JP5036867B2

JP5036867B2 - バイオセンサ

Info

Publication number: JP5036867B2
Application number: JP2010514351A
Authority: JP
Inventors: 三枝高橋; 怜子田中
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-05-26
Filing date: 2009-05-21
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2029-05-21
Also published as: US20110070634A1; US8343427B2; EP2280284A4; WO2009144894A1; EP2280284A1; JPWO2009144894A1

Description

本発明は、電極を有することで電気化学的測定も可能な免疫クロマトセンサなどのバイオセンサに関するものである。

近年では、在宅医療、および医院や診療所などの地域医療の充実、さらには早期診断、および緊急性の高い臨床検査の増加などに伴い、臨床検査の専門家でなくとも、それを用いて、簡易かつ迅速に、高精度の測定を実施可能である分析装置が要望されるようになってきている。このため、煩雑な操作を伴わず、短時間で信頼性の高い測定を行うことのできる、ＰＯＣＴ（ＰｏｉｎｔｏｆＣａｒｅＴｅｓｔｉｎｇ）向けの小型分析装置が、脚光をあびている。

ＰＯＣＴとは、一般的に、開業医、専門医の診察室、病棟および外来患者向け診療所などの「患者の近いところ」で行われる検査の総称であり、検査結果を即座に医師が判断し、迅速な処置を施し、治療の過程や、予後のモニタリングまでを行うという診療の質の向上に大きく役立つものとして注目されている方法である。このような小型分析装置による検査は、中央検査室での検査に比べて、検体の運搬や、設備にかかるコストや、不要な検査にかかる費用を抑えることができ、トータルの検査費用の削減が可能になるといわれている。ＰＯＣＴ市場は、病院経営合理化の進む米国では、急速に拡大してきており、日本をはじめ世界的にみても成長市場となっていくことが予想されている。

免疫クロマトセンサに代表されるような乾式のバイオセンサ（分析素子）は、試薬の調整を必要とせず、測定対象となる血液や尿などの液体試料（被検査溶液）を、バイオセンサ上に滴下するなどの簡単な操作のみで、該液体試料に含まれた分析対象物質を分析することが可能なものであり、液体試料中の分析対象物質を、簡便かつ迅速に分析する用途に非常に有用なため、ＰＯＣＴの代表として今日多数実用化されている。

抗原抗体反応を用いる免疫クロマトセンサは、感知反応において高い特異性と強い結合力で行われるので、きわめて低い濃度で存在する生理活性物質の分析において、他のセンサより優れた特性を示す。この免疫クロマトセンサは、ニトロセルロースやガラス繊維濾紙などの多孔質担体上に、分析対象物質と特異的に結合反応する試薬を固定化した反応部と、分析対象物質及び固定化試薬と特異的に結合反応する試薬を標識した標識試薬保持部とを設け、標識試薬保持部あるいは標識試薬保持部よりも試料展開方向の上流側に液体試料を添加する試料添加部を設けた構成をとっている。その測定原理は以下の通りである。まず、液体試料を試料添加部（被検査溶液供給部）に添加する。添加された液体試料は多孔質担体上を展開し、標識試薬保持部に到達した後、更に下流方向へと展開して反応層を通過し、液体試料は多孔質担体上を下流まで展開していく。ここで、液体試料中に分析対象物質が含まれている場合、分析対象物質はまず標識試薬と特異的反応をした後、反応部へと展開し、更に反応部に到達すると、標識試薬と特異的反応をした分析対象物質は、反応部の固定化試薬とも特異的反応を生じ、分析対象物質濃度に応じた呈色反応が出るので、この呈色反応を分析することで分析対象物質の濃度を確認することができる。この原理を用いて、妊娠診断薬や癌マーカー診断薬、心筋マーカー診断薬などが数多く実用化されて市販されている。なお、上記はサンドイッチ反応を例にして測定原理を述べたが、測定には競合反応を用いている場合もある。

多くの免疫クロマトセンサは、定性判定が主であったが、最近では心筋マーカー診断薬に見られるように、読取装置を用いて反応部における呈色反応の度合から分析対象物質濃度を定量測定するような商品が登場しつつある。定量測定の原理としては主に光学的現象を用いるものであって、多孔質膜からなるクロマト担体に固定された特異的タンパク質と分析対象物質との相互作用結果によって生じる呈色強度を、検出装置を用いて光学的に検出する方法がしばしば利用されている。

しかしながら、免疫クロマトセンサを用いて定量測定を行う場合、その情報としては反応部における呈色度合を光学的に読取って得られた情報のみであり、情報数が少なく、より正確な定量測定を実施することが困難であった。

