JPWO2004038397A1 - 分析用具 - Google Patents
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Abstract
本発明は、基板（１０）と、この基板（１０）上に設けられ、かつ内部において試料液を移動させることによって試料液が充填されるキャピラリ（１３）と、を備えた分析用具（１）に関するものである。基板（１０）には、キャピラリ（１３）に充填された状態の試料液が移動するのを抑制するための液移動抑制手段が設けられている。液移動抑制手段は、基板から突出した段部（１８Ｂ）あるいは基板に設けられ、たとえば凹部を有するものとして構成するのが好ましい。
Description
本発明は、試料液に含まれる特定成分を分析するために使用される分析用具に関する。
血液中のグルコース濃度を測定する場合、簡易な手法として、使い捨てとして構成されたバイオセンサを利用する方法が採用されている（たとえば日本国特公平８−１０２０８号公報参照）。バイオセンサとしては、たとえば本願の図１１および図１２に示したバイオセンサ９のように、血糖値の演算に必要な応答電流値を、作用極９０および対極９１を利用して測定できるように構成されたものがある。バイオセンサ９は、基板９２上に、スリット９３ａが形成されたスペーサ９３を介して、カバー９４を積層した構成を有している。基板９２上には、これらの要素９２〜９４により、キャピラリ９５が規定されている。このキャピラリ９５は、毛細管力により血液を移動させ、かつ血液を保持するためのものである。キャピラリ９５は、血液を導入するための導入口９６と、キャピラリ９５の内部を血液が移動する際にキャピラリ９５の内部の気体を排出するための排気口９７と、を介して外部と連通している。
基板９２上には、絶縁層９８、および試薬部９９が設けられている。絶縁層９８は、作用極９０および対極９１の両端部９０ａ，９０ｂ，９１ａ，９１ｂを露出させるようにして、作用極９０および対極９１を覆っている。試薬部９９は、作用極９０および対極９１の端部９０ａ，９１ａを覆うように形成されており、たとえば酸化還元酵素および電子伝達体を含んだ固体状とされている。
血糖値を測定する場合には、バイオセンサ９を濃度測定装置（図示略）に装着した上で、図１３に示したように、導入口９６を介してキャピラリ９５の内部に血液ＢＬが導入される。キャピラリ９５の内部においては、血液ＢＬの移動が排気口９７の縁９７ａにおいて停止し、血液ＢＬによって試薬部９９が溶解させられて液相反応系が構築される。この液相反応系に対しては、濃度測定装置の電源によって、作用極９０および対極９１を介して電圧を印加することができ、そのときの応答電流値は、作用極９０および対極９１を利用して、血糖値測定装置（図示略）において測定することができる。応答電流値は、液相反応系における電子伝達物質と作用極９０の端部９０ａとの間の電子授受量を反映したものとして得られる。すなわち、応答電流値は、作用極９０の周りに存在し、かつ作用極９０の端部９０ａと電子の授受を行える電子伝達物質の量に相関している。
しかしながら、バイオセンサ９を使用して濃度測定を行った場合に、測定濃度が実際の濃度よりも大きな値となるときがあった。この原因を解明するために、本発明者がいくつかのサンプルを使用して、酸化電流の値の経時的変化を測定してみた。そうすると、図１４に酸化電流のタイムコースの一例を示したように、本来であれば単調減少すべき酸化電流の値が、図において円で囲んだように、ある瞬間に酸化電流の値が突然大きくなる場合があることがわかった。そのため、このような現象が偶然にも血糖値を演算するための酸化電流測定時に生じた場合には、その測定結果は本来得られる値よりも大きな値となる。
そこで、本発明者は、上記した現象が見られた複数のサンプルを検証した。その結果、図１５に一例を示したように、基板９２の表面において、血液ＢＬが排気口９７の縁９７ａを越えた部分にまで達しているという共通点があった。これに対して、酸化電流の突然の上昇が生じていないサンプルにおいては、血液ＢＬが排気口９７の縁９７ａにおいて留まっていた（図１３参照）。
このような相違点からは、酸化電流の突然の上昇が血液ＢＬの再移動、すなわち排気口９７の縁９７ａにおいて留まっていた血液ＢＬが排気口９７の縁９７ａを超えた部分にまで移動したことに起因しているものと考えることができる。
すなわち、血液ＢＬを含んだ液相反応系に対して電圧が印加されれば、電子伝達物質と作用極９０の端部９０ａとの間で電子授受が行われる。そのため、血液ＢＬの進行が抑止した状態において、作用極９０における端部９０ａの表面では、還元体の占める割合が小さくなり、酸化電流も小さくなる。このような状態において血液ＢＬが移動した場合には、導入口９６側から作用極９０における端部９０ａの表面に還元体が移動し、端部９０ａの表面における還元体の割合が一時的に大きくなってしまう。その結果、還元体と作用極９０の端部９０ａの表面との間での電子授受量が突然に大きくなるため、酸化電流の値が単調減少することなく一時的に大きくなる。
基板９２上には、絶縁層９８、および試薬部９９が設けられている。絶縁層９８は、作用極９０および対極９１の両端部９０ａ，９０ｂ，９１ａ，９１ｂを露出させるようにして、作用極９０および対極９１を覆っている。試薬部９９は、作用極９０および対極９１の端部９０ａ，９１ａを覆うように形成されており、たとえば酸化還元酵素および電子伝達体を含んだ固体状とされている。
