JP6126325B1 - バイオセンサ - Google Patents

Abstract

バイオセンサは、主面を有するベース基板２と、ベース基板２の主面上に位置し、それぞれ作用極および対極を有する第１電極対４ａおよび第２電極対４ｂを含む電極層４と、電極層上に配置され、第１電極対の一部を露出する第１開口８ａおよび第１開口と独立しており、第２電極対の一部を露出する第２開口８ｂとを有するスペーサ基板８と、被検体と反応する第１試薬を含み、第１開口内に位置する第１試薬層６Ａと、被検体と反応する第２試薬を含み、第２開口内に位置する第２試薬層６Ｂと、少なくとも１つの導入開口を含む導入部１０ｃを有し、スペーサ基板上に配置されたトップカバー基板１０であって、導入部が、スペーサ基板の第１開口の一部および第２開口の一部と重なっているトップカバー基板１０とを備える。

Description

本願は、被検体に含まれる特定物質の濃度を計測するバイオセンサに関する。

医療・臨床検査分野、製薬分野をはじめとして種々の分野でバイオセンサが実用化されている。たとえば、血液中の種々の物質の濃度を測定するバイオセンサが実用化され、医療および臨床検査分野において広く利用されている。

特許文献１は、血液凝固測定などの電気化学的血液テストストリップとして使用可能なマイクロ流体センサを開示している。このマイクロ流体センサは、毛管作用によって被測定流体が流れる分岐を有する流路と、分岐した２つの流路の末端に位置する反応ゾーンに設けられた電極対とを有する。特許文献１によれば、血液凝固の測定では凝固時間が重要であり、精度よくかつ再現性よく測定を行うために反応ゾーンにおける流体の流れを妨げる因子を最小にすることが重要であると開示している。

特開２０１５−１０８６２２号公報

バイオセンサの構造は、検出すべき物質の特性や検出に用いる測定方法に応じて最適化されていることが好ましい。本開示は、２種以上の物質をより精度よく測定することが可能な電気化学的測定法を用いたバイオセンサを提供する。

本開示のバイオセンサは、主面を有するベース基板と、前記ベース基板の前記主面上に位置し、それぞれ作用極および対極を有する第１電極対および第２電極対を含む電極層と、前記電極層上に配置され、前記第１電極対の一部を露出する第１開口および前記第１開口と独立しており、前記第２電極対の一部を露出する第２開口とを有するスペーサ基板と、被検体と反応する第１試薬を含み、前記第１開口内に位置する第１試薬層と、前記被検体と反応する第２試薬を含み、前記第２開口内に位置する第２試薬層と、少なくとも１つの導入開口を含む導入部を有し、前記スペーサ基板上に配置されたトップカバー基板であって、前記導入部が、前記スペーサ基板の前記第１開口の一部および前記第２開口の一部と重なっているトップカバー基板とを備える。

本開示のバイオセンサによれば、トップカバー基板の導入開口が第１開口および第２開口と重なっているため、被検体を反応室に導く分岐付きの流路を設けることなく、電極が設けられた第１開口および第２開口内に被検体を導入することができる。このため、第１開口および／または第２開口の面積を大きくすることによって、測定に用いる被検体の量を増加させ、また、作用極と対極との境界の長さを増加させることが可能となり、バイオセンサの検出感度を高めることが可能となる。よって、電気化学的測定法により２種以上の物質を精度よく測定することが可能である。

（ａ）および（ｂ）は、バイオセンサの第１の実施形態を示す斜視図および分解斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は図１に示すバイオセンサの断面図および平面図であり、（ｃ）は、バイオセンサからトップカバー基板を取り除いた平面図であり、（ｄ）は、バイオセンサからトップカバー基板および第１および第２試薬層を取り除いた平面図であり、（ｅ）は、バイオセンサからスペーサ基板より上の構造を取り除いた平面図である。 測定装置の構成を示すブロック図である。 バイオセンサに被検体を滴下する様子を示す斜視図である。 第１の実施形態のバイオセンサを用いて濃度が既知であるＨｂＡ１ｃの測定を行った場合のＨｂＡ１ｃの濃度と電流値との関係を示すグラフである。 第１の実施形態のバイオセンサを用いて濃度が既知であるＨｂの測定を行った場合のＨｂの濃度と電流値との関係を示すグラフである。 （ａ）および（ｂ）は、バイオセンサの第２の実施形態を示す斜視図および分解斜視図である。 バイオセンサの第３の実施形態を示す分解斜視図である。 バイオセンサの第４の実施形態を示す分解斜視図である。

本願発明者は、電気化学的測定法により２種以上の物質を精度よく測定することができるバイオセンサの構造を詳細に検討した。たとえば、バイオセンサによって、ヘモグロビンＡ１ｃ（以下、ＨｂＡ１ｃと記載する。）値を電気化学的に測定する場合を考える。ＨｂＡ１ｃ値は、赤血球中のヘモグロビン（Ｈｂと記載する。）のうち、糖と結合しているヘモグロビン（ＨｂＡ１ｃ）の割合で示される検査値である。ＨｂＡ１ｃ値は、過去１〜２ヶ月の平均的な血糖値を反映するため、血中のグルコース値と比較すると、検査前の食事による影響を受けにくく、糖尿病を管理するより正確な指標として用いることが可能である。ＨｂＡ１ｃ値を求めるためには、ＨｂＡ１ｃの濃度（量）とＨｂの濃度（量）とを求める必要がある。ここで、Ｈｂは、ＨｂＡ１ｃおよびその他の誘導体を含む総Ｈｂを意味する。しかし、ＨｂＡ１ｃの濃度は一般的に低いため、特に電気化学的にＨｂＡ１ｃの濃度を測定することは難しい。このため、主としてＨｂＡ１ｃ値は光学的分光方法を用いて測定されていた。

