JP6883839B2 - Component comparison biosensor chip and component comparison biosensor using this - Google Patents

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本発明は、液体試料中の特定基質成分の量に関する情報を得るのに、それに選択的に反応する酵素を流路内の反応部に固定して、基質と対応する酵素とを接触させた時の接触熱反応による温度上昇変化を計測して、複数の基質の量とそれらの比率を知るようにした成分比較バイオセンサチップと、これを用いた成分比較バイオセンサに関するものである。 In the present invention, in order to obtain information on the amount of a specific substrate component in a liquid sample, an enzyme that selectively reacts with the enzyme is fixed to a reaction part in the flow path, and the substrate is brought into contact with the corresponding enzyme. by measuring the temperature rise change by contact heat reaction are those with component comparison biosensor chips to know the amount and ratio of the plurality of substrates, to a component comparison biosensor using the same.

本願発明者の一人は、液体試料としての体液等中の特定基質成分、例えば、グルコース(基質)などの量に関する情報を、それに対応する酵素、例えば、グルコースオキシダーゼなどを用いて触媒活性化させたときの反応熱による均一温度内での温度上昇変化として計測取得し、評価する「酵素固定バイオセンサ」を発明した(特許文献1)。そこでは、架橋構造の薄膜上に形成した流路に反応部を形成し、そこに酵素を固定しており、反応部での酵素反応による温度上昇の検出用に第1の温度センサを形成してあり、流路に注入した液体試料の温度を補正する為に、第1の温度センサの近くに差動増幅させる参照用の温度センサを架橋構造の薄膜上に形成している。しかし、高感度化のために架橋構造の薄膜のほぼ中央に反応部とその温度を計測する第1の温度センサを形成していた。しかしながら、液体試料が尿などの体液である場合、室温からずれた暖かい温度であることが多い。実験によると、架橋構造の薄膜の中央付近が最も温度感度が大きいために、架橋構造の薄膜の中央付近からずれた位置に形成してある参照用の温度センサでは、架橋構造の薄膜のほぼ中央に形成した反応部の第1の温度センサとの差動動作で、完全に液体試料の温度依存性を補正することが困難であり、第1の温度センサと参照用の温度センサとは、熱的に略同等にさせる必要があった。 One of the inventors of the present application catalytically activated information on the amount of a specific substrate component in a body fluid or the like as a liquid sample, for example, glucose (substrate), using a corresponding enzyme, for example, glucose oxidase. We have invented an "enzyme-fixed biosensor" that measures, acquires, and evaluates as a change in temperature rise within a uniform temperature due to the heat of reaction (Patent Document 1). There, a reaction part is formed in the flow path formed on the thin film of the crosslinked structure, and the enzyme is fixed therein, and a first temperature sensor is formed for detecting the temperature rise due to the enzyme reaction in the reaction part. In order to correct the temperature of the liquid sample injected into the flow path, a reference temperature sensor for differential amplification is formed on the thin film of the crosslinked structure near the first temperature sensor. However, in order to increase the sensitivity, a reaction portion and a first temperature sensor for measuring the temperature thereof are formed in the substantially center of the thin film having a crosslinked structure. However, when the liquid sample is a body fluid such as urine, it often has a warm temperature deviating from room temperature. According to the experiment, since the temperature sensitivity is highest near the center of the crosslinked thin film, the reference temperature sensor formed at a position deviated from the center of the crosslinked thin film is approximately in the center of the crosslinked thin film. It is difficult to completely correct the temperature dependence of the liquid sample by the differential operation of the reaction part formed in the above with the first temperature sensor, and the first temperature sensor and the reference temperature sensor are heat. It was necessary to make them almost equal.

被検出用の液体試料としての尿内を用いた場合、尿糖や尿タンパクなどの各成分の量を計測することが必要であるが、例えば、タンパク(例えば、アルブミン)の量とクレアチニンの量との比率の評価が、腎臓病などの病気の進行状況を把握するのに適するという情報からこれらの計測の要望があり、例えば、尿内のタンパクの量とクレアチニンの量との比を直接計測できるような要望があった。従来の電気化学法による尿内成分の計測では、過酸化水素(H2O2)が酵素反応で発生する尿糖などは、発生するH2O2の酸化還元電流の計測からその量を求めることができるが、タンパク質の検出は極めて困難であった。 When urinary as a liquid sample to be detected is used, it is necessary to measure the amount of each component such as urinary sugar and urinary protein. For example, the amount of protein (for example, albumin) and the amount of creatinine. There is a request for these measurements from the information that the evaluation of the ratio with and is suitable for grasping the progress of diseases such as kidney disease. For example, the ratio of the amount of protein in urine to the amount of creatinine is directly measured. There was a request to be able to do it. In the measurement of urinary components by the conventional electrochemical method, the amount of urinary sugar generated by the enzymatic reaction of hydrogen peroxide (H2O2) can be obtained from the measurement of the redox current of H2O2 generated, but proteins. Was extremely difficult to detect.

特願2016−97151Japanese Patent Application No. 2016-97151

本発明は、従来の上述の問題点を解消するために改良したもので、液体試料中の生体由来の微少の基質とそれに対応する酵素との接触触媒熱反応(以降、これを熱反応と言う)による温度変化分を高感度で、しかも高精度で計測できるような温度計測手段が得られるようにしてあり、基質とそれに対応する酵素との接触触媒反応による発熱量を利用して温度計測することにより、H2O2の発生を必ずしも必要とせず、反応過程で発生する反応熱の単純な計測から尿などの液体試料中の基質の量や、複数の基質の成分比率も求めるためのコンパクトで、高精度で、かつ安価な成分比較バイオセンサチップと、これを用いた成分比較バイオセンサを提供することを目的としている。 The present invention has been improved in order to solve the above-mentioned problems in the past, and is a contact-catalyzed thermal reaction between a minute substrate derived from a living body in a liquid sample and an enzyme corresponding thereto (hereinafter, this is referred to as a thermal reaction). ) Is designed to provide a temperature measuring means that can measure the temperature change with high sensitivity and high accuracy, and the temperature is measured using the calorific value generated by the contact catalytic reaction between the substrate and the corresponding enzyme. Therefore, it is not always necessary to generate H2O2, and it is compact and high for determining the amount of substrate in a liquid sample such as urine and the component ratio of multiple substrates from a simple measurement of the heat of reaction generated in the reaction process. An object of the present invention is to provide an accurate and inexpensive component comparison biosensor chip and a component comparison biosensor using the chip.

上記の目的を達成するために、本発明の請求項1に係わる成分比較バイオセンサチップは、少なくとも1個の流入口から流入された液体試料中の特定の基質成分を、該基質成分に対応する酵素との触媒作用の反応熱により検出するバイオセンサチップであって、基板から熱分離した複数の薄膜に、液体試料が通る少なくとも1本の流路が形成されていること、該流路内で前記薄膜のうちの少なくとも1つには、参照部が形成されていること、残りの前記薄膜のそれぞれに参照部と熱的に互いに略同等な反応部が前記同一の流路内に形成されており、該流路を介して直列に接続されていること、複数のそれぞれの反応部である第1の反応部、第2の反応部等には、それぞれの特定の前記基質成分に対応する異なる所定の酵素が固定しているが、前記参照部には酵素を固定していないこと、更に、前記第1の反応部、第2の反応部等と参照部にそれぞれの前記反応熱を検出する第1の温度センサ、第2の温度センサ等と参照用温度センサをそれぞれ具備してあり、該第1の温度センサ、第2の温度センサ等のそれぞれの前記反応部での反応熱に基づく温度変化を、前記参照用温度センサを基準として計測し、それぞれの前記基質成分の量の情報、もしくは、それらの量の比較可能な情報を取得できるように構成したこと、を特徴とするものである。なお、上述で「第1の反応部、第2の反応部等」とは、第1の反応部、第2の反応部、第3の反応部、・・・のように、複数の反応部を区別するための表現で、「第1の温度センサ、第2の温度センサ等」も同様である。 In order to achieve the above object, the component comparison biosensor chip according to claim 1 of the present invention corresponds a specific substrate component in a liquid sample flowing in from at least one inflow port to the substrate component. A biosensor chip that detects by the heat of reaction of catalytic action with an enzyme, in which at least one flow path through which a liquid sample passes is formed in a plurality of thin films thermally separated from the substrate. A reference portion is formed in at least one of the thin films, and a reaction portion that is thermally equivalent to the reference portion is formed in each of the remaining thin films in the same flow path. The members are connected in series via the flow path, and each of the plurality of reaction parts, such as the first reaction part and the second reaction part, are different from each other corresponding to the specific substrate component. Although the predetermined enzyme is fixed, the enzyme is not fixed in the reference portion, and further, the reaction heat of each of the first reaction portion, the second reaction portion, etc. and the reference portion is detected. A first temperature sensor, a second temperature sensor, and the like and a reference temperature sensor are provided, respectively, and the temperature is based on the heat of reaction at each of the reaction parts of the first temperature sensor, the second temperature sensor, and the like. The change is measured with reference to the reference temperature sensor, and is characterized in that it is configured so that information on the amount of each of the substrate components or comparable information on those amounts can be obtained. .. In the above description, the "first reaction unit, second reaction unit, etc." refers to a plurality of reaction units such as the first reaction unit, the second reaction unit, the third reaction unit, and so on. The same applies to "first temperature sensor, second temperature sensor, etc."

本成分比較バイオセンサチップは、シリコン(Si)単結晶のSOI基板を用いて、そのSOI層を利用して公知のMEMS技術で作成される微小寸法、例えば、長さ1mm、幅0.2mm、厚み0.01mm程度の架橋構造状や、必要に応じて、カンチレバ状の薄膜などで構成した方が、これを用いて酵素固定バイオセンサチップを提供するには、その周辺回路となる集積回路を同一基板に形成できることや、高感度で高精度の第1の温度センサ、第2の温度センサ、参照用温度センサなどを熱電対で構成するときに半導体薄膜熱電対が利用できるなど、好都合であることが多い。 This component comparison biosensor chip uses a silicon (Si) single crystal SOI substrate, and uses the SOI layer to create minute dimensions using known MEMS technology, such as 1 mm in length and 0.2 mm in width. In order to provide an enzyme-immobilized biosensor chip using a crosslinked structure with a thickness of about 0.01 mm or, if necessary, a cantilever-shaped thin film, an integrated circuit that serves as a peripheral circuit is required. It is convenient because it can be formed on the same substrate, and the semiconductor thin film thermocouple can be used when the first temperature sensor, the second temperature sensor, the reference temperature sensor, etc. with high sensitivity and high accuracy are composed of thermocouples. Often.

本発明の成分比較バイオセンサチップは、Si以外のプラスチックやガラス基板を使用しても良く、この基板から熱分離した薄膜に、流路、反応部、温度センサを形成し、反応部には酵素を固定して構成しても良い。また、例えば、第1の基板上に、流路、流路内の反応部や参照部、更に、第1の温度センサ、第2の温度センサ、参照用温度センサなどを形成し、その後、それらの上に層状に重ねて、厚膜を形成して、この厚膜を第2の基板として用いるように形成しておき、更に、この第2の基板から熱分離するようにする薄膜に、上記の流路、流路内の反応部や参照部、更に、第1の温度センサ、第2の温度センサ、参照用温度センサなどが形成されるようにしても良い。そして、必要に応じて、第1の基板を除去して、第2の基板を残して、この第2の基板を上述の基板として取り扱うようにしても良い。また、更に、薄膜として、流路を形成する層状薄膜を、上述の薄膜として兼用にすることもできる。この場合は、基板から熱分離し、酵素を固定した反応部や第1の温度センサ、第2の温度センサ、参照用温度センサなどを有する流路が架橋構造やダイアフラム構造などの宙に浮いた状態の本成分比較バイオセンサチップが提供される。 The component comparison biosensor chip of the present invention may use a plastic or glass substrate other than Si, and a flow path, a reaction part, and a temperature sensor are formed in a thin film thermally separated from this substrate, and an enzyme is used in the reaction part. May be fixed and configured. Further, for example, a flow path, a reaction part or a reference part in the flow path, a first temperature sensor, a second temperature sensor, a reference temperature sensor, and the like are formed on the first substrate, and then they are formed. A thick film is formed by stacking layers on the above, and the thick film is formed so as to be used as a second substrate, and further, a thin film that is thermally separated from the second substrate is formed on the above. A first temperature sensor, a second temperature sensor, a reference temperature sensor, and the like may be formed. Then, if necessary, the first substrate may be removed, leaving the second substrate, and the second substrate may be treated as the above-mentioned substrate. Further, as the thin film, the layered thin film forming the flow path can also be used as the above-mentioned thin film. In this case, a flow path having a reaction part, a first temperature sensor, a second temperature sensor, a reference temperature sensor, etc., which is thermally separated from the substrate and fixed with an enzyme, floats in the air such as a crosslinked structure or a diaphragm structure. A biosensor chip for comparing this component of the state is provided.

例えば、架橋構造状の複数の形状の同等な薄膜が基板に形成されており、これらの複数の薄膜を経由する1本の流路が形成されており、その流路内で、各薄膜に熱的に略同等な1個ずつの反応部があり、これらの複数の反応部を第1の反応部、第2の反応部等として呼ぶことにする。それぞれの反応部には、それぞれの特定の基質成分に対応する異なる所定の酵素が固定している。そして、第1の反応部と第2の反応部等(もしくはそれらの近傍に)には、それぞれの反応熱を検出する第1の温度センサと第2の温度センサ等をそれぞれ設けてある。架橋構造状の薄膜が一様加熱された時に最も高温になるのは、ほぼ中央部であるので、流路内に熱的に略同等な第1の反応部や第2の反応部を形成するには、架橋構造状の薄膜のほぼ中央部にそれぞれの反応部を同一形状に配置することが最も望ましい。この参照用温度センサは、主に、第1の温度センサと第2の温度センサでの微小な温度変化を計測するに当たり、温度変化分のみを計測するために用いるものであり、第1の温度センサや第2の温度センサ等と同等な環境でありながら熱反応が生じない領域に形成される必要があり、主に、液体試料の温度を計測し、この温度を基準として第1の温度センサと第2の温度センサ等での微小な温度変化を差動計測するものである。なお、上記の「近傍」とは、同一の温度と見做せる範囲の領域や位置をいう。 For example, a plurality of equivalent thin films having a crosslinked structure are formed on a substrate, and one flow path is formed through the plurality of thin films, and heat is formed in each thin film in the flow path. There are one reaction part that is substantially equivalent to each other, and these plurality of reaction parts will be referred to as a first reaction part, a second reaction part, and the like. Different predetermined enzymes corresponding to each specific substrate component are immobilized on each reaction part. A first temperature sensor, a second temperature sensor, and the like for detecting the heat of reaction are provided in the first reaction unit, the second reaction unit, and the like (or in the vicinity thereof), respectively. When the crosslinked thin film is uniformly heated, the highest temperature is almost in the central part, so that a first reaction part and a second reaction part that are substantially equivalent in heat are formed in the flow path. It is most desirable to arrange each reaction part in the same shape in the substantially central part of the crosslinked thin film. This reference temperature sensor is mainly used to measure only the temperature change in measuring the minute temperature change in the first temperature sensor and the second temperature sensor, and is used for measuring only the temperature change, and the first temperature. It is necessary to be formed in a region where a thermal reaction does not occur even though the environment is equivalent to that of a sensor or a second temperature sensor. Mainly, the temperature of a liquid sample is measured, and the first temperature sensor is based on this temperature. And a second temperature sensor or the like for differential measurement of minute temperature changes. The above-mentioned "neighborhood" refers to a region or position within a range that can be regarded as having the same temperature.

反応部には、基質に特異的に反応する、所謂、高い選択性を有する酵素を固定しておく。例えば、基質としての糖(グルース)対応の酵素であるグルコースオキシダーゼ、タンパク対応のトリプシン、クレアチニン対応のクレアチナーゼ、ビリルビン対応にはビリルビンオキシダーゼ、乳酸対応には乳酸オキシダーゼなどの特定の基質に選択的かつ特異的に反応する酵素が固定される。また、1本の流路が架橋構造状の複数の薄膜を経由するように形成されており、第1の反応部と第1の温度センサとの領域、更に第2の反応部と第2の温度センサの領域を通り、基板の手前から架橋構造を構成する空洞を跨いで対向する位置の基板まで到達し、さらに隣の架橋構造状の薄膜に形成してある流路を通って手前に戻り、更に、隣の架橋構造状の薄膜に形成してある流路を通って対向する位置の基板に戻るというように、ジグザグに複数の薄膜に形成した1本の流路内を、特定基質成分を含む体液などの液体試料が通る。例えば、2つの特定基質成分が、液体試料としての尿中の基質であるタンパクとクレアチニンであった場合、酵素として、それぞれに選択的に対応する酵素であるトリプシンとクレアチナーゼを用いると良い。そして、流路を通して導入された体液試料中の基質であるタンパクとクレアチニンと、それらに対応するそれぞれの酵素トリプシン(例えば、第1の反応部に固定)とクレアチナーゼ(例えば、第2の反応部に固定)との接触触媒熱反応で温度上昇させて、それらの温度上昇を反応部内(又は近傍)に形成してある第1の温度センサと第2の温度センサにより参照用温度センサを基準にして検出して、その時間経過を含む信号の大きさから基質であるタンパクとクレアチニンのそれぞれの量とそれらの比率を、それらの差動増幅信号を利用して演算して求めることができる。 A so-called highly selective enzyme that specifically reacts with the substrate is immobilized on the reaction section. For example, glucose oxidase, which is an enzyme corresponding to sugar (glue) as a substrate, trypsin corresponding to protein, creatinase corresponding to creatinine, bilirubin oxidase for bilirubin, and lactic acid oxidase for lactic acid, which are selectively and specific to specific substrates. The enzyme that reacts with the target is fixed. Further, one flow path is formed so as to pass through a plurality of thin films having a crosslinked structure, and the region between the first reaction section and the first temperature sensor, and the second reaction section and the second It passes through the area of the temperature sensor, reaches the substrate at the opposite position across the cavity forming the crosslinked structure from the front of the substrate, and then returns to the front through the flow path formed in the adjacent thin film of the crosslinked structure. Further, the specific substrate component is formed in one flow path formed in a plurality of thin films in a zigzag manner, such as returning to the substrate at the opposite position through the flow path formed in the adjacent crosslinked thin film. A liquid sample such as a body fluid containing is passed through. For example, when the two specific substrate components are protein and creatinine, which are substrates in urine as a liquid sample, it is preferable to use trypsin and creatinase, which are enzymes that selectively correspond to each other, as enzymes. Then, proteins and creatinine, which are substrates in the body fluid sample introduced through the flow path, and their corresponding enzymes trypsin (for example, fixed to the first reaction part) and creatinase (for example, to the second reaction part). The temperature is raised by the contact catalytic thermal reaction with (fixed), and the temperature rise is based on the reference temperature sensor by the first temperature sensor and the second temperature sensor formed in (or near) the reaction part. It can be detected and the respective amounts of the substrates protein and creatinase and their ratios can be calculated and obtained from the magnitude of the signal including the passage of time by using their differential amplification signals.

上述では、液体試料として、血液、尿、汗、唾液、涙などの体液中にある特定基質成分としての基質とこれに対する酵素との触媒熱反応について述べたが、液体試料として、例えば、果物中の糖やタンパク質などの少なくとも2種類特定基質成分の量や比率などの情報を、同様にしてそれぞれの酵素との触媒熱反応に基づいて取得することができる。 In the above description, as a liquid sample, a catalytic thermal reaction between a substrate as a specific substrate component in body fluids such as blood, urine, sweat, saliva, and tears and an enzyme thereof has been described, but as a liquid sample, for example, in fruits. Information such as the amount and ratio of at least two specific substrate components such as sugar and protein can be obtained in the same manner based on the catalytic thermal reaction with each enzyme.

本発明の請求項2に係わる成分比較バイオセンサチップは、前記参照部を、前記第1の反応部、第2の反応部等の反応部との略中間位置に設けた場合である。 The component comparison biosensor chip according to claim 2 of the present invention is a case where the reference unit is provided at a position substantially intermediate with the reaction unit such as the first reaction unit and the second reaction unit.

参照用温度センサが設けられている流路は、第1の反応部と第2の反応部に流入する流路と同一の流路内に設けられており、しかもこれらの流路は、基板から熱分離した異なる薄膜上に形成されており、互いに熱的にも分離されている。しかも、第1の反応部と第2の反応部に流入する流路と熱的にも同等で、直列接続されているので、同一の温度の液体試料が、例えば、第1の反応部で酵素と反応して熱せられて、基板上を流れる時に冷却されるが、熱せられたまま、第2の反応部に流入すると、第2の反応部で酵素反応による発熱がなかった場合でも第2の反応部の温度上昇をさせてしまい、反応熱が生じたという誤差を生じやすい。本発明では、これらの誤差を少なくするために、参照部を、前記第1の反応部、第2の反応部等の反応部との略中間位置にある薄膜に形成して、1本の流路内を流れている液体試料の平均的な温度を計測して補償するものである。このようにして、参照用温度センサを基準にして、第1の温度センサや第2の温度センサとの温度に関する信号を差動増幅すると第1の温度センサや第2の温度センサでの液体試料の温度からのずれた温度変化のみを高精度で計測することができる。 The flow path provided with the reference temperature sensor is provided in the same flow path as the flow path flowing into the first reaction section and the second reaction section, and these flow paths are provided from the substrate. It is formed on different heat-separated thin films and is also thermally separated from each other. Moreover, since the first reaction section and the flow path flowing into the second reaction section are thermally equivalent and connected in series, a liquid sample having the same temperature can be used as an enzyme in the first reaction section, for example. It is heated by reacting with and cooled when flowing on the substrate, but if it flows into the second reaction part while being heated, the second reaction part does not generate heat due to the enzymatic reaction. The temperature of the reaction part is raised, and an error that reaction heat is generated is likely to occur. In the present invention, in order to reduce these errors, the reference portion is formed on a thin film at a position substantially intermediate with the reaction portions such as the first reaction portion and the second reaction portion, and one flow is formed. It measures and compensates for the average temperature of the liquid sample flowing in the path. In this way, when the signal related to the temperature with the first temperature sensor and the second temperature sensor is differentially amplified with reference to the reference temperature sensor, the liquid sample in the first temperature sensor and the second temperature sensor is used. It is possible to measure only the temperature change deviated from the temperature of the above with high accuracy.

本発明の請求項3に係わる成分比較バイオセンサチップは、前記第1の温度センサ、第2の温度センサおよび参照用温度センサとも、温度差センサとした場合である。 The component comparison biosensor chip according to claim 3 of the present invention is a case where the first temperature sensor, the second temperature sensor, and the reference temperature sensor are all temperature difference sensors.

