JP3985417B2 - バイオセンサおよびその製造方法 - Google Patents
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- C12Q1/005—Enzyme electrodes involving specific analytes or enzymes
- C12Q1/006—Enzyme electrodes involving specific analytes or enzymes for glucose
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検体液中の測定対象物質について、迅速に定量を実施する為のバイオセンサとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
検体液中の特定の測定対象物質を計測するバイオセンサとして、例えば、血液中のグルコースとセンサ中に担持されたグルコースオキシダーゼ、フェリシアン化カリウム等の試薬との反応により得られる電流値を計測することにより血糖値を求めるものがある。図２はそのような従来の血糖値測定用センサの製造工程を示す分解図である。
【０００３】
ポリエチレンテレフタレートのようなフィルム状の絶縁性基板１上にスクリーン印刷等により銀ペーストを用いて作用極、対極から測定端子２ａ，３ａまでの一対の導電性リード部２、３を形成する。その導電性リード部２，３の先端部２ｂ，３ｂには後ほど形成される作用電極および対電極に概略沿うような形状にしてある。すなわち、導電性リード部２の先端部２ｂは四辺形状に、導電性リード部３の先端部３ｂはその四辺形状部を取り囲むような形状にしてある。そして、それぞれの前記先端部２ａ，３ａと重複するようにカーボンペーストを用いて所定の形状の作用電極４、対電極５を形成する。
【０００４】
次に、前記作用電極４、対電極５および接続端子２ａ，３ａを露出するように絶縁ペーストを重ね刷りし、絶縁層６を形成する。この露出された両電極４，５上に両電極４，５を橋絡するように、親水性高分子としてカルボキシメチルセルロース、酵素としてグルコースオキシダーゼ、電子受容体としてフェリシアン化カリウムを含む反応層７を形成する。
【０００５】
その後、図３に示すように、接続端子２ａ，３ａを残して反応層７を覆うように、先端に開口を有する検体供給溝１０の形成されたスペーサー８が裏面に張り付けられたカバーを、前記検体供給溝１０の終端部分が反応層７の上に位置するように接着する。なお、１１は前記検体供給溝１０の終端部に形成された空気孔である。
【０００６】
以上の構成のセンサを測定器に装着し、前記検体供給溝１０の開口へ測定すべき血液サンプルをふれさせると、検体供給溝１０を通じて毛細管現象により、反応層７へ所定量のサンプルが導入され、所定の反応が起こるよう構成されており、その反応にともなう電流値を接続端子２ａ，３ａを介して測定器側で読み取り、その電流値から前記測定対象物質であるグルコースの含有量を測定するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなバイオセンサの場合、作用電極４および対電極５は、銀よりなる導電性リード部の先端部２ｂ，３ｂとほぼ同形状のカーボン電極をスクリーン印刷により重ね刷りして形成されているため、カーボン印刷の印刷状態、乾燥温度、上カバーの貼り圧などにより、カーボン電極にピンホール、割れが発生し、作用電極４、対電極５の下層部の導電性リード部が表面に露出し、上記電子受容体であるフェリシアン化カリウムと接することにより、ブランク値の上昇、ＣＶの悪化が起こる。
【０００８】
さらに、作用電極に関しては銀の酸化電流によるブランク値の上昇、ＣＶの悪化が起こり、センサ精度が悪化するという問題を有していた。また、上記問題は高湿度環境下でさらに影響が大きくなる為、乾燥状態での保存が不可欠であった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する為に、本発明のバイオセンサは、前記両導電性リード部の上方には前記両電極に接する前記反応層が設けられていないことを特徴とするものであり、たとえ前記両導電性リード部の上方の両電極ににピンホールや亀裂が生じてもその部分の両電極に接して反応層が設けられていないため、フェリシアン化カリウムと導電性リード部が接することはないものである。