KR20180085760A

KR20180085760A - 생체 센서 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20180085760A
Application number: KR1020187017372A
Authority: KR
Inventors: 도시카즈 오쿠보; 료 와리가야; 마사히로 고스기; 가즈요 미노와
Original assignee: 도판 인사츠 가부시키가이샤
Priority date: 2015-11-20
Filing date: 2016-11-18
Publication date: 2018-07-27
Also published as: US20180228396A1; JP6806079B2; EP3378393A4; EP3378393A1; WO2017086445A1; JPWO2017086445A1

Abstract

신뢰성이 우수한 생체 센서를 제공한다. 본 발명의 생체 센서는, 2 이상의 전극 (2a, 2b, 2c) 과, 상기 2 이상의 전극 (2a, 2b, 2c) 을 지지한 지지체 (3) 를 구비하고 있다. 그들 전극의 1 이상 (2a, 2b) 은, 금속으로 이루어지는 표면을 갖고 있는 기체 (21) 와, 상기 표면의 적어도 일부를 피복한 보호층 (22) 을 포함하고 있다. 상기 보호층 (22) 은, 탄소로 이루어지고 또한 1 ㎛ 이상의 두께를 갖고 있는 연속막이다.

Description

생체 센서 및 그 제조 방법

본 발명은 생체 센싱 기술에 관한 것이다.

현재, 의료는 고도로 발달하여, 환자의 혈액, 타액, 요 (尿) 등의 체액을 분석함으로써, 그 용태를 파악할 수 있도록 되어 있다. 예를 들어, 타액의 pH 측정에 의해 충치의 유무를 판단하는 것이나, 눈물의 혈당치를 측정함으로써 당뇨병의 진단을 실시하는 것 등이 연구되고 있다. 이들 검사는, 예를 들어, 환자가 자신이 체액을 채취하고, 이것을 의료 기관이 측정 및 해석함으로써 실시된다.

한편, 환자가 의료 기관에 나가는 일 없이, 자신이 체액의 측정 및 해석을 실시하기 위한 장치도 개발되어 있다. 이것은, 검사나 해석의 신속화를 가능하게 할 뿐만 아니라, 이하에 설명하는 바와 같이, 고령화 사회에 있어서의 의료 비용을 삭감하는 수단으로서 이용할 수 있다.

일반적으로, 컨디션 불량을 자기 인식한 후에, 의료 기관에서 진찰을 받는다. 그러나, 그 단계에서는, 말기적 증상이 되어 있는 경우도 있다. 이 경우, 고도의 의료나 고가의 약제의 투여가 실시되고, 그 결과, 의료비 부담이 증대한다.

컨디션 불량 등을 조기에 발견할 수 있으면, 생활 습관을 다시 보는 것 등에 의해, 투약 등을 필요로 하지 않는 경도한 치료로 치유할 수 있는 가능성이 있다. 그 때문에, 건강 보험 조합이 주최하는 예방 치료로서 정기 건강 진단을 실시하는 기관이 늘어나고 있다.

그러나, 정기 검진은 일반적으로 연 1 회 내지 2 회 정도이기 때문에, 검진과 검진 사이에 공백 기간이 생기고, 이 기간에 발병한 질환에 대해서는 인식할 수 없다. 이와 같이, 현재의 예방 의료에는 한계가 있다.

체액의 측정 및 해석을, 의료 기관에 나가는 일 없이, 자신이 실시하는 것을 가능하게 하는 장치를 이용하면, 검사를 높은 빈도로 실시할 수 있다. 그러므로, 컨디션의 변화를, 자각하기 전에 발견하는 것이 가능해진다. 따라서, 고도의 의료나 고가의 약제의 투여가 필요한 기회가 감소하고, 의료 비용의 삭감이 가능해진다.

체액의 정보를 얻기 위한 방법으로는, 생체 센서를 체내에 삽입하거나 또는 피부나 점막에 첩부 (貼付) 하여, 체내 환경의 정보를 인비보 (생체내) 에서 취득하는 방법과, 생체로부터 채취한 체액을 생체로부터 떨어져 설치한 생체 센서에 의해 엑스비보 (생체외) 에서 정보를 취득하는 방법이 있다. 이들에는, 환자 자신이 측정 및 해석을 실시하기 때문에 이점 및 결점이 있다. 예를 들어, 인비보에서는, 생체의 정보를 시간차 없이 취득할 수 있지만, 생체에 대하여 센서를 직접 접촉시키기 때문에, 생체에 미치는 영향이 크고, 장치로서 높은 신뢰성이 필요하다. 엑스비보에서는, 생체에 접촉시키지 않기 때문에 생체에 대한 영향은 작지만, 체액에 따라서는 취득이 어려운 것도 있고, 또, 취득한 체액의 시간 경과적 변화의 우려가 있다. 용도나 목적에 따라, 적당한 수법을 선택하는 것이 요구된다.

생체 센싱의 수법으로는, 다양한 것이 있지만, 혈당치의 측정 등으로는, 미량 성분을 양호한 감도로 검출할 수 있다는 이유로, 전기 화학적 수법이 널리 이용되고 있다. 전기 화학 수법에서는, 화학적 특성인 생체 정보를 전기적 신호로서 검출할 수 있기 때문에, 반도체 디바이스 등을 사용하여 얻어진 신호를 처리 및 해석하기 쉽다는 이점이 있다. 이 때문에, 새로운 전기 화학적 센싱 장치 및 그것을 사용한 센싱 수법의 개발이 세계적으로 활발하게 실시되고 있다.

예를 들어, 이하의 특허문헌 1 내지 5 에는, 엑스비보 방식의 전기 화학적 센싱 장치에 관한 기술이 기재되어 있다.

일본 공개특허공보 2012-101092 (특허문헌 1) 에는, 작용 전극, 카운터/참조 전극, 산화 환원 매개제 및 피검체 반응 효소를 포함하는, 1 ㎕ 이하의 용량의 시료실을 구비하고, 작용 전극이 카운터/참조 전극으로부터 200 ㎛ 이하의 거리만큼 떨어져 있는 인비트로 (엑스비보와 유의) 의 피검체 센서에 의해, 체액 중의 피검체의 농도를 측정하는 방법이 기재되어 있다.

일본 공개특허공보 평11-271259 (특허문헌 2) 에는, 요당 센서를 카트리지 본체에 장착한 요당 측정용 센서 카트리지의 제조 공정을 간소화하고, 제조 비용을 염가로 하는 기술이 기재되어 있다.

일본 공개특허공보 2002-207037 (특허문헌 3) 에는, 타액의 산화 환원 전위를 측정하여, 컨디션을 판단하는 기술이 기재되어 있다.

일본 공개특허공보 2007-3256 (특허문헌 4) 에는, 생체로부터 분리한 혈액 중의 인산 농도와 칼슘 농도를, 측정 시스템을 이용한 1 회의 측정에 의해 측정하고, 측정 결과를 가시적으로 표시하고, 표시된 측정 결과에 기초하여 생체내의 신장 기능의 컨트롤 상태를 판정하는 신장 기능 컨트롤 상태 측정 방법이 기재되어 있다.

일본 공개특허공보 평6-148124 (특허문헌 5) 에는, 이온 센서의 유로와 참조 전극의 유로를 분리하고, 피측정액을 이온 센서의 유로에만 흘리고, 참조 전극의 유로에는 소정 농도의 염소 이온을 포함하는 전해액을 흘리고, 이온 센서 및 참조 전극의 하류에서 이온 센서 및 참조 전극의 유로를 접속하여 액-액 접촉을 형성한, 일회용 가능한 이온 센서 유닛이 기재되어 있다.

이들 기술에 있어서는, 혈액, 요 또는 타액 등의 체액을 채취하고, 그 중의 혈당, 요당, 산화체/환원체의 활량 비율, 또는 이온 (염소) 농도를 전기 화학적으로 측정한다. 전기 화학 센싱에서는, 전극을 검체인 체액에 접촉시키기 때문에, 전극 재료의 반응에 대한 안정성이 중요하다.

이와 같은 재료로는, 귀금속 외, 탄소가 사용된다. 탄소는 전기 화학적으로 불활성인 재료이기 때문이다.

예를 들어, 국제 공개 제2010/004690 (특허문헌 6) 에는, 탄소를 전기 화학 센서의 전극 재료로서 사용하는 것이 기재되어 있다. 여기에 기재된 탄소 전극은, 절연성 기판과, 절연성 기판 상에 형성된 도전층과, 도전층 상에 형성된 제 1 탄소층과, 제 1 탄소층을 덮도록 형성된 제 2 탄소층을 포함하고 있다. 제 1 탄소층은, SP2 결합과 SP3 결합을 갖고, 아모르퍼스 구조를 갖는 탄소를 포함하고 있다. 제 2 탄소층은, SP2 결합을 갖는 탄소를 포함하고 있다. 제 1 탄소층은, 구체적으로는, 기상 성장법에 의해 형성한, 아모르퍼스 구조를 갖는 다이아몬드 라이크 카본 또는 아모르퍼스 카본으로 이루어지는 탄소층이다.

또한, 국제 공개 제1999/045387 (특허문헌 7) 에는, 글루코오스, 락테이트 또는 산소와 같은 분석물의 레벨을 생체내 및/또는 생체외에서 측정하기 위한 전기 화학 센서가 기재되어 있다.

또, 국제 공개 제2013/016573 (특허문헌 8) 에는, 인비보 검출 및 측정을 위한, 고형 조직 및 겔형 조직의 양방에 있어서의 매립에 적합한 센서가 기재되어 있다. 이 센서는, 무선 원격 측정에 의한 거의 연속적 또는 반연속적인 글루코오스 레벨의 장기 모니터링이 가능하다. 이 센서는, a) 기밀 밀폐된 케이싱과, b) 검출기 어레이와, c) 전지 등의 전원과, d) 검출기 신호를 정확하게 처리하기 위한 기능을 구비하고, 검출기 어레이에 동작 가능하게 접속된 회로와, e) 처리된 검출기 신호를 체외의 수신기에 중계하기 위해서 센서의 외부로 안정되게 전달하기 위한 수단을 구비하는 원격 측정 송신 포털을 구비하고 있다.

본 발명은 신뢰성이 우수한 생체 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 1 측면에 의하면, 2 이상의 전극과, 상기 2 이상의 전극을 지지한 지지체를 구비하고, 상기 전극의 1 이상은, 금속으로 이루어지는 표면을 갖고 있는 기체와, 상기 표면의 적어도 일부를 피복한 보호층을 포함하고, 상기 보호층은, 탄소로 이루어지고 또한 1 ㎛ 이상의 두께를 갖고 있는 연속막인 생체 센서가 제공된다.

본 발명의 제 2 측면에 의하면, 금속으로 이루어지는 표면을 갖고 있는 기체에, 도금법에 의해, 탄소로 이루어지는 보호층을, 상기 표면의 적어도 일부를 피복하고 또한 1 ㎛ 이상의 두께를 갖도록 형성하여, 전극을 얻는 공정과, 상기 전극을 포함하는 2 이상의 전극을 지지체에 지지시키는 공정을 포함한 생체 센서의 제조 방법이 제공된다.