温度差センサには、熱電対やサーモパイルが知られている。温度差センサの特長は、基準点(例えば、冷接点)と測定点(例えば、温接点)との温度差のみに関係する出力を電圧出力として取り出すことができることであり、しかも、ほぼ温度差に比例した出力電圧になることである。従って、例えば、第1の温度センサ、第2の温度センサおよび参照用温度センサとして熱電対を採用し、上記の参照用温度センサを基準にして、第1の温度センサや第2の温度センサを測定点(温接点)として計測すれば、第1の温度センサと第2の温度センサの出力は、参照用温度センサの位置とそれぞれの第1の温度センサと第2の温度センサの位置の温度差出力を示す。この場合、第2の温度センサと第1の温度センサとの基準点を共通にすることにより、第2の温度センサと第1の温度センサとの出力差を計測すると、これは、第2の温度センサの位置と第1の温度センサの位置の温度差出力となる。第2の温度センサと第1の温度センサのそれぞれの一方の熱電物質として、共通する架橋構造を構成するSOI層(例えば、n型シリコン層)とすると、単純な構成となり便利である。このように構成することにより、流路を通して導入された体液試料中の基質であるタンパクとクレアチニンと、それらに対応するそれぞれの酵素であるトリプシンとクレアチナーゼとの接触触媒熱反応でそれぞれ温度上昇させて、それらの温度上昇を反応部内(又は近傍)に形成してある第1の温度センサと第2の温度センサにより検出して、その時間経過を含む信号の大きさから基質の量やそれらの基質の量の比率に関する情報が取得できる。 Thermocouples and thermopile are known as temperature difference sensors. The feature of the temperature difference sensor is that the output related only to the temperature difference between the reference point (for example, cold contact) and the measurement point (for example, warm contact) can be taken out as a voltage output, and moreover, the temperature difference is almost equal. The output voltage is proportional. Therefore, for example, a thermocouple is adopted as the first temperature sensor, the second temperature sensor, and the reference temperature sensor, and the first temperature sensor and the second temperature sensor are used with reference to the above reference temperature sensor. When measured as a measurement point (warm contact), the output of the first temperature sensor and the second temperature sensor is the temperature of the position of the reference temperature sensor and the position of the first temperature sensor and the second temperature sensor, respectively. Shows the difference output. In this case, if the output difference between the second temperature sensor and the first temperature sensor is measured by sharing the reference point between the second temperature sensor and the first temperature sensor, this is the second temperature sensor. It is the temperature difference output between the position of the temperature sensor and the position of the first temperature sensor. It is convenient to use an SOI layer (for example, an n-type silicon layer) that constitutes a common crosslinked structure as one thermoelectric material of each of the second temperature sensor and the first temperature sensor because the configuration is simple. With this configuration, the temperature is raised by the catalytic thermal reaction between the substrates protein and creatinine in the body fluid sample introduced through the flow path and the corresponding enzymes trypsin and creatinase. , Those temperature rises are detected by the first temperature sensor and the second temperature sensor formed in (or near) the reaction part, and the amount of substrate and their substrates are detected from the magnitude of the signal including the passage of time. You can get information about the ratio of the amount of.

本発明の成分比較バイオセンサチップでは、第1の温度センサと第2の温度センサおよび参照用温度センサとも、温度差センサである熱電対であるときには、基板から熱分離した薄膜として、Si(シリコン)基板のSOI層を利用すると、このSOI層の熱電対の一方の熱電導材料として利用することができる。SOI層である半導体は、ゼーベック係数が金属に比べ大であるので、高感度で高精度の熱電対を製作しやすい。他方の熱電対の熱電導材料として、金属膜を用いると容易に形成できるので好適である。半導体のゼーベック係数が金属に比べ一桁程度大であるので、他方の金属膜は、ゼーベック係数の符号にとらわれずに選択して良い。そして複数の流路を同一の酵素固定バイオセンサチップに形成して、同時に多項目の液体試料中の成分を計測するようにした場合には、それぞれの流路内に形成してある第1の温度センサと第2の温度センサおよび参照用温度センサとを共通のSOI層の熱電対の一方の熱電導材料として使用することで電極パッド数が少なくて済むと共に、各流路内の第1の温度センサと第2の温度センサおよび参照用温度センサとの出力信号の増幅回路も共通アースとして利用できるので、低雑音で増幅できることや参照用温度センサを基準として流路内の第1の温度センサや第2の温度センサの選択、更にそれらの差動増幅が容易な電子回路となり好都合である。 In the component comparison biosensor chip of the present invention, when the first temperature sensor, the second temperature sensor, and the reference temperature sensor are thermocouples, which are temperature difference sensors, Si (silicon) is used as a thin film thermally separated from the substrate. ) By using the SOI layer of the substrate, it can be used as one of the thermocouples of this SOI layer as a thermoconducting material. Since the semiconductor, which is the SOI layer, has a larger Seebeck coefficient than that of metal, it is easy to manufacture a highly sensitive and highly accurate thermocouple. It is preferable to use a metal film as the thermocouple material for the other thermocouple because it can be easily formed. Since the Seebeck coefficient of a semiconductor is about an order of magnitude larger than that of a metal, the other metal film may be selected regardless of the sign of the Seebeck coefficient. Then, when a plurality of flow paths are formed on the same enzyme-fixed biosensor chip and the components in the liquid sample of multiple items are measured at the same time, the first flow path formed in each flow path. By using the temperature sensor, the second temperature sensor, and the reference temperature sensor as one thermoconducting material of the thermoelectric pair of the common SOI layer, the number of electrode pads can be reduced, and the number of electrode pads can be reduced, and the first in each flow path can be used. Since the output signal amplification circuit of the temperature sensor, the second temperature sensor, and the reference temperature sensor can also be used as a common ground, it can be amplified with low noise, and the first temperature sensor in the flow path is based on the reference temperature sensor. It is convenient because it is an electronic circuit that facilitates the selection of the second temperature sensor and the differential amplification of them.

基板の液体試料流入口付近の温度は、一般に反応の最適温度ではないので、注入された液体試料が流路を通って反応部に到達するまでには、既にその反応の所定の最適環境温度になっていることが望ましい。しかし、最適温度でなくとも周囲温度が極端に最適温度からずれていなければ、周囲温度補正により液体試料中の特定成分を校正することができる。液体試料は、例えば、尿などの場合には、体温に近く、周囲温度からずれている場合が多く、1mK程度の温度変化を計測する本成分比較バイオセンサチップでは、基板の温度や周囲温度、更には、液体試料の温度に、極めて敏感である。流路内を通る液体試料も外部のヒータなどにより所定の最適温度になるように配置することもできる。また、ヒータがなく、最適環境温度でなくとも、反応部や温度センシング部を断熱材で覆い、室温の環境下での熱反応の温度上昇分を計測して、各酵素の温度特性を予め求めてある校正データを利用して下記基質の量を校正することができる。 Since the temperature near the inlet of the liquid sample on the substrate is generally not the optimum temperature for the reaction, the injected liquid sample has already reached the predetermined optimum environmental temperature for the reaction by the time it reaches the reaction part through the flow path. It is desirable that it is. However, if the ambient temperature does not deviate extremely from the optimum temperature even if it is not the optimum temperature, the specific component in the liquid sample can be calibrated by the ambient temperature correction. For example, in the case of urine, the liquid sample is close to the body temperature and often deviates from the ambient temperature, and in this component comparison biosensor chip that measures the temperature change of about 1 mK, the temperature of the substrate and the ambient temperature, etc. Furthermore, it is extremely sensitive to the temperature of the liquid sample. The liquid sample passing through the flow path can also be arranged so as to have a predetermined optimum temperature by an external heater or the like. In addition, even if there is no heater and the temperature is not the optimum environment, the reaction part and temperature sensing part are covered with a heat insulating material, and the temperature rise of the thermal reaction in a room temperature environment is measured to obtain the temperature characteristics of each enzyme in advance. The amount of the following substrates can be calibrated using the calibration data provided.

本発明の成分比較バイオセンサチップには、少なくとも1個の流入口から流入された液体試料中の特定の基質成分を、該基質成分に対応する酵素との触媒作用の反応熱により検出するバイオセンサチップであって、前記基板から熱分離し、並列に接続された複数個の薄膜に、前記液体試料が分流して通る流路である第1の流路、第2の流路等がそれぞれ形成されていること、それぞれの同一の第1の流路、第2の流路等内に、それぞれ1個の反応部である第1の反応部、第2の反応部等とこれらの反応部と熱的に略同等な1個の参照部である第1の参照部、第2の参照部等とが、各前記薄膜の中央部に対して略対象な位置にそれぞれ直列に接続されていること、前記第1の反応部、第2の反応部等には、それぞれ対応する第1の温度センサ、第2の温度センサ等を具備し、参照部には、酵素を固定せずに参照用温度センサを具備していること、それぞれの反応部である第1の反応部、第2の反応部等には、特定の異なる前記基質成分にそれぞれ対応する所定の異なる酵素を固定していること、前記第1の温度センサ、第2の温度センサ等のそれぞれの前記反応部での反応熱に基づく温度変化を、前記参照用温度センサを基準として計測し、それぞれの前記基質成分の量の情報、もしくは、それらの量の比較可能な情報を取得できるように構成したこと、を特徴とするものある。 The component comparison biosensor chip of the present invention is a biosensor that detects a specific substrate component in a liquid sample flowing in from at least one inflow port by the heat of reaction of catalytic action with an enzyme corresponding to the substrate component. A first flow path, a second flow path, and the like, which are flow paths through which the liquid sample is diverted, are formed in a plurality of thin films that are thermally separated from the substrate and are connected in parallel. The first reaction section, the second reaction section, etc., which are one reaction section, and these reaction sections, respectively, in the same first flow path, second flow path, etc. The first reference portion, the second reference portion, and the like, which are substantially equivalent one reference portions, are connected in series at positions substantially symmetrical with respect to the central portion of each of the thin films. The first reaction section, the second reaction section, and the like are provided with corresponding first temperature sensors, second temperature sensors, and the like, respectively, and the reference section is provided with a reference temperature without fixing an enzyme. A sensor is provided, and predetermined different enzymes corresponding to the specific different substrate components are fixed to the first reaction part, the second reaction part, etc., which are the respective reaction parts. The temperature change based on the heat of reaction at each of the reaction sections of the first temperature sensor, the second temperature sensor, etc. is measured with reference to the reference temperature sensor, and information on the amount of each of the substrate components, Alternatively, there is one characterized in that it is configured so that comparable information of those amounts can be obtained.

液体試料としての尿、血液、汗や唾液などの体液中には、生体由来物質であるグルコース、タンパク、乳酸、クレアチニン、ビリルビン、尿酸などの多くの基質が含まれている。これらの体液を利用して、できるだけ多くの種類の基質成分の特定やその量、更には、それらの比率などを同時に計測したい。そのために、同一の基板に、複数の薄膜とそのそれぞれの上の流路を配列させ、それぞれの薄膜のそれぞれに液体試料が通る流路に異なる酵素を固定した1個の反応部と酵素が固定されていない参照部とが直列に形成され、それぞれの箇所に第1の温度センサと参照用温度センサとが形成されている。これらの複数個の薄膜のそれぞれの流路に、基板に設けている液体試料の流入口から流入した液体試料が各複数の薄膜上の流路に分流して流れるように形成している。このようにして第1の温度センサと参照用温度センサとの差動出力を取り出すようにすると、基板から熱分離した1個の薄膜上の流路には、熱反応を生じる1個の反応部しかないこと、発熱する他の反応部から熱的に独立して計測できることで、熱のクロストークがなく、それぞれの薄膜に形成された流路中を通る液体試料の温度から上昇する1個の反応部で発熱した温度変化のみ計測できるという利点がある。 Body fluids such as urine, blood, sweat and saliva as liquid samples contain many substrates such as glucose, protein, lactic acid, creatinine, bilirubin and uric acid, which are biological substances. Using these body fluids, we would like to identify as many types of substrate components as possible, their amounts, and their ratios at the same time. For that purpose, a plurality of thin films and channels on each of them are arranged on the same substrate, and one reaction part and an enzyme in which different enzymes are fixed in the channels through which a liquid sample passes are fixed in each of the thin films. A reference portion that is not formed is formed in series, and a first temperature sensor and a reference temperature sensor are formed at each portion. The liquid sample flowing from the inlet of the liquid sample provided on the substrate is formed to flow in each of the flow paths of the plurality of thin films so as to be divided into the flow paths on the plurality of thin films. When the differential output of the first temperature sensor and the reference temperature sensor is taken out in this way, one reaction part that causes a thermal reaction in the flow path on one thin film heat-separated from the substrate. Since there is only one and it can be measured thermally independently from other heat-generating reaction parts, there is no thermal crosstalk, and one piece rises from the temperature of the liquid sample passing through the flow path formed in each thin film. There is an advantage that only the temperature change generated in the reaction part can be measured.

少なくとも複数の前記薄膜のうち2個の薄膜のそれぞれに形成している流路の反応部には、例えば、液体試料としての尿中のタンパク(アルブミン)とクレアチニンとの尿内成分の量の比率など、特定の基質成分の量の比率を求めたい2種類の基質のそれぞれに対応する異なる酵素が固定してあるので、反応熱をそれぞれの温度センサで検出し、基準となるそれぞれの液体試料の温度を参照用温度センサで検出し、それぞれ各流路で、それぞれの温度センサと参照用温度センサとの差動検出ができるように構成することにより、それぞれの少なくとも2個の薄膜での各反応部での反応熱に基づく温度変化を検出することができる。そして、それぞれの2つの基質成分の量に関する情報を得て、予め用意してある校正データを基にして、それらの量の比較に関する情報からそれらの量の比率を演算することができる。このように、本発明は、同一の前記薄膜に形成してある各流路内で、反応熱をそれぞれの温度センサで検出し、基準となるそれぞれの液体試料の温度を参照用温度センサで検出して、それぞれ各流路で、それぞれの温度センサと参照用温度センサとの差動検出ができるように構成した場合である。 In the reaction part of the flow path formed in each of the two thin films of at least the plurality of thin films, for example, the ratio of the amount of the urinary component of the protein (albumin) and creatinine in the urine as a liquid sample. Since different enzymes corresponding to each of the two types of substrates for which the ratio of the amount of a specific substrate component is to be obtained are fixed, the reaction heat is detected by each temperature sensor, and the reference liquid sample is used. By detecting the temperature with the reference temperature sensor and configuring each flow path so that the temperature sensor and the reference temperature sensor can be differentially detected, each reaction in each of at least two thin films. It is possible to detect a temperature change based on the reaction heat in the part. Then, information on the amounts of each of the two substrate components can be obtained, and the ratio of those amounts can be calculated from the information on the comparison of those amounts based on the calibration data prepared in advance. As described above, in the present invention, the reaction heat is detected by each temperature sensor in each flow path formed in the same thin film, and the temperature of each reference liquid sample is detected by the reference temperature sensor. Then, each flow path is configured so that the differential detection between the respective temperature sensor and the reference temperature sensor can be performed.

本発明の成分比較バイオセンサチップには、少なくとも1個の流入口から流入された液体試料中の特定の基質成分を、該基質成分に対応する酵素との触媒作用の反応熱により検出するバイオセンサチップであって、前記基板から熱分離し、並列に接続された複数個の薄膜に、前記液体試料が分流して通る流路である第1の流路、第2の流路等および参照用流路がそれぞれ形成されていること、それぞれの同一の第1の流路、第2の流路等内に、それぞれ熱的に略同等な1個の反応部である第1の反応部、第2の反応部等が、前記各薄膜の中央付近に形成されてあり、前記第1の反応部、第2の反応部等に、それぞれ第1の温度センサ、第2の温度センサ等を具備し、参照用流路内に形成されている参照部には、酵素を固定せずに参照用温度センサを具備していること、それぞれの反応部である第1の反応部、第2の反応部等には、特定の異なる前記基質成分に対応する所定の異なる酵素を固定していること、前記第1の温度センサ、第2の温度センサ等のそれぞれの前記反応部での反応熱に基づく温度変化を、前記参照用温度センサを基準として計測し、それぞれの前記基質成分の量の情報、もしくは、それらの量の比較可能な情報を取得できるように構成したこと、を特徴とするものある。 The component comparison biosensor chip of the present invention is a biosensor that detects a specific substrate component in a liquid sample flowing in from at least one inflow port by the heat of reaction of catalytic action with an enzyme corresponding to the substrate component. A first flow path, a second flow path, etc., which is a chip, which is a flow path through which the liquid sample is diverted and passed through a plurality of thin films that are thermally separated from the substrate and connected in parallel, and for reference. Each of the flow paths is formed, and in each of the same first flow path, second flow path, etc., the first reaction part and the first reaction part, which are substantially equivalent one reaction parts, respectively. The second reaction section and the like are formed near the center of each of the thin films, and the first reaction section, the second reaction section and the like are provided with a first temperature sensor, a second temperature sensor and the like, respectively. , The reference part formed in the reference flow path is provided with a reference temperature sensor without fixing the enzyme, and the first reaction part and the second reaction part, which are the respective reaction parts, respectively. Etc., a predetermined different enzyme corresponding to a specific different substrate component is immobilized, and a temperature based on the heat of reaction at each of the reaction parts such as the first temperature sensor and the second temperature sensor. some variations, the temperature sensor the reference measured as a reference, the amount of information of each of the matrix components, or by being configured so that it can be retrieved with comparable information for their amounts, also those characterized by ..

請求項1と2の発明では、1本の流路で、互いに異なる所定の酵素を固定した熱的に略同等な第1の反応部と第2の反応部とが直列に接続し、更に参照部も直列に接続しているので、第1の反応部と第2の反応部での発熱反応のために、熱的なクロストークが多少生じる可能性がある。そのために、それぞれの酵素に対応する基質の量の値の計測には、誤差が生じやすいが、同一の流路内の単純な構成であるので、2つの基質成分の量の比率を求めるのには、好適である。また、前記段落番号18に記載の発明では、同一の流路には、反応熱を持つ反応部が1個だけであり、他の流路の反応部とは熱分離しているので、熱のクロストークがなく、更に、分流されている同一の各流路内で反応部の温度を計測する第1の温度センサと参照用温度センサがあるので、同一流路内の液体試料の温度からの反応部での温度上昇分を高精度で計測できるという利点があり、各反応部での基質の成分量が精度良く求めることができる。しかし、2つの基質成分の量の比率を求めるのには、異なる薄膜上の流路に形成する反応部での酵素反応発熱を計測するので、高精度の計測に誤差が生じる可能性を含む。もちろん、これらの誤差を事前に求めておいた補正用校正データを作成しておき、これを用いて誤差を小さくすることができる。また、各反応部の温度センサと参照用温度センサが同一の基板から熱分離した微細な薄膜に形成しているので、配線が混み合うといった点も設計時に考慮しなければならない。 In the inventions of claims 1 and 2, in one flow path, a thermally equivalent first reaction part and a second reaction part in which predetermined enzymes different from each other are fixed are connected in series, and further referred to. Since the parts are also connected in series, some thermal crosstalk may occur due to the exothermic reaction between the first reaction part and the second reaction part. Therefore, it is easy to make an error in measuring the value of the amount of substrate corresponding to each enzyme, but since it is a simple configuration in the same flow path, it is necessary to obtain the ratio of the amounts of the two substrate components. Is suitable. Further, in the invention described in paragraph No. 18 , the same flow path has only one reaction section having heat of reaction, and the reaction section is thermally separated from the reaction sections of other flow paths. Since there is no crosstalk and there is a first temperature sensor and a reference temperature sensor that measure the temperature of the reaction part in each of the same flow paths that are divided, the temperature of the liquid sample in the same flow path is used. There is an advantage that the temperature rise in the reaction section can be measured with high accuracy, and the amount of the substrate component in each reaction section can be obtained with high accuracy. However, since the ratio of the amounts of the two substrate components is measured by measuring the heat generated by the enzyme reaction at the reaction sites formed in the flow paths on different thin films, there is a possibility that an error may occur in the highly accurate measurement. Of course, it is possible to create correction calibration data for which these errors have been obtained in advance and use them to reduce the errors. In addition, since the temperature sensor of each reaction unit and the reference temperature sensor are formed on a fine thin film that is thermally separated from the same substrate, it is necessary to consider that the wiring is congested at the time of designing.

これに対して、本発明の成分比較バイオセンサチップは、前記段落番号18に記載の発明の利点である同一の流路には、反応熱を持つ反応部が1個だけ形成してあり、他の流路の反応部とは熱的なクロストークがないことを採用し、更に、前記段落番号18に記載の発明での困難を解消するために、反応部を基板から熱分離した薄膜の最も高感度となる中央部付近に形成し、更に配線が混み合う点を解消するようにしたものもある。上述の補正用校正データを利用することで、2つ以上の基質の量を測定や、それらの基質の量の比率を、高感度に、しかも高精度に計測できる。 On the other hand, in the component comparison biosensor chip of the present invention, only one reaction portion having a heat of reaction is formed in the same flow path, which is an advantage of the invention described in paragraph number 18. It is adopted that there is no thermal crosstalk with the reaction part of the other flow path, and further, in order to solve the difficulty in the invention described in paragraph No. 18 , the reaction part is thermally separated from the substrate. There is also one that is formed near the central part where the sensitivity is the highest, and further eliminates the point where the wiring is congested. By using the above-mentioned correction calibration data, it is possible to measure the amount of two or more substrates and measure the ratio of the amounts of those substrates with high sensitivity and high accuracy.

本発明の請求項に係わる成分比較バイオセンサチップは、同一の前記薄膜上に形成した流路内の前記第1の反応部、第2の反応部等に、表面酵素固定用ビーズ留置のためのピラーを設けてあり、前記表面酵素固定用ビーズの注入口を前記液体試料の流入口とは異なる位置で、前記液体試料が流れる同一の流路の基板上を形成してある場合である。 The component comparison biosensor chip according to claim 4 of the present invention is for placing beads for fixing surface enzymes in the first reaction part, the second reaction part, etc. in the flow path formed on the same thin film. The pillar is provided, and the injection port of the surface enzyme fixing beads is formed at a position different from the inlet of the liquid sample on the substrate of the same flow path through which the liquid sample flows.

