase and albumin and glutaraldehyde,
Silicone is sequentially dropped and dried to laminate. As the sensor element, a sensor element using a carbon electrode, a sensor element having an enzyme immobilized on a gate portion of a field effect semiconductor, or the like can be used.

【0018】次にカートリッジ2の構成について説明す
る。図3はカートリッジ2の構成を示す模式図である。
カートリッジ2の材質はABS、ポリスチレンなどのプ
ラスチック系材料が用いられる。カートリッジ2は図の
ように上下に分割された形になっており、その間にセン
サ基板1が実装される。実装の際には感応部3と開口部
4の位置を一致させ、両者の間に開口部4より大きな開
口を有するシール材8を挟持する。シール材8の厚さは
0.1mm前後が適当である。その状態で上下のカート
リッジ2を接着剤やねじなどで接合する。シール材8と
してはOリングや耐水性両面テープなどを用いることが
できるが、両面テープを用いると位置決めが容易になり
作業性がよい。
Next, the configuration of the cartridge 2 will be described. FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the configuration of the cartridge 2.
The material of the cartridge 2 is a plastic material such as ABS or polystyrene. The cartridge 2 is divided into upper and lower parts as shown in the figure, and the sensor substrate 1 is mounted between them. At the time of mounting, the position of the sensitive part 3 and the position of the opening 4 are matched, and a sealing material 8 having an opening larger than the opening 4 is sandwiched between the two. The thickness of the sealing material 8 is suitably about 0.1 mm. In this state, the upper and lower cartridges 2 are joined with an adhesive or a screw. An O-ring, a water-resistant double-sided tape, or the like can be used as the sealing material 8, but using a double-sided tape facilitates positioning and improves workability.

【0019】つぎに本発明のバイオセンサの動作につい
て説明する。図4は測定方法を示す断面模式図である。
まず図4(a)のように開口部4が完全に検体液14の
中に没するようにカートリッジ2を検体液に浸漬する。
この状態で所定時間測定を行う。電流検出型のグルコー
スセンサでは参照極−作用極間に0.4〜0.7Vが印
加して作用極9−対極10間の電流値を測定する。測定
は10秒程度で完了する。測定が終了したら検体液14
からカートリッジ2を取り出す。次に図4(b)のよう
に排液溝7の端を下に向けると開口部4に残っていた検
体液14は、重力の作用により排液溝7を通って図中の
矢印の方向に速やかに排出される。次いでこのカートリ
ッジ2を蒸留水などで洗浄する。洗浄水もまた排液溝7
から速やかに開口部4の外に排出される。このため、す
ぐに次の測定を行っても検体液14と洗浄水が混合する
ことがない。また、次の測定を連続して行っても開口部
4に洗浄水等が残留していないので、新しい検体液14
は速やかに感応部3に接触到達する。こうして測定の精
度が向上し、測定時間が短縮した。以上の例では容器に
入れられた被検液14を測定したが、被検液14を直接
開口部4に滴下しても良い。
Next, the operation of the biosensor of the present invention will be described. FIG. 4 is a schematic sectional view showing a measuring method.
First, the cartridge 2 is immersed in the sample liquid so that the opening 4 is completely immersed in the sample liquid 14 as shown in FIG.
In this state, measurement is performed for a predetermined time. In the current detection type glucose sensor, 0.4 to 0.7 V is applied between the reference electrode and the working electrode, and the current value between the working electrode 9 and the counter electrode 10 is measured. The measurement is completed in about 10 seconds. When the measurement is completed,
Take out the cartridge 2 from. Next, as shown in FIG. 4 (b), when the end of the drainage groove 7 is turned downward, the sample liquid 14 remaining in the opening 4 passes through the drainage groove 7 by the action of gravity and is directed in the direction of the arrow in the figure. Is quickly discharged. Next, the cartridge 2 is washed with distilled water or the like. Cleaning water is also drainage groove 7
From the opening 4 immediately. Therefore, even if the next measurement is immediately performed, the sample liquid 14 and the washing water do not mix. Further, even if the next measurement is performed continuously, since no washing water or the like remains in the opening 4, a new sample solution 14
Quickly comes into contact with the sensitive part 3. Thus, the accuracy of the measurement was improved, and the measurement time was shortened. In the above example, the test liquid 14 placed in the container was measured, but the test liquid 14 may be dropped directly on the opening 4.

