JP7405574B2 - バイオセンサ、及び、そのバイオセンサの使用方法 - Google Patents

バイオセンサ、及び、そのバイオセンサの使用方法 Download PDF

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Description

本発明は、カロリメトリック方式のバイオセンサ、そのバイオセンサに用いる流路部材、及び、そのバイオセンサの使用方法に関するものである。
半導体製造プロセスにより製造されたバイオセンサでは、温度センサを含むセンサチップとマイクロチャンネルとが一体的に形成されており、架橋構造状の薄膜上に設けられた温度センサの温接点電極に酵素が電着により直接固定されている（例えば特許文献１参照）。
特開２０１６－１７３２７３号公報
上記の半導体製造プロセスによるマイクロチャンネルの形成は高コストであり、特に使い捨て型（所謂ディスポタイプ）のバイオセンサの提供の支障となる。そのため、使い捨て型のバイオセンサの提供には、センサチップからマイクロチャンネルを分離して、当該マイクロチャンネルを半導体製造プロセス以外の方法で製造することが有効である。
しかしながら、センサチップからマイクロチャンネルを分離する場合には、マイクロチャンネルを画定する流路壁が酵素と温度センサとの間に介在するため、液体試料中の基質と酵素との接触反応熱を温度センサが検出し難くなってしまう、という問題がある。
本発明の目的は、反応熱を精度良く検出することが可能なバイオセンサ、そのバイオセンサに用いる流路部材、及び、そのバイオセンサの使用方法を提供することである。
［１］本発明に係るバイオセンサは、液体試料に含有される特定成分と前記特定成分に対応した対応物質との接触反応により生じた反応熱に基づいて、前記特定成分に関する情報を取得するバイオセンサであって、前記バイオセンサは、前記液体試料が流入可能な流路と、前記流路内に配置されている共に、前記対応物質を保持している保持シートと、前記保持シートに対応するように配置され、前記反応熱を検出する第１の温度センサと、を備え、前記対応物質は、前記保持シート内に保持されているバイオセンサである。
［２］上記発明において、前記保持シートは、前記保持シートの一方面から他方面に通じる複数の連通路を有していてもよい。
［３］上記発明において、前記保持シートは、布、紙、多孔質体、又は、網状体であってもよい。
［４］上記発明において、前記バイオセンサは、前記対応物質を含有した樹脂材料を備えており、前記樹脂材料は、前記保持シートに入り込んだ状態で硬化していてもよい。
［５］上記発明において、前記バイオセンサは、前記流路が形成された流路部材と、前記第１の温度センサを含むセンサ部材と、を備え、前記流路部材と前記センサ部材とが分離可能であってもよい。
［６］上記発明において、前記流路部材は、前記保持シートを保持すると共に、前記流路を画定する流路壁を含み、前記センサ部材は、前記第１の温度センサを含むセンサチップと、前記センサチップが実装された実装部材と、を備え、前記流路壁と前記実装部材は、前記保持シートと前記第１の温度センサとの間に介在しており、前記流路壁と前記実装部材とが接合されておらず、前記流路部材と前記センサ部材とが分離可能であってもよい。
［７］上記発明において、前記バイオセンサは、前記流路部材と前記センサ部材を固定する固定装置を備え、前記固定装置は、相互に重ねた前記流路部材と前記センサ部材を挟む一対の板状の加熱部材を備えていてもよい。
［８］上記発明において、前記流路は、前記流路の他の部分と比較して、前記第１の温度センサに向かって内径が拡大している拡大部を有し、前記保持シートは、前記拡大部に配置されていてもよい。
［９］上記発明において、前記バイオセンサは、前記保持シートを保持すると共に、前記流路を画定する流路壁を含み、前記流路壁の内面の一部は、親水化処理が施された親水化処理面であり、前記拡大部における前記流路壁の内面の一部は、前記親水化処理面と比較して疎水性を有していてもよい。
［１０］上記発明において、前記バイオセンサは、前記流路が形成された流路部材を備え、前記流路部材は、親水化処理された表面を有する第１のフィルムと、親水化処理された表面を有すると共に、前記流路に対応する領域の一部に第１の開口を有する第２のフィルムと、前記流路に対応する形状の溝を有し、前記第１及び第２のフィルムの間に介在するように前記第１及び第２のフィルムに貼り付けられたスペーサと、一方の主面に粘着層を有し、前記第１の開口を閉塞するように前記第２のフィルムに貼り付けられた第３のフィルムと、を備えており、前記保持シートは、前記第３のフィルムの前記粘着層に貼り付けられていてもよい。
［１１］上記発明において、前記バイオセンサは、前記第１の温度センサが形成された梁部を有するセンサチップを備え、前記センサチップは、前記第１の温度センサの一部を構成する半導体層を含む基板と、前記基板の一方面側に設けられ、前記第１の温度センサに電気的に接続された電極と、を備えており、前記基板の他方面側に前記電極が露出するように、前記基板において前記電極に対応する部分が除去されていてもよい。
［１２］上記発明において、前記バイオセンサは、前記第１の温度センサを含むセンサ部材を備え、前記センサ部材は、前記第１の温度センサを含むセンサチップと、前記センサチップを保持する保持フィルムと、前記センサチップを収容した第２の開口を有すると共に、当該第２の開口を閉塞するように前記保持フィルムが貼り付けられた配線板と、前記センサチップの電極と前記配線板の配線を接続する接続体と、を備えていてもよい。
［１３］上記発明において、前記バイオセンサは、前記流路に連通するように前記流路の入口に配置された筒体を備えており、前記筒体の内孔は、前記流路の容積以上の容積を有していてもよい。
［１４］上記発明において、前記特定成分は、基質、又は、酵素の一方であり、前記対応物質は、酵素、又は、基質の他方であってもよい。
［１５］上記発明において、前記バイオセンサは、前記流路内において前記対応物質が配置されていない部分に対応するように配置された第２の温度センサを備え、前記第１の温度センサと前記第２の温度センサは、前記流路の幅方向に沿って並んで配置されていてもよい。
［１６］上記発明において、前記バイオセンサは、前記流路内において前記対応物質が配置されていない部分に対応するように配置された第２の温度センサと、前記第１の温度センサによる第１の検出結果と、前記第２の温度センサによる第２の検出結果とに基づいて、前記特定成分の量を演算する演算装置と、を備えてもよい。
［１７］本発明に係る流路部材は、液体試料に含有される特定成分と前記特定成分に対応した対応物質との接触反応により生じた反応熱に基づいて、前記特定成分に関する情報を取得するバイオセンサに用いられる流路部材であって、前記流路部材は、前記液体試料が流入可能な流路と、前記流路内に配置されている共に、前記対応物質を保持している保持シートと、を備え、前記対応物質は、前記保持シート内に保持されている流路部材である。
［１８］本発明に係るバイオセンサの使用方法は、上記のバイオセンサの使用方法であって、前記流路の出口を閉塞する第１の工程と、前記筒体の前記内孔に前記液体試料を注入する第２の工程と、前記出口を開放する第３の工程と、前記第１の温度センサにより前記反応熱を検出する第４の工程と、を備えたバイオセンサの使用方法である。
［１９］上記発明において、前記第２の工程が完了してから所定時間経過後に前記第３の工程を実行してもよい。
