(57)【要約】【課題】試薬と試料とを効率よく混合することにより、短時間で測定することが可能な高精度のバイオセンサを提供する。【解決手段】バイオセンサは、測定対象物を含む試料を供給する開口部と、試薬を担持した担持部および前記試料が通過可能な多孔部材を含み、前記試料と試薬とを混合する混合部と、前記試料と試薬との反応に基づいて前記測定対象物を測定する測定部とを具備する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物を含む試料を供給する開口部と、
試薬を担持した担持部および前記試料が通過可能な多孔部材を含み、前記試料と前記試薬とを混合する混合部と、
前記試料と前記試薬との反応に基づいて前記測定対象物を測定する測定部とを具備するバイオセンサ。
【請求項２】
前記多孔部材が、メッシュ構造、アイソポア構造、またはハニカム構造を有する請求項１記載のバイオセンサ。
【請求項３】
前記多孔部材が前記担持部である請求項１記載のバイオセンサ。
【請求項４】
前記混合部が前記多孔部材を複数含み、各多孔部材が距離をおいて配置されている請求項１記載のバイオセンサ。
【請求項５】
前記複数の多孔部材が層状であり、前記複数の多孔部材間の距離が当該多孔部材の厚さ以上である請求項４記載のバイオセンサ。
【請求項６】
前記複数の多孔部材が層状であり、各多孔部材の孔が互いにずれながら距離をおいて配置されている請求項４記載のバイオセンサ。
【請求項７】
前記複数の多孔部材間に前記試薬が担持されている請求項４記載のバイオセンサ。
【請求項８】
前記複数の多孔部材が、前記試薬が担持された第１の多孔部材および前記試薬が担持されていない第２の多孔部材からなり、
前記第１の多孔部材と、前記測定部との間に、前記第２の多孔部材が配されている請求項４記載のバイオセンサ。
【請求項９】
前記第１の多孔部材よりも前記第２の多孔部材の方が孔径が小さい請求項８記載のバイオセンサ。
【請求項１０】
前記混合部が、前記開口部と前記測定部との間に配されている請求項１記載のバイオセンサ。
【請求項１１】
前記試薬が、界面活性剤またはｐＨ緩衝剤を含む請求項１記載のバイオセンサ。
【請求項１２】
前記試薬は生物学的機能材料を含み、
前記ｐＨ緩衝剤が前記試料中に溶解した際に示すｐＨは、前記生物学的機能材料の等電点より低い請求項１１記載のバイオセンサ。
【請求項１３】
前記多孔部材の孔径が０．１〜１ｍｍである請求項１記載のバイオセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抗体や酵素などの試薬を用いて試料液中の測定対象物を測定するためのバイオセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、試薬と測定対象物を含む試料液とを均一にかつ迅速に混合する方法について種々検討されている。
例えば、液体が流れる微小流路の途中にピラーを設けて、そのピラーに液体がぶつかることにより乱流を起こす方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
また、流路を一旦多岐化した後に１つに集合させる方法が提案されている（例えば、特許文献２）。この方法は、流路を途中で分岐させることにより一旦不均一な液体を分散させ、その後１つに合流させて混合させるものである。
【０００３】
また、バイオセンサには固体状態の試薬が導入されている。例えば、ガラスなどの不織布中に試薬を含浸させた後、これを乾燥させて試薬を不織布に担持する方法（例えば、特許文献３）などが提案されている。
【特許文献１】特開２００２−３４６３５５号公報
【特許文献２】特開２００３−１０７７号公報
【特許文献３】特開平８−２８５７５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようにピラーや流路の多岐化を利用した方法は、微量な液体を使用する場合には有効であるが、数百μｌ程度の液体を用いる場合には適していない。その理由として、数ミリセンチメータの高さのピラーを設けることが困難であり、多岐化しても流れ自体がそう流であるために液体と試薬とが混ざりにくい。
