(57)【要約】本発明は、センサが略水平状態になかったとしても、少量の試料液を迅速かつ的確に濾過部に供給することのできるセンサを実現するため、毛細管現象により試料液を濾過部に手段を有することを特徴とするセンサを提供する。
2004102176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
濾過部と、毛細管現象によって試料液を前記濾過部に供給する供給手段と、前記濾過部で濾過された試料液と反応する試薬を有する反応部とを含むセンサ。
【請求項２】
前記反応部は基板上に設けられており、前記供給手段は前記試料液を前記基板に対して略水平方向に吸引する請求の範囲第１項記載のセンサ。
【請求項３】
前記濾過部は、前記供給手段から供給された前記試料液を前記基板に対して略垂直方向に濾過する請求の範囲第２項記載のセンサ。
【請求項４】
前記供給手段は、前記試料液が供給される第１の開口部、前記試料液を前記濾過部に供給する第２の開口部、及び前記第１の開口部と前記第２の開口部とを連通する空間部を有する請求の範囲第１項記載のセンサ。
【請求項５】
前記第１の開口部に供給された試料液が前記第２の開口部に吸引されるように、前記供給手段に空気孔が配置されている請求の範囲第４項記載のセンサ。
【請求項６】
前記空気孔は、前記供給手段の前記第２の開口部から見て、前記第１の開口部と反対側に配置されている請求の範囲第５項記載のセンサ。
【請求項７】
前記供給手段は、第１のカバーと、スペーサーと、第２のカバーを含み、
前記第２の開口部は前記第２のカバーに設けられ、
前記スペーサーによって前記第１の開口部及び前記空気孔が形成されている請求の範囲第６項記載のセンサ。
【請求項８】
前記空間部が、前記第１の開口部から前記第２の開口部に向かって狭くなっている請求の範囲第６項記載のセンサ。
【請求項９】
前記空間部が、前記空気孔から前記第２の開口部に向かって狭くなっている請求の範囲第８項記載のセンサ。
【請求項１０】
前記第１の開口部から前記第２の開口部までの距離が、前記第２の開口部から前記空気孔までの距離以上である請求の範囲第６項記載のセンサ。
【請求項１１】
前記第２の開口部の最大幅が、前記空間部の最小幅以上である請求の範囲第７項記載のセンサ。
【請求項１２】
前記第２の開口部の最大幅が、前記第２の開口部の中心から前記空気孔までの距離以下である請求の範囲第６項記載のセンサ。
【請求項１３】
前記濾過部は、フィルタにより前記試料液を濾過し、前記第２の開口部の断面積が、前記フィルタの断面積より小さい請求の範囲第６項記載のセンサ。
【請求項１４】
前記第２の開口部の断面が、前記フィルタの断面と相似である請求の範囲第１３項記載のセンサ。
【請求項１５】
前記空間部の前記第１の開口部から前記第２の開口部までの体積が、前記フィルタの空隙部の体積と前記反応部の空間体積とを合わせた体積以上である請求の範囲第１４項記載のセンサ。
【請求項１６】
前記反応部に第２の空気孔を有する請求の範囲第１項記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、試料液中の特定成分の定量又は検知をするためのセンサに関する。
【背景技術】  体液をはじめとする試料液中の特定成分を検出するセンサとして、バイオセンサが知られている。
バイオセンサとは、微生物、酵素、抗体、ＤＮＡ、ＲＮＡ等の生物材料を、分子識別素子として応用したセンサである。すなわち、バイオセンサは、生物材料が特定成分を認識したときに起こる反応、例えば微生物の呼吸による酸素の消費、酵素反応、発光等を利用することにより、試料液中に含まれる特定成分を定量したり、その存在を検知したりする。
そして、各種バイオセンサのなかでも、酵素センサの実用化が進んでいる。例えば、グルコース、乳酸、コレステロール、アミノ酸等のセンサである酵素センサは、医療計測や食品工業等に利用されている。
こうした酵素センサは、例えば、試料液に含まれる特定の物質と酵素などとの反応により生成する電子によって電子伝達体を還元し、この電子伝達体の還元量を、測定器で電気化学的に計測することにより、試料液中に含まれる基質を定量する。
このような試料液中の特定成分を測定するセンサを用いる際に、反応に本質的には不要な物質や反応に悪影響を与え得る物質等を試料液から取り除くことが必要となることがある。例えば、コレステロールセンサにおいて反応系に界面活性剤が含まれる場合は、試料液である血液から血球を取り除くことが必要となることがある。界面活性剤により血球が破壊され、血球内にあるグルタチオン等の還元性物質が反応に悪影響を及ぼすことがあるからである。
具体的には、試料液が供給される開口部付近に、血球を除去するための濾過部を設ける構成をとることが多い。この濾過部の構成としては、例えば図６の（ａ）〜（ｃ）に示すような３つの方式が提案されている。このとき濾過は、濾過部に設けたフィルタにより行われる。
図６は、水平分離方式を示す模式図である。この図に示される方式では、フィルタの試料液が供給される側の端部（一次側端部）の近傍に試料液である血液を滴下して水平方向に濾過し、フィルタの濾過された試料液が漏出する側の端部（二次側端部）から血漿を滲み出させる（例えば、国際公開第０２／０５４０５４Ａ１号パンフレット参照）。
また、図７は、垂直分離方式を示す模式図である。この図に示される方式では、フィルタの一次側端部に血液を直接滴下して垂直方向に濾過し、血漿をフィルタの二次側端部の底面又はその近傍の端部から漏出させる。
図８は、複合分離方式を示す模式図である。この図に示される方式では、フィルタの一次側端部に血液を直接滴下して垂直方向に濾過するとともに、水平方向においても濾過し、フィルタの二次側端部から血漿を漏出させる（例えば、国際公開第０２／０９５３８５Ａ１号パンフレット参照）。いずれの方式においても、好適なフィルタを用いることにより血球を反応系に到達する前に取り除くことができる。
しかし、図６〜８いずれの方式を用いたセンサも、フィルタの一次側端部又はその付近に直接試料液を滴下しなければならず、この構成に起因して以下のような問題を有する。
第１に、測定に適切な量の試料液を規定して濾過部に供給することが困難である。そのため濾過部へ供給される試料液の量に過不足が生じやすい。第２に、フィルタに適切なスピードで順次試料液を供給することが困難である。そのため、濾過部の濾過性能に応じたスピードで試料液が供給されないことが起こり得る。これらの第１及び第２の問題を有する結果、濾過部の機能が十分に発揮されず、測定精度の低下、同時再現性の低下、測定時間の増加を招いている。
第３に、試料液の滴下時にユーザはセンサを略水平に保つ必要がある。また、ユーザが指先から血液を滴下する際は、滴下すべき位置に血液を正確に滴下しなければならない。すなわち、ユーザの操作性の観点からもさらなる改善が必要とされている。