電気化学的測定法を用いるバイオセンサにおいて、測定すべき物質の濃度が低い場合、できるだけ多くの量の被検体を用い、かつ、電極における検出領域を大きくし、検出精度を高めることが考えられる。従来の２種以上物質を検出するバイオセンサでは、分岐を有するマイクロ流路を用いて被検体を２以上に分割し、それぞれの反応室で電気化学反応を利用して被検体中の物質を検出していた。しかし、このような構造のバイオセンサでは、分岐を有するマイクロ流路を形成するため、電極を大きく形成できない場合がある。本願発明者はこのような課題に鑑み、新規な構造を備えたバイオセンサを想到した。本開示のバイオセンサの概要は以下のとおりである。

［項目１］
主面を有するベース基板と、
前記ベース基板の前記主面上に位置し、それぞれ作用極および対極を有する第１電極対および第２電極対を含む電極層と、
前記電極層上に配置され、前記第１電極対の一部を露出する第１開口および前記第１開口と独立しており、前記第２電極対の一部を露出する第２開口を有するスペーサ基板と、
被検体と反応する第１試薬を含み、前記第１開口内に位置する第１試薬層と、
前記被検体と反応する第２試薬を含み、前記第２開口内に位置する第２試薬層と、
少なくとも１つの導入開口を含む導入部を有し、前記スペーサ基板上に配置されたトップカバー基板であって、前記導入部が、前記スペーサ基板の前記第１開口の一部および前記第２開口の一部と重なっているトップカバー基板と、
を備えたバイオセンサ。

この構成によれば、トップカバー基板の導入開口が第１開口および第２開口と重なっているため、被検体を反応室に導く分岐付きの流路を設けることなく、電極が設けられた第１開口および第２開口内に被検体を導入することができる。このため、第１開口および／または第２開口の面積を大きくすることによって、測定に用いる被検体の量を増加させ、また、作用極と対極との境界の長さを増加させることが可能となり、バイオセンサの検出感度を高めることが可能となる。また、導入部から被検体を導入することにより、スペーサ基板に設けられた第１開口および第２開口に並行して同時に被検体を導入することができるため、第１開口および第２開口を被検体で満たし、測定を開示するまでの時間を短縮することが可能となる。また、第１開口および第２開口が独立しているため、それぞれの大きさを任意に設定でき、使用する被検体の量を独立して調整できる。このため、被検体中の検出すべき物質の濃度、検出感度に応じて、使用する被検体の量を変化させることができ、適切な感度で測定を行うことができる。

また、トップカバー基板に導入部を設けるため、被検体の滴下量を多くして、短時間で第１開口および第２開口を被検体で満たすことが可能であり、測定時間を短縮することができる。また、検出のための第１電極対および第２電極対の面積を大きくしても、短時間で、かつ、十分な量の被検体を電極対に接触させることができる。このため、検出感度を高めることができる。

［項目２］
前記スペーサ基板において、前記第１開口の面積は前記第２開口よりも大きい項目１に記載のバイオセンサ。

この構成によれば、第１開口が大きいため、より多くの被検体を用いて測定を行うことができ、第１物質を用いて検出すべき物質の検出精度を高めることができる。

［項目３］
前記電極層において、前記第１開口内で露出している第１電極対の前記作用極と隣接する前記対極との境界の長さは、前記第２開口内で露出している第２電極対の前記作用極と隣接する前記対極との境界の長さよりも大きい、項目１または２に記載のバイオセンサ。

この構成によれば、第１電極対における作用極と対極との境界の長さを大きくできるため、検出感度を高めることができる。

［項目４］
前記スペーサ基板の前記第１開口および前記第２開口とそれぞれ連通している第１排出口および第２排出口を有する項目１に記載のバイオセンサ。

この構成によれば、第１排出口および第２排出口を備えているため、毛細管力によって被検体を第１開口および第２開口内に確実に導入することができる。

［項目５］
前記第１排出口および第２排出口は、前記スペーサ基板に位置しており、前記スペーサ基板の側面に開口を有し、それぞれ前記第１開口および前記第２開口に接続されている、項目４に記載のバイオセンサ。

この構成によれば、トップカバー基板の主面には、導入開口しか位置していないため、第１排出口および第２排出口から何らかの異物が混入したり、操作者が第１排出口および第２排出口を導入開口と間違えて被検体を導入する可能性を低減することができる。

［項目６］
前記第１排出口および第２排出口は、前記トップカバー基板に位置しており、前記スペーサ基板の前記第１開口の他の一部および前記第２開口の他の一部と重なっている項目４に記載のバイオセンサ。

［項目７］
前記トップカバー基板において、前記導入部の前記導入開口は１つであり、前記導入開口が、前記スペーサ基板の前記第１開口の一部および前記第２開口の一部と重なっている、項目１から６のいずれかに記載のバイオセンサ。

この構成によれば、１つの導入開口から第１開口および第２開口へ同時に被検体を導入することができるので、測定時の操作が簡略になる。

［項目８］
前記トップカバー基板において、前記導入部の前記導入開口は２つであり、一方の導入開口は、前記スペーサ基板の前記第１開口の一部と重なっており、他方の導入開口は、前記第２開口の一部と重なっている、項目１から６のいずれかに記載のバイオセンサ。

