JP5164656B2 - センサ及びバイオセンサ - Google Patents

Description

本発明は、センサ及びバイオセンサに関する。

従来、気体試料中や液体試料中の特定物質の濃度を検出するバイオセンサ等のセンサの研究・開発が盛んに行われている。
ところで、センサでは、気体試料中や液体試料中における検出対象物質の濃度が未知である場合が多いため、広範な検出濃度範囲を有することが望まれている。

そこで、例えば、酵素電極において、測定電極群配置部に予め設定された配置高さで酸素透過膜を配置形成して検体を充填する空間を形成し、かつ当該空間内に検体を充填して検体の空気界面と測定電極群との高さを小さくすることによって、高濃度の検体を検出可能となるように構成した酸素反応律速による反応制限の解決を目的とした酵素電極が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、例えば、電気化学センサにおいて、作用電極を覆う半透膜の層数を増加させることによって、高濃度の検体を検出可能となるように構成した電気化学センサが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
また、例えば、少なくともトランスデューサ、機能性膜及び制限透過膜の順に設けられた化学センサにおいて、制限透過膜における機能性膜と対向する側の面に形成された凹凸形状を適宜設定することによって、検出可能な検出対象物質の濃度領域を設定できる化学センサが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特許２５３６７８０号公報（図７） 特開平０８−１９３９６９号公報（図２５、図２６） 特許３６８３１５０号公報

しかしながら、特許文献１及び２記載の発明では、検体の空気界面と測定電極群との高さを小さくしたり、半透膜の層数を増加させたりすることによって、線形の検出域を有する濃度領域が拡大されているが、線形の検出域を有する濃度領域が広範囲になるほど、その広範囲の濃度領域を部分的に見た場合には精度が悪く、検出誤差が大きくなる傾向がある。
また、特許文献３記載の発明では、目的とする検出対象物質の濃度に合わせて、制限透過膜の凹凸形状を設定するようになっているが、目的とする検出対象物質の濃度が未知である場合、凹凸形状がそれぞれ異なる複数の制限透過膜を用意しなければならないという問題がある。

本発明の課題は、簡易な構成で、検出対象物質の濃度が未知であっても、適切な濃度領域で当該検出対象物質を検出することができるセンサ及びバイオセンサを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
センサにおいて、
所定の基板と、少なくとも検出対象物質が透過する透過膜と、前記基板と前記透過膜との間に形成された電解液及び触媒を含む検出層と、を有し、前記検出対象物質と前記検出層に含まれる触媒との反応に伴う所定の変化を検出するためのセンサ部を複数備え、
前記複数のセンサ部のうちの少なくとも一のセンサ部における前記基板と前記透過膜との間の距離は、他のセンサ部における前記基板と前記透過膜との間の距離と異なることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載のセンサにおいて、
前記センサ部は、前記基板に設けられたスペーサを備え、
前記スペーサは、前記透過膜を支持することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、
請求項１又は２に記載のセンサにおいて、
前記基板は、電極を備え、
電気化学的計測法によって前記検出対象物質を検出することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、
請求項１又は２に記載のセンサにおいて、
光学的計測法によって前記検出対象物質を検出することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、
バイオセンサにおいて、
請求項１〜４の何れか一項に記載のセンサはバイオセンサであり、
前記検出層は、前記透過膜を透過した前記検出対象物質と選択的に反応するレセプタを含有し、
前記センサ部における前記基板と前記透過膜との間の距離は、センサ部毎にそれぞれ異なることを特徴とする。

本発明によれば、センサにおいて、所定の基板と、少なくとも検出対象物質が透過する透過膜と、基板と透過膜との間に形成された電解液を含む検出層と、を有するセンサ部を複数備え、複数のセンサ部のうちの少なくとも一のセンサ部における基板と透過膜との間の距離は、他のセンサ部における基板と透過膜との間の距離と異なっている。
ここで、線形の検出域を有する濃度領域は、基板と透過膜との間の距離に依存するため、センサは、線形の検出域を有する濃度領域が異なるセンサ部を複数備えていることになる。したがって、基板と透過膜との間の距離が異なるセンサ部を複数備えるという簡易な構成で、センサ全体では、広範な検出濃度範囲を有することができるとともに、検出対象物質の濃度が未知であっても、センサが備える複数のセンサ部のうちの適切なセンサ部（適切な濃度領域で線形の検出域を有するセンサ部）で当該検出対象物質を検出することができる。

以下、図を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、発明の範囲は、図示例に限定されない。
本実施の形態では、センサ（バイオセンサ）として酵素センサを例示して説明することとする。

［第１の実施の形態］
まず、第１の実施の形態における酵素センサ１について説明する。
図１は、酵素センサ１の要部を模式的に示す図である。図２は、酵素センサ１の平面斜視図である。図３は、図２のIII−III線における断面を模式的に示す図である。図４は、酵素センサ１が備えるセンサ部１０の分解図である。
ここで、酵素センサ１における検出層Ｌ１側を下側、供給層Ｌ２側を上側とする。

＜酵素センサの構成＞
まず、酵素センサ１の構成について説明する。
酵素センサ１は、例えば、図１に示すように、所定の基板１１０と、基板１１０の上方に配置された透過膜４００と、基板１１０と透過膜４００との間に形成され、透過膜４００を透過した検出対象物質Ｔと選択的に反応するレセプタとしての酵素３００を含有する検出層Ｌ１と、基板１１０の上面に配置されたスペーサ２００と、を有するセンサ部１０を複数備えて構成される。
基板１１０と透過膜４００との間に形成された検出層Ｌ１は、例えば、電解液等の液体で満たされており、透過膜４００の上側の供給層Ｌ２には、例えば、検出対象物質Ｔを含有する気体試料や液体試料が供給されるようになっている。

基板１１０は、上面に電極１４０を備えており、酵素センサ１は、透過膜４００を透過して供給層Ｌ２から検出層Ｌ１に移行してきた検出対象物質Ｔを、電気化学的計測法によって検出するようになっている。
ここで、酵素センサ１が備える各センサ部１０における基板１１０（基板１１０が備える電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄは、それぞれ異なるものとなるように設定されている。すなわち、酵素センサ１は、厚み（上下方向の長さ）がそれぞれ異なる複数の検出層Ｌ１を有している。

具体的には、酵素センサ１が備えるセンサ部１０は、例えば、図２〜図４に示すように、電極基板部１００と、電極基板部１００の上面に配置されたスペーサ２００，２００と、電極基板部１００の上面にスペーサ２００，２００に挟まれて配置された検出層Ｌ１と、検出層Ｌ１内における電極基板部１００の上面に配置された担体３１０に固定されている酵素３００と、スペーサ２００，２００及び検出層Ｌ１の上面に配置された透過膜４００と、透過膜４００の上面に配置された支持部材５００と、支持部材５００の上面に配置されたカバー部材６００と、などを備えて構成される。

電極基板部１００は、例えば、図４に示すように、基板１１０と、基板１１０の上面に設けられた、開口部（分析部１２０）を有する疎水性絶縁膜１３０と、基板１１０の上面における分析部１２０の内部に配置された作用電極（電極１４０）、対電極１５０及び参照電極１６０と、作用電極（電極１４０）、対電極１５０及び参照電極１６０と配線を介して接続されたパッド１７０，１７０，１７０と、などを備えて構成される。

スペーサ２００は、具体的には、例えば、分析部１２０を露出するように基板１１０（疎水性絶縁膜１３０）と透過膜４００との間に配置され、透過膜４００を支持している。すなわち、分析部１２０内及び分析部１２０上側のスペーサ２００，２００に挟まれた領域が検出層Ｌ１になる。
スペーサ２００は、基板１１０（電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄを一定に保つためのものである。したがって、酵素センサ１が備える各センサ部１０が有するスペーサ２００の厚みは、それぞれ異なるものとなっている。
スペーサ２００を構成する材料としては、スペーサ２００によって基板１１０（電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄを一定に保つことができるのであれば任意であり、例えば、テフロン（登録商標）等のフッ素樹脂やその他の合成樹脂、シリコン等のセラミックス、金属及び金属表面をコーティングしたもの、ガラスなどを用いることができる。

透過膜４００は、具体的には、例えば、分析部１２０を覆うように、スペーサ２００，２００の上面に配置されている。すなわち、透過膜４００によって、検出層Ｌ１と供給層Ｌ２とは隔てられている。
供給層Ｌ２に供給された検出対象物質Ｔは、透過膜４００を透過して検出層Ｌ１に移行し、そして、検出層Ｌ１に含有された酵素３００と反応するようになっている。したがって、透過膜４００は、少なくとも検出対象物質Ｔが透過する膜であれば任意であり、検出対象物質Ｔの種類によって適宜変更可能である。
特に、供給層Ｌ２に気体試料を供給して、酵素センサ１で、当該気体試料に含有される検出対象物質Ｔを検出する場合には、検出層Ｌ１中の電解液等の液体の蒸発を防止する等の観点から、透過膜２００としては、検出対象物質Ｔ（検出対象ガス）は透過するが、電解液等の液体は透過しないガス透過膜が好ましい。