表面酵素固定用ビーズは、一般に、ポリスチレンビーズ(PSビーズ)の直径20マイクロメートル(μm)の表面のカルボキシル基に、エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(EDAC)を介して結合させ、更に、タンパク質である酵素のアミノ基を利用して、特定の酵素を結合させてコーティングしているPSビーズである。この表面酵素固定用ビーズを流路内の反応部に留置すれば、反応部に酵素を固定することができる。反応部にピラーを設けておき、液体試料の流入口側の表面酵素固定用ビーズの注入口から特定の酵素固定用ビーズを流し込み、反応部の出口側に設けているピラーでストップさせて、反応部に酵素固定用ビーズを留置すれば、その特定酵素をこの反応部に固定したことになる。ここでは、特に、複数の反応部である第1の反応部や第2の反応部等が直列や並列に接続されている時で、流路中の第1の反応部や第2の反応部等に異なる酵素を固定する場合に、同一の直径の酵素固定用ビーズでは、液体試料の1つの流入口側から酵素固定用ビーズの流し込みをしても、直列の場合は、最初の反応部に設けているピラーで留まり、並列の場合は、第1の反応部や第2の反応部等に同様に留置されてしまい、これらの反応部に異なる酵素を固定することが困難になる。そこで、本発明では、流路中の第1の反応部や第2の反応部等ごとに、表面酵素固定用ビーズの注入口を前記液体試料の流入口とは異なる位置に複数個設けておき、これらの注入口から所定の異なる表面酵素固定用ビーズを注入させるようにした場合である。表面酵素固定用ビーズを注入して各反応部に留置させたのちに、液漏れがないように注入口に蓋をする。 Surface enzyme-fixing beads are generally prepared by using ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (EDAC) on the surface carboxyl group of polystyrene beads (PS beads) having a diameter of 20 micrometer (μm). PS beads that are bound and further coated by binding a specific enzyme using the amino group of the enzyme that is a protein. If the surface enzyme fixing beads are placed in the reaction part in the flow path, the enzyme can be fixed in the reaction part. A pillar is provided in the reaction section, specific enzyme-fixing beads are poured from the injection port of the surface enzyme-fixing beads on the inlet side of the liquid sample, and the reaction is stopped by the pillar provided on the outlet side of the reaction section. If the enzyme-fixing beads are placed in the part, the specific enzyme is fixed in this reaction part. Here, in particular, when the first reaction unit, the second reaction unit, and the like, which are a plurality of reaction units, are connected in series or in parallel, the first reaction unit and the second reaction unit in the flow path When fixing different enzymes to, etc., with the same diameter enzyme fixing beads, even if the enzyme fixing beads are poured from one inlet side of the liquid sample, if they are in series, they will be in the first reaction part. In the case of staying in the provided pillars and in parallel, they are similarly placed in the first reaction part, the second reaction part and the like, and it becomes difficult to fix different enzymes in these reaction parts. Therefore, in the present invention, a plurality of injection ports for surface enzyme-fixing beads are provided at positions different from the inlet of the liquid sample for each of the first reaction section, the second reaction section, and the like in the flow path. , This is a case where predetermined different surface enzyme fixing beads are injected from these injection ports. After injecting the beads for fixing the surface enzyme and indwelling them in each reaction part, the injection port is covered to prevent liquid leakage.

また、成分比較バイオセンサチップの同一の前記基板に形成している流路を複数並列に配列させている場合には、1つの流入口から流入した液体試料が、各流路に分流させるようにしてあり、分流後には、合流して一つの流出口から排出されるようにした方が良い。それは、液体試料の一つの流出口から吸引するようにできるので、液体試料の1つの流入口から流入や洗浄液の流路への流入、更には、表面酵素固定用ビーズの流入口とは異なる各注入口から流路への注入、そして、液体試料や洗浄液などの外部への排出など、流路系が簡便になると共に、センサチップもコンパクトに形成できることになる。 Further, when a plurality of flow paths formed on the same substrate of the component comparison biosensor chip are arranged in parallel, the liquid sample flowing in from one inflow port is divided into each flow path. After splitting, it is better to merge and discharge from one outlet. Since it can be sucked from one outlet of the liquid sample, it is different from the inflow from one inlet of the liquid sample, the inflow of the washing liquid into the flow path, and the inlet of the beads for fixing the surface enzyme. The flow path system can be simplified by injecting from the injection port into the flow path and discharging the liquid sample or cleaning liquid to the outside, and the sensor chip can be formed compactly.

本発明の請求項に係わる成分比較バイオセンサチップは、同一の前記薄膜上に形成した流路内の前記第1の反応部、第2の反応部等に、表面酵素固定用ビーズ留置のためのそれぞれ間隔の異なるピラーを設けてあり、前記表面酵素固定用ビーズの直径の異なるビーズ寸法を利用して、前記所定の異なる酵素の表面酵素固定用ビーズが、それぞれ第1の反応部、第2の反応部等で留置できるようにピラーを配置形成してある場合である。 The component comparison biosensor chip according to claim 5 of the present invention is for placing beads for fixing surface enzymes in the first reaction part, the second reaction part, etc. in the flow path formed on the same thin film. Pillars having different intervals are provided, and the bead dimensions for fixing the surface enzyme of the predetermined different enzyme are used to form the first reaction part and the second, respectively, by utilizing the bead size of the bead for fixing the surface enzyme. This is a case where the pillars are arranged and formed so that they can be placed in the reaction part of the above.

同一の流路内に直列に接続している第1の反応部と第2の反応部等があり、第1の反応部と第2の反応部等には、互いに異なる酵素を固定したい。そこで、例えば、1本の流路のうち液体試料の流入口側から順番に第1の反応部があり、その後に第2の反応部が形成されている場合には、第1の反応部に設けてあるピラーの配置の間隔を18μmとし、第1の反応部に留置する予定の酵素固定用ビーズの直径を20μmとすれば良い。流路の流れに対して第1の反応部の後方に位置する第2の反応部に設けてあるピラーの配置の間隔を例えば、8μmになるように配置し、直径を10μmの酵素固定用ビーズを用いれば、前方の第1の反応部に設けてあるピラーを通り抜けて、第2の反応部に設けてあるピラーのところで留められて、第2の反応部には、直径を10μmの酵素固定用ビーズが留置されて、第1の反応部に固定されている酵素とは異なる所望の酵素を第2の反応部に固定される。反応に係る酵素の量は、これらの酵素固定用ビーズの量で調整できる。 There are a first reaction part and a second reaction part connected in series in the same flow path, and it is desired to fix different enzymes to the first reaction part and the second reaction part. Therefore, for example, when the first reaction section is provided in order from the inlet side of the liquid sample in one flow path and the second reaction section is formed after that, the first reaction section is used. The interval between the arranged pillars may be 18 μm, and the diameter of the enzyme-fixing beads to be placed in the first reaction section may be 20 μm. Enzyme-fixing beads having a diameter of 10 μm and pillars arranged in a second reaction section located behind the first reaction section with respect to the flow of the flow path are arranged so as to be, for example, 8 μm. Is used, it passes through the pillar provided in the first reaction part in front and is fastened at the pillar provided in the second reaction part, and is fixed to the second reaction part with an enzyme having a diameter of 10 μm. The beads are placed and a desired enzyme different from the enzyme fixed in the first reaction part is fixed in the second reaction part. The amount of the enzyme involved in the reaction can be adjusted by adjusting the amount of these enzyme-fixing beads.

上述のように、同一の流路内に直列に接続している第1の反応部と第2の反応部がある場合、それぞれの反応部でのそれぞれの固定酵素によるそれぞれの基質の量やそれらの量に比率を計測する場合、その発熱温度がミリケルビン(mK)の桁である可能性があり、主に、液体試料の温度を補正する参照部とそこに設けた参照用温度センサが重要となる。参照部は、直列に接続している第1の反応部と第2の反応部を形成してある基板から熱分離した前記の薄膜上の流路とは、液体試料の流入口が同一で、並列接続してある薄膜上の流路内に形成しておき、流入口から注入された液体試料が、分流して流れるようにしている。この参照部を有する流路にも第1の反応部と第2の反応部と略同等の形状であるが、酵素は固定せず、どちらにも酵素固定用ビーズ留置用のピラーも設けない状態で、参照部としての参照用温度センサを第1の反応部と第2の反応部のどちらかに対応する位置に形成するようにする。この時、参照部がある流路には、酵素固定用ビーズが留置されるピラーがないので留まらず、酵素による熱反応がないので、参照部としての役目を果たす。第1の反応部と第2の反応部に設けてあるそれぞれの第1の温度センサと第2の温度センサとの差動増幅をするようにして、第1の反応部と第2の反応部のそれぞれに固定した所定の酵素に対応するそれぞれの基質の量やこれらの量の比率が求められるようにすることができる。 As described above, when there are a first reaction part and a second reaction part connected in series in the same flow path, the amount of each substrate by each fixed enzyme in each reaction part and them. When measuring the ratio to the amount of, the heat generation temperature may be in the order of millikelvin (mK), and the reference part that corrects the temperature of the liquid sample and the reference temperature sensor provided there are mainly important. It becomes. The reference part has the same inflow port of the liquid sample as the flow path on the thin film that is thermally separated from the substrate forming the first reaction part and the second reaction part that are connected in series. It is formed in the flow path on the thin film connected in parallel so that the liquid sample injected from the inflow port is divided and flows. The flow path having this reference portion has substantially the same shape as the first reaction portion and the second reaction portion, but the enzyme is not fixed and neither of them is provided with a pillar for placing beads for fixing the enzyme. Then, the reference temperature sensor as the reference unit is formed at a position corresponding to either the first reaction unit or the second reaction unit. At this time, since there is no pillar in which the enzyme-fixing beads are placed in the flow path where the reference portion is located, the reference portion does not stay there, and there is no thermal reaction by the enzyme, so that the reference portion serves as a reference portion. The first reaction section and the second reaction section are differentially amplified by the first temperature sensor and the second temperature sensor provided in the first reaction section and the second reaction section, respectively. It is possible to obtain the amount of each substrate corresponding to a predetermined enzyme fixed to each of the above and the ratio of these amounts.

なお、直列に接続している第1の反応部と第2の反応部を有する流路を並列接続して、これらの流路に形成している第1の反応部と第2の反応部にそれぞれの異なる酵素を有する酵素固定用ビーズを留置するには、液体試料を一つの流入口からの酵素固定用ビーズの注入では、各並列接続の流路中にそれぞれ形成している第1の反応部と第2の反応部には、同一の2種類のみの酵素固定になってしまうという問題がある。これを解決するには、例えば、液体試料を一つの流入口か分流している各流路の基板上に位置している領域に、それぞれ酵素固定用ビーズ注入用の特別な注入口を設けておき、それぞれの流路の第1の反応部と第2の反応部の留置する予定の所定のそれぞれ2種類の酵素の酵素固定用ビーズをそれぞれの特別な注入口から注入して、各第1の反応部と第2の反応部に必要な量の酵素固定用ビーズを留置固定した後、前記特別な注入口の上に蓋をするようにして液漏れを防ぐようにすると良い。 The first reaction section and the flow path having the second reaction section connected in series are connected in parallel to the first reaction section and the second reaction section formed in these flow paths. To place enzyme-fixing beads with different enzymes, a liquid sample is injected from one inlet with enzyme-fixing beads, the first reaction forming in each parallel-connected flow path. There is a problem that only the same two types of enzymes are fixed in the part and the second reaction part. To solve this, for example, a special injection port for injecting beads for fixing enzymes is provided in a region located on the substrate of each flow path that divides the liquid sample into one inflow port. Then, the enzyme-fixing beads of the predetermined two types of enzymes to be placed in the first reaction part and the second reaction part of each flow path are injected from each special injection port, and each first After the required amount of enzyme-fixing beads is placed and fixed in the reaction section and the second reaction section, it is preferable to cover the special injection port to prevent liquid leakage.

本発明の成分比較バイオセンサチップには、前記各反応部に、エレクトロクリック法による酵素固定用の電極を設けた構造とした場合ある。 The component comparison biosensor chip of the present invention, the each reaction part, there is a case of a structure in which an electrode for enzyme immobilization by electroporation click method.

酵素の固定法として、従来から担体結合法、架橋法、包括法などで固定するための固定材(例えば、多孔性のあるシリカゲルなどのゲル状物質や電着した高分子材料、光架橋性PVAなど高分子材料など)で、親水性はあるが水に不溶な物質に固定しておき、流路を通して導入された体液中の基質とそれに対応する酵素との接触触媒反応で、熱反応して温度上昇させて、その温度上昇を反応部内又は近傍に形成してある第1の温度センサで検出して、その時間経過を含む信号の大きさから基質の量を測定することもできる。しかし、本発明では、流路形成後に、酵素を流路内の反応部に固定する方が望ましいので、金電極などの金属膜に、キトサンなどの物質を電着した後に、表面をアルキル化処理して、その上にアジド化したタンパク質を電着により固定する、所謂、エレクトロクリック法(エレクトロクリックケミストリ法ともいう)により、タンパク質である酵素を固定する方法を採用するものである。なお、基質とそれに対応する酵素との接触(触媒)熱反応は、最適な温度があり、体液中の基質と対応酵素との反応は、一般には、体温付近のことが多い。従って、少なくとも反応に寄与する反応部付近は、一様にその反応の最適温度にしておくようにすることが望ましい。 As a method for fixing an enzyme, a fixing material for fixing by a carrier binding method, a cross-linking method, a comprehensive method, etc. (for example, a gel-like substance such as porous silica gel, an electrodeposited polymer material, or a photocrosslinkable PVA) has been conventionally used. (Polymer material, etc.), fixed to a substance that is hydrophilic but insoluble in water, and undergoes a thermal reaction by the contact catalytic reaction between the substrate in the body fluid introduced through the flow path and the corresponding enzyme. It is also possible to raise the temperature, detect the temperature rise with a first temperature sensor formed in or near the reaction section, and measure the amount of the substrate from the magnitude of the signal including the passage of time. However, in the present invention, it is desirable to fix the enzyme to the reaction part in the flow path after the flow path is formed. Therefore, after electrodeposition of a substance such as chitosan on a metal film such as a gold electrode, the surface is alkylated. Then, a method of fixing the enzyme, which is a protein, is adopted by a so-called electroclick method (also referred to as an electroclick chemistry method) in which the azide-ized protein is fixed on the azide by electrodeposition. The contact (catalytic) thermal reaction between the substrate and the corresponding enzyme has an optimum temperature, and the reaction between the substrate and the corresponding enzyme in the body fluid is generally near the body temperature. Therefore, it is desirable to keep the optimum temperature of the reaction uniformly at least in the vicinity of the reaction part that contributes to the reaction.

エレクトロクリック法による本酵素固定バイオセンサチップの流路中の反応部に形成してある金(Au)などの金属膜への酵素の電着固定は、例えば、次のようにする。先ず、キトサンを希塩酸に溶かし、水酸化ナトリウムで、pH調節して、pH5.5程度にし、これを、酵素固定を除いて完成した酵素固定バイオセンサチップの流路の液体試料の流入口から流路内に注入してする。酵素固定用の金(Au)などの反応部に形成してある金属膜の電極は、酵素固定バイオセンサチップの流路外の基板上形成した電極パッドと導通しているので、この電極パッドと、流路の流入口側または流路の流出口側に、他方の対向電極を挿入または形成して、キトサンは、正に帯電しているので、酵素固定用電極を負極とし、他方の対向電極は、正極になるように配線して、電圧を3V程度で、3−10μA(マイクロアンペア)程度(電極の寸法に依存する)で、5分間程度で、10μm程度の厚みに電着する。その後、電着されたキトサン膜を流路に空気を流して半乾きにする。 The enzyme is electrodeposited and fixed to a metal film such as gold (Au) formed in the reaction part in the flow path of the enzyme-fixed biosensor chip by the electroclick method, for example, as follows. First, chitosan is dissolved in dilute hydrochloric acid, and the pH is adjusted with sodium hydroxide to a pH of about 5.5, which is then flowed from the inlet of the liquid sample in the flow path of the completed enzyme-immobilized biosensor chip excluding enzyme immobilization. Inject into the road. The metal film electrode formed on the reaction part such as gold (Au) for fixing the enzyme is conductive with the electrode pad formed on the substrate outside the flow path of the enzyme fixing biosensor chip. , The other counter electrode is inserted or formed on the inlet side of the flow path or the outlet side of the flow path, and since chitosan is positively charged, the electrode for immobilizing the enzyme is used as the negative electrode and the other counter electrode is used. Is wired so as to be a positive electrode, and is electrodeposited to a thickness of about 10 μm in about 5 minutes at a voltage of about 3 V and about 3-10 μA (microamp) (depending on the size of the electrode). After that, the electrodeposited chitosan film is semi-dried by flowing air through the flow path.

次に、この電着されたキトサン膜表面を酵素電着固定用の前処理として、アルキル化させる。これには、水酸化ナトリウムとイソピルアルコールの混合溶液を流路に注入して、電着されたキトサン膜に触れさせ、臭化プロパルギル液を微量添加して、60℃程度で5時間程度放置することにより達成される。また、タンパク質である酵素をアジド化しておき、これをエレクトロクリック法で、アルキル化されたたキトサン膜表面に電着して、流路内の反応部の電極に酵素を固定する。酵素のアジド化には、種々の方法があるが、例えば、NHS-dPEG(4)-N3を含むNaHCO3の溶液に、酵素を4時間程度浸すことにより達成される。そして、バッファー液中で、8時間程度、低温(4℃程度)で放置して未反応性分を除去する。次に、エレクトロクリック法による酵素固定のために、例えば、硫酸銅、アスコン酸とEDTAをリン酸バッファー液に溶かして、更に、アジド化されたこの酵素のバッファー液に溶かし、流路に注入する。流入口側に対抗電極を挿入または形成しておき、また、参照電極を流出口側に挿入または形成しておき、流路内の反応部の酵素固定用電極と対向電極との間に、500から-300mVの間の250mV/s程度の走査電圧を繰り返し印加して、10分間程度、酵素を電着させて、エレクトロクリック法による流路内の反応部の電極への酵素固定が達成される。 Next, the surface of this electrodeposited chitosan film is alkylated as a pretreatment for enzyme electrodeposition fixation. For this, a mixed solution of sodium hydroxide and isopyl alcohol is injected into the flow path, brought into contact with the electrodeposited chitosan membrane, a small amount of propargyl bromide solution is added, and the mixture is left at about 60 ° C. for about 5 hours. Achieved by doing. In addition, the enzyme, which is a protein, is azidized and electrodeposited on the surface of the alkylated chitosan membrane by the electroclick method to fix the enzyme on the electrode of the reaction part in the flow path. There are various methods for azidating the enzyme, and it is achieved, for example, by immersing the enzyme in a solution of LVDS3 containing NHS-dPEG (4) -N3 for about 4 hours. Then, the unreactive component is removed by leaving it in a buffer solution at a low temperature (about 4 ° C.) for about 8 hours. Next, for enzyme fixation by the electroclick method, for example, copper sulfate, asconic acid and EDTA are dissolved in a phosphate buffer solution, further dissolved in the azide-ized buffer solution of this enzyme, and injected into the flow path. .. A counter electrode is inserted or formed on the inlet side, and a reference electrode is inserted or formed on the outlet side. By repeatedly applying a scanning voltage of about 250 mV / s between and -300 mV and electrodepositing the enzyme for about 10 minutes, enzyme immobilization of the reaction part in the flow path by the electroclick method is achieved. ..

本発明の成分比較バイオセンサチップには、前記薄膜の各反応部に、ヒータを形成してあり、前記反応部を加熱できるように構成した場合ある。 The component comparison biosensor chip of the present invention, each reaction part of the thin film, Yes to form a heater, there is a case configured to allow heating the reaction section.

生物由来物質の基質とそれに対応する酵素とのそれぞれの組み合わせにおいては、それぞれの接触触媒熱反応には、最適な環境温度が有り、多くの場合、人間の体温付近の35℃から40℃程度であり、一般の室温である20℃より高い温度である。このような最適な温度環境下もしくは、熱反応が観測されやすい温度環境下での接触触媒熱反応になるように、外部にヒータを設置して、流路を持つ前記薄膜を所定の均一な温度分布となる温度設定できるようにすると良い。本発明では、反応部の温度を酵素に最適な温度にすることもできると共に、酵素との熱反応における反応熱の校正用にも使用出来るようにした場合である。特に、酵素の活性が時間や環境により低下することが多く、この反応部に形成してあるヒータにより、酵素の活性度のチェックや校正に役立てるようにしている。例えば、所定のワット数である10μW(マイクロワット)をヒータに加えることによる温度上昇分を事前に計測しておき、標準液体試料を流すことによる酵素熱反応による特定の酵素の反応熱の温度上昇分を時々計測すれば、その経時変化により、酵素活性の度合いをチェックできると共に、これを基にして、標準液体試料の成分の量の校正ができる。 In each combination of the substrate of the biological substance and the corresponding enzyme, each contact-catalyzed thermal reaction has an optimum ambient temperature, often at around 35 ° C to 40 ° C near the human body temperature. Yes, it is a temperature higher than the general room temperature of 20 ° C. A heater is installed outside so that the contact-catalyzed thermal reaction occurs in such an optimum temperature environment or in a temperature environment in which a thermal reaction can be easily observed, and the thin film having a flow path has a predetermined uniform temperature. It is good to be able to set the temperature that will be the distribution. In the present invention, the temperature of the reaction part can be set to the optimum temperature for the enzyme, and at the same time, it can be used for calibration of the heat of reaction in the thermal reaction with the enzyme. In particular, the activity of the enzyme often decreases with time and environment, and the heater formed in this reaction part is useful for checking and calibrating the activity of the enzyme. For example, the temperature rise due to the addition of 10 μW (microwatt), which is a predetermined wattage, to the heater is measured in advance, and the temperature rise of the reaction heat of a specific enzyme due to the enzyme heat reaction by flowing a standard liquid sample. If the minutes are measured from time to time, the degree of enzyme activity can be checked by the change over time, and the amount of components of the standard liquid sample can be calibrated based on this.

本発明の請求項に係わる成分比較バイオセンサチップは、前記各反応部内と参照部内の流路の少なくとも幅方向の形状を流線形とした場合である。 The component comparison biosensor chip according to claim 6 of the present invention is a case where the shape of the flow path in each reaction section and the reference section is streamlined at least in the width direction.

実験によると、液体試料が流れる流路内の反応部の幅方向の形状が例えば、長方形のような角があると、液体試料や洗浄液が4つの角付近に停滞し、新しい液体試料や洗浄液と入れ替われないという問題があった。この現象は、各反応部内と参照部内の流路の少なくとも幅方向の形状を流線形にすることにより解消した。なお、流路の高さ方向は、反応部や参照部で段差がない構造にすることが望ましく、段差がある場合は、その段差の緩やかな傾斜として、流体の停滞が起こらないようにする必要がある。 According to the experiment, if the shape of the reaction part in the width direction in the flow path through which the liquid sample flows has a corner such as a rectangle, the liquid sample or the cleaning liquid stagnates near the four corners, and a new liquid sample or the cleaning liquid is used. There was a problem that they could not be replaced. This phenomenon was solved by making the shape of the flow path in each reaction section and the reference section at least in the width direction streamlined. In addition, it is desirable that the height direction of the flow path has a structure in which there is no step at the reaction part or the reference part, and if there is a step, it is necessary to make the step gentle slope so that the fluid does not stagnate. There is.

バイオセンサモジュールは、液体試料や洗浄液の流入口と流出口を有し、該流入口と流出口の間に、前記請求項1からのいずれかに記載の成分比較バイオセンサチップを搭載してあること、前記液体試料や洗浄液が該成分比較バイオセンサチップの流入口と流出口を経て、外部に流出させるように一体化してあること、更に、前記成分比較バイオセンサチップへの電気的接続用のコネクタを備えてあること、を特徴とするものである。 The biosensor module has an inlet and an outlet for a liquid sample or a cleaning liquid, and the component comparison biosensor chip according to any one of claims 1 to 6 is mounted between the inlet and the outlet. That is, the liquid sample and the cleaning liquid are integrated so as to flow out to the outside through the inlet and outlet of the component comparison biosensor chip, and further, for electrical connection to the component comparison biosensor chip. It is characterized by being provided with a connector of.

