JP5843754B2 - 電気化学センサ - Google Patents
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Description
本発明は、検体に含まれる特定成分を測定するセンサに関する。
皮下留置型のグルコースセンサにおいて、微小領域に複数の電極を配置し、電極上に酵素を含む試薬を展開し、グルコースセンサの外部を複数のポリマーによって被覆するものがある（例えば、特許文献１）。
皮下留置型のグルコースセンサにおいて、測定対象とする検体は、皮下組織の細胞外に存在する間質液であり、血液のように潤沢に存在していない。検体中に存在するグルコース分子は、センサ外層膜を通じて、酵素の存在する検知層に到達する。検知層に到達したグルコースが、酵素によって酸化されることで発生する電子を、電子伝達メディエーターや、酸化反応によって生じる過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）を電極で直接酸化することで得られる電流シグナルによって、体液中のグルコースの濃度を推定する。
この時、グルコースセンサの周辺に検体（血液や間質液等の体液）が十分に存在していないと、電極間の導通が図れない、得られる電流シグナルが安定しない、グルコースセンサが乾燥して応答しなくなる、等の不具合が発生する恐れがある。
センサ基材を幾何学的な形状にすることで電極の面積を増大させ、少量の検体からできるだけ高いシグナルを得る方法がある（例えば、特許文献２）。ワイヤー型のセンサを電気絶縁体で被覆し、シリンダー状のセンサを構成することで絶縁性の筒の内部に検体液を導く方法がある（例えば、特許文献３）。基板に設けた溝に導電材料を形成する方法がある（例えば、特許文献４）。
皮下組織において、間質液は血液のように潤沢に存在していない。皮下組織内に潤沢に存在していない間質液等の検体に含まれる特定成分（例えば、グルコース）の濃度を測定する際、測定に必要な検体量を確保するのが困難な場合がある。皮下組織内に潤沢に存在していない検体に含まれる特定成分の測定を行う場合、電極表面が検体によって湿潤していないことにより、十分な測定結果が得られないことがある。また、検体が少量しか存在していない部位において特定成分の測定を行う場合、電極表面が検体によって湿潤していないことにより、十分な測定結果が得られないことがある。本発明は、電極表面への検体の供給量を増加させることにより、電極表面における検体の枯渇を抑制することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。すなわち、本発明の電気化学センサは、基板と、基板上に設けられた電極と、電極を覆うように、基板上に設けられた外層膜と、基板の少なくとも一部に、基板の電極方向に向かって形成された溝と、から構成されている。本発明によれば、基板の少なくとも一部に、基板上の電極が設けられている方向に向かって溝が形成されているため、電気化学センサの周囲に検体が存在する場合、基板の溝の内部に検体が導入されることになる。基板の溝の内部に導入された検体は、基板上の電極が設けられている方向に向かって、基板の溝の内部を進む。検体は、電極を覆っている外層膜と接触し、検体は、外層膜の内部に浸透するとともに、基板上の電極の表面上に供給される。
本発明によれば、基板の溝の内部に検体を導入し、外層膜の内部に検体を浸透させるとともに、外層膜を介して、基板上の電極の表面上に検体を供給することができる。したがって、基板上に設けられている電極の表面上に対する検体の供給量を増加させることができる。その結果、基板上に設けられている電極の表面における検体が枯渇することを抑制することができる。
本発明の電気化学センサにおいて、電極の少なくとも一部が、溝の上方に位置するように基板上に設けられていてもよい。電極の少なくとも一部が、溝の上方に位置するように基板上に設けられていることにより、検体は、電極と接触し、検体は、基板上の電極の表面上に供給される。本発明によれば、基板の溝の内部に検体を導入し、検体と電極とを接触させることにより、基板上の電極の表面上に検体を供給することができる。本発明の電気化学センサにおいて、電極は、溝に隣接して基板上に設けられていてもよい。電極が、溝に隣接して基板上に設けられていることにより、検体は、電極の側面方向から、基板上の電極の表面上に供給される。本発明によれば、基板の溝の内部に検体を導入することにより、電極の側面方向から、基板上の電極の表面上に検体を供給することができる。
本発明の電気化学センサにおいて、基板には複数の溝が形成されていてもよい。本発明によれば、基板に複数の溝を形成することにより、基板における複数の溝の内部に検体を導入し、外層膜の内部に検体を浸透させるとともに、外層膜を介して、基板上の電極の表面上に検体を供給することができる。また、本発明によれば、基板に複数の溝を形成することにより、基板における複数の溝の内部に検体を導入し、検体と電極とを接触させることにより、基板上の電極の表面上に検体を供給することができる。
本発明の電気化学センサにおいて、電極は、基板上に複数設けられていてもよい。基板上に複数の電極を設けることにより、一つの電極に不具合が発生した場合であっても、電気化学センサによる測定を継続することができる。本発明の電気化学センサにおいて、基板の溝は、凹状に形成されていてもよい。凹状には、四角形状、半円形状、半楕円形状及び角錐形状等が含まれる。本発明の電気化学センサにおいて、溝は、基板の端部から、基板の電極方向に向かって形成されていてもよい。本発明の電気化学センサにおいて、複数の溝は、少なくとも２本が互いに接続されていてもよい。本発明の電気化学センサは、皮下に留置されて使用されてもよい。
また、本発明の電気化学センサは、基板と、電極と、基板の少なくとも一部に形成された溝と、を備え、溝の内部に電極及び外層膜が設けられている。本発明によれば、電気化学センサは、基板の少なくとも一部に形成された溝を備えているため、電気化学センサの周囲に検体が存在する場合、基板の溝の内部に検体が導入される。基板の溝の内部に導入された検体は、基板の溝の内部に設けられている外層膜と接触し、外層膜の内部に浸透するとともに、基板の溝の内部に設けられている電極の表面上に供給される。
本発明によれば、基板の溝の内部に検体を導入し、外層膜の内部に検体を浸透させるとともに、外層膜を介して、基板の溝の内部に設けられている電極の表面上に検体を供給することができる。したがって、基板の溝の内部に設けられている電極の表面上に対する検体の供給量を増加させることができる。その結果、基板の溝の内部に設けられている電極の表面における検体が枯渇することを抑制することができる。
本発明の電気化学センサにおいて、外層膜は、電極を覆うようにして溝の内部に設けられていてもよい。本発明の電気化学センサにおいて、基板の溝は、凹状に形成されていてもよい。凹状には、四角形状、半円形状、半楕円形状及び角錐形状等が含まれる。本発明の電気化学センサにおいて、溝は、基板の一方の端部から基板の他方の端部に至るまで形成されていてもよい。本発明の電気化学センサにおいて、本発明の電気化学センサにおいて、溝は、基板の長手方向に向かって形成されていてもよい。本発明の電気化学センサは、皮下に留置されて使用されてもよい。
本発明によれば、電極表面への検体の供給量を増加させることにより、電極表面における検体の枯渇を抑制することができる。
以下、図面を参照して本実施形態に係る電気化学センサについて説明する。以下の実施例の構成は例示であり、本実施形態に係る電気化学センサは実施例の構成に限定されない。
本実施形態に係る電気化学センサの第１の実施例を説明する。図１に、実施例１に係る成分連続測定装置１の概略構成図を示す。図１に示す成分連続測定装置１は、検体中の特定成分の濃度を連続的に測定することが可能である。検体として、例えば、血液、間質液等がある。特定成分としては、例えば、グルコース、乳酸、胆汁酸等がある。成分連続測定装置１は、人体に装着して使用することが可能である。成分連続測定装置１は、筐体２、回路基板３及び電気化学センサ（検出装置）４を備えている。
筐体２は、カバー１０および基板１１を含む。カバー１０及び基板１１によって規定される空間に回路基板３が収容される。筐体２は、防水性あるいは耐水性を有しているのが好ましい。カバー１０及び基板１１は、金属やポリプロピレン樹脂などの透水性の極めて低い材料を用いてもよい。
基板１１は、電気化学センサ４が挿通される部分であり、電気化学センサ４の一部を固定している。基板１１には、接着フィルム５が固定されている。接着フィルム５は、成分連続測定装置１を皮膚６に固定するときに利用されるものである。接着フィルム５としては、両面に粘着性を有するテープを使用することができる。
