(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板上に少なくとも作用電極及び対照電極に連接された電極パッド部を有し、反応膜を固定した該作用電極上での試料のバイオロジカルな反応に基づいて該作用電極及び該対照電極間で生ずる電気信号により該試料の濃度検出を行なうバイオセンサであって、
上記作用電極及び対照電極に連接した上記電極パッド部を挟着型のコンタクトに挿入することで該電極パッド部の上記反応膜を含む有機膜を剥離して電気的な接続を行なう様に成したことを特徴とするバイオセンサ。
【請求項２】
前記挟着型のコンタクトが複数電極式と成されたことを特徴とする請求項１記載のバイオセンサ。
【請求項３】
前記作用電極及び対照電極に連接された電極パッド部等の金属電極を白金、金、パラジウム、炭素のいずれかを選択し、その膜厚を２μｍ以下と成したことを特徴とする請求項１記載のバイオセンサ。
【請求項４】
前記絶縁基板がシリコン、ガラス、アルミナ基板のいずれかから成り、カップリング材及び選択透過膜、酵素膜から成る反応膜上に制限透過膜を積層させて成ることを特徴とする請求項１記載のバイオセンサ。
【請求項５】
前記反応膜がグルコースオキシダーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、ペルオキシダーゼ、カタラーゼ、ガラクトースオキシダーゼ、ペニシリナーゼのいずれかを使用したことを特徴とする請求項１記載のバイオセンサ。
【請求項６】
前記反応膜の膜厚を５００ｎｍ〜１μｍに選択して成ることを特徴とする請求項１記載のバイオセンサ。
【請求項７】
前記カップリング材の膜厚を１０ｎｍ以下、前記選択透過膜の膜厚を１０〜５００ｎｍ、前記制限透過膜の膜厚を１０ｎｍ以下に選択し、全有機膜の総厚を２μｍ以下に選択して成ることを特徴とする請求項４記載のバイオセンサ。
【請求項８】
絶縁基板上に少なくとも作用電極及び対照電極に連接された電極パッド部を有し、反応膜を固定した該作用電極上での試料のバイオロジカルな反応に基づいて該作用電極及び対照電極間で生ずる電気信号により該試料の濃度検出を行なうバイオセンサの製造方法であって、
上記作用電極及び対照電極に連接した上記電極パッド部を挟着型のコンタクトに挿入する工程を介して、上記反応膜を含む有機膜を剥離させて電気的接続を同時に行なう様に成したことを特徴とするバイオセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバイオセンサの作製において、作業工程を簡略化させ且つ信頼性を向上させた量産化に適したバイオセンサの製造方法、及びこの製造法によって作製したバイオセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
バイオセンサの代表的なものとして、電極に反応膜として酵素膜を固定しておき、バイアスを与えた状態で電極から取り出される電気信号に基づいて測定対象物質（試料）の存在量を検知するもの、例えば白金（Ｐｔ）で作用電極及び対照電極を形成し、固定化酵素膜と試料との反応により生成される過酸化水素を透過選択膜を通して電極表面に導き、この量に対応した電気信号を取り出して試料の血糖値濃度を検知するものが提案されている。
【０００３】
このようなバイオセンサを再現性良く量産化するために、大型絶縁基板上に作用電極及び対照電極をフォトリソグラフィによりリピート形成し、酵素膜や透過選択膜といった有機膜材料をスピンコートによって均一に一括塗布形成した後、分割実装する方法が考えられる。
【０００４】
従来技術でのバイオセンサ及びバイオセンサの製造方法を図９乃至図１１を用いて説明する。
【０００５】
図９は従来のバイオセンサの製造方法を説明する工程図、図１０Ａはバイオセンサ用酵素電極の基板一括形成による製造方法の説明用平面図、図１０Ｂは図１０ＡのＡ−Ａ′断面矢視図、図１１Ａは一括基板からカッティングした単一のバイオセンサ素子の平面図、図１１Ｂは図１１ＡのＢ−Ｂ′断面矢視図である。
【０００６】
