JPWO2014064978A1 - Biosensor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
導入口に正面から接触させた液体試料を確実にキャビティに供給することができるバイオセンサを提供する。切欠108は導入口104aに連なって該導入口104aよりも狭幅に形成されているので、導入口104aに連なる切欠108が形成されていても該導入口104aにより外部と連通されるキャビティ104は管状に維持されており、導入口104aおよび切欠108からキャビティ104内に浸入した液体試料は、カバー層に設けられた親水化剤によりキャビティ104内への浸入が促進されつつ毛細管現象により空気穴に向かって吸引される。したがって、導入口104aに正面から接触させた液体試料を確実にキャビティ104に供給することができる。Provided is a biosensor capable of reliably supplying a liquid sample brought into contact with an introduction port from the front into a cavity. Since the notch 108 is connected to the introduction port 104a and is narrower than the introduction port 104a, the cavity 104 communicated with the outside by the introduction port 104a is formed even if the notch 108 connected to the introduction port 104a is formed. The liquid sample that has been maintained in a tubular shape and has entered the cavity 104 from the inlet 104a and the notch 108 is promoted to enter the cavity 104 by the hydrophilizing agent provided in the cover layer, and becomes a hole due to capillary action. It is sucked toward. Therefore, the liquid sample brought into contact with the introduction port 104a from the front can be reliably supplied to the cavity 104.
Description
本発明は、スリットが形成されたスペーサを介して第1および第2の基板が貼り合わされることによりスリットの内側面と第1および第2の基板のスリット側の主面とにより形成されたキャビティに毛細管現象によって液体試料が導入されるバイオセンサおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a cavity formed by an inner surface of a slit and a main surface on the slit side of the first and second substrates by bonding the first and second substrates through a spacer formed with a slit. The present invention relates to a biosensor in which a liquid sample is introduced by capillary action and a manufacturing method thereof.
図14の従来のバイオセンサの一例に示すように、作用極501および対極502と検知電極503とを含む電極系と、測定対象物質と特異的に反応する酵素を含む反応層504とを有するバイオセンサ500を用いて、液体試料に含まれる測定対象物質と反応層504とが反応することで生成される還元物質を作用極501と対極502との間に電圧を印加して酸化することにより得られる酸化電流を計測することで測定対象物質の定量を行う物質の測定方法が知られている(例えば特許文献1参照)。
As shown in an example of the conventional biosensor of FIG. 14, a bio having an electrode system including a working electrode 501, a
図14に示すバイオセンサ500は、例えば、液体試料に含まれるグルコースを定量するためのセンサであって、ポリエチレンテレフタレートやポリイミドなどの絶縁性基板に電極が設けられて形成された電極層505と、カバー層507と、電極層505とカバー層507とに挟まれて配置されるスペーサ層506とが積層されて形成される。また、スペーサ層506には、液体試料が供給されるキャビティ508を形成するためのスリット506aが設けられており、電極層505にスペーサ層506を介してカバー層507が積層されて接着されることで、スペーサ層506のスリット506aの内側面と、電極層505およびカバー層507のスリット506a側の主面とにより液体試料が供給されるキャビティ508が形成される。そして、電極層505の先端部分の端縁によりスリット506aに形成される液体試料の導入口509からキャビティ508に毛細管現象により液体試料が供給される。また、カバー層507には、毛細管現象による液体試料のキャビティ508への供給が円滑に行われるために、キャビティ508の終端部と連通する空気穴507aが形成されている。
A
また、電極層505には、作用極501および対極502と検知用電極503とが設けられ、これらの電極501〜503にそれぞれ電気接続される電極パターンが設けられることにより電極層505に電極系が形成されている。また、作用極501および対極502上には反応層504が設けられており、作用極501および対極502と検知用電極503とは、それぞれバイオセンサ500に形成されたキャビティ508に露出するように電極層505に設けられている。
The
したがって、液体試料が導入口509からキャビティ508に供給されると、キャビティ508に露出する各電極501〜503と反応層504とが液体試料に接触すると共に、反応層504が液体試料に溶解する。また、検知用電極503に液体試料が接触することにより、キャビティ508に液体試料が供給されたことが検知される。
Therefore, when the liquid sample is supplied from the
また、作用極501および対極502上に設けられた反応層504には、例えば、液体試料に含まれるグルコースに特異的に反応するグルコースオキシダーゼと、メディエータ(電子受容体)としてのフェリシアン化カリウムとが含まれている。そして、フェリシアン化カリウムが液体試料に溶解することによるフェリシアン化イオンは、グルコースオキシダーゼと反応してグルコースがグルコノラクトンに酸化される際に放出される電子により還元体であるフェロシアン化イオンに還元される。したがって、バイオセンサ500に形成されたキャビティ508にグルコースを含む液体試料が導入口509から供給されると、フェリシアン化イオンはグルコースが酸化されることにより放出される電子により還元されるため、液体試料に含まれて酵素反応により酸化されるグルコースの濃度に応じた量だけフェリシアン化イオンの還元体であるフェロシアン化イオンが生成される。
The
このように構成されたバイオセンサ500では、酵素反応の結果生じたメディエータの還元体を作用極501上で酸化することにより得られる酸化電流が液体試料中のグルコース濃度に依存した大きさとなるため、この酸化電流を計測することにより液体試料に含まれるグルコースの定量を行うことができる。
In the
また、図14のバイオセンサ500では、キャビティ508に導入口509から液体試料が導入され易くするために、キャビティ508を形成する電極層505とカバー層507とが、キャビティ508に液体試料が供給される導入口509の近傍において、その平面視で見た端部が互いに異なる位置に配置されるようにずらして貼り合わされている。すなわち、電極層505とカバー層507とは、キャビティ508の導入口509近くの先端部分の形状は同一であるが、カバー層507およびスペーサ層506が、導入口509から先端方向に突出するように、電極層505に対して導入口509の方向にずらして配置されている。
In addition, in the
上記した従来のバイオセンサ500では、カバー層507およびスペーサ層506とが、電極層505に対して導入口509の方向に突出して配置されている。そのため、液体試料をキャビティ508に供給する際に、図14の紙面に向かってやや左斜め下方向から液体試料を導入口509に接触させる必要がある。したがって、液体試料を導入口509に正面から接触させても、液体試料を確実にキャビティ508に供給することができる技術が要望されている。
In the
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、導入口に正面から接触させた液体試料を確実にキャビティに供給することができるバイオセンサおよびこのバイオセンサの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a biosensor capable of reliably supplying a liquid sample brought into contact with the inlet from the front to the cavity and a method for manufacturing the biosensor. And