血糖値を測定する場合には、バイオセンサ９を濃度測定装置（図示略）に装着した上で、図１３に示したように、導入口９６を介してキャピラリ９５の内部に血液ＢＬが導入される。キャピラリ９５の内部においては、血液ＢＬの移動が排気口９７の縁９７ａにおいて停止し、血液ＢＬによって試薬部９９が溶解させられて液相反応系が構築される。この液相反応系に対しては、濃度測定装置の電源によって、作用極９０および対極９１を介して電圧を印加することができ、そのときの応答電流値は、作用極９０および対極９１を利用して、血糖値測定装置（図示略）において測定することができる。応答電流値は、液相反応系における電子伝達物質と作用極９０の端部９０ａとの間の電子授受量を反映したものとして得られる。すなわち、応答電流値は、作用極９０の周りに存在し、かつ作用極９０の端部９０ａと電子の授受を行える電子伝達物質の量に相関している。
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そこで、本発明者は、上記した現象が見られた複数のサンプルを検証した。その結果、図１５に一例を示したように、基板９２の表面において、血液ＢＬが排気口９７の縁９７ａを越えた部分にまで達しているという共通点があった。これに対して、酸化電流の突然の上昇が生じていないサンプルにおいては、血液ＢＬが排気口９７の縁９７ａにおいて留まっていた（図１３参照）。
このような相違点からは、酸化電流の突然の上昇が血液ＢＬの再移動、すなわち排気口９７の縁９７ａにおいて留まっていた血液ＢＬが排気口９７の縁９７ａを超えた部分にまで移動したことに起因しているものと考えることができる。
すなわち、血液ＢＬを含んだ液相反応系に対して電圧が印加されれば、電子伝達物質と作用極９０の端部９０ａとの間で電子授受が行われる。そのため、血液ＢＬの進行が抑止した状態において、作用極９０における端部９０ａの表面では、還元体の占める割合が小さくなり、酸化電流も小さくなる。このような状態において血液ＢＬが移動した場合には、導入口９６側から作用極９０における端部９０ａの表面に還元体が移動し、端部９０ａの表面における還元体の割合が一時的に大きくなってしまう。その結果、還元体と作用極９０の端部９０ａの表面との間での電子授受量が突然に大きくなるため、酸化電流の値が単調減少することなく一時的に大きくなる。
本発明は、基板上にキャピラリが設けられた分析用具を用いて試料の分析を行う場合に、キャピラリに充填された試料液が再移動することを抑制し、試料の分析を適切に行えるようにすることを目的としている。
本発明においては、基板と、この基板上に設けられ、かつ内部において試料を移動させることによって試料液が充填されるキャピラリと、を備えた分析用具であって、上記基板には、上記キャピラリに充填された状態の試料液が移動するのを抑制するための液移動抑制手段が設けられている、分析用具が提供される。
液移動抑制手段は、たとえば基板から突出した段部を有するものとして構成される。段部は、たとえば基板上に設けられた導体層と、この導体層を覆う絶縁層と、によって形成される。
上記分析用具は、たとえば基板上に設けられ、かつ試料液に対して電圧を印加するために利用される複数の電極をさらに備えたものとして構成される。
導体層は、たとえば試料液に対する電圧の印加に寄与しないダミー電極として形成される。ダミー電極は、複数の電極と同時に形成することができる。
複数の電極は、たとえば分析に必要な量の試料液がキャピラリの内部に供給されたか否かを検知するために利用される検知電極を含んだものとして構成される。この場合、導体層としては、検知電極を利用することができる。導体層は、複数の電極における検知電極以外の電極によって構成することもできる。
上記分析用具は、たとえばキャピラリにおいて試料液を移動させる際に、上記キャピラリの内部の気体を排出するための排気口をさらに備えたものとして構成される。この場合、絶縁層は、複数の電極の一部を露出させるとともにキャピラリに沿って延びる開口部を有し、開口部における試料液の流れ方向の最下流点が上記排気口における試料液の流れ方向の最上流点と、上記基板の厚み方向において同一または略同一直線上に設けるのが好ましい。
液移動抑制手段は、基板に設けられた凹部を有するものとして構成することもできる。
凹部は、たとえば基板を貫通する貫通孔として形成される。貫通孔は、分析用具が上記排気口を備えている場合においては、基板の厚み方向において、貫通孔と同軸または略同軸上に設けるのが好ましい。
凹部における試料の流れ方向の最上流点は、たとえば排気口における試料の流れ方向に最上流点と、基板の厚み方向において、同一または略同一直線状に設けるのが好ましい。
本発明においては、基板と、この基板上に設けられ、かつ内部において試料を移動させることによって試料液が充填されるキャピラリと、を備えた分析用具であって、上記基板には、上記キャピラリに充填された状態の試料液が移動するのを抑制するための液移動抑制手段が設けられている、分析用具が提供される。
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上記分析用具は、たとえば基板上に設けられ、かつ試料液に対して電圧を印加するために利用される複数の電極をさらに備えたものとして構成される。