そのため、情報数をより増やす手段として電気化学的手法を取り入れることを目的とした各種の方法がとられている。例えば、特許文献１では、ラテラルフロー方式の免疫クロマトセンサにおいて、純セルロースクロマトグラフィペーパーを印刷基板として用いて、この印刷基板上に銀・塩化銀ペーストインクを用いて電極を形成したクロマトグラフィーマトリックス部と電極部とから構成されるバイオセンサが報告されている。

前述した方法では、予め形成されている多孔質膜上にスクリーン印刷によって電極部を形成してバイオセンサを製造している。スクリーン印刷を実施する場合、印刷ペーストの多くは有機溶剤によってペースト状に調整されているものが用いられる。しかし、多孔質膜の多くは、有機溶剤が浸透すると、その多孔質形状が変性してしまい、多孔質の形状が破壊されてしまう現象が生じる。そのため、スクリーン印刷による電極形成により多孔質膜の多孔質形状が破壊され、本来の多孔質膜の役割が果たせなくなることから、多孔質膜上に電極を印刷する場合は、その溶剤の選択が非常に重要であった。

また、もしペースト材の選択によって問題なく印刷することができたとしても、印刷ペーストが多孔質膜内部に入り込み、目詰まりする事態が発生してしまい、被検査溶液が十分に展開しなくなる、あるいは疎水性のペースト材に被検査溶液が浸透しなくなる事態が発生してしまい、これらを回避できるように印刷することは非常に困難であった。

また、電極をスクリーン印刷にて形成する場合、印刷時のペーストのにじみによって、測定電極面積にばらつきが発生し、これにより応答特性にばらつきが生じるなどの悪影響を与えるという問題がある。この問題は、多孔質膜に電極を形成する上記特許文献１の場合においては、非常に発生頻度が高くなるため、これらの多孔質膜の担体を用いたバイオセンサにおける定量精度の向上において、解決すべき重要課題であった。また、測定電極としてその面積が均一なもののみを選別して用いることも考えられるが、この場合には選別によって歩留まりが悪化するため、コスト上昇を招いてしまうという問題をも併発していた。

これらの問題を解決するために、多孔質膜に対して印刷後に電極面積の測定を行うことは重要不可欠な検査工程となっており、この工程を組み込むことで、バイオセンサの測定精度は若干向上するものの、検査工程の追加による工数増加は、バイオセンサの製造コストに上乗せされるため、例えセンサ性能が向上しても、逆に安価なバイオセンサを提供することが不可能となる問題が発生してしまい、性能の均一な、電気化学的解析が実施可能な安価な材料の提供が強く要望されていた。また、バイオセンサ上に電極をスクリーン印刷にて形成することにより電気化学的測定方法を実現できる一方で、反応部における光学的信号を読み取ることができなくなる事態を招いていた。

また、特許文献２においては、試料導入口を有する上部カバーや上部フィルタ、第１、第２の含浸部、流通部材、電極基板に形成された電極部、特異結合物質不溶化膜、吸収部、下部基板などを厚み方向に積層させ、試料を厚み方向（積層方向）に流動させるフロースルー方式を用いた電極式免疫反応分析装置が報告されている。この方法は、ＰＥＴからなる電極基板にスクリーン印刷にて作製された電極上に、特異結合物質不溶化多孔性膜を接着することなく載置するよう積層させた構成をとっており、多孔質膜にて特異結合反応した物質量を、酵素標識抗体から得られる電流量を電極にてとらえることにより、定量測定するものである。この構成をとることによって、上記特許文献１のような多孔質膜に電極を直接形成する場合と比べて、電極と多孔質膜とが別々に作製されているため、多孔質膜に直接印刷ペーストが塗布されず、多孔質膜が多大に破壊されることを防止できるとともに、電極部印刷のための印刷ペーストの選択肢が拡がり、印刷にじみによる電極面積のばらつき発生頻度も低くなる利点がある。しかしながら、別々に調整された特異結合物質不溶化多孔質膜と電極とを精度よく積層しなくては、高精度の測定が実現不可能であるばかりか、酵素反応による電気化学的信号を読み取ることにより測定するシステムであるため、特異的結合反応した物質量を酵素反応により読み取る二段階の反応が必要とされ、特異的結合反応によるばらつきと酵素反応による反応ばらつきという定量精度に及ぼす影響要因が２つとなる危険性を含んでいる。

また、特許文献３においては、電極表面に多孔性薄膜を配した多孔性薄膜内蔵型バイオセンサが報告されている。このバイオセンサは、採取された全血検体を、多孔性薄膜によってクロマトグラフィー的に移動させることで全血から血漿を分離し、血漿だけを電極系と接触させて測定を行うものである。血漿のみを分離することで、血液中のヘマトクリットの影響を受けなくなる。しかし、測定には、血漿が分離されて電極系と接触する迄の十分な時間を要するとともに、その分離精度も血漿を十分に分離するには大きな問題があり、ヘマトクリットの影響を受け難くなるにもかかわらず、定量精度がさほど向上しないと言う問題を抱えていた。

