JP6702488B2 - Conductive material for biosensor and biosensor - Google Patents
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Description
本発明は、金属ナノワイヤを用いたバイオセンサ用導電材およびバイオセンサに関するものである。 The present invention relates to a biosensor conductive material and a biosensor using a metal nanowire.
生体関連物質を利用して試料中の特定成分を定性もしくは定量する方法としては種々の方法が開発されている。
例えば、免疫クロマトグラフィは、抗原抗体反応を利用した検査方法であり、簡単な手順で目的物質を検出可能であることから、インフルエンザウイルス検査や妊娠検査等に実用されている。免疫クロマトグラフィには、携帯性に優れ、様々な標的物質に対応できるという観点で大きな利点があるものの、一方で感度に劣る等の課題がある。また、検査時間は比較的短いが、さらに短時間での検出が要求される場合もある。具体的には、免疫クロマトグラフィでは、目的物質が低濃度の場合には検出できずスクリーニング検査精度が低いこと、試料がメンブレン上を移動するため5分〜30分程度の時間を要すること、展開液(移動相)が必要であり高粘度の試料は希釈する必要があり操作が煩雑になること等があり、感染症等の早期発見、早期治療を実現するためには、なお改善の余地がある。
Various methods have been developed as a method for qualitatively or quantitatively determining a specific component in a sample using a bio-related substance.
For example, immunochromatography is a test method utilizing an antigen-antibody reaction, and can detect a target substance by a simple procedure, and is therefore practically used for influenza virus tests, pregnancy tests, and the like. Immunochromatography has a great advantage in terms of portability and compatibility with various target substances, but has a problem such as poor sensitivity. Further, although the inspection time is relatively short, there are cases where detection in a shorter time is required. Specifically, in immunochromatography, when the target substance is low in concentration, it cannot be detected and the screening test accuracy is low. It takes about 5 to 30 minutes for the sample to move on the membrane. (Mobile phase) is required, and a highly viscous sample needs to be diluted, which may complicate the operation. There is still room for improvement to realize early detection and treatment of infectious diseases. ..
上記課題を解決するために、電気化学的手法を用いたバイオセンサが開発されており多くの研究がなされている。例えば、電極材料や電極構造に関して検討されており、最近ではカーボンナノチューブ等のナノ材料を用いた高感度のバイオセンサの研究が進められている(例えば特許文献1〜2参照)。
In order to solve the above problems, a biosensor using an electrochemical method has been developed and many studies have been made. For example, electrode materials and electrode structures have been studied, and recently, highly sensitive biosensors using nanomaterials such as carbon nanotubes have been studied (see, for example,
しかしながら、カーボンナノチューブを用いたバイオセンサは製造工程が煩雑である、カーボンナノチューブは薄膜化やパターン形成が困難であるという課題がある。また、カーボンナノチューブは金属と比較して導電性が低いという課題もある。 However, a biosensor using carbon nanotubes has a problem that the manufacturing process is complicated, and it is difficult to form a thin film or a pattern for carbon nanotubes. There is also a problem that carbon nanotubes have lower conductivity than metals.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バイオセンサの高感度化が可能なバイオセンサ用導電材およびそれを用いたバイオセンサを提供することを主目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and a main object of the present invention is to provide a biosensor conductive material capable of increasing the sensitivity of the biosensor and a biosensor using the same.
本発明は、上記目的を達成するために、基材と、上記基材上に形成され、樹脂および金属ナノワイヤを含有する導電層とを有し、上記導電層は、上記金属ナノワイヤの少なくとも一部が上記導電層の表面に露出している金属ナノワイヤ露出部を有することを特徴とするバイオセンサ用導電材を提供する。 The present invention, in order to achieve the above object, has a base material and a conductive layer formed on the base material and containing a resin and a metal nanowire, wherein the conductive layer is at least a part of the metal nanowire. Provides a conductive material for a biosensor, which has a metal nanowire exposed portion exposed on the surface of the conductive layer.
本発明においては、導電層が金属ナノワイヤを含有することにより導電性を向上させることができるため、本発明のバイオセンサ用導電材を用いることにより、高感度かつ短時間での検査が可能であり、微量成分の検出も可能である。また本発明においては、導電層が金属ナノワイヤおよび樹脂を含有するため、パターン形成や薄膜化が容易である。 In the present invention, since the conductive layer can improve the conductivity by containing the metal nanowire, by using the biosensor conductive material of the present invention, it is possible to perform a highly sensitive and short-time inspection. It is also possible to detect trace components. Further, in the present invention, since the conductive layer contains the metal nanowire and the resin, pattern formation and thinning are easy.
上記発明においては、上記導電層が上記基材上にパターン状に形成されていることが好ましい。種々の形態に応じたバイオセンサ用導電材を得ることができる。 In the above invention, the conductive layer is preferably formed in a pattern on the base material. It is possible to obtain a biosensor conductive material according to various forms.
また本発明においては、上記金属ナノワイヤ露出部に、標的物質と特異的に結合する特異的結合物質または上記標的物質が固定されていてもよい。この場合、上記特異的結合物質が抗体またはアプタマーであることが好ましい。本発明においては、特異的な反応を利用して標的物質または特異的結合物質を検出することができる。 Further, in the present invention, a specific binding substance that specifically binds to a target substance or the target substance may be fixed to the exposed portion of the metal nanowire. In this case, the specific binding substance is preferably an antibody or an aptamer. In the present invention, a target substance or a specific binding substance can be detected by utilizing a specific reaction.
また本発明においては、上記導電層が形成された上記基材上に絶縁層がパターン状に形成されていてもよい。試料が導電層に接続される電極や配線等と接触するのを防ぐことができる。 Further, in the present invention, an insulating layer may be formed in a pattern on the base material on which the conductive layer is formed. It is possible to prevent the sample from coming into contact with the electrodes or wirings connected to the conductive layer.
また本発明は、上述のバイオセンサ用導電材を有するセンサ部を備えることを特徴とするバイオセンサを提供する。 The present invention also provides a biosensor including a sensor unit having the above-described biosensor conductive material.
本発明においては、上述のバイオセンサ用導電材を有することにより、高感度かつ短時間での検査が可能であり、微量成分の検出も可能である。 In the present invention, by having the above-mentioned biosensor conductive material, it is possible to perform an inspection with high sensitivity and in a short time, and it is also possible to detect a trace component.
本発明においては、高感度かつ短時間で検査可能であり、また微量成分であっても検出可能なバイオセンサを提供することができるという効果を奏する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has an effect that it is possible to provide a biosensor that can be tested with high sensitivity and in a short time, and that can detect even a trace amount of component.
以下、本発明のバイオセンサ用導電材およびバイオセンサについて詳細に説明する。 Hereinafter, the conductive material for biosensor and the biosensor of the present invention will be described in detail.
A.バイオセンサ用導電材
本発明のバイオセンサ用導電材は、基材と、上記基材上に形成され、樹脂および金属ナノワイヤを含有する導電層とを有し、上記導電層は、上記金属ナノワイヤの少なくとも一部が上記導電層の表面に露出している金属ナノワイヤ露出部を有することを特徴とするものである。
A. Biosensor Conductive Material The biosensor conductive material of the present invention has a base material and a conductive layer formed on the base material and containing a resin and a metal nanowire, and the conductive layer is a metal nanowire. At least a part thereof has a metal nanowire exposed portion exposed on the surface of the conductive layer.