도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 생체 센서를 개략적으로 나타내는 사시도.
도 2 는, 도 1 에 나타내는 생체 센서의 구성을 나타내는 블록도.
도 3 은, 도 1 에 나타내는 생체 센서의 사용예를 개략적으로 나타내는 도면.
도 4 는, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 생체 센서를 개략적으로 나타내는 사시도.
도 5 는, 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 생체 센서를 개략적으로 나타내는 사시도.
도 6 은, 도 5 의 생체 센서의 일부에 대해 단면을 그린 도면.
도 7a 는, 도 5 및 도 6 에 나타내는 생체 센서의 제조에 있어서의 제 1 공정을 나타내는 평면도.
도 7b 는, 도 7a 에 나타내는 구조의 VIIb-VIIb 선을 따른 단면도.
도 8a 는, 도 5 및 도 6 에 나타내는 생체 센서의 제조에 있어서의 제 2 공정을 나타내는 평면도.
도 8b 는, 도 8a 에 나타내는 구조의 VIIIb-VIIIb 선을 따른 단면도.
도 9a 는, 도 5 및 도 6 에 나타내는 생체 센서의 제조에 있어서의 제 3 공정을 나타내는 평면도.
도 9b 는, 도 9a 에 나타내는 구조의 IXb-IXb 선을 따른 단면도.
도 10a 는, 도 5 및 도 6 에 나타내는 생체 센서의 제조에 있어서의 제 4 공정을 나타내는 평면도.
도 10b 는, 도 10a 에 나타내는 구조의 Xb-Xb 선을 따른 단면도.
도 11a 는, 도 5 및 도 6 에 나타내는 생체 센서의 제조에 있어서의 제 5 공정을 나타내는 평면도.
도 11b 는, 도 11a 에 나타내는 구조의 XIb-XIb 선을 따른 단면도.
도 12a 는, 도 5 및 도 6 에 나타내는 생체 센서의 제조에 있어서의 제 6 공정을 나타내는 평면도.
도 12b 는, 도 12a 에 나타내는 구조의 XIIb-XIIb 선을 따른 단면도.
도 13a 는, 도 5 및 도 6 에 나타내는 생체 센서의 제조에 있어서의 제 7 공정을 나타내는 평면도.
도 13b 는, 도 13a 에 나타내는 구조의 XIIIb-XIIIb 선을 따른 단면도.
도 14 는, 본 발명의 제 4 실시형태에 관련된 생체 센서의 제조에 있어서의 제 1 공정을 나타내는 평면도.
도 15 는, 도 14 에 나타내는 구조의 XV-XV 선을 따른 단면도.
도 16 은, 제 4 실시형태에 관련된 생체 센서의 제조에 있어서 제 2 공정을 실시함으로써 얻어지는 전극을 개략적으로 나타내는 사시도.
도 17 은, 제 4 실시형태에 관련된 생체 센서의 제조에 있어서의 제 3 공정을 나타내는 단면도.
도 18 은, 제 4 실시형태에 관련된 생체 센서의 제조에 있어서의 제 4 공정을 나타내는 단면도.
도 19 는, 제 4 실시형태에 관련된 생체 센서를 개략적으로 나타내는 도면으로서, 일부를 단면도로 하고, 다른 부분을 사시도로 한 도면.
도 20 은, 변형예에 관련된 접속 방법에 있어서의 제 1 공정을 개략적으로 나타내는 사시도.
도 21 은, 변형예에 관련된 접속 방법에 있어서의 제 2 공정을 개략적으로 나타내는 사시도.
도 22 는, 다른 변형예에 관련된 접속 방법을 개략적으로 나타내는 사시도.
도 23 은, 본 발명의 제 5 실시형태에 관련된 생체 센서를 개략적으로 나타내는 도면.
도 24 는, 도 23 에 나타내는 생체 센서의 일 변형예를 개략적으로 나타내는 도면.
도 25 는, 도 23 에 나타내는 생체 센서의 다른 변형예를 개략적으로 나타내는 도면.
도 26 은, 도 23 에 나타내는 생체 센서의 또 다른 변형예를 개략적으로 나타내는 도면.
도 27 은, 본 발명의 제 6 실시형태에 관련된 생체 센서를 개략적으로 나타내는 도면.
도 28 은, 도 27 에 나타내는 생체 센서의 일 변형예를 개략적으로 나타내는 도면.
도 29 는, 도 27 에 나타내는 생체 센서의 다른 변형예를 개략적으로 나타내는 도면.
도 30 은, 도 23 및 도 27 에 나타내는 생체 센서가 포함하고 있는 전극의 제조에 이용 가능한 방법의 제 1 공정을 개략적으로 나타내는 평면도.
도 31 은, 도 30 에 나타내는 구조를 뒤쪽에서 그린 평면도.
도 32a 는, 도 30 에 나타내는 구조의 XXXIIa-XXXIIa 선을 따른 단면도.
도 32b 는, 도 30 에 나타내는 구조의 XXXIIb-XXXIIb 선을 따른 단면도.
도 32c 는, 도 30 에 나타내는 구조의 XXXIIc-XXXIIc 선을 따른 단면도.
도 33a 는, 도 23 및 도 27 에 나타내는 생체 센서가 포함하고 있는 전극의 제조에 이용 가능한 방법의 제 2 공정을 개략적으로 나타내는 도면으로서, 도 32a 에 대응한 단면도.
도 33b 는, 도 23 및 도 27 에 나타내는 생체 센서가 포함하고 있는 전극의 제조에 이용 가능한 방법의 제 2 공정을 개략적으로 나타내는 도면으로서, 도 32b 에 대응한 단면도.
도 33c 는, 도 23 및 도 27 에 나타내는 생체 센서가 포함하고 있는 전극의 제조에 이용 가능한 방법의 제 2 공정을 개략적으로 나타내는 도면으로서, 도 32c 에 대응한 단면도.
도 34a 는, 도 23 및 도 27 에 나타내는 생체 센서가 포함하고 있는 전극의 제조에 이용 가능한 방법의 제 3 공정을 개략적으로 나타내는 도면으로서, 도 32a 에 대응한 단면도.
도 34b 는, 도 23 및 도 27 에 나타내는 생체 센서가 포함하고 있는 전극의 제조에 이용 가능한 방법의 제 3 공정을 개략적으로 나타내는 도면으로서, 도 32b 에 대응한 단면도.
도 34c 는, 도 23 및 도 27 에 나타내는 생체 센서가 포함하고 있는 전극의 제조에 이용 가능한 방법의 제 3 공정을 개략적으로 나타내는 도면으로서, 도 32c 에 대응한 단면도.
도 35 는, 도 23 및 도 27 에 나타내는 생체 센서가 포함하고 있는 전극의 제조에 이용 가능한 방법의 제 3 공정을 개략적으로 나타내는 도면으로서, 제 3 공정에 의해 얻어지는 구조를 뒤쪽에서 그린 평면도.
도 36 은, 도 23 및 도 27 에 나타내는 생체 센서가 포함하고 있는 전극의 제조에 이용 가능한 방법의 제 4 공정을 개략적으로 나타내는 도면으로서, 제 4 공정에 의해 얻어지는 구조를 뒤쪽에서 그린 평면도.
도 37 은, 본 발명의 제 7 실시형태에 관련된 생체 센서의 제 1 예를 개략적으로 나타내는 측면도.
도 38 은, 본 발명의 제 7 실시형태에 관련된 생체 센서의 제 2 예를 개략적으로 나타내는 측면도.
도 39 는, 본 발명의 제 7 실시형태에 관련된 생체 센서의 제 3 예를 개략적으로 나타내는 측면도.
도 40 은, 본 발명의 제 7 실시형태에 관련된 생체 센서의 일 사용예를 개략적으로 나타내는 도면.
도 41 은, 본 발명의 제 7 실시형태에 관련된 생체 센서의 다른 사용예를 개략적으로 나타내는 도면.
도 42 는, 본 발명의 구체예인 예 3 에 관련된 생체 센서의 제조에 있어서의 일 공정을 개략적으로 나타내는 평면도.
도 43 은, 도 42 에 나타내는 구조의 XLIII-XLIII 선을 따른 단면도.
도 44 는, 본 발명의 구체예인 예 3 에 관련된 생체 센서의 제조에 있어서의 일 공정을 개략적으로 나타내는 사시도.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다.

＜선행 기술의 설명＞

본 발명자들이, 본 발명을 발명함에 있어서, 선행 기술에 대해 알아낸 문제점을 이하에 기재한다.

특허문헌 1 내지 8 에 나타내는 바와 같이, 생체로부터 얻어진 체액의 성분을 전기 화학적으로 측정 및 해석하여, 바이오마커로서의 수치를 얻는 생체 센서가 발명되어 왔다. 특허문헌 1 내지 5 에 기재된 바이오 센서는, 엑스비보 방식을 채용하고 있어, 대상으로 하는 측정계에 맞추어 형태나 방법을 적합시키고 있는 것이다. 특허문헌 6 에 기재된 바이오 센서는, 전기 화학 측정을 위한 전극의 재료로서 탄소를 사용한 것이다. 특허문헌 7 및 8 에 기재된 생체 센서는, 제어/처리 장치와, 신호를 전달하는 구성 요소를 포함한 것이다.

이와 같은 기존의 생체 센서에 대해서는, 장치의 신뢰성을 향상시킬 필요가 있다. 또, 이것을, 더욱 널리 보급시키기 위해서는, 저비용화나 제조에 있어서의 생산성의 향상이 요망된다.

이들을 실현하는 데 있어서 가장 중요한 점의 하나는, 전기 화학적 측정을 실시할 때 가장 중요한 요소인 전극이, 형태, 재료 및 제조 방법에 관해서, 비용 등도 포함한 다양한 관점에서, 실제의 제조에 적합할 수 있는지 여부라는 점이다.

전극의 형태에 대해서는, 측정 전극은, 용도에 맞추어 다양한 형상으로 할 수 있는 것이 필요하다. 예를 들어, 측정 전극은, 평면이 아니라, 곡면으로 함으로써, 다양한 장치에 대한 적합성이 향상된다.

또, 전극면은, 전기 화학적으로 안정적이지 않으면 안된다. 예를 들어, 전기 화학적으로 불활성인 도전 재료를 도전성 소재에 부분적으로 코팅하여 이루어지는 전극을, 그 도전 재료로 코팅하고 있지 않은 부분이 덮이도록 절연재로 지지한 구조를 채용한 경우, 절연재와 전극 사이에 액이 침입하면, 전기 화학적으로 보다 불안정한 도전성 소재가 액과 접촉한다. 그 결과, 도전성 소재의 부식 등이 발생하여, 충분한 신뢰성 아래에서 측정을 할 수 없게 된다. 또, 절연재와 전극 사이로의 액의 침입을 막을 수 있었다고 해도, 도전 재료로 이루어지는 코팅이 얇아, 제조 단계에서 핀홀의 발생을 피할 수 없는 상황이면, 역시 충분한 신뢰성 아래에서 측정을 할 수는 없다.

전기 화학적으로 불활성인 도전 재료의 코팅을 부도전성 소재 상에 실시한 경우에는, 부식 등의 문제는 발생하지 않는다. 그러나, 이 경우, 도전 재료로 이루어지는 코팅을 상당히 두껍게 형성하지 않는 한, 암페로메트리 또는 쿨로메트리 측정의 정밀도를 확보할 수 있는 정도의 큰 전류를 흘릴 수 없다.

전기 화학적으로 안정적인 도전 재료로는, 일반적으로, 금 및 백금 등의 귀금속이 선택된다. 이들 물질은 매우 고가이기 때문에, 기판 상에 박막으로서 형성하여, 패터닝에 의해 전극 형상으로 한다. 그러나, 핀홀을 피하기 위해서는 어느 정도의 막두께를 확보할 필요가 있기 때문에, 박막이라고 해도, 비용은 높아진다.

이에 대해, 특허문헌 6 에 기재되어 있는 바와 같이, 전기 화학적으로 안정적이고 또한 저비용의 재료로서 탄소를 이용할 수 있다. 그러나, 탄소는, 매우 가공하기 어려운 재료이고, 기상 성장법이나 인쇄법에서는, 두껍고 또한 치밀한 층을 형성할 수 없다. 그 때문에, 탄소는, 생체 센서의 전극에 대한 이용은 거의 고려되어 있지 않았다.

그런데, 도전체인 전극의 일반적인 제조 방법은, 서브트랙티브 가공과 애디티브 가공으로 구별할 수 있다. 서브트랙티브 가공으로는, (1) 판상, 선상 또는 괴상 (塊狀) 인 일체의 도전성 재료에, 절삭, 연마, 성형 및 레이저 가공 등의 물리적 가공을 실시하거나, 또는, 케미컬 에칭 등의 화학적 가공을 실시하여 전극의 형상으로 하는 방법과, (2) 절연 기판 상에 도전 재료로 이루어지는 층을 비교적 큰 면적으로 형성하고, 이것에 물리적 가공 또는 화학적 가공을 실시함으로써 전극의 형상으로 하는 방법을 들 수 있다. 애디티브 가공으로는, (3) 절연 기판 상에 도전 재료로 이루어지는 층을 인쇄 등의 방법으로 전극의 형상으로 형성하는 방법과, (4) 도전 기판 상에 도전 재료로 이루어지는 층을 얇게 형성하고, 이것을 부분적으로 개구된 마스크로 덮고, 개구부에 전극 재료를 두껍게 석출시키고, 그 후, 마스크와 그 아래의 도전막을 제거하는 방법을 들 수 있다.

방법 (1) 내지 (4) 에서 얻은 전극은, 부분적으로 수지 등의 절연 재료로 덮을 수 있다. 또, 전극면에, 도금이나 기상 성장법 등의 성막법에 의해 다른 금속을 석출시킬 수도 있다.

상기 서술한 방법 (1) 내지 (4) 는, 금속으로 이루어지는 표면을 갖고 있는 전극의 제조에는 유용하다. 그러나, 이들 방법을 이용한 탄소 전극의 제조에는, 이하에 설명하는 바와 같이 큰 제약이 있다.

방법 (1) 로 탄소 전극을 얻는 경우, 화학적 가공은 거의 사용할 수 없다. 방법 (1) 로 탄소 전극을 얻으려면, 글래시-카본, 붕소 도프 다이아몬드 및 그래파이트 등의 탄소 재료로 이루어지는 소재에 물리적 가공을 실시한다. 그 때문에, 이와 같은 방법에서는 미소한 전극의 가공 및 일괄 가공에 의한 생산성의 향상이 곤란하다.

방법 (2) 로 탄소 전극을 얻으려면, 절연 기판의 전체면에, 그래파이트, 그라펜 및 카본 나노 튜브 등의 도전성 탄소를 기상 성장법으로 퇴적시키고, 그것에 의해 얻어진 층의 필요 부분을 마스크로 덮어 드라이 에칭한다. 그러나, 기상 성장법으로 형성된 탄소층은 막두께를 크게 하는 것이 어렵다.

방법 (3) 으로 탄소 전극을 얻으려면, 카본 페이스트를 인쇄하는 것이나, 개구된 마스크를 형성하고, 그 개구부에 카본 나노 튜브나 그라펜 등을 기상 성장시킨다. 그러나, 카본 페이스트 인쇄로 형성한 전극에는, 카본 입자 사이에 간극이 반드시 존재하기 때문에, 도전성의 저하나, 전극재 내부로의 액의 침투의 문제가 있어, 신뢰성이 높은 용도에는 적합하지 않다.

방법 (4) 로 탄소 전극을 얻으려면, 방법 (2) 와 마찬가지로 기상 성장법을 이용한다. 그 때문에, 전술한 바와 같이, 탄소층을 큰 막두께로 형성하는 것이 어렵다.

한편, 특허문헌 6 에서 서술되어 있는, 절연 기판/도전층/제 1 탄소층/제 2 탄소층이라고 하는 적층 구조에서는, 평탄한 절연 기판 상에 도전층/탄소층을 형성하기 때문에, 전극으로서 사용하는 경우에는, 그 형상으로 패터닝하기 위해서, 레지스트를 사용한 드라이 에칭이나 리프트 오프와 같은 복잡한 공정을 실시하지 않으면 안되었다. 또, 기상 성장법에서는, 탄소층을 충분한 막두께 (예를 들어 1 ㎛ 이상) 로 형성하는 것은 비현실적이었다. 또한, 기상 성장법에서는, 평탄한 기판 상에는 균일한 막두께의 막을 형성할 수 있지만, 예를 들어 미리 변형시켜 둔 기판 등의 복잡한 형상의 기판에 대해서는, 균일한 막두께의 탄소층을 형성하는 것은 곤란하다.

탄소층의 형성 방법으로는, 기상 성장법 외에, 카본 페이스트의 인쇄, 글래시-카본이나 다이아몬드의 연마 가공, 및, 각종 탄소 재료를 폴리머와 혼합하여 도포하는 방법 등이 있다. 그러나, 이들 방법 중 어느 것도, 복잡한 형상의 전극을 형성하는 것은 곤란하다. 생체 센서에는, 다양한 이유로 전극의 형상에 제약이 부과되기 때문에, 복잡한 형상의 탄소 전극을 형성 가능하게 하는 요구가 잠재적으로 존재하고 있었다.

그런데, 특허문헌 7 및 8 에 나타낸 바와 같은 제어 장치/처리 장치를 포함하는 전기 화학 센서에 대하여, 전기 화학적으로 안정적이고 저비용인 탄소 전극을 적용하고자 하는 경우, 탄소 전극 및 그 주변의 전극부에 있어서의 저항, 용량, 인덕터 성분의 전기적인 기여가, 전체 장치로서의 밸런스에 영향을 미치는 것이 생각된다. 따라서, 이와 같은 계에 대해서는, 탄소 전극부 및 그 접속부는, 도전도가 비교적 높고, 불필요한 용량이나 인덕터 성분을 포함하지 않는 것이 필요하다. 카본 페이스트 인쇄로 제조한 전극에서는, 특히 미세 배선으로 되었을 경우에 저항이 커져 적합성이 나빠진다.

이상과 같이, 기존의 전기 화학 센서에는, 향후의 의료 기술의 진보에 추종하여, 장치로서의 신뢰성을 향상시키고, 더욱 널리 보급시키기 위해서 저비용화나 생산성의 향상을 도모하는 데 있어서, 많은 과제가 있다.

＜실시형태＞

실시형태에 관련된 생체 센서는, 상기 서술한 과제 중 하나 이상을 해결할 수 있는 것이다.

실시형태에 관련된 생체 센서는, 예를 들어, 생체로부터 채취했거나 또는 미소한 생체를 포함하는 액체를 액체 시료로서 사용하여, 그 생체의 특성이나 상태를 파악하기 위한 지표가 되는 수치를, 전기 화학적 방법에 의해 생체외 (엑스비보) 에서 취득하고, 그것을 외부에 전기적으로 전달하는 생체 센서이다. 혹은, 이하에 설명하는 생체 센서는, 생체내의 액체를 액체 시료로서 사용하여, 그 생체의 특성이나 상태를 파악하기 위한 지표가 되는 수치를, 전기 화학적 방법에 의해 생체내 (인비보) 에서 취득하고, 그것을 외부에 전기적으로 전달하는 생체 센서이다.