さらに、作用極においては銀の酸化電流を防止することができ、高湿度環境下でも高品質のバイオセンサを提供できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、絶縁基板上に形成された一対の導電性リード部と、その一方の導電性リード部の先端に、一部がその導電性リード部と重複するように前記基板上に形成された作用電極と、他方の導電性リード部の先端に、一部がその導電性リード部と重複するように前記基板上に形成された対電極と、前記両電極の上にその両電極を橋絡するように形成された検体液中の測定対象物と反応する反応層とを有し、前記一対の導電性リード部を通じて得られる前記測定対象物と反応層との反応に基づく電流値から前記測定対象物の含有量を計測するバイオセンサにおいて、前記導電性リード部上に重複して形成された作用電極及び対電極を覆うとともに、導電性リード部に重複していない作用電極及び対電極を露出するように絶縁層を設け、前記両導電性リード部の上方には前記両電極に接する前記反応層を設けないようにしたことを特徴とするバイオセンサであり、前記両導電性リード部の上方の両電極にピンホールや亀裂が生じてもその部分の両電極に接して反応層が設けられていないため、例えばフェリシアン化カリウムと導電性リード部が接することはないものである。さらに、作用極においては銀などよりなる導電性リード部の酸化電流を防止することができ、高湿度環境下でも高品質のバイオセンサを提供できる。
【００１１】
本発明の請求項５に記載の発明は、絶縁基板上に一対の導電性リード部を形成し、その一方の導電性リード部の先端に一部がその導電性リード部と重複するように作用電極を、他方の導電性リード部の先端に一部がその導電性リード部と重複するように対電極をそれぞれ形成し、その両電極の前記導電性リード部上に形成された部分を覆うよう絶縁層を形成した後、前記両電極の上にその両電極を橋絡するように形成された検体液中の測定対象物と反応する反応層を設けるたことを特徴とするバイオセンサの製造方法であり、両電極の前記導電性リード部上に形成された部分を覆うよう絶縁層を形成した後に、前記両電極の上に反応層を設けるため、この上の両電極にピンホールや亀裂が生じてもその部分の両電極に接して反応層が設けられていないため、反応層と導電性リード部が接することはないものである。
【００１２】
（実施の形態）
以下、本発明の一実施の形態における血糖値測定用センサについて、図１を参照して説明する。図１は血糖値測定用センサの製造工程を示す分解図であり、図２に示した従来構成と同様な部位には同一符号を付している。
【００１３】
まず、従来と同様に、基板１上に導電性リード部２、３を銀ペーストなどにより金属材によって形成する。そのとき従来と異なるのは、導電性リード部２、３の先端部２ｂ，３ｂが従来のように作用電極および対電極に沿った形状でなく、単に直線状に終結されていることである。このリード部の先端部２ｂ，３ｂと一部重複するように所定形状より大きめの作用電極４と対電極５をカーボンを主体とするカーボンペーストを用いて形成する。
【００１４】
その上に作用電極４、対電極５、接続端子２ａ，３ａが露出するように絶縁ペーストを重ね刷りし、絶縁層６を形成する。この時、前記導電性リード部の先端部２ｂ，３ｂ上に形成された作用電極４、対電極５の部分は前記絶縁層６により覆われるようにする。
【００１５】
このように構成された両電極４、５上に水溶性高分子（カルボキシメチルセルロース）、酵素（グルコースオキシダーゼ）、電子伝達体（フェリシアン化カリウム）を含む所定の試薬反応層７を形成させる。この時、前記反応層７が広範囲に設けられ、導電性リード部の先端部２ｂ，３ｂ上に形成された作用電極４、対電極５の部分の上方に反応層７が形成されても、その部分は前記絶縁層６により覆われているため、その部分の作用電極４、対電極５には反応層７が接しないように構成されている。すなわち、その部分の作用電極４、対電極５上には実質的に反応層７が設けられていない構成となっている。
【００１６】
その後、従来と同様に検体供給溝１０を有するカバー９を接着するが、前記検体供給溝１０が前記導電性リード部の先端部２ｂ，３ｂ上に形成された作用電極４、対電極５の部分の上方に位置しないように配慮されている。
【００１７】
図４は温度４０℃、湿度８０％の過酷な状態で保存した上記構成のセンサで精製水を測定（ブランク値）した結果である。１０回測定時の平均をプロットしたものであり、高温多湿の過酷な環境下においてもブランク値の上昇が抑制できることを示すものである。
【００１８】
（表１）は血中グルコース濃度４２〜６００ｍｇ／ｄｌにおける２０回測定時のセンサ精度を比較したものである。センサ精度とは血液を毛細管内に吸引させた後、約２５秒間試薬と血液中のグルコースとの反応を促進させた後、作用電極の接続端子２ａと対電極の接続端子３ａ間に０．５Vの電圧を印加し、その５秒後に得られた電流値のバラツキ精度であり、本実施例センサの測定バラツキが従来センサに対し大幅に縮小軽減された事を示すものである。