国際公開ＷＯ０１／００４６１４号公報特開平８−７５７４８号公報特開２００２−９０３３１号公報

前述したように、上記特許文献１〜３に示されたバイオセンサあるいは分析装置は、免疫反応を基本とするバイオセンサにおいて、電気化学的に検出及び定量を行うことを目的としている。これらのバイオセンサあるいは分析装置を用いることで、従来、定性判定しか行えないとされてきた免疫クロマトセンサをより正確かつ高精度に定量測定を行うために電気化学的にも測定することが図られた発明であった。しかしながら、いずれの発明においても、均一な性状の材料からなるバイオセンサを提供することが非常に困難であったり、バイオセンサにおいて安定的に測定することが困難であったりと、正確かつ高精度な定量測定には程遠い状態であり、いつでも・どこでも・誰でも測定可能な免疫クロマトセンサ及びその測定を提供することは極めて困難であった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、免疫反応を基本とするバイオセンサにおいて、測定精度向上を図ることができると同時に、従来の免疫バイオセンサに見られるような、利便性を損なわない、いつでもどこでも誰でも測定可能でありながら、電気化学的解析を実現化できて、免疫反応以外の測定をも可能として、免疫測定の高精度化あるいは、免疫測定項目と酵素反応による測定項目の同時測定などを実現可能とする、低コストで、より正確かつ高精度、または利便性の高い測定を行うことができるバイオセンサを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のバイオセンサは、被検査溶液に含まれる分析対象物質を定性あるいは定量するためのバイオセンサであって、絶縁性を有する電極部形成用基板に電気伝導性層が設けられて電気化学的信号を検出する電極部が形成された電極センサ部と、被検査溶液を毛細管流にて展開させる展開層が設けられたクロマトセンサ部とを備え、上記電極部および展開層が臨む箇所または通じる箇所に、被検査溶液が供給される被検査溶液供給部が設けられ、上記電極センサ部およびクロマトセンサ部の展開層および被検査溶液供給部の少なくとも１箇所に試薬部が設けられ、上記電極センサ部とクロマトセンサ部とが、重ねられて構成され、
上記展開層が、絶縁性を有する展開部形成用基板上に設けられ、電極センサ部とクロマトセンサ部とが、上記電極センサ部の電気伝導性層と上記クロマトセンサ部の展開層との間に上記展開部形成用基板を介装させた姿勢で、重ねられて構成されていることを特徴とする。

この構成により、被検査溶液供給部を同じとする電極センサ部とクロマトセンサ部とを備えたバイオセンサを実現することが可能となる。両センサ部は、少なくとも１箇所に試薬部が設けられており、毛細管流による展開層における反応を、クロマトセンサ部と電極センサ部との２箇所にて測定することが可能となる。

また、被検査溶液が供給される被検査溶液供給部が、電極部および展開層に臨む箇所または通じる箇所に設けられているので、電極センサ部とクロマトセンサ部とが、精度良く重ねられていなくても、被検査溶液が電極部および展開層に良好に供給され、電極センサ部とクロマトセンサ部との各部において測定精度に悪影響を与えることもない。

また、被検査溶液が電極部および展開層に供給されることで、クロマトセンサ部で得られた情報と、電極センサ部から得られる電気化学的信号の情報との両方の情報を得ることができ、この結果、バイオセンサによる精度を向上させたり、利便性を向上させたり、測定項目数を増加させたりすることができる。

例えば、電気信号により、展開層における被検査溶液の到達位置を検知したり、被検査溶液供給部に被検査溶液が添加されたことを検知したり、被検査溶液が血液の場合ではヘマトクリット値（Ｈｃｔ）を検知し、反応度合を補正するなどの任意の項目が挙げられる。

なおここで示す絶縁性を有する電極部形成用基板とは、絶縁性の液体不透過性材料からなることを示す。ここでの液体不透過性材料とは、液体がその材料内部へ浸潤しない材料を意味し、例えばＡＢＳ、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル等の合成樹脂材料の他、金属、ガラス等が挙げられる。また、紙などの液体が材料内部へ浸潤可能な液体透過性材料であっても、その表面を樹脂やフィルムなどでコーティングしたり、撥水加工などの処理を行ったりすることで、液体の浸潤を防止している材料をも含む。

また、展開層とは、多孔質膜や任意の部材にて形成された微細空間など被検査溶液が毛細管流にて展開する流路のことであり、ニトロセルロースなどで構成されるメンブレンフィルタやガラス繊維やセルロースで構成される濾紙、ナノピラーなどで形成される微細空間など、任意の構成材を用いてよい。

