(57)【要約】【課題】安定した測定データを得ることができ、良好な応答速度を備えるバイオセンサを提供する。【解決手段】味覚センサ１０は、センサ電極部１２と、参照電極部１３と、を備える。センサ電極部１２は、フォルダ部２１を覆うように設置された絶縁基板２２とから構成される。絶縁基板２２にはＬＢ膜２４が形成されており、絶縁基板２２の一端に呈味サンプルが滴下される試料滴下部２３が設置される。試料滴下部２３からＬＢ膜２４までが良好な距離だけ離間し、さらに距離が一定に保たれる。これにより、味覚センサ１０では、良好な応答速度で安定した測定データを得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの開放端を備え、溶液を入れることが可能な筐体と、
前記筐体の前記開放端を覆うように設けられた絶縁基板と、
該絶縁基板上に形成された金属電極と、
該金属電極上に形成された感応膜と、
前記絶縁基板の前記感応膜から所定距離だけ離間した位置に形成された試料滴下のための試料滴下部と、を備えることを特徴とするバイオセンサ。
【請求項２】
前記試料滴下部と隣接するように設置され、溶液が入れられる容器を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項３】
前記絶縁基板は、前記筐体に着脱可能に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載のバイオセンサ。
【請求項４】
前記試料滴下部は、筒状に形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のバイオセンサ。
【請求項５】
前記筐体は、前記溶液を排出することが可能な開放端を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のバイオセンサ。
【請求項６】
前記感応膜は、ラングミューア・ブロジェット法を用いて作られた膜から構成されている、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に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、味覚センサ、臭いセンサなどの化学センサ或いはバイオセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化学センサとして、ｐＨ（ペーハ）センサ、イオンセンサ、酵素センサなどが知られている。これらは高選択性であるが、多数の物質で構成された味覚や臭覚に対して広範にわたり十分な感度を得ることは難しい。
【０００３】
これに対し、ＬＢ膜（ラングミューア・ブロジェット法を用いて作られた膜）や人工脂質膜などを用いた味覚センサは、化学センサに比べれば選択性は低いが種々の味覚に対し応答を示す。特に、ＬＢ膜は単分子膜を常温、常圧の環境下で高い秩序で配列、配向制御が可能であり、人体の舌の構造に類似しているため、センサの膜物質として有望視されている。このような膜を用いたバイオセンサは例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
従来の味覚センサの構成を図８に示す。味覚センサは、図８に示すように、センサ電極Ａと、参照電極Ｂと、塩橋と、電圧計と、コンピュータとを備える。センサ電極Ａは例えばビーカ等の容器に入れられた１０ｍＭ−ＫＣｌ溶液に浸されており、同様に参照電極Ｂもビーカ等の容器に入れられた飽和ＫＣｌ溶液に浸されている。このビーカ等の容器内にシリンジから呈味サンプルが滴下され、センサ電極と参照電極との電位の変化を測定する。
【特許文献１】特開２００４−７７３９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の味覚センサはビーカに設置され、ビーカ内に呈味サンプルが滴下されるため、シリンジによって試料が滴下される位置からセンサまでの距離によって、測定データのばらつき、応答速度が遅いという問題があった。
【０００６】
このような問題は、味覚センサに限らず、他のセンサにも共通する問題である。
【０００７】
本発明は上述した実情に鑑みてなされたものであり、安定した測定データを得ることができ、良好な応答速度を備える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】
【０００８】
上述した目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るバイオセンサは、
少なくとも一つの開放端を備え、溶液を入れることが可能な筐体と、
前記筐体の前記開放端を覆うように設けられた絶縁基板と、
該絶縁基板上に形成された金属電極と、
該金属電極上に形成された感応膜と、