【００１９】
【表１】
【００２０】
図４および（表１）の結果から明らかなように、本実施例センサを用いる事で保存安定性に優れた、バラツキの少ない高感度なバイオセンサを実現することができる。なお、前記実施の形態では、血糖値測定用センサを例に挙げたが、同様な構成よりなるコレステロール、乳酸などの測定用センサにも同様な効果が得られるものである。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、作用電極や対電極にピンホールや亀裂が生じたとしても、電子受容体である、例えばフェリシアン化カリウムと導電性リード部分に接することなく、さらに作用極においては銀などの金属よりなるのリード部の酸化電流を完全に防止することができ、高湿度環境下でも保存安定性に優れた、高品質のバイオセンサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における血糖値測定センサの製造工程を示す分解図
【図２】本発明の一実施の形態における血糖値測定センサと従来の血糖値測定センサの全血精度（ＣＶ値）の比較を示す図
【図３】従来の血糖値測定センサの製造工程を示す分解図
【図４】従来の血糖値測定センサの分解斜視図
【符号の説明】
１ 基板
２，３ 導電性リード
２ａ，３ａ 接続端子
２ｂ，３ｂ 先端部
４ 作用電極
５ 対電極
６ 絶縁層
７ 反応層
８ スペーサー
９ カバー
１０ 検体供給溝
１１ 空気孔
【発明の属する技術分野】
本発明は、検体液中の測定対象物質について、迅速に定量を実施する為のバイオセンサとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
検体液中の特定の測定対象物質を計測するバイオセンサとして、例えば、血液中のグルコースとセンサ中に担持されたグルコースオキシダーゼ、フェリシアン化カリウム等の試薬との反応により得られる電流値を計測することにより血糖値を求めるものがある。図２はそのような従来の血糖値測定用センサの製造工程を示す分解図である。
【０００３】
ポリエチレンテレフタレートのようなフィルム状の絶縁性基板１上にスクリーン印刷等により銀ペーストを用いて作用極、対極から測定端子２ａ，３ａまでの一対の導電性リード部２、３を形成する。その導電性リード部２，３の先端部２ｂ，３ｂには後ほど形成される作用電極および対電極に概略沿うような形状にしてある。すなわち、導電性リード部２の先端部２ｂは四辺形状に、導電性リード部３の先端部３ｂはその四辺形状部を取り囲むような形状にしてある。そして、それぞれの前記先端部２ａ，３ａと重複するようにカーボンペーストを用いて所定の形状の作用電極４、対電極５を形成する。
【０００４】
次に、前記作用電極４、対電極５および接続端子２ａ，３ａを露出するように絶縁ペーストを重ね刷りし、絶縁層６を形成する。この露出された両電極４，５上に両電極４，５を橋絡するように、親水性高分子としてカルボキシメチルセルロース、酵素としてグルコースオキシダーゼ、電子受容体としてフェリシアン化カリウムを含む反応層７を形成する。
【０００５】
その後、図３に示すように、接続端子２ａ，３ａを残して反応層７を覆うように、先端に開口を有する検体供給溝１０の形成されたスペーサー８が裏面に張り付けられたカバーを、前記検体供給溝１０の終端部分が反応層７の上に位置するように接着する。なお、１１は前記検体供給溝１０の終端部に形成された空気孔である。
【０００６】
以上の構成のセンサを測定器に装着し、前記検体供給溝１０の開口へ測定すべき血液サンプルをふれさせると、検体供給溝１０を通じて毛細管現象により、反応層７へ所定量のサンプルが導入され、所定の反応が起こるよう構成されており、その反応にともなう電流値を接続端子２ａ，３ａを介して測定器側で読み取り、その電流値から前記測定対象物質であるグルコースの含有量を測定するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなバイオセンサの場合、作用電極４および対電極５は、銀よりなる導電性リード部の先端部２ｂ，３ｂとほぼ同形状のカーボン電極をスクリーン印刷により重ね刷りして形成されているため、カーボン印刷の印刷状態、乾燥温度、上カバーの貼り圧などにより、カーボン電極にピンホール、割れが発生し、作用電極４、対電極５の下層部の導電性リード部が表面に露出し、上記電子受容体であるフェリシアン化カリウムと接することにより、ブランク値の上昇、ＣＶの悪化が起こる。
【０００８】
