TWI435076B - Biosensor - Google Patents

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TWI435076B
TWI435076B TW097142313A TW97142313A TWI435076B TW I435076 B TWI435076 B TW I435076B TW 097142313 A TW097142313 A TW 097142313A TW 97142313 A TW97142313 A TW 97142313A TW I435076 B TWI435076 B TW I435076B
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Yoshiharu Sato
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
    • G01N27/3271—Amperometric enzyme electrodes for analytes in body fluids, e.g. glucose in blood
    • G01N27/3272—Test elements therefor, i.e. disposable laminated substrates with electrodes, reagent and channels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/001—Enzyme electrodes
    • C12Q1/005—Enzyme electrodes involving specific analytes or enzymes
    • C12Q1/006—Enzyme electrodes involving specific analytes or enzymes for glucose

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Description

生物感測器
本發明係關於包含試劑部與電極之分析用具。
測定血液中之葡萄糖濃度等之情形，作為簡易的方法，通常採用利用構成用完就丟棄之分析用具之方法。作為分析用具，例如有圖9及圖10所示之電極式之生物感測器9(例如參照專利文獻1)。此生物感測器9係包含設於基板90之電極91、92、及使血液等試料移動用之流路93。
電極91係包含在與血液中之特定成分之間施行電子授受之作用極94。電極92係包含在與作用極94之間發生電位差用之對極95。作用極94及對極95係在流路93中露出，並與試劑部96接觸。
在此種生物感測器9中，在試料供應至流路93之狀態下，將電壓施加至作用極94與對極95之間時，可輸出對應於試料中之特定成分之濃度之響應電流。因此，在生物感測器9中，可藉由利用作用極94(電極91)及對極95(電極92)測定響應電流，以測定葡萄糖濃度等。
在此，生物感測器9之電極91、92例如係藉由利用含碳或銀等導體成分之墨水之絲網印刷、金屬濺鍍、或對基板90之金屬片之埋入所形成。因此，電極91、92之厚度小，或實質上無厚度，作用極94之面積實質上會對生物感測器9之感度造成大的影響。其一方面，生物感測器9為了減少試料之需要量，有縮小流路93之尺寸之傾向，電極91、92進而作用極94及對極95之面積也有縮小之傾向。因此，縮小流路93之尺寸之情形，試料供應至流路93時之試料與作用極94之接觸面積有縮小之傾向，故不僅生物感測器9之輸出會變小，而且在感測器之感度容易發生誤差。
又，試劑部96例如係藉由以覆蓋作用極94及對極95之方式點附試劑含有液後，使試劑含有液乾燥所形成。使試劑含有液乾燥之情形，與試劑含有液之點附點之中心部相比，點附點之周圍較快乾燥。因此，點附點之周圍會先結晶化，試劑部96之周圍之試劑濃度比中央部高。其結果，藉由試料溶解試劑部96時之試劑部96之溶解性會降低，或試劑濃度會發生不均勻，故測定精度有可能降低。為消除此種缺失，需要可適切地控制濕度及溫度等環境條件之乾燥裝置，故需要昂貴之設備，且為施行裝置之運轉及維護需要相當之勞力。
