JP3515908B2 - Micro online biosensor and production method thereof - Google Patents

Micro online biosensor and production method thereof

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JP3515908B2
JP3515908B2 JP26936398A JP26936398A JP3515908B2 JP 3515908 B2 JP3515908 B2 JP 3515908B2 JP 26936398 A JP26936398 A JP 26936398A JP 26936398 A JP26936398 A JP 26936398A JP 3515908 B2 JP3515908 B2 JP 3515908B2
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久男 田部井
修 丹羽
勉 堀内
慶一 鳥光
雅夫 森田
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  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、培養細胞や生体内
の微小部分から微量の試料を採取し、それを連続的に定
量分析するための微少量オンラインバイオセンサーに関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a minute amount online biosensor for collecting a small amount of a sample from cultured cells or a minute portion in a living body and continuously quantitatively analyzing the sample.

【0002】[0002]

【従来の技術】神経科学や分子生物学などの研究におい
て、生体内の微小領域に含まれる生理活性物質をリアル
タイムで計測しようという試みが数多くなされている。
その中で電気化学的な分析法は、(1)微少量の計測に
適している。(2)感度が比較的高い。(3)選択的な
膜や酵素などで電極を修飾することにより、高選択的な
測定が可能である。(4)簡便で低価格のセンサーを作
製することができるなどの特徴を有している。生体を生
かしたままで直接、電気化学的に生理活性物質を測定す
る試みとしては、炭素繊維電極などの微小電極を直接生
体内の特定領域に挿入して、その場計測を行うか、また
はマイクロダイヤリシスプローブと呼ばれる透析膜で覆
った1〜5mm程度の微小な二重管を生体中に挿入し、
ポンプにより透析液を送って、生体に含まれる生理活性
物質を膜を介してサンプリングし、オンラインで電気化
学センサーに送り込むことにより生体物質を計測してい
る。センサーに生体試料内の目的物質と選択的に反応し
電気化学的に活性な物質を生成する酵素膜などを修飾し
た電極を用いることにより、グルコース、ラクトースな
どの糖類、乳酸、グルタミン酸などの神経伝達物質がリ
アルタイムで計測されている。
2. Description of the Related Art In researches such as neuroscience and molecular biology, many attempts have been made to measure a physiologically active substance contained in a microscopic region in a living body in real time.
Among them, the electrochemical analysis method is suitable for (1) measurement of a very small amount. (2) The sensitivity is relatively high. (3) Highly selective measurement is possible by modifying the electrode with a selective membrane or enzyme. (4) It has a feature that a simple and inexpensive sensor can be manufactured. As an attempt to directly measure a physiologically active substance while keeping the living body alive, a microelectrode such as a carbon fiber electrode is directly inserted into a specific region in the living body and in-situ measurement is performed, or a microdiameter is used. Insert a minute double tube of about 1 to 5 mm covered with a dialysis membrane called a lysis probe into the living body,
Biomaterials are measured by sending dialysate by a pump, sampling physiologically active substances contained in a living body through a membrane, and sending them online to an electrochemical sensor. By using an electrode modified with an enzyme membrane that selectively reacts with a target substance in a biological sample to produce an electrochemically active substance as a sensor, neurotransmission of sugars such as glucose and lactose, lactic acid and glutamic acid The substance is measured in real time.

【0003】一方、培養細胞などの系では細胞一個から
放出される生理活性物質の計測など、超微少量の試料の
測定が要求されている。微小電極法では直径数μmの炭
素繊維電極が容易に利用できるために、カテコールアミ
ンなど電極で直接電気化学反応して計測できる神経伝達
物質などでは単一細胞レベルの計測が行われている。こ
のことは、例えば、T.J.Schroeder,J.
A.Jankowski,K.T.Kawagoe,
R.M.Wightman,C.Lefrouand
C.Amatore,Analytical Chem
istry,64巻,3077−3083頁,1992
年に記載されている。
On the other hand, in a system such as a cultured cell, measurement of an extremely minute amount of sample is required such as measurement of a physiologically active substance released from one cell. Since a carbon fiber electrode having a diameter of several μm can be easily used in the microelectrode method, single-cell level measurement is performed for neurotransmitters such as catecholamine that can be measured by an electrochemical reaction directly at the electrode. This is the case, for example, in T. J. Schroeder, J .;
A. Jankowski, K .; T. Kawagoe,
R. M. Weightman, C.I. Lefrouand
C. Amatore, Analytical Chem
istry, 64, pp. 3077-3083, 1992.
Listed in the year.

【0004】また、走査型電気化学顕微鏡を利用してマ
イクロメータオーダーの微小領域での酵素反応や免疫反
応の検出が試みられている。このことは、例えばH.S
hiku,T.Matsue,I.Uchida,An
alytical Chemistry,68巻,12
76−78頁,1996年に記載されている。更に、前
述したオンライン型のセンサーにおいても微小なガラス
キャピラリあるいはマイクロダイヤリシスプローブと酵
素修飾電極をセットした微少容量のフローセルを組み合
わせたセンサーが作製されている。また、更に微少量の
オンラインセンサーの作製法として、シリコンやガラス
基板上に、マイクロマシン技術、例えば異方性エッチン
グやドライエッチング法を用いて溝を作製し、薄膜電極
を有する他の基板と融着して流路を形成した後、内部に
酵素を固定化した微少容量のセンサーが報告されてい
る。このことは、例えば、Y.Murakami,T.
Takeuchi,K.Yokoyama,E.Tam
iya and I.Karube,Analytic
al Chemistry,65巻,2731−273
5頁,1993年に記載されている。この様なマイクロ
マシン技術を用いて作製したセンサーでは速い応答性や
微少量での高感度測定が期待できる。このことは、例え
ば、丹羽、堀内、鳥光、化学センサー研究会予稿、13
巻、73−76頁,1997年に記載されている。
Further, it has been attempted to detect an enzymatic reaction or an immune reaction in a micro area of a micrometer order by utilizing a scanning electrochemical microscope. This is the case, for example, in H.264. S
hiku, T .; Matsue, I.M. Uchida, An
Alytical Chemistry, Volume 68, 12
76-78, 1996. Further, also in the online type sensor described above, a sensor in which a minute glass capillary or a microdialysis probe and a minute volume flow cell in which an enzyme-modified electrode is set are combined is manufactured. In addition, as a method for manufacturing a minute amount of online sensor, grooves are formed on a silicon or glass substrate by using micromachining technology, such as anisotropic etching or dry etching, and then fused with another substrate having a thin film electrode. It has been reported that a microcapacity sensor in which an enzyme is immobilized inside after forming a flow path. This is the case, for example, in Y. Murakami, T .;
Takeuchi, K .; Yokoyama, E .; Tam
iya and I. Karube, Analytic
al Chemistry, Volume 65, 2731-273.
P. 5, 1993. A sensor manufactured using such a micromachine technology can be expected to have fast response and high sensitivity measurement in a minute amount. This is described in, for example, Niwa, Horiuchi, Torikou, Chemical Sensor Workshop, 13
Vol. 73-76, 1997.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】生体試料の微少量の物
質を測定する場合、ファイバー型の微小電極では、単一
細胞レベルのサイズまで容易に微小化でき、電気化学反
応を容易に起こす化合物については、極めて微少量まで
検出することができる。しかしながら、電気化学反応を
起こさず、酵素反応と電極反応を組み合わせて測定を行
う系では微小電極上に固定化できる酵素量が少なく、利
用する酵素によっては長期安定性に劣る。また、共存物
質が存在する系では、その影響をすべて電極上で除く必
要があるため、高い選択性を得るのが困難であるなどの
欠点を有している。また、酵素反応に補酵素などの物質
が必要な場合、測定を行う培養系にその物質を加える必
要があり、その生体試料への影響を常に考慮する必要が
あった。
When measuring a minute amount of a substance in a biological sample, a fiber type microelectrode can be easily miniaturized to a size of a single cell, and a compound which easily causes an electrochemical reaction can be obtained. Can be detected in extremely small amounts. However, the amount of enzyme that can be immobilized on the microelectrode is small in a system in which an enzyme reaction and an electrode reaction are combined without performing an electrochemical reaction, and the long-term stability is poor depending on the enzyme used. Further, in a system in which a coexisting substance is present, it is necessary to eliminate all of the influences on the electrode, and therefore, there is a drawback that it is difficult to obtain high selectivity. Further, when a substance such as coenzyme is required for the enzymatic reaction, it is necessary to add the substance to the culture system for measurement, and it is necessary to always consider the influence on the biological sample.

【0006】一方、オンライン型のセンサーでは、高い
感度が得られ、酵素を厚く修飾することも可能なため
に、安定で長時間の測定が可能である。また、ファイバ
ー型センサーで困難であった補酵素などの添加も流路を
複数設置し、検出器の上流で合流させることにより容易
に行うことができる。
On the other hand, the on-line type sensor has high sensitivity and can be thickly modified with the enzyme, so that stable and long-term measurement is possible. Further, addition of a coenzyme or the like, which has been difficult with a fiber type sensor, can be easily performed by providing a plurality of flow channels and merging the channels upstream of the detector.

【0007】オンライン型のセンサーでは、流路中の検
出の為の電極の上流側に、測定の際に影響のある生体試
料内の妨害分子を選択的に除くため、電気化学的に活性
な妨害物質では前電解用電極を、又酵素反応を起こす妨
害物質については酵素を固定化したビーズをプレカラム
に充填し、上流に配置することにより選択性を向上させ
ている。しかしながら、前電解用の電極やプレカラムを
配置すると、センサーの内容積が増加し、応答性が低下
する。一方、マイクロマシン技術を用いて作製したオン
ラインセンサーでは、応答性は通常のオンラインセンサ
ーに比較すれば速い応答を示すものの、高い選択性を得
るためには(1)前電解を行う場合、電極をある程度大
きくしないと妨害物質を100%除くことができない、
(2)妨害物質を除くための酵素固定化ビーズをマイク
ロセンサーの微小流路内に固定するのが難しいなどの問
題があった。
[0007] In the online type sensor, an interfering molecule in the biological sample that has an influence on the measurement is selectively removed on the upstream side of the electrode for detection in the flow channel, so that an electrochemically active interfering For the substance, the electrode for pre-electrolysis, and for the interfering substance that causes the enzyme reaction, the beads on which the enzyme is immobilized are packed in the pre-column and placed upstream, thereby improving the selectivity. However, when an electrode for pre-electrolysis or a precolumn is arranged, the internal volume of the sensor increases and the responsiveness decreases. On the other hand, although the online sensor manufactured by using the micromachine technology shows a faster response than the normal online sensor, in order to obtain high selectivity, (1) when performing pre-electrolysis, the If it is not large, 100% of interfering substances cannot be removed,
(2) There is a problem that it is difficult to immobilize the enzyme-immobilized beads for removing the interfering substance in the microchannel of the microsensor.