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上記分析用具は、たとえばキャピラリにおいて試料液を移動させる際に、上記キャピラリの内部の気体を排出するための排気口をさらに備えたものとして構成される。この場合、絶縁層は、複数の電極の一部を露出させるとともにキャピラリに沿って延びる開口部を有し、開口部における試料液の流れ方向の最下流点が上記排気口における試料液の流れ方向の最上流点と、上記基板の厚み方向において同一または略同一直線上に設けるのが好ましい。
液移動抑制手段は、基板に設けられた凹部を有するものとして構成することもできる。
凹部は、たとえば基板を貫通する貫通孔として形成される。貫通孔は、分析用具が上記排気口を備えている場合においては、基板の厚み方向において、貫通孔と同軸または略同軸上に設けるのが好ましい。
凹部における試料の流れ方向の最上流点は、たとえば排気口における試料の流れ方向に最上流点と、基板の厚み方向において、同一または略同一直線状に設けるのが好ましい。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るバイオセンサの一例を示す分解斜視図である。
図２は、図１に示したバイオセンサの断面図である。
図３は、図１に示したバイオセンサを用いた血糖値測定手法を説明するための断面図である。
図４は、図１に示したバイオセンサを用いた血糖値測定手法を説明するための断面図である。
図５は、本発明の第２の実施の形態に係るバイオセンサの断面図である。
図６は、図５に示したバイオセンサからカバーおよびスペーサを取り除いた状態を示す斜視図である。
図７は、本発明の第３の実施の形態に係るバイオセンサを示す断面図である。
図８は、本発明の第４の実施の形態に係るバイオセンサを示す断面図である。
図９は、図８に示したバイオセンサからカバーおよびスペーサを取り除いた状態を示す斜視図である。
図１０は、本発明第５の実施の形態に係るバイオセンサを示す断面図である。
図１１は、従来のバイオセンサの一例を示す分解斜視図である。
図１２は、図１１に示したバイオセンサの断面図である。
図１３は、図１１に示したバイオセンサにおけるキャピラリに血液を導入した状態を示す断面図である。
図１４は、図１１に示したバイオセンサを使用したときに、応答電流値が突然大きくなるときのタイムコースの一例を示すグラフである。
図１５は、図１１に示したバイオセンサにおけるキャピラリに血液を導入した後において、血液が再移動した状態を示す断面図である。
図２は、図１に示したバイオセンサの断面図である。
図３は、図１に示したバイオセンサを用いた血糖値測定手法を説明するための断面図である。
図４は、図１に示したバイオセンサを用いた血糖値測定手法を説明するための断面図である。
図５は、本発明の第２の実施の形態に係るバイオセンサの断面図である。
図６は、図５に示したバイオセンサからカバーおよびスペーサを取り除いた状態を示す斜視図である。
図７は、本発明の第３の実施の形態に係るバイオセンサを示す断面図である。
図８は、本発明の第４の実施の形態に係るバイオセンサを示す断面図である。
図９は、図８に示したバイオセンサからカバーおよびスペーサを取り除いた状態を示す斜視図である。
図１０は、本発明第５の実施の形態に係るバイオセンサを示す断面図である。
図１１は、従来のバイオセンサの一例を示す分解斜視図である。
図１２は、図１１に示したバイオセンサの断面図である。
図１３は、図１１に示したバイオセンサにおけるキャピラリに血液を導入した状態を示す断面図である。
図１４は、図１１に示したバイオセンサを使用したときに、応答電流値が突然大きくなるときのタイムコースの一例を示すグラフである。
図１５は、図１１に示したバイオセンサにおけるキャピラリに血液を導入した後において、血液が再移動した状態を示す断面図である。
以下においては、本発明の第１ないし第５の実施の形態に係るバイオセンサについて説明する。
まず、本発明の第１の実施の形態に係るバイオセンサついて、図１ないし図４を参照して説明する。
図１および図２に示したバイオセンサ１は、使い捨てとして構成されたものであり、図３および図４に示したように濃度測定装置Ｙに装着して使用するものである。
図１および図２に示したように、バイオセンサ１は、長矩形状の基板１０に対して、スペーサ１１を介してカバー１２を積層した形態を有している。バイオセンサ１においては、各要素１０〜１２により、基板１０の長手方向に延びるキャピラリ１３が規定されている。キャピラリ１３は、導入口１４から導入された血液を、毛細管現象を利用して基板１０の長手方向に移動させ、かつ導入された血液を保持するためのものである。
スペーサ１１は、キャピラリ１３の高さ寸法を規定するためのものである。このスペーサ１１には、先端部が開放したスリット１１ａが形成されている。スリット１１ａは、キャピラリ１３の幅寸法を規定するためのものであり、スリット１１ａにおける先端の開放部分は、キャピラリ１３の内部に血液を導入するための導入口１４を構成している。
