JPH102875A - Enzyme reaction sensor and manufacture thereof - Google Patents

Enzyme reaction sensor and manufacture thereof

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JPH102875A
JPH102875A JP8271215A JP27121596A JPH102875A JP H102875 A JPH102875 A JP H102875A JP 8271215 A JP8271215 A JP 8271215A JP 27121596 A JP27121596 A JP 27121596A JP H102875 A JPH102875 A JP H102875A
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enzyme
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sensor according
grooves
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征夫 軽部
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HOOMETSUTO KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an enzyme reaction sensor with a small size by which glucose concentration existing in blood and urine can be measured many times and provide a manufacturing method for which a semiconductor processing technique with high productivity as its advantage is employed. SOLUTION: A glucose sensor comprises a silicon substrate 1, a plurality of grooves 2 formed in one surface of the silicon substrate 1, a pair of platinum electrode films 3, 4 formed in a plurality of grooves 2, and a Pyrex glass plate 5. Glucose oxidase as an enzyme is immobilized in the inside of a capillary 6 formed between the grooves 2 and the Pyrex glass plate 5.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は,臨床用携帯型マル
チタイプグルコースセンサー等の酵素反応を利用したセ
ンサーに関し,詳しくは,酵素反応を用いて血液中・尿
中のグルコース濃度等を測定するセンサーと,その製造
方法とに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sensor utilizing an enzymatic reaction, such as a portable multi-type glucose sensor for clinical use, and more particularly to a sensor for measuring the concentration of glucose in blood or urine using an enzymatic reaction. And its manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】成人病の1つである糖尿病疾患は1日に
数回血糖値を測定し,インスリンの投与のコントロール
や,食事のコントロールをしなければならない。現在グ
ルコース測定法としては,比色法・酵素反応法等があ
る。
2. Description of the Related Art Diabetic diseases, one of the adult diseases, require measurement of blood glucose several times a day to control insulin administration and diet. Currently, glucose measurement methods include a colorimetric method and an enzyme reaction method.

【0003】この比色法としては還元法(Somogyi-Nels
on法)が一般的である。この方法は以下の手順を経て測
定される。まず,硫酸亜鉛と水酸化バリウムを使って妨
害物である蛋白質を除く(除蛋白)。その後,遠心,ろ
過し還元反応・呈色反応を起こさせる。その他の比色法
としては縮合法(o−トルイジン・ホウ酸法)がある。
この方法は,糖を酸性条件下,o−トルイジンとともに
加熱すると青緑色を呈することを利用するものである。
これら比色定量法は,それぞれ反応物質に特有な波長の
吸収光を当てて吸光度を測り,その結果からグルコース
濃度を測定する方法である。
The colorimetric method is a reduction method (Somogyi-Nels).
on method) is common. This method is measured through the following procedure. First, use zinc sulfate and barium hydroxide to remove the interfering proteins (deproteinization). Thereafter, the mixture is centrifuged and filtered to cause a reduction reaction and a color reaction. As another colorimetric method, there is a condensation method (o-toluidine / boric acid method).
This method utilizes the fact that when a sugar is heated together with o-toluidine under acidic conditions, the sugar turns blue-green.
Each of these colorimetric methods is a method of measuring the absorbance by applying absorption light having a specific wavelength to the reaction substance, and measuring the glucose concentration from the results.

【0004】一方,酵素反応を用いる測定法としては,
グルコースオキシターゼ(GOD)等の酵素を用いてグ
ルコースが反応したときに発生する過酸化水素等の生成
物を測定するか,または,減少する物質(酵素)を定量
することによって,グルコースを定量する方法がある。
実際に検出手段としては,電極を用いる方法(サイクリ
ックボルトアンメトリ)と比色測定法とが存在する。
On the other hand, as a measurement method using an enzyme reaction,
A method for quantifying glucose by measuring a product such as hydrogen peroxide generated when glucose reacts with an enzyme such as glucose oxidase (GOD) or quantifying a substance (enzyme) that decreases. There is.
Actually, as a detecting means, there are a method using an electrode (cyclic volt ammetry) and a colorimetric measuring method.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】比色法は,一般に前処
理が必要でありまた分光学的な測定法を用いることから
検出部が大型になる。また上記したように吸光光度法で
は,測定物質の固有波長に近似した波長を有する他の物
質による影響を受けるため正確な測定値が得られないこ
とがある。
The colorimetric method generally requires pretreatment and uses a spectroscopic measuring method, so that the detection unit becomes large. In addition, as described above, in the absorptiometry, an accurate measurement value may not be obtained because it is affected by another substance having a wavelength close to the intrinsic wavelength of the measurement substance.

【0006】一方,現在の酵素法による装置は,酵素の
基質選択性を利用することから前処理の必要等はないが
多数のサンプルを測定するためにはポンプ,反応槽等の
装置を取り付ける必要があり,装置が大型化し低コスト
化・量産化が困難となる。また,測定検体のグルコース
濃度を即時に検出し,携帯性・多数サンプル測定という
条件を満たすには問題が残る。
On the other hand, the current apparatus using an enzymatic method does not require pretreatment because it utilizes the substrate selectivity of the enzyme. Therefore, the size of the device becomes large, and it is difficult to reduce the cost and mass production. In addition, there remains a problem in that the glucose concentration of the measurement sample is immediately detected and the condition of portability and measurement of a large number of samples is satisfied.

【0007】そこで,本発明の技術的課題は,例えば,
血液や尿中に存在しているグルコース濃度を小型装置で
多数回測定することを可能にし,かつ半導体加工技術の
利点である量産性の高いことを利用した酵素反応センサ
ーとその製造方法とを提供することにある。
Therefore, the technical problems of the present invention are, for example,
Provided is an enzyme reaction sensor and a method for producing the same, which enable a large number of measurements of the glucose concentration in blood and urine with a small device and utilize the high mass productivity that is an advantage of semiconductor processing technology. Is to do.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は,マイクロマシ
ン技術を用いて円形のシリコンウエハー等の半導体基板
上に,例えば,放射状に溝と白金電極膜を多数作製し,
その後,半導体基板とパイレックスガラス等のガラス板
とを一体化させてキャピラリーを形成させ,内部にグル
コースオキシダーゼ等の酵素を固定化する。以上の様に
キャピラリー,電極を単一の半導体基板上に多数作製し
マルチタイプグルコースセンサー等の酵素センサを構築
する事から上記の様な小型化・多数サンプル測定・量産
性という課題を解決している。
According to the present invention, for example, a large number of grooves and platinum electrode films are radially formed on a semiconductor substrate such as a circular silicon wafer using a micromachine technique.
Thereafter, the semiconductor substrate and a glass plate such as Pyrex glass are integrated to form a capillary, and an enzyme such as glucose oxidase is immobilized inside. As described above, by creating many capillaries and electrodes on a single semiconductor substrate and constructing an enzyme sensor such as a multi-type glucose sensor, the above-mentioned problems of miniaturization, multiple sample measurement, and mass productivity were solved. I have.

【0009】即ち,(1)本発明によれば,半導体基板
と,前記半導体基板の一表面に形成された複数の溝と,
前記複数の溝に夫々形成された貴金属からなる一対の電
極膜と,前記溝を覆うガラス板とを備え,前記溝及びガ
ラス板とによって形成されたキャピラリー内部に酵素を
固定化したことを特徴とする酵素反応センサーが得られ
る。
That is, (1) According to the present invention, a semiconductor substrate, a plurality of grooves formed on one surface of the semiconductor substrate,
A pair of electrode films made of a noble metal formed in each of the plurality of grooves; and a glass plate covering the grooves, wherein an enzyme is immobilized in a capillary formed by the grooves and the glass plate. An enzymatic reaction sensor is obtained.

【0010】また,(2)本発明によれば,前記酵素反
応センサーにおいて,前記酵素は,グルコースオキシダ
ーゼであることを特徴とする酵素反応センサーが得られ
る。
[0010] (2) According to the present invention, in the enzyme reaction sensor, the enzyme reaction sensor is characterized in that the enzyme is glucose oxidase.

【0011】また,(3)本発明によれば,前記いずれ
かの酵素反応センサーにおいて,前記半導体基板は,円
形のシリコンウエハーからなり,前記複数の溝は前記シ
リコンウエハーの一面に半径方向に沿って形成されてい
ることを特徴とする酵素反応センサーが得られる。
(3) According to the present invention, in any one of the enzyme reaction sensors, the semiconductor substrate is formed of a circular silicon wafer, and the plurality of grooves are formed on one surface of the silicon wafer along a radial direction. Thus, an enzyme reaction sensor characterized in that the enzyme reaction sensor is formed.

【0012】また,(4)本発明によれば,前記いずれ
かの酵素反応センサーにおいて,前記貴金属は白金から
なり,前記一対の電極膜は,前記シリコンウエハーの中
心寄りに電極取出端部を備えていることを特徴とする酵
素反応センサーが得られる。
(4) According to the present invention, in any of the above enzyme reaction sensors, the noble metal is made of platinum, and the pair of electrode films has an electrode extraction end near the center of the silicon wafer. Thus, an enzyme reaction sensor is obtained.