例えば、国際公開第０３／０７４９９９Ａ１号パンフレットには、逆円錐台形の試料液供給口を備えたバイオセンサが提案されているが、この場合も上記第３の問題は解消できない。また、滴下した試料液が少量である場合には、この試料液が逆円錐台形の部分に付着して、適切に濾過部にまで達しないという問題もある。
そこで、本発明は、略水平に保たなくても試料液を迅速かつ簡便にフィルタに供給することができ、さらに少量の試料液であっても、迅速かつ簡便にフィルタの中心部に供給することができるセンサを提供することを目的とする。
【発明の開示】
本発明は、濾過部と、毛細管現象によって試料液を前記濾過部に供給する供給手段と、前記濾過部で濾過された試料液と反応する試薬を有する反応部とを含むセンサに関する。
前記反応部は基板上に設けられており、前記供給手段は前記試料液を前記基板に対して略水平方向に吸引するのが好ましい。
前記濾過部は、前記供給手段から供給された前記試料液を前記基板に対して略垂直方向に濾過するのが好ましい。
前記供給手段は、前記試料液が供給される第１の開口部、前記試料液を前記濾過部に供給する第２の開口部、及び前記第１の開口部と前記第２の開口部とを連通する空間部を有するのが好ましい。
前記第１の開口部に供給された試料液が前記第２の開口部に吸引されるように、前記供給手段に空気孔が配置されているのが好ましい。
前記空気孔は、前記供給手段の前記第２の開口部から見て、前記第１の開口部と反対側に配置されているのが好ましい。
前記供給手段は、第１のカバーと、スペーサーと、第２のカバーを含み、前記第２の開口部は前記第２のカバーに設けられ、前記スペーサーによって前記第１の開口部及び前記空気孔が形成されているのが好ましい。
前記空間部が、前記第１の開口部から前記第２の開口部に向かって狭くなっているのが好ましい。また、前記空間部が、前記空気孔から前記第２の開口部に向かって狭くなっているのが好ましい。
前記第１の開口部から前記第２の開口部までの距離が、前記第２の開口部から前記空気孔までの距離以上であるのが好ましい。
前記第２の開口部の最大幅が、前記空間部の最小幅以上であるのが好ましい。
前記第２の開口部の最大幅が、前記第２の開口部の中心から前記空気孔までの距離以下であるのが好ましい。
前記濾過部は、フィルタにより前記試料液を濾過し、前記第２の開口部の断面積が、前記フィルタの断面積より小さいのが好ましい。
前記第２の開口部の断面が、前記フィルタの断面と相似であるのが好ましい。
前記空間部の前記第１の開口部から前記第２の開口部までの体積が、前記フィルタの空隙部の体積と前記反応部の空間体積とを合わせた体積以上であるのが好ましい。
前記反応部に第２の空気孔を有するのが好ましい。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の一実施の形態に係るセンサの分解斜視図である。
図２は、本発明の一実施の形態に係るセンサの斜視図である。
図３は、本発明の一実施の形態に係るセンサのＹ−Ｙ断面図である。
図４は、本発明の一実施の形態に係るセンサの供給手段を示す概略図である。
図５は、本発明の一実施の形態に係るセンサの供給手段を示す概略図である。
図６は、水平分離方式により血液を分離するフィルタの概略断面図である。
図７は、垂直分離方式により血液を分離するフィルタの概略断面図である。
図８は、複合分離方式により血液を分離するフィルタの概略断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  上記の問題を解決するために、本発明のセンサにおいては、所定の構造及び機能を有する供給手段によって試料液を濾過部に供給して濾過し、前記濾過部で濾過された試料液を、当該試料液と反応する試薬を有する反応部へ供給する。
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明の以下に示す実施の形態及び各図面は本発明を特に限定するものではない。
発明の概要：
本実施の形態に係るセンサの各部の詳細な説明に先立ち、図１に示すセンサ１の分解斜視図を用いてこのセンサ１の概要を説明する。図１に示すように、センサ１は、供給手段２、濾過部３、反応部４を備えている。このセンサ１は、濾過部３に試料液を供給する供給手段２を有している点で従来のセンサと大きく異なる。試料液は直接濾過部に供給されるのではなく、供給手段２を介して濾過部３に供給される。
この供給手段２は、キャピラリ構造をとり、毛細管現象によって試料液を濾過部３に供給するようになっている。ここで、「毛細管現象」とは、細い管を液体中に立てたとき、管内表面に対する液体の付着力と表面張力との作用で、管内の液体面が他の水平面より高くなる又は低くなる現象をいう。
この毛細管現象によって、試料液は迅速に濾過部３へ供給される。この試料液の量は、供給手段２によって規定されるので、過剰の試料液が濾過部３に供給されることを防止できる。また、濾過部３のうち、試料液が供給される部分は、供給手段２と濾過部３との位置関係によって規定することができるので、濾過部３の不適切な場所に試料液が供給されることを防止できる。
以上により、濾過部３の濾過機能の低下を防止することができる。また、反応部４に到達する試料液が適切に濾過されることで、反応部４における試薬との反応が適切に進み、センサ１の測定精度や同時再現性が向上する。
ここで、本実施の形態におけるセンサ１においては、試料液として、例えば血液（全血液の場合と、血漿や血清等の無細胞成分の場合とのいずれの場合をも含む）、間質液、皮膚液、汗、涙、尿等の生体液等を用いることができ、また、試料液中の被検物質として、例えばグルコース、コレステロール、乳酸等を用いることができる。
とりわけ、センサ１は、人体の血液中のコレステロール、グルコース、乳酸の定量に適している。ここでは、人体の血液中に含まれるコレステロールの定量を例にとって、センサ１の構成をより具体的に説明する。
センサの構成：
図１に示すように、センサ１においては、供給手段２、濾過部３及び反応部４が、センサ１の厚み方向にこの順番で積層されている。ここで、図に示すＺ方向をセンサ１の厚み方向とする。また、Ｘ方向をセンサ１の長さ方向とし、Ｙ方向をセンサ１の幅方向とする。なお、濾過方式としては、垂直分離方式を採用している。
供給手段２は、第１のカバー（キャピラリーカバー）２０と、フィルタに繋がる第２の開口部２３１が形成された第２のカバー（フィルターカバー）２１と、２つのスペーサー（キャピラリースペーサー）２２とで構成されている。２つのスペーサー（キャピラリースペーサー）２２によって、第１のカバー２０と第２のカバー２１との間に、試料供給部となる第１の開口部２３０と、空気孔２３２と、第１の開口部２３０及び空気孔２３２を有する空間部２３とが形成される。
供給手段２は、後述するように第１の開口部２３０に供給された試料液が、毛細管現象で第２の開口部２３１に吸引されるのに適した形状となっている。