さらに、作用電極に関しては銀の酸化電流によるブランク値の上昇、ＣＶの悪化が起こり、センサ精度が悪化するという問題を有していた。また、上記問題は高湿度環境下でさらに影響が大きくなる為、乾燥状態での保存が不可欠であった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する為に、本発明のバイオセンサは、前記両導電性リード部の上方には前記両電極に接する前記反応層が設けられていないことを特徴とするものであり、たとえ前記両導電性リード部の上方の両電極ににピンホールや亀裂が生じてもその部分の両電極に接して反応層が設けられていないため、フェリシアン化カリウムと導電性リード部が接することはないものである。さらに、作用極においては銀の酸化電流を防止することができ、高湿度環境下でも高品質のバイオセンサを提供できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、絶縁基板上に形成された一対の導電性リード部と、その一方の導電性リード部の先端に、一部がその導電性リード部と重複するように前記基板上に形成された作用電極と、他方の導電性リード部の先端に、一部がその導電性リード部と重複するように前記基板上に形成された対電極と、前記両電極の上にその両電極を橋絡するように形成された検体液中の測定対象物と反応する反応層とを有し、前記一対の導電性リード部を通じて得られる前記測定対象物と反応層との反応に基づく電流値から前記測定対象物の含有量を計測するバイオセンサにおいて、前記導電性リード部上に重複して形成された作用電極及び対電極を覆うとともに、導電性リード部に重複していない作用電極及び対電極を露出するように絶縁層を設け、前記両導電性リード部の上方には前記両電極に接する前記反応層を設けないようにしたことを特徴とするバイオセンサであり、前記両導電性リード部の上方の両電極にピンホールや亀裂が生じてもその部分の両電極に接して反応層が設けられていないため、例えばフェリシアン化カリウムと導電性リード部が接することはないものである。さらに、作用極においては銀などよりなる導電性リード部の酸化電流を防止することができ、高湿度環境下でも高品質のバイオセンサを提供できる。
【００１１】
本発明の請求項５に記載の発明は、絶縁基板上に一対の導電性リード部を形成し、その一方の導電性リード部の先端に一部がその導電性リード部と重複するように作用電極を、他方の導電性リード部の先端に一部がその導電性リード部と重複するように対電極をそれぞれ形成し、その両電極の前記導電性リード部上に形成された部分を覆うよう絶縁層を形成した後、前記両電極の上にその両電極を橋絡するように形成された検体液中の測定対象物と反応する反応層を設けるたことを特徴とするバイオセンサの製造方法であり、両電極の前記導電性リード部上に形成された部分を覆うよう絶縁層を形成した後に、前記両電極の上に反応層を設けるため、この上の両電極にピンホールや亀裂が生じてもその部分の両電極に接して反応層が設けられていないため、反応層と導電性リード部が接することはないものである。
【００１２】
（実施の形態）
以下、本発明の一実施の形態における血糖値測定用センサについて、図１を参照して説明する。図１は血糖値測定用センサの製造工程を示す分解図であり、図２に示した従来構成と同様な部位には同一符号を付している。
【００１３】
まず、従来と同様に、基板１上に導電性リード部２、３を銀ペーストなどにより金属材によって形成する。そのとき従来と異なるのは、導電性リード部２、３の先端部２ｂ，３ｂが従来のように作用電極および対電極に沿った形状でなく、単に直線状に終結されていることである。このリード部の先端部２ｂ，３ｂと一部重複するように所定形状より大きめの作用電極４と対電極５をカーボンを主体とするカーボンペーストを用いて形成する。
【００１４】
その上に作用電極４、対電極５、接続端子２ａ，３ａが露出するように絶縁ペーストを重ね刷りし、絶縁層６を形成する。この時、前記導電性リード部の先端部２ｂ，３ｂ上に形成された作用電極４、対電極５の部分は前記絶縁層６により覆われるようにする。
【００１５】
このように構成された両電極４、５上に水溶性高分子（カルボキシメチルセルロース）、酵素（グルコースオキシダーゼ）、電子伝達体（フェリシアン化カリウム）を含む所定の試薬反応層７を形成させる。この時、前記反応層７が広範囲に設けられ、導電性リード部の先端部２ｂ，３ｂ上に形成された作用電極４、対電極５の部分の上方に反応層７が形成されても、その部分は前記絶縁層６により覆われているため、その部分の作用電極４、対電極５には反応層７が接しないように構成されている。すなわち、その部分の作用電極４、対電極５上には実質的に反応層７が設けられていない構成となっている。
【００１６】