さらに、電気伝導性層の形成には、スクリーン印刷やスパッタリング加工など任意の材料を用いた任意の手段による形成で何ら問題はない。

また、電極センサ部とクロマトセンサ部とが、上記電極センサ部の電気伝導性層とクロマトセンサ部の展開層との間に上記展開部形成用基板を介装させた姿勢で、重ねられて配設されているので、異なる２つの方式のセンサを備えた１つのバイオセンサを良好に作製することが可能となる。

また、両センサ部が設けられた構成において、電極センサ部の電気伝導性層とクロマトセンサ部の展開層との間に展開部形成用基板が介装されているので、電極センサ部の電気伝導性層と毛細管流による展開層とが直接接触することがなく、これにより、各センサ部の構成及び性状に悪影響を及ぼす恐れがなく、独立した状態で存在することが可能となる。

なおここで示す絶縁性を有する展開部形成用基板とは、絶縁性の液体不透過性材料からなることを示す。ここでの液体不透過性材料とは、液体がその材料内部へ浸潤しない材料を意味し、例えばＡＢＳ、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル等の合成樹脂材料の他、金属、ガラス等が挙げられる。また、紙などの液体が材料内部へ浸潤可能な液体透過性材料であっても、その表面を樹脂やフィルムなどでコーティングしたり、撥水加工などの処理を行ったりすることで、液体の浸潤を防止しているような材料をも含む。

更に、電気伝導性層と展開層とは重ねられて構成されているが、重ねる際に展開部形成用基板と電気伝導性層との間には両者を重ね合わせるのに必要な任意の糊剤が介装された状態であってよい。

また、本発明のバイオセンサは、展開層の一部に、分析対象物質に対して特異的に反応する試薬が固定化された試薬固定化部が設けられ、被検査溶液供給部または展開層の一部に、被検査溶液との接触により溶出可能で、分析対象物質に対して特異的に反応する標識試薬が保持された標識試薬保持部が設けられ、上記試薬固定化部における上記標識試薬の反応度合を測定することにより、被検査溶液中の分析対象物質成分を定性もしくは定量することを特徴とする。

なおここで示す標識試薬とは、分析対象物質に特異的に反応することが可能な試薬に標識物が標識されたものであり、標識物は多種多様な検出が可能な標識の何れであってもよいが、本発明の好ましい形態においては各種酵素やタンパク質、各種の色原体、例えば蛍光性物質、吸収性色素や発光物質、不溶性粒状担体、例えば金属コロイドやラテックス粒子などを用いるとよい。

また、標識試薬保持部には標識試薬以外の任意の試薬が標識試薬と混合された状態で担持されていても何ら問題はない。

また、本発明のバイオセンサは、被検査溶液は血液であり、血液成分は濾過されることなく展開層を展開し、展開層における少なくとも１つの応答値と、上記電極部における少なくとも１つの応答値とが測定可能に構成されていることを特徴とする。

この構成により、展開層における応答値と、電極部における応答値との両者の応答値を得ることができるので、バイオセンサによる利便性を向上させたり、精度を向上させたり、測定項目数を増加させたりすることができる。

また、本発明のバイオセンサは、電極部の一部に、被検査溶液中の任意の物質と特異的に反応する試薬により構成された試薬部が設けられ、前記試薬部は、被検査溶液との接触により水和あるいは溶解可能であり、上記試薬部における反応度合を電流応答値として測定することにより、被検査溶液中の任意の物質を定性もしくは定量測定することを特徴とする。

この構成により、被検査溶液中の任意の物質を電気化学的に定性もしくは定量測定することが可能となる。

なお、ここで示す試薬とは、被検査溶液中の任意の物質と特異的に反応する試薬、例えば酵素のようなものや、酵素反応による反応度合を電流応答値として測定するために必要なメディエータに代表される電子伝達に必要な試薬、電解質など、任意の試薬を示す。被検査溶液は、試薬部の試薬と接触して、水和あるいは溶解することで、電解質による反応に適した環境下にて、被検査溶液中の物質と酵素との間で、特異的反応が行われる。酵素反応によって生じた電子、あるいは必要な電子は、メディエータを介して電流応答値として、電極にて測定が行われる。