第１のカバー２０、第２のカバー２１及びスペーサー２２を構成する材料としては、保存時及び測定時に充分な剛性を有する材料を用いることができる。例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、及び飽和ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂、ならびに尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、及び不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂等が挙げられる。
また、これらの構成部材には、それぞれ異なる部材を用いてもよいし、同一の部材で形成してもよい。例えば、第１のカバー２０、第２のカバー２１及びスペーサー２２を同一部材で構成し、かつこれらを一体に形成してもよい。
濾過部３は、第２のカバー２１と、フィルタ用の連結孔４００及び第２の空気孔４０１が形成された反応部カバー４０との間に、フィルタスペーサー３０及び円柱状のフィルタ３１を配置することで構成されている。フィルタスペーサー３０は、フィルタ３１を直接保持するための突起状のフィルタ保持部３００を有している。このフィルタ保持部３００と、第２のカバー２１、反応部カバー４０とにより、フィルタ３１が保持される。フィルタ３１が保持された状態では、第２の開口部２３１と連結孔４００との間の空間に、フィルタ３１の周囲を一回りする空間である空隙部３２が形成される。
フィルタ３１の材質としては、ガラス、紙又はポリエステルの不織繊維等を用いることができる。また、フィルタ３１の有する孔のサイズは、血球が通過しない程度に設計される。より具体的には、後述する試料液供給路４４０全体が血漿で満たされるだけの量の血液がフィルタ３１を通過し、それでもなお血球がフィルタ３１の二次側端部に達しない程度に、血漿と血球との流通抵抗の差が形成されるように前記孔のサイズを設計する。フィルタスペーサー３０及びフィルタ保持部３００には、上述のスペーサー２２等と同様に、保存及び測定時に十分な剛性を有する材料を用いることができる。
反応部４は反応部カバー４０と、基板４３と、反応部スペーサー４４とで構成される。反応部カバー４０と、作用電極４１及び対電極４２を含む一対の電極（電極系）が配置された基板４３との間に、空隙部を有する反応部スペーサー４４を介在させることで、試料液供給路４４０を形成する。すなわち、試料液供給路４４０は、反応部スペーサー４４の空隙部と反応部カバー４０の連結孔４００とで構成される空間である。
この試料液供給路４４０には、試薬が配置される。試薬は、電極系上又はその近傍の位置に、試薬層として配置してもよい。又は、作用電極４１、対電極４２を構成する導電性材料と混合して、電極内部に保持しても良い。電極系上に試薬層を配置する場合は、この試薬層の剥離を抑制するために、試薬層に接する形で親水性高分子層を形成することが好ましい。本実施の形態においては、後述するように電極系上に試薬層を配置する構成とする。
基板４３、反応部スペーサー４４及び反応部カバー４０は、ポリエチレンテレフタレート等の絶縁性材料で形成されている。例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、及び飽和ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂、並びに尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、及び不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。
作用電極４１及び対電極４２は、基板４３の表面にパラジウム等の導電性材料をスパッタリングした後、レーザでトリミングすることにより形成される。このパターン形状と、反応部スペーサー４４に設けた空隙部により、電極面積が規定される。作用電極４１及び対電極４２としては、パラジウム、金、白金、カーボン等の一般的に用いられる導電性材料を用いることができる。
以上の各構成部材は、図１で示した一点鎖線の位置関係でもって重ね合わせられる。このように重ね合わせて得られるセンサ１の斜視図を図２に示す。また、図３におけるセンサ１のＡ−Ａ断面図を示す。なお、図１においては試薬層４６は省略した。
図３に示すように、試料液供給路４４０内に試薬層４６が配置されている。試薬層４６は、第１の試薬層４６０、第２の試薬層４６１及び親水性高分子を含む親水性高分子層４６２を備えている。また、第１の試薬層４６０は、酸化還元酵素を含み、反応部カバー４０の下面側に形成されている。第２の試薬層４６１は、電子伝達体を含み、基板４３の電極系上に形成されている。そして、この第２の試薬層４５１を覆うように、親水性高分子層４５２が形成されている。
第１の試薬層４６０に含まれる酸化還元酵素としては、コレステロールの酸化反応を触媒する酵素であるコレステロールオキシダーゼまたはコレステロールデヒドロゲナーゼと、コレステロールエステルをコレステロールに変化させる過程を触媒する酵素であるコレステロールエステラーゼとを用いることができる。これにより、血漿中の総コレステロール値を測定することができる。
ここで、コレステロールエステラーゼの酵素反応の進行は非常に遅いため、適切な界面活性剤を添加することが好ましい。この界面活性剤としては、ｎ−オクチル−β−Ｄ−チオグルコシド、ポリエチレングリコールモノドデシルエーテル、コール酸ナトリウム、ドデシル−β−マルトシド、ジュークロースモノラウレート、デオキシコール酸ナトリウム、タウロデオキシコール酸ナトリウム、Ｎ，Ｎ−ビス（３−Ｄ−グルコンアミドプロピル）デオキシコールアミド、およびポリオキシエチレン（１０）オクチルフェニルエーテルなどから選択することができる。
第２の試薬層４６１に含まれる電子伝達体としては、例えば、フェリシアン化カリウム、ｐ−ベンゾキノン、フェナジンメトサルフェート、メチレンブルー、及びフェロセン誘導体等並びにこれらの２種以上の組み合わせを用いることができる。
親水性高分子層４６２を形成する親水性高分子としては、例えば、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、メチルセルロース、エチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリリジン等のポリアミノ酸、ポリスチレンスルホン酸、ゼラチン及びその誘導体、ポリアクリル酸及びその塩、ポリメタアクリル酸及びその塩、スターチ及びその誘導体、並びに無水マレイン酸またはその塩の重合体等が挙げられる。なかでも、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、及びヒドロキシプロピルセルロースが好ましい。
供給手段の詳細な形状：
図４を用いて供給手段２の構造を詳細に説明する。図４は、図１〜３に示すセンサ１の供給手段２の部分を、第１のカバー２０を除いて上から矢印Ｚの方向に見た場合の図である。すなわち、図４においては、第２のカバー２１、２つのスペーサー２２、第２の開口部２３１、第２の開口部２３１から見えるフィルタ３１が認められる。
