JP4649594B2 - バイオセンサーおよびその製造法 - 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、使い捨て型のセンサー(特許文献１および特許文献３)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(特許文献５および特許文献６)などを利用して試料液が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(特許文献７)。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る。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が開けられている。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り、また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。さらに、これらのセンサーに分子識別素子やメデイエーターなどの試薬の塗布(特許文献２および特許文献４)や妨害物質の影響から回避するための膜(特許文献８)の形成などを必要とする場合は、さらに複雑な工程となるといった問題がある。
特開昭４７−５００号公報 特開昭４８−３７１８７号公報 特開昭５２−１４２５８４号公報 特開昭５４−５０３９６号公報 特開昭５６−７９２４２号公報 特表昭６１−５０２４１９号公報 特開平１−２９１１５３号公報 特開平３−２０２７６４号公報 特開平５−１９９８９８号公報 特開平９−２２２４１４号公報 特開２００１−２０４４９４号公報 ＷＯ ０１／３３２１６号公報 ＵＳ ４２２５４１０ ＵＳ ５６５３８６４ ＵＳ ６０７１３９１ A.Ahmadian et al., Biotechniques, 32, 748（2002）

上述した従来のセンサーは製造に多くの工程、材料を要し、複雑な構造をとらざるを得なかった。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。さらに特性上では複雑な工程、特に基板積層時の位置合わせなどのため、製造されたセンサー特性のばらつきの指標である変動係数(CV)も充分ではなかった。また、バイオセンサーの形状変化は測定の精度や再現性の低下を招くため、該バイオセンサーにおいて、製造後、カバー等の反り返りなどが発生しない、長期形状安定性を確保することが求められていた。

上記課題を解決するために、発明者らは先に一枚の電気絶縁性平面基板を折り加工または曲げ加工または折り曲げ加工することにより製造されるバイオセンサーを提案している。このバイオセンサーは一枚の電気電気絶縁性基板上に電極を形成させ、電極が基板の内側に配置されるように一枚の平面基板を立体的に加工することで電極配置を平面または立体的として、狭小な部位での定量的な測定を可能にするものであり、一枚の平面基板からセンサーの主要構造を構成することに特徴がある。しかるにかかる方法では、折畳み部分の反り返りを防ぐため、該折畳み部分への固定具の装着や、熱圧着、切断などが必要であり、また基板とカバーとの間に形成されるスペーサーの空きスペースを利用して試料導入口が形成されるため、試料導入口付近の基板とスペーサー、カバーの各構成材料との境界部分に形成される溝に試料液が染み渡り、試料体積が変動する問題があった。
特開２００５−２３３９１７号公報

図９を用いて、上記バイオセンサーの問題点について詳しく説明する。a)およびb)は基板１の形状が異なるのみであり、従来のバイオセンサーの一組立例を示している。i)には、表面に導電体７，７が形成され、折畳み部分となるミシン目１６が設けられた一枚の基板１およびこれに被覆されるレジスト層６が示されている。レジスト層６は、スペーサー２としても働く。ii)には、表面上にレジスト層が形成された基板１および次の組立工程で被覆される接着剤層５が示されている。ここで、接着剤層５はレジスト層６と同様にスペーサー２としても働く。iii)では、表面に接着剤層５が形成された基板がミシン目１６に沿って折畳まれ、重なる前の状態を示している。iv)では、基板１によって形成された折畳み成形体１４であるバイオセンサー３を示している。この場合、ミシン目１６に沿って形成された折畳み部分がレジスト層６や接着剤層５などのスペーサーの厚みによって反り返ることがあるため、この部分に固定具を装着したり、熱圧着により反り返りストレスを除くなどの何らかの処置が必要であった。

以上述べた如く、かかる折畳み式センサーでは製造工程の大幅な簡略化、材料の削減、極めて単純な構造などにより、従来のセンサー製造法を大いに改善することに成功しているものの、該製造法により形成されたセンサーは、折畳み部分の反り返りを防ぐため、該折畳み部分への固定具の装着や、熱圧着、切断などが必要であり、改善が望まれている。

