JP4635258B2 - バイオセンサー - Google Patents

Description

本発明は、バイオセンサーに関する。さらに詳しくは、各種液体の成分濃度を、酵素などを利用して電気化学的に測定するバイオセンサーに関する。

従来の使い捨て型のバイオセンサーとしては、定量性を確保するために立体構造をとり、さらに毛細管現象などを利用して試料液を自動的にセンサーの内部に導入する仕組みが知られている。ここで、電極面積の相違による測定値の変動を抑えるため、一般的に電極面積は絶縁層により規定される。
特開平１−２９１１５３号公報

また、このような構成のセンサーは、電気絶縁性の基板上に、スペーサー、さらにカバーを積層して組み立てられ、さらに基板上には電極パターン、カバー上には毛細管現象に必要な空気が抜けるために必要な空気孔を設ける必要があり、これらの構成部品は各々所定の形状に予め打ち抜いておく必要がある。そして立体加工における各部品の正確な重ねあわせのための位置決めも必要となるため、構成部品の数が増えるに従って立体加工の工程が複雑になるものであった。

このように従来のセンサーは、測定値の変動を抑えるための電極上への絶縁層の形成、毛細管現象を円滑に行うための空気口の形成および基板積層時の位置合わせなど、その製造に多くの工程、材料を要し、複雑な構造をとらざるを得ず、その結果として、製造ラインに多大な設備投資を必要とし、また製品の歩留まりも充分ではなく、コスト的に負担が大きかった。当然、材料調達時、製造時の環境負荷も大きいものであった。

本発明の目的は、簡単な構成によって試料体積を正確に規定することを可能とし、変動係数(CV)のばらつきを抑えたバイオセンサーを提供することにある。

かかる本発明の目的は、２枚の電気絶縁性基板上にリードを形成し、該リードの一部と接触するように各々の基板に同一形状の作用極および対極をリードよりも厚く設けたうえで、作用極および対極を対向するようにスペーサーを介して２枚の絶縁性基板を貼り合わせたバイオセンサーであって、(1)対向する作用極および対極の外周端面に設けられた試料導入口または(2)作用極または対極のいずれか一方の電極側の電極および電気絶縁性基板を貫通する試料導入穴より、対向する作用極および対極により形成された空間にのみ試料液が導入されることを特徴とするバイオセンサーによって達成される。

本発明のバイオセンサーは、対向する作用極および対極間により測定試料体積が規定されるため、簡単な構成によって試料体積を正確に規定することが可能となるといったすぐれた効果を奏する。測定試料体積が正確に規定されることにより、バイオセンサーの変動係数(CV)のばらつきが抑えられるので、バイオセンサーの構成として作用極および対極を複数備えることによりバイオセンサーアレイを形成し、複数試料の多項目および同項目の同時測定を可能とするといった効果も奏する。

基板としては、電気絶縁性のものであれば足り、例えばプラスチック、生分解性材料、紙などが用いられ、好ましくはポリエチレンテレフタレートが用いられる。

電気絶縁性基板上へは、リードが形成される。リードは、その一端が測定装置へ接続される端子をなすように、２枚の電気絶縁性基板上に各々に形成される。リード材料としては、導電性のものであれば特に制限なく、また後述する電極材料と同一材料を用いることができ、例えばカーボン、銀、銀／塩化銀、白金、金、ニッケル、銅、パラジウム、チタン、イリジウム、鉛、酸化錫、白金黒などが挙げられる。ここで、カーボンとしては、カーボンナノチューブ、カーボンマイクロコイル、カーボンナノホーン、フラーレン、デンドリマーもしくはそれらの誘導体を用いることができる。導電性材料からなるリードは、スクリーン印刷法、蒸着法、スパッタリング法、箔貼り付け法、メッキ法などにより形成される。

電極は、リードの一部と接触するように形成される。リードの一部と接触する態様としては、例えば端子を形成するリード端部とは反対側の端部を覆うように電極を形成したものなどが挙げられる。電極がリードと接触していることにより、電極への電圧の印加および電極からの応答電流値を測定装置へと出力することが可能となる。電極材料としては、リードで例示したものと同様のものが用いられる。