供給手段２は、第１の開口部２３０と第２の開口部２３１とを有する空間部２３からなるトンネル構造を持つ。第１の開口部２３０と空気孔２３２とは、互いに供給手段２の反対側に位置する。そして、２つのスペーサ２２と、第１のカバー２０および第２のカバー２１とによって、図４のＡで示される領域に毛細管現象を発現するキャピラリースペースが形成され、その下部にフィルタに繋がる第２の開口部２３１が位置する。この構造により、第１の開口部２３０から空間部２３に供給された試料液は、空気孔２３２へ向かう方向に吸引され、第２の開口部２３１の上面へと達する。ここで、第２の開口部２３１の上面は、後述するように第２の開口部２３１とスペーサー２２とにより規定される。
第２の開口部２３１に達した試料液は、第２の開口部２３１を通ってフィルタ３１の一次側端面へと供給される。第１の開口部２３０に供給された試料液が第２の開口部２３１へと吸引されフィルタ３１に供給される動きは、主として毛細管現象により支配される。そして、試料液の吸引を迅速かつ的確に行うために、供給手段２の構造は領域Ａで毛細管現象を発現し得る構造であればよいが、以下の条件（ａ）〜（ｃ）を満たすことが好ましい。
（ａ）図４に示すように、供給手段２の空間部２３は、第１の開口部２３０から領域Ａに向かって狭くする。また、供給手段２の空間部２３は、空気孔２３２から領域Ａに向かって狭くする。すなわち、第１の開口部２３０および空気孔２３２から第２の開口部２３１に向かって空間部２３が狭くなるように、スペーサ２２の形状をくびれ形状に設計するのが好ましい。第１の開口部２３０の幅Ｗ１及び空気孔２３２の幅Ｗ２は、空間部２３の領域Ａにおける壁の最小幅Ｗ３より大きいことが好ましい。また、この壁の幅が最小となる位置に、第２の開口部２３１の中心が位置することが好ましい。以上により、第１の開口部２３０から空間部２３に供給された試料液が迅速に第２の開口部２３１に吸引される。
（ｂ）第１の開口部２３０から第２の開口部２３１の上面中央部までの距離Ｌ１は、空気孔２３２から第２の開口部２３１の上面中央部までの距離Ｌ２以上であることが好ましい。これにより第１の開口部２３０から空間部２３に供給された試料液が迅速に第２の開口部２３１に吸引される。
（ｃ）第２の開口部２３１の最大径φ１は、空間部２３の領域Ａにおける壁の最小幅Ｗ３以上であることが好ましい。第２の開口部２３１の上面には、第２の開口部２３１とスペーサー２２とにより規定される領域Ａが位置する。このような構造により、試料液が領域Ａの壁の側面を伝って迅速に第２の開口部２３１に供給され、第２の開口部２３１の外周部のみに試料液が供給されることを防止することができる。
また、第２の開口部２３１の最大幅φ１が、第２の開口部２３１の中心から空気孔２３２までの距離Ｌ２以下であるのが好ましい。この条件が満たされない場合には、毛細管現象によって第２の開口部２３１に入っていく試料液が、空気孔２３２側から外部に出てしまうおそれがあるからである。
また、第２の開口部２３１と、フィルタ３１に関しては、以下の（ｄ）および（ｅ）の条件を満たすことが好ましい。
（ｄ）第２の開口部２３１の面積は、フィルタ３１の一次側端面の横断面積以下であることが好ましい。そして、第２の開口部２３１をフィルタ３１に投影した場合に、その投影部分（開口部分）がフィルタ３１に含まれるように配置することが好ましい。本実施の形態においては、第２の開口部２３１の直径φ１が、フィルタ３１の直径φ２以下とする。また、第２の開口部２３１の中心とフィルタ３１の中心とが、図１〜３において示すＺ軸方向において、一致するように第２の開口部２３１およびフィルタ３１を配置する。このように配置することで、試料液は、フィルタ３１の一次側端面に確実に供給される。そのため、試料液がフィルタ３１を通らず、濾過されることなしに反応部４に到達することを防止することができる。
（ｅ）第２の開口部２３１の形状とフィルタ３１の一次側端面の断面形状とは、相似であることが好ましい。本実施の形態においては、いずれも円形である。このようにすることで、フィルタ３１の一次側端面に、満遍なく試料液が供給され、フィルタ３１の濾過機能を十二分に利用することができる。
以上の条件（ａ）〜（ｅ）を組み合わせることで、供給手段２の毛細管現象による試料液の吸引及びフィルタ３１への供給が、迅速かつ的確に行われる。上記の条件（ａ）〜（ｅ）を全て満たすように供給手段２を設計するのが好ましいが、これらのうちのいずれか一つの条件を満たすように供給手段２を設計しても構わない。
例えば、図５に示すように、供給手段２のスペーサー２２を直方体形状とし、第１の開口部２３１から空気孔２３２までの空間部を直方体の形状としてもよい。この場合は、上記条件（ｂ）〜（ｅ）が満たされることになる。
このように供給手段２の空間部の形状を変化させることにより、フィルタ３１へ供給する試料液の量を規定することができる。また、このとき、第１の開口部２３０から第２の開口部２３１が設けられている部分までの空間部の体積は、フィルタ３１の空隙部の体積と反応部（試料液供給路４４０）の空間の体積の合計体積以上であることが好ましい。
以上のように供給手段２を構成することで、フィルタ３１へ供給する試料液の供給スピード及び供給量、フィルタ３１の一次側端面への滴下位置を規定することができる。これにより、フィルタ３１の濾過機能を十二分に利用することができ、血球を迅速かつ的確に濾過することができる。
測定動作：
本発明に係るセンサ１を用いた血液中のコレステロールを測定する例を、図３を用いて説明する。ユーザは、第１の開口部２３０へ血液を点着する。第１の開口部２３０は、センサ１の側面に位置する。したがって、例えば、指先から血液採取する場合は、センサ１の側面に位置する第１の開口部２３０へ指先を接触させればよい。また、本発明によれば、毛細管現象によって試料液である血液がフィルタ３１に供給されるため、必ずしもセンサ１を略水平に保持している必要もない。したがって、血液を濾過部に直接滴下する従来の場合と比べて操作性が向上する。
第１の開口部２３０へ点着した血液は、供給手段２の内部に毛細管現象により吸引される。第１の開口部２３０から空気孔２３２の方向（基板４３に対して略水平方向）へ吸引された血液は、第２の開口部２３１を通り、フィルタ３１の一次側端面からフィルタ３１の内側に浸透し、基板４３に対して略垂直方向に濾過される。
フィルタ３１内では、血球の浸透速度は、液体成分である血漿の浸透速度より遅く、血球はフィルタ３１内にとめ置かれ、血漿はフィルタの二次側端面から染み出す。染み出した血漿は、試料液供給路４４０に供給される。この血漿は、毛細管現象により、連結孔４００から第２の空気孔４０１の方向に吸引され、試薬層４５を溶解しながら試料液供給路４４０を満たす。この状態で血液の流動が停止する。
