(57)【要約】【課題】尿などの液体試料中の基質の量や比率を簡便に、かつ高精度に計測するセンサチップとそのモジュール及びこれらを用いたセンサを提供する。【解決手段】基板１から熱分離した複数の薄膜１０に、流路１７を形成し、流路１７内に所定の酵素４を固定した反応部６と酵素４が無い参照部７を熱的に略同等に形成し、反応部６に温度センサ２０、参照部７に参照用温度センサ２０Ｒを備え、被検出用液体試料が、薄膜１０に設けてある流路１７を通って反応部６と参照部７に到達し、特定基質成分が、前記酵素４との接触熱反応での発熱量を、反応部６の温度センサ２０と参照用温度センサ２０Ｒとの差動検出を利用して、体液試料中の特定基質成分の量とこれらの比率に関する情報を得る。異なる酵素４を複数の独立の反応部６にそれぞれ固定してアレー化し、一回の液体試料の注入により、同時に各種の基質を高精度に検出する。【選択図】図３
2018105821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１個の流入口から流入された液体試料中の特定の基質成分を、該基質成分に対応する酵素との触媒作用の反応熱により検出するバイオセンサチップであって、基板から熱分離した複数の薄膜に、液体試料が通る少なくとも１本の流路が形成されていること、該流路内で前記薄膜のうちの少なくとも１つには、参照部が形成されていること、残りの前記薄膜のそれぞれに参照部と熱的に互いに略同等な反応部が前記同一の流路内に形成されており、該流路を介して直列に接続されていること、複数のそれぞれの反応部である第１の反応部、第２の反応部等には、それぞれの特定の前記基質成分に対応する異なる所定の酵素が固定しているが、前記参照部には酵素を固定していないこと、更に、前記第１の反応部、第２の反応部等と参照部にそれぞれの前記反応熱を検出する第１の温度センサ、第２の温度センサ等と参照用温度センサをそれぞれ具備してあり、該第１の温度センサ、第２の温度センサ等のそれぞれの前記反応部での反応熱に基づく温度変化を、前記参照用温度センサを基準として計測し、それぞれの前記基質成分の量の情報、もしくは、それらの量の比較可能な情報を取得できるように構成したこと、を特徴とする成分比較バイオセンサチップ。
【請求項２】
前記参照部を、前記第１の反応部、第２の反応部等の反応部との略中間位置に設けた請求項１記載の成分比較バイオセンサチップ。
【請求項３】
前記第１の温度センサ、第２の温度センサ等および参照用温度センサとも、温度差センサとした請求項１もしくは２のいずれかに記載の成分比較バイオセンサチップ。
【請求項４】
少なくとも１個の流入口から流入された液体試料中の特定の基質成分を、該基質成分に対応する酵素との触媒作用の反応熱により検出するバイオセンサチップであって、前記基板から熱分離し、並列に接続された複数個の薄膜に、前記液体試料が分流して通る流路である第１の流路、第２の流路等がそれぞれ形成されていること、それぞれの同一の第１の流路、第２の流路等内に、それぞれ1個の反応部である第１の反応部、第２の反応部等とこれらの反応部と熱的に略同等な１個の参照部である第１の参照部、第２の参照部等とが、各前記薄膜の中央部に対して略対象な位置にそれぞれ直列に接続されていること、前記第１の反応部、第２の反応部等には、それぞれ対応する第１の温度センサ、第２の温度センサ等を具備し、参照部には、酵素を固定せずに参照用温度センサを具備していること、それぞれの反応部である第１の反応部、第２の反応部等には、特定の異なる前記基質成分にそれぞれ対応する所定の異なる酵素を固定していること、前記第１の温度センサ、第２の温度センサ等のそれぞれの前記反応部での反応熱に基づく温度変化を、前記参照用温度センサを基準として計測し、それぞれの前記基質成分の量の情報、もしくは、それらの量の比較可能な情報を取得できるように構成したこと、を特徴とする成分比較バイオセンサチップ。
【請求項５】
少なくとも１個の流入口から流入された液体試料中の特定の基質成分を、該基質成分に対応する酵素との触媒作用の反応熱により検出するバイオセンサチップであって、前記基板から熱分離し、並列に接続された複数個の薄膜に、前記液体試料が分流して通る流路である第１の流路、第２の流路等および参照用流路がそれぞれ形成されていること、それぞれの同一の第１の流路、第２の流路等内に、それぞれ熱的に略同等な1個の反応部である第１の反応部、第２の反応部等が、前記各薄膜の中央付近に形成されてあり、前記第１の反応部、第２の反応部等に、それぞれ第１の温度センサ、第２の温度センサ等を具備し、参照用流路内に形成されている参照部には、酵素を固定せずに参照用温度センサを具備していること、それぞれの反応部である第１の反応部、第２の反応部等には、特定の異なる前記基質成分に対応する所定の異なる酵素を固定していること、前記第１の温度センサ、第２の温度センサ等のそれぞれの前記反応部での反応熱に基づく温度変化を、前記参照用温度センサを基準として計測し、それぞれの前記基質成分の量の情報、もしくは、それらの量の比較可能な情報を取得できるように構成したこと、を特徴とする成分比較バイオセンサチップ。
【請求項６】
同一の前記薄膜上に形成した流路内の前記第１の反応部、第２の反応部等に、表面酵素固定用ビーズ留置のためのピラーを設けてあり、前記表面酵素固定用ビーズの注入口を前記液体試料の流入口とは異なる位置で、前記液体試料が流れる同一の流路の基板上を形成してある請求項１から５のいずれかに記載の成分比較バイオセンサチップ。
【請求項７】
同一の前記薄膜上に形成した流路内の前記第１の反応部、第２の反応部等に、表面酵素固定用ビーズ留置のためのそれぞれ間隔の異なるピラーを設けてあり、前記表面酵素固定用ビーズの直径の異なるビーズ寸法を利用して、前記所定の異なる酵素の表面酵素固定用ビーズが、それぞれ第１の反応部、第２の反応部等で留置できるようにピラーを配置形成してある請求項１もしくは２に記載の成分比較バイオセンサチップ。
【請求項８】
前記各反応部に、エレクトロクリック法による酵素固定用の電極を設けた構造とした請求項１から５のいずれかに記載の成分比較バイオセンサチップ。
【請求項９】
前記薄膜の各反応部に、ヒータを形成してあり、前記反応部を加熱できるように構成した請求項１から８のいずれかに記載の成分比較バイオセンサチップ。
【請求項１０】
前記各反応部内と参照部内の流路の少なくとも幅方向の形状を流線形とした請求項１から９のいずれかに記載の成分比較バイオセンサチップ。
【請求項１１】
液体試料や洗浄液の流入口と流出口を有し、該流入口と流出口の間に、前記請求項１から１０のいずれかに記載の成分比較バイオセンサチップを搭載してあること、前記液体試料や洗浄液が該成分比較バイオセンサチップの流入口と流出口を経て、外部に流出させるように一体化してあること、更に、前記成分比較バイオセンサチップへの電気的接続用のコネクタを備えてあること、を特徴とするバイオセンサモジュール。
【請求項１２】
前記成分比較バイオセンサチップのうち、少なくとも２個の反応部である前記第１の反応部と第２の反応部に、液体試料中の比率を求めたい特定の基質成分に対応する所定の酵素をそれぞれ固定した成分比較バイオセンサチップもしくはバイオセンサモジュールを搭載し、反応熱に基づくそれぞれの温度変化を、前記成分比較バイオセンサチップに形成している前記参照用温度センサを基準にして前記第１の温度センサと前記第２の温度センサを差動検出で計測し、所定の校正データを基にして、少なくとも前記２つの基質成分の量、もしくは、それらの比率が求められるようにしたこと、を特徴とする成分比較バイオセンサ。
【請求項１３】
少なくとも電源回路、増幅回路、演算回路および制御回路を備え、前記液体試料中の特定の基質成分の量もしくは少なくとも前記２つの基質成分の量の比率に関する情報を得ることができるようにした請求項１２記載の成分比較バイオセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体試料中の特定基質成分の量に関する情報を得るのに、それに選択的に反応する酵素を流路内の反応部に固定して、基質と対応する酵素とを接触させた時の接触熱反応による温度上昇変化を計測して、複数の基質の量とそれらの比率を知るようにした成分比較バイオセンサチップ、バイオセンサモジュールとこれを用いた成分比較バイオセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本願発明者の一人は、液体試料としての体液等中の特定基質成分、例えば、グルコース（基質）などの量に関する情報を、それに対応する酵素、例えば、グルコースオキシダーゼなどを用いて触媒活性化させたときの反応熱による均一温度内での温度上昇変化として計測取得し、評価する「酵素固定バイオセンサ」を発明した（特許文献１）。そこでは、架橋構造の薄膜上に形成した流路に反応部を形成し、そこに酵素を固定しており、反応部での酵素反応による温度上昇の検出用に第１の温度センサを形成してあり、流路に注入した液体試料の温度を補正する為に、第１の温度センサの近くに差動増幅させる参照用の温度センサを架橋構造の薄膜上に形成している。しかし、高感度化のために架橋構造の薄膜のほぼ中央に反応部とその温度を計測する第１の温度センサを形成していた。しかしながら、液体試料が尿などの体液である場合、室温からずれた暖かい温度であることが多い。実験によると、架橋構造の薄膜の中央付近が最も温度感度が大きいために、架橋構造の薄膜の中央付近からずれた位置に形成してある参照用の温度センサでは、架橋構造の薄膜のほぼ中央に形成した反応部の第１の温度センサとの差動動作で、完全に液体試料の温度依存性を補正することが困難であり、第１の温度センサと参照用の温度センサとは、熱的に略同等にさせる必要があった。
【０００３】
被検出用の液体試料としての尿内を用いた場合、尿糖や尿タンパクなどの各成分の量を計測することが必要であるが、例えば、タンパク（例えば、アルブミン）の量とクレアチニンの量との比率の評価が、腎臓病などの病気の進行状況を把握するのに適するという情報からこれらの計測の要望があり、例えば、尿内のタンパクの量とクレアチニンの量との比を直接計測できるような要望があった。従来の電気化学法による尿内成分の計測では、過酸化水素（H2O2）が酵素反応で発生する尿糖などは、発生するH2O2の酸化還元電流の計測からその量を求めることができるが、タンパク質の検出は極めて困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特願２０１６−９７１５１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来の上述の問題点を解消するために改良したもので、液体試料中の生体由来の微少の基質とそれに対応する酵素との接触触媒熱反応（以降、これを熱反応と言う）による温度変化分を高感度で、しかも高精度で計測できるような温度計測手段が得られるようにしてあり、基質とそれに対応する酵素との接触触媒反応による発熱量を利用して温度計測することにより、H2O2の発生を必ずしも必要とせず、反応過程で発生する反応熱の単純な計測から尿などの液体試料中の基質の量や、複数の基質の成分比率も求めるためのコンパクトで、高精度で、かつ安価な成分比較バイオセンサチップとこのチップを搭載しているバイオセンサモジュールと、更に、これらを用いた成分比較バイオセンサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係わる成分比較バイオセンサチップは、少なくとも１個の流入口から流入された液体試料中の特定の基質成分を、該基質成分に対応する酵素との触媒作用の反応熱により検出するバイオセンサチップであって、基板から熱分離した複数の薄膜に、液体試料が通る少なくとも１本の流路が形成されていること、該流路内で前記薄膜のうちの少なくとも１つには、参照部が形成されていること、残りの前記薄膜のそれぞれに参照部と熱的に互いに略同等な反応部が前記同一の流路内に形成されており、該流路を介して直列に接続されていること、複数のそれぞれの反応部である第１の反応部、第２の反応部等には、それぞれの特定の前記基質成分に対応する異なる所定の酵素が固定しているが、前記参照部には酵素を固定していないこと、更に、前記第１の反応部、第２の反応部等と参照部にそれぞれの前記反応熱を検出する第１の温度センサ、第２の温度センサ等と参照用温度センサをそれぞれ具備してあり、該第１の温度センサ、第２の温度センサ等のそれぞれの前記反応部での反応熱に基づく温度変化を、前記参照用温度センサを基準として計測し、それぞれの前記基質成分の量の情報、もしくは、それらの量の比較可能な情報を取得できるように構成したこと、を特徴とするものである。なお、上述で「第１の反応部、第２の反応部等」とは、第１の反応部、第２の反応部、第３の反応部、・・・のように、複数の反応部を区別するための表現で、「第１の温度センサ、第２の温度センサ等」も同様である。