また、支持体に試薬を担持させる場合に、支持体に不織布などのように網目の細かい（孔径：０．１ｍｍ未満）ものを使用すると、流体の圧力損失が大きいために流速が低下し、測定時間が長くなるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記従来の問題点を鑑み、試薬と試料液とを効率よく混合することにより、短時間で測定することが可能な高精度のバイオセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のバイオセンサは、測定対象物を含む試料を供給する開口部と、試薬を担持した担持部および前記試料が通過可能な多孔部材を含み、試薬と試料とを混合する混合部と、前記試料と試薬との反応に基づいて前記測定対象物を測定する測定部とを具備する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、試薬と試料液を効率よく混合することができるため、測定時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、試料中に存在する測定対象物を定量的または定性的に測定することが可能なバイオセンサに関する。本発明のバイオセンサは、測定対象物を含む試料を供給する開口部と、試薬を担持した担持部および前記試料が通過可能な多孔部材を含み、前記試料と前記試薬とを混合する混合部と、混合された前記試料と前記試薬との反応に基づいて前記測定対象物を測定する測定部とを具備する。
【０００９】
このような構成とすることにより、試料と試薬とを効率よく混合することができ、短時間で測定することができる。試料を開口部より注入または吸引すると、試料は多孔部材を介して混合部に到達する。このとき、試料は多孔部材にぶつかりながら多孔部材を通過する。このため、多孔部材を通過した試料では乱流が生じ、この乱流により試料と試薬とを均一に効率よく混合することができる。
前記多孔部材としては、例えば、メッシュ構造、アイソポア構造、またはハニカム構造を有するものが挙げられる。
【００１０】
前記多孔部材は試薬を担持しており、前記多孔部材が前記担持部であるのが好ましい。試薬の試料との接触面積が増大し、試薬が試料中に溶解しやすくなる。例えば、多孔部材に試薬溶液を塗布した後、熱風乾燥または凍結乾燥させることにより、試薬を多孔部材に担持させることができる。また、多孔部材の孔径よりも大きな粒径を有する粒子からなる試薬を多孔部材上に配置してもよい。
【００１１】
より均一に攪拌することができる点で、前記混合部は、前記多孔部材を複数含み、各多孔部材が距離をおいて配置されているのが好ましい。
乱流を起こしやすい点で、さらに、前記複数の多孔部材が層状であり、多孔部材間の距離が多孔部材の厚さ以上であるのが好ましい。
層状の複数の多孔部材は、孔の位置を互いにずらしながら距離をおいて配置されているのが好ましい。
【００１２】
これらの複数の多孔部材間に試薬を担持するのが好ましい。
また、バイオセンサ内に試料が供給され流れ込む方向に対して上流側に試薬が担持された第１の多孔部材を配置し、下流側に試薬が担持されていない第２の多孔部材を配置するのが好ましい。第１の多孔部材を通過した試薬を含む試料液が、第２の多孔部材で乱流を起こすことにより効率よく攪拌することができる。
【００１３】
また、前記第１の多孔部材と、前記測定部との間に、前記第２の多孔部材が配されているのが好ましい。
第１の多孔部材よりも第２の多孔部材の方が孔径が小さいことが好ましい。溶け残った試薬を第２の多孔部材でトラップすることができ、溶け残った試薬が測定部に移動するのを防ぐことができる。
さらに、前記混合部が、開口部と測定部との間に配されているのが好ましい。
【００１４】
多孔部材の材料としては、金属材料、無機材料、または有機ポリマーを用いるのが好ましく、有機ポリマーを用いるのがより好ましい。混合部が複数の多孔部材を含み、多孔部材がそれぞれ層状である場合、多孔部材間の距離は多孔部材の厚み以上であるのが好ましい。この多孔部材の孔の断面形状は、円形または四角形であるのが好ましい。