支持部材５００は、具体的には、例えば、分析部１２０を覆うように、透過膜４００の上面に配置されている。
支持部材５００は、酵素センサ１の使用中に透過膜４００が変形しないよう、透過膜４００を支持するためのものである。したがって、支持部材５００によって、より確実に基板１１０（電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄを一定に保つことができることになる。
支持部材５００の材質は、支持部材５００によって透過膜４００を変形しないように支持することができるのであれば任意であり、具体的には、例えば、ステンレスメッシュ等のメッシュ体などが挙げられる。
ここで、支持部材５００は、透過膜４００を変形しないように支持することができるのであれば、透過膜４００の下面に配置されていても良いし、透過膜４００を挟むように透過膜４００の上面及び下面に配置されていても良い。

カバー部材６００は、具体的には、例えば、センサ部１０に気体試料や液体試料を供給するための供給口６１０を有しており、当該供給口６１０が分析部１２０に対応するように、支持部材５００の上面に配置されている。すなわち、カバー部材６００の供給口６１０内がセンサ部１０の供給層Ｌ２になる。
カバー部材６００は、カバー部材６００によってスペーサ２００，２００、透過膜４００及び支持部材５００を電極基板部１００に押さえつけた状態で、電極基板部１００に固定されるようになっている。
カバー部材６００の材質は、カバー部材６００と電極基板部１００とによってスペーサ２００，２００、透過膜４００及び支持部材５００を挟んで固定できるのであれば任意であり、具体的には、例えば、ガラスエポキシ製の板体等の板状部材などが挙げられる。

酵素３００が固定された担体３１０は、具体的には、例えば、分析部１２０内における作用電極（電極１４０）、対電極１５０及び参照電極１６０の上面に配置されている。
酵素３００が固定された担体３１０を分析部１２０内に配置するだけで、酵素３００を検出層Ｌ１に含有させることができる。したがって、担体３１０によって、酵素３００を検出層Ｌ１に含有させる操作が簡易になる。
担体３１０の材質は、担体３１０によって酵素３００を固定（保持）することができるのであれば任意であり、具体的には、例えば、親水性テフロン膜、ナイロン膜やその他の材質（例えば、セルロース混合エステル、ポリビニリデンジフロライド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタートなど）からなる親水性膜、多孔質アルミナ等の多孔体、ナイロンメッシュ等のメッシュ体、カーボンナノチューブ等の繊維状集合体などが挙げられる。
ここで、酵素３００が固定された担体３１０の厚みは、スペーサ２００によって基板１１０（電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄを一定に保つ等の観点から、スペーサ２００の厚みと同等又はそれ以下であるのが好ましい。また、担体３１０は、酵素センサ１の使用中に、透過膜４００が変形するのを防止して、基板１１０（電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄを一定に保つためのスペーサの役割も担っている。
なお、酵素３００が固定された担体３１０は、少なくとも分析部１２０内における作用電極（電極１４０）の上面に配置されていてれば良い。

酵素３００は、検出対象物質Ｔと選択的に反応する酵素であれば任意であり、検出対象物質Ｔの種類によって適宜変更可能である。
具体的には、酵素３００は、例えば、酸化還元酵素や、加水分解酵素、転移酵素、異性化酵素などの酵素（酵素タンパク質）である。
また、酵素３００は、例えば、生来の酵素分子であっても、活性部位を含む酵素の断片であっても良い。当該酵素分子又は当該活性部位を含む酵素の断片は、例えば、動植物や微生物から抽出したものであっても、所望によりそれを切断したものであっても、遺伝子工学的に又は化学的に合成したものであっても良い。

酸化還元酵素としては、例えば、グルコースオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ、ホルムアルデヒドオキシダーゼ、ソルビトールオキシダーゼ、フルクトースオキシダーゼ、ザルコシンオキシダーゼ、フルクトシルアミンオキシダーゼ、ピルビン酸オキシダーゼ、キサンチンオキシダーゼ、アスコルビン酸オキシダーゼ、サルコシンオキシダーゼ、コリンオキシダーゼ、アミンオキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、コレステロールデヒドロゲナーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、ホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼ、ソルビトールデヒドロゲナーゼ、フルクトースデヒドロゲナーゼ、ヒドロキシ酪酸デヒドロゲナーゼ、グリセロールデヒドロゲナーゼ、グルタメートデヒドロゲナーゼ、ピルビン酸デヒドロゲナーゼ、リンゴ酸デヒドロゲナーゼ、グルタミン酸デヒドロゲナーゼ、カタラーゼ、ペルオキシダーゼ、ウリカーゼ等を用いることができる。この他に、コレステロールエステラーゼ、クレアチニナーゼ、クレアチナーゼ、ＤＮＡポリメラーゼ、さらにこれら酵素のミュータント等を用いることができる。

加水分解酵素としては、例えば、プロテアーゼ、リパーゼ、アミラーゼ、インベルターゼ、マルターゼ、β−ガラクトシダーゼ、リゾチーム、ウレアーゼ、エステラーゼ、ヌクレアーゼ群、ホスファターゼ群等を用いることができる。

転移酵素としては、例えば、各種アシル転移酵素、キナーゼ群、アミノトランスフェラーゼ群等を用いることができる。

異性化酵素としては、例えば、ラセマーゼ群、ホスホグリセリン酸ホスホムターゼ、グルコース６−リン酸イソメラーゼ等を用いることができる。

検出層Ｌ１に含有される酵素３００は、１種類の酵素であっても、２種類以上の酵素であっても良い。
具体的には、検出層Ｌ１に含有される酵素３００は、例えば、１種類の酵素であっても、分子量及び／又はサイズ（径）が略同一の２種類以上の酵素であっても、分子量及び／又はサイズが異なる２種類以上の酵素であっても良い。また、検出層Ｌ１に含有される酵素３００が２種類以上である場合、酵素３００は、例えば、同種の検出対象物質Ｔ（基質）に作用する２種類以上の酵素であっても、異種の検出対象物質Ｔに作用する２種類以上の酵素であっても、同種及び／又は異種の検出対象物質Ｔに作用する２種類以上の酵素であっても良い。
ここで、特に、検出層Ｌ１に含有された酵素３００が２種類以上であって、その２種類以上の酵素が異種の検出対象物質Ｔに作用する場合、例えば、検出電位を変える、或いは、分析部１２０内に電極を複数配置する等により、酵素センサ１は、その異種の検出対象物質Ｔ（２種類以上の検出対象物質Ｔ）を同時に検出することができる。

＜酵素センサの製造方法＞
次に、酵素センサ１の製造方法について説明する。

（１）電極基板部１００の作成
まず、電極基板部１００を作成する。

基板１１０上に、例えば、図４に示すような、作用電極（電極１４０）、対電極１５０及び参照電極１６０の三極構造のパターンを複数個作成する。
具体的には、例えば、公知のフォトリソグラフィー法とリフトオフ又はエッチング法とによって、基板１１０上に、作用電極（電極１４０）、対電極１５０及び参照電極１６０の三極構造のパターンを複数個作成する。
より具体的には、例えば、基板１１０上にスピンコーター等を用いてフォトレジストを適量塗布する。次いで、紫外露光装置にて数秒間露光し、作用電極（電極１４０）、対電極１５０及び参照電極１６０の三極構造のフォトマスクパターンを転写する。次いで、ポストベーク処理を行い、その後、現像液にて現像を行って、フォトレジストのパターンを形成する。次いで、スパッタ法によって、例えば、膜厚が数百ｎｍ程度の金属薄膜を成膜し、その後、リフトオフ法によって、レジストを剥がして三極電極を形成する。

ここで、基板１１０は、例えば、絶縁体であれば特に制限されるものではなく、具体的には、例えば、ガラスエポキシ製の基板等を用いることができる。
また、成膜される金属薄膜としては、例えば、金、白金、銅等の貴金属を挙げることができる。
なお、作用電極（電極１４０）、対電極１５０及び参照電極１６０の三極構造のパターンの作成は、上記のフォトリソプロセスでの作成に限定されるものではなく、例えば、スクリーン印刷の手法を用いて簡易的に行っても良い。また、金属薄膜の成膜法は、スパッタ法に限定されるものではなく、例えば、蒸着法を用いても良い。

次いで、例えば、スパッタ法等によって、分析部１２０に対応する領域の周囲にＳｉＯ等の疎水性薄膜を形成することによって、分析部１２０の周囲に疎水性絶縁膜１３０を作成する。

次いで、例えば、前記作成された、作用電極（電極１４０）、対電極１５０及び参照電極１６０の三極構造のパターンのうちの、参照電極１６０のパターンに、例えば、銀／塩化銀インクを塗布してベーキングすることによって、銀／塩化銀電極である参照電極１６０を作成する。