本発明のバイオセンサ用導電材について図面を参照して説明する。
図1(a)は本発明のバイオセンサ用導電材の一例を示す概略断面図であり、図1(b)は図1(a)の破線部分の拡大図である。図1(a)に例示するように、バイオセンサ用導電材1は、基材2上に樹脂および金属ナノワイヤを含有する導電層3が形成されたものである。導電層3は、図1(b)に例示するように、金属ナノワイヤ4の一部が導電層3の表面に露出している金属ナノワイヤ露出部5を有している。
The conductive material for a biosensor of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing an example of a conductive material for a biosensor of the present invention, and FIG. 1B is an enlarged view of a broken line portion of FIG. 1A. As illustrated in FIG. 1A, the biosensor
ここで、「金属ナノワイヤの少なくとも一部が導電層の表面に露出している」とは、導電層表面において金属ナノワイヤと接触が得られる状態であることを意味する。例えば、図2(a)や図2(b)に示すような場合をいう。一方、図2(c)に示すように金属ナノワイヤ4が導電層3の表面に存在していても、金属ナノワイヤ4が導電層3に含まれる樹脂で被覆されているような場合は、金属ナノワイヤが導電層の表面に露出している状態には該当しない。
Here, "at least a part of the metal nanowire is exposed on the surface of the conductive layer" means that the metal nanowire is in contact with the surface of the conductive layer. For example, it refers to the case as shown in FIG. 2(a) or FIG. 2(b). On the other hand, even if the metal nanowires 4 are present on the surface of the
図3(a)は本発明のバイオセンサ用導電材の他の例を示す概略断面図であり、図3(b)は図3(a)の破線部分の拡大図である。図3(a)、(b)に例示するように、バイオセンサ用導電材1においては、金属ナノワイヤ4の一部が導電層3の表面に露出している金属ナノワイヤ露出部5に標的物質と特異的に結合する特異的結合物質7が固定されている。
なお、図3に示す例においては金属ナノワイヤ露出部に特異的結合物質が固定されているが、これに限定されるものではなく、金属ナノワイヤ露出部に標的物質が固定されていてもよい。
本発明においては、導電層が金属ナノワイヤ露出部を有することにより、金属ナノワイヤに特異的結合物質または標的物質を固定することができる。
FIG. 3A is a schematic cross-sectional view showing another example of the biosensor conductive material of the present invention, and FIG. 3B is an enlarged view of a broken line portion of FIG. 3A. As illustrated in FIGS. 3( a) and 3 (b ), in the biosensor
In the example shown in FIG. 3, the specific binding substance is fixed to the exposed portion of the metal nanowire, but the present invention is not limited to this, and the target substance may be fixed to the exposed portion of the metal nanowire.
In the present invention, since the conductive layer has the exposed portion of the metal nanowire, the specific binding substance or the target substance can be fixed to the metal nanowire.
図4は本発明のバイオセンサ用導電材を用いて標的物質を検出する方法の一例を示す模式図である。なお、図4に示すバイオセンサ用導電材は、図3に示すバイオセンサ用導電材と同様である。図4に示すように、バイオセンサ用導電材1において、標的物質10を含む試料を導電層3に接触させると、導電層3の金属ナノワイヤ露出部に固定された特異的結合物質7が標的物質10と特異的に結合する。導電層3には、図示しないが電極が接続されており、この特異的結合物質7に特異的に結合する標的物質10の存在を、電流値の変化として計測することができる。
なお、図4に示す例においては本発明のバイオセンサ用導電材を用いて標的物質を検出しているが、これに限定されるものではなく、金属ナノワイヤ露出部に標的物質を固定した場合には特異的結合物質を検出することができる。
FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a method for detecting a target substance using the biosensor conductive material of the present invention. The biosensor conductive material shown in FIG. 4 is the same as the biosensor conductive material shown in FIG. 3. As shown in FIG. 4, in the biosensor
In the example shown in FIG. 4, the target substance is detected using the conductive material for a biosensor of the present invention, but the present invention is not limited to this, and when the target substance is fixed to the exposed portion of the metal nanowire. Can detect specific binding substances.
本発明においては、導電層が金属ナノワイヤを含有するため導電性に非常に優れている。したがって本発明のバイオセンサ用導電材を用いることにより、標的物質または特異的結合物質を高感度かつ短時間に検出することが可能である。また、検出感度が高いため、標的物質または特異的結合物質が微量であっても検出可能であり、スクリーニング検査精度を向上させることができる。そのため、例えば感染症等の早期発見、早期治療を実現することが可能になる。さらに本発明においては、例えば免疫クロマトグラフィのように試料がメンブレン上を移動する必要がないため、展開液(移動相)を用いることがなく、試料が高粘度であっても希釈する必要がなく、試料をバイオセンサに直に供給することができるので、簡便な操作で検査が可能になる。 In the present invention, since the conductive layer contains the metal nanowire, the conductivity is very excellent. Therefore, by using the biosensor conductive material of the present invention, it is possible to detect a target substance or a specific binding substance with high sensitivity in a short time. Moreover, since the detection sensitivity is high, even a trace amount of the target substance or the specific binding substance can be detected, and the accuracy of the screening test can be improved. Therefore, for example, early detection and early treatment of infectious diseases can be realized. Furthermore, in the present invention, since it is not necessary for the sample to move on the membrane as in the case of immunochromatography, there is no need to use a developing solution (mobile phase), and there is no need to dilute the sample even if it has a high viscosity. Since the sample can be directly supplied to the biosensor, the inspection can be performed by a simple operation.
図5は本発明のバイオセンサ用導電材の他の例を示す概略断面図である。図5に例示するように、バイオセンサ用導電材1においては、基材2上に導電層3がパターン状に形成されている。
本発明においては、導電層が金属ナノワイヤおよび樹脂を含有するため、基材上に導電層を容易に形成可能であり、薄膜化が容易である。また、フォトリソグラフィ法の公知の方法により微細な導電層のパターンを容易に形成することが可能である。そのため、本発明のバイオセンサ用導電材を用いることにより、バイオセンサの種々の分野への応用が可能になる。また、バイオセンサの小型化を実現することができる。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing another example of the biosensor conductive material of the present invention. As illustrated in FIG. 5, in the biosensor
In the present invention, since the conductive layer contains the metal nanowires and the resin, the conductive layer can be easily formed on the base material, and thinning is easy. Further, it is possible to easily form a fine conductive layer pattern by a known method such as a photolithography method. Therefore, by using the biosensor conductive material of the present invention, the biosensor can be applied to various fields. In addition, downsizing of the biosensor can be realized.
以下、本発明のバイオセンサ用導電材における各構成について説明する。 Hereinafter, each component of the biosensor conductive material of the present invention will be described.
1.導電層
本発明における導電層は、基材上に形成され、樹脂および金属ナノワイヤを含有するものであり、金属ナノワイヤの少なくとも一部が導電層の表面に露出している金属ナノワイヤ露出部を有するものである。以下、導電層における各構成について説明する。
1. Conductive Layer The conductive layer in the present invention is formed on a base material and contains a resin and a metal nanowire, and has a metal nanowire exposed portion in which at least a part of the metal nanowire is exposed on the surface of the conductive layer. Is. Hereinafter, each configuration of the conductive layer will be described.
(1)金属ナノワイヤ
本発明に用いられる金属ナノワイヤを構成する金属としては、特異的結合物質または標的物質を固定可能なものであれば特に限定されるものではなく、例えば、銀、銅、金、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、鉄、コバルト、錫等が挙げられる。中でも、銀ナノワイヤ、銅ナノワイヤが好ましく用いられる。
(1) Metal Nanowire The metal constituting the metal nanowire used in the present invention is not particularly limited as long as it can immobilize a specific binding substance or a target substance, and examples thereof include silver, copper, and gold. Examples thereof include platinum, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, osmium, iron, cobalt and tin. Of these, silver nanowires and copper nanowires are preferably used.