전기 화학적 방법에 의한 정보의 취득에는, 2 이상의 전극을 사용한다. 2 이상의 전극은, 예를 들어, 1 쌍 이상의 측정 전극, 또는, 측정 전극과 참조 전극의 쌍, 및 1 쌍 이상의 측정 전극과 참조 전극의 조합 중 어느 것이다.

측정시에는, 이들 전극을 시료에 접촉시킨다. 시료는, 예를 들어 액체 시료이다. 액체 시료로는, 예를 들어, 혈액, 요, 땀, 눈물, 타액, 피지, 림프액, 위액, 변, 정액, 혹은 콧물, 또는, 이것을 물 등의 액체로 희석한 것을 사용한다.

그리고, 2 이상의 전극이 1 쌍 이상의 측정 전극인 경우에는, 쌍이 된 측정 전극간에 전압을 인가하거나 또는 전류를 흘려, 그 전압 또는 전류에 대응한 전류 또는 전위를 측정한다. 전류를 측정하는 경우, 이 측정을 연속적으로 실시하면, 전류를 시간으로 적분함으로써, 전기량을 얻을 수도 있다.

또, 2 이상의 전극이 측정 전극과 참조 전극의 쌍인 경우에는, 측정 전극과 참조 전극 사이의 전위차를 측정한다.

2 이상의 전극이 1 쌍 이상의 측정 전극과 참조 전극의 조합인 경우에는, 참조 전극과 일방의 측정 전극 사이의 전위차를 일정하게 유지하고, 측정 전극간을 흐르는 전류를 측정한다. 혹은, 측정 전극간에 일정한 전류를 흘려, 참조 전극과 일방의 측정 전극 사이의 전위차를 측정한다.

이와 같이 하여 얻어진 측정치로부터, 액체 시료에 있어서의 농도 등의 바이오마커가 되는 수치를 구한다.

실시형태에 관련된 생체 센서는, 전극의 1 이상에, 금속으로 이루어지는 표면을 갖고 있는 기체와, 그 표면의 적어도 일부를 피복한 보호층을 포함한 구조를 채용하고 있다. 이 보호층은, 탄소로 이루어지고 또한 1 ㎛ 이상의 두께를 갖고 있는 연속막이다.

탄소는, 전기 화학적으로 불활성이다. 그러므로, 이 보호층은, 생체나 액체에 접촉시켰다고 해도, 열화를 잘 발생하지 않는다.

또, 탄소는, 전기 화학적으로 불활성이므로, 생체에 대해서도 안정적이다. 그러므로, 이 보호층은, 생체에 접촉시켰을 경우에, 생체에 미치는 영향이 작다.

게다가, 이 보호층은, 상기와 같이, 연속막이다. 즉, 이 보호층은, 카본 페이스트를 사용하여 형성한 것 등과는 달리, 다공질막 또는 탄소 입자로 구성된 막이 아니라, 치밀한 막이다. 그리고, 이 보호층은, 충분한 두께를 갖고 있기 때문에, 핀홀이 존재하고 있을 가능성은 낮다. 그러므로, 이 전극은, 액이 보호층을 침투하여 기체와 접촉할 가능성이 매우 낮다.

게다가, 이 보호층은, 상기와 같이, 다공질막 또는 탄소 입자로 구성된 막이 아니라, 연속막이다. 그러므로, 이 보호층은, 도전도가 높다.

따라서, 이 생체 센서는, 신뢰성이 우수하고, 높은 정밀도에서의 측정이 가능하다.

또, 탄소는, 귀금속에 비해 염가의 재료이며, 가격의 변동이 작다. 그러므로, 이 생체 센서는, 비교적 낮은 비용으로 제조하는 것이 가능하다.

앞의 설명으로부터 분명한 바와 같이, 보호층은, 상기 표면 중, 적어도 측정 대상이 접촉할 수 있는 영역 전체를 피복하고 있는 것이 바람직하다.

또한, 보호층은 탄소로 이루어지기 때문에, 이것에 솔더링 등을 이용하여 인출선을 접합하는 것은 어렵다. 이 전극에 인출선을 접합하는 경우에는, 예를 들어, 기체의 금속 표면을 부분적으로 노출시켜 두고, 그 위치에서, 인출선을 기체에 접합한다.

예를 들어, 먼저, 기체의 금속 표면의 전체에 보호층을 형성한다. 이어서, 보호층의 일부를 제거한다. 그리고, 기체의 금속 표면 중 노출된 부분에, 인출선의 일단을 접합한다.

혹은, 금속으로 이루어지는 기체의 전체면에 보호층을 형성하고, 이어서, 기체의 단 (端) 을 그 위의 보호층과 함께 절단한다. 이에 따라, 절단면의 위치에서, 금속을 노출시킨다. 예를 들어, 금속으로 이루어지는 표면을 갖고 있는 판의 일부를 제거하여, 기체와 이것에 이어진 지지부를 포함한 구조체를 얻는다. 다음으로, 이 구조체의 금속 표면에 보호층을 형성한다. 그 후, 기체를 지지부로부터 분리한다. 그리고, 기체의 금속 표면 중 노출된 부분에, 인출선의 일단을 접합한다.

혹은, 먼저, 기체의 금속 표면의 일부에 마스크를 형성한다. 이어서, 금속 표면의 노출부 전체에 보호층을 형성한다. 그 후, 금속 표면으로부터 마스크를 제거한다. 그리고, 기체의 금속 표면 중 노출된 부분에, 인출선의 일단을 접합한다.

어느 것의 방법이더라도, 보호층은, 기체의 금속 표면과 인출선의 접합부를 제외한, 상기 표면의 전체를 피복하고 있는 것이 바람직하다.

기체는, 다양한 형상을 가질 수 있다. 기체가 판 형상을 갖고 있는 경우, 2 이상의 전극은, 서로에 대하여 평행하게 배치해도 되고, 서로에 대하여 기울도록 배치해도 된다. 또, 기체는, 예를 들어, 코일 형상, 또는 판 스프링 형상을 갖고 있어도 된다. 또한, 전극을 코일 형상으로 했을 경우, 이 전극은, 스프링을 겸하고 있어도 된다.

전극과 인출선의 전기적 접속에는, 이하의 방법을 이용해도 된다. 먼저, 금속 표면을 갖고 있는 기체에 구멍을 형성한다. 이어서, 금속 표면의 노출부 전체에 보호층을 형성한다. 그리고, 구멍에 핀이나 나사 등을 끼워넣음으로써, 핀이나 나사에 결선된 인출선을 전극에 전기적으로 접속할 수 있다.

또, 기체에 관통공을 형성하고, 금속 표면의 노출부 전체에 보호층을 형성하여 전극을 형성한 경우, 예를 들어, 관통공에 핀이나 나사 등을 끼워넣어, 별도 준비한 기체, 예를 들어 금속으로 이루어지는 표면을 갖고 있는 기체에 전극을 고정시킴과 함께, 이 기체와 전극을 전기적으로 접속하는 것도 가능하다. 이에 따라, 필요에 따라 전극과 센서 본체를, 서로로부터 분리하거나, 서로 결합시키거나 하는 것이 가능해진다. 따라서, 예를 들어, 전극만을 일회용으로 하는 것이 가능해진다. 또한, 별도 준비한 기체의 표면에도, 상기 서술한 보호층이 형성되어 있어도 된다.

또, 이 방법은, 도금에 의해 탄소로 이루어지는 보호층을 형성하기 때문에, 구멍의 측벽에도 균일하게 보호층을 형성할 수 있다. 즉, 이 방법에는, 금속 표면이 노출되지 않는다는 장점이 있다.

생체 센서는, 2 이상의 전극에 전기적으로 접속되고, 그들 전극간을 흐르는 전류 또는 그들 전극간의 전압으로부터, 측정 대상에 관한 정보를 생성하는 처리부 (또는 정보처리부) 를 추가로 포함하고 있어도 된다. 이 경우, 생체 센서는, 정보를 생체 센서의 외부로 출력하는 출력부를 추가로 포함하고 있어도 된다. 또, 생체 센서는, 전원부나 제어부를 추가로 포함하고 있어도 된다.

상기 서술한 보호층은, 예를 들어 도금법에 의해 형성한다. 예를 들어, I'M SEP 주식회사가 용융염 전해를 이용하여 실시하고 있는 탄소 도금 기술을 이용할 수 있다. 이 기술은, 염화물 등의 용융염에 첨가한 카바이드 이온 (C₂ ^2-) 의 양극 산화 반응 (이하의 반응식을 참조) 을 이용함으로써, 양극인 피처리재 표면에 매우 치밀한 탄소층을 형성하는 것이다.

C₂ ^2- → 2C (도금막) ＋ 2e^-

이와 같이 하여 얻어지는 보호층은, 전형적으로는, 그래파이트 구조를 포함하고, sp2 결합을 형성하고 있는 탄소 원자와 sp3 결합을 형성하고 있는 탄소 원자의 혼합체로 이루어진다. 또한, 이 방법의 상세한 내용은, 일본 공개특허공보 2009-120860 에 기재되어 있다.

또, 용융염 전해를 이용하여 탄소로 이루어지는 보호막을 얻는 다른 방법에는, 탄산염을 용융염에 더하여 피처리재를 음극으로서 환원시키는 방법이 있다. 이 반응은, 이하의 반응식으로 나타낼 수 있다.

CO₃ ^2- ＋ 4e^- → C ＋ 3O^2-

또한, 이 방법의 상세한 내용은, 일본 공개특허공보 2006-169554 에 기재되어 있다.

전기 화학적 반응을 이용하여 기체의 표면에 탄소로 이루어지는 보호층을 형성하는 다른 방법으로는, 피석출 금속을 포함하는 전해액 중에 도전성의 탄소 입자를 함유시키고, 기체가 음극이 되도록 전기 화학 반응을 시킴으로써 보호층을 형성하는 방법이 있다.

탄소 입자로는, 예를 들어, 그래파이트 구조를 포함하고, sp2 구조와 sp3 구조의 혼합체로 이루어지는 것을 사용한다.

피석출 금속으로는, 예를 들어, 금, 백금, 은, 로듐, 및 루테늄 등의 귀금속에 더하여 철, 니켈, 코발트, 구리, 크롬, 아연 또는 이들의 합금 등, 수용액으로 이루어지는 전해 도금액에 있어서 사용할 수 있는 것을 적절히 선택할 수 있다. 혹은, 비수 디메틸술폰욕을 사용한 경우에는, 피석출 금속으로서 알루미늄을 사용할 수도 있다.

생체 센싱의 대상이 되는 액체 시료가, 산성 혹은 알칼리성이거나 또는 피석출 금속을 착화할 수 있는 화합물을 비교적 고농도로 포함하는 경우에는, 귀금속을 사용하는 것이 바람직하다. 액체 시료가 중성이고, 피석출 금속을 착화할 수 있는 화합물이 포함되지 않는 경우에는, 다양한 선택이 가능하다. 피석출 금속으로서의 사용 가부는, 미리 실험으로 확인하면 된다.

또한, 이와 같은 방법에 의해 얻어지는 보호층은, 엄밀하게 말하면, 피석출 금속이 탄소 입자를 둘러싸서 석출되기 때문에 순탄소층은 아니다. 그러나, 생체 센싱의 대상에 맞추어 피석출 금속을 선택함으로써 사용 가능해진다.

상기와 같이, 보호층은, 예를 들어 도금법에 의해 형성한다. 도금법에 의하면, 두꺼운 보호층을 형성할 수 있다. 예를 들어, 두께가 1 내지 5 ㎛ 인 보호층을 형성할 수 있다.

또, 도금법에 의하면, 기체가 복잡한 형상을 갖고 있는 경우이더라도, 균일한 두께의 보호층을 형성할 수 있다. 예를 들어, 기체가 만곡 또는 굴곡한 형상을 갖고 있는 경우, 보호층은, 기체의 금속 표면 중, 적어도 기체가 만곡 또는 굴곡한 부분에 대응한 영역을 피복하도록 형성할 수 있다. 또, 기체가, 서로 평행한 제 1 및 제 2 주면 (主面) 과, 그들의 가장자리를 따라 연장된 단면 (端面) 을 갖고 있는 경우, 보호층은, 제 1 주면의 전체와, 제 2 주면의 적어도 일부와, 단면의 적어도 일부를 피복하도록 형성할 수 있다.

또, 도금법에 의하면, 보호층을, 비교적 낮은 비용으로 및 높은 생산성으로 형성할 수 있다.

그리고, 도금법에 의하면, 기체의 전체면에 보호층을 형성하는 것도 용이하다.

그러므로, 이 기술에 의하면, 향후의 의료 기술의 진보에 추종하여, 장치로서의 신뢰성을 향상시키고, 저비용화나 생산성의 향상을 달성하는 것이 가능해진다.

또한, 탄소로 이루어지는 보호층을 도금법에 의해 형성한 경우, 이 보호층은, 전형적으로는, 그래파이트 구조를 포함하고, sp2 결합을 형성하고 있는 탄소 원자와 sp3 결합을 형성하고 있는 탄소 원자의 혼합체로 이루어진다.

생체 센싱 측정의 감도 향상을 위해서, 보호층의 표면을 수식해도 된다. 예를 들어, 혈당 분석을 실시하는 경우, 보호층의 표면에, 글루코오스 옥시다아제나 오스뮴 화합물을 고정화해도 된다.

이하, 실시형태를, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 중복되는 설명을 생략하기 위해서, 첨부 도면에서는, 동일 또는 유사 기능을 발휘하는 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 붙이고 있다.

＜제 1 실시형태＞

도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 생체 센서를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 2 는, 도 1 에 나타내는 생체 센서의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 3 은, 도 1 에 나타내는 생체 센서의 사용예를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2 에 나타내는 생체 센서 (1) 는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 생체 (200), 여기서는 사람이 음용하여, 생체 (200) 내의 액체로부터, 이 생체 (200) 에 관한 정보를 얻기 위한 것이다. 생체 센서 (1) 는, 이 정보를, 무선으로 외부 기기 (300) 에 전송한다. 이에 따라, 생체 (200) 에 관한 정보를, 예를 들어, 실시간으로 취득하는 것이 가능해진다. 생체 (200) 에 관한 정보는, 생체 센서 (1) 에 기억시켜 두고, 생체 센서 (1) 가 생체 (200) 로부터 배출된 후에, 생체 센서 (1) 로부터 외부 기기 (300) 로 무선 또는 유선으로 전송시켜도 된다.

생체 센서 (1) 는, 일반적인 정제와 같이, 평평한 대략 원기둥 형상을 갖고 있는, 생체 센서 (1) 의 형상은, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 생체 센서 (1) 는, 평평한 타원기둥 또는 장원기둥 형상을 갖고 있어도 되고, 구형이나 회전 타원체 형상을 갖고 있어도 된다.

이 생체 센서 (1) 는, 도 2 에 나타내는 전극부 (2) 및 전자 부품 (4) 과, 도 1 에 나타내는 지지체 (3) 와, 도시되지 않은 배터리를 포함하고 있다.