本発明の成分比較バイオセンサチップを搭載したハンディなカロリメトリック(熱量検出型)バイオセンサである成分比較バイオセンサとして使用した場合に、酵素の失活などで成分比較バイオセンサチップを交換する必要が出てくる。成分比較バイオセンサチップは、極めて微細なパターン形状からなり、破壊されやすい構造である。そのような場合には、成分比較バイオセンサチップ単体で取り扱うのではなく、成分比較バイオセンサチップには、直接触れないで成分比較バイオセンサチップを交換することが望ましい。本発明は、成分比較バイオセンサを使用する一般の人が、容易に成分比較バイオセンサチップを交換することができるように、液体試料や洗浄液の注入口と流出口を有し、かつ、成分比較バイオセンサチップへの電気的接続用のコネクタを備えてあるバイオセンサモジュールとして、モジュール化するもので、このバイオセンサモジュール単位で、成分比較バイオセンサに、カセットのように装着することで成分比較バイオセンサチップが交換できるようにしたものである。 When used as a component comparison biosensor, which is a handy calorimetric (calorific value detection type) biosensor equipped with the component comparison biosensor chip of the present invention, it is necessary to replace the component comparison biosensor chip due to enzyme deactivation or the like. Come out. The component comparison biosensor chip has an extremely fine pattern shape and has a structure that is easily broken. In such a case, it is desirable to replace the component comparison biosensor chip without directly touching the component comparison biosensor chip, instead of handling the component comparison biosensor chip alone. The present invention has an inlet and an outlet for a liquid sample or a cleaning liquid and a component comparison so that a general person using a component comparison biosensor can easily replace the component comparison biosensor chip. It is modularized as a biosensor module equipped with a connector for electrical connection to the biosensor chip. By attaching this biosensor module to the component comparison biosensor like a cassette, the component comparison bio The sensor chip can be replaced.

本発明の請求項に係わる成分比較バイオセンサは、前記成分比較バイオセンサチップのうち、少なくとも2個の反応部である前記第1の反応部と第2の反応部に、液体試料中の比率を求めたい特定の基質成分に対応する所定の酵素をそれぞれ固定した成分比較バイオセンサチップもしくはバイオセンサモジュールを搭載し、反応熱に基づくそれぞれの温度変化を、前記成分比較バイオセンサチップに形成している前記参照用温度センサを基準にして前記第1の温度センサと前記第2の温度センサを差動検出で計測し、所定の校正データを基にして、少なくとも前記2つの基質成分の量、もしくは、それらの比率が求められるようにしたこと、を特徴とするものである。 In the component comparison biosensor according to claim 7 of the present invention, the ratio of the first reaction part and the second reaction part, which are at least two reaction parts, in the liquid sample to the component comparison biosensor chip. A component comparison biosensor chip or biosensor module in which a predetermined enzyme corresponding to a specific substrate component to be obtained is fixed is mounted, and each temperature change based on the reaction heat is formed on the component comparison biosensor chip. The first temperature sensor and the second temperature sensor are measured by differential detection with reference to the reference temperature sensor, and based on predetermined calibration data, at least the amount of the two substrate components, or It is characterized by the fact that the ratios thereof have been obtained.

前述の請求項1と2に関する記述のように、例えば、架橋構造状の複数の薄膜に、1本の流路が形成され、その流路内に熱的に略同等な第1の反応部と第2の反応部とに互いに異なる酵素が固定されている。そして、第1の反応部と第2の反応部は、架橋構造状の薄膜の中央部を挟んで両側に略対称に同一形状に配置しているので、それらの酵素反応による発熱量に応じて温度上昇をする。第1の反応部と第2の反応部には、第1の温度センサと第2の温度センサとがそれぞれ形成されているので、これらの発熱量の応じた温度上昇を別に設けた参照用温度センサを基準として差動計測する。参照用温度センサは、第1の反応部と第2の反応部を通る流路とは並列接続されて分流して流れる別に設けた流路内設けてあり、酵素が固定されていない領域であるので、第1の反応部と第2の反応部と同一の液体試料が流れるので、参照部として、主に、液体試料の温度を基準として第1の反応部と第2の反応部でのそれぞれの温度上昇分を計測することができる。このようにして、第1の反応部と第2の反応部でのそれぞれの酵素によって発熱する2つの基質成分の量、もしくは、それらの比率が求められる。第1の反応部と第2の反応部でのそれぞれの発熱量と温度変化との関係を予め校正用データとして求めておき、この校正用データを基にして、2つの基質成分の量や比率を校正するようにすると良い。特に、液体試料として、尿や血液を用いると、その中のタンパクであるアルブミンとクレアチニンとの比率が、腎臓病の早期発見に繋がるなどの重要で、これらの量や比率を求めるには、基質であるアルブミンに対して、トリプシンなどの酵素を、基質であるクレアチニンに対して、クレアチナーゼなどの酵素を第1の反応部と第2の反応部にそれぞれ固定すると良い。 As described in claims 1 and 2 above, for example, one flow path is formed in a plurality of thin films having a crosslinked structure, and the first reaction section is thermally equivalent in the flow path. Different enzymes are fixed to the second reaction part. Since the first reaction section and the second reaction section are arranged in the same shape substantially symmetrically on both sides of the central portion of the crosslinked thin film, the calorific value of the enzymatic reaction is increased. The temperature rises. Since the first temperature sensor and the second temperature sensor are formed in the first reaction section and the second reaction section, respectively, the reference temperature is provided with a separate temperature rise according to the calorific value of these sensors. Differential measurement is performed with reference to the sensor. The reference temperature sensor is provided in a separately provided flow path in which the first reaction section and the flow path passing through the second reaction section are connected in parallel to separate and flow, and is a region in which the enzyme is not fixed. Therefore, since the same liquid sample as the first reaction part and the second reaction part flows, as a reference part, mainly based on the temperature of the liquid sample, the first reaction part and the second reaction part, respectively. It is possible to measure the temperature rise of. In this way, the amount of the two substrate components generated by the respective enzymes in the first reaction section and the second reaction section, or their ratios are determined. The relationship between the calorific value and the temperature change of each of the first reaction section and the second reaction section is obtained in advance as calibration data, and based on this calibration data, the amount and ratio of the two substrate components are obtained. It is good to calibrate. In particular, when urine or blood is used as a liquid sample, the ratio of albumin and creatinine, which are proteins in the liquid sample, is important because it leads to early detection of kidney disease. It is preferable to fix an enzyme such as trypsin to albumin and an enzyme such as creatinase to creatinine as a substrate in the first reaction part and the second reaction part, respectively.

前述の段落番号18と段落番号21に記載した成分比較バイオセンサチップは、基板から熱分離した複数個の並列に接続された薄膜のそれぞれに、液体試料が通る流路が形成されており、それらの各流路には、所定の酵素を固定した1個の反応部が形成されている場合がある段落番号18に記載の成分比較バイオセンサチップでは、薄膜上の各流路に参照部があり、そこに参照用温度センサが具備している。しかし、段落番号21に記載の成分比較バイオセンサチップでは、1個の反応部を持つ複数の流路と並列接続してあり、各反応部から熱分離している薄膜上の流路内で、薄膜上の反応部と空間的と熱的に同等な位置に参照部と参照用温度センサが形成されている。反応部には、第1の温度センサが形成されているので、発熱量の応じた温度上昇を別に設けた参照用温度センサを基準として差動計測する。参照用温度センサは、反応部を通る流路とは並列接続されて分流して流れる別に設けた流路内設けてあり、酵素が固定されていないので、反応部と同一の液体試料が流れるので、参照部として、主に、液体試料の温度を基準として反応部の温度上昇分を計測することができる。このようにして、並列接続の各反応部に固定されている異なる所定の酵素によって発熱する少なくとも2つの基質成分の量、もしくは、それらの比率が求められる。 The component comparison biosensor chip described in paragraphs 18 and Numbering 21 described above, each of the thin film which is connected to a plurality of parallel that is thermally separated from the substrate, a flow path through which the liquid sample is formed, the they each flow path of, in some cases one reactive unit with a fixed predetermined enzyme is formed. In the component comparison biosensor chip described in paragraph No. 18, each flow path on the thin film has a reference portion, and a reference temperature sensor is provided therein. However, in the component comparison biosensor chip described in paragraph 21, in the flow path on the thin film which is connected in parallel with a plurality of flow paths having one reaction part and is thermally separated from each reaction part, A reference portion and a reference temperature sensor are formed at positions spatially and thermally equivalent to the reaction portion on the thin film. Since the first temperature sensor is formed in the reaction section, the temperature rise according to the calorific value is measured differentially with reference to a separately provided reference temperature sensor. The reference temperature sensor is provided in a separately provided flow path that is connected in parallel with the flow path passing through the reaction part and splits and flows, and since the enzyme is not fixed, the same liquid sample as the reaction part flows. As a reference unit, the temperature rise of the reaction unit can be measured mainly based on the temperature of the liquid sample. In this way, the amount or ratio of at least two substrate components that generate heat by different predetermined enzymes fixed to each reaction part of the parallel connection is determined.

ここでは、前記の成分比較バイオセンサチップを搭載して、最適な温度環境下もしくは、熱反応が観測されやすい温度環境下での接触触媒熱反応になるように、反応部にジュール加熱ヒータを設置して、反応部の温度を酵素に最適な温度にすることもできると共に、酵素との熱反応における反応熱の校正用にも使用出来るようにした成分比較バイオセンサを提供する場合である。特に、酵素の活性が時間や環境により低下することが多く、この反応部に形成してあるヒータにより、酵素の活性度のチェックや校正にも役立てるようにしている。上述のように、例えば、所定のワット数である10μW(マイクロワット)をヒータに加えることによる温度上昇分を事前に計測しておき、標準液体試料を流すことによる酵素熱反応による特定の酵素の反応熱の温度上昇分を時々計測すれば、その経時変化により、酵素活性の度合いをチェックできると共に、これを基にして、液体試料中の特定の基質成分の量もしくは少なくとも特定の2つの基質成分の比率の校正をすることができる。 Here, the above-mentioned component comparison biosensor chip is mounted, and a Joule heating heater is installed in the reaction section so that the contact catalytic thermal reaction can be performed in an optimum temperature environment or a temperature environment in which a thermal reaction can be easily observed. Therefore, this is a case where a component comparison biosensor is provided which can make the temperature of the reaction part the optimum temperature for the enzyme and can also be used for calibrating the reaction heat in the thermal reaction with the enzyme. In particular, the activity of the enzyme often decreases with time and environment, and the heater formed in this reaction part is useful for checking and calibrating the activity of the enzyme. As described above, for example, the amount of temperature increase due to the addition of 10 μW (microwatt), which is a predetermined wattage, to the heater is measured in advance, and the enzyme heat reaction by flowing a standard liquid sample is used to obtain a specific enzyme. If the temperature rise of the heat of reaction is measured from time to time, the degree of enzyme activity can be checked by the change over time, and based on this, the amount of a specific substrate component in the liquid sample or at least two specific substrate components can be checked. The ratio of can be calibrated.

本発明の請求項に係わる成分比較バイオセンサは、少なくとも電源回路、増幅回路、演算回路および制御回路を備え、前記液体試料中の特定の基質成分の量もしくは少なくとも前記2つの基質成分の量の比率に関する情報を得ることができるようにした場合である。 The component comparison biosensor according to claim 8 of the present invention includes at least a power supply circuit, an amplifier circuit, an arithmetic circuit, and a control circuit, and the amount of a specific substrate component in the liquid sample or at least the amount of the two substrate components. This is the case when information about the ratio can be obtained.

成分比較バイオセンサチップは、Si単結晶であるSOI基板を用いて製作すると、MEMS技術が適用されやすく好適である。そして、このSOI基板から成るセンサチップに集積回路技術で電源回路、増幅回路、演算回路および制御回路も集積化できるし、これらを別の半導体基板等に集積化して、モジュール化することもできる。このようにすることにより、極めてコンパクトな、例えば、ハンディタイプの成分比較バイオセンサを提供することができる。もちろん、これらの回路を成分比較バイオセンサチップとは別に、コンパクトなプリント基板上に形成して置き、成分比較バイオセンサチップと近接配置して、電気的に接続して使用することもできる。 When the component comparison biosensor chip is manufactured using an SOI substrate which is a Si single crystal, it is preferable that the MEMS technology can be easily applied. A power supply circuit, an amplifier circuit, an arithmetic circuit, and a control circuit can also be integrated on the sensor chip made of the SOI substrate by integrated circuit technology, or these can be integrated on another semiconductor substrate or the like to be modularized. By doing so, it is possible to provide an extremely compact, for example, handy type component comparison biosensor. Of course, these circuits can also be formed and placed on a compact printed circuit board separately from the component comparison biosensor chip, placed close to the component comparison biosensor chip, and electrically connected for use.

上述のように、薄膜として架橋構造状の構造を採用すると、薄膜の安定な保持が達成されると言う利点があると共に、後述するように、センサチップを何回も使用するには、流路内を洗浄する必要がある。この場合、流路を通して、例えば、尿や血液などの液体試料を流し、熱反応後、センサチップ外に液体試料や洗浄液などを排出させる必要があるので、架橋構造状の構造が好適である。もちろん、薄膜としてカンチレバ状にすると架橋構造状の構造に比して、小型の薄膜で済むが、センサチップを何回も使用するには、液体試料や洗浄液などを、基板からの熱分離して有る薄膜上で液体試料の蒸発を防ぎながら排出させるには、カンチレバ上の流路をカンチレバの基板支持部に戻す必要があり、構造が複雑になると言う問題もある。 As described above, adopting a crosslinked structure as the thin film has an advantage that stable holding of the thin film is achieved, and as described later, in order to use the sensor chip many times, a flow path is used. It is necessary to clean the inside. In this case, for example, a liquid sample such as urine or blood needs to be flowed through the flow path, and after the thermal reaction, the liquid sample or the washing liquid needs to be discharged to the outside of the sensor chip. Therefore, a crosslinked structure is preferable. Of course, if the thin film is made into a cantilever shape, a smaller thin film is required compared to the crosslinked structure, but in order to use the sensor chip many times, the liquid sample or cleaning liquid is thermally separated from the substrate. In order to discharge the liquid sample while preventing evaporation on the existing thin film, it is necessary to return the flow path on the cantilever to the substrate support portion of the cantilever, which causes a problem that the structure becomes complicated.

上述したように、特定基質成分として、尿や血液などの体液中の基質の量と種類の特定では、特定基質成分である基質に対応する酵素を複数のそれぞれの薄膜上の流路内反応部に固定することにより、流入口から注入された液体試料の体液が分配されて、複数の薄膜に形成されているそれぞれの流路中を通って、それぞれの反応部で特定の酵素との触媒熱反応により発熱して、それらの第1の温度センサと第2の温度センサとの差動出力を取り出すことで、特定の酵素と基質の組合せをほぼ同時に決定できる。例えば、1個の流入口から注入した液体試料が、各薄膜に形成して有る各流路に分流して、それぞれの反応部でそれぞれの特定基質成分の基質に対応するそれぞれの酵素と熱反応して、それぞれの第1の温度センサや第2の温度センサでの温度上昇分の計測によりそれぞれの異なる特定基質成分の量の情報や比較可能な情報から量や比率が得られるようにした場合である。本発明により、液体試料中の種々の基質を同時に計測できるという利点がある。もちろん、逆に、特定基質成分対応物質として基質を反応部に固定しておき、特定基質成分として酵素を検出することもできる。 As described above, in specifying the amount and type of substrate in body fluids such as urine and blood as a specific substrate component, an enzyme corresponding to the substrate which is a specific substrate component is used as a reaction part in the flow path on each of a plurality of thin films. By fixing to, the body fluid of the liquid sample injected from the inflow port is distributed, passes through each flow path formed in a plurality of thin films, and the catalytic heat with a specific enzyme in each reaction part. By generating heat due to the reaction and extracting the differential output of the first temperature sensor and the second temperature sensor, the combination of a specific enzyme and substrate can be determined almost at the same time. For example, a liquid sample injected from one inlet is split into each flow path formed in each thin film, and a thermal reaction with each enzyme corresponding to the substrate of each specific substrate component in each reaction part. Then, when the amount and ratio can be obtained from the information on the amount of each different specific substrate component and the comparable information by measuring the temperature rise with each of the first temperature sensor and the second temperature sensor. Is. The present invention has the advantage that various substrates in a liquid sample can be measured at the same time. Of course, conversely, it is also possible to fix the substrate in the reaction section as a substance corresponding to the specific substrate component and detect the enzyme as the specific substrate component.

本発明の成分比較バイオセンサは、基板から熱分離した極めて熱容量の小さい薄膜に、微細な流路を形成した分解能1mK程度の温度計測システムであり、高精度な特定基質成分の量の検出には、酵素と基質の熱反応以外の外界からの熱の授受や対流などの影響が無いようにすることが最も重要である。熱対流や外気温の変化が影響しない構造にする必要が有り、室温の変動や外部空気等の流れなどの影響を防ぐために、少なくともカバーを1枚、基板に張り合わせて取付けて、断熱効果を高めると共に、液体試料の酵素固定バイオセンサチップの流入口と流出口とに液体試料が流入出できるようにした方が良い。もちろん、カバーのうち、基板から熱分離している箇所である宙に浮いている架橋構造の流路領域は、空洞などの凹部を有するようにしておく必要がある。これにより反応部の温度がカバーからも熱分離ができるようになる。基板の裏側にもカバーを取り付けることで、断熱効果が増す。成分比較バイオセンサチップのセンサへの取付の仕方により、基板の裏側がカバーの代わりに板に固定できるようにして、基板の裏側の空洞部を覆うようにすることも良い。 The component comparison biosensor of the present invention is a temperature measurement system having a resolution of about 1 mK in which a fine flow path is formed in a thin film having an extremely small heat capacity thermally separated from a substrate, and is used for highly accurate detection of the amount of a specific substrate component. It is most important to prevent the influence of heat transfer and convection from the outside world other than the thermal reaction between the enzyme and the substrate. It is necessary to have a structure that is not affected by heat convection or changes in outside air temperature, and in order to prevent the effects of room temperature fluctuations and the flow of external air, etc., at least one cover should be attached to the substrate to enhance the heat insulation effect. At the same time, it is better to allow the liquid sample to flow in and out of the inlet and outlet of the enzyme-fixed biosensor chip of the liquid sample. Of course, it is necessary that the flow path region of the crosslinked structure floating in the air, which is a portion of the cover that is thermally separated from the substrate, has a recess such as a cavity. As a result, the temperature of the reaction part can be thermally separated from the cover. By attaching a cover to the back side of the board, the heat insulating effect is increased. Depending on how the component comparison biosensor chip is attached to the sensor, the back side of the substrate may be fixed to the plate instead of the cover so as to cover the cavity on the back side of the substrate.

本発明の成分比較バイオセンサを、例えば、尿糖や尿タンパクなどの計測に用いた場合、ある個人の成分比較バイオセンサからの特定基質成分の量や比率に関する情報は、その時ばかりでなく、日常での日ごとの変化やその傾向を知ることが大事である。その計測時の数値ばかりでなく、過去のデータを蓄積しておき、経日変化をグラフ化したり、予測したりすることも大切であり、また、医療機関への連絡なども必要な場合もあり、情報を無線もしくは有線にて、外部にあるコンピュータに送信できるようにして、各種の処理ができるようにした方が好都合である。 When the component comparison biosensor of the present invention is used for measuring urine sugar, urine protein, etc., information on the amount and ratio of a specific substrate component from a certain individual component comparison biosensor is available not only at that time but also in daily life. It is important to know the daily changes and their trends in Japan. It is important to accumulate past data as well as the numerical values at the time of measurement to graph and predict diurnal changes, and it may be necessary to contact medical institutions. , It is convenient to enable information to be transmitted to an external computer wirelessly or by wire so that various processes can be performed.

本発明の成分比較バイオセンサチップでは、流路に参照部とすべての複数の反応部が直列または並列に形成されており、反応部と熱的に互いに略同等な参照部としているので、参照用温度センサを基準とした反応部での温度センサ出力が熱的に補償しやすいという利点がある。 In the component comparison biosensor chip of the present invention, the reference part and all the plurality of reaction parts are formed in series or in parallel in the flow path, and the reference part is thermally equivalent to the reaction part. There is an advantage that the temperature sensor output at the reaction unit based on the temperature sensor can be easily compensated thermally.

本発明の成分比較バイオセンサチップでは、第1の温度センサ、第2の温度センサ等および参照用温度センサがすべて熱電対などの温度差センサであり、特に同等に形成された参照用温度センサを基準にして、第1の温度センサと第2の温度センサの差動出力は、それらの対応酵素との熱反応に基づく温度上昇分のみの高精度計測を可能とし、少なくとも2つの反応部での所望の特定基質成分としての基質の量とこれらの比率を、高精度に計測できるという利点がある。 In the component comparison biosensor chip of the present invention, the first temperature sensor, the second temperature sensor, etc. and the reference temperature sensor are all temperature difference sensors such as thermocouples, and in particular, the reference temperature sensor formed equally is used. As a reference, the differential outputs of the first temperature sensor and the second temperature sensor enable highly accurate measurement of only the temperature rise based on the thermal reaction with their corresponding enzymes, and at least two reaction parts. There is an advantage that the amount of the substrate as a desired specific substrate component and the ratio thereof can be measured with high accuracy.

本発明の成分比較バイオセンサチップでは、反応部に、ヒータを形成してあり、反応部を加熱できるようにしているので、このヒータを所定のジュール熱の電力量で駆動して、酵素の失活の度合いをチェックして、校正用に使用することができるので、高寿命の精度の高い成分比較バイオセンサが提供できるという利点がある。 In the component comparison biosensor chip of the present invention, a heater is formed in the reaction part so that the reaction part can be heated. Therefore, this heater is driven by a predetermined amount of Joule heat to lose the enzyme. Since the degree of activity can be checked and used for calibration, there is an advantage that a highly accurate component comparison biosensor with a long life can be provided.

本発明の成分比較バイオセンサチップでは、この流路内にある反応部に、酵素固定をクリックケミストリ法や表面酵素固定用ビーズの留置法で選択的に形成できる。従って、同一基板に形成した複数の薄膜と流路に、それぞれ異なる酵素の固定ができるので、例えば、液体試料の尿中の多項目の特定基質成分を同時計測ができるという利点がある。 In the component comparison biosensor chip of the present invention, enzyme fixation can be selectively formed in the reaction portion in this flow path by the click chemistry method or the placement method of surface enzyme fixation beads. Therefore, since different enzymes can be immobilized on a plurality of thin films and flow paths formed on the same substrate, there is an advantage that, for example, multiple specific substrate components in urine of a liquid sample can be simultaneously measured.

