JP5068825B2 - バイオセンサ - Google Patents

Description

本発明は、試料中の物質を簡易に測定するためのバイオセンサに関する。
本願は、２００７年１１月５日に、日本に出願された特願２００７−２８７８８０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

近年、糖尿病患者の血糖コントロール状態を把握するためのマーカーとして、１，５−アンヒドログルシトール（以下、「１，５−ＡＧ」と称する。）が注目されている。１，５−ＡＧは、食事の影響を受けにくい、過去１週間程度の比較的短期間の血糖コントロール状態を反映する等の利点を有している。

一方、患者が自己管理の指標とするために、家庭で血液等の試料を採取し、検査機器にセットして血糖値等を自分で測定するためのバイオセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。このバイオセンサは、絶縁基板上に検査機器と接続される電極が設けられており、試料液供給口から試料を供給すると、試料は試料液供給路を通って電極に到達し、測定可能な状態となる。
特許第３２６７９３３号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたバイオセンサを用いて上述の１，５−ＡＧ等の血液の生化学測定項目の自己測定を行おうとすると、以下の問題がある。
血液の生化学測定の項目には、まず採取した血液に対して前処理反応を行って検出反応の妨げとなる血液中の妨害物質を除去し、その後、検出反応を行うという２段階の反応を行う項目が多くある。例えば、血清中の総ビリルビン量の測定では、界面活性剤で前処理を行った後に、ジアゾ反応により検出反応を行う。また、クレアチニンの測定では、クレアチンを前処理で除去した後に、クレアチニンの検出を行う方法が知られている。上述の１，５−ＡＧの測定では、グルコースを除去した後に、１，５−ＡＧの検出反応を行う。
上述したそれぞれの前処理反応には一定の時間が必要となるが、特許文献１に記載のバイオセンサでは、試料液供給口から試料を供給すると直ちに電極に到達してしまうので、前処理反応を必要とする項目の測定は困難である。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、採取した試料を測定部位に移動させるタイミングを簡便に制御することが可能なバイオセンサを提供することである。

本発明は、試料に対して電気化学的測定を行うためのバイオセンサであって、絶縁性材料からなる第１部材と、前記第１部材上に形成された作用極及び対極を含む電極系と、前記電極系の少なくとも一部を被覆するように前記第１部材上に固定された第２部材と、前記第１部材と前記第２部材との間に設けられ、前記第２部材に被覆された前記電極系の一部を外部と連通させる試料流路と、前記第１部材若しくは前記第２部材又は前記第１部材と前記第２部材との間であって前記電極系を間に挟んで前記試料流路と反対側に配された脱気用の開口と、前記試料流路の内面の少なくとも一部に、前記電極系側の第１端部から反対側の第２端部にわたって設けられた親水部と、前記第１部材上の前記第２端部に隣接する部位又は前記試料流路の内面に設けられ、前記試料の前記電極系への流れを一旦停止させる流動停止部とを備えることを特徴とする。

本発明のバイオセンサによれば、試料が流動停止部で一旦停止するため、試料を測定部位である電極系に到達させるタイミングを制御することが可能となる。

本発明のバイオセンサは、前記第１部材上に設けられ、前記試料が滴下されて停留する試料停留部をさらに備えてもよい。この場合、試料を安定した状態で第１部材上に留置することができる。

前記流動停止部は、前記試料流路の内面に、前記親水部を前記試料流路の幅方向に分断するように設けられた線状又は帯状の疎水部であってもよい。この場合、流動停止部を容易に形成することができる。
また、前記流動停止部は、前記試料が前記試料流路に接触しない状態で停止するように、前記試料停留部と前記第２端部との間に設けられた線状又は帯状の疎水部であってもよい。この場合、試料停留部を前処理反応の場として利用することができる。

前記試料停留部は、親水面を有して構成されてもよいし、前記第１部材上に、前記第１部材の他の領域よりも高くなるように段差を有して形成されてもよい。この場合、試料をより安定に保持することができる。

前記疎水部は、前記電極系に向かって凸となる凸部を有してもよい。この場合、試料が凸部に向かって収束し、疎水部を乗り越えやすくなるので、試料の流動のタイミング制御の操作が容易となる。

本発明のバイオセンサは、前記第２部材の、前記試料流路の前記第２端部側から延出して設けられた導入舌片と、前記導入舌片の前記第１部材に対向する側の面に、前記親水部と連続するように設けられた第２親水部とをさらに備えてもよい。この場合、より容易に試料を試料流路に導入することができる。

前記導入舌片は、弾性を有する材料で形成されており、前記第１部材から離間するように折り曲げられていてもよい。この場合、試料を導入舌片の下方に配置しやすくすることができる。
また、前記導入舌片と対向する部分の前記第１部材は、前記導入舌片と同一の形状に形成されており、前記試料を前記導入舌片に接触させることにより、前記試料が前記流動停止部まで流入するものでもよい。この場合、導入舌片を患者の皮膚上や反応容器内等にある試料に接触させて試料流路に導入することができる。

前記電極系は前記第１部材上に複数設けられ、各々の前記電極系に対して前記試料流路が設けられてもよい。この場合、差動法による測定を行うことが可能なバイオセンサを構成することができる。

前記第２部材は、前記第１部材と前記第２部材との間に配置された介装部材を介して前記第１部材に固定されており、前記試料流路の側壁は、前記介装部材によって形成されていてもよい。この場合、第２部材の固定及び試料流路の形状設定を容易に行うことができる。
なお、「側壁」とは、試料流路の壁面のうち、第１部材と第２部材との間に設けられた壁面を指す。