金属ナノワイヤの平均直径としては、所望の導電性が得られれば特に限定されるものではなく、例えば0.1nm〜1000nmの範囲内とすることができる。なお、本発明において導電層に透明性は必要とされないことから、金属ナノワイヤの直径は大きくてもかまわない。 The average diameter of the metal nanowires is not particularly limited as long as the desired conductivity is obtained, and for example, can be in the range of 0.1 nm to 1000 nm. In addition, since the conductive layer does not need to be transparent in the present invention, the diameter of the metal nanowire may be large.
金属ナノワイヤの平均長さとしては、金属ナノワイヤの平均直径よりも十分に大きければよく、所望の導電性が得られれば特に限定されるものではなく、例えば50nm〜2000μmの範囲内とすることができ、中でも、金属ナノワイヤ製造時の長さの分布範囲が広いので、400nm〜2000μmの範囲内であることが好ましい。金属ナノワイヤの長さが長ければ、1本の金属ナノワイヤで長い導電パスを形成することができる。
ここで、金属ナノワイヤの直径および長さは、例えば透過型電子顕微鏡を用いて測定することができる。
The average length of the metal nanowires is not particularly limited as long as it is sufficiently larger than the average diameter of the metal nanowires, and the desired conductivity can be obtained, and can be within a range of 50 nm to 2000 μm, for example. Above all, since the length distribution range during the production of the metal nanowire is wide, it is preferably within the range of 400 nm to 2000 μm. If the length of the metal nanowire is long, one metal nanowire can form a long conductive path.
Here, the diameter and length of the metal nanowire can be measured using, for example, a transmission electron microscope.
金属ナノワイヤの製造方法としては、公知の方法であればよく特に限定されるものではない。 The method for producing the metal nanowire may be any known method and is not particularly limited.
導電層中の金属ナノワイヤの含有量としては、金属ナノワイヤ露出部を有する導電層を得ることができ、所望の導電性が得られれば特に限定されるものではなく、例えば0.01質量%〜90質量%の範囲内とすることができ、中でも1質量%〜80質量%の範囲内、特に5質量%〜40質量%の範囲内であることが好ましい。なお、本発明において導電層に透明性は必要とされないことから、金属ナノワイヤの含有量は多くてもかまわない。 The content of the metal nanowires in the conductive layer is not particularly limited as long as a conductive layer having a metal nanowire exposed portion can be obtained and desired conductivity is obtained, and for example, 0.01% by mass to 90% by mass. It may be in the range of mass%, and preferably in the range of 1 mass% to 80 mass%, particularly preferably in the range of 5 mass% to 40 mass%. In addition, since the conductive layer is not required to be transparent in the present invention, the content of the metal nanowire may be large.
(2)金属ナノワイヤ露出部
本発明において、金属ナノワイヤ露出部では金属ナノワイヤの少なくとも一部が導電層の表面に露出している。
ここで、金属ナノワイヤの少なくとも一部が導電層の表面に露出していることは、例えば、層表面の導電性を観察できる機能を有する市販の原子間力顕微鏡(AFM)を用いて直接確認することができる。例えば、セイコーインスツルメンツ社製のNano−Pico CURRENT/CITSモードを搭載したNanoNaviプローブステーション及びS−image高分解能小型ステージユニットを使用し、導電性カンチレバー(例えば、SI−DF3−R)と導電層との間にバイアス電圧(例えば3V〜5V)を印加したまま導電層表面を走査し、導電性カンチレバーと導電層との間に流れる電流を検出し電流分布を観察して確認することができる。
(2) Metal Nanowire Exposed Portion In the present invention, in the metal nanowire exposed portion, at least a part of the metal nanowire is exposed on the surface of the conductive layer.
Here, the fact that at least a part of the metal nanowire is exposed on the surface of the conductive layer is directly confirmed using, for example, a commercially available atomic force microscope (AFM) having a function of observing the conductivity of the layer surface. be able to. For example, using a NanoNavi probe station equipped with a Nano-Pico CURRENT/CITS mode manufactured by Seiko Instruments Inc. and a high resolution small stage unit of S-image, a conductive cantilever (for example, SI-DF3-R) and a conductive layer are used. It is possible to confirm by scanning the surface of the conductive layer while applying a bias voltage (for example, 3 V to 5 V), detecting the current flowing between the conductive cantilever and the conductive layer, and observing the current distribution.
金属ナノワイヤ露出部において、金属ナノワイヤが露出している程度としては、特異的結合物質または標的物質を固定可能な程度に金属ナノワイヤの少なくとも一部が露出していればよい。例えば図2(a)に示すように金属ナノワイヤ4が金属ナノワイヤ4の直径に対して一部が露出していてもよく、図示しないが金属ナノワイヤ4の直径に対して全部が露出していてもよい。具体的には、金属ナノワイヤが導電層表面から突出している部分の厚さが20nm以下であることが好ましい。ここで、金属ナノワイヤが導電層表面から突出している部分の厚さとは、図2(a)に示すような厚さdをいう。 In the exposed portion of the metal nanowire, the metal nanowire may be exposed to the extent that at least a part of the metal nanowire is exposed to the extent that the specific binding substance or the target substance can be fixed. For example, as shown in FIG. 2A, the metal nanowire 4 may be partially exposed with respect to the diameter of the metal nanowire 4, or may be completely exposed with respect to the diameter of the metal nanowire 4 although not shown. Good. Specifically, the thickness of the portion where the metal nanowire projects from the surface of the conductive layer is preferably 20 nm or less. Here, the thickness of the portion where the metal nanowire protrudes from the surface of the conductive layer means the thickness d as shown in FIG.
また、導電層における金属ナノワイヤ露出部の数は、試料が供給される反応領域に配置される導電層1つ当たり、5ヶ所以上であることが好ましく、中でも20ヶ所以上であることが好ましい。例えば図7においては1つの反応領域11に1つの導電層3が配置されており、この反応領域11内の導電層3における金属ナノワイヤ露出部の数が上記範囲であることが好ましい。また、例えば図6(a)、(b)においては1つの反応領域11に3つの導電層3a、3b、3cが配置されており、この反応領域11内の各導電層3a、3b、3cにおける金属ナノワイヤ露出部の数がそれぞれ上記範囲であることが好ましい。なお、図6および図7について詳しくは後述する。
In addition, the number of exposed metal nanowires in the conductive layer is preferably 5 or more, and more preferably 20 or more, per conductive layer arranged in the reaction region to which the sample is supplied. For example, in FIG. 7, one
導電層は金属ナノワイヤ露出部を有していればよく、導電層の表面において金属ナノワイヤ露出部が占める面積の比率としては特に限定されるものではなく、目的に応じて適宜調整される。 It suffices that the conductive layer has the exposed portion of the metal nanowire, and the ratio of the area occupied by the exposed portion of the metal nanowire on the surface of the conductive layer is not particularly limited and is appropriately adjusted according to the purpose.
(3)樹脂
本発明における導電層に用いられる樹脂としては、導電層の形成方法に応じて適宜選択される。
例えば、基材上に樹脂および金属ナノワイヤを含有するインクを塗布して導電層を形成する場合には、樹脂としてはバインダとして機能するものであれば特に限定されるものではなく、具体的には、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂等の硬化性樹脂や、熱可塑性樹脂等を挙げることができる。より具体的には、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、アクリル、ポリエステル、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、アクリルウレタン系樹脂、ポリエステルアクリレート系樹脂、エポキシアクリレート系樹脂、ポリオールアクリレート系樹脂等が挙げられる。
また、基材上に金属ナノワイヤと基材を膨潤させる溶媒とを含有するインクを塗布し、基材を膨潤させて、基材表面に金属ナノワイヤを埋め込む場合には、樹脂としては、所定の溶媒に膨潤するものであればよく、例えば、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂等の硬化性樹脂や、熱可塑性樹脂等を挙げることができる。具体的には、米国特許出願公開第2011/0281070号明細書および特表2012−500865号公報に記載されているような樹脂を用いることができる。より具体的には、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリカーボネート、ポリアクリレートやポリメチルメタクリレート(PMMA)のようなアクリル樹脂、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル等が挙げられる。
(3) Resin The resin used for the conductive layer in the present invention is appropriately selected according to the method for forming the conductive layer.