【０００７】
本成分比較バイオセンサチップは、シリコン（Ｓｉ）単結晶のＳＯＩ基板を用いて、そのＳＯＩ層を利用して公知のMEMS技術で作成される微小寸法、例えば、長さ１ｍｍ、幅０．２ｍｍ、厚み０．０１ｍｍ程度の架橋構造状や、必要に応じて、カンチレバ状の薄膜などで構成した方が、これを用いて酵素固定バイオセンサチップを提供するには、その周辺回路となる集積回路を同一基板に形成できることや、高感度で高精度の第１の温度センサ、第2の温度センサ、参照用温度センサなどを熱電対で構成するときに半導体薄膜熱電対が利用できるなど、好都合であることが多い。
【０００８】
本発明の成分比較バイオセンサチップは、Si以外のプラスチックやガラス基板を使用しても良く、この基板から熱分離した薄膜に、流路、反応部、温度センサを形成し、反応部には酵素を固定して構成しても良い。また、例えば、第１の基板上に、流路、流路内の反応部や参照部、更に、第１の温度センサ、第2の温度センサ、参照用温度センサなどを形成し、その後、それらの上に層状に重ねて、厚膜を形成して、この厚膜を第2の基板として用いるように形成しておき、更に、この第2の基板から熱分離するようにする薄膜に、上記の流路、流路内の反応部や参照部、更に、第１の温度センサ、第2の温度センサ、参照用温度センサなどが形成されるようにしても良い。そして、必要に応じて、第1の基板を除去して、第2の基板を残して、この第2の基板を上述の基板として取り扱うようにしても良い。また、更に、薄膜として、流路を形成する層状薄膜を、上述の薄膜として兼用にすることもできる。この場合は、基板から熱分離し、酵素を固定した反応部や第１の温度センサ、第2の温度センサ、、参照用温度センサなどを有する流路が架橋構造やダイアフラム構造などの宙に浮いた状態の本成分比較バイオセンサチップが提供される。
【０００９】
例えば、架橋構造状の複数の形状の同等な薄膜が基板に形成されており、これらの複数の薄膜を経由する1本の流路が形成されており、その流路内で、各薄膜に熱的に略同等な１個ずつの反応部があり、これらの複数の反応部を第１の反応部、第２の反応部等として呼ぶことにする。それぞれの反応部には、それぞれの特定の基質成分に対応する異なる所定の酵素が固定している。そして、第１の反応部と第２の反応部等（もしくはそれらの近傍に）には、それぞれの反応熱を検出する第１の温度センサと第２の温度センサ等をそれぞれ設けてある。架橋構造状の薄膜が一様加熱された時に最も高温になるのは、ほぼ中央部であるので、流路内に熱的に略同等な第１の反応部や第２の反応部を形成するには、架橋構造状の薄膜のほぼ中央部にそれぞれの反応部を同一形状に配置することが最も望ましい。この参照用温度センサは、主に、第１の温度センサと第２の温度センサでの微小な温度変化を計測するに当たり、温度変化分のみを計測するために用いるものであり、第１の温度センサや第２の温度センサ等と同等な環境でありながら熱反応が生じない領域に形成される必要があり、主に、液体試料の温度を計測し、この温度を基準として第１の温度センサと第２の温度センサ等での微小な温度変化を差動計測するものである。なお、上記の「近傍」とは、同一の温度と見做せる範囲の領域や位置をいう。
【００１０】
反応部には、基質に特異的に反応する、所謂、高い選択性を有する酵素を固定しておく。例えば、基質としての糖（グルース）対応の酵素であるグルコースオキシダーゼ、タンパク対応のトリプシン、クレアチニン対応のクレアチナーゼ、ビリルビン対応にはビリルビンオキシダーゼ、乳酸対応には乳酸オキシダーゼなどの特定の基質に選択的かつ特異的に反応する酵素が固定される。また、１本の流路が架橋構造状の複数の薄膜を経由するように形成されており、第１の反応部と第１の温度センサとの領域、更に第２の反応部と第２の温度センサの領域を通り、基板の手前から架橋構造を構成する空洞を跨いで対向する位置の基板まで到達し、さらに隣の架橋構造状の薄膜に形成してある流路を通って手前に戻り、更に、隣の架橋構造状の薄膜に形成してある流路を通って対向する位置の基板に戻るというように、ジグザグに複数の薄膜に形成した１本の流路内を、特定基質成分を含む体液などの液体試料が通る。例えば、2つの特定基質成分が、液体試料としての尿中の基質であるタンパクとクレアチニンであった場合、酵素として、それぞれに選択的に対応する酵素であるトリプシンとクレアチナーゼを用いると良い。そして、流路を通して導入された体液試料中の基質であるタンパクとクレアチニンと、それらに対応するそれぞれの酵素トリプシン（例えば、第１の反応部に固定）とクレアチナーゼ（例えば、第２の反応部に固定）との接触触媒熱反応で温度上昇させて、それらの温度上昇を反応部内（又は近傍）に形成してある第１の温度センサと第２の温度センサにより参照用温度センサを基準にして検出して、その時間経過を含む信号の大きさから基質であるタンパクとクレアチニンのそれぞれの量とそれらの比率を、それらの差動増幅信号を利用して演算して求めることができる。
【００１１】
上述では、液体試料として、血液、尿、汗、唾液、涙などの体液中にある特定基質成分としての基質とこれに対する酵素との触媒熱反応について述べたが、液体試料として、例えば、果物中の糖やタンパク質などの少なくとも2種類特定基質成分の量や比率などの情報を、同様にしてそれぞれの酵素との触媒熱反応に基づいて取得することができる。
【００１２】
本発明の請求項２に係わる成分比較バイオセンサチップは、前記参照部を、前記第１の反応部、第２の反応部等の反応部との略中間位置に設けた場合である。
【００１３】
参照用温度センサが設けられている流路は、第１の反応部と第２の反応部に流入する流路と同一の流路内に設けられており、しかもこれらの流路は、基板から熱分離した異なる薄膜上に形成されており、互いに熱的にも分離されている。しかも、第１の反応部と第２の反応部に流入する流路と熱的にも同等で、直列接続されているので、同一の温度の液体試料が、例えば、第１の反応部で酵素と反応して熱せられて、基板上を流れる時に冷却されるが、熱せられたまま、第２の反応部に流入すると、第２の反応部で酵素反応による発熱がなかった場合でも第２の反応部の温度上昇をさせてしまい、反応熱が生じたという誤差を生じやすい。本発明では、これらの誤差を少なくするために、参照部を、前記第１の反応部、第２の反応部等の反応部との略中間位置にある薄膜に形成して、１本の流路内を流れている液体試料の平均的な温度を計測して補償するものである。このようにして、参照用温度センサを基準にして、第１の温度センサや第２の温度センサとの温度に関する信号を差動増幅すると第１の温度センサや第２の温度センサでの液体試料の温度からのずれた温度変化のみを高精度で計測することができる。
【００１４】
本発明の請求項３に係わる成分比較バイオセンサチップは、前記第１の温度センサ、第２の温度センサおよび参照用温度センサとも、温度差センサとした場合である。
【００１５】
温度差センサには、熱電対やサーモパイルが知られている。温度差センサの特長は、基準点（例えば、冷接点）と測定点（例えば、温接点）との温度差のみに関係する出力を電圧出力として取り出すことができることであり、しかも、ほぼ温度差に比例した出力電圧になることである。従って、例えば、第１の温度センサ、第２の温度センサおよび参照用温度センサとして熱電対を採用し、上記の参照用温度センサを基準にして、第１の温度センサや第２の温度センサを測定点（温接点）として計測すれば、第１の温度センサと第２の温度センサの出力は、参照用温度センサの位置とそれぞれの第１の温度センサと第２の温度センサの位置の温度差出力を示す。この場合、第2の温度センサと第1の温度センサとの基準点を共通にすることにより、第2の温度センサと第1の温度センサとの出力差を計測すると、これは、第2の温度センサの位置と第1の温度センサの位置の温度差出力となる。第2の温度センサと第1の温度センサのそれぞれの一方の熱電物質として、共通する架橋構造を構成するＳＯＩ層（例えば、ｎ型シリコン層）とすると、単純な構成となり便利である。このように構成することにより、流路を通して導入された体液試料中の基質であるタンパクとクレアチニンと、それらに対応するそれぞれの酵素であるトリプシンとクレアチナーゼとの接触触媒熱反応でそれぞれ温度上昇させて、それらの温度上昇を反応部内（又は近傍）に形成してある第１の温度センサと第２の温度センサにより検出して、その時間経過を含む信号の大きさから基質の量やそれらの基質の量の比率に関する情報が取得できる。
【００１６】
本発明の成分比較バイオセンサチップでは、第１の温度センサと第２の温度センサおよび参照用温度センサとも、温度差センサである熱電対であるときには、基板から熱分離した薄膜として、Si（シリコン）基板のSOI層を利用すると、このSOI層の熱電対の一方の熱電導材料として利用することができる。SOI層である半導体は、ゼーベック係数が金属に比べ大であるので、高感度で高精度の熱電対を製作しやすい。他方の熱電対の熱電導材料として、金属膜を用いると容易に形成できるので好適である。半導体のゼーベック係数が金属に比べ一桁程度大であるので、他方の金属膜は、ゼーベック係数の符号にとらわれずに選択して良い。そして複数の流路を同一の酵素固定バイオセンサチップに形成して、同時に多項目の液体試料中の成分を計測するようにした場合には、それぞれの流路内に形成してある第１の温度センサと第２の温度センサおよび参照用温度センサとを共通のSOI層の熱電対の一方の熱電導材料として使用することで電極パッド数が少なくて済むと共に、各流路内の第１の温度センサと第２の温度センサおよび参照用温度センサとの出力信号の増幅回路も共通アースとして利用できるので、低雑音で増幅できることや参照用温度センサを基準として流路内の第１の温度センサや第２の温度センサの選択、更にそれらの差動増幅が容易な電子回路となり好都合である。
【００１７】
基板の液体試料流入口付近の温度は、一般に反応の最適温度ではないので、注入された液体試料が流路を通って反応部に到達するまでには、既にその反応の所定の最適環境温度になっていることが望ましい。しかし、最適温度でなくとも周囲温度が極端に最適温度からずれていなければ、周囲温度補正により液体試料中の特定成分を校正することができる。液体試料は、例えば、尿などの場合には、体温に近く、周囲温度からずれている場合が多く、１ｍK程度の温度変化を計測する本成分比較バイオセンサチップでは、基板の温度や周囲温度、更には、液体試料の温度に、極めて敏感である。流路内を通る液体試料も外部のヒータなどにより所定の最適温度になるように配置することもできる。また、ヒータがなく、最適環境温度でなくとも、反応部や温度センシング部を断熱材で覆い、室温の環境下での熱反応の温度上昇分を計測して、各酵素の温度特性を予め求めてある校正データを利用して下記基質の量を校正することができる。
【００１８】
本発明の請求項４に係わる成分比較バイオセンサチップは、少なくとも１個の流入口から流入された液体試料中の特定の基質成分を、該基質成分に対応する酵素との触媒作用の反応熱により検出するバイオセンサチップであって、前記基板から熱分離し、並列に接続された複数個の薄膜に、前記液体試料が分流して通る流路である第１の流路、第２の流路等がそれぞれ形成されていること、それぞれの同一の第１の流路、第２の流路等内に、それぞれ1個の反応部である第１の反応部、第２の反応部等とこれらの反応部と熱的に略同等な１個の参照部である第１の参照部、第２の参照部等とが、各前記薄膜の中央部に対して略対象な位置にそれぞれ直列に接続されていること、前記第１の反応部、第２の反応部等には、それぞれ対応する第１の温度センサ、第２の温度センサ等を具備し、参照部には、酵素を固定せずに参照用温度センサを具備していること、それぞれの反応部である第１の反応部、第２の反応部等には、特定の異なる前記基質成分にそれぞれ対応する所定の異なる酵素を固定していること、前記第１の温度センサ、第２の温度センサ等のそれぞれの前記反応部での反応熱に基づく温度変化を、前記参照用温度センサを基準として計測し、それぞれの前記基質成分の量の情報、もしくは、それらの量の比較可能な情報を取得できるように構成したこと、を特徴とするものである。