血漿及び試薬は次のような化学反応をする。すなわち、血漿中のコレステロールエステルは、第１の試薬層４６０に含まれるコレステロールエステラーゼを触媒として、コレステロールへと変化する。第１の試薬層４６０に含まれる界面活性剤により、この反応は迅速に進む。そして、このコレステロールと血漿中に最初から含まれるコレステロールは、第１の試薬層４６０に含まれるコレステロールオキシターゼまたはコレステロールデヒドロゲナーゼを触媒としてコレステノンに変化する。このとき、第２の試薬層４６１に含まれる電子伝達体が還元される。例えば、電子伝達体としてフェリシアン化カリウムを用いたときは、このフェリシアン化カリウムは、フェロシアン化カリウムに還元される。
一定時間経過後、測定器を用いて作用極４１と対極４２との間に電圧を印加し、この電子伝達体を電気化学的に酸化する。このとき得られる電流値を測定することで、血液中のコレステロールを定量することができる。
上述したように供給手段２を設けることで、フィルタ３１の濾過機能を十二分に発揮させることができ、血液は迅速かつ的確に濾過され、血球はフィルタ３１内にとめ置かれ、血漿のみが試料液供給路４４０に供給される。すなわち、血球が試料液供給路４４０に進入することが防止できる。そのため、第１の試薬層４６０に含まれる界面活性剤により、血球破壊が生じ血球内にあるグルタチオン等の還元性物質が反応に悪影響を及ぼすことが防止できる。これにより、測定精度及び同時再現性が向上する。
その他：
本発明に係るセンサは、上記実施の形態に示したセンサ１に限定されるものではなく、試料液を供給手段により濾過部に供給して濾過し、前記濾過部で濾過された試料液と反応する試薬を有する反応部へ供給する構成であればよい。以下、その他の構成要件について例示する。
供給手段、濾過部、反応部の位置関係は適宜変更することができる。例えば、濾過方式については、垂直分離方式は、濾過に重力を用いるため濾過距離が短く迅速に濾過が可能であること、試料液供給路にフィルタが進入しないためフィルタが反応系に及ぼす影響が小さいこと等の利点があり好ましい。しかし、供給手段、濾過部、反応部の位置関係を変化させることで、水平分離方式又は複合分離方式等の濾過方式を採用しても構わない。
供給手段の構造は、毛細管現象により試料液を濾過部に吸引することが可能な構造であればよい。例えば、空気孔は供給手段に設けずに濾過部に設けてもよい。
濾過部は、試料液を濾過する機能を有していればよい。フィルタを用いる場合は、１つのフィルタを用いてもよく、２つ以上のフィルタを用いてもよい。フィルタの形状や材質も濾過機能を低下させない程度に適宜設定可能である。
反応部における試薬については、測定対象物質に応じて、適当な酸化還元酵素を選択することで、コレステロール以外にも、血糖値、乳酸値等を測定することができる。たとえば、酸化還元酵素としては、グルコースオキシダーゼ、フルクトースデヒドロゲナーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ、アルコールオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、コレステロールエステラーゼ、キサンチンオキシダーゼ、及びアミノ酸オキシダーゼ等を用いることができる。
反応部における電極系は、上記実施の形態では２電極方式を示しているが、さらに参照電極を加えた３電極方式としてもよい。３電極方式のほうが、２電極方式よりも正確な測定が一般に可能である。さらには、反応部において、電気化学的な方法ではなく、光学的な方法で、測定物質を定量または存在を検知してもよい。例えば、試薬として、酵素反応により変色する色素を用いることができる。そして、この色素の色の変化を光学的に測定して、測定物質の含有量を定量してもよい。
【産業上の利用の可能性】
上記実施の形態の説明では、試料液が血液であり、測定対象物質が血漿中の成分である例について述べたが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。測定対象も血液などの体液成分に限定されるものではなく、本発明に係るセンサは、例えば、微生物やその死骸、汚泥などで濁った湖沼の水質をその場で測定する測定装置への適用などが可能である。
例えば、図１の供給手段２及び濾過部３のみを有するセンサを作製し、濾過部のスペーサ３０の底部に粘着剤を設ければ、既存のポータブル測定器（例えば（株）堀場製作所製のＢ−２１１型等のｐＨメータ）の測定部に貼り付けて用いることができる。この場合、濁った湖沼の水に前記供給手段および濾過部を接触させることで、前記水を試料液として吸引、濾過し、濾過された試料液を測定器の測定部分（電極など）に供給することができる。
本発明に係るセンサによれば、適切な量の試料液を迅速かつ簡便にフィルタに供給することができる。
【図１】
2004102176.tif 000003
【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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【手続補正書】
【提出日】平成17年11月2日(2005.11.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
濾過部と、毛細管現象によって試料液を前記濾過部に供給する供給手段と、前記濾過部で濾過された試料液と反応する試薬を有する反応部とを含むセンサ。
【請求項２】
前記反応部は基板上に設けられており、前記供給手段は前記試料液を前記基板に対して略水平方向に吸引する請求項１記載のセンサ。
【請求項３】
前記濾過部は、前記供給手段から供給された前記試料液を前記基板に対して略垂直方向に濾過する請求項２記載のセンサ。
【請求項４】
前記供給手段は、前記試料液が供給される第１の開口部、前記試料液を前記濾過部に供給する第２の開口部、及び前記第１の開口部と前記第２の開口部とを連通する空間部を有する請求項１記載のセンサ。
【請求項５】
前記第１の開口部に供給された試料液が前記第２の開口部に吸引されるように、前記供給手段に空気孔が配置されている請求項４記載のセンサ。
【請求項６】
前記空気孔は、前記供給手段の前記第２の開口部から見て、前記第１の開口部と反対側に配置されている請求項５記載のセンサ。
【請求項７】
前記供給手段は、第１のカバーと、スペーサーと、第２のカバーを含み、
前記第２の開口部は前記第２のカバーに設けられ、
前記スペーサーによって前記第１の開口部及び前記空気孔が形成されている請求項６記載のセンサ。
【請求項８】
前記空間部が、前記第１の開口部から前記第２の開口部に向かって狭くなっている請求項６記載のセンサ。
【請求項９】
前記空間部が、前記空気孔から前記第２の開口部に向かって狭くなっている請求項８記載のセンサ。
【請求項１０】
前記第１の開口部から前記第２の開口部までの距離が、前記第２の開口部から前記空気孔までの距離以上である請求項６記載のセンサ。
【請求項１１】
前記第２の開口部の最大幅が、前記空間部の最小幅以上である請求項７記載のセンサ。
【請求項１２】
前記第２の開口部の最大幅が、前記第２の開口部の中心から前記空気孔までの距離以下である請求項６記載のセンサ。