この構成によれば、前記スペーサ基板の前記第１開口および前記第２開口にそれぞれ導入開口が設けられるため、第１開口および第２開口の毛細管力をより独立して調整しやすくなる。よって、検出感度が異なるために、第１開口および第２開口に導入すべき被検体の量が大きく異なる場合でも、導入に要する時間を揃えたり、第１開口および第２開口の全体に被検体を確実に導入することが可能となり、測定時間の短縮や、再現性の高い測定を行うことが可能となる。

［項目９］
前記ベース基板、前記スペーサ基板および前記トップカバー基板は、第１方向の長さが前記第１方向に直交する第２方向の長さよりも大きいストリップ形状を有し、
前記第１開口および前記第２開口は、前記スペーサ基板において、前記第１方向に隣接して配列されており、
前記トップカバー基板において、前記導入部の前記導入開口は１つであり、前記導入開口は、前記第１開口および前記第２開口の互いに隣接する部分と重なっている、項目１に記載のバイオセンサ。

［項目１０］
前記トップカバー基板は、第１排出口および第２排出口をさらに有し、
前記第１排出口および前記導入部の前記導入開口は、前記スペーサ基板の前記第１開口の前記第１方向における両端とそれぞれ重なっており、
前記第２排出口および前記導入部の前記導入開口は、前記スペーサ基板の前記第２開口の前記第１方向における両端とそれぞれ重なっている、項目９に記載のバイオセンサ。

［項目１１］
前記被検体は、赤血球から分離されたヘモグロビンを含み、
前記ヘモグロビンはヘモグロビンＡ１ｃを含み、
前記第１試薬は、前記ヘモグロビンＡ１ｃまたは前記ヘモグロビンＡ１ｃに由来する物質と特異的に反応し、
前記第２試薬は前記ヘモグロビンと反応する、項目１から１０のいずれかに記載のバイオセンサ。

以下、図面を参照しながら、本開示のバイオセンサの実施形態を詳細に説明する。本開示のバイオセンサは、被検体に含まれる２以上の異なる物質を、電気化学的に検出および／または定量することができる。本開示の実施形態では、被検体中に含まれる第１物質および第２物質を検出するバイオセンサの一形態を説明する。本開示のバイオセンサは特に被検体に含まれる２以上の物質の検出感度が異なる場合において、検出感度が相対的に低い物質でも、感度を高めて検出することが可能である。以下に示す実施形態では、第１物質および第２物質として血液に前処理を施した被検体中のＨｂＡ１ｃおよびＨｂの濃度を電気化学的に測定するバイオセンサを例に挙げて説明する。しかし、本開示のバイオセンサは、他の物質の検出にも好適に用いることが可能である。以下に示す実施形態は例示であって、本発明は実施形態により制限されない。また、以下の実施形態の説明において、分かり易さのため、あるいは不要な重複を避けるため、図面に参照符号を付し、同様の説明を省略する場合、あるいは、説明で参照しない構成要素に参照符号を付さない場合がある。

（第１の実施形態）
＜バイオセンサの構造＞
本開示のバイオセンサの第１の実施形態を説明する。図１（ａ）および（ｂ）は、本実施形態のバイオセンサ１０１の斜視図および分解斜視図である。バイオセンサ１０１は、ベース基板２と、電極層４と、第１および第２試薬層６Ａ、６Ｂと、スペーサ基板８と、トップカバー基板１０とを備えている。図１（ｂ）に示すように、ベース基板２、スペーサ基板８およびトップカバー基板１０は、たとえば、ｘ方向に沿って長手方向を有し、幅方向であるｙ方向の長さよりもｘ方向の長さが大きいストリップ形状を有している。

図２（ａ）および（ｂ）は、バイオセンサ１０１の断面図および平面図である。図２（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）は、それぞれ、トップカバー基板１０を取り除いた平面図、トップカバー基板１０ならびに第１および第２試薬層６Ａ、６Ｂを取り除いた平面図、スペーサ基板８より上の構造を取り除いた平面図である。これらの図を参照しながら、バイオセンサ１０１の構造を詳細に説明する。

ベース基板２は、バイオセンサ１０１の全体の構造を支持する。ベース基板２は主面２ｍおよび主面２ｒを有し、上述したようにストリップ形状を備える。基板における主面とは、基板として構造物を支持する主要な広い面を意味する。

電極層４はベース基板２の主面２ｍに位置している。電極層４は、少なくとも第１電極対４ａおよび第２電極対４ｂを含んでいる。第１電極対４ａおよび第２電極対４ｂは、被検体中の互いに異なる物質である第１物質および第２物質を検出するために用いられる。本実施形態では、第１物質はＨｂＡ１ｃであり、第２物質はＨｂである。

図２（ｅ）に示すように、第１電極対４ａは作用極４ａｗおよび対極４ａｃを含む。本実施形態では、第１電極対４ａは、２つの作用極４ａｗおよび３つの対極４ａｃを含む。２つの作用極４ａｗは配線部４ｄｄによって端子４ｅｄに接続されている。３つの対極４ａｃは配線部４ｄａによって端子４ｅａに接続されている。ベース基板２の長手方向であるｘ方向において、作用極４ａｗおよび対極４ａｃは交互に配列されている。