【００１９】
液体試料としての尿、血液、汗や唾液などの体液中には、生体由来物質であるグルコース、タンパク、乳酸、クレアチニン、ビリルビン、尿酸などの多くの基質が含まれている。これらの体液を利用して、できるだけ多くの種類の基質成分の特定やその量、更には、それらの比率などを同時に計測したい。そのために、同一の基板に、複数の薄膜とそのそれぞれの上の流路を配列させ、それぞれの薄膜のそれぞれに液体試料が通る流路に異なる酵素を固定した1個の反応部と酵素が固定されていない参照部とが直列に形成され、それぞれの箇所に第１の温度センサと参照用温度センサとが形成されている。これらの複数個の薄膜のそれぞれの流路に、基板に設けている液体試料の流入口から流入した液体試料が各複数の薄膜上の流路に分流して流れるように形成している。このようにして第１の温度センサと参照用温度センサとの差動出力を取り出すようにすると、基板から熱分離した1個の薄膜上の流路には、熱反応を生じる1個の反応部しかないこと、発熱する他の反応部から熱的に独立して計測できることで、熱のクロストークがなく、それぞれの薄膜に形成された流路中を通る液体試料の温度から上昇する1個の反応部で発熱した温度変化のみ計測できるという利点がある。
【００２０】
少なくとも複数の前記薄膜のうち２個の薄膜のそれぞれに形成している流路の反応部には、例えば、液体試料としての尿中のタンパク（アルブミン）とクレアチニンとの尿内成分の量の比率など、特定の基質成分の量の比率を求めたい２種類の基質のそれぞれに対応する異なる酵素が固定してあるので、反応熱をそれぞれの温度センサで検出し、基準となるそれぞれの液体試料の温度を参照用温度センサで検出し、それぞれ各流路で、それぞれの温度センサと参照用温度センサとの差動検出ができるように構成することにより、それぞれの少なくとも２個の薄膜での各反応部での反応熱に基づく温度変化を検出することができる。そして、それぞれの2つの基質成分の量に関する情報を得て、予め用意してある校正データを基にして、それらの量の比較に関する情報からそれらの量の比率を演算することができる。このように、本発明は、同一の前記薄膜に形成してある各流路内で、反応熱をそれぞれの温度センサで検出し、基準となるそれぞれの液体試料の温度を参照用温度センサで検出して、それぞれ各流路で、それぞれの温度センサと参照用温度センサとの差動検出ができるように構成した場合である。
【００２１】
本発明の請求項５に係わる成分比較バイオセンサチップは、少なくとも１個の流入口から流入された液体試料中の特定の基質成分を、該基質成分に対応する酵素との触媒作用の反応熱により検出するバイオセンサチップであって、前記基板から熱分離し、並列に接続された複数個の薄膜に、前記液体試料が分流して通る流路である第１の流路、第２の流路等および参照用流路がそれぞれ形成されていること、それぞれの同一の第１の流路、第２の流路等内に、それぞれ熱的に略同等な1個の反応部である第１の反応部、第２の反応部等が、前記各薄膜の中央付近に形成されてあり、前記第１の反応部、第２の反応部等に、それぞれ第１の温度センサ、第２の温度センサ等を具備し、参照用流路内に形成されている参照部には、酵素を固定せずに参照用温度センサを具備していること、それぞれの反応部である第１の反応部、第２の反応部等には、特定の異なる前記基質成分に対応する所定の異なる酵素を固定していること、前記第１の温度センサ、第２の温度センサ等のそれぞれの前記反応部での反応熱に基づく温度変化を、前記参照用温度センサを基準として計測し、それぞれの前記基質成分の量の情報、もしくは、それらの量の比較可能な情報を取得できるように構成したこと、を特徴とするものである。
【００２２】
請求項１と２の発明では、１本の流路で、互いに異なる所定の酵素を固定した熱的に略同等な第１の反応部と第２の反応部とが直列に接続し、更に参照部も直列に接続しているので、第１の反応部と第２の反応部での発熱反応のために、熱的なクロストークが多少生じる可能性がある。そのために、それぞれの酵素に対応する基質の量の値の計測には、誤差が生じやすいが、同一の流路内の単純な構成であるので、2つの基質成分の量の比率を求めるのには、好適である。また、請求項4の発明では、同一の流路には、反応熱を持つ反応部が1個だけであり、他の流路の反応部とは熱分離しているので、熱のクロストークがなく、更に、分流されている同一の各流路内で反応部の温度を計測する第１の温度センサと参照用温度センサがあるので、同一流路内の液体試料の温度からの反応部での温度上昇分を高精度で計測できるという利点があり、各反応部での基質の成分量が精度良く求めることができる。しかし、2つの基質成分の量の比率を求めるのには、異なる薄膜上の流路に形成する反応部での酵素反応発熱を計測するので、高精度の計測に誤差が生じる可能性を含む。もちろん、これらの誤差を事前に求めておいた補正用校正データを作成しておき、これを用いて誤差を小さくすることができる。また、各反応部の温度センサと参照用温度センサが同一の基板から熱分離した微細な薄膜に形成しているので、配線が混み合うといった点も設計時に考慮しなければならない。
【００２３】
これに対して、本発明の請求項５に係わる成分比較バイオセンサチップでは、請求項4の発明の利点である同一の流路には、反応熱を持つ反応部が1個だけ形成してあり、他の流路の反応部とは熱的なクロストークがないことを採用し、更に、請求項4の発明での困難を解消するために、反応部を基板から熱分離した薄膜の最も高感度となる中央部付近に形成し、更に配線が混み合う点を解消するようにしている。上述の補正用校正データを利用することで、2つ以上の基質の量を測定や、それらの基質の量の比率を、高感度に、しかも高精度に計測できる。
【００２４】
本発明の請求項６に係わる成分比較バイオセンサチップは、同一の前記薄膜上に形成した流路内の前記第１の反応部、第２の反応部等に、表面酵素固定用ビーズ留置のためのピラーを設けてあり、前記表面酵素固定用ビーズの注入口を前記液体試料の流入口とは異なる位置で、前記液体試料が流れる同一の流路の基板上を形成してある場合である。
【００２５】
表面酵素固定用ビーズは、一般に、ポリスチレンビーズ（PSビーズ）の直径２０マイクロメートル（μｍ）の表面のカルボキシル基に、エチル-3-（3-ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド塩酸塩（EDAC）を介して結合させ、更に、タンパク質である酵素のアミノ基を利用して、特定の酵素を結合させてコーティングしているPSビーズである。この表面酵素固定用ビーズを流路内の反応部に留置すれば、反応部に酵素を固定することができる。反応部にピラーを設けておき、液体試料の流入口側の表面酵素固定用ビーズの注入口から特定の酵素固定用ビーズを流し込み、反応部の出口側に設けているピラーでストップさせて、反応部に酵素固定用ビーズを留置すれば、その特定酵素をこの反応部に固定したことになる。ここでは、特に、複数の反応部である第１の反応部や第２の反応部等が直列や並列に接続されている時で、流路中の第１の反応部や第２の反応部等に異なる酵素を固定する場合に、同一の直径の酵素固定用ビーズでは、液体試料の１つの流入口側から酵素固定用ビーズの流し込みをしても、直列の場合は、最初の反応部に設けているピラーで留まり、並列の場合は、第１の反応部や第２の反応部等に同様に留置されてしまい、これらの反応部に異なる酵素を固定することが困難になる。そこで、本発明では、流路中の第１の反応部や第２の反応部等ごとに、表面酵素固定用ビーズの注入口を前記液体試料の流入口とは異なる位置に複数個設けておき、これらの注入口から所定の異なる表面酵素固定用ビーズを注入させるようにした場合である。表面酵素固定用ビーズを注入して各反応部に留置させたのちに、液漏れがないように注入口に蓋をする。
【００２６】
また、成分比較バイオセンサチップの同一の前記基板に形成している流路を複数並列に配列させている場合には、１つの流入口から流入した液体試料が、各流路に分流させるようにしてあり、分流後には、合流して一つの流出口から排出されるようにした方が良い。それは、液体試料の一つの流出口から吸引するようにできるので、液体試料の１つの流入口から流入や洗浄液の流路への流入、更には、表面酵素固定用ビーズの流入口とは異なる各注入口から流路への注入、そして、液体試料や洗浄液などの外部への排出など、流路系が簡便になると共に、センサチップもコンパクトに形成できることになる。
【００２７】
本発明の請求項７に係わる成分比較バイオセンサチップは、同一の前記薄膜上に形成した流路内の前記第１の反応部、第２の反応部等に、表面酵素固定用ビーズ留置のためのそれぞれ間隔の異なるピラーを設けてあり、前記表面酵素固定用ビーズの直径の異なるビーズ寸法を利用して、前記所定の異なる酵素の表面酵素固定用ビーズが、それぞれ第１の反応部、第２の反応部等で留置できるようにピラーを配置形成してある場合である。
【００２８】
同一の流路内に直列に接続している第1の反応部と第２の反応部等があり、第1の反応部と第２の反応部等には、互いに異なる酵素を固定したい。そこで、例えば、1本の流路のうち液体試料の流入口側から順番に第１の反応部があり、その後に第２の反応部が形成されている場合には、第１の反応部に設けてあるピラーの配置の間隔を１８μｍとし、第１の反応部に留置する予定の酵素固定用ビーズの直径を２０μｍとすれば良い。流路の流れに対して第１の反応部の後方に位置する第２の反応部に設けてあるピラーの配置の間隔を例えば、８μｍになるように配置し、直径を１０μｍの酵素固定用ビーズを用いれば、前方の第１の反応部に設けてあるピラーを通り抜けて、第２の反応部に設けてあるピラーのところで留められて、第２の反応部には、直径を１０μｍの酵素固定用ビーズが留置されて、第１の反応部に固定されている酵素とは異なる所望の酵素を第２の反応部に固定される。反応に係る酵素の量は、これらの酵素固定用ビーズの量で調整できる。
【００２９】
上述のように、同一の流路内に直列に接続している第1の反応部と第２の反応部がある場合、それぞれの反応部でのそれぞれの固定酵素によるそれぞれの基質の量やそれらの量に比率を計測する場合、その発熱温度がミリケルビン（ｍK）の桁である可能性があり、主に、液体試料の温度を補正する参照部とそこに設けた参照用温度センサが重要となる。参照部は、直列に接続している第1の反応部と第２の反応部を形成してある基板から熱分離した前記の薄膜上の流路とは、液体試料の流入口が同一で、並列接続してある薄膜上の流路内に形成しておき、流入口から注入された液体試料が、分流して流れるようにしている。この参照部を有する流路にも第1の反応部と第２の反応部と略同等の形状であるが、酵素は固定せず、どちらにも酵素固定用ビーズ留置用のピラーも設けない状態で、参照部としての参照用温度センサを第1の反応部と第２の反応部のどちらかに対応する位置に形成するようにする。この時、参照部がある流路には、酵素固定用ビーズが留置されるピラーがないので留まらず、酵素による熱反応がないので、参照部としての役目を果たす。第1の反応部と第２の反応部に設けてあるそれぞれの第1の温度センサと第２の温度センサとの差動増幅をするようにして、第1の反応部と第２の反応部のそれぞれに固定した所定の酵素に対応するそれぞれの基質の量やこれらの量の比率が求められるようにすることができる。
【００３０】
なお、直列に接続している第1の反応部と第２の反応部を有する流路を並列接続して、これらの流路に形成している第1の反応部と第２の反応部にそれぞれの異なる酵素を有する酵素固定用ビーズを留置するには、液体試料を一つの流入口からの酵素固定用ビーズの注入では、各並列接続の流路中にそれぞれ形成している第1の反応部と第２の反応部には、同一の2種類のみの酵素固定になってしまうという問題がある。これを解決するには、例えば、液体試料を一つの流入口か分流している各流路の基板上に位置している領域に、それぞれ酵素固定用ビーズ注入用の特別な注入口を設けておき、それぞれの流路の第1の反応部と第２の反応部の留置する予定の所定のそれぞれ2種類の酵素の酵素固定用ビーズをそれぞれの特別な注入口から注入して、各第1の反応部と第２の反応部に必要な量の酵素固定用ビーズを留置固定した後、前記特別な注入口の上に蓋をするようにして液漏れを防ぐようにすると良い。
【００３１】
本発明の請求項８に係わる成分比較バイオセンサチップは、前記各反応部に、エレクトロクリック法による酵素固定用の電極を設けた構造とした場合である。