回路基板３は、成分連続測定装置１の所定の動作（例えば、電圧の印加、特定成分の濃度の演算或いは外部との通信）に必要な電子部品を搭載したものである。回路基板３は、電気化学センサ４と電気的に接続するための端子１２を備えている。端子１２は、電気化学センサ４に電圧を印加し、電気化学センサ４から応答電流値を得るために利用されるものである。
電気化学センサ４は、検体中の特定成分の濃度に応じた応答を得るためのものである。電気化学センサ４の一部が、皮膚６から突出して回路基板３の端子１２に接触しているとともに、電気化学センサ４の一部が皮膚６に挿入されている。すなわち、電気化学センサ４は、皮膚６の内部（皮下）に留置されて使用される。
図２は、実施例１に係る電気化学センサ４の全体斜視図である。図３は、実施例１に係る電気化学センサ４の断面図である。電気化学センサ４は、基板２１、電極２２、リード線２３、端子２４及び外層膜２５を有している。
基板２１は、絶縁性及び可撓性を有しており、電極２２を支持する。基板２１の端部２１Ａを含む一部分が、筐体２の内部に収容される。基板２１の端部２１Ａの反対側の端部２１Ｂを含む一部分が、皮膚６に挿入される。基板２１の端部２１Ｂを鋭利な形状としてもよい。基板２１の端部２１Ｂを鋭利な形状とすることにより、皮膚６に対する電気化学センサ４の挿入を容易に行うことができ、電気化学センサ４を挿入する対象者の痛みを低減することができる。
基板２１は、生体適合性及び絶縁性を有する材料を用いることができる。例えば、基板２１として、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトン及びポリエチレンナフタレート等の樹脂を用いることができる。基板２１の長手方向の長さは、例えば、２ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、好ましくは、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。基板２１の幅方向の長さは、例えば、０．０５ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、好ましくは、０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下である。基板２１の長手方向とは、基板２１の端部２１Ｂから基板２１の端部２１Ａに向かう方向（基板２１が筐体２の内部に収容される方向）、又は、基板２１の端部２１Ａから基板２１の端部２１Ｂに向かう方向（基板２１が皮膚６に挿入される方向）である。基板２１の幅方向とは、基板２１の長手方向と直交する方向である。
基板２１上には、電極２２が設けられている。そして、基板２１には、基板２１の電極２２の配置方向（基板２１上の電極２２が設けられている方向）に向かって、複数の溝２６が平行して形成されている。基板２１の溝２６は、基板２１の端部２１Ｂから基板２１の端部２１Ａに至るまで形成されている。本明細書では、基板２１の端部２１Ｂ及び端部２１Ｂの周辺部分を、基板２１の先端部分とも表記する。基板２１の溝２６は、凹状に形成されている。凹状には、四角形状、半円形状、半楕円形状及び角錐形状等が含まれる。
例えば、フォトリソグラフィ技術により基板２１上にレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクとして基板２１をエッチングすることにより、基板２１に溝２６を形成することができる。また、レーザー加工によるエッチングにおいても、基板２１に溝２６を形成することができる。
電極２２は、基板２１の溝２６に隣接して基板２１上に設けられている。電極２２は、例えば、蒸着、スパッタリング、印刷（スクリーン印刷、グラビア印刷）又は転写等により形成することができる。電極２２は、作用極２２Ａ及び対極２２Ｂを含んでいる。作用極２２Ａは、検体中の特定成分と電子授受を行う部分である。対極２２Ｂは、作用極２２Ａとともに電圧印加に利用される。
図２及び図３では、基板２１の溝２６に隣接して、電極２２が基板２１上に設けられている例を示している。しかし、本実施形態は、これに限定されず、基板２１の溝２６の上方に電極２２を設けるようにしてもよい。この場合、電極２２の少なくとも一部が、基板２１の溝２６の上方に位置するように、電極２２を基板２１上に設けるようにしてもよい。図４は、基板２１の溝２６の上方に電極２２を設けた場合における電気化学センサ４の断面図である。図４に示すように、作用極２２Ａの一部が、基板２１の溝２６の上方に位置するように、作用極２２Ａが基板２１上に設けられ、対極２２Ｂの一部が、基板２１の溝２６の上方に位置するように、対極２２Ｂが基板２１上に設けられている。
図２、図３及び図４では、それぞれ一つの作用極２２Ａ及び対極２２Ｂが、基板２１上に設けられている例を示している。しかし、本実施形態は、これに限定されず、複数の電極２２を基板２１上に設けるようにしてもよい。また、複数の作用極２２Ａを基板２１上に設けるようにしてもよいし、複数の対極２２Ｂを基板２１上に設けるようにしてもよい。図５は、複数の作用極２２Ａ及び複数の対極２２Ｂを基板２１上に設けた場合の電気化学センサ４の全体斜視図である。図６は、複数の作用極２２Ａ及び複数の対極２２Ｂを基板２１上に設けた場合の電気化学センサ４の断面図である。複数の電極２２を基板２１上に設ける場合、基板２１の溝２６の上方に複数の電極２２を設けるようにしてもよい。複数の作用極２２Ａを基板２１上に設ける場合、基板２１の溝２６の上方に複数の作用極２２Ａを設けるようにしてもよい。複数の対極２２Ｂを基板２１上に設ける場合、基板２１の溝２６の上方に複数の対極２２Ｂを設けるようにしてもよい。
複数の作用極２２Ａを基板２１上に設けることにより、一つの作用極２２Ａに故障等の不具合が発生しても、検体中の特定成分の濃度の測定を継続することができる。複数の対極２２Ｂを基板２１上に設けることにより、一つの対極２２Ｂに故障等の不具合が発生しても、検体中の特定成分の濃度の測定を継続することができる。また、複数の対極２２Ｂを基板２１上に設けることにより、それぞれ異なる分析対象項目を測定することができる。すなわち、複数の対極２２Ｂを基板２１上に設けることにより、検体中に含まれる複数種類の特定成分の測定を行うことが可能となる。
作用極２２Ａ及び対極２２Ｂには、リード線２３の一方の端部が接続されており、リード線２３の他方の端部には、端子２４が接続されている。端子２４は、回路基板３の端子１２と接触する。
作用極２２Ａ、対極２２Ｂ及び基板２１の溝２６を覆うように、外層膜２５が、基板２１上に設けられている。この場合、基板２１に対する段差被覆性（ステップカバレッジ）の低い外層膜２５を用いる。段差被覆性の低い外層膜２５を用いることで、基板２１の溝２６が外層膜２５で埋め込まれる前に基板２１の溝２６の上方が外層膜２５で閉じられる。したがって、基板２１の溝２６の内部は、外層膜２５が存在していない空間となっている。外層膜２５としてポリマーを用いる場合、ポリマーの濃度を調整することにより、外層膜２５の段差被覆性を制御することが可能である。実施例１では、基板２１の溝２６の内部に外層膜２５を埋め込まないようにしているが、これに限らず、基板２１の溝２６の内部に外層膜２５を埋め込むようにしてもよい。
図２及び図５に示すように、外層膜２５は、基板２１の先端部分には設けていないため、基板２１の溝２６の上方が外層膜２５によって覆われていない箇所がある。すなわち、基板２１の先端部分には外層膜２５が設けられておらず、基板２１の先端部分における溝２６の上方が露出している。
作用極２２Ａの表面には試薬酵素が形成されている。例えば、検体中のグルコースの濃度を測定する場合、試薬酵素として、グルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ）又はグルコースデヒドロゲナーゼ（ＧＤＨ）を使用することができる。また、例えば、検体中の乳酸の濃度を測定する場合、試薬酵素として、乳酸オキシダーゼを使用することができる。試薬酵素の固定化方法として、公知の種々の方法、たとえば重合性ゲル、ポリアクリルアミドやリンなどの高分子、リン脂質ポリマーにシランカップリング剤を導入したＭＰＣ重合体あるいはタンパク質膜を利用する方法を採用することができる。また、作用極２２Ａの表面に試薬酵素を形成することに代えて、外層膜２５に試薬酵素を含有させてもよい。
外層膜２５は、内部に検体が入り込む構造となっている。すなわち、外層膜２５と検体とが接触した場合、検体が外層膜２５の内部に浸透する。外層膜２５の内部に浸透した検体は、作用極２２Ａの表面に達する。このように、外層膜２５の外側と作用極２２Ａとは、外層膜２５を介して導通している。
外層膜２５として、生体適合性を有する材料を用いることができる。外層膜２５として、例えば、ポリウレタン、シリコン系ポリマー（ポリシロキサン）、セルロースアセテート、ハイドロゲル、ポリビニルアルコール、ＨＥＭＡ(ヒドロキシエチルメタクリレート)及びこれらを含むコポリマーを用いることができる。外層膜２５は、例えば、スピンコート、ディップコート又はドロップコート等により形成することができる。