本発明の目的は、従来のセンサーのように製造に多くの工程、材料を要することなく製造が可能なバイオセンサーであって、かつ形状変化のないバイオセンサーおよびその製造法を提供することにある。

かかる本発明の目的は、電気絶縁性基板上に電極、スペーサーおよびカバーが順次形成されたバイオセンサーにおいて、バイオセンサー内に設けられる電極がすべて平板状の電気絶縁性基板上に形成されるとともに、カバーが軟質材料よりなり、かつカバー部材の一部が電極およびスペーサーが形成されていない電気絶縁性基板裏面に接着され、該カバー部材が該電気絶縁性板端部で基板表面側に折り返されてカバーが形成されたバイオセンサーによって達成され、かかるバイオセンサーは、電気絶縁性基板上に電極およびスペーサーを形成し、次いでこれらが形成されていない電気絶縁性の基板裏面の少なくとも一部に、カバー形成用軟質材料の一部を接着し、さらに電極およびスペーサーが内側に配置されるようにカバー形成用軟質材料を絶縁性基板端部で折り返してカバーを形成することによって製造される。

本発明にかかるバイオセンサーであれば、電極等が形成されていない基板裏面にカバー部材を接着して、これを基板端部で折り返すことによりカバーが形成されるため、折曲げ部分のストレスを受けることなく成形後も形状の安定性に優れた特性が発揮できる。さらに、バイオセンサーを大量に生産する場合には、長大な基板とカバー部材の組み合わせから複数個のバイオセンサーをまとめて形成させることで、基板とカバー部材の折り重ね精度が高くなるため、既存の積層法と比べ特別な位置決め機構が不要となり、経済性に優れたバイオセンサーの製作が可能となる。

また、本発明にかかる針一体型バイオセンサーは、内包された穿刺針が、穿刺採血時にカバー部材の折り返し部分を穿刺針が突き破り、穿刺後、カバー部材の復元力によって穿刺針が元の位置に戻り、その際に新たに形成された試料導入口から採血が導入されることで、採血成分を電気化学的に測定することをできるといった効果を奏する。

さらに、バイオセンサーを密閉するにあたっても、本発明にかかる針一体型バイオセンサーではカバー部材が、採血口を塞ぐ役割を併せ持つため、別途キャップ等を用意する必要がなく、基板に切断部を設けた場合にも、この切断部をも覆う態様でカバー部材を用いることでバイオセンサー内部を密閉することができるため、少ない構成部材により吸引採血型の針一体型バイオセンサーを提供することが可能となる。

基板としては、平板状で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。さらに、密閉型のバイオセンサーおよび針一体型バイオセンサーの場合には、内部に配置した試薬の長期保存による還元作用を防ぐため、基板部材として酸素透過性に優れた材料を使用することもでき、細孔径が細菌類などの混入を防ぐために0.45μｍ以下のものが用いられる。基板の厚さは、10〜1000μｍ、好ましくは100〜300μｍがよく、材質については試料液が親水性であれば疎水性材料が、また、試料液が親油性であれば親水性材料であることが好ましい。このような条件を満たす部材としては、試料液の体積が規定できる硬さをもったミリポア社の種々のろ過フィルターが好ましい。

電極は、基板上にスクリーン印刷法、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、その材料としては、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。

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い。

電極が形成された基板上には、試薬層(電極反応部)を形成することができる。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。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ー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、採血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、試料の移動を円滑にさせることが可能となる。

以上の採血が満たされる電極上に試薬層が設けられたバイオセンサーは、採血口から送り込まれる採血が電極上の試薬層と接触することにより、採血と試薬とが反応する。この反応は、電極における電気的な変化としてモニタリングされる。

絶縁性基板上には、上記電極以外にスペーサーが形成される。スペーサーは、接着剤、レジストおよび絶縁性基板の少なくとも一種により構成され、センサー内に測定試料を導入するためのスペースを確保するといった役割を果たす。