先ず、図９上に於ける第１工程Ｓ1 では図１０Ａに示す様な大型の方形状のシリコン（Ｓｉ）等の絶縁基板１を用意し、複数の白金（Ｐｔ）から成る作用電極２及び対照電極３並びにこれら各電極２及び３に連接する電極パッドを略方形状にリフトオフ法やミリング等でパターニングしてリピート形成する。
【０００７】
次に第２工程Ｓ2 では、絶縁基板１上にパターニングした作用電極２及び参照電極３と電極パッド部５Ａ及び５Ｂ上に過酸化水素を選択的に透過する選択透過膜６、反応膜として機能する固定化酵素膜７、制限透過膜８を夫々スピンコートにより順次塗布製膜することで図１０Ｂに示す様に有機膜（６，７，８）が積層された大型絶縁基板１が得られる。
【０００８】
次の第３工程Ｓ3 では図１０Ａに示す大型絶縁基板１を五目盤状にカッティングして、図１１Ａに示す単一のバイオセンサ素子と成る様にカッティングを行なった後に、単一のバイオセンサ素子１０と成して次の第４工程Ｓ4 に送られる。
【０００９】
第４工程Ｓ4 ではカッティングした単一のバイオセンサ素子１０の電極パッド部分５Ａ，５Ｂの上部にコーティングされた不要部１４Ａ，１４Ｂの有機膜（選択透過膜６、反応膜７、制限透過膜８の少なくとも三層を含む）を図１１Ａの様にカッタ等で削り落して、電極パッド５Ａ及び５Ｂの電極面を電気的に導通可能に形成し、挟着型のコネクタ等に挿着させて、試料のグルコース濃度等の測定を行なっていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記の様に、有機膜６，７，８を一括塗布製膜する場合、信号取り出し口である電極パッド５Ａ，５Ｂ上にも有機膜６，７，８が積層されてしまう。
電極パッド５Ａ，５Ｂ上に絶縁物である有機膜６，７，８が積層されると測定系との電気的接続が困難になるため、何らかの方法でこの電極パッド５Ａ，５Ｂ上の有機膜６，７，８を取り除かねばならない。
【００１１】
電極パッド５Ａ，５Ｂ上に有機膜６，７，８を載せないように、有機膜６，７，８の製膜を選択的に行なう手段としてフォトレジストのリフトオフといったフォトリソグラフィを利用した方法が考えられるが、使用する有機溶剤により反応膜を固定化した酵素が失活してしまうこと等から実用化が出来ず、不要部１４Ａ，１４Ｂの有機膜６，７，８を１ケ毎に手作業で機械的に剥がす方法を取らざるを得なかった。この人的作業は有機膜６，７，８の必要部に傷を付けない様、非常な注意力と工数を要していた。剥離が不十分だと接続エラーを起こす可能性もあった。
【００１２】
本発明は叙上の課題を解決するために成されたもので分割したバイオセンサ素子の電極パッドに挟着型コンタクトを挿着することで、剥離工程を設けることなく有機膜を容易に剥離し、測定用端子との電気的接続を同時に可能にする様にしたものである。
【００１３】
本発明は、作用電極上の有機膜が必要な部分に影響を与えることなく、不要部１４Ａ，１４Ｂの有機膜を電極パッド５Ａ，５Ｂ上から容易に剥離し、測定系との接続も同時に可能にする量産化に適したバイオセンサ及びバイオセンサの製造方法が得られる。
【００１４】
すなわち、適当な押圧力を持つ例えばエッジのついた挟着型コンタクトを測定用端子として用いることにより、有機膜剥離の工程を設けることなく測定系との電気的接続を可能とするバイオセンサ及びバイオセンサの製造方法を提供するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係わる発明は絶縁基板１上に少なくとも作用電極２及び対照電極３に連続された電極パッド部５Ａ，５Ｂ，５Ｃを有し、反応膜７を固定した作用電極２上での試料のバイオロジカルな反応に基づいて作用電極２及び対照電極３間で生ずる電気信号により試料の濃度検出を行なうバイオセンサであって、作用電極２及び対照電極器３に連接した電極パッド部５Ａ，５Ｂ，５Ｃを挟着型のコンタクト９に挿入することで電極パッド部５Ａ，５Ｂ，５Ｃの反応膜７を含む有機膜６，７，８を剥離して電気的な接続を行なう様に成したことを特徴とするバイオセンサとしたものである。
【００１６】
請求項２に係わる発明は挟着型のコンタクト９が複数電極式と成されたことを特徴とする請求項１記載のバイオセンサとしたものである。
【００１７】