同様に、第２電極対４ｂは、作用極４ｂｗおよび対極４ｂｃを含む。本実施形態では、第２電極対４ｂは、１つの作用極４ｂｗおよび２つの対極４ｂｃを含む。作用極４ｂｗは配線部４ｄｃによって端子４ｅｃに接続されている。２つの対極４ｂｃは配線部４ｄｂによって端子４ｅｂに接続されている。ベース基板２の長手方向において、作用極４ｂｗおよび対極４ｂｃは交互に配列されている。各作用極４ａｗを挟む一対の対極４ａｃには、円状の切込みｃａが設けられている。同様に、作用極４ｂｗを挟む一対の対極４ｂｃにも円状の切込みｃｂが設けられている。

本実施形態では、電極層４における上述した電極の構造は、ベース基板２の主面２ｍのほぼ全面を連続的に覆う金属膜をパターニングすることによって構成されている。

スペーサ基板８は、電極層４上に配置されており、第１開口８ａおよび第２開口８ｂを含む。スペーサ基板８の長手方向の長さは、ベース基板２の長さよりも小さい。このため、電極層４の端子４ｅａ〜４ｅｄはスペーサ基板８に覆われておらず、露出している。

第１開口８ａおよび第２開口８ｂは、スペーサ基板８の２つの主面８ｍ、８ｒに達する貫通孔である。また、第１開口８ａおよび第２開口８ｂは、独立した空間であり、連通していない。スペーサ基板８が、ベース基板２およびトップカバー基板１０に挟まれることによって、第１開口８ａおよび第２開口８ｂは、被検体を保持し、被検体が第１および第２試薬層６Ａ、６Ｂと反応することにより生じる被検体の電気的変化を検出する反応室となる。

第１開口８ａおよび第２開口８ｂはそれぞれ、スペーサ基板８の長手方向に沿って長手を有する矩形形状を有しており、かつ、スペーサ基板８の長手方向に沿って配列されている。このため、スペーサ基板８の中央近傍において、第１開口８ａの一端８ａｃが第２開口８ｂの一端８ｂｃと近接している。第１開口８ａの他端８ａｅおよび第２開口８ｂの他端８ｂｅはそれぞれ、スペーサ基板８の長手方向の両端近傍に近接している。

本実施形態では、第１開口８ａに保持した被検体中の第１物質を高い感度で検出する。つまり、第１物質を検出するための反応室の容積は、第２物質を検出するための反応室の容積よりも大きい。このため、第１開口８ａの面積は第２開口８ｂの面積よりも大きい方が好ましい。本実施形態では、図２（ｄ）に示すように、ｘ方向（長手方向）における第１開口８ａおよび第２開口８ｂの長さをＬａ、Ｌｂとし、ｙ方向（長手方向に垂直な方向）の幅をＷａ、Ｗｂとした場合、Ｌａ＞Ｌｂであり、かつ、Ｗａ＞Ｗｂである。これにより、第１開口８ａに保持し得る被検体の量を、第２開口８ｂに保持し得る被検体の量よりも多くすることができる。

第１開口８ａおよび第２開口８ｂの大きさは、被検体中の第１物質および第２物質の濃度、用いる検出方法における検出感度等を考慮した必要な被検体量に応じて決定し得る。また、毛細管力（毛細管現象）を利用して、被検体を第１開口８ａおよび第２開口８ｂに導入する場合には、スペーサ基板８は、毛細管力が被検体に働き得る厚さ（ｚ方向）を有している。

スペーサ基板８は電極層４上に配置されるため、第１開口８ａおよび第２開口８ｂ内において、それぞれ第１電極対４ａの一部および第２電極対４ｂの一部が露出している。第１開口８ａおよび第２開口８ｂ内に保持される被検体の電気的あるいは電気化学的変化は第１電極対４ａおよび第２電極対４ｂによって検出することができる。第１開口８ａ内において、第１電極対４ａの作用極４ａｗと対極４ａｃとの境界の長さの総和は４×Ｗａであり、第２開口８ｂ内において、第２電極対４ｂの作用極４ｂｗと対極４ｂｃとの境界の長さの総和は、２×Ｗｂである。つまり、作用極と対極との境界の長さの総和は、第１電極対４ａの方が第２電極対４ｂよりも長く、第１電極対４ａの検出感度が高められている。

第１試薬層６Ａおよび第２試薬層６Ｂはそれぞれ、第１試薬および第２試薬を含んでいる。第１試薬および第２試薬は、被検体の第１物質および第２物質、あるいは、前処理によって生成した第１物質および第２物質に由来する物質とそれぞれ反応し、被検体に電気的に検出可能な変化を生じさせる。本実施形態では、第１試薬は、Ｈｂ１Ａｃを前処理することによって生成したフルクトシルバリルヒスチジンと特異的に反応する検出酵素であるフルクトシルペプチオキシダーゼであり、第１試薬層に固定化されている。また、第２試薬は、Ｈｂ１Ａｃを含むすべてのＨｂと反応するメディエータであるフェリシアン化カリウムであり、第２試薬層に固定化されている。

第１試薬層６Ａおよび第２試薬層６Ｂはそれぞれ、スペーサ基板８の第１開口８ａおよび第２開口８ｂ内に配置されている。より具体的には、第１試薬層６Ａは２つの第１電極対４ａの作用極４ａｗと対極４ａｃとの境界近傍上に位置しており、第２試薬層６Ｂは第２電極対４ｂの作用極４ｂｗと対極４ｂｃとの境界近傍上に位置している。本実施形態では、第１試薬層６Ａおよび第２試薬層６Ｂの材料を電極層４の上から滴下した場合に、対極に設けられた円状の切込みｃａ、ｃｂによって、材料が広がる領域が規定される。このため、作用極と対極との間近傍に位置する第１試薬層６Ａおよび第２試薬層６Ｂの量が一定となり、バイオセンサ間での第１物質および第２物質の検出時の電流のばらつきを抑制することができる。