【0013】また,(5)本発明によれば,前記いずれ
かの酵素反応センサーにおいて,前記ガラス板はパイレ
ックスガラスからなり,前記溝以外の前記ガラス板と前
記半導体基板とは互いに接合していることを特徴とする
酵素反応センサーが得られる。
(5) According to the present invention, in any one of the enzyme reaction sensors, the glass plate is made of Pyrex glass, and the glass plate other than the groove and the semiconductor substrate are bonded to each other. An enzyme reaction sensor characterized by the above is obtained.

【0014】また,(6)本発明によれば,マイクロマ
シン技術を用いて,半導体基板上にエッチングによっ
て,溝を複数形成し,更に,貴金属からなる一対の電極
膜を形成し,前記溝を覆うようにガラス板を接合し一体
化させて,キャピラリーを形成し,前記キャピラリー内
部に,酵素を固定化することを特徴とする酵素反応セン
サーの製造方法が得られる。
(6) According to the present invention, a plurality of grooves are formed on a semiconductor substrate by etching using a micromachine technique, and a pair of electrode films made of a noble metal are formed to cover the grooves. Thus, a glass plate is joined and integrated to form a capillary, and an enzyme is immobilized inside the capillary, thereby producing a method for producing an enzyme reaction sensor.

【0015】また,(7)本発明によれば,前記酵素反
応センサーの製造方法において,前記半導体基板は,円
形のシリコンウエハーからなり,前記溝を半径方向に形
成することを特徴とする酵素反応センサーの製造方法が
得られる。
(7) According to the present invention, in the method for manufacturing an enzyme reaction sensor, the semiconductor substrate is formed of a circular silicon wafer, and the groove is formed in a radial direction. A method for manufacturing a sensor is obtained.

【0016】また,(8)本発明によれば,前記いずれ
かの酵素反応センサーの製造方法において,前記貴金属
は白金からなり,前記一対の電極膜は,スパッタリング
法,及びイオンミリング法によって,前記シリコンウエ
ハーの中心寄りに電極取出端部を有するように,形成す
ることを特徴とする酵素反応センサーの製造方法が得ら
れる。
(8) According to the present invention, in any one of the above-mentioned methods for producing an enzyme reaction sensor, the noble metal is made of platinum, and the pair of electrode films are formed by a sputtering method and an ion milling method. A method for manufacturing an enzyme reaction sensor, characterized in that the silicon wafer is formed so as to have an electrode extraction end near the center of the silicon wafer, is obtained.

【0017】また,(9)本発明によれば,前記いずれ
かの酵素反応センサーの製造方法において,前記ガラス
板はパイレックスガラスからなり,前記シリコンウエハ
ーとは陽極接合法によって一体化することを特徴とする
酵素反応センサーの製造方法が得られる。
(9) According to the present invention, in any one of the above-described methods for producing an enzyme reaction sensor, the glass plate is made of Pyrex glass, and is integrated with the silicon wafer by an anodic bonding method. Thus, a method for producing an enzyme reaction sensor can be obtained.

【0018】また,(10)本発明によれば,前記いず
れかの酵素反応センサーの製造方法において,前記酵素
として,グルコースオキシダーゼを化学結合・包括法に
よって固定化することを特徴とする酵素反応センサーの
製造方法が得られる。
(10) According to the present invention, in any one of the above-mentioned methods for producing an enzyme reaction sensor, glucose oxidase is immobilized as the enzyme by a chemical bonding / inclusive method. Is obtained.

【0019】また,(11)本発明によれば,一対の互
いに重ね合わせられる基板と,前記一対の基板の内の少
なくとも一方の基板の一表面に形成された複数の溝と,
前記複数の溝に対応して,前記一対の基板の内のいずれ
かに形成された貴金属からなる少なくとも2個の電極膜
とを備え,前記溝及基板とによって形成されたキャピラ
リー内部に酵素を固定化したことを特徴とする酵素反応
センサーが得られる。
(11) According to the present invention, a pair of mutually overlapping substrates, a plurality of grooves formed on one surface of at least one of the pair of substrates,
At least two electrode films made of a noble metal formed on one of the pair of substrates corresponding to the plurality of grooves, wherein an enzyme is fixed inside a capillary formed by the grooves and the substrate; Thus, an enzyme reaction sensor characterized in that it has been converted into an enzyme reaction is obtained.

【0020】また,(12)本発明によれば,前記酵素
反応センサーにおいて,前記酵素は,グルコースオキシ
ダーゼであることを特徴とする酵素反応センサーが得ら
れる。
(12) According to the present invention, in the enzyme reaction sensor, the enzyme reaction sensor is characterized in that the enzyme is glucose oxidase.

【0021】また,(13)本発明によれば,前記いず
れかの酵素反応センサーにおいて,前記基板は,円形形
状のプラスチックスからなり,前記複数の溝は前記プラ
スチックス基板の一面に半径方向に沿って形成されてい
ることを特徴とする酵素反応センサーが得られる。
(13) According to the present invention, in any one of the enzyme reaction sensors, the substrate is made of plastic having a circular shape, and the plurality of grooves are formed on one surface of the plastic substrate in a radial direction. Thus, an enzyme reaction sensor characterized by being formed along the line is obtained.

【0022】また,(14)本発明によれば,前記いず
れかの酵素反応センサーにおいて,前記貴金属は白金か
らなり,前記電極膜は,前記プラスチックス基板の中心
寄りに電極取出端部を備えていることを特徴とする酵素
反応センサーが得られる。
(14) According to the present invention, in any of the enzyme reaction sensors, the noble metal is made of platinum, and the electrode film has an electrode extraction end near the center of the plastics substrate. Thus, an enzyme reaction sensor is obtained.

【0023】また,(15)本発明によれば,前記いず
れかの酵素反応センサーにおいて,前記複数の電極膜は
3個形成されていることを特徴とする酵素反応センサー
が得られる。
(15) According to the present invention, there is provided the enzyme reaction sensor according to any one of the enzyme reaction sensors, wherein the plurality of electrode films are formed in three pieces.

【0024】また,(16)本発明によれば,前記いず
れかの酵素センサーにおいて,前記一対の基板は,互い
に接合されていることを特徴とする酵素反応センサーが
得られる。
(16) According to the present invention, in any one of the enzyme sensors, an enzyme reaction sensor is obtained in which the pair of substrates are bonded to each other.

【0025】また,(17)本発明によれば,前記いず
れかの酵素センサーにおいて,前記一対の基板は,前記
一対の基板は,プラズマ重合膜を接合面に備え,当該プ
ラズマ重合膜の溶接によって互いに接合されていること
を特徴とする酵素反応センサーが得られる。
(17) According to the present invention, in any one of the enzyme sensors, the pair of substrates may be provided with a plasma-polymerized film on a joint surface, and the pair of substrates may be welded by the plasma-polymerized film. An enzyme reaction sensor characterized by being joined to each other is obtained.

【0026】また,(18)本発明によれば,前記いず
れかの酵素センサーにおいて,前記酵素固定は,少なく
とも前記キャピラリーの内壁面に存在するアミノ基を有
するモノマーのプラズマ重合膜の前記アミノ基と前記酵
素に存在するアミノ基とを架橋試薬によって結合させた
ものであることを特徴とする酵素反応センサーが得られ
る。
(18) According to the present invention, in any one of the enzyme sensors, the enzyme is immobilized at least by the amino group of the plasma polymerized film of a monomer having an amino group present on the inner wall surface of the capillary. An enzyme reaction sensor is obtained, wherein the amino group present in the enzyme is linked with a crosslinking reagent.

【0027】また,(19)本発明によれば,マイクロ
マシン技術を用いて,一枚基板上に溝を複数形成し,更
に,他の一枚の基板上に前記溝に対応して貴金属からな
る少なくとも一対の電極膜群を夫々形成し,前記溝と前
記貴金属とを対応させて前記一対の基板を重ね合わせて
接合し一体化させて,キャピラリーを形成し,前記キャ
ピラリー内部に,酵素を固定化することを特徴とする酵
素反応センサーの製造方法が得られる。
(19) According to the present invention, a plurality of grooves are formed on one substrate by using a micro-machine technology, and furthermore, the other substrate is made of a noble metal corresponding to the grooves. At least one pair of electrode film groups are formed, and the pair of substrates are overlapped and joined together so that the groove and the noble metal correspond to each other to form a capillary, and an enzyme is immobilized inside the capillary. Thus, a method for producing an enzyme reaction sensor is obtained.

【0028】また,(20)本発明によれば,前記酵素
反応センサーの製造方法において,前記基板は,円形の
プラスチックからなり,前記溝を半径方向に形成するこ
とを特徴とする酵素反応センサーの製造方法が得られ
る。
(20) According to the present invention, in the method for manufacturing an enzyme reaction sensor, the substrate is made of a circular plastic, and the groove is formed in a radial direction. A manufacturing method is obtained.