도 2 에 나타내는 전극부 (2) 는, 도 1 에 나타내는 전극 (2a 및 2b) 을 포함하고 있다. 전극 (2a 및 2b) 의 일방 또는 양방은, 기체와 보호층을 포함하고 있다. 여기서는 일례로서, 전극 (2a 및 2b) 의 쌍방이, 이하에 설명하는 기체와 보호층을 포함하고 있는 것으로 한다.

기체는, 금속으로 이루어지는 표면을 갖고 있다. 기체는, 예를 들어, 금속으로 이루어지거나, 또는, 금속과 수지 등의 절연체와의 복합체이다. 금속으로는, 스테인리스강이나 철을 사용할 수 있다.

도 1 에 나타내는 구조에서는, 기체는, 서로 평행한 제 1 및 제 2 주면과, 그들의 가장자리를 따라 연장된 단면을 갖고 있다. 여기서는, 기체는 원판상이다.

보호층은, 기체의 금속으로 이루어지는 표면의 적어도 일부를 피복하고 있다. 보호층은, 상기 서술한 탄소로 이루어지는 연속막이다. 여기서는, 일례로서, 보호층은, 기체의 제 1 주면의 전체와, 제 2 주면의 일부와, 단면의 전체를 피복하고 있는 것으로 한다.

지지체 (3) 는, 전극 (2a 및 2b) 을, 서로로부터 이간하도록 지지하고 있다. 지지체 (3) 는, 적어도 전극 (2a 및 2b) 과 접촉하고 있는 부분이 절연체로 이루어진다. 절연체로는, 예를 들어, 의료용 플라스틱이나 세라믹을 사용할 수 있다.

도 1 에 나타내는 구조에서는, 지지체 (3) 는, 평평한 원기둥 형상을 갖고 있다. 지지체 (3) 는, 일방의 저면이 전극 (2a) 의 제 2 주면과 마주 보고, 타방의 저면이 전극 (2b) 의 제 2 주면과 마주보도록, 그들 전극 (2a 및 2b) 을 지지하고 있다.

또, 지지체 (3) 는, 중공 구조를 갖고 있다. 지지체 (3) 는, 도 2 에 나타내는 전자 부품 (4) 과, 도시되지 않은 배터리를 내장하고 있다.

도 2 에 나타내는 전자 부품 (4) 은, 신호 처리부 (또는 처리부) (4a) 와, 제어부 (4b) 와, 출력부 (4c) 와, 전원부 (4d) 를 포함하고 있다.

신호 처리부 (4a) 와 제어부 (4b) 는, 전극부 (2) 에 전기적으로 접속되어 있다. 제어부 (4b) 는, 전극 (2a 및 2b) 간에 전압을 인가하거나, 또는, 그들 사이에 전류를 흘린다. 그리고, 신호 처리부 (4a) 는, 전극 (2a 및 2b) 간을 흐르는 전류의 크기 또는 그들 사이의 전위차로부터, 생체 (200) 에 관한 정보를 생성한다.

제어부 (4b) 가 전극 (2a 및 2b) 간에 인가하는 전압 또는 그들 사이에 흘리는 전류의 크기는, 예를 들어, 일정해도 되고, 펄스파 형상으로 변화시켜도 되고, 시간의 경과에 따라 직선적으로 증가 또는 감소시켜도 되고, 어느 함수에 따라서 시간의 경과에 따라 변화시켜도 된다.

신호 처리부 (4a) 는, 예를 들어, 전극 (2a 및 2b) 간을 흐르는 전류의 크기나 그들 사이의 전위차를, 출력부 (4c) 에 전송하기 쉬운 신호로 변환한다. 신호 처리부 (4a) 는, 평균화나 어느 모델에 따른 연산 등을 추가로 실시해도 된다.

전원부 (4d) 는, 신호 처리부 (4a), 제어부 (4b), 출력부 (4c) 에 전기적으로 접속되어 있다. 전원부 (4d) 는, 배터리로부터 공급되는 전력을, 전자 부품 (4) 의 다른 요소에 적절히 분배한다. 혹은, 그 자체가 배터리를 포함하고 있어도 된다.

출력부 (4c) 는, 신호 처리부 (4a) 에 전기적으로 접속되어 있다. 출력부 (4c) 는, 신호 처리부 (4a) 가 생성한 정보를, 무선 통신을 이용하여 외부 기기 (300) 에 전송한다. 무선 통신을 이용 가능하게 한 경우, 생체 센서 (1) 의 내부로의 이물 혼입에 의한 고장의 리스크가 작아지는 데 더하여, 위생면에서의 장점도 얻어진다.

신호 처리부 (4a), 제어부 (4b), 출력부 (4c) 및 전원부 (4d) 는, 1 이상의 반도체 칩에 형성되어 있다. 이들 모두를 단일의 반도체 칩에 형성해도 되고, 이들은 다른 반도체 칩에 형성해도 된다.

도시되지 않은 배터리는, 전원부 (4d) 에 전기적으로 접속되어 있다. 배터리는, 전원부 (4d) 에 전력을 공급한다. 또한, 생체 센서 (1) 는, 예를 들어, 외부로부터 무선에 의해 급전 가능한 경우나, 금속이 체액과 접촉함으로써 발생하는 갈바닉 전류를 이용 가능한 구성을 채용한 경우에는, 배터리를 포함하고 있지 않아도 된다.

상기와 같이, 이 생체 센서 (1) 는, 음용하여 사용한다. 생체 (200) 는, 생체 센서 (1) 를 음용함으로써, 체액의 분석을 실시한다. 체액의 해석을 실시하는 장소는, 구부 (口部), 위부 및 장 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.

생체 센서 (1) 는, 사전에 정해진 정기적인 타이밍으로 해석을 실시하거나, 또는, 항상 해석을 실시한다. 해석 결과는, 예를 들어, 생체 센서 (1) 에 일시적으로 기억시키고, 무선 통신을 이용하여 외부 기기 (300) 에 전송한다. 이에 따라, 환자나 의사가 측정 결과를 파악하는 것이 가능해진다.

＜제 2 실시형태＞

도 4 는, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 생체 센서를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

이 생체 센서 (1) 는, 생체에 접촉시켜, 생체에 관한 정보를 얻기 위한 것이다.

이 생체 센서 (1) 는, 사용시에는, 예를 들어, 피부나 혀와 접촉시킨다. 생체 센서 (1) 를 예를 들어 피부에 접촉시키는 경우, 생체 센서 (1) 는 피부에 바싹 대도 되고, 피부에 첩부해도 된다.

혹은, 이 생체 센서 (1) 는, 체내에 매립하여 사용한다. 이 경우, 생체 센서 (1) 는, 예를 들어, 뇌파, 심전도, 근전도, 또는 위액이나 혈액의 pH 의 측정 또는 취득에 이용할 수 있다.

이 생체 센서 (1) 는, 이하의 구성을 채용한 것 이외에는, 도 1 및 도 2 를 참조하면서 설명한 생체 센서 (1) 와 거의 동일하다. 즉, 이 생체 센서 (1) 에서는, 지지체 (3) 는, 그 하나의 면에서 전극 (2a 및 2b) 의 쌍방을 지지하고 있다. 그리고, 전극 (2a 및 2b) 은, 지지체 (3) 의 지지면에 대하여 돌출되어 있다. 이 구조를 채용하면, 전극 (2a 및 2b) 을 지지체에 접촉시키기 쉬워진다.

＜제 3 실시형태＞

도 5 는, 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 생체 센서를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 6 은, 도 5 의 생체 센서의 일부에 대해 단면을 그린 도면이다.

이 생체 센서 (1) 는, 생체로부터 채취한 액체를 시료 (10) 로서 사용하는 장치, 즉, 생체외 (엑스비보) 에서 사용하는 장치이다.

이 생체 센서 (1) 에서는, 전극부 (2) 는, 1 쌍의 전극 (2a 및 2b) 과 지지체 (3) 를 포함하고 있다. 지지체 (3) 는, 시료 (10) 를 수용하는 오목부가 상면에 형성된 판 형상을 갖고 있다. 전극 (2a 및 2b) 은, 오목부 내에 설치되어 있다.

이 생체 센서 (1) 에 있어서, 신호 처리부 (4a) 는 전극 (2a 및 2b) 과 외부 전원 (5) 에 전기적으로 접속되고, 출력부 (4c) 는 신호 처리부 (4a) 와 외부 전원 (5) 에 전기적으로 접속되어 있다. 신호 처리부 (4a) 는, 도 2 를 참조하면서 설명한 신호 처리부 (4a) 로서의 역할을 완수하는 데 더하여, 제어부 (4b) 로서의 역할을 완수한다. 출력부 (4c) 는, 도 2 를 참조하면서 설명한 출력부 (4c) 로서의 역할을 완수한다.

이 생체 센서 (1) 는, 생체외에서 사용하기 때문에, 신호 처리부 (4a) 나 출력부 (4c) 에 외부 전원 (5) 과 접속 가능한 구성을 채용하면, 그 자체가 배터리 등을 탑재하고 있을 필요는 없다. 또한, 외부 전원 (5) 은, 직류 전원이어도 되고, 교류 전원이어도 된다.

이 생체 센서 (1) 는, 예를 들어, 이하의 제 1 내지 제 8 공정을 순차 실시함으로써 제조한다. 또한, 전극 (2a 및 2b) 은 동일한 방법에 의해 제조할 수 있으므로, 여기서는, 전극 (2b) 의 제조 방법에 관한 설명은 생략한다.

(제 1 공정)

도 7a 및 7b 는, 도 5 및 도 6 에 나타내는 생체 센서의 제조에 있어서의 제 1 공정을 나타내는 도면이다. 도 7a 는 평면도이고, 도 7b 는 도 7a 의 VIIb-VIIb 선을 따른 단면도이다.

제 1 공정에서는, 도 7a 및 7b 에 나타내는 금속판 (20) 을 준비한다. 금속판 (20) 은, 전극 (2a) 의 기체 (21) 와 지지부 (25) 를 포함하고 있다. 또, 금속판 (20) 에는, 슬릿 (27) 이 형성되어 있다. 기체 (21) 와 지지부 (25) 는, 그것들을 서로 접속하고 있는 접속부를 제외하고, 슬릿 (27) 을 통해서 서로로부터 이간되어 있다.

금속판 (20) 의 재료를 선택하는 데 있어서는, 성형하기 쉬움, 성형 후의 강도, 열 팽창 특성, 융점, 산화막의 형성되기 쉬움, 가격, 및, 그 표면에 탄소로 이루어지는 보호층을 전기 화학적 수법으로 형성하는 것 등을 고려한다. 기체 (21) 상에는 탄소로 이루어지는 보호층을 형성하기 때문에, 기체 (21) 자체의 전기 화학적 안정성 등은 중요하지 않다. 금속판 (20) 의 재료로는, 예를 들어, 니켈, 동, 철, 혹은 이들의 합금, 또는 스테인리스를 사용할 수 있다.

기체 (21) 는, 여기서는 판상이지만, 봉상 (棒狀) 등의 다른 형상을 갖고 있어도 된다. 또, 금속판 (20) 에, 예를 들어, 굽힘 가공이나 드로잉 가공 등의 프레스 가공을 실시하고, 기체 (21) 를 변형시켜 두어도 된다. 슬릿 (27) 은, 예를 들어, 전단 가공, 케미컬 에칭, 블라스트 가공, 레이저 가공, 또는 그들의 조합에 의해 형성할 수 있다. 예를 들어, 케미컬 에칭한 것을 프레스로 굽힘 가공하고, 또한 레이저로 일부를 깎는 등, 생산성이나 정밀도를 고려하여 복수의 가공을 조합해도 된다.

(제 2 공정)

도 8a 및 8b 는, 도 5 및 도 6 에 나타내는 생체 센서의 제조에 있어서의 제 2 공정을 나타내는 도면이다. 도 8a 는 평면도이고, 도 8b 는 도 8a 의 VIIIb-VIIIb 선을 따른 단면도이다.

제 2 공정에서는, 도 8a 및 8b 에 나타내는 바와 같이, 금속판 (20) 의 표면 전체에, 탄소로 이루어지는 보호층 (22) 을 형성한다. 보호층 (22) 은, 예를 들어 도금법에 의해 형성한다. 이에 따라, 전극 (2a) 을 얻는다.

(제 3 공정)

도 9a 및 9b 는, 도 5 및 도 6 에 나타내는 생체 센서의 제조에 있어서의 제 3 공정을 나타내는 도면이다. 도 9a 는 평면도이고, 도 9b 는 도 9a 의 IXb-IXb 선을 따른 단면도이다.

제 3 공정에서는, 도 9a 및 9b 에 나타내는 바와 같이, 기체 (21) 를 그 위의 보호층 (22) 과 함께, 지지부 (25) 로부터 분리한다. 예를 들어, 레이저나 마이크로커터 등을 이용하여, 기체 (21) 와 지지부 (25) 의 접합부를 절단한다.

이상과 같이 하여, 전극 (2a) 을 얻는다. 또, 이것과 동일한 방법에 의해, 전극 (2b) 을 얻는다. 또한, 이들 전극 (2a 및 2b) 에서는, 기체 (21) 의 표면 중, 절단면에 위치한 영역은 노출되어 있지만, 그 밖의 영역은 보호층 (22) 에 의해 덮여 있다.

(제 4 공정)

도 10a 및 10b 는, 도 5 및 도 6 에 나타내는 생체 센서의 제조에 있어서의 제 4 공정을 나타내는 도면이다. 도 10a 는 평면도이고, 도 10b 는 도 10a 의 Xb-Xb 선을 따른 단면도이다.

제 4 공정에서는, 도 10a 및 10b 에 나타내는 바와 같이, 전극 (2a 및 2b) 을 임시 고정시킨다. 여기서는, 전극 (2a 및 2b) 은, 그들의 주면이 서로에 대하여 비스듬해지도록, 및, 그들의 절단면이 비스듬하게 마주보도록 배치하고 있다. 또한, 여기서는 그려져 있지 않지만, 전극 (2a 및 2b) 은, 고정용 지그에 임시 고정시키는 것이 바람직하다.

(제 5 공정)

도 11a 및 11b 는, 도 5 및 도 6 에 나타내는 생체 센서의 제조에 있어서의 제 5 공정을 나타내는 도면이다. 도 11a 는 평면도이고, 도 11b 는 도 11a 의 XIb-XIb 선을 따른 단면도이다.

제 5 공정에서는, 도 11a 및 11b 에 나타내는 바와 같이, 전극 (2a) 에 인출선 (6a) 의 일단을 접합함과 함께, 전극 (2b) 에 인출선 (6b) 의 일단을 접합한다. 인출선 (6a 및 6b) 은, 상기의 절단면에 있어서 노출된 기체 (21) 에 접합하는 것이 바람직하다. 인출선 (6a 와 6b) 은, 전기적으로 단락하지 않도록 떨어져 있다.

(제 6 공정)

도 12a 및 12b 는, 도 5 및 도 6 에 나타내는 생체 센서의 제조에 있어서의 제 6 공정을 나타내는 도면이다. 도 12a 는 평면도이고, 도 12b 는 도 12a 의 XIIb-XIIb 선을 따른 단면도이다.

