JP4893921B2 - バイオセンサー - Google Patents

Description

本発明は、(針一体型)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(針一体型)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８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。

また、従来より糖尿病患者自らが採血して血中のグルコース値である血糖値を測定する場合がある。この場合、患者は採血針を着脱するランセットと称される採血器具を用い、自分の指先や腕などに採血針を刺して採血し、採血した血液を血糖値分析計に移して血糖値を測定している。このような測定方式では、患者は血糖値分析器、ランセット、採血針および分析素子といった数点からなる測定器具の一式を携帯所持し、必要時にそれらを組み合わせて測定しなければならず、操作法も長い訓練を要し、確実な測定を患者自身で行うことができるようになるまでかなりの時間を要する。実際に、指先、前腕以外の部位（腹壁、耳たぶ等）での測定は、熟練者ですら困難である。また、近年においては、より痛みの少ない低侵襲検体供給のニーズから、検体量が１μl以下で測定可能なバイオセンサーが開発されており、このような極微量な場合、またバイオセンサーへの検体を正確に供給する作業は非常に困難になる。その結果、測定の失敗を招き、被測定者である患者は再度穿刺して、またバイオセンサーも交換し、測定をやり直さなければならないという不都合がある。
特許第３,６２１,５０２号公報 特公平８−２０４１２号公報

そこで、いくつかの針一体型バイオセンサーが考え出された。まず、特許文献３に示された針一体型バイオセンサーでは、穿刺針の駆動部を備えたペン型（２色ボールペン様）の測定装置の内部に、穿刺針とバイオセンサーがそれぞれ別の位置にセットされており、ペン様の測定装置の先端部を被検体の皮膚に当て、穿刺した後、バイオセンサーを先端部に露出させ、採血を行なうことで血糖測定が行なわれる。しかし、この方法では、針およびバイオセンサーを測定装置にそれぞれセットするという煩わしさは解消されていない。
特開２０００−２１７８０４号公報

また、特許文献２０で示された針一体型バイオセンサーでは、穿刺針を外部の駆動に委ねるものであり、穿刺針が細長い小片状のバイオセンサーの長手方向に沿って平行に移動する一体構造をとっている。しかし、このタイプでは、基板やカバーなどを積層して針一体型バイオセンサーを作らなくてはならないため、重ねる位置を正確に合わせる行程など製造工程が多かった。また、個々のバイオセンサー部材を正確に重ね合わせることが困難であるため、異なるロット間の再現性に差違が見られ、高精度なバイオセンサーの作成が難しいといった問題があった。
再公表２００２−０５６７６９号公報

本発明の目的は、組み立てが容易であり、かつ作製された(針一体型)バイオセンサーの再現性にすぐれた、高精度な(針一体型)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、１枚の絶縁性基板への破線の作製または１枚の絶縁性基板を型で打ち抜くことによるヒンジ成形によって設けられた接続部によって繋がれた形態となる２部材の絶縁性基板上の一方または両方に、(a)電極ならびに(b)レジスト層および接着剤層のいずれか一方または両方により構成されるスペーサーが形成され、該接続部に沿って２部材の絶縁性基板を折り畳み、絶縁性基板間に(a)電極および(b)スペーサーを位置させたバイオセンサーによって達成される。

本発明に係る(針一体型)バイオセンサーは、接続部によって繋がれた２部材の絶縁性基板を折り畳むことによって容易に(針一体型)バイオセンサーが作製されるため、個々のバイオセンサー部材を正確に重ね合わせるといった煩雑な行程がなく容易に製造することができるとともに、作製された(針一体型)バイオセンサーは再現性にすぐれ、高精度であるといった優れた効果を達成することができる。さらに、２部材の絶縁性基板に、２部材の位置合わせに用いられるポールが貫通するポール挿入穴を設けた場合には、折畳み成形をより精密に行うことができる。このように組み立てが容易な(針一体型)バイオセンサーは、大量生産が可能であるといった効果をも奏する。