レジストは、スクリーン印刷などで容易に形成できる。レジストは、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、紫外線硬化型のビニル・アクリル系樹脂、ウレタンアクリレート系樹脂、ポリエステルアクリレート系樹脂などからなり、その厚みが約5〜500μm、好ましくは約10〜100μmのものが用いられる。レジストの使用の目的は主に電極パターンを明確にし、上記の電極面積の規定をはっきりさせる以外にも、試薬層が存在しない試料搬送路を絶縁するなどの目的がある。そのため、レジスト層は後述する接着剤層と同様のパターンを形成しても、形成しなくてもどちらでもよい。

電極(およびレジスト層)が形成された基板には、アクリル樹脂系接着剤などの接着剤を介してカバーが接着されてバイオセンサーが形成される。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、約5〜500μm、好ましくは約10〜100μmの厚さで形成され、かかる接着剤層はレジスト層が形成された場合と同様スペーサーとしても作用する。なお、接着剤層中に上記試薬を含有させることもできる。

カバー材料としては、電気絶縁性の軟質材料、具体的にはビニル・アクリル系樹脂、ウレタンアクリレート系樹脂、ポリエステルアクリレート系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリフッ化ビニルまたはセロハンなどが、好ましくはこれらの材料の片面に粘着層を設けた粘着テープが用いられる。ここで、カバー材料として片面に粘着層を設けた粘着テープを用いる場合には、電極(およびレジスト層)が形成された基板へのカバーの接着に際して、上述した基板上への接着剤層の形成を省略することもできる。カバーの形成は、上述の如く電極が形成された基板上に接着剤を用いて接着することにより行われるが、このときカバー材料の一部を予め電極等が形成されていない電気絶縁性基板裏側に接着し、該カバー材料を電気絶縁性基板端部で折り返すことによりカバーの接着が行われる。かかる製造方法により、例えば長大な基板に長大なカバー部材を接着したうえで、電極等の形成を行い、基板端部でカバー部材を折り畳んだ後、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煩雑なカバー部材の位置決めを行うことなく製造することが可能となる。このような製造方法により作製される針一体型バイオセンサーは、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。

また、接着剤層上には被検体の皮膚から体液を採取するための穿刺針を配置することもできる。穿刺針は、例えば電気絶縁性板端部で折り返されたカバー部材折り返し部分に対して垂直に配置され、この穿刺針はバイオセンサー内で固定することもできる。穿刺針が電気絶縁性板端部で折り返されたカバー部材折り返し部分に対して垂直に配置された場合には、被検体への穿刺時に、穿刺針が電気絶縁性板端部で折り返されたカバー部材折り返し部分を突き破り、被検体の皮膚を突き刺した後、軟質材料の復元力によって穿刺針が被検体の皮膚から引き戻され、そのときに生じたカバー部材折り返し部分の貫通穴を通じて体液をバイオセンサーの試料搬送路へと導入することができる。

穿刺針としては、被検体を穿刺する必要があるため、これに耐え得る強度を持ち、鋭利であることが望ましく、また穿刺時の痛みを抑えるために、細い穿刺針であることが好ましい。具体的には、テルモ社製で、21〜33ゲージのものが用いられる。穿刺針は被検体の皮膚を突き破ることができれば中空針であっても棒状針でも良い。さらに、穿刺針は使用されるまでバイオセンサー内に衛生的に収納されている必要があることから、抗菌・抗ウィルスに効果がある光触媒機能を針の先端表面に付与させても良い。その場合、酸化チタンまたは二酸化チタンの膜が望ましい。

ここで、試料搬送路内への試薬層、界面活性剤あるいは脂質の塗布により、その内部に収まる穿刺針が汚染される可能性がある。このような汚染を防ぐためには、穿刺針先端の周囲にこれらの試薬を塗布しないようにするか、あるいはレジスト層または接着剤層によって試料搬送路内の試薬層から隔離することが好ましい。

