JPH09159644A

JPH09159644A - バイオセンサとその製造方法

Info

Publication number: JPH09159644A
Application number: JP7345387A
Authority: JP
Inventors: Ryohei Nagata; 良平永田; Hideaki Munakata; 秀明宗像
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1995-12-11
Filing date: 1995-12-11
Publication date: 1997-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】小量の液体試料で正確且つ容易に定量でき、
しかも安価とする。【解決手段】少なくとも絶縁性基板と、この基板に設
けられた電極系と、２枚の絶縁性基板間に形成された空
間部に面する反応層とを有するバイオセンサにおいて、
２枚の絶縁性基板を、少なくとも一方の絶縁性基板に印
刷又は部分的塗布で形成されたスペーサを介して接着・
積層した構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば血液中のグ
ルコース等と、液体試料中の特定成分を迅速、容易に、
且つ正確に定量できるバイオセンサに関し、さらに詳し
くは少量の試料で容易に測定できる安価なバイオセンサ
の構造と、その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、試料液中の特定成分の定量におい
て、酵素など生体関連物質の高い分子識別能力を利用し
て種々の被測定物質の存在量を測定するバイオセンサが
知られている。例えば、その中で生体関連物質として酵
素を利用した酵素センサとして、グルコースを定量する
グルコースセンサが実用化されている。酵素センサは、
被測定物質に対して高い基質特異性を有する酵素を高分
子膜等の基材に固定化し、酵素に試料中の被測定物質を
接触させ、酵素反応によって生じる物質を電気化学的に
検知し、定量することができる。

【０００３】バイオセンサの用途は各方面にわたり、例
えば前記のグルコースセンサの場合、糖尿病患者の血糖
値管理や食品加工の工程管理などで商業化されている。
また、微生物を利用したバイオセンサ（微生物センサ）
も各種実用化されており、河川の水質分析や、工場排水
の安全性管理などに利用されている。このようにバイオ
センサは、試料液中の特定成分の定量において、医療、
食品分析、醗酵管理、環境計測などに、幅広く実用化さ
れている。そして、実用化当初の測定は、装置が大型で
時間や費用がかかるという問題もあったが、病院、工場
などの施設で利用されることが多く、その優れた分子識
別能力により許容できない程ではなかった。しかし、特
に個人が健康のチェック、病気の状態、治療の効果を調
べるために血液や尿中の特定成分を測定する場合には、
そのランニングコストや難解な操作方法のため、利用者
には大きな負担となり、より簡易的にその場で測定でき
る安価なセンサが望まれていた。

【０００４】例えば、特公平６−７６９８４号公報で提
案されたグルコースセンサ等として使えるバイオセンサ
は、微量の試料液を上から滴下するだけで短時間に測定
できるようにしたものである。同号公報では、樹脂製の
円柱基材に埋め込んだ白金電極をその上底面から露出さ
せた電極部に、環状の枠体中にレーヨン紙の保液層、多
孔質膜のろ過層、及び酵素を含ませた不織布の反応層を
挟み込んだ測定チップを設置した構造のバイオセンサが
提案されている。しかし、構造が複雑で、製造工程や構
成部品が多く、如何に工夫してもコストが高くなってし
まうことは避けられない。また、特公平６−５８３３８
号公報はグルコースセンサ等として使えるバイオセンサ
をディスポーザブルタイプとしたものを提案している。
このバイオセンサの構造は、図５〜図７に示す如く、樹
脂製のシート９１ａに、導電ペーストで印刷形成したリ
ードの一端を利用して接続端子９２３とし、また、電極
となるリードの他端上に電極物質を印刷形成した上で、
接続端子９２３と電極９２２及び９２２ａとを露出させ
る様に絶縁層９４を印刷して残りのリードを覆い、さら
に電極９２２及び９２２ａ上に酵素を固定した反応層９
５を形成して下側基板とし、これに反応層９５の周囲に
空間部９６ができる様なスペーサシート９７を介してカ
バーとなるシート９１ｂを積層し、試料液は先端の導入
口９８から毛細管現象によって空間部に入り、また空間
部内の気体は試料液の導入によって排出口９９から押し
出される様にした構造であり、微量の試料液と空間部内
の気体との交換が円滑に行われるようにしたものであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
公平６−５８３３８号公報で提案された様なバイオセン
サは、ディスポーザブル化され個人利用を容易とするも
のとなってはいるが、２枚のシートの他に、空間部を形
成する様な所定形状に切断等したスペーサシートを構成
部品として必要とし、構造に改善の余地があり、コスト
が高くなってしまうことは避けられなかった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで本発明のバイオセ
ンサは、少なくとも絶縁性基板と、該基板に設けられた
電極系と、２枚の絶縁性基板間に形成された空間部に面
する反応層とを有するバイオセンサにおいて、２枚の絶
縁性基板を、少なくとも一方の絶縁性基板に印刷又は部
分的塗布で形成されたスペーサを介して積層した構成と
することで、スペーサシートを不要とした。