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、２部材の基板が接続部によって繋がれたものが用いられる。接続部としては、その長さが後述するスペーサーの厚さ以上、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、バイオセンサーのなかでも穿刺針が一体化された針一体型バイオセンサーにおいては長さ1〜6mm、幅0.2〜3mm、好ましくは長さ1.5〜5mm、幅0.5〜2mmのものが、好ましくは２部材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、１枚の絶縁性基板に、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1〜6mm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、本発明においての２部材の絶縁性基板とは、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、針一体型バイオセンサーにおいては長さ1.5〜5mm、幅0.5〜2mm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次に述べるような２部材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。

また、２部材の絶縁性基板には、好ましくは２部材の基板の位置合わせに用いられるポールが貫通するポール貫通穴が、２部材の基板を折り畳んだ後に相対することとなる部位に設けられる。かかる貫通穴を設けることにより、２部材の基板の折り畳み時にポール挿入穴にポールを貫通させることで２部材の基板の位置合わせが容易に行うことが可能となるとともに、作製されたバイオセンサーの再現性にすぐれた、高精度な(針一体型)バイオセンサーの提供が可能となるといったすぐれた効果を奏する。

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。

これらの電極は、１部材の基板上にまとめて、あるいは２部材の基板上に分かれて形成されるが、試料体積を少なくする観点からは、電極は２部材の基板上に相対して配置される対面構造、具体的には２部材の基板表面上に形成した電極をレジスト層や接着剤層などからなるスペーサーを挟んでなる対面構造が好ましい。これにより、電気化学反応が効率よく進み、電極間距離および電極面積の縮小などにより反応層の容積を効果的に少量化できるため、結果として少試料化を測ることが出来る。

電極が形成された基板上には、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。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、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。

ここで、針一体型バイオセンサーにおいては、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ことが好ましい。

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。

さらに、バイオセンサーは電極がレジスト層により規定されていてもよく、このレジスト層もスクリーン印刷などで容易に形成できる。この場合のレジストは、基板、カバー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が挙げられる。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。後者の場合、レジスト層は絶縁のために電極基板上に形成させるのが好ましい。さらに、このレジスト層は本発明の針一体型バイオセンサーの穿刺針が収まっている試料搬送路内における電極よりも厚く設けることで、穿刺針と電極との接触を抑えることができる。かかるレジスト層は、スクリーン印刷法により形成することが可能であり、例えば上記のいずれかの材料により約5〜500μm、好ましくは約10〜100μmの厚さで形成されるレジスト層はスペーサーとしても作用する。

接続部によって繋がれた２部材の基板は、接着剤よって接着されるため、２部材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、レジスト層と同様に基板、カバー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、約5〜500μm、好ましくは約10〜100μmの厚さで形成される接着剤層は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。

電極およびスペーサーが形成された２部材の絶縁性基板は、接続部に沿って折畳むことにより、好ましくは絶縁性基板に設けられたポール挿入穴に位置合わせのためのポールを貫通させながら接続部に沿って折畳むことにより、折畳み成形体としてのバイオセンサーが製造される。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。

また、以上の構成よりなるバイオセンサーには、絶縁性基板を折りたたむ際に、電極およびスペーサーとともにさら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を内包させ、絶縁性基板間に電極、スペーサーおよび穿刺針を位置させた針一体型バイオセンサーとすることもできる。

穿刺針は、電極に対して平行、直交などいかなる配置とすることも可能であるが、好ましくは電極と直交する状態で配置される。穿刺針を電極と直交する状態で配置した場合には、測定用端子が穿刺針の軌道から外れた位置に配置されることで針一体型バイオセンサーの形状が穿刺針を中心線として左右非対称となるため、使用者にとってはそれが目印となって測定装置への挿入を左右誤らずにすみ、測定装置も本発明の針一体型バイオセンサーの測定用端子の位置を特定するための機構を備えることができる。

被検体の皮膚から体液を採取するための穿刺針については、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。

かかる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、速やかに元の位置の戻る機構を備えてあることが望ましい。

針一体型バイオセンサー用測定装置としては、針一体型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、測定装置は、下部にある導入部に針一体型バイオセンサーを穿刺針支持体が上を向くように挿入させ、バイオセンサーの端子が測定装置のコネクターと接続することで測定が可能な状態となり、次に、穿刺駆動を針一体型バイオセンサー内部に与えるために引き金を引くことで測定の準備が完了し、あとは穿刺開始ボタンのスイッチを押すことで穿刺・採血・測定の順序で自動的に作動し、最終的に測定結果が導かれる仕組みのものが用いられる。