【0008】一方、選択性を向上させるのではなく、生
体試料内の目的物質をプレカラムで反応させ、生成物を
電気化学的に検出する場合においても、プレカラム中で
目的物質を高い反応効率で反応させる必要があるため
に、容量が増加し、その結果センサーの応答性が低下す
るという問題があった。
On the other hand, even when the target substance in the biological sample is reacted with the pre-column and the product is detected electrochemically instead of improving the selectivity, the target substance is reacted with high reaction efficiency in the pre-column. However, there is a problem in that the capacity increases, and as a result, the responsiveness of the sensor decreases.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】このような問題を解決す
るために本発明による微小量オンラインバイオセンサー
は、二つの微小流路が形成された絶縁性の第1の基板
と、内部に作用電極、参照電極、対向電極とこれら3電
極上を生体試料が流れる流路とを有する薄層電気化学セ
ルが形成された第2の基板とを、該二つの微小流路と該
流路とが連続するように貼合せた構造を有し、該流路に
おいて、該作用電極の上流部分に多数の微小突起が形成
されていることを特徴とする。また、該多数の微小突起
の表面が導電性の材料で修飾され、あるいは特定物質と
反応する酵素等の生体物質で修飾されていることを特徴
とし、この微小突起部分にて生体試料内の妨害物質を電
気化学的あるいは酵素反応を利用して除去したり、生体
試料内の目的物質の反応効率を高めたりする。
In order to solve such a problem, a minute amount online biosensor according to the present invention is provided with an insulating first substrate having two minute channels and a working electrode inside. A second substrate on which a thin-layer electrochemical cell having a reference electrode, a counter electrode, and a flow path through which a biological sample flows on these three electrodes is formed, and the two minute flow paths and the flow path are continuous. And a plurality of minute projections are formed in an upstream portion of the working electrode in the flow channel. In addition, the surface of the large number of microprotrusions is modified with a conductive material or with a biological substance such as an enzyme that reacts with a specific substance. The substance is removed using an electrochemical reaction or an enzymatic reaction, and the reaction efficiency of the target substance in the biological sample is increased.

【0010】また、このような問題を解決するために本
発明によるオンラインバイオセンサーの製造方法は、例
えば、二つの微小流路を絶縁性の第1の基板に形成し、
該第1の基板にサンプリング用のキャピラリ、或いはマ
イクロダイヤリシスプローブを接続し、第2の基板にフ
ォトリソグラフィ法により導電体薄膜からなる作用電
極、参照電極、対向電極を形成した後、再びフォトリソ
グラフィ法により薄層電気化学セルの流路と多数の微小
突起とを、生体試料が該多数の微小突起、該作用電極、
該参照電極、該対向電極上を流れるように、かつ該作用
電極の上流部分に該多数の微小突起が配置されるように
形成し、該多数の微小突起を導電性の材料、或いは特定
物質と反応する酵素等の生体物質により修飾した後、該
第1の基板と該第2の基板とを該二つの微小流路と該流
路とが連続するように貼合せることを特徴とする
In order to solve such a problem, the method for manufacturing an online biosensor according to the present invention is, for example, one in which two minute channels are formed on an insulating first substrate,
A sampling capillary or a microdialysis probe is connected to the first substrate, and a working electrode, a reference electrode, and a counter electrode made of a conductor thin film are formed on the second substrate by a photolithography method, and then photolithography is performed again. The thin-layer electrochemical cell flow path and a large number of microprotrusions by the method
The reference electrode and the counter electrode are formed so as to flow over the reference electrode and the counter electrode so that the large number of minute protrusions are arranged in the upstream portion of the working electrode, and the large number of minute protrusions are made of a conductive material or a specific substance. After being modified with a biological substance such as a reacting enzyme, the first substrate and the second substrate are bonded so that the two minute channels and the channels are continuous.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例を詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例の
みに限定されるものではない。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following examples.

【0012】[0012]

【実施例1】図1に本発明の微小量オンラインバイオセ
ンサー(以下、「センサー」と略す。)を上面から見た
構成を示す。センサーは、マイクロマシン技術で二つの
微小流路2が形成された第一の基板1(図1a)と、酵
素などが修飾された作用電極4、参照電極5、対向電極
6と、これら3電極4,5,6の上流に表面が導電性の
材料で修飾された多数の微小突起16からなる微小突起
構造電極3とが形成され、さらに、これら3電極4,
5,6と微小突起構造電極3上に流路7が形成された第
2の基板13(図1b)とを貼合せた構造を有してい
る。このとき、微小流路2と流路7とが連続するように
貼合せられる。また、微小突起構造電極3、作用電極
4、参照電極5、対向電極6と流路7とで薄層電気化学
セルが構成される。
[Embodiment 1] FIG. 1 shows a structure of a minute amount online biosensor of the present invention (hereinafter, abbreviated as "sensor") viewed from above. The sensor includes a first substrate 1 (FIG. 1a) in which two microchannels 2 are formed by a micromachine technology, a working electrode 4 modified with an enzyme or the like, a reference electrode 5, a counter electrode 6, and these three electrodes 4 , 5, 6 is formed with a microprojection structure electrode 3 composed of a large number of microprojections 16 whose surface is modified with a conductive material.
It has a structure in which 5 and 6 and the second substrate 13 (FIG. 1b) in which the flow path 7 is formed on the microprojection structure electrode 3 are attached. At this time, the minute channel 2 and the channel 7 are bonded so as to be continuous. In addition, the microprojection structure electrode 3, the working electrode 4, the reference electrode 5, the counter electrode 6 and the flow path 7 constitute a thin layer electrochemical cell.

【0013】微小突起構造電極3、作用電極4、参照電
極5、対向電極6のパッド8,9,10,11はそれぞ
れポテンシオスタットの端子部分と接続する。微小流路
2には、それぞれサンプリングに用いるキャピラリーや
マイクロダイヤリシス(MD)プローブ、或いはシリン
ジと接続する為のキャピラリーを容易に取り付けること
ができる。
The pads 8, 9, 10 and 11 of the microprojection structure electrode 3, working electrode 4, reference electrode 5 and counter electrode 6 are connected to the terminal portions of the potentiostat, respectively. Capillaries used for sampling, microdialysis (MD) probes, or capillaries for connecting to syringes can be easily attached to the minute channels 2.

【0014】多数の微小突起16の表面には導電性の材
料が修飾されている。生体試料内の目的物質と同時にセ
ンサーの薄層電気化学セルに注入された生体試料内の妨
害物質が電気化学的に活性な物質では、多数の微小突起
16の表面が導電性のため、電位を印加すると、微小突
起構造電極3上で反応させて妨害物質を除去することが
できる。微小突起構造電極3は多数の円柱状突起からな
るため、通常のフラットな薄膜電極に比較し、表面積が
大きく反応率が向上する。その結果、電気化学反応を非
常に短い時間で完結させることができ、流路7を短縮し
て応答性の向上を計ることができるという特徴を有す
る。
A conductive material is modified on the surfaces of the many small protrusions 16. When the interfering substance in the biological sample, which is injected into the thin-layer electrochemical cell of the sensor at the same time as the target substance in the biological sample, is an electrochemically active substance, the surface of a large number of microprotrusions 16 is conductive, so that the potential is When applied, the interfering substance can be removed by reacting on the micro-projection structure electrode 3. Since the micro-projection structure electrode 3 is composed of a large number of columnar projections, it has a large surface area and an improved reaction rate as compared with a normal flat thin film electrode. As a result, the electrochemical reaction can be completed in a very short time, and the channel 7 can be shortened to improve the responsiveness.

【0015】[0015]

【実施例2】本実施例では、実施例1の微小突起構造電
極に代えて、多数の微小突起の表面が酵素等の生体物質
で修飾されたセンサーの例を示す。センサーはマイクロ
マシン技術で微小流路2が形成された第一の基板1(図
1a)と、酵素などが修飾された作用電極4、参照電極
5、対向電極6とこれら3電極4,5,6の上流に表面
が酵素等の生体物質で修飾された多数の微小突起構造リ
アクタ12とが形成され、さらに、これら3電極4,
5,6と多数の微小突起構造リアクタ12上に流路7が
形成された第2の基板13(図1b)とを貼合せた構造
を有している。このとき、微小流路2と流路7とが連続
するように貼合せられる。また、微小突起構造リアクタ
12、作用電極4、参照電極5、対向電極6と流路7と
で薄層電気化学セルが構成される。また、酵素等の生体
物質は特定物質と反応する触媒機能を有する。
[Embodiment 2] In this embodiment, instead of the microprojection structure electrode of Embodiment 1, an example of a sensor in which the surface of many microprojections is modified with a biological substance such as an enzyme will be described. The sensor is a first substrate 1 (FIG. 1a) in which microchannels 2 are formed by micromachining technology, a working electrode 4 modified with an enzyme, a reference electrode 5, a counter electrode 6 and these three electrodes 4, 5, 6 A large number of microprojection structure reactors 12, the surface of which is modified with a biological substance such as an enzyme, are formed upstream of the three electrodes 4,
It has a structure in which 5 and 6 and a second substrate 13 (FIG. 1b) in which a flow path 7 is formed on a large number of microprojection structure reactors 12 are bonded together. At this time, the minute channel 2 and the channel 7 are bonded so as to be continuous. Further, the microprojection structure reactor 12, the working electrode 4, the reference electrode 5, the counter electrode 6 and the channel 7 constitute a thin layer electrochemical cell. In addition, a biological substance such as an enzyme has a catalytic function of reacting with a specific substance.

【0016】マイクロマシン技術で作製したオンライン
センサーでは、酵素などの生体物質を固定化したビーズ
を微小流路内に入れるのは非常に困難である。しかる
に、多数の微小突起16上に酵素を固定すると、多数の
酵素固定化突起が、薄層流路中に酵素固定化ビーズを入
れた場合と同様な挙動を示し、基質を高い反応効率で酵
素反応させることができる。固定化した酵素が生体試料
内の目的物質と反応する場合は高い感度が、共存する生
体試料内の妨害物質と反応する場合は高い反応率のため
に目的物質を選択的に検出できる。また、二つの溶液を
合流させる場合でも、微小突起構造リアクタ12を有す
る薄層電気化学セル内では二つの溶液が良く撹拌され、
混合が短時間で終るため、高い感度を実現できる。
It is very difficult for an online sensor manufactured by the micromachine technique to put beads on which a biological substance such as an enzyme is immobilized in a minute channel. However, when an enzyme is immobilized on a large number of microprotrusions 16, the large number of enzyme-immobilized protrusions behaves similarly to the case where the enzyme-immobilized beads are placed in the thin layer channel, and the enzyme is immobilized on the substrate at a high reaction efficiency. Can be reacted. High sensitivity is obtained when the immobilized enzyme reacts with the target substance in the biological sample, and the target substance can be selectively detected due to the high reaction rate when the immobilized enzyme reacts with the interfering substance in the coexisting biological sample. Further, even when the two solutions are combined, the two solutions are well stirred in the thin layer electrochemical cell having the microprojection structure reactor 12,
Since the mixing is completed in a short time, high sensitivity can be realized.