【００３２】
酵素の固定法として、従来から担体結合法、架橋法、包括法などで固定するための固定材（例えば、多孔性のあるシリカゲルなどのゲル状物質や電着した高分子材料、光架橋性ＰＶＡなど高分子材料など）で、親水性はあるが水に不溶な物質に固定しておき、流路を通して導入された体液中の基質とそれに対応する酵素との接触触媒反応で、熱反応して温度上昇させて、その温度上昇を反応部内又は近傍に形成してある第１の温度センサで検出して、その時間経過を含む信号の大きさから基質の量を測定することもできる。しかし、本発明では、流路形成後に、酵素を流路内の反応部に固定する方が望ましいので、金電極などの金属膜に、キトサンなどの物質を電着した後に、表面をアルキル化処理して、その上にアジド化したタンパク質を電着により固定する、所謂、エレクトロクリック法（エレクトロクリックケミストリ法ともいう）により、タンパク質である酵素を固定する方法を採用するものである。なお、基質とそれに対応する酵素との接触（触媒）熱反応は、最適な温度があり、体液中の基質と対応酵素との反応は、一般には、体温付近のことが多い。従って、少なくとも反応に寄与する反応部付近は、一様にその反応の最適温度にしておくようにすることが望ましい。
【００３３】
エレクトロクリック法による本酵素固定バイオセンサチップの流路中の反応部に形成してある金（Au）などの金属膜への酵素の電着固定は、例えば、次のようにする。先ず、キトサンを希塩酸に溶かし、水酸化ナトリウムで、ｐH調節して、ｐH５．５程度にし、これを、酵素固定を除いて完成した酵素固定バイオセンサチップの流路の液体試料の流入口から流路内に注入してする。酵素固定用の金（Au）などの反応部に形成してある金属膜の電極は、酵素固定バイオセンサチップの流路外の基板上形成した電極パッドと導通しているので、この電極パッドと、流路の流入口側または流路の流出口側に、他方の対向電極を挿入または形成して、キトサンは、正に帯電しているので、酵素固定用電極を負極とし、他方の対向電極は、正極になるように配線して、電圧を３V程度で、３−１０μA（マイクロアンペア）程度（電極の寸法に依存する）で、5分間程度で、１０μｍ程度の厚みに電着する。その後、電着されたキトサン膜を流路に空気を流して半乾きにする。
【００３４】
次に、この電着されたキトサン膜表面を酵素電着固定用の前処理として、アルキル化させる。これには、水酸化ナトリウムとイソピルアルコールの混合溶液を流路に注入して、電着されたキトサン膜に触れさせ、臭化プロパルギル液を微量添加して、６０℃程度で5時間程度放置することにより達成される。また、タンパク質である酵素をアジド化しておき、これをエレクトロクリック法で、アルキル化されたたキトサン膜表面に電着して、流路内の反応部の電極に酵素を固定する。酵素のアジド化には、種々の方法があるが、例えば、NHS-dPEG(4)-N3を含むNaHCO3の溶液に、酵素を4時間程度浸すことにより達成される。そして、バッファー液中で、8時間程度、低温（４℃程度）で放置して未反応性分を除去する。次に、エレクトロクリック法による酵素固定のために、例えば、硫酸銅、アスコン酸とEDTAをリン酸バッファー液に溶かして、更に、アジド化されたこの酵素のバッファー液に溶かし、流路に注入する。流入口側に対抗電極を挿入または形成しておき、また、参照電極を流出口側に挿入または形成しておき、流路内の反応部の酵素固定用電極と対向電極との間に、500から-300ｍVの間の250mV/s程度の走査電圧を繰り返し印加して、１０分間程度、酵素を電着させて、エレクトロクリック法による流路内の反応部の電極への酵素固定が達成される。
【００３５】
本発明の請求項９に係わる成分比較バイオセンサチップは、前記薄膜の各反応部に、ヒータを形成してあり、前記反応部を加熱できるように構成した場合である。
【００３６】
生物由来物質の基質とそれに対応する酵素とのそれぞれの組み合わせにおいては、それぞれの接触触媒熱反応には、最適な環境温度が有り、多くの場合、人間の体温付近の３５℃から４０℃程度であり、一般の室温である２０℃より高い温度である。このような最適な温度環境下もしくは、熱反応が観測されやすい温度環境下での接触触媒熱反応になるように、外部にヒータを設置して、流路を持つ前記薄膜を所定の均一な温度分布となる温度設定できるようにすると良い。本発明では、反応部の温度を酵素に最適な温度にすることもできると共に、酵素との熱反応における反応熱の校正用にも使用出来るようにした場合である。特に、酵素の活性が時間や環境により低下することが多く、この反応部に形成してあるヒータにより、酵素の活性度のチェックや校正に役立てるようにしている。例えば、所定のワット数である１０μW（マイクロワット）をヒータに加えることによる温度上昇分を事前に計測しておき、標準液体試料を流すことによる酵素熱反応による特定の酵素の反応熱の温度上昇分を時々計測すれば、その経時変化により、酵素活性の度合いをチェックできると共に、これを基にして、標準液体試料の成分の量の校正ができる。
【００３７】
本発明の請求項１０に係わる成分比較バイオセンサチップは、前記各反応部内と参照部内の流路の少なくとも幅方向の形状を流線形とした場合である。
【００３８】
実験によると、液体試料が流れる流路内の反応部の幅方向の形状が例えば、長方形のような角があると、液体試料や洗浄液が４つの角付近に停滞し、新しい液体試料や洗浄液と入れ替われないという問題があった。この現象は、各反応部内と参照部内の流路の少なくとも幅方向の形状を流線形にすることにより解消した。なお、流路の高さ方向は、反応部や参照部で段差がない構造にすることが望ましく、段差がある場合は、その段差の緩やかな傾斜として、流体の停滞が起こらないようにする必要がある。
【００３９】
本発明の請求項１１に係わるバイオセンサモジュールは、液体試料や洗浄液の流入口と流出口を有し、該流入口と流出口の間に、前記請求項１から１０のいずれかに記載の成分比較バイオセンサチップを搭載してあること、前記液体試料や洗浄液が該成分比較バイオセンサチップの流入口と流出口を経て、外部に流出させるように一体化してあること、更に、前記成分比較バイオセンサチップへの電気的接続用のコネクタを備えてあること、を特徴とするものである。
【００４０】
本発明の成分比較バイオセンサチップを搭載したハンディなカロリメトリック（熱量検出型）バイオセンサである成分比較バイオセンサとして使用した場合に、酵素の失活などで成分比較バイオセンサチップを交換する必要が出てくる。成分比較バイオセンサチップは、極めて微細なパターン形状からなり、破壊されやすい構造である。そのような場合には、成分比較バイオセンサチップ単体で取り扱うのではなく、成分比較バイオセンサチップには、直接触れないで成分比較バイオセンサチップを交換することが望ましい。本発明は、成分比較バイオセンサを使用する一般の人が、容易に成分比較バイオセンサチップを交換することができるように、液体試料や洗浄液の注入口と流出口を有し、かつ、成分比較バイオセンサチップへの電気的接続用のコネクタを備えてあるバイオセンサモジュールとして、モジュール化するもので、このバイオセンサモジュール単位で、成分比較バイオセンサに、カセットのように装着することで成分比較バイオセンサチップが交換できるようにしたものである。
【００４１】
本発明の請求項１２に係わる成分比較バイオセンサは、前記成分比較バイオセンサチップのうち、少なくとも２個の反応部である前記第１の反応部と第２の反応部に、液体試料中の比率を求めたい特定の基質成分に対応する所定の酵素をそれぞれ固定した成分比較バイオセンサチップもしくはバイオセンサモジュールを搭載し、反応熱に基づくそれぞれの温度変化を、前記成分比較バイオセンサチップに形成している前記参照用温度センサを基準にして前記第１の温度センサと前記第２の温度センサを差動検出で計測し、所定の校正データを基にして、少なくとも前記２つの基質成分の量、もしくは、それらの比率が求められるようにしたこと、を特徴とするものである。
【００４２】
前述の請求項1と2に関する記述のように、例えば、架橋構造状の複数の薄膜に、1本の流路が形成され、その流路内に熱的に略同等な第１の反応部と第２の反応部とに互いに異なる酵素が固定されている。そして、第１の反応部と第２の反応部は、架橋構造状の薄膜の中央部を挟んで両側に略対称に同一形状に配置しているので、それらの酵素反応による発熱量に応じて温度上昇をする。第１の反応部と第２の反応部には、第1の温度センサと第２の温度センサとがそれぞれ形成されているので、これらの発熱量の応じた温度上昇を別に設けた参照用温度センサを基準として差動計測する。参照用温度センサは、第１の反応部と第２の反応部を通る流路とは並列接続されて分流して流れる別に設けた流路内設けてあり、酵素が固定されていない領域であるので、第１の反応部と第２の反応部と同一の液体試料が流れるので、参照部として、主に、液体試料の温度を基準として第１の反応部と第２の反応部でのそれぞれの温度上昇分を計測することができる。このようにして、第１の反応部と第２の反応部でのそれぞれの酵素によって発熱する２つの基質成分の量、もしくは、それらの比率が求められる。第１の反応部と第２の反応部でのそれぞれの発熱量と温度変化との関係を予め校正用データとして求めておき、この校正用データを基にして、２つの基質成分の量や比率を校正するようにすると良い。特に、液体試料として、尿や血液を用いると、その中のタンパクであるアルブミンとクレアチニンとの比率が、腎臓病の早期発見に繋がるなどの重要で、これらの量や比率を求めるには、基質であるアルブミンに対して、トリプシンなどの酵素を、基質であるクレアチニンに対して、クレアチナーゼなどの酵素を第１の反応部と第２の反応部にそれぞれ固定すると良い。
【００４３】
前述の請求項４や５に記載した成分比較バイオセンサチップでは、基板から熱分離した複数個の並列に接続された薄膜のそれぞれに、液体試料が通る流路が形成されており、それらの各流路には、所定の酵素を固定した1個の反応部が形成されている。請求項４の成分比較バイオセンサチップでは、薄膜上の各流路に参照部があり、そこに参照用温度センサが具備している。しかし、請求項５の成分比較バイオセンサチップでは、1個の反応部を持つ複数の流路と並列接続してあり、各反応部から熱分離している薄膜上の流路内で、薄膜上の反応部と空間的と熱的に同等な位置に参照部と参照用温度センサが形成されている。反応部には、第1の温度センサが形成されているので、発熱量の応じた温度上昇を別に設けた参照用温度センサを基準として差動計測する。参照用温度センサは、反応部を通る流路とは並列接続されて分流して流れる別に設けた流路内設けてあり、酵素が固定されていないので、反応部と同一の液体試料が流れるので、参照部として、主に、液体試料の温度を基準として反応部の温度上昇分を計測することができる。このようにして、並列接続の各反応部に固定されている異なる所定の酵素によって発熱する少なくとも２つの基質成分の量、もしくは、それらの比率が求められる。
【００４４】
ここでは、請求項９記載の前記成分比較バイオセンサチップを搭載して、最適な温度環境下もしくは、熱反応が観測されやすい温度環境下での接触触媒熱反応になるように、反応部にジュール加熱ヒータを設置して、反応部の温度を酵素に最適な温度にすることもできると共に、酵素との熱反応における反応熱の校正用にも使用出来るようにした成分比較バイオセンサを提供する場合である。特に、酵素の活性が時間や環境により低下することが多く、この反応部に形成してあるヒータにより、酵素の活性度のチェックや校正にも役立てるようにしている。上述のように、例えば、所定のワット数である１０μW（マイクロワット）をヒータに加えることによる温度上昇分を事前に計測しておき、標準液体試料を流すことによる酵素熱反応による特定の酵素の反応熱の温度上昇分を時々計測すれば、その経時変化により、酵素活性の度合いをチェックできると共に、これを基にして、液体試料中の特定の基質成分の量もしくは少なくとも特定の２つの基質成分の比率の校正をすることができる。
【００４５】
本発明の請求項１３に係わる成分比較バイオセンサは、少なくとも電源回路、増幅回路、演算回路および制御回路を備え、前記液体試料中の特定の基質成分の量もしくは少なくとも前記２つの基質成分の量の比率に関する情報を得ることができるようにした場合である。
【００４６】