測定装置の構造上の特徴の一例を、さらに詳しく述べる。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。かかるスライド構造により、針一体型バイオセンサーを確実にホールドした状態を保ったまま穿刺駆動を受けるので、測定装置全体としての強度を高めることができる。

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整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。

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、本発明に係るバイオセンサーの一組立例を示す。a)には、２部材の絶縁性基板間に接続部３０が設けられている絶縁性基板１，１と、接着剤層５が示されている。ここで、２部材の基板には、それぞれ折畳み成形時の位置穴として機能するポール挿入穴２９が設けられている。また、２部材の基板の長さが同じ場合、スペーサーなどの厚みによって歪が生じ、基板同士の端が合わなくなる場合があるが、一方の基板を若干長くすることにより、両者を貼り合せたときの端面を一致させることが可能となる。また、２つの接着剤層５の間の空間は基板１上に設けた導電体７が電極となる部分であり、該接着剤層の厚みがスペーサー４を形成する。従って、ここで示されている接着剤層５についてはその厚さが試料体積を規定するのに重要な役割を持つ。b)には、接着剤層５が絶縁性基板１上に設けたポール挿入穴２９を塞がないように配置される様子が示されている。このバイオセンサー９の場合、センサーの角に採血口１７を設けることで採血部１７を分かり易くしている。また、上記ポール挿入穴２９は、試料搬送路８内の採血口からみて電極１０よりも奥側に設けられることにより、必要以上の採血の導入を防ぐための空気排出口としても作用するといった効果を奏する。b)に示された矢印に従って、２部材の基板に設けられたポール挿入穴２９が一致するように絶縁性基板１，１を折畳むと、c)に示すようなバイオセンサー９が形成される。c)i)にバイオセンサー９の正面図、ii)にその背面図を示す。一方の基板端部が、凹状となっているため、他の基板上に形成された導電体が露出する状態となっており、これが測定装置へ接続される端子１１を形成している。形成される電極のパターンによっては凹状ではなく、凸状の絶縁性基板を用いることもできる。

図２は、図１に示した折畳みバイオセンサーの成形方法の一例を示す。図２a)は、図１に示した折畳み成形前のバイオセンサーおよびバイオセンサー９の折りたたみ成形をガイドする折畳みガイド２５が示されている。図２a)i)はそれらの正面図、図２a)ii)は側面図をそれぞれ示している。折畳みガイド２５にはバイオセンサー９のポール挿入穴２９に挿入するためのポール２６、ポール２６を受け止めるポール受入部２８、蝶番２７によって開平可能な支持板３２が示されている。図２b)では、折畳みガイド２５上に折りたたみ成形前の針一体型バイオセンサー９が、基板に設けられているポール挿入穴２９の一方にポールを挿入し、また他方のポール挿入穴２９が折畳みガイド２５に設けられているポール受入部２８と一致するようにセットされている状態が示されている。この状態で、折畳みガイド２５を折り重ねたときの状態が図２c)に示されている。ここでは、折畳みガイド２５上のポール２６がポール受入部２８に正確に格納されており、これによりバイオセンサーの折畳み成形をより精密に行えるといった効果を奏している。

図３は、図１に示した折畳みバイオセンサーの成形方法の他の例を示す。図２との違いはポール２６を折畳みガイド２５に設けられたポール受入部２８に確実に収めるために、ポール受入部２８の上部にもポール２６’を設けている点にある。このポール２６の先端は凹状になっており、もう一方のポール２６の丸い先端との接続を確実なものとしている。さらに、凹状ポール２６’下部のポール受入部２８には巻きバネなどの弾性体３１が配置されており、２つの折畳みガイド２５が折り重なる際、凸状ポール２６が凹状ポール２６’と接続した後、凹状ポール２６’に重量がかかることで、バネが縮む構造となっている。これにより、凸状ポール２６は、凹状ポール２６’と接続した状態でポール受入部２８に収まる構成となっている。この図で示した製法によればバイオセンサーの上下の基板を折畳みガイド２５に配置したポール２６，２６’により固定した状態で、基板同士を確実な配置で重ね合わせることができるので、図２よりも機構はやや複雑ではあるものの、貼り合わせの精度の極めて優れた方法であるといえる。さらに、この方法では使用する凸状ポール２６と凹状ポール２６’の先端に極性の異なる磁石または電磁石を設けたり、または電気的な端子を設け、両者との接続による導通の大きさで両者の接続具合を判断することで折畳み精度をさらによくすることができる。

