JPWO2006057225A1 - センサデバイス - Google Patents

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Abstract

試薬を短時間で均一に溶解させることができるセンサデバイスを提供する。測定対象物を含む試料液を保持する試料液保持部を有する保持部材を具備するセンサデバイスの前記保持部材において、前記試料液中の測定対象物と反応または相互作用する試薬および前記試料液と接触することにより発泡する発泡剤を、前記試料液保持部に導入される試料液と接触する位置に保持する。

Description

本発明は、試料液、特に血液、尿等の生体試料中の測定対象物を定量するセンサデバイスに関する。
近年、酵素等による特異的な反応、あるいは抗体等による特異的な相互作用を利用した種々のタイプのセンサデバイスが開発されている。酵素は測定対象物と触媒的に反応し、該対象物とは異なる化合物を与え、抗体は測定対象物と相互作用し、該対象物と結合した複合体を与える。
試料液中の基質（測定対象物）の定量法の一例としてグルコースの定量法について以下に説明する。電気化学的なグルコースの定量法としては、グルコースオキシダーゼ（ＥＣ１．１．３．４：以下ＧＯＤと略す）、電子伝達体および電極を使用して行う方法が一般に知られている。
ＧＯＤは、基質であるβ−Ｄ−グルコースを選択的に酸化させて、Ｄ−グルコノ−δ−ラクトンに変える。その反応液中に、フェリシアン化カリウム、もしくはフェロセン誘導体などの金属錯体、またはキノン誘導体などの有機化合物に代表される適当な電子伝達体が存在すると、該ＧＯＤによる酸化反応過程において、酸化型の電子伝達体はグルコース由来の電子によって還元される。このとき、生成する還元型の電子伝達体の量およびその生成の速度は、試料液中に存在するグルコースの濃度に依存する。したがって、還元型の電子伝達体を電極で酸化して、このときの酸化電流を測定し、得られる酸化型の電子伝達体の量またはその生成速度からグルコースの定量を行うことができる。
グルコースの簡便な定量を実現するグルコースセンサとしては、例えば、既知量のＧＯＤおよび上記のような電子伝達体を安定な状態で電極上に担持させたセンサデバイスが知られている（例えば、特許文献１参照）。このバイオセンサは、測定器に着脱可能に接続されるようになっており、センサの試薬を保持した部分に試料液を導入するだけで容易にグルコース濃度を測定することができる。このような手法は、グルコースの定量だけに限らず、試料液中に含まれる他の基質あるいは化合物の定量に対しても応用可能である。
例えば、試料液中に含まれる抗原の定量は、その抗原に対して高い選択結合親和性を有する抗体を用いて行う。その中でも、抗原と抗体の反応により生じる凝集複合体を検出する測定方法がよく知られている。この測定方法としては、比朧法、比濁法、およびスライド凝集法などが挙げられる。これらの測定方法では、溶液中に抗原および抗体が一様に分散された状態で定量するため、均一系の免疫反応測定方法と総称される（例えば、特許文献２参照）。
この場合、抗原と抗体との反応による凝集複合体の生成により、反応系において濁りを生じる。この濁りは、抗原および抗体の量に依存する。
比朧法および比濁法は、この濁りを利用して光学的に測定する方法である。具体的には、比朧法は反応系で散乱された光量をもとに測定する方法であり、比濁法は反応系での散乱により減少した透過光量をもとに測定する方法である。一般的にこれらの方法の測定対象として、同一の反応系を用いることができ、これらの一方の方法で測定できる対象は、他方の方法でも測定することができる。
スライド凝集法は凝集複合体の生成により生じた濁りを、スライドグラス上などで目視などにより判定する方法であり、反応系は比朧法や比濁法と同一のものを用いることができる。
免疫測定法の一種である免疫凝集法では、抗原と抗体の結合反応の進行に伴い、両者の架橋結合体およびそれらの凝集体が生成する。その結果、径の比較的大きな粒子が試料液中に存在する。この方法では、試料液保持部分に複数種の抗体を担持させたセンサを用いて抗原を定量することができると考えられる。例えば、反応液において特定波長を有する光の散乱強度を計測することにより、これと相関を有する試料液中の抗原の濃度を見積もることが可能である。
上記のようなセンサにおいては、センサ部分は使い捨て型となる。この場合、主として酵素と電子伝達体との組み合わせ、または抗体と水溶性高分子との組み合わせからなる試薬層は、試料液保持部分に乾燥状態に近い状態で担持されるため、試料液による試薬の溶解が遅くなり、測定・定量に要する時間が長くなるという問題がある。
また、測定ごとの試薬の導入のされ方や温度などの測定環境が必ずしも均一でないため、試薬の溶解が測定ごとに不均一となり、測定対象物の濃度が同一であっても定量結果にばらつきが発生しやすいという問題がある。
これらの問題点を解決するために、例えばセンサおよびセンサ保持部がセル中の試料液を撹拌する撹拌子となっていることを特徴とする測定装置（特許文献３）や、振動させられる半導体バイオセンサ（特許文献４）が提案されている。
特開平０３−２０２７６４号公報 特開２００３−６６０４７号公報 特開昭６２−１４５１５９号公報 特開平１−２０６２５４号公報
しかしながら、上記特許文献３および４に記載のセンサは、攪拌子の回転もしくはセンサの振動を起こすためのモーターまたは圧電アクチュエータなどの駆動機構を必要とし、機器が複雑化、大型化するという問題が生じていた。
そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑み、試薬を短時間で均一に溶解させることができる、簡単な構成で小型化可能なセンサデバイスを提供することを目的とする。
上記の課題を解決すべく、本発明のセンサデバイスは、測定対象物を含む試料液を保持する試料液保持部を有する保持部材を具備し、前記保持部材が、前記試料液中の測定対象物と反応または相互作用する試薬および前記試料液と接触することにより発泡する発泡剤を、前記試料液保持部に導入される試料液と接触する位置に保持している。
前記発泡剤が二酸化炭素を発生して発泡するのが好ましい。
前記発泡剤が少なくとも炭酸水素塩または炭酸塩を含むのが好ましい。
前記保持部材がさらに有機酸を前記位置に保持しているのが好ましい。
前記有機酸がマレイン酸、無水マレイン酸、コハク酸、無水コハク酸、フタル酸、無水フタル酸、クエン酸、フマル酸および酒石酸からなる群より選択される少なくとも一種であるのが好ましい。
前記試料液が生体由来の液体であるのが好ましい。
前記試薬が酵素または抗体であるのが好ましい。
前記試料液保持部の表面の少なくとも一部が親水処理されていることが好ましい。
上記センサデバイスを用いる、試料液中の測定対象物の測定装置、あるいは測定方法であることが好ましい。
すなわち、本発明は、上記センサデバイスを取り付けるためのセンサホルダー、前記測定対象物に起因する信号を前記センサデバイスから検出する検出部、ならびに前記信号に基づいて、前記試料液中の前記測定対象物の濃度を求める演算部、を備えた測定装置を提供する。
さらに本発明は、上記センサデバイスに試料液を導入する工程、前記試料液中で発生した泡が前記試料液面に到達した後、前記測定対象物に起因する信号を前記センサデバイスから検出する工程、および前記信号に基づいて、前記試料液中の前記測定対象物の濃度を求める工程を含む、試料液中の測定対象物の測定方法をも提供する。
本発明によれば、試薬を短時間で均一に溶解させることができる、簡単な構成で小型化可能なセンサデバイスを提供することができる。
本発明の実施の形態１に係るセンサデバイスの分解斜視図である。 本発明の実施の形態２に係るセンサデバイスの分解斜視図である。 本発明の実施の形態４に係るセンサデバイスの分解斜視図である。 本発明の実施の形態５に係るセンサデバイスの分解斜視図である。 本発明の実施の形態６に係るセンサデバイスの斜視図である。 本発明の実施の形態７に係るセンサデバイスの斜視図である。 図６におけるＡ−Ａ線部分の断面図である。 図６に示す本発明の実施の形態７に係るセンサデバイスの分解斜視図である。 本発明の実施の形態７に係るセンサデバイスの変形例を示す斜視図である。 図９におけるＢ−Ｂ線部分の断面図である。 本発明の実施の形態７に係るセンサデバイスの他の変形例の分解斜視図である。 本発明の実施の形態７に係るセンサデバイスのさらに他の変形例の分解斜視図である。
本発明は、測定対象物を含む試料液を保持する試料液保持部を有する保持部材を具備し、前記保持部材が、前記試料液中の測定対象物と反応または相互作用する試薬および前記試料液と接触することにより発泡する発泡剤を、前記試料液保持部に導入される試料液と接触する位置に保持しているセンサデバイスに関する。
本発明のセンサデバイスにおける試料液保持部に試料液を導入すると、発泡剤が試料液に接触して発泡するため、デバイスの外部から気体を注入したりせずに、試料液による試薬の溶解を容易に促進させることができる。また、その促進により、測定ごとに均一な試薬の溶解が可能となるため、測定値のばらつきを抑制することができる。このように、本発明のセンサデバイスによれば、迅速かつ高精度な定量を簡便に行うことが可能となる。
したがって、本発明における発泡剤は、定量時の酵素反応や免疫反応等の反応に影響を与えることなく、発泡して、試料液と試薬とを物理的にできるだけ均一に混合して試薬を均一に溶解させる攪拌機能を有する。
また、上記特許文献３および４のように、攪拌子の回転もしくはセンサの振動を起こすためのモーターまたは圧電アクチュエータなどの駆動機構を必要としないため、センサデバイスの複雑化および大型化を招かない。
保持部材とは、その表面の少なくとも一部に試薬を保持し、その部分に試料液が供給されることにより、試料液と試薬との混合物（反応液）を保持させることを可能にするものである。
前記保持部材としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリレート、ポリメタクリル酸メチル、ポリプロピレンなどの樹脂を用いることができる。
本発明において測定対象物の定量を電気化学的に行う場合には、これらの樹脂からなる保持部材の表面の少なくとも一部が、金属、または導電性を有する高分子、無機物、もしくはインクなどで被覆され、電極が形成されていることが好ましい。この場合、電極間に流れる電流や電圧を測定対象物の濃度と関連付けて評価することができる。
また、本発明において測定対象物の定量を分光学的に行う場合には、これらの樹脂の少なくとも一部が透明であることが好ましい。この場合、その透明部分を通過した入射光に対する溶液による光の吸収、透過、散乱、反射、回折、屈折などの情報を、測定対象物の濃度と関連付けて評価することができる。
本発明に用いる発泡剤は、その発泡作用が主として二酸化炭素の発生によるものであることが好ましい。二酸化炭素ガスは、一般的な酵素反応や免疫反応などを強く阻害することがないので、定量時に生じる反応にほとんど影響を及ぼさない。
そのような発泡剤としては、炭酸水素塩または炭酸塩が好ましい。これらの塩は、以下の式（１）または式（２）に示すように、酸と反応することにより二酸化炭素を容易に発生する。
ＭＨＣＯ３＋ＨＸ→ＭＸ＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ ・・・（１）
Ｍ２ＣＯ３＋２ＨＸ→２ＭＸ＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ ・・・（２）
ただし、式（１）および（２）中、ＭはＮａやＫなどのアルカリ金属原子、ＨＸは弱酸、ＭＸはアルカリ金属塩を表す。
上記発泡剤を含有するセンサデバイスは、さらに有機酸を含有することが好ましい。この有機酸は上記式（１）および（２）におけるＨＸ（酸）として機能する。これらの酸は揮発性が強くないので、固体または液体状態で存在し得る。これらの酸は、炭酸水素塩または炭酸塩とは離れた位置に存在してもよいし、乾燥した固体状態であれば、炭酸水素塩または炭酸塩と共に混合された状態で存在してもよい。供給された試料液が試薬と混合されて形成される反応液中に、発泡剤および有機酸がともに含まれればよい。また、試薬または試料液がＨＸとして機能してもよい。
前記有機酸は、マレイン酸、無水マレイン酸、コハク酸、無水コハク酸、フタル酸、無水フタル酸、クエン酸、フマル酸および酒石酸からなる群より選択される少なくとも一種であることが好ましい。これらの有機酸、およびこれらの酸無水物の加水分解によって生じる酸は、そのｐＫａ（酸解離定数）が１．９〜４．３の範囲にあり、発泡剤との酸塩基反応による発泡を円滑かつすばやく進行させることができる。
本発明のセンサデバイスにおける、試薬、発泡剤、および有機酸は、乾燥した固体状態であれば以下の（１）〜（５）に示す状態で存在することが可能である。
（１）試薬層、発泡剤層、および有機酸層
（２）試薬および有機酸の混合物層、ならびに発泡剤層
（３）試薬および発泡剤の混合物層、ならびに有機酸層
（４）発泡剤および有機酸の混合物層、ならびに試薬層