（２）酵素固定化担体の作成
次に、酵素３００が固定された担体３１０（酵素固定化担体）を作成する。

担体３１０を複数個用意し、それぞれに酵素３００を固定する。
具体的には、例えば、担体３１０を複数個用意し、各担体３１０の上に、酵素３００が溶解する酵素溶液をそれぞれ同量ずつピペットやディスペンサーなどで滴下する。これにより、各担体３１０のそれぞれに、同量の酵素３００が物理的に固定化される。
なお、酵素３００が固定された担体３１０は、固定化後に乾燥処理を行うことが好ましい。

ところで、酵素３００は、分子量が１万〜２０万程度のタンパク質であり、酵素分子内の活性中心が電極１４０と速い電子移動を行うことが難しい場合がある。そこで、酵素３００と電極１４０との間の電子の受け渡しを促進するための電子伝達体を検出層Ｌ１に導入するのが好ましい。また、反応が溶存酸素濃度に律速され、低濃度の試料しか測定できない場合にも、検出濃度範囲の拡大を目的として検出層Ｌ１に電子伝達体を導入することが効果的である。
具体的には、電子伝達体としては、例えば、フェリシアン化カリウム、フェロセン、フェロセン誘導体、ベンゾキノン、キノン誘導体、オスミウム錯体等が用いられる。

また、検出層Ｌ１に、例えば、酵素３００の活性の発現を触媒する補酵素を導入するのも好ましい。
例えば、酵素３００と検出対象物質Ｔとの反応が、不安的中間体を経由する反応等、酵素３００のアミノ酸側鎖の触媒作用では容易に進まない反応の場合には、適当な構造を有し、酵素反応の発現に関与する低分子量の有機化合物である補酵素を使用することが多い。特に、酵素３００として、補酵素依存型酵素を用いた場合、検出層Ｌ１の補酵素を導入することによって、酵素反応を効率よく行わせることができる。
補酵素は、酵素３００（補酵素依存型酵素）の種類に応じて、適宜選択することができる。具体的には、補酵素としては、例えば、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^＋）、補酵素Ｉ、補酵素ＩＩ、フラビンモノヌクレオチド（ＦＭＮ）、フラビンアデニンジヌクレオチド（ＦＡＤ）、リポ酸、補酵素Ｑ等の１種又は２種以上の組み合わせが挙げられる。なかでも、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^＋）等のＮＡＤ系の補酵素が用いられる。

検出層Ｌ１に電子伝達体や補酵素を導入する場合、例えば、グルタルアルデヒドや光架橋性樹脂などの架橋剤を用いて、電子伝達体や補酵素を担体３１０に固定しても良いし、酵素溶液の中に電子伝達体や補酵素を溶解させて、酵素３００とともに電子伝達体や補酵素を担体３１０に固定しても良いし、電子伝達体や補酵素を導電性高分子等に物理的又は化学的に結合させて固定したものを検出層Ｌ１内に配置しても良い。また、電子伝達体や補酵素を電解液中に溶解・分散させて、それを検出層Ｌ１内に滴下等して配置しても良い。

（３）酵素センサの作成
次に、酵素センサ１を作成する。

厚みがそれぞれ異なる複数種類のスペーサ２００を用意し、それぞれを、例えば、図５に示すように、分析部１２０を露出するように配置して、基板１１０（疎水性絶縁膜１３０）上に接着固定する。
ここで、スペーサ２００は、粘着性を持つテープ等であっても良いし、接着剤等によって基板１１０上に接着固定されても良い。

次いで、前記作成した酵素固定化担体（酵素３００が固定された担体３１０）のそれぞれを、例えば、図５に示すように、各分析部１２０内における作用電極（電極１４０）、対電極１５０及び参照電極１６０の上面に配置する。

次いで、透過膜４００及び支持部材５００をそれぞれ複数個用意し、例えば、図６に示すように、複数の透過膜４００のそれぞれで各分析部１２０を覆い、その後、複数の支持部材５００のそれぞれで各透過膜４００を覆う。

次いで、カバー部材６００を複数個用意し、それぞれを、例えば、図７に示すように、供給口６１０が分析部１４０に対応するように各支持部材５００の上面に配置して、基板１１０（疎水性絶縁膜１３０）上に固定する。
以上のようにして、酵素センサ１を製造する。なお、酵素センサ１の製造方法は、上記製造方法に限定されるものではない。

さて、酵素センサ１による電気化学的計測法としては、例えば、酸化電流又は還元電流を測定するクロノアンペロメトリー法、クーロメトリー法、サイクリックボルタンメトリー法等の公知の計測法を用いることができる。測定方式としては、デスポーザブル方式、バッチ方式、フローインジェクション方式等、何れであっても良い。

検出対象物質Ｔの検出の際に酵素センサ１を取り付ける測定器本体は、例えば、データをパソコンに有線又は無線で送信できる機能を有し、リアルタイムで測定値を確認できることが好ましい。また、酵素センサ１が備える各センサ部１０による検出結果を同時に計測して、データを相互比較したり検討したりできる機能を有することが望ましい。

なお、検出対象物質Ｔの検出に際しては、参照電極１６０に対する作用電極（電極１４０）の電圧を特定の電圧に設定することによって、測定妨害物質の影響を避け、検出対象物質Ｔを高感度かつ選択的に測定することができる。この設定電圧は、検出対象物質Ｔにより異なる。

また、酵素センサ１では、検出対象物質Ｔによって酵素３００の種類を変えることが必要である。具体的には、酵素３００としては、例えば、検出対象物質Ｔがグルコースの場合にはグルコースオキシターゼ又はグルコースデヒドロゲナーゼを、検出対象物質Ｔがエタノールの場合にはアルコールオキシターゼ又はアルコールデヒドロゲナーゼを、検出対象物質Ｔがホルムアルデヒドの場合にはホルムアルデヒドオキシターゼ又はホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼを、検出対象物質Ｔが総コレステロールの場合にはコレステロールエステラーゼとコレステロールオキシダーゼとの混合物等を用いることができる。

以下、具体的な実施例によって本発明を説明するが、発明はこれらに限定されるものではない。

基板１１０（電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄがそれぞれ異なる５個のセンサ部１０を備える酵素センサ１を作成した。そして、酵素センサ１の評価を行った。

＜１＞酵素センサ１の作成
まず、酵素センサ１を作成した。本実施例では、ホルムアルデヒドガスを検出するための酵素センサ１を作成した。酵素３００としては、補酵素（ＮＡＤ^＋）依存型酵素であるホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼ（ホルムアルデヒド脱水素酵素）を用いた。

＜１−１＞電極基板部１００の作成
まず、基板１１０上に、作用電極（電極１４０）、対電極１５０及び参照電極１５０の三極構造のパターンを５個作成した。
具体的には、略矩形状に形成されたガラスエポキシ製の基板１１０（厚さ０．８ｍｍ、松下電工製）を、ホットプレートを用いて９５℃にて９０秒間プレベークした。その後、スピンコーターを用いてネガ型レジストを１００μＬ塗布し、紫外露光装置を用いて作用電極（電極１４０）、対電極１５０及び参照電極１６０の三極構造のフォトマスクパターンを転写した。次いで、１２０℃で６０秒間ポストベークして、その後、現像液にて７０秒間現像し、蒸留水で洗浄した。次いで、スパッタ法によって、膜厚が８００ｎｍの金属薄膜（白金薄膜）を成膜して、その後、リフトオフ法によって、基板１１０をアセトンに浸して超音波で３０分間洗浄し、レジストを剥がして白金電極を形成した。白金層の成膜条件は、真空度を１０^−５Ｐａ、基板温度を６０℃、アルゴンガスの流量を４０ｓｃｃｍとした。

次いで、分析部１２０の周囲に疎水性絶縁膜１３０を作成し、銀／塩化銀電極である参照電極１６０を作成した。
具体的には、スパッタ法によって、分析部１２０に対応する領域の周囲に、膜厚が５００ｎｍのＳｉＯ薄膜を形成することによって、分析部１２０の周囲に疎水性絶縁膜１３０を作成した。その後、参照電極１６０のパターンに、銀／塩化銀インクを塗布して、１２０度で焼結し、銀／塩化銀電極である参照電極１６０を作成した。

＜１−２＞酵素固定化膜の作成
まず、酵素溶液を作成した。
具体的には、０．５Ｕのホルムアルデヒド脱水素酵素、０．２５μｍｏｌのＮＡＤ^＋、１０μｍｏｌのナフサキノンを、１０００μＬのリン酸緩衝液（ｐＨ７．５）へ溶解して、酵素溶液を作成した。