【0020】図5はこのバイオセンサを用いて尿の測定
と蒸留水による洗浄を繰り返したときの結果である。比
較のために排液溝7がないバイオセンサでの測定結果も
合わせて記載した。このグラフから明らかなように本発
明によって測定精度が向上した。また出力が飽和するま
での応答時間も30秒前後から5秒前後に短縮された。 (発明の実施の形態2)図6は本発明第2の実施の形態
を示す模式図であり、(a)は平面図、(b)は断面図
である。本実施の形態のカートリッジ2の表面は疎水性
であり、一端を開口部4、他端をカートリッジ2の先端
とする線分の近傍にのみ親水性領域15が形成してあ
る。その幅は開口部4の直径と同程度とし、1〜5mm
程度である。なお親水性領域15の他端はカートリッジ
2の先端以外の端面でも良い。他の構成は排液溝7のな
いことを除き実施の形態1と同一である。本実施の形態
の最も簡易な構成はカートリッジ2を疎水性の材料、例
えばポリエチレン、ポリプロピレン、ABS樹脂、ポリ
スチレン、ポリテトラフルオロエチレンなどを用いて作
製し、所定領域に親水処理を施すことである。ここで疎
水性材料とは水の接触角が80°以上のものと定義す
る。また、親水処理としては処理不要部分をマスクした
後、クロム酸を主成分とする水溶液(K2 Cr27
2 SO4 :H2O=75g:150g:120g)や
80℃程度に熱した硫酸溶液に浸漬する方法が代表的で
ある。またさらに簡易には所定領域のみにγ−アミノプ
ロピルトリエトキシシラン、3−(2−アミノエチルア
ミノプロピル)トリメトキシシランなど親水基を有する
シランカップリング剤を塗布すればよい。ここで疎水性
材料とは水の接触角が80°以上のものと定義する。あ
るいはポリビニルアルコール、ポリアクリル酸メチルな
ど親水性で厚さが0.1mm程度のシートを貼付しても
良い。
FIG. 5 shows the results when the measurement of urine and the washing with distilled water are repeated using this biosensor. For comparison, the results of measurement with a biosensor having no drainage groove 7 are also shown. As is clear from this graph, the measurement accuracy was improved by the present invention. The response time until the output was saturated was also reduced from about 30 seconds to about 5 seconds. (Embodiment 2) FIGS. 6A and 6B are schematic views showing a second embodiment of the present invention, wherein FIG. 6A is a plan view and FIG. 6B is a sectional view. The surface of the cartridge 2 of the present embodiment is hydrophobic, and a hydrophilic region 15 is formed only near a line segment having one end as the opening 4 and the other end as the tip of the cartridge 2. Its width is about the same as the diameter of the opening 4 and 1 to 5 mm
It is about. The other end of the hydrophilic region 15 may be an end surface other than the end of the cartridge 2. The other configuration is the same as that of the first embodiment except that there is no drainage groove 7. The simplest configuration of the present embodiment is that the cartridge 2 is made of a hydrophobic material, for example, polyethylene, polypropylene, ABS resin, polystyrene, polytetrafluoroethylene, and the like, and a predetermined area is subjected to a hydrophilic treatment. Here, the hydrophobic material is defined as a material having a contact angle of water of 80 ° or more. Further, as a hydrophilic treatment, after masking the unnecessary portion, an aqueous solution containing chromic acid as a main component (K 2 Cr 2 O 7 :
H 2 SO 4 : H 2 O = 75 g: 150 g: 120 g) or a method of dipping in a sulfuric acid solution heated to about 80 ° C. is typical. More simply, a silane coupling agent having a hydrophilic group such as γ-aminopropyltriethoxysilane or 3- (2-aminoethylaminopropyl) trimethoxysilane may be applied only to a predetermined region. Here, the hydrophobic material is defined as a material having a contact angle of water of 80 ° or more. Alternatively, a hydrophilic sheet such as polyvinyl alcohol or polymethyl acrylate having a thickness of about 0.1 mm may be attached.