また、被検査溶液中の任意の物質とは、グルコースやコレステロール、中性脂肪などに代表されるような、電気化学的に測定が可能な任意の物質があげられる。

更に、試薬部における試薬構成は、必ずしも酵素とメディエータと電解質が含まれている必要性はなく、測定したい物質に応じて、試薬構成は任意に変更することが可能である。

また、本発明のバイオセンサは、電極部の一部に、被検査溶液中の分析対象物と特異的に反応する試薬により構成された試薬部が設けられ、上記試薬部は、被検査溶液との接触により水和あるいは溶解可能であり、展開層の一部に、分析対象物質に対して特異的に反応する試薬が固定化された試薬固定化部が設けられ、被検査溶液供給部または展開層の一部に、被検査溶液との接触により溶出可能で、分析対象物質に対して特異的に反応する標識試薬が保持された標識試薬保持部が設けられ、上記試薬部における反応度合を電流応答値として測定することと、上記試薬固定化部における上記標識試薬の反応度合を測定することと、により、被検査溶液中の任意の数の分析対象物質成分を定性もしくは定量することを特徴とする。

この構成により、電気化学的に検出可能な物質と、クロマトセンサを用いて測定する免疫反応にて検出される物質とを、任意の数、一つのバイオセンサ上にて測定することを実現できる。

以上のように本発明によれば、電極センサ部とクロマトセンサ部とを、上記電極センサ部の電気伝導性層とクロマトセンサ部の展開層との間に展開部形成用基板を介装させた姿勢で、重ねられて配設させることにより、製造工程において、電極部をスクリーン印刷により形成する場合でも、展開層の形状が破壊されてしまうことがなく、また、バイオセンサとして製品化された状態でも電極部の電気伝導性層と展開層とが直接接触することがないので、電極部に溶剤成分が残っていた場合でも、展開層に悪影響を及ぼす恐れがない。したがって、被検査溶液の展開が滞ることもなく十分な展開が可能であり、バイオセンサとしての信頼性を良好に維持することができる。

また、被検査溶液が供給される被検査溶液供給部を、電極部および展開層に臨む箇所または通じる箇所に設けることにより、電極センサ部とクロマトセンサ部とが、精度良く重ねられていなくても、被検査溶液が電極部および展開層に良好に供給され、電極センサ部とクロマトセンサ部との各部において測定精度に悪影響を与えることもなく、信頼性の低下を防止できる。

そして、被検査溶液が電極部および展開層に供給される構成としたことで、クロマトセンサ部で得られた情報と、電極部から得られる電気化学的信号の情報とから、バイオセンサによる利便性を向上させたり、精度を向上させたり、測定項目数を増加させたりすることができる。

本発明の実施の形態１に係るバイオセンサの斜視図同バイオセンサの分解斜視図本発明の実施の形態２に係るバイオセンサの斜視図同バイオセンサの部分分解斜視図同バイオセンサの分解斜視図本発明の実施の形態３に係るバイオセンサの分解斜視図本発明の実施の形態３に係る他のバイオセンサの分解斜視図本発明の実施の形態３に係るさらに他のバイオセンサの斜視図同バイオセンサの分解斜視図

以下、本発明の実施の形態に係るバイオセンサについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、ここで示す実施の形態はあくまでも一例であって、必ずしもこの実施の形態に限定されるものではない。

図１は本実施の形態１に係るバイオセンサの構成を示す斜視図であり、図２は図１に示すバイオセンサの分解図である。

図１および図２に示すように、本発明の実施の形態に係るバイオセンサは、後述する電極センサ部（電極センサユニット）４とクロマトセンサ部（クロマトセンサユニット）１０とが、重ねられて構成されている。

ここで、電極センサ部４は、以下のような構成とされている。すなわち、絶縁性を有する電極部形成用基板１上に電気伝導性層２が設けられ、電気伝導性層２をスリット５により分割するなどして電極部形成用基板１上の一部に電気化学的信号を検出する電極部３や電極端子部１３などが形成されて電極センサ部（電極センサユニット）４が構成されている。

また、クロマトセンサ部１０は、以下のような構成とされている。すなわち、図１および図２における６は絶縁性を有する展開部形成用基板で、この展開部形成用基板６上に、血液などの被検査溶液を毛細管流により展開させる多孔質膜などからなる展開層７が設けられている。展開層７の一部には、試薬としての特異的蛋白質が固定化された試薬固定化部８が設けられており、これらの試薬固定化部８が設けられた展開層７、および展開部形成用基板６、後述する標識試薬保持部９などによりクロマトセンサ部（クロマトセンサユニット）１０が構成されている。

また、電極センサ部４における一端部に電極部３が配置されているが、この上方に、空間形成材１４が取り付けられ、この空間形成材１４と電極部３との間に、血液などの被検査溶液が供給される被検査溶液供給部としての間隙部１１が形成されている。間隙部１１は、その下面側が電極センサ部４の電極部３に臨んでおり、また、間隙部１１の奥側箇所が展開層７の一端部（展開方向上流側端部）に臨んでいる。なお、間隙部１１の一部には、被検査溶液との接触により溶出可能な標識試薬が保持された標識試薬保持部９が設けられているが、この標識試薬保持部９は、展開層７の一部（試薬固定化部８よりも展開方向上流箇所）に設けてもよく、標識試薬以外の任意の試薬が含まれている構成でもよい。また、この実施の形態では、展開層７の上面が、透明な液体不透過性シート１２により覆われている。