上記した目的を達成するために、本発明のバイオセンサは、第1の基板と、スリットが形成されて前記第1の基板に積層されるスペーサと、前記スペーサに積層される第2の基板と、前記スリットの内側面と、前記第1および第2の基板の前記スリット側の主面とにより形成されて液体試料が供給されるキャビティと、前記キャビティと外部とを連通して前記スリットに形成された前記液体試料の導入口と、前記第1および第2の基板のいずれか一方に前記キャビティに連通して形成された空気穴とを備えたバイオセンサにおいて、前記第1および第2の基板、前記スペーサは、それぞれの前記導入口側の端面を揃えて配置され、前記第1および第2の基板の一方に前記導入口に連なって前記導入口より狭幅に形成された切欠を備え、前記第1および第2の基板の他方の前記キャビティを形成する主面に親水化剤が設けられていることを特徴としている。 In order to achieve the above-described object, a biosensor of the present invention includes a first substrate, a spacer formed with a slit and stacked on the first substrate, and a second substrate stacked on the spacer. A cavity formed by an inner surface of the slit and a main surface on the slit side of the first and second substrates and supplied with a liquid sample; and formed in the slit by communicating the cavity and the outside. In the biosensor comprising the liquid sample inlet and the air hole formed in one of the first and second substrates so as to communicate with the cavity, the first and second substrates The spacers are arranged with the end surfaces on the introduction port sides aligned, and each of the first and second substrates has a notch formed narrower than the introduction port, connected to the introduction port, Said Hydrophilizing agent is characterized by being provided and on the other of said major surface forming a cavity of the second substrate.
このように構成された発明では、第1および第2の基板、スペーサは、それぞれの導入口側の端面を揃えて配置されるが、第1および第2の基板の一方に導入口に連なって該導入口より狭幅に形成された切欠を備え、第1および第2の基板の他方のキャビティを形成する主面に親水化剤が設けられている。したがって、液体試料を導入口に正面から接触させた場合に、導入口およびこれに連なって形成された切欠から液体試料がキャビティ内に浸入するが、切欠に対向する基板の主面に親水化剤が設けられているため、導入口からキャビティ内への液体試料の浸入が促進される。 In the invention configured as described above, the first and second substrates and the spacers are arranged with their end faces on the inlet side aligned, but one of the first and second substrates is connected to the inlet. A notch formed narrower than the introduction port is provided, and a hydrophilizing agent is provided on the main surface forming the other cavity of the first and second substrates. Therefore, when the liquid sample is brought into contact with the introduction port from the front, the liquid sample enters the cavity from the introduction port and the notch formed continuously therewith, but the hydrophilizing agent is formed on the main surface of the substrate facing the notch. Therefore, the penetration of the liquid sample from the introduction port into the cavity is promoted.
また、第1および第2の基板の一方に導入口に連なる切欠が形成されているが、当該切欠は導入口より狭幅に形成されているため、導入口から見た切欠の側方は、切欠が形成された基板の当該切欠の側方であって導入口に連なる部分の主面と、該主面に対向する他の基板の主面とに挟まれて管状に維持されている。したがって、導入口および切欠からキャビティ内に浸入した液体試料は、親水化剤によりキャビティ内への浸入が促進されると共に、切欠側方の管状の部分を伝って毛細管現象によりキャビティ内に供給される。 In addition, a cutout connected to the introduction port is formed on one of the first and second substrates, but since the cutout is formed narrower than the introduction port, the side of the cutout viewed from the introduction port is The substrate is maintained in a tubular shape by being sandwiched between the main surface of the portion of the substrate on which the notch is formed, the side of the notch and continuing to the introduction port, and the main surface of the other substrate facing the main surface. Therefore, the liquid sample that has entered the cavity from the inlet and the notch is promoted to enter the cavity by the hydrophilizing agent, and is supplied into the cavity by capillary action through the tubular portion on the side of the notch. .
すなわち、切欠は導入口に連なって該導入口よりも狭幅に形成されているので、導入口に連なる切欠が形成されていても該導入口により外部と連通されるキャビティは管状に維持されており、導入口および切欠からキャビティ内に浸入した液体試料は、親水化剤によりキャビティ内への浸入が促進されつつ毛細管現象により空気穴に向かって吸引される。したがって、導入口に正面から接触させた液体試料を確実にキャビティに供給することができる。 That is, since the notch is formed to be narrower than the introduction port so as to be continuous with the introduction port, the cavity communicated with the outside by the introduction port is maintained in a tubular shape even if the notch continuing to the introduction port is formed. The liquid sample that has entered the cavity from the inlet and the cutout is sucked toward the air hole by capillary action while being promoted to enter the cavity by the hydrophilizing agent. Therefore, the liquid sample brought into contact with the introduction port from the front can be reliably supplied to the cavity.