かかる電極は、各々の基板にそれぞれ作用極および対極が同一形状で形成される。作用極および対極を同一形状として、バイオセンサー形成時にこれらを対向して配置することにより、測定試料液の体積を電極面積および電極間距離により規定することが可能となるといったすぐれた効果を奏する。これにより、従来電極面積の規定に際して必要とされたレジスト層の形成が必要なくなり、より構成の簡単なバイオセンサーであって、変動係数(CV値)の小さいバイオセンサーの提供が可能となる。また、対面電極とすることにより、電気化学反応が効率よく進み、反応層の容積についても効果的に少量化できるため、結果としては少試料化を測ることが出来る。

ここで電極は、リード厚みよりも厚く設けられる。具体的には1〜100μm、好ましくは3〜20μmの厚さで、厚みに応じた方法、例えばスクリーン印刷法、蒸着法、スパッタリング法、箔貼り付け法、メッキ法などから適宜選択した方法によって形成される。電極がリード厚みよりも薄く設けられた場合には、リード周囲にも測定試料液の回り込みが起こるため、電極面積および電極間距離により測定試料液の体積を規定することが難しくなる。

電極は、作用極と対極で形成される２極法または作用極と対極、参照極で形成される３極法、あるいはそれ以上の極数の電極法であってもよい。ここで、３極法を採用すると、測定対象物質の電気化学測定の他に、搬送路内に導入される採血の移動速度の計測ができ、これによりヘマトクリット値が測定できる。また、２組以上の電極系で構成されていても良く、この場合にはバイオセンサーアレイを構成することもできる。

電極が形成された基板上には、必要に応じて試薬層(電極反応部)が形成される。試薬層はスクリーン印刷法またはデスペンサー法により形成され、この試薬層の電極表面または基板表面への固定化は、乾燥を伴う吸着法または共有結合法により行うことができる。試薬層は、形成前に、精製して形成することが好ましい。精製方法としては、膜などによる濾過などの方法が挙げられ、精製することにより不純物が取り除かれる。試薬としては、酵素、抗体、核酸、プライマー、ペプチド核酸、核酸プローブ、微生物、オルガネラ、レセプタ、細胞組織、クラウンエーテルなどの分子識別素子、フェリシアン化カリウム、フェロセン、ベンゾキノンなどのメディエーター、挿入剤、補酵素、抗体標識物質、基質、塩化ナトリウム、塩化カリウムなどの無機塩類、界面活性剤、脂質の少なくとも一種を含有させることができる。さらに、酵素としては、オキシダーゼ又はデヒドロゲナーゼなどの酵素、例えばグルコースオキシダーゼ、フルクトシルアミンオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、尿酸オキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ、グルタミン酸オキシダーゼ、ピルビン酸オキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、他にコレステロールエステラーゼ、プロテアーゼ、ＤＮＡポリメラーゼの少なくとも一種を用いることができる。

バイオセンサーの電極反応部に配置する試薬としては、例えば血糖値測定用に構成する場合、酸化酵素であるグルコースオキシターゼおよびメディエータとしてのフェリシアン化カリウムを含むものが挙げられる。試薬が血液によって溶解されると、酵素反応が開始される結果、反応層に共存させているフェリシアン化カリウムが還元され、還元型の電子伝達体であるフェロシアン化カリウムが蓄積される。その量は、基質濃度、すなわち血液中のグルコース濃度に比例する。一定時間蓄積された還元型の電子伝達体は、電気化学反応により酸化される。後述する測定装置本体内の電子回路は、このとき測定される陽極電流から、グルコース濃度(血糖値)を演算・決定し、本体表面に配置された表示部に表示する。

また試薬層の他の例としては、無機塩類およびキンヒドロンとの組合せ、プライマー、ＤＮＡポリメラーゼおよびデオキシリボヌクレオチド三リン酸の組合せ、プライマー、ＤＮＡポリメラーゼ、デオキシリボヌクレオチド三リン酸に、塩化ナトリウム、塩化カリウムなどの無機塩類およびキンヒドロンの組合せ等が挙げられる。