【0017】この様に多数の微小突起16を有する薄層
電気化学セルを酵素反応器として利用することにより、
高感度、高選択性のセンサーを実現することができると
いう特徴を有する。また、微小突起間の間隙は、常に一
定であるため、流路に長時間圧力が印加されても、ビー
ズのように移動せず、めづまりがおこらないという利点
を有する。
By using the thin-layer electrochemical cell having a large number of microprojections 16 as an enzyme reactor,
It has a feature that a sensor with high sensitivity and high selectivity can be realized. Further, since the gap between the minute projections is always constant, there is an advantage that even if pressure is applied to the flow path for a long time, it does not move like beads and no clogging occurs.

【0018】[0018]

【実施例3】図2に、本発明による微小突起構造電極を
有するセンサーの製造工程の一実施例を示す。石英ウエ
ハ13(図2a)上にTHB−516−Lポジ型フォト
レジスト14をスピナーにより、毎分4000回転で塗
布した(図2b)。その後、フォトマスクをウエハ13
に重ね、マスクアライナーPLA−501を用いて、微
小突起構造電極3すなわち前電解用電極として用いる多
数の微小突起16部分及び流路7の溝15となる部分
(多数の微小突起16部分を除く)のパタンを露光し
た。露光時間は15秒とした。露光後、ウエハをアルカ
リ現像液中で30秒間現像し、水洗、乾燥を行った(図
2c)。現像後のウエハでは、多数の微小突起16の周
辺の凹部及び流路の溝15となる部分が露出している。
このレジスト14付き基板13をフッ酸緩衝液中におい
て20分間ウエットエッチングを行い、多数の微小突起
16の凹凸と流路の溝15を作製した(図2d)。これ
らの微小突起16の高さは20μm、直径は20μmで
あった。残ったレジスト14をプラズマアッシャにて除
去した(図2e)後、ポジ型フォトレジスト17をスピ
ンコートし(図2f)、その後、フォトマスクをウエハ
13に重ね、マスクアライナーを用いて、微小突起構造
電極3部分及び作用電極4、参照電極5、対向電極6の
3電極部分を露光、アルカリ現像を行った(図2g)。
その後、マグネトロンスパッタ装置にこのレジストパタ
ンを持つウエハ13を取り付け、チタン、金18を順に
スパッタした(図2h)後、メチルエチルケトン中に浸
漬して超音波によりレジスト17を除去し、微小突起構
造電極3と作用電極4、参照電極5、対向電極6を作製
した(図2i)。なお、センサーの薄層電気化学セルの
流路7は流路の溝15(多数の微小突起16部分を除
く)と微小突起構造電極3を合わせた範囲に形成され
る。
[Embodiment 3] FIG. 2 shows an embodiment of a manufacturing process of a sensor having a microprojection structure electrode according to the present invention. A THB-516-L positive photoresist 14 was applied onto a quartz wafer 13 (FIG. 2a) by a spinner at 4000 rpm (FIG. 2b). After that, the photomask is applied to the wafer 13
And the mask aligner PLA-501 is used to form the microprojection structure electrode 3, that is, a large number of the microprojections 16 used as the electrodes for pre-electrolysis and the part to be the groove 15 of the flow path 7 (excluding the large number of the microprojections 16). The pattern was exposed. The exposure time was 15 seconds. After exposure, the wafer was developed in an alkaline developer for 30 seconds, washed with water and dried (FIG. 2c). In the wafer after development, the concave portions around the large number of minute projections 16 and the portions to be the grooves 15 of the flow path are exposed.
The substrate 13 with the resist 14 was wet-etched in a hydrofluoric acid buffer solution for 20 minutes to form a large number of irregularities of the minute projections 16 and grooves 15 of the flow path (FIG. 2d). The height of these fine protrusions 16 was 20 μm, and the diameter was 20 μm. After the remaining resist 14 is removed by plasma asher (FIG. 2e), a positive photoresist 17 is spin-coated (FIG. 2f), and then a photomask is overlaid on the wafer 13 and a micro-protrusion structure is formed using a mask aligner. The electrode 3 portion and the working electrode 4, the reference electrode 5, and the counter electrode 6 were exposed and alkali-developed (FIG. 2g).
After that, the wafer 13 having this resist pattern was attached to a magnetron sputtering device, titanium and gold 18 were sputtered in order (FIG. 2h), and then the resist 17 was removed by ultrasonic waves by immersion in methyl ethyl ketone, and the fine projection structure electrode 3 was formed. A working electrode 4, a reference electrode 5, and a counter electrode 6 were prepared (FIG. 2i). The channel 7 of the thin-layer electrochemical cell of the sensor is formed in a range in which the channel 15 (excluding a large number of microprojections 16) and the microprojection structure electrode 3 are combined.

【0019】微小突起構造電極3及び3電極4,5,6
を有する基板13の構成を図3に示す。金18は左から
微小突起構造電極3、作用電極4、参照電極5、対向電
極6用薄膜となり、作用電極4上には西洋わさびペルオ
キシターゼ(HRP)を含むオスミウムーポリビニルピ
リジン錯体(Os−gel)20を下層に、グルタミン
酸酸化酵素をコラーゲンと混合した膜21を上層に修飾
した。又、参照電極5上には参照物質として、銀19を
メッキした(図2j)。薄層電気化学セルの流路7は微
小突起構造電極3、作用電極4、参照電極5、対向電極
6を覆う範囲に形成されている。
Microprojection structure electrode 3 and three electrodes 4, 5, 6
FIG. 3 shows the configuration of the substrate 13 having the. Gold 18 becomes a thin film for microprojection structure electrode 3, working electrode 4, reference electrode 5, and counter electrode 6 from the left, and osmium-polyvinylpyridine complex (Os-gel) containing horseradish peroxidase (HRP) is formed on working electrode 4. 20 was modified in the lower layer, and the membrane 21 in which glutamate oxidase was mixed with collagen was modified in the upper layer. Further, silver 19 was plated on the reference electrode 5 as a reference material (FIG. 2j). The channel 7 of the thin-layer electrochemical cell is formed in a range that covers the microprojection structure electrode 3, working electrode 4, reference electrode 5, and counter electrode 6.

【0020】図10はガラスキャピラリーを接続した第
1の基板(ふた用基板)の製造工程を示す。ガラス基板
1をダイシングソーを用いて幅12mm、長さ27mm
に切断した(図10a)。さらに、サンプリング及びア
ウトレット用のキャピラリーを接続するため、長い辺と
平行にダイシングソーにより幅0.4mm、深さ0.4
mm、長さ7mmの微小流路2用の溝を両端から作製し
た(図10b)。サンプリング用の溝に、外径375μ
m、内径75μmのサンプリング用キャピラリー22
を、アウトレット用の溝には、外径375μm、内径1
50μmのシリンジ接続用キャピラリー23を接続し、
瞬間接着剤により固定した(図10c)。
FIG. 10 shows a manufacturing process of a first substrate (lid substrate) to which a glass capillary is connected. 12 mm wide and 27 mm long using a dicing saw for the glass substrate 1.
(Fig. 10a). Furthermore, in order to connect the capillaries for sampling and outlet, a width of 0.4 mm and a depth of 0.4 mm are provided by a dicing saw in parallel with the long side.
A groove for the minute channel 2 having a length of mm and a length of 7 mm was prepared from both ends (FIG. 10b). Outer diameter of 375μ in the sampling groove
m, inner diameter 75 μm sampling capillary 22
The outer groove has an outer diameter of 375 μm and an inner diameter of 1
Connect the 50 μm syringe connecting capillary 23,
It was fixed with an instant adhesive (Fig. 10c).

【0021】図2aから図2jの工程で作製した、微小
突起構造電極3と3電極4,5,6と流路7とを有する
第2の基板13と、キャピラリー22、23を接続した
微小流路2を有する第1の基板1を二つの微小流路2と
流路7とが向かい合うように、かつ連続するように、押
し当て位置合わせをした後、常温で、光硬化性の接着剤
を周りから浸込ませた。接着剤が流路7の直前までしみ
こんだとき、高圧水銀ランプを用いて光を照射し、両基
板1,13を接着した(図2k)。従来はかなりの高温
にして貼り合わせることが多かったため、酵素等は活性
が失われてしまい、応用できなかったのが、常温で貼り
合わせることが可能となり、酵素の活性を失わせずにセ
ンサーを作製できるようになった。なお、光硬化性接着
剤の代わりに、ポリマー薄膜を溶媒蒸気で溶解させたも
の、或いは低融点ガラス薄膜を用いて貼合せることもで
きる。
The second substrate 13 having the microprojection structure electrode 3, the three electrodes 4, 5, 6 and the flow path 7 and the micro-flow formed by the steps of FIGS. 2a to 2j are connected to the capillaries 22 and 23. The first substrate 1 having the channel 2 is pressed and aligned so that the two minute channels 2 and the channel 7 face each other and are continuous, and then a photocurable adhesive is applied at room temperature. I let it infiltrate from the surroundings. When the adhesive had soaked in just before the flow path 7, light was irradiated using a high pressure mercury lamp to bond the two substrates 1 and 13 (FIG. 2k). In the past, since it was often pasted at a fairly high temperature, the activity of enzymes etc. was lost and it could not be applied, but it became possible to attach at normal temperature, and the sensor can be used without losing the activity of the enzyme. It can be made. Instead of the photo-curable adhesive, a polymer thin film dissolved with a solvent vapor or a low melting point glass thin film may be used for bonding.

【0022】図4に、作製したセンサーをシリンジに接
続した測定系の構成を示す。又、ポテンシオスタット2
4(LC4C)の端子はそれぞれ、薄層電気化学セルの
微小突起構造電極3、作用電極4、参照電極5、対向電
極6の各パッド8,9,10,11に接続した。まず、
最初にシリンジ25を用いてサンプリング用キャピラリ
ー22から溶液を、流速4μl/minで吸引しなが
ら、微小突起構造電極3と作用電極4に0mVの電位を
印加して測定を行った。
FIG. 4 shows the structure of a measurement system in which the manufactured sensor is connected to a syringe. Also, potentiostat 2
The terminals 4 (LC4C) were connected to the pads 8, 9, 10, and 11 of the microprojection structure electrode 3, working electrode 4, reference electrode 5, and counter electrode 6 of the thin-layer electrochemical cell, respectively. First,
First, a syringe 25 was used to draw a solution from the sampling capillary 22 at a flow rate of 4 μl / min, and a potential of 0 mV was applied to the microprojection structure electrode 3 and the working electrode 4 for measurement.