カバー１２には、貫通孔１２Ａが形成されている。貫通孔１２Ａは、キャピラリ１３の内部の気体を外部に排気するためのものである。カバー１２は、たとえばビニロンなどにより形成されて全体が親水性の高いものとされ、あるいはキャピラリ１３を臨む面に親水処理が施されている。親水処理は、たとえば紫外線を照射することにより、あるいはレシチンなどの界面活性剤を塗布することにより行われる。
基板１０の上面１０ａには、作用極１５、対極１６、ダミー電極１７、絶縁膜１８および試薬部１９が形成されている。
作用極１５および対極１６は、キャピラリ１３の内部の血液に電圧を印加し、あるいは血液から供給される電子の量を応答電流として測定するために利用されるものである。作用極１５および対極１６の端部１５ａ，１６ａは、血液と接触させるための部分であり、基板１０の短手方向に延び、かつ長手方向に並んでいる。作用極１５および対極１６の端部１５ｂ，１６ｂは、濃度測定装置Ｙに設けられた端子Ｙａ（図３および図４参照）に接触させるための部分である。このような作用極１５および対極１６は、たとえば導電ペーストを用いたスクリーン印刷により形成することができる。導電ペーストとしては、カーボン粉末、バインダ樹脂および溶媒を含むものを使用することができる。
ダミー電極１７は、絶縁膜１８の高さ位置を、カバー１２における貫通孔１２Ａの最上流点１２ａにおいて底上げするためのものであり、基板１０の長手方向において作用極１５および対極１６の端部１５ａ，１６ａと並ぶように形成されている。
ダミー電極１７は、たとえばスクリーン印刷によって作用極１５および対極１６と同時に形成することができる。このようにすれば、ダミー電極１７を形成するに当たって、バイオセンサ１の製造工程を追加する必要がないため、作業性効率が悪化することはない。
絶縁膜１８は、作用極１５、対極１６、およびダミー電極１７の大部分を覆っている。この絶縁膜１８は、キャピラリ１３の内部に位置する開口部１８Ａを有しており、この開口部１８Ａを介して、作用極１５および対極１６の端部１５ａ，１６ａの一部と、ダミー電極１７の一部と、を露出させている。開口部１８Ａの下流縁１８ａは、貫通孔１２Ａにおける最上流点１２ａの略直下に位置している。このため、キャピラリ１３の下流端部１３ａにおいては、基板１０の上面１０ａからダミー電極１７および絶縁膜１８の一部が段部１８Ｂとして上方に突出した格好となっており、下流端部１３ａの断面積が他の部分に比べて小さくなっている。したがって、キャピラリ１３の下流端部１３ａにおいては、段部１８Ｂによって基板１０の上面１０ａにおける血液が再移動を抑制することが可能となる。
試薬部１９は、たとえば固形状に形成されており、作用極１５の端部１５ａと対極１６の端部１６ａとの間を橋渡すとともに、絶縁膜１８の開口部１８Ａを塞ぐようにして形成されている。この試薬部１９は、相対的に多量の電子伝達体に対して相対的に少量の酸化還元酵素を分散させたものである。電子伝達体としては、たとえば鉄やＲｕの錯体が使用される。鉄錯体としては、たとえばフェリシアン化カリウムが挙げられ、Ｒｕ錯体としては、たとえばＮＨ３を配位子とするものが挙げられる。酸化還元酵素は、濃度測定の対象となる試料液中の特定成分の種類によって選択される。特定成分としては、たとえばグルコースやコレステロールが挙げられる。このような特定成分に対する酸化還元酵素としては、グルコースデヒドロゲナーゼ、グルコースオキシダーゼ、ヘキソキナーゼ、コレステロールデヒドロゲナーゼ、コレステロールオキシダーゼなどが挙げられる。
バイオセンサ１は、図３に示すように、濃度測定装置Ｙに装着して使用するものであり、一対の端子Ｙａの他、図面上には表れていないが、バイオセンサ１に導入された血液を分析するための分析回路を備えたものとして構成されている。一対の端子Ｙａは、濃度測定装置Ｙにバイオセンサ１を装着したときに、作用極１５および対極１６の端部１５ｂ，１６ｂと接触するように配置されている。分析回路は、たとえば一対の端子Ｙａを介して電圧を印加するとともにそのときの応答電流を測定するための機能と、応答電流に基づいて血液の分析に必要な演算を行う機能とを備えたものとして構成されている。
図３および図４に示すように、濃度測定装置Ｙにバイオセンサ１を装着した状態においてキャピラリ１３に血液ＢＬを導入した場合には、血液ＢＬは、毛細管現象によりキャピラリ１３の内部を移動した後、カバー１２における貫通孔１２Ａの最上流点１２ａにおいて移動が停止させられる。
キャピラリ１３においては、血液ＢＬの導入によって試薬部１９が溶解し、たとえば電子伝達体、酸化還元酵素および血液によって液相反応系が構築される。このとき、たとえば血液ＢＬの特定成分が酸化され、その一方で電子伝達体が還元される。その結果、液相反応系においては、血液ＢＬの特定成分の濃度に応じて、電子伝達物質の還元体が生成される。一方、液相反応系に対して、作用極１５および対極１６を介して電圧を印加すれば、たとえば電子伝達物質の還元体と作用極１５の端部１５ａとの間で電子授受が行われる。濃度測定装置Ｙにおいては、分析回路によって電子授受量がたとえば酸化電流値として測定され、その測定結果に基づいて、血液ＢＬにおける特定成分の濃度が演算される。濃度演算は、たとえば電流値と濃度との関係を示す検量線を予め作成しておいた上で、測定電流値を検量線に当てはめることにより行われる。