［２０］上記発明において、前記バイオセンサの使用方法は、前記バイオセンサから前記流路部材を取り外す第５の工程を備えていてもよい。
本発明によれば、特定成分と対応物質との接触反応により生じた反応熱が保持シートに蓄熱されてからゆっくりと拡散されるので、温度センサにより反応熱を検出可能な状態を長く確保することができ、反応熱を精度良く検出することができる。
図１は、本発明の実施形態におけるバイオセンサの全体構成を示す平面図である。 図２は、本発明の実施形態におけるバイオセンサを示す正面図である。 図３は、本発明の実施形態におけるバイオセンサを示す断面図であり、図１のIII-III線に沿った断面図である。 図４は、本発明の実施形態におけるバイオセンサを示す分解断面図である。 図５は、本発明の実施形態における流路部材を示す平面図である。 図６は、本発明の実施形態における流路部材を示す断面図であり、図５のVI-VI線に沿った断面図である。 図７は、本発明の実施形態における流路部材の拡大部を示す断面図であり、図６のVII-VII線に沿った断面図である。 図８は、本発明の実施形態における流路部材の拡大部及びセンサチップを示す断面図であり、図７のVIII-VIII線に沿った断面図である。 図９は、本発明の実施形態における流路部材の拡大部内の保持シートの配置の変形例を示す断面図である。 図１０は、本発明の実施形態におけるセンサ部材を示す底面図である。 図１１は、本発明の実施形態におけるセンサチップを示す平面図である。 図１２は、本発明の実施形態におけるセンサチップを示す断面図であり、図１１のXII-XII線に沿った断面図である。 図１３は、図１０のA-A線に沿った断面図であり、センサチップを保持フィルムに貼り付ける前の状態を示す図である。 図１４は、図１０のA-A線に沿った断面図であり、接続配線を形成した後の状態を示す図である。 図１５は、本発明の実施形態におけるバイオセンサの使用方法を示す工程図である。 図１６（ａ）は、図１５のステップＳ２０を示す断面図であり、図１６（ｂ）は、図１５のステップＳ３０を示す断面図であり、図１６（ｃ）は、図１５のステップＳ４０を示す断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本実施形態におけるバイオセンサの全体構成を示す平面図、図２は本実施形態におけるバイオセンサを示す正面図、図３は本実施形態におけるバイオセンサを示す断面図であり、図１のIII-III線に沿った断面図、図４は本実施形態におけるバイオセンサを示す分解断面図である。なお、図４では、理解の容易化のためにクランプ６３も図示している。
本実施形態におけるバイオセンサ１は、カロリメトリック方式のバイオセンサであり、基質と酵素との接触反応（触媒反応）で生じる反応熱に基づいて液体試料９０（図１６（ｂ）及び図１６（ｃ）参照）に含有される基質の量を測定するセンサである。このバイオセンサ１は、図１～図４に示すように、流路部材１０と、センサ部材２０と、固定装置６０と、演算装置７０と、を備えている。
流路部材１０は、液体試料９０が流入可能な流路１０１を有しており、この流路１０１内に設けられた保持シート１５Ａに酵素が固定されている。センサ部材２０は、保持シート１５Ａに対応するように第１の温度センサ３５（図１１参照）が形成されたセンサチップ３０を有している。この第１の温度センサ３５は、保持シート１５Ａに固定された酵素と、液体試料９０に含有される基質との接触反応により生じた反応熱の温度を検出する。相互に重ねられた流路部材１０とセンサ部材２０は、固定装置６０により分離可能に固定されている。演算装置８０は、第１の温度センサ３５からの出力信号に基づいて基質の量を演算する。
液体試料９０の具体例としては、血液、尿、汗、唾液、及び、涙等のヒトから取得した体液を例示することができる。なお、液体試料９０が生体由来の液体であれば、特に上記に限定されず、例えば、犬、及び、猫等の動物から取得した体液であってもよい。
また、基質の具体例としては、特に限定されないが、グルコース、尿酸、乳酸、タンパク、脂肪、クレアチニン、及び、ビリルビン等を例示することができる。また、酵素の具体例としては、グルコースオキシダーゼ、ペルオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、トリプシン、リパーゼ、クレアチニナーゼ、及び、ビリルビンオキシダーゼ等を例示することができる。
以下に、バイオセンサ１を構成する各部材の構成について説明する。先ず、図５～図９を参照しながら、流路部材１０の構成について説明する。
図５は本実施形態における流路部材を示す平面図、図６は本実施形態における流路部材を示す断面図であり、図５のVI-VI線に沿った断面図、図７は本実施形態における流路部材の拡大部を示す断面図であり、図６のVII-VII線に沿った断面図、図８は本実施形態における流路部材の拡大部及びセンサチップを示す断面図であり、図７のVIII-VIII線に沿った断面図、図９は本実施形態における流路部材の拡大部内の保持シートの配置の変形例を示す断面図である。
流路部材１０は、図５及び図６に示すように、液体試料９０を流入可能な流路１０１が形成されたシート状の部材である。この流路１０１内に、酵素を保持している保持シート１５Ａと、酵素を保持していない保持シート１５Ｂとが配置されている。すなわち、保持シート１５Ａには、酵素が固定されているのに対し、保持シート１５Ｂには、酵素は固定されていない。
本実施形態では、この流路１０１は、実質的に一定の幅で線状に延在する平面形状を有している。流路１０１の一方の端部（図中の右側端部）に入口１０２が設けられ、当該流路１０１の他方の端部（図中の左側端部）に出口１０３が設けられており、入口１０２と出口１０３の間に拡大部１０４が設けられている。
この拡大部１０４は、図７に示すように、当該流路１０１の他の部分の幅Ｗ０よりも広い幅Ｗ１を有している（Ｗ１＞Ｗ０）。また、この拡大部１０４は、図８に示すように、当該流路１０１の他の部分の高さＨ０よりも高い高さＨ１を有している（Ｈ１＞Ｈ０）。この拡大部１０４に保持シート１５Ａ，１５Ｂが配置されている。
本実施形態では、入口１０２から拡大部１０４までの間に流路を蛇行させることで、入口１０２から拡大部１０４までの距離を、拡大部１０４から出口１０３までの距離よりも長くしている。これにより、入口１０２から流路１０１内に進入した液体試料９０が拡大部１０４に到達するまでの間に、当該液体試料９０の温度を流路部材１０の温度に合わせることができる。なお、流路１０１の平面形状は、図５に示す形状に特に限定されず、任意の形状とすることができる。
この流路部材１０は、図５及び図６に示すように、第１～第３のフィルム１１～１３と、スペーサ１４と、保持シート１５Ａ，１５Ｂと、を備えている。
第１のフィルム１１は、ポリエステル等の樹脂材料から構成されたフィルムであり、特に限定されないが、１００μｍ程度の厚さを有している。この第１のフィルム１１の下面（スペーサ１４に対向する面）は、その全面に親水化処理が施された親水化処理面１１１である。親水化処理の具体例としては、第１のフィルム１１の下面への界面活性剤や親水性高分子の塗布やプラズマ処理等を例示することができる。
第２のフィルム１２も、上述の第１のフィルム１１と同様に、ポリエステル等の樹脂材料から構成されたフィルムであり、特に限定されないが、１００μｍ程度の厚さを有している。この第２のフィルム１２の上面（スペーサ１４に対向する面）も、その全面に親水化処理が施された親水化処理面１２１である。
