JP7457567B2 - 電気化学式センサの製造方法、及び電気化学式センサ - Google Patents
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Description
考えることができない。さらに、特許文献4に記載の技術では、卑金属電極自体の抵抗値は考慮されないため、電極の抵抗値の変動に伴う問題に対応できない。
(1)絶縁性基板上に、多孔質の導電性材料を用いて電極を形成する電極形成工程。
(2)電極上の被膜領域を溶液状の非導電性のレジストにより被膜し、多孔質の連通孔にレジストを浸透させることで電極の抵抗値を調整するレジスト形成工程。
R=ρL/S
ここに、ρは導体の抵抗率[Ω・m]である。
抵抗率ρに依存する。よって、抵抗率ρを一定にすれば、電極の抵抗値Rが一定となるため、電極を用いて測定する測定項目を安定的に測定可能となる。
領域の面積と電極の抵抗値とは、被膜領域の面積が大きくなる程、電極の抵抗値が増加する関係を有し、被膜領域の面積が異なる複数のレジスト印刷パターンの中から、調整によって電極の抵抗値を増加又は減少させる量に応じたレジスト印刷パターンを、被膜領域決定工程において選択する。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。以下に説明する実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。以下の説明では、検体の分析用具の一例である電気化学式センサ及びその製造方法について説明する。検体(「試料」ともいう)は、生体試料、生体試料以外の疑似検体(コントロール液等)を含む。試料は液体の試料を含む。生体試料は、例えば、血液、間質液、尿などである。また、試料中の測定対象成分(測定項目)は、生体内で生成される物質であっても、摂取によって生体内に取り込まれる物質であってもよい。
反応する成分を含む。測定対象成分と反応する成分は、例えば、酵素や酸化還元物質を含む。酵素は、試料の種類や測定対象成分に依存するが、例えばグルコースオキシダーゼ(GOD)、グルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)などを含む。但し、酵素はこれらに限定されない。酵素以外の測定対象成分と反応する成分、例えば酸化還元物質は、例えば金属錯体等である。
本実施形態では、電気化学式センサの一例として、試料としての血液または間質液中の測定対象成分としてヘマトクリット値及びグルコース値を測定可能なバイオセンサを例示する。図1A及び1Bは、実施形態に係る製造方法によって製造される電気化学式センサの一例を説明する図である。電気化学式センサ10は、図1に示すように、帯状の絶縁性基板1と、絶縁性基板1の上に形成された、試料のヘマトクリット測定用の電極であるヘマトクリット電極4と、試料中のグルコース測定用の電極であるグルコース電極5とを含む。
が形成されており、この連通孔の中に後述のレジストが浸透するようなものであり、電流を流して電極を形成可能な材料であればどのような導電性材料であってもよい。また、ヘマトクリット電極4のみが多孔質の導電性材料であってもよい。
るように印刷される。図1Bに示す例では、矩形の3つの非印刷領域8a、8b及び8cがリード部4b1の中間部に形成され、矩形の3つの非印刷領域8d、8e及び8fがリード部4b2の中間部に形成されている。
図2は、測定装置の一例である血糖値計30の構成例を示すブロック図である。血糖値計30は、第1測定部31a、第2測定部31b、制御部33、記録部34及び出力部35を備える。第1測定部31aは、試料(血液)に接触可能なグルコース電極12に対して入力された第1信号に対する第1電気的応答を測定する回路である。第2測定部31bは、試料に接触可能なヘマトクリット電極4に対して入力された第2信号に対する電気的応答を測定する回路である。ここで、第2信号は、第1のレベルから第2のレベルへ値が変化し、その後一定の時間、前記第2のレベルを保つ波形を含むものとなる。第2測定部
31bは、この第2信号に対する第2電気的応答を、第2信号の前記変化に対する応答信号のピーク値として測定する回路である。制御部33は、第1電気的応答から得られる血液中のグルコース濃度を示す値を、第2測定部31bが測定した応答信号のピーク値に基づいて補正する。補正されたグルコース濃度を示す値は、例えば、記録部34に記録され、出力部35によって、表示画面に表示される。
信してもよいし、応答信号を所定の周期(例えば、0.1μ秒)で検出した値をA/D変換して制御部33へ送信してもよい。