また、後述する測定試料導入口の周辺および電極あるいは試薬層(電極反応部)表面に界面活性剤、脂質を塗布することができる。界面活性剤や脂質の塗布により、測定試料液の移動を円滑にさせることが可能となる。

電極が形成された２枚の基板は、接着剤よって接着される。従って、２枚の絶縁性基板上の一方または両方には接着剤層が形成される。接着剤としては、基板と反応あるいは溶解しないものであればよく、特に限定されないが、例えばアクリル樹脂系接着剤などが、好ましくは熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂などが、さらに好ましくは可視光硬化性アクリル樹脂が挙げられる。かかる接着剤層も、スクリーン印刷法により形成することが可能であり、作用極および対極間に3〜498(約500)μmの電極間距離を形成しうる厚さ、すなわち約5〜500μm、好ましくは約10〜100μmの厚さで形成される。このように本発明に係るバイオセンサーにおいて接着剤層は、電気絶縁性基板同士を接着するといった役割に加えてスペーサーとしても重要な作用を有する。

電極が形成された２枚の電気絶縁性基板は、接着剤層が形成されたうえで電極が対向するように貼り合わせることで、バイオセンサーを構成する。

バイオセンサー形成に際して、２枚の電気絶縁性基板を正確に重ね合わせるために、好ましくはその一方の基板に位置決定凹部が、他方の基板に位置決定凸部が少なくとも１箇所、好ましくは２箇所以上、接着剤層と共にまたは接着剤層に代えて設けられる。かかる位置決定凹凸部を嵌合させてバイオセンサーを形成することにより、２枚の電気絶縁性基板の重ね合わせを、容易かつ正確に行うことが可能となる。また、接着剤層とともにスペーサーとしての役割も併せ持つこともでき、位置決定凸部によって電極間距離を正確に規定するといったことも可能である。接着剤層に代えて位置決定凸部によって電極間距離を規定する場合には、最大1.5mmまで設定することができる。ここで、凸部については、先端の突起部が凹部の凹み部分と確実にはまり込めばよく、凹部については基板に直接試料導入穴を設ける態様であっても、凹みを持った部材を基板表面に設ける態様でも良い。位置決定凹部を設けることにより、２枚の基板は従来の積層法とくらべ、特別に正確な位置あわせを行う必要がなく貼り合わせができ、さらにこの方法によれば、接着剤のみをスペーサーとして使用していた場合と比べ、厚さのコントロールが凸部の長さによっても規定できるという特徴がある。

また、２枚の電気絶縁性基板を接続部によって繋ぎ、接続部に沿って折り畳むことにより折畳み成形体としてのバイオセンサーを形成することもできる。このような折り畳み成形体であるバイオセンサーであれば、長大な基板の長軸方向に水平となるように折畳み線としての接続部を設け、さらに電極等を形成したうえで接続部に沿って折りたたんだ後、センサー形状に打ち抜くことにより、一度に大量のバイオセンサーを製造できる。このような製造方法により作製されるバイオセンサーは、再現性も大変に良くなり、従来の積層法によっては成しえなかった特長を有している。

接続部としては、その長さが接着剤層の厚さ以上、すなわち0.5〜5mmで幅0.2〜2.5mm、好ましくは長さ1.0〜4mm、幅0.5〜1.5mmのものが、好ましくは２枚の基板間に少なくとも２箇所以上設けられる。このような接続部は、絶縁性基板に、0.5〜0.9mm程度の長さであれば、例えば歯車状の薄い円盤であって、その凸部が刃となっているものを用いて、破線として形成され、また1〜5mm程度の長さの接続部については、絶縁性基板を型で打ち抜くことによりヒンジ成形される。従って、この場合の２枚の絶縁性基板とは、１枚の絶縁性基板に接続部を形成し、その結果接続部を境に形成された基板各々を指している。ここで、接続部の長さを0.5mm以上とすることによって、折畳み部分を熱圧着したり固定具を使って固定する必要性が低くなり、特に長さ1〜4mm、幅0.5〜1.5mm程度の長さの接続部とした場合には、折畳み部分を熱圧着したり固定具を使って固定して反り返しを防ぐといった必要がない。なお、接続部の長さを長くするにしたがって折り畳み時の精度が若干悪くなる場合があるが、このような場合には位置合わせ凹凸部を用いて２枚の絶縁性基板の位置合わせを行うことにより、かかる不具合を回避することができる。なお、折り畳みバイオセンサーの場合には、２枚の基板が接続部により繋がれているため、位置決定凹凸部は１箇所設けることで十分に位置合わせ効果を発揮することができる。