【0021】また、前述の方法とは逆にポリビニルアル
コール、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸ヒド
ロキシエチルなどの親水性の材料によってカートリッジ
2を形成し、液を排出する経路以外をジメチルクロロシ
ラン、オクタデシルトリエトキシシランなどのシランカ
ップリング剤やジメチルポリシロキサンなどを塗布して
疎水化処理しても良いし、ポリエチレン、ポリプロピレ
ンなど疎水性のシートを貼付して形成しても良い。ここ
で親水性材料とは水の接触角が60°以下のものと定義
する。
Contrary to the above-described method, the cartridge 2 is formed of a hydrophilic material such as polyvinyl alcohol, polymethyl acrylate, and poly (hydroxyethyl methacrylate). A hydrophobic treatment may be performed by applying a silane coupling agent such as ethoxysilane or dimethylpolysiloxane, or may be formed by attaching a hydrophobic sheet such as polyethylene or polypropylene. Here, the hydrophilic material is defined as a material having a water contact angle of 60 ° or less.

【0022】図7はこのバイオセンサの排液の概念を示
す模式図である。開口部4に残留した被検液14は表面
張力によって図中の矢印に示す方向に向かって引き寄せ
られ、図の下方に向かって速やかに排出される。
FIG. 7 is a schematic diagram showing the concept of drainage of the biosensor. The test liquid 14 remaining in the opening 4 is drawn by the surface tension in the direction indicated by the arrow in the figure, and is quickly discharged downward in the figure.

【0023】また、本実施の形態の親水処理を実施の形
態1の排液溝7について行えば、排液の効率はさらに向
上する。 (発明の実施の形態3)図8は本発明第3の実施の形態
を示す模式図であり、(a)は平面図、(b)は断面図
である。本実施例ではカートリッジ2において実施の形
態1における排液のための排液溝7の他に、被検液を導
入するための導入溝16が付加されている。カートリッ
ジ2を容器内の液に浸漬する使い方が多い場合には導入
溝16を開口部4のカートリッジ2後端側に設けると良
い。こうすると開口部3に付着した気泡が上方に移動し
やすくなるので、気泡の残留による測定の失敗が少なく
なる。また、その幅および深さは排液溝7と同程度でよ
く、幅は1〜5mm、深さは1〜5mm程度であり、長
さは5〜10mm程度が望ましい。なお、排液溝7への
排液の凝集を妨げないためには導入溝16は疎水性であ
ることが望ましい。
Further, if the hydrophilic treatment of the present embodiment is performed on the drain groove 7 of the first embodiment, the drainage efficiency is further improved. (Embodiment 3) FIGS. 8A and 8B are schematic views showing a third embodiment of the present invention, wherein FIG. 8A is a plan view and FIG. 8B is a sectional view. In this embodiment, an introduction groove 16 for introducing a test liquid is added to the cartridge 2 in addition to the drainage groove 7 for draining liquid in the first embodiment. When the cartridge 2 is often immersed in the liquid in the container, the introduction groove 16 is preferably provided at the rear end side of the cartridge 2 in the opening 4. This makes it easier for bubbles adhering to the opening 3 to move upward, so that measurement failure due to remaining bubbles is reduced. Further, the width and the depth may be substantially the same as those of the drainage groove 7, the width is about 1 to 5 mm, the depth is about 1 to 5 mm, and the length is preferably about 5 to 10 mm. Note that the introduction groove 16 is desirably hydrophobic so as not to prevent aggregation of the drainage into the drainage groove 7.

【0024】一方、尿を分析するバイオセンサにおいて
は放出された尿を直接かけて使用される場合がある。こ
の場合、一旦開口部4に入った尿が衝突の反動で再び外
に出ていってしまう可能性がある。ところが本実施の形
態のように導入溝16があると被検液14を一時的に蓄
えることができるので、安定して測定ができるようにな
る。この場合には導入溝16がカートリッジ2後端側以
外の方向に形成されていても同様の効果が得られる。
On the other hand, in a biosensor for analyzing urine, released urine may be directly used. In this case, there is a possibility that the urine which has once entered the opening 4 may come out again due to the recoil of the collision. However, when the introduction groove 16 is provided as in the present embodiment, the test liquid 14 can be temporarily stored, so that stable measurement can be performed. In this case, the same effect can be obtained even if the introduction groove 16 is formed in a direction other than the rear end side of the cartridge 2.