제 6 공정에서는, 도 12a 및 12b 에 나타내는 바와 같이, 전극 (2a 및 2b) 을 지지체 본체 (31) 에 지지시킨다. 지지체 본체 (31) 는, 전극 (2a 및 2b) 의 각각을, 일방의 주면이 노출되고, 타방의 주면 전체가 덮이도록 지지시킨다.

지지체 본체 (31) 는, 생체 센싱을 위해서 사용하는 액체 시료에 대하여 안정적일 필요가 있다. 지지체 본체 (31) 의 재료로는, 유기 수지가 적합하다.

전극 (2a 및 2b) 의 실효 면적이 일정해지도록, 지지체 본체 (31) 와 전극 (2a 및 2b) 사이에 액체 시료가 침입하지 않도록 해야 한다. 또, 기체 (21) 의 부식을 방지하는 관점에서는, 전극 (2a) 과 인출선 (6a) 의 접속부나 전극 (2b) 과 인출선 (6b) 의 접속부에는, 액체 시료가 접촉하지 않도록 해야 한다. 그러므로, 이들 접속부를 매립하도록 지지체 본체 (31) 를 형성하거나, 또는, 접속부 상에 절연층을 형성하는 것이 바람직하다.

(제 7 공정)

도 13a 및 13b 는, 도 5 및 도 6 에 나타내는 생체 센서의 제조에 있어서의 제 7 공정을 나타내는 도면이다. 도 13a 는 평면도이고, 도 13b 는 도 13a 의 XIIIb-XIIIb 선을 따른 단면도이다.

제 7 공정에서는, 도 13a 및 13b 에 나타내는 바와 같이, 지지체 본체 (31) 의 상면에, 전극 (2a 및 2b) 을 둘러싸도록 벽 (32) 을 형성한다. 이에 따라, 지지체 본체 (31) 와 벽 (32) 을 포함한 지지체 (3) 를 얻는다.

벽 (32) 을 형성하면, 액체 시료의 유출을 발생하기 어렵게 할 수 있다. 또, 벽 (32) 을 형성하면, 액체 시료를 전극 (2a 및 2b) 의 상면 전체에 확실하게 접촉시킬 수 있다.

벽 (32) 의 재료는, 지지체 본체 (31) 의 재료와 동일한 것이 바람직하다. 또, 벽 (32) 은, 지지체 본체 (31) 를 형성하는 공정에 있어서 형성할 수 있다.

(제 8 공정)

제 8 공정에서는, 인출선 (6a 및 6b) 을, 도 5 및 도 6 에 나타내는 신호 처리부 (4a) 및 출력부 (4c) 를 포함한 전자 부품에 접속하고, 전극 (2a 및 2b) 을 신호 처리부 (4a) 에 전기적으로 접속한다. 예를 들어, 이 전자 부품이, 1 이상의 반도체 칩과 이것을 탑재한 프린트 배선판을 포함하고 있는 경우, 인출선 (6a 및 6b) 은 프린트 배선판 상의 단자에 접속한다.

이상과 같이 하여, 도 5 및 도 6 에 나타내는 생체 센서 (1) 를 얻는다.

또한, 생체 센서 (1) 에 있어서, 전극부 (2) 는 착탈 가능해도 된다. 이 경우, 인출선 (6a 및 6b) 은, 예를 들어, 커넥터를 통해서 전자 부품에 전기적으로 접속한다. 전극부 (2) 를 착탈 가능하게 하면, 전극부 (2) 만을 교환할 수 있다.

＜제 4 실시형태＞

도 14 는, 본 발명의 제 4 실시형태에 관련된 생체 센서의 제조에 있어서의 제 1 공정을 나타내는 평면도이다. 도 15 는, 도 14 에 나타내는 구조의 XV-XV 선을 따른 단면도이다. 도 16 은, 제 4 실시형태에 관련된 생체 센서의 제조에 있어서 제 2 공정을 실시함으로써 얻어지는 전극을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 17 은, 제 4 실시형태에 관련된 생체 센서의 제조에 있어서의 제 3 공정을 나타내는 단면도이다. 도 18 은, 제 4 실시형태에 관련된 생체 센서의 제조에 있어서의 제 4 공정을 나타내는 단면도이다. 도 19 는, 제 4 실시형태에 관련된 생체 센서를 개략적으로 나타내는 도면으로서, 일부를 단면도로 하고, 다른 부분을 사시도로 한 도면이다.

도 19 에 나타내는 생체 센서 (1) 는, 생체로부터 채취한 액체를 시료 (10) 로서 사용하는 장치, 즉, 생체외 (엑스비보) 에서 사용하는 장치이다.

이 생체 센서 (1) 에서는, 도 18 에 나타내는 바와 같이, 전극부 (2) 는, 전극 (2a, 2b 및 2c) 과, 지지체 (3) 와, 인출선 (6a, 6b 및 6c) 을 포함하고 있다.

전극 (2a 및 2b) 은, 측정 전극이다. 전극 (2a 및 2b) 의 각각은, 기체 (21) 와 보호층 (22) 을 포함하고 있다.

전극 (2c) 은, 참조 전극이다. 참조 전극으로는, 예를 들어, 은/염화은 전극을 사용할 수 있다. 그러한 참조 전극은, 금속은으로 이루어지는 표면을 갖고 있는 부품을 준비하고, 그 표면을 염화하여 염화은을 생성시킴으로써 얻어진다.

지지체 (3) 는, 오목부를 갖고 있다. 지지체 (3) 는, 오목부의 측벽 상에서, 전극 (2a 및 2b) 을 그것들이 서로 마주보도록 지지하고 있다. 또한, 지지체 (3) 는, 오목부의 저부이고, 전극 (2c) 을 지지하고 있다.

인출선 (6a) 의 일단은, 전극 (2a) 의 기체 (21) 에 접합되어 있다. 인출선 (6b) 의 일단은, 전극 (2b) 의 기체 (21) 에 접합되어 있다. 인출선 (6c) 의 일단은, 전극 (2c) 에 접합되어 있다. 인출선 (6a, 6b 및 6c) 의 타단은, 도 19 에 나타내는 신호 처리부 (4a) 에 전기적으로 접속되어 있다.

도 19 에 나타내는 바와 같이, 이 생체 센서 (1) 에 있어서, 전자 부품 (4) 은, 신호 처리부 (4a) 와, 전원부 (4d) 와, 출력부 (4c) 를 포함하고 있다. 신호 처리부 (4a) 는, 이것에 데이터 입력을 하기 위한 인터페이스 (41) 에 전기적으로 접속되어 있다. 신호 처리부 (4a) 는, 도 2 를 참조하면서 설명한 신호 처리부 (4a) 로서의 역할을 완수하는 데 더하여, 제어부 (4b) 로서의 역할을 완수한다. 전원부 (4d) 는, 외부 전원 (5), 신호 처리부 (4a) 및 출력부 (4c) 에 전기적으로 접속되어 있다. 출력부 (4c) 는, 신호 처리부 (4a) 와, 여기에서 외부로 데이터를 주고 받기 위한 인터페이스 (42) 에 전기적으로 접속되어 있다.

이 생체 센서 (1) 는, 예를 들어, 이하의 방법에 의해 제조한다.

먼저, 도 14 및 도 15 에 나타내는 금속판 (20) 을 준비한다. 금속판 (20) 은, 금속으로 이루어지는 평판에 슬릿 (27) 을 형성하여 기체 (21) 와 지지부 (25) 를 형성하고, 또한 굽힘 가공을 실시하여 기체 (21) 를 지지부 (25) 에 대하여 들어올림으로써 얻는다.

다음으로, 제 3 실시형태에 있어서 설명한 것과 동일한 방법에 의해, 보호층 (22) 의 형성과, 전극 (2a 및 2b) 의 지지부 (25) 로부터의 분리를 실시한다. 이와 같이 하여 얻어지는 전극 (2a 및 2b) 은, 도 16 에 나타내는 바와 같이, 그들의 절단면에 있어서 기체 (21) 가 노출되어 있다.

이어서, 전극 (2a 및 2b) 을, 각각, 절연성 부품 (33a 및 33b) 에 지지시킨다. 절연성 부품 (33a) 에는, 예를 들어, 전극 (2a) 을, 그 일방의 주면이 노출되고, 타방의 주면의 전체가 절연성 부품 (33a) 에 의해 덮이도록 지지시킨다. 또, 절연성 부품 (33b) 에는, 예를 들어, 전극 (2b) 을, 그 일방의 주면이 노출되고, 타방의 주면의 전체가 절연성 부품 (33b) 에 의해 덮이도록 지지시킨다.

그 후, 제 3 실시형태에 있어서 설명한 것과 동일한 방법에 의해, 전극 (2a) 과 전극 (2b) 에, 각각, 도 17 에 나타내는 인출선 (6a) 의 일단과 인출선 (6b) 의 일단을 접합한다. 인출선 (6a 및 6b) 의 접합은, 기체 (21) 의 노출부에 대하여 실시한다.

계속해서, 도시되지 않은 금형의 캐비티 내에, 절연성 부품 (33a) 과 일체화한 전극 (2a) 과, 절연성 부품 (33b) 과 일체화한 전극 (2b) 을, 그들의 노출된 주면이, 도시되지 않은 금형의 코어를 사이에 끼워 마주보도록 배치한다. 이 때, 코어의 하방에는, 도 18 에 나타내는 전극 (2c) 을 설치해 둔다.

이어서, 금형에 수지를 사출한다. 이 수지를 경화시킴으로써, 도 18 에 나타내는 지지체 본체 (33c) 를 얻는다. 계속해서, 금형을 분해함으로써, 도 18 에 나타내는 전극부 (2) 를 얻는다.

그 후, 도 19 에 나타내는 바와 같이, 전극부 (2) 를 전자 부품 (4) 에 전기적으로 접속함으로써, 생체 센서 (1) 를 얻는다.

제 3 및 제 4 실시형태에서는, 기체 (21) 의 금속 표면 중 노출된 부분에 인출선 (6a 또는 6b) 을 접합하였다. 전극 (2a) 과 인출선 (6a) 의 전기적 접속 및 전극 (2b) 과 인출선 (6b) 의 전기적 접속은, 다른 방법에 의해 실시해도 된다.

도 20 은, 변형예에 관련된 접속 방법에 있어서의 제 1 공정을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 21 은, 변형예에 관련된 접속 방법에 있어서의 제 2 공정을 개략적으로 나타내는 사시도이다.

이 방법에서는, 먼저, 금속 표면을 갖고 있는 기체에 구멍을 형성한다. 이어서, 금속 표면의 노출부 전체에 보호층을 형성한다. 이에 따라, 도 20 에 나타내는 전극 (2a) 을 얻는다. 기체에 형성한 관통공의 측벽이 금속으로 이루어지는 경우, 보호층 (22) 은, 바람직하게는, 기체의 외면 뿐만 아니라, 관통공의 측벽도 피복하도록 형성한다.

다음으로, 도 20 에 나타내는 핀 (28) 을, 도 21 에 나타내는 바와 같이, 앞의 구멍에 삽입한다. 또한, 핀 (28) 대신에, 나사 등의 다른 부품을 사용해도 된다.

그 후, 인출선 (6a) 을 핀 (28) 에 접합한다. 인출선 (6a) 은, 구멍에 삽입하기 전에, 핀 (28) 에 접합해 두어도 된다. 또한, 핀 (28) 의 표면에도, 상기 서술한 보호층이 형성되어 있어도 된다.

이상과 같이 하여, 전극 (2a) 과 인출선 (6a) 을 전기적으로 접속한다. 또, 동일한 방법에 의해, 전극 (2b) 과 인출선 (6b) 을 전기적으로 접속한다.

전극 (2a 및 2b) 은, 이하의 방법에 의해, 다른 도전 부재와 전기적으로 접속하는 것도 가능하다.

도 22 는, 다른 변형예에 관련된 접속 방법을 개략적으로 나타내는 사시도이다.

이 방법에서는, 먼저, 금속 표면을 갖고 있는 기체에 관통공을 형성한다. 이어서, 금속 표면의 노출부 전체에 보호층을 형성한다. 이에 따라, 관통공이 형성된 전극 (2a) 을 얻는다. 기체에 형성한 관통공의 측벽이 금속으로 이루어지는 경우, 보호층은, 바람직하게는, 기체의 외면 뿐만 아니라, 관통공의 측벽도 피복하도록 형성한다.

다음으로, 도 22 에 나타내는 바와 같이, 이 전극 (2a) 과, 별도 준비한 기체 (29) 를 중첩한다. 일례에 따르면, 기체 (29) 에는, 전극 (2a) 의 관통공과 연락하는 구멍을 형성해 둔다. 기체 (29) 로는, 예를 들어, 금속으로 이루어지는 표면을 갖고 있는 도전성 기체를 사용한다. 그러한 기체 (29) 는, 전체가 금속으로 이루어지는 것이어도 되고, 절연체를 금속층으로 피복한 것이어도 된다. 또한, 기체 (29) 의 표면에도, 상기 서술한 보호층이 형성되어 있어도 된다.

이어서, 전극 (2a) 과 기체 (29) 를 중첩한 상태로, 핀 (28) 을 전극 (2a) 의 관통공과 기체 (29) 의 구멍에 삽입한다. 이에 따라, 전극 (2a) 과 기체 (29) 를 일체화함과 함께, 그들을 전기적으로 접속한다.

또한, 그들의 일체화에는, 핀 (28) 대신에, 나사 등의 다른 부품을 사용해도 된다. 또, 전극 (2b) 에 대해서도, 전극 (2a) 에 대해 설명한 것과 동일한 방법에 의해, 제조 및 기체 (29) 와의 일체화를 실시할 수 있다.

상기 서술한 방법에 의하면, 전극 (2a 및 2b) 의 센서 본체에 대한 착탈이 가능해진다. 그러므로, 예를 들어, 전극 (2a 및 2b) 의 적어도 일방을 일회용으로 하는 것이 가능해진다.

또, 도금에 의하면, 구멍의 측벽에도 균일하게 보호층을 형성할 수 있다. 즉, 이 방법에는, 금속 표면이 노출되지 않는다는 장점이 있다.

＜제 5 실시형태＞

도 23 은, 본 발명의 제 5 실시형태에 관련된 생체 센서를 개략적으로 나타내는 도면이다.

이 생체 센서 (1) 는, 제 3 및 제 4 실시형태에 관련된 생체 센서와 마찬가지로, 생체로부터 채취한 액체를 시료 (10) 로서 사용하는 장치, 즉, 생체외 (엑스비보) 에서 사용하는 장치이다. 이 생체 센서 (1) 는, 전극 (2a) 과 전극 (2b) 의 세트를 복수 포함하고 있는 점에서, 제 3 및 제 4 실시형태에 관련된 생체 센서와는 상이하다.

또한, 도 23 에서는, 전극 (2a) 을 서로 전기적으로 접속함과 함께, 전극 (2b) 을 서로 전기적으로 접속하고 있지만, 전극 (2a) 을 서로 전기적으로 절연함과 함께, 전극 (2b) 을 서로 전기적으로 절연해도 된다. 후자의 경우, 어느 전극쌍과 다른 전극쌍에 상이한 표면 수식을 실시하면, 동일한 액체 시료로부터 상이한 바이오마커에 대한 검출이 가능해진다. 또한, 표면 수식은, 전극 (2a 및 2b) 의 쌍방에 대하여 실시해도 되고, 일방에만 실시해도 된다.