【0029】また,(21)本発明によれば,前記いず
れかの酵素反応センサーの製造方法において,前記貴金
属は白金からなり,前記一対の電極膜は,スパッタリン
グ法,及びイオンミリング法によって,前記基板の中心
寄りに電極取出端部を有するように,形成することを特
徴とする酵素反応センサーの製造方法が得られる。
(21) According to the present invention, in any one of the above methods for producing an enzyme reaction sensor, the noble metal is made of platinum, and the pair of electrode films are formed by sputtering and ion milling. A method for producing an enzyme reaction sensor, characterized in that the substrate is formed so as to have an electrode extraction end near the center of the substrate.

【0030】また,(22)本発明によれば,前記いず
れかの酵素反応センサーの製造方法において,前記基板
はアクリル樹脂からなり,互いに接合されて一体化する
ことを特徴とする酵素反応センサーの製造方法が得られ
る。
(22) According to the present invention, in any one of the above-described methods for producing an enzyme reaction sensor, the substrate is made of acrylic resin, and is bonded to and integrated with each other. A manufacturing method is obtained.

【0031】また,(23)本発明によれば,前記いず
れかの酵素反応センサーの製造方法において,前記一枚
の基板に溝を形成した後,及び前記他の一枚の基板に電
極群を形成する前に,前記夫々の基板の互いに接合され
る面の表面に,アミノ基を含むプラズマ重合膜を形成す
ることを特徴とする酵素反応センサーの製造方法が得ら
れる。
(23) According to the present invention, in any one of the above methods for producing an enzyme reaction sensor, an electrode group may be formed on the one substrate after forming a groove and on the other substrate. Before the formation, a method for producing an enzyme reaction sensor is provided, wherein a plasma polymerized film containing an amino group is formed on the surfaces of the surfaces to be bonded to each other of the substrates.

【0032】また,(24)本発明によれば,前記いず
れかの酵素反応センサーの製造方法において,前記酵素
として,グルコースオキシダーゼを化学結合・包括法に
よって固定化することを特徴とする酵素反応センサーの
製造方法が得られる。
(24) According to the present invention, in any one of the above methods for producing an enzyme reaction sensor, the enzyme reaction sensor is characterized in that glucose oxidase is immobilized by a chemical bonding / inclusive method as the enzyme. Is obtained.

【0033】また,(25)本発明によれば,前記酵素
反応センサーの製造方法において,前記酵素はアミノ基
を備え,前記酵素の固定化は,前記プラズマ重合膜のア
ミノ基と前記酵素のアミノ基との架橋試薬の作用により
結合させることを含むことを特徴とする酵素反応センサ
ーの製造方法が得られる。
(25) According to the present invention, in the method for producing an enzyme reaction sensor, the enzyme has an amino group, and the immobilization of the enzyme is performed by combining the amino group of the plasma polymerized membrane with the amino group of the enzyme. A method for producing an enzyme reaction sensor is provided, which comprises binding by the action of a crosslinking reagent with a group.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】以下,本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。本発明の実施の形態におい
ては,酵素反応センサーとして,グルコースセンサの例
を示したが,本発明はこれらに限定されるものではない
ことは明らかである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the embodiment of the present invention, a glucose sensor is described as an example of the enzyme reaction sensor, but it is obvious that the present invention is not limited to these.

【0035】図1(a)は本発明の第1の実施の形態に
よるグルコースセンサーを示す組立分解斜視図,(b)
は平面図である。図1(a)及び(b)を参照すると,
グルコースセンサー10は集積化センサーデバイスであ
り,シリコン基板1の一面上には,溝2が半径方向に形
成されている。この溝2には,白金電極膜3,4が形成
され,パイレックスガラス板5に覆われている。このパ
イレックスガラス板とシリコン基板1とは,接合され一
体化しており,溝2部分はパイレックス板に覆われてキ
ャピラリー6を形成している。このキャピラリー6に
は,グルコースオキシダーゼが固定化される。
FIG. 1A is an exploded perspective view showing a glucose sensor according to a first embodiment of the present invention, and FIG.
Is a plan view. Referring to FIGS. 1A and 1B,
The glucose sensor 10 is an integrated sensor device, and a groove 2 is formed on one surface of a silicon substrate 1 in a radial direction. Platinum electrode films 3 and 4 are formed in the groove 2 and are covered with a Pyrex glass plate 5. The Pyrex glass plate and the silicon substrate 1 are joined and integrated, and the groove 2 is covered with the Pyrex plate to form a capillary 6. Glucose oxidase is immobilized on the capillary 6.

【0036】図1(b)に示すグルコースセンサーを次
に示す手順で作成した。
The glucose sensor shown in FIG. 1 (b) was prepared by the following procedure.

【0037】まず,直径2インチ,結晶格子100面,
片面鏡面仕上げのシリコンウエハー1に対しRCA社の
方法に準じた洗浄を行った後,水素燃焼法の熱酸化で約
0.8オングストロームの酸化膜を形成させた。これに
フォトレジストをスピンコートしフォトマスクでパター
ニングを行い,フッ化水素酸,フッ化アンモニウム溶液
で酸化膜のエッチングを行いEPW溶液(エチレンジア
ミン−ピロカテコール−水)のエッチング溶液を用い結
晶異方性ウエットエッチング法により長さ12mm,幅
1mm,深さ56μmの放射状の溝2を16本作成し
た。シリコンウエハー1は,大気中に放置もしくは,直
接加熱することによって,表面に絶縁性を備えた被膜が
形成されている。この溝2を多数作成したシリコンウエ
ハー1全面に対し,スパッタリング装置を用いて白金膜
を厚さ約200オングストローム形成しフォトレジスト
をスピンコートし,白金膜のパターニングを行った後イ
オンミリング装置で,ドライエッチングを行い白金電極
膜3,4をそれぞれの溝に対して1対(2電極)形成さ
せた(単一あたりの電極面積1mm2 )。さらにこのシ
リコンウエハー1とパイレックス製で外径2インチ内径
1.2インチのガラス基板5とを陽極接合することによ
り立体構造を形成させた。以上の操作を経て微細管構造
−キャピラリー6と白金電極膜3,4を成形した。な
お,キャピラリーの内側に電極取出部3a,4aがそれ
ぞれ露出して形成されている。
First, a 2 inch diameter, 100 crystal lattices,
After cleaning the single-sided mirror-finished silicon wafer 1 in accordance with the method of RCA, an oxide film of about 0.8 Å was formed by thermal oxidation using a hydrogen combustion method. This is spin-coated with a photoresist, patterned with a photomask, etched with a hydrofluoric acid and ammonium fluoride solution, and etched using an EPW solution (ethylenediamine-pyrocatechol-water). Sixteen radial grooves 2 having a length of 12 mm, a width of 1 mm, and a depth of 56 μm were formed by wet etching. The silicon wafer 1 is left in the air or directly heated to form an insulating coating on the surface. A platinum film is formed to a thickness of about 200 angstroms using a sputtering apparatus on the entire surface of the silicon wafer 1 in which many grooves 2 are formed, a photoresist is spin-coated, and the platinum film is patterned. Etching was performed to form a pair (two electrodes) of platinum electrode films 3 and 4 for each groove (electrode area per unit: 1 mm 2 ). Further, a three-dimensional structure was formed by anodically bonding the silicon wafer 1 to a glass substrate 5 made of Pyrex and having an outer diameter of 2 inches and an inner diameter of 1.2 inches. Through the above operation, the fine tube structure-capillary 6 and platinum electrode films 3 and 4 were formed. The electrode extraction portions 3a and 4a are formed to be exposed inside the capillary.

【0038】次に,酵素固定化方法について述べる。酵
素としてのグルコースオキシダーゼ(GOD)は,ガラ
スやシリコン表面をアミノ化し架橋剤にグルタルアルデ
ヒド(GA)を用いてこれを酵素のアミノ基と架橋させ
る方法で固定化した。製作したキャピラリー6に3−ア
ミノプロピルトリエトキシシラン(aminopropyltrietoxy
silane, γ−APTES)のトルエン溶液10μlを室
温で通過させ終夜115℃に加熱した。2.5%(v/
v)のグルタルアルデヒド(GA)を含むリン酸緩衝液
(pH7.1)でカラムを満たし1時間保持し,これを
排出後リン酸緩衝液を通過させて洗浄し,10%(w/
v)のGOD(Type II ,Sigma )を含むリン酸緩衝液
でカラムを満たし終夜保持し内部に,グルコースオキシ
ダーゼを固定化した。
Next, the enzyme immobilization method will be described. Glucose oxidase (GOD) as an enzyme was immobilized by aminating the surface of glass or silicon and using glutaraldehyde (GA) as a cross-linking agent to crosslink the amino group of the enzyme. The prepared capillary 6 has 3-aminopropyltrietoxysilane (aminopropyltrietoxysilane).
10 μl of a toluene solution of silane, γ-APTES) was passed at room temperature and heated to 115 ° C. overnight. 2.5% (v /
v) Fill the column with a phosphate buffer (pH 7.1) containing glutaraldehyde (GA) and hold for 1 hour. After discharging, wash the column by passing it through a phosphate buffer and 10% (w /
v) The column was filled with a phosphate buffer containing GOD (Type II, Sigma) and held overnight, and glucose oxidase was immobilized inside.

【0039】次に,本発明の第1の実施の形態によるグ
ルコースセンサーの測定原理について説明する。
Next, the measurement principle of the glucose sensor according to the first embodiment of the present invention will be described.