トップカバー基板１０は、スペーサ基板８上に位置している。トップカバー基板１０は、少なくとも１つの導入開口を含む導入部を有する。本実施形態では、１つの導入開口１０ｃを有している。図２（ａ）および（ｂ）によく示されるように、導入開口１０ｃは、第１開口８ａの一部および第２開口８ｂの一部と重なっている。より具体的には、第１開口８ａの長手方向の一端８ａｃおよび第２開口８ｂの長手方向の一端８ｂｃが導入開口１０ｃ内に位置している。このため、導入開口１０ｃは、第１開口８ａおよび第２開口８ｂと連通しており、導入開口１０ｃに被検体を滴下すると、被検体は、第１開口８ａおよび第２開口８ｂへ流れていく。

本実施形態では、トップカバー基板１０は、第１排出口１０ｅａおよび第２排出口１０ｅｂをさらに有する。第１排出口１０ｅａおよび第２排出口１０ｅｂは、第１開口８ａの一部および第２開口８ｂの一部と重なっており、第１開口８ａの他端８ａｅおよび第２開口８ｂの他端８ｂｅが第１排出口１０ｅａ内および第２排出口１０ｅｂ内に位置している。第１排出口１０ｅａおよび第２排出口１０ｅｂを設けることにより、第１開口８ａおよび第２開口８ｂにそれぞれ毛細管力が働くように構成されている場合に、被検体がこれらの空間内へ引き込まれるにつれて、内部に存在していた気体が、第１排出口１０ｅａおよび第２排出口１０ｅｂから排出される。よって、第１開口８ａおよび第２開口８ｂへの毛細管力による被検体の導入が可能となる。第１開口８ａおよび第２開口８ｂに毛細管力が実質的に働かないように構成されている場合には、第１排出口１０ｅａおよび第２排出口１０ｅｂは設けなくてもよい。この場合、導入開口１０ｃから導入される被検体は、重力に従って、第１開口８ａおよび第２開口８ｂ内へ流れる。

上述した要素が積層されることによって、図１（ａ）および図２（ａ）に示すように、導入開口１０ｃ、第１開口８ａ、第１排出口１０ｅａを含み、第１物質を検出する第１セル１１ａと、導入開口１０ｃ、第２開口８ｂ、第２排出口１０ｅｂを含み、第２物質を検出する第２セル１１ｂとが構成される。

ベース基板２、スペーサ基板８およびトップカバー基板１０は、絶縁性材料によって構成されている。たとえば、種々の樹脂材料、たとえばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂等を用いることができる。この他、ガラス等の無機材料によって構成されていてもよい。電極層４は、導電性材料により構成されている。たとえば、パラジウム等の金属膜にレーザービームなどによるパターニングを行うことによって形成されている。ベース基板２、電極層４、スペーサ基板８およびトップカバー基板１０はたとえば接着剤によって接合されている。

＜測定装置の構成＞
図３にバイオセンサ１０１を装填して被検体の第１物質および第２物質の測定を行う測定装置２０１の一構成例を示す。測定装置２０１は、センサ装着部１６と、第１測定部１７と、第２測定部１８と、制御部１９とを備える。センサ装着部１６は、バイオセンサ１０１の端子４ｅａ〜４ｅｄと接触し、第１測定部１７および第２測定部１８と電気的に接続されたコネクタ１６ａ〜１６ｄを有する。第１測定部１７および第２測定部１８は、コネクタ１６ａ〜１６ｄおよび端子４ｅａ〜４ｅｄを介して、第１電極対４ａおよび第２電極対４ｂにそれぞれ所定の電圧を印加し、電流値を測定する。測定した電流値は制御部１９へ出力される。

制御部１９は、第１測定部１７および第２測定部１８から受け取る電流値（または電圧値）から、第１物質および第２物質の濃度を決定する。たとえば、制御部１９は、電流値と濃度値とが関係づけられたテーブル、あるいは、電流値と濃度値との関数を記憶しており、テーブルあるいは関数に基づき第１物質および第２物質の濃度を算出する。本実施形態では、第１物質は、ＨｂＡ１ｃであり、第２物質はＨｂであり、電流値または濃度値からＨｂＡ１ｃのＨｂに対する割合を算出し、ＨｂＡ１ｃ値を決定する。測定装置２０１は、さらに操作部２０、タイマー２１、記憶部２２、温度センサ２３および表示部２４を備えており、温度センサ２３からの情報を参照して、ＨｂＡ１ｃ値を補正してもよい。補正されたＨｂＡ１ｃ値は、タイマー２１からの時刻に関する情報とともに、記憶部２２に格納されるとともに、表示部２４に表示される。制御部１９は、操作者が操作部２０から入力する指令に基づき、測定、表示、測定結果の記憶などの処理を行う。

測定装置２０１の制御部１９は、マイコンなどの演算装置と記憶部とを含む。記憶部には、測定の手順を規定したプログラムが記憶されており、演算装置がプログラムを実行することによって、第１物質および第２物質の濃度が測定される。第１測定部１７および第２測定部１８は、所定の電圧を発生する電源回路と、電流値を測定する電流計とを含む。測定した電流値は、たとえば、デジタル信号に変換され、制御部１９で上述した処理が行われる。表示部２４は、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置等であってもよい。