以上の構成よりなる針一体型バイオセンサーのうちバイオセンサー内部が密閉されているものについては、外気よりも陰圧の条件下、好ましくは真空条件下において製造することにより、センサー内部が陰圧状態で密閉され、穿刺後の試料搬送路内への採血の移動について毛細管現象に加えて、吸引手段を併用することができる。このような構成を採用することにより、採血を円滑に行なうことが可能となる。ここで、穿刺採血口付近に採血導入ガイドを設けることができる。採血導入ガイドの材質としては、例えばゲル、弾性材料、発泡性材料などが挙げられ、カバー材料と同一素材を用いることもできる。かかる材質よりなる採血導入ガイドは、陰圧を維持するとともに、被検体の皮膚と穿刺採血口との密着性を向上させるといった効果も併せて奏する。

さらに電気絶縁性基板に、電極が形成されていない基板部分の切り離しを可能とする切断部を設け、該切断部を伸縮性を有するカバー材料の一部により覆う構成とすることで、採血時に切断部で基板の一部を切り離し、バイオセンサー内部の体積を増加せしめることにより該内部を陰圧とすることで吸引採血することも可能となる。ここで切断部とは、基板を切り離すことを可能とする基板間に設けられた隙間を指しており、このような隙間は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、破線状のミシン目を形成することにより、またはヒンジ成形により1〜4mm程度の長さのヒンジ部を形成することにより設けられる。このような方法により吸引採血が行われる場合には、必ずしもセンサー内部を陰圧にする必要がないといった効果を奏する。

以上の構成よりなる本発明の針一体型バイオセンサーは穿刺駆動を備えた測定装置により穿刺・採血・測定の一連の操作が成されることが望ましい。その場合、例えば穿刺駆動については針がバイオセンサーの軟質材を貫通して被検体の皮膚を突き破る機構と、穿刺直後、速やかに元の位置に戻る機構を備えていることが望ましい。

測定装置の構造上の特徴の一例を述べる。本測定装置は穿刺針駆動部と測定装置部が一体化しており、穿刺針駆動部は引き金部、穿刺開始ボタン部、バネなどの弾性体による駆動部から構成される。一方、測定装置部については、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、さらに針一体型バイオセンサーの穿刺針を中心線とした左右非対称構造を測定用端子の突出部で認識できる機構を備えることができる。

測定装置の穿刺駆動は、針一体型バイオセンサー上部を鉛直方向にたたいた後、速やかに戻る機構がよく、さらに被検体の皮膚を穿刺する深度が調節可能な機構を有することが好ましい。

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、電波時計の内臓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。

本発明による実施態様の針一体型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、本発明にかかるバイオセンサーの一組立例を示す図である。a)には電気絶縁性の平板状基板１とレジスト６が示されている。基板１の表面には導電体７，７が設けられている。b)にはレジスト６が設けられた基板１上に配置される接着剤層５が示されている。ここで示したレジスト層６および接着剤層５は試料搬送路および電極反応部を形づくるためのスペーサー２としても働く。c)には、基板１の他、電気絶縁性のカバー１５となる軟質シート４１が示されている。軟質シート４１は片面に接着剤層５が設けられており、d)ii)に示される如く基板１の電極等が形成されていない裏面の端部に接着し、さらに該端部で折り返して基板１表面を覆うことで、e)に示されるようなバイオセンサー３が形成される。なお、軟質カバーに設けられている接着剤層５にはスペーサー２の役割はない。この図では、d)i)に示される如く、カバー片面および基板表面上の双方に接着剤層が形成されているが、基板上へのカバーの接着といった観点からは、いずれか一方のみとすることもできる。このとき、軟質カバーとして接着剤層を有しないタイプのものを用いる場合には、予め電極等が形成されていない基板裏面端部に接着剤層５を設け、そのうえに軟質シート４１を貼って、それをカバー１５としてバイオセンサー３を形成させることができる。