以上の構成よりなるバイオセンサーは、試料導入口から送り込まれた測定試料液が作用極および対極間に充填され、例えば測定試料液が電極上の試薬層と接触することにより生じる反応が、電極における電気的な変化としてモニタリングされる。

さらに、本発明のバイオセンサーをアレイ状に配置して使用することもできる。例えばバイオセンサーをDNAチップとして用いる場合には試料層として核酸プローブを固定化してバイオセンサーをアレイ状に配置させることが好適である。

本発明においては、対向する作用極および対極間に充填される測定試料液により、測定試料の体積が規定されるが、さらに厳密に測定試料体積を規定するために、ディスペンサーやピペットなどを使用して一定体積の試料液を電極反応層に送り込むこともできる。かかる場合には、作用極または対極のいずれか一方の電極側に、測定試料液を導入するため、電極および電気絶縁性基板を貫通する試料導入穴を設けることが好ましい。試料導入穴は、電極および電気絶縁性基板を貫通するように設けられ、作用極上に試薬層が設けられる場合には、対極側に設けることが好ましい。

バイオセンサー用測定装置としては、バイオセンサーを使用した測定が繰り返し確実に行なえるための操作性および耐久性が確保され、かつ持ち運びが容易であるものが用いられる。具体的な構成としては、センサー導入部、コネクター、電気化学測定用回路、メモリ部、操作パネル、バイオセンサーの電極における電気的な値を計測する計測部および計測部における計測値を表示する表示部を基本構成としており、さらに、無線手段として電波、例えばブルートゥース(登録商標)を搭載することもできる。

測定装置には糖尿病疾患による視覚障害に対応した音声ガイド機能及び音声認識機能、電波時計の内蔵による測定データ管理機能、測定データなどの医療機関などへの通信機能、充電機能などを併せ持たせることができる。

測定装置の計測部における計測方法としては、特に限定はしないがポテンシャルステップクロノアンペロメトリー法、クーロメトリー法またはサイクリックボルタンメトリー法などを用いることができる。

以上より、本発明の針一体型バイオセンサーは、使用者を限定することのない、すなわち、ユニバーサルな企画に対応し得るものとなっている。

次に、本発明による実施態様のバイオセンサーについて、それぞれ図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に制限されるものではない。

図１は、本発明に係るバイオセンサーの一組立例を示す図である。a)は電気絶縁性基板１のバイオセンサー形成時に外部を形成する側を示しており、そこには上下それぞれに目印２５が設けられている。b)は電気絶縁性基板１のバイオセンサー形成時に内部を形成する側を示しており、表面には上下にリード７が設けられている。このリードの端にはc)に示される如くそれぞれ作用極および対極が設けられ電極１０，１０を形成している。さらに、d)に示される如く、その一方の表面には試薬層１３が、リードの中央部には接着剤層５が設けられている。この接着剤層５は厚みがあるために、スペーサー２としても機能する。e)は、d)を接続部２１部分を境に折重ねてできた折畳み成形体１８ならなるバイオセンサー３が示されている。ここでは端子１１が上部に設けられており、その反対の下方先端であって、対向する作用極および対極の外周端面に試料導入口１２が設けられている。このA-A’断面をf)に示す。この図でわかるように、基板１の折畳みによって形成された折畳み成形体１８の内側は接着剤層５の厚みによって電極間距離が規定されている。また、対向している２つの電極間距離がその厚みの分だけ基板よりも近くなっている。このような構造を採ることで、試料液は２つの電極の間を表面張力により浸透できる。電極以外のところ、例えば基板部分については基板同士の距離は電極間距離と比べて大きいために試料液は到達できない。ここで、目印２５は試料液にセンサーの先端を挿入するときの目安として設けてある。