次いで、酵素固定化担体として酵素固定化膜を作成した。
具体的には、担体３１０として、略矩形状に形成された、厚みがそれぞれ異なる５種類の親水性テフロン膜（孔径：０．１μｍ、厚み：５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、１０００μｍ、日本ミリポア製）を１枚ずつ用意し、前記作成した酵素溶液を各々２０μＬずつマイクロピペットで採取して、これらの親水性テフロン膜のそれぞれに滴下した。その後、室温（２５℃）で３時間自然乾燥させて、厚みがそれぞれ異なる５種類の酵素固定化膜を作成した。

＜１−３＞酵素センサ１の作成
まず、スペーサ２００を設置した。
具体的には、スペーサ２００として、略Ｌ字状に形成された、厚みがそれぞれ異なる５種類の粘着性を持つ疎水性テフロンテープ（厚み：５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、１０００μｍ、日東電工製）を２枚ずつ用意し、これらの疎水性テフロンテープのそれぞれを、分析部１２０を露出するように配置して、疎水性絶縁膜１３０上に接着固定した。
より具体的には、例えば、上記形成された５個の分析部１２０のそれぞれを「分析部ａ」、「分析部ｂ」、「分析部ｃ」、「分析部ｄ」、「分析部ｅ」と呼ぶとすると、厚み５０μｍの疎水性テフロンテープを、「分析部ａ」を囲うように配置して疎水性絶縁膜１３０上に接着固定し、厚み１００μｍの疎水性テフロンテープを、「分析部ｂ」を囲うように配置して疎水性絶縁膜１３０上に接着固定し、厚み２００μｍの疎水性テフロンテープを、「分析部ｃ」を囲うように配置して疎水性絶縁膜１３０上に接着固定し、厚み５００μｍの疎水性テフロンテープを、「分析部ｄ」を囲うように配置して疎水性絶縁膜１３０上に接着固定し、厚み１０００μｍの疎水性テフロンテープを、「分析部ｅ」を囲うように配置して疎水性絶縁膜１３０上に接着固定した。

次いで、酵素固定化膜を設置した。
具体的には、前記作成した酵素固定化膜のそれぞれを、疎水性テフロンテープの厚みに対応付けて、各分析部１２０内における作用電極（電極１４０）、対電極１５０及び参照電極１６０の上面に配置した。
より具体的には、例えば、厚み５０μｍの疎水性テフロンテープに囲まれた「分析部ａ」内に、厚み５０μｍの親水性テフロン膜から成る酵素固定化膜を配置し、厚み１００μｍの疎水性テフロンテープに囲まれた「分析部ｂ」内に、厚み１００μｍの親水性テフロン膜から成る酵素固定化膜を配置し、厚み２００μｍの疎水性テフロンテープに囲まれた「分析部ｃ」内に、厚み２００μｍの親水性テフロン膜から成る酵素固定化膜を配置し、厚み５００μｍの疎水性テフロンテープに囲まれた「分析部ｄ」内に、厚み５００μｍの親水性テフロン膜から成る酵素固定化膜を配置し、厚み１０００μｍの疎水性テフロンテープに囲まれた「分析部ｅ」内に、厚み１０００μｍの親水性テフロン膜から成る酵素固定化膜を配置した。

次いで、透過膜４００、支持部材５００及びカバー部材６００を設置した。
具体的には、透過膜４００として、略矩形状に形成されたガス透過膜（厚み：１００μｍ、ゴアテックス製）を５枚用意して、それぞれで各分析部１２０を覆った。次に、支持部材５００として、略矩形状に形成されたステンレスメッシュ（目開き１００μｍ、セミテック製）を５枚用意して、それぞれで各透過膜４００を覆った。次に、カバー部材５００として、略矩形状に形成された、開口部（供給口６１０）を有するガラスエポキシ製の板体を５枚用意して、それぞれを、開口部が分析部１４０に対応するように各支持部材５００の上面に配置して、疎水性絶縁膜１３０上に固定した。

＜２＞酵素センサ１の評価
次に、酵素センサ１を評価した。

まず、酵素センサ１を評価するための測定装置Ｍについて説明する。
測定装置Ｍは、例えば、図８に示すように、標準空気生成器Ｍ１と、ホルムアルデヒド貯蔵部Ｍ２と、ガス生成器Ｍ３と、センサチャンバーＭ４と、ポテンショスタットＭ５と、信号処理部Ｍ６と、コンピュータＭ７と、等を備えて構成される。

センサチャンバーＭ４は、酵素センサ１を支持するための支持部Ｍ４１を有している。酵素センサ１が備える各センサ部１０は、カバー部材６００の供給口６１０がＯリングを介して支持部Ｍ４１と接続されるようになっており、酵素センサ１の供給層Ｌ２（供給口６１０内）には、支持部Ｍ４１を介してガス生成器Ｍ３から規定濃度のホルムアルデヒドガスが導入されるようになっている。これにより、酵素３００（ホルムアルデヒド脱水素酵素）の基質であるホルムアルデヒド（検出対象物質Ｔ）が、透過膜４００を透過して、供給層Ｌ２から検出層Ｌ１に移行し、検出層Ｌ１において検出されることになる。

作用電極（電極１４０）、対電極１５０及び参照電極１６０は、それぞれ対応するパッド１７０からリード線によって、ポテンショスタットＭ５（ＢＡＳ製）に接続されている。

次いで、測定装置Ｍを用いて酵素センサ１を評価した。
具体的には、酵素センサ１が備える各センサ部１０が有する酵素固定化膜（酵素固定化膜における、透過膜４００からはみ出る部分（図６参照））のそれぞれに、３０μＬのリン酸緩衝液（ｐＨ７．５）を電解液として滴下し、親水性テフロン膜から成る酵素固定化膜の端から毛細管現象により電解液を吸引させることによって、電解液を検出層Ｌ１内に浸入させ、酵素、補酵素及び電子伝達体を含んだ電解液で検出層Ｌ１内を満たすようにした。

そして、参照電極１６０に対して作用電極（電極１４０）に＋６５０ｍＶの電圧を印加して、室温（２５℃）でガス生成器Ｍ３によって連続的に濃度を変化させたホルムアルデヒドガスをセンサチャンバーＭ４へ導入し、アンペロメトリー法による電流計測により測定を行った。その結果を図９に示す。

図９は、導入するホルムアルデヒドガスの濃度を変化させた際の、各センサ部１０の応答電流の変化を示す。
図９においては、横軸にホルムアルデヒドガス濃度、縦軸に応答電流（平衡状態の値）を示し、菱形（◇）プロットでスペーサ２００及び酵素固定化膜（スペーサの役割を担う担体３１０から成る酵素固定化膜）の厚みが５０μｍのセンサ部１０の結果を示し、四角（□）プロットでスペーサ２００及び酵素固定化膜の厚みが１００μｍのセンサ部１０の結果を示し、三角（△）プロットでスペーサ２００及び酵素固定化膜の厚みが２００μｍのセンサ部１０の結果を示し、丸（○）プロットでスペーサ２００及び酵素固定化膜の厚みが５００μｍのセンサ部１０の結果を示し、逆三角（▽）プロットでスペーサ２００及び酵素固定化膜の厚みが１０００μｍのセンサ部１０の結果を示した。

図９によれば、スペーサ２００及び酵素固定化膜の厚みが５０μｍのセンサ部１０は、０．２ｐｐｂ〜１００ｐｐｂの濃度領域で良好な線形性を保っており、１００ｐｐｂを超える濃度領域では飽和している。
また、スペーサ２００及び酵素固定化膜の厚みが１００μｍのセンサ部１０は、１ｐｐｂ〜９００ｐｐｂの濃度領域で良好な線形性を保っており、９００ｐｐｂを超える濃度領域では飽和している。
また、スペーサ２００及び酵素固定化膜の厚みが２００μｍのセンサ部１０は、１０ｐｐｂ〜３０００ｐｐｂの濃度領域で良好な線形性を保っており、３０００ｐｐｂを超える濃度領域では飽和している。
また、スペーサ２００及び酵素固定化膜の厚みが５００μｍのセンサ部１０は、１００ｐｐｂ〜１００００ｐｐｂの濃度領域で良好な線形性を保っており、１００００ｐｐｂを超える濃度領域では飽和している。
また、スペーサ２００及び酵素固定化膜の厚みが１０００μｍのセンサ部１０は、１００ｐｐｂ〜１０００００ｐｐｂの濃度領域で良好な線形性を保っている。

図９の結果から、各センサ部１０は、それぞれ線形の検出域を有する濃度領域の範囲は狭いが、それぞれで線形の検出域を有する濃度領域が異なることが分かった。したがって、酵素センサ１全体では、広範な検出濃度範囲を有するとともに、酵素センサ１が備える複数のセンサ部１０のうちの適切なセンサ部１０（適切な濃度領域で線形の検出域を有するセンサ部１０）で検出対象物質Ｔを検出できることが分かった。
ここで、供給層Ｌ２に供給されたホルムアルデヒドガス中のホルムアルデヒドは、ガス透過膜４００を透過して供給層Ｌ２から検出層Ｌ１に移行して電解液に溶け込み、酵素３００と反応する。そして、最終的に、電子伝達体が電極１４０上で酸化される。すなわち、検出層Ｌ１中での拡散は、基板１１０（電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄに依存するため、センサ部１０の感度は、基板１１０（電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄによって変化すると考えられる。