バイオセンサ１では、キャピラリ１３に充填された後の血液ＢＬの再移動は、ダミー電極１７および絶縁膜１８によって構成される段部１８Ｂによって抑制されている。そのため、バイオセンサ１では、電子伝達物質と作用極１５との間の電子授受に基づく電流値が突然大きくなることが抑制されている。したがって、バイオセンサ１では、血液の再移動に起因した分析精度の低下を抑制することができるようになる。
バイオセンサ１では、絶縁膜１８は、ダミー電極１７によりカバー１２における貫通孔１２Ａの最上流点１２ａに対応する部分において底上げがなされていたが、作用極１５または対極１６の形成位置を変更して、作用極１５または対極１６によって絶縁膜１８の対応箇所の底上げを行うようにしてもよい。
次に、本発明の第２ないし第５の実施の形態に係るバイオセンサについて、図５ないし図１０を参照しつつ説明する。ただし、以下において参照する図面においては、先に説明したバイオセンサ１と同様な要素については、同一の符号を付してあり、重複説明は省略するものとする。
図５および図６は、本発明の第２の実施の形態に係るバイオセンサ２およびその要部を示すものである。
このバイオセンサ２は、作用極１５および対極１６の他に、検知電極２７を備えたものであり、その代わりにダミー電極１７（図１および図２参照）が省略されている。
検知電極２７は、作用極１５または対極１６と組み合わされることによって、分析に必要な量の血液ＢＬがキャピラリ１３に充填されたか否かを検知するために利用されるものである。検知電極２７は、端部２７Ａを除いて絶縁膜２８によって覆われている。検知電極２７は、端部２７Ｂにおける上流縁２７ｂがカバー１２の貫通孔１２Ａにおける最上流点１２ａよりも若干上流側に位置するように設けられている。
絶縁膜２８には、開口部２８Ａが設けられており、この開口部２８Ａによって作用極１５および対極１６の端部１５ａ，１６ａが露出している。開口部２８Ａは、下流縁２８ａがカバー１２の貫通孔１２Ａにおける最上流点１２ａの直下に位置するように形成されている。
このバイオセンサ２では、開口部２８Ａの下流縁２８ａが検知電極２７の端部２７Ｂによって底上げされ、基板１０において、貫通孔１２Ａの最上流点１２ａに対応する部分に段部２８Ｂが設けられた格好とされている。そのため、バイオセンサ２においても、基板１０の上面１０ａに沿った血液ＢＬの再移動を抑制し、血液ＢＬの分析を適切に行えるようになる。
なお、一対の検知電極を設け、これらの検知電極により分析に必要な量の血液がキャピラリに充填されたか否かを検知するようにバイオセンサを構成する一方で、一対の検知電極における一方の検知電極によって、血液の再移動を抑制するための段部を設けてもよい。
図７は、本発明の第３の実施の形態に係るバイオセンサ３を示すものである。
このバイオセンサ３は、絶縁層３８上に凸部３８Ｂを設けたものである。凸部３８Ｂは、カバー１２における貫通孔１２Ａの最上流点１２ａに対応する部分に設けられている。
バイオセンサ３では、凸部３８Ｂによって基板１０の上面１０ａに沿った血液ＢＬの再移動を抑制することができるため、血液ＢＬの分析を適切に行えるようになる。
なお、凸部３８Ｂは、導体および絶縁体のいずれにより構成してもよく、また基板１０の上面１０ａに凸部３８Ｂを直接形成してもよい。
図８および図９は、本発明の第４の実施の形態に係るバイオセンサ４およびその要部を示すものである。
このバイオセンサ４は、基板４０に凹部４０Ｂを設けたものである。この凹部４０Ｂは、円形に形成されており、その最上流点４０ｂがカバー１２における貫通孔１２Ａの最上流点１２ａの直下に位置するように形成されている。
作用極１５および対極１６は、第１の実施の形態と同様に、開口部４８Ａを有する絶縁膜４８によって覆われている。絶縁膜４８の開口部４８Ａは、直線状開口部４８１Ａおよび円形状開口部４８２Ａを有するものとして形成されている。直線状開口部４８１Ａは、基板４０の短手縁４０Ｃの近傍から凹部４０Ｂにおける最上流点４０ｂに至っている。円形状開口部４８２Ａは、直線状開口部４８１Ａに繋がるとともに凹部４０Ｂを露出させるために円形状に形成されている。
バイオセンサ４においては、凹部４０Ｂによってカバー１２における貫通孔１２Ａの最上流点１２ａの直下に段部４８Ｂが形成されている。そのため、バイオセンサ４では、段部４８Ｂ（凹部４０Ｂ）によって基板４０の上面４０ａに沿った血液ＢＬの再移動を抑制することができるため、血液ＢＬの分析を適切に行えるようになる。
なお、凹部４０Ｂの形状は、図示した円形に限らず、多角形などのその他の形状であってもよい。
図１０には、本発明の第５の実施の形態に係るバイオセンサ５を示すものである。
このバイオセンサ５は、本発明の第４の実施の形態に係るバイオセンサ４において、凹部４０Ａ（図８および図９参照）に代えて、基板５０に貫通孔５０Ａを設けたものである。この貫通孔５０Ａは、カバー１２における貫通孔１２Ａの直下において、貫通孔１２Ａに対応した形状に形成されている。すなわち、基板５０における貫通孔５０Ａの最上流点５０ａは、カバー１２における貫通孔１２Ａの最上流点１２ａの直下に位置している。このような基板５０の貫通孔５０Ａは、カバー１２の貫通孔１２Ａと同時に打ち抜き加工により形成することができる。
このバイオセンサ５においても、バイオセンサ４（図８および図９参照）と同様な作用により、貫通孔５０Ａによって血液ＢＬの再移動を抑制し、血液ＢＬの分析を適切に行えるようになる。