前記流動停止部より前記第２端部側の前記試料流路又は前記第２部材に被覆されていない前記第１部材上の少なくとも一方には、前記電気化学的測定の妨げとなる妨害物質を除去、捕捉若しくは前記電気化学的測定に影響しない別の物質に変換するための前記試料の前処理反応に使用される前処理試薬が配置されていてもよい。
この場合、流動停止部より手前の部位で試料を停止させた状態で、前処理試薬によって試料の前処理を行うことができ、試料中に妨害物質が存在するような測定項目であっても正確に測定することができるバイオセンサを構成することができる。
なお、「前処理試薬」には、化学反応を起こす試薬に加えて、特定の物質をイオン吸着、アフィニティ吸着、又はホウ酸複合体として吸着して捕捉する、マイクロビーズのような物質も含まれる。

前記電極系の前記作用極には、酸化還元酵素及びレドックスメディエータが配置されていてもよい。

前記レドックスメディエータは、ルテニウム誘導体、オスミウム誘導体、フェリシアン誘導体、フェロセン誘導体、キノン誘導体、フェノチアジン誘導体、フェノキサジン誘導体、フェナジン誘導体、インドフェノール誘導体、ジフェニルアミン誘導体又はフェノール誘導体のうち少なくとも１つを含むものでもよい。

前記酸化還元酵素は、ピラノースオキシダーゼ、Ｌ−ソルボースオキシダーゼ、１，５−ＡＧデヒドロゲナーゼ、Ｌ−ソルボースデヒドロゲナーゼのうち少なくとも１つを含むものでもよい。
前記前処理試薬は、グルコースを除去、捕捉若しくは前記電気化学的測定に影響しない別の物質に変換するための試薬を含むものでもよい。
これらの場合、１，５−ＡＧの測定を好適に行うことができる１，５−ＡＧ測定用バイオセンサを構成することができる。

本発明のバイオセンサによれば、採取した試料を測定部位に移動させるタイミングを簡便に制御することができる。

本発明の第1実施形態のバイオセンサの斜視図である。 図１のＡ−Ａ線における断面図である。 第1実施形態のバイオセンサ上で試料の流れが停止した状態を示す図である。 第1実施形態のバイオセンサ上で試料を電極系まで導入させた状態を示す図である。 第1実施形態のバイオセンサの変形例を示す平面図である。 本発明の第２実施形態のバイオセンサの斜視図である。 第２実施形態のバイオセンサの使用時の状態を示す図である。 本発明の第３実施形態のバイオセンサの斜視図である。 図７のＣ−Ｃ線における断面図である。 本発明の第４実施形態のバイオセンサの斜視図である。 第４実施形態のバイオセンサに試料が導入される状態を示す図である。 第４実施形態のバイオセンサの変形例を示す斜視図である。

符号の説明

１、２１、３１、４１、５１ バイオセンサ
２、３２ 基板（第１部材）
３ 電極系
３Ａ、５２Ｂ、５３Ｂ 対極
３Ｂ、５２Ａ、５３Ａ 作用極
４、５７ カバー部材（第２部材）
５、４２ 試料停留部
７、５６ 両面テープ（介装部材）
８、４４ 試料流路
９、６１ 導入舌片
１０ 第１親水部（親水部）
１１ 第２親水部
１２、４５、６０、６０Ａ、６０Ｂ 疎水部（流動停止部）
１３ 前処理試薬

本発明の第１実施形態のバイオセンサについて、図１から図３を参照して説明する。本実施形態を含む以下の各実施例におけるバイオセンサは、１，５−ＡＧを測定するための１，５−ＡＧ測定用バイオセンサである。図１に示すように、バイオセンサ１は絶縁性材料からなる基板（第１部材）２と、基板２の一面に設けられた電極系３と、電極系３の一部を覆うように基板２上に固定されたカバー部材（第２部材）４とを備えている。

基板２は、板状の部材であり、一方の端部が検査機器に挿入される挿入部２Ａとなっている。基板２を形成する絶縁性材料としては、絶縁性と必要な強度を有する素材であれば特に限定されず、例えば、プラスチックフィルム等を使用することができる。プラスチックフィルムは、高分子化合物を主成分としてフィルム状に成形したものであれば特に制限はないが、好ましい高分子化合物としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアリレート、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリイミド、ポリアミド、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ジアセチルセルロース（ＤＡＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリウレタン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エバール（エチレン−ビニルアルコール共重合体）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等が挙げられる。この他、ガラス等を用いることもできるが、その中でもＰＥＴは扱いが容易で好ましい。

基板２上には、略円形の凹部が形成されており、試料を滴下して測定前に一時的に停留させるための試料停留部５が設けられている。本実施形態の試料停留部５及びその周辺は疎水性を有する疎水面を有している。基板２が疎水性を有さない材料で形成される場合は、後述する被覆層によって疎水性が付与されてもよい。なお、試料停留部５に疎水性を付与するのに代えて、親水処理等により親水性を付与させてもよい。

試料停留部５の大きさ、形状、深さ等は、使用される試料に応じて適宜設定されてよい。また、試料停留部５を設ける位置は、任意に設定可能であるが、後述する試料流路の付近に設けると、使用時に都合がよい。また、試料が試料停留部５に存在することをバイオセンサ１が挿入される検査機器が検知するために、試料停留部５内から挿入部２Ａまで延設されて当該検査機器に接続される試料検知用電極が必要に応じて設けられてもよい。

電極系３は、対極３Ａ、作用極３Ｂ、及び参照極３Ｃの３本の電極を有している。各電極３Ａ，３Ｂ、及び３Ｃは、導電性カーボンインクを用いて、基板２上にスクリーン印刷法によって形成されている。電極系３は、挿入部２Ａまで延設されており、挿入部２Ａが検査機器に挿入された際に、検査機器と接続される。