For example, when forming a conductive layer by applying an ink containing a resin and a metal nanowire on a substrate, the resin is not particularly limited as long as it functions as a binder, and specifically, Examples thereof include curable resins such as thermosetting resins, ultraviolet curable resins, and electron beam curable resins, and thermoplastic resins. More specifically, polypropylene, polyethylene, polyethylene terephthalate, acrylic, polyester, polyurethane, polyvinyl chloride, acrylic urethane type resin, polyester acrylate type resin, epoxy acrylate type resin, polyol acrylate type resin and the like can be mentioned.
In addition, when an ink containing a metal nanowire and a solvent that swells the base material is applied on the base material to swell the base material and embed the metal nanowire on the surface of the base material, the resin is a predetermined solvent. As long as it swells, a curable resin such as a thermosetting resin, an ultraviolet curable resin, an electron beam curable resin, or a thermoplastic resin can be used. Specifically, resins such as those described in U.S. Patent Application Publication No. 2011/0281070 and Japanese Patent Publication No. 2012-500865 can be used. More specifically, examples thereof include acrylonitrile butadiene styrene copolymer (ABS resin), polycarbonate, acrylic resin such as polyacrylate and polymethylmethacrylate (PMMA), polystyrene, polyvinyl chloride and the like.
(4)導電層
本発明においては、基材上に導電層がパターン状に形成されていることが好ましい。
例えば、基材上に導電層がパターン状に形成されており、複数の導電層が設けられている場合には、複数の導電層のうち少なくとも1つをキャリブレーションに用いたり、サンプル数を増やしたり、各導電層の金属ナノワイヤ露出部にそれぞれ異なる特異的結合物質または標的物質を固定したりすることができる。また、多面付けのバイオセンサ用導電材を得ることもできる。
具体的には、図6(a)〜(d)に示すように、基材2上に導電層3a、3b、3cがパターン状に形成されており、複数の導電層3a、3b、3cが設けられている場合には、導電層3a、3bの金属ナノワイヤ露出部5には特異的結合物質7を固定して試料の検査に用い、他の導電層3cの金属ナノワイヤ露出部5には特異的結合物質7を固定せずにキャリブレーションに用いることができる。導電層3a、3bの金属ナノワイヤ露出部5に固定された特異的結合物質7は同一でもよく異なっていてもよい。同一の場合はサンプル数を増やすことができ、異なる場合には一度の検査で複数の項目を同時に検査することが可能になる。なお、図6(b)は図6(a)のA−A線断面図、図6(c)は図6(a)のB−B線断面図、図6(d)は図6(c)の破線部分の拡大図である。
また、図7に示すように、基材2上に導電層3をパターン状に形成して、多面付けのバイオセンサ用導電材とすることができる。なお、図7において、後述する絶縁層6の一部は破線で示している。
(4) Conductive Layer In the present invention, the conductive layer is preferably formed in a pattern on the base material.
For example, when a conductive layer is formed in a pattern on a substrate and a plurality of conductive layers are provided, at least one of the conductive layers is used for calibration or the number of samples is increased. Alternatively, different specific binding substances or target substances can be fixed to the exposed portions of the metal nanowires of the respective conductive layers. In addition, it is also possible to obtain a biosensor conductive material for multi-sided attachment.
Specifically, as shown in FIGS. 6A to 6D, the
Further, as shown in FIG. 7, the
導電層がパターン状に形成されている場合、試料が供給される反応領域に配置される導電層は1つであってもよく複数であってもよい。中でも、上記の観点から、反応領域には複数の導電層が配置されていることが好ましい。例えば図6(a)、(b)においては反応領域11に複数の導電層3a、3b、3cが配置され、図7においては反応領域11に1つの導電層3が配置されている。
When the conductive layer is formed in a pattern, the number of conductive layers arranged in the reaction region to which the sample is supplied may be one or plural. Above all, from the above viewpoint, it is preferable that a plurality of conductive layers be arranged in the reaction region. For example, in FIGS. 6A and 6B, a plurality of
なお、キャリブレーションに用いる導電層が形成されていない場合には、予め準備したキャリブレーションデータを用いればよい。 When the conductive layer used for calibration is not formed, the calibration data prepared in advance may be used.
導電層がパターン状に形成されている場合において、導電層のパターンの幅としては、所望の導電性を得ることができ、形成可能な幅であれば特に限定されるものではなく、例えば数十μm〜数百μm程度とすることができる。なお、本発明においては導電層に透明性は必要とされないことから、導電層中の金属ナノワイヤの密度を高めることができるので、微細なパターンでも導電性を確保することができる。 In the case where the conductive layer is formed in a pattern, the width of the pattern of the conductive layer is not particularly limited as long as a desired conductivity can be obtained and the width can be formed. It can be set to about μm to several hundreds μm. Since the conductive layer is not required to be transparent in the present invention, the density of the metal nanowires in the conductive layer can be increased, so that the conductivity can be ensured even in a fine pattern.
導電層のパターン形状としては、特に限定されるものではなく、任意の形状とすることができる。 The pattern shape of the conductive layer is not particularly limited and may be any shape.
導電層の導電性としては、バイオセンサとして使用可能な程度であれば特に限定されるものではなく、例えば導電層の表面抵抗率は500Ω/□以下とすることができ、中でも100Ω/□以下、特に50Ω/□以下であることが好ましい。導電層の表面抵抗率が高いと、微小電圧で測定できなくなり、高電圧では試料中の水分解や蝕反応が促進するからである。
ここで、表面抵抗率は、例えば三菱化学株式会社製の抵抗率計ロレスタを用いて測定することができる。
The conductivity of the conductive layer is not particularly limited as long as it can be used as a biosensor, and for example, the surface resistivity of the conductive layer can be 500Ω/□ or less, and 100Ω/□ or less, It is particularly preferably 50Ω/□ or less. This is because if the surface resistivity of the conductive layer is high, it becomes impossible to measure with a minute voltage, and at high voltage, water decomposition and corrosion reaction in the sample are accelerated.
Here, the surface resistivity can be measured using, for example, a resistivity meter Loresta manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation.
導電層の厚さとしては、所望の導電性が得られれば特に限定されるものではなく、導電層の形成方法に応じて適宜選択される。
例えば、基材上に樹脂および金属ナノワイヤを含有するインクを塗布して導電層を形成する場合、導電層の厚さは例えば10nm〜1mmの範囲内とすることができ、中でも0.1μm〜100μmの範囲内、特に0.3μm〜50μmの範囲内であることが好ましい。導電層が薄いと導通が取り難く、製造も困難になる。一方、導電層が厚いと製造コストが高くなる。なお、本発明において導電層に透明性は必要とされないことから、導電層の厚さは厚くてもかまわない。
また、基材上に金属ナノワイヤと基材を膨潤させる溶媒とを含有するインクを塗布し、基材を膨潤させて、基材表面に金属ナノワイヤを埋め込む場合、基材表面に金属ナノワイヤが埋め込まれた部分の厚さ、すなわち導電層の厚さは、金属ナノワイヤの直径以上の厚さであることが好ましい。具体的には、導電層の厚さは、金属ナノワイヤの直径の1倍以上5倍以下の範囲内とすることができる。より具体的には、導電層の厚さは、0.1nm〜5μmの範囲内とすることができる。基材表面に金属ナノワイヤが埋め込まれた部分の厚さが上記範囲内であれば、金属ナノワイヤ間で接点が形成されやすく良好な導電性が得られる。
The thickness of the conductive layer is not particularly limited as long as desired conductivity is obtained, and is appropriately selected according to the method of forming the conductive layer.