バイオセンサ５においては、基板５０の貫通孔５０Ａをキャピラリ１３の内部の気体を排出するために利用することができるため、その場合には、カバー１２の貫通孔１２Ａを省略してもよい。
基板５０の貫通孔５０Ａの形状は、円形に限らずその他の形状であってもよい。
上述したバイオセンサ１〜５は、血液中の特定成分を分析するように構成されていたが、本発明は血液以外の試料液、たとえば尿、唾液、あるいは工業排水における特定成分を分析する場合にも適用することができる。
本発明は、電極法を利用して試料液の分析を行うように構成されたバイオセンサに限らず、比色により試料液の分析を行うように構成されたバイオセンサにも適用することができる。
まず、本発明の第１の実施の形態に係るバイオセンサついて、図１ないし図４を参照して説明する。
図１および図２に示したバイオセンサ１は、使い捨てとして構成されたものであり、図３および図４に示したように濃度測定装置Ｙに装着して使用するものである。
図１および図２に示したように、バイオセンサ１は、長矩形状の基板１０に対して、スペーサ１１を介してカバー１２を積層した形態を有している。バイオセンサ１においては、各要素１０〜１２により、基板１０の長手方向に延びるキャピラリ１３が規定されている。キャピラリ１３は、導入口１４から導入された血液を、毛細管現象を利用して基板１０の長手方向に移動させ、かつ導入された血液を保持するためのものである。
スペーサ１１は、キャピラリ１３の高さ寸法を規定するためのものである。このスペーサ１１には、先端部が開放したスリット１１ａが形成されている。スリット１１ａは、キャピラリ１３の幅寸法を規定するためのものであり、スリット１１ａにおける先端の開放部分は、キャピラリ１３の内部に血液を導入するための導入口１４を構成している。
カバー１２には、貫通孔１２Ａが形成されている。貫通孔１２Ａは、キャピラリ１３の内部の気体を外部に排気するためのものである。カバー１２は、たとえばビニロンなどにより形成されて全体が親水性の高いものとされ、あるいはキャピラリ１３を臨む面に親水処理が施されている。親水処理は、たとえば紫外線を照射することにより、あるいはレシチンなどの界面活性剤を塗布することにより行われる。
基板１０の上面１０ａには、作用極１５、対極１６、ダミー電極１７、絶縁膜１８および試薬部１９が形成されている。
作用極１５および対極１６は、キャピラリ１３の内部の血液に電圧を印加し、あるいは血液から供給される電子の量を応答電流として測定するために利用されるものである。作用極１５および対極１６の端部１５ａ，１６ａは、血液と接触させるための部分であり、基板１０の短手方向に延び、かつ長手方向に並んでいる。作用極１５および対極１６の端部１５ｂ，１６ｂは、濃度測定装置Ｙに設けられた端子Ｙａ（図３および図４参照）に接触させるための部分である。このような作用極１５および対極１６は、たとえば導電ペーストを用いたスクリーン印刷により形成することができる。導電ペーストとしては、カーボン粉末、バインダ樹脂および溶媒を含むものを使用することができる。
ダミー電極１７は、絶縁膜１８の高さ位置を、カバー１２における貫通孔１２Ａの最上流点１２ａにおいて底上げするためのものであり、基板１０の長手方向において作用極１５および対極１６の端部１５ａ，１６ａと並ぶように形成されている。
ダミー電極１７は、たとえばスクリーン印刷によって作用極１５および対極１６と同時に形成することができる。このようにすれば、ダミー電極１７を形成するに当たって、バイオセンサ１の製造工程を追加する必要がないため、作業性効率が悪化することはない。
絶縁膜１８は、作用極１５、対極１６、およびダミー電極１７の大部分を覆っている。この絶縁膜１８は、キャピラリ１３の内部に位置する開口部１８Ａを有しており、この開口部１８Ａを介して、作用極１５および対極１６の端部１５ａ，１６ａの一部と、ダミー電極１７の一部と、を露出させている。開口部１８Ａの下流縁１８ａは、貫通孔１２Ａにおける最上流点１２ａの略直下に位置している。このため、キャピラリ１３の下流端部１３ａにおいては、基板１０の上面１０ａからダミー電極１７および絶縁膜１８の一部が段部１８Ｂとして上方に突出した格好となっており、下流端部１３ａの断面積が他の部分に比べて小さくなっている。したがって、キャピラリ１３の下流端部１３ａにおいては、段部１８Ｂによって基板１０の上面１０ａにおける血液が再移動を抑制することが可能となる。
試薬部１９は、たとえば固形状に形成されており、作用極１５の端部１５ａと対極１６の端部１６ａとの間を橋渡すとともに、絶縁膜１８の開口部１８Ａを塞ぐようにして形成されている。この試薬部１９は、相対的に多量の電子伝達体に対して相対的に少量の酸化還元酵素を分散させたものである。電子伝達体としては、たとえば鉄やＲｕの錯体が使用される。鉄錯体としては、たとえばフェリシアン化カリウムが挙げられ、Ｒｕ錯体としては、たとえばＮＨ３を配位子とするものが挙げられる。酸化還元酵素は、濃度測定の対象となる試料液中の特定成分の種類によって選択される。特定成分としては、たとえばグルコースやコレステロールが挙げられる。このような特定成分に対する酸化還元酵素としては、グルコースデヒドロゲナーゼ、グルコースオキシダーゼ、ヘキソキナーゼ、コレステロールデヒドロゲナーゼ、コレステロールオキシダーゼなどが挙げられる。