另外，在基板90埋入金屬片而形成電極91、92之情形，有必要大幅確保基板全體之厚度，因此，製造生物感測器9時，不能一面由輥引出基板90等之材料，一面加以製造。即，難以施行捲裝進出之製造，不僅製造方法發生限制，製造效率之提高也有困難。
[專利文獻1]日本特開平6-109688號公報
本發明之課題係可大幅確保與試料接觸之電極面積，高效率且低成本地製造生物感測器等之分析用具，並可適切地應付分析用具之小型化。
在本發明中提供一種分析用具，其係包含試劑部與1個以上之電極；且上述1個以上之電極含有形成有上述試劑部之多孔質導體部。
上述多孔質導體部例如係在多孔質體之表面及內表面之至少一部分塗佈導體膜。上述多孔質體例如係絕緣性纖維網眼布。
上述1個以上之電極形成例如片狀，最好含有第1及第2電極片。
本發明之分析用具也可進一步包含介在上述第1及第2電極片之間之絕緣片。上述絕緣片例如係絕緣性纖維網眼布。
本發明之分析用具例如進一步包含：第1及第2蓋片，其係中間疊層有上述第1及第2電極，且具有依序疊層上述第1蓋、上述第1電極片、上述絕緣片、上述第2電極及上述第2蓋片之形態。在此種分析用具中，上述第1及第2蓋片中之至少一方具有使上述第1及第2電極露出用之孔部。
例如，在上述第1蓋片形成有使上述第1電極露出用之孔部；在上述第2蓋片形成有使上述第2電極露出用之孔部。
本發明之分析用具也可在上述第1蓋片、上述第1電極及上述絕緣片形成有使上述第2電極露出用之孔部；在上述第2蓋片、上述第2電極及上述絕緣片形成有使上述第1電極露出用之孔部。此情形之第1電極片也可對於上述多孔質體之上述第2蓋片側選擇地形成有上述導體膜。另一方面，上述第2電極也可對於上述多孔質體之上述第1蓋片側選擇地形成有上述導體膜。
又，本發明也可在上述第1蓋片、上述第1電極及絕緣片形成有使上述第2電極露出用之孔部；在上述第1蓋片進一步形成有使上述第1電極露出用之孔部。
最好本發明之分析用具係以包圍上述試劑部周圍之方式施有疏水處理，在形成上述試劑部之部分施有親水處理。
以下，一面參照圖式，一面說明有關本發明。
首先，一面參照圖1至圖4，一面說明有關本發明之第1實施型態。
圖1至圖3所示之生物感測器1係構成用完就丟棄之分析用具，且係安裝於濃度測定裝置等之分析裝置，使用於分析試料(例如血液及尿液等生化的試料)之特定成分(例如葡萄糖、膽固醇或乳酸)之分析用具。此生物感測器1係具有積層蓋片2、電極片3、分離器4、電極片5及蓋片6之型態，在全體上形成片狀。生物感測器1進一步具有試劑部7，可藉由在試劑部7點附試料，以施行試料之分析。
蓋片2、6係用於保護電極片3、5，並規定試料之點附區域及移動區域，具有貫通孔20、21、60、61。貫通孔20、60係用於使分析裝置之連接器80、81可接觸於電極片3、5，使電極片3、5之一部分露出。貫通孔21、61係執行作為供應至生物感測器1之試料之點附口及抽氣孔之功能。此種蓋片2、6例如係藉由PET等之絕緣樹脂材料形成厚度為150~300μm。
電極片3、5係被分析裝置之連接器80、81施加電壓，例如形成厚度為10~50μm之片狀。電極片3、5全體形成多孔質，且至少表面具有導電性。電極片3、5之多孔質之程度只要在試料之供應時不會發生阻塞，可使試料移動所需之充分之毛細管力起作用之程度即可，以網眼徑或多孔徑為基準，例如設定於10~300μm。此種電極片3、5可藉由在導電性低之多孔質體之表面設置導體膜所形成。
作為多孔質體，例如可使用絕緣性纖維布。作為絕緣性纖維布，例如可使用將絕緣性纖維平紋織之絕緣性纖維布。作為絕緣性纖維，例如可使用藉由聚乙烯或尼龍形成纖維徑5~100μm之絕緣性纖維。當然，作為絕緣性纖維布，除了斜紋組織或緞紋組織等其他組織之絕緣性纖維布以外，也可採用不織布。
作為多孔質體，除了纖維布以外，也可使用使發泡體、多數粒子一體化而多孔質化之多孔質體。
另一方面，對多孔質體之導體膜之形成例如可藉由使用金屬等之導體材料之習知之成膜方法施行。
作為金屬材料，例如可使用鉑(Pt)、金(Au)、鈀(Pd)或鎳(Ni)。
作為成膜方法，例如可採用濺鍍、蒸鍍或電鍍。
電極片3、5未必需要全體以多孔質體為母材而形成，只要至少形成試劑部7之部分(使試料移動之部分)為多孔質即可，又，也可為全體藉由導體形成多孔質之電極片。