スペーサ１４は、第１のフィルム１１と第２のフィルム１２との間に介在している。このスペーサ１４は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂材料から構成されるフィルムであり、特に限定されないが、５００μｍ程度の厚さを有している。このスペーサ１４には、上述した流路１０１に対応した平面形状を有する溝１４１が形成されている。図７に示すように、この溝１４１において拡大部１０４に対応する幅広部分１４２の幅Ｗ１は、当該溝１４１の他の部分の幅Ｗ０よりも広くなっている（Ｗ１＞Ｗ０）。
図６及び図８に示すように、第１のフィルム１１は、粘着層（不図示）を介して、スペーサ１４の上面に貼り付けられている。第１のフィルム１１の親水化処理面１１１において溝１４１に対向する部分が、流路１０１内に露出している。この第１のフィルム１１には、溝１４１の両端に対向するように一対の開口１１２，１１３が形成されており、それぞれの開口１１２，１１３は、上述の流路１０１の入口１０２及び出口１０３として機能する。
同様に、第２のフィルム１２も、粘着層（不図示）を介して、スペーサ１４の下面に貼り付けられている。第２のフィルム１２の親水化処理面１２１において溝１４１に対向する部分が、流路１０１内に露出している。この第２のフィルム１２においてスペーサ１４の溝１４１の幅広部分１４２に対向する部分には、開口１２２が形成されている。このため、流路１０１の内径が、拡大部１０４で、当該流路１０１の他の部分と比較して下方（センサ部材２０側）に向かって拡大している。図７に示すように、この開口１２２は、溝１４１の幅広部分１４２と同じ幅Ｗ１を有している。
第３のフィルム１３は、ポリエステル等の樹脂材料から構成されたフィルムである。この第３のフィルム１３の厚さｔ１は、特に限定されないが、１６μｍ程度である（ｔ１＝１６μｍ）。図６及び図８に示すように、この第３のフィルム１３の上面（第２のフィルム１２に対向する面）の全体には粘着層１３１が形成されている。この第３のフィルム１３は、第２のフィルム１２の開口１２２を閉塞するように、当該第２のフィルム１２の下面に貼り付けられている。
この第３のフィルム１３上に２つの保持シート１５Ａ，１５Ｂが設けられている。一方（図７中上側）の保持シート１５Ａに酵素が固定されているのに対し、他方（図７中下側）の保持シート１５Ｂには酵素は固定されていない。これらの保持シート１５Ａ，１５Ｂは、流路１０１の幅方向に沿って間隔を空けて並んで配置されている。より具体的には、流路１０１の幅方向に沿って切断した場合に、保持シート１５Ａ，１５Ｂは、当該流路１０１の同一の開口内に、当該流路１０１の幅方向に沿って所定間隔を空けて並んで配置されている。この保持シート１５Ａ，１５Ｂの間のピッチＰ（中心間距離）は、後述するセンサチップ３０の梁部３３Ａ，３３Ｂ間のピッチＰと実質的に同一である。以下において、保持シート１５Ａ，１５Ｂを「保持シート１５」とも総称する。
保持シート１５は、当該保持シート１５の一方面１５１から他方面１５２に通じる複数の連通路を有するシート片である。保持シート１５の具体例としては、特に限定されないが、キュプラ繊維からなる不織布（旭化成株式会社製ベンコット（登録商標）ＰＳ－２）を例示することができ、例えば、直径１ｍｍ程度の円形形状を有していると共に、３０μｍ程度の厚さを有している。或いは、特に限定されないが、日本製紙クラシア株式会社製のワイプオール等の不織布ワイパを、保持シート１５として用いてもよい。或いは、保持シート１５として、上記以外の不織布を用いてもよいし、不織布以外の布を用いてもよい。
保持シート１５として、不織布に代えて、紙を用いてもよい。保持シート１５として用いることのできる紙の具体例としては、不織紙、濾紙、吸取紙、和紙等を例示することができる。特に限定されないが、日本製紙クラシア株式会社製のキムワイプ等の紙ワイパを、保持シート１５として用いることができる。こうした布や紙で保持シート１５を構成することで、当該保持シート１５の低コスト化を図ることができる。
或いは、保持シート１５として、布及び紙に代えて、多孔質体、又は、網状体を用いてもよい。保持シート１５として用いることのできる多孔質体の具体例としては、連続気泡構造を有するスポンジを例示することができる。また、保持シート１５として用いることのできる網状体としては、１０μｍ程度の金属細線を編み込むことで形成されたメッシュ部材を例示することができる。
或いは、保持シート１５として、上記した布、紙、多孔質体、又は、網状体以外の毛細管現象により吸水可能なシート片を用いてもよい。
そして、一方の保持シート１５Ａに酵素が固定されている。具体的には、この保持シート１５Ａの連通路内に酵素を含有した樹脂材料１６（図７参照）が入り込んだ状態で硬化している。このため、酵素は、保持シート１５Ａの外側に露出すると共に当該保持シート１５Ａの内部にも存在するように、保持シート１５Ａに保持されている。
この保持シート１５Ａに保持される酵素は、液体試料９０に含有されていると共に検出対象である基質に対応した酵素である。具体的には、液体試料９０に含有される基質がグルコースである場合には、当該グルコースに対応する酵素はグルコースオキシダーゼである。
同様に、尿酸に対応する酵素はペルオキシダーゼであり、乳酸に対応する酵素は乳酸オキシダーゼであり、タンパクに対応する酵素はトリプシンであり、脂肪に対応する酵素はリパーゼであり、クレアチニンに対応する酵素はクレアチニナーゼであり、ビリルビンに対応する酵素はビリルビンオキシダーゼである。
特に、尿に含有されるタンパクの主成分であるアルブミンの測定方法として、（１）ｐＨ値に基づくタンパク誤差法、（２）ラテックス凝集比濁法、及び、（３）酵素吸着法（ＥＬＩＳＡ法）が知られている。しかしながら、上記の（１）及び（２）の方法では、アルブミンに似た物質が尿中に含まれている場合には誤差が生じ、また上記の（３）の方法では、測定作業が煩雑であり高価である。これに対し、酵素としてトリプシンを用いてカロリメトリック法によりアルブミンを測定することで、尿中に含まれるアルブミンに似た物質の影響を排除してアルブミンの測定を精度良く行うことができると共に、アルブミンの測定を短時間で低コストに行うことができる。
本実施形態では、先ず、酵素と樹脂材料を含有した水溶液をこの保持シート１５Ａに含浸させる。こうした樹脂材料の具体例としては、特に限定されないが、光硬化型のポリビニルアルコール（東洋合成工業株式会社製BIOSURFINE（登録商標）-AWP）を例示することができる。次いで、酵素を含有した樹脂材料が保持シート１５Ａの連通路を介して当該保持シート１５Ａの内部に入り込んだ状態で水溶液を乾燥させた後に、紫外線を照射して樹脂材料を硬化させることで、酵素を保持シート１５Ａ内に保持させる。なお、こうした樹脂材料を用いずに、保持シート１５Ａ内に酵素単体を入り込ませることで、酵素を保持シート１５Ａ内に直接保持してもよい。
なお、図９に示すように、流路１０１の拡大部１０４に、一対の保持シート１５Ａ，１５Ｂに加えて、他の一対の保持シート１５Ｃ，１５Ｄを配置してもよい。一方の保持シート１５Ｃには、保持シート１５Ａに固定された酵素とは異なる酵素が固定されている。これに対し、保持シート１５Ｂと同様に、他方の保持シート１５Ｄには酵素は固定されていない。この場合には、一対の保持シート１５Ａ，１５Ｂに対応したセンサチップ３０（後述）に加えて、一対の保持シート１５Ｃ，１５Ｄに対応した別のセンサチップをセンサ部材が備えている。