＜バイオセンサ１０１および測定装置２０１によるＨｂＡ１ｃの測定＞
以下、バイオセンサ１０１および測定装置２０１を用いたＨｂＡ１ｃの具体的な測定手順を説明する。

（１）被検体の前処理
まず被検者から採取した血液検体の前処理を行う。具体的には採取した血液検体に、界面活性剤等の溶血剤を添加し、血液検体の赤血球中のＨｂを溶出させる。

次に、溶出したＨｂを含む血液検体に分解酵素であるプロテアーゼを加え、Ｈｂを分解する。分解によって、Ｈｂ中のＨｂＡ１ｃは、フルクトシルバリルヒスチジンを生成する。以下、前処理された血液検体を単に被検体と呼ぶ。

（２）バイオセンサ１０１での電気化学反応
バイオセンサ１０１を測定装置２０１に装着する。被検体をスポイト３０で吸い取り、図４に示すように、バイオセンサ１０１の導入開口１０ｃ付近に滴下する。導入開口１０ｃ付近に点着された被検体は、毛細管力によって、導入開口１０ｃから引き込まれ、第１開口８ａおよび第２開口８ｂに同時に、つまり、並行して導入される。

第１開口８ａに導入された被検体中のフルクトシルバリルヒスチジンは、第１試薬層６Ａ中の第１試薬であるフルクトシルペプチオキシダーゼと反応し、過酸化水素を生成する。生成した過酸化水素の量に応じて、被検体の導電性が変化する。このため、第１電極対４ａの作用極４ａｗと対極４ａｃとの間を流れる電流値も生成した過酸化水素の量に応じて変化する。フルクトシルバリルヒスチジンはＨｂＡ１ｃに由来するため、被検体中のＨｂＡ１ｃ量に応じて電流値が変化する。

第２開口８ｂに導入された被検体中のＨｂと第２試薬層６Ｂ中の第２試薬であるフェリシアン化カリウムとは酸化還元反応する。この電荷の移動を第２電極対４ｂの作用極４ｂｗと対極４ｂｃとの間を流れる電流として検出することにより、Ｈｂ量に応じた電流値を検出することができる。

（３）測定装置２０１による測定
たとえば、測定装置２０１によって第１電極対４ａの作用極４ａｗと対極４ａｃとの間に０．１Ｖ〜０．４Ｖの電圧を５秒から１０秒間印加し、作用極４ａｗと対極４ａｃとの間に流れる電流量を測定する。また、同様に、第２電極対４ｂの作用極４ｂｗと対極４ｂｃとの間に０．１Ｖ〜０．４Ｖの電圧を５秒から１０秒間印加し、作用極４ｂｗと対極４ｂｃとの間に流れる電流量を測定する。

第１測定部１７および第２測定部１８が測定した電流値は、ＨｂＡ１ｃの量およびＨｂの量に相当する。測定装置２０１は、これらの電流値を用いてＨｂＡ１ｃ値を求める。

＜測定結果例＞
図５および図６に、ＨｂＡ１ｃおよびＨｂの濃度が既知である被検体を用いて測定を行った結果を示す。予めＨｂＡ１ｃの濃度がわかっている５種類の被検体を用いて、第１測定部１７で電流値を測定した。被検体のＨｂＡ１ｃの濃度を横軸にとり、測定した電流値を縦軸に取ったグラフを図５に示す。同様に、予めＨｂの濃度がわかっている５種類の被検体を用いて、第２測定部１８で電流値を測定した。被検体のＨｂの濃度を横軸にとり、測定した電流値を縦軸に取ったグラフを図６に示す。

図５および図６から分かるように、ＨｂＡ１ｃ濃度と電流値およびＨｂ濃度と電流値はそれぞれ線形関係を示している。このことから、本開示のバイオセンサ１０１を用いて、電気化学的に、ＨｂＡ１ｃ濃度およびＨｂ濃度を測定し、ＨｂＡ１ｃ値を精度よく求められることが分かる。

＜効果等＞
このように本開示のバイオセンサによれば、トップカバー基板の導入開口が第１開口および第２開口と重なっているため、被検体を反応室に導く分岐付きの流路を設けることなく、電極が設けられた第１開口および第２開口内に被検体を導入することができる。つまり、バイオセンサは分岐付きの流路を有していない。このため、第１開口および/または第２開口の面積を大きくすることによって、測定に用いる被検体の量を増加させ、また、作用極と対極との境界の長さを増加させることが可能となり、バイオセンサの検出感度を高めることが可能となる。また、導入部から被検体を導入することにより、スペーサ基板に設けられた第１開口および第２開口に並行して同時に被検体を導入することができるため、第１開口および第２開口を被検体で満たし、測定を開始するまでの時間を短縮することが可能となる。

また、第１開口および第２開口内において、被検体と第１物質および第２物質とをそれぞれ反応させることにより、第１電極対および第２電極対を用いて、被検体中の２種類の物質を検出あるいは定量することができる。第１開口および第２開口が独立しているため、第１物質および第２物質の内の一方の測定が他方の測定に影響を与えることがなく、独立して高い精度で２種類の物質を検出できる。