バイオセンサ１は、図３に示すように、濃度測定装置Ｙに装着して使用するものであり、一対の端子Ｙａの他、図面上には表れていないが、バイオセンサ１に導入された血液を分析するための分析回路を備えたものとして構成されている。一対の端子Ｙａは、濃度測定装置Ｙにバイオセンサ１を装着したときに、作用極１５および対極１６の端部１５ｂ，１６ｂと接触するように配置されている。分析回路は、たとえば一対の端子Ｙａを介して電圧を印加するとともにそのときの応答電流を測定するための機能と、応答電流に基づいて血液の分析に必要な演算を行う機能とを備えたものとして構成されている。
図３および図４に示すように、濃度測定装置Ｙにバイオセンサ１を装着した状態においてキャピラリ１３に血液ＢＬを導入した場合には、血液ＢＬは、毛細管現象によりキャピラリ１３の内部を移動した後、カバー１２における貫通孔１２Ａの最上流点１２ａにおいて移動が停止させられる。
キャピラリ１３においては、血液ＢＬの導入によって試薬部１９が溶解し、たとえば電子伝達体、酸化還元酵素および血液によって液相反応系が構築される。このとき、たとえば血液ＢＬの特定成分が酸化され、その一方で電子伝達体が還元される。その結果、液相反応系においては、血液ＢＬの特定成分の濃度に応じて、電子伝達物質の還元体が生成される。一方、液相反応系に対して、作用極１５および対極１６を介して電圧を印加すれば、たとえば電子伝達物質の還元体と作用極１５の端部１５ａとの間で電子授受が行われる。濃度測定装置Ｙにおいては、分析回路によって電子授受量がたとえば酸化電流値として測定され、その測定結果に基づいて、血液ＢＬにおける特定成分の濃度が演算される。濃度演算は、たとえば電流値と濃度との関係を示す検量線を予め作成しておいた上で、測定電流値を検量線に当てはめることにより行われる。
バイオセンサ１では、キャピラリ１３に充填された後の血液ＢＬの再移動は、ダミー電極１７および絶縁膜１８によって構成される段部１８Ｂによって抑制されている。そのため、バイオセンサ１では、電子伝達物質と作用極１５との間の電子授受に基づく電流値が突然大きくなることが抑制されている。したがって、バイオセンサ１では、血液の再移動に起因した分析精度の低下を抑制することができるようになる。
バイオセンサ１では、絶縁膜１８は、ダミー電極１７によりカバー１２における貫通孔１２Ａの最上流点１２ａに対応する部分において底上げがなされていたが、作用極１５または対極１６の形成位置を変更して、作用極１５または対極１６によって絶縁膜１８の対応箇所の底上げを行うようにしてもよい。
次に、本発明の第２ないし第５の実施の形態に係るバイオセンサについて、図５ないし図１０を参照しつつ説明する。ただし、以下において参照する図面においては、先に説明したバイオセンサ１と同様な要素については、同一の符号を付してあり、重複説明は省略するものとする。
図５および図６は、本発明の第２の実施の形態に係るバイオセンサ２およびその要部を示すものである。
このバイオセンサ２は、作用極１５および対極１６の他に、検知電極２７を備えたものであり、その代わりにダミー電極１７（図１および図２参照）が省略されている。
検知電極２７は、作用極１５または対極１６と組み合わされることによって、分析に必要な量の血液ＢＬがキャピラリ１３に充填されたか否かを検知するために利用されるものである。検知電極２７は、端部２７Ａを除いて絶縁膜２８によって覆われている。検知電極２７は、端部２７Ｂにおける上流縁２７ｂがカバー１２の貫通孔１２Ａにおける最上流点１２ａよりも若干上流側に位置するように設けられている。
絶縁膜２８には、開口部２８Ａが設けられており、この開口部２８Ａによって作用極１５および対極１６の端部１５ａ，１６ａが露出している。開口部２８Ａは、下流縁２８ａがカバー１２の貫通孔１２Ａにおける最上流点１２ａの直下に位置するように形成されている。
このバイオセンサ２では、開口部２８Ａの下流縁２８ａが検知電極２７の端部２７Ｂによって底上げされ、基板１０において、貫通孔１２Ａの最上流点１２ａに対応する部分に段部２８Ｂが設けられた格好とされている。そのため、バイオセンサ２においても、基板１０の上面１０ａに沿った血液ＢＬの再移動を抑制し、血液ＢＬの分析を適切に行えるようになる。
なお、一対の検知電極を設け、これらの検知電極により分析に必要な量の血液がキャピラリに充填されたか否かを検知するようにバイオセンサを構成する一方で、一対の検知電極における一方の検知電極によって、血液の再移動を抑制するための段部を設けてもよい。
図７は、本発明の第３の実施の形態に係るバイオセンサ３を示すものである。
このバイオセンサ３は、絶縁層３８上に凸部３８Ｂを設けたものである。凸部３８Ｂは、カバー１２における貫通孔１２Ａの最上流点１２ａに対応する部分に設けられている。
バイオセンサ３では、凸部３８Ｂによって基板１０の上面１０ａに沿った血液ＢＬの再移動を抑制することができるため、血液ＢＬの分析を適切に行えるようになる。
なお、凸部３８Ｂは、導体および絶縁体のいずれにより構成してもよく、また基板１０の上面１０ａに凸部３８Ｂを直接形成してもよい。
図８および図９は、本発明の第４の実施の形態に係るバイオセンサ４およびその要部を示すものである。