外層膜２５は、電極２２を覆うようにして、基板２１上に設けられている。電極２２を覆うように外層膜２５が設けられているため、皮膚６に電気化学センサ４を挿入した場合、電極２２が皮膚６と直接接触しないことになる。このように、外層膜２５は、電極２２を保護する保護膜としても機能する。
皮膚６に電気化学センサ４を挿入した場合、皮膚６内の検体が、基板２１の溝２６に接触する。基板２１の先端部分において、基板２１の溝２６の上方が外層膜２５によって覆われていないため、検体は基板２１の端部２１Ｂの側面方向又は上面方向から、基板２１の溝２６に接触する。
基板２１の溝２６に接触した検体は、毛細管現象によって、基板２１の溝２６の内部に導入される。基板２１の溝２６の内部に導入された検体は、毛細管現象によって、基板２１の溝２６の内部を基板２１の長手方向に向かって進む。基板２１の溝２６の内部を進む検体は、基板２１の溝２６の上方に設けられている外層膜２５の下面と接触する。
外層膜２５の下面と接触した検体は、外層膜２５の内部に浸透する。検体が外層膜２５の内部に浸透し、検体が作用極２２Ａの表面に達すると、作用極２２Ａの表面に形成されている試薬酵素と検体とが反応する。作用極２２Ａ及び対極２２Ｂによって試薬酵素に電圧が印加されることにより、検体に含まれる特定成分と、作用極２２Ａとの間で電子授受が行われる。なお、外層膜２５が試薬酵素を含有する場合、外層膜２５が含有する試薬酵素と検体とが反応し、作用極２２Ａ及び対極２２Ｂによって試薬酵素に電圧が印加されることにより、検体に含まれる特定成分と、作用極２２Ａとの間で電子授受が行われる。
皮膚６に電気化学センサ４を挿入し、皮膚６内の検体が、外層膜２５の上面や側面と接触した場合には、検体は、外層膜２５の上面や側面から外層膜２５の内部に浸透する。
外層膜２５は、作用極２２Ａを覆うように基板２１上に設けられているため、検体が外層膜２５の内部に浸透することにより、検体が作用極２２Ａの周囲に存在する状態となり、作用極２２Ａの表面における検体の枯渇が抑制される。このように、基板２１に溝２６を形成し、電極２２を基板２１上に設け、電極２２を覆うように外層膜２５を設けることにより、作用極２２Ａの表面に対する検体の供給量を増大させることが可能となる。電気化学センサ４の周囲に検体が少量しか存在しない場合であっても、基板２１の溝２６の内部に検体が導入され、基板２１の溝２６の内部を検体が進むことにより、作用極２２Ａの表面に検体が供給される。例えば、基板２１の溝２６の入口にのみ検体が存在し、外層膜２５の上面に検体が存在しない場合であっても、基板２１の溝２６の内部に検体が導入され、基板２１の溝２６の内部を検体が進むことにより、作用極２２Ａの表面に検体が供給される。
毛細管現象によって、検体が、基板２１の溝２６の内部に導入され、基板２１の溝２６の内部を進むことにより、作用極２２Ａの表面に対して検体を早期に供給することができる。したがって、作用極２２Ａの表面が検体で湿潤するまでの時間を短縮することができ、電極表面で起こるイオン移動や電荷分布の形成などの現象が迅速に起こることによって早く平衡化することが可能となる。その結果、検体中の特定成分の濃度を安定して測定するために必要な初期動作の時間を短縮することができる。
基板２１の溝２６の上方が外層膜２５に覆われているため、基板２１の溝２６の内部に導入された検体は、基板２１の溝２６の内部に溜まる。皮膚６に挿入した電気化学センサ４の周辺の検体が少なくなっても、基板２１の溝２６の内部に検体が溜まっている状態にあれば、作用極２２Ａの表面における検体が枯渇するリスクを抑制することができる。特に、検体が間質液の場合は、体内で潤沢に流動するほどの検体量がない可能性があるため、基板２１の溝２６の内部に間質液を貯留しておくことにより、作用極２２Ａの表面における間質液の枯渇を抑制することができる。
毛細管現象によって基板２１の溝２６の内部に検体が導入され、毛細管現象によって基板２１の溝２６の内部を検体が進むように、基板２１の溝２６の幅方向の長さ及び溝２６の深さが決定されている。基板２１の溝２６の幅方向の長さは、例えば、０．０５ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、好ましくは、０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、より好ましくは、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である。また、基板２１の溝２６の深さは、例えば、５０μｍ以上２００μｍ以下であり、好ましくは、７５μｍ以上１５０μｍ以下である。
基板２１の溝２６の内面には、親水化処理を施しておくのが好ましい。親水化処理の方法としては、公知の種々の方法を採用することができる。例えば、ＶＵＶ（真空紫外線）処理、プラズマ照射処理、界面活性剤の塗布処理等で、親水化処理を行ってもよい。また、特表２０１０−５３２２６９号公報に記載された方法と同様の方法を用いて親水化処理を行ってもよい。基板２１の溝２６の内面を親水化処理することにより、基板２１の溝２６の内部に検体が湿潤することが促進され、また、基板２１の溝２６の内部を検体が進むことが促進される。基板２１の溝２６の内面の親水化処理は、例えば、検体に対する接触角が３０度未満となるように行うことが好ましい。ただし、基板２１の溝２６の内部を検体が進む程度に基板２１の溝２６の内面が親水化されていれば、検体に対する接触角が３０度以上になっていてもよい。
ＶＵＶ処理は、例えば、１７２ｎｍの波長の紫外線（エキシマレーザー等）を用いて、２．３ｍＷ／ｃｍ2の強度（光源と基板２１との距離を４ｍｍとする場合）により、数十秒以上３０分以下の照射時間で行うことが好ましい。ただし、ＶＵＶ処理は、１７２ｎｍの波長の紫外線に限らず、他の波長の紫外線を用いてもよい。
実施例１では、基板２１の端部２１Ｂから基板２１の端部２１Ａに至るまで、基板２１に溝２６を形成する例を示している。しかし、本実施形態は、これに限定されず、基板２１の端部２１Ｂから基板の２１の長手方向に向かって所定距離まで、基板２１に溝２６を形成するようにしてもよい。例えば、基板２１の皮膚６に挿入される部分に溝２６を形成するようにしてもよい。
実施例１では、基板２１の先端部分において、基板２１の溝２６の上方が外層膜２５によって覆われていない例を示している。しかし、本実施形態は、これに限定されず、基板２１の先端部分において、基板２１の溝２６の上方の全部が外層膜２５によって覆われていてもよい。すなわち、基板２１の先端部分において、基板２１の溝２６の上方を露出させないようにしてもよい。
実施例１では、基板２１に複数本の溝２６を形成する例を示している。しかし、本実施形態は、これに限定されず、基板２１に一本の溝２６のみを形成するようにしてもよい。この場合、基板２１の溝２６が作用極２２Ａと対極２２Ｂとの間に位置するように、基板２１の溝２６に隣接して作用極２２Ａ及び対極２２Ｂを基板２１上に設けるようにしてもよい。
＜変形例１＞
実施例１の第１の変形例について説明する。図７は、実施例１の変形例１に係る電気化学センサ４の全体斜視図である。基板２１上に電極２２が設けられている。基板２１には、複数本の溝２７Ａ及び複数本の溝２７Ｂが形成されている。基板２１の溝２７Ａは、基板２１の電極２２の配置方向（基板２１上の電極２２が設けられている方向）に向かって形成されている。基板２１上の電極２２が設けられている方向は、基板２１の長手方向と一致する。基板２１の溝２７Ｂは、基板２１の幅方向に向かって形成されている。基板２１の溝２７Ｂは、基板２１の端部２１Ｃから基板２１の溝２７Ａに至るまで形成されている溝と、基板２１の溝２７Ａ同士を接続する溝とを、含む。
実施例１の第１の変形例について説明する。図７は、実施例１の変形例１に係る電気化学センサ４の全体斜視図である。基板２１上に電極２２が設けられている。基板２１には、複数本の溝２７Ａ及び複数本の溝２７Ｂが形成されている。基板２１の溝２７Ａは、基板２１の電極２２の配置方向（基板２１上の電極２２が設けられている方向）に向かって形成されている。基板２１上の電極２２が設けられている方向は、基板２１の長手方向と一致する。基板２１の溝２７Ｂは、基板２１の幅方向に向かって形成されている。基板２１の溝２７Ｂは、基板２１の端部２１Ｃから基板２１の溝２７Ａに至るまで形成されている溝と、基板２１の溝２７Ａ同士を接続する溝とを、含む。
図７では、それぞれ一つの作用極２２Ａ及び対極２２Ｂが、基板２１上に設けられている例を示している。しかし、本実施形態は、これに限定されず、複数の電極２２を基板２１上に設けるようにしてもよい。また、複数の作用極２２Ａを基板２１上に設けるようにしてもよいし、複数の対極２２Ｂを基板２１上に設けるようにしてもよい。基板２１の端部２１Ｃから基板２１の溝２７Ａに至るまで形成されている溝２７Ｂの位置は、皮膚６に挿入される部分であれば任意の位置でよい。また、基板２１の端部２１Ｄから基板２１の溝２７Ａに至るように、溝２７Ｂを形成するようにしてもよい。