また特に、本発明の実施の形態に係るバイオセンサは、電極センサ部４とクロマトセンサ部１０とが、電極センサ部４の電気伝導性層２とクロマトセンサ部１０の展開層７との間に展開部形成用基板６を介装させた姿勢で、重ねられて配設されている。

このバイオセンサは、図外の分析装置に、電極端子部１３などが形成されている電極センサ部４の他端部を挿入させて接続することで使用され、分析装置にバイオセンサを装着した状態で、被検査溶液供給部としての間隙部１１に血液などの被検査溶液が点着（添加）されるよう構成されている。そして、当該バイオセンサを上記分析装置に装着した際には、このバイオセンサの装着動作があったことを、バイオセンサの電極センサ部４の回路に通電された際の電気信号の変化より検知でき、またこの後、装着されたバイオセンサへの被検査溶液の点着（添加）動作を、電極センサ部４からの電気信号の変化により検知できるよう構成されている。

上記構成において、間隙部１１に、血液などの被検査溶液が点着（添加）されると、クロマトセンサ部１０において被検査溶液が反応するとともに展開、測定される。また、これと並行して、電極部３において、例えばこの実施の形態においては、電流応答値からヘマトクリット値の測定を行う。

ここで、クロマトセンサ部１０においては、被検査溶液の一例である血液を間隙部１１に添加して導入させると、血液は、間隙部１１における標識試薬保持部９にて標識試薬を溶出する。前記標識試薬の溶出によって、標識抗体と被検査溶液の分析対象物質（抗原）とが特異的に結合反応しながらさらに展開層７をそのクロマト下流方向に浸透し、試薬固定化部８に到達する。そして、標識抗体と抗原との複合体は展開層７の試薬固定化部８に固定化された抗体と特異的に結合反応する。これらの過程を経緯して試薬固定化部８に出現した標識抗体の呈色を、目視あるいは、光学的検出方法を用いた分析装置を用いて検出することにより、被検査溶液中の分析対象物質の存在、あるいは濃度を確認することが可能となる。

また、前記したように電極センサ部４により、血液などの被検査溶液が点着（添加）されると、電極部３において電流応答値が測定され、ヘマトクリット値などの任意の測定項目が測定される。

これにより、クロマトセンサ部１０で得られる情報（応答値）と、電極センサ部４から得られる電気化学的信号の情報（応答値）との両方の情報を得ることができ、この結果、バイオセンサによる精度を向上させることができる。この実施の形態では、クロマトセンサ部１０で測定したデータ（例えば、ＣＲＰ濃度）に、電極センサ部４で測定したデータ（例えばヘマトクリット値）に基づいて、ＣＲＰ濃度を補正し、ＣＲＰ濃度の測定精度を高めている。つまり、単にクロマトセンサ部１０で測定したＣＲＰ等の分析対象物質の濃度値は、他の要因（例えばヘマトクリット値（血液粘度））によって悪影響を受けて、測定精度が低下したり上昇したりすることがあるが、本実施の形態では、電極センサ部４で測定したヘマトクリット値に基づいて補正することで分析対象物質の濃度測定の精度を高めることが可能となる。

また、当該バイオセンサを分析装置に接続したことを、電極センサ部４からの電気信号により検知したり、間隙部１１に被検査溶液の一例である血液が添加されたことを、電極センサ部４からの電気信号により検知したりして、利便性を向上させることができる。例えば、バイオセンサを分析装置に装着したことやバイオセンサに被検査溶液を点着したことを手動で入力するなどして分析装置を操作する場合と比較して、前記入力操作が不要となって利便性が向上するとともに、装着時や点着時を自動的に即時に検出できるので、手動入力時のようなタイムラグを生じることもなく、バイオセンサの装着や展開開始時間・測定時間を正確かつ自動的に検知できるので信頼性が向上する。

また、クロマトセンサ部１０による測定項目とは別の項目を電極センサ部４により測定するように構成した場合には、測定項目数を増加させることもできる。

さらに、上記構成により、電極センサ部４とクロマトセンサ部１０とが、電極センサ部４の電気伝導性層２とクロマトセンサ部１０の展開層７との間に展開部形成用基板６を介装させた姿勢で、重ねられて配設されているので、製造工程において、電気伝導性層と展開層７は別々に形成されることから、電極部３をスクリーン印刷により形成する場合でも、印刷ペーストが多孔質膜などからなる展開層７に入り込んでその毛細管流を阻害するように変形したり、破壊したりするなどの不具合を生じることがない。また、バイオセンサとして製品化される際に、電極センサ部４とクロマトセンサ部１０とが重ねられて配設された際でも、電極センサ部４の電気伝導性層２とクロマトセンサ部１０の展開層７との間に展開部形成用基板６が介装されるので、電極センサ部４の電気伝導性層２と多孔質膜などからなる展開層７とが直接接触することがなく、これにより、電気伝導性層２に溶剤成分が残っていた場合でも、多孔質膜などからなる展開層７に悪影響を及ぼす恐れがない。したがって、バイオセンサとしての信頼性を良好に維持することができる。