【０００７】また、本発明のバイオセンサの製造方法
は、少なくとも絶縁性基板と、該基板に設けられた電極
系と、２枚の絶縁性基板間に形成された空間部に面する
反応層とを有するバイオセンサの製造方法において、少
なくとも一方の絶縁性基板に、印刷又は部分的塗布でス
ペーサを形成した後、該スペーサで該絶縁性基板と他の
絶縁性基板とを積層することで、スペーサシート不要の
製造方法とした。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
のバイオセンサ及びその製造方法について、実施の形態
を説明する。図１は、本発明のバイオセンサの一実施例
を示す図であり、図１（ａ）分解斜視図、図１（ｂ）は
外観図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ線での断面図
である。同図のバイオセンサ１０は、２枚の絶縁性基板
１ａ及び１ｂがスペーサ４を介して反応層３が面する空
間部６を残す様に積層された構造であり、積層前の状態
で、下側の絶縁性基板１ａに、全ての電極系と、反応層
及びスペーサが印刷又は塗工により形成されており、こ
れにカバーシートとして、接続端子が露出する様な切欠
き部１１及び排出口６２を有する上側の絶縁性基板１ｂ
がスペーサにより接着・積層したものである。下側の絶
縁性基板１ａに形成される電極系は、リード２１、電極
２２、接続端子２３、及び絶縁層５から構成される。酵
素等の生体関連物質を含む反応層３は、互いに入り込ん
だ櫛形形状の２対の電極上に設けられている。また、電
極及びリードの露出不要部は絶縁層５で覆われている。
なお、この様な一対の対向する櫛形電極上に反応層を形
成したバイオセンサとすると、酵素反応の応答が速く定
常状態に速く達する、微量分析が可能、等の点で優れた
ものとなる。そして、スペーサ４は反応層を試料液に接
触させるための空間部６、導入口６１及び導入口とは反
対側の側端面部も開口する様に、両側に直線状のパター
ンとして下側の絶縁性基板に、印刷又は部分的塗布によ
り形成されたものが使われている。また、上側絶縁性基
板１ｂは空間部の気体を排出する排出口６２が開口し、
排出口６２より接続端子側の空間部まで試料液が導入さ
れるの防ぎ、接続端子側の開口部から不意に試料液がオ
ーバーフローしない様にしてある。

【０００９】なお、絶縁性基板、電極系、反応層等の材
料及びそれらの形成は、従来公知の材料、方法より用途
に合ったものを適宜選択すれば良い。例えば、絶縁性基
板には、ポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴ）
等からなる樹脂シート等を用いる。電極系には、リード
及び接続端子は銀や金等の金属含有の導電性ペースト
で、電極はカーボンペーストで、絶縁層は絶縁性ペース
トで、各々スクリーン印刷により形成すれば良い。反応
層は酵素センサでグルコースセンサとするならば、グル
コースオキシダーゼを固定した層とすれば良く、酵素含
有インキのスクリーン印刷で、或いは塗液のディスペン
サによる塗布で形成する。また、この他、例えば検体試
料液の滲み込みを制御する等の層があっても良い。

【００１０】本発明のスペーサは、ＰＥＴシート等を用
いず、少なくとも一方の絶縁性基板に（空間部を形成す
る様なパターンに）印刷又は部分的塗布により形成した
ものを用いる。この結果、空間部を残す様な形状にした
スペーサシートを用意する必要がなく、部品点数を削減
でき、低コスト化できる利点が得られる。塗布は望まし
くは部分的塗布である。但し、全面塗布でも、印刷又は
部分的塗布との組み合わせで利用可能である。すなわ
ち、２枚構成の絶縁性基板として片方は電極系等設けず
に単なるカバーシートとして、該カバーシート側に感熱
接着剤等を全面塗布して、他方基板には空間部の間隙形
成に足りうる凸部を印刷形成して、これらを凸部で接
着、積層する形態では利用可能となる。