도 24 는, 도 23 에 나타내는 생체 센서의 일 변형예를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 23 에 나타내는 생체 센서 (1) 에서는, 전극 (2a) 을 서로 전기적으로 접속함과 함께, 전극 (2b) 을 서로 전기적으로 접속하고 있다. 이에 반해, 도 24 에 나타내는 생체 센서 (1) 에서는, 전극 (2a) 은, 서로로부터 전기적으로 절연됨과 함께, 따로 따로 신호 처리부 (4a) 에 전기적으로 접속되고, 전극 (2b) 은, 서로로부터 전기적으로 절연됨과 함께, 따로 따로 신호 처리부 (4a) 에 전기적으로 접속되어 있다. 이 구성을 채용하면, 예를 들어, 전극 (2a) 1 개와 전극 (2b) 1 개로 각각이 이루어지는 복수의 세트로부터 별개의 신호를 얻을 수 있다.

도 25 는, 도 23 에 나타내는 생체 센서의 다른 변형예를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 25 에 나타내는 생체 센서 (1) 는, 선택/판독부 (4e) 를 추가로 포함하고 있는 것을 제외하고, 도 23 에 나타내는 생체 센서 (1) 와 동일하다.

선택/판독부 (4e) 는, 전극 (2a 및 2b) 과 신호 처리부 (4a) 에 전기적으로 접속되어 있다. 선택/판독부 (4e) 는, 예를 들어, 전극 (2a) 1 개와 전극 (2b) 1 개로 이루어지는 세트를 선택하고, 그들 전극 (2a 및 2b) 으로부터 얻어지는 신호를 신호 처리부 (4a) 에 공급한다. 선택/판독부 (4e) 는, 전극 (2a) 1 개와 전극 (2b) 1 개로 이루어지는 세트를 순차 선택하고, 그들 전극 (2a 및 2b) 으로부터 얻어지는 신호를 신호 처리부 (4a) 에 연속적으로 공급해도 된다.

도 26 은, 도 23 에 나타내는 생체 센서의 또 다른 변형예이다. 도 26 에 나타내는 생체 센서 (1) 는, 이하의 점을 제외하고, 도 23 에 나타내는 생체 센서 (1) 와 동일하다.

이 생체 센서 (1) 는, 복수의 주사선 (L1) 과, 복수의 신호선 (L2) 과, 복수의 전원선 (L3) 과, 복수의 선택 회로 (도시하지 않음) 를 포함하고 있다.

복수의 주사선 (L1) 은, 각각이 X 방향으로 연장되고, X 방향과 교차하는 Y 방향으로 배열하고 있다. 복수의 신호선 (L2) 은, 각각이 Y 방향으로 연장되고, X 방향으로 배열하고 있다. 이들 신호선 (L2) 은, 주사선 (L1) 으로부터 전기적으로 절연됨과 함께, 주사선 (L1) 과 교차하도록 배치되어 있다.

주사선과 신호선의 교점에는 화소 회로가 있고, 복수 혹은 공통의 전원선이 접속되어 있다. 각 화소 회로에는 전극 (2a, 2b) 이 접속되어 있다.

각 화소 회로는, 주사선에 게이트 전극이 접속되고, 신호선에 소스·드레인 전극의 일방이, 화소 회로에 소스·드레인 전극의 다른 일방이 접속된, 선택 트랜지스터를 갖고, 주사선 (L1) 에 ON 신호가 공급되었을 때, 각 선택 트랜지스터는 각각의 화소 회로를 신호선에 접속하고, 각각의 화소 회로를 기입·판독부로 출력한다. 주사선 (L1) 에 OFF 신호가 공급되어 있을 때에는, 화소 회로는 신호선 (L2) 으로부터 절연되어 있고, 즉, 각각의 화소 회로는 기록·판독부로부터 분리되어 있다.

이 생체 센서 (1) 는, 주사부 (4f) 와 기입·판독부 (4g) 를 추가로 포함하고 있다.

주사부 (4f) 는, 신호 처리부 (4a) 와 주사선 (L1) 에 전기적으로 접속되어 있다. 주사부 (4f) 는, 신호 처리부 (4a) 로부터 공급되는 제어 신호에 기초하여, 주사선 (L1) 을 순차 선택하고, 선택한 주사선 (L1) 에는 ON 신호를 공급하고, 비선택의 주사선 (L1) 에는 OFF 신호를 공급한다.

기입·판독부 (4g) 는, 신호 처리부 (4a) 와 신호선 (L2) 에 접속되어 있는, 예를 들어, 기입·판독부 (4g) 는, 기입 동작으로서, 주사선이 선택한 화소 회로에 대하여, 전극 바이어스 조건으로서, 전압 설정이나 전류 설정을 기입하고, 그 바이어스 조건에 따라, 판독 동작으로서, 주사선이 선택한 화소 회로로부터, 전류 신호나 전압 신호를 판독한다.

이 생체 센서 (1) 는, 예를 들어, 선 순차 구동을 실시함으로써, 신호의 판독을 실시한다. 이 경우, 예를 들어, 주사선 (L1) 의 수 (M) 와 신호선 (L2) 의 수 (N) 의 적 (積) 에 동등한 수의 신호를 얻을 수 있다. 즉, 이차원적으로 분포한 M × N 개의 측정점으로부터의 신호를 얻을 수 있다. 그러므로, 예를 들어, 신호 강도의 이차원 분포를 얻을 수 있다. 또, 신호의 판독을 반복 실시함으로써, 이 이차원 분포의 시간 경과적 변화를 조사할 수 있다.

따라서, 액체 시료의 유동이나 확산 상태를 검출할 수 있다. 또, 세포에 있어서의 대사에 관여하는 성분, 즉, 대사의 출발 물질인 기질 또는 대사의 최종 생성물 혹은 중간 생성물인 대사 산물을 검출하는 목적으로 이 생체 센서 (1) 를 사용하는 경우, 전극 (2a) 1 개와 전극 (2b) 1 개로 각각이 이루어지는 전극쌍으로부터 얻어지는 신호로부터, 앞의 성분의 총량을 추측할 수도 있다.

또, 이 생체 센서 (1) 는, 어느 전극쌍과 다른 전극쌍에 상이한 표면 수식을 실시하면, 동일한 액체 시료로부터 상이한 바이오마커에 대한 검출이 가능하다.

또한, 이 생체 센서 (1) 에서는, 일부의 전극쌍을 측정용으로서 사용하고, 다른 일부의 전극쌍을 교정용으로서 사용할 수 있다. 예를 들어, 일부의 전극쌍에만 표면 수식을 실시하는 것 등에 의해, 표면 수식을 실시한 전극쌍으로부터 얻어지는 신호를, 표면 수식을 실시하고 있지 않은 전극쌍으로부터 얻어지는 신호로 교정할 수 있다. 이에 따라, 예를 들어, 온도 등의 환경의 변동이나 제조의 편차가 측정 결과에 미치는 영향을 작게 할 수 있다.

또, 이 생체 센서 (1) 에서는, 전극 (2a 및 2b) 의 적어도 일방이 통전에 의해 특성의 변화를 일으킬 가능성이 있다. 예를 들어, 전극 (2a 및 2b) 의 적어도 일방이, 통전에 의해 열화하거나 또는 액체 시료가 포함하고 있는 물질을 불가역적으로 흡착하는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 먼저, 일부의 전극쌍을 측정에 사용하고, 그 후, 다른 일부의 전극쌍을 측정에 사용한다는 것처럼, 측정에 사용하는 전극쌍을 축차 변경함으로써, 생체 센서 (1) 를 장기 수명화할 수 있다.

또한, 여기서는, 측정점이 평면 내에서 분포하도록 전극쌍을 배치하고 있지만, 측정점이 공간 내에서 분포하도록 전극쌍을 배치해도 된다. 이 경우, 신호 강도의 이차원 분포를 얻을 수 있다.

＜제 6 실시형태＞

도 27 은, 본 발명의 제 6 실시형태에 관련된 생체 센서를 개략적으로 나타내는 도면이다.

이 생체 센서 (1) 는, 제 1 실시형태에 관련된 생체 센서와 마찬가지로, 음용하여 사용하는 것이다.

이 생체 센서 (1) 는, 케이싱 (7) 을 포함하고 있다. 케이싱 (7) 은, 전극부 (2) 를, 그 전극 (2a 및 2b) 이 노출되도록 지지하고 있다. 또, 케이싱 (7) 은, 신호 처리부 (4a), 출력부 (4c) 및 배터리 (전지) (8) 를 내장하고 있다.

이 생체 센서 (1) 는, 제 5 실시형태에 관련된 생체 센서와 마찬가지로, 전극 (2a) 과 전극 (2b) 의 세트를 복수 포함하고 있다. 또한, 도 27 에서는, 전극 (2a) 을 서로 전기적으로 접속함과 함께, 전극 (2b) 을 서로 전기적으로 접속하고 있지만, 전극 (2a) 을 서로 전기적으로 절연함과 함께, 전극 (2b) 을 서로 전기적으로 절연해도 된다.

도 28 은, 도 27 에 나타내는 생체 센서의 일 변형예를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 27 에 나타내는 생체 센서 (1) 는, 제 5 실시형태에 관련된 생체 센서와 마찬가지로, 전극 (2a) 과 전극 (2b) 의 세트를 복수 포함하고 있다. 그리고, 도 27 에서는, 전극 (2a) 을 서로 전기적으로 접속함과 함께, 전극 (2b) 을 서로 전기적으로 접속하고 있다. 이에 반해, 도 28 에 나타내는 생체 센서 (1) 에서는, 전극 (2a) 은, 서로로부터 전기적으로 절연됨과 함께, 따로 따로 신호 처리부 (4a) 에 전기적으로 접속되고, 전극 (2b) 은, 서로로부터 전기적으로 절연됨과 함께, 따로 따로 신호 처리부 (4a) 에 전기적으로 접속되어 있다. 이 구성을 채용하면, 예를 들어, 전극 (2a) 1 개와 전극 (2b) 1 개로 각각이 이루어지는 복수의 세트로부터 별개의 신호를 얻을 수 있다.

도 29 는, 도 27 에 나타내는 생체 센서의 다른 변형예를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 29 에 나타내는 생체 센서 (1) 는, 선택/판독부 (4e) 를 추가로 포함하고 있는 것을 제외하고, 도 27 에 나타내는 생체 센서 (1) 와 동일하다.

도 23 및 도 27 에 나타내는 전극부 (2) 는, 예를 들어, 이하의 제 1 내지 제 4 공정을 순차 실시함으로써 제조한다.

(제 1 공정)

도 30 은, 도 23 및 도 27 에 나타내는 생체 센서가 포함하고 있는 전극의 제조에 이용 가능한 방법의 제 1 공정을 개략적으로 나타내는 평면도이다. 도 31 은, 도 30 에 나타내는 구조를 뒤쪽에서 그린 평면도이다. 도 32a 는, 도 30 에 나타내는 구조의 XXXIIa-XXXIIa 선을 따른 단면도이다. 도 32b 는, 도 30 에 나타내는 구조의 XXXIIb-XXXIIb 선을 따른 단면도이다. 도 32c 는, 도 30 에 나타내는 구조의 XXXIIc-XXXIIc 선을 따른 단면도이다.

도 23 및 도 27 에 나타내는 전극부 (2) 를 제조할 때에는, 먼저, 도 30, 도 31, 및 도 32a 내지 32c 에 나타내는 금속판 (20) 을 준비한다.

이 금속판 (20) 은, 종횡으로 배열한 기체 (21) 와, 이들을 지지한 지지부를 포함하고 있다. 금속판 (20) 은, 슬릿 (27) 을 갖고 있다.

지지부는, 프레임상부 (25a) 와, 선상부 (25b 및 25c) 를 포함하고 있다.

선상부 (25b) 는, 각각이 세로 방향으로 연장되고, 가로 방향으로 배열되어 있다. 선상부 (25c) 는, 각각이 가로 방향으로 연장되고, 세로 방향으로 배열되어 있다. 선상부 (25b 및 25c) 는, 격자를 형성하고 있다. 선상부 (25b 및 25c) 의 두께는, 서로 동등하고, 프레임상부 (25a) 의 두께보다 작다.

기체 (21) 는, 선상부 (25b 및 25c) 가 형성하고 있는 격자의 격자점 상에 위치하고 있다. 기체 (21) 의 두께와 선상부 (25b 또는 25c) 의 두께의 합은, 프레임상부 (25a) 의 두께와 동등하다.

제 1 공정에서는, 이 금속판 (20) 을, 예를 들어, 이하의 방법에 의해 제조한다. 먼저, 금속으로 이루어지는 평판의 일방의 면에, 제 1 오목부를 형성한다. 제 1 오목부는, 선상부 (25b 및 25c) 와 슬릿 (27) 의 위치에 형성한다.

다음으로, 앞의 평판의 타방의 면에, 제 2 오목부를 형성한다. 제 2 오목부는, 프레임상부 (25a) 그리고 선상부 (25b 및 25c) 중 어느 것에도 대응하고 있지 않은 위치에 형성한다. 또, 제 2 오목부는, 슬릿 (27) 의 위치에서 제 1 오목부와 이어지도록 형성한다.

이상과 같이 하여, 금속판 (20) 을 얻는다.

(제 2 공정)

도 33a 내지 33c 는, 도 23 및 도 27 에 나타내는 생체 센서가 포함하고 있는 전극의 제조에 이용 가능한 방법의 제 2 공정을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 33a, 33b 및 33c 는, 각각, 도 32a, 32b 및 32c 에 대응한 단면도이다.

제 2 공정에서는, 도 33a 내지 33c 에 나타내는 바와 같이, 금속판 (20) 의 전체면에 보호층 (22) 을 형성한다. 보호층 (22) 은, 제 3 실시형태에 있어서 설명한 것과 동일한 방법에 의해 형성한다. 이에 따라, 전극 (2a 및 2b) 을 얻는다. 또한, 여기서는, 전극 (2a 및 2b) 은, 바둑판무늬 형상으로 배열되어 있는 것으로 한다. 전극 (2a 및 2b) 은, 다른 양식으로 배열되어 있어도 된다.

(제 3 공정)

도 34a 내지 33c 는, 도 23 및 도 27 에 나타내는 생체 센서가 포함하고 있는 전극의 제조에 이용 가능한 방법의 제 3 공정을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 34a, 34b 및 34c 는, 각각, 도 32a, 32b 및 32c 에 대응한 단면도이다.

도 35 는, 도 23 및 도 27 에 나타내는 생체 센서가 포함하고 있는 전극의 제조에 이용 가능한 방법의 제 3 공정을 개략적으로 나타내는 도면으로서, 제 3 공정에 의해 얻어지는 구조를 뒤쪽에서 그린 평면도이다.

제 3 공정에서는, 도 34a 내지 34c 및 도 35 에 나타내는 바와 같이, 제 1 및 제 2 오목부를, 수지로 이루어지는 지지체층 (34) 으로 매립한다. 이에 따라, 지지체층 (34) 과 프레임상부 (25a) 로 이루어지고, 전극 (2a 및 2b) 을 지지한 지지체 (3) 를 형성한다.