本願の発明者は、以下のような検証実験を行い、電極上をレジストにより被覆する面積によって電極の抵抗値を制御可能であることを確認した。また、後述する第2の印刷パターンにおけるヘマトクリット電極4上を被膜する被膜領域を「標準被膜領域」に設定し、標準被膜領域をレジストで被膜した場合のヘマトクリット電極4の抵抗値を、目標抵抗値と比較することで、抵抗値の制御のための被膜領域を決定することができることが分かった。目標抵抗値は、製造対象の電気化学式センサ10のヘマトクリット電極4の目標とする抵抗値である。
の第2の印刷パターンの電気化学式センサの合計500個の電気化学式センサの個片が得られる。
位置P2との間の抵抗値は、第2の印刷パターンにおける、電極4Aの測定部4a1の位置P1とリード部4a2の位置P2との間の抵抗値よりも小さくなる。これは、以下の理由による。
m2]の導体と考えることができる。この導体の抵抗値Rは、式“R=ρL/S”により
表され、ρは導体の抵抗率[Ω・m]である。
ターンの中からレジストを被膜するレジスト印刷パターンを選択することによって被膜領域を決定する構成を採用し得ることが分かる。
実施形態に係る電気化学式センサ10は、以下のようにして作製する。図7は、電気化学式センサの製造方法を示すフローチャートである。
刷版及びカーボンインクの少なくとも一方を新しくした新規ロットに係る電気化学式センサの製造に当たり、テスト用センサを用いた抵抗値の測定を行う。つまり抵抗値の実測値を測定する。テスト用センサは、第2のレジスト印刷パターン(図5B)によってレジストが印刷されたテスト用の電気化学式センサ(テスト用センサ)であり、電気化学式センサ10の材料及び製造条件と同じ材料及び製造条件に従って製造される。そのテスト用センサが備えるヘマトクリット電極4(電極4A及び4Bの一方)をテスト用電極として、その抵抗値を測定する。抵抗値は、例えば、検証実験で用いた場合と同じように、図5Bに示すヘマトクリット電極4の測定部4a1の位置P1と他端リード部4a2の位置P2との間の抵抗値であればよい。なお、第2のレジスト印刷パターン(印刷割合100%)のテスト用センサだけでなく、第1のレジスト印刷パターン(印刷割合0%)のテスト用センサや、第2のレジスト印刷パターンのレジスト面積割合から所定割合減らしたテスト用センサをさらに用いてもよい。
測定した抵抗値に基づいて、実製品の電気化学式センサ10のヘマトクリット電極4の抵抗値を目標抵抗値とする(目標抵抗値に近づける)ために、実製品の電気化学式センサ10の製造に適用するレジスト印刷パターン(被膜領域)を決定する。被膜領域の選択においては、複数の調整領域50の中から電極上へレジストを被膜する被膜領域を選択する。具体的には、レジストを被膜視、被膜領域とする調整領域の数が異なる。例えば、以下の表1に示すようなテーブルを使用する。表1における「抵抗値」は、第2のレジスト印刷パターンに従ってレジストが印刷されたテスト用電極の抵抗値を示す。
0Ω以下である場合には、カーボンインクを作り直す。被膜領域を規定するレジスト印刷パターンは、適宜設定可能である。工程2は、レジスト形成工程一例であるが、被膜領域を決定する工程であり、テスト用電極の抵抗値は「指標情報」の一例である。
絶縁性基板シート上に、カーボンインクを用いたスクリーン印刷により、複数のヘマトクリット電極4及びグルコース電極5の電極パターンを印刷する。工程3は、電極形成工程の一例である。
グルコース電極5に試薬を滴下又は塗布し、乾燥により固化させることによって、検知層6を形成する。
絶縁性基板シート上の各電極パターンの上に、工程2によって選択したレジスト印刷パターンを用いて、レジストインクを印刷する。工程5において、ヘマトクリット電極4上の被膜領域がレジストで被膜される。工程5は、レジスト形成工程の一例である。
カバー3を載せて両面テープで接着する。
絶縁性基板シートを裁断して、電気化学式センサ10の個片を得る。
上記した工程2において言及した目標抵抗値から抵抗値が変動した場合の測定値への影響を検証した。図8A、8B及び8Cは、ヘマトクリット電極4の抵抗値を変更した電気化学式センサを用いて、ヘマトクリット電極4を用いて所定のヘマトクリット値にした検体(試料)を測定した場合におけるヘマトクリット値の換算値(実測値)とヘマトクリット値の真値との関係を示すグラフである。図8A、8B及び8Cにおける破線の直線は、補助線であり、ヘマトクリット値の真値(実際の値)を示し、プロット点は、第2電気的応答の値から求めたヘマトクリット値の換算値(実測値)を示す。
(1)予め、目標抵抗値(本検証では2500Ω)であった場合に、電極上を流れる電流値(第2応答値)をヘマトクリット値に適切に換算する換算テーブル又は検量線を作成する。
(2)ヘマトクリット電極の抵抗値が夫々2000Ω、2500Ω、3000Ωである電気化学式センサを作成する。