【００１１】印刷又は部分的塗布なるスペーサ形成手段
は、用いる材料によって適宜選択すれば良い。印刷は厚
く形成できる点でスクリーン印刷が好適だが、該印刷が
不向きな材料は、例えば、ホットメルト等のアプリケー
タや、塗布用の版形状によって、部分的に塗布する。製
造は通常、多面付けで行うが、隣接するセンサに連なる
連続ストライプ状、或いは隣接するセンサ間で不連続な
間欠的ストライプ状等とすれば、印刷が不向きな材料の
塗布形成も比較的容易にできる。印刷又は部分的塗布に
よるスペーサ材料としては、例えば、熱活性熱硬化型粘
着剤等のホットメルト型粘着剤、或いは熱活性熱硬化型
接着剤等のホットメルト型接着剤等のホットメルト接着
剤等が使用でき、これら樹脂成分としては例えばアクリ
ル系樹脂、シリコーンエラストマー等が用いられる。な
お、これらは前記全面塗布にも適用できる。また、印刷
適性、塗工適性等の向上に適宜、充填剤等の添加剤を加
える。そして、２枚の絶縁性基板を積層して、熱、及び
必要に応じて適度な圧力を加えれば、形成されたスペー
サが熱で活性化して、両絶縁性基板を接着、固定する。
また、粘着剤、或いは接着剤の一回の印刷又は部分的塗
布で、絶縁性基板間を所望の間隔（電極系の厚み分を空
間部で収容でき反応層まで試料液を導き接触させ得る間
隔であれば良く、通常は５０〜３００μｍ程度）にでき
る程度の厚みに形成できないときは、複数回の印刷又は
部分的塗布を重ねて行っても良い。この場合、同一材料
とせず、厚み機能を受け持つ層を、接着機能を受け持つ
層が挟む様に形成しても良い。厚み機能を受け持つ層に
は、熱で接着力が発現する機能は不要であり、厚盛りが
できるスクリーン印刷インキ等であれば良く、例えば、
厚盛り可能な絶縁性ペースト等でも良い。なお、反応層
形成後に、スペーサを形成する場合、スペーサから測定
妨害物質が仮に出たとしても反応層を保護できる様に保
護層で覆っておいても良い。例えば、グルコースオキシ
ダーゼを含有する反応層の場合、リン脂質を含有するイ
ンキ又は塗液を印刷又は塗布しておく。

【００１２】次に、本発明のバイオセンサの製造方法の
一形態を図２により説明する。同図は、図１に示したセ
ンサを製造する一例である。先ず、図２（ａ）〔以下
「図２」は省略〕の如く絶縁性基板１ａを用意する。次
に、接続端子２３も兼用する一対のリード２１を形成後
（ｂ）、各々に電極２２を形成する（ｃ）。次に絶縁層
５を形成後（ｄ）、電極２２上に反応層３を形成する
（ｅ）。そして、スペーサ４を印刷又は部分的塗布にて
形成する（ｆ）。次いで、カバーシートとして切欠き部
１１を有する絶縁性基板１ｂを用意し（ｇ）、これを重
ね合わせて熱圧を加えスペーサにて両基板を接着・固定
し、バイオセンサを得る（ｈ）。なお、切欠き部１１の
形状は意識的に非対称として、センサを測定装置にセッ
トする際の誤接続（作用極と対極）防止対策の一つとし
ても良く。目視判断で、或いは測定装置側で構造的に異
形状を認識することも可能である。なお、製造は多面付
けで行うが、図３はその状況を概説する説明図である。
図１の様なセンサを製造す場合、切欠き部１１を有する
上側の絶縁性基板１ｂを、電極系、反応層、スペーサ等
が形成された下側の絶縁性基板１ａに重ね合わせて、セ
ンサ外形形状を示す点線１２の形に打ち抜いて製造す
る。