【請求項１３】
前記濾過部は、フィルタにより前記試料液を濾過し、前記第２の開口部の断面積が、前記フィルタの断面積より小さい請求項６記載のセンサ。
【請求項１４】
前記第２の開口部の断面が、前記フィルタの断面と相似である請求項１３記載のセンサ。
【請求項１５】
前記空間部の前記第１の開口部から前記第２の開口部までの体積が、前記フィルタの空隙部の体積と前記反応部の空間体積とを合わせた体積以上である請求項１４記載のセンサ。
【請求項１６】
前記反応部に第２の空気孔を有する請求項１記載のセンサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料液中の特定成分の定量又は検知をするためのセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
体液をはじめとする試料液中の特定成分を検出するセンサとして、バイオセンサが知られている。
バイオセンサとは、微生物、酵素、抗体、ＤＮＡ、ＲＮＡ等の生物材料を、分子識別素子として応用したセンサである。すなわち、バイオセンサは、生物材料が特定成分を認識したときに起こる反応、例えば微生物の呼吸による酸素の消費、酵素反応、発光等を利用することにより、試料液中に含まれる特定成分を定量したり、その存在を検知したりする。
【０００３】
そして、各種バイオセンサのなかでも、酵素センサの実用化が進んでいる。例えば、グルコース、乳酸、コレステロール、アミノ酸等のセンサである酵素センサは、医療計測や食品工業等に利用されている。
こうした酵素センサは、例えば、試料液に含まれる特定の物質と酵素などとの反応により生成する電子によって電子伝達体を還元し、この電子伝達体の還元量を、測定器で電気化学的に計測することにより、試料液中に含まれる基質を定量する。
【０００４】
このような試料液中の特定成分を測定するセンサを用いる際に、反応に本質的には不要な物質や反応に悪影響を与え得る物質等を試料液から取り除くことが必要となることがある。例えば、コレステロールセンサにおいて反応系に界面活性剤が含まれる場合は、試料液である血液から血球を取り除くことが必要となることがある。界面活性剤により血球が破壊され、血球内にあるグルタチオン等の還元性物質が反応に悪影響を及ぼすことがあるからである。
【０００５】
具体的には、試料液が供給される開口部付近に、血球を除去するための濾過部を設ける構成をとることが多い。この濾過部の構成としては、例えば図６の（ａ）〜（ｃ）に示すような３つの方式が提案されている。このとき濾過は、濾過部に設けたフィルタにより行われる。
【０００６】
図６は、水平分離方式を示す模式図である。この図に示される方式では、フィルタの試料液が供給される側の端部（一次側端部）の近傍に試料液である血液を滴下して水平方向に濾過し、フィルタの濾過された試料液が漏出する側の端部（二次側端部）から血漿を滲み出させる（例えば、特許文献１参照）。
また、図７は、垂直分離方式を示す模式図である。この図に示される方式では、フィルタの一次側端部に血液を直接滴下して垂直方向に濾過し、血漿をフィルタの二次側端部の底面又はその近傍の端部から漏出させる。
【０００７】
図８は、複合分離方式を示す模式図である。この図に示される方式では、フィルタの一次側端部に血液を直接滴下して垂直方向に濾過するとともに、水平方向においても濾過し、フィルタの二次側端部から血漿を漏出させる（例えば、特許文献２参照）。いずれの方式においても、好適なフィルタを用いることにより血球を反応系に到達する前に取り除くことができる。
【０００８】
しかし、図６〜８いずれの方式を用いたセンサも、フィルタの一次側端部又はその付近に直接試料液を滴下しなければならず、この構成に起因して以下のような問題を有する。
第１に、測定に適切な量の試料液を規定して濾過部に供給することが困難である。そのため濾過部へ供給される試料液の量に過不足が生じやすい。第２に、フィルタに適切なスピードで順次試料液を供給することが困難である。そのため、濾過部の濾過性能に応じたスピードで試料液が供給されないことが起こり得る。これらの第１及び第２の問題を有する結果、濾過部の機能が十分に発揮されず、測定精度の低下、同時再現性の低下、測定時間の増加を招いている。
【０００９】
第３に、試料液の滴下時にユーザはセンサを略水平に保つ必要がある。また、ユーザが指先から血液を滴下する際は、滴下すべき位置に血液を正確に滴下しなければならない。すなわち、ユーザの操作性の観点からもさらなる改善が必要とされている。
例えば、特許文献３には、逆円錐台形の試料液供給口を備えたバイオセンサが提案されているが、この場合も上記第３の問題は解消できない。また、滴下した試料液が少量である場合には、この試料液が逆円錐台形の部分に付着して、適切に濾過部にまで達しないという問題もある。
【特許文献１】国際公開第02/054054A1号パンフレット
【特許文献２】国際公開第02/095385A1号パンフレット
【特許文献３】国際公開第03/074999A1号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明は、略水平に保たなくても試料液を迅速かつ簡便にフィルタに供給することができ、さらに少量の試料液であっても、迅速かつ簡便にフィルタの中心部に供給することができる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】
【００１１】
本発明は、濾過部と、毛細管現象によって試料液を前記濾過部に供給する供給手段と、前記濾過部で濾過された試料液と反応する試薬を有する反応部とを含むセンサに関する。
前記反応部は基板上に設けられており、前記供給手段は前記試料液を前記基板に対して略水平方向に吸引するのが好ましい。
前記濾過部は、前記供給手段から供給された前記試料液を前記基板に対して略垂直方向に濾過するのが好ましい。
【００１２】
前記供給手段は、前記試料液が供給される第１の開口部、前記試料液を前記濾過部に供給する第２の開口部、及び前記第１の開口部と前記第２の開口部とを連通する空間部を有するのが好ましい。
前記第１の開口部に供給された試料液が前記第２の開口部に吸引されるように、前記供給手段に空気孔が配置されているのが好ましい。
前記空気孔は、前記供給手段の前記第２の開口部から見て、前記第１の開口部と反対側に配置されているのが好ましい。
【００１３】
前記供給手段は、第１のカバーと、スペーサーと、第２のカバーを含み、前記第２の開口部は前記第２のカバーに設けられ、前記スペーサーによって前記第１の開口部及び前記空気孔が形成されているのが好ましい。
前記空間部が、前記第１の開口部から前記第２の開口部に向かって狭くなっているのが好ましい。また、前記空間部が、前記空気孔から前記第２の開口部に向かって狭くなっているのが好ましい。
【００１４】
前記第１の開口部から前記第２の開口部までの距離が、前記第２の開口部から前記空気孔までの距離以上であるのが好ましい。