【0023】図5は、100μMアスコルビン酸に対す
る応答を示す。縦軸は、時間を、横軸は電流値を示す。
リン酸緩衝溶液によって、ベースラインを得た後、アス
コルビン酸溶液に切り替えることにより、急激に酸化電
流が増加し、センサーは300nAの定常電流を示し
た。再び、リン酸緩衝溶液をセンサーの薄層電気化学セ
ルへ導入することにより再びベースラインに戻った。次
に、多数の微小突起構造電極3に500mVの電圧を印
加した後、100μMアスコルビン酸をセンサーの薄層
電気化学セルへ導入したが、アスコルビン酸による酸化
電流は確認されなかった。これは、微小突起構造電極3
部分で、アスコルビン酸がすべて酸化されたことによ
る。
FIG. 5 shows the response to 100 μM ascorbic acid. The vertical axis represents time and the horizontal axis represents current value.
After obtaining the baseline with the phosphate buffer solution, switching to the ascorbic acid solution caused a rapid increase in the oxidation current, and the sensor showed a steady current of 300 nA. Again, the phosphate buffer solution was introduced back into the sensor's thin layer electrochemical cell to return to baseline. Next, after applying a voltage of 500 mV to a large number of microprojection structure electrodes 3, 100 μM ascorbic acid was introduced into the thin-layer electrochemical cell of the sensor, but no oxidation current due to ascorbic acid was confirmed. This is the micro-projection structure electrode 3
In part, it was because all ascorbic acid was oxidized.

【0024】更に、図2と同様な工程を用いて、電極の
見かけ上の面積は等しいが、微小突起をもたないセンサ
ーを作製し、応答を比較した。前電解用の薄膜電極に5
00mV、作用電極に0mVの電位を印加して測定を行
うと、前電解を行っているのに関わらず20nAの酸化
電流が観測され、アスコルビン酸の影響を完全に除去す
る為に、微小突起構造電極3が極めて有効であることが
示された。また、10μMのグルタミン酸と100μM
のアスコルビン酸を含むPBS溶液を流すと微小突起構
造電極を用いない場合、255nAの酸化電流が流れ、
グルタミン酸の応答がアスコルビン酸により妨害され
た。一方、微小突起構造電極3を用いると、9.5nA
の還元電流が得られ、アスコルビン酸の影響を受けずに
グルタミン酸のみを定量できることが分かった。
Further, by using the same process as in FIG. 2, a sensor having the same apparent area of the electrodes but no microprojection was prepared, and the responses were compared. 5 for thin film electrode for pre-electrolysis
When the measurement was performed by applying a potential of 00 mV and 0 mV to the working electrode, an oxidation current of 20 nA was observed regardless of performing pre-electrolysis, and in order to completely remove the influence of ascorbic acid, the microprojection structure was used. Electrode 3 has been shown to be extremely effective. Also, 10 μM glutamic acid and 100 μM
When the PBS solution containing ascorbic acid is flowed, an oxidation current of 255 nA flows when the microprojection structure electrode is not used,
The glutamate response was blocked by ascorbic acid. On the other hand, when the micro-projection structure electrode 3 is used, 9.5 nA
It was found that glutamic acid alone could be quantified without being affected by ascorbic acid.

【0025】[0025]

【実施例4】実施例3と同様な方法により微小流路2を
有する第1の基板1、及び微小突起構造リアクタ12及
び金薄膜の3電極4,5,6を有する第2の基板13を
作製した。ただし、微小突起構造リアクタ12上には金
をスパッタしなかった。また微小流路2を有する第1の
基板1には実施例3と同様にキャピラリー22,23を
接続した。微小突起構造リアクタ12および金薄膜の3
電極4,5,6上に酵素や銀を次のように修飾した。す
なわち、図2jの工程代わりに、微小突起構造リアクタ
12にはグルタミン酸酸化酵素を固定化した。固定化方
法は、まず微小突起構造リアクタ12部分を1mMメル
カプトウンデシル酸エタノール溶液に10分間浸した
後、0.1%グルタルアルデヒド水溶液に5分間浸し
た。その後、水で洗浄後、0.1%グルタミン酸酸化酵
素水溶液に浸し、冷蔵庫内(5℃)で20時間放置する
ことにより、酵素を固定した。また作用電極4上には、
HRPを含むポリビニルピリジンオスミウム錯体膜を1
μlをキャスト、乾燥させ、参照電極5上には銀をメッ
キした。
Fourth Embodiment A first substrate 1 having a minute channel 2 and a second substrate 13 having a minute projection structure reactor 12 and three electrodes 4, 5 and 6 of a gold thin film were prepared by the same method as in the third embodiment. It was made. However, gold was not sputtered on the microprojection structure reactor 12. Further, the capillaries 22 and 23 were connected to the first substrate 1 having the minute channels 2 as in the third embodiment. Microprojection structure reactor 12 and gold thin film 3
Enzymes and silver were modified on the electrodes 4, 5 and 6 as follows. That is, instead of the step of FIG. 2j, glutamate oxidase was immobilized on the microprojection structure reactor 12. The immobilization method was as follows. First, 12 parts of the microprojection structure reactor were dipped in a 1 mM ethanol solution of mercaptoundecylate for 10 minutes, and then dipped in a 0.1% glutaraldehyde aqueous solution for 5 minutes. Then, after washing with water, it was immersed in a 0.1% glutamate oxidase aqueous solution and left in a refrigerator (5 ° C.) for 20 hours to fix the enzyme. Also, on the working electrode 4,
Polyvinylpyridine osmium complex film containing HRP 1
μl was cast and dried, and the reference electrode 5 was plated with silver.

【0026】測定は、作用電極4、参照電極5、対向電
極6の各パッド9,10,11をポテンシオスタット2
4の端子に接続し、シリンジ25を用いてサンプリング
用キャピラリー22から溶液を吸引しながら、作用電極
4に0mVの電圧を印加して行った。流速4μl/mi
nでシリンジ25を用いてリン酸緩衝生理食塩水をセン
サーの薄層電気化学セルへ連続的に導入する。こうして
ベースラインを得た後、リン酸緩衝生理食塩水から、1
0μMのグルタミン酸溶液をセンサーの薄層電気化学セ
ルへ導入することにより、還元電流が流れ始め、10秒
後には10nA/μMの還元電流と高い感度を得ること
が出来た。しかしながら、同一容積で微小突起のない酵
素リアクタを使用し、同様の測定を行った際には2nA
/μM程度の還元電流しか得ることが出来なかった。こ
れは、多数の円柱状微小突起16を作製したことによ
り、通常のフラットな薄膜電極に比較し、表面積が大き
く反応性が増加したことによる。
For the measurement, the pads 9, 10, 11 of the working electrode 4, the reference electrode 5, and the counter electrode 6 were set to the potentiostat 2.
4 was applied, and a voltage of 0 mV was applied to the working electrode 4 while sucking the solution from the sampling capillary 22 using the syringe 25. Flow rate 4 μl / mi
Phosphate buffered saline is continuously introduced into the thin layer electrochemical cell of the sensor using a syringe 25 at n. After obtaining the baseline in this way, from phosphate buffered saline, 1
By introducing a 0 μM glutamic acid solution into the thin-layer electrochemical cell of the sensor, a reduction current started to flow and after 10 seconds, a reduction current of 10 nA / μM and high sensitivity could be obtained. However, when using the same volume of enzyme reactor without microprojections and performing the same measurement, 2 nA
Only a reduction current of about / μM could be obtained. This is because the production of a large number of columnar microprotrusions 16 has a large surface area and an increased reactivity as compared with a normal flat thin film electrode.

【0027】[0027]

【実施例5】実施例3と同様な方法により微小流路2を
有する第1の基板1、及び微小突起構造電極3及び金薄
膜の3電極4,5,6を有する第2の基板13を作製し
た。また微小流路2を有する第1の基板1には実施例3
と同様にキャピラリー22,23を接続した。微小突起
構造電極3に、実施例4と同様に酵素を固定化した。酵
素はコリンオキシデースとカタラーゼを混合したものを
用いた。作用電極4には、下層にHRPを含むポリビニ
ルピリジンオスミウム錯体を、上層にはアセチルコリン
エステラーゼとコリンオキシデースを同様に固定した。
[Embodiment 5] A first substrate 1 having a minute channel 2 and a second substrate 13 having a minute projection structure electrode 3 and three electrodes 4, 5 and 6 of a gold thin film were prepared by the same method as in the third embodiment. It was made. In addition, the first substrate 1 having the minute channels 2 has the third embodiment.
The capillaries 22 and 23 were connected in the same manner as in. An enzyme was immobilized on the microprojection structure electrode 3 in the same manner as in Example 4. The enzyme used was a mixture of choline oxydose and catalase. In the working electrode 4, a polyvinylpyridine osmium complex containing HRP was fixed in the lower layer, and acetylcholinesterase and choline oxydose were similarly fixed in the upper layer.

【0028】1μMアセチルコリン溶液をセンサーの薄
層電気化学セルに、流速4μl/minで導入すると還
元電流が流れ、5nA/μMの感度が得られた。しかし
ながら、10μMのコリン溶液を導入しても、応答は全
く得られなかった。これは、微小突起構造電極3のコリ
ンオキシデースによりコリンが酸化され、発生した過酸
化水素はカタラーゼにより分解されるためである。これ
に対し、アセチルコリンは微小突起構造電極3では反応
せず、作用電極4上のアセチルコリンエステラーゼによ
り、コリンになり、さらにコリンオキシデースにより酸
化され還元電流が得られる。又、アセチルコリンとコリ
ンを同時にセンサーの薄層電気化学セルに導入しても、
アセチルコリンのみを導入した際と、大きな差は見られ
なかった。センサーが微小突起構造電極3部分を有する
ため、コリンが微小突起構造電極3で効率よく反応し、
アセチルコリンのみが作用電極4に到達するので、高い
選択性を得ることが出来る。しかしながら、同一容積で
微小突起のない酵素リアクタを使用した際には5nA/
μM程度の還元電流が確認された。これは、多数の円柱
状微小突起16を作製したことにより、通常のフラット
な薄膜電極に比較し、表面積が大きく反応性が増加し、
微小突起構造電極3でのコリンの除去能力が大きく向上
したことによる。
When a 1 μM acetylcholine solution was introduced into the thin-layer electrochemical cell of the sensor at a flow rate of 4 μl / min, a reducing current flowed and a sensitivity of 5 nA / μM was obtained. However, no response was obtained with the introduction of 10 μM choline solution. This is because choline oxidase of the microprojection structure electrode 3 oxidizes choline and the generated hydrogen peroxide is decomposed by catalase. On the other hand, acetylcholine does not react at the microprojection structure electrode 3, becomes acetylcholinesterase on the working electrode 4, becomes choline, and is further oxidized by choline oxidase to obtain a reducing current. Also, even if acetylcholine and choline are simultaneously introduced into the thin-layer electrochemical cell of the sensor,
No significant difference was observed when only acetylcholine was introduced. Since the sensor has the microprojection structure electrode 3 portion, choline efficiently reacts at the microprojection structure electrode 3,
Since only acetylcholine reaches the working electrode 4, high selectivity can be obtained. However, when an enzyme reactor with the same volume and no microprojections was used, 5 nA /
A reduction current of about μM was confirmed. This is because a large number of cylindrical fine projections 16 are produced, so that the surface area is large and the reactivity is increased, as compared with a normal flat thin film electrode.
This is because the ability of the microprojection structure electrode 3 to remove choline is greatly improved.