図２は、図１で示したバイオセンサーの一使用例を示す図である。a)に示すように、この場合の試料液２４はセンサー３の必要測定試料体積と比較して多量に存在する場合を示している。試料液２４にセンサー３を浸漬する場合の目安として設けられた目印２５までバイオセンサーを試料液へ浸漬すると、b)に示されるように試料液２４がその表面張力を利用して、センサー３の電極１０，１０間の空間２６に導入される。この状態でc)に示されるようにセンサーを速やかに試料液から持ち上げると、d）に示される如く２つの電極１０，１０間に試料液２４が保持された状態となる。ここで試料液はセンサーチップ先端が漬かるような多量の試料の場合を示しているが、センサーの必要試料体積、すなわち作用極および対極間の体積を満たしていれば、水滴程度の試料量であっても測定可能である。

図３は、図１に示したバイオセンサーに、その一方の基板に位置決定凸部３１が、他方の基板に位置決定凹部３２が少なくとも１箇所設けられたものを示す。かかる位置決定凹凸部を嵌合させてバイオセンサーを形成することにより、２枚の電気絶縁性基板の重ね合わせを、容易かつ正確に行うことが可能となる。また、接着剤層とともにスペーサーとしての役割も併せ持つこともでき、位置決定凸部３１によって電極間距離を正確に規定するといったことも可能である。位置決定凹部３２を設けることにより、２枚の基板は従来の積層法とくらべ、特別に正確な位置あわせを行う必要がなく貼り合わせができるとともに、この方法によれば、接着剤のみをスペーサーとして使用していた場合と比べ、接着溶剤等の配合方法によってその厚みが微妙に変化するといった事態を回避することができるため、厚さのコントロールが凸部３１の長さによって正確に規定でき、試料体積の厳密な規定が可能となるという特徴がある。

図４は、図１に示したバイオセンサーの基板が接続部によって繋がれず、接着剤層の代わりに、位置決定凹凸部を２箇所設けたバイオセンサーを示している。2箇所に位置決定凹凸部を設けることで、さらに正確な基板間距離が規定できるため試料体積の厳密な規定が可能となる。さらに、基板間距離のみの規定に留まらず、カバー部と基板部のみから構成される極めて単純な構成で、位置決めの厳格な規定を必要としない積層タイプのバイオセンサーの構築が可能となる。

図５は、本発明に係るバイオセンサーの他の組立例を示す図である。a)では電気絶縁性基板１，１を示しており、一方の基板には試料導入穴４が設けられている。b)では電気絶縁性基板１，１の表面にリード７，７が形成され、一方のリードは基板に設けられた試料導入穴４を塞がないように設けられている。c)ではこれらのリード端部にそれぞれ電極１０，１０が設けられ、一方の電極はリード同様に基板に設けられた試料導入穴４を塞がないように設けられている。また、一方の電極表面には試薬層１３'が形成されている。さらにリードの中央部には接着剤層５が設けられ、この接着剤層５は厚みがあるために、スペーサー２としても機能する。d)は、c)を接続部２１部分を境に折重ねてできた折畳み成形体１８ならなるバイオセンサー３が示されている。ここでは端子１１が下部に設けられており、その反対の上方部に試料導入口１２が設けられている。

図６は、図５で示したバイオセンサーの一使用例を示す。a)で示されたA-A’断面およびB-B’断面をa)ii)およびiii)にそれぞれ示す。a)ii)では折畳まれた基板１，１間の距離を接着剤層５がスペーサー２として維持しており、２枚の基板の上部には一方の電極および電気絶縁性基板を貫通する試料導入穴４が設けられ、そこは試料導入口１２となっている。ここから導入された試料液は、b)ii)およびiii)に示される如く上下２つの電極１０，１０間を表面張力により満たすこととなる。

図７は、本発明に係るバイオセンサーのさらに他の組立例を示す図である。図５と大きく異なる点は、接着剤層５が電極１０を挟むように２箇所設けられている点にある。e)はd)に示したA-A'断面図を示す。接着剤層２が電極反応部１３の上下に設けられることで構造を安定に保つことができるといった特徴を有する。