なお、流路１０１内に固定される酵素の種類数は、上記の１種又は２種に限定されず、３種以上の酵素を流路１０１内に固定してもよい。この場合には、当該酵素の種類数に対応した組数の保持シートが流路１０１内に配置される。
図５～図８に戻り、保持シート１５Ａ，１５Ｂは、上述の第３のフィルム１３の粘着層１３１に貼り付けられた状態で、当該第３のフィルム１３に保持されている。すなわち、本実施形態では、第３のフィルム１３を第２のフィルム１２に固定するための粘着層１３１を、第３のフィルム１３上での保持シート１５Ａ，１５Ｂの保持にも利用しており、この粘着層１３１により保持シート１５Ａ，１５Ｂは第３のフィルム１３に強固に固定されている。
ここで、上述のように、第１のフィルム１１はその下面全体に親水化処理層１１１を有しており、この親水化処理面１１１において溝１４１に対向する部分が流路１０１内に露出している。同様に、第２のフィルム１２もその上面全体に親水化処理層１２１を有しており、この親水化処理面１２１において溝１４１に対向する部分が流路１０１内に露出している。このように、親水化処理面１１１，１２１が流路１０１に露出していることで、毛細管現象を利用して液体試料９０を流路１０１内で入口１０２から出口１０３に向かって積極的に流動させることができる。
これに対し、上述のように、第３のフィルム１３はその上面全体に粘着層１３１を有しており、この粘着層１３１において開口１２２に対向する部分が流路１０１内に露出している。一般的に粘着層は親水化処理面と比較して疎水性を有しているので、この粘着層１３１も親水化処理面１１１，１２１と比較して疎水性を有している。この粘着層１３１の疎水性によって、保持シート１５Ａ，１５Ｂの周囲で液体試料９０の流速を遅くすることができるので、バイオセンサ１の検出精度の向上を図ることができる。このように、本実施形態では、第３のフィルム１３を第２のフィルム１２に固定するための粘着層１３１を、保持シート１５Ａ，１５Ｂの固定に加えて、疎水面としても利用している。
なお、粘着層１３１に代えて、第３のフィルム１３の上面にシランカップリング処理やフッ素プラズマ処理を施すことで、疎水化処理面を第３のフィルム１３に形成してもよい。
さらに、本実施形態の流路部材１０は、図５及び図６に示すように、円筒状の筒体１８を有している。この筒体１８は、流路１０１の入口１０２に対向するように第１のフィルム１１上に設けられており、当該筒体１８の内孔１８１が流路１０１に連通している。この筒体１８が有する内孔１８１は、流路１０１の容積以上の容積を有している。このため、筒体１８は、流路１０１に流入する前の液体試料９０の全量を保持しておくことが可能となっている。
次いで、図１０～図１４を参照しながら、センサ部材２０について説明する。
図１０は本実施形態におけるセンサ部材を示す底面図、図１１は本実施形態におけるセンサチップを示す平面図、図１２は本実施形態におけるセンサチップを示す断面図であり、図１１のXII-XII線に沿った断面図、図１３は図１０のA-A線に沿った断面図であり、センサチップを保持フィルムに貼り付ける前の状態を示す図、図１４は図１０のA-A線に沿った断面図であり、接続配線を形成した後の状態を示す図である。
センサ部材２０は、図１０に示すように、センサチップ３０と、配線板４０と、保持フィルム５０と、接続配線５５と、を備えている。
センサチップ３０は、図１１及び図１２に示すように、第１及び第２の温度センサ３５，３６と、第１及び第２のヒータ３７，３８と、を備えたチップである。このセンサチップ３０は、公知のＭＥＭＳ技術を用いてＳＯＩ基板を加工することで形成されている。なお、このセンサチップ３０が、絶対温度を検出する絶対温度センサを備えていてもよい。
このセンサチップ３０を構成する基板３１は、第１のＳｉ層３１１と、第１のＳｉＯ２層３１２と、第２のＳｉ層３１３と、第２のＳｉＯ２層３１４と、を備えている。第２のＳｉ層３１３の所定領域（後述する梁部３３Ａ，３３Ｂの拡大部３３１、及び、第２のＳｉＯ２層３１４の貫通孔３１４ｂに対応する領域）には、オーミック性電極３１３ａ，３１３ｂが形成されている。このオーミック性電極３１３ａ，３１３ｂは、第２のＳｉ層３１３の上記の所定領域に対してリンやホウ素等のドーパントをイオン注入によりドーピングした後に、当該所定領域上にアルミニウム膜を形成し、このアルミニウム膜を加熱して第２のＳｉ層３１３と合金化することで形成されている。なお、第２のＳｉ層３１３上に形成される絶縁層は、加工性に優れた絶縁層であれば、第２のＳｉＯ２層３１４に特に限定されない。
基板３１の中央には、当該基板３１の下面３１ｂから上面３１ａに貫通する開口３１５がエッチング等により形成されており、これにより矩形状の枠部３２が形成されている。また、上記の開口３１５を基板３１に形成する際に、第２のＳｉ層３１３の一部と第２のＳｉＯ２層３１４の一部がエッチングされずに残存しており、これにより枠部３２内に架け渡された一対の梁部３３Ａ，３３Ｂが形成されている。こうしたエッチングの具体例としては、Ｄｅｅｐ ＲＩＥやウェットエッチングを例示することができる。
この梁部３３Ａ，３３Ｂは、相互に実質的に平行に延在している。この梁部３３Ａ，３３Ｂの間のピッチＰは、上述した保持シート１５Ａ，１５Ｂの間のピッチＰと実質的に同一である。この梁部３３Ａ，３３Ｂは、当該梁部３３Ａ，３３Ｂの略中央に円形の拡大部３３１をそれぞれ有している。なお、拡大部３３１の形状は、特に円形に限定されない。或いは、梁部３３Ａ，３３Ｂが拡大部３３１を有していなくてもよい。
また、基板３１の上面３１ａには、導電線３５１，３６１と、発熱部３７１，３８１と、配線３７２，３７３，３８２，３８３と、電極３４Ａ～３４Ｆとが形成されている。
導電線３５１，３６１、発熱部３７１，３８１、配線３７２，３７３，３８２，３８３、及び、電極３４Ａ～３４Ｆは、スパッタリング、蒸着、めっき等により第２のＳｉＯ２層３１４上に形成された導電性薄膜で構成されている。本実施形態では、導電線３５１，３６１、発熱部３７１，３８１、配線３７２，３７３，３８２，３８３、及び、電極３４Ａ～３４Ｆはいずれも、チタン（Ｔｉ）層と、当該チタン層の上に形成された金（Ａｕ）層とから構成されている。なお、導電線３５１，３６１、発熱部３７１，３８１、配線３７２，３７３，３８２，３８３、及び、電極３４Ａ～３４Ｆを構成する材料は、導電性を有していれば、上記に特に限定されない。
第１の導電線３５１は、第１の梁部３３Ａの拡大部３３１から第１の電極３４Ａまで延在している。第１の導電線３５１の先端部３５２は、略Ｕ字形状（半円の円弧の形状）を有しており、第２のＳｉＯ２層３１４に形成された貫通孔３１４ａを介して、第２のＳｉ層３１３に接続されている。この際、第１の導電線３５１の先端部３５２と第２のＳｉ層３１３との間には、オーミック性電極３１３ａが介在している。また、第２のＳｉ層３１３は、第２のＳｉＯ２層３１４に形成された貫通孔３１４ｂを介して、第２の電極３４Ｂに接続されている。この際、第２のＳｉ層３１３と第２の電極３４Ｂとの間には、オーミック性電極３１３ｂが介在している。
第１の温度センサ３５は、第１の熱伝導体としての第１の導電線３５１と、第２の熱伝導体としての第２のＳｉ層３１３とから構成される熱電対を備えている。第１の導電線３５１の先端部３５２と第２のＳｉ層３１３とを接続するオーミック性電極３１３ａが、第１の温度センサ３５の温接点（測定点）として機能し、第２のＳｉ層３１３に接続された第２の電極３４Ｂが、第１の温度センサ３５の冷接点（基準点）として機能する。