前記絶縁基板の前記感応膜から所定距離だけ離間した位置に形成された試料滴下のための試料滴下部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
前記試料滴下部と隣接するように設置され、溶液が入れられる容器を更に備えてもよい。
【００１０】
前記絶縁基板は、前記筐体に着脱可能に設けられてもよい。
【００１１】
前記試料滴下部は、筒状に形成されてもよい。
【００１２】
前記筐体は、前記溶液を排出することが可能な開放端を更に備えてもよい。
【００１３】
前記感応膜は、ラングミューア・ブロジェット法を用いて作られた膜から構成されてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、基板にセンサを固定し、更に基板に試料滴下部を設けることによって安定した測定データを得ることができ、良好な応答速度を備えるバイオセンサを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態に係るバイオセンサを、バイオミメティックセンサの一種である味覚センサを例に図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、この発明の実施の形態に係る味覚センサ１０の構成例を示す図である。味覚センサ１０は、図１に示すようにセンサ電極部１２と、参照電極部１３と、塩橋１４と、電圧計１５と、コンピュータ１６と、から構成される。
【００１７】
味覚センサ１０では、センサ電極部１２に呈味サンプルが滴下され、詳細に後述するようにセンサ電極部１２と、参照電極部１３との電位差をコンピュータ１６によって制御された電圧計１５によって測定することによって味覚を判別する。また、センサ電極部１２と参照電極部１３とは、塩橋１４によって、溶液どうしは混合しないが、電解質のバランスを保つよう接続されている。
【００１８】
センサ電極部１２は、図１、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、フォルダ部２１と、絶縁基板２２と、試料滴下部２３と、ＬＢ膜２４と、金属電極２５と、引出電極２６と、フォルダ支持部２７と、から構成される。
【００１９】
フォルダ部２１は、絶縁性を備える材料、例えばエポキシ樹脂等から構成され、図２（ａ）に示すように平面形状は略方形に形成される。フォルダ部２１は、図２（ａ）に示す上側及び右側に開放端を有する。フォルダ部２１の上側の開放端には絶縁基板２２と試料滴下部２３とが設置されている。なお、フォルダ部２１は図２（ｃ）に示すように内側の側面に水平方向の溝を備え、絶縁基板２２はこの溝に嵌められている。なお、絶縁基板２２は、この溝をスライドさせることによりフォルダ部２１に着脱させることが可能である。また、フォルダ部２１内には、１０ｍＭ−ＫＣｌ溶液等の基準溶液が充填されている。更にフォルダ部２１は図１に示すようにフォルダ支持部２７によって所定角度θだけ傾斜されており、基準溶液の流出を防いでいる。また、フォルダ部２１は、例えば幅２５ｍｍ、長さ９０ｍｍに形成される。
【００２０】
絶縁基板２２は、ガラスから形成され、フォルダ部２１の上側の開放端を覆うように着脱可能に設置される。また、フォルダ部２１と絶縁基板２２との間隙には、絶縁基板２２に設けられたＬＢ膜２４に接するように基準溶液が充填される。このように絶縁基板２２を着脱可能にフォルダ部２１に設置することによって、ＬＢ膜２４の洗浄作業等を容易に行うことができる。これにより絶縁基板２２上に形成されたＬＢ膜２４の寿命を長くすることができる。また、絶縁基板２２の一端には、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、試料滴下部２３が設置される。
【００２１】
試料滴下部２３は、平面形状が略方形の筒状の形状を有し、絶縁基板２２の一端に設置される。試料滴下部２３には、塩橋１４の一端が設置され、更にシリンジ等によって呈味サンプルが滴下される。したがって、試料滴下部２３は、塩橋１４の設置、サンプルの滴下に足る面積を備え、例えば２５ｍｍ×１０ｍｍ程度に形成される。また、試料滴下部２３は、例えば３０ｍｍの高さに形成される。また、試料滴下部２３の側面には図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、参照電極用の溶液（飽和ＫＣｌ溶液）が入れられる容器３１が設置されている。なお、図２（ａ）では図示の便宜上容器３１の底面と絶縁基板２２とが接するように図示されているが、実際は絶縁基板２２は着脱されるため所定程度離間している。
【００２２】