（５）試薬、発泡剤、および有機酸の混合物層
（１）〜（５）の試薬層、発泡剤層、有機酸層およびこれらの２種以上を含む混合物層は、試料液が供給された際に、試薬、発泡剤、および有機酸が保持部材上において試料液と接触することが可能な位置にそれぞれ存在すればよい。例えば、（１）〜（５）の各層は、積層された状態で存在すればよい。
試薬層と発泡剤層とを分離して存在させる場合には、発泡剤層を試薬層よりも上流側に配置することが好ましい。すなわち、試料液が発泡剤層に接触してから試薬層に接触するような位置関係をもって、発泡剤層および試薬層を配置させることが好ましい。この場合、浮揚する泡を多量に含有した試料液に試薬が接触することになるため、発泡作用による試薬の溶解効率が向上する。
発泡剤に対する有機酸の当量比は少なくとも１以上であることが好ましい。この場合、理論的に全ての発泡剤が反応し、その利用効率が大きくなる。
発泡剤層は、例えば、発泡剤粒子を用いて膜状あるいはペレット状に成形することにより得られる。具体的には、発泡剤粒子を適当な高分子粉末と混合し加圧成形したり、水溶性高分子の溶液に発泡剤粒子を溶解もしくは分散し、保持部材上に滴下・乾燥させたりすることにより得られる。
試薬層は、例えば、試薬を含む溶液を保持部材上に滴下し、乾燥することにより得られる。試薬を含む溶液が保持部材上で広がり流れやすいような場合には、例えば、保持部材に凹部を設け、その凹部に試薬溶液を滴下し、その後乾燥すればよい。乾燥は凍結乾燥でも、気温を３０〜５０度とした加熱乾燥でもよい。試薬溶液には水溶性高分子の溶液が好適であり、溶液の粘性が向上し、試薬層が形成され易い。
有機酸層は、上記試薬層と同様の形成方法により得られる。また、有機酸を試薬の溶液に添加した後、乾燥させて、試薬と有機酸との混合層を形成してもよい。
本発明のセンサデバイスによる測定対象である試料液は血液、血漿、血清、間質液、尿、唾液などの生体由来の液体であることが好ましい。これらの液体に含有される特定の成分の定量は、本発明のセンサデバイスを用いることにより簡便に行うことができる。
試料液中の測定対象物と反応または相互作用する試薬は、酵素、抗体、またはそれらの組合せからなるのが好ましい。これらの試薬は特定の化合物に対する基質（反応）選択性、親和（結合）選択性がよく、本発明のセンサデバイスを用いた定量を行う上で好都合である。
酵素と抗体とを組み合わせる場合は、例えば、酵素からなる層と、抗体からなる層とを形成し、２つの層を積層してもよく、酵素と抗体との混合層を形成してもよい。
酵素は、試料液に含まれる基質によって適宜選択することができる。例えば、フルクトースデヒドロゲナーゼ、グルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ）、ＰＱＱ依存グルコースデヒドロゲナーゼ、ＮＡＤ依存グルコースデヒドロゲナーゼ、アルコールオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、キサンチンオキシダーゼ、アミノ酸オキシダーゼ等を用いることができる。
本発明のセンサデバイスを用いた、試料液中の測定対象物を測定する方法としては、例えば、電極で電子伝達体を酸化し、このとき得られた酸化電流を測定して測定対象物の定量を行うことができる。電子伝達体には、フェリシアン化カリウム、ｐ−ベンゾキノン、フェナジンメトサルフェート、メチレンブルー、フェロセン誘導体、Ｒｕ、Ｏｓ錯体等が用いられる。また、酸素を電子伝達体とした場合にも応答電流が得られる。また、これらを単独で用いても、二種以上を混合して用いてもよい。
また、フェリシアン化カリウム、フェナジンメトサルフェート、メチレンブルー等の、酸化還元により色調が変化する電子伝達体を用いる場合、吸光度変化を測定したりすることにより分光学的に測定することができる。
電極としては、少なくとも作用極および対極が用いられる。電極には、それ自身が酸化されない導電性を有する物質であればいずれの材料を用いてもよい。電極の作製法としては、スクリーン印刷法、スパッタリング法、蒸着法等が好適である。
また、本発明のセンサデバイスにおける試薬として抗体を用い、試料液中の測定対象物（抗原）を免疫反応を利用して測定してもよい。ここで、抗原は特に限定されず、一般に抗原抗体反応を利用して測定できる物質であればいずれでもよい。例えば、蛋白質、核酸、脂質、細菌、ウィルス、ハプテンなどが挙げられる。これらの中でも、抗原抗体反応を用いた臨床検査上の主たる測定対象である蛋白質が好ましい。
蛋白質としては、例えば、ＬＨ（黄体形成ホルモン）、ＦＳＨ（卵胞刺激ホルモン）、ｈＣＧ（絨毛性性腺刺激ホルモン）などのホルモン、各種免疫グロブリンクラス、サブクラス、補体成分、各種感染症のマーカー、Ｃ反応性蛋白質（以下、ＣＲＰと略す）、アルブミン、リウマチ因子、血液型抗原などが挙げられる。これらの中でも、ヒトアルブミンまたはヒトＣＲＰが好ましい。
抗体は特に限定されず、抗原と特異結合するものであればよい。例えば、ＩｇＧ、ＩｇＭ、ＩｇＥ、ＩｇＡ、ＩｇＤなどいずれのクラスの抗体でもよい。これらの中でも、非特異的な反応が少なく、比較的市販されているものが多く、入手も容易である点で、ＩｇＧ抗体が好ましい。また、抗体の由来動物種に関しても特に限定されないが、比較的入手も容易であり、使用例も多い点で、ウサギ、ヤギ、マウス由来の抗体が好ましい。
また、上記の試薬には、その用途などに応じて、本発明の効果が得られる範囲で、当該分野で公知である他の任意の成分が付加され得る。例えば、比朧法、比濁法、スライド凝集法などの均一系の免疫反応測定法に適用する場合には、本発明の試薬にポリエチレングリコールを添加してもよい。
本発明のセンサデバイスを用いた免疫反応測定において、免疫反応により生成する抗原−抗体複合体が凝集複合体であることが好ましい。また、凝集複合体に起因する光学特性を測定することにより、凝集複合体を検出することが好ましい。光学特性は、光散乱強度または透過光強度であることが好ましい。
本発明において、試料液保持部の内面の少なくとも一部が親水性を有することが好ましい。例えば、試料液保持部を構成する壁面の内側であって、試料液保持部に試料液が導入されたとき試料液と接触する部分の一部に親水処理を施すことにより、その部分を親水性にすることができる。このようにすると、発泡剤により発生した泡が試料液保持部表面に残留するのを抑制でき、試料液外へと発生した泡を除外できるため、より均一かつ十分に試薬を溶解する効果を得ることができる。
特に、試料液保持部において、試料液中の測定対象物を測定するための測定部分が親水性を有することが好ましい。ここで測定部としては、例えば、電気化学測定を用いるセンサデバイスであれば導電部分が設けられた電極部、光学測定を用いるセンサデバイスであれば、光源からの光が入射する光入射部および／または試料液保持部内に入射した光が出射する光出射部など挙げられる。このようにすると、発泡剤により発生した泡が測定部分に残留するのを抑制でき、泡が測定を妨害することを抑制できるので、より正確かつ再現性の高い測定を実施することができる。
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
《実施の形態１》
センサデバイスの一実施の形態として、グルコースセンサについて説明する。図１は、本発明のセンサデバイスの実施の形態１に係るグルコースセンサの分解斜視図である。
本実施の形態に係るグルコースセンサは、例えばポリスチレンあるいはポリメタクリル酸メチルで構成された無色・透明の絶縁性の第一の基板３上に、穴２を有する、例えばポリエチレンテレフタレートで構成された絶縁性の第二の基板４を、図１に示すように接着することにより得られる保持部材を含む。この保持部材は、第一の基板３上において第二の基板４の穴２のところに試料液保持部１として働く凹部を有する。
グルコースセンサは、例えば、この保持部材の試料液保持部１に、酵素としてＧＯＤ、電子伝達体として１−メトキシ−５−メチルフェナジニウム（以下、ＭＭＰと略す）、および有機酸としてコハク酸を含有する水溶液を滴下した後、乾燥させて試薬層を形成し、試薬層上に発泡剤として炭酸水素ナトリウムの粉末を散布することにより得られる。
このグルコースセンサを用いて、例えば、以下の方法によりグルコース水溶液中のグルコース濃度を測定することができる。グルコース濃度が３６０ｍｇ／ｄｌ程度のグルコース水溶液を試料液保持部１に供給する。このとき、発泡剤による発泡が生じる。１０秒経過後、基板３の面に対して垂直に、ＭＭＰの酸化体の吸収ピーク波長である６２０ｎｍの光を照射し、その吸光度を吸光光度計にて測定する。さらに所定時間経過後、再び吸光度を測定する。このとき、反応液中において、グルコースが酸化され、ＭＭＰが還元されるため、時間の経過とともに吸光度が減少する。この吸光度の減少量は、試料液中のグルコース濃度に依存する。
本実施の形態に係るグルコースセンサは、発泡剤である炭酸水素ナトリウムおよび有機酸であるコハク酸を用いない従来のグルコースセンサと比較して、以下の効果を有する。
まず、本実施の形態のグルコースセンサでは、ＧＯＤやＭＭＰなどの試薬が短時間で十分に溶解するため、グルコースの反応量が多く、従来のグルコースセンサよりも吸光度の減少量は大きくなる。
また、本実施の形態のグルコースセンサでは、試薬が短時間で均一に溶解するため、吸光度の減少量のばらつきは、従来のグルコースセンサよりも抑制される。
以上より、発泡剤を有するグルコースセンサにおいて試薬の溶解が促進され、溶解状態が良好に再現化されるため、発泡剤を有するグルコースセンサでは迅速かつ高精度な測定が達成される。
なお、上記では電子伝達体の量を測定するために波長６２０ｎｍの光を照射したが、この波長は電子伝達体によって変わるものであり、適宜最適な波長の光を照射すればよい。
試料液の試薬層への供給をより一層円滑にするために、レシチンあるいはＴｒｉｔｏｎ Ｘ−１００をトルエンあるいはその他の有機溶媒に溶解した溶液を、試料液保持部１に面する第二の基板４のうちの穴２における内壁２ａに塗布し、乾燥させることで親水層を形成してもよい。このようにすることにより、試薬層に供給される試料液量を一定とすることができ、より精度の高い定量が可能となる。
本実施の形態のように、試料液保持部表面を、レシチンなどを用いて親水処理したセンサを用いる方が、処理しないセンサを用いるよりも測定結果の再現性、正確性に優れる。特に、発泡剤により発生した泡が試料液保持部表面に残留するのを抑制でき、試料液外へと発生気体を除外できるため、より均一かつ十分に試薬を溶解する効果を得ることができる。
また、試料液保持部における測定部分、例えば電気化学測定における電極部、あるいは光測定における光入出射部などを親水処理すると、発泡剤により発生した泡が測定部分に残留するのを抑制でき、より正確かつ再現性の高い測定を実施することができる。
なお、親水処理に用いる化合物はレシチンやＴｒｉｔｏｎ Ｘ−１００に限定されず、界面を親水的にする効果を有するものであればよい。
《実施の形態２》
本実施の形態では、電気化学的測定によりグルコースの定量を行うグルコースセンサについて説明する。図２は、本発明のセンサデバイスの実施の形態２に係るグルコースセンサの分解斜視図である。
本実施の形態に係るグルコースセンサは、第一の基板１３と第二の基板１４とを接着することにより得られる保持部材を含む。例えばポリエチレンテレフタレートで構成された絶縁性の第一の基板１３上には、作用極１５および対極１６からなる電極部、ならびにリード１７および１８が配されている。この電極部およびリード１７および１８は、例えば、第一の基板１３上に樹脂製の電極パターンマスクを設置し、金をスパッタリングすることにより形成される。作用極１５および対極１６は、それぞれリード１７および１８によって、グルコースセンサ外部の測定用端子と電気的に接続される。
保持部材は、試薬を保持する試料液保持部１１を形成するための穴１２を有する、例えばポリエチレンテレフタレートからなる絶縁性の第二の基板１４を、第一の基板１３上に図２に示すように接着することにより得られる。なお、試料液保持部１１において電極部が露出している。
グルコースセンサは、例えば、この保持部材の試料液保持部１１に、酵素としてＧＯＤ、電子伝達体としてフェリシアン化カリウム、および有機酸としてコハク酸を含有する水溶液を滴下した後、乾燥させて試薬層を形成し、試薬層上に発泡剤として炭酸水素ナトリウムの粉末を散布することにより得られる。
このグルコースセンサを用いて、例えば、以下の方法によりグルコース水溶液中のグルコース濃度を測定することができる。グルコース濃度が３６０ｍｇ／ｄｌ程度のグルコース水溶液を試料液保持部１１に供給する。このとき、発泡剤による発泡が生じる。１０秒経過後、作用極１５と対極１６との間にポテンシオスタットを用いて作用極を正にして５００ｍＶの電圧を印加し、電圧の印加時点から５秒経過後に作用極と対極との間に流れる電流値を測定する。反応液中においては、まずグルコースとＧＯＤとの反応にともないフェリシアン化物イオンがフェロシアン化物イオンに還元される。そして、前記の電圧印加によりフェロシアン化物イオンが作用極上で酸化され、これにより応答電流が得られる。この応答電流は、試料液中のグルコース濃度の増加に依存して増大する。