For example, when the conductive layer is formed by applying the ink containing the resin and the metal nanowire on the base material, the thickness of the conductive layer can be, for example, in the range of 10 nm to 1 mm, and particularly 0.1 μm to 100 μm. It is preferable that it is within the range of, especially within the range of 0.3 μm to 50 μm. If the conductive layer is thin, it is difficult to obtain continuity and manufacturing becomes difficult. On the other hand, if the conductive layer is thick, the manufacturing cost increases. In the present invention, since the conductive layer does not need to be transparent, the conductive layer may have a large thickness.
When the ink containing the metal nanowires and the solvent for swelling the base material is applied on the base material to swell the base material and embed the metal nanowires on the surface of the base material, the metal nanowires are embedded on the surface of the base material. It is preferable that the thickness of the open portion, that is, the thickness of the conductive layer is equal to or larger than the diameter of the metal nanowire. Specifically, the thickness of the conductive layer can be in the range of 1 to 5 times the diameter of the metal nanowire. More specifically, the thickness of the conductive layer can be in the range of 0.1 nm to 5 μm. When the thickness of the portion where the metal nanowires are embedded on the surface of the base material is within the above range, a contact is easily formed between the metal nanowires, and good conductivity is obtained.
(5)導電層の形成方法
導電層の形成方法としては、金属ナノワイヤ露出部を有する導電層を形成可能な方法であれば特に限定されるものではなく、例えば、基材上に樹脂および金属ナノワイヤを含有するインクを塗布して導電層を形成する方法、基材上に金属ナノワイヤと基材を膨潤させる溶媒とを含有するインクを塗布し、基材を膨潤させて、基材表面に金属ナノワイヤを埋め込む方法が挙げられる。前者の方法の場合、樹脂および金属ナノワイヤを含有するインクとしては市販のインクを用いることができる。また、基材上に導電層が積層された市販の導電性フィルムを用いてもよい。一方、後者の方法の場合、具体的には、米国特許出願公開第2011/0281070号明細書および特表2012−500865号公報に記載されている方法を適用することができる。
(5) Method of forming conductive layer The method of forming the conductive layer is not particularly limited as long as it is a method capable of forming a conductive layer having an exposed portion of the metal nanowire, and examples thereof include a resin and a metal nanowire on a base material. A method of forming a conductive layer by applying an ink containing a metal nanowire on a base material and an ink containing a solvent for swelling the base material, and swelling the base material to form a metal nanowire on the surface of the base material. There is a method of embedding. In the case of the former method, a commercially available ink can be used as the ink containing the resin and the metal nanowire. Moreover, you may use the commercially available electroconductive film by which the electroconductive layer was laminated|stacked on the base material. On the other hand, in the case of the latter method, specifically, the methods described in U.S. Patent Application Publication No. 2011/0281070 and JP 2012-500865 A can be applied.
導電層をパターン状に形成する方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、基材上に樹脂および金属ナノワイヤを含有するインクをパターン状に塗布する方法、導電層上にレジストパターンを形成してエッチングする方法、基材上に導電層を転写する方法、基材上に形成された導電層を部分的に引き剥がす方法等が挙げられる。 The method of forming the conductive layer in a pattern is not particularly limited, and for example, a method of applying an ink containing a resin and a metal nanowire on a substrate in a pattern, forming a resist pattern on the conductive layer Then, a method of etching, a method of transferring the conductive layer onto the base material, a method of partially peeling off the conductive layer formed on the base material, and the like can be mentioned.
また、導電層の導電性を高めるために、焼成や加圧を行ってもよい。 In addition, baking or pressurization may be performed in order to increase the conductivity of the conductive layer.
2.基材
本発明における基材は、上記導電層を支持するものである。
基材としては、基材上に上記導電層を形成可能なものであれば特に限定されるものではない。また、基材は透明性を有していてもよく有さなくてもよい。例えば、ガラス基材、樹脂基材等を用いることができ、中でも、軽量性や可撓性の観点から樹脂基材が好ましく用いられる。
樹脂基材としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエステル等のポリエステル系樹脂、ポリスチレン、環状オレフィン系樹脂等のポリオレフィン類、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等のビニル系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、アクリル、トリアセチルセルロース等を挙げることができる。
また、樹脂基材には、インクの濡れ性や接着性を確保するために、表面処理を施したり易接着層を設けたりすることができる。表面処理や易接着層については一般的なものを適用できる。
基材の厚さとしては、基材上に上記導電層を形成可能であればよく、用途等に応じて適宜選択される。
2. Substrate The substrate in the present invention supports the conductive layer.
The base material is not particularly limited as long as the conductive layer can be formed on the base material. The base material may or may not have transparency. For example, a glass base material, a resin base material, or the like can be used, and among them, a resin base material is preferably used from the viewpoint of lightness and flexibility.
Examples of the resin base material include polyester resins such as polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethylene, polypropylene and modified polyester, polyolefins such as polystyrene and cyclic olefin resin, and vinyl resins such as polyvinyl chloride and polyvinylidene chloride. , Polyetheretherketone, polysulfone, polyethersulfone, polycarbonate, polyamide, polyimide, acrylic, triacetylcellulose and the like.
In addition, the resin substrate may be surface-treated or provided with an easy-adhesion layer in order to secure the wettability and adhesiveness of the ink. As the surface treatment and the easy-adhesion layer, general ones can be applied.
The thickness of the base material may be any thickness as long as the conductive layer can be formed on the base material, and is appropriately selected depending on the application and the like.
3.特異的結合物質および標的物質
本発明においては、金属ナノワイヤ露出部に、標的物質と特異的に結合する特異的結合物質または標的物質が固定されていてもよい。本発明のバイオセンサ用導電材を用いたバイオセンサにおいては、金属ナノワイヤ露出部に特異的結合物質または標的物質が固定される。
3. Specific binding substance and target substance In the present invention, a specific binding substance or a target substance that specifically binds to the target substance may be fixed to the exposed portion of the metal nanowire. In the biosensor using the conductive material for a biosensor of the present invention, the specific binding substance or the target substance is fixed to the exposed portion of the metal nanowire.
特異的結合物質としては、標的物質と特異的に結合するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、抗体、アプタマーを挙げることができる。 The specific binding substance is not particularly limited as long as it specifically binds to the target substance, and examples thereof include an antibody and an aptamer.
標的物質としては、例えば、抗原や、アプタマーと特異的に結合する物質を挙げることができる。具体的には、ウイルス、細菌、細胞、タンパク質、ペプチド、糖類、核酸(DNA、RNA)、脂質、補酵素、これらの複合体等の天然抗原や、天然抗原の誘導体や、人為的に合成されたハプテン、人工抗原等が挙げられる。 Examples of target substances include substances that specifically bind to antigens and aptamers. Specifically, natural antigens such as viruses, bacteria, cells, proteins, peptides, saccharides, nucleic acids (DNA, RNA), lipids, coenzymes, complexes of these, and natural antigen derivatives, and artificially synthesized. Haptens, artificial antigens and the like.
金属ナノワイヤ露出部に特異的結合物質または標的物質を固定する方法としては、金属表面に抗体やアプタマーまたは抗原等を固定する方法として一般的な方法を用いることができる。例えば、金属ナノワイヤ露出部の表面にリンカーを介して特異的結合物質や標的物質を固定する方法等を挙げることができる。 As a method for immobilizing the specific binding substance or the target substance on the exposed portion of the metal nanowire, a general method as a method for immobilizing an antibody, an aptamer, an antigen or the like on the metal surface can be used. For example, a method of immobilizing a specific binding substance or a target substance on the surface of the exposed portion of the metal nanowire via a linker can be used.