本発明のバイオセンサモジュールでは、バイオセンサモジュール単位で、成分比較バイオセンサに、カセットのように装着することで、成分比較バイオセンサチップに直接手を触れずに、容易に交換できるという利点がある。 The biosensor module of the present invention has an advantage that it can be easily replaced without directly touching the component comparison biosensor chip by attaching the component comparison biosensor to the component comparison biosensor in units of the biosensor module like a cassette. ..

本発明の成分比較バイオセンサでは、流路、複数の反応部と参照部、更に複数の反応部と参照部のそれぞれに温度センサを備えた薄膜を同一基板に複数形成し、所定の基質とそれに対応する酵素との組み合わせで計測できるように、それぞれに配置させることにより、同時に微量の尿などの体液などに含有する特定基質成分の複数の種類の特定とその量およびそれらの比率をほぼ同時に計測することができると言う利点がある。 In the component comparison biosensor of the present invention, a plurality of thin films having a temperature sensor in each of the flow path, the plurality of reaction parts and the reference part, and the plurality of reaction parts and the reference part are formed on the same substrate, and a predetermined substrate and the predetermined substrate are formed. By arranging them in each so that they can be measured in combination with the corresponding enzymes, the identification of multiple types of specific substrate components contained in body fluids such as urine and their amounts and their ratios can be measured almost simultaneously. There is an advantage that it can be done.

本発明の成分比較バイオセンサでは、流路を密閉構造にしているので、液体試料の蒸発を防ぐと共に、断熱材で囲む構造にすることができるので、微細な温度変化を安定して計測することができるという利点がある。 In the component comparison biosensor of the present invention, since the flow path has a closed structure, evaporation of the liquid sample can be prevented and the structure can be surrounded by a heat insulating material, so that minute temperature changes can be stably measured. There is an advantage that it can be done.

本発明の成分比較バイオセンサでは、流路を洗浄液で洗浄できる構造にしており、計測は基質と酵素との熱反応に基づくが、その酵素は触媒として作用するので、消費するものではなく、本質的に基質の洗浄等を利用すれば、何回でも使用できると言う利点がある。 The component comparison biosensor of the present invention has a structure in which the flow path can be washed with a washing liquid, and the measurement is based on the thermal reaction between the substrate and the enzyme, but since the enzyme acts as a catalyst, it is not consumed and is essential. There is an advantage that it can be used many times if the substrate is washed or the like.

本発明の成分比較バイオセンサでは、MEMS技術によりセンサチップやヒータが形成でき、更に電源回路、増幅回路、演算回路および制御回路も集積化しやすく、例えば、モジュール化することによりコンパクトな携帯用の成分比較バイオセンサとしても提供できると言う利点がある。 In the component comparison biosensor of the present invention, a sensor chip and a heater can be formed by MEMS technology, and a power supply circuit, an amplifier circuit, an arithmetic circuit and a control circuit can be easily integrated. It has the advantage that it can also be provided as a comparative biosensor.

従来のバイオセンサチップ100‘の一実施例の平面概略図を示す。(実施例1)A schematic plan view of an embodiment of the conventional biosensor chip 100'is shown. (Example 1) 図1のX―X線に沿った断面概略図である。(実施例1)It is a cross-sectional schematic view along the X-ray line of FIG. (Example 1) 本発明の比較バイオセンサチップ100の一実施例を示す平面概略図である。(実施例1)It is a plan schematic diagram which shows one Example of the comparative biosensor chip 100 of this invention. (Example 1) 本発明の比較バイオセンサチップ100の他の一実施例を示す平面概略図である。(実施例2)It is a plan schematic diagram which shows another Example of the comparative biosensor chip 100 of this invention. (Example 2) 本発明の比較バイオセンサチップ100の他の一実施例を示す平面概略図である。(実施例3)It is a plan schematic diagram which shows another Example of the comparative biosensor chip 100 of this invention. (Example 3) 本発明の比較バイオセンサチップ100の他の一実施例を示す平面概略図である。(実施例4)It is a plan schematic diagram which shows another Example of the comparative biosensor chip 100 of this invention. (Example 4) 本発明の比較バイオセンサチップ100の他の一実施例を示す平面概略図である。(実施例5)It is a plan schematic diagram which shows another Example of the comparative biosensor chip 100 of this invention. (Example 5) 本発明の比較バイオセンサチップ100の他の一実施例を示す平面概略図である。(実施例6)It is a plan schematic diagram which shows another Example of the comparative biosensor chip 100 of this invention. (Example 6) 本発明の比較バイオセンサチップ100の他の一実施例を示す平面概略図である。(実施例7)It is a plan schematic diagram which shows another Example of the comparative biosensor chip 100 of this invention. (Example 7) 本発明の本発明のバイオセンサモジュール500の一実施例の断面概略図を示す(実施例8)A schematic cross-sectional view of an embodiment of the biosensor module 500 of the present invention of the present invention is shown (Example 8). 本発明の成分比較バイオセンサ1000の一実施例の概略図を示す。(実施例9)The schematic diagram of one Example of the component comparison biosensor 1000 of this invention is shown. (Example 9) 本発明の成分比較バイオセンサ1000を駆動する場合の構成概略図の一実施例のブロック図を示す。(実施例10)A block diagram of an embodiment of a schematic configuration diagram when driving the component comparison biosensor 1000 of the present invention is shown. (Example 10)

本発明の成分比較バイオセンサチップは、MEMS技術を用いて、シリコン(Si)基板で形成できる。このシリコン(Si)基板、特にSOI基板を用いて製作した場合のいくつかの実施例を主体に説明し、また、本発明の成分比較バイオセンサチップを搭載する モジュール化したバイオセンサモジュールの一実施例、更に、本発明の成分比較バイオセンサチップとこれを搭載したモジュールを用いた本発明の成分比較バイオセンサの実施の形態を、図面を用いて説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 The component comparison biosensor chip of the present invention can be formed of a silicon (Si) substrate using MEMS technology. We will mainly explain some examples of manufacturing using this silicon (Si) substrate, especially the SOI substrate, and also implement one of the modularized biosensor modules on which the component comparison biosensor chip of the present invention is mounted. For example, an embodiment of the component comparison biosensor of the present invention using the component comparison biosensor chip of the present invention and a module on which the chip is mounted will be described with reference to the drawings. In the present specification and the drawings, components having substantially the same functional configuration are designated by the same reference numerals, so that duplicate description will be omitted.

図1は、従来のバイオセンサチップ100‘の一実施例で、複数の薄膜10の架橋構造12を有する場合の平面概略図を示す。また、図2は、図1のX―X線に沿った断面概略図である。本実施例でも、第1の温度センサ20Aとその参照用温度センサ20Rを、熱電対で形成しているが、その時には、熱電導体120aとして、SOI層(n型半導体層)を共通にして、熱電導体120bを、絶縁膜50を介して形成したニクロム(NiCr)のスパッタリング薄膜を用いて、形成している。これらの熱電対の測定点(温接点)26では、絶縁膜50の貫通口を通したオーム性コンタクト60で電気的に接続されている。ここでは、単一の薄膜10を並列に5個並べ、それぞれを架橋構造12状の薄膜10a、薄膜10b、薄膜10cなどとした場合の一実施例を示している。基板1に設けてある1個の流入口16から注入した液体試料の尿が分配されて、例えば、薄膜10a、薄膜10bや薄膜10cに導入させるそれぞれの流路17が形成されている。そして、液体試料の尿中の特定基質成分としての基質、例えば、グルコース、乳酸、タンパクなどを検出する場合、これらの基質にそれぞれ対応する酵素4A、4B、4Cなどであるグルコースオキシダーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、トリプシンなどを薄膜10a、薄膜10bや薄膜10cのほぼ中央部に配してあるそれぞれの反応部6A、6B、6Cに上述の電着などで所定の量だけ固定しておく。各流路17をバイオセンサチップ100’の基板1の端部付近で再度合流させて、流出口18まで誘導するようにしている。更に、駆動手段610であるポンプ等で、液体試料や洗浄水等を吸引できるようにしても良い。なお、酵素4は、触媒として使用されるもので、基質との反応で消費されるものではなく、酵素4の固定化により、反応生成物や未反応基質を洗浄水により除去することにより、失活しなければ繰返し使用できるものである。ここでは、単一の薄膜10を並列に5個だけ並べた場合であるが、もちろん、更に増やしても良い。 FIG. 1 shows a schematic plan view of a conventional biosensor chip 100'in the case of having a crosslinked structure 12 of a plurality of thin films 10. Further, FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along the line XX of FIG. Also in this embodiment, the first temperature sensor 20A and the reference temperature sensor 20R are formed by a thermocouple, but at that time, the SOI layer (n-type semiconductor layer) is shared as the thermoelectric conductor 120a. The thermoelectric conductor 120b is formed by using a sputtering thin film of nichrome (NiCr) formed through the insulating film 50. At the measurement points (warm contacts) 26 of these thermocouples, they are electrically connected by an ohm-like contact 60 through the through hole of the insulating film 50. Here, an example is shown in which five single thin films 10 are arranged in parallel, and each of them has a crosslinked structure 12-shaped thin film 10a, thin film 10b, thin film 10c, or the like. The urine of the liquid sample injected from one inflow port 16 provided on the substrate 1 is distributed, and for example, the respective flow paths 17 to be introduced into the thin film 10a, the thin film 10b and the thin film 10c are formed. Then, when a substrate as a specific substrate component in urine of a liquid sample, for example, glucose, lactic acid, protein, etc. is detected, glucose oxidase, lactate dehydrogenase, which are enzymes 4A, 4B, 4C, etc. corresponding to these substrates, respectively, A predetermined amount of trypsin or the like is fixed to the reaction portions 6A, 6B, 6C arranged at substantially the center of the thin film 10a, the thin film 10b, and the thin film 10c by the above-mentioned electrodeposition or the like. The flow paths 17 are rejoined near the end of the substrate 1 of the biosensor chip 100'to be guided to the outlet 18. Further, a pump or the like, which is a driving means 610, may be capable of sucking a liquid sample, washing water, or the like. The enzyme 4 is used as a catalyst and is not consumed in the reaction with the substrate. It is lost by immobilizing the enzyme 4 and removing the reaction product and the unreacted substrate with washing water. If it is not activated, it can be used repeatedly. Here, only five single thin films 10 are arranged in parallel, but of course, the number may be further increased.

この従来のバイオセンサチップ100‘は、公知のMEMS製作技術により形成することができる。ここでは、SOI基板のSOI層11を用いて、架橋構造12状の薄膜10が形成されており、ここでは、第1の温度センサ20A、第2の温度センサ20Bおよび参照用温度センサ20Rを温度差センサである薄膜熱電対として実現した場合である。これらの薄膜熱電対は、SOI層11(例えば、n型シリコン単結晶膜で、厚み10μm程度)を第1の熱電導体120aとし、その上にSOI層11を熱酸化して形成したシリコン酸化膜である絶縁膜50を介して第2の熱電導体120b(例えば、ニッケル薄膜、アルミニウム薄膜やニクロム薄膜)を形成して、測定点(温接点)26としてのオーム性コンタクト60を作成して形成される。そして、基板1には、これらの薄膜の熱電対の共通の基準点(冷接点)27を形成している。架橋構造12状の薄膜10の長さは、800μm程度で良い。また、ここでは、基板1の温度を計測するために、基板1にpn接合ダイオード(半導体ダイオード)を形成してあり、基板1の絶対温度を計測するための絶対温度センサ23として利用している。なお、半導体ダイオードを絶対温度センサ23として使用する方法は、150℃以下の比較的低温である室温の計測では、半導体ダイオードに、一定の順電圧を印加し、その時のダイオード電流の温度依存性から求める方法、一定の電流を流し、その時のダイオード順電圧の温度依存性から求める方法がある。もちろん、絶対温度センサ23として、測温抵抗体を利用しても良い。 This conventional biosensor chip 100'can be formed by a known MEMS manufacturing technique. Here, the thin film 10 having a crosslinked structure 12 is formed by using the SOI layer 11 of the SOI substrate, and here, the temperature of the first temperature sensor 20A, the second temperature sensor 20B, and the reference temperature sensor 20R is set. This is a case where it is realized as a thin film thermocouple which is a difference sensor. In these thin film thermocouples, an SOI layer 11 (for example, an n-type silicon single crystal film having a thickness of about 10 μm) is used as a first thermoconductor 120a, and a silicon oxide film formed by thermally oxidizing the SOI layer 11 on the first thermoconductor 120a. A second thermal conductor 120b (for example, a nickel thin film, an aluminum thin film, or a silicon thin film) is formed through the insulating film 50, and an ohm-like contact 60 as a measurement point (warm contact) 26 is formed. To. A common reference point (cold contact) 27 for the thermocouples of these thin films is formed on the substrate 1. The length of the crosslinked structure 12-shaped thin film 10 may be about 800 μm. Further, here, in order to measure the temperature of the substrate 1, a pn junction diode (semiconductor diode) is formed on the substrate 1, and it is used as an absolute temperature sensor 23 for measuring the absolute temperature of the substrate 1. .. In the method of using the semiconductor diode as the absolute temperature sensor 23, in the measurement of room temperature which is a relatively low temperature of 150 ° C. or less, a constant forward voltage is applied to the semiconductor diode, and the temperature dependence of the diode current at that time is used. There is a method of obtaining it, and a method of obtaining it from the temperature dependence of the diode forward voltage at that time by passing a constant current. Of course, a resistance temperature detector may be used as the absolute temperature sensor 23.

流入口16から注入した液体試料の、例えば、尿が分配されて、薄膜10a、薄膜10bや薄膜10cなどのほぼ中央部に配してあるそれぞれの反応部6A、6B、6Cなどに設置し、固定したそれぞれの酵素の酵素4A、4B、4Cなどであるグルコースオキシダーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、トリプシンなどと最適環境温度下で接触させた時、反応部6A、6B、6Cなどの近傍に設置してそれぞれの温度を計測する第1の温度センサ20A、第2の温度センサ20B、第3の温度センサ20Cなどが、同様に薄膜10a、薄膜10b、薄膜10cの途中に形成してある参照用温度センサ20Rであるそれぞれの参照用温度センサ20RA、20RB、20RCなどとのそれぞれの温度差計測により、温度上昇分の温度差ΔTが認められると、反応部6A、6B、6Cのうちの温度差ΔTが認められた個所に対応するそれぞれ異なる特定基質成分(それぞれ、糖、乳酸、タンパクなど)が、尿中に存在すると言うことになる。そして、それらの温度上昇分の温度差ΔTの大きさから予め用意した校正データにより、その基質である特定基質成分の量が求められる。例えば、薄膜10aに形成してある反応部6A(ここには、グルコースオキシダーゼなる酵素が酵素4Aとして固定されている)が、触媒熱反応により発熱して第1の温度センサ20Aと参照用温度センサ20RAとの温度差計測により温度上昇分の温度差ΔTが所定の大きさ以上に計測されると、その大きさに応じて、尿糖の値が校正データを利用して求められるということである。もちろん、薄膜10bに形成した第2の温度センサ20Bと参照用温度センサ20RBとの差動出力により、温度上昇分の温度差ΔTが所定の大きさ以上に計測されると、その大きさに応じて、尿中の乳酸値が校正データを利用して求められると言うことである。バイオセンサチップ100‘等の製作方法や他の作用等も、既知の文献、例えば、文献1に記述の場合と同様なので、ここでは、その詳細な説明については省略する。 For example, urine of the liquid sample injected from the inflow port 16 is distributed and installed in the reaction portions 6A, 6B, 6C, etc., which are arranged in the substantially central portions of the thin film 10a, the thin film 10b, the thin film 10c, and the like. When contacted with glucose oxidase, lactate dehydrogenase, trypsin, etc., which are the enzymes 4A, 4B, 4C, etc. of the fixed enzymes under the optimum environmental temperature, they are installed in the vicinity of the reaction parts 6A, 6B, 6C, etc. The first temperature sensor 20A, the second temperature sensor 20B, the third temperature sensor 20C, and the like for measuring the temperature are similarly formed in the middle of the thin film 10a, the thin film 10b, and the thin film 10c by the reference temperature sensor 20R. When the temperature difference ΔT for the temperature rise is recognized by the temperature difference measurement with each of the reference temperature sensors 20RA, 20RB, 20RC, etc., the temperature difference ΔT among the reaction parts 6A, 6B, 6C is recognized. It can be said that different specific substrate components (sugar, lactic acid, protein, etc.) corresponding to each location are present in the urine. Then, the amount of the specific substrate component which is the substrate can be obtained from the calibration data prepared in advance from the magnitude of the temperature difference ΔT corresponding to the temperature rise. For example, the reaction section 6A formed on the thin film 10a (here, an enzyme called glucose oxidase is fixed as the enzyme 4A) generates heat due to a catalytic thermal reaction, and the first temperature sensor 20A and the reference temperature sensor When the temperature difference ΔT for the temperature rise is measured to a predetermined size or more by the temperature difference measurement with 20RA, the value of urinary sugar is obtained by using the calibration data according to the size. .. Of course, when the temperature difference ΔT for the temperature rise is measured by the differential output of the second temperature sensor 20B formed on the thin film 10b and the reference temperature sensor 20RB to a predetermined size or more, it depends on the size. Therefore, the lactate level in urine can be obtained by using the calibration data. Since the manufacturing method and other actions of the biosensor chip 100'and the like are the same as those described in a known document, for example, document 1, detailed description thereof will be omitted here.

しかしながら、上述の文献1などの従来技術では、第1の温度センサ20A、第2の温度センサ20B、第3の温度センサ20Cなどが、それぞれの薄膜10a、薄膜10b、薄膜10cなどのほぼ中央部に配してあるそれぞれの反応部6A、6B、6Cなどに設置しており、それぞれに対応する参照用温度センサ20RA、20RB、20RCなどが、それぞれの薄膜10a、薄膜10b、薄膜10cなどの中央部からずれていること、更に、参照部の寸法が反応部6の寸法とことなり、また、薄膜10の中央部が最も感度が高いので、室温からずれた温度の液体試料がそれぞれの流路に流入されたときに、例えば、第1の温度センサ20Aと参照用温度センサ20RAとに酵素反応熱がないのに、多少の温度差が生じ、実際の酵素反応熱の計測精度が悪くなるという問題が発生していた。 However, in the prior art such as Document 1 described above, the first temperature sensor 20A, the second temperature sensor 20B, the third temperature sensor 20C and the like are substantially central to the thin film 10a, the thin film 10b, the thin film 10c and the like, respectively. The reference temperature sensors 20RA, 20RB, 20RC, etc., which are installed in the respective reaction units 6A, 6B, 6C, etc. arranged in the above, are located at the center of each of the thin film 10a, thin film 10b, thin film 10c, etc. Since the reference part is deviated from the part, the reference part is different from the reaction part 6, and the central part of the thin film 10 has the highest sensitivity, the liquid sample having a temperature deviated from room temperature can flow through each flow path. For example, even though the first temperature sensor 20A and the reference temperature sensor 20RA do not have the heat of enzyme reaction, a slight temperature difference occurs and the actual measurement accuracy of the heat of enzyme reaction deteriorates. There was a problem.

本発明の成分比較バイオセンサチップ100は、従来のバイオセンサチップ100‘と酵素固定による対応する基質との熱反応による温度変化の検出という基本原理は同一であるが、上述の酵素反応熱の計測精度を高めること、また、液体試料中の所定の2つ以上の成分である基質の量の比率も比較できるようにしたものである。図3に示す本発明の成分比較バイオセンサチップの実施例について、説明する。図3は、本発明の比較バイオセンサチップの平面図で、例えば、シリコンチップ(Siチップ)の基板1に、上述の図1や図2の説明で述べたように、SOI層11からなる架橋構造12の基板1から空洞40により熱分離した複数の薄膜10を直列に1本の流路17で直列接続してある場合の比較バイオセンサチップの実施例である。流路17は、例えば、SU-8などのフォトレジスト膜で、フォトリソグラフィにより、SOI層11の薄膜10上に既知の技術で容易に形成できる。液体試料の流入口16に近い側の第1の反応部6Aで、熱反応が発生した場合に、その川下にある第2の反応部6Bにその熱が液体試料の流れに沿って到来して反応部6Bの温度も上昇させることが予想される。その対策として、流路17には、液体試料の流入口16、架橋構造12上にある反応部6である2つの反応部6である第1の反応部6A、第2の反応部6Bがあり、これらの反応部6A、6Bの中間にある薄膜10には、参照部7が設けられており、液体試料の流出口18を通して、液体試料が外部に排出されるようにして、測定精度を上げるようにした場合である。 The component comparison biosensor chip 100 of the present invention has the same basic principle of detecting a temperature change due to a thermal reaction between a conventional biosensor chip 100'and a corresponding substrate by enzyme fixation, but the above-mentioned measurement of enzyme reaction heat The accuracy is improved, and the ratio of the amount of the substrate, which is two or more predetermined components in the liquid sample, can be compared. An example of the component comparison biosensor chip of the present invention shown in FIG. 3 will be described. FIG. 3 is a plan view of the comparative biosensor chip of the present invention. For example, a silicon chip (Si chip) substrate 1 is crosslinked with an SOI layer 11 as described in FIGS. 1 and 2 above. This is an example of a comparative biosensor chip in a case where a plurality of thin films 10 thermally separated from the substrate 1 of the structure 12 by a cavity 40 are connected in series by one flow path 17. The flow path 17 is, for example, a photoresist film such as SU-8, which can be easily formed on the thin film 10 of the SOI layer 11 by photolithography using a known technique. When a thermal reaction occurs in the first reaction section 6A on the side close to the inflow port 16 of the liquid sample, the heat reaches the second reaction section 6B downstream of the thermal reaction along the flow of the liquid sample. It is expected that the temperature of the reaction section 6B will also increase. As a countermeasure, the flow path 17 includes a first reaction unit 6A and a second reaction unit 6B, which are two reaction units 6 which are the inflow port 16 of the liquid sample and the reaction unit 6 on the crosslinked structure 12. A reference portion 7 is provided in the thin film 10 between the reaction portions 6A and 6B, and the liquid sample is discharged to the outside through the outlet 18 of the liquid sample to improve the measurement accuracy. This is the case.