同様に、第２の導電線３６１は、第２の梁部３３Ｂの拡大部３３１から第３の電極３４Ｃまで延在している。この第２の電線３６１の先端部３６２も、略Ｕ字形状（半円の円弧の形状）を有しており、第２のＳｉＯ２層３１４に形成された貫通孔を介して、第２のＳｉ層３１３に接続されている。この際、第２の導電線３６１の先端部３６２と第２のＳｉ層３１３との間には、オーミック性電極が介在している。
第２の温度センサ３６は、第１の熱伝導体としての第２の導電線３６１と、第２の熱伝導体としての第２のＳｉ層３１３とから構成される熱電対を備えている。第２の導電線３６１の先端部３６２と第２のＳｉ層３１３とを接続するオーミック性電極が、第２の温度センサ３６の温接点（測定点）として機能し、第２のＳｉ層３１３に接続された第２の電極３４Ｂが、第２の温度センサ３６の冷接点（基準点）として機能する。すなわち、第２の電極３４Ｂは、第１及び第２の温度センサ３５，３６の共通の冷接点（基準点）として機能する。
第１のヒータ３７は、第１の発熱体３７１と配線３７２，３７３とから構成されている。第１の発熱体３７１は、第１の導電線３５１の先端部３５２に囲まれるように、第１の梁部３３Ａの拡大部３３１に設けられている。この第１の発熱体３７１には一対の配線３７２，３７３が接続されている。一方の配線３７２は、第１の発熱体３７１から第４の電極３４Ｄまで延在しているのに対し、他方の配線３７３は、当該第１の発熱体３７１から第５の電極３４Ｅまで延在している。
同様に、第２のヒータ３８は、第２の発熱体３８１と配線３８２，３８３とから構成されている。第２の発熱体３８１も、上述の第１の発熱体３７１と同様に、第２の導電線３６１の先端部３６２に囲まれるように、第２の梁部３３Ｂの拡大部３３１に設けられている。この第２の発熱体３８１には一対の配線３８２，３８３が接続されている。一方の配線３８２は、第２の発熱体３８１から第６の電極３４Ｆまで延在しているのに対し、他方の配線３８３は、当該第２の発熱体３８１から第５の電極３４Ｅまで延在している。すなわち、第５の電極３４Ｅは、第１及び第２のヒータ３７，３８の共通の電極として機能する。
電極３４Ａ～３４Ｆは、枠部３２の外周部に配置されている。図１２に示すように、基板３１において電極３４Ａに対向する部分がエッチング等により除去されて、当該基板３１に切欠部３１６が形成されている。同様に、基板３１において電極３４Ｂ～３４Ｆに対向する部分がエッチング等によりそれぞれ除去されて、当該基板３１に切欠部３１６が形成されている。電極３４Ａ～３４Ｆは、この切欠部３１６を介して、基板３１の下面３１ｂからそれぞれ露出している。
なお、センサチップ３０の構成は、特に上記に限定されない。例えば、導電線３５１，３６１、発熱部３７１，３８１、及び、配線３７２，３７３，３８２，３８３を覆うように、第２のＳｉＯ２層３１４上に絶縁膜（例えば、ＳｉＯ２層）をさらに形成し、当該絶縁膜上に電極３４Ａ～３４Ｆを形成してもよい。この場合には、上記の絶縁膜に複数の貫通孔を形成しておき、これらの貫通孔を介して、電極３４Ａと導電線３５１とを接続し、電極３４Ｂとオーミック性電極３１３ｂとを接続し、電極３４Ｃと導電線３６１とを接続し、電極３４Ｄと配線３７２とを接続し、電極３４Ｅと配線３７３，３８３とを接続し、電極３４Ｆと配線３８２とを接続する。
或いは、半導体基板に代えて、梁部を有する樹脂基板上に一対の金属線を形成することで、熱電対を有するセンサチップを構成してもよい。また、上述した梁部３３Ａ，３３Ｂは、枠部３２に支持された両端支持梁であるが、特に限定されず、梁部３３Ａ，３３Ｂが片端支持梁であってもよい。また、熱電対に代えて、サーモパイルを第１及び第２の温度センサ３５，３６として用いてもよい。この場合にも、サーモパイルの測定点が保持シート１５Ａ，１５Ｂに対向するように第１及び第２の温度センサ３５，３６は配置される。
配線板４０は、所謂フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）であり、図１０に示すように、ベースフィルム４１と、当該ベースフィルム４１に設けられた配線４２Ａ～４２Ｆと、を備えている。この配線板４０は、センサチップ３０を収容可能な大きさの開口４４を有している。図１３及び図１４に示すように、配線４２Ａ～４２Ｆは、ベースフィルム４１の下面４１ｂに形成されている。
保持フィルム５０は、ポリエステル等の樹脂材料から構成されたフィルムである。この保持フィルム５０の厚さｔ２は、特に限定されないが、１６μｍ程度である（ｔ２＝１６μｍ）。この保持フィルム５０は、当該保持フィルム５０の下面に形成された粘着層５１を有しており、配線板４０のベースフィルム４１の上面４１ａに貼り付けられて開口４４を閉塞している。センサチップ３０は、この保持フィルム５０の粘着層５１に保持された状態で、配線板４０の開口４４に収容されている。
図１０に示すように、配線板４０の配線４２Ａ～４２Ｆは、センサチップ３０の電極３４Ａ～３４Ｆに対応するようにそれぞれ配置されている。図１０及び図１４に示すように、配線４２Ａの一端は、接続配線５５を介して電極３４Ａと接続されている。
この接続配線５５は、配線４２Ａから電極３４Ａに導電性ペーストを印刷して硬化することで形成されている。この際、切欠部３１６によって電極３４Ａは基板３１の下面３１ｂから露出しているので、接続配線５５は、基板３１の下面３１ｂ側から電極３４Ａに接続されている。また、電極３４Ａはこの切欠部３１６によって囲まれているので、導電性ペーストの広がりを抑制することができ、当該導電性ペーストの食み出しに起因した不要なリークの発生を抑制することができる。
相互に対応する配線４２Ｂ～４２Ｆと電極３４Ｂ～３４Ｆも、同様の接続配線５５を介して個別に接続されている。いずれの電極３４Ｂ～３４Ｆにも、接続配線５５は基板３１の下面３１ｂ側から接続されている。配線４２Ａ～４２Ｆは、配線板４０の端部までそれぞれ延在しており、当該配線４２Ａ～４２Ｆの他端には端子４３Ａ～４３Ｆがそれぞれ設けられている。
なお、電極を基板の下面から露出させる他の方法として、基板内部にスルーホールを形成する方法や、基板の側壁に引出配線を形成する方法を例示することができる。しかしながら、これらの方法と比較して、切欠部３１６を用いた本実施形態の方法では、電極３４Ａ～３４Ｆを基板３１の下面３１ｂに安価に露出させることができると共に、配線４２Ａ～４２Ｆと電極３４Ａ～３４Ｆとを容易に接続することができる。
以上に説明した流路部材１０とセンサ部材２０は、図４及び図８に示すように、第３のフィルム１３と保持フィルム５０とが接するように相互に重ねられている。この際、流路部材１０とセンサ部材２０は、センサチップ３０の梁部３３Ａ，３３Ｂの拡大部３３１が、流路１０１の拡大部１０４内に配置された保持シート１５Ａ，１５Ｂにそれぞれ対向するように、相互に重ねられている。
このため、第１の温度センサ３５の測定点３１３ａが保持シート１５Ａに対向しており、第１の温度センサ３５が保持シート１５Ａの温度を検出することが可能となっている。同様に、第２の温度センサ３６の測定点が保持シート１５Ｂに対向しており、第２の温度センサ３６が保持シート１５Ｂの温度を検出することが可能となっている。
また、第１のヒータ３７の発熱部３７１が保持シート１５Ａに対向しており、第１のヒータ３７が保持シート１５Ａを加熱することが可能となっている。同様に、第２のヒータ３８の発熱部３８１が保持シート１５Ｂに対向しており、第２のヒータ３８が保持シート１５Ｂを加熱することが可能となっている。この第１及び第２のヒータ３７，３８は、例えば、バイオセンサ１の基本特性のチェック等に用いられる。