4.絶縁層
本発明においては、図6(a)〜(c)および図7に例示するように、導電層3a、3b、3cもしくは3が形成された基材2上に絶縁層6がパターン状に形成されていてもよい。絶縁層は、試料が供給される反応領域を画定する、導電層上に試料を滞留させる、また試料が電極や配線等と接触しないようにするために設けられるものである。
4. Insulating Layer In the present invention, as illustrated in FIGS. 6A to 6C and FIG. 7, the insulating
絶縁層に用いられる絶縁性材料としては、上記導電層が形成された基材上にパターン状の絶縁層を形成可能なものであれば特に限定されるものではなく、有機材料および無機材料のいずれも用いることができる。有機材料としては、例えば、感光性樹脂が挙げられる。無機材料としては、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化窒化ケイ素等が挙げられる。 The insulating material used for the insulating layer is not particularly limited as long as it can form a patterned insulating layer on the base material on which the conductive layer is formed, and either an organic material or an inorganic material can be used. Can also be used. Examples of the organic material include a photosensitive resin. Examples of the inorganic material include silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, and the like.
絶縁層の形成位置としては、図6(a)〜(c)および図7に例示するように、試料が供給される反応領域11を囲むように、また導電層3a、3b、3cもしくは3の電極や配線等と接続される接続部12a、12bが露出するように絶縁層6が形成されていればよい。
As the formation position of the insulating layer, as illustrated in FIGS. 6A to 6C and 7, so as to surround the
絶縁層の厚さとしては、試料が溢れ出ない程度であれば特に限定されるものではなく、適宜調整される。 The thickness of the insulating layer is not particularly limited as long as the sample does not overflow, and is appropriately adjusted.
絶縁層の形成方法としては、上記導電層が形成された基材上に絶縁層をパターン状に形成可能な方法であれば特に限定されるものではなく、例えば、フォトリソグラフィ法、印刷法等が挙げられる。 The method for forming the insulating layer is not particularly limited as long as it is a method capable of forming an insulating layer in a pattern on the base material on which the conductive layer is formed, and examples thereof include a photolithography method and a printing method. Can be mentioned.
5.バイオセンサ用導電材
本発明のバイオセンサ用導電材の形態としては特に限定されるものではなく、検査目的、検査対象、検査方法等に応じて適宜選択され、例えば、フィルム状、板状、棒状等を挙げることができる。
5. Biosensor conductive material The form of the biosensor conductive material of the present invention is not particularly limited, and is appropriately selected according to the inspection purpose, the inspection target, the inspection method, and the like, for example, a film shape, a plate shape, a rod shape. Etc. can be mentioned.
B.バイオセンサ
本発明のバイオセンサは、上述のバイオセンサ用導電材を有するセンサ部を備えることを特徴とするものである。
B. Biosensor The biosensor of the present invention is characterized by including a sensor unit having the above-mentioned biosensor conductive material.
本発明のバイオセンサは、上述のバイオセンサ用導電材を有することにより、高感度かつ短時間での検査が可能である。また、微量成分の検出も可能であり、スクリーニング検査精度を向上させることができる。
以下、本発明のバイオセンサにおける各構成について説明する。
Since the biosensor of the present invention has the above-mentioned conductive material for a biosensor, it is possible to perform inspection with high sensitivity and in a short time. In addition, it is possible to detect a trace amount of components and improve the accuracy of the screening test.
Hereinafter, each component of the biosensor of the present invention will be described.
1.センサ部
本発明におけるセンサ部は、上述のバイオセンサ用導電材を有するものである。
本発明のバイオセンサにおいて、バイオセンサ用導電材は、基材と、上記基材上に形成され、樹脂および金属ナノワイヤを含有する導電層とを有するものであり、上記導電層は、上記金属ナノワイヤの少なくとも一部が上記導電層の表面に露出している金属ナノワイヤ露出部を有し、上記金属ナノワイヤ露出部に、標的物質と特異的に結合する特異的結合物質または上記標的物質が固定されているものである。
なお、バイオセンサ用導電材については、上記「A.バイオセンサ用導電材」の項に詳しく記載したので、ここでの説明は省略する。
1. Sensor part The sensor part in the present invention has the above-mentioned conductive material for biosensors.
In the biosensor of the present invention, the biosensor conductive material has a base material and a conductive layer formed on the base material and containing a resin and a metal nanowire, and the conductive layer is the metal nanowire. At least a part of which has a metal nanowire exposed portion exposed to the surface of the conductive layer, the metal nanowire exposed portion, a specific binding substance that specifically binds to a target substance or the target substance is fixed There is something.
The biosensor conductive material has been described in detail in the above section "A. Biosensor conductive material", and thus the description thereof is omitted here.
2.電極および配線
本発明においては、通常、バイオセンサ用導電材の導電層に電極や配線が接続される。
電極および配線としては、本発明のバイオセンサの用途や構造等に応じて適宜選択される。例えば、電極としては、作用極、対極、参照極等が挙げられる。また、電界効果トランジスタを利用したバイオセンサにおいては、導電層にソース電極およびドレイン電極が接続される。具体的に図6(a)〜(c)および図7においては、導電層3a、3b、3cもしくは3の両端の接続部12a、12bのうち、一方の接続部12aにソース電極、他方の接続部12bにドレイン電極が接続される。
2. Electrodes and Wirings In the present invention, electrodes and wirings are usually connected to the conductive layer of the biosensor conductive material.
The electrodes and wirings are appropriately selected according to the application and structure of the biosensor of the present invention. Examples of the electrode include a working electrode, a counter electrode, a reference electrode and the like. Further, in the biosensor using the field effect transistor, the source electrode and the drain electrode are connected to the conductive layer. Specifically, in FIGS. 6A to 6C and FIG. 7, one of the connecting
3.バイオセンサ
本発明のバイオセンサの形態としては特に限定されるものではなく、検査目的、検査対象、検査方法等に応じて適宜選択され、例えば、フィルム状、板状、棒状、筒状、球状等を挙げることができる。
3. Biosensor The form of the biosensor of the present invention is not particularly limited, and is appropriately selected depending on the inspection purpose, the inspection object, the inspection method, etc., for example, a film shape, a plate shape, a rod shape, a cylindrical shape, a spherical shape, etc. Can be mentioned.
具体的には、図6(a)〜(c)および図7に示すような平板状のバイオセンサが挙げられる。 Specifically, a flat biosensor as shown in FIGS. 6(a) to 6(c) and FIG. 7 can be mentioned.
また、図8に示すような綿棒型のバイオセンサ20を挙げることができる。綿棒型のバイオセンサ20は、支持体21と、支持体21の先端に配置されたセンサ部15と、センサ部15を覆うように配置された被覆部22とを有している。
綿棒型のバイオセンサ20で例えば鼻腔内や口腔内を拭い、試料として鼻汁、粘膜、唾液等を被覆部22付着させると、試料は被覆部22を通過してセンサ部15に導入され、検査に供される。このように綿棒型のバイオセンサにおいては、簡便かつ迅速に試料を採取するとともに、その試料中に含まれる目的物質を検査することができる。
Further, a swab-
For example, when the inside of the nasal cavity or the oral cavity is wiped with the swab-
綿棒型のバイオセンサにおいて、支持体としては、プラスチック等の従来の綿棒に用いられる材料や、金属材料を使用することができる。金属材料の場合には、支持体を電極として機能させることができる。この場合、金属材料からなる支持体は表面が絶縁性材料で被覆されていてもよい。支持体の形状は特に限定されないが、一般に棒状である。
被覆部としては、試料が通過できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば親水性や、液体を透過させる透過性を有することが好ましい。また、被覆部の材料は、皮膚や粘膜を傷つけないものであることが好ましい。具体的には、ろ紙、クロマトグラフィに用いられる樹脂製のメンブレン、樹脂製のメッシュ等を挙げることができる。
綿棒型のバイオセンサにおいて、センサ部は交換可能であることが好ましい。この場合、例えば、センサ部が設けられている先端部が着脱可能であってもよく、綿棒型のバイオセンサが使い捨てであってもよい。
In the cotton swab-type biosensor, a material such as plastic used in conventional cotton swabs or a metal material can be used as the support. In the case of a metallic material, the support can function as an electrode. In this case, the surface of the support made of a metal material may be covered with an insulating material. The shape of the support is not particularly limited, but is generally rod-shaped.