また、前記第1の基板に前記切欠が形成され、前記第2の基板に前記空気穴が形成されると共に、前記第2の基板の前記キャビティを形成する主面に前記親水化剤が設けられ、前記第1の基板の前記スリット側の主面に作用極および対極を含む電極系が設けられて形成された電極層と、前記スリットが前記作用極および前記対極の一端側に配置されるように前記スペーサが前記第1の基板に積層されて形成されたスペーサ層と、前記空気穴が前記キャビティの前記導入口と反対側の端部に配置されるように前記第2の基板が前記スペーサに積層されて形成されたカバー層と、前記キャビティに露出する前記作用極および前記対極の一端側に設けられた反応層とをさらに備えるとよい。 The notch is formed in the first substrate, the air holes are formed in the second substrate, and the hydrophilizing agent is provided on a main surface forming the cavity of the second substrate. An electrode layer formed by providing an electrode system including a working electrode and a counter electrode on a main surface of the first substrate on the slit side, and the slit is disposed on one end side of the working electrode and the counter electrode. The spacer is formed by laminating the spacer on the first substrate, and the second substrate is disposed on the end of the cavity opposite to the introduction port. It is preferable to further include a cover layer formed by laminating and a reaction layer provided on one end side of the working electrode and the counter electrode exposed to the cavity.
このように構成することにより、反応層に含まれる特定の測定対象物質と特異的に反応する酵素が、キャビティに供給された液体試料に含まれる当該測定対象物質と反応することで還元物質が生成される。したがって、生成された還元物質が作用極と対極との間に電圧が印加されて酸化されることによって得られる酸化電流が計測されることにより、測定対象物質の定量を行うことができる実用的な構成のバイオセンサを提供することができる。 With this configuration, a reducing substance is generated by an enzyme that specifically reacts with a specific measurement target substance contained in the reaction layer reacts with the measurement target substance contained in the liquid sample supplied to the cavity. Is done. Therefore, by measuring the oxidation current obtained when the generated reducing substance is oxidized by applying a voltage between the working electrode and the counter electrode, the substance to be measured can be quantified. A biosensor having a configuration can be provided.
また、前記切欠が前記導入口の幅方向における中央位置に形成されているとよい。 Moreover, it is good for the said notch to be formed in the center position in the width direction of the said inlet.
このように構成すると、導入口および切欠から導入された液体試料が切欠の両側を伝ってキャビティ内に浸入することができるので、液体試料を効率よくキャビティに供給することができる。 If comprised in this way, since the liquid sample introduced from the inlet and the notch can penetrate | invade in a cavity along the both sides of a notch, a liquid sample can be efficiently supplied to a cavity.
また、本発明のバイオセンサの製造方法は、第1の基板と、スリットが形成されて前記第1の基板に積層されるスペーサと、前記スペーサに積層される第2の基板と、前記スリットの内側面と、前記第1および第2の基板の前記スリット側の主面とにより形成されて液体試料が供給されるキャビティと、前記キャビティと外部とを連通して前記スリットに形成された前記液体試料の導入口と、前記第2の基板に前記キャビティに連通して形成された空気穴とを備えたバイオセンサの製造方法において、透孔が設けられた前記第1の基板を準備する準備工程と、前記透孔よりも幅広の前記スリットが形成された前記スペーサを、前記透孔が平面視で前記スリットの内側に配置されるように前記第1の基板に積層する第1の積層工程と、前記キャビティを形成する主面に親水化剤が設けられた前記第2の基板を、前記スリットの内側であって前記透孔とは異なる位置に前記空気穴が配置されるように前記スペーサに積層する第2の積層工程と、前記第1および第2の基板、前記スペーサの積層体を予め設定された切断ラインに沿って切断することにより所定形状に切り出す切出工程とを備え、前記切断ラインは、前記透孔および前記スリットを通る位置に設定され、切断後の前記スリットの端縁に前記導入口が形成され、切断後の前記透孔により前記導入口に連なって前記導入口よりも狭幅の切欠が形成されることを特徴としている。 Further, the biosensor manufacturing method of the present invention includes a first substrate, a spacer in which a slit is formed and stacked on the first substrate, a second substrate stacked on the spacer, and the slit. The cavity formed by the inner surface and the slit-side main surface of the first and second substrates and supplied with the liquid sample, and the liquid formed in the slit by communicating the cavity and the outside In a biosensor manufacturing method including a sample introduction port and an air hole formed in the second substrate so as to communicate with the cavity, a preparation step of preparing the first substrate provided with a through hole And a first laminating step of laminating the spacer formed with the slit wider than the through-hole on the first substrate so that the through-hole is disposed inside the slit in a plan view; , The second substrate having a hydrophilizing agent provided on the main surface forming a tee is laminated on the spacer so that the air hole is disposed at a position inside the slit and different from the through hole. A second laminating step; and a cutting step of cutting the laminated body of the first and second substrates and the spacer along a preset cutting line into a predetermined shape. The introduction port is set at a position passing through the through hole and the slit, and is formed at an end edge of the slit after cutting, and is narrower than the introduction port by being connected to the introduction port by the through hole after cutting. It is characterized in that a notch is formed.
このように構成された発明では、透孔が設けられた第1の基板が準備され、透孔よりも幅広のスリットが形成されたスペーサが、透孔が平面視でスリットの内側に配置されるように第1の基板に積層されて、キャビティを形成する主面に親水化剤が設けられた第2の基板が、スリットの内側であって透孔とは異なる位置に空気穴が配置されるようにスペーサに積層される。そして、第1および第2の基板、スペーサの積層体が、透孔およびスリットを通る位置に予め設定された切断ラインに沿って切断されることによって所定形状に切り出されることにより、切断後のスリットの端縁に導入口が形成され、切断後の透孔により導入口に連なって該導入口よりも狭幅の切欠が形成される。したがって、例えば、それぞれ集合体基板状態の第1および第2の基板、スペーサの積層体を一括して切断することにより、導入口に連なって該導入口よりも狭幅に形成された切欠を備える複数のバイオセンサを、一括して効率よく製造することができるので生産性が高く、バイオセンサの製造コストの低減を図ることができる。 In the invention configured as described above, a first substrate provided with a through hole is prepared, and a spacer in which a slit wider than the through hole is formed is arranged inside the slit in a plan view. As described above, the second substrate, which is laminated on the first substrate and provided with the hydrophilizing agent on the main surface forming the cavity, has an air hole at a position different from the through hole inside the slit. Is laminated on the spacer. Then, the laminate of the first and second substrates and the spacer is cut into a predetermined shape by cutting along a preset cutting line at a position passing through the through hole and the slit, so that the slit after cutting. An introduction port is formed at the end edge of the slab, and a cutout having a width narrower than that of the introduction port is formed by the through hole after cutting. Therefore, for example, the first and second substrates in the aggregate substrate state and the laminated body of the spacers are cut together to provide a notch formed narrower than the introduction port. Since a plurality of biosensors can be efficiently manufactured collectively, the productivity is high and the manufacturing cost of the biosensor can be reduced.