分離器4係用於維持電極片3、5間之絕緣狀態，例如形成厚度為10~50μm之片狀，並藉由絕緣性材料將全體形成為多孔質。分離器4只要在試料之供應時不會發生阻塞，可使試料移動所需之充分之毛細管力起作用之程度即可，例如可採用網眼徑或多孔徑為10~300μm之多孔質體。作為多孔質體，可使用可在電極片3、5採用之多孔質體同樣之多孔質體。
電極片3、5及分離器4另外在形成試劑部7之區域被施行親水處理，並至少以包圍試劑部7之周圍之方式被施行疏水處理。親水處理可藉由卵磷脂等之表面活性劑之塗佈、或紫外光或真空紫外光之照射而施行。疏水處理可藉由氟塗膜處理等而施行。
藉由預先在形成試劑部7之區域被施行親水處理，在形成試劑部7時，可使形成試劑部7用之試劑液選擇性地浸漬於施行親水處理之部分。藉此，可適切地規定試劑部7。又，在將試料供應至試劑部7之情形，可使試料積極地在施行親水處理之部分移動，並可抑制向試劑部7以外之試料之滲透。因此，可選擇性且有效地對試劑部7供應試料。
另一方面，在電極片3、5及分離器4中，藉由事先以包圍試劑部7之方式施行疏水處理，可抑制試料供應至試劑部7時試料滲透至試劑部7之周圍。藉此，可選擇性且有效地對試劑部7供應試料。
試劑部7係用於與試料作反應，在蓋片2、6之貫通孔21、61之間，連續地形成於電極片3、分離器4及電極片5。此試劑部7例如含有氧化還原酶及電子傳達物質等之試劑，將此等試劑載持於電極片3、分離器4及電極片5之特定區域而形成。
氧化還原酶係依照試料之被分析成分之種類被選擇，例如，在分析葡萄糖之情形，可使用葡糖氧化酶(GOD)及葡糖脫氫酶(GDH)，典型上使用PQQGDH。作為電子傳達物質，例如，可使用釕配位化合物及鐵配位化合物，典型上，可使用[Ru(NH3 )6 ]Cl3 及K3 [Fe(CN)6 ]。
在以上說明之生物感測器1中，由於在形成為多孔質之電極片3、5及分離器4形成有試劑部7，故可大幅確保試劑部7及試料與電極片3、5及分離器4之間之接觸面積。其結果，可提高生物感測器1之輸出進而提高感測器感度。又，由於使試料載持於多孔質而形成試劑部7，故與如以往般將試劑部形成為平板狀之情形相比，可提高試劑部7之溶解性，可使供應試料時之試劑濃度均勻化。因此，在生物感測器1中，可一面適切地確保測定精度，一面適切地應付生物感測器1之小型化。
其次，一面參照圖4，一面說明有關生物感測器1之製造方法。
在生物感測器1之製造之際，首先準備複數材料輥2A、3A、4A、5A、6A。
材料輥2A、6A係在生物感測器1中，將形成為蓋片2、6之材料輥，形成有對應於蓋片2、6之貫通孔20、21、60、61之複數貫通孔。此等材料輥2A、6A例如係藉由使預先形成複數貫通孔之長條片2B、6B捲繞於芯材2C、6C所形成。長條片2B、6B例如係藉由PET等絕緣樹脂材料形成厚度為150~300μm，貫通孔例如可藉由衝切加工所形成。
形成複數貫通孔用之衝切加工也可在與後述材料輥2A~6A之積層步驟或試劑含有液之點附步驟同一之製造線上，於施行材料輥2A~6A之積層步驟之前施行。
材料輥3A、5A係在生物感測器1中，將形成為電極片3、5之材料輥，形成為在表面及內表面之至少一部分具有導電性之多孔質狀。此等材料輥3A、5A例如係藉由使形成導體膜之厚度10~50μm之絕緣性纖維網眼布之長條片3B、5B捲繞於芯材3C、5C所形成。導體膜之形成可藉由使用金屬等導體材料之習知之成膜方法所施行。
材料輥4A係在生物感測器1中，將形成為分離器4之材料輥，形成為多孔質狀。此材料輥4A例如係藉由使厚度10~50μm之絕緣性纖維網眼布之長條片4B捲繞於芯材4C所形成。
長條片3B~5B必要時，預先在形成試劑部7之區域(對應於長條片2B、6B之特定貫通孔之區域)施行親水處理，且以包圍施行親水處理之部分之方式，全體地或局部地施行疏水處理。親水處理例如可藉由表面活性劑之塗佈、或紫外光照射而施行。疏水處理例如可藉由氟塗膜處理等而施行。
接著，安置材料輥2A~6A，一面由材料輥2A~6A引出長條片2B~6B，一面使該等長條片2B~6B互相積層。此時，在鄰接之長條片之間形成接著層而作為積層片8。接著層例如藉由使雙面膠帶或熱熔膜介在長條片2A~6A之間所形成。長條片2B~6B之積層後，藉由熱壓著使長條片2B~6B互相接著。