請求項３に係わる発明は作用電極２及び対照電極３に連続された電極パッド５Ａ，５Ｂ，５Ｃ等の金属電極を白金、金、パラジウム、炭素のいずれかを選択し、その膜厚を２μｍ以下と成したことを特徴とする請求項１記載のバイオセンサとしたものである。
【００１８】
請求項４に係わる発明は絶縁基板１がシリコン、ガラス、アルミナ基板のいずれかから成り、カップリング材及び選択透過膜６、酵素膜７から成る反応膜上に制限透過膜８を積層させて成ることを特徴とする請求項１記載のバイオセンサとしたものである。
【００１９】
請求項５に係わる発明は反応膜７がグルコースオキシダーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、ペルオキシダーゼ、カタラーゼ、ガラクトースオキシダーゼ、ペニシリナーゼのいずれかを使用したことを特徴とする請求項１記載のバイオセンサとしたものである。
【００２０】
請求項６に係わる発明は反応膜７の膜厚を５００ｎｍ〜１μｍに選択して成ることを特徴とする請求項１記載のバイオセンサとしたものである。
【００２１】
請求項７に係わる発明はカップリング材の膜厚を１０ｎｍ以下、選択透過膜６の膜厚を１０〜５００ｎｍ、制限透過膜８の膜厚を１０ｎｍ以下に選択し、全有機膜の総厚を２μｍ以下に選択して成ることを特徴とする請求項４記載のバイオセンサとしたものである。
【００２２】
請求項８に係わる発明は絶縁基板１上に少なくとも作用電極２及び対照電極３に連接された電極パッド部５Ａ，５Ｂ，５Ｃを有し、反応膜６，７，８を固定した作用電極２上での試料のバイオロジカルな反応に基づいて作用電極２及び対照電極３間で生ずる電気信号により試料の濃度検出を行なうバイオセンサの製造方法であって、作用電極２及び対照電極３に連接した電極パッド部５Ａ，５Ｂ，５Ｃを挟着型のコンタクト９に挿入する工程を介して、反応膜７を含む有機膜６，７，８を剥離させて電気的接続を同時に行なう様に成したことを特徴とするバイオセンサの製造方法としたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のバイオセンサ及びバイオセンサの製造方法を図１乃至図５によって説明する。
【００２４】
図１は本発明のバイオセンサの製造方法の工程説明図、図２Ａは本発明の１形態例を示すバイオセンサの平面図、図２Ｂは図１ＡのＡ−Ａ′断面矢視図、図３は挟着型のコンタクトピンに電極パッド部を挿入する工程を示す斜視図、図４はソケット部の封止状態説明斜視図、図５はバイオセンサ素子のユニット化された全体構成を示す斜視図である。
【００２５】
図１の第１工程ＳＴ1 乃至第３工程ＳＴ3 は図９で説明した第１工程Ｓ1 乃至第３工程Ｓ3 と同様に図１０Ｂに示す大面積のガラス等の絶縁基板１上に第１工程Ｓ1 の様に作用電極２及び対照電極３並びに電極パッド部５Ａ及び５Ｂから成る複数のバイオセンサ素子上に選択透過膜６及び固定化した酵素膜７並びに制限透過膜８を第２工程ＳＴ2 の様に順次形成した状態で複数のバイオセンサ素子を一体に形成した後に、第３工程ＳＴ3 で単一のバイオセンサ素子となる様に五目盤状に切断し、図２Ａ及び図２Ｂの如き単一のバイオセンサ素子１０を得ている。
【００２６】
本発明の第４工程ＳＴ4 では図９の第４工程Ｓ4 が省略され、図２Ａ，Ｂ及び図３に示される様に２又型で２極間のピッチＰ＝５．０８ｍｍとした挟着型のコンタクトピン（クリップ型リードピンフレーム）９に単一のバイオセンサ素子１０の電極パッド部５Ａ，５Ｂの有機膜（少なくとも選択透過膜６、固定化酵素膜７、制限透過膜８を含む）６，７，８の不要部１４Ａ，１４Ｂの上側からコンタクトピン９の挟着部を挿入することで電極パッド部５Ａ，５Ｂの有機膜上の不要部１４Ａ，１４Ｂを剥離させて電気パッド部５Ａ，５Ｂの導電金属部を露出させて電気的にコンタクトピン９と接続させる。図３は、この挿入状態を示している。
【００２７】
次の第５工程ＳＴ5 では挟着型のコンタクトピン９の挟着部の押圧力で簡単に剥離した不要部１４Ａ，１４Ｂの有機膜６，７，８の削りカスはエアブロー等で除去する。
【００２８】
次の第６工程ＳＴ6 では図４に示す様に電極パッド部５Ａ，５Ｂとコンタクトピン９の挟着部を囲繞する様な有底半円状ケース１１を対向させて、一体化させ、空間部にエポキシ樹脂等を封入して硬化させた後に第７工程ＳＴ7 でコンタクトピン９の根元をカット１３する。