【0029】[0029]

【実施例6】実施例3と同様な方法により微小流路2を
有する第1の基板1、及び微小突起構造電極3及び金薄
膜の3電極4,5,6を有する第2の基板13を作製し
た。また微小流路2を有する第1の基板1には、実施例
3と同様にキャピラリー22,23を接続した。図6に
示すように微小突起構造電極3にコリンオキシデースと
HRPを含むポリビニルピリジンオスミウム錯体27を
固定した。さらに、実施例3と同様に作用電極4上に、
上層にアセチルコリンエステラーゼとコリンオキシデー
ス、下層にHRPを含むポリビニルピリジンオスミウム
錯体26を固定した。
Sixth Embodiment A first substrate 1 having a fine channel 2 and a second substrate 13 having a fine projection structure electrode 3 and three electrodes 4, 5, 6 of a gold thin film were prepared by the same method as in the third embodiment. It was made. Further, the capillaries 22 and 23 were connected to the first substrate 1 having the minute channels 2 as in the third embodiment. As shown in FIG. 6, a polyvinylpyridine osmium complex 27 containing choline oxydose and HRP was fixed to the microprojection structure electrode 3. Furthermore, as in Example 3, on the working electrode 4,
Polyvinylpyridine osmium complex 26 containing acetylcholinesterase and choline oxidase was fixed on the upper layer and HRP was fixed on the lower layer.

【0030】微小突起構造電極3のパッド8、及び作用
電極4のパッド9をそれぞれポテンシオスタット24の
第1、第2電極端子につなぎ、参照電極パッド10、対
向電極パッド11もそれぞれポテンシオスタット24の
端子につなぎ、微小突起構造電極3、作用電極4ともに
0mVの電圧を印加した。10μMコリン溶液を流速4
μl/minでセンサーの薄層電気化学セルに導入する
ことにより、微小突起構造電極3のみで還元電流を確認
することが出来た。また、1μMアセチルコリンを導入
することにより、作用電極4のみで還元電流を確認でき
た。さらに、コリン、アセチルコリン溶液を同時に導入
すると、それぞれの還元電流を得ることが出来た。ま
た、それぞれ単独で導入した際と、大きな差は確認でき
なかった。微小突起構造電極3と作用電極4とを電極に
用いることにより、2成分の同時測定も可能である。
The pad 8 of the microprojection structure electrode 3 and the pad 9 of the working electrode 4 are connected to the first and second electrode terminals of the potentiostat 24, respectively, and the reference electrode pad 10 and the counter electrode pad 11 are also potentiostat. A voltage of 0 mV was applied to both the microprojection structure electrode 3 and the working electrode 4 by connecting to 24 terminals. Flow rate of 10 μM choline solution 4
By introducing it into the thin-layer electrochemical cell of the sensor at μl / min, the reduction current could be confirmed only by the microprojection structure electrode 3. Further, by introducing 1 μM acetylcholine, the reduction current could be confirmed only by the working electrode 4. Furthermore, when choline and acetylcholine solutions were introduced at the same time, respective reducing currents could be obtained. In addition, no significant difference could be confirmed when compared to the case where they were individually introduced. By using the microprojection structure electrode 3 and the working electrode 4 as electrodes, simultaneous measurement of two components is possible.

【0031】[0031]

【実施例7】実施例4と同様な方法により微小流路2を
有する第1の基板1、及び微小突起構造リアクタ12及
び金薄膜の3電極4,5,6を有する第2の基板13を
作製した。また微小流路2を有する第1の基板1には実
施例4と同様にキャピラリー22,23を接続した。微
小突起構造リアクタ12部分にギャバーゼ、作用電極4
上にグルタメートオキシデースとHRPを含むポリビニ
ルピリジンオスミウム錯体膜を固定した。
[Embodiment 7] A first substrate 1 having a minute channel 2 and a second substrate 13 having a minute projection structure reactor 12 and three electrodes 4, 5 and 6 of gold thin films were prepared by the same method as in the fourth embodiment. It was made. Further, capillaries 22 and 23 were connected to the first substrate 1 having the minute channels 2 as in the fourth embodiment. Gabbase and working electrode 4 on the microprojection structure reactor 12
A polyvinylpyridine osmium complex film containing glutamate oxidase and HRP was immobilized on the top.

【0032】流速4μl/minにおいて、100μM
のαーケトグルタル酸とともに10μMのGABA(γ
−アミノ酪酸)を導入することにより、1nAの還元電
流を得ることが出来た。微小突起構造電極3の性能比較
のため、微小突起構造リアクタ12部分に微小な突起が
無い平坦な酵素リアクタで同様の測定を行ったところ、
0.5nAの還元電流しか得ることが出来なかった。こ
れは、微小突起構造リアクタ12が多数の微小な突起1
6を有するため、微小化されたセンサーの薄層電気化学
セル内でも多くの表面積を得ることが出来、ギャバーゼ
のような活性の低い酵素でも効率よく反応することが出
来るためである。
100 μM at a flow rate of 4 μl / min
Of 10 μM GABA (γ
-Aminobutyric acid), a reduction current of 1 nA could be obtained. In order to compare the performance of the microprojection structure electrode 3, the same measurement was carried out in a flat enzyme reactor without microprojections in the microprojection structure reactor 12 part.
Only a reduction current of 0.5 nA could be obtained. This is because the microprojection structure reactor 12 has a large number of microprojections 1.
The reason for this is that since it has 6, it is possible to obtain a large surface area even in a thin-layer electrochemical cell of a miniaturized sensor, and it is possible to efficiently react even with an enzyme having low activity such as gabase.

【0033】図7は、本実施例のセンサーの測定に使用
した測定系を示す。センサーの薄層電気化学セルの上流
部でサンプリング用キャピラリー22を分岐28により
2流路に分岐させ、その分岐の一方を目的試料吸引用キ
ャピラリーとし、1μMのGABAを含むリン酸緩衝溶
液31に接続し、他方に100μMのαケトグルタル酸
と、濃度が1unit/mlのギャバーゼを含むシリン
ジ29を接続する。αケトグルタル酸とギャバーゼを含
むシリンジ29を流速1μl/minで押し出し、薄層
電気化学セルの下流部のシリンジ接続用キャピラリー2
3にシリンジ30を接続し、流速5μl/minで吸引
する事により、目的試料である10μMのGABAを流
速4μl/minでセンサーの薄層電気化学セルに導入
した。これにより、約4nAの還元電流を得ることが出
来た。これはセンサーの薄層電気化学セルの上流で2路
が混合され、GABAとαケトグルタル酸及びギャバー
ゼが混合され、グルタミン酸が生成されたことによる。
FIG. 7 shows the measuring system used for the measurement of the sensor of this embodiment. The sampling capillary 22 is branched into two channels by a branch 28 in the upstream part of the thin-layer electrochemical cell of the sensor, and one of the branches is used as a target sample suction capillary and connected to a phosphate buffer solution 31 containing 1 μM GABA. Then, the syringe 29 containing 100 μM α-ketoglutaric acid and a concentration of 1 unit / ml gabase is connected to the other side. A syringe 29 containing α-ketoglutaric acid and gabase is extruded at a flow rate of 1 μl / min, and the capillary 2 for syringe connection at the downstream portion of the thin-layer electrochemical cell is extruded.
A syringe 30 was connected to 3 and suctioned at a flow rate of 5 μl / min to introduce the target sample of 10 μM GABA into the thin-layer electrochemical cell of the sensor at a flow rate of 4 μl / min. As a result, a reduction current of about 4 nA could be obtained. This is due to the mixing of the two pathways upstream of the sensor's thin layer electrochemical cell, mixing GABA with α-ketoglutarate and gabase to produce glutamate.

【0034】微小突起構造リアクタ12の性能比較のた
め、リアクタ部分に微小な突起が無い平坦な酵素リアク
タで同様の測定を行ったところ、2nAの還元電流しか
得ることが出来なかった。これは微小突起がない場合に
比べ、多数の微小突起16がある場合では、2流路の混
合が適切に行われたため、酵素反応が効率よく行われ、
感度が向上したと考えられる。このように、本センサー
の微小突起構造リアクタ12は、2溶液を適切に混合さ
せる場合にも有用であり、例えば本実験のように活性の
低い酵素であっても、効率よく反応させることができ
る。
In order to compare the performance of the microprojection structure reactor 12, the same measurement was carried out in a flat enzyme reactor having no microprojections in the reactor part, and only a reduction current of 2 nA was obtained. This is because the two flow channels were mixed properly in the case where there were a large number of microprojections 16 as compared with the case where there were no microprojections, so that the enzyme reaction was carried out efficiently.
It is considered that the sensitivity has improved. As described above, the microprojection structure reactor 12 of the present sensor is also useful when appropriately mixing two solutions, and even an enzyme having low activity as in the present experiment can be efficiently reacted. .

【0035】[0035]