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明のバイオセンサでは、センサチッ
プの感応部に対応する位置に開口部を有しこれを液密に
保持するカートリッジに、該開口部と該カートリッジの
一端とを連通する排液溝7、あるいは親水性の部分を設
けているため、測定完了後開口部に残った廃液、洗浄水
を速やかに排除することができる。このため液体中の成
分を定量する検査や分析の精度が向上し、測定に要する
時間が短縮された。
According to the biosensor of the present invention, an opening is provided at a position corresponding to the sensitive portion of the sensor chip, and the cartridge for holding the opening in a liquid-tight manner communicates the opening with one end of the cartridge. Since the liquid groove 7 or the hydrophilic portion is provided, waste liquid and washing water remaining in the opening after the measurement is completed can be quickly eliminated. For this reason, the accuracy of the test or analysis for quantifying the components in the liquid has been improved, and the time required for the measurement has been reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明第1の実施の形態を示す平面模式図およ
び断面模式図である。
FIG. 1 is a schematic plan view and a schematic cross-sectional view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明に用いられるセンサ基板の一例を示す平
面模式図である。
FIG. 2 is a schematic plan view showing an example of a sensor substrate used in the present invention.

【図3】本発明のカートリッジの構成を示す斜視模式図
である。
FIG. 3 is a schematic perspective view showing a configuration of a cartridge of the present invention.

【図4】本発明による動作を示す断面模式図である。FIG. 4 is a schematic sectional view showing an operation according to the present invention.

【図5】本発明による測定例を示す断面模式図である。FIG. 5 is a schematic sectional view showing a measurement example according to the present invention.

【図6】本発明第2の実施の形態を示す平面模式図およ
び断面模式図である。
FIG. 6 is a schematic plan view and a schematic cross-sectional view showing a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明第2の実施の形態の動作を示す概念図で
ある。
FIG. 7 is a conceptual diagram showing an operation of the second exemplary embodiment of the present invention.

【図8】本発明第3の実施の形態を示す平面模式図およ
び断面模式図である。
FIG. 8 is a schematic plan view and a schematic cross-sectional view showing a third embodiment of the present invention.

【図9】従来のバイオセンサの平面模式図および断面模
式図である。
FIG. 9 is a schematic plan view and a schematic sectional view of a conventional biosensor.

【図10】従来のバイオセンサの動作を示す断面模式図
である。
FIG. 10 is a schematic sectional view showing the operation of a conventional biosensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,101 センサ基板 2,202 カートリッジ 3,103 感応部 4,104 開口部 5,105 端子 6,106 テーパー部 7 排液溝 8 シール材 9 作用極 10 対極 11 参照極 12 絶縁膜 13 感応膜 14 被検液 15 親水処理部 16 導入溝 108 Oリング DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 101 Sensor board 2, 202 Cartridge 3, 103 Sensing part 4, 104 Opening 5, 105 Terminal 6, 106 Taper part 7 Drain groove 8 Seal material 9 Working electrode 10 Counter electrode 11 Reference electrode 12 Insulating film 13 Sensitive film 14 Test liquid 15 Hydrophilic treatment part 16 Introducing groove 108 O-ring

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/28 G01N 27/327 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 27/28 G01N 27/327