(제 4 공정)

도 36 은, 도 23 및 도 27 에 나타내는 생체 센서가 포함하고 있는 전극의 제조에 이용 가능한 방법의 제 4 공정을 개략적으로 나타내는 도면으로서, 제 4 공정에 의해 얻어지는 구조를 뒤쪽에서 그린 평면도이다.

제 4 공정에서는, 도 36 에 나타내는 바와 같이, 선상부 (25b) 를 위치 (Pb) 에서 절단함과 함께, 선상부 (25c) 를 위치 (Pc) 에서 절단한다. 이에 따라, 전극 (2a 및 2b) 을 서로로부터 전기적으로 절연한다.

이상과 같이 하여, 도 23 및 도 27 에 나타내는 전극부 (2) 를 얻는다. 또한, 이 전극부 (2) 에는, 도 13b 를 참조하면서 설명한 벽 (32) 을 형성해도 된다. 또, 이와 같이 하여 얻어지는 전극부 (2) 는, 지지체층 (34) 및 프레임상부 (25a) 를 가요성으로 함으로써, 가요성으로 할 수 있다.

＜제 7 실시형태＞

도 37 내지 도 39 는, 본 발명의 제 7 실시형태에 관련된 생체 센서의 예를 개략적으로 나타내는 측면도이다.

도 37 에 나타내는 생체 센서 (1) 는, 전극 (2a 및 2b) 과, 지지체 (3), 배터리 (8) 와, 기억/출력부 (9) 를 포함하고 있다.

전극 (2a) 은, 코일 형상을 갖고 있다. 전극 (2a) 은, 스프링으로서 기능할 수 있다.

전극 (2b) 은, 기둥 형상을 갖고 있다. 전극 (2b) 은, 전극 (2a) 에 대하여, 그 신축 방향에 위치하고 있다.

지지체 (3) 는, 전극 (2a 및 2b) 사이에 위치하고 있다. 지지체 (3) 는, 중공 구조를 갖고 있고, 신호 처리부를 포함하는 전자 부품을 내장하고 있다.

배터리 (8) 는, 지지체 (3) 에 대하여 착탈 가능하게 장착되어 있다. 배터리 (8) 는, 지지체 (3) 가 내장하고 있는 전자 부품에 전력을 공급한다.

기억/출력부 (9) 는, 지지체 (3) 에 장착되어 있다. 기억/출력부 (9) 는, 기억 장치를 내장하고 있고, 신호 처리부가 생성한 정보를 기억한다. 그리고, 기억/출력부 (9) 는, 이 정보를 무선 또는 유선으로 외부 기기에 전송한다.

도 38 에 나타내는 생체 센서 (1) 는, 전극 (2a 및 2b) 과, 지지체 (3), 배터리 (8) 를 포함하고 있다. 이 생체 센서 (1) 는, 기억/출력부 (9) 를 포함하고 있지 않고, 지지체 (3) 가 내장하고 있는 전자 부품이 출력부 등을 추가로 포함하고 있는 것 이외에는, 도 37 을 참조하면서 설명한 생체 센서와 동일하다.

도 39 에 나타내는 생체 센서 (1) 는, 전극 (2b) 이 전극 (2a) 과 동일한 구조를 갖고 있는 것 이외에는, 도 37 을 참조하면서 설명한 생체 센서와 동일하다. 도 38 에 나타내는 생체 센서 (1) 에 있어서도, 전극 (2b) 은, 전극 (2a) 과 동일한 구조를 갖고 있어도 된다. 또, 전극 (2a 및 2b) 의 적어도 일방으로서, 판 스프링 형상을 갖고 있어, 스프링으로서 기능할 수 있는 것을 사용해도 된다.

도 40 은, 본 발명의 제 7 실시형태에 관련된 생체 센서의 일 사용예를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 41 은, 본 발명의 제 7 실시형태에 관련된 생체 센서의 다른 사용예를 개략적으로 나타내는 도면이다.

생체 센서 (1) 는, 도 40 에 나타내는 바와 같이, 귀 (201) 안에 설치할 수 있다. 생체 센서 (1) 를 귀 (201) 안에 설치한 경우, 예를 들어, 액체 시료로서 땀을 이용할 수 있다.

또, 생체 센서 (1) 는, 도 41 에 나타내는 바와 같이, 코 (202) 안에 설치할 수도 있다. 생체 센서 (1) 를 코 (202) 안에 설치한 경우, 예를 들어, 액체 시료로서 콧물을 이용할 수 있다. 또, 이 경우, 전극 (2a 및 2b) 의 적어도 일방에 효소를 담지시켜 두고, 병원균이나 바이러스의 검출을 실시하는 것도 가능하다.

생체 센서 (1) 는, 온도 센서를 추가로 내장하고 있어도 된다. 생체 센서 (1) 를, 예를 들어, 귀 (201) 나 코 (202) 안에 설치하고, 체온을 항상 측정함으로써, 생리 주기의 확인이나, 임신 유무의 확인 등이 가능해진다.

또, 생체 센서 (1) 는, 심박계를 내장하고 있어도 된다. 생체 센서 (1) 를, 예를 들어, 귀 (201) 나 코 (202) 안에 설치하고, 심박수를 항상 측정함으로써, 부정맥 등의 검사가 가능해진다.

생체 센서 (1) 는, 그 자체를 또는 그 주위를 대전시키는 기능을 추가로 갖고 있어도 된다. 예를 들어, 생체 센서 (1) 를 코 (202) 안에 설치하고, 코 (202) 안을 정 (正) 으로 대전시킨 경우, 코 (202) 안으로의 화분 (花粉) 의 침입을 억제할 수 있다. 또, 생체 센서 (1) 를 코 (202) 안에 설치하고, 생체 센서 (1) 또는 전극 (2a 또는 2b) 을 부 (負) 로 대전시킨 경우, 화분을 포집하여, 코의 안쪽으로의 화분의 침입을 억제할 수 있다. 또, 생체 센서 (1) 를 귀 (201) 또는 코 (202) 안에 설치하고, 생체 (200) 를 부로 대전시킨 경우, 몸에 화분을 흡착시키고, 코 (202) 로의 화분의 침입을 억제할 수 있다.

생체 센서 (1) 는, 전자파를 발생하는 기능을 추가로 갖고 있어도 된다. 화분은, 전자파를 이용하여 분해할 수 있다.

귀 (201) 안에 설치하는 생체 센서 (1) 는, 보청기 또는 이어폰으로서의 기능을 추가로 갖고 있어도 된다.

이하에, 생체 센서의 제조 및 이것을 사용한 측정의 구체예를 기재한다.

＜예 1＞

본 예에서는, 이하에 설명하는 방법에 의해, 생체 센서를 제조하고, 이 생체 센서를 사용한 측정을 실시하였다.

(A) 금속 소재의 가공

두께 0.3 ㎜ 의 스테인리스 (SUS304) 판을 가공하여, 도 14 및 도 15 에 나타내는 금속판 (20) 을 얻었다. 이 가공은, 구체적으로는, 이하의 방법에 의해 실시하였다. 먼저, 스테인리스판의 양면에 감광성 에칭 레지스트를 도포하였다. 이들 레지스트층을 패턴 노광하고, 현상함으로써, 스테인리스판의 양면에 레지스트 패턴을 형성하였다. 이어서, 이들 레지스트 패턴을 에칭 마스크로서 사용하여, 스테인리스를 에칭하였다. 에칭액으로는, 염화제2철 용액을 사용하였다. 그 후, 레지스트 패턴을 박리함으로써, 슬릿 (27) 을 갖는 금속판 (20) 을 얻었다. 이어서, 기체 (21) 가 지지부 (25) 에 대하여 들어올려지도록, 굽힘 가공을 실시하였다. 여기서는, 기체 (21) 의 사각형부의 치수는 3.3 ㎜ × 3.3 ㎜ 로 하고, 기체 (21) 는 지지부 (25) 에 대하여 0.5 ㎜ 들어올렸다.

(B) 보호층의 형성

다음으로, 금속판 (20) 의 표면 전체에, 도금법에 의해, 탄소로 이루어지는 두께 3 ㎛ 의 연속막을, 도 16 에 나타내는 보호층 (22) 으로서 형성하였다. 구체적으로는, 보호층 (22) 은, 칼슘카바이드를 포함하는 용융염 (LiCl-KCl-CaCl₂：500 ℃) 에 금속판 (20) 을 침지시키고, 애노드 분극함으로써 형성하였다.

(C) 전극의 임시 배치 및 인출선의 접속

다음으로, 보호층 (22) 을 형성한 기체 (21) 를, 지지부 (25) 로부터 분리하였다. 구체적으로는, 기체 (21) 와 지지부 (25) 의 접속부에 레이저 빔을 조사하여, 기체 (21) 를 지지부 (25) 로부터 절단하였다. 이와 같이 하여, 도 16 에 나타내는 전극 (2a 및 2b) 을 얻었다.

이어서, 도 17 에 나타내는 절연성 부품 (33a 및 33b) 을, 도시되지 않은 지그에 부착시켰다. 계속해서, 절연성 부품 (33a 및 33b) 에, 각각, 전극 (2a 및 2b) 을 압착시켰다. 여기서는, 전극 (2a 및 2b) 간의 거리는 약 2 ㎜ 로 하였다.

그 후, 전극 (2a) 과 전극 (2b) 에, 각각, 도 17 에 나타내는 인출선 (6a) 의 일단과 인출선 (6b) 의 일단을 접합하였다. 인출선 (6a 및 6b) 으로는, 구리선을 사용하였다. 인출선 (6a 및 6b) 의 접합은, 도전 페이스트를 사용하여, 기체 (21) 의 노출부에 대하여 실시하였다.

(D) 수지 몰드

다음으로, 도시되지 않은 금형의 캐비티 내에, 절연성 부품 (33a) 과 일체화한 전극 (2a) 과, 절연성 부품 (33b) 과 일체화한 전극 (2b) 을, 그들의 노출된 주면이, 도시되지 않은 금형의 코어를 사이에 끼워 마주보도록 배치하였다. 이 때, 코어의 하방에는, 도 18 에 나타내는 전극 (2c) 을 설치하였다. 또, 절연성 부품 (33a 및 33b) 을 부착시키고 있던 지그는 떼어내었다.

이어서, 금형에 수지를 사출하였다. 이 수지를 경화시킴으로써, 도 18 에 나타내는 지지체 본체 (33c) 를 얻었다. 계속해서, 금형을 분해함으로써, 도 18 에 나타내는 전극부 (2) 를 얻었다. 코어를 떼어냄으로서 생긴 공간의 용량은 20 ㎕ 였다.

(E) 전자 부품의 준비

도 19 에 나타내는 프린트 배선판 (PWB) 을 준비하였다. 이 프린트 배선판 (PWB) 상에, 신호 처리부 (4a) 및 출력부 (4c) 로서의 반도체 모듈과, 전원부 (4d) 로서의 반도체 모듈을 탑재하였다. 이에 따라, 전자 부품 (4) 을 얻었다.

(F) 부품의 접속

전자 부품 (4) 의 신호 처리부 (4a) 에, 이것에 데이터 입력을 하기 위한 인터페이스 (41) 와, 인출선 (6a, 6b 및 6c) 을 전기적으로 접속하였다. 또, 전자 부품 (4) 의 출력부 (4c) 에, 여기에서 외부로 데이터를 주고 받기 위한 인터페이스 (42) 를 전기적으로 접속하였다. 또한, 전자 부품 (4) 의 전원부 (4d) 에, 외부 전원 (5) 을 전기적으로 접속하였다. 이상과 같이 하여, 도 19 에 나타내는 생체 센서 (1) 를 완성하였다.

(G) 측정

10 ㎕ 의 혈액과, 글루코오스 옥시다아제 및 페리시안화 이온을 각각 0.01 ㏖/ℓ 의 농도로 함유한 10 ㎕ 의 생리 식염수를 혼합하였다. 혼합을 개시하고 나서 1 분 후에, 이 혼합액을 전극부 (2) 의 오목부 내에 도입하고, 전극 (2a 및 2b) 사이에 0.5 V 의 전압을 인가하였다. 그리고, 전압의 인가를 개시하고 나서 10 초 후에 전극 (2a 및 2b) 사이에 흐르는 전류를 측정하였다. 이 측정에 의해 얻어진 전류값은, 혈중 글루코오스 농도가 10 내지 500 ㎎/㎗ 의 범위에서 1 내지 10 ㎂ 이고, 양호한 직선성이 얻어지는 것을 알 수 있었다. 이 측정 수법 자체는, 혈중 글루코오스 농도의 검출법으로서 비교적 일반적이다. 상기의 시험에 의해, 상기 서술한 생체 센서를 사용한 경우에 있어서도, 정확한 측정이 가능한 것을 알 수 있었다.

＜예 2＞

(A) 금속 소재의 가공

두께 0.3 ㎜ 의 스테인리스 (SUS304) 판을 가공하여, 도 30, 31, 및 32a 내지 32c 에 나타내는 금속판 (20) 을 얻었다. 이 가공은, 구체적으로는, 이하의 방법에 의해 실시하였다. 먼저, 스테인리스판의 양면에 감광성 에칭 레지스트를 도포하였다. 이들 레지스트층을 패턴 노광하고, 현상함으로써, 스테인리스판의 양면에 레지스트 패턴을 형성하였다. 이어서, 이들 레지스트 패턴을 에칭 마스크로서 사용하여, 스테인리스를 에칭하였다. 에칭액으로는, 염화제2철 용액을 사용하였다. 그 후, 레지스트 패턴을 박리함으로써, 슬릿 (27) 을 갖는 금속판 (20) 을 얻었다. 여기서는, 기체 (21) 의 사각형 형상을 갖고 있는 표면의 치수는 0.8 ㎜ × 0.8 ㎜ 로 하였다.

(B) 보호층의 형성

다음으로, 금속판 (20) 의 표면 전체에, 도금법에 의해, 탄소로 이루어지는 두께 3 ㎛ 의 연속막을, 도 33a 내지 33c 에 나타내는 보호층 (22) 으로서 형성하였다. 구체적으로는, 보호층 (22) 은, 칼슘카바이드를 포함하는 용융염 (LiCl-KCl-CaCl₂：500 ℃) 에 금속판 (20) 을 침지시키고, 애노드 분극함으로써 형성하였다.

(C) 수지 몰드

다음으로, 도시되지 않은 금형의 캐비티 내에, 보호층 (22) 을 형성한 금속판 (20) 을 설치하였다. 이 금속판 (20) 은, 보호층 (22) 중 기체 (21) 의 주면 상에 위치한 부분이 금형의 내벽과 밀착하도록 금형에 대하여 압접시켰다. 이에 따라, 상기 부분이 수지로 덮이지 않도록 하였다. 이어서, 금형에 수지를 사출하고, 이 수지를 경화시켰다. 계속해서, 금형을 분해하고, 금속판 (20) 을 포함하는 성형품을 금형으로부터 꺼냄으로써, 도 34a 내지 34c 및 35 에 나타내는 지지체 (3) 를 얻었다.