以上説明した第１の実施の形態の酵素センサ１によれば、電極１４０を備える基板１１０と、少なくとも検出対象物質Ｔが透過する透過膜４００と、基板１１０と透過膜４００との間に形成され、透過膜４００を透過した検出対象物質Ｔと選択的に反応するレセプタとしての酵素３００を含有する検出層Ｌ１と、を有するセンサ部１０を複数備え、センサ部１０における基板１１０と透過膜４００との間の距離は、センサ部１０毎にそれぞれ異なっている。
ここで、線形の検出域を有する濃度領域は、基板１１０（電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄに依存するため、酵素センサ１は、線形の検出域を有する濃度領域が異なるセンサ部１０を複数備えていることになる。したがって、基板１１０（電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄが異なるセンサ部１０を複数備えるという簡易な構成で、酵素センサ１全体では、広範な検出濃度範囲を有することができるとともに、検出対象物質Ｔの濃度が未知であっても、酵素センサ１が備える複数のセンサ部１０のうちの適切なセンサ部１０（適切な濃度領域で線形の検出域を有するセンサ部１０）でその検出対象物質Ｔを検出することができる。

また、以上説明した本発明の酵素センサ１によれば、センサ部１０は、基板１１０に設けられたスペーサ２００及び酵素固定化膜（スペーサの役割を担う担体３１０から成る酵素固定化膜）を備え、スペーサ２００及び酵素固定化膜は、透過膜４００を支持している。
したがって、スペーサ２００及び酵素固定化膜によって、基板１１０（電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄを一定に保つことができるため、検出対象物質Ｔの検出を安定して行うことができる。

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態における酵素センサ１Ａについて説明する。
図１０は、酵素センサ１Ａの要部を模式的に示す図である。図１１は、酵素センサ１Ａの平面斜視図である。図１２は、図１１のXII−XII線における断面を模式的に示す図である。図１３は、酵素センサ１Ａの分解図である。

＜酵素センサの構成＞
まず、酵素センサ１Ａの構成について説明する。
なお、第２の実施の形態の酵素センサ１Ａは、センサ部１０Ａを１つ備えて構成されており、そのセンサ部１０Ａにおける基板１１０（基板１１０が備える電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄが可変である点が、第１の実施の形態の酵素センサ１と異なる。したがって、異なる箇所のみについて説明し、その他の共通する部分は同一符号を付して説明する。

酵素センサ１Ａは、例えば、図１０に示すように、下側ケース体１１００Ａ（後述）に載置された所定の基板１１０と、基板１１０の上方に配置された透過膜４００と、基板１１０と透過膜４００との間に形成され、透過膜４００を透過した検出対象物質Ｔと選択的に反応するレセプタとしての酵素３００を含有する検出層Ｌ１と、基板１１０の上面に配置されたスペーサ２００Ａと、を有するセンサ部１０Ａを備えて構成される。
基板１１０と透過膜４００との間に形成された検出層Ｌ１は、例えば、電解液等の液体で満たされており、透過膜４００の上側の供給層Ｌ２には、例えば、検出対象物質Ｔを含有する気体試料や液体試料が供給されるようになっている。

基板１１０は、上面に電極１４０を備えており、酵素センサ１Ａは、透過膜４００を透過して供給層Ｌ２から検出層Ｌ１に移行してきた検出対象物質Ｔを、電気化学的計測法によって検出するようになっている。
ここで、酵素センサ１Ａが備えるセンサ部１０Ａにおける基板１１０（基板１１０が備える電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄは、変えることができるようになっている。

具体的には、酵素センサ１Ａは、例えば、図１１〜図１３に示すように、センサ部１０Ａと、センサ部１０Ａを収容するためのケース体１０００Ａと、などを備えて構成される。

酵素センサ１Ａが備えるケース体１０００Ａは、例えば、外形が略円筒形状を成し、上下方向略中央の位置で上下方向に直交する方向（水平方向）に分割される下側ケース体１１００Ａ及び上側ケース体１２００Ａと、下側ケース体１１００Ａと上側ケース体１２００Ａを連結するための連結部材１３００Ａと、などを備えて構成される。

下側ケース体１１００Ａには、例えば、酵素センサ１Ａ内に注入された電解液等の液体を貯めるための液貯め部１１１０Ａと、酵素センサ１Ａの外側から内側に向けて電解液等の液体を注入するための注入口１１２０Ａと、酵素センサ１Ａの内側から外側に向けて電解液等の液体を排出するための排出口１１３０Ａと、電極基板部１００を載置するための載置部１１４０Ａと、下側ケース体１１００Ａの上面縁部に形成された、連結部材１３００Ａが挿入可能な凹部１１５０Ａ，１１５０Ａ，…と、などが設けられている。
ここで、液貯め部１１１０Ａ及び載置部１１４０Ａの深さは、例えば、電極基板部１００（基板１１０）の厚みと略同一となるよう設定されている。

上側ケース体１２００Ａには、例えば、上側ケース体１２００Ａの上面における液貯め部１１１０Ａに対応する位置に形成された、センサ部１０Ａに検出対象物質Ｔを含有する気体試料や液体試料が供給される供給口１２１０Ａと、上側ケース体１２００Ａの上面縁部における凹部１１５０Ａ，１１５０Ａ，…に対応する位置に形成された、連結部材１３００Ａが貫通可能な孔部１２２０Ａ，１２２０Ａ，…と、などが設けられている。すなわち、上側ケース体１２００Ａの供給口１２１０Ａ内がセンサ部１０Ａの供給層Ｌ２になる。

連結部材１３００Ａは、例えば、孔部１２２０Ａに貫通可能であるとともに、凹部１１５０Ａに挿入可能であり、下側ケース体１１００Ａと上側ケース体１２００Ａとでセンサ部１０Ａを挟んだ状態で、連結部材１３００Ａを、孔部１２２０Ａの上側から下側に向けて貫通させて、凹部１１５０Ａに挿入することによって、下側ケース体１１００Ａと上側ケース体１２００Ａとを連結することができるとともに、ケース体１０００Ａに対するセンサ部１０Ａ（スペーサ２００Ａ、透過膜４００及び支持部材５００）の位置決めができるようになっている。

ここで、凹部１１５０Ａ、孔部１２２０Ａ及び連結部材１３００Ａにはねじ切り加工が施されていないため、連結部材１３００Ａで下側ケース体１１００Ａと上側ケース体１２００Ａとを連結した状態で、上側ケース体１２００Ａに対する下側ケース体１１００Ａの位置（下側ケース体１１００Ａと上側ケース体１２００Ａとの間の距離）を変えることができる。これにより、センサ部１０Ａにおける基板１１０（電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄを変えることができるようになっている。

酵素センサ１Ａが備えるセンサ部１０Ａは、例えば、載置部１１４０Ａに載置された電極基板部１００と、下側ケース体１１００Ａの上面に配置された、液貯め部１１１０Ａに対応する位置に設けられた開口部２１０Ａを有するスペーサ２００Ａと、液貯め部１１１０Ａ内及び開口部２１０Ａ内に配置された検出層Ｌ１と、検出層Ｌ１に含有されている酵素３００と、スペーサ２００Ａ及び検出層Ｌ１の上面に配置された透過膜４００と、透過膜４００の上面に配置された支持部材５００と、などを備えて構成される。
ここで、センサ部１０Ａが備える電極基板部１００は、例えば、第１の実施の形態において作成された、複数の電極基板部１００が連なる電極基板部群から１つ分を切り出したものである。

スペーサ２００Ａは、酵素センサ１Ａ内に注入された電解液等の液体を酵素センサ１Ａの外側に漏らすことなく、基板１１０（電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄを変えることができるようにするためのものである。したがって、スペーサ２００Ａは、少なくとも厚み方向に伸縮自在となっている。
スペーサ２００Ａの材質は、スペーサ２００Ａによって酵素センサ１Ａ内に注入された電解液等の液体を酵素センサ１Ａの外側に漏らすことなく、基板１１０（電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄを変えることができるのであれば任意であり、具体的には、例えば、シリコンゴムシート等の弾性部材などが挙げられる。

具体的には、スペーサ２００Ａは、例えば、開口部２１０Ａを有する略リング形状に形成されている。そして、スペーサ２００Ａには、例えば、スペーサ２００Ａの縁部における凹部１１５０Ａ，１１５０Ａ，…に対応する位置に、連結部材１３００Ａが貫通可能な孔部２２０Ａ，２２０Ａ，…が設けられており、孔部２２０Ａに連結部材１３００Ａを貫通させることによって、ケース体１０００Ａに対するスペーサ２００Ａの位置決めができるようになっている。