電極系３を形成する材料としては、カーボンのほかに、金、白金、パラジウム又は銀、銀／塩化銀、ニッケル、銅、チタン、イリジウム、鉛、酸化錫、白金黒等を用いることができ、スクリーン印刷法に代えて、真空法やエレクトロレス法等の各種蒸着法、スパッタリング法、箔貼り付け法、メッキ法等によって形成されてもよい。また、基板２上に直接電極系３を形成するのに代えて、別の基材上に金属薄膜等を成膜して電極部材を作成し、接着等によって基板２上に固定することによって電極系が構成されてもよい。なお、電極系３の動作については後述する。

電極系３の各電極３Ａ，３Ｂ、及び３Ｃの挿入部２Ａと反対側の端部を含む略四角形の領域は、試料と接触する測定領域６となっている。測定領域６上には、試料と反応して電気化学的測定を可能にするための図示しない測定試薬がディッピングやスピンコート等の方法によって配置されている。
なお測定領域６は略四角形である必要はなく、採取した試料を簡便に測定できれば、円形、楕円形など、どのような形状であってもよい。

測定試薬の内容は、測定領域６で発生させるべき反応によって適宜決定されてよい。例えば、過酸化水素を直接検出する測定等では酸化酵素のみが配置されていてもよい。また、測定対象の物質が特に反応を必要とせずに測定可能なナトリウムイオンやカリウムイオン等の測定の場合は配置されなくてもよい。本実施形態のバイオセンサ１においては、１，５−ＡＧ酸化能を有する酸化還元酵素及び酸化還元反応に関与する電子の授受の仲立ちを担うレドックスメディエータが配置されている。

１，５−ＡＧの酸化還元酵素としては、ピラノースオキシダーゼ、Ｌ−ソルボースオキシダーゼ、１，５−ＡＧデヒドロゲナーゼ、Ｌ−ソルボースデヒドロゲナーゼ等を採用できる。
レドックスメディエータとしては、ルテニウム誘導体、オスミウム誘導体、フェリシアン誘導体、フェロセン誘導体、キノン誘導体、フェノチアジン誘導体、フェノキサジン誘導体、フェナジン誘導体、インドフェノール誘導体、ジフェニルアミン誘導体又はフェノール誘導体等を使用できる。具体的には、 [ルテニウム（ビピリジル）_２イミダゾイルCl]Cl_２、ポリビニルイミダゾイルと錯化した[ルテニウム（ビピリジル）_２イミダゾイルCl]、[オスミウム（ビピリジル）_２イミダゾイルＣｌ]Ｃｌ_２、ポリビニルイミダゾイルと錯化した[オスミウム（ビピリジル）_２Ｃｌ]、フェリシアン化カリウム、フェリシアン化ナトリウム、フェロセン、フェロセンメタノール、フェロセンＰＥＧ、ベンゾキノン、２，６−ジメチルベンゾキノン、チオニン、メチレンブルー、トルイジンブルーＯ、アズールＩ、アズールＣ、アズールＡ、１−メトキシフェナジンメトサルフェート、サフラニン、フェノサフラニン、２−ジクロロフェノール−インドフェノール（ＤＣＩＰ）、４，４’−ビス（ジメチルアミノ）ジフェニルアミン、ｐ−アミノフェノールなどが使用可能である。

図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図である。カバー部材４は、弾性を有する樹脂等の材料で形成されており、電極系３の一部を含む測定領域６を被覆するように、両面テープ（介装部材）７を介して基板２上に接着されている。両面テープ７は、測定領域６上の部分と、測定領域６からカバー部材４の端部４Ａに至る一定幅の部分が切り取られている。このようにして、カバー部材４で被覆された測定領域６を外部と連通し、試料を電極系３の測定領域６まで導入する試料流路８が両面テープ７、基板２、及びカバー部材４によって形成されている。すなわち、図１及び図２に示す状態において、試料流路８の下面は基板２によって形成され、上面はカバー部材４によって形成され、基板２及びカバー部材４と略直交するその他の壁面（側壁）は両面テープ７によって形成されている。
なお、試料流路８は、第１端部８Ａが測定領域６と連通し、反対側の第２端部８Ｂがカバー部材４で被覆されない外部に連通している。

また、両面テープ７は、測定領域６の試料流路８と反対側の端部６Ａからカバー部材の端部４Ｂまで達する部分が線状に切り取られており、脱気路１５が形成されている。脱気路１５は、試料が試料流路８内を測定領域６に向かって移動する際に、試料流路８及び測定領域６内の空気を外部に逃がす役割を果たす。

さらに、カバー部材４には、試料流路８が開口する側の端部４Ａから略四角形の導入舌片９が延出して設けられている。導入舌片９の長さは、先端９Ａが試料停留部５の上方に達する程度に設定されており、先端９Ａは、基板２から離間するように略上方に折り曲げられている。

試料流路８上部のカバー部材４の基板２に対向する面には、カバー部材４の端部４Ａ側の試料流路８の第２端部８Ｂから電極系３側の第１端部８Ａを通過し、測定領域６内まで達する、親水性を有する第１親水部（親水部）１０が設けられている。

第１親水部１０は、樹脂等で形成されたカバー部材４に親水性ポリマーや親水性塗料等の親水性物質を塗布等の方法により固定して形成してもよいし、カバー部材４の表面にプラズマ処理を施して親水性を付与することによって形成してもよい。さらに、カバー部材４を、ゲルボンドフィルム（Cambrex社製）、ハイドロテクトフィルム（ＴＯＴＯ株式会社製）、ＡＲｃａｒｅ８８７７（Adhesives research社製）等の親水性プラスチックシートで形成することによって設けられてもよい。
なお、第１親水部１０は、線状又は帯状等の連続した形状として設けられるのが好ましいが、試料が問題なく測定領域６に導入されれば、僅かな間隙を有する破線状等に設けられていてもよい。