本実施の形態に係るグルコースセンサは、発泡剤である炭酸水素ナトリウムおよび有機酸であるコハク酸を用いない従来のグルコースセンサと比較して、実施の形態１と同様の効果が得られる。
以上より、発泡剤を有するグルコースセンサにおいて試薬の溶解が促進され、溶解状態が良好に再現化されるため、発泡剤を有するグルコースセンサでは迅速かつ高精度な測定が達成される。
上記では、電気化学的測定用のグルコースセンサの一例を示したが、センサに配される電極やリードの形状、個数、および配置等はこれに限定されない。また、応答電流を得るための電極系に印加する電圧を５００ｍＶとしたが、電圧はこの値に限定されない。電気的信号の変化が観察され、かつ電子伝達体が酸化される電圧であればよい。
本実施の形態においても、試料液の試薬層への供給をより一層円滑にするために、レシチンあるいはＴｒｉｔｏｎ Ｘ−１００をトルエンあるいはその他の有機溶媒に溶解した溶液を、試料液保持部１１に面する第二の基板１４のうちの穴１２における内壁１２ａに塗布し、乾燥させることで親水層を形成してもよい。このようにすることにより、試薬層に供給される試料液量を一定とすることができ、より精度の高い定量が可能となる。
本実施の形態のように、試料液保持部表面を、レシチンなどを用いて親水処理したセンサを用いる方が、処理しないセンサを用いるよりも測定結果の再現性、正確性に優れる。特に、発泡剤により発生した泡が試料液保持部表面に残留するのを抑制でき、試料液外へと発生気体を除外できるため、より均一かつ十分に試薬を溶解する効果を得ることができる。
また、試料液保持部における測定部分、例えば電気化学測定における電極部、あるいは光測定における光入出射部などを親水処理すると、発泡剤により発生した泡が測定部分に残留するのを抑制でき、より正確かつ再現性の高い測定を実施することができる。
なお、親水処理に用いる化合物はレシチンやＴｒｉｔｏｎ Ｘ−１００に限定されず、界面を親水的にする効果を有するものであればよい。
《実施の形態３》
本実施の形態では、上記実施の形態１に係るセンサデバイスと同様の構造のセンサデバイスを用い、ヒトアルブミンを免疫比朧法により測定するためのアルブミンセンサについて説明する。
まず、比朧法による測定に使用することが可能な抗体からなる試薬を以下のように調製することができる。なお、ここで得られる試薬は、比朧法以外にもスライド凝集法や比濁法による測定にも使用することが可能である。
試薬に用いられる抗体溶液は、例えば、以下の方法により得られる。
ヒトアルブミン（和光純薬工業（株）製）を免疫したウサギより採取した抗血清より、プロテインＡカラムクロマトグラフィーを用いてウサギ抗ヒトアルブミンポリクローナル抗体を精製する。
精製は、例えば以下のように行う。カラムに充填したゲルの容量の５倍の平衡化緩衝液を流してカラムを平衡化した後、カラム全結合容量の１０〜２０％の抗体を含む抗血清を平衡化緩衝液で容量の２倍に希釈してカラムに流し、血清中の抗体をプロテインＡに結合させる。このとき、クロマトグラフィーのカラムには、アマシャム・ファルマシア製のプロテインＡ固定化ゲルを使用する。また、平衡化緩衝液には、１．５Ｍのグリシンおよび３．０ＭのＮａＣｌを含む、ｐＨ８．９のものを使用することができる。
次いで、プロテインＡに吸着しない血清成分がカラムより出てこなくなるまで平衡化緩衝液を流し、カラムを洗浄する。そして、カラムに溶出緩衝液を流し、プロテインＡに結合した抗体を溶出する。このとき、溶出緩衝液には、例えば０．１Ｍのクエン酸を含む、ｐＨ４．０のものを使用する。
溶出した抗体分画を分画分子量１万の透析チューブに入れ、約１００倍容量の０．０５Ｍの３−（Ｎ−モルホリノ）プロパンスルホン酸（Ｄｏｊｉｎ製、以下モプスと略す）、０．１５ＭのＮａＣｌ、および０．０４重量％のＮａＮ３を含む、ｐＨ７．４の緩衝液で数回透析して、緩衝液成分を置換する。
続いて、抗体濃度を２８０ｎｍの吸光度測定により推定し、透析で用いたものと同じ緩衝液で抗体濃度を３．０ｍｇ／ｍｌに調整し、抗体溶液を得ることができる。
なお、この抗体溶液の濃度は、特にこれに限定されるものではない。抗体溶液は、４℃の環境下で保存する。抗体溶液は室温でも保存することができるが、抗体の変性防止の点から、低温保存が好ましい。
アルブミンセンサは、実施の形態１と同様のセンサデバイスを用い、試料液保持部１に、上記で得られた抗体溶液と、ポリエチレングリコール６０００（以下、ＰＥＧと略す）およびコハク酸と、を含む溶液を滴下した後、乾燥させて得られた試薬層を形成し、さらに試薬層上に発泡剤として炭酸水素ナトリウムを散布することにより得られる。
このアルブミンセンサを用い、試料液にヒトアルブミン溶液を用いて、例えば以下の方法により測定を行うことができる。０．０５Ｍのモプス、および０．０４重量％のＮａＮ３を含むｐＨ７．４の緩衝液を用いて、抗原に用いるヒトアルブミン（和光純薬工業（株）製）溶液の濃度が０、５、１０、２０、３０、５０、７０、１００、２００、３００、および５００ｍｇ／ｄｌになるように溶解する。アルブミンセンサにヒトアルブミン溶液を供給することにより、発泡剤による発泡が生じる。そして、分光光度計を用いて波長６７０ｎｍの光を基板３の面に対して垂直に照射し、６０秒間測定する。
測定により得られた３０〜４５秒の間の各測定値（散乱光強度）の平均値を求め、これを各濃度のヒトアルブミン溶液に対する測定値とする。
反応液中における抗原と抗体との結合反応の進行により凝集体が生成し、時間の経過にともない散乱光強度の増加が観測される。各濃度のヒトアルブミン溶液に対する測定値は、試料液中のヒトアルブミン濃度に依存する。
本実施の形態のアルブミンセンサは、発泡剤である炭酸水素ナトリウムおよび有機酸であるコハク酸を用いない、従来のアルブミンセンサと比較して、以下の効果を有する。
まず、本実施の形態のアルブミンセンサにおける測定値は、抗体およびＰＥＧからなる試薬の溶解が発泡剤を有することにより十分に進行し、抗原と抗体の結合がより迅速に達成されるため、従来のセンサにおける測定値よりも大きい。
また、本実施の形態のアルブミンセンサでは、試薬が短時間で均一に溶解するため、測定値のばらつきは従来のアルブミンセンサよりも抑制される。
以上より、試薬に抗体を用いた場合にも、発泡剤を有するアルブミンセンサにおいて試薬の溶解が促進され、溶解状態が良好に再現化されるため、発泡剤を有するアルブミンセンサでは迅速かつ高精度な測定が達成される。
上記では、免疫反応を用いた測定において、波長６７０ｎｍの光を用いたが、これに限定されることはなく、抗原・抗体反応により得られる凝集体による光散乱を観測することができる波長の光であればよい。
《実施の形態４》
本発明のセンサデバイスの実施の形態４として、図３に示すように、試料液保持部２１を形成するためのスリット３０を有する第三の基板２９を、第一の基板２３上に接着し、さらに、試料液保持部２１と連通する穴２２を有する、例えばポリメタクリル酸メチルからなる無色・透明の第二の基板２４を、基板２９上に接着することにより得られる保持部材を用いてもよい。なお、穴２２の部分も試料液保持部２１の一部とすることができる。図３は、本発明の実施の形態４に係るセンサデバイスの分解斜視図である。
このセンサデバイスに、実施の形態１および３と同様の試薬層および発泡剤を保持し、実施の形態１および３と同様の方法により測定した場合でも、実施の形態１および３と同様の効果が得られる。
また、本実施の形態においても、試料液の試薬層への供給をより一層円滑にするために、レシチンあるいはＴｒｉｔｏｎ Ｘ−１００をトルエンあるいはその他の有機溶媒に溶解した溶液を、試料液保持部２１に面する第二の基板２４のうちの穴２２における内壁２２ａに塗布し、乾燥させることで親水層を形成してもよい。このようにすることにより、試薬層に供給される試料液量を一定とすることができ、より精度の高い定量が可能となる。
本実施の形態のように、試料液保持部表面を、レシチンなどを用いて親水処理したセンサを用いる方が、処理しないセンサを用いるよりも測定結果の再現性、正確性に優れる。特に、発泡剤により発生した泡が試料液保持部表面に残留するのを抑制でき、試料液外へと発生気体を除外できるため、より均一かつ十分に試薬を溶解する効果を得ることができる。
また、試料液保持部における測定部分、例えば電気化学測定における電極部、あるいは光測定における光入出射部などを親水処理すると、発泡剤により発生した泡が測定部分に残留するのを抑制でき、より正確かつ再現性の高い測定を実施することができる。
なお、親水処理に用いる化合物はレシチンやＴｒｉｔｏｎ Ｘ−１００に限定されず、界面を親水的にする効果を有するものであればよい。
《実施の形態５》
また、上記実施の形態２のような電気化学的測定を行う場合には、本発明のセンサデバイスの実施の形態５として、図４に示すように、第一の基板３３上の作用極３５、および対極３６が露出するような試料液保持部３１を形成するためのスリット４０を有する第三の基板３９ならびに試料液保持部３１に連通する穴３２を有する第二の基板３４を設けた保持部材を用いてもよい。穴３２の部分も保持部３１の一部とすることができる。図４は、本発明の実施の形態５に係るセンサデバイスの分解斜視図である。
試料液の試薬層への供給をより一層円滑にするために、レシチンあるいはＴｒｉｔｏｎ Ｘ−１００をトルエンあるいはその他の有機溶媒に溶解した溶液を、第二の基板３４のうちの穴３２における内壁３２ａに塗布し、乾燥させることで親水層を形成してもよい。このようにすることにより、試薬層に供給される試料液量を一定とすることができ、より精度の高い定量が可能となる。
本実施の形態のように、試料液保持部表面を、レシチンなどを用いて親水処理したセンサを用いる方が、処理しないセンサを用いるよりも測定結果の再現性、正確性に優れる。特に、発泡剤により発生した泡が試料液保持部表面に残留するのを抑制でき、試料液外へと発生気体を除外できるため、より均一かつ十分に試薬を溶解する効果を得ることができる。
また、試料液保持部における測定部分、例えば電気化学測定における電極部、あるいは光測定における光入出射部などを親水処理すると、発泡剤により発生した泡が測定部分に残留するのを抑制でき、より正確かつ再現性の高い測定を実施することができる。
なお、親水処理に用いる化合物はレシチンやＴｒｉｔｏｎ Ｘ−１００に限定されず、界面を親水的にする効果を有するものであればよい。
《実施の形態６》
また、本発明の実施の形態６として、図５に示すような中空構造の保持部材からなるセンサデバイスを用いてもよい。このセンサデバイスは、内壁に試料液保持部４１を有する円筒状の第一の中空構造体４３と、中空構造体４３の下部が底面になるように連結された円錐状の第二の中空構造体４４とを組み合わせることにより得られる保持部材を含む。なお、このセンサデバイスの材料にはメタクリル酸メチルを用いることができる。また、センサデバイスの形状は、これ以外にも多角形の筒や多角錐でもよい。図５は、本発明の実施の形態６に係るセンサデバイスの斜視図である。
例えば、実施の形態１の試薬層と発泡剤を、中空部分で構成される試料液保持部４１の内壁面の少なくとも一部に保持することにより、本実施の形態のセンサデバイスが得られる。例えば、保持部材において円筒を対称軸が重力方向と垂直になる向きに静置し、長い針を有するシリンジなどを用いて試薬溶液を試料液保持部４１に滴下し、乾燥させて、試料液保持部４１内の部分４１ａに試薬層を形成することができる。
また、実施の形態１と同様のグルコース水溶液を、第一の中空構造体４３に接続されたマイクロポンプ（図示せず）により、第二の中空構造体４４の開口部を通して少なくとも試薬層が配置された部分４１ａの位置にまで吸い上げ、一定量の試料液が保持された状態で実施の形態１と同様の方法で吸光度を測定することができる。
さらに、図５の保持部材における試料液保持部４１内の壁面の少なくとも一部の部分４１ａに、実施の形態３の試薬層と発泡剤を、実施の形態３と同様の方法により配置し、実施の形態３のヒトアルブミン溶液をマイクロポンプにより少なくとも試薬層が配置された部分４１ａにまで吸い上げ、一定量の試料液が保持された状態で実施の形態３と同様の方法で散乱光強度を測定することもできる。上記の光学的な測定をする場合には、試料液保持部４１に光を入射してもよいが、別途、中空構造体４３に光路長が制御された光学窓を設け、光の入射・検出を行うことが好ましい。
試料液の試薬層への供給をより一層円滑にするために、レシチンあるいはＴｒｉｔｏｎ Ｘ−１００をトルエンあるいはその他の有機溶媒に溶解した溶液を、第一の中空構造体４３および第二の中空構造体４４の内壁のいずれかの部分（特に好ましくは、第二の中空構造体４４の先端の穴付近から、試薬層が配置された部分４１ａまでの部分）に塗布し、乾燥させることで親水層を形成してもよい。このようにすることにより、試薬層に供給される試料液の流れを安定化することができ、より精度の高い定量が可能となる。