本発明によれば、キャビティと外部とを連通する導入口に連なって該導入口よりも狭幅に切欠が形成されているので、導入口に連なる切欠が形成されていても該導入口により外部と連通されるキャビティは管状に維持されており、導入口および切欠からキャビティ内に浸入した液体試料は、親水化剤によりキャビティ内への浸入が促進されつつ毛細管現象により空気穴に向かって吸引される。したがって、導入口に正面から接触させた液体試料を確実にキャビティに供給することができる。 According to the present invention, the notch is formed so as to be narrower than the introduction port connected to the introduction port that communicates the cavity and the outside. Therefore, even if the notch that is connected to the introduction port is formed, The cavity that communicates with the liquid is maintained in a tubular shape, and the liquid sample that has entered the cavity from the inlet and the notch is sucked toward the air hole by capillary action while being promoted to enter the cavity by the hydrophilizing agent. The Therefore, the liquid sample brought into contact with the introduction port from the front can be reliably supplied to the cavity.
本発明の一実施形態にかかるバイオセンサの構成およびその製法について、図1〜図13を参照して説明する。 A configuration of a biosensor according to an embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof will be described with reference to FIGS.
図1〜図11はそれぞれ本発明の一実施形態にかかるバイオセンサの製造方法を示す図であって、図1は絶縁性基板の平面図、図2は絶縁性基板の一方の主面の全面に渡って導電層が設けられた状態を示す平面図、図3は絶縁性基板の所定位置に透孔が透設された状態を示す平面図、図4は導電層に切込が形成された状態を示す平面図、図5は図4の要部拡大図、図6は電極層にスペーサ層が積層された状態を示す平面図、図6は図5の要部拡大図、図8はキャビティに反応層が設けられた状態を示す平面図、図9は図8の要部拡大図、図10は絶縁性基板の積層体が複数のバイオセンサの集合体に打ち抜かれた状態を示す平面図、図11はバイオセンサの平面図である。図12および図13はキャビティへの液体試料の供給方法を説明するための図であって、図12はキャビティ内に液体試料が供給される前の状態を示す図、図13はキャビティ内に液体試料が供給された状態を示す図である。 1 to 11 are diagrams showing a method of manufacturing a biosensor according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1 is a plan view of an insulating substrate, and FIG. 2 is an entire surface of one main surface of the insulating substrate. 3 is a plan view showing a state in which a conductive layer is provided, FIG. 3 is a plan view showing a state in which a through hole is provided at a predetermined position of the insulating substrate, and FIG. 4 is a view in which a cut is formed in the conductive layer. FIG. 5 is a plan view showing a state in which a spacer layer is stacked on the electrode layer, FIG. 6 is a plan view showing the main part of FIG. 5, and FIG. FIG. 9 is an enlarged view of a main part of FIG. 8, and FIG. 10 is a plan view showing a state in which a laminated body of insulating substrates is punched into an assembly of a plurality of biosensors. FIG. 11 is a plan view of the biosensor. 12 and 13 are diagrams for explaining a method of supplying a liquid sample to the cavity. FIG. 12 shows a state before the liquid sample is supplied into the cavity, and FIG. 13 shows a liquid in the cavity. It is a figure which shows the state in which the sample was supplied.
なお、図1〜図3、図4、図6、図8中の点線は、バイオセンサ100を個片化する際の切断ラインCLを示す。また、図5、図7、図9は、それぞれ図4、図6、図8中の切断ラインCLに囲まれた領域を示す要部拡大図である。また、図12および図13は、図11のA−A線矢視断面図である。
In addition, the dotted line in FIGS. 1-3, FIG.4, FIG.6, FIG. 8 shows the cutting line CL at the time of dividing the
この発明のバイオセンサ100は、図14を参照して説明した従来のバイオセンサ500と導入口104a付近の構造を除いてほぼ同様の構成を有しており、作用極101および対極102と検知用電極103を含む電極系と、測定対象物質と反応する酵素を含む反応層107とを有し、測定器(図示省略)に装着されて使用されるものである。すなわち、測定器に装着されたバイオセンサ100の先端側に設けられたキャビティ104に導入口104aを介して供給された血液などの液体試料に含まれるグルコースなどの測定対象物質と、バイオセンサ100に設けられた反応層107とが反応することで生成される還元物質を、作用極101と対極102との間に電圧を印加して酸化することにより得られる酸化電流を計測することで、液体試料に含まれる測定対象物質の定量が行われる。
The
すなわち、バイオセンサ100は、図5、図7、図9、図11、図12および図13に示すように、それぞれ、セラミック、ガラス、プラスチック、紙、生分解性材料、ポリエチレンテレフタレートなどの絶縁性材料により形成された、電極層110と、スペーサ層120と、カバー層130とが、液体試料の導入口104aが設けられる先端側の端面が揃った状態で積層されて接着されることにより形成される。電極層110(本発明の「第1の基板」に相当)は、作用極101および対極102並びに検知用電極103を含む電極系がスリット105側の主面に設けられている。カバー層130(本発明の「第2の基板」に相当)は、キャビティ104に連通する空気穴106が形成されキャビティ104を形成する主面に親水化剤が設けられている。スペーサ層120(本発明の「スペーサ」に相当)は、キャビティ104を形成するためのスリット105が形成され、スリット105が作用極101および対極102の一端側に配置されるように電極層110およびカバー層130に挟まれて配置される。