(3)ヘマトクリット電極に、ヘマトクリット真値が20%、30%、42%、55%、70%の夫々である検体(試料)を各電気化学式センサに導入する。
(4)ヘマトクリット電極に電圧を印加し、電極上を流れる電流値(第2応答値)を測定する。
(5)換算テーブル又は検量線を用いて、測定した電流値をヘマトクリット値に換算したヘマトクリット値の換算値を求める。
抗値の調整量に応じた数の非印刷領域8を有するレジスト印刷パターンの選択が行われることで、抵抗値の調整が可能となる。
以上説明した実施形態では、電極対の一例として、ヘマトクリット値を測定するヘマトクリット電極について説明した。ヘマトクリット値は、測定項目の例示であり、電極対はヘマトクリット以外を測定するために使用されてもよい。また、ヘマトクリット電極には試薬を用いないが、実施形態で説明した電気化学式センサの製造方法は、電極の抵抗値を調整するために有用であり、試薬を用いる電極、例えばグルコース電極にも適用可能である。また、以上に説明した実施形態では一対の電極について説明したが、二対の電極のそれぞれにレジストによる被覆を行い、電極の抵抗値を調整してもよい。
2・・・レジスト
2a・・・切り欠き部
3・・・カバー
4・・・ヘマトクリット電極
4A、4B・・・電極
4a1、4b1・・・測定部
4b1,4b2・・・リード部
8・・・非印刷領域(露出領域)
10・・・電気化学式センサ
50・・・調整領域
Claims (12)
- 絶縁性基板上に、多孔質の導電性材料からなる電極を形成する電極形成工程と、
前記電極上の被膜領域を溶液状の非導電性を有するレジストにより被膜し、前記多孔質の連通孔に前記レジストを浸透させることで前記電極の抵抗値を調整するレジスト形成工程と、を含み、
前記被膜領域の異なる複数のレジスト印刷パターンが用意されており、
前記レジスト形成工程において、前記複数のレジスト印刷パターンの中から選択された一つのレジスト印刷パターンに対応する前記被膜領域をレジストにより被膜する、
電気化学式センサの製造方法。 - 前記レジスト形成工程において前記レジストにより被膜される前記電極上の領域たる前記被膜領域を決定する工程をさらに含む
請求項1に記載の電気化学式センサの製造方法。 - 前記電極上を前記レジストで被膜するか否かを調整可能な調整領域が設定されており、
前記被膜領域の形成において前記レジストで被膜される前記調整領域の範囲が前記複数のレジスト印刷パターン間で異なっている、
請求項1に記載の電気化学式センサの製造方法。 - 前記電極は、測定部と前記測定部に接続されたリード部とを備え、前記被膜領域は前記リード部上に規定される、
請求項1から3のいずれか一項に記載の電気化学式センサの製造方法。 - 前記電極の抵抗値に対応する指標情報に基づいて決定された前記被膜領域を、前記レジスト形成工程において前記レジストにより被膜する、
請求項1から4のいずれか一項に記載の電気化学式センサの製造方法。 - 前記電極の抵抗値の目標値となる目標抵抗値と、前記目標抵抗値とするための被膜領域である標準被膜領域が予め設定されており、
前記指標情報は、前記目標抵抗値に対する前記電極の抵抗値の高低を示す情報であって、前記目標抵抗値より前記電極の抵抗値が高い場合、前記被膜領域を前記標準被膜領域よ
り小さくし、前記目標抵抗値に対して前記電極の抵抗値が低い場合、前記被膜領域を前記標準被膜領域より大きくする、請求項5に記載の電気化学式センサの製造方法。 - 前記指標情報は、前記電極と同一の材料及び同一の製造条件によって形成され、所定パターンの被膜領域が前記レジストにより被膜されたテスト用センサの電極の抵抗値の実測値に対応する情報である、
請求項5または6に記載の電気化学式センサの製造方法。 - 前記電極の抵抗値の目標値となる目標抵抗値が予め設定されており、
前記テスト用センサの電極の抵抗値の実測値と、前記目標抵抗値との差分に基づいて決定された前記被膜領域を、前記レジスト形成工程において前記レジストにより被膜する、請求項7に記載の電気化学式センサの製造方法。 - 前記テスト用センサの電極の抵抗値の実測値は、前記所定パターンの被膜領域を含む規定区間の抵抗値である、
請求項7または8に記載の電気化学式センサの製造方法。 - 前記多孔質の導電性材料は、カーボンである
請求項1から9のいずれか一項に記載の電気化学式センサの製造方法。 - 前記レジストは、アクリル樹脂を含む
請求項1から10のいずれか一項に記載の電気化学式センサの製造方法。 - 前記電極に、液状の試料に溶解する試薬を設けない
請求項1から11のいずれか一項に記載の電気化学式センサの製造方法。
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