導入舌片９の基板２に対向する面には、試料流路８に設けられた第１親水部１０と連続するように第２親水部１１が設けられている。第２親水部１１は、上述の第１親水部１０と同様の方法で形成することができる。

第１親水部１０の導入舌片９側の端部１０Ａ付近には、疎水性を有する帯状の疎水部（流動停止部）１２が、試料流路８の幅方向にわたって第１親水部１０を分断するように設けられている。疎水部１２は後述するように、測定領域６に向かう試料の流れを一旦停止させる機能を有する。

疎水部１２は、第１親水部１０の上にさらに疎水性物質が塗布等の方法で固定されて設けられてもよいし、第１親水部１０を部分的に除去して疎水性を有するカバー部材４を露出させることによって設けられてもよい。また疎水部１２は、試料の流れを停止することができれば、線状に形成されてもよい。

試料流路８の疎水部１２より導入舌片９側には、１，５−ＡＧ測定の妨害物質である試料中のグルコースを分解、除去、捕捉若しくは電気化学的測定に影響しない別の物質に変換するための前処理反応のための前処理試薬１３が、塗布乾燥やスクリーン印刷法等によって固定配置されている。本実施形態の前処理試薬１３には、グルコースを分解又は変換する活性を有する酵素が含まれている。

具体的には、グルコースを酸化させる場合は、グルコースオキシダーゼや、グルコースデヒドロゲナーゼと補酵素であるニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤ）、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（ＮＡＤＰ）、ピロロキノリンキノン（ＰＱＱ）等との混合物等を含むものが挙げられる。グルコースをリン酸化させる場合は、ヘキソキナーゼやグルコキナーゼとＡＴＰ、等を含むものが挙げられる。

なお、前処理試薬１３の内容は、必要とされる前処理反応に応じて適宜変更しても良い。前処理反応の内容も特に限定されず、分解、除去、変換等の各種反応に加えて、イオン吸着、アフィニティ吸着、又はホウ酸複合体を利用したマイクロビーズによる吸着等のトラップ（捕捉）など、バイオセンサ上で可能な反応であればあらゆる前処理反応が行われてよい。

電極系３のうち、カバー部材４に被覆されていない部分は、基板２の挿入部２Ａ付近を残して、絶縁性を有する被覆層１４で被覆されている。被覆層１４は、熱硬化性または紫外線硬化性の絶縁性塗料をスクリーン印刷により基板２及び電極系３上に塗ることで形成できる。

上記のように構成されたバイオセンサ１を用いて１，５−ＡＧの測定を行う際の動作について、図２及び図３を参照して説明する。
まず、ユーザはバイオセンサ１の挿入部２Ａを検査機器に挿入してセットする。

次に、図２に示すように、ユーザは指先等から採取した全血試料（試料）ＣＳを試料停留部５に滴下する。基板２は疎水性を有するため、滴下された全血試料ＣＳは、表面張力によって略球形となる。

この状態で、ユーザが導入舌片９の端部９Ａを上方から押圧すると、図３Ａに示すように、導入舌片９に設けられた第２親水部１１と全血試料ＣＳとが接触する。そして、全血試料ＣＳは、第２親水部１１及び第２親水部１１と連続する第１親水部１０を伝って測定領域６に向かって流れるが、疎水性を有する疎水部１２に阻まれて一旦その流れが停止する。

この流れと並行して、全血試料ＣＳは、試料流路８に固定された前処理試薬１３と接触し、全血試料ＣＳ中のグルコースの分解又は変換等の反応が開始される。全血試料ＣＳが疎水部１２で停止した状態のまま所定の時間が経過すると、全血試料ＣＳ中のグルコースの分解、除去、捕捉若しくは電気化学的測定に影響しない別の物質への変換が完了し、全血試料ＣＳは測定準備の整った測定試料（試料）Ｓとなる。

図３Ｂに示すように、ユーザが続いて測定試料Ｓを試料流路８内に押し込む、あるいは検査機器が吸入や押圧等によって自動的に測定試料Ｓを試料流路８内に進入させることによって、疎水部１２を乗り越えて測定領域６側の第１親水部１０と接触する。そして、第１親水部１０を伝って測定領域６に到達する。

測定領域６に導入された測定試料Ｓは、測定領域６に配置された測定試薬と酸化還元反応等の公知の反応を起こす。そして、検査機器からバイオセンサ１の電極系３に対して電圧を印加して電流値を測定することにより、１，５−ＡＧの濃度が測定される。

本実施形態のバイオセンサ１によれば、導入舌片９を上方から押圧して試料停留部５の試料に接触させるだけで、試料が導入舌片９に設けられた第２親水部１１を伝って試料流路８に導入されるので、より容易に試料を試料流路８に導入できる。

また、試料流路８内の試料の流れが疎水部１２によって一旦停止して前処理試薬１３と反応し、次いで疎水部１２を押圧し離すことで、試料が試料流路８の第１親水部１０と接触することによって当該停止状態を解除できるので、試料が測定領域６に到達するタイミングをより簡便な操作で調節して測定領域６に送り込むことができる。
さらに、導入舌片９が、基板２から離間するように折り曲げられているので、導入舌片９の下方に試料を配置しやすく、試料の試料流路への導入が行いやすい。