この際、上述のように、流路部材１０の第２のフィルム１２に開口１２２が形成されており、流路１０１の拡大部１０４で、当該流路１０１の他の部分と比較して、下方（センサ部材２０）に向かって流路１０１の内径が拡大している。換言すれば、流路１０１とセンサ部材２０との間の流路壁１２，１３は、この拡大部１０４で最も薄くなっている。このため、液体試料９０中の基質と酵素との接触反応により生じた微少な反応熱を、第１の温度センサ３５により正確に検出することが可能となっている。
本実施形態では、上述のように、第３のフィルム１３の厚みｔ１が１６μｍ程度であると共に、保持フィルム５０の厚みｔ２も１６μｍ程度であるので、拡大部１０４での流路１０１とセンサチップ３０との間の距離Ｄが３２μｍ程度となっている（Ｄ＝ｔ１＋ｔ２＝３２μｍ）。上記反応熱の高精度な検出を確保する観点から、この距離Ｄは４０μｍ以下であることが好ましい（Ｄ≦４０μｍ）。
さらに、上述のように、本実施形態では、センサチップ３０の基板３１に切欠部３１６が形成されており、当該切欠部３１６を介して接続配線５５を電極３４Ａ～３４Ｆに基板３１の下面３１ｂ側から接続することが可能となっている。このため、センサチップ３０の上面と保持フィルム５０との間に半田や導電性ペースト等の介在物が存在しておらず、センサチップ３０の上面を段差なく保持フィルム５０に密着させることができる。
また、上述のように保持シート１５Ａ，１５Ｂが流路１０１の幅方向に沿って間隔を空けて並んで配置されていることから、第１及び第２の温度センサ３５，３６も流路１０１の幅方向に沿って間隔を空けて並んで配置されている。より具体的には、流路１０１の幅方向に沿って切断した場合に、第１及び第２の温度センサ３５，３６の測定点３５２，３６２が、当該流路１０１の同一の開口に対応するように、当該流路１０１の幅方向に沿って所定間隔を空けて並んで配置されている。このため、第１及び第２の温度センサ３５，３６は、流路１０１内における液体試料９０の流動方向において同じ位置に配置された保持シート１５Ａ，１５Ｂの温度を検出することが可能となっている。
流路部材１０とセンサ部材２０は、接着剤等で接合されておらず、相互に重ねられた状態で固定装置６０により分離可能に固定されている。この固定装置６０は、図１、図２及び図４に示すように、一対の金属プレート６１Ａ，６１Ｂと、ラバーヒータ６２と、クランプ６３とを備えている。なお、本実施形態では、固定装置６０がネジ締め機構を利用して流路部材１０とセンサ部材２０を固定しているが、クリップ等の他の機構を利用して固定装置６０がセンサ部材２０を固定してもよい。
一対の金属プレート６１Ａ，６１Ｂは、例えば、アルミニウム等の金属材料から構成された板状の部材であり、相互に重ねられた流路部材１０及びセンサ部材２０を挟んでいる。ラバーヒータ６２は、金属プレート７１Ａ，７１Ｂを覆うことが可能な２つ折りのラバーシートと、当該ラバーシート内に埋設された発熱抵抗体と、を備えたヒータである。クランプ６３は、流路部材１０及びセンサ部材２０を挟んだ金属プレート６１Ａ，６１Ｂを覆っているラバーヒータ６２を上下から挟んで固定している。なお、２つ折りのラバーヒータ７２に代えて、相互に分離した一対の板状のヒータを用いてもよい。
この固定装置６０により流路部材１０とセンサ部材２０を固定した状態で、ラバーヒータ６２をオンすることで、金属プレート６１Ａ，６１Ｂを介して流路部材１０を加熱することが可能となっている。なお、上側の金属プレート６１Ａとラバーヒータ６２には、開口６１１，６２１がそれぞれ形成されており、流路部材１０の筒体１８はこの開口６１１，６２１を介してラバーヒート６２の外側に露出している。また、流路部材１０の両端が金属プレート６１Ａ及びラバーヒータ６２から突出しており、これにより流路部材１０の出口１０３が外部に露出している。
演算装置７０は、例えば電子回路で構成されており、センサ部材２０の配線板４０の端子４３Ａ～４３Ｆを介してセンサチップ３０に電気的に接続されている。この演算装置７０は、図１に示すように、演算部７１と、記憶部７２と、表示部７３とを備えている。
ここで、液体試料に含有される基質と当該基質に対応した酵素との接触反応により生じた反応熱（温度変化）ΔＴは、当該基質の量に比例することが知られている。このことを利用して、演算部７１は、第１及び第２の温度センサ３５，３６の出力電圧に基づいて基質の量を演算する。
具体的には、予め計測された反応熱ΔＴと基質の量との対応関係を示すテーブルを記憶部７２に事前に記憶しておく。そして、演算部７１は、第１及び第２の温度センサ３５の出力電圧をそれぞれ取得し、これらの出力電圧の差分を算出した後に、前記テーブルを参照することで当該差分に対応する基質の量を演算する。そして、表示部７３がこの演算部７１の演算結果を表示する。
ここで、第１の温度センサ３５の出力電圧は、一方の保持シート１５Ａの温度を示し、第２の温度センサ３６の出力電圧は、他方の保持シート１５Ｂの温度を示す。これらの保持シート１５Ａ，１５Ｂは流路１０１内においてほぼ同一に配置されているので、基質と酵素の接触反応が生じる前は保持シート１５Ａ，１５Ｂの温度はほぼ同一となっている。このため、第１の温度センサ３５の出力電圧と第２の温度センサ３６の出力電圧との差分は、基質と酵素の接触反応により生じた反応熱ΔＴに相当する。
また、本実施形態では、上述のように、第２の電極３４Ｂが第１及び第２の温度センサ３５，３６の冷接点として共通化されている。このため、センサチップ３０の第１の電極３４Ａと第３の電極３４Ｃの電位差を計測するだけで、基質と酵素の接触反応により生じた反応熱ΔＴを計測することができる。
なお、演算部７１が、反応熱ΔＴから算出した基質の量に基づいて、液体試料中における基質の濃度を算出してもよい。或いは、複数種の酵素が流路１０１内に固定されている場合（図９参照）に、演算部７１が、当該酵素にそれぞれ対応した複数種の基質の比率を算出してもよい。或いは、バイオセンサ１が保持シート１５Ｂと第２の温度センサ３６を備えず、第１の温度センサ３５の出力電圧の時系列データに基づいて反応熱ΔＴを計測してもよい。
以上のように、本実施形態では、流路部材１０とセンサ部材２０が分離可能となっているので、バイオセンサ１を一度使用したら、流路部材１０だけを廃棄し、センサ部材２０、固定装置６０、及び、演算装置７０は再利用することができ、使い捨て型のバイオセンサ１の低コスト化を図ることができる。
特に、本実施形態では、センサ部材２０は半導体製造プロセスによって製造するのに対し、流路部材１０は半導体製造プロセス以外の低コストな方法（本実施形態ではフィルムを貼り合わせる方法）によって製造するので、使い捨て型のバイオセンサ１の更なる低コスト化を図ることができる。
以下に、本実施形態におけるバイオセンサ１の使用方法を、図１５及び図１６（ａ）～図１６（ｃ）を参照しながら説明する。
図１５は本実施形態におけるバイオセンサの使用方法を示す工程図、図１６（ａ）は図１５のステップＳ２０を示す断面図、図１６（ｂ）は図１５のステップＳ３０を示す断面図、図１６（ｃ）は図１５のステップＳ４０を示す断面図である。