図８は、２組以上の電極系を有する本発明に係るバイオセンサーアレイの一組立例を示す図であり、図３に示したはめ込み機構を備えた対面電極構造を有する折畳み式バイオセンサーがアレイ状に並べられている。ここではアレイ３５を形成するために上下それぞれのセンサー端子部１１を形成するための絶縁性基板１によってセンサ同士が繋がっている。a)には折り畳み前の展開図を、b)には折り畳み成形されたバイオセンサーアレイ完成図を示す。

図９は、図８b)に示したバイオセンサーアレイ３５を十行に並べたものおよびこれらに接続されるコネクターアレイが示されている。ここでコネクターアレイ３４は、一列あたりコネクター１１が２０個存在し、各センサー３の２つの端子部分に２本のコネクターが各々接続される構造となっている。ここで、センサー３の端子１１は２枚の板の内側に配置され、対向する隣のセンサー端子１１と接触しない構造を採っているため、コネクターアレイ３４の各端子１１がセンサー端子１１と接続するには２枚の板の間に挟み込む必要がある。これにより、コネクターアレイ３４とバイオセンサーアレイ３５は電気的な接続の他に、バイオセンサーアレイ３５をコネクターアレイ３４に物理的に固定する役割も果たすことができる特徴を有している。

図１０は、コネクターアレイ３４に接続されたセンサーアレイ３５の一使用例を示している。a)ではコネクターアレイ３４に接続されたセンサーアレイ３５へ試料液２４が導入される前の状態、b)では試料液２４が導入されている状態、c)では試料液２４が導入された後の状態を示している。かかる構成を採用することにより、例えば平面上にディスペンサーなどを用いて試料液アレイ３８を形成させることで、一度に複数の測定が可能となる。その応用例としては、例えば同一の血液に含まれる種々の成分の定量、一塩基多型による遺伝子診断などの多項目同時測定などが挙げられる。

また、本態様にあっては試料液アレイ３８の形成にあたり、試料液をウェル状(凹状)のアレイではなく、平面板状に展開しただけで多項目同時測定が可能となるといった特徴を有している。平面板状に試料液を展開し、一箇所にとどめておくための処置方法としては、
１）試料液の溶媒と親和性の高いものを平面板上の試料液配置部分に設ける。
２）平面板上に凸状部分を設け、その頂上部を試料液配置部分とする。
３）平面板上に試料液の直径よりも小さな凸状部分を設け、凸状部分全体を試料液がカバーした状態を作ることで、試料液が持つ表面張力と凸状部分の存在によって試料液が移動し難くし、電極の間隔を凸状部分の頭部よりも狭くすることで、試料液の導入をこの凸状部分の頭と接触した状態で行う。
などが挙げられる。

図１１は、２組以上の電極系を有する本発明に係るバイオセンサーアレイの他の組立例を示す図である。a)に示されるように、２枚の電気絶縁性基板１，１があり、上部に示した電極形成絶縁性基板１には位置決定凹部３２となる貫通穴が基板両端部および各センサー間に設けられている。下側の基板１には上側の基板と同様に端子１１を形成させるためのリード７およびリード７片端部上に電極１０が形成され、基板両端部および各センサー間に位置決定凸部３１が設けられている。b)は、これら２枚の絶縁性基板１，１同士が対面電極構造をとるように、各凸部３１が凹部３２の規定に従って正確にはめ込まれた状態を示している。この組立工程を側面から示した図が、c)i)およびii)に示されている。d)に、b)に示すA-A'断面図における試料液２４のセンサー内部への導入の様子を段階的に示す。ここでは、基板１及びリード７の表面上にリード以上の厚みを持って形成された電極１０構造同士が対面する構成をなしていることにより、試料液２４の導入が電極間部分のみに円滑に行われている様子が示されている。

図１２は、図１１で示したバイオセンサーアレイの２枚の絶縁性基板同士が接続部によって繋がれ、これを折畳むことにより形成されるバイオセンサーアレイを示している。a)に示されるように、２枚の絶縁性基板同士は接続部２１によって繋がれている。これを折畳むことにより形成されたバイオセンサーアレイ３５をb)に示す。この組立工程を側面から示した図が、c)i)およびii)に示されている。d)に、b)に示すA-A'断面図における試料液２４のセンサー内部への導入の様子を段階的に示す。ここでは、図１１d)と同様の構成により、試料液２４の導入が電極１０，１０間に円滑に行われている様子が示されている。