e)に示したA-A’断面図をf)に、B-B’断面図をg)に示す。f)では軟質カバー１５，４１の内側に設けてある接着剤層５が、電極等が形成されていない基板裏面端部から電極等が形成された基板表面の接着剤層形成部分までを覆うことでバイオセンサー３が形成されている様子が示されている。基板１と軟質シート４１でできたカバー１５との間には導電体７とレジスト層６、接着剤層５が形成されており、レジスト層６と接着剤層５の空き空間には電極１０がむき出しており、その部分は試料搬送路８や電極反応部１３を形成している。g)にも示されているように基板１上には導電体７、レジスト層６、接着剤層５、カバー１５部としての軟質シートによってバイオセンサーが形成されている。

図２は、本発明にかかるバイオセンサーの一製造例を示す図である。a)には、電極等が形成されていない電気絶縁性の平板状基板１の裏面端部に、接着剤層５が部分的に設けられている状態および接着剤層５を備えていない軟質シートが示されている。b)には、電極が形成された基板１の表面が示されており、そこには２本で一組の導電体が５組配置され、個々の導電体の組には、その表面上にレジスト層６および接着剤層５がそれぞれ設けられている。ここでレジスト層６および接着剤層５は試料搬送路および電極反応部を形づくるためのスペーサー２としても働く。c)は、a)で示した軟質シート４１と基板１が該基板裏面上に設けた接着剤層５により接着された基板裏面を示し、またこの基板表面をd)に示す。e)では基板上に設けられた導電体７とスペーサー２のパターンを覆うように軟質シート４１が基板１の裏面から覆われて形成されたバイオセンサーシートが示されている。ここで示した切断線に沿ってバイオセンサー３を個々に分けたものがf)に示されている。g)はこのようにして形成されたバイオセンサー３の構成図であり、h)はg)のA-A’断面図を示す。この図では、接着剤層５を設けていない軟質シートを使用しているが、接着剤層５を片面に設けた軟質シートを使用することもできる。その場合には、基板の裏側への接着剤層５の配置が不要になる。この製造方法の特徴は一枚の基板と軟質シートを貼り合せることで複数のバイオセンサー３を同時に製造するために位置あわせを高精度に行うことができるところにある。

図３は、本発明にかかる針一体型バイオセンサーの他の製造例を示す図である。図２との大きな違いは、センサー内に穿刺針が配置される点にある。穿刺針は、カバーおよび平板状の基板上に設けられた接着剤層によって、内包固定される。この図では、穿刺針がセンサー内に固定される態様を示したが、穿刺針は必ずしも固定されている必要はなく、外部の駆動により可動するものも用いることができる。また、電極面積を規定するために、レジスト６には貫通穴３７が設けられ、さらに軟質シート４１の折り返し部には軟質剤でなる採血導入ガイド３６が取付けられる。a)〜f)は各製造工程を示し、i)は構成部材およびセンサーの表面を、ii)はそれらの裏面を示している。