The covering portion is not particularly limited as long as it allows the sample to pass therethrough, and it is preferable that the covering portion has, for example, hydrophilicity or permeability for allowing liquid to pass therethrough. Further, the material of the covering portion is preferably one that does not damage the skin and mucous membranes. Specific examples thereof include filter paper, a resin membrane used for chromatography, and a resin mesh.
In the cotton swab-type biosensor, it is preferable that the sensor unit is replaceable. In this case, for example, the tip portion provided with the sensor unit may be removable, and the swab-type biosensor may be disposable.
また、図9に示すような歯ブラシ型のバイオセンサ30を例示することができる。歯ブラシ型のバイオセンサ30は、支持体31と、支持体31の先端に設けられた複数の毛束32と、支持体31の先端に設けられ、毛束32とは反対側に配置された試料採取穴33と、試料採取穴33に連結されたセンサ部15とを有している。
歯ブラシ型のバイオセンサ30で口腔内の歯を磨くと、試料として唾液や磨き落とされた歯垢等が試料採取穴33に注入される。そして、試料は試料採取穴33に連結されたセンサ部15に導入され、検査に供される。このように、歯ブラシ型のバイオセンサにおいては、簡便かつ迅速に試料を採取するとともに、その試料中に含まれる目的物質を検査することができる。
この場合、センサ部における特異的結合物質としては、検査目的に応じて任意の抗体を用いることができる。例えば、虫歯の原因菌である連鎖球菌(S.mutans、S.sobrinus、S.cricetus、S.rattus等)に対するモノクローナル抗体を用いることができる。
Further, a
When the teeth in the oral cavity are brushed by the
In this case, any antibody can be used as the specific binding substance in the sensor portion depending on the purpose of the test. For example, a monoclonal antibody against Streptococcus (S. mutans, S. sobrinus, S. cricetus, S. rattus, etc.) that is a causative bacterium of caries can be used.
歯ブラシ型のバイオセンサにおいて、支持体としては樹脂等の従来の歯ブラシに用いられる材料を使用することができる。支持体の形状は、一般の歯ブラシの形状であればよい。
支持体の先端には複数の毛束が配置される。毛束としては、樹脂のような人工材料またはブタ毛のような天然材料等、通常歯ブラシの毛束として用いられる材料を使用することができる。
支持体の先端に設けられた毛束の近傍には試料採取穴が設けられる。試料採取穴の位置としては、支持体の先端であり、毛束の近傍であり、歯ブラシ型のバイオセンサを口腔内に挿入した際に口腔内の唾液等を採取できる位置であれば特に限定されるものではない。
歯ブラシ型のバイオセンサにおいて、センサ部は交換可能であることが好ましい。この場合、例えば、センサ部が着脱可能であってもよく、センサ部が設けられている先端部が着脱可能であってもよく、歯ブラシ型のバイオセンサが使い捨てであってもよい。
In the toothbrush type biosensor, a material such as a resin used in a conventional toothbrush can be used as the support. The shape of the support may be the shape of a general toothbrush.
A plurality of hair bundles are arranged at the tip of the support. As the bristle bundle, a material usually used as a bristle bundle of a toothbrush such as an artificial material such as resin or a natural material such as pig hair can be used.
A sampling hole is provided in the vicinity of the hair bundle provided at the tip of the support. The position of the sample collection hole is at the tip of the support, in the vicinity of the hair bundle, and is particularly limited as long as it is a position where saliva etc. in the oral cavity can be collected when the toothbrush type biosensor is inserted in the oral cavity. Not something.
In the toothbrush type biosensor, the sensor unit is preferably replaceable. In this case, for example, the sensor unit may be detachable, the tip portion provided with the sensor unit may be detachable, and the toothbrush type biosensor may be disposable.
4.検査方法
本発明のバイオセンサは測定装置に接続して使用することができる。測定装置は、バイオセンサを接続し、バイオセンサで生じた電気信号を計測するものである。測定装置としては、一般の測定装置を用いることができる。例えば、測定装置は、バイオセンサで生じた電気信号を受信するための接続電極と、演算部と、電源と、表示部と、操作部とを備える。バイオセンサが測定装置の装着部に装着されると、バイオセンサの電極または配線の端部が測定装置の接続電極に接続される。この接続により、バイオセンサで生じた電気信号は測定装置に伝達される。
検査方法としては、例えば、測定者がバイオセンサを測定装置に装着し、バイオセンサのセンサ部に試料を導入し、操作部を操作して測定を開始する。試料に標的物質が含まれる場合は、標的物質とセンサ部の特異的結合物質とが反応し、電気信号がバイオセンサの電極で検出され、測定装置に伝達される。測定装置はバイオセンサから受信した電気信号を演算部で測定値に変換する。得られた測定値は表示部に表示され、測定者は測定結果を視覚的に認識することができる。
4. Inspection Method The biosensor of the present invention can be used by connecting to a measuring device. The measuring device connects a biosensor and measures an electric signal generated in the biosensor. A general measuring device can be used as the measuring device. For example, the measurement device includes a connection electrode for receiving an electric signal generated by the biosensor, a calculation unit, a power supply, a display unit, and an operation unit. When the biosensor is mounted on the mounting portion of the measuring device, the electrode of the biosensor or the end of the wiring is connected to the connecting electrode of the measuring device. By this connection, the electrical signal generated by the biosensor is transmitted to the measuring device.
As an inspection method, for example, a measurer attaches the biosensor to the measuring device, introduces a sample into the sensor section of the biosensor, and operates the operation section to start the measurement. When the sample contains the target substance, the target substance reacts with the specific binding substance of the sensor unit, and an electric signal is detected by the electrode of the biosensor and transmitted to the measuring device. The measuring device converts the electric signal received from the biosensor into a measured value by the arithmetic unit. The obtained measurement value is displayed on the display unit, and the measurer can visually recognize the measurement result.
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is merely an example, and the invention having substantially the same configuration as the technical idea described in the scope of claims of the present invention and exhibiting the same action and effect is the present invention It is included in the technical scope of.
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.
[実施例1]
(バイオセンサの作製)
まず、厚さ200μmのPET基材に、日立化成製の転写形薄膜透明導電フィルム(Transparent Conductive Transfer Film;TCTF)のカバーフィルムを剥がし、115℃で熱転写した。次に、TCTFの支持体の上から、反応領域に配置される電極パターンと電極パターンから引き出される配線パターンと端末のコネクタパターンとを含む銀ナノワイヤで形成されるパターンで露光し、TCTFの支持体を剥離して、TCTFの銀ナノワイヤを露出させた。その後、炭酸ナトリウム洗浄して未露光部分を除去した。このようにして、銀ナノワイヤを含有する導電層がパターン状に形成された導電フィルムを得た。
[Example 1]
(Fabrication of biosensor)
First, a cover film of a transfer-type thin film transparent conductive film (Transparent Conductive Transfer Film; TCTF) manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd. was peeled off from a PET substrate having a thickness of 200 μm, and heat transfer was performed at 115° C. Next, the TCTF support is exposed on the TCTF support by a pattern formed of silver nanowires including an electrode pattern arranged in the reaction region, a wiring pattern drawn from the electrode pattern, and a connector pattern of a terminal, and the TCTF support is exposed. Was peeled off to expose the silver nanowire of TCTF. Then, sodium carbonate was washed to remove the unexposed portion. In this way, a conductive film in which a conductive layer containing silver nanowires was formed in a pattern was obtained.