そして、反応部6Aには、例えば、液体試料が体液である尿である場合、その成分としての基質がグルコース(尿糖など)の検出のための対応する酵素4Aであるグルコースオキシダーゼを固定しておき、反応部6Bには、反応部6Aとは異なる、例えば、基質としてのタンパクに対応する酵素4Bであるトリプシン(更にタンパクを分子量の少ないペプチドに細かく分解する酵素を追加した方が良い)を固定しておくようにしてある。そして、2つの異なる薄膜10の反応部6Aと反応部6Bには、それぞれ第1の温度センサ20Aと第2の温度センサ20Bが搭載されており、これらとは異なる薄膜10に設けてある参照部7には、参照用温度センサ20Rが搭載してあり、これらの架橋構造12上のすべての第1の温度センサ20A、第2の温度センサ20Bと参照用温度センサ20Rは、薄膜熱電対で構成している場合である。これらの薄膜熱電対は、温接点である測定点26は、架橋構造12上の反応部6と参照部7に配置し、基準点(冷接点)27は、基板1に共通に配置している。そして、上述の従来技術の図1や図2に示したように、熱電導体120aとしてのSOI層(n型半導体層)を共通にして、熱電導体120bを、絶縁膜50を介して形成したニクロム(NiCr)膜で、熱電対を形成している場合である。また、本実施例では、エレクトロクリック法での反応部6への酵素固定用として、酵素固定用電極72を反応部6や参照部7に形成してある。更に、参照部7に,反応部6との熱バランスのために、酵素は固定しないが、その前の酵素固定用電極72へのキトサン膜などの形成までしておく方が良い。また、各薄膜10の基板1の支持部のところに設けているSOI層用絶縁分離溝110は、SOI層11が基板1の全面を覆っているために、各第1の温度センサ20A、第2の温度センサ20Bと参照用温度センサ20Rが電気的に独立にならないために、絶縁分離のためのSOI層11に設けた溝である。 Then, for example, when the liquid sample is urine, which is a body fluid, glucose oxidase, the substrate of which is the corresponding enzyme 4A for detecting glucose (urine sugar, etc.), is immobilized on the reaction unit 6A. In the reaction section 6B, trypsin, which is an enzyme 4B corresponding to the protein as a substrate, which is different from the reaction section 6A (it is better to add an enzyme that further decomposes the protein into a peptide having a small molecular weight). I try to keep it fixed. A first temperature sensor 20A and a second temperature sensor 20B are mounted on the reaction unit 6A and the reaction unit 6B of the two different thin films 10, respectively, and a reference unit provided on the different thin film 10 is provided. Reference numeral 7 is equipped with a reference temperature sensor 20R, and all the first temperature sensors 20A, the second temperature sensor 20B and the reference temperature sensor 20R on the bridge structure 12 are composed of a thin film thermocouple. If you are. In these thin-film thermocouples, the measurement point 26, which is a warm contact, is arranged at the reaction portion 6 and the reference portion 7 on the crosslinked structure 12, and the reference point (cold contact) 27 is arranged in common with the substrate 1. .. Then, as shown in FIGS. 1 and 2 of the above-mentioned prior art, the thermoelectric conductor 120b is formed through the insulating film 50 by sharing the SOI layer (n-type semiconductor layer) as the thermoelectric conductor 120a. This is the case where the (NiCr) film forms a thermocouple. Further, in this embodiment, an enzyme fixing electrode 72 is formed in the reaction part 6 and the reference part 7 for fixing the enzyme to the reaction part 6 by the electroclick method. Further, the enzyme is not fixed to the reference unit 7 due to the heat balance with the reaction unit 6, but it is better to form a chitosan film or the like on the enzyme fixing electrode 72 before that. Further, in the insulation separation groove 110 for the SOI layer provided at the support portion of the substrate 1 of each thin film 10, since the SOI layer 11 covers the entire surface of the substrate 1, each of the first temperature sensors 20A and the first This is a groove provided in the SOI layer 11 for insulation separation so that the temperature sensor 20B and the reference temperature sensor 20R of No. 2 are not electrically independent.

本実施例では、各反応部6や参照部7には、それぞれヒータ25を設けてあり、酵素熱反応に基づく基質の量の校正や経時変化の校正、更には、最適な酵素反応の温度調整と補正などに用いることができるようにしている。各ヒータ25の1つの配線を各酵素固定用電極72とオーム性コンタクト60を介して接続して、基板1の周辺に配置しているヒータ用電極パッド71Pと酵素固定用電極パッド72Pとを共有して、パッド数を節約している。また、流入口16には、エレクトロクリック法に使用する対向電極73を、流出口18には、参照電極74をそれぞれ形成している。エレクトロクリック法は、例えば、酵素固定用電極72に、対向電極73対して、pHを酸性側に調整したキトサン水溶液を流路に流して、負(−)に電圧を印加して、キトサン膜を電着させる。その後、このキトサン膜の表面をアルキル化して、別に用意したアジド化した所定の酵素を、銅(Cu)のイオンを触媒にして、参照電極74に対して、表面をアルキル化したキトサン膜が形成してある酵素固定用電極72の作用電極と対向電極73との間に正負の交互電圧を印加して、アルキル化したキトサン膜にエレクトロクリックにて前記所定の酵素を選択的に固定する方法である。このようなエレクトロクリック法に関しては、文献1に詳細に記述しているので、ここでは省略する。 In this embodiment, each reaction unit 6 and reference unit 7 are provided with a heater 25, and calibrates the amount of substrate based on the enzymatic thermal reaction, calibrates the change over time, and further adjusts the optimum temperature of the enzymatic reaction. It can be used for correction and so on. One wiring of each heater 25 is connected to each enzyme fixing electrode 72 via an ohm-like contact 60, and the heater electrode pad 71P and the enzyme fixing electrode pad 72P arranged around the substrate 1 are shared. And saves the number of pads. Further, a counter electrode 73 used for the electroclick method is formed at the inflow port 16, and a reference electrode 74 is formed at the outflow port 18. In the electroclick method, for example, an aqueous solution of chitosan whose pH is adjusted to the acidic side is passed through the flow path of the electrode 72 for fixing the enzyme with respect to the counter electrode 73, and a negative (-) voltage is applied to form a chitosan film. Electrode electrodeposition. After that, the surface of the chitosan film is alkylated, and a separately prepared azide-ized predetermined enzyme is used as a catalyst for copper (Cu) ions to form a chitosan film whose surface is alkylated with respect to the reference electrode 74. By applying alternating positive and negative voltages between the working electrode of the enzyme fixing electrode 72 and the counter electrode 73, the predetermined enzyme is selectively fixed to the alkylated chitosan film by electroclicking. is there. Since such an electroclick method is described in detail in Reference 1, it will be omitted here.

例えば、液体試料としての尿中の特定基質成分としてのグルコースなどの基質の量を計測する場合、基板1に設けた流入口16から流路17の中に注入した微量の尿を、薄膜10上を通過して反応部6に導かせ、ほとんどが水分である尿を、毛細管現象や駆動手段で反応部6まで力強く導くためには、流路17のうち、少なくとも尿に接触する壁面は親水性の材料で形成する方が良い。そのためには、強度を保つために厚膜が形成できて、親水性の感光性レジストで形成することが好適である。また、毛細管現象に依らずに、駆動手段610としてのポンプだけを使用して、圧力をかけて強制的に液体試料の押出や吸引排出などをすると、安定した動作が得られるので、むしろ好適である。 For example, when measuring the amount of a substrate such as glucose as a specific substrate component in urine as a liquid sample, a small amount of urine injected into the flow path 17 from the inflow port 16 provided on the substrate 1 is applied onto the thin film 10. In order to guide urine, which is mostly water, to the reaction section 6 by a capillary phenomenon or a driving means, at least the wall surface of the flow path 17 that comes into contact with urine is hydrophilic. It is better to form with the material of. For that purpose, a thick film can be formed in order to maintain the strength, and it is preferable to form the thick film with a hydrophilic photosensitive resist. Further, it is rather preferable to use only the pump as the driving means 610 and forcibly extrude or suck out the liquid sample by applying pressure without depending on the capillary phenomenon, because stable operation can be obtained. is there.

図4は、本発明の成分比較バイオセンサチップ100の一実施例の平面概略図で、実施例1の図3と同様に、複数の架橋構造12の薄膜10を有し、これらの薄膜10を1本の流路17で直列接続してある場合の比較バイオセンサチップの平面概略図の実施例である。そして、それぞれの薄膜10に反応部6と参照部7を設けてあり、本実施例では、それぞれ3つの反応部6A,6B、6Cと3つの参照部7A,7B、7Cを有し、3つの反応部6A,6B、6Cには、それぞれ異なる酵素4A,4B、4Cを固定しており、それぞれに対応する尿成分の基質を酵素との選択的接触熱反応により、各反応部6A,6B、6Cにそれぞれ具備してある第1の温度センサ20A 第2の温度センサ20B,第3の温度センサ20Cと、それぞれに対となっている3つの参照部7A,7B、7Cの参照用温度センサ20RA,20RBA,20RCのそれぞれとの作動増幅で、基質と酵素との接触反応熱に検出により、液体試料である尿の基質成分の量と、必要に応じてそれらの量の比較とそれらの比率の算出ができるように構成している成分比較バイオセンサチップ100である。 FIG. 4 is a schematic plan view of an embodiment of the component comparison biosensor chip 100 of the present invention. Similar to FIG. 3 of Example 1, a thin film 10 having a plurality of crosslinked structures 12 is provided, and these thin films 10 are formed. This is an example of a schematic plan view of a comparative biosensor chip when one flow path 17 is connected in series. Each thin film 10 is provided with a reaction unit 6 and a reference unit 7, and in this embodiment, each of the thin films 10 has three reaction units 6A, 6B, 6C and three reference units 7A, 7B, 7C, respectively. Different enzymes 4A, 4B, and 4C are fixed in the reaction parts 6A, 6B, and 6C, and the substrates of the urine components corresponding to each are fixed to the reaction parts 6A, 6B, and 6C by selective contact thermal reaction with the enzyme. The first temperature sensor 20A, the second temperature sensor 20B, the third temperature sensor 20C provided in each of the 6Cs, and the reference temperature sensors 20RA of the three reference portions 7A, 7B, and 7C paired with each other. , 20RBA, 20RC, respectively, by detecting the heat of contact reaction between the substrate and the enzyme, the amount of the substrate component of urine, which is a liquid sample, and if necessary, comparing the amount and their ratio The component comparison biosensor chip 100 is configured so that it can be calculated.

各薄膜10に形成している、例えば、反応部6Aとそれに対になっている参照部7Aとが、熱的にバランスするように同等な形状にしてあると共に、各薄膜10の中央部を通るY−Y線に対して対象に形成してある。更に各反応部6と参照部7とは、流路内の液体試料の流れに淀みがないように、流線形にしてある。したがって、高精度な基質の量やそれらの量の比較が可能になる。各反応部6A,6B、6Cとそれぞれに対応して対となっている参照部7A,7B、7Cには、それぞれ第1の温度センサ20A、第2の温度センサ20B、第3の温度センサ20Cと、参照用温度センサ20RA,20RB,20RCが形成してあり、それぞれの薄膜10内での、例えば、第1の温度センサ20Aと対となる参照用温度センサ20RAとの差動出力が得られるように構成してある。これらの各薄膜10に形成している温度センサは、ここでは、従来のバイオセンサチップの図1や図2で述べたように、すべて薄膜熱電対で構成しており、基板1に設けてある1つの共通の基準点(冷接点)27(電極パッド は、SOI層用共通電極パッド75P)を利用して、差動出力が得られるようにしている。本発明の成分比較バイオセンサチップ100は、液体試料中の基質成分のうち、各反応部6A,6B、6Cに固定しているそれぞれ異なる酵素4A,4B、4Cとの選択的な接触熱反応により、それぞれの基質の量やそれらの量の比較ができるように構成している。また、本実施例では、各酵素4A,4B、4Cの固定をエレクトロクリック法でできるように、酵素固定用電極72を各反応部6A,6B、6Cに設けてあり、更に、ヒータ25も同様に設けてあり、それらの動作は、実施例1の図3に関しての記述と同様であるので、ここでは省略する。 For example, the reaction portion 6A and the reference portion 7A paired with the reaction portion 6A formed on each thin film 10 have an equivalent shape so as to be thermally balanced, and pass through the central portion of each thin film 10. It is formed symmetrically with respect to the YY line. Further, each reaction unit 6 and reference unit 7 are streamlined so that the flow of the liquid sample in the flow path does not stagnate. Therefore, it is possible to accurately compare the amounts of substrates and their amounts. The reference units 7A, 7B, and 7C, which are paired with the reaction units 6A, 6B, and 6C, respectively, have a first temperature sensor 20A, a second temperature sensor 20B, and a third temperature sensor 20C, respectively. The reference temperature sensors 20RA, 20RB, and 20RC are formed, and a differential output between the first temperature sensor 20A and the paired reference temperature sensor 20RA in each of the thin films 10 can be obtained. It is configured as follows. The temperature sensors formed on each of these thin films 10 are all composed of thin film thermocouples as described in FIGS. 1 and 2 of the conventional biosensor chip, and are provided on the substrate 1. A differential output can be obtained by using one common reference point (cold contact) 27 (the electrode pad is the common electrode pad 75P for the SOI layer). The component comparison biosensor chip 100 of the present invention undergoes a selective thermal reaction with different enzymes 4A, 4B, and 4C fixed to the respective reaction portions 6A, 6B, and 6C among the substrate components in the liquid sample. , The amount of each substrate and the amount of them can be compared. Further, in this embodiment, the enzyme fixing electrodes 72 are provided in the reaction portions 6A, 6B, 6C so that the enzymes 4A, 4B, and 4C can be fixed by the electroclick method, and the heater 25 is also the same. Since the operations thereof are the same as those described with respect to FIG. 3 of the first embodiment, they are omitted here.

図5は、本発明の成分比較バイオセンサチップ100の他の一実施例の平面概略図で、実施例2の図4と同様に、複数の架橋構造12の薄膜10を有しているが、実施例2の図4の例では、これらの薄膜10を1本の流路17で直列接続してある場合であったが、本実施例では、1つの流入口16から流入した液体試料が、並列接続した複数の架橋構造12の薄膜10に形成しているそれぞれの流路17に分流して流れ、また、統合して1つの流出口18から外部に排出させるようにした点が、実施例2の図4の場合と異なる点である。すなわち、架橋構造12の各薄膜10には、実施例2の図4の場合と同様に、反応部6と参照部7を設けてあり、本実施例では、実施例2の図4と同様に、それぞれ3つの反応部6A,6B、6Cと3つの参照部7A,7B、7Cを有し、3つの反応部6A,6B、6Cには、それぞれ異なる酵素4A,4B、4Cを固定しており、それぞれに対応する尿成分の基質を酵素との選択的接触熱反応により、各反応部6A,6B、6Cにそれぞれ具備してある第1の温度センサ20A 第2の温度センサ20B,第3の温度センサ20Cと、それぞれに対となっている3つの参照部7A,7B、7Cとの作動増幅で、基質と酵素との接触反応熱に検出により、液体試料である尿の基質成分の量と、必要に応じてそれらの量の比較ができるように構成している。従って、それらの液体試料中の所定の基質成分の検出法や動作は、実施例2の図4と同様であるので、ここでは省略する。 FIG. 5 is a schematic plan view of another embodiment of the component comparison biosensor chip 100 of the present invention, which has a plurality of thin films 10 having a crosslinked structure 12 as in FIG. 4 of the second embodiment. In the example of FIG. 4 of Example 2, these thin films 10 were connected in series by one flow path 17, but in this example, the liquid sample flowing in from one inflow port 16 is An embodiment is characterized in that the flow is divided into the respective flow paths 17 formed in the thin films 10 of the plurality of crosslinked structures 12 connected in parallel, and is integrated so as to be discharged to the outside from one outlet 18. This is a difference from the case of FIG. 4 of 2. That is, each thin film 10 of the crosslinked structure 12 is provided with a reaction unit 6 and a reference unit 7 as in the case of FIG. 4 of the second embodiment, and in this embodiment, the same as in FIG. 4 of the second embodiment. , Each of which has three reaction parts 6A, 6B, 6C and three reference parts 7A, 7B, 7C, and different enzymes 4A, 4B, 4C are fixed to the three reaction parts 6A, 6B, 6C, respectively. The first temperature sensor 20A, the second temperature sensor 20B, and the third temperature sensor 20B, which are provided in the respective reaction units 6A, 6B, and 6C by the selective contact thermal reaction with the substrate of the urine component corresponding to each. By the operational amplification of the temperature sensor 20C and the three reference parts 7A, 7B, and 7C paired with each other, the amount of the substrate component of urine, which is a liquid sample, is detected by detecting the heat of contact reaction between the substrate and the enzyme. , It is configured so that the amounts can be compared as needed. Therefore, the detection method and operation of predetermined substrate components in those liquid samples are the same as those in FIG. 4 of Example 2, and thus are omitted here.

図6は、本発明の成分比較バイオセンサチップ100の他の一実施例の平面概略図で、実施例3の図5と同様に、複数の架橋構造12の薄膜10を有し、1つの流入口16から流入した液体試料が、並列接続した複数の架橋構造12の薄膜10に形成しているそれぞれの流路17に分流して流れ、また、統合して1つの流出口18から外部に排出させるようにした点は同様であるが、本実施例では、それぞれの架橋構造12の薄膜10のほぼ中央部に1つの反応部6である反応部6Aと別の薄膜10のほぼ中央部に1つの反応部6である反応部6B、更に、別の架橋構造12の薄膜10のほぼ中央部に1つの参照部7が形成されている場合であり、この点が、実施例3の図5との大きな違いであるが、架橋構造12の薄膜10のほぼ中央部にそれぞれ1つの反応部6Aと反応部6B、更に1つの参照部7が形成してある点は、実施例1の図3の場合と同様である。そして、実施例1の図3の場合は、1本の流路17内に反応部6A、6Bや参照部7を直列接続で形成しているが、本実施例では、並列接続なので、実施例1の図3の場合とこの点で異なる。しかし、実施例1の図3の場合と同様に、各反応部6A、6Bには、それぞれ異なる酵素である酵素4A、4Bがエレクトロクリック法で固定できるようにしてあり、参照部7には、酵素4は固定しないようにして、それらに形成している熱電対の温度センサである第1の温度センサ20A、第2の温度センサ20Bを用いて液体試料中の基質成分の異なる酵素4A,4Bとの接触熱反応による温度変化を参照用温度センサ20Rとの差動出力で計測する方式と動作原理は、実施例1の図3の場合と同様である。従って、ここではその動作原理の詳細を省略する。 FIG. 6 is a schematic plan view of another embodiment of the component comparison biosensor chip 100 of the present invention, which has a thin film 10 having a plurality of crosslinked structures 12 and one stream, as in FIG. 5 of the third embodiment. The liquid sample flowing in from the inlet 16 diverges and flows into each of the flow paths 17 formed in the thin films 10 of the plurality of crosslinked structures 12 connected in parallel, and is integrated and discharged to the outside from one outlet 18. The points are the same, but in this embodiment, one reaction unit 6A is located in the substantially central portion of the thin film 10 of each crosslinked structure 12, and one is located in the approximately central portion of another thin film 10. This is a case where one reference portion 7 is formed at substantially the center of the reaction portion 6B, which is one reaction portion 6, and the thin film 10 of another crosslinked structure 12, and this point is the same as that of FIG. 5 of Example 3. However, the fact that one reaction portion 6A, one reaction portion 6B, and one reference portion 7 are formed at substantially the center of the thin film 10 of the crosslinked structure 12 is shown in FIG. 3 of Example 1. Same as the case. Then, in the case of FIG. 3 of the first embodiment, the reaction units 6A and 6B and the reference unit 7 are formed in series in one flow path 17, but in this embodiment, since they are connected in parallel, the embodiment This is different from the case of FIG. 3 of 1. However, as in the case of FIG. 3 of Example 1, enzymes 4A and 4B, which are different enzymes, can be fixed to the reaction portions 6A and 6B by the electroclick method, and the reference portion 7 can be attached to the reference unit 7. Enzymes 4 are not fixed, and enzymes 4A and 4B having different substrate components in the liquid sample are used by using the first temperature sensor 20A and the second temperature sensor 20B, which are thermocouple temperature sensors formed therein. The method and operating principle of measuring the temperature change due to the contact thermal reaction with the reference temperature sensor 20R by the differential output is the same as that of FIG. 3 of the first embodiment. Therefore, the details of the operating principle will be omitted here.

図7は、本発明の成分比較バイオセンサチップ100の他の一実施例の平面概略図で、実施例1の図3と同様に、複数の薄膜10を直列に1本の流路17で直列接続してある場合の比較バイオセンサチップの実施例であり、実施例1の図3の場合との違いは、単に、酵素の固定法を変更した場合であり、実施例1の図3の場合は、各反応部6A,6B、更に参照部7にも熱バランスのために酵素固定用電極72 を設けてあり、ヒータ25ためのヒータ用電極パッド71Pの一方を酵素固定用電極72のための酵素固定用電極パッド72Pと共有していたが、本実施例では、ポリスチレン(PS)などの表面酵素固定用ビーズ90を用いて、その表面に異なる酵素4を固定して、それぞれの反応部6に留置するようにした点と、表面酵素固定用ビーズ90を酵素4の固定に用いることから酵素固定用電極72が不要になり、従って、酵素固定用電極パッド72Pとしての役割が不要になった点が異なる。 FIG. 7 is a schematic plan view of another embodiment of the component comparison biosensor chip 100 of the present invention. Similar to FIG. 3 of Example 1, a plurality of thin films 10 are serialized in one flow path 17 in series. It is an example of the comparative biosensor chip in the case of being connected, and the difference from the case of FIG. 3 of Example 1 is simply the case of changing the enzyme immobilization method, and the case of FIG. 3 of Example 1. Is provided with an enzyme fixing electrode 72 for heat balance in each of the reaction parts 6A and 6B, and also in the reference part 7, and one of the heater electrode pads 71P for the heater 25 is used for the enzyme fixing electrode 72. Although it was shared with the enzyme fixing electrode pad 72P, in this example, different enzymes 4 were fixed on the surface of the surface enzyme fixing beads 90 such as polystyrene (PS), and each reaction part 6 was used. Since the surface enzyme fixing beads 90 are used for fixing the enzyme 4, the enzyme fixing electrode 72 is no longer necessary, and therefore the role as the enzyme fixing electrode pad 72P is no longer necessary. The point is different.