図４は、本発明の針一体型バイオセンサーの一製造例を示している。図４a)〜c)は針一体型バイオセンサーの作製例であり、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) 及びiii)では、その成形体を示している。図４a)にはバイオセンサーの表面に破線による接続部２１と導電体７が形成されている基板１、１の板部材とレジスト層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。従ってレジスト６層には貫通穴４が設けられている。ここで、基板１、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。図４b)はレジスト層の上に接着剤層５が形成される様子を示している。ここで、接着剤層５も基板１とカバーの板部材間に設けられるので、レジスト層６と同様、スペーサー２の役割を果たす。また、図４b)ii)ではレジスト層６と接着剤層５とで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。図４c)i)には穿刺針部１４の構成が示されており、穿刺針部１４は穿刺針２０とそれを支える支持体１９および外部駆動の接続部１７から構成され、外部駆動接続部１７が穿刺駆動を備えた測定装置に接続されることで測定装置からの穿刺駆動を得られる仕組みとなっている。また、図４c)には穿刺針部１４が試料搬送路８に沿って配置されている様子がわかる。この図が示すように、穿刺針部１４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れば、試薬層１３と穿刺針部１４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。図４c)iii)には、接続部２１に沿って２部材の基板１、１を折り畳むことにより形成された折畳み成形体１８としての針一体型バイオセンサー３が示されている。本発明の針一体型バイオセンサーの特徴は一枚の平面基板に破線のような接続部２１を設けることでバイオセンサー(折畳み成形体１８)を組み立てられる点である。この様な折畳み方式で組み立てられるバイオセンサーは、通常の積層法による製法とは異なり、基板とカバーの重ね合わせが不要なため、製造工程が簡略化できる特徴がある。したがって、高精度に成形されたセンサーを歩留りよく大量生産するのに適した方法と言える。

図５は図４で示した針一体型バイオセンサー３の断面図を示している。図５b)は図５a)で示したA-A’ 断面図を示している。この図が示すように、バイオセンサーの基板１上に設けられたパターン表面に穿刺針１４が配置されている。図５c)は図５a)で示したB-B’断面図を示している。２部材の基板１、１の中心部に穿刺針１４が配置されている。これらの図が示すように、本発明の針一体型バイオセンサー３の構造は２部材の基板１、１の内側に形成された電極１０が向かい合うように貼りあわされることで、対面電極の構造をなしている。さらに、電極１０が穿刺針１４と直交して配置されることで端子１１を穿刺針１４の軌道から外すことができる。また、端子１１が穿刺針１４の軌道から外れた位置に配置されるため、針一体型バイオセンサー３の形状が穿刺針を中心線として左右非対称となり、使用者にとってはそれが目印となって測定装置への挿入を左右誤らずにすみ、測定装置も本発明の針一体型バイオセンサー３の端子１１の位置を特定するための機構を備えることができる。また、電極の幅及び電極間距離を小さくすることで、その部分の基板の幅も小さくなるので、試料液量の少量化を図ることができる。

図６は図４および図５で示した針一体型バイオセンサー３の使用例を示している。図６では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３の状態をi)では構成図、ii)では図５a)で示したA-A'断面図で示している。図６a)は穿刺駆動つきの測定装置に接続された針一体型バイオセンサー３の使用前の状態を示す。このとき、被検体としての皮膚が、針一体型バイオセンサー３の穿刺採血口１２に密着している。図６b)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。図６c)は穿刺後に穿刺針部１４が元の位置に戻った状態を示している。図６d)はその後で、穿刺した皮膚からの採血２４を毛細管現象によって吸引している状態を示している。