また、それぞれ個別に測定動作が行われるクロマトセンサ部１０と電極センサ部４とを単に重ねて配置し、血液などの被検査溶液が供給される被検査溶液供給部としての間隙部１１を、電極部３および展開層７に臨む箇所に設け、クロマトセンサ部１０と電極センサ部４とにより並行して測定する構成であるので、電極センサ部４とクロマトセンサ部１０とが、精度良く重ねられていなくても、被検査溶液が電極部３および展開層７に良好に供給され、電極センサ部４とクロマトセンサ部１０との各部において測定精度に悪影響を与えることもない。つまり、上記特許文献２に示されているような、試料導入口と、含浸部、流通部材、電極部、特異結合物質不溶化流路、吸収部、下部基板などの測定に関する各構成要素を厚み方向に積層させて、試料を厚み方向に流動させるフロースルー方式の場合には、別々に調整された抗体不溶化多孔質膜と電極とを精度よく積層しなくては、定量精度が大きく低下してしまうが、本発明の実施の形態では、このような不具合は生じない。

なお、上記実施の形態では、被検査溶液の一例である血液が被検査溶液供給部としての間隙部１１から電極部３や展開層７に直接導入される場合を述べたが、これに限るものではなく、被検査溶液供給部としての間隙部１１と、電極部３（または展開層７）との間に、被検査溶液が流入できる接続通路を設けて、この接続通路を通して被検査溶液が電極部３や展開層７に流れ込むよう構成してもよい。

なお、展開層７として多孔質膜を例に挙げているが、ほんの一例であり、任意の被検査溶液を毛細管流にて展開させるのが可能な材料で何ら問題ない。

また、上記実施の形態では、血液が電極部３や展開層７に直接供給される場合を述べたが、これに限るものではない。すなわち、図３〜図５に示すように、第２の実施の形態に係るバイオセンサでは、間隙部１１に細胞収縮剤１５を設けて、この細胞収縮剤１５により、間隙部１１に供給された血液の赤血球や白血球などの血球成分を収縮させて、血漿成分が展開層７に良好に導入され、展開層７での展開速度を促進させるように構成している。また、試薬部１６では、被検査溶液中の任意の物質と特異的反応が可能な試薬などが含まれており、被検査溶液中の物質について、試薬との反応度合を電流応答値として読みとり、定性あるいは定量測定が可能となるように構成している。この試薬部１６には、酵素あるいはメディエータや基質、電解質などの電気応答値読み取りのために必要とされる任意の試薬が、少なくとも１つ、あるいはそれ以上の数含まれている。

更に、図３〜図５に示すように、電極部３の上面に、被検査溶液中の任意の物質または分析対象物と特異的に反応する試薬により構成された反応試薬部１６を設けて、この反応試薬部１６で反応した成分を電極部３で測定するよう構成してもよい。なお、反応試薬部１６は、被検査溶液との接触により水和あるいは溶解可能であり、上記反応試薬部１６における反応度合を電流応答値として測定することにより、被検査溶液中の任意の物質を定性もしくは定量測定する。

なお、この実施の形態でも、図１、図２に示す実施の形態と同様に、展開層７の一部に、分析対象物質に対して特異的に反応する試薬が固定化された試薬固定化部８が設けられている。そして、図３〜図５に示すように、電極部３の上面や、間隙部１１内に設けた反応試薬部１６に、被検査溶液との接触により溶出可能で、分析対象物質に対して特異的に反応する標識試薬を含有させ、上記試薬部１６における反応度合を電流応答値として測定することと、上記試薬固定化部８における上記標識試薬の反応度合を測定することにより、被検査溶液中の任意の数の分析対象物質成分を定性もしくは定量するとよい。なお、被検査溶液との接触により溶出可能で、分析対象物質に対して特異的に反応する標識試薬は、必ずしも、電極部３の上面や、間隙部１１内に設ける必要はなく、展開層７における試薬固定化部８よりも上流位置に設けてもよい。