前記第２の開口部の最大幅が、前記空間部の最小幅以上であるのが好ましい。
前記第２の開口部の最大幅が、前記第２の開口部の中心から前記空気孔までの距離以下であるのが好ましい。
前記濾過部は、フィルタにより前記試料液を濾過し、前記第２の開口部の断面積が、前記フィルタの断面積より小さいのが好ましい。
【００１５】
前記第２の開口部の断面が、前記フィルタの断面と相似であるのが好ましい。
前記空間部の前記第１の開口部から前記第２の開口部までの体積が、前記フィルタの空隙部の体積と前記反応部の空間体積とを合わせた体積以上であるのが好ましい。
前記反応部に第２の空気孔を有するのが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
上記の問題を解決するために、本発明のセンサにおいては、所定の構造及び機能を有する供給手段によって試料液を濾過部に供給して濾過し、前記濾過部で濾過された試料液を、当該試料液と反応する試薬を有する反応部へ供給する。
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明の以下に示す実施の形態及び各図面は本発明を特に限定するものではない。
【００１７】
発明の概要：
本実施の形態に係るセンサの各部の詳細な説明に先立ち、図１に示すセンサ１の分解斜視図を用いてこのセンサ１の概要を説明する。図１に示すように、センサ１は、供給手段２、濾過部３、反応部４を備えている。このセンサ１は、濾過部３に試料液を供給する供給手段２を有している点で従来のセンサと大きく異なる。試料液は直接濾過部に供給されるのではなく、供給手段２を介して濾過部３に供給される。
【００１８】
この供給手段２は、キャピラリ構造をとり、毛細管現象によって試料液を濾過部３に供給するようになっている。ここで、「毛細管現象」とは、細い管を液体中に立てたとき、管内表面に対する液体の付着力と表面張力との作用で、管内の液体面が他の水平面より高くなる又は低くなる現象をいう。
この毛細管現象によって、試料液は迅速に濾過部３へ供給される。この試料液の量は、供給手段２によって規定されるので、過剰の試料液が濾過部３に供給されることを防止できる。また、濾過部３のうち、試料液が供給される部分は、供給手段２と濾過部３との位置関係によって規定することができるので、濾過部３の不適切な場所に試料液が供給されることを防止できる。
【００１９】
以上により、濾過部３の濾過機能の低下を防止することができる。また、反応部４に到達する試料液が適切に濾過されることで、反応部４における試薬との反応が適切に進み、センサ１の測定精度や同時再現性が向上する。
ここで、本実施の形態におけるセンサ１においては、試料液として、例えば血液（全血液の場合と、血漿や血清等の無細胞成分の場合とのいずれの場合をも含む）、間質液、皮膚液、汗、涙、尿等の生体液等を用いることができ、また、試料液中の被検物質として、例えばグルコース、コレステロール、乳酸等を用いることができる。
とりわけ、センサ１は、人体の血液中のコレステロール、グルコース、乳酸の定量に適している。ここでは、人体の血液中に含まれるコレステロールの定量を例にとって、センサ１の構成をより具体的に説明する。
【００２０】
センサの構成：
図１に示すように、センサ１においては、供給手段２、濾過部３及び反応部４が、センサ１の厚み方向にこの順番で積層されている。ここで、図に示すＺ方向をセンサ１の厚み方向とする。また、Ｘ方向をセンサ１の長さ方向とし、Ｙ方向をセンサ１の幅方向とする。なお、濾過方式としては、垂直分離方式を採用している。
【００２１】
供給手段２は、第１のカバー（キャピラリーカバー）２０と、フィルタに繋がる第２の開口部２３１が形成された第２のカバー（フィルターカバー）２１と、２つのスペーサー（キャピラリースペーサー）２２とで構成されている。２つのスペーサー（キャピラリースペーサー）２２によって、第１のカバー２０と第２のカバー２１との間に、試料供給部となる第１の開口部２３０と、空気孔２３２と、第１の開口部２３０及び空気孔２３２を有する空間部２３とが形成される。
【００２２】
供給手段２は、後述するように第１の開口部２３０に供給された試料液が、毛細管現象で第２の開口部２３１に吸引されるのに適した形状となっている。
第１のカバー２０、第２のカバー２１及びスペーサー２２を構成する材料としては、保存時及び測定時に充分な剛性を有する材料を用いることができる。例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、及び飽和ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂、ならびに尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、及び不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂等が挙げられる。
【００２３】
また、これらの構成部材には、それぞれ異なる部材を用いてもよいし、同一の部材で形成してもよい。例えば、第１のカバー２０、第２のカバー２１及びスペーサー２２を同一部材で構成し、かつこれらを一体に形成してもよい。
濾過部３は、第２のカバー２１と、フィルタ用の連結孔４００及び第２の空気孔４０１が形成された反応部カバー４０との間に、フィルタスペーサー３０及び円柱状のフィルタ３１を配置することで構成されている。フィルタスペーサー３０は、フィルタ３１を直接保持するための突起状のフィルタ保持部３００を有している。このフィルタ保持部３００と、第２のカバー２１、反応部カバー４０とにより、フィルタ３１が保持される。フィルタ３１が保持された状態では、第２の開口部２３１と連結孔４００との間の空間に、フィルタ３１の周囲を一回りする空間である空隙部３２が形成される。
【００２４】
フィルタ３１の材質としては、ガラス、紙又はポリエステルの不織繊維等を用いることができる。また、フィルタ３１の有する孔のサイズは、血球が通過しない程度に設計される。より具体的には、後述する試料液供給路４４０全体が血漿で満たされるだけの量の血液がフィルタ３１を通過し、それでもなお血球がフィルタ３１の二次側端部に達しない程度に、血漿と血球との流通抵抗の差が形成されるように前記孔のサイズを設計する。フィルタスペーサー３０及びフィルタ保持部３００には、上述のスペーサー２２等と同様に、保存及び測定時に十分な剛性を有する材料を用いることができる。
【００２５】
反応部４は反応部カバー４０と、基板４３と、反応部スペーサー４４とで構成される。反応部カバー４０と、作用電極４１及び対電極４２を含む一対の電極（電極系）が配置された基板４３との間に、空隙部を有する反応部スペーサー４４を介在させることで、試料液供給路４４０を形成する。すなわち、試料液供給路４４０は、反応部スペーサー４４の空隙部と反応部カバー４０の連結孔４００とで構成される空間である。
【００２６】