基板２１の溝２７Ａは、基板２１の端部２１Ｂの手前まで形成されている。実施例１の変形例１では、電極２２を基板２１の端部２１Ｂの手前に設けているので、基板２１の溝２７Ａを基板２１の端部２１Ｂの手前まで形成している。しかし、本実施形態は、これに限定されず、基板２１上の電極２２の近辺に基板２１の溝２７Ａを形成すればよい。すなわち、基板２１上の電極２２の位置に応じて、基板２１に溝２７Ａを形成する位置が変更される。
作用極２２Ａ、対極２２Ｂ、基板２１の溝２７Ａ及び基板２１の溝２７Ｂを覆うように、外層膜２５が、基板２１上に設けられている。実施例１の変形例１では、基板２１の溝２７Ａの内部及び基板２１の溝２７Ｂの内部に外層膜２５を埋め込まないようにしているが、これに限定されず基板２１の溝２７Ａの内部及び基板２１の溝２７Ｂの内部に外層膜２５を埋め込むようにしてもよい。
図７に示すように、基板２１の溝２７Ｂの上方が外層膜２５によって覆われていない箇所がある。すなわち、基板２１の端部２１Ｃの周辺部分における溝２７Ｂの上方が露出している。皮膚６に電気化学センサ４を挿入した場合、皮膚６内の検体が、基板２１の溝２７Ｂに接触する。基板２１の端部２１Ｃの周辺部分において、基板２１の溝２７Ｂの上方が外層膜２５によって覆われていないため、検体は基板２１の側面方向又は上面方向から、基板２１の溝２７Ｂに接触する。
基板２１の溝２７Ｂに接触した検体は、毛細管現象によって、基板２１の溝２７Ｂの内部に導入される。基板２１の溝２７Ｂの内部に導入された検体は、毛細管現象によって、基板２１の溝２７Ｂの内部を基板２１の幅方向に向かって進む。そして、検体は、基板２１の溝２７Ｂの上方に設けられている外層膜２５の下面と接触する。外層膜２５の下面と接触した検体は、外層膜２５の内部に浸透し、作用極２２Ａの表面に検体が供給される。
また、基板２１の溝２７Ｂの内部を基板２１の幅方向に向かって進む検体は、基板２１の溝２７Ａの内部に導入される。基板２１の溝２７Ａの内部に導入された検体は、毛細管現象によって、基板２１の溝２７Ａの内部を基板２１の長手方向に向かって進む。そして、検体は、基板２１の溝２７Ａの内部を基板２１の端部２１Ｂの手前まで進み、検体は、基板２１の溝２７Ａの上方に設けられている外層膜２５の下面と接触する。外層膜２５の下面と接触した検体は、外層膜２５の内部に浸透し、作用極２２Ａの表面に検体が供給される。
電気化学センサ４の周囲に検体が少量しか存在しない場合であっても、基板２１の溝２７Ａの内部及び基板２１の溝２７Ｂの内部を検体が進むことにより、作用極２２Ａの表面に検体が供給される。例えば、基板２１の溝２７Ｂの入口付近にのみ検体が存在し、外層膜２５の上面に検体が存在しない場合であっても、基板２１の溝２７Ａの内部及び基板２１の溝２７Ｂの内部を検体が進むことにより、作用極２２Ａの表面に検体が供給される。
毛細管現象によって基板２１の溝２７Ａの内部に検体が導入され、毛細管現象によって基板２１の溝２７Ａの内部を検体が進むように、基板２１の溝２７Ａの幅方向の長さ及び溝２７Ａの深さが決定されている。基板２１の溝２７Ａの幅方向の長さは、例えば、０．０５ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、好ましくは、０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、より好ましくは、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である。また、基板２１の溝２７Ａの深さは、例えば、５０μｍ以上２００μｍ以下であり、好ましくは、７５μｍ以上１５０μｍ以下である。また、毛細管現象によって基板２１の溝２７Ｂの内部に検体が導入され、毛細管現象によって基板２１の溝２７Ｂの内部を検体が進むように、基板２１の溝２７Ｂの幅方向の長さ及び溝２７Ｂの深さが決定されている。基板２１の溝２７Ｂの幅方向の長さは、例えば、０．０５ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、好ましくは、０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、より好ましくは、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である。また、基板２１の溝２７Ｂの深さは、例えば、５０μｍ以上２００μｍ以下であり、好ましくは、７５μｍ以上１５０μｍ以下である。
基板２１の溝２７Ａ及び溝２７Ｂの内面には、親水化処理を施しておくのが好ましい。親水化処理の方法としては、公知の種々の方法を採用することができる。例えば、ＶＵＶ（真空紫外線）処理、プラズマ照射処理、界面活性剤の塗布処理等で、親水化処理を行ってもよい。また、特表２０１０−５３２２６９号公報に記載された方法と同様の方法を用いて親水化処理を行ってもよい。基板２１の溝２７Ａ及び溝２７Ｂの内面を親水化処理することにより、基板２１の溝２７Ａ及び溝２７Ｂの内部に検体が湿潤することが促進され、また、基板２１の溝２７Ａ及び溝２７Ｂの内部を検体が進むことが促進される。基板２１の溝２７Ａ及び溝２７Ｂの内面の親水化処理は、例えば、検体に対する接触角が３０度未満となるように行うことが好ましい。ただし、基板２１の溝２７Ａ及び溝２７Ｂの内部を検体が進む程度に基板２１の溝２７Ａ及び溝２７Ｂの内面が親水化されていれば、検体に対する接触角が３０度以上になっていてもよい。
ＶＵＶ処理は、例えば、１７２ｎｍの波長の紫外線（エキシマレーザー等）を用いて、２．３ｍＷ／ｃｍ2の強度（光源と基板２１との距離を４ｍｍとする場合）により、数十秒以上３０分以下の照射時間で行うことが好ましい。ただし、ＶＵＶ処理は、１７２ｎｍの波長の紫外線に限らず、他の波長の紫外線を用いてもよい。
実施例１の変形例１では、基板２１の端部２１Ｃの周辺部分において、基板２１の上方が外層膜２５によって覆われていない例を示している。しかし、本実施形態は、これに限定されず、基板２１の端部２１Ｃの周辺部分において、基板２１の溝２７Ｂの上方の全部が外層膜２５によって覆われていてもよい。すなわち、基板２１の端部２１Ｃの周辺部分において、基板２１の溝２７Ｂの上方を露出させないようにしてもよい。
実施例１の変形例１では、基板２１の溝２７Ａに隣接して、電極２２が基板２１上に設けられている例を示している。しかし、本実施形態は、これに限定されず、基板２１の溝２７Ａの上方に電極２２を設けるようにしてもよい。この場合、電極２２の少なくとも一部が、基板２１の溝２６の上方に位置するように、電極２２を基板２１上に設けるようにしてもよい。
実施例１の変形例１では、基板２１に複数本の溝２７Ａを形成する例を示している。しかし、本実施形態は、これに限定されず、基板２１に一本の溝２７Ａのみを形成するようにしてもよい。この場合、作用極２２Ａと対極２２Ｂとの間に、基板２１の溝２７Ａが位置するようにしてもよい。また、実施例１の変形例１では、基板２１に複数本の溝２７Ｂを形成する例を示している。しかし、本実施形態は、これに限定されず、基板２１に一本の溝２７Ｂのみを形成するようにしてもよい。
＜変形例２＞
実施例１の第２の変形例について説明する。図８は、実施例１の変形例２に係る電気化学センサ４の全体斜視図である。基板２１上に電極２２が設けられている。基板２１には、複数本の溝２８が形成されている。基板２１の溝２８は、基板２１の電極２２の配置方向（基板２１上の電極２２が設けられている方向）に向かって形成されている。基板２１上の電極２２が設けられている方向は、基板２１の長手方向と一致する。
実施例１の第２の変形例について説明する。図８は、実施例１の変形例２に係る電気化学センサ４の全体斜視図である。基板２１上に電極２２が設けられている。基板２１には、複数本の溝２８が形成されている。基板２１の溝２８は、基板２１の電極２２の配置方向（基板２１上の電極２２が設けられている方向）に向かって形成されている。基板２１上の電極２２が設けられている方向は、基板２１の長手方向と一致する。
基板２１の溝２８は、基板２１の端部２１Ｂの手前まで形成されている。作用極２２Ａ、対極２２Ｂ及び基板２１の溝２８の一部を覆うように、外層膜２５が、基板２１上に設けられている。実施例１の変形例２では、基板２１の溝２８の内部に外層膜２５を埋め込まないようにしているが、これに限定されず、基板２１の溝２８の内部に外層膜２５を埋め込むようにしてもよい。
図８に示すように、基板２１の溝２８の上方が外層膜２５によって覆われていない箇所がある。すなわち、基板２１の溝２８の一部の上方が露出している。皮膚６に電気化学センサ４を挿入した場合、皮膚６内の検体が、基板２１の溝２８の一部に接触する。基板２１の溝２８の一部の上方が外層膜２５によって覆われていないため、検体は基板２１の上面方向から、基板２１の溝２８に接触する。