ＬＢ膜（Langmuir-Blodgett film)２４は、ラングミューア・ブロジェット法を用いて作られた、単分子膜を配向配置させた膜であり、分子間隔が１０ｎｍ程度の分子構造を有する。また、図３に示すようにＬＢ膜２４は、絶縁基板２２を覆うように形成される。もっとも引出電極２６上には絶縁膜２８が形成されており、ＬＢ膜２４はこの絶縁膜２８上にも形成される。しかしながら、ＬＢ膜２４の電位の変化は金属電極２５上に形成された領域でのみ検出されるため、味覚の識別に寄与するのは金属電極２５上に形成された部分のみである。なお、ＬＢ膜２４を選択的に金属電極２５上のみに形成しても良い。また、図４に拡大して模式的に示すように、金属電極２５の表面の平均粗さは、ＬＢ膜２４の分子間隔と等しいかより小さい値を有する。また、ＬＢ膜２４の膜物質として、Tri OctadecylAmine-HydroChloride（TOAHC）を使用し、また、ポリイオンコンプレックス法で使用する下層の高分子としてPotassium Poly-vinyl Sulfate（以下、PVSK)を使用して、１０層に堆積したＬＢ膜２４を生成した。なお、ＬＢ膜２４の膜物質としては、基本五味の良好な識別が可能であるためTOAHCを用いるのが好ましいが、Di Octadecyldimethyl Ammonium Bromide（DOABr)を用いることも可能である。
【００２３】
また、ＬＢ膜２４は、絶縁基板２２の特定の位置に形成されているため、呈味サンプルを滴下する位置からＬＢ膜２４までの距離が一定に保たれる。従って応答速度がほぼ一定となり、応答時間のばらつきを解消させることができ、測定精度を向上させることができる。また、サンプルを滴下する位置からＬＢ膜２４の位置を近づけることができ、応答速度を向上させることが出来る。
【００２４】
金属電極２５と引出電極２６とは、絶縁基板２２上に形成される。金属電極２５と引出電極２６とは、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）等の高融点金属、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）等の貴金属、アルミニウム（Ａｌ)、銅（Ｃｕ）等から構成され、薄膜堆積法、具体的には、真空蒸着などのＰＶＤ（Phisical Vapor Deposition）により堆積・形成されている。金属電極２５は、例えば、縦横５〜１０ｍｍ、厚さ１ｎｍ〜１００μｍ程度のサイズで、その表面粗さ（金属電極２５の表面の凸凹のピーク間隔）は、図４に拡大して示すように、１０ｎｍ以下に設定されている。また、引出電極２６の上面は、エポキシ樹脂等の絶縁材料からなる絶縁膜２８によって覆われている。
【００２５】
参照電極部１３は、容器３１と、参照電極３２とから構成される。容器３１は図２（ａ）及び（ｂ）に示すように試料滴下部２３の側面に設置され、容器３１内には飽和ＫＣｌ溶液が入れられている。このように容器３１を設置することにより、センサ電極部１２と参照電極部１３とを一体とすることができる。これにより、味覚センサ１０を容易に持ち運ぶことが可能となる。参照電極３２は、電圧計１５に接続されており、参照電極３２の電位を基準としてセンサ電極部１２との電位差が測定される。
【００２６】
塩橋１４は、例えば、塩化カリウム水溶液を寒天等によって固めることにより作成される。塩橋１４の一端は、センサ電極部１２の試料滴下部２３に設置されＫＣｌ溶液に浸されており、他端は参照電極部１３の飽和ＫＣｌ溶液中に浸されている。塩橋１４によって、センサ電極部１２と参照電極部１３との２種類の溶液が混合されないで電位的に連結される。
【００２７】
上述の構成を採る味覚センサにおいては、センサ電極部１２と参照電極部１３との間に発生する電位差を測定する静止膜電位測定法によって測定を行う。静止膜電位測定法では、例えば図５に示すように基準溶液（10mM KCl溶液）において膜電位差の測定を行う。次に安定状態に移行した後、呈味試料をシリンジ等によって滴下し、再び安定状態に至るまで電位差を測定する。呈味試料が滴下されると図５に示すようにピーク値を最大膜電位、ピーク値を取るまでの時間を応答時間とする。例えばクエン酸、等の呈味物質によって、応答時間が異なり、更に呈味物質の量によって最大膜電位の値が変わる。これによって、どの味を示す物質がどの程度含まれるかを知ることができる。
【００２８】
上述した構成を採る本実施の形態の味覚センサでは、ＬＢ膜２４は、絶縁基板２２の所定位置に設置されているため、呈味サンプルを滴下する位置からＬＢ膜２４までの距離が一定に保たれる。従って応答速度がほぼ一定となり、応答時間のばらつきを解消させることができ、測定精度を向上させることができる。また、サンプルを滴下する位置からＬＢ膜２４の位置を近づけることができ、応答速度を向上させることが出来る。このように本実施形態よれば、安定した測定データを得ることができ、良好な応答速度を備える味覚センサを提供することができる。また、センサ電極部１２と参照電極部１３とを一体に形成することにより、それぞれが別個に形成される場合と比較し、味覚センサ１０の可搬性を向上させることができる。