表面酵素固定用ビーズ90をそれぞれの反応部6に留置する方法は、各反応部6A,6Bに、表面酵素固定用ビーズ90の注入口160と兼用にした流入口16から注入させた表面酵素固定用ビーズ90を第1の反応部6A,第2の6Bで留置させるためのストッパー役のピラー81を第1の反応部6A,第2の反応部6Bの中の下流側に設けて置く。例えば、ポリスチレンビーズの表面酵素固定用ビーズ90を利用した場合の例を示すと、表面酵素固定用ビーズ90の直径は、各種販売されており、例えば、1マイクロメートル(μm)、5μm、10μm、15μm、20μmなどがあり、その表面のカルボキシル基を利用して、薬品EDACとの反応と、タンパク質である酵素のアミノ基との結合を利用して、表面酵素固定用ビーズ90に所望の酵素4を化学的に結合させて、酵素4を表面酵素固定用ビーズ90の表面に固定させることができる。酵素の固定厚みは酵素の分子量にもよるが数μm程度になる。このように所望の酵素4を固定した表面酵素固定用ビーズ90をバッファー液と共に、流路17に表面酵素固定用ビーズ90の注入口160(ここでは、液体試料の流入口16と兼用にしている)から注入させる。本実施例では、流路17の注入口160側に近い反応部である第1の反応部6Aに形成しているピラー81の間隔を第2の反応部6Bよりも大きくして、大きな直径の表面酵素固定用ビーズ90のみがこの第1の反応部6Aに留置されて、ここに酵素4Aが固定されるようにし、下流側の第2の反応部6Bに形成しているピラー81の間隔を第1の反応部6Aよりも小さくして、小さな直径の表面酵素固定用ビーズ90がこの第2の反応部6Bに留置されて、ここに酵素4Bが固定されるようにした場合である。なお、第1の反応部6Aと第2の反応部6Bとの中間の薄膜10に設けてある参照部7には、表面酵素固定用ビーズ90の留置用のピラー81を形成していないので、表面酵素固定用ビーズ90は、素通りして第2の反応部6Bに到着して留置固定される。 The method of placing the surface enzyme fixing beads 90 in the respective reaction parts 6 is to inject the surface enzyme fixing beads 90 into the reaction parts 6A and 6B from the inflow port 16 which is also used as the injection port 160 of the surface enzyme fixing beads 90. Pillars 81 acting as stoppers for indwelling the beads 90 in the first reaction section 6A and the second reaction section 6B are provided on the downstream side in the first reaction section 6A and the second reaction section 6B. For example, showing an example in which the surface enzyme fixing beads 90 of polystyrene beads are used, various diameters of the surface enzyme fixing beads 90 are sold, for example, 1 micrometer (μm), 5 μm, 10 μm, and so on. There are 15 μm, 20 μm, etc., and the desired enzyme 4 can be used for the surface enzyme fixing beads 90 by utilizing the carboxyl group on the surface thereof, the reaction with the drug EDAC, and the binding with the amino group of the enzyme which is a protein. Can be chemically bound to fix the enzyme 4 on the surface of the surface enzyme fixing beads 90. The fixed thickness of the enzyme depends on the molecular weight of the enzyme, but is about several μm. The surface enzyme fixing beads 90 on which the desired enzyme 4 is fixed are used together with the buffer solution in the flow path 17 as the injection port 160 (here, the inflow port 16 of the liquid sample) of the surface enzyme fixing beads 90. ) To inject. In this embodiment, the distance between the pillars 81 formed in the first reaction section 6A, which is the reaction section near the injection port 160 side of the flow path 17, is made larger than that of the second reaction section 6B, and the diameter is large. Only the surface enzyme fixing beads 90 are placed in the first reaction part 6A so that the enzyme 4A is fixed there, and the distance between the pillars 81 formed in the second reaction part 6B on the downstream side is set. This is a case where the surface enzyme fixing beads 90 having a small diameter smaller than the first reaction part 6A are placed in the second reaction part 6B so that the enzyme 4B is fixed there. Since the reference portion 7 provided in the thin film 10 between the first reaction portion 6A and the second reaction portion 6B does not form the pillar 81 for placing the surface enzyme fixing beads 90, the pillar 81 for placement is not formed. The surface enzyme fixing beads 90 pass through and arrive at the second reaction unit 6B and are placed and fixed.

本実施例では、流路17の注入口160側に近い反応部である第1の反応部6Aに形成しているピラー81の間隔を、18μm程度に広くして、第1の反応部6Aに留置する20μm直径の大きい方の表面酵素固定用ビーズ90に固定してある所定の酵素4Aとして、例えば、トリプシンを固定するようにし、また、注入口160から遠い反応部である第2の反応部6Bに形成しているピラー81の間隔を、8μm程度に狭くして、第2の反応部6Bに留置する10μm直径の小さい方の表面酵素固定用ビーズ90に、例えば、クレアチニンと反応する酵素4Bとしてクレアチナーゼを固定した場合の例を示している。このようにして、酵素4Bとしてのクレアチナーゼを固定した10μm直径の小さい方の表面酵素固定用ビーズ90は、注入口160側に近い第1の反応部6Aのピラー81の大きい間隔のピラー81をすり抜け、注入口160から遠い反応部である反応部6Bの小さい間隔のピラー81でストップして、ここに留置される。このようにして、第1の反応部6Aには、液体試料である、例えば、尿内の基質である尿タンパクの量をその酵素4Aであるトリプシン(他の分解酵素も併用した方が良い)との接触熱反応で第1の反応部6Aでの熱的に第1の温度センサ20Aと参照用温度センサ20Rとの差動検出し、尿内の基質であるクレアチニンの量を第2の反応部6Bで熱的に第2の温度センサ20Bと参照用温度センサ20Rとの温度の差動検出して、尿タンパクの量とクレアチニンの量とを計測する。更にこれらを用いて、尿タンパクの量とクレアチニンの量との比を算出することができる。例えば、尿タンパクであるアルブミンとクレアチニンとの比率が、人工透析などの腎疾患の指標として使用されるなど、尿タンパクの量とクレアチニンの量との比の値が重要であるとされている。なお、酵素4は、何でも良いが、ここでは、例えば、タンパクと反応する酵素4Aとしてトリプシンとしたが、トリプシンは、タンパクとしてのアルブミンの一部しか分解しないので、更にタンパクを分解する他の酵素と併用すると大きな発熱となり感度が上昇するので、好適である。また、酵素であるトリプシン自体もタンパクなので、自己攻撃対象になるが、還元メチル化などにより自己攻撃を和らげることができる。尿などの液体試料内の基質成分とその対応する選択性の高い酵素との触媒熱反応とそれに基づく温度計測や校正データを利用して、基質の成分量や2つの成分量の比較などは、上述の実施例1の図3に示した場合と同様なので、ここではその詳細な記述を省略する。 In this embodiment, the distance between the pillars 81 formed in the first reaction section 6A, which is the reaction section near the injection port 160 side of the flow path 17, is widened to about 18 μm, and the first reaction section 6A is used. As a predetermined enzyme 4A fixed to the larger surface enzyme fixing bead 90 having a diameter of 20 μm to be indwelled, for example, trypsin is fixed, and a second reaction part which is a reaction part far from the injection port 160. The distance between the pillars 81 formed in 6B is narrowed to about 8 μm, and the smaller surface enzyme fixing beads 90 having a diameter of 10 μm to be placed in the second reaction section 6B, for example, the enzyme 4B that reacts with creatinine. An example of fixing creatinase is shown. In this way, the smaller surface enzyme-fixing beads 90 having a diameter of 10 μm on which creatinase as the enzyme 4B was immobilized passed through the pillars 81 at large intervals of the pillars 81 of the first reaction unit 6A near the injection port 160 side. , The reaction unit 6B, which is a reaction unit far from the injection port 160, stops at a small interval pillar 81 and is placed here. In this way, in the first reaction section 6A, the amount of urinary protein, which is a liquid sample, for example, a substrate in urine, is adjusted to the enzyme 4A, trypsin (it is better to use other degrading enzymes together). In the contact thermal reaction with, the first reaction unit 6A thermally detects differentially between the first temperature sensor 20A and the reference temperature sensor 20R, and the amount of creatinine, which is a substrate in urine, is detected in the second reaction. Part 6B thermally differentially detects the temperature of the second temperature sensor 20B and the reference temperature sensor 20R, and measures the amount of urinary protein and the amount of creatinine. Furthermore, these can be used to calculate the ratio of the amount of urinary protein to the amount of creatinine. For example, the ratio of albumin and creatinine, which are urinary proteins, is used as an index of renal diseases such as dialysis, and it is said that the value of the ratio of the amount of urinary protein to the amount of creatinine is important. The enzyme 4 may be any, but here, for example, trypsin is used as the enzyme 4A that reacts with the protein, but since trypsin decomposes only a part of albumin as a protein, another enzyme that further decomposes the protein. When used in combination with, it generates a large amount of heat and increases the sensitivity, which is preferable. In addition, trypsin itself, which is an enzyme, is also a protein, so it is a target for self-attack, but self-attack can be mitigated by reduction methylation or the like. Using the catalytic thermal reaction between the substrate component in a liquid sample such as urine and its corresponding highly selective enzyme and the temperature measurement and calibration data based on it, the amount of the substrate component and the comparison of the two component amounts can be compared. Since it is the same as the case shown in FIG. 3 of the above-described first embodiment, the detailed description thereof will be omitted here.

図8は、本発明の成分比較バイオセンサチップ100の他の一実施例の平面概略図で、実施例2の図4と同様に、複数の薄膜10を直列に1本の流路17で直列接続してある場合の比較バイオセンサチップの実施例であり、実施例2の図4の場合との違いは、単に、酵素の固定法を変更した場合であり、実施例2の図4の場合は、各第1の反応部6A,第2の反応部6B、更に参照部7にも熱バランスのために酵素固定用電極72 を設けてあり、ヒータ25ためのヒータ用電極パッド71P の一方を酵素固定用電極72のための酵素固定用電極パッド72Pと共有していたが、本実施例では、ポリスチレン(PS)などの表面酵素固定用ビーズ90を用いて、その表面に異なる酵素4を固定して、それぞれの反応部6に留置するようにした点と、表面酵素固定用ビーズ90を酵素4の固定に用いることから酵素固定用電極72が不要になり、従って、酵素固定用電極パッド72Pとしての役割が不要になった点が異なる。尿などの液体試料内の基質成分とその対応する選択性の高い酵素との触媒熱反応とそれに基づく温度計測や校正データを利用して、基質の成分量や2つの成分量の比較などは、上述の実施例2の図4に示した場合と同様であり、表面酵素固定用ビーズ90の留置による固定に関しては、上記の実施例5の場合と同様なので、ここではその詳細な記述は省略する。 FIG. 8 is a schematic plan view of another embodiment of the component comparison biosensor chip 100 of the present invention. Similar to FIG. 4 of Example 2, a plurality of thin films 10 are serialized in one flow path 17 in series. It is an example of the comparative biosensor chip in the case of being connected, and the difference from the case of FIG. 4 of Example 2 is simply the case of changing the enzyme immobilization method, and the case of FIG. 4 of Example 2. Is provided with an enzyme fixing electrode 72 for heat balance in each of the first reaction section 6A, the second reaction section 6B, and the reference section 7, and one of the heater electrode pads 71P for the heater 25 is provided. It was shared with the enzyme fixing electrode pad 72P for the enzyme fixing electrode 72, but in this example, a different enzyme 4 is fixed on the surface using a surface enzyme fixing bead 90 such as polystyrene (PS). Then, the point that it was placed in each reaction part 6 and the surface enzyme fixing beads 90 were used for fixing the enzyme 4, so that the enzyme fixing electrode 72 became unnecessary, and therefore, the enzyme fixing electrode pad 72P The difference is that the role as is no longer necessary. Using the catalytic thermal reaction between the substrate component in a liquid sample such as urine and the corresponding highly selective enzyme and the temperature measurement and calibration data based on it, the amount of the substrate component and the comparison of the two component amounts can be compared. It is the same as the case shown in FIG. 4 of the above-mentioned Example 2, and the fixing by the placement of the surface enzyme fixing beads 90 is the same as the case of the above-mentioned Example 5, so the detailed description thereof is omitted here. ..

図9は、本発明の成分比較バイオセンサチップ100の一実施例の平面概略図で、実施例4の図6と同様に、複数の架橋構造12の薄膜10を有し、1つの流入口16から流入した液体試料が、並列接続した複数の架橋構造12の薄膜10に形成しているそれぞれの流路17に分流して流れ、また、統合して1つの流出口18から外部に排出させるようにした点と、それぞれの架橋構造12の薄膜10のほぼ中央部に1つの反応部6である第1の反応部6Aと別の薄膜10のほぼ中央部に1つの第2の反応部6である反応部6B、更に、別の架橋構造12の薄膜10のほぼ中央部に1つの参照部7が形成されている点で同様であるが、実施例4の図6の場合との違いは、実施例4の図6の場合は、酵素の固定法として、エレクトロクリック法で行う場合を示していたが、本実施例7の酵素の固定法は、上述の実施例5の図7や実施例6の図8と同様に、表面酵素固定用ビーズ90を用いて、酵素4を各反応部6に固定するようにしたことである。更に、本実施例7の図9では、上述のように、1つの流入口16から流入した液体試料が、並列接続した複数の架橋構造12の薄膜10に形成しているそれぞれの流路17に分流して流れ、また、統合して1つの流出口18から外部に排出させるようにしているために、表面酵素固定用ビーズ90の注入口160を、異なる反応部6毎にそれぞれの別に設けてリ、それぞれの反応部6のピラー81の間隔を同一にし、同一の直径の表面酵素固定用ビーズ90を用いても良いように変更した点が、上述の実施例5の図7や実施例6の図8と異なる点である。図9には、描いていないが、表面酵素固定用ビーズ90の注入口160は、所定の各酵素4を注入した後、別に用意したカバーで蓋をするものである。所定の各酵素4Aと4Bとの固定後は、上述の実施例4の図6や実施例5の図7の場合と本質的に同様な動作原理であるので、ここではその詳細な記述は省略する。 FIG. 9 is a schematic plan view of an embodiment of the component comparison biosensor chip 100 of the present invention, which has a plurality of thin films 10 having a crosslinked structure 12 and one inflow port 16 as in FIG. 6 of the fourth embodiment. The liquid sample flowing in from the above is divided and flowed into each of the flow paths 17 formed in the thin films 10 of the plurality of crosslinked structures 12 connected in parallel, and is integrated and discharged to the outside from one outlet 18. In addition to the above points, the first reaction section 6A, which is one reaction section 6 in the substantially central portion of the thin film 10 of each crosslinked structure 12, and the second reaction section 6, which is one reaction section 6 in the substantially central portion of another thin film 10. It is the same in that one reference portion 7 is formed in a certain reaction portion 6B and further in a substantially central portion of the thin film 10 of another crosslinked structure 12, but the difference from the case of FIG. 6 of Example 4 is. In the case of FIG. 6 of Example 4, the case of performing the enzyme fixation method by the electroclick method was shown, but the enzyme fixation method of this Example 7 is described in FIG. 7 and Examples of Example 5 described above. Similar to FIG. 8 of 6, the enzyme 4 is fixed to each reaction unit 6 by using the surface enzyme fixing beads 90. Further, in FIG. 9 of the present embodiment 7, as described above, the liquid sample flowing in from one inflow port 16 enters each of the flow paths 17 formed in the thin films 10 of the plurality of crosslinked structures 12 connected in parallel. In order to divide the flow and allow the flow to be integrated and discharged from one outlet 18 to the outside, an injection port 160 of the surface enzyme fixing beads 90 is provided separately for each of the different reaction sections 6. The difference is that the pillars 81 of the respective reaction portions 6 are spaced at the same distance so that the surface enzyme-fixing beads 90 having the same diameter may be used. This is a difference from FIG. Although not drawn in FIG. 9, the injection port 160 of the surface enzyme fixing beads 90 is covered with a cover prepared separately after injecting each of the predetermined enzymes 4. After fixing each of the predetermined enzymes 4A and 4B, the operating principle is essentially the same as in the case of FIG. 6 of Example 4 and FIG. 7 of Example 5 described above, and thus the detailed description thereof is omitted here. To do.

上述の本発明の成分比較バイオセンサチップ100の一実施例では、各複数の架橋構造12の薄膜10に形成している反応部6や参照部7を、2つまたは3つの場合を示しているが、更に、それらの数を同一の基板1に更に増加しても良く、その分、基板サイズは大きくなるが、同時に多項目の液体試料中の基質成分の分析が可能になり好適である。また、酵素4の量の調整により各基質の計測濃度範囲を調整することができる。例えば、基質のグルコースと対応する酵素のグルコースオキシダーゼとの熱反応では、液体試料中の溶存酸素が反応に関わり、溶存酸素不足のために熱反応が抑制され、グルコース濃度と熱反応出力とが直線からずれ、飽和傾向を示す。したがって、高濃度の基質の計測には、酵素4の量を少なくした所定の量に調整して固定した方が良い。また、基質の酵素との反応の結果、反応生成物が生じるので、これを速やかに反応部6から流出させるなどして除去する必要がある。このためには、測定装置には、所定の流量で液体試料を流すようにするための流量調整手段を設けるようにすると良い。また、上述では、酵素4の反応部6への固定を、エレクトロクリック法や表面酵素固定用ビーズ90を用いた場合についてのみ記述したが、もちろん、これらの方法に限ったものではなく、例えば、薄膜シリカゲルに吸着させた酵素の固定法なども許される。また、液体試料として、尿を実施例に入れたが、血液や汗、更に涙や唾液などもその対象にすることができる。また、表面酵素固定用ビーズ90を用いた場合、参照部7には、表面酵素固定用ビーズ90を留置しない実施例を上述の実施例では述べているが、一層、反応部6との熱的バランスを得るために、参照部7にもピラー81を設けて、表面酵素固定用ビーズ90で酵素を固定していないビーズを参照部7に留置するようにした方が良い。このとき、必要に応じて、参照部7への酵素を固定していないビーズの注入口160を基板1に設けると良い。 In one embodiment of the component comparison biosensor chip 100 of the present invention described above, two or three cases are shown in which the reaction unit 6 and the reference unit 7 formed on the thin films 10 of each of the plurality of crosslinked structures 12 are provided. However, the number of them may be further increased to the same substrate 1, and the substrate size is increased by that amount, but at the same time, it is possible to analyze the substrate components in a multi-item liquid sample, which is preferable. In addition, the measurement concentration range of each substrate can be adjusted by adjusting the amount of enzyme 4. For example, in the thermal reaction between the substrate glucose and the corresponding enzyme glucose oxidase, the dissolved oxygen in the liquid sample is involved in the reaction, the thermal reaction is suppressed due to the lack of dissolved oxygen, and the glucose concentration and the thermal reaction output are linear. It deviates from the above and shows a tendency to saturate. Therefore, in order to measure a high-concentration substrate, it is better to adjust the amount of enzyme 4 to a predetermined amount and fix it. Further, as a result of the reaction of the substrate with the enzyme, a reaction product is generated, which needs to be promptly removed from the reaction unit 6 or the like. For this purpose, the measuring device may be provided with a flow rate adjusting means for allowing the liquid sample to flow at a predetermined flow rate. Further, in the above description, the fixation of the enzyme 4 to the reaction portion 6 is described only in the case of using the electroclick method or the surface enzyme fixation beads 90, but of course, the fixation is not limited to these methods, and for example, A method of immobilizing an enzyme adsorbed on thin-film silica gel is also permitted. In addition, although urine was included in the example as a liquid sample, blood, sweat, tears, saliva, etc. can also be targeted. Further, when the surface enzyme fixing beads 90 are used, the example in which the surface enzyme fixing beads 90 are not placed in the reference portion 7 is described in the above-described embodiment, but the thermal contact with the reaction portion 6 is further increased. In order to obtain a balance, it is better to provide a pillar 81 also in the reference portion 7 so that the beads in which the enzyme is not fixed by the surface enzyme fixing beads 90 are placed in the reference portion 7. At this time, if necessary, it is preferable to provide the substrate 1 with a bead injection port 160 in which the enzyme is not fixed to the reference portion 7.

図10は、本発明のバイオセンサモジュール500の一実施例の断面概略図を示す。成分比較バイオセンサチップ100は、架橋構造12の微細な流路17を備えて居り、指やピンセットで不用意に触れることは、破壊の恐れがあり危険である。また、尿糖計や血糖値センサなどの成分比較バイオセンサに用いた場合、酵素4は、タンパク質であるので、その保存状態にもよるが、失活や経時的な触媒作用の劣化が問題となる。従って、酵素4は、洗浄などにより繰り返し使用できるものであるが、劣化のために成分比較バイオセンサチップ100を交換する必要が出てくる。この場合、成分比較バイオセンサチップ100だけの交換は、そのハンドリングが一般のユーザには、困難なものである。そこで、成分比較バイオセンサチップ100を取付けてあり、カセット的に容易に交換可能なモジュール化が求められる。本発明は、成分比較バイオセンサチップ100を備えてカセット的に容易に交換可能なバイオセンサモジュール500を提供するものである。 FIG. 10 shows a schematic cross-sectional view of an embodiment of the biosensor module 500 of the present invention. The component comparison biosensor chip 100 is provided with a fine flow path 17 of the crosslinked structure 12, and careless touching with a finger or tweezers is dangerous because there is a risk of destruction. Further, when used in a component comparison biosensor such as a urine sugar meter or a blood glucose level sensor, the enzyme 4 is a protein, and therefore, depending on its storage state, inactivation and deterioration of catalytic action over time are problems. Become. Therefore, although the enzyme 4 can be used repeatedly by washing or the like, it becomes necessary to replace the component comparison biosensor chip 100 due to deterioration. In this case, it is difficult for a general user to replace only the component comparison biosensor chip 100. Therefore, there is a need for modularization in which a component comparison biosensor chip 100 is attached and which can be easily replaced as a cassette. The present invention provides a biosensor module 500 that includes a component comparison biosensor chip 100 and can be easily replaced in a cassette manner.

バイオセンサモジュール500のモジュール部材510の流路17、流入部160や排出部180などは、微細で精度の確保を必要とする構造なので、プラスチックの3Dプリンタで形成すると良い。また、成分比較バイオセンサチップ100の各種電極端子からの配線は、例えば、バンプ電極310で圧着接触させ、端子ピン350を設けて、外部のコネクタに差し込み電気的に配線するようにしている。成分比較バイオセンサチップ100の固定は、例えば、センサチップ固定板520で、ワンタッチで固定できるようにしている。また、液体試料は、流入部160から流入し、成分比較バイオセンサチップ100の流入口16から流路17を通って、更に流出口18から排出部180を通って、外部に排出されるようにしている。成分比較バイオセンサチップ100とモジュール部材510の流路17とは、パッキン530により液漏れがないようにしている。このバイオセンサモジュール500は、ワンタッチで、後述の図12に示す成分比較バイオセンサ1000の取り付け箇所のコネクタ固定板580に差し込み固定できるようにすると良い。 Since the flow path 17, the inflow portion 160, the discharge portion 180, and the like of the module member 510 of the biosensor module 500 are fine and need to ensure accuracy, they may be formed by a plastic 3D printer. Further, the wiring from the various electrode terminals of the component comparison biosensor chip 100 is, for example, crimp-contacted with the bump electrode 310, provided with the terminal pin 350, and inserted into an external connector for electrical wiring. The component comparison biosensor chip 100 is fixed by, for example, a sensor chip fixing plate 520 so that it can be fixed with one touch. Further, the liquid sample flows in from the inflow section 160, passes through the flow path 17 from the inflow port 16 of the component comparison biosensor chip 100, and further passes through the discharge section 180 from the outflow port 18 so as to be discharged to the outside. ing. Component comparison The biosensor chip 100 and the flow path 17 of the module member 510 are prevented from leaking by packing 530. The biosensor module 500 may be inserted and fixed to the connector fixing plate 580 at the attachment location of the component comparison biosensor 1000 shown in FIG. 12, which will be described later, with one touch.