図１３は、図１２で示した折畳み型バイオセンサーアレイを８行で配列させたものを示している。a)は、図１２で示したバイオセンサーアレイ３５を８本並列に並べ、各アレイ間にスペーサー２となる板材を挟む様子を示している。b)は、このようにして形成された８行１２列のバイオセンサーアレイに同じくコネクターアレイ３４が接続される様子を示している。c)i)はb)で示したバイオセンサーアレイのA-A'断面図であり、c)ii)は各センサーの端子１１部分にコネクターアレイ３４が接続されている状態を示している。この構成であれば９６穴の多項目同時測定用装置と同じ試料数での測定が可能となる。

図１４は、２組以上の電極系を有する本発明に係るバイオセンサーアレイのさらに他の組立例を示す図である。a)は１０個のドーナツ状電極１０のそれぞれの中心に試料導入口となる試料導入穴４が設けられた基板１が示されている。基板１上のリード７は一端部が電極１０と接触し、他の端部が端子１１を形成する。b)i)には表面にスペーサー２としての役割も担う接着剤層５が設けられた基板１が示されており、これとb)ii)に示す基板１が、その表面に設けられた１０個の電極のそれぞれが対向することでc)に示すバイオセンサー電極アレイ３５が製作される。

図１５は、図１４c)で示したバイオセンサーアレイの一使用例をA-A’断面図により示す。i)では基板１上に１０個の電極１０が対面の基板１に設けられた電極１０と対向するように配置されており、接着剤層５により各バイオセンサー電極が仕切られている。そして、一方の電極１０側には試料導入口１２となる電極および電気絶縁性基板を貫通する試料導入穴４が設けられており、ii)ではアレイ状の試料液注入器３０が該試料導入口１２に配置され、iii)で試料液２４が注入されている状態を示している。iv)では、注入後の試料液２４が上下に設けられた電極１０，１０間にのみ働く表面張力に保持されている様子が示されている。

図１６は、図１４で示したバイオセンサーアレイの２枚の絶縁性基板に位置決定凹凸部を設けたバイオセンサーアレイを示している。２組以上の電極系を有する本発明に係るバイオセンサーアレイの他の組立例を示す図である。位置決定凹凸部を設けることで、接着剤層のみを形成したものに比べて正確な基板間距離が規定できるため試料体積の厳密な規定が可能となる。さらに、基板間距離のみの規定に留まらず、カバー部と基板部のみから構成される極めて単純な構成で、位置決めの厳格な規定を必要としない積層タイプのバイオセンサーアレイの構築が可能となる。

図１７は、図１６で示されたバイオセンサーアレイの組立例を示す図である。a)では電極およびリードが形成された電気絶縁性基板１，１を示しており、一方の基板には試料導入穴が設けられ、他方の基板には位置合わせ凸部３１が設けられていることが示されている。凸部３１は、スペーサーとしても作用する。凸部３１は、b)に示す基板１に設けられた多くの凹部３２と嵌合することにより特段の位置合わせを要することなく２枚の基板が重なり合い、基板間距離を規定する。

図１８は、図１６で示したセンサーアレイ３５の２枚の電気絶縁性基板１，１が接続部によって繋がれている例が示されている。この接続部２１の存在によって、はめ込み部分の位置決めがさらに容易になるといった特徴を有する

図１９は、図１６に示したセンサーアレイ３５を５個平行に配置させることで、５行１０列のセンサーアレイ３５を形成したものを示している。ここでも接続部２１の使用により、広い面積を持った板材同士の重ねあわせを正確かつ円滑に行える特徴がある。さらに、このようなセンサーアレイ３５を用いることにより、複数試料の多項目および同項目の同時測定が可能となる。