【実施例8】図8は、微小突起構造電極3を有するセン
サーの製造工程の他の実施例示す。石英ウエハ32(図
8a)上にポジ型フォトレジスト33を、毎分4000
回転でスピンコートした(図8b)。その後、フォトマ
スクをウエハ32に重ね、マスクアライナーPLA−5
01を用いて、作用電極4、参照電極5、対向電極6の
3電極部分のパタンを露光した。露光時間は15秒とし
た。露光後、ウエハをアルカリ現像液中で30秒間現像
し、水洗、乾燥を行った(図8c)。現像後のウエハ3
2では、3電極4,5,6を作製する部分が露出してい
る。マグネトロンスパッタ装置にこのレジストパタンを
持つウエハ32を取り付け、金34をスパッタした(図
8d)。残ったレジスト33をメチルエチルケトン中で
超音波をかけながら剥離し、除去した(図8e)。再
び、ポジ型フォトレジスト35をスピンコートし(図8
f)、その後、フォトマスクをウエハ32に重ね、マス
クアライナーを用いて、レジスト35のうち多数の微小
突起36の凹部になるべき部分のレジスト、及び3電極
4,5,6部分を囲む流路になるべき部分を露光、アル
カリ現像を行った(図8g)。これにより、レジストか
らなる多数の微小突起36と流路7の側壁37が形成さ
れる。その後、メタルマスクを用いて多数の微小突起3
6部分のみに金38をスパッタし、微小突起構造電極3
を作製した(図8h)。なお、センサーの薄層電気化学
セルの流路7はレジストからなる側壁37に囲まれた領
域であり、微小突起構造電極3と3電極4,5,6を覆
う範囲に形成されている。
[Embodiment 8] FIG. 8 shows another embodiment of the manufacturing process of the sensor having the fine projection structure electrode 3. A positive photoresist 33 is placed on the quartz wafer 32 (FIG. 8a) at 4000 rpm.
Spin coated by spinning (Fig. 8b). After that, a photomask is overlaid on the wafer 32, and the mask aligner PLA-5 is used.
01 was used to expose the patterns of the three electrode portions of the working electrode 4, the reference electrode 5, and the counter electrode 6. The exposure time was 15 seconds. After the exposure, the wafer was developed in an alkaline developer for 30 seconds, washed with water and dried (FIG. 8c). Wafer 3 after development
In 2, the portions for producing the three electrodes 4, 5, 6 are exposed. The wafer 32 having this resist pattern was attached to a magnetron sputtering apparatus, and gold 34 was sputtered (FIG. 8d). The remaining resist 33 was peeled and removed in methyl ethyl ketone while applying ultrasonic waves (FIG. 8e). Again, the positive photoresist 35 is spin-coated (see FIG. 8).
f) After that, a photomask is overlaid on the wafer 32, and a mask aligner is used to form a flow path surrounding the portion of the resist 35 that is to become the concave portions of the numerous small protrusions 36 and the three electrodes 4, 5, and 6. The portion that should become a mask was exposed and alkali-developed (FIG. 8g). As a result, a large number of minute projections 36 made of resist and the side wall 37 of the flow path 7 are formed. After that, a large number of small protrusions 3 are formed using a metal mask.
Gold 38 is sputtered only on the 6th part, and the microprojection structure electrode 3
Was prepared (FIG. 8h). The flow path 7 of the thin-layer electrochemical cell of the sensor is a region surrounded by the side wall 37 made of a resist, and is formed in a range covering the microprojection structure electrode 3 and the three electrodes 4, 5, 6.

【0036】キャピラリー22,23を接続した二つの
微小流路2を有する第1の基板1は、実施例3と同様に
微小流路2となるキャピラリー取り付け溝を作製した
後、さらに二つのキャピラリー取り付け溝をつなぐよう
にダイシングソーにより深さ20μm、幅400μmの
流路を作製し、実施例3と同様に両基板1,13を接着
した。これにより微小突起構造電極3上に生体試料が流
れる空間を確保できる。
In the first substrate 1 having the two minute channels 2 connecting the capillaries 22 and 23, a capillary mounting groove to be the minute channels 2 is formed as in the third embodiment, and then two more capillary mountings are performed. A channel having a depth of 20 μm and a width of 400 μm was formed by a dicing saw so as to connect the grooves, and both substrates 1 and 13 were bonded in the same manner as in Example 3. As a result, a space in which the biological sample flows can be secured on the microprojection structure electrode 3.

【0037】また、実施例3と同様な実験を行ったとこ
ろ、図5に示したものとほぼ同様な結果が得られ、微小
突起のレジストパタンに金を蒸着して作製した微小突起
構造電極3により効率的に妨害物質を除去することがで
きた。また、この工程では、実施例3のようにフッ酸に
よるウエットエッチング工程を省くことが出来、危険な
試薬を使用することなくセンサー作製が可能となる。
Further, when an experiment similar to that of Example 3 was conducted, almost the same result as that shown in FIG. 5 was obtained, and the microprojection structure electrode 3 prepared by vapor-depositing gold on the resist pattern of the microprojections was produced. It was possible to efficiently remove the interfering substance. Further, in this step, the wet etching step with hydrofluoric acid as in Example 3 can be omitted, and the sensor can be manufactured without using a dangerous reagent.

【0038】[0038]

【実施例9】図9は、微小突起構造電極3を有するセン
サーの製造工程のさらに他の実施例示す。直径75m
m、厚さ0.5mmのガラス基板40上にポジ型のフォ
トレジスト39(TSR−V3)を毎分4000回転で
スピンコートし、90℃のホットプレート上で90秒間
ベークした(図9a)後、マスクアライナー(PLA−
501)にて微小突起構造電極3及び作用電極4、参照
電極5、対向電極6の3電極部分のパタンを露光した。
次に、レジスト現像液にて90秒間現像後、純水にて2
分間リンスしてレジストパタンを形成した(図9b)。
次に、当該基板40上に真空蒸着装置にて真空を破るこ
となく5nm厚のクロムに続いて100nm厚の金41
を蒸着した(図9c)。続いて、当該基板40をメチル
エチルケトンに浸漬し、超音波をかけながらレジストを
剥離し、金の微小突起構造電極3の下地及び3電極4,
5,6を作製した(図9d)。当該基板40をダイシン
グソーにて所定の大きさにカットした後、基板40上に
ポジ型厚膜レジスト42(THB−516−L)を20
μm厚に塗布し(図9e)、マスクアライナーにて多数
の微小突起16部分のパタンを露光、現像、リンスを
し、微小突起が形成されるべき部分がホール43となる
柱状のレジストパタンを形成した(図9f)。この基板
40を金のメッキ液に浸漬し、当該ホール43の底に露
出した下地の金部分につながる金のパッド8を電鋳用の
定電圧電源に接続し、温度60℃、電流密度50mA/
cm2、電着速度80μm/hの条件で15分間金メッ
キした(図9g)。その後、当該基板40をメチルエチ
ルケトンに浸漬して超音波をかけながらレジスト42を
剥離し、20μm厚の金電鋳による多数の円柱状微小突
起44を作製した(図9h)。このようにして、図1b
と同様の微小突起構造電極3を作製した。次に、実施例
1と同様の方法で作用電極4表面を西洋わさびペルオキ
シターゼを含むオスミウム−ポリビニルピリジン錯体か
らなる膜およびグルタミン酸酸化酵素をコラーゲンと混
合した膜で修飾し、参照電極5上に銀をメッキした。
[Embodiment 9] FIG. 9 shows still another embodiment of the manufacturing process of the sensor having the microprojection structure electrode 3. 75m diameter
After positive spin photoresist 39 (TSR-V3) was spin-coated at 4000 rpm on a glass substrate 40 having a thickness of 0.5 mm and a thickness of 0.5 mm, and baked on a hot plate at 90 ° C. for 90 seconds (FIG. 9a). , Mask aligner (PLA-
In 501), the pattern of the three-electrode portion of the microprojection structure electrode 3, the working electrode 4, the reference electrode 5, and the counter electrode 6 was exposed.
Next, after developing for 90 seconds with a resist developing solution, it is washed with pure water for 2 seconds.
A rinse pattern was formed by rinsing for a minute (FIG. 9b).
Next, on the substrate 40, a 5 nm thick chromium film was formed on the substrate 40 without breaking the vacuum, followed by a 100 nm thick gold film 41.
Was vapor deposited (FIG. 9c). Then, the substrate 40 is immersed in methyl ethyl ketone, the resist is peeled off while applying ultrasonic waves, and the base of the gold microprojection structure electrode 3 and the three electrodes 4,
5 and 6 were produced (Fig. 9d). After cutting the substrate 40 into a predetermined size with a dicing saw, a positive thick film resist 42 (THB-516-L) 20 is formed on the substrate 40.
It is applied to a thickness of μm (FIG. 9e), and a pattern of a large number of minute projections 16 is exposed, developed and rinsed with a mask aligner to form a columnar resist pattern in which the holes 43 are formed in the areas where the minute projections are to be formed. (Fig. 9f). This substrate 40 is immersed in a gold plating solution, the gold pad 8 connected to the underlying gold portion exposed at the bottom of the hole 43 is connected to a constant voltage power source for electroforming, and the temperature is 60 ° C. and the current density is 50 mA /
Gold was plated for 15 minutes under conditions of cm 2 and electrodeposition rate of 80 μm / h (FIG. 9g). After that, the substrate 40 was immersed in methyl ethyl ketone, the resist 42 was peeled off while applying ultrasonic waves, and a large number of cylindrical fine projections 44 of 20 μm thick were formed by gold electroforming (FIG. 9h). Thus, FIG.
A microprojection structure electrode 3 similar to that was produced. Next, in the same manner as in Example 1, the surface of the working electrode 4 was modified with a film composed of an osmium-polyvinylpyridine complex containing horseradish peroxidase and a film in which glutamate oxidase was mixed with collagen, and silver was applied on the reference electrode 5. Plated.

【0039】一方、キャピラリー22,23を有する第
1の基板(ふた用基板)1は以下の工程にて作製した。
まず、直径75mm、厚さ0.5mmのガラス基板1に
スパッタ装置により低融点ガラス(#7570)を0.
2μm厚にスパッタ堆積した。次に、ポジ型厚膜レジス
トを20μm厚に塗布し、パタンを露光、現像、リンス
して微小突起構造電極3及び3電極4,5,6の上部に
当たる部分が露出したレジストパタンを形成した。ダイ
シングソーにて所定の形状に切断した後、当該基板をフ
ッ酸緩衝液に浸漬し、低融点ガラスおよびその下のガラ
ス基板1を20μmエッチングした。メチルエチルケト
ンによりレジストを剥離した後、実施例8と同様にダイ
シングソーにより流路7の上部となる部分を加工した。
On the other hand, the first substrate (lid substrate) 1 having the capillaries 22 and 23 was manufactured by the following steps.
First, a glass substrate 1 having a diameter of 75 mm and a thickness of 0.5 mm was coated with a low melting point glass (# 7570) by a sputtering device.
It was sputter deposited to a thickness of 2 μm. Next, a positive thick film resist was applied to a thickness of 20 μm, and the pattern was exposed, developed, and rinsed to form a resist pattern in which the portions corresponding to the upper portions of the microprojection structure electrode 3 and the three electrodes 4, 5 and 6 were exposed. After cutting into a predetermined shape with a dicing saw, the substrate was immersed in a hydrofluoric acid buffer solution, and the low-melting glass and the glass substrate 1 thereunder were etched by 20 μm. After removing the resist with methyl ethyl ketone, the upper part of the channel 7 was processed with a dicing saw in the same manner as in Example 8.