本実施の形態のように、試料液を試料液保持部内に吸い上げる場合は、試料液保持部表面を、レシチンなどを用いて親水処理したセンサを用いる方が、処理しないセンサを用いるよりも測定結果の再現性、正確性に優れる。特に、発泡剤により発生した泡が試料液保持部表面に残留するのを抑制でき、試料液外へと発生気体を除外できるため、より均一かつ十分に試薬を溶解する効果を得ることができる。
また、試料液保持部における測定部分、例えば電気化学測定における電極部、あるいは光測定における光入出射部などを親水処理すると、発泡剤により発生した泡が測定部分に残留するのを抑制でき、より正確かつ再現性の高い測定を実施することができる。
なお、親水処理に用いる化合物はレシチンやＴｒｉｔｏｎ Ｘ−１００に限定されず、界面を親水的にする効果を有するものであればよい。
《実施の形態７》
図６を用いて、実施の形態７に係るセンサデバイスの構造を説明する。図６は、本実施の形態に係るセンサデバイスを示す斜視図であり、図７は図６におけるＡ−Ａ線部分の断面図である。
本実施の形態のセンサデバイス１００は、透明のポリスチレン製である中空の保持部材（以下、「基体」ともいう。）１０１を備えている。基体１０１の両端部は外部に開放され、基体１０１の内部には空間が設けられており、その空間が試料液保持部１０２として機能する。
また、試料液保持部１０２として機能する空間の一方の開放端部が試料供給口１０３、他方の開放端部が吸引口１０６としてそれぞれ機能する。
より具体的には、基体１０１は中空四角柱部分１０１ａと中空四角錐部分１０１ｂとを有し、中空四角柱部分１０１ａの一方の端部に吸引口１０６が設けられ、中空四角柱部分１０１ａの他方の端部に中空四角錐部分１０１ｂが一体化されている。そして、中空四角錐部分１０１ｂの、中空四角柱部分１０１ａとは反対側の端部に、試料供給口１０３が設けられている。
中空四角柱部分１０１ａの外面を構成する４つの面のうち、面１０７が光入射部（以下、「光入射部１０７」とも表記する。）として機能し、面１０４が光出射部（以下、「光出射部１０４」とも表記する。）して機能する。これら面１０７からなる光入射部と面１０４からなる光出射部とが本実施の形態における光学測定部を構成する。また、試料液保持部１０２を囲む内壁面のうち、中空四角柱部分１０１ａの面１０７の内側の壁面には、試薬保持部１１０が設けられている。
ここで、本実施の形態に係るセンサデバイス１００が使用されるときは、後述するように、センサデバイス１００の一部を例えば容器内に採取された尿に浸漬した後、測定装置によって吸引口１０４から尿を吸引して試料液保持部１０２内に供給する。
以下に、本実施の形態のセンサデバイスの作製方法について図８を用いて説明する。図８は本実施の形態に係るセンサデバイスの分解斜視図である。
センサデバイス１００を構成する第１の部材２０１および第２の部材２０２はそれぞれ透明のポリスチレン製であり凹部を有する。これら第１の部材２０１と第２の部材２０２とが互いに組み合わされることにより、中空四角柱部分１０１ａおよび中空四角錐部分１０１ｂを有する基体１０１が構成される。
第１の部材２０１および第２の部材２０２は、金型を用いた成型によって得ることができる。成型には、公知の樹脂成型技術を用いればよい。第１の部材２０１および第２の部材２０２の寸法は、適宜調整することが可能であるが、例えば幅Ａが１０ｍｍ、長さＢが８４ｍｍ、高さＣが６ｍｍである。
次に、第２の部材２０２の凹部の底面、即ち面１０７の内壁面に試薬保持部（発泡剤を含む試薬層）１１０を形成する。例えば、光学測定のための試薬であるヒトアルブミンに対する抗体の水溶液を、マイクロシリンジなどを用いて第２の部材２０２の凹部の底面に一定量滴下することにより塗布し、これを室温〜３０℃程度の環境に静置して水分を蒸発させることにより、試薬を乾燥状態で担持することができる。例えば、濃度が８ｍｇ／ｄＬの上記抗体の水溶液を用い、０．７ｍＬの滴下量で、面積が５ｃｍ２の滴下部分に滴下すればよい。そして、乾燥により得られた試薬層の上に、例えば発泡剤として炭酸水素ナトリウムの粉末を散布することにより、上記試薬保持部１１０が得られる。
塗布する試薬を含む水溶液の濃度および量ならびに発泡剤の量などは、必要とするデバイスの特性や第２の部材２０２において試薬保持部１１０を形成する位置の空間的な制限に応じて、適切に選択することができる。また、第２の部材２０２における試薬保持部１１０の位置や面積は、試薬の試料液に対する溶解性や光学測定部の位置などを鑑みて適宜適切に選択することができる。
上記のようにして得られる第１の部材２０１および第２の部材２０２を、図８に記した破線で示す位置関係をもって接合し、図６および７に示すセンサデバイス１００を組み立てる。第１の部材２０１と第２の部材２０２との接合部分に、例えばエポキシ樹脂などの接着剤を塗布した後、第１の部材２０１と第２の部材２０２とを張り合わせて静置して乾燥させることによりセンサデバイス１００を組み立てる。
また、接着剤を塗布せずに第１の部材２０１と第２の部材２０２とを張り合わせた後、市販の溶着機を用いて第１の部材２０１と第２の部材２０２との接合部分を熱または超音波によって溶着させてもよい。以上のようにして図６および７に示すセンサデバイス１００を得ることができる。
試料液の試薬層への供給をより一層円滑にするために、レシチンあるいはＴｒｉｔｏｎ Ｘ−１００をトルエンあるいはその他の有機溶媒に溶解した溶液を、基体１０１の内壁面（すなわち試料液保持部１０２の壁面）のいずれかの部分（特に好ましくは、試料供給口１０３付近から、試薬保持部１１０までの部分）に塗布し、乾燥させることで親水層を形成してもよい。このようにすることにより、試薬層に供給される試料液量を一定とすることができ、より精度の高い定量が可能となる。
本実施の形態のように、試料液を試料液保持部内に吸い上げる場合は、試料液保持部表面を、レシチンなどを用いて親水処理したセンサを用いる方が、処理しないセンサを用いるよりも測定結果の再現性、正確性に優れる。特に、発泡剤により発生した泡が試料液保持部表面に残留するのを抑制でき、試料液外へと発生気体を除外できるため、より均一かつ十分に試薬を溶解する効果を得ることができる。
また、試料液保持部における測定部分、例えば電気化学測定における電極部、あるいは光測定における光入出射部などを親水処理すると、発泡剤により発生した泡が測定部分に残留するのを抑制でき、より正確かつ再現性の高い測定を実施することができる。
なお、親水処理に用いる化合物はレシチンやＴｒｉｔｏｎ Ｘ−１００に限定されず、界面を親水的にする効果を有するものであればよい。
以上においては、本発明の実施の形態の一例について説明したが、センサデバイス１００の形状は、本発明の構成要件を満たし、かつ本発明の効果を得られるものであれば、上記実施の形態において述べたものに限定されない。
ここで、図９は上記実施の形態のセンサデバイスの変形例を示す斜視図であり、図１０は図９におけるＢ−Ｂ部分の断面図である。それぞれ図６および７と同様の構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。
図９に示すように、本変形例のセンサデバイス１００は、内部に試料液保持部１０２として機能する空間を有する有底中空直方体形状を有する基体１０１を備え、基体１０１の１つの面１０４に試料供給口１０３が設けられている。そして、面１０７の内壁面には、試薬保持部１１０が設けられている。
なお、上記実施の形態では、光学測定のための試薬を含む水溶液を塗布、乾燥することにより試薬保持部１１０を形成すると説明したが、これに代えて、ガラス繊維や濾紙等からなる多孔性の担体に試薬の溶液を含浸させた後、乾燥または凍結乾燥させることにより試薬を担持させ、さらに発泡剤をその上に分散させ、上記担体を試料液保持部の内壁面に貼付することによって試薬保持部を形成してもよい。
また、本実施の形態のセンサデバイスは、前記試料供給口から前記試料液保持部内に試料を吸引するための吸引口１０６を備えている。本発明のセンサデバイスおよび測定装置を用いて各種測定を行う際に、測定装置のセンサデバイス取付け部にセンサデバイスの吸引口が接続されるようにセンサデバイスを取付けた状態で、測定装置の吸引部を用いて、センサデバイスの吸引口を通してセンサデバイスの試料液保持部内の空気を吸引することにより、試料液保持部内に試料供給口から容易に試料を供給することができる。
吸引部は、手動によるものであっても自動によるものであってもよく、例えば、従来のシリンジ、ディスペンサー等と同様のピストン機構が挙げられる。
これらのピストン機構においてピストンを作動させる方法は、手動であっても、自動であってもよいが、自動化することが、作業者の負担を軽減することができるので好ましい。自動化する方法としては、ピストンをモーターで作動させる方法がある。モーターとしては、ステップモーター、直流モーター等がある。
ステップモーターは入力された１パルス信号あたりに特定の回転角を回転するモーターであり、パルス数で回転角度を決定できるため、位置決めのためのエンコーダーを必要としない。即ち、入力パルス数により、ピストンの動作距離を制御することができる。
モーターの回転運動は、歯車機構と雄ネジおよび雌ネジを組み合わせた直進機構等とを用いて直進運動へ変換することにより、ピストンを作動させる。
直流モーターの場合も回転運動を直進運動へ変換する方法は同様であるが、直流モーターの場合は、ピストンの動作距離を制御するために、モーターの回転位置を検出するエンコーダーが必要となる。また、リニア型のステップモーターもあり、このタイプのモーターは、モーター内に雄ネジと雌ネジを組み合わせた直進機構が組み入れられており、入力パルス数に依存して、棒状の可動部が直進運動するように構成されている。このため、この棒に直接ピストンを連結すればよく、構成が簡単となる。
さらに、本発明の実施の形態としてさらなる変形例を図１１および１２を用いて以下に説明する。図１１および１２は、それぞれ本発明のセンサデバイスの変形例の分解斜視図である。第１の部材２０１の内表面には、一対の導電部分１１１、１１２が配置されている。図１１に示す変形例においては、導電部分１１１、１１２は、主として中空四角柱部分１０１ａの面１０４の内壁面に設けられ、中空四角錐部分１０１ｂの先端の試料供給口１０３付近まで延びている。また、図１２に示す変形例においては、第１の部材２０１の面１０４に試料供給口１０３が設けられている。
これら導電部分１１１、１１２は、導電部分１１１、１１２と同様の形状の開口部を有するアクリル樹脂製のマスクを第１の部材２０１の内表面上に配置し、当該マスクを介して金をスパッタまたは蒸着した後、マスクを除去することにより形成することができる。スパッタに代えて、蒸着でも同様の手順で形成することができる。
導電部分１１１、１１２それぞれの寸法は特に制限されないが、例えば、幅２ｍｍ程度、長さ８０ｍｍ程度、厚み５μｍ程度であればよい。
導電部分１１１、１１２における試料液と接する部分の面積を、試料液保持部に供給される試料液の量に依存せず一定にするため、導電部分１１１、１１２の一部が露出し、残りの部分が覆われるように、導電部分１１１、１１２上に絶縁性の樹脂からなるフィルムを貼付することが好ましい。例えば、図１１において、導電部分１１１、１１２における試料供給口１０３に近い側の先端から１０ｍｍ程度が露出するようにフィルムを設ける。
また、上記実施の形態において、スパッタや蒸着により導電部分１１１、１１２を形成する方法を説明したが、これに代えて、第１の部材２０１の内表面に金属のリボンを貼付する方法や、金属やカーボンを含むインクを第１の部材２０１の内表面に印刷する方法などを用いることができる。
なお、以上の導電部分の形成の際には、各導電部分と測定装置との電気的接続を達成するためのリードや端子部分を同時に作製してもよい。
また、本実施の形態における導電部分１１１、１１２の表面には、酵素であるグルコースオキシダーゼおよび電子伝達体であるフェリシアン化物イオン（カリウム塩）を、上記の方法を用いて担持してもよい。電子伝達体には、フェリシアン化カリウム、ｐ−ベンゾキノン、フェナジンメトサルフェート、メチレンブルー、フェロセン誘導体、Ｒｕ及びＯｓ錯体等が用いられる。また、酸素を電子伝達体とした場合にも応答電流が得られる。また、これらを単独で用いても、二種以上を混合して用いてもよい。
なお、上記実施の形態では、発泡剤に炭酸水素ナトリウムを用いる例を示したが、炭酸ナトリウムを用いてもよい。また、上記実施の形態では、有機酸にコハク酸を用いる例を示したが、マレイン酸、無水マレイン酸、フタル酸、無水フタル酸、無水コハク酸、クエン酸、フマル酸、酒石酸を用いてもよい。
また、試料液として、血液、血漿、血清、間質液、尿、唾液などの生物由来の液体を用いてもよい。
本発明に係るセンサデバイスは、試料液、特に血液、尿等の生体試料中の測定対象物を定量するためのセンサデバイスとして有用である。
本発明は、試料液、特に血液、尿等の生体試料中の測定対象物を定量するセンサデバイスに関する。