成分比較バイオセンサチップは、Ｓｉ単結晶であるＳＯＩ基板を用いて製作すると、ＭＥＭＳ技術が適用されやすく好適である。そして、このＳＯＩ基板から成るセンサチップに集積回路技術で電源回路、増幅回路、演算回路および制御回路も集積化できるし、これらを別の半導体基板等に集積化して、モジュール化することもできる。このようにすることにより、極めてコンパクトな、例えば、ハンディタイプの成分比較バイオセンサを提供することができる。もちろん、これらの回路を成分比較バイオセンサチップとは別に、コンパクトなプリント基板上に形成して置き、成分比較バイオセンサチップと近接配置して、電気的に接続して使用することもできる。
【００４７】
上述のように、薄膜として架橋構造状の構造を採用すると、薄膜の安定な保持が達成されると言う利点があると共に、後述するように、センサチップを何回も使用するには、流路内を洗浄する必要がある。この場合、流路を通して、例えば、尿や血液などの液体試料を流し、熱反応後、センサチップ外に液体試料や洗浄液などを排出させる必要があるので、架橋構造状の構造が好適である。もちろん、薄膜としてカンチレバ状にすると架橋構造状の構造に比して、小型の薄膜で済むが、センサチップを何回も使用するには、液体試料や洗浄液などを、基板からの熱分離して有る薄膜上で液体試料の蒸発を防ぎながら排出させるには、カンチレバ上の流路をカンチレバの基板支持部に戻す必要があり、構造が複雑になると言う問題もある。
【００４８】
上述したように、特定基質成分として、尿や血液などの体液中の基質の量と種類の特定では、特定基質成分である基質に対応する酵素を複数のそれぞれの薄膜上の流路内反応部に固定することにより、流入口から注入された液体試料の体液が分配されて、複数の薄膜に形成されているそれぞれの流路中を通って、それぞれの反応部で特定の酵素との触媒熱反応により発熱して、それらの第１の温度センサと第２の温度センサとの差動出力を取り出すことで、特定の酵素と基質の組合せをほぼ同時に決定できる。例えば、１個の流入口から注入した液体試料が、各薄膜に形成して有る各流路に分流して、それぞれの反応部でそれぞれの特定基質成分の基質に対応するそれぞれの酵素と熱反応して、それぞれの第１の温度センサや第２の温度センサでの温度上昇分の計測によりそれぞれの異なる特定基質成分の量の情報や比較可能な情報から量や比率が得られるようにした場合である。本発明により、液体試料中の種々の基質を同時に計測できるという利点がある。もちろん、逆に、特定基質成分対応物質として基質を反応部に固定しておき、特定基質成分として酵素を検出することもできる。
【００４９】
本発明の成分比較バイオセンサは、基板から熱分離した極めて熱容量の小さい薄膜に、微細な流路を形成した分解能１ｍK程度の温度計測システムであり、高精度な特定基質成分の量の検出には、酵素と基質の熱反応以外の外界からの熱の授受や対流などの影響が無いようにすることが最も重要である。熱対流や外気温の変化が影響しない構造にする必要が有り、室温の変動や外部空気等の流れなどの影響を防ぐために、少なくともカバーを1枚、基板に張り合わせて取付けて、断熱効果を高めると共に、液体試料の酵素固定バイオセンサチップの流入口と流出口とに液体試料が流入出できるようにした方が良い。もちろん、カバーのうち、基板から熱分離している箇所である宙に浮いている架橋構造の流路領域は、空洞などの凹部を有するようにしておく必要がある。これにより反応部の温度がカバーからも熱分離ができるようになる。基板の裏側にもカバーを取り付けることで、断熱効果が増す。成分比較バイオセンサチップのセンサへの取付の仕方により、基板の裏側がカバーの代わりに板に固定できるようにして、基板の裏側の空洞部を覆うようにすることも良い。
【００５０】
本発明の成分比較バイオセンサを、例えば、尿糖や尿タンパクなどの計測に用いた場合、ある個人の成分比較バイオセンサからの特定基質成分の量や比率に関する情報は、その時ばかりでなく、日常での日ごとの変化やその傾向を知ることが大事である。その計測時の数値ばかりでなく、過去のデータを蓄積しておき、経日変化をグラフ化したり、予測したりすることも大切であり、また、医療機関への連絡なども必要な場合もあり、情報を無線もしくは有線にて、外部にあるコンピュータに送信できるようにして、各種の処理ができるようにした方が好都合である。
【発明の効果】
【００５１】
本発明の成分比較バイオセンサチップでは、流路に参照部とすべての複数の反応部が直列または並列に形成されており、反応部と熱的に互いに略同等な参照部としているので、参照用温度センサを基準とした反応部での温度センサ出力が熱的に補償しやすいという利点がある。
【００５２】
本発明の成分比較バイオセンサチップでは、第1の温度センサ、第2の温度センサ等および参照用温度センサがすべて熱電対などの温度差センサであり、特に同等に形成された参照用温度センサを基準にして、第1の温度センサと第2の温度センサの差動出力は、それらの対応酵素との熱反応に基づく温度上昇分のみの高精度計測を可能とし、少なくとも２つの反応部での所望の特定基質成分としての基質の量とこれらの比率を、高精度に計測できるという利点がある。
【００５３】
本発明の成分比較バイオセンサチップでは、反応部に、ヒータを形成してあり、反応部を加熱できるようにしているので、このヒータを所定のジュール熱の電力量で駆動して、酵素の失活の度合いをチェックして、校正用に使用することができるので、高寿命の精度の高い成分比較バイオセンサが提供できるという利点がある。
【００５４】
本発明の成分比較バイオセンサチップでは、この流路内にある反応部に、酵素固定をクリックケミストリ法や表面酵素固定用ビーズの留置法で選択的に形成できる。従って、同一基板に形成した複数の薄膜と流路に、それぞれ異なる酵素の固定ができるので、例えば、液体試料の尿中の多項目の特定基質成分を同時計測ができるという利点がある。
【００５５】
本発明のバイオセンサモジュールでは、バイオセンサモジュール単位で、成分比較バイオセンサに、カセットのように装着することで、成分比較バイオセンサチップに直接手を触れずに、容易に交換できるという利点がある。
【００５６】
本発明の成分比較バイオセンサでは、流路、複数の反応部と参照部、更に複数の反応部と参照部のそれぞれに温度センサを備えた薄膜を同一基板に複数形成し、所定の基質とそれに対応する酵素との組み合わせで計測できるように、それぞれに配置させることにより、同時に微量の尿などの体液などに含有する特定基質成分の複数の種類の特定とその量およびそれらの比率をほぼ同時に計測することができると言う利点がある。
【００５７】
本発明の成分比較バイオセンサでは、流路を密閉構造にしているので、液体試料の蒸発を防ぐと共に、断熱材で囲む構造にすることができるので、微細な温度変化を安定して計測することができるという利点がある。
【００５８】
本発明の成分比較バイオセンサでは、流路を洗浄液で洗浄できる構造にしており、計測は基質と酵素との熱反応に基づくが、その酵素は触媒として作用するので、消費するものではなく、本質的に基質の洗浄等を利用すれば、何回でも使用できると言う利点がある。
【００５９】
本発明の成分比較バイオセンサでは、ＭＥＭＳ技術によりセンサチップやヒータが形成でき、更に電源回路、増幅回路、演算回路および制御回路も集積化しやすく、例えば、モジュール化することによりコンパクトな携帯用の成分比較バイオセンサとしても提供できると言う利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】従来のバイオセンサチップ１００‘の一実施例の平面概略図を示す。（実施例１）
【図２】図１のＸ―Ｘ線に沿った断面概略図である。（実施例１）
【図３】本発明の比較バイオセンサチップ１００の一実施例を示す平面概略図である。（実施例１）
【図４】本発明の比較バイオセンサチップ１００の他の一実施例を示す平面概略図である。（実施例２）
【図５】本発明の比較バイオセンサチップ１００の他の一実施例を示す平面概略図である。（実施例３）
【図６】本発明の比較バイオセンサチップ１００の他の一実施例を示す平面概略図である。（実施例４）
【図７】本発明の比較バイオセンサチップ１００の他の一実施例を示す平面概略図である。（実施例５）
【図８】本発明の比較バイオセンサチップ１００の他の一実施例を示す平面概略図である。（実施例６）
【図９】本発明の比較バイオセンサチップ１００の他の一実施例を示す平面概略図である。（実施例７）
【図１０】本発明の本発明のバイオセンサモジュール５００の一実施例の断面概略図を示す（実施例８）
【図１１】本発明の成分比較バイオセンサ１０００の一実施例の概略図を示す。（実施例９）
【図１２】本発明の成分比較バイオセンサ１０００を駆動する場合の構成概略図の一実施例のブロック図を示す。（実施例１０）
【発明を実施するための形態】
【００６１】
本発明の成分比較バイオセンサチップは、MEMS技術を用いて、シリコン（Si）基板で形成できる。このシリコン（Si）基板、特にSOI基板を用いて製作した場合のいくつかの実施例を主体に説明し、また、本発明の成分比較バイオセンサチップを搭載する  モジュール化したバイオセンサモジュールの一実施例、更に、本発明の成分比較バイオセンサチップとこれを搭載したモジュールを用いた本発明の成分比較バイオセンサの実施の形態を、図面を用いて説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【実施例１】
【００６２】
図１は、従来のバイオセンサチップ１００‘の一実施例で、複数の薄膜１０の架橋構造１２を有する場合の平面概略図を示す。また、図２は、図１のＸ―Ｘ線に沿った断面概略図である。本実施例でも、第1の温度センサ２０Aとその参照用温度センサ２０Rを、熱電対で形成しているが、その時には、熱電導体１２０aとして、SOI層（ｎ型半導体層）を共通にして、熱電導体１２０bを、絶縁膜５０を介して形成したニクロム（NiCr）のスパッタリング薄膜を用いて、形成している。これらの熱電対の測定点（温接点）２６では、絶縁膜５０の貫通口を通したオーム性コンタクト６０で電気的に接続されている。ここでは、単一の薄膜１０を並列に５個並べ、それぞれを架橋構造１２状の薄膜１０a、薄膜１０ｂ、薄膜１０ｃなどとした場合の一実施例を示している。基板１に設けてある１個の流入口１６から注入した液体試料の尿が分配されて、例えば、薄膜１０a、薄膜１０ｂや薄膜１０ｃに導入させるそれぞれの流路１７が形成されている。そして、液体試料の尿中の特定基質成分としての基質、例えば、グルコース、乳酸、タンパクなどを検出する場合、これらの基質にそれぞれ対応する酵素４A、４B、４Cなどであるグルコースオキシダーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、トリプシンなどを薄膜１０a、薄膜１０ｂや薄膜１０ｃのほぼ中央部に配してあるそれぞれの反応部６Ａ、６Ｂ、６Ｃに上述の電着などで所定の量だけ固定しておく。各流路１７をバイオセンサチップ１００’の基板１の端部付近で再度合流させて、流出口１８まで誘導するようにしている。更に、駆動手段６１０であるポンプ等で、液体試料や洗浄水等を吸引できるようにしても良い。なお、酵素４は、触媒として使用されるもので、基質との反応で消費されるものではなく、酵素４の固定化により、反応生成物や未反応基質を洗浄水により除去することにより、失活しなければ繰返し使用できるものである。ここでは、単一の薄膜１０を並列に５個だけ並べた場合であるが、もちろん、更に増やしても良い。
【００６３】
この従来のバイオセンサチップ１００‘は、公知のＭＥＭＳ製作技術により形成することができる。ここでは、ＳＯＩ基板のＳＯＩ層１１を用いて、架橋構造１２状の薄膜１０が形成されており、ここでは、第１の温度センサ２０A、第２の温度センサ２０Bおよび参照用温度センサ２０Rを温度差センサである薄膜熱電対として実現した場合である。これらの薄膜熱電対は、ＳＯＩ層１１（例えば、ｎ型シリコン単結晶膜で、厚み１０μｍ程度）を第１の熱電導体１２０aとし、その上にＳＯＩ層１１を熱酸化して形成したシリコン酸化膜である絶縁膜５０を介して第２の熱電導体１２０ｂ（例えば、ニッケル薄膜、アルミニウム薄膜やニクロム薄膜）を形成して、測定点（温接点）２６としてのオーム性コンタクト６０を作成して形成される。そして、基板１には、これらの薄膜の熱電対の共通の基準点（冷接点）２７を形成している。架橋構造１２状の薄膜１０の長さは、８００μｍ程度で良い。また、ここでは、基板１の温度を計測するために、基板１にｐｎ接合ダイオード（半導体ダイオード）を形成してあり、基板１の絶対温度を計測するための絶対温度センサ２３として利用している。なお、半導体ダイオードを絶対温度センサ２３として使用する方法は、１５０℃以下の比較的低温である室温の計測では、半導体ダイオードに、一定の順電圧を印加し、その時のダイオード電流の温度依存性から求める方法、一定の電流を流し、その時のダイオード順電圧の温度依存性から求める方法がある。もちろん、絶対温度センサ２３として、測温抵抗体を利用しても良い。