【0040】本発明の第1の実施の形態によるマルチタ
イプグルコースセンサーは,グルコース溶液および検査
試料を毛細血管現象によりシリコンウエハー先端のキャ
ピラリー6から内部に導入される。導入されたグルコー
ス溶液は,キャピラリー内部で固定化されたGODの触
媒作用により下記化1式に示すように,グルコノラクト
ンと過酸化水素に変換される。
In the multi-type glucose sensor according to the first embodiment of the present invention, the glucose solution and the test sample are introduced into the inside of the silicon wafer from the capillary 6 at the tip of the silicon wafer by capillary action. The introduced glucose solution is converted into gluconolactone and hydrogen peroxide by the catalytic action of GOD immobilized inside the capillary as shown in the following formula 1.

【0041】[0041]

【化1】 Embedded image

【0042】生成した過酸化水素はキャピラリー内の白
金電極膜で,下記化2式の電極反応に従って電気化学的
に検出される。
The generated hydrogen peroxide is electrochemically detected on a platinum electrode film in the capillary according to the following electrode reaction.

【0043】[0043]

【化2】 Embedded image

【0044】電気化学検出は,酸素や過酸化水素など多
くの酵素反応の基質や生成物が電気化学的に活性であり
又それぞれの化学種は電気化学的に分別定量可能であり
これらの電気化学検出が有効な測定デバイスになる。ま
た一般的に,分光学的検出での検出対象がサイズの3乗
に比例して減少していくのに対して,電気化学検出では
サイズの2乗に比例して減少する。本発明によるグルコ
ースセンサを用いた検出法では,電気化学検出法を採用
しているため,微小化に伴い相対的に電気化学検出法の
効率が高くなる。更に微小化により試薬や試料の消費量
を抑えることができる,すなわち測定時間の短縮を図る
ことができる。生成した過酸化水素は白金電極膜の片方
の電極−アノード電極により酸化されアノード電流が観
測される。以上のことから過酸化水素濃度の電流値変化
を観測することからグルコースの定量が可能となった。
In the electrochemical detection, substrates and products of many enzymatic reactions such as oxygen and hydrogen peroxide are electrochemically active, and each chemical species can be electrochemically separated and quantified. The detection device becomes an effective measurement device. In general, the number of detection targets in spectroscopic detection decreases in proportion to the cube of size, whereas in electrochemical detection, the detection target decreases in proportion to the square of size. In the detection method using the glucose sensor according to the present invention, since the electrochemical detection method is employed, the efficiency of the electrochemical detection method is relatively increased with miniaturization. Furthermore, the miniaturization can reduce the consumption of reagents and samples, that is, can shorten the measurement time. The generated hydrogen peroxide is oxidized by one electrode of the platinum electrode film and the anode electrode, and an anode current is observed. From the above, it was possible to quantify glucose by observing a change in the current value of the hydrogen peroxide concentration.

【0045】次に,本発明の第1の実施の形態によるグ
ルコースセンサーを用いたグルコースの測定例について
説明する。
Next, an example of measuring glucose using the glucose sensor according to the first embodiment of the present invention will be described.

【0046】GODを用いてグルコースを測定すると
き,通常生成する酸化還元種は過酸化水素である。過酸
化水素を製作したデバイスで定量的に検出することがで
きるかを確認するためにデバイスのグルコースの検出に
先立って,過酸化水素溶液を導入して電気化学反応を行
わせた。それぞれの濃度の調整した過酸化水素溶液でキ
ャピラリーセルを満たし,サイクリックボルタンメトリ
ーを行った。デバイス内の2つの電極間に,0から10
00mVまでの電位をスキャンした時の電流値変化を図
2に示す。図2に示すように,800mV付近の電流値
に,過酸化水素由来の酸化電流が観測された。過酸化水
素濃度と電流値の間で相対的な関係が認められ,製作し
たデバイスが過酸化水素検出用の電気化学セルとして機
能することが判明した。同様の方法で今度は試料導入用
の穴からグルコース溶液を導入する。キャピラリー内の
GODによりグルコースが酸化され,このとき溶存酸素
が過酸化水素になる。下記表1はこれら試料を導入した
場合の応答値を表す。
When measuring glucose using GOD, the redox species usually produced is hydrogen peroxide. In order to confirm whether hydrogen peroxide can be quantitatively detected by the manufactured device, an electrochemical reaction was performed by introducing a hydrogen peroxide solution prior to detection of glucose by the device. The capillary cell was filled with the hydrogen peroxide solution of each concentration adjusted, and cyclic voltammetry was performed. 0 to 10 between the two electrodes in the device
FIG. 2 shows a change in current value when scanning a potential up to 00 mV. As shown in FIG. 2, an oxidation current derived from hydrogen peroxide was observed at a current value around 800 mV. A relative relationship was observed between the concentration of hydrogen peroxide and the current value, indicating that the fabricated device functions as an electrochemical cell for detecting hydrogen peroxide. In the same manner, a glucose solution is introduced through a sample introduction hole. GOD in the capillary oxidizes glucose, and at this time, dissolved oxygen becomes hydrogen peroxide. Table 1 below shows response values when these samples were introduced.

【0047】[0047]

【表1】 [Table 1]

【0048】図3は本発明の第2の実施の形態によるグ
ルコースセンサーのガラス板を取り除いた状態を示す平
面図である。図3に示すように,シリコン基板1上に,
溝12が形成され,白金電極膜13,14が夫々形成さ
れている。本発明の第1の実施の形態においては,溝
数,即ち,キャピラリー数が16本であったが,第2の
実施の形態によるものは,溝数72本と密度が高められ
ている。また,そのために,電極取出部分も一対づつ並
んで形成されている。
FIG. 3 is a plan view showing the glucose sensor according to the second embodiment of the present invention from which the glass plate has been removed. As shown in FIG. 3, on a silicon substrate 1,
A groove 12 is formed, and platinum electrode films 13 and 14 are respectively formed. In the first embodiment of the present invention, the number of grooves, that is, the number of capillaries is 16, but in the second embodiment, the density is increased to 72 grooves. To this end, a pair of electrode extraction portions are also formed side by side.

【0049】本発明の第1及び第2の実施の形態による
グルコースセンサーは,その使用に際しては,白金電極
膜にボルタンメータを備えた測定装置を接続したものを
用意し,採血した血液を一滴,センサーのキャピラリー
に毛管現象によって吸い込ませて,測定すれば良い。
When using the glucose sensor according to the first and second embodiments of the present invention, a glucose sensor having a measuring device equipped with a voltammeter connected to a platinum electrode membrane is prepared. The capillary may be sucked into the capillary by capillary action and measured.

【0050】採血に際しては,例えば,消毒綿で指先を
消毒し,乾燥させた後,採血器等を用いて穿刺して,血
液を一滴しぼりだす等で良い。
In collecting blood, for example, the fingertip may be disinfected with a cotton swab and dried, and then punctured using a blood collecting device or the like to squeeze out one drop of blood.

【0051】第2の実施の形態によるグルコースセンサ
ーも第1の実施の形態によるものと同様に,ガラス板を
重ねて陽極接合して一体化した後,酵素固定化されても
用いられる。
Similarly to the glucose sensor according to the first embodiment, the glucose sensor according to the second embodiment can be used even after the glass plates are stacked and anodically bonded and integrated, and then immobilized with an enzyme.

【0052】図4は本発明の第3の実施の形態によるグ
ルコースセンサーを示す分解組み立て斜視図であり,
(a)は第1のアクリル板,(b)は第2のアクリル板
を示している。図4(a)を参照すると,第1のアクリ
ル板21は,中央に孔部22を有し,一面23には,外
周からこの孔部22に向かって断面角型の溝24が半径
方向に複数設けられている。
FIG. 4 is an exploded perspective view showing a glucose sensor according to a third embodiment of the present invention.
(A) shows a first acrylic plate, and (b) shows a second acrylic plate. Referring to FIG. 4A, the first acrylic plate 21 has a hole 22 in the center, and a groove 24 having a rectangular cross section in the radial direction is formed on one surface 23 from the outer periphery toward the hole 22. A plurality is provided.

【0053】図4(b)を参照すると,第2のアクリル
板25は,表面に,先端部が直角に屈曲した白金電極2
7,28,29が,半径方向に途中で段を為し延在して
夫々設けられている。この白金電極27,28,29
は,スパッタリングに,よって形成され,この3本の電
極27,28,29の内の電極28の基部は,この第2
のアクリル板25の中心部付近で,中心電極30に夫々
接続されている。
Referring to FIG. 4B, the second acrylic plate 25 has a platinum electrode 2 having a front end bent at a right angle on the surface.
7, 28 and 29 are provided, each extending stepwise in the radial direction. These platinum electrodes 27, 28, 29
Is formed by sputtering, and the base of the electrode 28 of the three electrodes 27, 28, 29 is
Are connected to the center electrode 30 near the center of the acrylic plate 25.