第１開口および第２開口は独立しているため、それぞれの大きさを任意に設定でき、使用する被検体の量を独立して調整できる。このため、被検体中の検出すべき物質の濃度、検出感度に応じて、使用する被検体の量を変化させることができ、適切な感度で測定を行うことができる。たとえば、第１開口の面積を第２開口の面積よりも大きくすることにより、第１物質を用いて検出すべき物質の検出精度を高めることができる。また、第１開口の面積を大きくすることによって、第１電極対における作用極と対極との境界の長さを大きくでき、検出感度をさらに高めることができる。第１開口および第２開口は独立しているため、毛細管力を利用して被検体を第１開口および第２開口へ導入する場合において、それぞれに働く毛細管力を独立して調整し得る。

また、トップカバー基板に導入部を設けるため、被検体の滴下量を多くして、短時間で第１開口および第２開口を被検体で満たすことが可能であり、測定時間を短縮することができる。また、検出のための第１電極対および第２電極対の面積を大きくしても、短時間で、かつ、十分な量の被検体を電極対に接触させることができる。このため、検出感度を高めることができる。

また、第１開口および第２開口に第１排出口および第２排出口をそれぞれ設けることによって、被検体を、毛細管力を用いて第１開口および第２開口に導入することができる。このため、安定して、かつ、確実に、第１開口および第２開口を被検体で満たすことができる。

（第２の実施形態）
本開示のバイオセンサの第２の実施形態を説明する。図７（ａ）および（ｂ）は、本実施形態のバイオセンサ１０１の斜視図および分解斜視図である。バイオセンサ１０２は、トップカバー基板１０が第１導入開口１０ｃａおよび第２導入開口１０ｃｂを含む導入部を備えている点で第１の実施形態のバイオセンサ１０１と異なる。第１開口８ａの一端８ａｃは、第１導入開口１０ｃａ内に位置しており、第２開口８ｂの一端８ｂｃは第２導入開口１０ｃｂ内に位置している。第１導入開口１０ｃａおよび第２導入開口１０ｃｂは互いに独立しており、連通していない。このため、それぞれの面積（大きさ）を独立して調整することが可能である。このため、第１開口８ａおよび第２開口８ｂに働く毛細管力の大きさを、これらとそれぞれ重なる第１導入開口１０ｃａおよび第２導入開口１０ｃｂの面積を変化させることにより、独立して調整することができる。よって、第１開口８ａおよび第２開口８ｂの面積あるいは形状が異なっていても、それぞれに適切な毛細管力が働くように調節することが可能であり、より確実に被検体をバイオセンサ１０２内に導入することが可能である。

第１導入開口１０ｃａおよび第２導入開口１０ｃｂは近接している。このため、たとえば、第１導入開口１０ｃａと第２導入開口１０ｃｂとの間に被検体を滴下すれば、第１導入開口１０ｃａおよび第２導入開口１０ｃｂの両方に被検体を導入することができ、実質的に同時に第１開口８ａおよび第２開口８ｂへ被検体を導入することが可能である。

（第３の実施形態）
本開示のバイオセンサの第３の実施形態を説明する。図８は、本実施形態のバイオセンサ１０３の分解斜視図である。バイオセンサ１０３は、スペーサ基板８に第１排出口８ａｄおよび第２排出口８ｂｄが設けられている点で第１の実施形態のバイオセンサ１０１と異なる。第１排出口８ａｄは、第１開口８ａの他端８ａｅに設けられており、スペーサ基板８の長手方向の側面に開口を有している。また、第２排出口８ｂｄは、第２開口８ｂの他端８ｂｅに設けられており、スペーサ基板８の長手方向の他の側面に開口を有している。

この構成によれば、トップカバー基板１０の主面には、導入開口１０ｃしか位置していないため、第１排出口１０ｅａおよび第２排出口１０ｅｂから何らかの異物が混入したり、操作者が第１排出口１０ｅａおよび第２排出口１０ｅｂを導入開口と間違えて被検体を導入する可能性を低減することができる。

（第４の実施形態）
本開示のバイオセンサの第４の実施形態を説明する。図９は、本実施形態のバイオセンサ１０４の分解斜視図である。バイオセンサ１０４は、スペーサ基板８に第１開口８ａ、第２開口８ｂおよび第３開口８ｃが設けられている点、電極層４が、第３電極対４ｃをさらに含んでいる点および第３試薬層６Ｃを備えている点で第１の実施形態のバイオセンサ１０１と異なる。第１開口８ａおよび第３開口８ｃは長手方向に垂直な方向に配列されている。また、第１開口８ａの一端８ａｃおよび第３開口８ｃの一端８ｃｃは第２開口８ｂの一端８ｂｃに近接している。導入開口１０ｃは、第１開口８ａの一端８ａｃ、第３開口８ｃの一端８ｃｃおよび第２開口８ｂの一端８ｂｃと重なっている。第１排出口１０ｅａは、第１開口８ａの他端８ａｅおよび第３開口８ｃの一端８ｃｅと重なっている。第３電極対４ｃの一部は、第３開口８ｃ内において露出している。第３試薬層６Ｃは、第３開口８ｃ内に位置している。

バイオセンサ１０４によれば、トップカバー基板１０の導入部から被検体を導入することにより、スペーサ基板８に設けられた第１開口８ａ、第２開口８ｂおよび第３開口８ｃに並行して被検体を導入することが可能できる。第３試薬層６Ｃに被検体中の第３物質または第３物質に由来する物質と反応する物質を用いることによって、被検体中の３つの物質を検出することが可能である。

（その他の形態）
上記第１の実施形態から第４の実施形態は適宜組み合わせて実施することが可能である。また、スペーサ基板８に独立して設ける開口の数は２または３に限られず、４以上であってもよい。また、被検体は血液あるいは血液を前処理した液体に限られないし、第１物質および第２物質は、Ｈｂ１ＡｃおよびＨｂに限られず、種々の物質を検出するバイオセンサを実現することができる。