図11は、本発明の成分比較バイオセンサ1000の一実施例の概略図を示す。本実施例では、プラスチックのケース570の中に、前述の実施例8に示したバイオセンサモジュール500を、コネクタ固定板580にそこに備えてあるコネクタ550と成分比較バイオセンサチップ100用のコネクタ550とを用いて、バイオセンサモジュール500の端子ピン350を差し込み接続して電気的に電子回路660に配線400を通って接続するようにしている。本発明の成分比較バイオセンサ1000では、液体試料の流入、排出の駆動手段610として吸引ポンプを用い、タンク620を介して、弁600としての電磁弁で、液体試料の流れの急速な制御ができるようにしている。それらの制御は、成分比較バイオセンサ1000の内部に組み込みの電子回路660のマイコンによりタイミングや流れの開始や停止が所定のルールで行うようにしている。また、成分比較バイオセンサチップ100内の各流路に固定されている酵素4とそれらに対応する基質との熱反応に基づく各出力信号から各基質の濃度などが予め用意している校正データに基づき、マイコンで演算して、表示部670としての液晶表示で文字として表すようにしている。 FIG. 11 shows a schematic view of an embodiment of the component comparison biosensor 1000 of the present invention. In this embodiment, the biosensor module 500 shown in the above-mentioned Example 8 is provided in a plastic case 570 with the connector 550 provided on the connector fixing plate 580 and the connector 550 for the component comparison biosensor chip 100. And, the terminal pin 350 of the biosensor module 500 is inserted and connected to electrically connect to the electronic circuit 660 through the wiring 400. In the component comparison biosensor 1000 of the present invention, a suction pump is used as the driving means 610 for the inflow and outflow of the liquid sample, and the flow of the liquid sample can be rapidly controlled by the solenoid valve as the valve 600 via the tank 620. I am trying to do it. These controls are controlled by a microcomputer of an electronic circuit 660 built in the component comparison biosensor 1000 so that timing and flow start and stop are performed according to predetermined rules. Further, from each output signal based on the thermal reaction between the enzyme 4 fixed in each flow path in the component comparison biosensor chip 100 and the substrate corresponding to them, the concentration of each substrate and the like are converted into calibration data prepared in advance. Based on this, the calculation is performed by the microcomputer, and the characters are displayed on the liquid crystal display as the display unit 670.

成分比較バイオセンサに用いる成分比較バイオセンサチップ100は、Si単結晶であるSOI基板を用いて製作すると、MEMS技術が適用できやすく好適である。そして、このSOI基板から成るセンサチップに集積回路技術で電源回路、増幅回路、演算回路および制御回路も集積化できるし、これらを別の半導体基板等に集積化して、モジュール化することもできる。このようにすることにより、極めてコンパクトな成分比較バイオセンサ100を提供することができる。電源回路は、駆動手段610や弁600等の駆動や他の回路への電源の供給に関わる回路であり、増幅回路は、第1の温度センサ20A、第2の温度センサ20B、参照用温度センサ20R、絶対温度センサ23などの温度センサやこれらの差動信号等の出力を増幅する回路である。もちろん、ヒータ25を動作させない場合は、ヒータ25の駆動や制御は不要である。演算回路は、第1の温度センサ20A、第2の温度センサ20B、参照用温度センサ20R、絶対温度センサ23などの温度センサからの出力やこれらに基づく差引や積分、また、これらの出力信号などを利用し、更にメモリ回路との組み合わせにより、予め用意した校正データの下で液体試料中の特定基質成分の量への換算やこれらに比率の演算などを演算処理するような回路である。また、制御回路は、弁600の電磁弁で、液体試料や洗浄液の流入開始や停止などの制御や、繰り返しとその周期などの制御を行い、更には、信号の積分時間の設定などの温度制御やフィードバック制御なども必要に応じ行う回路である。図12には、本発明の成分比較バイオセンサ1000を駆動する場合の構成概略図の一実施例のブロック図を示す。 When the component comparison biosensor chip 100 used for the component comparison biosensor is manufactured using an SOI substrate which is a Si single crystal, the MEMS technique can be easily applied and is suitable. A power supply circuit, an amplifier circuit, an arithmetic circuit, and a control circuit can also be integrated on the sensor chip made of the SOI substrate by integrated circuit technology, or these can be integrated on another semiconductor substrate or the like to be modularized. By doing so, it is possible to provide an extremely compact component comparison biosensor 100. The power supply circuit is a circuit related to driving the driving means 610, the valve 600, etc. and supplying power to other circuits, and the amplifier circuit is a first temperature sensor 20A, a second temperature sensor 20B, and a reference temperature sensor. 20R, a circuit that amplifies the output of temperature sensors such as the absolute temperature sensor 23 and their differential signals. Of course, when the heater 25 is not operated, it is not necessary to drive or control the heater 25. The calculation circuit includes outputs from temperature sensors such as the first temperature sensor 20A, the second temperature sensor 20B, the reference temperature sensor 20R, and the absolute temperature sensor 23, subtraction and integration based on these, and output signals thereof. This is a circuit that performs arithmetic processing such as conversion to the amount of a specific substrate component in a liquid sample and calculation of a ratio to these under calibration data prepared in advance by further combining with a memory circuit. Further, the control circuit is a solenoid valve of the valve 600, which controls the inflow start and stop of the liquid sample and the cleaning liquid, controls the repetition and its cycle, and further controls the temperature such as setting the signal integration time. It is a circuit that also performs feedback control and the like as needed. FIG. 12 shows a block diagram of an embodiment of a schematic configuration diagram when the component comparison biosensor 1000 of the present invention is driven.

上述では、主に液体試料の体液として、尿を主体にして説明したが、同様に、血液、汗、唾液、涙などの体液を用いて、各種の特定基質成分の基質と酵素4の酵素と、更に必要に応じて補酵素などを用いた組合せで、各種の特定基質成分や酵素4の種類の特定とそれらの量およびこれらの量の比較と比率の算出などを短時間、例えば、十秒程度以内に計測できるものである。また、上述では、ヒトの体液を利用したが、必ずしもヒトとも限らず、動物でも良いし、また、体液以外にも、野菜や果物さらには海藻などの溶液中の特定基質の量の検出を、基質とそれに対応して特異的に選択触媒反応をする酵素や補酵素との組み合わせにより生じる熱反応による温度上昇分ΔTの計測により可能になる。また、上述の実施例では、架橋構造12状の薄膜10、10a、10b、10cなどを数個個の場合を示したが、必要に応じて、10個やそれ以上にすることもできることは言うまでもない。また、上述では、成分比較バイオセンサチップ100にSOI基板を用いた場合を主に示したが、基板1や薄膜10として耐熱性プラスチックなどの安価な材料を用い、更に、第1の温度センサ20A、第2の温度センサ20B、参照用温度センサ20Rとして、熱電材料の蒸着やスパッタリング、更には、プリントなどで熱電対やサーモパイルを形成しても良い。 In the above description, urine is mainly used as the body fluid of the liquid sample, but similarly, using body fluids such as blood, sweat, saliva, and tears, the substrates of various specific substrate components and the enzyme of enzyme 4 are used. In addition, if necessary, by using a combination using a coenzyme or the like, it is possible to identify various specific substrate components and types of the enzyme 4, compare their amounts, compare these amounts, and calculate the ratio for a short time, for example, 10 seconds. It can be measured within a certain degree. Further, in the above description, human body fluid is used, but it is not necessarily limited to human and may be an animal. In addition to body fluid, the amount of a specific substrate in a solution such as vegetables, fruits and seaweed can be detected. This is made possible by measuring the temperature increase ΔT due to the thermal reaction generated by the combination of the substrate and the corresponding enzyme or coenzyme that specifically performs a selective catalytic reaction. Further, in the above-described embodiment, the case where several thin films 10, 10a, 10b, 10c and the like having a 12-shaped crosslinked structure are shown is shown, but it goes without saying that 10 or more thin films can be used if necessary. No. Further, in the above description, the case where the SOI substrate is used for the component comparison biosensor chip 100 is mainly shown, but an inexpensive material such as heat-resistant plastic is used as the substrate 1 and the thin film 10, and the first temperature sensor 20A is further used. As the second temperature sensor 20B and the reference temperature sensor 20R, a thermocouple or a thermopile may be formed by vapor deposition or sputtering of a thermoelectric material, or further by printing or the like.

本発明の上述の実施例の図面では、請求項に記載された同一の概念を有する部位には、同一の符号を付してある。また、本発明の実施例では、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本実施例に限定されることはなく、本発明の主旨、作用および効果が同一でありながら、当然、種々の変形がありうる。いわゆる当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 In the drawings of the above-described embodiment of the present invention, the parts having the same concept described in the claims are designated by the same reference numerals. Further, in the examples of the present invention, preferred embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the present examples, and the gist, action and effect of the present invention are the same. However, of course, there can be various modifications. It is clear that a person skilled in the art can come up with various modifications or modifications within the scope of the technical ideas described in the claims, and of course, the technical scope of the present invention also includes them. It is understood that it belongs to.

本発明の成分比較バイオセンサチップ100は、MEMS技術により基板1から熱分離した薄膜10に、液体試料を流す流路17で繋がる第1の温度センサ20A、第2の温度センサ20Bなどが反応部6に形成してあり、参照用温度センサ20Rが参照部7に形成してあり、さらに、基板1の流入口16から延在して薄膜10の反応部6と参照部7を経由して、空洞40を跨ぎ対向する同一の基板1領域に形成した流出口18まで延びる流路17とを備えており、流路17内の異なる反応部6に形成してあるそれぞれに対応する異なる特定の酵素4が固定してあり、これを基板1の周囲に設けている外部電極パッドから酵素反応による温度上昇分が計測できるようにしている。そして、反応部6の温度センサである、例えば、第1の温度センサ20Aとその参照部7の参照用温度センサ20Rとは、熱的にバランスが取れるように同等な形状と対称性のある配置にしているので、尿のように周囲温度から大きくずれている液体試料を流路17に流し込んでも、これらの差動検出により高精度の温度差計測が実現できるようになった。また、洗浄液を用いて流路17内を洗浄することもできるので、何度も使用できる成分比較バイオセンサが提供できる。本発明のバイオセンサモジュール500は、成分比較バイオセンサチップ100をモジュール化して、ワンタッチで容易に成分比較バイオセンサ1000に組み込み交換することができるようにしている。また、本発明の成分比較バイオセンサ1000は、生体由来の物質である体液である尿、汗、唾液や血液などに含まれる被検出物質である基質や酵素を、これらの熱反応による温度上昇分の計測により、数秒以内に沢山の基質や酵素を同時に計測できると言う利点があり、酵素は、消費しないので、触媒活性の低下はあるものの、洗浄後何回も使用できるから安価な日常の健康診断に役立てることができる。また、本発明の成分比較バイオセンサ1000は、特定基質成分である基質や酵素の量やこれらの比率などを容易に数値化でき携帯用にコンパクトにもできるので、家庭のトイレに設置したり、集団検診などでの色の変化を調べる尿試験紙などの代わりに使用できるなど、多方面にわたり利用できるものである。 In the component comparison biosensor chip 100 of the present invention, a first temperature sensor 20A, a second temperature sensor 20B, etc., which are connected to a thin film 10 thermally separated from the substrate 1 by a MEMS technique by a flow path 17 through which a liquid sample flows, are reaction portions. The reference temperature sensor 20R is formed in the reference portion 7, and further extends from the inflow port 16 of the substrate 1 via the reaction portion 6 and the reference portion 7 of the thin film 10. A flow path 17 extending to an outlet 18 formed in the same substrate 1 region straddling the cavity 40 and facing the cavity 40 is provided, and different specific enzymes corresponding to each formed in different reaction portions 6 in the flow path 17 are provided. 4 is fixed so that the temperature rise due to the enzymatic reaction can be measured from an external electrode pad provided around the substrate 1. Then, the temperature sensor of the reaction unit 6, for example, the first temperature sensor 20A and the reference temperature sensor 20R of the reference unit 7 are arranged to have the same shape and symmetry so as to be thermally balanced. Therefore, even if a liquid sample such as urine, which is significantly deviated from the ambient temperature, is poured into the flow path 17, high-precision temperature difference measurement can be realized by these differential detections. Further, since the inside of the flow path 17 can be cleaned with a cleaning liquid, a component comparison biosensor that can be used many times can be provided. The biosensor module 500 of the present invention modularizes the component comparison biosensor chip 100 so that it can be easily incorporated into and replaced with the component comparison biosensor 1000 with a single touch. In addition, the component comparison biosensor 1000 of the present invention contains substrates and enzymes that are substances to be detected contained in body fluids such as urine, sweat, saliva and blood, which are substances derived from living organisms, and the amount of temperature increase due to these thermal reactions. There is an advantage that many substrates and enzymes can be measured at the same time within a few seconds, and since the enzyme is not consumed, the catalytic activity is reduced, but it can be used many times after washing, so it is cheap daily health. It can be useful for diagnosis. Further, since the component comparison biosensor 1000 of the present invention can easily quantify the amount of a substrate or enzyme which is a specific substrate component and the ratio thereof, and can be made compact for portable use, it can be installed in a household toilet or used. It can be used in a wide range of fields, such as being able to be used in place of a urine test strip for examining color changes in mass examinations.

1 基板
4、4A、4B、4C 酵素
6 反応部
6A 第1の反応部
6B 第2の反応部
6C 第3の反応部
7,7A,7B,7C 参照部
10、10a、10b、10c 薄膜
11 SOI層
12 架橋構造
15 下地基板
16 流入口
17 流路
18 流出口
20A 第1の温度センサ
20B 第2の温度センサ
20C 第3の温度センサ
20R, 20RA,20RB,20RC、・・ 参照用温度センサ
23 絶対温度センサ
25 ヒータ
26 測定点(温接点)
27 基準点(冷接点)
40 空洞
50 絶縁膜
51 BOX層
60 オーム性コンタクト
70P、70AP、70BP、70CP 温度センサ用電極パッド
70R、70RA P 参照用温度センサ用電極パッド
71P ヒータ用電極パッド
72 酵素固定用電極
72P 酵素固定用電極パッド
73 対向電極
73P 対向電極パッド
74 参照電極
74P 参照電極パッド
75P SOI層用共通電極パッド
76 P 絶対温度センサ用電極パッド
80 凹凸
81 ピラー
90 表面酵素固定用ビーズ
100 成分比較バイオセンサチップ
105 切欠き部
110 SOI層用絶縁分離溝
120a, 120b 熱電導体
150 カバー
160 注入口
161 流入部
180 排出部
310 バンプ電極
350 端子ピン
400 配線
500 バイオセンサモジュール
510 モジュール部材
520 センサチップ固定板
530 パッキン
550 コネクタ
560 アダプタ
570 ケース
580 コネクタ固定板
600 弁
610 駆動手段
620 タンク
650 バッテリ
660 電子回路
670 表示部
1000 成分比較バイオセンサ
1 Substrate 4, 4A, 4B, 4C Enzyme 6 Reaction part 6A First reaction part 6B Second reaction part 6C Third reaction part 7,7A, 7B, 7C Reference part 10, 10a, 10b, 10c Thin film 11 SOI Layer 12 Bridge structure 15 Base substrate 16 Inlet 17 Flow path 18 Outlet 20A First temperature sensor 20B Second temperature sensor 20C Third temperature sensor 20R, 20RA, 20RB, 20RC, ... Reference temperature sensor 23 Absolute Temperature sensor 25 Heater 26 Measurement point (warm contact)
27 Reference point (cold contact)
40 Cavity 50 Insulation film 51 BOX layer 60 Ohm contact 70P, 70AP, 70BP, 70CP Temperature sensor electrode pad 70R, 70RAP Reference temperature sensor electrode pad 71P Heater electrode pad 72 Enzyme fixing electrode 72P Enzyme fixing electrode Pad 73 Counter electrode 73P Counter electrode pad 74 Reference electrode 74P Reference electrode pad 75P Common electrode pad for SOI layer
76 P Electrode pad for absolute temperature sensor
80 Unevenness 81 Pillar 90 Surface enzyme fixing beads 100 Component comparison Biosensor chip 105 Notch 110 Insulation separation groove for SOI layer 120a, 120b Thermoelectric conductor 150 Cover 160 Injection port 161 Inflow part 180 Discharge part
310 Bump electrode 350 Terminal pin 400 Wiring 500 Biosensor module 510 Module member 520 Sensor chip fixing plate 530 Packing 550 Connector 560 Adapter 570 Case 580 Connector fixing plate 600 Valve 610 Drive means 620 Tank 650 Battery 660 Electronic circuit 670 Display 1000 Component comparison Biosensor

Claims (8)

少なくとも1個の流入口から流入された液体試料中の特定の基質成分を、該基質成分に対応する酵素との触媒作用の反応熱により検出するバイオセンサチップであって、基板から熱分離した複数の薄膜に、液体試料が通る少なくとも1本の流路が形成されていること、該流路内で前記薄膜のうちの少なくとも1つには、参照部が形成されていること、残りの前記薄膜のそれぞれに参照部と熱的に互いに略同等な反応部が前記同一の流路内に形成されており、該流路を介して直列に接続されていること、複数のそれぞれの反応部である第1の反応部、第2の反応部等には、それぞれの特定の前記基質成分に対応する異なる所定の酵素が固定しているが、前記参照部には酵素を固定していないこと、更に、前記第1の反応部、第2の反応部等と参照部にそれぞれの前記反応熱を検出する第1の温度センサ、第2の温度センサ等と参照用温度センサをそれぞれ具備してあり、該第1の温度センサ、第2の温度センサ等のそれぞれの前記反応部での反応熱に基づく温度変化を、前記参照用温度センサを基準として計測し、それぞれの前記基質成分の量の情報、もしくは、それらの量の比較可能な情報を取得できるように構成したこと、を特徴とする成分比較バイオセンサチップ。 A plurality of biosensor chips that detect a specific substrate component in a liquid sample flowing in from at least one inflow port by the heat of reaction of catalytic action with an enzyme corresponding to the substrate component, which is thermally separated from the substrate. At least one flow path through which the liquid sample passes is formed in the thin film, a reference portion is formed in at least one of the thin films in the flow path, and the remaining thin film. Each of the above has a reaction part that is substantially equivalent to the reference part and is formed in the same flow path, and is connected in series through the flow path. Different predetermined enzymes corresponding to the specific substrate components are fixed to the first reaction part, the second reaction part, and the like, but the enzyme is not fixed to the reference part, and further. The first reaction unit, the second reaction unit, and the reference unit are provided with a first temperature sensor for detecting the heat of reaction, a second temperature sensor, and a reference temperature sensor, respectively. The temperature change based on the heat of reaction at each of the reaction sections of the first temperature sensor, the second temperature sensor, etc. is measured with reference to the reference temperature sensor, and information on the amount of each of the substrate components, Alternatively, a component comparison biosensor chip characterized in that it is configured so that comparable information on those amounts can be obtained. 前記参照部を、前記第1の反応部、第2の反応部等の反応部との略中間位置に設けた請求項1記載の成分比較バイオセンサチップ。 The component comparison biosensor chip according to claim 1, wherein the reference unit is provided at a position substantially intermediate with the reaction unit such as the first reaction unit and the second reaction unit. 前記第1の温度センサ、第2の温度センサ等および参照用温度センサとも、温度差センサとした請求項1もしくは2のいずれかに記載の成分比較バイオセンサチップ。 The component comparison biosensor chip according to any one of claims 1 or 2, wherein the first temperature sensor, the second temperature sensor, and the reference temperature sensor are all temperature difference sensors. 同一の前記薄膜上に形成した流路内の前記第1の反応部、第2の反応部等に、表面酵素固定用ビーズ留置のためのピラーを設けてあり、前記表面酵素固定用ビーズの注入口を前記液体試料の流入口とは異なる位置で、前記液体試料が流れる同一の流路の基板上を形成してある請求項1からのいずれかに記載の成分比較バイオセンサチップ。 Pillars for placing the beads for fixing the surface enzyme are provided in the first reaction part, the second reaction part, etc. in the flow path formed on the same thin film, and the injection of the beads for fixing the surface enzyme is provided. The component comparison biosensor chip according to any one of claims 1 to 3 , wherein the inlet is formed at a position different from the inlet of the liquid sample on a substrate of the same flow path through which the liquid sample flows. 同一の前記薄膜上に形成した流路内の前記第1の反応部、第2の反応部等に、表面酵素固定用ビーズ留置のためのそれぞれ間隔の異なるピラーを設けてあり、前記表面酵素固定用ビーズの直径の異なるビーズ寸法を利用して、前記所定の異なる酵素の表面酵素固定用ビーズが、それぞれ第1の反応部、第2の反応部等で留置できるようにピラーを配置形成してある請求項1もしくは2に記載の成分比較バイオセンサチップ。 Pillars having different intervals for placing beads for fixing surface enzymes are provided in the first reaction part, the second reaction part, and the like in the flow path formed on the same thin film, and the surface enzyme is fixed. Using the bead dimensions of different diameters of the beads, pillars are arranged and formed so that the surface enzyme-fixing beads of the predetermined different enzymes can be placed in the first reaction section, the second reaction section, and the like, respectively. The component comparison biosensor chip according to claim 1 or 2. 前記各反応部内と参照部内の流路の少なくとも幅方向の形状を流線形とした請求項1からのいずれかに記載の成分比較バイオセンサチップ。 The component comparison biosensor chip according to any one of claims 1 to 5 , wherein the shape of the flow path in each reaction section and the reference section is streamlined at least in the width direction. 請求項1から6のいずれかに記載の成分比較バイオセンサチップのうち、少なくとも2個の反応部である前記第1の反応部と第2の反応部に、液体試料中の比率を求めたい特定の基質成分に対応する所定の酵素をそれぞれ固定した成分比較バイオセンサチップを搭載し、反応熱に基づくそれぞれの温度変化を、前記成分比較バイオセンサチップに形成している前記参照用温度センサを基準にして前記第1の温度センサと前記第2の温度センサを差動検出で計測し、所定の校正データを基にして、少なくとも前記2つの基質成分の量、もしくは、それらの比率が求められるようにしたこと、を特徴とする成分比較バイオセンサ。 Of the component comparison biosensor chips according to any one of claims 1 to 6, the first reaction part and the second reaction part, which are at least two reaction parts, are specified to obtain the ratio in the liquid sample. A component comparison biosensor chip in which a predetermined enzyme corresponding to the substrate component of the above is fixed is mounted, and each temperature change based on the reaction heat is based on the reference temperature sensor formed on the component comparison biosensor chip. Then, the first temperature sensor and the second temperature sensor are measured by differential detection, and at least the amounts of the two substrate components or their ratios can be obtained based on predetermined calibration data. A component comparison biosensor characterized by the fact that it was made. 少なくとも電源回路、増幅回路、演算回路および制御回路を備え、前記液体試料中の特定の基質成分の量もしくは少なくとも前記2つの基質成分の量の比率に関する情報を得ることができるようにした請求項記載の成分比較バイオセンサ。 At least the power supply circuit, amplifier circuit, the arithmetic circuit and the control comprises a circuit, the claims 7 to be able to obtain the amount or information regarding the amount of the ratio of at least the two matrix components specific matrix components in a liquid sample The described component comparison biosensor.
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