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 センサチップと、前記センサチップを液
密に保持するカートリッジとを有し、前記カートリッジ
が前記センサチップの感応部に対応する位置に開口部を
有するバイオセンサにおいて、前記カートリッジの前記
開口部と前記カートリッジの一端とを連通する排液用の
溝を有することを特徴とするバイオセンサ。
1. A biosensor, comprising: a sensor chip; and a cartridge for holding the sensor chip in a liquid-tight manner, wherein the cartridge has an opening at a position corresponding to a sensitive portion of the sensor chip. A biosensor having a drainage groove communicating between an opening and one end of the cartridge.
【請求項2】 前記開口部の周囲にすり鉢状のテーパー
部を有することを特徴とする請求項1記載のバイオセン
サ。
2. The biosensor according to claim 1, further comprising a mortar-shaped tapered portion around the opening.
【請求項3】 前記溝と異なる方向に第2の溝を有する
ことを特徴とする請求項1記載のバイオセンサ。
3. The biosensor according to claim 1, further comprising a second groove in a direction different from the groove.
【請求項4】 前記カートリッジが撥水性部材で構成さ
れていることを特徴とする請求項1記載のバイオセン
サ。
4. The biosensor according to claim 1, wherein said cartridge comprises a water-repellent member.
【請求項5】 前記センサチップと前記カートリッジと
が前記開口部において耐水性両面テープによって液密に
接続されていることを特徴とする請求項1記載のバイオ
センサ。
5. The biosensor according to claim 1, wherein the sensor chip and the cartridge are liquid-tightly connected at the opening with a water-resistant double-sided tape.
【請求項6】 センサチップと、前記センサチップを液
密に保持するカートリッジとを有し、前記カートリッジ
が前記センサチップの感応部に対応する位置に開口部を
有するバイオセンサにおいて、前記カートリッジの表面
が疎水性であり、前記カートリッジの前記開口部と前記
カートリッジ一端とを連通する親水性の部分を有するこ
とを特徴とするバイオセンサ。
6. A biosensor comprising: a sensor chip; and a cartridge for holding the sensor chip in a liquid-tight manner, wherein the cartridge has an opening at a position corresponding to a sensitive portion of the sensor chip. Is hydrophobic, and has a hydrophilic portion communicating the opening of the cartridge and one end of the cartridge.
【請求項7】 前記カートリッジが疎水性の部材で構成
され前記親水性の部分が親水処理によって形成されてい
ることを特徴とする請求項6記載のバイオセンサ。
7. The biosensor according to claim 6, wherein the cartridge is formed of a hydrophobic member, and the hydrophilic portion is formed by a hydrophilic treatment.
【請求項8】 前記カートリッジが疎水性の部材で構成
され前記親水性の部分が親水性コーティングによって形
成されていることを特徴とする請求項6記載のバイオセ
ンサ。
8. The biosensor according to claim 6, wherein the cartridge is formed of a hydrophobic member, and the hydrophilic portion is formed of a hydrophilic coating.
【請求項9】 前記カートリッジが疎水性の部材で構成
され前記親水性の部分が親水性のシートを貼付すること
によって形成されていることを特徴とする請求項6記載
のバイオセンサ。
9. The biosensor according to claim 6, wherein the cartridge is formed of a hydrophobic member, and the hydrophilic portion is formed by attaching a hydrophilic sheet.
【請求項10】 前記カートリッジが親水性部材によっ
て形成され、前記親水性の部分を除いて疎水処理されて
いることを特徴とする請求項6記載のバイオセンサ。
10. The biosensor according to claim 6, wherein the cartridge is formed of a hydrophilic member, and has been subjected to a hydrophobic treatment except for the hydrophilic portion.
【請求項11】 前記カートリッジが親水性部材によっ
て形成され、前記親水性の部分を除いて疎水性コーティ
ングされていることを特徴とする請求項6記載のバイオ
センサ。
11. The biosensor according to claim 6, wherein the cartridge is formed of a hydrophilic member, and is coated with a hydrophobic material except for the hydrophilic portion.
【請求項12】 前記カートリッジが親水性部材によっ
て形成され、前記親水性の部分を除いて疎水性のシート
を貼付することによって形成されていることを特徴とす
る請求項6記載のバイオセンサ。
12. The biosensor according to claim 6, wherein the cartridge is formed of a hydrophilic member, and is formed by attaching a hydrophobic sheet except for the hydrophilic portion.
【請求項13】 前記カートリッジが前記センサチップ
の感応部に対応する位置に該感応部へ被検液を接触させ
る開口部を有することを特徴とする請求項1記載のバイ
オセンサ。
13. The sensor chip according to claim 13, wherein the cartridge is the sensor chip.
Contact the test solution to the sensitive part at a position corresponding to the sensitive part
2. The device according to claim 1, wherein the device has an opening.
Osensor.
【請求項14】 前記カートリッジの一端とを連通する
排液用の溝が、カートリッジの外表面に露出するように
設けられていることを特徴とする請求項1記載のバイオ
センサ。
14. A communication with one end of the cartridge.
Make sure that the drain groove is exposed on the outer surface of the cartridge.
The bio according to claim 1, which is provided.
Sensor.
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