(D) 전극의 분리 및 전극부의 형성

계속해서, 보호층 (22) 중 기체 (21) 의 주면 상에 위치한 부분을 0.001 M 염화백금산 용액에 침지시키고, 이것에 10 초간에 걸쳐 부 전압을 인가하였다 (캐소드 분극). 이에 따라, 보호층 (22) 중 기체 (21) 의 주면 상에 위치한 부분에, 극소량의 백금을 부착시켰다. 이어서, 도 36 에 나타내는 바와 같이, 선상부 (25b 및 25c) 의 이면에 레이저 빔을 조사하여, 선상부 (25b) 를 위치 (Pb) 에서 절단함과 함께, 선상부 (25c) 를 위치 (Pc) 에서 절단하였다.

계속해서, 지지체층 (34) 을, 가로 방향으로 연장된 절단선이 위치 (Pb) 를 통과하고, 세로 방향으로 연장된 절단선이 위치 (Pc) 를 통과하도록, 격자상으로 절단하였다. 이에 따라, 전극 (2a) 과 지지체층 (34) 의 일부를 포함한 제 1 복합체와, 전극 (2b) 과 지지체층 (34) 의 다른 일부를 포함한 제 2 복합체와, 그들과 동일한 구조를 갖는 제 3 복합체를 얻었다.

다음으로, 별도 준비한 수지제 프레임에, 제 1 내지 제 3 복합체를 접합시키고, 그들의 근방에 은/염화은 참조 전극을 설치하였다.

(E) 접속부의 형성

제 1 내지 제 3 복합체가 포함하고 있는 각 전극의 이면에, 디스펜서에 의해 카본 페이스트를 공급하여, 접속용 범프를 형성하였다.

(F) 전자 부품의 준비

도 19 에 나타내는 부품을 준비하였다. 구체적으로는, 신호 처리부 (4a) 를 포함한 반도체 칩과, 출력부 (4c) 를 포함한 반도체 칩과, 전원부 (4d) 를 포함한 반도체 칩을 준비하였다. 또, 이들을 탑재시키는 프린트 배선판 (PWB) 도 준비하였다.

(G) 부품의 접속

신호 처리부 (4a) 를 포함한 반도체 칩을 프린트 배선판 (PWB) 에 다이 본딩하고, 이 반도체 칩의 단자를 프린트 배선판 (PWB) 상의 단자에 와이어 본딩하였다. 공정 (E) 에 의해 얻어진 구조의 전극은, 인출선을 통해서, 이 반도체 칩의 단자에 전기적으로 접속하였다. 또, 다른 반도체 칩은, 프린트 배선판 (PWB) 상의 단자에, 플립 칩 또는 와이어 본딩 접속하였다. 이와 같이 하여, 도 19 에 나타내는 전자 부품 (4) 을 얻었다.

이어서, 신호 처리부 (4a) 에, 이것에 데이터 입력을 하기 위한 인터페이스 (41) 를 전기적으로 접속하였다. 또, 출력부 (4c) 에, 여기에서 외부로 데이터를 주고 받기 위한 인터페이스 (42) 를 전기적으로 접속하였다. 또한, 전원부 (4d) 에, 외부 전원 (5) 을 전기적으로 접속하였다. 이상과 같이 하여, 도 19 에 나타내는 생체 센서 (1) 를 완성하였다.

(H) 측정

생체내에서는, 세포의 활동에 의해, 질소를 포함하는 산화 물질 (RNS：Reactive Nitrogen Species) 및 산소를 포함하는 산화 물질 (ROS：Reactive Oxygen Species) 이 생성된다. 이들은, 시간 경과적으로 다른 물질로 변화하지만, 축적되어 농도가 높아지면, 세포에 데미지를 주어, 다양한 질병의 원인이 되는 것으로 생각되고 있다. RNS 로는, ONOO^-, NO₂ ^-, NO^·, 및 NO^- 등이 있다. ROS 로는, O₂ ^·-, H₂O₂, 및 OH^· 등이 알려져 있다. 이와 같은 종은, 생체내에 복수가 동시에 존재하므로, 이들을 동시에 측정할 수 있는 수법을 찾아내는 것은 의의가 깊다. 그래서, 이하에 기재하는 바와 같이, 모의적으로이기는 하지만, 복수의 RNS 및 ROS 를 포함하는 용액에 대해, 생체 센서 (1) 에 의한 성분의 동시 검출을 실시하였다.

먼저, 인산 완충 생리 식염수 (pH 7.2) 중에 H₂O₂ 및 NO₂ ^- 를 첨가하여, H₂O₂ 및 NO₂ ^- 를 함께 1 mM 농도로 포함한 제 1 용액과, H₂O₂ 를 2 mM 의 농도로 포함하고, NO₂ ^- 를 1 mM 농도로 포함한 제 2 용액과, H₂O₂ 및 NO₂ ^- 를 함께 2 mM 농도로 포함한 제 3 용액을 조제하였다.

다음으로, 이들 용액의 각각을 도 10 에 나타내는 시료 (10) 로서 사용하여, 생체 센서 (1) 에 의한 분석을 실시하였다. 구체적으로는, 각 시료 (10) 의 양은 1 ㎖ 로 하였다. 참조 전극과 전극 (2a) 사이에는 0.4 V 의 전압을 인가하고, 참조 전극과 전극 (2b) 사이에는 0.9 V 의 전압을 인가하였다. 전극 (2c) 은 공통 대극 (對極) 으로서 이용하였다. 그리고, 전압의 인가를 개시하고 나서 60 초 후에 전극 (2a 및 2b) 에 흐르는 전류를 측정하였다. 측정 조건의 일부를 이하의 표 1 에 나타낸다. 또, 이 측정의 결과를 이하의 표 2 에 나타낸다.

문헌 (Y. Li et al., Electrochimica Acta, vol. 144, 111-118 (2014)) 에 의하면, 여기서 설정한 전위에서는, 표 1 중에 기록된 「측정 대상종」 이 검출된다. 0.4 V 에서는 H₂O₂ 만이 검출되고, 0.9 V 에서는 H₂O₂ 및 NO₂ ^- 가 모두 검출되고, 전류는 그들의 존재량에 거의 비례한 값이 된다. 표 2 에 나타내는 측정 결과로부터, 상기의 생체 센서 (1) 에 의하면, 복수의 산화종 (여기서는, H₂O₂ 및 NO₂ ^-) 을 동시에 측정하는 것이 가능한 것을 알 수 있다.

＜예 3＞

도 42 는, 본 발명의 예 3 에 관련된 생체 센서의 제조에 있어서의 일 공정을 개략적으로 나타내는 평면도. 도 43 은, 도 42 에 나타내는 구조의 XLIII-XLIII 선을 따른 단면도이다. 도 44 는, 본 발명의 예 3 에 관련된 생체 센서의 제조에 있어서의 일 공정을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 본 예에서는, 이하에 설명하는 방법에 의해, 생체 센서를 제조하고, 이 생체 센서를 사용한 측정을 실시하였다.

(A) 소재의 가공

두께 0.3 ㎜ 의 스테인리스 (SUS304) 를 가공하여, 도 42 및 42 에 나타내는 금속판 (20) 을 얻었다. 이 가공은, 구체적으로는, 이하의 방법에 의해 실시하였다. 먼저, 스테인리스판의 양면에 감광성 에칭 레지스트를 도포하였다. 이들 레지스트층을 패턴 노광하고, 현상함으로써, 스테인리스판의 양면에 레지스트 패턴을 형성하였다. 이어서, 이들 레지스트 패턴을 에칭 마스크로서 사용하여, 스테인리스를 에칭하였다. 에칭액으로는, 염화제2철 용액을 사용하였다. 그 후, 레지스트 패턴을 박리함으로써, 슬릿 (27) 을 갖는 금속판 (20) 을 얻었다. 이어서, 기체 (21) 가 금속판 (20) 에 대하여 부분적으로 들어올려지도록, 굽힘 가공을 실시하였다. 여기서는, 기체 (21) 의 길이는 8 ㎜ 로 하고, 기체 (21) 는 지지부 (25) 에 대하여 2 ㎜ 들어올렸다.

(B) 보호층의 형성

다음으로, 금속판 (20) 의 표면 전체에, 도금법에 의해, 탄소로 이루어지는 두께 3 ㎛ 의 연속막을, 도 33a 내지 33c 등에 나타내는 보호층 (22) 으로서 형성하였다. 구체적으로는, 보호층 (22) 은, 칼슘카바이드를 포함하는 용융염 (LiCl-KCl-CaCl₂：500 ℃) 에 금속판 (20) 을 침지시키고, 애노드 분극함으로써 형성하였다.

(C) 수지 몰드

다음으로, 도시되지 않은 금형의 캐비티 내에, 보호층 (22) 을 형성한 금속판 (20) 을 설치하였다. 이어서, 금형에 수지를 사출하고, 이 수지를 경화시켰다. 이에 따라, 도 44 에 나타내는 구조를 얻었다. 또한, 이 성형은, 기체 (21) 중, 전극 (2a 및 2b) 에 이용하는 부분과, 후술하는 인출선과 접속하는 부분이, 각각, 수지로 이루어지는 지지체 (35) 의 표면과 이면으로부터 돌출하도록 실시하였다.

(D) 전극의 임시 배치 및 인출선의 접속

다음으로, 다이싱 장치에 의해, 도 44 에 나타내는 구조를 Y-Y 선을 따라 절단하여, 주면의 치수가 5 ㎜ × 5 ㎜ 인 구조체를 얻었다. 이에 따라, 지지부 (25) 로부터 전극 (2a 및 2b) 을 분리하였다.

그 후, 전극 (2a 및 2b) 에, 각각, 도 19 에 나타내는 인출선 (6a) 의 일단과 인출선 (6b) 의 일단을 접합하였다. 인출선 (6a 및 6b) 으로는, 구리선을 사용하였다. 인출선 (6a 및 6b) 의 접합은, 도전성 페이스트를 사용하여, 기체 (21) 중 지지체 (35) 의 이면으로부터 돌출한 부분에 대하여 실시하였다.

(E) 전자 부품의 준비

(F) 부품의 접속

전자 부품 (4) 의 신호 처리부 (4a) 에, 이것에 데이터 입력을 하기 위한 인터페이스 (41) 와, 인출선 (6a 및 6b) 을 전기적으로 접속하였다. 또, 전자 부품 (4) 의 출력부 (4c) 에, 여기에서 외부로 데이터를 주고 받기 위한 인터페이스 (42) 를 전기적으로 접속하였다. 또한, 전자 부품 (4) 의 전원부 (4d) 에, 외부 전원 (5) 을 전기적으로 접속하였다. 이상과 같이 하여, 도 19 에 나타내는 생체 센서 (1) 를 완성하였다.

(G) 측정

10 ㎕ 의 혈액과, 글루코오스 옥시다아제 및 페리시안화 이온을 각각 0.01 ㏖/ℓ 의 농도로 함유한 10 ㎕ 의 생리 식염수를 혼합하고, 이 혼합액을 프레파라트 상에 적하하였다. 혼합을 개시하고 나서 1 분 후에, 이 혼합액 위로부터 전극부 (2) 를 꽉 누르고, 전극 (2a 및 2b) 사이에 0.5 V 의 전압을 인가하였다. 그리고, 전압의 인가를 개시하고 나서 10 초 후에 전극 (2a 및 2b) 사이에 흐르는 전류를 측정하였다. 이 측정에 의해 얻어진 전류값은, 혈중 글루코오스 농도가 10 내지 500 ㎎/㎗ 의 범위에서 1 내지 10 ㎂ 이며, 혈중 글루코오스 농도에 대하여 높은 선형성을 나타내었다. 또한, 이 측정 수법 자체는, 혈중 글루코오스 농도의 검출법으로서 비교적 일반적이다. 상기의 시험에 의해, 상기 서술한 생체 센서 (1) 를 사용한 경우에 있어서도, 정확한 측정이 가능한 것을 알 수 있었다.

Claims

2 이상의 전극과, 상기 2 이상의 전극을 지지한 지지체를 구비하고,
상기 전극의 1 이상은, 금속으로 이루어지는 표면을 갖고 있는 기체와, 상기 표면의 적어도 일부를 피복한 보호층을 포함하고,
상기 보호층은, 탄소로 이루어지고 또한 1 ㎛ 이상의 두께를 갖고 있는 연속막인, 생체 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 보호층은, 상기 표면 중, 적어도 측정 대상이 접촉할 수 있는 영역 전체를 피복하고 있는, 생체 센서.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
일단이 상기 표면에 접합된 인출선을 추가로 구비하고, 상기 보호층은, 상기 표면과 상기 인출선의 접합부를 제외한, 상기 표면의 전체를 피복하고 있는, 생체 센서.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기체는, 만곡 또는 굴곡한 형상을 갖고 있고, 상기 보호층은, 상기 표면 중, 적어도 상기 기체가 만곡 또는 굴곡한 부분에 대응한 영역을 피복하고 있는, 생체 센서.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기체는, 서로 평행한 제 1 및 제 2 주면 (主面) 과, 그들의 가장자리를 따라 연장된 단면 (端面) 을 갖고, 상기 보호층은, 상기 제 1 주면의 전체와, 상기 제 2 주면의 적어도 일부와, 상기 단면의 적어도 일부를 피복하고 있는, 생체 센서.
제 5 항에 있어서,
상기 지지체는, 상기 2 이상의 전극을 서로에 대하여 기울어지도록 지지한, 생체 센서.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기체는, 코일 형상 또는 판 스프링 형상을 갖고 있는, 생체 센서.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 2 이상의 전극에 전기적으로 접속되고, 그들 전극간을 흐르는 전류 또는 그들 전극간의 전압으로부터, 측정 대상에 관한 정보를 생성하는 처리부를 추가로 구비한, 생체 센서.
제 8 항에 있어서,
상기 정보를 상기 생체 센서의 외부로 출력하는 출력부를 추가로 구비한, 생체 센서.
금속으로 이루어지는 표면을 갖고 있는 기체에, 도금법에 의해, 탄소로 이루어지는 보호층을, 상기 표면의 적어도 일부를 피복하고 또한 1 ㎛ 이상의 두께를 갖도록 형성하여, 전극을 얻는 공정과,
상기 전극을 포함하는 2 이상의 전극을 지지체에 지지시키는 공정을 포함한, 생체 센서의 제조 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 전극을 얻는 공정에 앞서, 상기 기체를 변형시키는 공정을 추가로 포함한, 생체 센서의 제조 방법.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 금속으로 이루어지는 표면을 갖고 있는 판의 일부를 제거하여, 상기 기체와 이것에 이어진 지지부를 포함한 구조체를 얻는 공정과,
상기 전극을 얻는 공정 후에, 상기 기체를 상기 지지부로부터 분리하는 공정
을 추가로 포함한, 생체 센서의 제조 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 기체 중 상기 지지부로부터 분리함으로써 노출된 부분에 인출선을 접합하는 것을 추가로 포함한, 생체 센서의 제조 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 보호층의 일부를 제거하여, 상기 표면의 일부를 노출시키고, 이 노출된 부분에 인출선을 접합하는 것을 추가로 포함한, 생체 센서의 제조 방법.