That is, as shown in FIGS. 5, 7, 9, 11, 12, and 13, the
また、キャビティ104は、スリット105の内側面と、電極層110およびカバー層130のスリット105側の主面とにより形成されて液体試料が供給されるものであり、キャビティ104と外部とを連通する液体試料の導入口104aがスリット105に形成されている。また、カバー層130は、空気穴106がキャビティ104の導入口104aとは反対側の端部に配置されるようにスペーサ層120に積層される。そして、電極層110の先端には、導入口104aに連なって導入口104よりも狭幅に形成された切欠108が設けられている。また、切欠108は、導入口104aの幅方向における中央位置に形成されている。また、図9に示すように、作用極101および対極102の一端側には、液体試料に含まれるグルコースなどの測定対象物質と反応する酵素を含む反応層107が設けられている。そして、後端側から測定器2の所定の挿入口に挿入されて装着されることで、バイオセンサ100は図示省略された測定器に装着される。
The
この実施形態では、電極層110は、次のようにして用意される。
In this embodiment, the
すなわち、最初に、図1および図2に示すように、ポリエチレンテレフタレートなどの絶縁性材料から成る絶縁性基板111の一方の主面に、スクリーン印刷やスパッタリング蒸着法により、白金、金、パラジウムなどの貴金属やカーボン、銅、アルミニウム、チタン、ITO、ZnOなどの導電性物質から成る導電層112が形成される。次に、図3に示すように、絶縁性基板111のバイオセンサ100の導入口104aに相当する位置の切断ラインCL上に透孔109が透設される(準備工程)。なお、絶縁性基板111に透孔109が透設された後に、導電層112が形成されるようにしてもよい。
That is, first, as shown in FIGS. 1 and 2, platinum, gold, palladium, or the like is formed on one main surface of an insulating substrate 111 made of an insulating material such as polyethylene terephthalate by screen printing or sputtering deposition. A
続いて、図4および図5に示すように、導電層112に、レーザ加工やフォトリソグラフィによるパターン形成が施されて切込113が形成されることにより、作用極101および対極102並びに検知用電極103を含む電極系が形成される。また、図6〜図9に示すように、作用極101および対極102並びに検知用電極103は、それぞれの一端側が、キャビティ104に露出するように配置される。また、作用極101および対極102並びに検知用電極103のそれぞれの他端側は、導入口104aと反対側の電極層110の端縁であって、スペーサ層120が積層されない電極層110の端縁まで延伸されて形成される。
Subsequently, as shown in FIGS. 4 and 5, the
なお、図1〜図4に示すように、絶縁性基板111、その一方の主面に、複数のバイオセンサ100を構成する複数の電極系が形成されることにより集合体基板状態に構成されている。そして、後述するように、絶縁性基板111(電極層120)にスペーサ層120およびカバー層130が積層された後に切断ラインCLで切断されて所定形状に切り出されることにより、個々のバイオセンサ110に個片化される。
As shown in FIGS. 1 to 4, the insulating substrate 111 is formed into an aggregate substrate state by forming a plurality of electrode systems constituting the plurality of
次に、上記したようにして用意された電極層110にスペーサ層120が積層される(第1の積層工程)。スペーサ層120は、図6および図7に示すように、ポリエチレンテレフタレートなどの絶縁性材料から成る絶縁性基板121により形成され、絶縁性基板121には、キャビティ104を形成するためのスリット105が透孔109よりも幅広に形成されている。また、絶縁性基板121には、バイオセンサ100に個片化されたときに該バイオセンサ100の後端部分、すなわち、測定器に挿入される作用極101および対極102並びに検知用電極103のそれぞれの他端側に相当する位置がくり貫かれている。そして、スリット105が作用極101および対極102並びに検知用電極103の一端側に配置されると共に、透孔109が平面視でスリット105の内側に配置されて、絶縁性基板121(スペーサ層120)が絶縁性基板111(電極層110)の一方の主面を部分的に被覆して積層されることにより、電極層110およびスリット105により液体試料が供給されるキャビティ104が形成される。
Next, the
続いて、電極層110にスペーサ層120が積層されて形成されるキャビティ104部分がプラズマにより洗浄処理された後に、該キャビティ104に反応層107が形成される。なお、プラズマ洗浄工程において使用されるプラズマは、酸素プラズマ、窒素プラズマ、アルゴンプラズマなど、プラズマによる金属活性化処理において使用される種々のプラズマを使用することができ、減圧プラズマであっても大気圧プラズマであってもよい。
Subsequently, after the
図8および図9に示すように、反応層107は、カバー層130がスペーサ層120に積層される前に、キャビティ104に露出する作用極101および対極102並びに検知用電極103の一端側に、カルボキシメチルセルロースやゼラチンなどの増粘剤、酵素、メディエータ、アミノ酸や有機酸などの添加物を含有する試薬を滴下することにより形成される。また、キャビティ104への血液などの液体試料の供給を円滑にするために、界面活性剤やリン脂質などの親水化剤がキャビティ104の内壁に塗布される。
As shown in FIGS. 8 and 9, the
酵素としては、グルコースオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ、ザルコシンオキシダーゼ、フルクトシルアミンオキシダーゼ、ピルビン酸オキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、ヒドロキシ酪酸デヒドロゲナーゼ、コレステロールエステラーゼ、クレアチニナーゼ、クレアチナーゼ、DNAポリメラーゼなどを用いることができ、これらの酵素を検出したい測定対象物質に応じて選択することで種々のセンサを形成することができる。 Enzymes include glucose oxidase, lactate oxidase, cholesterol oxidase, alcohol oxidase, sarcosine oxidase, fructosylamine oxidase, pyruvate oxidase, glucose dehydrogenase, lactate dehydrogenase, alcohol dehydrogenase, hydroxybutyrate dehydrogenase, cholesterol esterase, creatininase, creatinase DNA polymerase or the like can be used, and various sensors can be formed by selecting these enzymes according to the substance to be measured.