【００１５】
試料と試薬との反応による気泡の発生を抑制するために、試薬が界面活性剤を含むのが好ましい。また、試料と試薬との反応を安定化させるために、試薬がｐＨ緩衝剤を含むのが好ましい。
ｐＨ緩衝剤が試料に溶解した際に示すｐＨは、試薬中に含まれる生物学的機能材料の等電点より低いことが好ましい。生物学的機能材料は等電点付近では溶解度が著しく減少するために沈殿する。その溶解度の減少を防止するために等電点よりも低いpＨを使用する。
【００１６】
多孔部材の孔径は０．１〜１ｍｍであることが好ましい。孔径は、孔の断面が円形の場合は直径の長さを意味し、孔の断面が四角形等の角形の場合は最も長い部分の長さを意味する。
【００１７】
本発明のバイオセンサにおいては、体液中の測定対象物の測定に、当該分野で公知である酵素や抗体を用いることができる。また、市販の酵素、キット、抗体、および標識物質などを使用してもよい。
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
以下に、本発明のバイオセンサの一実施形態として、液体の試料である尿中のアルブミンを測定する場合について、図１および２を参照しながら説明する。図１はチップ型バイオセンサ及び測定器の構造を示す斜視図である。
【００１９】
測定器１は、先端部が円錐形のバイオセンサ２を備えており、バイオセンサ２の内部に試料を吸い上げるためのポンプが内蔵されている。バイオセンサ２内には、後述する測定部よりも上方に、ポンプに連結するチューブが設けられている。バイオセンサの全長は２０ｍｍであり、開口部の径は４ｍｍであり、バイオセンサ内に吸引される試料液量は５００μｌ以下である。バイオセンサ２は、透明なポリプロピレンからなり、バイオセンサの内部を目視することが可能である。
【００２０】
ここで、図２はバイオセンサ２（図１のＸ部分）の一部（混合部）を切り欠いた斜視図である。
図２に示すように、バイオセンサ２は、後述する混合部４および測定部７を含む円筒部、ならびに試料を導入するための開口部３を有する円錐形の先端部からなる。
バイオセンサ２は、試料と試薬とを混合する混合部４、および試料と試薬との反応に基づいて測定対象物を測定する測定部７を有する。そして、混合部４は、バイオセンサ２内を塞ぐように設けられ、試料が通過可能な円盤状のメッシュ５、およびバイオセンサ２の内壁に設けられ、試薬８を担持した担持部６を含む。バイオセンサ２内では、開口部側から、メッシュ５、担持部６、および測定部７の順に配置されている。
【００２１】
厚さが３００μｍであるメッシュ５は、孔径が約３００μｍである孔を多数有する多孔性プラスチックからなる。この多孔性プラスチックには、繊維径３００μｍのナイロン繊維が用いられている。メッシュ５は、バイオセンサ２の内壁に設けられた凸部上に設置することによりバイオセンサ２内に固定されている。
担持部６は、例えば、試薬液をバイオセンサ２の内壁の所定位置に塗布した後、乾燥させてバイオセンサ２の内壁に試薬８を担持することにより得られる。
【００２２】
試薬８には、尿中に含まれるアルブミンと抗原抗体反応を生じるポリクロナール抗体またはモノクロナール抗体、トリトンＸ−１００、および０．８％のクエン酸を含む免疫反応測定用試薬が用いられる。
【００２３】
試薬と試料は、メッシュ５および担持部６を含む混合部４において混合され、測定部７の領域において反応が起こる。試料がメッシュ５を通過することにより乱流が生じるため、混合部４において試薬と試料を効率よく混合することができ、測定時間を短縮することができる。
【００２４】
測定部７には、後述する光学測定において光源をバイオセンサ内の試料・試薬混合液に入射させるための入射光用窓、および試料・試薬混合液を透過した光を後述する受光部に向けて出射させるための透過光用窓が設けられている。
【００２５】
次に、本実施形態の測定器１の動作を説明する。
まず、測定器１本体のポンプを作動させることにより、図２に示す矢印の方向に、バイオセンサ２内に開口部３から試料として尿を流入させる。開口部３よりバイオセンサ２内に流入した尿がメッシュ５にぶつかることにより乱流が生じる。この乱流により、バイオセンサ２中の担持部６に担持された試薬８と、試料とを効率よく混合することができる。
【００２６】
また、上記のように乱流により、試薬と試料とを効率よく混合することができるため、試料と試薬とを攪拌して均一化するのに要する時間を短縮することができる。
以上のように、本実施の形態によれば、簡易な構成で迅速かつ簡便に試料と試薬とを混合することができる。
【００２７】
次に、測定部に到達した試料・試薬混合液に対して光学測定を行う。試料・試薬混合液を均一化して所定時間経過した後、光源から光を、入射光用窓に対してほぼ垂直に照射する。入射光用窓からバイオセンサ２の上方のセル内に入射し、バイオセンサ２内に収容されている試料・試薬混合液を透過した後、透過光用窓を通してバイオセンサ２外に出射した光を、受光部において受光する。受光部において受光された光の強度に基づいて、試料・試薬混合液の吸光度または濁度を求める。このように、攪拌によって生じた試料と試薬との反応に基づいて試料中の測定対象物を測定することができる。
【００２８】
（実施の形態２）
本実施の形態のバイオセンサを以下に説明する。ただし、実施の形態１のバイオセンサと重複する部分は説明を省略する。図３は、本実施の形態におけるバイオセンサの一部を切り欠いた斜視図である。
【００２９】
本実施の形態では、バイオセンサ２内において、バイオセンサ２の混合部１４に、実施の形態１と同じ２つのメッシュ１５ａおよび１５ｂが配置されている。すなわち、開口部に近い側（試料液が流入する方向に対して上流側）に、孔径が約５００μｍである第１のメッシュ１５ａが配置され、開口部に遠い側（試料液が流入する方向に対して下流側）に、孔径が約１００μｍである第２のメッシュ１５ｂが配置されている。第１のメッシュ１５ａには試薬１８が担持され、第２のメッシュ１５ｂには試薬は担持されていない。
【００３０】
試薬１８は、図４に示すように、第１のメッシュ１５ａを構成するナイロン繊維に微細な粒子として担持されている。このような試薬１８を担持した第１のメッシュ１５ａは、試薬液を第１のメッシュ１５ａに塗布した後、乾燥させることにより得られる。この粒子の粒径は０．１ｍｍ〜５ｍｍである。
図３のように第１のメッシュ１５ａに試薬１８を担持させる以外に、第１のメッシュ１５ａと第２のメッシュ１５ｂとの間におけるチップ２の内壁に試薬１８を担持させてもよい。メッシュ１５ａとメッシュ１５ｂの厚さは３００μｍであり、メッシュ１５ａとメッシュ１５ｂとの間の距離は、３ｍｍである。
【００３１】
第２のメッシュ１５ｂの孔径が第１のメッシュ１５ａより小さくすることにより、溶けずに残った試薬を第２のメッシュ１５ｂでトラップすることができる。これにより、測定部７に溶け残った試薬が移動することがなく、免疫反応により生じた凝集物と間違うことないため、誤動作を防止することができる。また、第１のメッシュ１５ａで一部溶解した試薬を第２のメッシュ１５ｂで乱流を起こすことによりさらに攪拌することができる。
【００３２】
以上のように、本実施の形態によれば、簡易な構成で迅速かつ簡便に試料と試薬とを混合することができる。
本実施の形態では、メッシュを２つ配置しているが、メッシュを３つ以上配置してもよく、さらに試料と試薬との混合効率が向上する。
さらに、孔径が同じ複数のメッシュを用い、各メッシュにおける孔径の位置を回転によりずらして、各メッシュを距離をおいて配置するのが好ましい。試料と試薬との混合効率がさらに向上する。
【００３３】
（実施の形態３）
本実施の形態のバイオセンサを以下に説明する。ただし、実施の形態１のバイオセンサと重複する部分は説明を省略する。図５は、本実施の形態におけるバイオセンサの一部を切り欠いた斜視図である。
図５に示すように、本実施の形態では、第１のメッシュ２５ａと第２のメッシュ２５ｂとの間に、試薬２８が配置されている。すなわち、図６に示すように、第１のメッシュ２５ａ上に第１のメッシュ２５ａの孔径よりも大きな粒径の粒子からなる試薬２８が第１のメッシュ２５ａ上に配されている。これ以外は、実施の形態２のバイオセンサ１と同様の構成である。
本実施の形態によれば、簡易な構成で迅速かつ簡便に試料液と試薬とを混合することができる。メッシュ２５ａの孔径は３００μｍであり、試薬粒子の粒径は１ｍｍである。
【００３４】
また、メッシュ２５ａおよび２５ｂの代わりに、図７に示すように、ハニカム構造を有するプラスティックからなる多孔部材（以下、ハニカム部材と表す）３５ａおよび３５ｂを配置してもよい。ハニカム部材３５ａおよび３５ｂは、厚さ５００μｍの６角形の板状であり、孔径が３００μｍであるハニカム構造の孔を多数有する。ハニカム部材３５ａおよび３５ｂの間の距離は３ｍｍである。ハニカム部材３５ａおよび３５ｂは、例えば、射出成型により得られる。
【００３５】
また、メッシュ２５ａおよび２５ｂの代わりに、図８に示すように、アイソポア構造を有するプラスティックメンブレンからなる多孔部材（以下、アイソポア部材と表す）４５ａおよび４５ｂを配置してもよい。アイソポア構造とは、一通の穴が形成された構造であり、不織布やメンブレン（例えばニトロセルロースメンブレン）のようないくつもの穴や隙間が３次元的に積み重なることにより有効な孔を形成しているものとは異なっている。一通の穴が形成された構造とは、層状の多孔部材における一方の開口部（開口部３側）と他方の開口部（測定部７側）とが一つの孔で結ばれ、その孔が途中で枝分かれしていない構造をいう。
【００３６】
アイソポア部材２５ａおよび２５ｂは、厚さ１００μｍの円板状であり、孔径が３００μｍであるアイソポア構造の孔を多数有する。アイソポア部材２５ａおよび２５ｂの間の距離は３ｍｍである。アイソポア部材２５ａおよび２５ｂは、例えば、掘削加工により得られる。
また、実施の形態１および２において、メッシュの代わりに上記のハニカム部材やアイソポア部材を配置してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係るバイオセンサは、簡易な構成で迅速かつ簡便に試料と試薬とを撹拌することができるので、血液や尿等の試料を化学的に分析する臨床検査等で用いられる免疫化学分析検査装置や生化学分析装置等の検査装置、特にＰＯＣＴ検査機器等において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施の形態におけるチップ型バイオセンサ及び測定器を示す斜視図である。
【図２】同バイオセンサのＸ部分を拡大し一部を切り欠いた斜視図である。
【図３】本発明の他の実施の形態におけるバイオセンサの一部を切り欠いた斜視図である。
【図４】同バイオセンサにおける試薬１８が担持されたメッシュ１５ａの一部を拡大した斜視図である。
【図５】本発明のさらに他の実施の形態におけるバイオセンサの一部を切り欠いた斜視図である。
【図６】同バイオセンサにおける試薬２８が配置されたメッシュ２５ａの一部を拡大した斜視図である。
【図７】同実施の形態における他のバイオセンサの一部を切り欠いた斜視図である。
【図８】同実施の形態におけるさらに他のバイオセンサの一部を切り欠いた斜視図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  測定器
２  バイオセンサ
３  開口部
４、１４、２４、３４、４４  混合部
５、１５ａ、１５ｂ、２５ａ、２５ｂ  メッシュ
６  担持部
７  測定部
８、１８、２８、３８、４８  試薬
３５ａ、３５ｂ  ハニカム部材
４５ａ、４５ｂ  アイソポア部材
【図１】
2006317285.tif 000003
【図２】
2006317285.tif 000004
【図３】
2006317285.tif 000005
【図４】
2006317285.tif 000006
【図５】
2006317285.tif 000007
【図６】
2006317285.tif 000008
【図７】
2006317285.tif 000009
【図８】
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