接著，對長條片2B之特定貫通孔點附試劑含有液。試劑含有液例如含有氧化還原酶及電子傳達物質，藉由習知之分散器82點附。在此，長條片3B~5B係形成為多孔質，故介著貫通孔點附之試劑含有液會滲透至長條片3B~5B。因此，與在平坦面點附試劑含有液之情形相比，可使試劑含有液均質地乾燥，故將試料供應至試劑部7而使試劑部7溶解時，可使試料濃度均質化。
又，若對長條片3B~5B，在對應於長條片2B之貫通孔之位置施行親水處理，則在介著長條片2B之貫通孔點附試劑含有液時，可選擇性地使試劑含有液滲透至施行親水處理之部分。另外，若在施行親水處理之區域周圍施行疏水處理，則可抑制試劑含有液滲透至施行親水處理之區域之周圍，故可更選擇性地使試劑含有液滲透至施行親水處理之部分。
接著，必要時，利用加熱器或送風機等乾燥機構83使試劑含有液乾燥後，將積層片8捲取至芯材84。最後，在積層片8施行衝切加工或切斷加工，藉以獲得圖1至圖3所示之生物感測器1。又，積層片8之衝切或切斷也可在將積層片8捲取至芯材84前，在與試劑含有液之塗佈步驟同一製造線上施行。
如此，生物感測器1可利用複數材料輥2A~6A形成，故可施行所謂捲裝進出之製造。因此，生物感測器1之製造方法上之限制少，且可高效率而在成本上有利地加以製造。
其次，一面參照圖5及圖6，一面說明有關本發明之第2實施型態之生物感測器。在圖5及圖6中，有關與先前說明之第1實施型態同等或實質上同等之要素，附上同一符號，而省略其以下之重複說明。
圖5及圖6所示之生物感測器1'係形成為具有積層蓋片2'、電極片3'、分離器4'、電極片5'及蓋片6'之型態之片狀。
蓋片2'、電極片3'、分離器4'具有互相連通之貫通孔22'、30'、40'。此等貫通孔22'、30'、40'係用於使電極片5'露出，容許連接器80接觸於電極片5'。
分離器4'、電極片5'及蓋片6'具有互相連通之貫通孔41'、50'、62'。此等貫通孔41'、50'、62'係用於使電極片3'露出，容許連接器81接觸於電極片3'。
此等電極片3'、5'係用於使接著於分離器4'之面31'、51'選擇地具有導電性。即，電極片3'、5'可在面31'、51'中與連接器80、81接觸，故有關面32'、52'，無必要賦予導電性。此種電極片3'、5'可藉由對絕緣性纖維網眼布等多孔質體，僅在單面側形成導體膜而形成。
當然，電極片3'、5'既可在包含面31'、51'及面32'、52'之全體形成導體膜，也可在包含形成試劑部7之區域及連接器80、81所接觸之區域之特定部分形成導體膜。
在此種生物感測器1'中，形成試劑部7之區域為多孔質，故可大幅確保試劑部7及試料與電極片2'、4'及分離器3'之間之接觸面積。其結果，可提高生物感測器1'之輸出進而提高感測器感度，可一面適切地確保測定精度，一面適切地應付生物感測器1'之小型化。
其次，一面參照圖7及圖8，一面說明有關本發明之第3實施型態之生物感測器。在圖7及圖8中，有關與先前說明之第1實施型態同等或實質上同等之要素，附上同一符號，而省略其以下之重複說明。
圖7及圖8所示之生物感測器1"係形成為具有積層蓋片2"、電極片3"、分離器4"、電極片5"及蓋片6"之型態之片狀。
蓋片2"、電極片3"、分離器4"具有互相連通之貫通孔22"、30"、40"。此等貫通孔22"、30"、40"係用於使電極片5"露出，容許連接器81接觸於電極片5"。
另一方面，電極片3"係由蓋片2"之貫通孔20露出。藉此，容許連接器80接觸於電極片3"。即，電極片3"、5"係介著蓋片2"露出。因此，在分析裝置中，連接器80、81排列配置於蓋片2"側。
電極片3"係用於使與接著於分離器4"之面31"相反側之面32"選擇地具有導電性。電極片5"係用於使接著於分離器4"之面51"選擇地具有導電性。即，電極片3"、5"可在面32"、51"中與連接器80、81接觸，故有關面31"、52"，無必要賦予導電性。此種電極片3"、5可藉由對絕緣性纖維網眼布等多孔質體，僅在單面側形成導體膜而形成多孔質。又，有關面32"、51"，選擇性地賦予導電性之情形，在面31"、52"可獲得充分之絕緣性之情形下，分離器4"也可加以省略。