例えば、グルコースオキシダーゼまたはグルコースデヒドロゲナーゼを用いれば液体試料中のグルコースを検出するグルコースセンサを形成でき、アルコールオキシダーゼまたはアルコールデヒドロゲナーゼを用いれば液体試料中のエタノールを検出するアルコールセンサを形成でき、乳酸オキシダーゼを用いれば液体試料中の乳酸を検出する乳酸センサを形成でき、コレステロールエステラーゼとコレステロールオキシダーゼとの混合物を用いれば総コレステロールセンサを形成できる。 For example, glucose oxidase or glucose dehydrogenase can be used to form a glucose sensor that detects glucose in a liquid sample, and alcohol oxidase or alcohol dehydrogenase can be used to form an alcohol sensor that detects ethanol in a liquid sample. For example, a lactic acid sensor for detecting lactic acid in a liquid sample can be formed, and a total cholesterol sensor can be formed by using a mixture of cholesterol esterase and cholesterol oxidase.
メディエータとしては、フェリシアン化カリウム、フェロセン、フェロセン誘導体、ベンゾキノン、キノン誘導体、オスミウム錯体、ルテニウム錯体などを用いることができる。 As the mediator, potassium ferricyanide, ferrocene, ferrocene derivatives, benzoquinone, quinone derivatives, osmium complexes, ruthenium complexes, and the like can be used.
増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、ポリエチレンイミン DEAEセルロース ジメチルアミノエチルデキストラン カラギーナン アルギン酸ナトリウム デキストランなどを用いることができる。親水化剤としては、TritonX100(シグマアルドリッチ社製)、Tween20(東京化成工業社製)、ビス(2−エチルヘキシル)スルホコハク酸ナトリウムなどの界面活性剤、レシチンなどのリン脂質を用いることができる。 As the thickener, carboxymethyl cellulose, carboxyethyl cellulose, polyethyleneimine DEAE cellulose dimethylaminoethyl dextran, carrageenan sodium alginate, dextran and the like can be used. As the hydrophilizing agent, a surfactant such as Triton X100 (manufactured by Sigma Aldrich), Tween 20 (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), sodium bis (2-ethylhexyl) sulfosuccinate, and a phospholipid such as lecithin can be used.
また、液体試料に含まれるイオン濃度のばらつきを低減するために、リン酸などの緩衝剤を設けてもよい。 Further, a buffer such as phosphoric acid may be provided in order to reduce variation in the concentration of ions contained in the liquid sample.
次に、反応層107がキャビティ104に形成された後に、ポリエチレンテレフタレートなどの絶縁性材料から成る基板により形成されたカバー層130が積層される(第2の積層工程)。図10および図11に示すように、カバー層130には、スペーサ層120に積層されたときにキャビティ104と連通する空気穴106が形成されている。また、カバー層130は、空気穴106が平面視でスペーサ層120のスリット105の内側であって透孔109とは異なる位置に配置されるように、キャビティ104を被覆してスペーサ層120に積層される。また、カバー層130のキャビティ104を形成する主面には、キャビティ104への血液などの液体試料の供給を円滑にするために、界面活性剤やリン脂質などの親水化剤が設けられている。
Next, after the
そして、カバー層130が積層されることにより形成されたバイオセンサ110の集合体(積層体)が、切断ラインCLに沿って切断されることにより所定形状のバイオセンサ100に切り出される(切出工程)。具体的には、図10に示すように、バイオセンサ110の集合体が、切断ラインCLに沿って打ち抜かれることにより、まず、複数のバイオセンサ100が横方向に連結されて成るバイオセンサ100の集合体が形成される。そして、図11に示すように、横方向に連結されて成るバイオセンサ100の集合体が、切断ラインCLに沿って切断されてバイオセンサ100に個片化される。そして、スペーサ層120の先端面部分に形成されたスリット105の開口部分により形成された導入口104aが先端に設けられたバイオセンサ100が形成される。
Then, an assembly (laminated body) of
すなわち、切断ラインCLは、透孔109およびスリット105を通る位置に設定され、切断後のスリット105の端縁にキャビティ104を外部と連通する導入口104aが形成され、切断後の透孔109により導入口104aに連なって導入口104aよりも狭幅の切欠108が形成される。
That is, the cutting line CL is set at a position passing through the through
なお、この実施形態では、バイオセンサ100は、血液中のグルコースの定量を行うことを目的に形成されており、測定対象物質としてのグルコースと特異的に反応する酵素としてFAD(フラビンアデニンジヌクレオチド)を補酵素として含むGDH(グルコースデヒドロゲナーゼ)(以下、FAD−GDHと表記する)を含み、測定対象物であるグルコースとFAD−GDHとの反応により生成される電子により還元されて還元物質と成るメディエータとしてフェリシアン化カリウムを含む反応層107がキャビティ104に露出する作用極101および対極102の一端側に設けられている。
In this embodiment, the
このように構成されたバイオセンサ100では、その先端に形成された導入口104aに血液から成る液体試料を接触させることにより、毛細管現象により液体試料が空気穴106に向かって吸引されてキャビティ104に液体試料が供給される。具体的には、電極層110およびカバー層130と、スペーサ層120とは、それぞれの導入口104a側の端面を揃えて配置される。しかしながら、電極層110に導入口104aに連なって該導入口104aより狭幅に形成された切欠108を備え、カバー層130のキャビティ104を形成する主面に親水化剤が設けられている。したがって、図12に示すように、液体試料を導入口104aに正面から接触させた場合に、同図中に点線で囲まれた領域において、導入口104aおよびこれに連なって形成された切欠108から液体試料がキャビティ104内に浸入する。このとき、切欠108に対向するカバー層130の主面に親水化剤が設けられているため、導入口104aからキャビティ104内への液体試料の浸入が促進される。
In the