基板２１の溝２８に接触した検体は、毛細管現象によって、基板２１の溝２８の内部に導入される。基板２１の溝２８の内部に導入された検体は、毛細管現象によって、基板２１の溝２８の内部を基板２１の長手方向に向かって進む。基板２１の溝２８の内部を基板２１の長手方向に向かって進む検体は、基板２１の溝２８の上方に設けられている外層膜２５の下面と接触する。外層膜２５の下面と接触した検体は、外層膜２５の内部に浸透し、作用極２２Ａの表面に検体が供給される。
電気化学センサ４の周囲に検体が少量しか存在しない場合であっても、基板２１の溝２８の内部に検体が導入されることにより、作用極２２Ａの表面に検体が供給される。例えば、外層膜２５の周辺に検体が存在せず、基板２１の溝２８の上面が外層膜２５で覆われていない部分にのみ検体が存在するような場合であっても、基板２１の溝２８の内部に検体が導入されることにより、作用極２２Ａの表面に検体が供給される。
毛細管現象によって基板２１の溝２８の内部に検体が導入され、毛細管現象によって基板２１の溝２８の内部を検体が進むように、基板２１の溝２８の幅方向の長さ及び溝２８の深さが決定されている。基板２１の溝２８の幅方向の長さは、例えば、０．０５ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、好ましくは、０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、より好ましくは、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である。また、基板２１の溝２８の深さは、例えば、５０μｍ以上２００μｍ以下であり、好ましくは、７５μｍ以上１５０μｍ以下である。
基板２１の溝２８の内面には、親水化処理を施しておくのが好ましい。親水化処理の方法としては、公知の種々の方法を採用することができる。例えば、ＶＵＶ（真空紫外線）処理、プラズマ照射処理、界面活性剤の塗布処理等で、親水化処理を行ってもよい。また、特表２０１０−５３２２６９号公報に記載された方法と同様の方法を用いて親水化処理を行ってもよい。基板２１の溝２８の内面を親水化処理することにより、基板２１の溝２８の内部に検体が湿潤することが促進され、また、基板２１の溝２８の内部を検体が進むことが促進される。基板２１の溝２８の内面の親水化処理は、例えば、検体に対する接触角が３０度未満となるように行うことが好ましい。ただし、基板２１の溝２８の内部を検体が進む程度に基板２１の溝２８の内面が親水化されていれば、検体に対する接触角が３０度以上になっていてもよい。
ＶＵＶ処理は、例えば、１７２ｎｍの波長の紫外線（エキシマレーザー等）を用いて、２．３ｍＷ／ｃｍ2の強度（光源と基板２１との距離を４ｍｍとする場合）により、数十秒以上３０分以下の照射時間で行うことが好ましい。ただし、ＶＵＶ処理は、１７２ｎｍの波長の紫外線に限らず、他の波長の紫外線を用いてもよい。
実施例１の変形例２では、基板２１の溝２８に隣接して、電極２２が基板２１上に設けられている例を示している。しかし、本実施形態は、これに限定されず、基板２１の溝２８の上方に電極２２を設けるようにしてもよい。この場合、電極２２の少なくとも一部が、基板２１の溝２８の上方に位置するように、電極２２を基板２１上に設けるようにしてもよい。
実施例１の実施例２では、基板２１に複数本の溝２８を形成する例を示している。しかし、本実施形態は、これに限定されず、基板２１に一本の溝２８のみを形成するようにしてもよい。この場合、作用極２２Ａと対極２２Ｂとの間に、基板２１の溝２８が位置するようにしてもよい。
＜変形例３＞
実施例１の第３の変形例について説明する。図９は、実施例１の変形例３に係る電気化学センサ４の全体斜視図である。基板２１上に電極２２が設けられている。基板２１には、複数本の溝２９が形成されている。基板２１の溝２９は、基板２１の電極２２の配置方向（基板２１上の電極２２が設けられている方向）に向かって形成されている。基板２１上の電極２２が設けられている方向は、基板２１の幅方向と一致する。
実施例１の第３の変形例について説明する。図９は、実施例１の変形例３に係る電気化学センサ４の全体斜視図である。基板２１上に電極２２が設けられている。基板２１には、複数本の溝２９が形成されている。基板２１の溝２９は、基板２１の電極２２の配置方向（基板２１上の電極２２が設けられている方向）に向かって形成されている。基板２１上の電極２２が設けられている方向は、基板２１の幅方向と一致する。
基板２１の溝２９は、基板２１上の電極２２と交差するように、基板２１に形成されている。この場合、電極２２の一部が、基板２１の溝２９の上方に位置するように、電極２２が基板２１上に設けられている。具体的には、作用極２２Ａの一部が基板２１の溝２９の上方に位置するように、作用極２２Ａが基板２１上に設けられ、対極２２Ｂの一部が基板２１の溝２９の上方に位置するように、対極２２Ｂが基板２１上に設けられている。
図９では、それぞれ一つの作用極２２Ａ及び対極２２Ｂが、基板２１上に設けられている例を示している。しかし、本実施形態は、これに限定されず、複数の電極２２を基板２１上に設けるようにしてもよい。また、複数の作用極２２Ａを基板２１上に設けるようにしてもよいし、複数の対極２２Ｂを基板２１上に設けるようにしてもよい。
作用極２２Ａ、対極２２Ｂ及び基板２１の溝２９を覆うように、外層膜２５が、基板２１上に設けられている。実施例１の変形例３では、基板２１の溝２９の内部に外層膜２５を埋め込まないようにしているが、これに限定されず基板２１の溝２９の内部に外層膜２５を埋め込むようにしてもよい。
図９に示すように、基板２１の溝２９の上方が外層膜２５によって覆われていない箇所がある。すなわち、基板２１の端部２１Ｃの周辺部分における溝２９の上方が露出している。皮膚６に電気化学センサ４を挿入した場合、皮膚６内の検体が、基板２１の溝２９に接触する。基板２１の端部２１Ｃの周辺部分では、基板２１の溝２９の上方が外層膜２５によって覆われていないため、検体は基板２１の側面方向又は上面方向から、基板２１の溝２９に接触する。
基板２１の溝２９に接触した検体は、毛細管現象によって、基板２１の溝２９の内部に導入される。基板２１の溝２９の内部に導入された検体は、毛細管現象によって、基板２１の溝２９の内部を基板２１の幅方向に向かって進む。そして、検体は、基板２１の溝２９の上方に設けられている外層膜２５の下面と接触する。外層膜２５の下面と接触した検体は、外層膜２５の内部に浸透し、作用極２２Ａの表面に検体が供給される。
また、基板２１の溝２９の内部を基板２１の幅方向に向かって進む検体は、基板２１の溝２９の上方に設けられている作用極２２Ａと接触することにより、作用極２２Ａの表面に検体が供給される。
電気化学センサ４の周囲に検体が少量しか存在しない場合であっても、基板２１の溝２９の内部を検体が進むことにより、作用極２２Ａの表面に検体が供給される。例えば、基板２１の溝２９の入口付近にのみ検体が存在し、外層膜２５の上面に検体が存在しない場合であっても、基板２１の溝２９の内部を検体が進むことにより、作用極２２Ａの表面に検体が供給される。
毛細管現象によって基板２１の溝２９の内部に検体が導入され、毛細管現象によって基板２１の溝２９の内部を検体が進むように、基板２１の溝２９の幅方向の長さ及び溝２９の深さが決定されている。基板２１の溝２９の幅方向の長さは、例えば、０．０５ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、好ましくは、０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、より好ましくは、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である。また、基板２１の溝２９の深さは、例えば、５０μｍ以上２００μｍ以下であり、好ましくは、７５μｍ以上１５０μｍ以下である。
基板２１の溝２９の内面には、親水化処理を施しておくのが好ましい。親水化処理の方法としては、公知の種々の方法を採用することができる。例えば、ＶＵＶ（真空紫外線）処理、プラズマ照射処理、界面活性剤の塗布処理等で、親水化処理を行ってもよい。また、特表２０１０−５３２２６９号公報に記載された方法と同様の方法を用いて親水化処理を行ってもよい。基板２１の溝２９の内面を親水化処理することにより、基板２１の溝２９の内部に検体が湿潤することが促進され、また、基板２１の溝２９の内部を検体が進むことが促進される。基板２１の溝２９の内面の親水化処理は、例えば、検体に対する接触角が３０度未満となるように行うことが好ましい。ただし、基板２１の溝２９の内部を検体が進む程度に基板２１の溝２９の内面が親水化されていれば、検体に対する接触角が３０度以上になっていてもよい。