【0054】これらの第1及び第2のアクリル板21及
び25は,図に示されている一面を,エチレンジアミン
のプラズマ重合によって処理され,互いに張り合わされ
たのち,後に詳しく述べるように,半径方向に形成され
たキャピラリー内に酵素が固定化される。
These first and second acrylic plates 21 and 25 are treated on one side as shown in the figure by plasma polymerization of ethylenediamine, and are bonded to each other. The enzyme is immobilized in the formed capillary.

【0055】図5(a),図5(b)及び図5(c)
は,図4(a)及び図4(b)の第1及び第2のアクリ
ル板21及び25の一部を示す斜視図である。
FIGS. 5 (a), 5 (b) and 5 (c)
FIG. 4 is a perspective view showing a part of the first and second acrylic plates 21 and 25 of FIGS. 4A and 4B.

【0056】図5(a)に示すように,厚さ2mm,半
径30mm,内径20mmのドーナツ型の円板の一面
に,深さ1mm,幅1mmの溝24が半径方向に複数本
形成されている。
As shown in FIG. 5A, a plurality of grooves 24 having a depth of 1 mm and a width of 1 mm are formed on one surface of a donut-shaped disk having a thickness of 2 mm, a radius of 30 mm and an inner diameter of 20 mm. I have.

【0057】図5(b)に示すように,厚さ2mm,半
径30mmの円板の一面で,溝24に対応するように,
半径方向に電極27,28,29が形成されている。こ
の溝24は,電極の周方向に長い先端部27b,28
b,29bが夫々横断する。
As shown in FIG. 5B, one surface of a disk having a thickness of 2 mm and a radius of 30 mm is formed so as to correspond to the groove 24.
Electrodes 27, 28 and 29 are formed in the radial direction. The groove 24 has a tip 27b, 28 which is long in the circumferential direction of the electrode.
b and 29b cross each.

【0058】図5(c)に示すように,図5(a)の第
1のアクリル板及び図5(b)の第2のアクリル板を図
に示された一面を互いに合わせることによって,第1の
アクリル板21の溝24は,第2のアクリル板25の一
面によって,蓋がなされ,半径方向にキャピラリー31
が形成される。
As shown in FIG. 5C, the first acrylic plate shown in FIG. 5A and the second acrylic plate shown in FIG. The groove 24 of the first acrylic plate 21 is covered by one surface of the second acrylic plate 25, and the capillary 31 is radially oriented.
Is formed.

【0059】次に,本発明の第3の実施の形態による酵
素反応センサーの製造方法について図6乃至図9を参照
して説明する。
Next, a method for manufacturing an enzyme reaction sensor according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0060】図6はプラズマ重合を行う装置の概略を示
している。図6に示すように,装置は,装置本体50内
の上部にサンプルステージ60が設けられ,その上にプ
ラズマ発生器53が設けられている。プラズマ発生器5
3には,発振器52及び整合器51が接続されている。
サンプルステージの下側のチャンバー内には,エチレン
ジアミン等の原料を蓄えるリザーバ59と,これに接続
され,バルブを備えた配管からなる流路62と,流路6
2の一端に設けられた流量調整器58を介して,チャン
バー内に導入管55が接続されている。
FIG. 6 schematically shows an apparatus for performing plasma polymerization. As shown in FIG. 6, the apparatus is provided with a sample stage 60 at an upper part in an apparatus main body 50 and a plasma generator 53 provided thereon. Plasma generator 5
3 is connected to an oscillator 52 and a matching device 51.
In a chamber below the sample stage, a reservoir 59 for storing a raw material such as ethylenediamine, a flow path 62 connected to the reservoir 59 and having a valve, and a flow path 62 are provided.
An inlet pipe 55 is connected to the inside of the chamber via a flow rate adjuster 58 provided at one end of the chamber 2.

【0061】一方,チャンバー内のガスを排気するため
に,チャンバーには,拡散ポンプ56及びロータリーポ
ンプ57に接続された排気管54が設けられている。こ
の装置は,アミノ基導入のため,プラズマ重合膜のモノ
マー原料としてはエチレンジアミンを使用する。プラズ
マ重合の条件は,以下の表2の通りである。
On the other hand, the chamber is provided with an exhaust pipe 54 connected to a diffusion pump 56 and a rotary pump 57 in order to exhaust gas in the chamber. This apparatus uses ethylenediamine as a monomer material for a plasma polymerized film to introduce amino groups. Table 2 shows the conditions of the plasma polymerization.

【0062】[0062]

【表2】 [Table 2]

【0063】上記表2の条件で,プラズマ重合膜の成膜
速度は,1000オングストローム/minであり,プ
ラズマの重合膜の厚さは1000オングストロームであ
る。
Under the conditions shown in Table 2, the film formation rate of the plasma polymerized film is 1000 Å / min, and the thickness of the plasma polymerized film is 1000 Å.

【0064】次に,具体的手順を説明する。Next, a specific procedure will be described.

【0065】まず,図7(a)及び図8(a)に示すよ
うに,外径30mm,厚さ2mmのアクリル基板と外径
30mm,内径20mm,厚さ2mmのアクリル板を用
意する。図7(b)に示すように,アクリル板21の表
面にキャピラリー形成用の溝24を機械加工により,半
径方向に長さ10mm,深さlmm,幅1mmの溝24
を複数本形成する。図7(c)に示すように,アクリル
板の一面にエチレンジアミンプラズマ処理によりアクリ
ル基板表面にアミノ基を導入する。ここで,エチレンジ
アミンプラズマ重合膜の作製について,詳細に説明す
る。プラズマとは,電離によってできた電子と正イオン
がほぼ等しい密度となって全体として中性になっている
物質の状態のことである。プラズマ重合法は,このプラ
ズマ中で重合し高分子合成を行う方法である。この方法
あるいはこの方法で得られた膜は,(ア)どのようなモ
ノマーでも製膜可能であること,(イ)ピンホールフリ
ーの非晶質であること,(ウ)薄膜形成(〜10nm)
可能であり均質であること,(エ)膜形成だけでなく,
プラズマガスの種類を変えることにより表面改質,修飾
(例えば官能基導入)が可能であること,(オ)ドライ
プロセスであるので半導体技術との融合が容易であるこ
となどの利点を備えている。
First, as shown in FIGS. 7A and 8A, an acrylic substrate having an outer diameter of 30 mm and a thickness of 2 mm and an acrylic plate having an outer diameter of 30 mm, an inner diameter of 20 mm and a thickness of 2 mm are prepared. As shown in FIG. 7B, a groove 24 having a length of 10 mm, a depth of 1 mm, and a width of 1 mm is radially formed on the surface of the acrylic plate 21 by machining.
Are formed. As shown in FIG. 7 (c), an amino group is introduced into the surface of the acrylic substrate by ethylenediamine plasma treatment on one surface of the acrylic plate. Here, the production of the ethylenediamine plasma polymerized film will be described in detail. The plasma is a state of a substance in which electrons and positive ions formed by ionization have almost the same density and become neutral as a whole. The plasma polymerization method is a method of polymerizing in this plasma to synthesize a polymer. The film obtained by this method or this method is (a) that any monomer can be formed, (a) it is pinhole-free amorphous, and (c) thin film formation ((10 nm)
Possible and homogeneous, (d) not only film formation,
By changing the type of plasma gas, surface modification and modification (for example, introduction of a functional group) are possible. (E) Since it is a dry process, it has advantages such as easy integration with semiconductor technology. .

【0066】一方,図8(b)に示すように,アクリル
板の一面に,図6に示した装置を用いるエチレンジアミ
ンプラズマ処理によりアミノ基を導入する。
On the other hand, as shown in FIG. 8B, an amino group is introduced into one surface of the acrylic plate by an ethylenediamine plasma treatment using the apparatus shown in FIG.

【0067】図8(c)に示すように,溝を形成してい
ないアクリル基板上にスパッタリングによって白金電極
パターン32を形成する。ここで,スパッタリングと
は,素材の金属等をプラズマ状態にまで持っていき,対
向する基板上に付着させる技術であり,主に電極形成用
の金属薄膜に用いられるプロセスである。白金膜の付着
速度は,毎秒数オングストロームであり,膜厚は時間に
より制御可能である。ここでは,前記のプラズマ重合処
理をしたアクリル基板の上にスパッタリングで白金電極
を形成する。電極パターン作製にはメタルマスクを使用
し,1対の電極パ夕ーン当たり3電極を夫々同時に形成
する。また,スパッタリングの条件は以下の表3の通り
である。
As shown in FIG. 8C, a platinum electrode pattern 32 is formed by sputtering on an acrylic substrate on which no groove is formed. Here, the sputtering is a technique of bringing a metal or the like into a plasma state and attaching it to an opposing substrate, and is a process mainly used for a metal thin film for forming an electrode. The deposition rate of the platinum film is several angstroms per second, and the film thickness can be controlled by time. Here, a platinum electrode is formed by sputtering on the acrylic substrate that has been subjected to the plasma polymerization treatment. A metal mask is used to form an electrode pattern, and three electrodes are simultaneously formed for each pair of electrode patterns. Table 3 shows the sputtering conditions.

【0068】[0068]

【表3】 [Table 3]

【0069】上記表2の条件で,白金膜の成膜速度は1
00オングストローム/minであり,白金膜の厚さは
1000オングストロームとなる。
Under the conditions shown in Table 2 above, the deposition rate of the platinum film was 1
00 Å / min, and the thickness of the platinum film is 1000 Å.