以下、具体的な実施例によって本発明を説明するが、発明はこれらに限定されるものではない。

酵素センサ１Ａを作成し、酵素センサ１Ａの評価を行った。

＜１＞酵素センサ１Ａの作成
まず、酵素センサ１Ａを作成した。本実施例では、ホルムアルデヒドガスを検出するための酵素センサ１を作成した。酵素３００としては、補酵素（ＮＡＤ^＋）依存型酵素であるホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼ（ホルムアルデヒド脱水素酵素）を用いた。

＜１−１＞電極基板部１００の作成
第１の実施の形態の実施例において作成された、５個の電極基板部１００が連なる電極基板部群から１個の電極基板部１００を切り出すことによって、電極基板部１００を作成した。

＜１−２＞酵素センサ１Ａの作成
まず、ケース体１０００Ａを作成した。
具体的には、下側ケース体１１００Ａや上側ケース体１２００Ａを、旋盤やフライス盤などを用いて、絶縁体であるピーク材を加工することによって作成した。
液貯め部１１１０Ａ及び載置部１１４０Ａの深さは、電極基板部１００の厚み（０．８ｍｍ）と略同一となるように設定した。
なお、ケース体１０００Ａの材質は、絶縁性であればピーク材に制限されるものではなく、具体的には、例えば、セラミックス、ガラス、プラスチック、テフロンなどであっても良い。

次いで、下側ケース体１１００Ａに電極基板部１００を設置した。
具体的には、前記作成した電極基板部１００を、分析部１２０が液貯め部１１１０Ａ内に配置されるとともに、パッド１７０が酵素センサ１Ａの外側に配置されるように、前記作成した下側ケース体１１００Ａの載置部１１４０Ａに載置して、下側ケース体１１００Ａに固定した。
なお、下側ケース体１１００Ａに対する電極基板部１００の固定方法は、テフロンテープ等のテープ部材を用いてシール及び固定する方法であっても良いし、接着剤等を用いて固定する方法であっても良い。

次いで、下側ケース体１１００Ａを精密型ＺステージＮ１に設置した。
具体的には、例えば、図１４に示すように、精密型ＺステージＮ１上に、電極基板部１００が装着された下側ケース体１１００Ａを、ネジ等（図示省略）を用いて固定した。

次いで、スペーサ２００Ａを設置した。
具体的には、スペーサ２００Ａとして、略リング形状に形成された、孔部２２０Ａを有するシリコンゴムシート（厚み：５００μｍ）を１枚用意し、そのシリコンゴムシートを、孔部２２０Ａが下側ケース体１１００Ａの凹部１１５０Ａに対応するように配置した。

次いで、透過膜４００及び支持部材５００を設置した。
具体的には、透過膜４００として、略円形状に形成されたガス透過膜（ゴアテックス製）を１枚用意するとともに、支持部材５００として、略円形状に形成されたステンレスメッシュを１枚用意し、そのガス透過膜とステンレスメッシュで、スペーサ２００Ａの開口部２１０Ａを覆った。
ここで、ガス透過膜の強度を向上させるために、ガス透過膜とステンレスメッシュとを重ね合わせて、ガス透過膜及びステンレスメッシュにおける、電極基板部１００の分析部１２０に対応する部分以外の部分を接着し、ガス透過膜とステンレスメッシュとを一体化した。そして、このガス透過膜とステンレスメッシュとを一体化したもので、スペーサ２００Ａの開口部２１０Ａを覆った。

次いで、上側ケース体１２００Ａを設置した。
具体的には、前記作成した上側ケース体１２００Ａを、孔部１２２０Ａが下側ケース体１１００Ａの凹部１１５０Ａに対応するように配置し、連結部材１３００Ａで下側ケース体１１００Ａに連結させた。そして、例えば、図１４に示すように、ホルダーＮ２で、上側ケース体１２００Ａの位置を固定した。

＜２＞酵素センサ１Ａの評価
次に、酵素センサ１Ａを評価した。

まず、酵素センサ１Ａを評価するための測定装置Ｎについて説明する。
測定装置Ｎは、例えば、図１５に示すように、標準空気生成器Ｍ１と、ホルムアルデヒド貯蔵部Ｍ２と、ガス生成器Ｍ３と、精密型ＺステージＮ１と、ホルダーＮ２と、ポテンショスタットＭ５と、信号処理部Ｍ６と、コンピュータＭ７と、等を備えて構成される。

酵素センサ１Ａの供給層Ｌ２（供給口１２１０Ａ内）には、ガス生成器Ｍ３から規定濃度のホルムアルデヒドガスが直接導入されるようになっている。これにより、酵素３００（ホルムアルデヒド脱水素酵素）の基質であるホルムアルデヒド（検出対象物質Ｔ）が、透過膜４００を透過して、供給層Ｌ２から検出層Ｌ１に移行し、検出層Ｌ１において検出されることになる。

精密型ＺステージＮ１は、例えば、１０μｍ単位でＺ軸方向（上下方向）に移動できるようになっている。
酵素センサ１Ａの下側ケース体１１００Ａが精密型ＺステージＮ１に固定されているとともに、上側ケース体１２００Ａの位置がホルダーＮ２に固定されており、また、連結部材１３００Ａで下側ケース体１１００Ａと上側ケース体１２００Ａとを連結した状態で、上側ケース体１２００Ａに対する下側ケース体１１００Ａの位置を変えることができるようになっているため、精密型ＺステージＮ１により下側ケース体１１００Ａを上下方向に移動させることによって、スペーサ２００Ａを変形させてスペーサ２００Ａの厚みを変えて、センサ部１０Ａにおける基板１１０（電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄを変えることができるようになっている。

作用電極（電極１４０）、対電極１５０及び参照電極１６０は、それぞれ対応するパッド１７０からリード線によって、ポテンショスタットＭ５（ＢＡＳ製）に接続されている。

次いで、測定装置Ｎを用いて酵素センサ１Ａを評価した。
具体的には、１．０Ｕのホルムアルデヒド脱水素酵素、０．５μｍｏｌのＮＡＤ^＋、２０μｍｏｌのナフサキノンを、２０００μＬのリン酸緩衝液（ｐＨ７．５）へ溶解して、酵素溶液を作成した。その酵素溶液を、スペーサ２００Ａの厚みが５００μｍとなるように調整された酵素センサ１Ａ内に、シリンジを用いて注入口１１２０Ａから注入し、排出口１１３０Ａから漏れ出すまで注入し続けることによって、酵素溶液で検出層Ｌ１を満たした。このとき、約１０００μＬの酵素溶液が酵素センサ１Ａ内に注入された。
その後、酵素溶液が入ったシリンジを注入口１１２０Ａに接続したままの状態で、排出口１１３０Ａをシリコンシール等でキャップした。

そして、参照電極１６０に対して作用電極（電極１４０）に＋６５０ｍＶの電圧を印加して、室温（２５℃）でガス生成器Ｍ３によって連続的に濃度を変化させたホルムアルデヒドガスを酵素センサ１Ａの供給層Ｌ２（供給口１２１０内）へ導入し、アンペロメトリー法による電流計測により測定を行った。その結果を図１６及び図１７に示す。

図１６は、導入するホルムアルデヒドガスの濃度を一定（１００ｐｐｂ）として、精密型ＺステージＮ１を用いてスペーサ２００Ａの厚みを５０μｍ〜５００μｍの範囲で変化させた際の、センサ部１０Ａの応答電流の変化を示す。
図１６においては、横軸にスペーサ２００Ａの厚み、縦軸に応答電流（平衡状態の値）を示した。
図１６によれば、スペーサ２００Ａの厚みが小さくなるにつれて（すなわち、基板１１０（電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄが小さくなるにつれて）、応答電流が増加することが分かった。
ここで、供給層Ｌ２に供給されたホルムアルデヒドガス中のホルムアルデヒドは、ガス透過膜４００を透過して供給層Ｌ２から検出層Ｌ１に移行して電解液に溶け込み、酵素３００と反応する。そして、最終的に、電子伝達体が電極１４０上で酸化される。すなわち、検出層Ｌ１中での拡散は、基板１１０（電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄに依存するため、センサ部１０Ａの感度は、基板１１０（電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄによって変化すると考えられる。

図１７は、精密型ＺステージＮ１を用いてスペーサ２００Ａの厚みを調整し、各厚みで、導入するホルムアルデヒドガスの濃度を変化させた際の、センサ１０Ａの応答電流の変化を示す。
図１７においては、横軸にホルムアルデヒドガス濃度、縦軸に応答電流（平衡状態の値）を示し、菱形（◇）プロットでスペーサ２００Ａの厚みを５０μｍに調整した場合の結果を示し、四角（□）プロットでスペーサ２００Ａの厚みを１００μｍに調整した場合の結果を示し、三角（△）プロットでスペーサ２００Ａの厚みを２００μｍに調整した場合の結果を示し、丸（○）プロットでスペーサの厚み５００μｍに調整した場合の結果を示した。