當然，電極片3"、5"既可在包含面31"、51"及面32"、52"之全體形成導體膜，也可在包含形成試劑部7之區域及連接器80、81所接觸之區域之特定部分形成導體膜。
在此種生物感測器1"中，形成試劑部7之區域為多孔質，故可大幅確保試劑部7及試料與電極片2"、4"及分離器3"之間之接觸面積。其結果，可提高生物感測器1"之輸出進而提高感測器感度，可一面適切地確保測定精度，一面適切地應付生物感測器1"之小型化。
本發明並不限定於上述之實施型態，可作種種變更。例如，形成於蓋片之貫通孔也可形成作為連續延伸至蓋片之緣之孔部。
又，生物感測器之電極片數未必需要為2片，例如在使用全血作為試料之生物感測器中，也可具備有測定血細胞比容之影響量用之補正用之電極片。另外，電極片未必需要形成片狀，只要適宜地加以設計即可。
1,1',1"．．．生物感測器
2,2',2"．．．蓋片
3,3',3"．．．電極片
4,4',4"．．．分離器
5,5',5"．．．電極片
6,6',6"．．．蓋片
7．．．試劑部
20,21,22',22"．．．貫通孔
30',30"．．．貫通孔
40',40"．．．貫通孔
50'．．．貫通孔
60,61,62'．．．貫通孔
圖1係表示有關本發明之第1實施型態之生物感測器之全體立體圖。
圖2係圖1所示之生物感測器之分解立體圖。
圖3係沿著圖1之III-III線之剖面圖。
圖4係用於說明圖1所示之生物感測器之製造方法之概略構成圖。
圖5係表示有關本發明之第2實施型態之生物感測器之分解立體圖。
圖6係圖5所示之生物感測器之相當於圖3之剖面圖。
圖7係表示有關本發明之第3實施型態之生物感測器之分解立體圖。
圖8係圖7所示之生物感測器之相當於圖3之剖面圖。
圖9係表示相當於以往之分析用具之一例之生物感測器之全體立體圖。
圖10係圖9所示之生物感測器之分解立體圖。
1．．．生物感測器
2．．．蓋片
3．．．電極片
4．．．分離器
5．．．電極片
6．．．蓋片
7．．．試劑部
20,21．．．貫通孔
60,61．．．貫通孔

Claims (10)

  1. 一種生物感測器，其係包含試劑部與1個以上之電極之分析用具，上述1個以上之電極包含第1及第2電極片、及介於上述第1及第2電極片之間之絕緣片；且上述1個以上之電極包含形成有上述試劑部之多孔質導體部，上述試劑部形成於上述多孔質導體部之內部；在形成有上述試劑部之部分施有親水處理，並以包圍上述試劑部周圍之方式施有疏水處理。
  2. 如請求項1之生物感測器，其中上述多孔質導體部係在多孔質體之表面及內表面之至少一部分塗佈有導體膜者。
  3. 如請求項2之生物感測器，其中上述多孔質體係絕緣性纖維網眼布。
  4. 如請求項1之生物感測器，其中上述1個以上之電極形成為片狀。
  5. 如請求項1之生物感測器，其中上述絕緣片係絕緣性纖維網眼布。
  6. 如請求項1之生物感測器，其中進一步包含使上述第1及第2電極片介於中間的第1及第2蓋片，且具有將上述第1蓋片、上述第1電極片、上述絕緣片、上述第2電極片及上述第2蓋片依序加以疊層之形態；上述第1及第2蓋片中之至少一方具有用於使上述第1及第2電極片露出之孔部。
  7. 如請求項6之生物感測器，其中 在上述第1蓋片形成有用於使上述第1電極片露出之孔部；在上述第2蓋片形成有用於使上述第2電極片露出之孔部。
  8. 如請求項6之生物感測器，其中在上述第1蓋片、上述第1電極片及上述絕緣片形成有用於使上述第2電極片露出之孔部；在上述第2蓋片、上述第2電極片及上述絕緣片形成有用於使上述第1電極片露出之孔部。
  9. 如請求項8之生物感測器，其中上述多孔質導體部係在多孔質體之表面塗佈有導體膜者；上述第1電極片係對於上述多孔質體之上述第2蓋片側選擇性地形成有上述導體膜者；上述第2電極片係對於上述多孔質體之上述第1蓋片側選擇性地形成有上述導體膜。
  10. 如請求項6之生物感測器，其中在上述第1蓋片、上述第1電極片及上述絕緣片形成有用於使上述第2電極片露出之孔部；在上述第1蓋片進一步形成有用於使上述第1電極片露出之孔部。
TW097142313A 2007-10-31 2008-10-31 Biosensor TWI435076B (zh)

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