【００２９】
次の第８工程ＳＴ8 では絶縁基板１の作用電極２及び対照電極３近傍をメッシュ状のカバー１２で覆ってバイオセンサ素子１０をユニット化したものが得られる。
【００３０】
本発明のバイオセンサ用酵素電極作製法の一実施例を図１乃至図２を用いて説明する。
【００３１】
〔実施例１〕
実施例１として示したのはグルコース濃度センサ用電極である。
【００３２】
有機膜６，７，８の積層までの構造工程は形態例に示した図９の工程と同様である。シリコン、ガラス、アルミナ等の１つからなる絶縁基板１上にＰｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｃ等の１つからなる略１００個の作用電極２、対照電極３及びそれぞれに接続した電極パッド５Ａ，５Ｂをリピート形成した。これら各種電極２，３及び電極パッド５Ａ，５Ｂの金属膜厚は、上側に形成する有機膜６，７，８の段差を小さくするため２μｍ以下としている。
【００３３】
この絶縁基板１上には、接着剤としてのカップリング材の膜厚を１０ｎｍ以下にし、必要な特性を得るためにスピンコートにより酢酸セルロース等からなる過酸化水素選択透過膜６を１０〜５００ｎｍ程度に、アルブミンとグルタルアルデヒドでグルコースオキシダーゼを固定化した固定化酵素膜７を５００ｎｍ〜１μｍ程度、シリコーン系樹脂等からなる制限透過膜８を１０ｎｍ以下の膜厚となるよう順次積層して有機膜を構成している。これをスクライブあるいはダイシングによりチップ分割する。
【００３４】
次に、図２Ａ，図２Ｂ、図３に示す挟着型のコンタクトピン（クリップ型リードフレーム）９に分割済のチップ化した絶縁基板１を挿入する。
有機膜６，７，８は柔らかいため図２Ａ，図２Ｂに示す様に、挿入の際の挟着部（クリップエッジ部）の押圧力で電極パッド５Ａ，５Ｂ上の有機膜６，７，８の不要部１４Ａ，１４Ｂは簡単に剥がれ、これにより電極パッド部とリード端子部を接触させることが出来る。剥がれた有機膜の削りカスは、エアブロー等で簡単に取り除くことが出来る。
【００３５】
次に挟着型のコンタクトが２又状或は３又状の成された複数電極式のバイオセンサ素子１０の一実施例を説明する。
【００３６】
〔実施例２〕
実施例１における複数電極式酵素電極は、対照電極３に参照電極４の機能を兼用させていたが実施例２では、測定精度を向上させるために独立した参照電極４を設置した、いわゆる３電極式酵素電極を有したバイオセンサに適用したものである。実施例として示したのはバイオセンサは酵素センサ（ＥＮＺＹＭＥ  ＳＥＮＳＯＲ）としてのグルコースセンサや尿素センサ（ＵＲＥＡ  ＳＥＮＳＯＲ）である。
【００３７】
図６は３電極式酵素電極基板チップをリードピンフレームから成る３極挟着型のコンタクトピンに取り付けた状態であり、図６（Ａ）は正面図、図６（Ｂ）は側断面図である。Ｓｉからなる絶縁基板１上にＰｔからなる作用電極２と、対照電極３とＡｇからなる参照電極４を形成し、夫々の電極２，３，４を電極パッド５Ａ，５Ｂ，５Ｃに接続する。
【００３８】
この絶縁基板１上に接着剤として機能するカップリング膜と、酢酸セルロース等からなる過酸化水素選択透過膜６とグルコースオキシダーゼを固定化した固定化酵素膜７、シリコン系樹脂等からなる制限透過膜８を順次設けている。
【００３９】
図７は本発明の３電極式バイオセンサ素子１０をユニット化したものである。上記のコンタクトピン９に取り付けたチップを、実施例１に示した方法で実装して３電極式バイオセンサを完成している。
【００４０】
尚、３極式の挟着型のコンタクトピンは図６ではリード間のピッチＰ＝２．５４ｍｍのものが選択されている。又ピンの上部の２又状部は図２Ｂ、図３、図６Ｂに示す様に板状コンタクト部９Ａ及び片持梁型コンタクト部９Ｂの突出部で機能膜６，７，８の不要部１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃを掻き落す様に成されている。又コンタクト材料はベリリウム銅、リン青銅に金又は銀鍍金を施したものが使用される。
【００４１】