【0070】次に図9(a)に示すように,キャピラリ
ー及び電極対を一体化させるため,基板間に1,2−ジ
クロロエタンを塗布し,アクリル基板同士の溶接接合を
行う。続いて,図9(b)に示すように,グルタルアル
デヒドによって形成されたキャピラリー31内に酵素を
固定化する。
Next, as shown in FIG. 9A, in order to integrate the capillary and the electrode pair, 1,2-dichloroethane is applied between the substrates, and the acrylic substrates are welded to each other. Subsequently, as shown in FIG. 9B, the enzyme is immobilized in the capillary 31 formed by glutaraldehyde.

【0071】酵素固定化は,プラズマ重合膜表面にある
アミノ基と酵素に存在するアミノ基を二価の架橋試薬で
あるグルタルアルデヒドを用いて行う。この反応は,次
の化3式で示される。
The enzyme is immobilized by using glutaraldehyde, a divalent crosslinking reagent, between the amino group on the surface of the plasma polymerized membrane and the amino group present in the enzyme. This reaction is represented by the following chemical formula 3.

【0072】[0072]

【化3】 Embedded image

【0073】また,酵素固定化の詳細な手順は以下のよ
うにして行う。
The detailed procedure for immobilizing the enzyme is carried out as follows.

【0074】まず,(i)2.5%(v/v)のグルタ
ルアルデヒド(GA)を含むリン酸緩衝液(pH5.
6)を用意し,前記のプラズマ処理を行ったキャピラリ
ー内に塗布して30分放置する。(ii) これをリン酸酸
緩衝溶液で洗浄後,10%(W/V)のGOD(Type I
I ,Sigma)を含むリン酸緩衝液を塗布したのち,30分
室温で保持する。(iii)リン酸緩衝液で物理的吸着して
いる酵素を洗い流す。
First, (i) a phosphate buffer containing 2.5% (v / v) glutaraldehyde (GA) (pH 5.
6) is prepared, applied to the capillary which has been subjected to the plasma treatment, and left for 30 minutes. (Ii) After washing this with a phosphate buffer solution, 10% (W / V) GOD (Type I
(I, Sigma), and then kept at room temperature for 30 minutes. (Iii) Wash away the physically adsorbed enzyme with phosphate buffer.

【0075】図10は,本発明の第3の実施の形態によ
るキャピラリー電極による過酸化水素の電極応答を示す
サイクリックボルタモグラムである。図10において,
横軸に電位E(mV),縦軸に電流値(A)を示してい
る。
FIG. 10 is a cyclic voltammogram showing the electrode response of hydrogen peroxide by the capillary electrode according to the third embodiment of the present invention. In FIG.
The horizontal axis shows the potential E (mV), and the vertical axis shows the current value (A).

【0076】(a)の状態では,まったく電流が流れな
い,即ち,回路のショートがない。
In the state (a), no current flows at all, that is, there is no short circuit.

【0077】(b)の状態では,400〜800mVに
おいて目立った電流変化が観測されない。
In the state (b), no remarkable current change is observed at 400 to 800 mV.

【0078】(c)の過酸化水素を入れると,300〜
800mVにおいて酸化電流が観測され,過酸化水素が
検出できる事が分かる。測定条件等は図10に示されて
いる通り,リン酸バッファ(pH5.6)20mM,走
査速度(Scan rate)100mV/secのCV測定で,
室温(27℃)により行われている。
When hydrogen peroxide of (c) is added, 300 to
An oxidation current was observed at 800 mV, indicating that hydrogen peroxide could be detected. As shown in FIG. 10, the measurement conditions were CV measurement with a phosphate buffer (pH 5.6) of 20 mM and a scan rate of 100 mV / sec.
It is performed at room temperature (27 ° C.).

【0079】図11は本発明の第3の実施の形態による
キャピラリー電極によるグルコースの電極応答のサイク
リックボルタモグラムである。測定条件は図10と同様
に行われており,溶液導入後3分後に測定を開始してい
る。
FIG. 11 is a cyclic voltammogram of the electrode response of glucose by the capillary electrode according to the third embodiment of the present invention. The measurement conditions are the same as in FIG. 10, and the measurement is started three minutes after the introduction of the solution.

【0080】図11に示すように,バッファ溶液のみの
時では,目立った電流値が観測されないが,(d)グル
コースオキシダーゼ(GOD)によりグルコノラクトン
と過酸化水素に変換され,この過酸化水素が検出できた
事が分かる。また,このCV図での600mVにおける
電流値の度合いを測る事によって,グルコースの定量が
可能となる。
As shown in FIG. 11, no remarkable current value is observed when only the buffer solution is used, but (d) glucose oxidase (GOD) converts it into gluconolactone and hydrogen peroxide. It can be seen that was detected. Further, by measuring the degree of the current value at 600 mV in the CV diagram, it is possible to quantify glucose.

【0081】図12は本発明の第3の実施の形態による
酵素反応センサーのグルコース濃度による電流値変化
(検量線)を示す図であり,図11において得られた最
適な電位(600mV)におけるグルコース濃度を変化
させた時の電流変化を示している。図12を参照する
と,グルコース0〜10mMの範囲において0〜0.8
μAの電流値変化が観測された。
FIG. 12 is a diagram showing a current value change (calibration curve) depending on the glucose concentration of the enzyme reaction sensor according to the third embodiment of the present invention. The glucose at the optimum potential (600 mV) obtained in FIG. The current change when the concentration is changed is shown. Referring to FIG. 12, in the range of glucose 0 to 10 mM, 0 to 0.8.
A change in the current value of μA was observed.

【0082】ここで,この検量線は,電流値をYとおく
と以下の数1式のように示される。
Here, this calibration curve is represented by the following equation 1 when the current value is Y.

【0083】[0083]

【数1】 (Equation 1)

【0084】図13は本発明の第3の実施の形態による
デバイスに設けられた任意の4つのキャピラリー(夫々
G,H,I,Jと呼ぶ)を用いて,それぞれのキャピラ
リーによるグルコース濃度による依存性を測定した結果
を示している。測定条件は,図12と同様に行った。
FIG. 13 shows the dependence of the glucose concentration of each capillary on any four capillaries (G, H, I, and J, respectively) provided in the device according to the third embodiment of the present invention. The result of having measured the property is shown. The measurement conditions were the same as in FIG.

【0085】図13に示すように,それぞれ0〜10m
Mのグルコース溶液において,0〜1.5μAの範囲で
変化していることが判る。
As shown in FIG.
It can be seen that in the glucose solution of M, the change is in the range of 0 to 1.5 μA.

【0086】[0086]

【発明の効果】以上,説明したように,本発明では,マ
イクロマシン技術を用いることによって,シリコン基板
とガラスとで構成されるマイクロ酵素反応キャピラリー
と電気化学測定用電極を製作し,一体化及び集積化を行
い,迅速かつ簡便であるという長所を持つバイオセンサ
ーを微小化・一体化・集積化・量産化が可能なバイオセ
ンサーシステムを構築することができ,さらに広い範囲
に適用することができる酵素反応センサーとその製造方
法とを提供することができる。
As described above, according to the present invention, a microenzyme reaction capillary composed of a silicon substrate and glass and an electrode for electrochemical measurement are manufactured, integrated and integrated by using micromachine technology. Enzyme that can be miniaturized, integrated, integrated, and mass-produced for biosensors, which have the advantage of being quick and simple, and that can be applied to a wider range. A reaction sensor and a method for manufacturing the same can be provided.

【0087】また,本発明においては,液体クロマトグ
ラフィー等の測定装置では,試料溶液の導入用にポンプ
などの輸送系が必要となるが,システム中のデバイスは
すべてキャピラリー構造が必要であり,この構造を持た
せるために異方性エッチングによる溝を持つシリコン基
板とガラスとの接合により得られるシリコンキャピラリ
ーを採用し,シリコンキャピラリーを酵素反応カラムと
しても用いることとしたので,キャピラリー自身が微小
化による毛細管現象により試料輸送を担当し,内面の化
学修飾により酵素を固定化することが可能となり,微量
なグルコース溶液に対しても十分な応答を示したことか
ら製作したデバイスがマイクロ酵素センサーとして機能
する酵素反応センサーを提供することができる。
In the present invention, a measuring apparatus such as a liquid chromatography requires a transport system such as a pump for introducing a sample solution. However, all devices in the system require a capillary structure. In order to have a structure, a silicon capillary obtained by bonding a silicon substrate with a groove by anisotropic etching and glass is adopted, and the silicon capillary is also used as an enzyme reaction column, so the capillary itself is miniaturized. Capable of transporting the sample by capillary action and immobilizing the enzyme by chemical modification of the inner surface, and showed a sufficient response even to a small amount of glucose solution. An enzyme reaction sensor can be provided.