その後、従来と同様に検体供給溝１０を有するカバー９を接着するが、前記検体供給溝１０が前記導電性リード部の先端部２ｂ，３ｂ上に形成された作用電極４、対電極５の部分の上方に位置しないように配慮されている。
【００１７】
図４は温度４０℃、湿度８０％の過酷な状態で保存した上記構成のセンサで精製水を測定（ブランク値）した結果である。１０回測定時の平均をプロットしたものであり、高温多湿の過酷な環境下においてもブランク値の上昇が抑制できることを示すものである。
【００１８】
（表１）は血中グルコース濃度４２〜６００ｍｇ／ｄｌにおける２０回測定時のセンサ精度を比較したものである。センサ精度とは血液を毛細管内に吸引させた後、約２５秒間試薬と血液中のグルコースとの反応を促進させた後、作用電極の接続端子２ａと対電極の接続端子３ａ間に０．５Vの電圧を印加し、その５秒後に得られた電流値のバラツキ精度であり、本実施例センサの測定バラツキが従来センサに対し大幅に縮小軽減された事を示すものである。
【００１９】
【表１】
図４および（表１）の結果から明らかなように、本実施例センサを用いる事で保存安定性に優れた、バラツキの少ない高感度なバイオセンサを実現することができる。なお、前記実施の形態では、血糖値測定用センサを例に挙げたが、同様な構成よりなるコレステロール、乳酸などの測定用センサにも同様な効果が得られるものである。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、作用電極や対電極にピンホールや亀裂が生じたとしても、電子受容体である、例えばフェリシアン化カリウムと導電性リード部分に接することなく、さらに作用極においては銀などの金属よりなるのリード部の酸化電流を完全に防止することができ、高湿度環境下でも保存安定性に優れた、高品質のバイオセンサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における血糖値測定センサの製造工程を示す分解図
【図２】本発明の一実施の形態における血糖値測定センサと従来の血糖値測定センサの全血精度（ＣＶ値）の比較を示す図
【図３】従来の血糖値測定センサの製造工程を示す分解図
【図４】従来の血糖値測定センサの分解斜視図
【符号の説明】
１ 基板
２，３ 導電性リード
２ａ，３ａ 接続端子
２ｂ，３ｂ 先端部
４ 作用電極
５ 対電極
６ 絶縁層
７ 反応層
８ スペーサー
９ カバー
１０ 検体供給溝
１１ 空気孔
Claims (6)
- 絶縁基板上に形成された一対の導電性リード部と、その一方の導電性リード部の先端に、一部がその導電性リード部と重複するように前記基板上に形成された作用電極と、他方の導電性リード部の先端に、一部がその導電性リード部と重複するように前記基板上に形成された対電極と、前記両電極の上にその両電極を橋絡するように形成された検体液中の測定対象物と反応する反応層とを有し、前記一対の導電性リード部を通じて得られる前記測定対象物と反応層との反応に基づく電流値から前記測定対象物の含有量を計測するバイオセンサにおいて、前記導電性リード部上に重複して形成された作用電極及び対電極を覆うとともに、導電性リード部に重複していない作用電極及び対電極を露出するように絶縁層を設け、前記両導電性リード部の上方には前記両電極に接する前記反応層を設けないようにしたことを特徴とするバイオセンサ。
- 前記導電性リード部は金属により形成され、作用電極と対電極はカーボンを主体とした材料により形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。
- 前記反応層部は、先端に開口を有し、その開口に付着された検体液を前記反応層まで導く検体供給溝を有するカバーにより覆われており、前記検体供給溝の下方には前記導電性リード部が位置していないことを特徴とする請求項１記載のバイオセンサ。
- 前記反応層が少なくとも酵素と電子受容体を含むことを特徴とする請求項１記載のバイオセンサ。
- 絶縁基板上に一対の導電性リード部を形成し、その一方の導電性リード部の先端に一部がその導電性リード部と重複するように作用電極を、他方の導電性リード部の先端に一部がその導電性リード部と重複するように対電極をそれぞれ形成し、その両電極の前記導電性リード部上に形成された部分を覆うよう絶縁層を形成した後、前記両電極の上にその両電極を橋絡するように形成された検体液中の測定対象物と反応する反応層を設けるたことを特徴とするバイオセンサの製造方法。
- 前記導電性リード部は金属を主体としたペーストにより形成され、作用電極と対電極はカーボンを主体としたペーストにより形成することを特徴とする請求項５記載のバイオセンサの製造方法。
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