【００１３】なお、本発明の趣旨は、スペーサを印刷又
は部分的塗布により形成するものであり、電極形状等は
特に限定されないが、図４に櫛形電極とは異なる他の電
極形状を示しておく。同図では、一枚の絶縁性基板１ａ
の片面に、一対の平行直線状のリード２１ａ及び２１ｂ
を設け、片方のリード２１ａの先端部を、他のリード２
１ｂ側に延ばしてそこに四角形を形成して、そこに作用
極用の電極２２１及び反応層３を形成し、リード２１ａ
の残りは絶縁層５で覆い、リード２１ｂはそのまま対極
としたものである。また、各リードは他端を接続端子２
３とする。また、スペーサ４は、図１と同様な形状に形
成してある。図４の様な形状の電極系とすることで、極
微量の検体試料を極めて短時間のうちに測定可能な点で
優れたバイオセンサとすることができる。

【００１４】

【実施例】次に、一実施例により本発明を説明する。本
実施例は、図１に示す構造のバイオセンサを製造するも
のである。先ず、絶縁性基板として２５０μｍ厚のＰＥ
Ｔシートに、銀ペーストをスクリーン印刷後、焼成し
て、リード及び接続端子を形成し、次にカーボンペース
トをスクリーン印刷後、焼成して電極を形成し、さら
に、絶縁性ペーストをスクリーン印刷後、焼成して絶縁
層を形成して、電極系を形成する。次いで、電極部分
に、グルコースオキシダーゼとフェロセンカルボン酸の
混合インキをスクリーン印刷後、乾燥し反応層を形成す
る。次に、熱活性熱硬化型粘着剤からなるインクをスク
リーン印刷、乾燥してスペーサを形成する。これに、接
続端子を露出させる切欠き部を持つ他のＰＥＴシートを
重ね合わせて、熱圧によりスペーサで接着、積層して固
定してバイオセンサとする。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、スペーサが印刷又は部
分的塗布で形成され、スペーサシートが不要で構成部品
数を減らせ、少量の試料で容易に測定できて且つ安価な
ディスポーザブルタイプのバイオセンサが得られる。ま
た、本発明の製造方法によれば、このバイオセンサを効
率的に製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のバイオセンサの一実施例の構造を示す
説明図。（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は外観図、（ｃ）
は（ｂ）のＡ−Ａ線での断面図。

【図２】本発明のバイオセンサの製造方法の一実施例に
よる工程説明図。（ａ）絶縁性基板、（ｂ）リード及び
接続端子形成、（ｃ）電極形成、（ｄ）絶縁層形成、
（ｅ）反応層形成、（ｆ）スペーサ形成、（ｇ）切欠き
部及び排出口を持つ上側の絶縁性基板用意、（ｈ）上下
基板を積層、接着。

【図３】バイオセンサの製造を多面付け行う状況概説
図。

【図４】図１とは異なる電極形状の本発明のバイオセン
サの説明図。

【図５】従来のバイオセンサの構造の一例を示す分解斜
視図。

【図６】図４の従来のバイオセンサの外観図。

【図７】図４の従来のバイオセンサのＡ−Ａ線（図６）
での断面図。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ絶縁性基板１１切欠き部１２バイオセンサの外形形状２１リード２１ａ作用極用のリード２１ｂ対極用のリード２２電極２２１作用極２２２対極２３接続端子３反応層４スペーサ５絶縁層６空間部６１導入口６２排出口１０バイオセンサ９１ａシート（基板）９１ｂシート（カバーシート）９２１リード９２２，９２２ａ電極９２３接続端子９４絶縁層９５反応層９６空間部９７スペーサシート９８導入口９９排出口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも絶縁性基板と、該基板に設け
られた電極系と、２枚の絶縁性基板間に形成された空間
部に面する反応層とを有するバイオセンサにおいて、２枚の絶縁性基板は、少なくとも一方の絶縁性基板に印
刷又は部分的塗布で形成されたスペーサを介して積層さ
れていることを特徴とするバイオセンサ。
【請求項２】少なくとも絶縁性基板と、該基板に設け
られた電極系と、２枚の絶縁性基板間に形成された空間
部に面する反応層とを有するバイオセンサの製造方法に
おいて、少なくとも一方の絶縁性基板に、印刷又は部分的塗布で
スペーサを形成した後、該スペーサで該絶縁性基板と他
の絶縁性基板とを積層することを特徴とするバイオセン
サの製造方法。