【0040】実施例3と同様に微小流路2を有する第1
の基板1の溝部分にキャピラリー22,23をはさみ、
図9の工程で作製した微小突起構造電極3及び3電極
4,5,6を有する第2の基板13と第1の基板1とを
陽極接合装置にてアライメントし、1kVの電圧を5分
間印加して二つの基板1,13を接合させた。実施例3
と同様に当該センサの薄層電気化学セルにシリンジ25
を接続し、各電極3,4,5,6のパッド8,9,1
0,11をポテンシオスタット24に接続した。微小突
起構造電極3および作用電極4にそれぞれ450mV、
0mVの電位を印加し、10μMのグルタミン酸および
100μMのアスコルビン酸の混合溶液を吸引した。そ
の結果、作用電極4にグルタミン酸による40nAの還
元電流が流れた。微小突起構造電極3に電位を印加しな
いと、アスコルビン酸の酸化が作用電極4においても起
こり、160nAの酸化電流が観測され、グルタミン酸
のみによる信号電流を測定することはできなかった。
First Example Having Minute Channels 2 Similar to Example 3
Insert the capillaries 22 and 23 into the groove of the substrate 1 of
The second substrate 13 having the microprojection structure electrode 3 and the three electrodes 4, 5 and 6 manufactured in the step of FIG. 9 and the first substrate 1 are aligned by an anodic bonding apparatus, and a voltage of 1 kV is applied for 5 minutes. Then, the two substrates 1 and 13 were joined. Example 3
Similarly to the sensor, the thin-layer electrochemical cell of the sensor is attached to the syringe 25.
, And pads 8, 9, 1 of each electrode 3, 4, 5, 6
0 and 11 were connected to potentiostat 24. 450 mV to the micro-projection structure electrode 3 and the working electrode 4, respectively
A potential of 0 mV was applied, and a mixed solution of 10 μM glutamate and 100 μM ascorbic acid was aspirated. As a result, a reduction current of 40 nA due to glutamic acid flowed through the working electrode 4. When a potential was not applied to the microprojection structure electrode 3, ascorbic acid was also oxidized in the working electrode 4, an oxidation current of 160 nA was observed, and the signal current due to glutamic acid alone could not be measured.

【0041】[0041]

【実施例10】実施例3と同様な方法により、図1bに
示すような多数の微小突起16を有する微小突起構造電
極3、作用電極4、参照電極5、対向電極5及び流路7
を有する第2の基板13を作製した。この基板13の微
小突起構造電極3のパッド8を定電圧電源接続し、金線
と共に、コリン酸化酵素10mg/mLを溶解させた白
金のメッキ液に浸漬した。温度45℃、電流密度50m
A/cm2、電着速度80μm/hの条件で6分間金メ
ッキした。メッキ後、多数の微小突起16はその表面が
白金黒とコリンオキシターゼ複合体により覆われた。そ
の後、作用電極4表面を西洋わさびペルオキシターゼを
含むオスミウム−ポリビニルピリジン錯体からなる膜お
よびアセチルコリンエステラーゼ及びコリン酸化酵素を
BSAと混合し、グルタルアルデヒド0.2%で架橋し
た膜で修飾した。また、参照電極5上に銀ペーストを塗
布した。
Tenth Embodiment In the same manner as in the third embodiment, a microprojection structure electrode 3 having a large number of microprojections 16 as shown in FIG. 1b, a working electrode 4, a reference electrode 5, a counter electrode 5, and a channel 7 are provided.
The second substrate 13 having The pad 8 of the microprojection structure electrode 3 on the substrate 13 was connected to a constant voltage power source, and was immersed together with the gold wire in a platinum plating solution in which 10 mg / mL of choline oxidase was dissolved. Temperature 45 ° C, current density 50m
Gold plating was performed for 6 minutes under the conditions of A / cm 2 and electrodeposition rate of 80 μm / h. After plating, the surface of many microprojections 16 was covered with platinum black and a choline oxidase complex. After that, the surface of the working electrode 4 was modified with a film made of an osmium-polyvinylpyridine complex containing horseradish peroxidase and acetylcholinesterase and choline oxidase were mixed with BSA and crosslinked with 0.2% glutaraldehyde. Further, a silver paste was applied on the reference electrode 5.

【0042】一方、微小流路2を有する第1の基板1は
ダイシングソーを用いて実施例3の図1aに示したもの
と同様な基板1を作製した。その後、UV硬化樹脂によ
り2枚の基板1,13を接合した。
On the other hand, as the first substrate 1 having the minute flow paths 2, a substrate 1 similar to that shown in FIG. 1a of Example 3 was prepared by using a dicing saw. After that, the two substrates 1 and 13 were bonded with a UV curable resin.

【0043】実施例3と同様に当該センサの薄層電気化
学セルにシリンジ25を接続し、微小突起構造電極3及
び3電極4,5,6の各パッド8,9,10,11をポ
テンシオスタット24に接続した。微小突起構造電極3
および作用電極4にそれぞれ450mV、0mVの電位
を印加し、1μMのアセチルコリンおよび100μMの
コリンの混合溶液を吸引した。その結果、作用電極4に
3.5nAの還元電流が流れた。この値は、コリンを混
合せず、1μMのアセチルコリンのみを測定した値
(3.3nAの還元電流)とほぼ等しかった。一方、微
小突起構造電極3に電位を印加しないと、コリンは多数
の微小突起16部分で酸化されるが、発生した過酸化水
素が作用電極4上で反応し、5μAの大きな還元電流が
観測された。これは、コリンもアセチルコリンと同時に
作用電極4上で参加され、アセチルコリンのみを検出で
きないためである。これらの結果より、酵素を固定化し
た多数の微小突起16を有する微小突起構造電極3を用
いることにより、選択性よくアセチルコリンのみを検出
できることがわかった。
As in Example 3, the syringe 25 was connected to the thin-layer electrochemical cell of the sensor, and the pads 8, 9, 10, 11 of the microprojection structure electrode 3 and the three electrodes 4, 5, 6 were potentiated. Connected to Stat 24. Micro-projection structure electrode 3
A potential of 450 mV and 0 mV was applied to the working electrode 4 and the mixed solution of 1 μM acetylcholine and 100 μM choline was sucked. As a result, a reduction current of 3.5 nA flowed through the working electrode 4. This value was almost equal to the value obtained by measuring only 1 μM acetylcholine without mixing choline (reduction current of 3.3 nA). On the other hand, when no potential is applied to the microprojection structure electrode 3, choline is oxidized at many microprojections 16 but the generated hydrogen peroxide reacts on the working electrode 4 and a large reduction current of 5 μA is observed. It was This is because choline also participates on the working electrode 4 at the same time as acetylcholine and only acetylcholine cannot be detected. From these results, it was found that by using the microprojection structure electrode 3 having a large number of microprojections 16 on which an enzyme is immobilized, only acetylcholine can be detected with high selectivity.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上説明したように、本発明による微小
突起構造電極を有する微小量オンラインバイオセンサー
は、次の効果を有する。
As described above, the minute amount online biosensor having the microprojection structure electrode according to the present invention has the following effects.

【0045】第1に、多数の微小突起の表面を導電性の
材料で修飾した場合、微小突起構造電極の表面が導電性
であるため、微小突起構造電極に電圧を印加する事によ
り、電気化学検出の際支障となる電気化学的に活性な物
質を除去することが出来る。また、微小突起を多数有す
るため、表面積が大きく、効率よく電気分解が行われる
ため、短時間で反応を完結させることが出来、平坦な電
極に比べ、その効果は大きい。
First, when the surface of a large number of microprojections is modified with a conductive material, the surface of the microprojection structure electrode is conductive, so that a voltage is applied to the microprojection structure electrode to cause an electrochemical reaction. It is possible to remove the electrochemically active substance that interferes with the detection. In addition, since it has a large number of minute protrusions, it has a large surface area, and electrolysis is efficiently performed. Therefore, the reaction can be completed in a short time, and its effect is greater than that of a flat electrode.

【0046】第2に、多数の微小突起の表面を特定物質
と反応する触媒機能を有する酵素等の生体物質で修飾す
ることにより、平坦な構造に比べ、酵素等を効率よく反
応させることが出来るため、活性の低い酵素等を使用す
る際に、非常に有用である。
Second, by modifying the surface of a large number of microprotrusions with a biological substance such as an enzyme having a catalytic function for reacting with a specific substance, the enzyme can be reacted more efficiently than a flat structure. Therefore, it is very useful when using an enzyme having low activity.

【0047】第3に、微小突起構造電極の表面は導電性
であるため、微小突起構造電極3と作用電極4とを電極
に用いることにより、2成分の同時測定が可能となる。
Thirdly, since the surface of the microprojection structure electrode is electrically conductive, by using the microprojection structure electrode 3 and the working electrode 4 as electrodes, simultaneous measurement of two components becomes possible.

【0048】第4に、多数の微小突起間を溶液が流れる
ことにより、これより上流で合流された複数の溶液を効
率よく混合することが出来る。
Fourth, since the solution flows between a large number of minute projections, it is possible to efficiently mix a plurality of solutions joined upstream from this.

【0049】第5に、微小突起間の間隙は常に一定であ
るため、流路に長時間圧力が印加されても、ビーズのよ
うに移動せず、めづまりがおこらないという利点を有す
る。
Fifth, since the gaps between the minute projections are always constant, there is an advantage that even if pressure is applied to the flow channel for a long time, it does not move like beads and no clogging occurs.

【0050】第6に、第1の基板と第2の基板とを常温
で貼り合わせることが可能となり、酵素の活性を失わせ
ずにセンサーを作製できる。
Sixth, it becomes possible to bond the first substrate and the second substrate at room temperature, and the sensor can be manufactured without losing the activity of the enzyme.

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

【図1】本発明の実施例1におけるセンサーの構成を示
す図である。 図1aは、微小流路を有する第1の基
板、図1bは、微小突起構造電極、3電極、流路を有す
る第2の基板、図1cは、微小突起構造リアクタ、3電
極、流路を有する第2の基板の各構成を示す。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a sensor according to a first embodiment of the present invention. 1a shows a first substrate having a microchannel, FIG. 1b shows a microprojection structure electrode, three electrodes, a second substrate having a channel, and FIG. 1c shows a microprojection structure reactor, three electrodes, a channel. Each structure of the second substrate included is shown.

【図2】本発明の実施例3におけるセンサーの製造工程
を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a process of manufacturing a sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図3】実施例3におけるセンサーの構成を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a sensor according to a third embodiment.

【図4】実施例3におけるセンサーを用いた測定系の構
成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a measurement system using a sensor in Example 3.

【図5】実施例3におけるセンサーを用いた測定したア
スコルビン酸の応答を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the response of ascorbic acid measured using the sensor in Example 3.

【図6】実施例6におけるセンサーの構造を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing a structure of a sensor in Example 6.

【図7】実施例7におけるセンサーを用いた測定系の構
成を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a measurement system using a sensor in Example 7.

【図8】実施例8におけるセンサーの製造工程を示す図
である。
FIG. 8 is a diagram showing a process of manufacturing the sensor according to the eighth embodiment.

【図9】実施例9におけるセンサーの製造工程を示す図
である。
FIG. 9 is a diagram showing a process of manufacturing the sensor according to the ninth embodiment.