図４は、本発明にかかる吸引採血型の針一体型バイオセンサーの一組立例を示す図である。a)〜d)は針一体型バイオセンサーの製作例であり、i)は針一体型バイオセンサーの製作に要する構成材料、ii)ではその成形体を示している。a)i)には、バイオセンサーの基板１とレジスト６、軟質シート４１が示されている。基板１の表面には導電体７が平板状の基板１の長軸方向に対し直交するように配置され、その裏側には図示されていないが接着剤層５が設けられていない軟質シート４１の固定用に接着剤層５が部分的に設けられている。また、レジスト６には電極面積を規定するための貫通穴３７が設けられている。a)ii)には、レジスト６が基板１の表面に設けられた状態が示されており、1)は基板表面を、2)は基板裏面をそれぞれ示している。b)i)では、a)ii)で形成した軟質シート４１の表面に設けられる接着剤層５、該接着剤層表面に配置する穿刺針部３３、基板上に設けられる接着剤層５および該接着剤層の空き部分に配置する通気フィルター２５が示され、それらが定位置に配置された状態がb)ii)に示されている。c)i)では、穿刺針部３３上にさらに接着剤層５が配置される様子が示されている。ここで、穿刺針部３３を挟んだ上下２枚の接着剤層５には穿刺針２０が接着剤層５から突出させるため凹状となっている。この凹状部はc)ii)に示される如く針一体型バイオセンサーの形成時には試料搬送路となる。d)i)には、c)ii)で示した成形体を基板裏面側から示したものである。この折重ね工程時に雰囲気を真空にすることで針一体型バイオセンサー単位４０の内部圧を真空にできる。ここで、軟質シート４１の折り曲げ部には軟質剤でなる採血導入ガイド３６が取付けられる。この後、電極およびスペーサーを内側にして折畳んで成形された針一体型バイオセンサー２９をd)ii)に示す。ここで、軟質シート４１については片面に接着剤層５が部分的または全体に設けられていても良く、この場合には基板の裏側に設けた接着剤層５が不要となる。

e)およびf)は、d)ii)に示した針一体型バイオセンサーのA-A’断面とB-B’断面をそれぞれ示している。e)は穿刺針部３３を中心に見た断面図である。ここでは基板１上のレジスト層６の空き部分に設けられた電極１０とその周囲の電極反応部、試料搬送路がレジスト６の折り曲げ空間内に設けられ、該空間２６は基板１の中央にも広く設けられており、吸引採血用に真空状態に保たれている。穿刺針２０については、根元部分が接着剤層５により保護されており、電極反応部に設けた試薬との直接的な接触を防いでいる。さらに、穿刺方向にはカバー部材があり、この部分は穿刺採血口３２であり、穿刺により貫通穴が形成される穿刺膜として機能する。そのとき該穿刺膜付近に設けられた採血導入ガイド３６は採血を穿刺膜に設けられた貫通穴から円滑にセンサー２９内部へと導くためのもので、皮膚との密着性の高いものであれば良い。f)は、穿刺針部３３の中心から少し右側にずれたところの断面図である。このように、e)に示されていた試料搬送路８を含む真空の空間は見られないが、基板中央には真空の空間が広く取られている。この構造により、試料体積は少なくてすむ一方、真空体積を広く取ることで採血をより円滑にできる特徴がある。

図５は、図４に示した本発明にかかる吸引採血型の針一体型バイオセンサーの一使用例を示す図である。この吸引採血型針一体型バイオセンサー２９では、a)に示されるように被検体の皮膚２７に穿刺採血口３２を近づけ、採血導入ガイド３６を密着させる。この状態からさらにセンサー２９をb)に示される如く皮膚２７に押し込むことで穿刺針２０が軟質シート４１を突き破り、皮膚を穿刺する。このとき、軟質シート４１の折り曲げで形成されていた空間２６は、軟質シート４１が持つ柔軟性により一時的に収縮される。皮膚２７を穿刺した後、軟質シート４１の弾性が働いてc)に示されるように針２０は速やかに定位置に戻ると、そのときに形成された貫通穴３２を介して採血２４が試料搬送路および電極反応部へと導かれる。このとき、内部の陰圧が働くために採血２４の導入はさらに円滑になる。さらに、電極反応部と中央部に設けた広い真空空間２６との間には通気フィルター２５が設けられており、採血２４は電極反応部より内部へは到達できないようになっている。