図１７によれば、スペーサ２００Ａの厚みを約５０μｍに調整した場合は、０．２ｐｐｂ〜１００ｐｐｂの濃度領域で良好な線形性を保っており、１００ｐｐｂを超える濃度領域では飽和している。
また、スペーサ２００Ａの厚みを約１００μｍに調整した場合は、１０ｐｐｂ〜３００ｐｐｂの濃度領域で良好な線形性を保っており、３００ｐｐｂを超える濃度領域では飽和している。
また、スペーサ２００Ａの厚みを約２００μｍに調整した場合は、１０ｐｐｂ〜１０００ｐｐｂの濃度領域で良好な線形性を保っており、１０００ｐｐｂを超える濃度領域では飽和している。
また、スペーサ２００Ａの厚みを約５００μｍに調整した場合は、１００ｐｐｂ〜１００００ｐｐｂの濃度領域で良好な線形性を保っており、１０００００ｐｐｂを超える濃度領域では飽和している。

図１７の結果から、スペーサ２００Ａの厚み（すなわち、基板１１０（電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄ）が一定の場合は線形の検出域を有する濃度領域の範囲は狭いが、スペーサＡの厚み（すなわち、基板１１０（電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄ）を変えると、線形の検出域を有する濃度領域が変化することが分かった。したがって、酵素センサ１Ａ全体では、広範な検出濃度範囲を有するとともに、基板１１０（電極１４０）と透過膜４００との間の距離の可変範囲のうちの適切な距離ｄ（適切な濃度領域で線形の検出域を有する距離ｄ）で検出対象物質Ｔを検出することができることが分かった。

以上説明した第２の実施の形態の酵素センサ１Ａによれば、基板１１０と、少なくとも検出対象物質Ｔが透過する透過膜４００と、基板１１０と透過膜４００との間に形成された検出層Ｌ１と、を有するセンサ部１０Ａを備え、センサ部１０Ａにおける基板１１０と透過膜４００との間の距離ｄは、可変である。
具体的には、電極１４０を備える基板１１０と、少なくとも検出対象物質Ｔが透過する透過膜４００と、基板１１０と透過膜４００との間に形成され、透過膜４００を透過した検出対象物質Ｔと選択的に反応するレセプタとしての酵素３００を含有する検出層Ｌ１と、を有するセンサ部１０Ａを備え、センサ部１０Ａにおける基板１１０（電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄは、可変となっている。
ここで、線形の検出域を有する濃度領域は、基板１１０（電極１４０）と透過膜４００との間の距離に依存するため、酵素センサ１Ａは、センサ部１０Ａにおける基板１１０（電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄを変えることによって、線形の検出域を有する濃度領域を可変とすることができる。したがって、基板１１０（電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄを変えるという簡易な構成で、酵素センサ１Ａ全体では、広範な検出濃度範囲を有することができるとともに、検出対象物質Ｔの濃度が未知であっても、基板１１０（電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄの可変範囲のうちの適切な距離ｄ（適切な濃度領域で線形の検出域を有する距離ｄ）でその検出対象物質Ｔを検出することができる。

なお、本発明は、上記した実施の形態のものに限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

＜変形例１＞
第１の実施の形態では、透過膜４００を透過して供給層Ｌ２から検出層Ｌ１に移行してきた検出対象物質Ｔを、電気化学的計測法によって検出するようにしたが、例えば、図１８及び図１９に示す酵素センサ１Ｂのように、透過膜４００を透過して供給層Ｌ２から検出層Ｌ１に移行してきた検出対象物質Ｔを、光学的計測法によって検出するようにしても良い。
なお、変形例１の酵素センサ１Ｂは、基板１１０及び透過膜４００の材質と、基板１１０に電極１４０等を備えていない点と、が第１の実施の形態の酵素センサ１と異なる。
また、変形例１の酵素センサ１Ｂにおいては、検出層Ｌ１に含有される酵素は、基板１１０上に直接固定されているのが好ましい。

基板１１０は、例えば、少なくとも所望の波長を有する光が透過する透明基板であり、透過膜４００は、例えば、少なくとも所望の波長を有する光が透過する透明透過膜である。
酵素センサ１Ｂによる光学的計測法としては、例えば、生成物の吸光度の変化を見る方法、酵素標識したものの吸光度の変化を見る方法、表面に金属をコーティングしてＳＰＲ（表面プラズモン共鳴）を利用する方法、生成物として蛍光物質を生成させてその蛍光測定を行なう方法等が挙げられる。

生成物の吸光度の変化を見る方法について、例えば、酵素３００としてホルムアルデヒド脱水素酵素を用いて、基質としてホルムアルデヒドを検出する場合を例に挙げて説明する。ホルムアルデヒド脱水素酵素を、基板１１０（例えば、透明ガラス基板）上に公知の固定化方法で固定して、補酵素（ＮＡＤ^＋）の存在下で、ホルムアルデヒドをギ酸に酸化する触媒反応をさせる。そして、例えば、基板１１０の下面側からレーザ等の光源を用いて光を照射し、反射又は透過によって、ＮＡＤ^＋（酸化型）の還元により生じたＮＡＤＨ（還元型）に特徴的な波長（３４０ｎｍ）での吸光度の変化を測定する。これにより、生成したＮＡＤＨの濃度、すなわち、基質濃度を決定することができる。

酵素標識したものの吸光度の変化を見る方法について、例えば、酵素３００としてアルコール酸化酵素を用いて、基質としてアルコールを検出する場合を例に挙げて説明する。標識酵素（ペルオキシダーゼ)を、基板１１０（例えば、透明ガラス基板）上に公知の固定化方法で固定する。電解液として、アルコール酸化酵素と４−アミノアンチピリン（４−ＡＡ）、Ｎ−（３−スルホプロピル）−３−メトキシ−５−メチルアニリン（ＨＭＭＰＳ）を調合したものを用意し、酸素の存在下で、アルコール酸化酵素がアルコールを酸化して過酸化水素を発生する反応をさせる。発生した過酸化水素はペルオキシダーゼの作用により４−ＡＡとＨＭＭＰＳを酸化縮合させ、結果として、青色の色素が生成するため、例えば、基板１１０の下面側からレーザ等の光源を用いて光を照射し、反射又は透過によって、生成した青色の色素の吸光度を測定することにより、基質濃度を決定することができる。なお、この場合、基板１１０に固定するのは、アルコール酸化酵素とペルオキシダーゼの両方であっても良いし、アルコール酸化酵素のみであっても良いし、上記のようにペルオキシダーゼのみであっても良い。

表面に金属をコーティングしてＳＰＲを利用する方法としては、例えば、基板１１０としてＳＰＲセンサ基板を用意し、基板１１０の表面に抗体（レセプタ）を固定し、透過膜４００を透過して検出層Ｌ１に導入された抗原（検出対象物質）を基板１１０上に固定された抗体と結合させ、抗原の濃度に応じたＳＰＲの共鳴角の増加を計測する方法等が挙げられる。ここで、基板１１０としては、例えば、ガラス基板上に金薄膜をスパッタ法により形成したもの等を用いることができる。また、基板１１０に抗体を固定する方法としては、例えば、チオール結合を利用した化学結合法や物理吸着法などが挙げられる。

生成物として蛍光物質を生成させてその蛍光測定を行なう方法としては、例えば、抗原-抗体反応をサンドウィッチ法で行い、予め２次抗体に酵素標識して、反応の生成物として蛍光物質を生成させ、その蛍光測定を行なう方法等が挙げられる。

＜変形例２＞
第２の実施の形態では、透過膜４００を透過して供給層Ｌ２から検出層Ｌ１に移行してきた検出対象物質Ｔを、電気化学的計測法によって検出するようにしたが、例えば、図２０及び図２１に示す酵素センサ１Ｃのように、透過膜４００を透過して供給層Ｌ２から検出層Ｌ１に移行してきた検出対象物質Ｔを、光学的計測法によって検出するようにしても良い。
なお、変形例２の酵素センサ１Ｃは、基板１１０及び透過膜４００の材質と、基板１１０に電極１４０等を備えていない点と、が第２の実施の形態の酵素センサ１Ａと異なる。
また、変形例２の酵素センサ１Ｃにおいては、検出層Ｌ１に含有される酵素は、基板１１０上に直接固定されているのが好ましい。