近年、酵素等による特異的な反応、あるいは抗体等による特異的な相互作用を利用した種々のタイプのセンサデバイスが開発されている。酵素は測定対象物と触媒的に反応し、該対象物とは異なる化合物を与え、抗体は測定対象物と相互作用し、該対象物と結合した複合体を与える。
試料液中の基質（測定対象物）の定量法の一例としてグルコースの定量法について以下に説明する。電気化学的なグルコースの定量法としては、グルコースオキシダーゼ（ＥＣ１．１．３．４：以下ＧＯＤと略す）、電子伝達体および電極を使用して行う方法が一般に知られている。
ＧＯＤは、基質であるβ−Ｄ−グルコースを選択的に酸化させて、Ｄ−グルコノ−δ−ラクトンに変える。その反応液中に、フェリシアン化カリウム、もしくはフェロセン誘導体などの金属錯体、またはキノン誘導体などの有機化合物に代表される適当な電子伝達体が存在すると、該ＧＯＤによる酸化反応過程において、酸化型の電子伝達体はグルコース由来の電子によって還元される。このとき、生成する還元型の電子伝達体の量およびその生成の速度は、試料液中に存在するグルコースの濃度に依存する。したがって、還元型の電子伝達体を電極で酸化して、このときの酸化電流を測定し、得られる酸化型の電子伝達体の量またはその生成速度からグルコースの定量を行うことができる。
グルコースの簡便な定量を実現するグルコースセンサとしては、例えば、既知量のＧＯＤおよび上記のような電子伝達体を安定な状態で電極上に担持させたセンサデバイスが知られている（例えば、特許文献１参照）。このバイオセンサは、測定器に着脱可能に接続されるようになっており、センサの試薬を保持した部分に試料液を導入するだけで容易にグルコース濃度を測定することができる。このような手法は、グルコースの定量だけに限らず、試料液中に含まれる他の基質あるいは化合物の定量に対しても応用可能である。
例えば、試料液中に含まれる抗原の定量は、その抗原に対して高い選択結合親和性を有する抗体を用いて行う。その中でも、抗原と抗体の反応により生じる凝集複合体を検出する測定方法がよく知られている。この測定方法としては、比朧法、比濁法、およびスライド凝集法などが挙げられる。これらの測定方法では、溶液中に抗原および抗体が一様に分散された状態で定量するため、均一系の免疫反応測定方法と総称される（例えば、特許文献２参照）。
この場合、抗原と抗体との反応による凝集複合体の生成により、反応系において濁りを生じる。この濁りは、抗原および抗体の量に依存する。
比朧法および比濁法は、この濁りを利用して光学的に測定する方法である。具体的には、比朧法は反応系で散乱された光量をもとに測定する方法であり、比濁法は反応系での散乱により減少した透過光量をもとに測定する方法である。一般的にこれらの方法の測定対象として、同一の反応系を用いることができ、これらの一方の方法で測定できる対象は、他方の方法でも測定することができる。
スライド凝集法は凝集複合体の生成により生じた濁りを、スライドグラス上などで目視などにより判定する方法であり、反応系は比朧法や比濁法と同一のものを用いることがで
きる。
免疫測定法の一種である免疫凝集法では、抗原と抗体の結合反応の進行に伴い、両者の架橋結合体およびそれらの凝集体が生成する。その結果、径の比較的大きな粒子が試料液中に存在する。この方法では、試料液保持部分に複数種の抗体を担持させたセンサを用いて抗原を定量することができると考えられる。例えば、反応液において特定波長を有する光の散乱強度を計測することにより、これと相関を有する試料液中の抗原の濃度を見積もることが可能である。
上記のようなセンサにおいては、センサ部分は使い捨て型となる。この場合、主として酵素と電子伝達体との組み合わせ、または抗体と水溶性高分子との組み合わせからなる試薬層は、試料液保持部分に乾燥状態に近い状態で担持されるため、試料液による試薬の溶解が遅くなり、測定・定量に要する時間が長くなるという問題がある。
また、測定ごとの試薬の導入のされ方や温度などの測定環境が必ずしも均一でないため、試薬の溶解が測定ごとに不均一となり、測定対象物の濃度が同一であっても定量結果にばらつきが発生しやすいという問題がある。
これらの問題点を解決するために、例えばセンサおよびセンサ保持部がセル中の試料液を撹拌する撹拌子となっていることを特徴とする測定装置（特許文献３）や、振動させられる半導体バイオセンサ（特許文献４）が提案されている。
特開平０３−２０２７６４号公報 特開２００３−６６０４７号公報 特開昭６２−１４５１５９号公報 特開平１−２０６２５４号公報
しかしながら、上記特許文献３および４に記載のセンサは、攪拌子の回転もしくはセンサの振動を起こすためのモーターまたは圧電アクチュエータなどの駆動機構を必要とし、機器が複雑化、大型化するという問題が生じていた。
そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑み、試薬を短時間で均一に溶解させることができる、簡単な構成で小型化可能なセンサデバイスを提供することを目的とする。
上記の課題を解決すべく、本発明のセンサデバイスは、測定対象物を含む試料液を保持する試料液保持部を有する保持部材を具備し、前記保持部材が、前記試料液中の測定対象物と反応または相互作用する試薬および前記試料液と接触することにより発泡する発泡剤を、前記試料液保持部に導入される試料液と接触する位置に保持している。
前記発泡剤が二酸化炭素を発生して発泡するのが好ましい。
前記発泡剤が少なくとも炭酸水素塩または炭酸塩を含むのが好ましい。
前記保持部材がさらに有機酸を前記位置に保持しているのが好ましい。
前記有機酸がマレイン酸、無水マレイン酸、コハク酸、無水コハク酸、フタル酸、無水フタル酸、クエン酸、フマル酸および酒石酸からなる群より選択される少なくとも一種であるのが好ましい。
前記試料液が生体由来の液体であるのが好ましい。
前記試薬が酵素または抗体であるのが好ましい。
前記試料液保持部の表面の少なくとも一部が親水処理されていることが好ましい。
上記センサデバイスを用いる、試料液中の測定対象物の測定装置、あるいは測定方法であることが好ましい。
すなわち、本発明は、上記センサデバイスを取り付けるためのセンサホルダー、前記測定対象物に起因する信号を前記センサデバイスから検出する検出部、ならびに前記信号に基づいて、前記試料液中の前記測定対象物の濃度を求める演算部、を備えた測定装置を提供する。
さらに本発明は、上記センサデバイスに試料液を導入する工程、前記試料液中で発生した泡が前記試料液面に到達した後、前記測定対象物に起因する信号を前記センサデバイスから検出する工程、および前記信号に基づいて、前記試料液中の前記測定対象物の濃度を求める工程を含む、試料液中の測定対象物の測定方法をも提供する。
本発明によれば、試薬を短時間で均一に溶解させることができる、簡単な構成で小型化可能なセンサデバイスを提供することができる。
本発明は、測定対象物を含む試料液を保持する試料液保持部を有する保持部材を具備し、前記保持部材が、前記試料液中の測定対象物と反応または相互作用する試薬および前記試料液と接触することにより発泡する発泡剤を、前記試料液保持部に導入される試料液と接触する位置に保持しているセンサデバイスに関する。
本発明のセンサデバイスにおける試料液保持部に試料液を導入すると、発泡剤が試料液に接触して発泡するため、デバイスの外部から気体を注入したりせずに、試料液による試薬の溶解を容易に促進させることができる。また、その促進により、測定ごとに均一な試薬の溶解が可能となるため、測定値のばらつきを抑制することができる。このように、本発明のセンサデバイスによれば、迅速かつ高精度な定量を簡便に行うことが可能となる。
したがって、本発明における発泡剤は、定量時の酵素反応や免疫反応等の反応に影響を与えることなく、発泡して、試料液と試薬とを物理的にできるだけ均一に混合して試薬を均一に溶解させる攪拌機能を有する。
また、上記特許文献３および４のように、攪拌子の回転もしくはセンサの振動を起こすためのモーターまたは圧電アクチュエータなどの駆動機構を必要としないため、センサデバイスの複雑化および大型化を招かない。
保持部材とは、その表面の少なくとも一部に試薬を保持し、その部分に試料液が供給されることにより、試料液と試薬との混合物（反応液）を保持させることを可能にするものである。
前記保持部材としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリレート、ポリメタクリル酸メチル、ポリプロピレンなどの樹脂を用いることができる。
本発明において測定対象物の定量を電気化学的に行う場合には、これらの樹脂からなる保持部材の表面の少なくとも一部が、金属、または導電性を有する高分子、無機物、もしくはインクなどで被覆され、電極が形成されていることが好ましい。この場合、電極間に流れる電流や電圧を測定対象物の濃度と関連付けて評価することができる。
また、本発明において測定対象物の定量を分光学的に行う場合には、これらの樹脂の少なくとも一部が透明であることが好ましい。この場合、その透明部分を通過した入射光に対する溶液による光の吸収、透過、散乱、反射、回折、屈折などの情報を、測定対象物の濃度と関連付けて評価することができる。
本発明に用いる発泡剤は、その発泡作用が主として二酸化炭素の発生によるものであることが好ましい。二酸化炭素ガスは、一般的な酵素反応や免疫反応などを強く阻害することがないので、定量時に生じる反応にほとんど影響を及ぼさない。
そのような発泡剤としては、炭酸水素塩または炭酸塩が好ましい。これらの塩は、以下の式（１）または式（２）に示すように、酸と反応することにより二酸化炭素を容易に発生する。
ＭＨＣＯ3 ＋ ＨＸ → ＭＸ ＋ ＣＯ2 ＋ Ｈ2Ｏ ・・・（１）
Ｍ2ＣＯ3 ＋ ２ＨＸ → ２ＭＸ＋ＣＯ2 ＋ Ｈ2Ｏ ・・・（２）
ただし、式（１）および（２）中、ＭはＮａやＫなどのアルカリ金属原子、ＨＸは弱酸、ＭＸはアルカリ金属塩を表す。
上記発泡剤を含有するセンサデバイスは、さらに有機酸を含有することが好ましい。この有機酸は上記式（１）および（２）におけるＨＸ（酸）として機能する。これらの酸は揮発性が強くないので、固体または液体状態で存在し得る。これらの酸は、炭酸水素塩または炭酸塩とは離れた位置に存在してもよいし、乾燥した固体状態であれば、炭酸水素塩または炭酸塩と共に混合された状態で存在してもよい。供給された試料液が試薬と混合されて形成される反応液中に、発泡剤および有機酸がともに含まれればよい。また、試薬または試料液がＨＸとして機能してもよい。
前記有機酸は、マレイン酸、無水マレイン酸、コハク酸、無水コハク酸、フタル酸、無水フタル酸、クエン酸、フマル酸および酒石酸からなる群より選択される少なくとも一種であることが好ましい。これらの有機酸、およびこれらの酸無水物の加水分解によって生じる酸は、そのｐＫａ（酸解離定数）が１．９〜４．３の範囲にあり、発泡剤との酸塩基反応による発泡を円滑かつすばやく進行させることができる。
本発明のセンサデバイスにおける、試薬、発泡剤、および有機酸は、乾燥した固体状態であれば以下の（１）〜（５）に示す状態で存在することが可能である。
（１）試薬層、発泡剤層、および有機酸層
（２）試薬および有機酸の混合物層、ならびに発泡剤層
（３）試薬および発泡剤の混合物層、ならびに有機酸層
（４）発泡剤および有機酸の混合物層、ならびに試薬層
（５）試薬、発泡剤、および有機酸の混合物層
（１）〜（５）の試薬層、発泡剤層、有機酸層およびこれらの２種以上を含む混合物層は、試料液が供給された際に、試薬、発泡剤、および有機酸が保持部材上において試料液と接触することが可能な位置にそれぞれ存在すればよい。例えば、（１）〜（５）の各層は、積層された状態で存在すればよい。
試薬層と発泡剤層とを分離して存在させる場合には、発泡剤層を試薬層よりも上流側に配置することが好ましい。すなわち、試料液が発泡剤層に接触してから試薬層に接触するような位置関係をもって、発泡剤層および試薬層を配置させることが好ましい。この場合、浮揚する泡を多量に含有した試料液に試薬が接触することになるため、発泡作用による試薬の溶解効率が向上する。
発泡剤に対する有機酸の当量比は少なくとも１以上であることが好ましい。この場合、理論的に全ての発泡剤が反応し、その利用効率が大きくなる。
発泡剤層は、例えば、発泡剤粒子を用いて膜状あるいはペレット状に成形することにより得られる。具体的には、発泡剤粒子を適当な高分子粉末と混合し加圧成形したり、水溶性高分子の溶液に発泡剤粒子を溶解もしくは分散し、保持部材上に滴下・乾燥させたりすることにより得られる。
試薬層は、例えば、試薬を含む溶液を保持部材上に滴下し、乾燥することにより得られる。試薬を含む溶液が保持部材上で広がり流れやすいような場合には、例えば、保持部材に凹部を設け、その凹部に試薬溶液を滴下し、その後乾燥すればよい。乾燥は凍結乾燥でも、気温を３０〜５０度とした加熱乾燥でもよい。試薬溶液には水溶性高分子の溶液が好適であり、溶液の粘性が向上し、試薬層が形成され易い。
有機酸層は、上記試薬層と同様の形成方法により得られる。また、有機酸を試薬の溶液に添加した後、乾燥させて、試薬と有機酸との混合層を形成してもよい。