【００６４】
流入口１６から注入した液体試料の、例えば、尿が分配されて、薄膜１０a、薄膜１０ｂや薄膜１０ｃなどのほぼ中央部に配してあるそれぞれの反応部６Ａ、６Ｂ、６Ｃなどに設置し、固定したそれぞれの酵素の酵素４Ａ、４Ｂ、４Ｃなどであるグルコースオキシダーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、トリプシンなどと最適環境温度下で接触させた時、反応部６Ａ、６Ｂ、６Ｃなどの近傍に設置してそれぞれの温度を計測する第１の温度センサ２０A、第２の温度センサ２０B、第３の温度センサ２０Cなどが、同様に薄膜１０a、薄膜１０ｂ、薄膜１０ｃの途中に形成してある参照用温度センサ２０Rであるそれぞれの参照用温度センサ２０RA、２０RB、２０RCなどとのそれぞれの温度差計測により、温度上昇分の温度差ΔＴが認められると、反応部６Ａ、６Ｂ、６Ｃのうちの温度差ΔＴが認められた個所に対応するそれぞれ異なる特定基質成分（それぞれ、糖、乳酸、タンパクなど）が、尿中に存在すると言うことになる。そして、それらの温度上昇分の温度差ΔＴの大きさから予め用意した校正データにより、その基質である特定基質成分の量が求められる。例えば、薄膜１０aに形成してある反応部６Ａ（ここには、グルコースオキシダーゼなる酵素が酵素４Aとして固定されている）が、触媒熱反応により発熱して第１の温度センサ２０Ａと参照用温度センサ２０RＡとの温度差計測により温度上昇分の温度差ΔＴが所定の大きさ以上に計測されると、その大きさに応じて、尿糖の値が校正データを利用して求められるということである。もちろん、薄膜１０ｂに形成した第２の温度センサ２０Bと参照用温度センサ２０RＢとの差動出力により、温度上昇分の温度差ΔＴが所定の大きさ以上に計測されると、その大きさに応じて、尿中の乳酸値が校正データを利用して求められると言うことである。バイオセンサチップ１００‘等の製作方法や他の作用等も、既知の文献、例えば、文献１に記述の場合と同様なので、ここでは、その詳細な説明については省略する。
【００６５】
しかしながら、上述の文献1などの従来技術では、第１の温度センサ２０A、第２の温度センサ２０B、第３の温度センサ２０Cなどが、それぞれの薄膜１０a、薄膜１０ｂ、薄膜１０ｃなどのほぼ中央部に配してあるそれぞれの反応部６Ａ、６Ｂ、６Ｃなどに設置しており、それぞれに対応する参照用温度センサ２０RA、２０RB、２０RCなどが、それぞれの薄膜１０a、薄膜１０ｂ、薄膜１０ｃなどの中央部からずれていること、更に、参照部の寸法が反応部６の寸法とことなり、また、薄膜１０の中央部が最も感度が高いので、室温からずれた温度の液体試料がそれぞれの流路に流入されたときに、例えば、第１の温度センサ２０Aと参照用温度センサ２０RAとに酵素反応熱がないのに、多少の温度差が生じ、実際の酵素反応熱の計測精度が悪くなるという問題が発生していた。
【００６６】
本発明の成分比較バイオセンサチップ１００は、従来のバイオセンサチップ１００‘と酵素固定による対応する基質との熱反応による温度変化の検出という基本原理は同一であるが、上述の酵素反応熱の計測精度を高めること、また、液体試料中の所定の2つ以上の成分である基質の量の比率も比較できるようにしたものである。図3に示す本発明の成分比較バイオセンサチップの実施例について、説明する。図3は、本発明の比較バイオセンサチップの平面図で、例えば、シリコンチップ（Siチップ）の基板1に、上述の図1や図2の説明で述べたように、SOI層１１からなる架橋構造１２の基板1から空洞40により熱分離した複数の薄膜１０を直列に1本の流路１７で直列接続してある場合の比較バイオセンサチップの実施例である。流路１７は、例えば、SU-8などのフォトレジスト膜で、フォトリソグラフィにより、SOI層１１の薄膜１０上に既知の技術で容易に形成できる。液体試料の流入口１６に近い側の第１の反応部６Ａで、熱反応が発生した場合に、その川下にある第２の反応部６Ｂにその熱が液体試料の流れに沿って到来して反応部６Ｂの温度も上昇させることが予想される。その対策として、流路１７には、液体試料の流入口１６、架橋構造１２上にある反応部６である2つの反応部６である第１の反応部６A、第２の反応部6Bがあり、これらの反応部６A、6Bの中間にある薄膜10には、参照部７が設けられており、液体試料の流出口１8を通して、液体試料が外部に排出されるようにして、測定精度を上げるようにした場合である。
【００６７】
そして、反応部６Aには、例えば、液体試料が体液である尿である場合、その成分としての基質がグルコース（尿糖など）の検出のための対応する酵素４Aであるグルコースオキシダーゼを固定しておき、反応部６Bには、反応部６Aとは異なる、例えば、基質としてのタンパクに対応する酵素４Bであるトリプシン（更にタンパクを分子量の少ないペプチドに細かく分解する酵素を追加した方が良い）を固定しておくようにしてある。そして、2つの異なる薄膜１０の反応部６Aと反応部6Bには、それぞれ第１の温度センサ２０Aと第２の温度センサ２０Bが搭載されており、これらとは異なる薄膜１０に設けてある参照部7には、参照用温度センサ２０Rが搭載してあり、これらの架橋構造１２上のすべての第１の温度センサ２０A、第２の温度センサ２０Bと参照用温度センサ２０Rは、薄膜熱電対で構成している場合である。これらの薄膜熱電対は、温接点である測定点２６は、架橋構造１２上の反応部６と参照部７に配置し、基準点（冷接点）27は、基板１に共通に配置している。そして、上述の従来技術の図1や図2に示したように、熱電導体１２０aとしてのSOI層（ｎ型半導体層）を共通にして、熱電導体１２０bを、絶縁膜５０を介して形成したニクロム（NiCr）膜で、熱電対を形成している場合である。また、本実施例では、エレクトロクリック法での反応部６への酵素固定用として、酵素固定用電極７２を反応部６や参照部７に形成してある。更に、参照部７に，反応部６との熱バランスのために、酵素は固定しないが、その前の酵素固定用電極７２へのキトサン膜などの形成までしておく方が良い。また、各薄膜１０の基板１の支持部のところに設けているＳＯＩ層用絶縁分離溝１１０は、ＳＯＩ層１１が基板１の全面を覆っているために、各第１の温度センサ２０A、第２の温度センサ２０Bと参照用温度センサ２０Rが電気的に独立にならないために、絶縁分離のためのＳＯＩ層１１に設けた溝である。
【００６８】
本実施例では、各反応部６や参照部７には、それぞれヒータ２５を設けてあり、酵素熱反応に基づく基質の量の校正や経時変化の校正、更には、最適な酵素反応の温度調整と補正などに用いることができるようにしている。各ヒータ２５の1つの配線を各酵素固定用電極７２とオーム性コンタクト６０を介して接続して、基板１の周辺に配置しているヒータ用電極パッド７１Pと酵素固定用電極パッド７２Pとを共有して、パッド数を節約している。また、流入口１６には、エレクトロクリック法に使用する対向電極７3を、流出口１８には、参照電極７４をそれぞれ形成している。エレクトロクリック法は、例えば、酵素固定用電極７２に、対向電極７3対して、ｐＨを酸性側に調整したキトサン水溶液を流路に流して、負（−）に電圧を印加して、キトサン膜を電着させる。その後、このキトサン膜の表面をアルキル化して、別に用意したアジド化した所定の酵素を、銅（Ｃｕ）のイオンを触媒にして、参照電極７４に対して、表面をアルキル化したキトサン膜が形成してある酵素固定用電極７２の作用電極と対向電極７3との間に正負の交互電圧を印加して、アルキル化したキトサン膜にエレクトロクリックにて前記所定の酵素を選択的に固定する方法である。このようなエレクトロクリック法に関しては、文献1に詳細に記述しているので、ここでは省略する。
【００６９】
例えば、液体試料としての尿中の特定基質成分としてのグルコースなどの基質の量を計測する場合、基板1に設けた流入口１６から流路１７の中に注入した微量の尿を、薄膜１０上を通過して反応部６に導かせ、ほとんどが水分である尿を、毛細管現象や駆動手段で反応部６まで力強く導くためには、流路１７のうち、少なくとも尿に接触する壁面は親水性の材料で形成する方が良い。そのためには、強度を保つために厚膜が形成できて、親水性の感光性レジストで形成することが好適である。また、毛細管現象に依らずに、駆動手段６１０としてのポンプだけを使用して、圧力をかけて強制的に液体試料の押出や吸引排出などをすると、安定した動作が得られるので、むしろ好適である。
【実施例２】
【００７０】
図４は、本発明の成分比較バイオセンサチップ１００の一実施例の平面概略図で、実施例１の図３と同様に、複数の架橋構造１２の薄膜１０を有し、これらの薄膜１０を1本の流路１７で直列接続してある場合の比較バイオセンサチップの平面概略図の実施例である。そして、それぞれの薄膜１０に反応部６と参照部７を設けてあり、本実施例では、それぞれ３つの反応部６Ａ，６Ｂ、６Ｃと３つの参照部７Ａ，７Ｂ、７Ｃを有し、３つの反応部６Ａ，６Ｂ、６Ｃには、それぞれ異なる酵素４Ａ，４Ｂ、４Ｃを固定しており、それぞれに対応する尿成分の基質を酵素との選択的接触熱反応により、各反応部６Ａ，６Ｂ、６Ｃにそれぞれ具備してある第１の温度センサ２０A  第２の温度センサ２０Ｂ，第３の温度センサ２０Ｃと、それぞれに対となっている３つの参照部７Ａ，７Ｂ、７Ｃの参照用温度センサ２０ＲA，２０ＲＢA，２０ＲＣのそれぞれとの作動増幅で、基質と酵素との接触反応熱に検出により、液体試料である尿の基質成分の量と、必要に応じてそれらの量の比較とそれらの比率の算出ができるように構成している成分比較バイオセンサチップ１００である。
【００７１】
各薄膜１０に形成している、例えば、反応部６Ａとそれに対になっている参照部７Ａとが、熱的にバランスするように同等な形状にしてあると共に、各薄膜１０の中央部を通るＹ−Ｙ線に対して対象に形成してある。更に各反応部６と参照部７とは、流路内の液体試料の流れに淀みがないように、流線形にしてある。したがって、高精度な基質の量やそれらの量の比較が可能になる。各反応部６Ａ，６Ｂ、６Ｃとそれぞれに対応して対となっている参照部７Ａ，７Ｂ、７Ｃには、それぞれ第１の温度センサ２０A、第２の温度センサ２０B、第3の温度センサ２０Cと、参照用温度センサ２０RA,２０RB,２０RCが形成してあり、それぞれの薄膜１０内での、例えば、第１の温度センサ２０Aと対となる参照用温度センサ２０RAとの差動出力が得られるように構成してある。これらの各薄膜１０に形成している温度センサは、ここでは、従来のバイオセンサチップの図１や図２で述べたように、すべて薄膜熱電対で構成しており、基板１に設けてある１つの共通の基準点（冷接点）２７（電極パッド  は、ＳＯＩ層用共通電極パッド７５P）を利用して、差動出力が得られるようにしている。本発明の成分比較バイオセンサチップ１００は、液体試料中の基質成分のうち、各反応部６Ａ，６Ｂ、６Ｃに固定しているそれぞれ異なる酵素４Ａ，４Ｂ、４Ｃとの選択的な接触熱反応により、それぞれの基質の量やそれらの量の比較ができるように構成している。また、本実施例では、各酵素４Ａ，４Ｂ、４Ｃの固定をエレクトロクリック法でできるように、酵素固定用電極７２を各反応部６Ａ，６Ｂ、６Ｃに設けてあり、更に、ヒータ２５も同様に設けてあり、それらの動作は、実施例１の図３に関しての記述と同様であるので、ここでは省略する。
【実施例３】
【００７２】