次に、微細なパターン状の導電層のうち、反応領域に配置されるパターンと、ソース電極およびドレイン電極に接続されるパターンとが露出するように、導電フィルム上に絶縁レジストをコートして絶縁層をパターン状に形成し、絶縁および耐水被覆を施した。 Next, in the fine patterned conductive layer, an insulating resist is coated on the conductive film to insulate it so that the pattern arranged in the reaction region and the pattern connected to the source electrode and the drain electrode are exposed. The layers were patterned and provided with an insulating and water resistant coating.
次に、ロシュ社製のストレプトアビジン0.1%(W/W)のトリス緩衝液pH7.2に0.2%(W/W)ジチオールを添加した液を直前に用事調製した。顕微鏡下、この液を反応領域に位置する導電層上に滴下し、常温で自然乾燥させて、銀ナノワイヤにチオール結合によりストレプトアビジンを固定した。これより、バイオセンサを作製した。 Next, a solution prepared by adding 0.2% (W/W) dithiol to 0.1% (W/W) Tris buffer solution pH 7.2 of Roche, was prepared immediately before use. Under a microscope, this liquid was dropped on the conductive layer located in the reaction region, and naturally dried at room temperature to fix streptavidin to the silver nanowire by a thiol bond. From this, a biosensor was produced.
(評価)
導電層のソース電極およびドレイン電極に接続されるパターンに銀ペーストで導線を固定し、ポテンシォスタットと接続した。その後、コントロールの生理食塩水と、ロシュ社製のビオチン0.05%(W/W)生食とをそれぞれ別の反応領域に添加し、0.5V〜−0.2Vのサイクリックボルタモグラムを印加した。ストレプトアビジンが固定された反応領域ではビオチンが検出された。
(Evaluation)
A conductor was fixed with a silver paste in a pattern connected to the source electrode and the drain electrode of the conductive layer and connected to a potentiostat. Thereafter, control saline and biotin 0.05% (W/W) saline produced by Roche were added to different reaction regions, and a cyclic voltammogram of 0.5 V to -0.2 V was applied. .. Biotin was detected in the reaction region to which streptavidin was immobilized.
[実施例2]
(バイオセンサの作製)
下記のように、ストレプトアビジンに替えてアプタマーを銀ナノワイヤに固定したこと以外は、実施例1と同様にしてバイオセンサを作製した。
すなわち、ニッポンジーン社製のImmuno−Aptamer TM,Mouse IgG 0.05%(W/W)のトリス緩衝液に0.2%(W/W)ジチオールを添加した液を直前に用事調製した。顕微鏡下、この液を反応領域に位置する導電層上に滴下し、常温で自然乾燥させて、銀ナノワイヤにチオール結合によりアプタマーを固定した。
[Example 2]
(Fabrication of biosensor)
As described below, a biosensor was produced in the same manner as in Example 1 except that the aptamer was fixed to the silver nanowire instead of streptavidin.
That is, a solution prepared by adding 0.2% (W/W) dithiol to a Tris buffer solution of Immuno-Aptamer ™ , Mouse IgG 0.05% (W/W) manufactured by Nippon Gene was prepared immediately before use. Under a microscope, this liquid was dropped on the conductive layer located in the reaction region, and naturally dried at room temperature to fix the aptamer to the silver nanowire by a thiol bond.
(評価)
導電層のソース電極およびドレイン電極に接続されるパターンに銀ペーストで導線を固定し、ポテンシォスタットと接続した。その後、コントロールの生理食塩水と、ロシュ社製のMouse IgG 0.05%(W/W)生食とをそれぞれ別の反応領域に添加し、0.5V〜−0.2Vのサイクリックボルタモグラムを印加した。アプタマーが固定された反応領域ではIgGの結合が検出された。
(Evaluation)
A conductor was fixed with a silver paste in a pattern connected to the source electrode and the drain electrode of the conductive layer and connected to a potentiostat. Then, control saline and Mouse IgG 0.05% (W/W) saline produced by Roche were added to separate reaction areas, and a cyclic voltammogram of 0.5 V to -0.2 V was applied. did. IgG binding was detected in the reaction region where the aptamer was immobilized.
[実施例3]
(バイオセンサの作製)
下記のように導電フィルムを形成したこと以外は、実施例1と同様にしてバイオセンサを作製した。
すなわち、まず、PETフィルム上に米カンブリオス社製のコーティング材「クリアオーム」をコートして導電層を形成した。次いで、導電層上にフォトレジストをコートし、パターン露光、洗浄した。その後、林純薬工業製の「銀ナノワイヤーエッチング液 Pure Etch GNW300」を用いてフルエッチングし、フォトレジストを剥離して、導電層がパターン状に形成された導電フィルムを形成した。
[Example 3]
(Fabrication of biosensor)
A biosensor was produced in the same manner as in Example 1 except that the conductive film was formed as described below.
That is, first, a PET film was coated with a coating material "Clear ohm" manufactured by Cambrios Co., Ltd., USA to form a conductive layer. Next, a photoresist was coated on the conductive layer, pattern exposure and washing were performed. After that, full etching was performed using "Silver nanowire etching solution Pure Etch GNW300" manufactured by Hayashi Junyaku Kogyo Co., Ltd., and the photoresist was peeled off to form a conductive film in which a conductive layer was formed in a pattern.
(評価)
実施例1と同様に評価したところ、同様の結果が得られた。
(Evaluation)
When evaluated in the same manner as in Example 1, similar results were obtained.
[実施例4]
(バイオセンサの作製)
実施例3と同様にして導電フィルムを形成したこと以外は、実施例2と同様にしてバイオセンサを作製した。
[Example 4]
(Fabrication of biosensor)
A biosensor was produced in the same manner as in Example 2 except that the conductive film was formed in the same manner as in Example 3.
(評価)
実施例2と同様に評価したところ、同様の結果が得られた。
(Evaluation)
When evaluated in the same manner as in Example 2, similar results were obtained.
1 … バイオセンサ用導電材
2 … 基材
3、3a、3b、3c … 導電層
4 … 金属ナノワイヤ
5 … 金属ナノワイヤ露出部
6 … 絶縁層
7 … 特異的結合物質
10 … 標的物質
11 … 反応領域
15 … センサ部
20、30 … バイオセンサ
1... Conductive material for
Claims (4)
前記基材上に形成され、樹脂および金属ナノワイヤを含有する導電層と
を有し、前記導電層は、前記金属ナノワイヤが前記樹脂に埋没しており、埋没している前記金属ナノワイヤの少なくとも一部が前記導電層の表面に露出している金属ナノワイヤ露出部を有し、
前記金属ナノワイヤ露出部に、核酸が固定されていることを特徴とするバイオセンサ用導電材。 Base material,
A conductive layer formed on the base material and containing a resin and a metal nanowire, wherein the conductive layer has the metal nanowire embedded in the resin, and at least a part of the embedded metal nanowire. Has a metal nanowire exposed portion exposed on the surface of the conductive layer,
A conductive material for a biosensor, wherein nucleic acid is immobilized on the exposed portion of the metal nanowire.
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