図７は本発明の他の針一体型バイオセンサーの製造例を示している。図７a)〜d)は針一体型バイオセンサーの作製例であり、i)は針一体型折畳みバイオセンサーの製作に要する構成材料、ii) 及びiii)では、その成形体を示している。図７a)にはバイオセンサーの基板１表面に導電体７が形成されている板部材とレジスト層６が示されている。図７b)はレジスト層の上に接着剤層が形成される様子を示している。図７b)ii)ではレジスト層６と接着剤層５とで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。図７c)には、穿刺針部１４が試料搬送路８に沿って配置されている様子がわかる。さらに、図７d)では、接続部２１に沿って２部材の基板１、１が折り畳むことにより形成された折畳み成形体１８としての針一体型バイオセンサー３が示されている。

本発明に係る折畳みバイオセンサーの一組立例を示す図である。 本発明に係る折畳みバイオセンサーの成形方法の一例を示す図である。 本発明に係る折畳みバイオセンサーの成形方法の一例を示す図である。 本発明に係る折畳み針一体型バイオセンサーの一製造例を示す図である。 本発明に係る折畳み針一体型バイオセンサーの一構成例を示す図である。 本発明に係る折畳み針一体型バイオセンサーの一使用例を示す図である。 本発明に他の係る折畳み針一体型バイオセンサーの製造例を示す図である。 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 針一体型バイオセンサー
４ 貫通穴
５ 接着剤層
６ レジスト層
７ 導電体
８ 試料搬送路(穿刺針通路)
９ バイオセンサー
１０ 電極
１１ 端子
１２ 穿刺採血口
１３ 電極反応部（試薬層）
１４ 穿刺針部
１６ ミシン目
１７ 外部駆動接続部
１８ 折畳み成形体
１９ 穿刺針支持体
２０ 穿刺針
２１ 接続部
２４ 採血
２５ 折り畳みガイド
２６ ポール
２７ 蝶番
２８ ポール受入部
２９ ポール挿入穴
３０ 接続部
３１ 弾性体
３２ 支持板

Claims (12)

1. １枚の絶縁性基板への破線の作製または１枚の絶縁性基板を型で打ち抜くことによるヒンジ成形によって設けられた接続部によって繋がれた形態となる２部材の絶縁性基板上の一方または両方に、(a)電極ならびに(b)レジスト層および接着剤層のいずれか一方または両方により構成されるスペーサーが形成され、該接続部に沿って２部材の絶縁性基板を折り畳み、絶縁性基板間に(a)電極および(b)スペーサーを位置させたバイオセンサー。
2. (b)スペーサーがレジスト層またはこれと接着剤層により構成され、該レジスト層が電極よりも厚く形成される請求項１記載のバイオセンサー。
3. 接続部が、少なくとも２箇所設けられた請求項１記載のバイオセンサー。
4. 接続部が、0.5〜5mmの長さを有する請求項１記載のバイオセンサー。
5. ２部材の絶縁性基板を折り畳んだ後に相対することとなる部位に、２部材の基板の位置合わせに用いられるポールが貫通するポール挿入穴が設けられた請求項１記載のバイオセンサー。
6. ポール挿入穴に、ポールを貫通させることにより２部材の基板の位置合わせが行われた請求項５記載のバイオセンサー。
7. ポール挿入穴が、空気排出口として作用する請求項６記載のバイオセンサー。
8. (a)電極および(b)スペーサーのいずれか一方または両方が、スクリーン印刷により製造される請求項１記載のバイオセンサー。
9. 電極上およびその周辺のいずれか一方または両方に試薬層が設けられる請求項１記載のバイオセンサー。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載のバイオセンサーに、(a)電極および(b)スペーサーとともにさら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を内包させ、絶縁性基板間に電極、スペーサーおよび穿刺針を位置させた針一体型バイオセンサー。
11. 接続部が、1〜6mmの長さを有する請求項１０記載の針一体型バイオセンサー。
12. 穿刺針が、外部からの駆動によりバイオセンサー内を移動可能な穿刺針である請求項１０記載の針一体型バイオセンサー。

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