図５は、本発明の成分比較バイオセンサチップ１００の他の一実施例の平面概略図で、実施例２の図４と同様に、複数の架橋構造１２の薄膜１０を有しているが、実施例２の図４の例では、これらの薄膜１０を1本の流路１７で直列接続してある場合であったが、本実施例では、１つの流入口１６から流入した液体試料が、並列接続した複数の架橋構造１２の薄膜１０に形成しているそれぞれの流路１７に分流して流れ、また、統合して１つの流出口１８から外部に排出させるようにした点が、実施例２の図４の場合と異なる点である。すなわち、架橋構造１２の各薄膜１０には、実施例２の図４の場合と同様に、反応部６と参照部７を設けてあり、本実施例では、実施例２の図４と同様に、それぞれ３つの反応部６Ａ，６Ｂ、６Ｃと３つの参照部７Ａ，７Ｂ、７Ｃを有し、３つの反応部６Ａ，６Ｂ、６Ｃには、それぞれ異なる酵素４Ａ，４Ｂ、４Ｃを固定しており、それぞれに対応する尿成分の基質を酵素との選択的接触熱反応により、各反応部６Ａ，６Ｂ、６Ｃにそれぞれ具備してある第１の温度センサ２０A  第２の温度センサ２０Ｂ，第３の温度センサ２０Ｃと、それぞれに対となっている３つの参照部７Ａ，７Ｂ、７Ｃとの作動増幅で、基質と酵素との接触反応熱に検出により、液体試料である尿の基質成分の量と、必要に応じてそれらの量の比較ができるように構成している。従って、それらの液体試料中の所定の基質成分の検出法や動作は、実施例２の図４と同様であるので、ここでは省略する。
【実施例４】
【００７３】
図６は、本発明の成分比較バイオセンサチップ１００の他の一実施例の平面概略図で、実施例３の図５と同様に、複数の架橋構造１２の薄膜１０を有し、１つの流入口１６から流入した液体試料が、並列接続した複数の架橋構造１２の薄膜１０に形成しているそれぞれの流路１７に分流して流れ、また、統合して１つの流出口１８から外部に排出させるようにした点は同様であるが、本実施例では、それぞれの架橋構造１２の薄膜１０のほぼ中央部に１つの反応部６である反応部６Ａと別の薄膜１０のほぼ中央部に１つの反応部６である反応部６Ｂ、更に、別の架橋構造１２の薄膜１０のほぼ中央部に１つの参照部７が形成されている場合であり、この点が、実施例３の図５との大きな違いであるが、架橋構造１２の薄膜１０のほぼ中央部にそれぞれ１つの反応部６Ａと反応部６Ｂ、更に１つの参照部７が形成してある点は、実施例１の図３の場合と同様である。そして、実施例１の図３の場合は、１本の流路１７内に反応部６Ａ、６Ｂや参照部７を直列接続で形成しているが、本実施例では、並列接続なので、実施例１の図３の場合とこの点で異なる。しかし、実施例１の図３の場合と同様に、各反応部６Ａ、６Ｂには、それぞれ異なる酵素である酵素４Ａ、４Ｂがエレクトロクリック法で固定できるようにしてあり、参照部７には、酵素４は固定しないようにして、それらに形成している熱電対の温度センサである第１の温度センサ２０A、第２の温度センサ２０Ｂを用いて液体試料中の基質成分の異なる酵素４Ａ，４Ｂとの接触熱反応による温度変化を参照用温度センサ２０Rとの差動出力で計測する方式と動作原理は、実施例１の図３の場合と同様である。従って、ここではその動作原理の詳細を省略する。
【実施例５】
【００７４】
図７は、本発明の成分比較バイオセンサチップ１００の他の一実施例の平面概略図で、実施例１の図３と同様に、複数の薄膜１０を直列に1本の流路１７で直列接続してある場合の比較バイオセンサチップの実施例であり、実施例１の図３の場合との違いは、単に、酵素の固定法を変更した場合であり、実施例１の図３の場合は、各反応部６Ａ，６Ｂ、更に参照部７にも熱バランスのために酵素固定用電極７２ を設けてあり、ヒータ２５ためのヒータ用電極パッド７１Pの一方を酵素固定用電極７２のための酵素固定用電極パッド７２Pと共有していたが、本実施例では、ポリスチレン（ＰＳ）などの表面酵素固定用ビーズ９０を用いて、その表面に異なる酵素４を固定して、それぞれの反応部６に留置するようにした点と、表面酵素固定用ビーズ９０を酵素4の固定に用いることから酵素固定用電極７２が不要になり、従って、酵素固定用電極パッド７２Pとしての役割が不要になった点が異なる。
【００７５】
表面酵素固定用ビーズ９０をそれぞれの反応部６に留置する方法は、各反応部６Ａ，６Ｂに、表面酵素固定用ビーズ９０の注入口１６０と兼用にした流入口１６から注入させた表面酵素固定用ビーズ９０を第１の反応部６Ａ，第２の６Ｂで留置させるためのストッパー役のピラー８１を第１の反応部６Ａ，第２の反応部６Ｂの中の下流側に設けて置く。例えば、ポリスチレンビーズの表面酵素固定用ビーズ９０を利用した場合の例を示すと、表面酵素固定用ビーズ９０の直径は、各種販売されており、例えば、１マイクロメートル（μｍ）、５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍなどがあり、その表面のカルボキシル基を利用して、薬品ＥＤＡＣとの反応と、タンパク質である酵素のアミノ基との結合を利用して、表面酵素固定用ビーズ９０に所望の酵素４を化学的に結合させて、酵素４を表面酵素固定用ビーズ９０の表面に固定させることができる。酵素の固定厚みは酵素の分子量にもよるが数μｍ程度になる。このように所望の酵素４を固定した表面酵素固定用ビーズ９０をバッファー液と共に、流路１７に表面酵素固定用ビーズ９０の注入口１６０（ここでは、液体試料の流入口１６と兼用にしている）から注入させる。本実施例では、流路１７の注入口１６０側に近い反応部である第１の反応部６Ａに形成しているピラー８１の間隔を第２の反応部６Ｂよりも大きくして、大きな直径の表面酵素固定用ビーズ９０のみがこの第１の反応部６Ａに留置されて、ここに酵素４Ａが固定されるようにし、下流側の第２の反応部６Ｂに形成しているピラー８１の間隔を第１の反応部６Ａよりも小さくして、小さな直径の表面酵素固定用ビーズ９０がこの第２の反応部６Ｂに留置されて、ここに酵素４Ｂが固定されるようにした場合である。なお、第１の反応部６Ａと第２の反応部６Ｂとの中間の薄膜10に設けてある参照部７には、表面酵素固定用ビーズ９０の留置用のピラー８１を形成していないので、表面酵素固定用ビーズ９０は、素通りして第２の反応部６Ｂに到着して留置固定される。
【００７６】
本実施例では、流路１７の注入口１６０側に近い反応部である第１の反応部６Ａに形成しているピラー８１の間隔を、18μｍ程度に広くして、第1の反応部６Ａに留置する２０μｍ直径の大きい方の表面酵素固定用ビーズ９０に固定してある所定の酵素４Ａとして、例えば、トリプシンを固定するようにし、また、注入口１６０から遠い反応部である第2の反応部６Ｂに形成しているピラー８１の間隔を、８μｍ程度に狭くして、第２の反応部６Ｂに留置する１０μｍ直径の小さい方の表面酵素固定用ビーズ９０に、例えば、クレアチニンと反応する酵素４Ｂとしてクレアチナーゼを固定した場合の例を示している。このようにして、酵素４Ｂとしてのクレアチナーゼを固定した１０μｍ直径の小さい方の表面酵素固定用ビーズ９０は、注入口１６０側に近い第1の反応部６Ａのピラー８１の大きい間隔のピラー81をすり抜け、注入口１６０から遠い反応部である反応部６Ｂの小さい間隔のピラー８１でストップして、ここに留置される。このようにして、第1の反応部６Ａには、液体試料である、例えば、尿内の基質である尿タンパクの量をその酵素４Ａであるトリプシン（他の分解酵素も併用した方が良い）との接触熱反応で第1の反応部６Ａでの熱的に第１の温度センサ２０Aと参照用温度センサ２０Rとの差動検出し、尿内の基質であるクレアチニンの量を第２の反応部６Ｂで熱的に第２の温度センサ２０Ｂと参照用温度センサ２０Rとの温度の差動検出して、尿タンパクの量とクレアチニンの量とを計測する。更にこれらを用いて、尿タンパクの量とクレアチニンの量との比を算出することができる。例えば、尿タンパクであるアルブミンとクレアチニンとの比率が、人工透析などの腎疾患の指標として使用されるなど、尿タンパクの量とクレアチニンの量との比の値が重要であるとされている。なお、酵素４は、何でも良いが、ここでは、例えば、タンパクと反応する酵素４Ａとしてトリプシンとしたが、トリプシンは、タンパクとしてのアルブミンの一部しか分解しないので、更にタンパクを分解する他の酵素と併用すると大きな発熱となり感度が上昇するので、好適である。また、酵素であるトリプシン自体もタンパクなので、自己攻撃対象になるが、還元メチル化などにより自己攻撃を和らげることができる。尿などの液体試料内の基質成分とその対応する選択性の高い酵素との触媒熱反応とそれに基づく温度計測や校正データを利用して、基質の成分量や２つの成分量の比較などは、上述の実施例１の図3に示した場合と同様なので、ここではその詳細な記述を省略する。
【実施例６】
【００７７】
図8は、本発明の成分比較バイオセンサチップ１００の他の一実施例の平面概略図で、実施例２の図４と同様に、複数の薄膜１０を直列に1本の流路１７で直列接続してある場合の比較バイオセンサチップの実施例であり、実施例２の図４の場合との違いは、単に、酵素の固定法を変更した場合であり、実施例２の図４の場合は、各第1の反応部６Ａ，第２の反応部６Ｂ、更に参照部７にも熱バランスのために酵素固定用電極７２ を設けてあり、ヒータ２５ためのヒータ用電極パッド７１P の一方を酵素固定用電極７２のための酵素固定用電極パッド７２Pと共有していたが、本実施例では、ポリスチレン（ＰＳ）などの表面酵素固定用ビーズ９０を用いて、その表面に異なる酵素４を固定して、それぞれの反応部６に留置するようにした点と、表面酵素固定用ビーズ９０を酵素4の固定に用いることから酵素固定用電極７２が不要になり、従って、酵素固定用電極パッド７２Pとしての役割が不要になった点が異なる。尿などの液体試料内の基質成分とその対応する選択性の高い酵素との触媒熱反応とそれに基づく温度計測や校正データを利用して、基質の成分量や２つの成分量の比較などは、上述の実施例２の図４に示した場合と同様であり、表面酵素固定用ビーズ９０の留置による固定に関しては、上記の実施例５の場合と同様なので、ここではその詳細な記述は省略する。
【実施例７】
【００７８】
図９は、本発明の成分比較バイオセンサチップ１００の一実施例の平面概略図で、実施例４の図６と同様に、複数の架橋構造１２の薄膜１０を有し、１つの流入口１６から流入した液体試料が、並列接続した複数の架橋構造１２の薄膜１０に形成しているそれぞれの流路１７に分流して流れ、また、統合して１つの流出口１８から外部に排出させるようにした点と、それぞれの架橋構造１２の薄膜１０のほぼ中央部に１つの反応部６である第1の反応部６Ａと別の薄膜１０のほぼ中央部に１つの第２の反応部６である反応部６Ｂ、更に、別の架橋構造１２の薄膜１０のほぼ中央部に１つの参照部７が形成されている点で同様であるが、実施例４の図６の場合との違いは、実施例４の図６の場合は、酵素の固定法として、エレクトロクリック法で行う場合を示していたが、本実施例７の酵素の固定法は、上述の実施例５の図７や実施例６の図８と同様に、表面酵素固定用ビーズ９０を用いて、酵素4を各反応部６に固定するようにしたことである。更に、本実施例７の図9では、上述のように、１つの流入口１６から流入した液体試料が、並列接続した複数の架橋構造１２の薄膜１０に形成しているそれぞれの流路１７に分流して流れ、また、統合して１つの流出口１８から外部に排出させるようにしているために、表面酵素固定用ビーズ９０の注入口１６０を、異なる反応部6毎にそれぞれの別に設けてリ、それぞれの反応部6のピラー８１の間隔を同一にし、同一の直径の表面酵素固定用ビーズ９０を用いても良いように変更した点が、上述の実施例５の図７や実施例６の図８と異なる点である。図９には、描いていないが、表面酵素固定用ビーズ９０の注入口１６０は、所定の各酵素4を注入した後、別に用意したカバーで蓋をするものである。所定の各酵素4Ａと４Ｂとの固定後は、上述の実施例４の図６や実施例５の図７の場合と本質的に同様な動作原理であるので、ここではその詳細な記述は省略する。
【００７９】
上述の本発明の成分比較バイオセンサチップ１００の一実施例では、各複数の架橋構造１２の薄膜１０に形成している反応部６や参照部７を、2つまたは3つの場合を示しているが、更に、それらの数を同一の基板1に更に増加しても良く、その分、基板サイズは大きくなるが、同時に多項目の液体試料中の基質成分の分析が可能になり好適である。また、酵素4の量の調整により各基質の計測濃度範囲を調整することができる。例えば、基質のグルコースと対応する酵素のグルコースオキシダーゼとの熱反応では、液体試料中の溶存酸素が反応に関わり、溶存酸素不足のために熱反応が抑制され、グルコース濃度と熱反応出力とが直線からずれ、飽和傾向を示す。したがって、高濃度の基質の計測には、酵素4の量を少なくした所定の量に調整して固定した方が良い。また、基質の酵素との反応の結果、反応生成物が生じるので、これを速やかに反応部6から流出させるなどして除去する必要がある。このためには、測定装置には、所定の流量で液体試料を流すようにするための流量調整手段を設けるようにすると良い。また、上述では、酵素４の反応部６への固定を、エレクトロクリック法や表面酵素固定用ビーズ９０を用いた場合についてのみ記述したが、もちろん、これらの方法に限ったものではなく、例えば、薄膜シリカゲルに吸着させた酵素の固定法なども許される。また、液体試料として、尿を実施例に入れたが、血液や汗、更に涙や唾液などもその対象にすることができる。また、表面酵素固定用ビーズ９０を用いた場合、参照部７には、表面酵素固定用ビーズ９０を留置しない実施例を上述の実施例では述べているが、一層、反応部６との熱的バランスを得るために、参照部７にもピラー８１を設けて、表面酵素固定用ビーズ９０で酵素を固定していないビーズを参照部７に留置するようにした方が良い。このとき、必要に応じて、参照部７への酵素を固定していないビーズの注入口１６０を基板１に設けると良い。