本発明のセンサデバイスによる測定対象である試料液は血液、血漿、血清、間質液、尿、唾液などの生体由来の液体であることが好ましい。これらの液体に含有される特定の成分の定量は、本発明のセンサデバイスを用いることにより簡便に行うことができる。
試料液中の測定対象物と反応または相互作用する試薬は、酵素、抗体、またはそれらの組合せからなるのが好ましい。これらの試薬は特定の化合物に対する基質（反応）選択性、親和（結合）選択性がよく、本発明のセンサデバイスを用いた定量を行う上で好都合である。
酵素と抗体とを組み合わせる場合は、例えば、酵素からなる層と、抗体からなる層とを形成し、２つの層を積層してもよく、酵素と抗体との混合層を形成してもよい。
酵素は、試料液に含まれる基質によって適宜選択することができる。例えば、フルクトースデヒドロゲナーゼ、グルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ）、ＰＱＱ依存グルコースデヒドロゲナーゼ、ＮＡＤ依存グルコースデヒドロゲナーゼ、アルコールオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、キサンチンオキシダーゼ、アミノ酸オキシダーゼ等を用いることができる。
本発明のセンサデバイスを用いた、試料液中の測定対象物を測定する方法としては、例えば、電極で電子伝達体を酸化し、このとき得られた酸化電流を測定して測定対象物の定量を行うことができる。電子伝達体には、フェリシアン化カリウム、ｐ−ベンゾキノン、フェナジンメトサルフェート、メチレンブルー、フェロセン誘導体、Ｒｕ、Ｏｓ錯体等が用いられる。また、酸素を電子伝達体とした場合にも応答電流が得られる。また、これらを単独で用いても、二種以上を混合して用いてもよい。
また、フェリシアン化カリウム、フェナジンメトサルフェート、メチレンブルー等の、酸化還元により色調が変化する電子伝達体を用いる場合、吸光度変化を測定したりすることにより分光学的に測定することができる。
電極としては、少なくとも作用極および対極が用いられる。電極には、それ自身が酸化されない導電性を有する物質であればいずれの材料を用いてもよい。電極の作製法としては、スクリーン印刷法、スパッタリング法、蒸着法等が好適である。
また、本発明のセンサデバイスにおける試薬として抗体を用い、試料液中の測定対象物（抗原）を免疫反応を利用して測定してもよい。ここで、抗原は特に限定されず、一般に抗原抗体反応を利用して測定できる物質であればいずれでもよい。例えば、蛋白質、核酸、脂質、細菌、ウィルス、ハプテンなどが挙げられる。これらの中でも、抗原抗体反応を用いた臨床検査上の主たる測定対象である蛋白質が好ましい。
蛋白質としては、例えば、ＬＨ（黄体形成ホルモン）、ＦＳＨ（卵胞刺激ホルモン）、ｈＣＧ（絨毛性性腺刺激ホルモン）などのホルモン、各種免疫グロブリンクラス、サブクラス、補体成分、各種感染症のマーカー、Ｃ反応性蛋白質（以下、ＣＲＰと略す）、アルブミン、リウマチ因子、血液型抗原などが挙げられる。これらの中でも、ヒトアルブミンまたはヒトＣＲＰが好ましい。
抗体は特に限定されず、抗原と特異結合するものであればよい。例えば、ＩｇＧ、ＩｇＭ、ＩｇＥ、ＩｇＡ、ＩｇＤなどいずれのクラスの抗体でもよい。これらの中でも、非特異的な反応が少なく、比較的市販されているものが多く、入手も容易である点で、ＩｇＧ抗体が好ましい。また、抗体の由来動物種に関しても特に限定されないが、比較的入手も容易であり、使用例も多い点で、ウサギ、ヤギ、マウス由来の抗体が好ましい。
また、上記の試薬には、その用途などに応じて、本発明の効果が得られる範囲で、当該分野で公知である他の任意の成分が付加され得る。例えば、比朧法、比濁法、スライド凝集法などの均一系の免疫反応測定法に適用する場合には、本発明の試薬にポリエチレングリコールを添加してもよい。
本発明のセンサデバイスを用いた免疫反応測定において、免疫反応により生成する抗原−抗体複合体が凝集複合体であることが好ましい。また、凝集複合体に起因する光学特性を測定することにより、凝集複合体を検出することが好ましい。光学特性は、光散乱強度または透過光強度であることが好ましい。
本発明において、試料液保持部の内面の少なくとも一部が親水性を有することが好ましい。例えば、試料液保持部を構成する壁面の内側であって、試料液保持部に試料液が導入されたとき試料液と接触する部分の一部に親水処理を施すことにより、その部分を親水性にすることができる。このようにすると、発泡剤により発生した泡が試料液保持部表面に残留するのを抑制でき、試料液外へと発生した泡を除外できるため、より均一かつ十分に試薬を溶解する効果を得ることができる。
特に、試料液保持部において、試料液中の測定対象物を測定するための測定部分が親水性を有することが好ましい。ここで測定部としては、例えば、電気化学測定を用いるセンサデバイスであれば導電部分が設けられた電極部、光学測定を用いるセンサデバイスであれば、光源からの光が入射する光入射部および／または試料液保持部内に入射した光が出射する光出射部など挙げられる。このようにすると、発泡剤により発生した泡が測定部分に残留するのを抑制でき、泡が測定を妨害することを抑制できるので、より正確かつ再現性の高い測定を実施することができる。
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
《実施の形態１》
センサデバイスの一実施の形態として、グルコースセンサについて説明する。図１は、本発明のセンサデバイスの実施の形態１に係るグルコースセンサの分解斜視図である。
本実施の形態に係るグルコースセンサは、例えばポリスチレンあるいはポリメタクリル酸メチルで構成された無色・透明の絶縁性の第一の基板３上に、穴２を有する、例えばポリエチレンテレフタレートで構成された絶縁性の第二の基板４を、図１に示すように接着することにより得られる保持部材を含む。この保持部材は、第一の基板３上において第二の基板４の穴２のところに試料液保持部１として働く凹部を有する。
グルコースセンサは、例えば、この保持部材の試料液保持部１に、酵素としてＧＯＤ、電子伝達体として１−メトキシ−５−メチルフェナジニウム（以下、ＭＭＰと略す）、および有機酸としてコハク酸を含有する水溶液を滴下した後、乾燥させて試薬層を形成し、試薬層上に発泡剤として炭酸水素ナトリウムの粉末を散布することにより得られる。
このグルコースセンサを用いて、例えば、以下の方法によりグルコース水溶液中のグルコース濃度を測定することができる。グルコース濃度が３６０ｍｇ／ｄｌ程度のグルコース水溶液を試料液保持部１に供給する。このとき、発泡剤による発泡が生じる。１０秒経過後、基板３の面に対して垂直に、ＭＭＰの酸化体の吸収ピーク波長である６２０ｎｍの光を照射し、その吸光度を吸光光度計にて測定する。さらに所定時間経過後、再び吸光度を測定する。このとき、反応液中において、グルコースが酸化され、ＭＭＰが還元されるため、時間の経過とともに吸光度が減少する。この吸光度の減少量は、試料液中のグルコース濃度に依存する。
本実施の形態に係るグルコースセンサは、発泡剤である炭酸水素ナトリウムおよび有機酸であるコハク酸を用いない従来のグルコースセンサと比較して、以下の効果を有する。
まず、本実施の形態のグルコースセンサでは、ＧＯＤやＭＭＰなどの試薬が短時間で十分に溶解するため、グルコースの反応量が多く、従来のグルコースセンサよりも吸光度の減少量は大きくなる。
また、本実施の形態のグルコースセンサでは、試薬が短時間で均一に溶解するため、吸光度の減少量のばらつきは、従来のグルコースセンサよりも抑制される。
以上より、発泡剤を有するグルコースセンサにおいて試薬の溶解が促進され、溶解状態が良好に再現化されるため、発泡剤を有するグルコースセンサでは迅速かつ高精度な測定が達成される。
なお、上記では電子伝達体の量を測定するために波長６２０ｎｍの光を照射したが、この波長は電子伝達体によって変わるものであり、適宜最適な波長の光を照射すればよい。
試料液の試薬層への供給をより一層円滑にするために、レシチンあるいはTriton X-100をトルエンあるいはその他の有機溶媒に溶解した溶液を、試料液保持部１に面する第二の基板４のうちの穴２における内壁２ａに塗布し、乾燥させることで親水層を形成してもよい。このようにすることにより、試薬層に供給される試料液量を一定とすることができ、より精度の高い定量が可能となる。
本実施の形態のように、試料液保持部表面を、レシチンなどを用いて親水処理したセンサを用いる方が、処理しないセンサを用いるよりも測定結果の再現性、正確性に優れる。特に、発泡剤により発生した泡が試料液保持部表面に残留するのを抑制でき、試料液外へと発生気体を除外できるため、より均一かつ十分に試薬を溶解する効果を得ることができる。
また、試料液保持部における測定部分、例えば電気化学測定における電極部、あるいは光測定における光入出射部などを親水処理すると、発泡剤により発生した泡が測定部分に残留するのを抑制でき、より正確かつ再現性の高い測定を実施することができる。
なお、親水処理に用いる化合物はレシチンやTriton X-100に限定されず、界面を親水的にする効果を有するものであればよい。
《実施の形態２》
本実施の形態では、電気化学的測定によりグルコースの定量を行うグルコースセンサについて説明する。図２は、本発明のセンサデバイスの実施の形態２に係るグルコースセンサの分解斜視図である。
本実施の形態に係るグルコースセンサは、第一の基板１３と第二の基板１４とを接着することにより得られる保持部材を含む。例えばポリエチレンテレフタレートで構成された絶縁性の第一の基板１３上には、作用極１５および対極１６からなる電極部、ならびにリード１７および１８が配されている。この電極部およびリード１７および１８は、例えば、第一の基板１３上に樹脂製の電極パターンマスクを設置し、金をスパッタリングすることにより形成される。作用極１５および対極１６は、それぞれリード１７および１８によって、グルコースセンサ外部の測定用端子と電気的に接続される。
保持部材は、試薬を保持する試料液保持部１１を形成するための穴１２を有する、例えばポリエチレンテレフタレートからなる絶縁性の第二の基板１４を、第一の基板１３上に図２に示すように接着することにより得られる。なお、試料液保持部１１において電極部が露出している。
グルコースセンサは、例えば、この保持部材の試料液保持部１１に、酵素としてＧＯＤ、電子伝達体としてフェリシアン化カリウム、および有機酸としてコハク酸を含有する水溶液を滴下した後、乾燥させて試薬層を形成し、試薬層上に発泡剤として炭酸水素ナトリウムの粉末を散布することにより得られる。
このグルコースセンサを用いて、例えば、以下の方法によりグルコース水溶液中のグルコース濃度を測定することができる。グルコース濃度が３６０ｍｇ／ｄｌ程度のグルコース水溶液を試料液保持部１１に供給する。このとき、発泡剤による発泡が生じる。１０秒経過後、作用極１５と対極１６との間にポテンシオスタットを用いて作用極を正にして５００ｍＶの電圧を印加し、電圧の印加時点から５秒経過後に作用極と対極との間に流れる電流値を測定する。反応液中においては、まずグルコースとＧＯＤとの反応にともないフェリシアン化物イオンがフェロシアン化物イオンに還元される。そして、前記の電圧印加によりフェロシアン化物イオンが作用極上で酸化され、これにより応答電流が得られる。この応答電流は、試料液中のグルコース濃度の増加に依存して増大する。
本実施の形態に係るグルコースセンサは、発泡剤である炭酸水素ナトリウムおよび有機酸であるコハク酸を用いない従来のグルコースセンサと比較して、実施の形態１と同様の効果が得られる。
以上より、発泡剤を有するグルコースセンサにおいて試薬の溶解が促進され、溶解状態が良好に再現化されるため、発泡剤を有するグルコースセンサでは迅速かつ高精度な測定が達成される。
上記では、電気化学的測定用のグルコースセンサの一例を示したが、センサに配される電極やリードの形状、個数、および配置等はこれに限定されない。また、応答電流を得るための電極系に印加する電圧を５００ｍＶとしたが、電圧はこの値に限定されない。電気的信号の変化が観察され、かつ電子伝達体が酸化される電圧であればよい。
本実施の形態においても、試料液の試薬層への供給をより一層円滑にするために、レシチンあるいはTriton X-100をトルエンあるいはその他の有機溶媒に溶解した溶液を、試料液保持部１１に面する第二の基板１４のうちの穴１２における内壁１２ａに塗布し、乾燥させることで親水層を形成してもよい。このようにすることにより、試薬層に供給される試料液量を一定とすることができ、より精度の高い定量が可能となる。
本実施の形態のように、試料液保持部表面を、レシチンなどを用いて親水処理したセンサを用いる方が、処理しないセンサを用いるよりも測定結果の再現性、正確性に優れる。特に、発泡剤により発生した泡が試料液保持部表面に残留するのを抑制でき、試料液外へと発生気体を除外できるため、より均一かつ十分に試薬を溶解する効果を得ることができる。
また、試料液保持部における測定部分、例えば電気化学測定における電極部、あるいは光測定における光入出射部などを親水処理すると、発泡剤により発生した泡が測定部分に残留するのを抑制でき、より正確かつ再現性の高い測定を実施することができる。