加えて、疎水部１２より導入舌片９側に前処理試薬１３が配置されているので、処理前の全血試料ＣＳを疎水部１２の上流側で停止させた状態で、全血試料ＣＳと前処理試薬１３を反応させて、試料の前処理反応を行うことができる。従って、バイオセンサ１に滴下する前に別の反応容器等を用いて試料の前処理を行う必要がなくなる。また、前処理反応以外にバイオセンサ外での検体処理が必要な場合でも、前処理反応と前記検体処理を分離して当該処理をシンプルにすることができるので、測定に伴う労力を節減してより簡便に１，５−ＡＧの測定を行うことができる。

また、カバー部材４が、両面テープ７によって基板２に接着されているので、カバー部材４を容易に基板２上に固定できる。また、両面テープ７の形状を変更するだけで、測定領域６や試料流路８の形状を容易に変更できるので、様々な測定条件に対応したバイオセンサを容易に形成できる。さらに、基板２及び試料停留部５が疎水性を有しているので、滴下された全血試料ＣＳが自然に流れて試料流路８に接触することがない。従って、試料がユーザの意図しないタイミングで測定領域６に導入されるのを防ぐことができる。

なお、本実施形態においては、前処理試薬１３が試料流路８に固定されている例を説明したが、これに代えて、前処理試薬１３をディッピングやスピンコート等の方法によって試料停留部５に固定したり、前処理試薬１３を含浸させて乾燥させたろ紙を接着したり、前処理試薬を可溶性フィルム化して配置したり、活性基を導入したマイクロビーズ等の担体を配置したりする等の方法によって前処理試薬１３が試料停留部５に固定されてもよい。この場合は、全血試料ＣＳを試料停留部５に滴下して所定の時間留置することで、全血試料ＣＳの前処理反応を行うことができる。なお、前処理試薬１３が試料流路８に固定される場合は試料流路８内にイオン交換基を導入する等の方法で固定されてもよい。

また、本実施形態においては、疎水部１２が試料流路８内に設けられている例を説明したが、これに代えて、図４に示す変形例のバイオセンサ２１のように、試料流路８の第２端部８Ｂに隣接する基板２（あるいは基板２上に設けられた被覆層１４等）を試料停留部２２から測定領域６に向かう試料の流れを一旦停止させる疎水部２３として機能させてもよい。このようにすると、試料流路８の外部に流動停止部を設けることができるので、カバー部材４の加工を容易にしてバイオセンサの製造効率を向上できる。

また、本実施形態では、被覆層１４が電極系３の上面及びその周辺のみに設けられている例を説明したが、これに代えて、カバー部材４に被覆されていない部分全体が、挿入部２Ａ付近を残して被覆層１４で被覆されてもよい。この場合、試料停留部５及びその周辺の疎水性を確保するために、疎水性を有する材料で被覆層１４を形成するのが好ましい。

さらに、本実施形態では、基板２上に凹部を設けて試料停留部５が形成される例を説明したが、これに代えて、一部の領域を残して基板２の上面全体を被覆層１４で被覆し、当該領域に基板２を疎水面として露出させて試料停留部５を形成してもよい。

加えて、本実施形態においては、１，５−ＡＧ測定用のバイオセンサとして説明したが、必要とされる前処理の反応内容に応じて前処理試薬１３の構成及び電極系に配置される測定試薬を変更することによって、試料の前処理が必要な他の測定項目にも、本実施形態のバイオセンサを広く適用できる。

続いて、本発明の第２実施形態について、１，５−ＡＧ測定を例として、図５及び図６を参照して説明する。本実施形態のバイオセンサ３１と上述のバイオセンサ１との異なるところは、基板の形状である。
なお、上述した第１実施形態のバイオセンサ１と同様の構成要素には同一符号を付すとともに重複する説明を省略する。

図５は、バイオセンサ３１の斜視図である。図５に示すように、バイオセンサ３１の基板３２には試料停留部５は設けられておらず、試料流路８の第２端部８Ｂ側が、導入舌片９と略同一形状の導入基板３２Ａを残して切り取られている。すなわち、導入舌片９に対向する基板３２の一部である導入基板３２Ａは、試料流路８の第２端部８Ｂから突出する導入舌片９と略同一の形状に形成されている。

図６は、バイオセンサ３１の使用時の状態を示す図である。図６に示すように、ユーザが全血試料ＣＳに対して、導入舌片９及び導入基板３２Ａを接近させて接触させると、導入舌片９の第２親水部１１（不図示）を伝う力と、導入舌片９と導入基板３２Ａとの間に生じる毛細管現象とによって、全血試料ＣＳが導入舌片９と導入基板３２Ａとの間に吸い上げられる。

吸い上げられた全血試料ＣＳは、疎水部１２で一旦停止され、前処理試薬１３（不図示）と全血試料ＣＳとが反応してグルコース濃度が低下し、全血試料ＣＳが測定試料Ｓとなる。

本実施形態のバイオセンサ３１によれば、導入舌片９及び導入基板３２Ａを、ユーザの皮膚上や他の反応容器内等にある試料に接触させて、試料流路８内への取り込みを容易に行うことができる。従って、より簡便に使用できるバイオセンサを構成することができる。
また、基板３２に試料停留部を設ける必要がないため、基板３２の加工工程がシンプルになり、簡便に作製することができる。

本実施形態においては、導入舌片９及び導入基板３２Ａが略四角形に形成されている例を説明したが、これに代えて、導入舌片９及び導入基板３２Ａの先端（試料流路８の第２端部８Ｂと反対側の端部）が細くなるように、導入舌片９及び導入基板３２Ａが略五角形又は略三角形に形成されてもよい。このようにすると、導入舌片９及び導入基板３２Ａをより試料に接触させやすくできる。