なお、図１〜図５に示す構成においては、各部の貼り合わせなどに任意の貼り合わせ方法や手段を用いればよく、貼り合わせ方による問題は何ら生じない。

また、図６および図７は、絶縁性を有する電極部形成用基板１上に電極部３を有する電気伝導性層２を設けた後、電気伝導性層２の表面に多孔質膜などからなる展開層７を設けた第３の実施の形態に係るバイオセンサの一例を示している。図６および図７に示すバイオセンサでは、電気伝導性層２を設けた後に展開層７を形成することから、印刷などの手法により電気伝導性層２を形成する場合でも、展開層７の表面に電気伝導性層２を形成する場合と比較して、高精度の電極部３を形成することが可能となるばかりか、印刷ペーストなどに含まれる有機溶媒などの影響を受けなくてよい。更に、電気伝導性層２と展開層７との貼り合わせを行わなくてもよいため、貼り合わせ精度を高める必要性がなくなる。

また、電気伝導性層上に直接展開層が形成されていることから、展開層のどの位置まで、被検査溶液が展開層を展開し到達しているのかを、電気応答値により検出することが可能となる。

この場合、電極部３は展開層７の形成前に作成しても、展開層７の形成後に作成しても何ら問題はなく、電気伝導性層２および展開層７を形成した後に、試薬固定化部８や標識試薬保持部９などのセンサ構成を形成するとよい。

また、図８および図９は、電極センサ部４とクロマトセンサ部１０との間にシート材１７を設けたバイオセンサの一例を示しており、両センサ部の貼り合わせのために、シート材１７を用いた構成からなる。シート材１７は、糊剤をもつ構成であり、両センサ部４、１０同士を貼付けて密着させる。なお、糊剤としては、粘着性物質や熱可塑剤、および光硬化性樹脂など任意の貼付材でもよく、超音波接着などの任意の貼付手段を用いてもなんら問題ない。また、シート材１７は、電極部３の面積規制のための形状（図８、図９においては凹部）１７ａを成すなど、任意の形状で何ら問題ない。

なお、実施の形態１〜３で示す実施の形態はあくまでも一例であって、必ずしもこれらの実施の形態に限定されるものではない。

本発明のバイオセンサは、ＰＯＣＴ向けの分析装置用のバイオセンサとして有用である。

Claims

被検査溶液に含まれる分析対象物質を定性あるいは定量するためのバイオセンサであって、
絶縁性を有する電極部形成用基板に電気伝導性層が設けられて電気化学的信号を検出する電極部が形成された電極センサ部と、被検査溶液を毛細管流にて展開させる展開層が設けられたクロマトセンサ部とを備え、上記電極部および展開層が臨む箇所または通じる箇所に、被検査溶液が供給される被検査溶液供給部が設けられ、上記電極センサ部およびクロマトセンサ部の展開層および被検査溶液供給部の少なくとも１箇所に試薬部が設けられ、上記電極センサ部とクロマトセンサ部とが、重ねられて構成され、
上記展開層が、絶縁性を有する展開部形成用基板上に設けられ、電極センサ部とクロマトセンサ部とが、上記電極センサ部の電気伝導性層と上記クロマトセンサ部の展開層との間に上記展開部形成用基板を介装させた姿勢で、重ねられて構成されていることを特徴とするバイオセンサ。
展開層の一部に、分析対象物質に対して特異的に反応する試薬が固定化された試薬固定化部が設けられ、
被検査溶液供給部または展開層の一部に、被検査溶液との接触により溶出可能で、分析対象物質に対して特異的に反応する標識試薬が保持された標識試薬保持部が設けられ、上記試薬固定化部における上記標識試薬の反応度合を測定することにより、被検査溶液中の分析対象物質成分を定性もしくは定量することを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサ。
被検査溶液は血液であり、血液成分は濾過されることなく展開層を展開し、展開層における少なくとも１つの応答値と、上記電極部における少なくとも１つの応答値とが測定可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサ。
電極部の一部に、被検査溶液中の任意の物質と特異的に反応する試薬により構成された試薬部が設けられ、
前記試薬部は、被検査溶液との接触により水和あるいは溶解可能であり、上記試薬部における反応度合を電流応答値として測定することにより、被検査溶液中の任意の物質を定性もしくは定量測定することを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサ。
電極部の一部に、被検査溶液中の分析対象物と特異的に反応する試薬により構成された試薬部が設けられ、上記試薬部は、被検査溶液との接触により水和あるいは溶解可能であり、
展開層の一部に、分析対象物質に対して特異的に反応する試薬が固定化された試薬固定化部が設けられ、被検査溶液供給部または展開層の一部に、被検査溶液との接触により溶出可能で、分析対象物質に対して特異的に反応する標識試薬が保持された標識試薬保持部が設けられ、上記試薬部における反応度合を電流応答値として測定することと、上記試薬固定化部における上記標識試薬の反応度合を測定することと、により、被検査溶液中の任意の数の分析対象物質成分を定性もしくは定量することを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサ。