(57)【要約】【課題】本発明は、導電性が良好なバイオセンサ用電極を安価に製造可能なバイオセンサ用電極の製造方法を提供することを主目的とする。【解決手段】本発明は、支持基材上に、耐腐食性を有する卑金属で構成される金属微粒子およびバインダー樹脂を含有する電極層をパターン状に形成する電極層形成工程と、上記電極層に瞬間的にエネルギーを照射して低抵抗化する低抵抗化工程とを有することを特徴とするバイオセンサ用電極の製造方法を提供することにより、上記課題を解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基材上に、耐腐食性を有する卑金属で構成される金属微粒子およびバインダー樹脂を含有する電極層をパターン状に形成する電極層形成工程と、
前記電極層に瞬間的にエネルギーを照射して低抵抗化する低抵抗化工程と
を有することを特徴とするバイオセンサ用電極の製造方法。
【請求項２】
前記低抵抗化工程ではフラッシュランプアニールを行うことを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサ用電極の製造方法。
【請求項３】
前記耐腐食性を有する卑金属がニッケルであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバイオセンサ用電極の製造方法。
【請求項４】
支持基材と、
前記支持基材上に形成された電極系、配線部および端子部と、
前記電極系上に配置された反応部と、
前記支持基材上に形成され、前記電極系および前記反応部に試料を供給する試料供給路を形成するスペーサと、
前記スペーサ上に配置されたカバーと
を有するバイオセンサの製造方法であって、
少なくとも前記電極系を形成する工程が、請求項１から請求項３までのいずれかに記載のバイオセンサ用電極の製造方法を有することを特徴とするバイオセンサの製造方法。
【請求項５】
支持基材と、
前記支持基材上にパターン状に形成され、耐腐食性を有する卑金属で構成される金属微粒子およびバインダー樹脂を含有する電極層と
を有し、前記電極層が多孔質体であり、前記電極層の表面に細孔径が５ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲内である微細孔を有し、前記電極層の表面の空隙率が２０％〜７０％の範囲内であることを特徴とするバイオセンサ用電極。
【請求項６】
前記耐腐食性を有する卑金属がニッケルであることを特徴とする請求項５に記載のバイオセンサ用電極。
【請求項７】
支持基材と、
前記支持基材上に形成された電極系、配線部および端子部と、
前記電極系上に配置された反応部と、
前記支持基材上に形成され、前記電極系および前記反応部に試料を供給する試料供給路を形成するスペーサと、
前記スペーサ上に配置されたカバーと
を有するバイオセンサであって、
少なくとも前記電極系が、請求項５または請求項６に記載の電極層を有することを特徴とするバイオセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血液等の液体試料中の特定成分を測定するバイオセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
血液等の生体試料中の特定成分について迅速かつ簡便に濃度等を測定する方法として、電気化学的検出手段によるバイオセンサが実用化されている。バイオセンサは、一般に、作用極および対極を含む電極系、酵素および電子受容体を基本構成として備えている。このようなバイオセンサの一例として、電気化学的に血液中のグルコースを定量化するグルコースセンサがある。
【０００３】
グルコースセンサにおいては、酵素は血液中のグルコースを選択的に酸化してグルコン酸を生成し、また同時に電子受容体を還元して還元体を生じる。この還元体に電極系で一定の電圧を印加することで還元体が再び酸化され、その際に電流が発生する。この電流が血液中のグルコース濃度に依存することから、血液中のグルコースを定量化することができる。
【０００４】
また、一般にエンドトキシンという細菌壁毒素が知られており、近年では、電気化学法を用いてエンドトキシンの濃度を測定する方法が研究されている。エンドトキシンは、大腸菌やサルモネラ菌をはじめとするグラム陰性菌の外膜を構成している毒性物質である。このエンドトキシンが極微量（例えば、ｎｇ／ｍＬオーダー）でも血液中等に混入した場合、ショック症状等を引き起こし、最悪死に至る可能性もある。ただし、空気中にはエンドトキシンが広く存在している。このため、透析液等の医薬品にエンドトキシンが存在していないか等の検査が実施されている。
例えば、被検体および試薬の混合物に電極を入れ、ディファレンシャルパルスボルタンメトリー（ＤＰＶ）に基づく測定を行う技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
バイオセンサにおいては、電極材料として、耐腐食性の観点から、白金、金、銀等の貴金属やカーボン等の導電性材料が一般に用いられている。これらの電極材料は、試料中の水分や電子受容体（メディエータ）と接触した場合も酸化還元されにくいといった性質を有する。しかしながら、貴金属は高価でありコスト増を招くという問題がある。また、カーボンは安価に電極を形成することができるものの、所望の導電性を示すカーボン電極を安定して形成することが難しく、個々のバイオセンサの性能にばらつきが生じやすいという問題がある。
そこで、上述の電極材料の代わりに、例えば、ニッケル等の比較的安価で、酸化還元されにくい金属を用いることが検討されている（例えば、特許文献２、３参照）。
【０００６】
また、バイオセンサにおける電極の形成方法としては、例えば、基材の全面に真空蒸着やスパッタリング、めっき、金属箔接着等により金属膜を形成し、その後パターニングする方法が提案されている（例えば、特許文献３、４参照）。しかしながら、このような方法では使用する金属量が多く、金属膜の不要部分は除去されてしまうことから、コストの増加を招くという問題や、製造工程が煩雑であるという問題がある。また、真空蒸着やスパッタリングでは真空プロセスを有するため製造コストがかかり、めっきではめっき浴の管理が煩雑であるという問題もある。
【０００７】
さらに、バイオセンサにおける電極の形成方法としては、例えば、銀ペーストやカーボンペースト等の導電性ペーストを印刷する方法も提案されている（例えば、特許文献５、６参照）。印刷法では導電性ペーストをパターン状に印刷することができるため製造コストを削減できるが、銀やカーボンには上述のように問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−１２７６９５号公報
【特許文献２】特開２００８−４５８７７号公報
【特許文献３】特開２０１０−１８１３０９号公報
【特許文献４】特開２０１２−５８１６８号公報
【特許文献５】特開平８−１５２２０号公報
【特許文献６】特開平８−５６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
グルコースセンサ等に代表される医療用のバイオセンサは使い捨てで、患者は次の検査時には新しいバイオセンサを使用する。このような使い捨て型のバイオセンサにおいては、安価に製造できることが主として望まれる。
【００１０】
そこで、本発明者は安価なバイオセンサの電極の形成方法について種々検討を重ね、ニッケル等の耐腐食性を有する卑金属で構成される金属微粒子およびバインダー樹脂を含有する電極層を印刷法で形成することを試みた。しかしながら、ニッケル等の卑金属は、銀等の貴金属と比較すると導電性に劣るため、上記電極層はバイオセンサの電極として機能する程度の導電性を示すことが困難であることが判明した。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、導電性が良好なバイオセンサ用電極を安価に製造可能なバイオセンサ用電極の製造方法、バイオセンサの製造方法ならびにバイオセンサ用電極およびバイオセンサを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、上記課題を解決すべくさらに検討を重ねた結果、上記の耐腐食性を有する卑金属で構成される金属微粒子およびバインダー樹脂を含有する電極層に瞬間的にエネルギーを照射することにより導電性が向上することを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１３】
すなわち、本発明は、支持基材上に、耐腐食性を有する卑金属で構成される金属微粒子およびバインダー樹脂を含有する電極層をパターン状に形成する電極層形成工程と、上記電極層に瞬間的にエネルギーを照射して低抵抗化する低抵抗化工程とを有することを特徴とするバイオセンサ用電極の製造方法を提供する。
【００１４】
本発明によれば、上記組成の電極層に瞬間的にエネルギーを照射することにより、導電性が良好なバイオセンサ用電極を安価に製造することが可能である。
【００１５】
上記発明においては、上記低抵抗化工程ではフラッシュランプアニールを行うことが好ましい。フラッシュランプアニールでは極短時間での加熱が可能であり、電極層のみを加熱し、支持基材への熱負荷を低減することができる。
【００１６】
また本発明においては、上記耐腐食性を有する卑金属がニッケルであることが好ましい。バイオセンサに用いた場合には、電極層と試料中の成分や反応部の電子受容体（メディエータ）との接触による酸化還元反応を抑制し、腐食を防止することが可能なバイオセンサ用電極を得ることができる。
【００１７】
また本発明は、支持基材と、上記支持基材上に形成された電極系、配線部および端子部と、上記電極系上に配置された反応部と、上記支持基材上に形成され、上記電極系および上記反応部に試料を供給する試料供給路を形成するスペーサと、上記スペーサ上に配置されたカバーとを有するバイオセンサの製造方法であって、少なくとも上記電極系を形成する工程が、上述のバイオセンサ用電極の製造方法を有することを特徴とするバイオセンサの製造方法を提供する。
【００１８】
本発明によれば、少なくとも電極系を形成する工程が上述のバイオセンサ用電極の製造方法を有することにより、導電性が良好な電極系を有するバイオセンサを安価に製造することが可能である。
【００１９】
さらに本発明は、支持基材と、上記支持基材上にパターン状に形成され、耐腐食性を有する卑金属で構成される金属微粒子およびバインダー樹脂を含有する電極層とを有し、上記電極層が多孔質体であり、上記電極層の表面に細孔径が５ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲内である微細孔を有し、上記電極層の表面の空隙率が２０％〜７０％の範囲内であることを特徴とするバイオセンサ用電極を提供する。
【００２０】
本発明によれば、電極層が所定の組成を有し、多孔質体であり、その表面に所定の細孔径を持つ微細孔を有し、電極層表面の空隙率が所定の範囲内であることにより、製造コストを削減し、導電性を向上させることが可能である。
【００２１】
上記発明においては、上記耐腐食性を有する卑金属がニッケルであることが好ましい。本発明のバイオセンサ用電極をバイオセンサに用いた場合には、電極層と試料中の成分や反応部の電子受容体（メディエータ）との接触による酸化還元反応を抑制し、腐食を防止することができる。
【００２２】
また本発明は、支持基材と、上記支持基材上に形成された電極系、配線部および端子部と、上記電極系上に配置された反応部と、上記支持基材上に形成され、上記電極系および上記反応部に試料を供給する試料供給路を形成するスペーサと、上記スペーサ上に配置されたカバーとを有するバイオセンサであって、少なくとも上記電極系が、上述の電極層を有することを特徴とするバイオセンサを提供する。
【００２３】
本発明によれば、少なくとも電極系が上述の電極層を有することにより、製造コストを削減し、導電性を向上させることが可能である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、耐腐食性を有する卑金属で構成される金属微粒子およびバインダー樹脂を含有する電極層に瞬間的にエネルギーを照射することにより導電性を向上させることができ、導電性が良好なバイオセンサ用電極を安価に製造することが可能であるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のバイオセンサ用電極の製造方法の一例を示す工程図である。
【図２】本発明のバイオセンサ用電極の一例を示す概略平面図である。
【図３】本発明のバイオセンサの一例を示す分解斜視図および断面図である。
【図４】本発明のバイオセンサ用電極の他の例を示す概略平面図である。
【図５】本発明のバイオセンサの他の例を示す分解斜視図である。
【図６】本発明のバイオセンサ用電極の他の例を示す概略断面図である。
【図７】電極層の表面の空隙率の求め方を説明するためのＳＥＭ像である。
【図８】本発明のバイオセンサの使用方法の一例を示す模式図である。
【図９】実施例におけるバイオセンサ用電極の一例を示すＳＥＭ像である。
【図１０】実施例におけるバイオセンサ用電極の他の例を示すＳＥＭ像である。
【図１１】実施例におけるバイオセンサ用電極の他の例を示すＳＥＭ像である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明のバイオセンサ用電極の製造方法、バイオセンサの製造方法、バイオセンサ用電極およびバイオセンサについて説明する。
【００２７】
Ａ．バイオセンサ用電極の製造方法
本発明のバイオセンサ用電極の製造方法は、支持基材上に、耐腐食性を有する卑金属で構成される金属微粒子およびバインダー樹脂を含有する電極層をパターン状に形成する電極層形成工程と、上記電極層に瞬間的にエネルギーを照射して低抵抗化する低抵抗化工程とを有することを特徴としている。
【００２８】
本発明のバイオセンサ用電極の製造方法について図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）〜（ｂ）は本発明のバイオセンサ用電極の製造方法の一例を示す工程図である。まず、図１（ａ）に示すように、支持基材２上に電極層３ａをパターン状に形成する。電極層３ａは、図示しないが、耐腐食性を有する卑金属で構成される金属微粒子とバインダー樹脂とを含有している。次に、図１（ｂ）に示すように、電極層３ａの表面にフラッシュランプから光Ｌを瞬間的に照射して、電極層３ａを瞬間的に加熱する。これにより、電極層３ａが低抵抗化される。
【００２９】
本発明においては、電極層が上記組成を有するため、安価にバイオセンサ用電極を製造することができる。具体的には、電極層が耐腐食性を有する卑金属で構成される金属微粒子とバインダー樹脂とを含有することにより、電極層を印刷法により形成することができる。そのため、従来の蒸着法、メッキ法等により電極層を形成する場合に比べて、簡便な方法で、また製造コストを抑えてバイオセンサ用電極を製造することができる。また、電極層に貴金属を用いないことからも、安価なバイオセンサ用電極を得ることができる。
【００３０】
また本発明においては、低抵抗化工程を行うことにより、導電性が良好なバイオセンサ用電極を製造することができる。この理由については、以下のように推量される。すなわち、金属微粒子およびバインダー樹脂を含有する電極層ではバインダー樹脂中に金属微粒子が分散されているため、低抵抗化工程前の電極層では、金属微粒子間にバインダー樹脂が介在し、金属微粒子間で接点が形成されにくく、十分な導電性が得られないと考えられる。これに対して、低抵抗化工程後の電極層では、瞬間的なエネルギー照射により電極層中のバインダー樹脂が除去されることで、金属微粒子間の接点が増加し、導電性が向上すると考えられる。
【００３１】
また本発明においては、金属微粒子が耐腐食性を有する卑金属で構成されることから、バイオセンサに用いた場合には、電極層と外部から供給される試料中の成分や反応部に含まれる電子受容体（メディエータ）との接触による酸化還元反応を抑制し、腐食を防止することが可能なバイオセンサ用電極を得ることができる。
【００３２】
図２は本発明により製造されるバイオセンサ用電極の一例を示す概略平面図である。図２に示すように、本発明により製造されるバイオセンサ用電極１においては、支持基材２上に電極系４、配線部５および端子部６が形成されている。電極系４は作用極１１と対極１２とを有している。
【００３３】
図３（ａ）は本発明により製造されるバイオセンサ用電極を備えるバイオセンサの一例を示す分解斜視図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図３（ａ）、（ｂ）は、図２に示すバイオセンサ用電極を備えるバイオセンサの例である。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、バイオセンサ１０は、支持基材２と、支持基材２上に形成された電極系４、配線部５および端子部６と、電極系４の作用極１１上に配置された反応部１５と、電極系４および端子部６が露出し配線部５を覆うように形成された絶縁層７と、絶縁層７上に形成され、電極系４および反応部１５に試料を供給する試料供給路２１を形成するスペーサ８と、スペーサ８上に試料供給路２１を覆うように配置されたカバー３１とを有している。電極系４は作用極１１および対極１２を有しており、作用極１１上に反応部１５が形成されている。また、カバー３１はカバー３１を貫通する空気孔３２を有している。
スペーサ８は、作用極１１上の反応部１５および対極１２が露出するように、例えばカバー３１の空気孔３２に通じる試料供給路２１を形成するように配置されている。
このバイオセンサ１０においては、試料供給路２１と空気孔３２とが形成されていることで試料供給路２１から毛細管現象を利用し、測定する試料を作用極１１上の反応部１５および対極１２の上部を通過させ、試料の目的成分を測定することができる。
【００３４】
本発明においては、電極系、配線部および端子部のうち、少なくとも電極系が上記電極層を有することにより、試料中の成分や反応部に含まれる電子受容体（メディエータ）との接触による酸化還元反応を抑制し、腐食を防止することができる。
【００３５】
以下、本発明のバイオセンサ用電極の製造方法における各工程について説明する。
【００３６】
１．電極層形成工程
本発明における電極層形成工程は、支持基材上に、耐腐食性を有する卑金属で構成される金属微粒子およびバインダー樹脂を含有する電極層をパターン状に形成する工程である。
【００３７】
（１）電極層の形成方法
本発明における電極層は、耐腐食性を有する卑金属で構成される金属微粒子とバインダー樹脂とを含有する。
【００３８】
電極層に用いられる金属微粒子は、耐腐食性を有する卑金属で構成されるものである。
ここで「耐腐食性を有する卑金属」とは、金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウムおよびオスミウム以外の金属であって、一般的には空気中で容易に酸化されにくいものであり、標準電極電位が−１．０Ｖ以上の金属をいう。また、「耐腐食性を有する卑金属」は、バイオセンサの反応部に含まれる電子受容体（メディエータ）や、外部から供給される試料中の成分と接触した場合に腐食を生じにくい金属をいう。中でも、耐腐食性を有する卑金属は、例えば塩素イオンに対しても容易に腐食されないような金属であることが好ましい。
【００３９】
耐腐食性を有する卑金属としては、具体的には、ニッケル、亜鉛、銅、コバルト、カドミウム等が挙げられる。中でも、耐腐食性を有する卑金属はニッケルであることが好ましい。バイオセンサにおいて、試料中の成分や反応部の電子受容体（メディエータ）との接触による酸化還元反応を抑制し、腐食を防止することができるからである。
【００４０】
金属微粒子の平均粒径としては、電極層中に金属微粒子を含有させることができ、所望の導電性を示す電極層を形成することができれば特に限定されるものではないが、１０ｎｍ〜２０μｍの範囲内、中でも５０ｎｍ〜１０μｍの範囲内、特に１００ｎｍ〜５μｍの範囲内であることが好ましい。金属微粒子の平均粒径が上記範囲内であることにより、電極層に所望の導電性を付与することができるからである。また、金属微粒子の平均粒径が大きすぎると、後述の低抵抗化工程にて瞬間的なエネルギー照射によりバインダー樹脂を除去しても、金属微粒子間の接点の増加が少なく、低抵抗化の効果が十分に発揮されないおそれがある。さらに、金属微粒子が大きすぎると、印刷用版からの転写が困難になり、電極層を形成しにくくなる可能性がある。また、金属微粒子としては、上記範囲のうち、特に平均粒径が小さいものを用いることが好ましい。電極層は、通常、金属微粒子およびバインダー樹脂を含有する導電性樹脂組成物を用いた印刷法により形成される。この際、金属微粒子の平均粒径が大きいと、金属微粒子を導電性樹脂組成物中に均一に拡散させることができず、導電性樹脂組成物を安定させることが困難となり、金属微粒子が均一に分散された電極層を形成することが困難となる可能性がある。
なお、上記平均粒径は、金属微粒子を電子顕微鏡で観察し、算術平均により求めた値である。
【００４１】
電極層中の金属微粒子の含有量としては、電極層が所望の導電性を示すことができる程度であれば特に限定されないが、４０質量％〜９５質量％の範囲内、なかでも６０質量％〜９０質量％の範囲内、特に７０質量％〜８５質量％の範囲内であることが好ましい。金属微粒子の含有量が少なすぎると、十分な導電性が得られない場合があり、金属微粒子の含有量が多すぎると、電極層を形成することが困難となる場合や、電極層が脆くなる可能性があるからである。
なお、電極層中の各成分の含有量とは、電極層全体を１００質量％とした場合における各成分の含有比率をいう。
【００４２】
電極層に用いられるバインダー樹脂としては、後述の低抵抗化工程にて瞬間的なエネルギー照射により除去可能なものであれば特に限定されるものではなく、例えば、アクリル樹脂、エステル樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００４３】
電極層中のバインダー樹脂の含有量としては、支持基材上に電極層を形成することができれば特に限定されないが、５質量％〜５０質量％の範囲内であることが好ましく、中でも１０質量％〜４０質量％の範囲内、特に１５質量％〜３０質量％の範囲内であることが好ましい。バインダー樹脂の含有量が少なすぎると電極層の密着性が低下し、多すぎると電極層の導電性が低下するおそれがある。ここで、上記の電極層中のバインダー樹脂の含有量は、後述の低抵抗化工程前の電極層中のバインダー樹脂の含有量である。
【００４４】
電極層は、金属微粒子およびバインダー樹脂の他に、必要に応じて導電性顔料、硬化剤や架橋剤のような反応試薬、加工適性改善のための助剤や添加剤等を含有してもよい。
【００４５】
電極層の形成方法としては、支持基材上にパターン状に電極層を形成することが可能な方法であれば特に限定されるものではなく、例えば、上記の金属微粒子およびバインダー樹脂を含有する導電性樹脂組成物を用いて印刷する方法が挙げられる。ピンホールの発生を抑制するためには、導電性樹脂組成物を複数回印刷することが好ましい。印刷法としては、例えば、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、スクリーン印刷法、インクジェット法等が挙げられる。中でも、グラビア印刷法、フレキソ印刷法が好ましく用いられる。電極層は厚くなると抵抗が高くなるが、これらの方法では電極層の薄膜化が可能である。
【００４６】
電極層の厚さとしては、所望の導電性を示す電極層を形成することができれば特に限定されないが、０．１μｍ〜２００μｍの範囲内、なかでも０．５μｍ〜１００μｍの範囲内、特に１μｍ〜５０μｍの範囲内の範囲内であることが好ましい。電極層の厚さが薄すぎると、後述の低抵抗化工程にてバインダー樹脂の除去に伴い短絡が生じるおそれがある。また、電極層の厚さが薄いと、十分な強度が得られない場合や、電極層を形成すること自体が困難となる可能性がある。一方、電極層の厚さが厚すぎると、抵抗が高くなるおそれがある。
【００４７】
（２）支持基材
本発明に用いられる支持基材は、電極層を支持するものであり、電極層が形成される面は絶縁性を有する。
支持基材としては、例えば、樹脂基材、セラミック基材、ガラス基材、少なくとも表面が絶縁された半導体基材や金属基材等を用いることができる。樹脂基材としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂等のフィルムを好適に用いることができる。
なお、後述の低抵抗化工程では、電極層に瞬間的にエネルギーを照射するため、支持基材への熱負荷は小さく、樹脂基材も使用可能である。
支持基材は、可撓性を有していてもよく有さなくてもよい。また、支持基材は、剛性を有していてもよく、弾性を有していてもよい。
また、バイオセンサ用電極を多面付けで製造する場合、支持基材は長尺であってもよく枚葉であってもよい。
【００４８】
２．低抵抗化工程
本発明における低抵抗化工程は、上記電極層に瞬間的にエネルギーを照射して低抵抗化する工程である。
ここで「電極層に瞬間的にエネルギーを照射する」とは、エネルギーの照射時間が０．１ミリ秒〜１００ミリ秒の範囲内であることをいう。なお、電極層に瞬間的なエネルギー照射を複数回行う場合には、１回のエネルギー照射の時間を上記範囲内とする。
【００４９】
電極層には瞬間的なエネルギー照射を１回のみ行ってもよく複数回行ってもよい。
瞬間的にエネルギーを照射する方法では、照射時間を調節したり、照射エネルギーを調節したりすることで、全エネルギー量を調整することができる。また、瞬間的なエネルギー照射を複数回行うことによっても、全エネルギー量を調整することができる。
【００５０】
電極層に瞬間的にエネルギーを照射する方法としては、瞬間的なエネルギー照射により電極層中のバインダー樹脂を除去して電極層を低抵抗化可能な方法であれば特に限定されるものではなく、例えばフラッシュランプアニール、レーザーアニール、プラズマ処理、エッチング処理等が挙げられる。
中でも、処理時間がサブミリ秒〜数百ミリ秒になる点で、フラッシュランプアニールまたはレーザーアニールが好ましい。
【００５１】
特に、フラッシュランプアニールが好ましい。フラッシュランプアニールでは、極めて短時間で高いエネルギーでの加熱が可能であり、電極層表面近傍のみを高熱処理することが可能になり、支持基材に対するダメージを極力抑えながら電極層中のバインダー樹脂を除去することが可能である。また、フラッシュランプではパルス光を照射することができ、高照度でありながら発熱が少なく、支持基材への熱負荷を低減しつつ、電極層のみを加熱することができる。また、フラッシュランプは短時間に照射および消灯を繰り返すパルス光を照射することができ、これにより全エネルギー量の調整が容易であり、電極層の過加熱、ランプ自体の発熱の防止等の調整が容易である。
【００５２】
フラッシュランプアニールにおいて、光源としては、例えばキセノンフラッシュランプを用いることができる。
フラッシュランプの照射条件としては、電極層中のバインダー樹脂を除去して電極層を低抵抗化可能であれば特に限定されるものではなく、適宜設定される。
フラッシュランプの照射エネルギー、すなわちパルスエネルギーとしては、電極層中のバインダー樹脂を除去して電極層を低抵抗化可能な程度であれば特に限定されるものではなく、電極層に含まれる金属微粒子およびバインダー樹脂の種類、光源および電極層の距離等に応じて適宜調整され、例えば３５０Ｊ〜６００Ｊの範囲内とすることができる。照射エネルギーが小さいと、除去されるバインダー樹脂が少なく、十分な導電性が得られない場合がある。また、照射エネルギーが大きすぎると、バインダー樹脂だけでなく金属微粒子も除去されてしまい、導電性が低下するおそれがある。
【００５３】
フラッシュランプの照射時間、すなわちパルス幅は、例えば０．１ミリ秒〜１００ミリ秒の範囲内とすることができる。照射時間が短いと、除去されるバインダー樹脂が少なく、十分な導電性が得られない場合がある。また、照射時間が長すぎると、バインダー樹脂だけでなく金属微粒子も除去されてしまい、導電性が低下するおそれがある。
【００５４】
電極層とフラッシュランプとの距離は、フラッシュランプからの光照射により、電極層中のバインダー樹脂を除去して電極層を低抵抗化可能な程度であれば特に限定されるものではなく、例えば５ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内とすることができる。電極層とフラッシュランプとの距離が近すぎると、後述するようにフラッシュランプまたは電極層がパターン状に形成された支持基材の少なくとも一方を移動させながら順次に照射する方法の場合に、移動速度によっては電極層に低抵抗化された部分と低抵抗化されなかった部分とが生じる可能性がある。また、電極層とフラッシュランプとの距離が遠すぎると、電極層を十分に低抵抗化できないおそれがある。
【００５５】
フラッシュランプアニールでの雰囲気は、例えば大気雰囲気、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気等とすることができる。
電極層にフラッシュランプから光を照射する方法としては、電極層の表面に均一な照射量で光を照射できる方法であれば特に限定されるものではなく、例えば、電極層がパターン状に形成された支持基材の全面に同時に照射するバッチ処理による方法、および、フラッシュランプまたは電極層がパターン状に形成された支持基材の少なくとも一方を移動させながら、順次に照射する連続処理による方法を挙げることができる。
【００５６】
レーザーアニールにおいて、レーザーとしては、例えばＣＯ２レーザー、エキシマレーザー等が挙げられる。
レーザーの照射条件としては、電極層中のバインダー樹脂を除去して電極層を低抵抗化可能であれば特に限定されるものではなく、適宜設定される。
レーザーの照射エネルギー、すなわちパルスエネルギーとしては、電極層中のバインダー樹脂を除去して電極層を低抵抗化可能な程度であれば特に限定されるものではなく、電極層に含まれる金属微粒子およびバインダー樹脂の種類等に応じて適宜調整され、例えば３５０Ｊ〜６００Ｊの範囲内とすることができる。照射エネルギーが小さいと、除去されるバインダー樹脂が少なく、十分な導電性が得られない場合がある。また、照射エネルギーが大きすぎると、バインダー樹脂だけでなく金属微粒子も除去されてしまい、導電性が低下するおそれがある。
レーザーの照射時間、すなわちパルス幅は例えば０．１ミリ秒〜１００ミリ秒の範囲内とすることができる。照射時間が短いと、除去されるバインダー樹脂が少なく、十分な導電性が得られない場合がある。また、照射時間が長すぎると、バインダー樹脂だけでなく金属微粒子も除去されてしまい、導電性が低下するおそれがある。
レーザーアニールでの雰囲気は、通常、大気雰囲気とされる。
【００５７】
プラズマ処理においては、例えば大気圧プラズマ、酸素プラズマ、その他のガス雰囲気でのプラズマ等を用いることができる。
プラズマの照射条件としては、電極層中のバインダー樹脂を除去して電極層を低抵抗化可能であれば特に限定されるものではなく、適宜設定される。
【００５８】
電極層の抵抗値は、電極として機能する程度であれば特に限定されないが、例えば幅２０ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚み０．１ｍｍのシート状の電極層において、電極層の端部同士をテスターで測定した場合、２００ｋΩ未満であることが好ましく、さらに好ましくは１００ｋΩ未満である。なお、上記の電極層の抵抗値は、低抵抗化工程後の電極層の抵抗値である。
【００５９】
電極層の表面抵抗率としては、電極として機能する程度であれば特に限定されないが、例えば、１×１０6Ω／□以下であることが好ましく、さらに好ましくは０．５×１０6Ω／□以下である。電極層の表面抵抗率が上記値を超える場合は、電極として機能しない可能性があるからである。
【００６０】
電極層の体積抵抗率としては、電極として機能する程度であればよく、電極層の厚さに応じて適宜選択することができ、特に限定されないが、例えば、電極層の厚さが０．３μｍ〜１００μｍの範囲内である場合には２００Ωｃｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは１００Ωｃｍ以下である。体積抵抗率が上記範囲よりも高いと、電極としての導電性が得られないおそれがある。
ここで、抵抗値、表面抵抗率および体積抵抗率は、三菱化学株式会社製の抵抗率計ロレスタを用いて測定した値である。
【００６１】
３．電極系、配線部および端子部
本発明により製造されるバイオセンサ用電極においては、通常、支持基材上に電極系、配線部および端子部が形成されており、少なくとも電極系が上記電極層を有する。
【００６２】
電極系は、少なくとも作用極および対極を有するものであり、さらに参照極を有していてもよい。作用極は、還元体の電子受容体に電圧を印加するための一方の電極である。対極は、電子受容体から作用極に放出された電子によって流れた電流を計測するための一方の電極である。また、参照極は、作用極の電位を決定する際の基準となる電極である。作用極、対極および参照極には配線部が電気的に接続され、配線部には、通常、後述する端子部が電気的に接続されており、端子部により電極系への電圧印加、電気信号の取り出しを行うことができる。
【００６３】
電極系、配線部および端子部の形態としては、バイオセンサにおける一般的な電極系の形態であれば特に限定されるものではない。例えば、図２に示すように、支持基材２上に２本の配線部５および端子部６が形成され、一方の配線部５に作用極１１が接続され、他方の配線部５に対極１２が接続されていてもよく、図４（ａ）に示すように、支持基材２上に２本の配線部５および端子部６が形成され、一方の配線部５に作用極１１が接続され、他方の配線部５に対極１２および参照極１３が別々に接続されていてもよく、図４（ｂ）、（ｃ）に例示するように、支持基材２上に３本の配線部５および端子部６が形成され、３本の配線部５にそれぞれ作用極１１、対極１２および参照極１３が接続されていてもよい。
【００６４】
電極系は上記電極層を有していればよく、例えば電極層のみを有していてもよく、電極層の下部または上部に別の導電層が形成されていてもよい。中でも、電極系は上記電極層のみを有することが好ましい。製造コストの削減を図ることができるからである。また、電極系が電極層と導電層とが積層されたものである場合、耐腐食性の観点および電極層表面に瞬間的なエネルギー照射を行うことで導電性を改善することを考慮すると、支持基材上に導電層および電極層の順に積層されていることが好ましい。
【００６５】
バイオセンサにおいて配線部は絶縁層で覆われることから、上記電極層を有していてもよく有さなくてもよい。また、配線部が上記電極層を有する場合には、電極層のみを有していてもよく、電極層の下部または上部に別の導電層が形成されていてもよい。中でも、配線部は電極層を有することが好ましく、電極層のみを有することが好ましい。配線部および電極系を一体に形成することができるとともに、製造コストの削減を図ることができる。
【００６６】
また、端子部は、上記配線部と同様に、上記電極層を有していてもよく有さなくてもよい。また、端子部が上記電極層を有する場合には、電極層のみを有していてもよく、電極層の下部または上部に別の導電層が形成されていてもよい。中でも、端子部は電極層を有することが好ましく、電極層のみを有することが好ましい。端子部、配線部および電極系を一体に形成することができるとともに、製造コストの削減を図ることができる。
【００６７】
電極系、配線部または端子部が上記電極層以外に導電層を有する場合、導電層に用いられる導電性材料としては、例えば、金、白金、銀、パラジウム、銅、鉄、アルミニウム、クロム、スズ、コバルト、ニッケル、チタン、セリウム、タンタル等の金属、またはこれらの金属を含む合金等を用いることができる。また、導電層は、カーボンおよびバインダー樹脂を含有するものであってもよい。
また、導電層は単層であってもよく、２層以上を積層させてもよい。
【００６８】
導電層の厚さは、導電性材料の種類に応じて異なるが、例えば０．００５μｍ以上４０μｍ以下の範囲内であることが好ましく、０．０１μｍ以上０．１μｍ以下の範囲内であることがより好ましい。厚さが上記範囲未満であると、抵抗が高くなり目的とする電極が得られなくなるおそれがある。また、厚さが上記範囲より大きくなると、導電層の割れ、剥離等が生じやすくなるおそれがあるからである。
【００６９】
導電層の形成方法としては、所定のパターン状に導電層を形成することが可能な方法であれば特に限定されるものではなく、例えば、金属ペーストをグラビア印刷法、フレキソ印刷法、スクリーン印刷法、インクジェット法等により印刷する方法、真空蒸着法やスパッタリング法等の物理蒸着法、金属箔をエッチングする方法、カーボンおよびバインダー樹脂を含有するインキをグラビア印刷法、フレキソ印刷法、スクリーン印刷法、インクジェット法等により印刷する方法、レーザーアブレーション法等が挙げられる。また、支持基材上に水溶性レジスト層をパターン状に形成し、水溶性レジスト層が形成された支持基材上の全面に物理蒸着法等により導電層を形成し、水洗により水溶性レジスト層を溶解して水溶性レジスト層上の導電層を除去し、導電層をパターニングする方法を用いることもできる。
【００７０】
４．その他
本発明において、バイオセンサ用電極の製造は多面付けで行ってもよい。この場合、多面付けのバイオセンサ用電極を用いてバイオセンサを作製した後、断裁して個々のバイオセンサを得ることができる。
【００７１】
Ｂ．バイオセンサの製造方法
本発明のバイオセンサの製造方法は、支持基材と、上記支持基材上に形成された電極系、配線部および端子部と、上記電極系上に配置された反応部と、上記支持基材上に形成され、上記電極系および上記反応部に試料を供給する試料供給路を形成するスペーサと、上記スペーサ上に配置されたカバーとを有するバイオセンサの製造方法であって、少なくとも上記電極系を形成する工程が、上述のバイオセンサ用電極の製造方法を有することを特徴としている。
【００７２】
図３（ａ）、（ｂ）は本発明のバイオセンサの製造方法により製造されるバイオセンサの一例を示す分解斜視図および断面図である。なお、図３（ａ）、（ｂ）については、上記「Ａ．バイオセンサ用電極の製造方法」の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
【００７３】
図５は本発明のバイオセンサの製造方法により製造されるバイオセンサの他の例を示す分解斜視図である。図５に例示するように、バイオセンサ１０においては、支持基材２上に電極系４、配線部５および端子部６が形成され、電極系４および端子部６が露出し配線部５が覆われるように絶縁層７がさらに形成されており、絶縁層７上に試料供給路２１および空気抜き流路２２を形成するためのスペーサ８が配置され、スペーサ８上に試料供給路２１および空気抜き流路２２を覆うようにカバー３１が配置されている。電極系４は作用極１１および対極１２を有しており、作用極１１上に反応部１５が形成されている。
スペーサ８は、作用極１１上の反応部１５および対極１２が露出するように、例えば試料供給路２１と試料供給路２１に通じる空気抜き流路２２とを形成するように配置されている。試料供給路２１および空気抜き流路２２は合わせてＴ字状の流路を構成している。
このバイオセンサ１０においては、試料供給路２１と空気抜き流路２２とが形成されていることで、試料供給路２１から毛細管現象を利用し、測定する試料を作用極１１上の反応部１５および対極１２の上部を通過させ、試料の目的成分を測定することができる。
【００７４】
本発明においては、少なくとも電極系を形成する工程が、上述のバイオセンサ用電極の製造方法を有することにより、導電性が良好な電極系を有するバイオセンサを安価に製造することができる。
【００７５】
以下、本発明のバイオセンサの製造方法における各工程およびバイオセンサにおける各構成について説明する。
【００７６】
１．電極系、配線部および端子部を形成する工程
本発明においては、電極系、配線部および端子部のうち、少なくとも電極系を形成する工程が上述のバイオセンサ用電極の製造方法を有していればよい。すなわち、少なくとも電極系が上記電極層を有していればよい。これにより、試料中の成分や反応部に含まれる電子受容体（メディエータ）との接触による酸化還元反応を抑制し、腐食を防止することができる。
なお、電極系、配線部および端子部については、上記「Ａ．バイオセンサ用電極の製造方法」の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
【００７７】
２．反応部
本発明における反応部は、電極系の上部に配置されるものである。
本発明において、反応部は生体由来物質を含み、基質特異的な物質の変化移動に伴う、化学ポテンシャル、熱あるいは光学的な変化を電気信号へ変換する。
【００７８】
反応部は、生体由来物質として、例えば、酵素と電子受容体とを含む。
グルコース濃度を測定する場合には、酵素として、グルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ）、グルコースデヒドロゲナーゼ（ＧＤＨ）を用いることができる。グルコースオキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼは、純度の高いものが好ましく、後述の範囲の活性を有するものであれば特に由来となる生物種は限定されず、例えば、グルコースオキシダーゼとしては、東洋紡社製ＧＬＯ−２０１を用いることができる。
電子受容体としては、フェリシアン化カリウム、フェロセン誘導体、キノン誘導体、オスミューム誘導体等を用いることができる。
【００７９】
また、エンドトキシン濃度を測定する場合、反応部には、カブトガニの血球成分（Ｌｉｍｕｌｕｓ  Ａｍｅｂｏｓｙｔｅ  Ｌｙｓａｔｅ;ＬＡＬ）を用いることができる。例えば、反応部には、Ｃ因子、Ｂ因子、凝固酵素前駆体および色素が結合したペプチドを含むものを挙げることができる。具体的には、Ｃ因子、Ｂ因子および凝固酵素前駆体を含む物質としては、カブトガニ・アメボサイト・ライセート（カブトガニ血球抽出液）が挙げられる。また、色素が結合したペプチドとしては、一端に色素が結合し、他端にペプチド保護基が結合したオリゴペプチドを用いることができる。オリゴペプチドは、例えば、Ｘ−Ａ−Ｙ（式中、Ｘは保護基、Ｙは色素、Ａはオリゴペプチドである）で示されるものを挙げることができる。保護基Ｘは、ペプチドの保護基、例えば、ｔ−ブトキシカルボニル基（ＢｏＣ）、ベンゾイル基等を挙げることができ、色素Ｙとしては、例えば、ｐＮＡ（ｐ−ニトロアニリン）、ＭＣＡ（７−メトキシクマリン−４−酢酸）、ＤＮＡ（２、４−ジニトロアニリン）、Ｄａｎｓｙｌ色素等が挙げられる。オリゴペプチドとしては、アミノ酸数が２〜１０、好ましくは２〜５、さらには３〜４のものがよく、トリペプチドとしては、Ｌｅｕ−Ｇｌｙ−ＡｒｇおよびＴｈｒ−Ｇｌｙ−Ａｒｇ等を例示することができる。
この場合、エンドトキシンを含む試料を、Ｃ因子、Ｂ因子、凝固酵素前駆体、および色素が結合したペプチドを含む反応部に接触させて、Ｃ因子から活性型Ｃ因子を、Ｂ因子から活性型Ｂ因子を、凝固酵素前駆体から活性型凝固酵素を次々に発生させるカスケード反応と、活性型凝固酵素によるペプチドからの色素の遊離反応とを生じさせて、遊離反応後の試料および反応部に対して、ディファレンシャルパルスボルタンメトリを適用し、測定される電流値に基づいてエンドトキシンを定量することができる。
カスケード反応により生じた活性型凝固酵素によって、試料および反応部中には、色素が結合したペプチドから色素が遊離する。例えば、色素が結合したペプチドがＢｏｃ−Ｌｅｕ−Ｇｌｙ−Ａｒｇ−ｐＮＡである場合、色素はｐＮＡである。
なお、このようなエンドトキシン濃度の測定方法については、例えば特開２０１２−１２７６９５号公報を参照することができる。
【００８０】
また、バイオセンサは、反応部の酵素を変更することで、グルコースセンサ、エンドトキシンセンサのみならず、コレステロールセンサ、アルコールセンサ、スクロールセンサ、乳酸センサ、フルクトースセンサ等の酵素に関与する反応系に広く用いることができる。各バイオセンサに用いる酵素としては、コレステロールエステラーゼ、コレステロールオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、フルクトースデヒドロゲナーゼ、キサンチンオキシダーゼ、アミノ酸オキシダーゼ等の反応系に合ったものを適宜用いることができる。
【００８１】
酵素と電子受容体は、適宜溶媒で希釈して用いる。溶媒としては、例えば、水、アルコール、水−アルコール混合溶媒が挙げられる。また、酵素と電子受容体は、直鎖、環状の炭化水素貧溶媒に均一分散させてもよい。
酵素および電子受容体はそれぞれ１試験体当り０．３ユニット以上１０ユニット以下の範囲内および０．５μｇ以上２００μｇ以下の範囲内とすることが好ましい。反応部の酵素および電子受容体は、酵素量（力価／ユニット）に準じた反応量が得られるが、反応部の性能を担保する最適質量部の小過剰でよい。
【００８２】
また、反応部は、その面積に比例した検出電流が得られるため、可能な範囲で広く設定することが好ましい。
【００８３】
反応部には、親水性高分子や界面活性剤を含有させてもよい。親水性高分子を含有させると、血液はゲル状となり応答電流値は若干低下するが、赤血球や他のタンパク質等のセンサ応答への影響を低減することができる。界面活性剤を含有させると、粘度の高い試料であっても反応部へ試料を容易に導くことができる。
親水性高分子としては、カルボキシルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロース、メチルセルロース、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリビニル酢酸、ポリビニルブチラール等、またはこれらの混合物を用いることができる。
反応部に用いる界面活性剤としては、例えば、非イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、若しくはポリエチレングリコール類等が挙げられる。
【００８４】
反応部は、電極系の作用極上に、酵素および電子受容体を含む溶液を塗布した後、乾燥させ溶媒成分を除去して形成することができる。
酵素および電子受容体を含む溶液の塗布方法としては、例えばディスペンサー法を用いることができる。
反応部を形成する場合、酵素は４０℃以上で長時間放置すると活性を失うため、溶媒の乾燥は４０℃以下で行い、乾燥後は速やかに室温に戻すことが好ましい。
【００８５】
反応部の形成位置は、作用極の上部であればよく、例えば、反応部を作用極上に形成してもよく、反応部をスペーサおよびカバーの間に形成し、空間を介して作用極に対向するように配置してもよい。
【００８６】
３．絶縁層
本発明においては、支持基材上に、電極系および端子部が露出し、配線部が覆われるように絶縁層が形成されていてもよい。配線部を覆うように絶縁層が形成されていることにより、配線部の腐食を効果的に防止するとともに、短絡を防ぐことができる。
【００８７】
絶縁層の材料としては、例えば光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、接着剤等を用いることができる。光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂を用いる場合には、安価に絶縁層を形成することができる。接着剤を用いる場合には、精度良く絶縁層を形成することができる。
接着剤としては、例えば、合成接着剤としてはアクリル系接着剤、エステル系接着剤、ビニル系接着剤、シリコーン系接着剤等、天然接着剤としてはニカワ、天然ゴム、樹液等の澱粉のり・天然高分子等を用いることができる。また、ホットメルト型接着剤を用いることもできる。また、接着剤として両面テープを用いてもよい。
【００８８】
絶縁層の厚さは、例えば３μｍ以上５０μｍ以下の範囲内とすることができる。中でも、絶縁層の厚さは、電極系および反応部を合わせた厚さ、ならびに配線部の厚さよりも厚いことが好ましい。
【００８９】
絶縁層の形成位置としては、配線部を覆い、かつ電極系および端子部を覆わないように絶縁層を形成すればよい。
絶縁層の形成方法としては、所定のパターン状に絶縁層を形成することができる方法であればよく、絶縁層の材料等に応じて適宜選択される。例えば、光硬化性樹脂組成物を用いる場合には、例えば、グラビア印刷法、スクリーン印刷法等の印刷法が挙げられる。また、接着剤として両面テープを用いる場合には、両面テープを打ち抜き加工等によりパターニングした後、支持基材に両面テープを貼付する方法が挙げられる。
【００９０】
４．スペーサ
本発明におけるスペーサは、支持基材上に形成され、電極系および反応部に試料を供給する試料供給路を形成するものである。支持基材上に絶縁層が形成されている場合には、絶縁層上にスペーサが形成される。
【００９１】
スペーサの材料としては、所定の厚さを有するスペーサを形成可能なものであれば特に限定されるものではなく、例えば光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、接着剤等を用いることができる。光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂を用いる場合には、安価にスペーサを形成することができる。接着剤を用いる場合には、精度良くスペーサを形成することができる。また、スペーサとして樹脂基材を用いることもできる。
なお、接着剤については、絶縁層に用いられる接着剤と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００９２】
スペーサの厚さは、試料供給路の高さとなるため、１５μｍ以上５００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。スペーサの厚さが薄すぎると、毛細管現象による試料供給が安定しなくなるおそれがある。また、スペーサの厚さが厚すぎると、反応部に均一に試料が流れず、反応部の一部に試料が流れない可能性がある。
【００９３】
スペーサは試料供給路を形成するものである。試料供給路は、スペーサを水平方向に貫通して設けられた流路であり、外部から供給される試料を電極系および反応部に導く。
試料供給路の幅は０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲内であることが好ましい。試料供給路の幅が狭すぎると、毛細管現象による安定した試料供給が困難になる場合や、また反応部の面積が小さくなり感度が低くなる場合がある。また、試料供給路の幅が広すぎると、バイオセンサを多面付けで製造した場合に個々のバイオセンサに切断する際、スペーサがアーチ状につぶれ、試料供給路内の容積が変化し易くなるおそれがある。試料供給路の幅は、全体にわたって均一の幅であってもよく、試料供給路の奥から入口に向かって幅が広くなっていてもよい。
【００９４】
また、スペーサにより空気抜き流路が形成されていてもよい。毛細管現象による試料供給を促進することができる。
空気抜き流路は、試料供給路に通じるように配置される。通常、試料供給路が配置される領域において、電極系および反応部よりも奥の領域に空気抜き流路が配置される。
空気抜き流路の形状としては、毛細管現象による試料供給を促進することができれば特に限定されるものではなく、例えば、試料供給路と空気抜き流路とを合わせてＴ字状の流路を構成することができる。このような構成とすることで、外部から試料が供給された場合に、試料供給路内の空気が逃げる空気抜き流路が機能する。
空気抜き流路の幅は、例えば０．３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内とすることができる。
【００９５】
スペーサの形成方法としては、所定のパターン状にスペーサを形成することができる方法であればよく、スペーサの材料等に応じて適宜選択される。例えば、光硬化性樹脂組成物を用いる場合には、グラビア印刷法、スクリーン印刷法等の印刷法を挙げることができる。また、接着剤として両面テープを用いる場合には、両面テープに打ち抜き加工等により試料供給路等を形成した後、支持基材上に両面テープを貼付する方法が挙げられる。また、スペーサとして樹脂基材を用いる場合には、樹脂基材に打ち抜き加工等により試料供給路等を形成した後、接着層を介して支持基材上にスペーサを貼付する方法が挙げられる。
接着層に用いられる接着剤としては、スペーサに用いられる接着剤と同様とすることができる。
【００９６】
５．カバー
本発明に用いられるカバーは、スペーサ上に試料供給路を覆うように配置されるものである。
【００９７】
カバーとしては、例えば、樹脂基材、セラミック基材、ガラス基材、半導体基材、金属基材等を用いることができる。樹脂基材としては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、ポリエステル樹脂等のフィルムを好適に用いることができる。
カバーは、可撓性を有していてもよく有さなくてもよい。また、カバーは、剛性を有していてもよく、弾性を有していてもよい。
また、バイオセンサを多面付けで製造する場合、カバーは長尺であってもよく枚葉であってもよい。
【００９８】
カバーは透明であってもよく不透明であってもよいが、中でも透明であることが好ましい。カバーが透明基材である場合には、バイオセンサの使用時に試料の導入を目視することができる。
透明基材の場合、可視光領域における透過率は８０％以上であることが好ましい。ここで、透過率は、ＪＩＳ  Ｋ７３６１−１（プラスチック−透明材料の全光透過率の試験方法）により測定することができる。
【００９９】
カバーの形状は、バイオセンサにおける電極系、配線部および端子部の配置等に応じて適宜選択されるものであり、例えば、カバーは端子部が露出するように切欠部を有していてもよい。
【０１００】
カバーは、カバーを貫通する空気孔を有していてもよい。バイオセンサにおいて毛細管現象による試料供給を促進することができる。
空気孔は、本発明のバイオセンサにおいて、試料供給路に通じるように配置される。通常、試料供給路が配置される領域において、電極系および反応部よりも奥の領域に空気孔が配置される。
空気孔の直径は、例えば０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下の範囲内とすることができる。
空気孔の形状は、例えば、円形、楕円形、多角形等が挙げられる。
空気孔の形成方法としては、例えばレーザー加工、打ち抜き加工等が挙げられる。
【０１０１】
カバーの配置方法としては、バイオセンサの構成等に応じて適宜選択される。例えば、スペーサまたは絶縁層に両面テープを用いる場合には、スペーサまたは絶縁層を介して電極系、配線部および端子部が形成された支持基材とカバーとを貼合することができる。また、支持基材上に光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂を用いてスペーサを形成する場合には、接着層を介してスペーサが形成された支持基材とカバーとを貼合することができる。
【０１０２】
６．その他
本発明において、バイオセンサの製造は多面付けで行ってもよい。この場合、多面付けのバイオセンサを作製した後、断裁して個々のバイオセンサを得ることができる。
【０１０３】
Ｃ．バイオセンサ用電極
本発明のバイオセンサ用電極は、支持基材と、上記支持基材上にパターン状に形成され、耐腐食性を有する卑金属で構成される金属微粒子およびバインダー樹脂を含有する電極層とを有し、上記電極層が多孔質体であり、上記電極層の表面に細孔径が５ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲内である微細孔を有し、上記電極層の表面の空隙率が２０％〜７０％の範囲内であることを特徴とするものである。
【０１０４】
ここで「電極層が、電極層の表面に細孔径が５ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲内である微細孔を有する」とは、電極層の表面に微細孔が存在し、電極層の表面の微細孔のうち、細孔径が５ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲内である微細孔が複数存在する場合をいう。
【０１０５】
図６は本発明のバイオセンサ用電極の一例を示す概略断面図である。図６に例示するように、バイオセンサ用電極１においては、支持基材２上にパターン状に電極層３ｂが形成されており、電極層３ｂは耐腐食性を有する卑金属で構成される金属微粒子とバインダー樹脂とを含有する。また、図示しないが、電極層３ｂは多孔質体であり、その表面に所定の細孔径を持つ微細孔を有し、所定の空隙率を有している。
【０１０６】
本発明においては、上記「Ａ．バイオセンサ用電極の製造方法」の項に記載したように、電極層が上記組成を有するため、製造コストを削減することができる。
【０１０７】
また本発明においては、電極層が、表面に所定の細孔径を持つ微細孔を有し、所定の空隙率を有する多孔質体であることにより、導電性の良好なバイオセンサ用電極とすることができる。この理由については、以下のように推量される。すなわち、金属微粒子およびバインダー樹脂を含有する電極層ではバインダー樹脂中に金属微粒子が分散されているため、金属微粒子間にはバインダー樹脂が介在し、金属微粒子間で接点が形成されにくく、十分な導電性が得られないと考えられる。これに対し、表面に細孔径が所定の範囲内である微細孔を有し、所定の空隙率を有する多孔質体である電極層は、上記「Ａ．バイオセンサ用電極の製造方法」の項に記載した方法により形成することができるものである。すなわち、瞬間的なエネルギー照射によりバインダー樹脂を除去することで、電極層に微細孔を形成することができる。そのため、電極層が表面に所定の細孔径を持つ微細孔を有し、所定の空隙率を有する場合には、金属微粒子間に介在するバインダー樹脂がまばらになり、金属微粒子間の接点が増加し、導電性が向上すると考えられる。
【０１０８】
また本発明においては、金属微粒子が耐腐食性を有する卑金属で構成されることから、本発明のバイオセンサ用電極をバイオセンサに用いた場合には、電極層と外部から供給される試料中の成分や反応部に含まれる電子受容体（メディエータ）との接触による酸化還元反応を抑制し、腐食を防止することができる。
【０１０９】
図２は本発明のバイオセンサ用電極の他の例を示す概略平面図である。
図３（ａ）、（ｂ）は本発明のバイオセンサ用電極を備えるバイオセンサの一例を示す分解斜視図および断面図である。
なお、図２および図３（ａ）、（ｂ）については、上記「Ａ．バイオセンサ用電極の製造方法」の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０１１０】
本発明においては、電極系、配線部および端子部のうち、少なくとも電極系が上記電極層を有することにより、試料中の成分や反応部に含まれる電子受容体（メディエータ）との接触による酸化還元反応を抑制し、腐食を防止することができる。
【０１１１】
なお、支持基材については、上記「Ａ．バイオセンサ用電極の製造方法」の項に記載したので、ここでの説明は省略する。以下、本発明のバイオセンサ用電極における他の構成について説明する。
【０１１２】
１．電極層
本発明に用いられる電極層は、支持基材上にパターン状に形成され、耐腐食性を有する卑金属で構成される金属微粒子およびバインダー樹脂を含有するものである。また、電極層は多孔質体であり、電極層の表面に所定の細孔径を持つ微細孔を有し、所定の空隙率を有するものである。
【０１１３】
電極層は、その表面に細孔径が５ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲内である微細孔を有する。細孔径が小さすぎると、金属微粒子間にバインダー樹脂が介在し、金属微粒子間の接点が形成されにくく、十分な導電性が得られない場合がある。また、細孔径が大きすぎても、金属微粒子間で接点が形成されにくく、十分な導電性が得られない場合がある。
ここで、微細孔の細孔径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い、１万倍の倍率で電極層の表面を観察することにより求めた値である。上述したように、電極層の表面の微細孔のうち、上記細孔径を持つ微細孔が複数存在すればよい。中でも、電極層の表面の１μｍ四方中に細孔径が５ｎｍ以上２００ｎｍ以下である微細孔が５個以上、さらには１０個以上存在することが好ましい。
【０１１４】
また、電極層の表面の空隙率は、２０％〜７０％の範囲内である。空隙率が小さすぎると、金属微粒子間にバインダー樹脂が介在し、金属微粒子間の接点が形成されにくく、十分な導電性が得られない場合がある。また、空隙率が大きすぎると、バインダー樹脂がまばらになることでかえって金属微粒子間で接点が形成されにくく、十分な導電性が得られない場合や、電極層がもろくなる場合がある。
【０１１５】
ここで、空隙率は、電極層表面において金属微粒子およびバインダー樹脂が占有しない空隙部分の面積をいい、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて１万倍の倍率で電極層の表面を観察し、ＳＥＭ像を画像処理により２値化することで求めた値である。具体的には、まず、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて１万倍の倍率で電極層表面の任意の複数箇所（例えば３箇所）を観察し、それぞれのＳＥＭ像で焦点が合っている領域を選択し、焦点が合っている領域において電極層と認識される領域を抽出する。次に、上記の電極層と認識される領域を電極層全体の面積とし、金属微粒子およびバインダー樹脂が占有しない空隙部分と金属微粒子またはバインダー樹脂が占有する部分との２値化を行い、空隙部分の割合（空隙率）を下記式により算出する。
空隙率（％）＝（空隙部分の面積）／（電極層全体の面積）×１００
２値化のしきい値は、ＳＥＭ像の微細孔部分を区切るようなしきい値を適宜選択することで設定することができる。ソフトウェアは市販の画像解析ソフト（例えば、Ａｄｏｂｅ社製のＰｈｏｔｏｓｈｏｐ）やフリーソフト等を用いることができる。
【０１１６】
図７具体例を示す。ＳＥＭ像において、図７中の白線で囲まれるような焦点が合っている領域を選択し、焦点が合っている領域において電極層と認識される領域を抽出する。この場合、白線で囲まれた領域が電極層と認識される領域であり、白線で囲まれた領域を電極層全体の面積とする。次に、電極層と認識される領域（白線で囲まれた領域）において空隙部分を画像処理で２値化し、上記式により空隙率を算出する。
【０１１７】
なお、金属微粒子の種類、平均粒径、含有量については、上記「Ａ．バイオセンサ用電極の製造方法」の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０１１８】
また、バインダー樹脂の種類については、上記「Ａ．バイオセンサ用電極の製造方法」の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
電極層中のバインダー樹脂の含有量としては、表面に所定の細孔径を持つ微細孔を有する電極層を形成可能であれば特に限定されるものではなく、金属微粒子およびバインダー樹脂を含有する電極層における一般的なバインダー樹脂の含有量とすることができる。バインダー樹脂の含有量が少なすぎると電極層の密着性が低下し、多すぎると電極層の導電性が低下するおそれがある。
【０１１９】
電極層は、金属微粒子およびバインダー樹脂の他に、必要に応じて導電性顔料、硬化剤や架橋剤のような反応試薬、加工適性改善のための助剤や添加剤等を含有してもよい。
【０１２０】
電極層の厚さについては、上記「Ａ．バイオセンサ用電極の製造方法」の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０１２１】
電極層は、上記「Ａ．バイオセンサ用電極の製造方法」の項に記載した方法により形成することができる。すなわち、瞬間的なエネルギー照射によりバインダー樹脂を除去することで、電極層に微細孔を形成することができる。
【０１２２】
２．電極系、配線部および端子部
本発明のバイオセンサ用電極においては、通常、支持基材上に電極系、配線部および端子部が形成されており、少なくとも電極系が上記電極層を有する。
なお、電極系、配線部および端子部ついては、上記「Ａ．バイオセンサ用電極の製造方法」の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０１２３】
３．絶縁層
本発明においては、電極系、配線部および端子部が形成された支持基材上に、電極系および端子部が露出し、配線部が覆われるように絶縁層が形成されていてもよい。
なお、絶縁層については、上記「Ｂ．バイオセンサの製造方法」の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０１２４】
４．スペーサ
本発明においては、絶縁層上に試料供給路を形成するスペーサが形成されていてもよい。
なお、スペーサについては、上記「Ｂ．バイオセンサの製造方法」の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０１２５】
Ｄ．バイオセンサ
本発明のバイオセンサは、支持基材と、上記支持基材上に形成された電極系、配線部および端子部と、上記電極系上に配置された反応部と、上記支持基材上に形成され、上記電極系および上記反応部に試料を供給する試料供給路を形成するスペーサと、上記スペーサ上に配置されたカバーとを有するバイオセンサであって、少なくとも上記電極系が、上述の電極層を有することを特徴とするものである。
【０１２６】
図３（ａ）、（ｂ）は本発明のバイオセンサの一例を示す分解斜視図および断面図である。なお、図３（ａ）、（ｂ）については、上記「Ａ．バイオセンサ用電極の製造方法」の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
図５は本発明のバイオセンサの他の例を示す分解斜視図である。なお、図５については、上記「Ｂ．バイオセンサの製造方法」の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０１２７】
本発明においては、少なくとも電極系が上述の電極層を有することにより、電極系の導電性が良好であり安価なバイオセンサとすることができる。
【０１２８】
なお、バイオセンサにおける各構成については、上記「Ａ．バイオセンサ用電極の製造方法」、「Ｂ．バイオセンサの製造方法」および「Ｃ．バイオセンサ用電極」の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０１２９】
（測定装置）
図８（ａ）、（ｂ）は、本発明のバイオセンサを測定装置に接続した様子を示す模式図であり、図８（ａ）は全体図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）の破線部における測定装置の内部を説明する図である。
図８（ａ）、（ｂ）に例示するように、測定装置６０は、公知の測定装置であって、バイオセンサ１０を接続して、試料中に含まれる被検出物を検出する装置である。測定装置６０は、例えば、バイオセンサ１０で生じた電気信号を受信するための接続電極６３、演算部（図示せず）、電源（図示せず）、表示部６１および操作部６２を備える。バイオセンサ１０は、測定装置６０の装着部に装着されると、バイオセンサ１０の２本の端子部６が測定装置６０の接続電極６３にそれぞれ接続される。この接続により、バイオセンサ１０で生じた電気信号は、測定装置６０に伝達される。
【０１３０】
測定方法としては、例えば、測定者がバイオセンサ１０を測定装置６０に装着し、バイオセンサ１０の先端からスペーサに設けられた試料供給路に試料を導入し、操作部６２を操作して、測定を開始する。試料供給路に導入された試料に被検出物が含まれる場合は、被検出物と、反応部に配設された生体由来物質とが反応し、電気信号がバイオセンサ１０の電極系で検出され、電極系および配線部を介して端子部６から、測定装置６０の接続電極６３を介して、測定装置６０に伝達される。測定装置６０は、バイオセンサ１０から受信した電気信号を演算部で測定値に変換する。得られた測定値は、表示部６１に表示され、測定者は測定結果を視覚的に認識することができる。
【０１３１】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【０１３２】
以下、本発明について実施例および比較例を用いて具体的に説明する。
【０１３３】
［実施例］
ニッケル微粒子およびエポキシ樹脂を含有する導電性インク（ペルノックス社製、Ｋ−３４３５Ｇ）を準備した。まず、厚み３００μｍの基板（ＳＫＣ社製、ＳＲ５３）上に導電性インクをスクリーン印刷機で２ｍｍ×１０ｍｍ、厚み１００μｍでパターン状に印刷し、電極層を形成した。
次に、電極層に対して、下記に示す条件でフラッシュランプアニールを行った。
照射距離：約１インチ
照射時間：約５ミリ秒
照射エネルギー：２．０ｋＶ（＝２３０Ｊ）、２．４ｋＶ（＝３３１Ｊ）、２．８ｋＶ（＝４５１Ｊ）または３．２ｋＶ（＝５８９Ｊ）
【０１３４】
［評価］
（１）抵抗値
フラッシュランプアニール前後の電極層の抵抗値を測定した。結果を下記表１に示す。
【０１３５】
（２）ＳＥＭ観察
フラッシュランプアニール前後の電極層の表面をＳＥＭで観察した。図９（ａ）、（ｂ）にフラッシュランプアニール前の電極層表面のＳＥＭ像、図１０（ａ）、（ｂ）に２．４ｋＶのフラッシュランプアニール後の電極層表面のＳＥＭ像、図１１（ａ）、（ｂ）に２．８ｋＶのフラッシュランプアニール後の電極層表面のＳＥＭ像を示す。なお、図９（ｂ）、図１０（ｂ）および図１１（ｂ）は１万倍の倍率のＳＥＭ像である。
【０１３６】
（３）空隙率
上述した方法により電極層の表面の空隙率を算出した。結果を下記表１に示す。
【０１３７】
【表１】
2014222209.tif 000003
【０１３８】
例えば２．０ｋＶや２．４ｋＶのように照射エネルギーが低い場合には、導電性の改善が見られなかった。また、ＳＥＭ像を比較すると、照射エネルギーが低い場合には、除去されるバインダー樹脂が少なく、微細孔の形成が少なかった。具体的には、フラッシュランプアニール前のＳＥＭ像（図９（ｂ））では電極層表面に細孔径２００ｎｍ以下の微細孔はほとんど存在しなかった。また、２．４ｋＶのフラッシュランプアニール後のＳＥＭ像（図１０（ｂ））でも電極層表面に細孔径２００ｎｍ以下の微細孔は存在しなかった。さらに、フラッシュランプアニール前ならびに２．０ｋＶおよび２．４ｋＶのフラッシュランプアニール後では、電極層表面の空隙率が２０％未満となった。
導電性の改善が見られなかったのは、バインダー樹脂が十分に除去されず、金属微粒子間の接点の増加が少なかったためと考えられる。
【０１３９】
これに対し、例えば２．８ｋＶや３．２ｋＶのように照射エネルギーが高い場合には、導電性が向上した。また、ＳＥＭ像を比較すると、照射エネルギーが高い場合には、バインダー樹脂が除去され、微細孔が形成されていた。具体的には、２．８ｋＶのフラッシュランプアニール後のＳＥＭ像（図１１（ｂ））では電極層表面に細孔径２００ｎｍ以下の微細孔が存在した。また、２．８ｋＶおよび３．２ｋＶのフラッシュランプアニール後では、電極層表面の空隙率が大きくなった。
導電性が向上したのは、バインダー樹脂が除去され、金属微粒子間の接点が増加したためと考えられる。また、電極層がその表面に所定の細孔径を持つ微細孔を有する場合には、導電性が向上することが確認された。
【０１４０】
一方で、照射エネルギーが高くなるにつれて、抵抗値が低下した。これは、照射エネルギーが高いために、バインダー樹脂とともにニッケル微粒子も除去されてしまったと考えられる。また、３．２ｋＶのフラッシュランプアニールの場合、導電性は向上したものの、電極層表面の空隙率が７０％超となり、電極層がもろくなり簡単に基板から剥離してしまった。
【符号の説明】
【０１４１】
１  …  バイオセンサ用電極
２  …  支持基材
３ａ、３ｂ  …  電極層
４  …  電極系
５  …  配線部
６  …  端子部
７  …  絶縁層
８  …  スペーサ
１０  …  バイオセンサ
１１  …  作用極
１２  …  対極
１５  …  反応部
２１  …  試料供給路
２２  …  空気抜き流路
３１  …  カバー
３２  …  空気孔
６０  …  測定装置
【図１】
2014222209.tif 000004
【図２】
2014222209.tif 000005
【図３】
2014222209.tif 000006
【図４】
2014222209.tif 000007
【図５】
2014222209.tif 000008
【図６】
2014222209.tif 000009
【図８】
2014222209.tif 000010
【図７】
2014222209.tif 000011
【図９】
2014222209.tif 000012
【図１０】
2014222209.tif 000013
【図１１】
2014222209.tif 000014