ＶＵＶ処理は、例えば、１７２ｎｍの波長の紫外線（エキシマレーザー等）を用いて、２．３ｍＷ／ｃｍ2の強度（光源と基板２１との距離を４ｍｍとする場合）により、数十秒以上３０分以下の照射時間で行うことが好ましい。ただし、ＶＵＶ処理は、１７２ｎｍの波長の紫外線に限らず、他の波長の紫外線を用いてもよい。
実施例１の変形例３では、基板２１の端部２１Ｃの周辺部分において、基板２１の上方が外層膜２５によって覆われていない例を示している。しかし、本実施形態は、これに限定されず、基板２１の端部２１Ｃの周辺部分において、基板２１の溝２９の上方の全部が外層膜２５によって覆われていてもよい。すなわち、基板２１の端部２１Ｃの周辺部分において、基板２１の溝２９の上方を露出させないようにしてもよい。
実施例１の変形例３では、基板２１の溝２９に隣接して、電極２２が基板２１上に設けられている例を示している。しかし、本実施形態は、これに限定されず、基板２１の溝２９の上方に電極２２を設けるようにしてもよい。この場合、電極２２の少なくとも一部が、基板２１の溝２９の上方に位置するように、電極２２を基板２１上に設けるようにしてもよい。
実施例１の実施例３では、基板２１に複数本の溝２９を形成する例を示している。しかし、本実施形態は、これに限定されず、基板２１に一本の溝２９のみを形成するようにしてもよい。
本実施形態に係る電気化学センサの第２の実施例を説明する。図１０は、実施例２に係る電気化学センサ３０の全体斜視図である。図１１は、実施例２に係る電気化学センサ３０の断面図である。実施例１と同様に、電気化学センサ３０は、図１に示す成分連続測定装置１の基板１１に挿通され、電気化学センサ３０の端部が基板１１に固定される。電気化学センサ３０は、基板３１、電極３２、リード線３３、端子３４及び外層膜３５を有している。
基板３１は、絶縁性及び可撓性を有しており、電極３２を支持する。基板３１の端部３１Ａを含む一部分が、筐体２の内部に収容される。基板３１の端部３１Ａの反対側の端部３１Ｂを含む一部分が、皮膚６に挿入される。基板３１の端部３１Ｂを鋭利な形状としてもよい。基板３１の端部３１Ｂを鋭利な形状とすることにより、皮膚６に対する電気化学センサ３０の挿入を容易に行うことができ、電気化学センサ３０を挿入する対象者の痛みを低減することができる。
基板３１は、生体適合性及び絶縁性を有する材料を用いることができる。例えば、基板３１として、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトン及びポリエチレンナフタレート等の樹脂を用いることができる。基板３１の長手方向の長さは、例えば、２ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、好ましくは、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。基板３１の幅方向の長さは、例えば、０．０５ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、好ましくは、０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下である。基板３１の長手方向とは、基板３１の端部３１Ｂから基板３１の端部２１Ａに向かう方向（基板３１が筐体２の内部に収容される方向）、又は、基板３１の端部３１Ａから基板３１の端部３１Ｂに向かう方向（基板３１が皮膚６に挿入される方向）である。基板３１の幅方向とは、基板３１の長手方向と直交する方向である。
基板３１には、基板３１の長手方向に向かって溝３６が形成されている。基板３１の溝３６は、基板３１の端部３１Ｂから基板３１の端部３１Ａに至るまで形成されている。本明細書では、基板３１の端部３１Ｂ及び端部３１Ｂの周辺部分を、基板３１の先端部分とも表記する。基板３１の溝３６は、凹状に形成されている。凹状には、四角形状、半円形状、半楕円形状及び角錐形状等が含まれる。
例えば、フォトリソグラフィ技術により基板３１上にレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクとして基板３１をエッチングすることにより、基板３１に溝３６を形成することができる。また、レーザー加工によるエッチングにおいても、基板３１に溝３６を形成することができる。
基板３１の溝３６の内部に、電極３２、リード線３３、端子３４及び外層膜３５が設けられている。電極３２は、例えば、蒸着、スパッタリング、印刷（スクリーン印刷、グラビア印刷）又は転写等により形成することができる。電極３２は、作用極３２Ａ及び対極３２Ｂを含んでいる。作用極３２Ａは、検体中の特定成分と電子授受を行う部分である。対極３２Ｂは、作用極３２Ａとともに電圧印加に利用される。
図１０及び図１１では、それぞれ一つの作用極３２Ａ及び対極３２Ｂが、基板３１の溝３６の内部に設けられている例を示している。しかし、本実施形態は、これに限定されず、基板３１の溝３６の内部に複数の電極３２を設けるようにしてもよい。また、基板３１の溝３６の内部に複数の作用極３２Ａを設けるようにしてもよいし、基板３１の溝３６の内部に複数の対極３２Ｂを設けるようにしてもよい。図１２は、基板３１の溝３６の内部に複数の作用極３２Ａ及び複数の対極３２Ｂを設けた場合の電気化学センサ３０の全体斜視図である。図１３は、基板３１の溝３６の内部に複数の作用極３２Ａ及び複数の対極３２Ｂを設けた場合の断面図である。
複数の作用極３２Ａを基板３１上に設けることにより、一つの作用極３２Ａに故障等の不具合が発生しても、検体中の特定成分の濃度の測定を継続することができる。複数の対極３２Ｂを基板３１上に設けることにより、一つの対極３２Ｂに故障等の不具合が発生しても、検体中の特定成分の濃度の測定を継続することができる。
作用極３２Ａ及び対極３２Ｂには、リード線３３の一方の端部が接続されており、リード線３３の他方の端部には、端子３４が接続されている。端子３４は、回路基板３の端子１２と接触する。
作用極３２Ａの表面には試薬酵素が形成されている。例えば、検体中のグルコース濃度を測定する場合、試薬酵素として、グルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ）又はグルコースデヒドロゲナーゼ（ＧＤＨ）を使用することができる。また、例えば、検体中の乳酸の濃度を測定する場合、試薬酵素として、乳酸オキシダーゼを使用することができる。試薬酵素の固定化方法として、公知の種々の方法、たとえば重合性ゲル、ポリアクリルアミドやリンなどの高分子、リン脂質ポリマーにシランカップリング剤を導入したＭＰＣ重合体あるいはタンパク質膜を利用する方法を採用することができる。また、作用極３２Ａの表面に試薬酵素を形成することに代えて、外層膜３５に試薬酵素を含有させてもよい。
外層膜３５は、内部に検体が入り込む構造となっている。すなわち、外層膜３５と検体とが接触した場合、検体が外層膜３５の内部に浸透する。外層膜３５の内部に浸透した検体は、作用極３２Ａの表面に達する。このように、外層膜３５の外側と作用極３２Ａとは、外層膜３５を介して導通している。
外層膜３５として、生体適合性を有する材料を用いることができる。外層膜３５として、例えば、ポリウレタン、シリコン系ポリマー（ポリシロキサン）、セルロースアセテート、ハイドロゲル、ポリビニルアルコール、ＨＥＭＡ(ヒドロキシエチルメタクリレート)及びこれらを含むコポリマーを用いることができる。外層膜３５は、例えば、スピンコート、ディップコート又はドロップコート等により形成することができる。
外層膜３５は、電極３２を覆うようにして、基板３１の溝３６の内部に設けられている。電極３２を覆うように外層膜３５が設けられているため、皮膚６に電気化学センサ３０を挿入した場合、電極３２が皮膚６と直接接触しないことになる。このように、外層膜３５は、電極３２を保護する保護膜としても機能する。
皮膚６に電気化学センサ３０を挿入した場合、皮膚６内の検体が、基板３１の溝３６に接触する。基板３１の溝３６に接触した検体は、毛細管現象によって、基板３１の溝３６の内部に導入される。基板３１の溝３６の内部に導入された検体は、外層膜３５の内部に浸透する。
検体が外層膜３５の内部に浸透し、検体が作用極３２Ａの表面に達すると、作用極３２Ａの表面に形成されている試薬酵素と検体とが反応する。作用極３２Ａ及び対極３２Ｂによって試薬酵素に電圧が印加されることにより、検体に含まれる特定成分と、作用極３２Ａとの間で電子授受が行われる。なお、外層膜３５が試薬酵素を含有する場合、外層膜３５が含有する試薬酵素と検体とが反応し、作用極３２Ａ及び対極３２Ｂによって試薬酵素に電圧が印加されることにより、検体に含まれる特定成分と、作用極３２Ａとの間で電子授受が行われる。