【実施例８】
【００８０】
図１０は、本発明のバイオセンサモジュール５００の一実施例の断面概略図を示す。成分比較バイオセンサチップ１００は、架橋構造１２の微細な流路１７を備えて居り、指やピンセットで不用意に触れることは、破壊の恐れがあり危険である。また、尿糖計や血糖値センサなどの成分比較バイオセンサに用いた場合、酵素４は、タンパク質であるので、その保存状態にもよるが、失活や経時的な触媒作用の劣化が問題となる。従って、酵素４は、洗浄などにより繰り返し使用できるものであるが、劣化のために成分比較バイオセンサチップ１００を交換する必要が出てくる。この場合、成分比較バイオセンサチップ１００だけの交換は、そのハンドリングが一般のユーザには、困難なものである。そこで、成分比較バイオセンサチップ１００を取付けてあり、カセット的に容易に交換可能なモジュール化が求められる。本発明は、成分比較バイオセンサチップ１００を備えてカセット的に容易に交換可能なバイオセンサモジュール５００を提供するものである。
【００８１】
バイオセンサモジュール５００のモジュール部材５１０の流路１７、流入部１６０や排出部１８０などは、微細で精度の確保を必要とする構造なので、プラスチックの３Dプリンタで形成すると良い。また、成分比較バイオセンサチップ１００の各種電極端子からの配線は、例えば、バンプ電極３１０で圧着接触させ、端子ピン３５０を設けて、外部のコネクタに差し込み電気的に配線するようにしている。成分比較バイオセンサチップ１００の固定は、例えば、センサチップ固定板５２０で、ワンタッチで固定できるようにしている。また、液体試料は、流入部１６０から流入し、成分比較バイオセンサチップ１００の流入口１６から流路１７を通って、更に流出口１８から排出部１８０を通って、外部に排出されるようにしている。成分比較バイオセンサチップ１００とモジュール部材５１０の流路１７とは、パッキン５３０により液漏れがないようにしている。このバイオセンサモジュール５００は、ワンタッチで、後述の図１２に示す成分比較バイオセンサ１０００の取り付け箇所のコネクタ固定板５８０に差し込み固定できるようにすると良い。  
【実施例９】
【００８２】
図１１は、本発明の成分比較バイオセンサ１０００の一実施例の概略図を示す。本実施例では、プラスチックのケース５７０の中に、前述の実施例８に示したバイオセンサモジュール５００を、コネクタ固定板５８０にそこに備えてあるコネクタ５５０と成分比較バイオセンサチップ１００用のコネクタ５５０とを用いて、バイオセンサモジュール５００の端子ピン３５０を差し込み接続して電気的に電子回路６６０に配線４００を通って接続するようにしている。本発明の成分比較バイオセンサ１０００では、液体試料の流入、排出の駆動手段６１０として吸引ポンプを用い、タンク６２０を介して、弁６００としての電磁弁で、液体試料の流れの急速な制御ができるようにしている。それらの制御は、成分比較バイオセンサ１０００の内部に組み込みの電子回路６６０のマイコンによりタイミングや流れの開始や停止が所定のルールで行うようにしている。また、成分比較バイオセンサチップ１００内の各流路に固定されている酵素４とそれらに対応する基質との熱反応に基づく各出力信号から各基質の濃度などが予め用意している校正データに基づき、マイコンで演算して、表示部６７０としての液晶表示で文字として表すようにしている。
【実施例１０】
【００８３】
成分比較バイオセンサに用いる成分比較バイオセンサチップ１００は、Ｓｉ単結晶であるＳＯＩ基板を用いて製作すると、ＭＥＭＳ技術が適用できやすく好適である。そして、このＳＯＩ基板から成るセンサチップに集積回路技術で電源回路、増幅回路、演算回路および制御回路も集積化できるし、これらを別の半導体基板等に集積化して、モジュール化することもできる。このようにすることにより、極めてコンパクトな成分比較バイオセンサ１００を提供することができる。電源回路は、駆動手段６１０や弁６００等の駆動や他の回路への電源の供給に関わる回路であり、増幅回路は、第１の温度センサ２０Ａ、第２の温度センサ２０B、参照用温度センサ２０Ｒ、絶対温度センサ２３などの温度センサやこれらの差動信号等の出力を増幅する回路である。もちろん、ヒータ２５を動作させない場合は、ヒータ２５の駆動や制御は不要である。演算回路は、第１の温度センサ２０Ａ、第２の温度センサ２０B、参照用温度センサ２０Ｒ、絶対温度センサ２３などの温度センサからの出力やこれらに基づく差引や積分、また、これらの出力信号などを利用し、更にメモリ回路との組み合わせにより、予め用意した校正データの下で液体試料中の特定基質成分の量への換算やこれらに比率の演算などを演算処理するような回路である。また、制御回路は、弁６００の電磁弁で、液体試料や洗浄液の流入開始や停止などの制御や、繰り返しとその周期などの制御を行い、更には、信号の積分時間の設定などの温度制御やフィードバック制御なども必要に応じ行う回路である。図１２には、本発明の成分比較バイオセンサ１０００を駆動する場合の構成概略図の一実施例のブロック図を示す。
【００８４】
上述では、主に液体試料の体液として、尿を主体にして説明したが、同様に、血液、汗、唾液、涙などの体液を用いて、各種の特定基質成分の基質と酵素４の酵素と、更に必要に応じて補酵素などを用いた組合せで、各種の特定基質成分や酵素４の種類の特定とそれらの量およびこれらの量の比較と比率の算出などを短時間、例えば、十秒程度以内に計測できるものである。また、上述では、ヒトの体液を利用したが、必ずしもヒトとも限らず、動物でも良いし、また、体液以外にも、野菜や果物さらには海藻などの溶液中の特定基質の量の検出を、基質とそれに対応して特異的に選択触媒反応をする酵素や補酵素との組み合わせにより生じる熱反応による温度上昇分ΔＴの計測により可能になる。また、上述の実施例では、架橋構造１２状の薄膜１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃなどを数個個の場合を示したが、必要に応じて、１０個やそれ以上にすることもできることは言うまでもない。また、上述では、成分比較バイオセンサチップ１００にＳＯＩ基板を用いた場合を主に示したが、基板１や薄膜１０として耐熱性プラスチックなどの安価な材料を用い、更に、第１の温度センサ２０A、第２の温度センサ２０B、参照用温度センサ２０Ｒとして、熱電材料の蒸着やスパッタリング、更には、プリントなどで熱電対やサーモパイルを形成しても良い。
【００８５】
本発明の上述の実施例の図面では、請求項に記載された同一の概念を有する部位には、同一の符号を付してある。また、本発明の実施例では、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本実施例に限定されることはなく、本発明の主旨、作用および効果が同一でありながら、当然、種々の変形がありうる。いわゆる当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明の成分比較バイオセンサチップ１００は、MEMS技術により基板１から熱分離した薄膜１０に、液体試料を流す流路１７で繋がる第１の温度センサ２０A、第２の温度センサ２０Bなどが反応部６に形成してあり、参照用温度センサ２０Ｒが参照部７に形成してあり、さらに、基板１の流入口１６から延在して薄膜１０の反応部６と参照部７を経由して、空洞４０を跨ぎ対向する同一の基板１領域に形成した流出口１８まで延びる流路１７とを備えており、流路17内の異なる反応部６に形成してあるそれぞれに対応する異なる特定の酵素４が固定してあり、これを基板１の周囲に設けている外部電極パッドから酵素反応による温度上昇分が計測できるようにしている。そして、反応部６の温度センサである、例えば、第１の温度センサ２０Aとその参照部７の参照用温度センサ２０Ｒとは、熱的にバランスが取れるように同等な形状と対称性のある配置にしているので、尿のように周囲温度から大きくずれている液体試料を流路１７に流し込んでも、これらの差動検出により高精度の温度差計測が実現できるようになった。また、洗浄液を用いて流路１７内を洗浄することもできるので、何度も使用できる成分比較バイオセンサが提供できる。本発明のバイオセンサモジュール５００は、成分比較バイオセンサチップ１００をモジュール化して、ワンタッチで容易に成分比較バイオセンサ１０００に組み込み交換することができるようにしている。また、本発明の成分比較バイオセンサ１０００は、生体由来の物質である体液である尿、汗、唾液や血液などに含まれる被検出物質である基質や酵素を、これらの熱反応による温度上昇分の計測により、数秒以内に沢山の基質や酵素を同時に計測できると言う利点があり、酵素は、消費しないので、触媒活性の低下はあるものの、洗浄後何回も使用できるから安価な日常の健康診断に役立てることができる。また、本発明の成分比較バイオセンサ１０００は、特定基質成分である基質や酵素の量やこれらの比率などを容易に数値化でき携帯用にコンパクトにもできるので、家庭のトイレに設置したり、集団検診などでの色の変化を調べる尿試験紙などの代わりに使用できるなど、多方面にわたり利用できるものである。
【符号の説明】
【００８７】
１  基板
４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ  酵素
６  反応部
６Ａ  第１の反応部
６Ｂ  第２の反応部
６C   第3の反応部
７，７Ａ，７Ｂ，７C  参照部
１０、１0a、10b、10c  薄膜
１１  ＳＯＩ層
１２  架橋構造
１５  下地基板
１６  流入口
１７  流路
１８  流出口
２０A  第１の温度センサ
２０B  第２の温度センサ
２０C  第3の温度センサ
２０R, ２０RA,２０RB,２０RC、・・  参照用温度センサ
２３  絶対温度センサ
２５  ヒータ
２６  測定点（温接点）
２７  基準点（冷接点）
４０  空洞
５０  絶縁膜
５１  BOX層
６０  オーム性コンタクト
７０P、７０AP、７０ＢP、７０ＣP  温度センサ用電極パッド
７０R、７０ＲＡ P  参照用温度センサ用電極パッド
７１P   ヒータ用電極パッド
７２  酵素固定用電極
７２P  酵素固定用電極パッド
７3  対向電極
７3P  対向電極パッド
７4  参照電極
７4P 参照電極パッド
７５P  ＳＯＩ層用共通電極パッド
76 P  絶対温度センサ用電極パッド 
８０  凹凸
８１  ピラー
９０  表面酵素固定用ビーズ
１００  成分比較バイオセンサチップ
１０５  切欠き部
１１０  ＳＯＩ層用絶縁分離溝
１２０a, １２０b  熱電導体
１５０  カバー
１６０  注入口
１６１  流入部
１８０  排出部  
３１０  バンプ電極
３５０  端子ピン
４００  配線
５００  バイオセンサモジュール
５１０  モジュール部材
５２０  センサチップ固定板
５３０  パッキン
５５０  コネクタ
５６０  アダプタ
５７０  ケース
５８０  コネクタ固定板
６００  弁
６１０  駆動手段
６２０  タンク
６５０  バッテリ
６６０  電子回路
６７０  表示部
１０００  成分比較バイオセンサ
【図１】
2018105821.tif 000003
【図２】
2018105821.tif 000004
【図３】
2018105821.tif 000005
【図４】
2018105821.tif 000006
【図５】
2018105821.tif 000007
【図６】
2018105821.tif 000008
【図７】
2018105821.tif 000009
【図８】
2018105821.tif 000010
【図９】
2018105821.tif 000011
【図１０】
2018105821.tif 000012
【図１１】
2018105821.tif 000013
【図１２】
2018105821.tif 000014