このバイオセンサ４は、基板４０に凹部４０Ｂを設けたものである。この凹部４０Ｂは、円形に形成されており、その最上流点４０ｂがカバー１２における貫通孔１２Ａの最上流点１２ａの直下に位置するように形成されている。
作用極１５および対極１６は、第１の実施の形態と同様に、開口部４８Ａを有する絶縁膜４８によって覆われている。絶縁膜４８の開口部４８Ａは、直線状開口部４８１Ａおよび円形状開口部４８２Ａを有するものとして形成されている。直線状開口部４８１Ａは、基板４０の短手縁４０Ｃの近傍から凹部４０Ｂにおける最上流点４０ｂに至っている。円形状開口部４８２Ａは、直線状開口部４８１Ａに繋がるとともに凹部４０Ｂを露出させるために円形状に形成されている。
バイオセンサ４においては、凹部４０Ｂによってカバー１２における貫通孔１２Ａの最上流点１２ａの直下に段部４８Ｂが形成されている。そのため、バイオセンサ４では、段部４８Ｂ（凹部４０Ｂ）によって基板４０の上面４０ａに沿った血液ＢＬの再移動を抑制することができるため、血液ＢＬの分析を適切に行えるようになる。
なお、凹部４０Ｂの形状は、図示した円形に限らず、多角形などのその他の形状であってもよい。
図１０には、本発明の第５の実施の形態に係るバイオセンサ５を示すものである。
このバイオセンサ５は、本発明の第４の実施の形態に係るバイオセンサ４において、凹部４０Ａ（図８および図９参照）に代えて、基板５０に貫通孔５０Ａを設けたものである。この貫通孔５０Ａは、カバー１２における貫通孔１２Ａの直下において、貫通孔１２Ａに対応した形状に形成されている。すなわち、基板５０における貫通孔５０Ａの最上流点５０ａは、カバー１２における貫通孔１２Ａの最上流点１２ａの直下に位置している。このような基板５０の貫通孔５０Ａは、カバー１２の貫通孔１２Ａと同時に打ち抜き加工により形成することができる。
このバイオセンサ５においても、バイオセンサ４（図８および図９参照）と同様な作用により、貫通孔５０Ａによって血液ＢＬの再移動を抑制し、血液ＢＬの分析を適切に行えるようになる。
バイオセンサ５においては、基板５０の貫通孔５０Ａをキャピラリ１３の内部の気体を排出するために利用することができるため、その場合には、カバー１２の貫通孔１２Ａを省略してもよい。
基板５０の貫通孔５０Ａの形状は、円形に限らずその他の形状であってもよい。
上述したバイオセンサ１〜５は、血液中の特定成分を分析するように構成されていたが、本発明は血液以外の試料液、たとえば尿、唾液、あるいは工業排水における特定成分を分析する場合にも適用することができる。
本発明は、電極法を利用して試料液の分析を行うように構成されたバイオセンサに限らず、比色により試料液の分析を行うように構成されたバイオセンサにも適用することができる。
Claims (12)
- 基板と、この基板上に設けられ、かつ内部において試料液を移動させることによって試料液が充填されるキャピラリと、を備えた分析用具であって、
上記基板には、上記キャピラリに充填された状態の試料液が移動するのを抑制するための液移動抑制手段が設けられている、分析用具。 - 上記液移動抑制手段は、上記基板から突出した段部を有している、請求項１に記載の分析用具。
- 上記段部は、上記基板上に設けられた導体層と、この導体層を覆う絶縁層と、によって形成されている、請求項２に記載の分析用具。
- 基板上に設けられ、かつ試料液に対して電圧を印加するために利用される複数の電極をさらに備えている、請求項３に記載の分析用具。
- 上記導体層は、試料液に対する電圧の印加に寄与しないダミー電極として形成されている、請求項４に記載の分析用具。
- 上記ダミー電極は、上記複数の電極と同時に形成されたものである、請求項５に記載の分析用具。
- 上記複数の電極は、分析に必要な量の試料液が上記キャピラリの内部に供給されたか否かを検知するために利用される検知電極を含んでおり、
上記導体層は、上記検知電極により構成されている、請求項４に記載の分析用具。 - 上記キャピラリにおいて試料液を移動させる際に、上記キャピラリの内部の気体を排出するための排気口をさらに備えており、かつ、
上記絶縁層は、上記複数の電極の一部を露出させ、かつ上記キャピラリに沿って延びる開口部を有しており、
上記開口部における試料液の流れ方向の最下流点は、上記排気口における試料液の流れ方向の最上流点と、上記基板の厚み方向において同一または略同一直線上に設けられている、請求項４に記載の分析用具。 - 上記液移動抑制手段は、上記基板に設けられた凹部を有している、請求項１に記載の分析用具。
- 上記凹部は、上記基板を貫通する貫通孔として形成されている、請求項９に記載の分析用具。
- 上記キャピラリにおいて試料液を移動させる際に、上記キャピラリの内部の気体を排出するための排気口をさらに備えており、かつ、
上記貫通孔は、上記基板の厚み方向において、上記貫通孔と同軸または略同軸上に設けられている、請求項１０に記載の分析用具。 - 上記キャピラリにおいて試料液を移動させる際に、上記キャピラリの内部の気体を排出するための排気口をさらに備えており、かつ、
上記凹部における試料の流れ方向の最上流点は、上記排気口における試料の流れ方向に最上流点と、上記基板の厚み方向において、同一または略同一直線状に設けられている、請求項９記載の分析用具。
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