基板３１の溝３６の内部に電極３２及び外層膜３５が形成されている。検体が、毛細管現象によって、基板３１の溝３６の内部に導入される。基板３１の溝３６の内部に導入された検体は、外層膜３５の上面と接触する。外層膜３５の上面と接触した検体は、外層膜３５の内部に浸透する。外層膜３５は、作用極３２Ａを覆うように基板３１の溝３６の内部に設けられているため、外層膜３５の内部に浸透した検体は、作用極３２Ａの周囲に存在する状態となるので、作用極３２Ａの表面における検体の枯渇が抑制される。このように、基板３１に溝３６を形成し、基板３１の溝３６の内部に電極３２及び外層膜３５を設けることにより、作用極３２Ａの表面に対する検体の供給量を増大させることが可能となる。
検体が、毛細管現象によって、基板３１の溝３６の内部に導入されるため、作用極３２Ａの表面に対して検体を早期に供給することができ、作用極３２Ａの表面が検体で湿潤するまでの時間を短縮することができる。その結果、検体中の特定成分の濃度を安定して測定するために必要な初期動作の時間を短縮することができる。
基板３１の溝３６の内部に導入された検体が、毛細管現象によって、基板３１の溝３６の内部を進み、基板３１の溝３６の内部に検体が溜まる。皮膚６に挿入した電気化学センサ３０の周辺の検体が少なくなっても、基板３１の溝３６の内部に検体が溜まっている状態にあれば、作用極３２Ａの表面における検体が枯渇するリスクを抑制することができる。特に、検体が間質液の場合は、体内で潤沢に流動するほどの検体量がない可能性があるため、基板３１の溝３６の内部に間質液を貯留しておくことにより、作用極３２Ａの表面における間質液の枯渇を抑制することができる。
毛細管現象によって基板３１の溝３６の内部に検体が導入され、毛細管現象によって基板３１の溝３６の内部を検体が進むように、基板３１の溝３６の幅方向の長さ及び溝３６の深さが決定されている。基板３１の溝３６の幅方向の長さは、例えば、０．０５ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、好ましくは、０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、より好ましくは、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である。また、基板３１の溝３６の深さは、例えば、５０μｍ以上２００μｍ以下であり、好ましくは、７５μｍ以上１５０μｍ以下である。
基板３１の溝３６の内面には、親水化処理を施しておくのが好ましい。親水化処理の方法としては、公知の種々の方法を採用することができる。例えば、ＶＵＶ（真空紫外線）処理、プラズマ照射処理、界面活性剤の塗布処理等で、親水化処理を行ってもよい。また、特表２０１０−５３２２６９号公報に記載された方法と同様の方法を用いて親水化処理を行ってもよい。基板３１の溝３６の内面を親水化処理することにより、基板３１の溝３６の内部に検体が湿潤することが促進され、また、基板３１の溝３６の内部を検体が進むことが促進される。基板３１の溝３６の内面の親水化処理は、例えば、検体に対する接触角が３０度未満となるように行うことが好ましい。ただし、基板３１の溝３６の内部を検体が進む程度に基板３１の溝３６の内面が親水化されていれば、検体に対する接触角が３０度以上になっていてもよい。
ＶＵＶ処理は、例えば、１７２ｎｍの波長の紫外線（エキシマレーザー等）を用いて、２．３ｍＷ／ｃｍ2の強度（光源と基板３１との距離を４ｍｍとする場合）により、数十秒以上３０分以下の照射時間で行うことが好ましい。ただし、ＶＵＶ処理は、１７２ｎｍの波長の紫外線に限らず、他の波長の紫外線を用いてもよい。
実施例２では、基板３１の端部３１Ｂから基板３１の端部３１Ａに至るまで、基板３１に溝３６を形成する例を示している。しかし、本実施形態は、これに限定されず、基板３１の端部３１Ｂから基板３１の長手方向に向かって所定距離まで、基板３１に溝３６を形成するようにしてもよい。例えば、基板３１の皮膚６に挿入される部分に溝３６を形成するようにしてもよい。
＜変形例１＞
実施例２の第１の変形例について説明する。図１４は、実施例２の変形例１に係る電気化学センサ３０の全体斜視図である。基板３１には、基板３１の長手方向に向かって突起部３７Ａ及び突起部３７Ｂが形成されている。また、基板３１には、突起部３７Ａと突起部３７Ｂとの間に溝３８が形成されている。基板３１の溝３８は、凹状に形成されている。凹状には、四角形状、半円形状、半楕円形状及び角錐形状等が含まれる。
実施例２の第１の変形例について説明する。図１４は、実施例２の変形例１に係る電気化学センサ３０の全体斜視図である。基板３１には、基板３１の長手方向に向かって突起部３７Ａ及び突起部３７Ｂが形成されている。また、基板３１には、突起部３７Ａと突起部３７Ｂとの間に溝３８が形成されている。基板３１の溝３８は、凹状に形成されている。凹状には、四角形状、半円形状、半楕円形状及び角錐形状等が含まれる。
例えば、フォトリソグラフィ技術により基板３１上にレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクとして基板３１をエッチングすることにより、基板３１に突起部３７Ａ、突起部３７Ｂ及び溝３８を形成することができる。また、レーザー加工によるエッチングにおいても、基板３１に突起部３７Ａ、突起部３７Ｂ及び溝３８を形成することができる。
基板３１の端部３１Ｂから基板３１の長手方向に向かって、基板３１に溝３８を形成してもよい。すなわち、突起部３７Ａ及び突起部３７Ｂと、基板３１の端部３１Ｂとが接するように、突起部３７Ａ及び突起部３７Ｂを基板３１に設け、突起部３７Ａと突起部３７Ｂとの間に溝３８を形成してもよい。
基板３１の端部３１Ａから基板３１の長手方向に向かって、基板３１に溝３８を形成してもよい。すなわち、突起部３７Ａ及び突起部３７Ｂと、基板３１の端部３１Ａとが接するように、突起部３７Ａ及び突起部３７Ｂを基板３１に設け、突起部３７Ａと突起部３７Ｂとの間に溝３８を形成してもよい。
基板３１の端部３１Ｂから基板３１の長手方向に向かって、基板３１の端部３１Ａに至るまで、基板３１に溝３８を形成してもよい。すなわち、突起部３７Ａ及び突起部３７Ｂと、基板３１の端部３１Ｂとが接するとともに、突起部３７Ａ及び突起部３７Ｂと、基板３１の端部３１Ａとが接するように、突起部３７Ａ及び突起部３７Ｂを基板３１に設け、突起部３７Ａと突起部３７Ｂとの間に溝３８を形成してもよい。
基板３１の溝３８の内部に、電極３２、リード線３３及び外層膜３５が設けられている。図１４では、それぞれ一つの作用極３２Ａ及び対極３２Ｂが、基板３１の溝３８の内部に設けられている例を示している。しかし、本実施形態は、これに限定されず、基板３１の溝３８の内部に複数の電極３２を設けるようにしてもよい。また、基板３１の溝３８の内部に複数の作用極３２Ａを設けるようにしてもよいし、基板３１の溝３８の内部に複数の対極３２Ｂを設けるようにしてもよい。
皮膚６に電気化学センサ３０を挿入した場合、皮膚６内の検体が、基板３１の溝３８に接触する。基板３１の溝３８に接触した検体は、毛細管現象によって、基板３１の溝３８の内部に導入される。基板３１の溝３８の内部に導入された検体は、外層膜３５の内部に浸透し、作用極３２Ａの表面に供給される。
毛細管現象によって基板３１の溝３８の内部に検体が導入され、毛細管現象によって基板３１の溝３８の内部を検体が進むように、基板３１の溝３８の幅方向の長さ及び溝３８の深さが決定されている。基板３１の溝３８の幅方向の長さは、例えば、０．０５ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、好ましくは、０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、より好ましくは、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である。また、基板３１の溝３８の深さは、例えば、５０μｍ以上２００μｍ以下であり、好ましくは、７５μｍ以上１５０μｍ以下である。
基板３１の溝３８の内面には、親水化処理を施しておくのが好ましい。親水化処理の方法としては、公知の種々の方法を採用することができる。例えば、ＶＵＶ（真空紫外線）処理、プラズマ照射処理、界面活性剤の塗布処理等で、親水化処理を行ってもよい。また、特表２０１０−５３２２６９号公報に記載された方法と同様の方法を用いて親水化処理を行ってもよい。基板３１の溝３８の内面を親水化処理することにより、基板３１の溝３８の内部に検体が湿潤することが促進され、また、基板３１の溝３８の内部を検体が進むことが促進される。基板３１の溝３８の内面の親水化処理は、例えば、検体に対する接触角が３０度未満となるように行うことが好ましい。ただし、基板３１の溝３８の内部を検体が進む程度に基板３１の溝３８の内面が親水化されていれば、検体に対する接触角が３０度以上になっていてもよい。