本開示のバイオセンサは、医療・臨床検査分野、製薬分野あるいは種々産業分野で用いられるバイオセンサに好適に用いることが可能である。

２ ベース基板
２ｍ、２ｒ、８ｍ、８ｒ 主面
４ 電極層
４ａ 第１電極対
４ａｃ、４ｂｃ 対極
４ａｗ、４ｂｗ 作用極
４ｂ 第２電極対
４ｃ 第３電極対
４ｄａ〜４ｄｄ 配線部
４ｅａ〜４ｅｄ 端子
６Ａ 第１試薬層
６Ｂ 第２試薬層
６Ｃ 第３試薬層
８ スペーサ基板
８ａ 第１開口
８ａｃ、８ｂｃ、８ｃｃ 一端
８ａｄ 第１排出口
８ａｅ、８ｂｅ、８ｃｅ 他端
８ｂ 第２開口
８ｂｄ 第２排出口
８ｃ 第３開口
１０ トップカバー基板
１０ｃ 導入開口
１０ｃａ 第１導入開口
１０ｃｂ 第２導入開口
１０ｅａ 第１排出口
１０ｅｂ 第２排出口
１６ センサ装着部
１６ａ〜１６ｄ コネクタ
１７ 第１測定部
１８ 第２測定部
１９ 制御部
２０ 操作部
２１ タイマー
２２ 記憶部
２３ 温度センサ
２４ 表示部
３０ スポイト
１０１〜１０４ バイオセンサ
２０１ 測定装置
ｃａ、ｃｂ 切込み

Claims (10)

1. 主面を有するベース基板と、
   前記ベース基板の前記主面上に位置し、それぞれ作用極および対極を有する第１電極対および第２電極対を含む電極層と、
   前記電極層上に配置され、前記第１電極対の一部を露出する第１開口および前記第１開口と独立しており、前記第２電極対の一部を露出する第２開口を有するスペーサ基板と、
   被検体と反応する第１試薬を含み、前記第１開口内に位置する第１試薬層と、
   前記被検体と反応する第２試薬を含み、前記第２開口内に位置する第２試薬層と、
   少なくとも１つの導入開口を含む導入部を有し、前記スペーサ基板上に配置されたトップカバー基板であって、前記導入部が、前記スペーサ基板の前記第１開口の一部および前記第２開口の一部と重なっているトップカバー基板と、
   を備え、
   前記スペーサ基板において、前記第１開口の面積は前記第２開口よりも大きいバイオセンサ。
2. 前記電極層において、前記第１開口内で露出している第１電極対の前記作用極と隣接する前記対極との境界の長さは、前記第２開口内で露出している第２電極対の前記作用極と隣接する前記対極との境界の長さよりも大きい、請求項１に記載のバイオセンサ。
3. 前記スペーサ基板の前記第１開口および前記第２開口とそれぞれ連通している第１排出口および第２排出口を有する請求項１または２に記載のバイオセンサ。
4. 前記第１排出口および第２排出口は、前記スペーサ基板に位置しており、前記スペーサ基板の側面に開口を有し、それぞれ前記第１開口および前記第２開口に接続されている、請求項３に記載のバイオセンサ。
5. 前記第１排出口および第２排出口は、前記トップカバー基板に位置しており、前記スペーサ基板の前記第１開口の他の一部および前記第２開口の他の一部と重なっている請求項３に記載のバイオセンサ。
6. 前記トップカバー基板において、前記導入部の前記導入開口は１つであり、前記導入開口が、前記スペーサ基板の前記第１開口の一部および前記第２開口の一部と重なっている、請求項１から５のいずれかに記載のバイオセンサ。
7. 前記トップカバー基板において、前記導入部の前記導入開口は２つであり、一方の導入開口は、前記スペーサ基板の前記第１開口の一部と重なっており、他方の導入開口は、前記第２開口の一部と重なっている、請求項１から５のいずれかに記載のバイオセンサ。
8. 前記ベース基板、前記スペーサ基板および前記トップカバー基板は、第１方向の長さが前記第１方向に直交する第２方向の長さよりも大きいストリップ形状を有し、
   前記第１開口および前記第２開口は、前記スペーサ基板において、前記第１方向に隣接して配列されており、
   前記トップカバー基板において、前記導入部の前記導入開口は１つであり、前記導入開口は、前記第１開口および前記第２開口の互いに隣接する部分と重なっている、請求項１または２に記載のバイオセンサ。
9. 前記トップカバー基板は、第１排出口および２排出口をさらに有し、
   前記第１排出口および前記導入部の前記導入開口は、前記スペーサ基板の前記第１開口の前記第１方向における両端とそれぞれ重なっており、
   前記第２排出口および前記導入部の前記導入開口は、前記スペーサ基板の前記第２開口の前記第１方向における両端とそれぞれ重なっている、請求項８に記載のバイオセンサ。
10. 前記被検体は、赤血球から分離されたヘモグロビンを含み、
    前記ヘモグロビンはヘモグロビンＡ１ｃを含み、
    前記第１試薬は、前記ヘモグロビンＡ１ｃまたは前記ヘモグロビンＡ１ｃに由来する物質と特異的に反応し、
    前記第２試薬は前記ヘモグロビンと反応する、請求項１から９のいずれかに記載のバイオセンサ。
    
    

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