【0088】さらに,本発明によれば,単一のシリコン
ウエハー上に各々のデバイスを放射状に配列・多数のセ
ンサーを組み込む事によって,各々のデバイスはディス
ポーザブルタイプのセンサーとして使用可能で,かつシ
リコンウエハー単位として組み込んだデバイスの数だけ
連続使用可能な酵素反応センサーを提供することができ
る。
Further, according to the present invention, by arranging each device radially on a single silicon wafer and incorporating a large number of sensors, each device can be used as a disposable type sensor. It is possible to provide an enzyme reaction sensor that can be used continuously by the number of devices incorporated as a unit.

【0089】また,本発明によれば,プラスチック基板
を用いているために,機械的な加工が容易であるととも
に,製造コストの低廉価ができる酵素反応センサーを提
供することができる。
Further, according to the present invention, since the plastic substrate is used, it is possible to provide an enzyme reaction sensor which can be easily processed mechanically and can be manufactured at low cost.

【0090】また,本発明によれば,プラズマ重合処理
を行っているために,基板同士の接合が容易であるとと
もに,酵素の固定化がさらに容易である酵素反応センサ
を提供することができる。
Further, according to the present invention, since the plasma polymerization treatment is performed, it is possible to provide an enzyme reaction sensor in which the substrates can be easily bonded and the enzyme can be more easily immobilized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)は本発明の第1の実施の形態によるグル
コースセンサーのガラス板とシリコンウエハーとの接合
前の状態を示す分解組立斜視図である。(b)はグルコ
ースセンサーの平面図である。
FIG. 1A is an exploded perspective view showing a state before bonding a glass plate and a silicon wafer of a glucose sensor according to a first embodiment of the present invention. (B) is a plan view of the glucose sensor.

【図2】過酸化水素濃度と,電流値増加量との特性を示
すグラフ,表は緩衝溶液およびグルコース溶液に対する
電流値を示す図である。
FIG. 2 is a graph showing the characteristics of the concentration of hydrogen peroxide and the amount of increase in the current value, and the table shows the current value for a buffer solution and a glucose solution.

【図3】本発明の第2の実施の形態による酵素反応セン
サーのガラス板とシリコンウエハとの接合前の状態を示
す平面図である。
FIG. 3 is a plan view showing a state before bonding a glass plate and a silicon wafer of an enzyme reaction sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施の形態による酵素反応セン
サーを示す分解組立斜視図であり,(a)は第1のアク
リル板,(b)は第2のアクリル板を示している。
FIG. 4 is an exploded perspective view showing an enzyme reaction sensor according to a third embodiment of the present invention, wherein (a) shows a first acrylic plate and (b) shows a second acrylic plate.

【図5】(a),(b),及び(c)は図4(a),
(b),に示したアクリル板21及び25の一部を示す
斜視図である。
FIGS. 5 (a), (b) and (c) are FIGS.
It is a perspective view showing a part of acrylic board 21 and 25 shown in (b).

【図6】プラズマ重合を行う装置の概略を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram schematically showing an apparatus for performing plasma polymerization.

【図7】(a),(b),及び(c)は本発明の第3の
実施の形態による酵素反応センサーの製造方法を示す図
である。
FIGS. 7 (a), (b), and (c) are diagrams illustrating a method for manufacturing an enzyme reaction sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図8】(a),(b),及び(c)は本発明の第3の
実施の形態による酵素反応センサーの製造方法を示す図
である。
FIGS. 8 (a), (b) and (c) are diagrams showing a method for manufacturing an enzyme reaction sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図9】(a)及び(b)は本発明の第3の実施の形態
による酵素反応センサーの製造方法を示す図である。
FIGS. 9A and 9B are diagrams showing a method for manufacturing an enzyme reaction sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第3の実施の形態による酵素反応セ
ンサーのキャピラリー電極による過酸化水素の電極応答
を示すサイクリックボルタモグラムである。
FIG. 10 is a cyclic voltammogram showing an electrode response of hydrogen peroxide by a capillary electrode of an enzyme reaction sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第3の実施の形態による酵素反応セ
ンサーのキャピラリー電極による過酸化水素の電極応答
を示すサイクリックボルタモグラムである。
FIG. 11 is a cyclic voltammogram showing an electrode response of hydrogen peroxide by a capillary electrode of an enzyme reaction sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第3の実施の形態による酵素反応セ
ンサーのグルコース濃度による電流値変化(検量線)を
示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a current value change (calibration curve) according to a glucose concentration of an enzyme reaction sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第3の実施の形態による酵素反応セ
ンサーのキャピラリー(G,H,I,J)によるグルコ
ース濃度による依存性を測定した結果を示す図である。
FIG. 13 is a graph showing the results of measuring the dependence of the enzyme reaction sensor according to the third embodiment on the glucose concentration of the capillaries (G, H, I, J).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 溝 3,4 白金電極膜 3a,4a 電極取出部 5 ガラス板 6 キャピラリー 10 グルコースセンサー 11 シリコン基板 12 溝 13,14 白金電極膜 13a,14a 電極取出部 21 第1のアクリル板 22 孔部 23 一面 24 溝 25 第2のアクリル板 27,28,29 電極 30 中心電極 50 チャンバー 51 整合器 52 発振器 53 プラズマ発生器 54 排気管 55 導入管 56 拡散ポンプ 57 ロータリポンプ 58 流量調整器 59 リザーバー 60 サンプルステージ 61 導線 62 流路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Groove 3, 4 Platinum electrode film 3a, 4a Electrode taking-out part 5 Glass plate 6 Capillary 10 Glucose sensor 11 Silicon substrate 12 Groove 13, 14, Platinum electrode film 13a, 14a Electrode taking-out part 21 First acrylic plate 22 hole Part 23 One surface 24 Groove 25 Second acrylic plate 27, 28, 29 Electrode 30 Center electrode 50 Chamber 51 Matching device 52 Oscillator 53 Plasma generator 54 Exhaust pipe 55 Inlet pipe 56 Diffusion pump 57 Rotary pump 58 Flow rate regulator 59 Reservoir 60 Sample stage 61 Conductor 62 Flow path