ＶＵＶ処理は、例えば、１７２ｎｍの波長の紫外線（エキシマレーザー等）を用いて、２．３ｍＷ／ｃｍ2の強度（光源と基板３１との距離を４ｍｍとする場合）により、数十秒以上３０分以下の照射時間で行うことが好ましい。ただし、ＶＵＶ処理は、１７２ｎｍの波長の紫外線に限らず、他の波長の紫外線を用いてもよい。
＜変形例２＞
実施例２の第２の変形例について説明する。図１５は、実施例２の変形例２に係る電気化学センサ３０の全体斜視図である。基板３１には、基板３１の幅方向に向かって突起部３９Ａ及び突起部３９Ｂが形成されている。また、基板３１には、突起部３９Ａと突起部３９Ｂとの間に溝４０が形成されている。基板３１の溝４０は、凹状に形成されている。凹状には、四角形状、半円形状、半楕円形状及び角錐形状等が含まれる。
実施例２の第２の変形例について説明する。図１５は、実施例２の変形例２に係る電気化学センサ３０の全体斜視図である。基板３１には、基板３１の幅方向に向かって突起部３９Ａ及び突起部３９Ｂが形成されている。また、基板３１には、突起部３９Ａと突起部３９Ｂとの間に溝４０が形成されている。基板３１の溝４０は、凹状に形成されている。凹状には、四角形状、半円形状、半楕円形状及び角錐形状等が含まれる。
例えば、フォトリソグラフィ技術により基板３１上にレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクとして基板３１をエッチングすることにより、基板３１に突起部３９Ａ、突起部３９Ｂ及び溝４０を形成することができる。また、レーザー加工によるエッチングにおいても、基板３１に突起部３９Ａ、突起部３９Ｂ及び溝４０を形成することができる。
基板３１の端部３１Ｃから基板３１の幅方向に向かって、基板３１に溝４０を形成してもよい。すなわち、突起部３９Ａ及び突起部３９Ｂと、基板３１の端部３１Ｃとが接するように、突起部３９Ａ及び突起部３９Ｂを基板３１に設け、突起部３９Ａと突起部３９Ｂとの間に溝４０を形成してもよい。
基板３１の端部３１Ｄから基板３１の幅方向に向かって、基板３１に溝４０を形成してもよい。すなわち、突起部３９Ａ及び突起部３９Ｂと、基板３１の端部３１Ｃとが接するように、突起部３９Ａ及び突起部３９Ｂを基板３１に設け、突起部３９Ａと突起部３９Ｂとの間に溝４０を形成してもよい。
基板３１の端部３１Ｃから基板３１の幅方向に向かって、基板３１の端部３１Ｄに至るまで、基板３１に溝４０を形成してもよい。すなわち、突起部３９Ａ及び突起部３９Ｂと、基板３１の端部３１Ｃとが接するとともに、突起部３９Ａ及び突起部３９Ｂと、基板３１の端部３１Ｄとが接するように、突起部３９Ａ及び突起部３９Ｂを基板３１に設け、突起部３９Ａと突起部３９Ｂとの間に溝４０を形成してもよい。
基板３１の溝４０の内部に、電極３２、リード線３３及び外層膜３５が設けられている。図１５では、それぞれ一つの作用極３２Ａ及び対極３２Ｂが、基板３１の溝４０の内部に設けられている例を示している。しかし、本実施形態は、これに限定されず、基板３１の溝４０の内部に複数の電極３２を設けるようにしてもよい。また、基板３１の溝４０の内部に複数の作用極３２Ａを設けるようにしてもよいし、基板３１の溝４０の内部に複数の対極３２Ｂを設けるようにしてもよい。
皮膚６に電気化学センサ３０を挿入した場合、皮膚６内の検体が、基板３１の溝４０に接触する。基板３１の溝４０に接触した検体は、毛細管現象によって、基板３１の溝４０の内部に導入される。基板３１の溝４０の内部に導入された検体は、外層膜３５の内部に浸透し、作用極３２Ａの表面に供給される。
毛細管現象によって基板３１の溝４０の内部に検体が導入され、毛細管現象によって基板３１の溝４０の内部を検体が進むように、基板３１の溝４０の幅方向の長さ及び溝４０の深さが決定されている。基板３１の溝４０の幅方向の長さは、例えば、０．０５ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、好ましくは、０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、より好ましくは、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である。また、基板３１の溝４０の深さは、例えば、５０μｍ以上２００μｍ以下であり、好ましくは、７５μｍ以上１５０μｍ以下である。
基板３１の溝４０の内面には、親水化処理を施しておくのが好ましい。親水化処理の方法としては、公知の種々の方法を採用することができる。例えば、ＶＵＶ（真空紫外線）処理、プラズマ照射処理、界面活性剤の塗布処理等で、親水化処理を行ってもよい。また、特表２０１０−５３２２６９号公報に記載された方法と同様の方法を用いて親水化処理を行ってもよい。基板３１の溝４０の内面を親水化処理することにより、基板３１の溝４０の内部に検体が湿潤することが促進され、また、基板３１の溝４０の内部を検体が進むことが促進される。基板３１の溝４０の内面の親水化処理は、例えば、検体に対する接触角が３０度未満となるように行うことが好ましい。ただし、基板３１の溝４０の内部を検体が進む程度に基板３１の溝４０の内面が親水化されていれば、検体に対する接触角が３０度以上になっていてもよい。
ＶＵＶ処理は、例えば、１７２ｎｍの波長の紫外線（エキシマレーザー等）を用いて、２．３ｍＷ／ｃｍ2の強度（光源と基板３１との距離を４ｍｍとする場合）により、数十秒以上３０分以下の照射時間で行うことが好ましい。ただし、ＶＵＶ処理は、１７２ｎｍの波長の紫外線に限らず、他の波長の紫外線を用いてもよい。
１ 成分連続測定装置
２ 筐体
３ 回路基板
４、３０ 電気化学センサ
５ 接着フィルム
６ 皮膚
１０ カバー
１１、２１、３１ 基板
１２、２４、３４ 端子
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ 端部
２２、３２ 電極
２２Ａ、３２Ａ 作用極
２２Ｂ、３２Ｂ 対極
２３、３３ リード線
２５、３５ 外層膜
２６、２７Ａ、２７Ｂ、２８、２９、３６、３８、４０ 溝
３７Ａ、３７Ｂ、３９Ａ、３９Ｂ 突起部
２ 筐体
３ 回路基板
４、３０ 電気化学センサ
５ 接着フィルム
６ 皮膚
１０ カバー
１１、２１、３１ 基板
１２、２４、３４ 端子
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ 端部
２２、３２ 電極
２２Ａ、３２Ａ 作用極
２２Ｂ、３２Ｂ 対極
２３、３３ リード線
２５、３５ 外層膜
２６、２７Ａ、２７Ｂ、２８、２９、３６、３８、４０ 溝
３７Ａ、３７Ｂ、３９Ａ、３９Ｂ 突起部
Claims (15)
- 基板と、
前記基板上に設けられた電極と、
前記電極の表面に形成された試薬酵素と、
前記電極及び前記試薬酵素を覆うように、前記基板上に設けられた外層膜と、
前記基板の少なくとも一部に、前記基板の端部から、前記電極が設けられている方向に向かって形成された溝と、
から構成され、
前記溝の一部の上方が前記外層膜で覆われている電気化学センサ。 - 前記基板には複数の前記溝が形成されている請求項１に記載の電気化学センサ。
- 前記複数の溝は、少なくとも２本が互いに接続されている、請求項２に記載の電気化学センサ。
- 前記電極の少なくとも一部が、前記溝の上方に位置するように前記基板上に設けられている、請求項１から３の何れか一項に記載の電気化学センサ。
- 前記電極は、前記溝に隣接して前記基板上に設けられている、請求項１から３の何れか一項に記載の電気化学センサ。
- 前記電極は、前記基板上に複数設けられている請求項１から５の何れか一項に記載の電気化学センサ。
- 前記溝は、凹状に形成されている請求項１から６の何れか一項に記載の電気化学センサ。
- 前記外層膜は、内部に検体が浸透する構造である請求項１から７の何れか一項に記載の電気化学センサ。
- 前記電気化学センサは、皮下に留置されて使用される請求項１から８の何れか一項に記
載の電気化学センサ。 - 基板と、
電極と、
前記基板の少なくとも一部に、前記基板の一方の端部から前記基板の他方の端部に至るまで形成された溝と、
外層膜と、
を備え、
前記溝の内部に前記電極及び前記外層膜が設けられている電気化学センサ。 - 前記外層膜は、前記電極を覆うようにして前記溝の内部に設けられている請求項１０に記載の電気化学センサ。
- 前記溝は、凹状に形成されている請求項１０又は１１に記載の電気化学センサ。
- 前記外層膜は、内部に検体が浸透する構造である請求項１０から１２の何れか一項に記載の電気化学センサ。
- 前記溝は、前記基板の長手方向に向かって形成されている、請求項１０から１３の何れか一項に記載の電気化学センサ。
- 前記電気化学センサは、皮下に留置されて使用される請求項１０から１４の何れか一項に記載の電気化学センサ。
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