本発明に係るバイオセンサー(アレイ)は、各種液体の成分濃度を、酵素などを利用して電気化学的に測定する、家庭内自己診断用の血糖計、尿糖計、糖化ヘモグロビン計、乳酸計、コレステロール計、尿酸計、タンパク質計、一塩基多型センサー、遺伝子診断に用いられるＤＮＡチップ、他にアルコール計、グルタミン酸計、ピルビン酸計、ｐＨ計などに有効に用いられる。

本発明に係るバイオセンサーの一組立例を示す図である。 本発明に係るバイオセンサーの一使用例を示す図である。 位置決定凹凸部が設けられた本発明に係るバイオセンサーの一組立例を示す図である 位置決定凹凸部が２箇所設けられた本発明に係るバイオセンサーの一組立例を示す図である。 試料導入穴を設けた本発明に係るバイオセンサーの他の組立例を示す図である。 試料導入穴を設けた本発明に係るバイオセンサーの一使用例を示す。 試料導入穴を設けた本発明に係るバイオセンサーの他の組立例を示す図である。 本発明に係るバイオセンサーアレイの一組立例を示す図である。 図８で示した１０個のバイオセンサーアレイおよびこれらに接続されるコネクターアレイを示す図である。 図９で示したバイオセンサーアレイの一使用例を示す図である。 位置決定凹凸部が設けられた本発明に係るバイオセンサーアレイの一組立例を示す図である。 図１１で示したバイオセンサーアレイの他の組立例を示す図である。 図１２で示した８個のバイオセンサーアレイおよびこれらに接続されるコネクターアレイを示す図である。 本発明に係るバイオセンサーアレイの他の組立例を示す図である。 図１４で示したバイオセンサーアレイの一使用例を示す図である。 位置決定凹凸部が設けられた本発明に係るバイオセンサーアレイの他の組立例を示す図である。 図１６で示したバイオセンサーアレイの一組立例を示す図である。 位置決定凹凸部が設けられた本発明に係るバイオセンサーアレイのさらに他の組立例を示す図である。 本発明に係るバイオセンサーアレイのさらに他の組立例を示す図である。

符号の説明

１ 絶縁性基板
２ スペーサー
３ バイオセンサー
４ 試料導入穴
５ 接着剤層
７ リード
１０ 電極
１１ 端子
１２ 試料導入口
１３ 電極反応部
１３’ 試薬層
１８ 折畳み成形体
２１ 接続部
２４ 試料液
２５ 目印
２６ 空間
３０ 試料液注入器
３１ 凸部
３２ 凹部
３４ コネクターアレイ
３５ バイオセンサーアレイ
３８ 試料液アレイ

Claims (9)

1. ２枚の電気絶縁性基板上にリードを形成し、該リードの一部と接触するように各々の基板に同一形状の作用極および対極をリードよりも厚く設けたうえで、作用極および対極を対向するようにスペーサーを介して２枚の絶縁性基板を貼り合わせたバイオセンサーであって、(1)対向する作用極および対極の外周端面に設けられた試料導入口または(2)作用極または対極のいずれか一方の電極側の電極および電気絶縁性基板を貫通する試料導入穴より、対向する作用極および対極により形成された空間にのみ試料液が導入されることを特徴とするバイオセンサー。
2. 作用極および対極の厚さが、1〜100μmである請求項１記載のバイオセンサー。
3. リードの一端部が、試料液の特性を電気的に測定するために外部の測定装置と接続される接続端子となる請求項１記載のバイオセンサー。
4. ２枚の電気絶縁性基板の重ね合わせ位置を示すために、一方の基板に位置決定凹部が、他方の基板に位置決定凸部が少なくとも１箇所設けられた請求項１記載のバイオセンサー。
5. ２枚の電気絶縁性基板間距離が、3〜1500μmである請求項１記載のバイオセンサー。
6. ２枚の電気絶縁性基板間距離が、スペーサーによって決定される請求項１記載のバイオセンサー。
7. スペーサーが、接着剤層または位置決定凸部により形成された請求項１記載のバイオセンサー。
8. ２枚の絶縁性基板が接続部によって繋がれ、該接続部に沿って２枚の絶縁性基板を折り畳むことにより形成された請求項１記載のバイオセンサー。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載のバイオセンサーであって、作用極および対極を複数備えたバイオセンサーアレイ。

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