【００２９】
（実施例）
以下、本発明の実施の形態に係る味覚センサ１０による実施例を説明する。
一方、測定系としては、味覚センサ及び参照電極間に発生する電位差を測定する静止膜電位測定法に基づき、測定を行った。
まず、基準溶液（10mM KCl溶液）における膜電位差の測定を行い、次に、安定状態（膜電位1mV/5min）に移行後、呈味物質を（例えば呈味物質は25℃において100mM KCl 溶液に飽和させる）をシリンジなどで滴下し、再び安定状態に移行した後、測定を終了とした。また、センサは、純水に２０分間浸漬して、これを洗浄した。図５に示すように滴下時からのピーク値を最大膜電位、ピーク値を取るまでの時間を応答時間とし、２つのパラメータを使用した応答評価を行った。
【００３０】
なお、呈味サンプルとして、酸味を呈する物質としてクエン酸とリンゴ酸とを用い、苦味を呈する物質としてカフェインとテオフィリンとを用い、塩味を呈する物質として塩化ナトリウムと塩化マグネシウムとを用い、甘みを呈する物質としてスクロースとサッカリンナトリウムとを用い、旨味を呈する物質としてグルタミン酸とイノシン酸ナトリウムとを用いた。
【００３１】
また、図８に示す構成の従来の味覚センサにおける測定結果を図７に示す。従来の味覚センサにおいては、測定方法は上述した静止膜電位測定法と同様であるが、酸味を呈する物質としてリンゴ酸に代えて酢酸を用いる点が異なる。具体的に、図７に示すように酸味を呈する物質としてクエン酸と酢酸とを用い、苦味を呈する物質としてカフェインとテオフィリンとを用い、塩味を呈する物質として塩化ナトリウムと塩化マグネシウムとを用い、甘みを呈する物質としてスクロースとサッカリンナトリウムとを用い、旨味を呈する物質としてグルタミン酸とイノシン酸ナトリウムとを用いた。
【００３２】
図６と図７とを比較すれば明らかなように、従来各呈味物質について、応答時間が０．５〜３．５（min）程度であったのが、どの呈味物質についても、４．０（sec）以下の応答時間に短縮されている。このように本実施形態の味覚センサでは、従来の味覚センサと比較して飛躍的に応答時間を短縮させることが可能である。
【００３３】
なお、本発明は上述した実施の形態に限られず、種々の変形及び応用が可能である。例えば、上述した実施形態では、基準溶液を測定ごとに容易に入れ替えることができるように、フォルダ部２１の一端を開放させ、フォルダ支持部２７によって所定角度傾ける構成を採っている。これに限られず、フォルダ支持部２７を省略し、フォルダ部２１を水平に設置して、開口とこれに嵌められる栓とを用いて、基準溶液の入れ替えを行ってもよい。
【００３４】
また、上述した実施の形態では、試料滴下部２３が絶縁基板２２の一端に接するように設置される構成を例に挙げて説明したが、これに限られない。例えば、絶縁基板２２に開口を設け、この開口に筒状の滴下部を設置することも可能である。
【００３５】
また、ＬＢ膜の材質なども任意であり、例えば、ポリイオンコンプレックス法で使用する下層の高分子として、PVSKに代えて、或いは、PVSKと共にChondroition Sulfate A sodium Salt (Chondroitin)を使用すること等も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態に係る味覚センサの構成例を示す図である。
【図２】（ａ）は、センサ電極部の構成例を示す断面図であり、（ｂ）はセンサ電極部の構成例を示す平面図である。（ｃ）は、図２（ｂ）のIIＣ−IIＣ線断面図である。
【図３】（ａ）は、センサ電極部のＬＢ膜の構成例を示す平面図であり、（ｂ）はＬＢ膜の構成例を示す断面図である。
【図４】ＬＢ膜の構成例を示す断面図である。
【図５】本実施の形態の味覚センサによる測定パラメータを示す図である。
【図６】本実施の形態の味覚センサによる応答時間と電位差とを示すグラフである。
【図７】従来の味覚センサによる応答時間と電位差とを示すグラフである。
【図８】従来の味覚センサの構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  味覚センサ
１２  センサ電極部
１３  参照電極部
１４  塩橋
１５  電圧計
１６  コンピュータ
２１  フォルダ部
２２  絶縁基板
２３  試料滴下部
２４  ＬＢ膜
２５  金属電極
２６  引出電極
２７  フォルダ支持部
２８  絶縁膜
３１  容器
３２  参照電極
【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】
2008107163.tif 000008
【図７】
2008107163.tif 000009
【図８】
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