先ず、図１５のステップＳ１０において、固定装置６０のラバーヒータ６２をオンして流路部材１０を加熱する。ここで、一般的に、酵素の触媒活性作用の最適温度は３５℃～４０℃である。このため、特に限定されないが、本実施形態では、流路部材１０の温度が３８℃程度となるようにラバーヒータ６２により流路部材１０を加熱する。この際、一対の金属プレート６１Ａ，６１Ｂが流路部材１０とチップ部材２０を挟持しているので、ラバーヒータ６２は、当該金属プレート６１Ａ，６１Ｂを介して、流路部材１０の全体を均一に加熱することができる。
次いで、図１５のステップＳ２０において、図１６（ａ）に示すように、粘着テープ８０を流路部材１０の開口１１３（流路１０１の出口１０３）に貼り付けて当該開口１１３を閉塞する。なお、粘着テープ８０に代えて、閉塞用の部材を流路部材１０の開口１１３に自動的に押し当ててもよい。
なお、ステップＳ１０，Ｓ２０の前後関係は、特に上記に限定されない。ステップＳ２０を実行した後にステップＳ１０を実行してもよいし、ステップＳ１０，Ｓ２０を同時に実行してもよい。
次いで、図１５のステップＳ３０において、図１６（ｂ）に示すように、流路部材１０の筒体１８の内孔１８１内に液体試料９０を注入する。この際、例えばシリンジを用いて、流路１０１内の総容積と同等の量の液体試料９０を筒体１８の内孔１８内に注入する。上述のステップＳ２０で出口１０３が閉塞されているため、このステップＳ３０では、液体試料９０は、流路１０１内に流入することはなく、筒体１８の内孔１８１内に溜まる。
ステップＳ３０で筒体１８内に液体試料９０を充填してから所定時間が経過したら、図１５のステップＳ４０において、図１６（ｃ）に示すように、粘着テープ８０を流路部材１０から取り外して、出口１０３を開放する。これにより、ポンプ等を用いることなく、筒体１８の内孔１８１内に溜まっていた液体試料９０が流路１０１内に自動的に流入する。因みに、本実施形態では、このステップＳ４０で流入する前には、流路１０１内に他の液体は存在しておらず、気体のみが存在している。
このように、本実施形態では、ポンプ等を用いることなく、毛細管現象を利用して筒体１８に充填された液体使用９０を流路１０１内に自動的に流入させるので、バイオセンサ１の低コスト化と小型化を図ることができる。
上記の所定時間ＰＴは、特に限定されないが、液体試料９０の温度が流路部材１０の温度に一致するのに十分な時間であり、例えば、１秒～３００秒であり（１ｓｅｃ≦ＰＴ≦３００ｓｅｃ）、好ましくは１秒～１５０秒である（１ｓｅｃ≦ＰＴ≦１５０ｓｅｃ）であり、より好ましくは１秒～６０秒である（１ｓｅｃ≦ＰＴ≦６０ｓｅｃ）。なお、所定時間ＰＴの経過に代えて、筒体１８内の液体試料９０の温度が所定温度以上となった場合に、ステップＳ４０を実行するようにしてもよい。
液体試料９０が流路１０１内に流入して、当該液体試料９０が拡大部１０４に到達して、保持シート１５Ａ，１５Ｂが液体試料９０に浸かると、当該液体試料９０中の基質が保持シート１５Ａに保持されている酵素と接触し、基質と酵素の接触反応（接触触媒反応）により反応熱（上昇熱）ΔＴが生じる。この際、第１及び第２の温度センサ３５，３６が保持シート１５Ａ，１５Ｂの温度を計測しているので、演算装置７０が、第１及び第２の温度センサ３５，３６の出力信号の差分を取得することで反応熱ΔＴを計測し、当該反応熱ΔＴに基づいて基質の量を算出する。
本実施形態では、保持シート１５Ａ内に酵素が保持されているので、液体試料９０中の基質と酵素との接触反応により生じた反応熱が当該保持シート１５Ａに蓄熱されてからゆっくりと拡散される。このため、第１の温度センサ３５により反応熱ΔＴを検出可能な状態を長く確保することができ、反応熱を精度良く検出することができる。従って、流路部材１０とセンサ部材２０を分離して流路１０１とセンサチップ３０との間に第３のフィルム１３と保持フィルム５０を介在させた場合であっても、第１の温度センサ３５により反応熱ΔＴを検出することができる。
また、本実施形態では、保持シート１５Ａが、不織布で構成されているので、上面１５１から下面１５２に貫通する多数の連通路を有しており、この保持シート１５Ａ内に酵素が保持されている。このため、液体試料９０と酵素との接触面積が増加するので、当該液体試料９０中の基質と酵素との接触反応による反応熱ΔＴを増加させることができ、第１の温度センサ３５により反応熱ΔＴを検出可能な状態をより多く確保することができる。
また、保持シート１５Ａが上面１５１から下面１５２に貫通する多数の連通路を有していることで、当該保持シート１５Ａが、第１の温度センサ３５への反応熱ΔＴの伝熱を妨げることもない。
また、本実施形態では、流路１０１とセンサチップ３０との間は、第３のフィルム１３と保持フィルム５０の平面同士の接触であるため、これらの間の熱抵抗は小さくなっている。このため、保持シート１５Ａで生じた微少な反応熱を第１の温度センサ３５が精度良く検出することが可能となっている。
因みに、第３のフィルム１３の厚さｔ１は、流路部材１０を構成する他の部材１１，１２，１４よりも極めて薄くなっているので、流路１０１内への液体試料９０の流入に伴って膨張する。この膨張により、第３のフィルム１３と保持フィルム５０とが密着するので、流路１０１とセンサチップ３０との間の熱抵抗が一層低減している。
また、本実施形態では、センサチップ３０の基板３１に切欠部３１６が形成されており、この切欠部３１６を介して接続配線５５がセンサチップ３０の電極３４Ａ～３４Ｆに基板３１の面３１ｂ側から接続されている。このため、センサチップ３０の上面と保持フィルム５０との間に半田や導電性ペースト等の介在物が存在しておらず、センサチップ３０の上面を段差なく保持フィルム５０に密着させることができる。
また、上述のように、保持シート１５Ａ，１５Ｂは、流路１０１の幅方向に沿って所定間隔を空けて並んで配置されており、第１及び第２の温度センサ３５，３６は当該保持シート１５Ａ，１５Ｂにそれぞれ対応するように配置されている。このため、第１及び第２の温度センサ３５，３６は、ほぼ同一の条件下で保持シート１５Ａ，１５Ｂの温度を検出することができるので、これらの差分に相当する反応熱ΔＴを精度良く測定することができる。
なお、例えば、液体試料９０が流路１０１内に流入する前の状態において保持シート１５Ｂを設けなくても第１及び第２の温度センサ３５，３６が同一の温度を検出するような場合には、保持シート１５Ｂを省略してもよい。
以上の液体試料９０の検査が終了したら、図１５のステップＳ５０において、バイオセンサ１０を分解して当該バイオセンサ１から流路部材１０を取り出す。具体的には、固定装置７０のクランプ７３を緩めてプレート６１Ａ，６１Ｂの間から流路部材１０を取り出す。この際、本実施形態では、流路部材１０とセンサ部材２０は、相互に重ねられているだけであり、接着剤等で接合されていないので、流路部材１０とセンサ部材２０を容易に分離することができる。
そして、バイオセンサ１から取り外された流路部材１０は廃棄される。このため、本実施形態のバイオセンサ１では、流路１０１の洗浄等の作業が不要になると共に、衛生的にも優れている。一方、流路部材１０以外の部材（センサ部材２０、固定装置６０、及び、演算装置７０）は再利用されるので、使い捨て型のバイオセンサ１の低コスト化を図ることができる。
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
例えば、同一の保持シートに複数種の酵素が固定されていてもよい。この場合の具体例として、基質がグルコースであり、酵素がグルコースオキシダーゼである場合に、このグルコースオキシダーゼに加えて、カタラーゼを保持シートに保持させてもよい。グルコースとグルコースオキシダーゼとの接触反応により過酸化水素が発生するが、この過酸化水素とカタラーゼとがさらに接触反応することで、反応熱ΔＴを増加させることができる。