続いて、本発明の第３実施形態について、１，５−ＡＧ測定を例として、図７及び図８を参照して説明する。本実施形態のバイオセンサ４１と上述のバイオセンサ１との異なるところは、試料停留部及び流動停止部の形状である。
なお、上述した各実施形態のバイオセンサと同様の構成要素には同一符号を付すとともに重複する説明を省略する。

図７は、バイオセンサ４１の斜視図、図８は、図７のＣ−Ｃ線における断面図である。
図７に示すように、バイオセンサ４１の試料停留部４２は、導入舌片９の下方の基板２上に、表面が親水性を有する板状の停留部材４３が接着や熱溶着等の方法によって固定されている。停留部材４３の表面に親水面を形成する方法は、上述の試料流路に親水部を形成するのと同様の方法を採用することができる。停留部材４３が設置されることによって、図８に示すように、周囲の基板２より一段高い試料停留部４２が導入舌片９の下方に形成されている。
また、試料流路４４に設けられた疎水部４５は、凸部４５Ａを有する略Ｖ字状に形成されており、測定領域６に向かって凸となっている。

上記のように構成されたバイオセンサ４１の使用時の動作について説明する。試料停留部４２は親水性で周囲の基板２は疎水性であるため、滴下された全血試料は試料停留部４２の面積の形に広がって、かつ試料停留部４２からはみ出さない状態で停留される。

導入舌片９を試料に接触させると、全血試料は、第１実施形態のバイオセンサ１におけるのと同様に、疎水部４５の手前で一旦停止し、前処理試薬１３と反応する。
反応終了後、ユーザが導入舌片９を押圧、又は疎水部４５を押圧してからゆるめると、反応後の測定試料は疎水部４５に向かって進むが、このとき、測定試料は、疎水部４５のうち測定領域６にむかって凸となっている凸部４５Ａに向かって収束するように移動する。そして、凸部４５Ａにおいて、疎水部４５を乗り越えて測定領域６に向かって移動する。

本実施形態のバイオセンサ４１によれば、試料停留部４２が周囲の基板より一段高く形成されているので、より容易に導入舌片９を試料停留部４２上に停留した試料に接触させることができる。また、試料停留部４２は親水性で周囲の基板２は疎水性であるので試料が安定して試料停留部４２全体に広がる。これによって、試料を試料流路４４に容易に移動させることができる。また、試料停留部４２が親水性であるので、前処理試薬１３を試料停留部４２の上面に一様に配置して全血試料に対して前処理を行うことも可能となる。

また、疎水部４５が凸部４５Ａを有しているので、疎水部４５の手前で停止した試料は、導入舌片９を押圧、又は疎水部４５を押圧してからゆるめたときに凸部４５Ａに向かって収束する。従って、少ない押圧によって試料が容易に疎水部４５を乗り越えることができ、操作の容易なバイオセンサを構成することができる。

さらに、基板２に停留部材４３を取付けるだけで試料停留部４２を形成できるので、基板２に対する加工が簡素になり、製造の容易なバイオセンサができる。

続いて、本発明の第４実施形態について、１，５−ＡＧ測定を例として、図９から図１１を参照して説明する。本実施形態のバイオセンサ５１と第１実施形態のバイオセンサ１との異なるところは、電極系の構成と、電極系が複数設けられている点である。
なお、上述した各実施形態のバイオセンサと同様の構成要素には同一符号を付すとともに重複する説明を省略する。

図９は、バイオセンサ５１の斜視図である。図９に示すように、バイオセンサ５１には、第１電極系５２と第２電極系５３との２つの電極系が設けられており、公知の差動法によって測定が行われる構成を備えている。

第１電極系５２及び第２電極系５３は、それぞれ作用極５２Ａ、５３Ａと対極５２Ｂ、５３Ｂとの２本の電極から構成されており、参照極を有しない構成である。第１電極系５２及び第２電極系５３の挿入部２Ａと反対側の端部には、それぞれ第１測定領域５４及び第２測定領域５５が設けられている。

第１測定領域５４には、第１実施形態の測定領域６と同様に１，５−ＡＧの酸化還元酵素及びレドックスメディエータを含む、図示しない第１測定試薬（測定試薬）が配置されている。第２測定領域５５には、上記酸化還元酵素を含まず、レドックスメディエータを含む図示しない第２測定試薬が配置されている。両測定領域５４、５５の上方には、両面テープ５６を介してカバー部材５７が接着されており、両面テープ５６の形状によって、第１測定領域５４と連通する第１試料流路５８、及び第２測定領域５５と連通する第２試料流路５９が形成されている。また、両測定領域５４、５５の上方のカバー部材５７には、第１実施形態の脱気路１５と同様の機能を有する脱気孔６２が設けられている。

各試料流路５８、５９の挿入部２Ａと反対側の端部（第２端部）５８Ａ、５９Ａ付近には、両試料流路５８、５９を横断するように疎水部６０が設けられている。そして、両端部５８Ａ、５９Ａにまたがるように導入舌片６１が設けられている。導入舌片６１の下方には、第１実施形態と同様の試料停留部５が設けられている。

上記のように構成されたバイオセンサ５１の使用時の動作について説明する。
まず、バイオセンサ５１の挿入部２Ａを検査機器（不図示）に挿入して、全血試料ＣＳ（不図示）を導入舌片６１の下方の試料停留部５に滴下する。そして、全血試料ＣＳを図示しない前処理試薬と反応させて、グルコースを分解、変換又は捕捉等によって除去し、測定試料Ｓを得る。