また、電極層110に導入口104aに連なる切欠108が形成されているが、当該切欠108は導入口104aより狭幅に形成されているため、導入口104aから見た切欠108の側方は、切欠108が形成された電極層110の当該切欠108の側方であって導入口104aに連なる部分の主面と、該主面に対向するカバー層130の主面とに挟まれて管状に維持されている。したがって、導入口104aおよび切欠108からキャビティ104内に浸入した液体試料は、図13に示すように、カバー層130に設けられた親水化剤によりキャビティ104内への浸入が促進されると共に、切欠108の側方の管状の部分を伝って毛細管現象によりキャビティ104内に供給される。
In addition, a
そして、キャビティ104に供給された液体試料に反応層107が溶解することにより、液体試料中の測定対象物質であるグルコースとFAD−GDHとの酵素反応により電子が放出され、放出された電子によりフェリシアン化イオンが還元されて還元物質であるフェロシアン化イオンが生成される。そして、反応層107が液体試料に溶解することによる酸化還元反応により生成された還元物質を、バイオセンサ100の作用極101と対極102との間に電圧を印加して電気化学的に酸化することにより、作用極101と対極102との間に流れる酸化電流を計測することで液体試料中のグルコースの定量が測定器において行われる。
Then, when the
以上のように、この実施形態によれば、切欠108は導入口104aに連なって該導入口104aよりも狭幅に形成されている。したがって、導入口104aに連なる切欠108が形成されていても該導入口104aにより外部と連通されるキャビティ104は管状に維持されている。そのため、導入口104aおよび切欠108からキャビティ104内に浸入した液体試料は、カバー層130に設けられた親水化剤によりキャビティ104内への浸入が促進されつつ毛細管現象により空気穴106に向かって吸引される。したがって、導入口104aに正面から接触させた液体試料を確実にキャビティ104に供給することができる。
As described above, according to this embodiment, the
また、反応層107に含まれる特定の測定対象物質と特異的に反応する酵素が、キャビティ104に供給された液体試料に含まれる当該測定対象物質と反応することで還元物質が生成される。したがって、生成された還元物質が作用極101と対極102との間に電圧が印加されて酸化されることによって得られる酸化電流が計測されることにより、測定対象物質の定量を行うことができる。
In addition, a reducing substance is generated when an enzyme that specifically reacts with a specific measurement target substance contained in the
また、切欠108が導入口104aの幅方向における中央位置に形成されているので、導入口104aおよび切欠108から導入された液体試料が切欠108の両側を伝ってキャビティ104内に浸入することができる。したがって、液体試料を効率よくキャビティ104に供給することができる。
Further, since the
また、バイオセンサ100は次のようにして製造される。すなわち、透孔109が設けられた電極層110が準備され、透孔109よりも幅広のスリット105が形成されたスペーサ層120が、透孔109が平面視でスリット105の内側に配置されるように電極層110に積層される。また、キャビティ104を形成する主面に親水化剤が設けられたカバー層130が、スリット105の内側であって透孔109とは異なる位置に空気穴106が配置されるようにスペーサに積層される。
The
次に、電極層110およびカバー層130と、スペーサ層120との積層体が、透孔109およびスリット105を通る位置に予め設定された切断ラインCLに沿って切断されることによって所定形状のバイオセンサ100に切り出される。そして、切断後のスリット105の端縁に導入口104aが形成され、切断後の透孔109により導入口104aに連なって該導入口104aよりも狭幅の切欠108が形成される。したがって、例えば、それぞれ集合体基板状態の電極層110およびカバー層130と、スペーサ層120との積層体を一括切断することにより、導入口104aに連なって該導入口104aよりも狭幅に形成された切欠108を備える複数のバイオセンサ100を、一括して効率よく製造することができるので生産性が高く、バイオセンサ100の製造コストの低減を図ることができる。
Next, the laminated body of the
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、上記したもの以外に種々の変更を行なうことが可能であり、例えば、切欠108をカバー層130(第2の基板)に形成すると共に、電極層110(第1の基板)のキャビティ104を形成する主面に親水化剤を設けるようにしてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the
また、上記したバイオセンサ100の反応層107に含まれる酵素およびメディエータの組合せを変更することによりエタノールセンサや乳酸センサなどを形成してもよい。また、反応層107にはメディエータを必ずしも含まなくともよく、この場合、グルコースなどの測定対象物質の酵素反応により生じる過酸化水素や酵素の還元体などの還元物質が酸化されることによる酸化電流を計測すればよい。
Further, an ethanol sensor, a lactic acid sensor, or the like may be formed by changing a combination of an enzyme and a mediator included in the
また、上記した実施形態では、バイオセンサ100は、作用極101および対極102を有する二極電極構造に形成されているが、参照極をさらに設けることによりバイオセンサ100を三極電極構造に形成してもよい。この場合、対極102を接地して電圧出力部により参照極に参照電位を印加した状態で、作用極101に対極102を基準とする所定電位を印加すればよい。
In the above-described embodiment, the
また、上記した実施形態では、対極102と検知用電極103との間に所定電圧を印加することにより、対極102と検知用電極103との間に流れる電流を監視することで、キャビティ104に液体試料が供給されたことを検出するように構成されているが、検知用電極103は必ずしも設けなくてもよい。この場合、作用極101と対極102との間に所定電圧を印加することにより、作用極101と対極102との間に流れる電流を監視することで、キャビティ104に液体試料が供給されたことを検出すればよい。
In the above-described embodiment, by applying a predetermined voltage between the
また、バイオセンサ100を形成する電極層110、スペーサ層120およびカバー層130のうち、少なくともカバー層130は、キャビティ104に液体試料が供給されたことを視認できるように透明な部材で形成するのが望ましい。
Further, at least the
また、バイオセンサ100設けられる電極系等の構成は上記した例に限られるものではなく、測定対象物質に応じて適宜構成を変更すればよい。
Further, the configuration of the electrode system and the like provided in the
本発明は、種々のバイオセンサおよびこのバイオセンサの製造方法に適用することができる。 The present invention can be applied to various biosensors and methods for producing the biosensors.