図６は、本発明にかかる吸引採血型の針一体型バイオセンサーの他の組立例を示す図である。a)〜c)は針一体型バイオセンサーの製作例であり、i)は針一体型バイオセンサーの製作に要する構成材料、ii)およびiii)では、その成形体を示している。a)にはバイオセンサーの平板状基板１，１間にヒンジ成形により形成された切断部４４と一方の基板表面に導電体７が形成されている状態およびレジスト層６が示されている。該切断部は、電極を含まない基板部分に約1×1mmで、その中心部が縊れているものが２箇所形成されることにより設けられている。このような切断部としては、ヒンジ成形のほかに一枚の基板にミシン目を設けることにより形成することもできる。該レジスト層６はスペーサー２の役割も果たすほか、電極面積を規定し、また、電極表面と穿刺針との接触を防ぐためにも設けられる。従って該レジスト６層には貫通穴３７が設けられている。ここで、基板１は角を丸めることで安全に使用できるものとなっている。b)は基板１，１上に接着剤層５が形成される様子を示している。また、b)ii)ではレジスト層６上に接着剤層５が設けられ、レジスト層により面積が規定された電極１０およびその電極反応部１３が示されている。c)i)には穿刺針部３３の構成が示されており、穿刺針部３３は穿刺針２０とそれを支える支持体１９から構成され、穿刺針部３３が試料搬送路８に沿って、電極と直交して配置されている状態が示されている。この図が示すように、穿刺針部３３は電極表面１０との接触をレジスト層６の形成により避けられる構造を採っている。したがって、試薬層１３が電極１０の表面に形成されていても、該試薬層１３と穿刺針部３３との接触を防ぐことができるため、結果として穿刺針２０の試薬による汚染を防ぐことができる。c)ii)には基板１上に接着される軟質シート４１が示されており、この軟質シート４１を基板１上の接着剤層５に合わせて貼り合せることで、c)iii)に示す針一体型バイオセンサー２９が形成される。かかる態様で用いられる軟質シートは、伸縮性を有するものであり、電極等が形成されていない基板裏面の上下両端部に、接断部４４を覆う状態で２枚の基板間の隙間を塞ぐような態様で接着される。このような構成によって試料搬送路８が外気と遮断された状態となる。

図７に、図６に示した本発明にかかる吸引採血がなされる針一体型バイオセンサーの断面図を示す。b)は、a)で示したA-A’断面図を示している。この図が示すように、バイオセンサーの平板状基板１上に設けられたパターン表面に穿刺針３３が配置され、基板上下両端部にカバー部材が接着され、さらに切断部までカバー部材が覆うことにより、センサー内部が密閉されている状態が示されている。c)は、a)で示したB-B’断面図を示しており、レジスト層６および接着剤層５により形成されたスペーサー中程に穿刺針１９が配置されていることが示されている。

図８は、図６に示した吸引採血がなされる針一体型バイオセンサーの一使用例を示す図である。a)〜d)で各工程を示し、i)とii)ではそのときの針一体型バイオセンサー２９の状態をi)では構成図、ii)では図７a)で示したA-A’断面図で示している。a)は針一体型バイオセンサー２９の使用前の状態を示す。b)は穿刺の状態が示されており、図示されてはいないが、穿刺針２０はセンサーから突出して皮膚を突き刺している。c)は穿刺後に穿刺針部３３が元の位置に戻った状態を示している。d)はその後、切断部４４で基板間を切り離して、センサー内部体積を増加させることにより、センサー内を陰圧にしている様子を示す。このとき、切断部のカバー部材が引き伸ばされる。これにより、穿刺した皮膚からの採血２４はセンサー内部へ吸引採血される。

本発明にかかるバイオセンサーは、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計などに用いられるバイオセンサーとして有効に用いられる。

本発明にかかるバイオセンサーの一組立例を示す図である。 本発明にかかるバイオセンサーの一製造例を示す図である。 本発明にかかるバイオセンサーの他の製造例を示す図である。 本発明にかかる吸引採血型の針一体型バイオセンサーの一組立例を示す図である。 本発明にかかる吸引採血型の針一体型バイオセンサーの一使用例を示す図である。 本発明にかかる吸引採血型の針一体型バイオセンサーの他の組立例を示す図である。 本発明にかかる吸引採血型の針一体型バイオセンサーの一断面図である。 本発明にかかる吸引採血型の針一体型バイオセンサーの他の使用例を示す図である。 従来のバイオセンサーの一組立例を示す図である。