また、液体試料が酵素を含有し、当該酵素に対応した基質を保持シートに固定してもよい。この場合の具体例としては、酵素が酸性フォスファターゼであり、基質が１－ナフチル・リン酸である。
また、液体試料が、体液以外の液体であってもよく、例えば、野菜、果実、又は、海藻等から取得した液体であってもよい。
また、上述の実施形態では、流路部材１０とセンサ部材２０とが分離可能であるバイオセンサ１について説明したが、バイオセンサの構成は特にこれに限定されない。流路部材とセンサ部材とが一体化されたバイオセンサに保持シート１５を適用してもよく、この場合にも反応熱を精度良く検出することができる。
１…バイオセンサ
１０…流路部材
１０１…流路
１１…第１のフィルム
１１１…親水化処理面
１２…第２のフィルム
１２１…親水化処理面
１３…第３のフィルム
１３１…粘着層
１４…スペーサ
１５Ａ～１５Ｄ…保持シート
１６…樹脂材料
１８…筒体
２０…センサ部材
３０…センサチップ
３１…基板
３１３…第２のＳｉ層
３１６…切欠部
３３Ａ，３３Ｂ…梁部
３４Ａ～３４Ｆ…電極
３５…第１の温度センサ
３５２…測定点
３６…第２の温度センサ
４０…配線板
４４…開口
５０…保持フィルム
５１…粘着層
５５…接続配線
６０…固定装置
６１Ａ，６１Ｂ…金属プレート
６２…ラバーヒータ
７０…演算装置
８０…粘着テープ
９０…液体試料

Claims (14)

  1. 液体試料に含有される特定成分と前記特定成分に対応した対応物質との接触反応により生じた反応熱に基づいて、前記特定成分に関する情報を取得するバイオセンサであって、
    前記バイオセンサは、
    前記液体試料が流入可能な流路が形成された流路部材と、
    前記流路内に配置されている共に、前記対応物質を保持している保持シートと、
    前記保持シートに対応するように配置され、前記反応熱を検出する第１の温度センサを備えたセンサ部材と、
    前記流路部材と前記センサ部材を分離可能に固定する固定装置と、を備え、
    前記対応物質は、前記保持シート内に保持され、
    前記保持シートは、前記保持シートの一方面から他方面に通じる複数の連通路を有し、
    前記流路部材は、
    親水化処理された表面を有し、樹脂材料で構成された第１のフィルムと、
    親水化処理された表面を有すると共に、前記流路に対応する領域の一部に第１の開口を有し、樹脂材料で構成された第２のフィルムと、
    前記流路に対応する形状の溝を有し、前記第１及び第２のフィルムの間に介在するように前記第１及び第２のフィルムに貼り付けられ、樹脂材料で構成されたたスペーサと、
    一方の主面に粘着層を有し、前記第１の開口を閉塞するように前記第２のフィルムに貼り付けられ、樹脂材料で構成された第３のフィルムと、を備えており、
    前記保持シートは、前記第３のフィルムの前記粘着層に貼り付けられており、
    前記センサ部材は、
    前記第１の温度センサを含むセンサチップと、
    前記センサチップが実装された実装部材と、を備え、
    前記第３のフィルムと前記実装部材は、前記保持シートと前記第１の温度センサとの間に介在し、
    前記流路部材と前記センサ部材とが接合されておらず、前記流路部材と前記センサ部材とが分離可能であるバイオセンサ。
  2. 請求項１に記載のバイオセンサであって、
    前記保持シートは、布、紙、多孔質体、又は、網状体であるバイオセンサ。
  3. 請求項１又は２に記載のバイオセンサであって、
    前記バイオセンサは、前記対応物質を含有した樹脂材料を備えており、
    前記樹脂材料は、前記保持シートに入り込んだ状態で硬化しているバイオセンサ。
  4. 請求項１～３のいずれか一項に記載のバイオセンサであって、
    前記固定装置は、相互に重ねた前記流路部材と前記センサ部材を挟む一対の板状の加熱部材を備えているバイオセンサ。
  5. 請求項１～４のいずれか一項に記載のバイオセンサであって、
    前記流路は、前記流路の他の部分と比較して、前記第１の温度センサに向かって内径が拡大している拡大部を有し、
    前記保持シートは、前記拡大部に配置されているバイオセンサ。
  6. 請求項１～５のいずれかに一項に記載のバイオセンサであって、
    前記センサチップは、前記第１の温度センサが形成された梁部を有し
    前記センサチップは、
    前記第１の温度センサの一部を構成する半導体層を含む基板と、
    前記基板の一方面側に設けられ、前記第１の温度センサに電気的に接続された電極と、を備えており、
    前記基板の他方面側に前記電極が露出するように、前記基板において前記電極に対応する部分が除去されて、前記基板に切欠部が形成されているバイオセンサ。
  7. 請求項１～６のいずれかに一項に記載のバイオセンサであって、
    前記実装部材は、
    前記センサチップを保持する保持フィルムと、
    前記センサチップを収容した第２の開口を有すると共に、当該第２の開口を閉塞するように前記保持フィルムが貼り付けられた配線板と、
    前記センサチップの電極と前記配線板の配線を接続する接続体と、を備えたバイオセンサ。
  8. 請求項１～７のいずれか一項に記載のバイオセンサであって、
    前記バイオセンサは、前記流路に連通するように前記流路の入口に配置された筒体を備えており、
    前記筒体の内孔は、前記流路の容積以上の容積を有しているバイオセンサ。
  9. 請求項１～８のいずれか一項に記載のバイオセンサであって、
    前記特定成分は、基質、又は、酵素の一方であり、
    前記対応物質は、酵素、又は、基質の他方であるバイオセンサ。
  10. 請求項１～９のいずれかに記載のバイオセンサであって、
    前記バイオセンサは、前記流路内において前記対応物質が配置されていない部分に対応するように配置された第２の温度センサを備え、
    前記第１の温度センサと前記第２の温度センサは、前記流路の幅方向に沿って並んで配置されているバイオセンサ。
  11. 請求項１～１０のいずれかに記載のバイオセンサであって、
    前記バイオセンサは、
    前記流路内において前記対応物質が配置されていない部分に対応するように配置された第２の温度センサと、
    前記第１の温度センサによる第１の検出結果と、前記第２の温度センサによる第２の検出結果とに基づいて、前記特定成分の量を演算する演算装置と、を備えたバイオセンサ。
  12. 請求項８に記載のバイオセンサの使用方法であって、
    前記流路の出口を閉塞する第１の工程と、
    前記筒体の前記内孔に前記液体試料を注入する第２の工程と、
    前記出口を開放する第３の工程と、
    前記第１の温度センサにより前記反応熱を検出する第４の工程と、を備えたバイオセンサの使用方法。
  13. 請求項１２に記載のバイオセンサの使用方法であって、
    前記第２の工程が完了してから所定時間経過後に前記第３の工程を実行するバイオセンサの使用方法。
  14. 請求項１２又は１３に記載のバイオセンサの使用方法であって、
    前記バイオセンサの使用方法は、前記バイオセンサから前記流路部材を取り外す第５の工程を備えたバイオセンサの使用方法。
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