基板１１０は、例えば、少なくとも所望の波長を有する光が透過する透明基板であり、透過膜４００は、例えば、少なくとも所望の波長を有する光が透過する透明透過膜である。
酵素センサ１Ｃによる光学的計測法としては、例えば、生成物の吸光度の変化を見る方法、酵素標識したものの吸光度の変化を見る方法、表面に金属をコーティングしてＳＰＲ（表面プラズモン共鳴）を利用する方法、生成物として蛍光物質を生成させてその蛍光測定を行なう方法等が挙げられる。
なお、基板１１０の下面側から光学的計測を行う場合（すなわち、例えば、基板１１０の下面側からレーザ等の光源を用いて光を照射して計測を行う等の場合）、基板１１０を、少なくとも所望の波長を有する光が透過するガラス等の透明基板で作成し、下側ケース体１１００Ａ（少なくとも液貯め部１１１０Ａの底面）、或いは、下側ケース体１１００Ａ（少なくとも液貯め部１１１０Ａの底面）、透過膜４００及び支持部材５００を、少なくとも所望の波長を有する光が透過する透明材料で形成する必要がある。

なお、第１の実施の形態において、酵素３００が固定された担体３１０を検出層Ｌ１内に配置することによって、酵素３００を検出層Ｌ１に含有させるようにしたが、酵素３００を検出層Ｌ１に含有させる方法としてはこれに限定されるものではなく、公知の固定化方法で電極１４０上に直接固定する方法であっても良いし、酵素３００が溶解する酵素溶液を検出層Ｌ１内に直接導入する方法であっても良い。また、これらの方法で、酵素３００を検出層Ｌ１に含有させる場合、担体３１０（酵素３００が固定されていない担体３１０）を、基板１１０（電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄを一定に保つためのスペーサとして、基板１１０（電極１４０）と透過膜４００との間に配置しても良い。
第２の実施の形態において、酵素３００が溶解する酵素溶液を検出層Ｌ１内に直接導入することによって、酵素３００を検出層Ｌ１に含有させるようにしたが、酵素３００を検出層Ｌ１に含有させる方法としてはこれに限定されるものではなく、電極１４０上に直接固定する方法であっても良いし、酵素３００が固定された担体３１０を検出層Ｌ１内に配置する方法であっても良い。
また、第１の実施の形態や第２の実施の形態において、酵素３００を担体３１０や電極１４０上に固定する場合、グルタルアルデヒドや光架橋性樹脂などの架橋剤を用いて、固定しても良い。

第１の実施の形態の実施例や第２の実施の形態の実施例においては、供給層Ｌ２に気体試料を供給して、酵素センサ１００，１００Ａを用いて気体試料中の検出対象物質Ｔを検出したが、供給層Ｌ２に液体試料を供給すると、酵素センサ１００，１００Ａを用いて液体試料中の検出対象物質Ｔを検出することができる。

第２の実施の形態において、精密型ＺステージＮ１とホルダーＮ２とを用いて、センサ部１０Ａにおける基板（電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄを変えるようにしたが、センサ部１０Ａにおける基板（電極１４０）と透過膜４００との間の距離ｄを変える手段は、これに限定されるものではなく、その他の電気的あるいは機械的手段、例えば、ピエゾ素子等を用いて、距離ｄを変えるようにしても良い。
変形例２においても同様である。

第１の実施の形態において、センサ部１０における基板１１０と透過膜４００との間の距離ｄを、センサ部１０毎にそれぞれ異なるようにしたが、これに限定されるものではなく、複数のセンサ部１０のうちの少なくとも一のセンサ部１０における距離ｄが、他のセンサ部１０における距離ｄと異なっていれば良い。すなわち、酵素センサ１が有する複数の検出層Ｌ１の厚みが全て同一でなければ良い。
変形例１においても同様である。

第１の実施の形態及び第２の実施の形態において、レセプタは、酵素３００に限定されるものではなく、検出対象物質Ｔと選択的に反応する生体物質（生体由来の分子識別素子）であれば任意であり、具体的には、例えば、抗体や微生物などであっても良い。
変形例１及び変形例２においても同様である。

第１の実施の形態及び第２の実施の形態において、作用電極（電極１４０）、対電極１５０及び参照電極１６０の一例として、例えば、図４や図１３に示すように、フォトリソグラフィーにより作成した微小電極を用いたが、これらの電極は、その大きさ、形状、構成に特に制限されるものではない。
具体的には、例えば、これらの電極は、市販の電解セル、測定セル等で使用する大きな電極であっても良いし、ディスク電極、回転リングディスク電極、ファイバー電極等であっても良いし、例えば、フォトリソグラフィー等の公知の微細加工技術により作成した微小電極（円盤電極、円筒電極、帯状電極、配列帯状電極、配列円盤電極、リング電極、球状電極、櫛型電極、ペア電極等）であっても良い。
また、第１の実施の形態及び第２の実施の形態において、３極式電極を用いたが、２極式電極を使用してもよい。
変形例１及び変形例２においても同様である。

第１の実施の形態において、担体３１０としては、フォトレジストを用いることができる。例えば、光架橋性のフォトレジストであれば、光架橋して担体３１０として電極１４０上に固めることができ、しかも透過膜４００も兼ね備えた膜となる。最初のフォトレジストの塗布において、積層条件を変えて（例えば、スピンコーターなら回転数や時間）、厚みを変えることで、透過膜４００（或いは、スペーサを含んだガス透過膜という言い方もできる）の厚みを変化させることが可能となる。
変形例１においても同様である。

第１の実施の形態及び第２の実施の形態において、センサを、検出層Ｌ１に検出対象物質と選択的に反応する生体触媒（レセプタ）を含有するバイオセンサとしたが、本発明のセンサは、必ずしも検出層Ｌ１に生体触媒を含有するセンサでなくても良い。
具体的には、例えば、検出層Ｌ１に金属触媒を含有させたセンサであっても良い。
検出層Ｌ１に金属触媒を含有させたセンサとしては、例えば、電極１４０上に、金や白金などの金属触媒を担持させた電解質型センサ（定電位電解式センサ）等が挙げられる。定電位電解式センサとは、一定の電位に保たれた作用電極（電極１４０）上でガスを電気分解し、そのときに発生する電流をガス濃度として検知するセンサである。
変形例１及び変形例２においても同様である。

第１の実施の形態の酵素センサの要部を模式的に示す図である。 第１の実施の形態の酵素センサの平面斜視図である。 図２のIII−III線における断面を模式的に示す図である。 第１の実施の形態のセンサ部の分解図である。 第１の実施の形態の酵素センサが備えるセンサ部の構成を説明するための第１の図である。 第１の実施の形態の酵素センサが備えるセンサ部の構成を説明するための第２の図である。 第１の実施の形態の酵素センサが備えるセンサ部の構成を説明するための第３の図である。 第１の実施の形態の実施例の酵素センサを評価するための測定装置を模式的に示す図である。 第１の実施の形態の実施例の酵素センサの評価結果を示す図である。 第２の実施の形態の酵素センサの要部を模式的に示す図である。 第２の実施の形態の酵素センサの平面斜視図である。 図１１のXII−XII線における断面を模式的に示す図である。 第２の実施の形態の酵素センサの分解図である。 第２の実施の形態のセンサ部における基板と透過膜との間の距離の変化のさせ方を説明するための図である。 第２の実施の形態の実施例の酵素センサを評価するための測定装置を模式的に示す図である。 第２の実施の形態の実施例の酵素センサの第１の評価結果を示す図である。 第２の実施の形態の実施例の酵素センサの第２の評価結果を示す図である。 変形例１の酵素センサの要部を模式的に示す図である。 変形例１の酵素センサの平面斜視図である。 変形例２の酵素センサの要部を模式的に示す図である。 変形例２の酵素センサの平面斜視図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 酵素センサ（センサ、バイオセンサ）
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ センサ部
１１０ 基板
１４０ 電極
２００ スペーサ
３００ 酵素（レセプタ）
３１０ 担体（スペーサ）
４００ 透過膜
Ｌ１ 検出層
Ｔ 検出対象物質

Claims (5)

1. 所定の基板と、少なくとも検出対象物質が透過する透過膜と、前記基板と前記透過膜との間に形成された電解液及び触媒を含む検出層と、を有し、前記検出対象物質と前記検出層に含まれる触媒との反応に伴う所定の変化を検出するためのセンサ部を複数備え、
   前記複数のセンサ部のうちの少なくとも一のセンサ部における前記基板と前記透過膜との間の距離は、他のセンサ部における前記基板と前記透過膜との間の距離と異なることを特徴とするセンサ。
2. 請求項１に記載のセンサにおいて、
   前記センサ部は、前記基板に設けられたスペーサを備え、
   前記スペーサは、前記透過膜を支持することを特徴とするセンサ。
3. 請求項１又は２に記載のセンサにおいて、
   前記基板は、電極を備え、
   電気化学的計測法によって前記検出対象物質を検出することを特徴とするセンサ。
4. 請求項１又は２に記載のセンサにおいて、
   光学的計測法によって前記検出対象物質を検出することを特徴とするセンサ。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載のセンサはバイオセンサであり、
   前記検出層は、前記透過膜を透過した前記検出対象物質と選択的に反応するレセプタを含有し、
   前記センサ部における前記基板と前記透過膜との間の距離は、センサ部毎にそれぞれ異なることを特徴とするバイオセンサ。

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