尚、挟着型のコンタクトピン９の２又状部の形状は図８Ａ及び図８Ｂに示す様に電極パッド５Ａ，５Ｂ，５Ｃの表裏２面を２又状の突部を設けたコンタクト部９Ｃ，９Ｄ又は９Ｅ，９Ｆとしたものを逆Ω状としたものや、図２Ｂで示す２又状部の板状コンタクト部９Ａの上側に一方にへ字状に外側に折り曲げたコンタクト９Ｈと片持梁型コンタクト部９Ｂ（図２Ｂ参照）の先端部をＣ字状に内側に折り曲げたコンタクト９Ｇとする等、種々に変更することが可能である。
【００４２】
更に、上述の構成例では反応膜７としての酵素としてグルコースを酸化してグルコン酸に変換するグルコースオキシダーゼについて説明したが、アルコールを酸化し、アルデヒドとＮＡＤＨを生成する脱水素反応を可逆的に触媒するアルコールデヒドロゲナーゼや、基質の脱水素反応において、酸化剤（水素受容体）としてＨ2 Ｏ2 を用い、ＡＨ2 ＋Ｈ2 Ｏ2 →Ａ＋２Ｈ2 Ｏの反応を触媒するペルオキシターゼや、過酸化水素を分解する反応（２Ｈ2 Ｏ2 →Ｏ2 ＋２Ｈ2 Ｏ）を触媒するカタラーゼや、ガラクトースの酸化を触媒するガラクトースオキシダーゼやペニシリン分子内のＮ−ＣＯ結合を加水分解しペニシリン酸にする反応を触媒するペニシリナーゼ等の酵素を用いたバイオセンサ及びバイオセンサの製造方法に本発明を適用することが出来る。
【００４３】
又、反応膜である上述の酵素膜７の膜厚を５００ｎｍ以下に選択すると酵素量が少なくなり応答が小さくなり、膜の強度が弱くなり耐久性が無く、寿命が短くなる弊害を生ずる。又、酵素膜７の膜厚を１μｍ以上にすると応答速度が遅くなり飽和出力に達した応答が大きすぎて発生する電流により膜構造を破壊する弊害を生ずる。従って酵素膜の膜厚は５００ｎｍ乃至１μｍを選択することで酵素膜の安定した固定化が図れた。従って、本発明では挟着型のコンタクトピンで極めて容易に剥離可能な絶縁基板１上に積層する機能膜厚はカップリング材の膜厚を１０ｎｍ以下、選択透過膜６の膜厚を１０〜５００ｎｍ、制限透過膜８を１０ｎｍ以下とし、全機能膜の総厚を２μｍ以下とするとよい事を確認した。
【００４４】
本発明は上述の説明に限定されずコンタクトピンの形状や押圧力を調整することにより、或は絶縁基板及び形成電極の種類形状、有機膜の種類構成等に対し形態例や実施例に限定されることなくさまざまな組み合わせに対して有効である。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、バイオセンサ用酵素電極等の作製において作用電極有機膜が必要な部分に影響を与えることなく、電極パッド上の不要な有機膜の剥離工程を省略し、測定系との電気的接続を可能にする量産化に適したバイオセンサ及びバイオセンサの製造方法を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバイオセンサの製造工程図である。
【図２】本発明の一形態例を示すバイオセンサ素子の構成を示す正面図及び側断面図である。
【図３】本発明の一形態例を示すバイオセンサ素子の製造方法を示す斜視図である。
【図４】本発明のバイオセンサ素子ユニットの製造工程図である。
【図５】本発明のバイオセンサ素子ユニットの組立状態を示す斜視図である。
【図６】本発明の他の形態例を示すバイオセンサ素子の構成を示す正面図及び側断面図である。
【図７】本発明のバイオセンサ素子ユニットの組立状態を示す斜視図である。
【図８】本発明の他の形態例を示す挟着型コンタクトピンの斜視図である。
【図９】従来のバイオセンサの製造工程図である。
【図１０】バイオセンサ素子の製造工程の絶縁基板の構成を示す正面図および側断面図である。
【図１１】従来のバイオセンサ素子の製造方法を示す正面図および側断面図である。
【符号の説明】
１‥‥絶縁基板、２‥‥作用電極、３‥‥対照電極、４‥‥参照電極、５Ａ，５Ｂ，５Ｃ‥‥電極パッド、６‥‥選択透過膜、７‥‥固定化酵素膜、８‥‥制限透過膜、９‥‥挟着型コンタクトピン、１０‥‥エポキシ樹脂、１１‥‥ケース、１２‥‥メッシュ状カバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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