100 バイオセンサ
101 作用極
102 対極
103 検知用電極
104 キャビティ
104a 導入口
105 スリット
106 空気穴
107 反応層
108 切欠
109 透孔
110 電極層(第1の基板)
120 スペーサ層(スペーサ)
130 カバー層(第2の基板)
CL 切断ラインDESCRIPTION OF
120 Spacer layer (spacer)
130 Cover layer (second substrate)
CL cutting line
Claims (4)
スリットが形成されて前記第1の基板に積層されるスペーサと、
前記スペーサに積層される第2の基板と、
前記スリットの内側面と、前記第1および第2の基板の前記スリット側の主面とにより形成されて液体試料が供給されるキャビティと、
前記キャビティと外部とを連通して前記スリットに形成された前記液体試料の導入口と、
前記第1および第2の基板のいずれか一方に前記キャビティに連通して形成された空気穴とを備えたバイオセンサにおいて、
前記第1および第2の基板、前記スペーサは、それぞれの前記導入口側の端面を揃えて配置され、
前記第1および第2の基板の一方に前記導入口に連なって前記導入口より狭幅に形成された切欠を備え、
前記第1および第2の基板の他方の前記キャビティを形成する主面に親水化剤が設けられている
ことを特徴とするバイオセンサ。A first substrate;
A spacer formed with a slit and stacked on the first substrate;
A second substrate stacked on the spacer;
A cavity that is formed by an inner surface of the slit and a main surface on the slit side of the first and second substrates to be supplied with a liquid sample;
An inlet for the liquid sample formed in the slit through the cavity and the outside;
In a biosensor comprising an air hole formed in one of the first and second substrates in communication with the cavity,
The first and second substrates and the spacers are arranged with their end faces on the inlet side aligned,
One of the first and second substrates is provided with a notch formed narrower than the introduction port and connected to the introduction port.
A biosensor characterized in that a hydrophilizing agent is provided on a main surface forming the other cavity of the first and second substrates.
前記第1の基板の前記スリット側の主面に作用極および対極を含む電極系が設けられて形成された電極層と、
前記スリットが前記作用極および前記対極の一端側に配置されるように前記スペーサが前記第1の基板に積層されて形成されたスペーサ層と、
前記空気穴が前記キャビティの前記導入口と反対側の端部に配置されるように前記第2の基板が前記スペーサに積層されて形成されたカバー層と、
前記キャビティに露出する前記作用極および前記対極の一端側に設けられた反応層とをさらに備える
ことを特徴とする請求項1に記載のバイオセンサ。The notch is formed in the first substrate, the air holes are formed in the second substrate, and the hydrophilizing agent is provided on the main surface forming the cavity of the second substrate,
An electrode layer formed by providing an electrode system including a working electrode and a counter electrode on a main surface on the slit side of the first substrate;
A spacer layer formed by laminating the spacer on the first substrate such that the slit is disposed on one end side of the working electrode and the counter electrode;
A cover layer formed by laminating the second substrate on the spacer so that the air hole is disposed at an end of the cavity opposite to the introduction port;
The biosensor according to claim 1, further comprising: a reaction layer provided on one end side of the working electrode and the counter electrode exposed to the cavity.
スリットが形成されて前記第1の基板に積層されるスペーサと、
前記スペーサに積層される第2の基板と、
前記スリットの内側面と、前記第1および第2の基板の前記スリット側の主面とにより形成されて液体試料が供給されるキャビティと、
前記キャビティと外部とを連通して前記スリットに形成された前記液体試料の導入口と、
前記第2の基板に前記キャビティに連通して形成された空気穴とを備えたバイオセンサの製造方法において、
透孔が設けられた前記第1の基板を準備する準備工程と、
前記透孔よりも幅広の前記スリットが形成された前記スペーサを、前記透孔が平面視で前記スリットの内側に配置されるように前記第1の基板に積層する第1の積層工程と、
前記キャビティを形成する主面に親水化剤が設けられた前記第2の基板を、前記スリットの内側であって前記透孔とは異なる位置に前記空気穴が配置されるように前記スペーサに積層する第2の積層工程と、
前記第1および第2の基板、前記スペーサの積層体を予め設定された切断ラインに沿って切断することにより所定形状に切り出す切出工程とを備え、
前記切断ラインは、前記透孔および前記スリットを通る位置に設定され、切断後の前記スリットの端縁に前記導入口が形成され、切断後の前記透孔により前記導入口に連なって前記導入口よりも狭幅の切欠が形成される
ことを特徴とするバイオセンサの製造方法。A first substrate;
A spacer formed with a slit and stacked on the first substrate;
A second substrate stacked on the spacer;
A cavity that is formed by an inner surface of the slit and a main surface on the slit side of the first and second substrates to be supplied with a liquid sample;
An inlet for the liquid sample formed in the slit through the cavity and the outside;
In the biosensor manufacturing method comprising the air hole formed in the second substrate so as to communicate with the cavity,
A preparation step of preparing the first substrate provided with a through hole;
A first laminating step of laminating the spacer formed with the slit wider than the through hole on the first substrate so that the through hole is disposed inside the slit in a plan view;
Laminating the second substrate provided with a hydrophilizing agent on the main surface forming the cavity on the spacer so that the air hole is arranged at a position different from the through hole inside the slit. A second laminating step,
A cutting step of cutting the first and second substrates and the spacer stack along a predetermined cutting line into a predetermined shape;
The cutting line is set at a position passing through the through hole and the slit, the introduction port is formed at an edge of the slit after cutting, and the introduction port is connected to the introduction port by the cut through hole. A method for producing a biosensor, characterized in that a narrower notch is formed.
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