なお、親水処理に用いる化合物はレシチンやTriton X-100に限定されず、界面を親水的にする効果を有するものであればよい。
《実施の形態３》
本実施の形態では、上記実施の形態１に係るセンサデバイスと同様の構造のセンサデバイスを用い、ヒトアルブミンを免疫比朧法により測定するためのアルブミンセンサについて説明する。
まず、比朧法による測定に使用することが可能な抗体からなる試薬を以下のように調製することができる。なお、ここで得られる試薬は、比朧法以外にもスライド凝集法や比濁法による測定にも使用することが可能である。
試薬に用いられる抗体溶液は、例えば、以下の方法により得られる。
ヒトアルブミン（和光純薬工業（株）製）を免疫したウサギより採取した抗血清より、プロテインＡカラムクロマトグラフィーを用いてウサギ抗ヒトアルブミンポリクローナル抗体を精製する。
精製は、例えば以下のように行う。カラムに充填したゲルの容量の５倍の平衡化緩衝液を流してカラムを平衡化した後、カラム全結合容量の１０〜２０％の抗体を含む抗血清を平衡化緩衝液で容量の２倍に希釈してカラムに流し、血清中の抗体をプロテインＡに結合させる。このとき、クロマトグラフィーのカラムには、アマシャム・ファルマシア製のプロテインＡ固定化ゲルを使用する。また、平衡化緩衝液には、１．５Ｍのグリシンおよび３．０ＭのＮａＣｌを含む、ｐＨ８．９のものを使用することができる。
次いで、プロテインＡに吸着しない血清成分がカラムより出てこなくなるまで平衡化緩衝液を流し、カラムを洗浄する。そして、カラムに溶出緩衝液を流し、プロテインＡに結合した抗体を溶出する。このとき、溶出緩衝液には、例えば０．１Ｍのクエン酸を含む、ｐＨ４．０のものを使用する。
溶出した抗体分画を分画分子量１万の透析チューブに入れ、約１００倍容量の０．０５Ｍの３−（Ｎ−モルホリノ）プロパンスルホン酸（Ｄｏｊｉｎ製、以下モプスと略す）、０．１５ＭのＮａＣｌ、および０．０４重量％のＮａＮ３を含む、ｐＨ７．４の緩衝液で数回透析して、緩衝液成分を置換する。
続いて、抗体濃度を２８０ｎｍの吸光度測定により推定し、透析で用いたものと同じ緩衝液で抗体濃度を３．０ｍｇ／ｍｌに調整し、抗体溶液を得ることができる。
なお、この抗体溶液の濃度は、特にこれに限定されるものではない。抗体溶液は、４℃の環境下で保存する。抗体溶液は室温でも保存することができるが、抗体の変性防止の点から、低温保存が好ましい。
アルブミンセンサは、実施の形態１と同様のセンサデバイスを用い、試料液保持部１に、上記で得られた抗体溶液と、ポリエチレングリコール６０００（以下、ＰＥＧと略す）およびコハク酸と、を含む溶液を滴下した後、乾燥させて得られた試薬層を形成し、さらに試薬層上に発泡剤として炭酸水素ナトリウムを散布することにより得られる。
このアルブミンセンサを用い、試料液にヒトアルブミン溶液を用いて、例えば以下の方法により測定を行うことができる。０．０５Ｍのモプス、および０．０４重量％のＮａＮ３を含むｐＨ７．４の緩衝液を用いて、抗原に用いるヒトアルブミン（和光純薬工業（株）製）溶液の濃度が０、５、１０、２０、３０、５０、７０、１００、２００、３００、および５００ｍｇ／ｄｌになるように溶解する。アルブミンセンサにヒトアルブミン溶液を供給することにより、発泡剤による発泡が生じる。そして、分光光度計を用いて波長６７０ｎｍの光を基板３の面に対して垂直に照射し、６０秒間測定する。
測定により得られた３０〜４５秒の間の各測定値（散乱光強度）の平均値を求め、これを各濃度のヒトアルブミン溶液に対する測定値とする。
反応液中における抗原と抗体との結合反応の進行により凝集体が生成し、時間の経過にともない散乱光強度の増加が観測される。各濃度のヒトアルブミン溶液に対する測定値は、試料液中のヒトアルブミン濃度に依存する。
本実施の形態のアルブミンセンサは、発泡剤である炭酸水素ナトリウムおよび有機酸であるコハク酸を用いない、従来のアルブミンセンサと比較して、以下の効果を有する。
まず、本実施の形態のアルブミンセンサにおける測定値は、抗体およびＰＥＧからなる試薬の溶解が発泡剤を有することにより十分に進行し、抗原と抗体の結合がより迅速に達成されるため、従来のセンサにおける測定値よりも大きい。
また、本実施の形態のアルブミンセンサでは、試薬が短時間で均一に溶解するため、測定値のばらつきは従来のアルブミンセンサよりも抑制される。
以上より、試薬に抗体を用いた場合にも、発泡剤を有するアルブミンセンサにおいて試薬の溶解が促進され、溶解状態が良好に再現化されるため、発泡剤を有するアルブミンセンサでは迅速かつ高精度な測定が達成される。
上記では、免疫反応を用いた測定において、波長６７０ｎｍの光を用いたが、これに限定されることはなく、抗原・抗体反応により得られる凝集体による光散乱を観測することができる波長の光であればよい。
《実施の形態４》
本発明のセンサデバイスの実施の形態４として、図３に示すように、試料液保持部２１を形成するためのスリット３０を有する第三の基板２９を、第一の基板２３上に接着し、さらに、試料液保持部２１と連通する穴２２を有する、例えばポリメタクリル酸メチルからなる無色・透明の第二の基板２４を、基板２９上に接着することにより得られる保持部材を用いてもよい。なお、穴２２の部分も試料液保持部２１の一部とすることができる。図３は、本発明の実施の形態４に係るセンサデバイスの分解斜視図である。
このセンサデバイスに、実施の形態１および３と同様の試薬層および発泡剤を保持し、実施の形態１および３と同様の方法により測定した場合でも、実施の形態１および３と同様の効果が得られる。
また、本実施の形態においても、試料液の試薬層への供給をより一層円滑にするために、レシチンあるいはTriton X-100をトルエンあるいはその他の有機溶媒に溶解した溶液を、試料液保持部２１に面する第二の基板２４のうちの穴２２における内壁２２ａに塗布し、乾燥させることで親水層を形成してもよい。このようにすることにより、試薬層に供給される試料液量を一定とすることができ、より精度の高い定量が可能となる。
本実施の形態のように、試料液保持部表面を、レシチンなどを用いて親水処理したセンサを用いる方が、処理しないセンサを用いるよりも測定結果の再現性、正確性に優れる。特に、発泡剤により発生した泡が試料液保持部表面に残留するのを抑制でき、試料液外へと発生気体を除外できるため、より均一かつ十分に試薬を溶解する効果を得ることができる。
また、試料液保持部における測定部分、例えば電気化学測定における電極部、あるいは光測定における光入出射部などを親水処理すると、発泡剤により発生した泡が測定部分に残留するのを抑制でき、より正確かつ再現性の高い測定を実施することができる。
なお、親水処理に用いる化合物はレシチンやTriton X-100に限定されず、界面を親水的にする効果を有するものであればよい。
《実施の形態５》
また、上記実施の形態２のような電気化学的測定を行う場合には、本発明のセンサデバイスの実施の形態５として、図４に示すように、第一の基板３３上の作用極３５、および対極３６が露出するような試料液保持部３１を形成するためのスリット４０を有する第三の基板３９ならびに試料液保持部３１に連通する穴３２を有する第二の基板３４を設けた保持部材を用いてもよい。穴３２の部分も保持部３１の一部とすることができる。図４は、本発明の実施の形態５に係るセンサデバイスの分解斜視図である。
試料液の試薬層への供給をより一層円滑にするために、レシチンあるいはTriton X-100をトルエンあるいはその他の有機溶媒に溶解した溶液を、第二の基板３４のうちの穴３２における内壁３２ａに塗布し、乾燥させることで親水層を形成してもよい。このようにすることにより、試薬層に供給される試料液量を一定とすることができ、より精度の高い定量が可能となる。
本実施の形態のように、試料液保持部表面を、レシチンなどを用いて親水処理したセンサを用いる方が、処理しないセンサを用いるよりも測定結果の再現性、正確性に優れる。特に、発泡剤により発生した泡が試料液保持部表面に残留するのを抑制でき、試料液外へと発生気体を除外できるため、より均一かつ十分に試薬を溶解する効果を得ることができる。
また、試料液保持部における測定部分、例えば電気化学測定における電極部、あるいは光測定における光入出射部などを親水処理すると、発泡剤により発生した泡が測定部分に残留するのを抑制でき、より正確かつ再現性の高い測定を実施することができる。
なお、親水処理に用いる化合物はレシチンやTriton X-100に限定されず、界面を親水的にする効果を有するものであればよい。
《実施の形態６》
また、本発明の実施の形態６として、図５に示すような中空構造の保持部材からなるセンサデバイスを用いてもよい。このセンサデバイスは、内壁に試料液保持部４１を有する円筒状の第一の中空構造体４３と、中空構造体４３の下部が底面になるように連結された円錐状の第二の中空構造体４４とを組み合わせることにより得られる保持部材を含む。なお、このセンサデバイスの材料にはメタクリル酸メチルを用いることができる。また、センサデバイスの形状は、これ以外にも多角形の筒や多角錐でもよい。図５は、本発明の実施の形態６に係るセンサデバイスの斜視図である。
例えば、実施の形態１の試薬層と発泡剤を、中空部分で構成される試料液保持部４１の内壁面の少なくとも一部に保持することにより、本実施の形態のセンサデバイスが得られる。例えば、保持部材において円筒を対称軸が重力方向と垂直になる向きに静置し、長い針を有するシリンジなどを用いて試薬溶液を試料液保持部４１に滴下し、乾燥させて、試料液保持部４１内の部分４１ａに試薬層を形成することができる。
また、実施の形態１と同様のグルコース水溶液を、第一の中空構造体４３に接続されたマイクロポンプ（図示せず）により、第二の中空構造体４４の開口部を通して少なくとも試薬層が配置された部分４１ａの位置にまで吸い上げ、一定量の試料液が保持された状態で実施の形態１と同様の方法で吸光度を測定することができる。
さらに、図５の保持部材における試料液保持部４１内の壁面の少なくとも一部の部分４１ａに、実施の形態３の試薬層と発泡剤を、実施の形態３と同様の方法により配置し、実施の形態３のヒトアルブミン溶液をマイクロポンプにより少なくとも試薬層が配置された部分４１ａにまで吸い上げ、一定量の試料液が保持された状態で実施の形態３と同様の方法で散乱光強度を測定することもできる。上記の光学的な測定をする場合には、試料液保持部４１に光を入射してもよいが、別途、中空構造体４３に光路長が制御された光学窓を設け、光の入射・検出を行うことが好ましい。
試料液の試薬層への供給をより一層円滑にするために、レシチンあるいはTriton X-100をトルエンあるいはその他の有機溶媒に溶解した溶液を、第一の中空構造体４３および第二の中空構造体４４の内壁のいずれかの部分（特に好ましくは、第二の中空構造体４４の先端の穴付近から、試薬層が配置された部分４１ａまでの部分）に塗布し、乾燥させることで親水層を形成してもよい。このようにすることにより、試薬層に供給される試料液の流れを安定化することができ、より精度の高い定量が可能となる。
本実施の形態のように、試料液を試料液保持部内に吸い上げる場合は、試料液保持部表面を、レシチンなどを用いて親水処理したセンサを用いる方が、処理しないセンサを用いるよりも測定結果の再現性、正確性に優れる。特に、発泡剤により発生した泡が試料液保持部表面に残留するのを抑制でき、試料液外へと発生気体を除外できるため、より均一かつ十分に試薬を溶解する効果を得ることができる。
また、試料液保持部における測定部分、例えば電気化学測定における電極部、あるいは光測定における光入出射部などを親水処理すると、発泡剤により発生した泡が測定部分に残留するのを抑制でき、より正確かつ再現性の高い測定を実施することができる。
なお、親水処理に用いる化合物はレシチンやTriton X-100に限定されず、界面を親水的にする効果を有するものであればよい。
《実施の形態７》
図６を用いて、実施の形態７に係るセンサデバイスの構造を説明する。図６は、本実施の形態に係るセンサデバイスを示す斜視図であり、図７は図６におけるＡ−Ａ線部分の断面図である。
本実施の形態のセンサデバイス１００は、透明のポリスチレン製である中空の保持部材（以下、「基体」ともいう。）１０１を備えている。基体１０１の両端部は外部に開放され、基体１０１の内部には空間が設けられており、その空間が試料液保持部１０２として機能する。
また、試料液保持部１０２として機能する空間の一方の開放端部が試料供給口１０３、他方の開放端部が吸引口１０６としてそれぞれ機能する。
より具体的には、基体１０１は中空四角柱部分１０１ａと中空四角錐部分１０１ｂとを有し、中空四角柱部分１０１ａの一方の端部に吸引口１０６が設けられ、中空四角柱部分１０１ａの他方の端部に中空四角錐部分１０１ｂが一体化されている。そして、中空四角錐部分１０１ｂの、中空四角柱部分１０１ａとは反対側の端部に、試料供給口１０３が設けられている。