【図10】実施例3における微小流路を有する第1の基
板の製造工程図である。
FIG. 10 is a manufacturing process diagram of a first substrate having minute channels according to the third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1.第1の基板 2.微小流路 3.微小突起構造電極 4.作用電極 5.参照電極 6.対向電極 7.流路 8.微小突起構造電極のパッド 9.作用電極のパッド 10.参照電極のパッド 11.対向電極のパッド 12.微小突起構造リアクタ 13.第2の基板 14.レジスト 15.流路の溝 16.微小突起 17.レジスト 18.金 19.銀 20.オスミウムを含むポリビニルピリジン錯体 21.グルタミン酸酸化酵素をコラーゲンと混合した膜 22.サンプリング用キャピラリー 23.シリンジ接
続用キャピラリー 24.ポテンシオスタット 25.シリンジ 26.上層がアセチルコリンエステラーゼとコリンオキ
シデースの混合物、下層がオスミウムを含むポリビニル
ピリジン錯体の2層 27.上層がコリンオキシデース、下層がオスミウムを
含むポリビニルピリジン錯体の2層 28.分岐 29.100μMαーケトグルタル酸とギャバーゼを含
むリン酸緩衝溶液を満たしたシリンジ 30.シリンジ 31.1μMのGABAを含むリン酸緩衝溶液 32.石英ウエハ 33.レジスト 34.金 35.レジスト 36.レジストからなる微小突起 37.レジストからなる流路の側壁 38.金薄膜 39.レジスト 40.ガラス基板 41.金 42.レジスト 43.ホール 44.金電鋳による微小突起
1. First substrate 2. Micro channel 3. Microprojection structure electrode 4. Working electrode 5. Reference electrode 6. Counter electrode 7. Channel 8. Micro-protrusion structure electrode pad 9. Working electrode pad 10. Reference electrode pad 11. Counter electrode pad 12. Microprojection structure reactor 13. Second substrate 14. Resist 15. Channel groove 16. Minute protrusions 17. Resist 18. Fri 19. Silver 20. Polyvinyl pyridine complex containing osmium 21. Membrane in which glutamate oxidase is mixed with collagen 22. Capillary for sampling 23. Capillary for syringe connection 24. Potentiostat 25. Syringe 26. The upper layer is a mixture of acetylcholinesterase and choline oxydose, and the lower layer is a bilayer of polyvinyl pyridine complex containing osmium. 2 layers of polyvinyl pyridine complex containing choline oxydose in the upper layer and osmium in the lower layer 28. Branch 29. Syringe filled with a phosphate buffer solution containing 100 μM α-ketoglutarate and gabase. Syringe 31.1 μM GABA in phosphate buffer solution 32. Quartz wafer 33. Resist 34. Money 35. Resist 36. Microprojections 37 made of resist Side wall of flow path made of resist 38. Gold thin film 39. Resist 40. Glass substrate 41. Gold 42. Resist 43. Hall 44. Micro-projection by gold electroforming

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丹羽 修 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 堀内 勉 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 鳥光 慶一 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 森田 雅夫 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平9−127039(JP,A) 特開 平9−292360(JP,A) 特開 平5−223772(JP,A) 特開 平10−38844(JP,A) 特開 平10−90214(JP,A) 特開 平11−83784(JP,A) 特開 昭63−279153(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/28 321 C12Q 1/00 G01N 27/327 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Osamu Niwa 3-19-3 Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Inside Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Tsutomu Horiuchi 3-19-3 Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo No. 2 Japan Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Keiichi Torizumi 3-19-3 Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Japan Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Masao Morita Three Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation (56) References JP-A-9-127039 (JP, A) JP-A-9-292360 (JP, A) JP-A-5-223772 (JP, A) JP-A-10-38844 (JP, A) JP-A-10-90214 (JP, A) JP-A-11-83784 (JP, A) JP-A-63-279153 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01N 27/28 321 C12Q 1/00 G01N 27/327

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】二つの微小流路が形成された絶縁性の第1
の基板と、内部に作用電極、参照電極、対向電極とこれ
ら3電極上を生体試料が流れる流路とを有する薄層電気
化学セルが形成された第2の基板とを、該二つの微小流
路と該流路とが連続するように貼合せた構造を有し、該
流路において、該作用電極の上流部分に多数の微小突起
が形成されていることを特徴とする微少量オンラインバ
イオセンサー。
1. An insulative first in which two minute channels are formed.
And a second substrate in which a thin-layer electrochemical cell having a working electrode, a reference electrode, a counter electrode, and a flow path through which a biological sample flows on these three electrodes is formed. A minute amount online biosensor characterized by having a structure in which a channel and the flow channel are bonded so as to be continuous, and a large number of minute protrusions are formed in an upstream portion of the working electrode in the flow channel. .
【請求項2】請求項1において、該多数の微小突起の表
面が導電性の材料で修飾され、電極として働くことを特
徴とする微少量オンラインバイオセンサー。
2. The minute amount online biosensor according to claim 1, wherein the surface of the large number of microprotrusions is modified with a conductive material to function as an electrode.
【請求項3】請求項1において、該多数の微小突起の表
面が、特定物質と反応する酵素等の生体物質で修飾され
ていることを特徴とする微少量オンラインバイオセンサ
ー。
3. The minute amount online biosensor according to claim 1, wherein the surface of the plurality of microprojections is modified with a biological substance such as an enzyme that reacts with a specific substance.
【請求項4】二つの微小流路を絶縁性の第1の基板に形
成し、該第1の基板にサンプリング用のキャピラリ、或
いはマイクロダイヤリシスプローブを接続し、第2の基
板にフォトリソグラフィ法により導電体薄膜からなる作
用電極、参照電極、対向電極を形成した後、再びフォト
リソグラフィ法により薄層電気化学セルの流路と多数の
微小突起とを、生体試料が該多数の微小突起、該作用電
極、該参照電極、該対向電極上を流れるように、かつ該
作用電極の上流部分に該多数の微小突起が配置されるよ
うに形成し、該多数の微小突起の表面を導電性の材料、
或いは特定物質と反応する酵素等の生体物質により修飾
した後、該第1の基板と該第2の基板とを該二つの微小
流路と該流路とが連続するように貼合せることを特徴と
する微少量オンラインバイオセンサーの製造方法。
4. Two microchannels are formed on an insulating first substrate, a sampling capillary or a microdialysis probe is connected to the first substrate, and a photolithography method is used on the second substrate. After forming the working electrode, the reference electrode, and the counter electrode made of a conductive thin film by the photolithography method, the flow path of the thin-layer electrochemical cell and a large number of microprotrusions are again formed by the biological sample. The working electrode, the reference electrode, and the counter electrode are formed so as to flow over the working electrode, and the large number of microprojections are arranged in the upstream portion of the working electrode, and the surfaces of the large number of microprojections are made of a conductive material. ,
Alternatively, after being modified with a biological substance such as an enzyme that reacts with a specific substance, the first substrate and the second substrate are bonded so that the two minute channels and the channels are continuous. And a method for manufacturing a minute amount of online biosensor.
【請求項5】二つの微小流路を絶縁性の第1の基板に形
成し、該第1の基板にサンプリング用のキャピラリ、或
いはマイクロダイヤリシスプローブを接続し、第2の基
板にフォトリソグラフィ法とエッチング法とを併用して
薄層電気化学セルの流路と多数の微小突起とを形成した
後、再びフォトリソグラフィ法により導電性薄膜からな
る作用電極、参照電極、対向電極を、生体試料が該多数
の微小突起とこれら3電極上を流れるように、かつ該作
用電極の上流部分に該多数の微小突起が配置されるよう
に形成し、該多数の微小突起の表面を導電性の材料、或
いは酵素等の特定物質と反応する生体物質により修飾し
た後、該第1の基板と該第2の基板とを該二つの微小流
路と該流路とが連続するように貼合せることを特徴とす
る微少量オンラインバイオセンサーの製造方法。
5. A microscopic flow path is formed on a second substrate by forming two minute channels on an insulating first substrate, connecting a sampling capillary or a microdialysis probe to the first substrate. And the etching method are used together to form the flow path of the thin-layer electrochemical cell and a large number of minute projections, and then the working electrode, the reference electrode, and the counter electrode made of the conductive thin film are formed again by the photolithography method to form the biological sample. The plurality of minute projections are formed so as to flow over the three electrodes and the plurality of minute projections are arranged in the upstream portion of the working electrode, and the surfaces of the plurality of minute projections are made of a conductive material. Alternatively, after being modified with a biological substance that reacts with a specific substance such as an enzyme, the first substrate and the second substrate are bonded so that the two minute channels and the channels are continuous. A small amount online Method of manufacturing a biosensor.
【請求項6】二つの微小流路を絶縁性の第1の基板に形
成し、該第1の基板にサンプリング用のキャピラリ、或
いはマイクロダイヤリシスプローブを接続し、第2の基
板にフォトリソグラフィ法と、エッチング法あるいはリ
フトオフ法とを併用して作用電極、参照電極、対向電極
を形成し、その後、フォトリソグラフィ法と電鋳法とを
併用して薄層電気化学セルの流路と多数の柱状微小突起
とを、生体試料が該多数の柱状微小突起、該作用電極、
該参照電極、該対向電極上を流れるように、かつ該作用
電極の上流部分に該多数の柱状微小突起が配置されるよ
うに形成し、該柱状微小突起の表面を導電性の材料、或
いは特定物質と反応する酵素等の生体物質で修飾した
後、該第1の基板と該第2の基板とを該二つの微小流路
と該流路とが連続するように貼合せることを特徴とする
微少量オンラインバイオセンサーの製造方法。
6. A microlithography method is formed on a second substrate by forming two minute channels on an insulating first substrate, connecting a sampling capillary or a microdialysis probe to the first substrate. And the etching method or the lift-off method are used together to form the working electrode, the reference electrode, and the counter electrode, and then the photolithography method and the electroforming method are used together to form the flow path of the thin-layer electrochemical cell and a large number of columns. The microprotrusions, the biological sample is a large number of columnar microprotrusions, the working electrode,
It is formed so as to flow on the reference electrode and the counter electrode, and the large number of columnar microprojections are arranged in the upstream portion of the working electrode, and the surface of the columnar microprojections is made of a conductive material or specified. After being modified with a biological substance such as an enzyme that reacts with a substance, the first substrate and the second substrate are bonded so that the two minute channels and the channels are continuous. Manufacturing method of micro amount online biosensor.
【請求項7】請求項4ないし請求項6のいずれか一項に
おいて、該第1の基板と該第2の基板とを貼合せる工程
が、光硬化性接着剤、あるいはポリマー薄膜を溶媒蒸気
で溶解させたもの、或いは低融点ガラス薄膜を用いて貼
合せる工程であることを特徴とする微少量オンラインバ
イオセンサーの製造方法
7. The method according to any one of claims 4 to 6.
In the step of laminating the first substrate and the second substrate, the step of laminating using a photo-curable adhesive, a polymer thin film dissolved in a solvent vapor, or a low melting point glass thin film. A small amount of online
Io sensor manufacturing method .
【請求項8】請求項6において、該柱状微小突起の表面
への生体物質による修飾と、電鋳法による該柱状微小突
起の形成とを同時に行うことを特徴とする微少量オンラ
インバイオセンサーの製造方法。
8. The method for producing a minute amount of online biosensor according to claim 6, wherein the surface of the columnar microprojections is modified with a biological material and the columnar microprojections are formed by electroforming at the same time. Method.
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