前処理試薬は、上述のものと同様のものを使用することができ、試料停留部５に配置されてもよいし、疎水部６０の上流側（導入舌片６１側）に配置されてもよい。前処理試薬が疎水部６０の上流側の各試料流路５８、５９に配置される場合は、導入舌片６１を押圧して導入舌片６１裏側の第２親水部１１（不図示）と全血試料ＣＳとを接触させることによって、全血試料ＣＳを疎水部６０の手前まで移動させて停止させる。

ユーザが疎水部６０を押圧して離すことで、図１０に示すように、測定試料Ｓは疎水部６０を乗り越えて第１試料流路５８及び第２試料流路５９に流れ込み、それぞれ第１測定領域５４及び第２測定領域５５に移動する。

第１測定領域５４に到達した測定試料Ｓは第１測定試薬と接触して反応し、測定試料Ｓ中の１，５−ＡＧに由来する応答電流と測定試料Ｓ中のアスコルビン酸や尿酸などによるバックグランド電流との総和の電流が第１電極系５２において測定される。一方、第２測定領域５５に到達した測定試料Ｓは第２測定試薬と接触して反応し、上述のバックグランド電流のみが第２電極系５３において測定される。検査機器は、第１電極系５２の電流値から第２電極系５３の電流値を差し引いた値を１，５−ＡＧに由来する電流値として、１，５−ＡＧの濃度を測定する（差動法）。

本実施形態のバイオセンサ５１によれば、第１電極系５２及び第２電極系５３の２つの電極系が基板２上に設けられ、それぞれの電極系に対応する試料流路５８、５９が設けられているので、差動法によって、１，５−ＡＧの濃度をより正確に測定できる。

また、導入舌片６１が第１試料流路５８及び第２試料流路５９にまたがるように設けられているので、疎水部６０を押圧して離すことで、第１試料流路５８及び第２試料流路５９の両方に試料を送り込むことができる。従って、操作の容易なバイオセンサができる。

なお、本実施形態では、試料の量が多いと、一方の試料流路から導入舌片６１の下方を通って、他方の試料流路に逆流することによって測定誤差が生じる可能性があるので、各電極系５２、５３に配置する第１及び第２測定試薬を、共有結合等の化学結合や担体を利用する等の方法で固定しておくことが好ましい。このようにすれば、各測定試薬が電極系の表面から流れることがないので、万一逆流が起こっても測定誤差等は発生しない。

本実施形態においては、第１試料流路５８及び第２試料流路５９の試料が、共通する疎水部６０によって制御される例を説明したが、これに代えて、図１１に示す変形例のように、カバー部材５７の導入舌片６１が延出する付近に切欠き５７Ａを設けて、疎水部を６０Ａ及び６０Ｂの２箇所に分けてもよい。このようにすると、各試料流路内の試料は、それぞれ別々の疎水部６０Ａ及び６０Ｂによって制御されるので、上述の逆流がより発生しにくくなる。なお、切欠き５７Ａの形状は、図１１のような略四角形のほか、その先端が導入舌片６１側に細くなるように略五角形又は略三角形に形成されてもよい。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上述した各実施形態では、流動停止部が１箇所のみ設けられている例を説明したが、これに代えて、流動停止部を複数設け、試料の流れが電極系に到達するまでに複数回停止するように構成されてもよい。この場合、各流動停止部より上流側に異なる前処理試薬を配置し、複数種類の前処理反応をそれぞれの流動停止部で停止させて順次行ってから、試料が電極系に送り込まれるようにバイオセンサを構成できる。

また、上述した各実施形態では、カバー部材が両面テープを介して基板上に接着されることで試料流路が形成される例を説明したが、これに代えて、カバー部材の基板に対向する面にレーザー加工等によって測定領域及び試料流路となる溝状の凹部を形成し、基板に接着や熱融着等の方法で固定することによって試料流路が形成されていてもよい。逆に、基板側に上述の凹部が形成されて試料流路が形成されていてもよい。

また、上述した各実施形態では、試料流路が第２端部に開口する例を説明したが、これに代えて、カバー部材の上面の一部を切除して試料流路と連通する試料供給口を形成し、当該試料供給口によって測定領域と外部が連通されるように試料流路を構成してもよい。
このようにすると、試料供給口がカバー部材の上面に開口するので、親水部及び流動停止部と組み合わせることによって、直接試料流路に試料を滴下でき、かつ電極系の測定領域への試料の移動タイミングを制御できるバイオセンサを構成できる。

また、上述した各実施形態では、カバー部材の基板に対向する面に親水部及び流動停止部が設けられた例を説明したが、これに代えて、親水部や流動停止部が基板側に設けられてもよい。また、上述のようにカバー部材に凹部が形成される場合は、当該凹部の基板に接する面に親水部や流動停止部が設けられてもよい。さらには、介装部材として上述の親水性フィルム等を使用することによって親水部が形成されてもよい。親水部は必ずしも面全体に設けられる必要はなく、例えば、試料の流れる方向に沿って線状に設けられてもよい。

さらに、電極系を作用極、対極、参照極の３本で構成するか、参照極を除く２本で構成するかは、測定する物質の特性等に応じて適宜決定されてよい。例えば、バイオセンサ１のように電極系を１組設ける場合に、２本の電極で電極系を構成してもよいし、バイオセンサ５１のように差動法を用いる場合に、各電極系を３本の電極で構成してもよい。
さらに、上述の実施形態では、２組の電極系で差動法による測定を行う例を説明したが、これに代えて、複数の電極系にそれぞれ異なる物質の電気的測定に必要な測定試薬を配置固定すれば、２種類以上の物質濃度を測定できるバイオセンサを構成できる。

また、上述の各実施形態においては、試料が手動で測定領域に移動される例を説明したが、これに代えて、バイオセンサが検査機器に装着された後で、当該検査機器によってバイオセンサに押圧、吸引、加熱、磁気・振動、電圧等を加えることによって試料が測定領域内の電極に自動的に移動されるように構成されると、検査プロセスの自動化をさらに進めることができるので、より好ましい。