Claims (25)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板と,前記半導体基板の一表面
に形成された複数の溝と,前記複数の溝に夫々形成され
た貴金属からなる一対の電極膜と,前記溝を覆うガラス
板とを備え,前記溝及びガラス板とによって形成された
キャピラリー内部に酵素を固定化したことを特徴とする
酵素反応センサー。
A semiconductor substrate, a plurality of grooves formed on one surface of the semiconductor substrate, a pair of noble metal films respectively formed in the plurality of grooves, and a glass plate covering the grooves. An enzyme reaction sensor comprising an enzyme immobilized in a capillary formed by the groove and the glass plate.
【請求項2】 請求項1記載の酵素反応センサーにおい
て,前記酵素は,グルコースオキシダーゼであることを
特徴とする酵素反応センサー。
2. The enzyme reaction sensor according to claim 1, wherein said enzyme is glucose oxidase.
【請求項3】 請求項1又は2記載の酵素反応センサー
において,前記半導体基板は,円形のシリコンウエハー
からなり,前記複数の溝は前記シリコンウエハーの一面
に半径方向に沿って形成されていることを特徴とする酵
素反応センサー。
3. The enzyme reaction sensor according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is formed of a circular silicon wafer, and the plurality of grooves are formed on one surface of the silicon wafer along a radial direction. An enzyme reaction sensor characterized by the following.
【請求項4】 請求項1乃至3の内のいずれかに記載の
酵素反応センサーにおいて,前記貴金属は白金からな
り,前記一対の電極膜は,前記シリコンウエハーの中心
寄りに電極取出端部を備えていることを特徴とする酵素
反応センサー。
4. The enzyme reaction sensor according to claim 1, wherein the noble metal is made of platinum, and the pair of electrode films has an electrode extraction end near the center of the silicon wafer. An enzyme reaction sensor characterized in that:
【請求項5】 請求項1乃至4の内のいずれかに記載の
酵素反応センサーにおいて,前記ガラス板はパイレック
スガラスからなり,前記溝以外の前記ガラス板と前記半
導体基板とは互いに接合していることを特徴とする酵素
反応センサー。
5. The enzyme reaction sensor according to claim 1, wherein the glass plate is made of Pyrex glass, and the glass plate other than the groove and the semiconductor substrate are bonded to each other. An enzyme reaction sensor characterized in that:
【請求項6】 マイクロマシン技術を用いて,半導体基
板上にエッチングによって,溝を複数形成し,更に,貴
金属からなる一対の電極膜を形成し,前記溝を覆うよう
にガラス板を接合し一体化させて,キャピラリーを形成
し,前記キャピラリー内部に,酵素を固定化することを
特徴とする酵素反応センサーの製造方法。
6. Using a micromachine technology, a plurality of grooves are formed on a semiconductor substrate by etching, a pair of noble metal films is formed, and a glass plate is bonded and integrated so as to cover the grooves. Forming a capillary, and immobilizing an enzyme in the capillary.
【請求項7】 請求項6記載の酵素反応センサーの製造
方法において,前記半導体基板は,円形のシリコンウエ
ハーからなり,前記溝を半径方向に形成することを特徴
とする酵素反応センサーの製造方法。
7. The method according to claim 6, wherein the semiconductor substrate is formed of a circular silicon wafer and the groove is formed in a radial direction.
【請求項8】 請求項6又は7記載の酵素反応センサー
の製造方法において,前記貴金属は白金からなり,前記
一対の電極膜は,スパッタリング法,及びイオンミリン
グ法によって,前記シリコンウエハーの中心寄りに電極
取出端部を有するように,形成することを特徴とする酵
素反応センサーの製造方法。
8. The method for manufacturing an enzyme reaction sensor according to claim 6, wherein the noble metal is made of platinum, and the pair of electrode films are formed near a center of the silicon wafer by a sputtering method and an ion milling method. A method for producing an enzyme reaction sensor, characterized in that the enzyme reaction sensor is formed so as to have an electrode extraction end.
【請求項9】 請求項6乃至8の内のいずれかに記載の
酵素反応センサーの製造方法において,前記ガラス板は
パイレックスガラスからなり,前記シリコンウエハーと
は陽極接合法によって一体化することを特徴とする酵素
反応センサーの製造方法。
9. The method for manufacturing an enzyme reaction sensor according to claim 6, wherein the glass plate is made of Pyrex glass, and is integrated with the silicon wafer by an anodic bonding method. A method for producing an enzyme reaction sensor.
【請求項10】 請求項6乃至9の内のいずれかに記載
の酵素反応センサーの製造方法において,前記酵素とし
て,グルコースオキシダーゼを化学結合・包括法によっ
て固定化することを特徴とする酵素反応センサーの製造
方法。
10. The method for producing an enzyme reaction sensor according to claim 6, wherein glucose oxidase is immobilized as the enzyme by a chemical bonding / inclusive method. Manufacturing method.
【請求項11】 一対の互いに重ね合わせられる基板
と,前記一対の基板の内の少なくとも一方の基板の一表
面に形成された複数の溝と,前記複数の溝に対応して,
前記一対の基板の内のいずれかに形成された貴金属から
なる少なくとも2個の電極膜とを備え,前記溝及基板と
によって形成されたキャピラリー内部に酵素を固定化し
たことを特徴とする酵素反応センサー。
11. A pair of mutually overlapping substrates, a plurality of grooves formed on one surface of at least one of the pair of substrates, and a plurality of grooves corresponding to the plurality of grooves.
An enzyme reaction comprising: at least two electrode films made of a noble metal formed on one of the pair of substrates; and an enzyme immobilized in a capillary formed by the groove and the substrate. sensor.
【請求項12】 請求項11記載の酵素反応センサーに
おいて,前記酵素は,グルコースオキシダーゼであるこ
とを特徴とする酵素反応センサー。
12. The enzyme reaction sensor according to claim 11, wherein the enzyme is glucose oxidase.
【請求項13】 請求項11又は12記載の酵素反応セ
ンサーにおいて,前記基板は,円形形状のプラスチック
スからなり,前記複数の溝は前記プラスチックス基板の
一面に半径方向に沿って形成されていることを特徴とす
る酵素反応センサー。
13. The enzyme reaction sensor according to claim 11, wherein the substrate is made of plastic having a circular shape, and the plurality of grooves are formed on one surface of the plastic substrate along a radial direction. An enzyme reaction sensor characterized in that:
【請求項14】 請求項11乃至13の内のいずれかに
記載の酵素反応センサーにおいて,前記貴金属は白金か
らなり,前記電極膜は,前記プラスチックス基板の中心
寄りに電極取出端部を備えていることを特徴とする酵素
反応センサー。
14. The enzyme reaction sensor according to claim 11, wherein the noble metal is made of platinum, and the electrode film has an electrode extraction end near the center of the plastics substrate. An enzyme reaction sensor.
【請求項15】 請求項11乃至14の内のいずれかに
記載の酵素反応センサーにおいて,前記複数の電極膜は
3個形成されていることを特徴とする酵素反応センサ
ー。
15. The enzyme reaction sensor according to claim 11, wherein three of said plurality of electrode films are formed.
【請求項16】 請求項11乃至15の内のいずれかに
記載の酵素センサーにおいて,前記一対の基板は,互い
に接合されていることを特徴とする酵素反応センサー。
16. The enzyme reaction sensor according to claim 11, wherein said pair of substrates are joined to each other.
【請求項17】 請求項11乃至16の内のいずれかに
記載の酵素センサーにおいて,前記一対の基板は,前記
一対の基板は,プラズマ重合膜を接合面に備え,当該プ
ラズマ重合膜の溶接によって互いに接合されていること
を特徴とする酵素反応センサー。
17. The enzyme sensor according to claim 11, wherein the pair of substrates has a plasma-polymerized film on a bonding surface, and the pair of substrates is formed by welding the plasma-polymerized film. An enzyme reaction sensor that is joined to each other.
【請求項18】 請求項11乃至16記載の酵素センサ
ーにおいて,前記酵素固定は,少なくとも前記キャピラ
リーの内壁面に存在するアミノ基を有するモノマーのプ
ラズマ重合膜の前記アミノ基と前記酵素に存在するアミ
ノ基とを架橋試薬によって結合させたものであることを
特徴とする酵素反応センサー。
18. The enzyme sensor according to claim 11, wherein the enzyme is immobilized by using the amino group of a plasma polymerized film of a monomer having an amino group at least on the inner wall surface of the capillary and the amino group present in the enzyme. An enzyme reaction sensor comprising a group and a group bonded by a crosslinking reagent.
【請求項19】 マイクロマシン技術を用いて,一枚基
板上に溝を複数形成し,更に,他の一枚の基板上に前記
溝に対応して貴金属からなる少なくとも一対の電極膜群
を夫々形成し,前記溝と前記貴金属とを対応させて前記
一対の基板を重ね合わせて接合し一体化させて,キャピ
ラリーを形成し,前記キャピラリー内部に,酵素を固定
化することを特徴とする酵素反応センサーの製造方法。
19. A plurality of grooves are formed on one substrate using a micromachine technique, and at least a pair of electrode film groups made of a noble metal are formed on another substrate corresponding to the grooves. An enzymatic reaction sensor, wherein the groove and the noble metal are made to correspond to each other, and the pair of substrates are overlapped, joined and integrated to form a capillary, and an enzyme is immobilized in the capillary. Manufacturing method.
【請求項20】 請求項19記載の酵素反応センサーの
製造方法において,前記基板は,円形のプラスチックか
らなり,前記溝を半径方向に形成することを特徴とする
酵素反応センサーの製造方法。
20. The method according to claim 19, wherein the substrate is made of circular plastic, and the groove is formed in a radial direction.
【請求項21】 請求項19又は20記載の酵素反応セ
ンサーの製造方法において,前記貴金属は白金からな
り,前記一対の電極膜は,スパッタリング法,及びイオ
ンミリング法によって,前記基板の中心寄りに電極取出
端部を有するように,形成することを特徴とする酵素反
応センサーの製造方法。
21. The method for manufacturing an enzyme reaction sensor according to claim 19, wherein the noble metal is made of platinum, and the pair of electrode films are formed near the center of the substrate by a sputtering method and an ion milling method. A method for producing an enzyme reaction sensor, characterized in that the sensor is formed so as to have an extraction end.
【請求項22】 請求項19乃至21の内のいずれかに
記載の酵素反応センサーの製造方法において,前記基板
はアクリル樹脂からなり,互いに接合されて一体化する
ことを特徴とする酵素反応センサーの製造方法。
22. The method for manufacturing an enzyme reaction sensor according to claim 19, wherein the substrate is made of an acrylic resin, and is bonded to and integrated with each other. Production method.
【請求項23】 請求項19乃至22の内のいずれかに
記載の酵素反応センサーの製造方法において,前記一枚
の基板に溝を形成した後,及び前記他の一枚の基板に電
極群を形成する前に,前記夫々の基板の互いに接合され
る面の表面に,アミノ基を含むプラズマ重合膜を形成す
ることを特徴とする酵素反応センサーの製造方法。
23. The method for manufacturing an enzyme reaction sensor according to claim 19, wherein a groove is formed on the one substrate and an electrode group is formed on the other substrate. A method for producing an enzyme reaction sensor, comprising: forming a plasma polymerized film containing an amino group on the surface of the surfaces of the substrates to be joined to each other before forming.
【請求項24】 請求項19乃至23の内のいずれかに
記載の酵素反応センサーの製造方法において,前記酵素
として,グルコースオキシダーゼを化学結合・包括法に
よって固定化することを特徴とする酵素反応センサーの
製造方法。
24. The method for producing an enzyme reaction sensor according to claim 19, wherein glucose oxidase is immobilized by a chemical bonding / inclusive method as the enzyme. Manufacturing method.
【請求項25】 請求項23記載の酵素反応センサーの
製造方法において,前記酵素はアミノ基を備え,前記酵
素の固定化は,前記プラズマ重合膜のアミノ基と前記酵
素のアミノ基との架橋試薬の作用により結合させること
を含むことを特徴とする酵素反応センサーの製造方法。
25. The method for producing an enzyme reaction sensor according to claim 23, wherein the enzyme has an amino group, and the enzyme is immobilized by a crosslinking reagent between the amino group of the plasma polymerized film and the amino group of the enzyme. A method for producing an enzyme reaction sensor, comprising binding by the action of
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