中空四角柱部分１０１ａの外面を構成する４つの面のうち、面１０７が光入射部（以下、「光入射部１０７」とも表記する。）として機能し、面１０４が光出射部（以下、「光出射部１０４」とも表記する。）して機能する。これら面１０７からなる光入射部と面１０４からなる光出射部とが本実施の形態における光学測定部を構成する。また、試料液保持部１０２を囲む内壁面のうち、中空四角柱部分１０１ａの面１０７の内側の壁面には、試薬保持部１１０が設けられている。
ここで、本実施の形態に係るセンサデバイス１００が使用されるときは、後述するように、センサデバイス１００の一部を例えば容器内に採取された尿に浸漬した後、測定装置によって吸引口１０４から尿を吸引して試料液保持部１０２内に供給する。
以下に、本実施の形態のセンサデバイスの作製方法について図８を用いて説明する。図８は本実施の形態に係るセンサデバイスの分解斜視図である。
センサデバイス１００を構成する第１の部材２０１および第２の部材２０２はそれぞれ透明のポリスチレン製であり凹部を有する。これら第１の部材２０１と第２の部材２０２とが互いに組み合わされることにより、中空四角柱部分１０１ａおよび中空四角錐部分１０１ｂを有する基体１０１が構成される。
第１の部材２０１および第２の部材２０２は、金型を用いた成型によって得ることができる。成型には、公知の樹脂成型技術を用いればよい。第１の部材２０１および第２の部材２０２の寸法は、適宜調整することが可能であるが、例えば幅Ａが１０ｍｍ、長さＢが８４ｍｍ、高さＣが６ｍｍである。
次に、第２の部材２０２の凹部の底面、即ち面１０７の内壁面に試薬保持部（発泡剤を含む試薬層）１１０を形成する。例えば、光学測定のための試薬であるヒトアルブミンに対する抗体の水溶液を、マイクロシリンジなどを用いて第２の部材２０２の凹部の底面に一定量滴下することにより塗布し、これを室温〜３０℃程度の環境に静置して水分を蒸発させることにより、試薬を乾燥状態で担持することができる。例えば、濃度が８ｍｇ／ｄＬの上記抗体の水溶液を用い、０．７ｍＬの滴下量で、面積が５ｃｍ2の滴下部分に滴下すればよい。そして、乾燥により得られた試薬層の上に、例えば発泡剤として炭酸水素ナトリウムの粉末を散布することにより、上記試薬保持部１１０が得られる。
塗布する試薬を含む水溶液の濃度および量ならびに発泡剤の量などは、必要とするデバイスの特性や第２の部材２０２において試薬保持部１１０を形成する位置の空間的な制限に応じて、適切に選択することができる。また、第２の部材２０２における試薬保持部１１０の位置や面積は、試薬の試料液に対する溶解性や光学測定部の位置などを鑑みて適宜適切に選択することができる。
上記のようにして得られる第１の部材２０１および第２の部材２０２を、図８に記した破線で示す位置関係をもって接合し、図６および７に示すセンサデバイス１００を組み立てる。第１の部材２０１と第２の部材２０２との接合部分に、例えばエポキシ樹脂などの接着剤を塗布した後、第１の部材２０１と第２の部材２０２とを張り合わせて静置して乾燥させることによりセンサデバイス１００を組み立てる。
また、接着剤を塗布せずに第１の部材２０１と第２の部材２０２とを張り合わせた後、市販の溶着機を用いて第１の部材２０１と第２の部材２０２との接合部分を熱または超音波によって溶着させてもよい。以上のようにして図６および７に示すセンサデバイス１００を得ることができる。
試料液の試薬層への供給をより一層円滑にするために、レシチンあるいはTriton X-100をトルエンあるいはその他の有機溶媒に溶解した溶液を、基体１０１の内壁面（すなわち試料液保持部１０２の壁面）のいずれかの部分（特に好ましくは、試料供給口１０３付近から、試薬保持部１１０までの部分）に塗布し、乾燥させることで親水層を形成してもよい。このようにすることにより、試薬層に供給される試料液量を一定とすることができ、より精度の高い定量が可能となる。
本実施の形態のように、試料液を試料液保持部内に吸い上げる場合は、試料液保持部表面を、レシチンなどを用いて親水処理したセンサを用いる方が、処理しないセンサを用いるよりも測定結果の再現性、正確性に優れる。特に、発泡剤により発生した泡が試料液保持部表面に残留するのを抑制でき、試料液外へと発生気体を除外できるため、より均一かつ十分に試薬を溶解する効果を得ることができる。
また、試料液保持部における測定部分、例えば電気化学測定における電極部、あるいは光測定における光入出射部などを親水処理すると、発泡剤により発生した泡が測定部分に残留するのを抑制でき、より正確かつ再現性の高い測定を実施することができる。
なお、親水処理に用いる化合物はレシチンやTriton X-100に限定されず、界面を親水的にする効果を有するものであればよい。
以上においては、本発明の実施の形態の一例について説明したが、センサデバイス１００の形状は、本発明の構成要件を満たし、かつ本発明の効果を得られるものであれば、上記実施の形態において述べたものに限定されない。
ここで、図９は上記実施の形態のセンサデバイスの変形例を示す斜視図であり、図１０は図９におけるＢ−Ｂ部分の断面図である。それぞれ図６および７と同様の構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。
図９に示すように、本変形例のセンサデバイス１００は、内部に試料液保持部１０２として機能する空間を有する有底中空直方体形状を有する基体１０１を備え、基体１０１の１つの面１０４に試料供給口１０３が設けられている。そして、面１０７の内壁面には、試薬保持部１１０が設けられている。
なお、上記実施の形態では、光学測定のための試薬を含む水溶液を塗布、乾燥することにより試薬保持部１１０を形成すると説明したが、これに代えて、ガラス繊維や濾紙等からなる多孔性の担体に試薬の溶液を含浸させた後、乾燥または凍結乾燥させることにより試薬を担持させ、さらに発泡剤をその上に分散させ、上記担体を試料液保持部の内壁面に貼付することによって試薬保持部を形成してもよい。
また、本実施の形態のセンサデバイスは、前記試料供給口から前記試料液保持部内に試料を吸引するための吸引口１０６を備えている。本発明のセンサデバイスおよび測定装置を用いて各種測定を行う際に、測定装置のセンサデバイス取付け部にセンサデバイスの吸引口が接続されるようにセンサデバイスを取付けた状態で、測定装置の吸引部を用いて、センサデバイスの吸引口を通してセンサデバイスの試料液保持部内の空気を吸引することにより、試料液保持部内に試料供給口から容易に試料を供給することができる。
吸引部は、手動によるものであっても自動によるものであってもよく、例えば、従来のシリンジ、ディスペンサー等と同様のピストン機構が挙げられる。
これらのピストン機構においてピストンを作動させる方法は、手動であっても、自動であってもよいが、自動化することが、作業者の負担を軽減することができるので好ましい。自動化する方法としては、ピストンをモーターで作動させる方法がある。モーターとしては、ステップモーター、直流モーター等がある。
ステップモーターは入力された１パルス信号あたりに特定の回転角を回転するモーターであり、パルス数で回転角度を決定できるため、位置決めのためのエンコーダーを必要としない。即ち、入力パルス数により、ピストンの動作距離を制御することができる。
モーターの回転運動は、歯車機構と雄ネジおよび雌ネジを組み合わせた直進機構等とを用いて直進運動へ変換することにより、ピストンを作動させる。
直流モーターの場合も回転運動を直進運動へ変換する方法は同様であるが、直流モーターの場合は、ピストンの動作距離を制御するために、モーターの回転位置を検出するエンコーダーが必要となる。また、リニア型のステップモーターもあり、このタイプのモーターは、モーター内に雄ネジと雌ネジを組み合わせた直進機構が組み入れられており、入力パルス数に依存して、棒状の可動部が直進運動するように構成されている。このため、この棒に直接ピストンを連結すればよく、構成が簡単となる。
さらに、本発明の実施の形態としてさらなる変形例を図１１および１２を用いて以下に説明する。図１１および１２は、それぞれ本発明のセンサデバイスの変形例の分解斜視図である。第１の部材２０１の内表面には、一対の導電部分１１１、１１２が配置されている。図１１に示す変形例においては、導電部分１１１、１１２は、主として中空四角柱部分１０１ａの面１０４の内壁面に設けられ、中空四角錐部分１０１ｂの先端の試料供給口１０３付近まで延びている。また、図１２に示す変形例においては、第１の部材２０１の面１０４に試料供給口１０３が設けられている。
これら導電部分１１１、１１２は、導電部分１１１、１１２と同様の形状の開口部を有するアクリル樹脂製のマスクを第１の部材２０１の内表面上に配置し、当該マスクを介して金をスパッタまたは蒸着した後、マスクを除去することにより形成することができる。スパッタに代えて、蒸着でも同様の手順で形成することができる。
導電部分１１１、１１２それぞれの寸法は特に制限されないが、例えば、幅２ｍｍ程度、長さ８０ｍｍ程度、厚み５μｍ程度であればよい。
導電部分１１１、１１２における試料液と接する部分の面積を、試料液保持部に供給される試料液の量に依存せず一定にするため、導電部分１１１、１１２の一部が露出し、残りの部分が覆われるように、導電部分１１１、１１２上に絶縁性の樹脂からなるフィルムを貼付することが好ましい。例えば、図１１において、導電部分１１１、１１２における試料供給口１０３に近い側の先端から１０ｍｍ程度が露出するようにフィルムを設ける。
また、上記実施の形態において、スパッタや蒸着により導電部分１１１、１１２を形成する方法を説明したが、これに代えて、第１の部材２０１の内表面に金属のリボンを貼付する方法や、金属やカーボンを含むインクを第１の部材２０１の内表面に印刷する方法などを用いることができる。
なお、以上の導電部分の形成の際には、各導電部分と測定装置との電気的接続を達成するためのリードや端子部分を同時に作製してもよい。
また、本実施の形態における導電部分１１１、１１２の表面には、酵素であるグルコースオキシダーゼおよび電子伝達体であるフェリシアン化物イオン（カリウム塩）を、上記の方法を用いて担持してもよい。電子伝達体には、フェリシアン化カリウム、ｐ−ベンゾキノン、フェナジンメトサルフェート、メチレンブルー、フェロセン誘導体、Ｒｕ及びＯｓ錯体等が用いられる。また、酸素を電子伝達体とした場合にも応答電流が得られる。また、これらを単独で用いても、二種以上を混合して用いてもよい。
なお、上記実施の形態では、発泡剤に炭酸水素ナトリウムを用いる例を示したが、炭酸ナトリウムを用いてもよい。また、上記実施の形態では、有機酸にコハク酸を用いる例を示したが、マレイン酸、無水マレイン酸、フタル酸、無水フタル酸、無水コハク酸、クエン酸、フマル酸、酒石酸を用いてもよい。
また、試料液として、血液、血漿、血清、間質液、尿、唾液などの生物由来の液体を用いてもよい。
本発明に係るセンサデバイスは、試料液、特に血液、尿等の生体試料中の測定対象物を定量するためのセンサデバイスとして有用である。
本発明の実施の形態１に係るセンサデバイスの分解斜視図である。 本発明の実施の形態２に係るセンサデバイスの分解斜視図である。 本発明の実施の形態４に係るセンサデバイスの分解斜視図である。 本発明の実施の形態５に係るセンサデバイスの分解斜視図である。 本発明の実施の形態６に係るセンサデバイスの斜視図である。 本発明の実施の形態７に係るセンサデバイスの斜視図である。 図６におけるＡ−Ａ線部分の断面図である。 図６に示す本発明の実施の形態７に係るセンサデバイスの分解斜視図である。 本発明の実施の形態７に係るセンサデバイスの変形例を示す斜視図である。 図９におけるＢ−Ｂ線部分の断面図である。 本発明の実施の形態７に係るセンサデバイスの他の変形例の分解斜視図である。 本発明の実施の形態７に係るセンサデバイスのさらに他の変形例の分解斜視図である。

Claims (8)

  1. 測定対象物を含む試料液を保持する試料液保持部を有する保持部材を具備し、
    前記保持部材が、前記試料液中の測定対象物と反応または相互作用する試薬および前記試料液と接触することにより発泡する発泡剤を、前記試料液保持部に導入される試料液と接触する位置に保持しているセンサデバイス。
  2. 前記発泡剤が二酸化炭素を発生して発泡する請求項１記載のセンサデバイス。
  3. 前記発泡剤が少なくとも炭酸水素塩または炭酸塩を含む請求項１または２記載のセンサデバイス。
  4. 前記保持部材がさらに有機酸を前記位置に保持している請求項１〜３のいずれかに記載のセンサデバイス。
  5. 前記有機酸がマレイン酸、無水マレイン酸、コハク酸、無水コハク酸、フタル酸、無水フタル酸、クエン酸、フマル酸および酒石酸からなる群より選択される少なくとも一種である請求項４記載のセンサデバイス。
  6. 前記試料液が生体由来の液体である請求項１記載のセンサデバイス。
  7. 前記試薬が酵素または抗体である請求項１記載のセンサデバイス。
  8. 前記試料液保持部の内面の少なくとも一部が親水性を有する、請求項１記載のセンサデバイス。
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