加えて、試料停留部及び前処理試薬も本発明には必須の構成ではなく、測定する物質や使用する試料に応じて、配置の有無及びその内容が決定されてよい。
例えば、前処理反応が１種類のみで、必要な前処理試薬の量も比較的少ない場合は、流動停止部を試料流路内に設けるとともに、前処理試薬を流路内に配置し、試料停留部を有さない構成としてもよい。このようにすると、試料流路内で試料が停止した状態で前処理反応が行われるので、検査機器等によって自動的に試料を測定領域に移動させるのに好適な構成となる。
一方、前処理反応が２種類ある場合や、必要な前処理試薬の量が多い場合等は、試料停留部を設けると、その後の工程が行ないやすくなる。
さらに、前処理反応が必要ない場合でも、流動停止部を試料流路内に設けて、前処理試薬が配置されていない試料流路内で試料が一旦停止する状態にしておくと、検査機器等によるプロセスの自動化を容易に行うことができる。

Claims (17)

1. 試料に対して電気化学的測定を行うためのバイオセンサであって、
   絶縁性材料からなる第１部材と、
   前記第１部材上に形成された作用極及び対極を含む電極系と、
   前記電極系の少なくとも一部を被覆するように前記第１部材上に固定された第２部材と、
   前記第１部材と前記第２部材との間に設けられ、前記第２部材に被覆された前記電極系の一部を外部と連通させる試料流路と、
   前記第１部材若しくは前記第２部材又は前記第１部材と前記第２部材との間であって前記電極系を間に挟んで前記試料流路と反対側に配された脱気用の開口と、
   前記試料流路の内面の少なくとも一部に、前記電極系側の第１端部から反対側の第２端部にわたって設けられた親水部と、
   前記第１部材上の前記第２端部に隣接する部位又は前記試料流路の内面に設けられ、前記試料の前記電極系への流れを一旦停止させる流動停止部と、を備えるバイオセンサ。
2. 前記第１部材上に設けられ、前記試料が滴下されて停留する試料停留部をさらに備える請求項１に記載のバイオセンサ。
3. 前記流動停止部は、前記試料流路の内面に、前記親水部を前記試料流路の幅方向に分断するように設けられた線状又は帯状の疎水部である請求項１又は２に記載のバイオセンサ。
4. 前記流動停止部は、前記試料が前記試料流路に接触しない状態で停止するように、前記試料停留部と前記第２端部との間に設けられた線状又は帯状の疎水部である請求項２に記載のバイオセンサ。
5. 前記試料停留部は、親水面を有して構成されている請求項２又は４に記載のバイオセンサ。
6. 前記試料停留部は、前記第１部材上に、前記第１部材の他の領域よりも高くなるように段差を有して形成されている請求項２に記載のバイオセンサ。
7. 前記疎水部は、前記電極系に向かって凸となる凸部を有する請求項３又は４に記載のバイオセンサ。
8. 前記第２部材の、前記試料流路の前記第２端部側から延出して設けられた導入舌片と、
   前記導入舌片の前記第１部材に対向する側の面に、前記親水部と連続するように設けられた第２親水部と、
   をさらに備える請求項１から７のいずれか１項に記載のバイオセンサ。
9. 前記導入舌片は、弾性を有する材料で形成されており、前記第１部材から離間するように折り曲げられている請求項８に記載のバイオセンサ。
10. 前記導入舌片と対向する部分の前記第１部材は、前記導入舌片と同一の形状に形成されており、前記試料を前記導入舌片に接触させることにより、前記試料が前記流動停止部まで流入する請求項８又は９に記載のバイオセンサ。
11. 前記電極系は前記第１部材上に複数設けられており、各々の前記電極系に対して前記試料流路が設けられている請求項１から１０のいずれか１項に記載のバイオセンサ。
12. 前記第２部材は、前記第１部材と前記第２部材との間に配置された介装部材を介して前記第１部材に固定されており、前記試料流路の側壁は、前記介装部材によって形成されている請求項１から１１のいずれか１項に記載のバイオセンサ。
13. 前記流動停止部より前記第２端部側の前記試料流路又は前記第２部材に被覆されていない前記第１部材上の少なくとも一方には、前記電気化学的測定の妨げとなる妨害物質を除去、捕捉若しくは前記電気化学的測定に影響しない別の物質に変換するための前記試料の前処理反応に使用される前処理試薬が配置されている１から１２のいずれか１項に記載のバイオセンサ。
14. 前記電極系の少なくとも前記作用極には、酸化還元酵素及びレドックスメディエータが配置されている請求項１から１３のいずれか１項に記載のバイオセンサ。
15. 前記レドックスメディエータは、ルテニウム誘導体、オスミウム誘導体、フェリシアン誘導体、フェロセン誘導体、キノン誘導体、フェノチアジン誘導体、フェノキサジン誘導体、フェナジン誘導体、インドフェノール誘導体、ジフェニルアミン誘導体又はフェノール誘導体のうち少なくとも１つを含む請求項１４に記載のバイオセンサ。
16. 前記酸化還元酵素は、ピラノースオキシダーゼ、Ｌ−ソルボースオキシダーゼ、１，５−アンヒドログルシトールデヒドロゲナーゼ、Ｌ−ソルボースデヒドロゲナーゼのうち少なくとも１つを含む請求項１４に記載のバイオセンサ。
17. 前記前処理試薬は、グルコースを除去、捕捉若しくは前記電気化学的測定に影響しない別の物質に変換するための試薬を含む請求項１３に記載のバイオセンサ。

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