符号の説明

１ 基板
２ スペーサー
３ バイオセンサー
５ 接着剤層
６ レジスト層
７ 導電体
８ 試料搬送路
９ 試料導入口
１０ 電極
１１ 端子
１２ 空気排出口
１３ 電極反応部（試薬層）
１４ 折り畳み成形体
１５ カバー
１６ ミシン目
１９ 穿刺針支持体
２０ 穿刺針
２４ 採血
２５ 通気フィルター
２６ 真空空間
２７ 指
２９ 針一体型バイオセンサー
３２ 穿刺採血口
３３ 穿刺針部
３６ 採血導入ガイド
３７ 貫通穴
３９ バイオセンサー単位
４０ 針一体型バイオセンサー単位
４１ 軟質シート
４４ 切断部

Claims (12)

1. 電気絶縁性基板上に電極、スペーサーおよびカバーが順次形成されたバイオセンサーにおいて、
   バイオセンサー内に設けられる電極がすべて平板状の電気絶縁性基板上に形成されるとともに、カバーが軟質材料よりなり、かつカバー部材の一部が電極およびスペーサーが形成されていない電気絶縁性基板裏面に接着され、該カバー部材が該電気絶縁性板端部で基板表面側に折り返されてカバーが形成されたバイオセンサー。
2. カバー部材を形成する軟質材料が、ビニル・アクリル系樹脂、ウレタンアクリレート系樹脂、ポリエステルアクリレート系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリフッ化ビニルまたはセロハンよりなる請求項１記載のバイオセンサー。
3. カバー部材が、片面に粘着層を設けた粘着テープである請求項１記載のバイオセンサー。
4. 電気絶縁性基板材料が、酸素透過性材料である請求項１記載のバイオセンサー。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載のバイオセンサーに、さらに電気絶縁性板端部で基板表面側に折り返されたカバー部材折り返し部分に対して垂直に被検体の皮膚を突き刺して体液を採取するための穿刺針が配置された針一体型バイオセンサー。
6. 穿刺針が固定されている請求項５記載の針一体型バイオセンサー。
7. 被検体への穿刺時に、穿刺針がカバー部材折り返し部分を突き破り、被検体の皮膚を突き刺した後、カバー部材を構成する軟質材料の復元力によって穿刺針が被検体の皮膚から引き戻され、そのときに生じたカバー部材折り返し部分の貫通穴を通じて体液がバイオセンサーの試料搬送路へと導入されることを特徴とする請求項６記載の針一体型バイオセンサー。
8. 内部を陰圧または真空に保ち、穿刺採血時にはその吸引力を利用して採血を行うことを特徴とした請求項６記載の針一体型バイオセンサー。
9. カバー部材折り返し部分に、採血導入口ガイドを設けた請求項８記載の針一体型バイオセンサー。
10. 電気絶縁性基板に、電極が形成されていない基板部分の切り離しを可能とする切断部が設けられ、該切断部がカバー材料の一部により覆われている請求項８記載の針一体型バイオセンサー。
11. 電気絶縁性基板上に電極およびスペーサーを形成し、次いでこれらが形成されていない電気絶縁性の基板裏面の少なくとも一部に、カバー形成用軟質材料の一部を接着し、さらに電極およびスペーサーが内側に配置されるようにカバー形成用軟質材料を絶縁性基板端部で折り返してカバーを形成することを特徴とした請求項１乃至４のいずれかに記載のバイオセンサーの製造法。
12. 電気絶縁性基板上に電極およびスペーサーを形成し、次いでこれらが形成されていない電気絶縁性の基板裏面の少なくとも一部に、カバー形成用軟質材料の一部を接着し、さらに穿刺針を配置して、電極、スペーサーおよび穿刺針が内側に配置されるようにカバー形成用軟質材料を絶縁性基板端部で折り返してカバーを形成することを特徴とした請求項５乃至１０のいずれかに記載のバイオセンサーの製造法。
    

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