この試料液供給路４４０には、試薬が配置される。試薬は、電極系上又はその近傍の位置に、試薬層として配置してもよい。又は、作用電極４１、対電極４２を構成する導電性材料と混合して、電極内部に保持しても良い。電極系上に試薬層を配置する場合は、この試薬層の剥離を抑制するために、試薬層に接する形で親水性高分子層を形成することが好ましい。本実施の形態においては、後述するように電極系上に試薬層を配置する構成とする。
【００２７】
基板４３、反応部スペーサー４４及び反応部カバー４０は、ポリエチレンテレフタレート等の絶縁性材料で形成されている。例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、及び飽和ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂、並びに尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、及び不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。
【００２８】
作用電極４１及び対電極４２は、基板４３の表面にパラジウム等の導電性材料をスパッタリングした後、レーザでトリミングすることにより形成される。このパターン形状と、反応部スペーサー４４に設けた空隙部により、電極面積が規定される。作用電極４１及び対電極４２としては、パラジウム、金、白金、カーボン等の一般的に用いられる導電性材料を用いることができる。
以上の各構成部材は、図１で示した一点鎖線の位置関係でもって重ね合わせられる。このように重ね合わせて得られるセンサ１の斜視図を図２に示す。また、図３におけるセンサ１のＡ−Ａ断面図を示す。なお、図１においては試薬層４６は省略した。
【００２９】
図３に示すように、試料液供給路４４０内に試薬層４６が配置されている。試薬層４６は、第１の試薬層４６０、第２の試薬層４６１及び親水性高分子を含む親水性高分子層４６２を備えている。また、第１の試薬層４６０は、酸化還元酵素を含み、反応部カバー４０の下面側に形成されている。第２の試薬層４６１は、電子伝達体を含み、基板４３の電極系上に形成されている。そして、この第２の試薬層４６１を覆うように、親水性高分子層４６２が形成されている。
【００３０】
第１の試薬層４６０に含まれる酸化還元酵素としては、コレステロールの酸化反応を触媒する酵素であるコレステロールオキシダーゼまたはコレステロールデヒドロゲナーゼと、コレステロールエステルをコレステロールに変化させる過程を触媒する酵素であるコレステロールエステラーゼとを用いることができる。これにより、血漿中の総コレステロール値を測定することができる。
【００３１】
ここで、コレステロールエステラーゼの酵素反応の進行は非常に遅いため、適切な界面活性剤を添加することが好ましい。この界面活性剤としては、ｎ−オクチル−β−Ｄ−チオグルコシド、ポリエチレングリコールモノドデシルエーテル、コール酸ナトリウム、ドデシル−β−マルトシド、ジュークロースモノラウレート、デオキシコール酸ナトリウム、タウロデオキシコール酸ナトリウム、Ｎ，Ｎ−ビス（３−Ｄ−グルコンアミドプロピル）デオキシコールアミド、およびポリオキシエチレン（１０）オクチルフェニルエーテルなどから選択することができる。
第２の試薬層４６１に含まれる電子伝達体としては、例えば、フェリシアン化カリウム、ｐ−ベンゾキノン、フェナジンメトサルフェート、メチレンブルー、及びフェロセン誘導体等並びにこれらの２種以上の組み合わせを用いることができる。
【００３２】
親水性高分子層４６２を形成する親水性高分子としては、例えば、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、メチルセルロース、エチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリリジン等のポリアミノ酸、ポリスチレンスルホン酸、ゼラチン及びその誘導体、ポリアクリル酸及びその塩、ポリメタアクリル酸及びその塩、スターチ及びその誘導体、並びに無水マレイン酸またはその塩の重合体等が挙げられる。なかでも、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、及びヒドロキシプロピルセルロースが好ましい。
【００３３】
供給手段の詳細な形状：
図４を用いて供給手段２の構造を詳細に説明する。図４は、図１〜３に示すセンサ１の供給手段２の部分を、第１のカバー２０を除いて上から矢印Ｚの方向に見た場合の図である。すなわち、図４においては、第２のカバー２１、２つのスペーサー２２、第２の開口部２３１、第２の開口部２３１から見えるフィルタ３１が認められる。
【００３４】
供給手段２は、第１の開口部２３０と第２の開口部２３１とを有する空間部２３からなるトンネル構造を持つ。第１の開口部２３０と空気孔２３２とは、互いに供給手段２の反対側に位置する。そして、２つのスペーサ２２と、第１のカバー２０および第２のカバー２１とによって、図４のＡで示される領域に毛細管現象を発現するキャピラリースペースが形成され、その下部にフィルタに繋がる第２の開口部２３１が位置する。この構造により、第１の開口部２３０から空間部２３に供給された試料液は、空気孔２３２へ向かう方向に吸引され、第２の開口部２３１の上面へと達する。ここで、第２の開口部２３１の上面は、後述するように第２の開口部２３１とスペーサー２２とにより規定される。
【００３５】
第２の開口部２３１に達した試料液は、第２の開口部２３１を通ってフィルタ３１の一次側端面へと供給される。第１の開口部２３０に供給された試料液が第２の開口部２３１へと吸引されフィルタ３１に供給される動きは、主として毛細管現象により支配される。そして、試料液の吸引を迅速かつ的確に行うために、供給手段２の構造は領域Ａで毛細管現象を発現し得る構造であればよいが、以下の条件（ａ）〜（ｃ）を満たすことが好ましい。
【００３６】
（ａ）図４に示すように、供給手段２の空間部２３は、第１の開口部２３０から領域Ａに向かって狭くする。また、供給手段２の空間部２３は、空気孔２３２から領域Ａに向かって狭くする。すなわち、第１の開口部２３０および空気孔２３２から第２の開口部２３１に向かって空間部２３が狭くなるように、スペーサ２２の形状をくびれ形状に設計するのが好ましい。第１の開口部２３０の幅Ｗ１及び空気孔２３２の幅Ｗ２は、空間部２３の領域Ａにおける壁の最小幅Ｗ３より大きいことが好ましい。また、この壁の幅が最小となる位置に、第２の開口部２３１の中心が位置することが好ましい。以上により、第１の開口部２３０から空間部２３に供給された試料液が迅速に第２の開口部２３１に吸引される。
【００３７】
（ｂ）第１の開口部２３０から第２の開口部２３１の上面中央部までの距離Ｌ１は、空気孔２３２から第２の開口部２３１の上面中央部までの距離Ｌ２以上であることが好ましい。これにより第１の開口部２３０から空間部２３に供給された試料液が迅速に第２の開口部２３１に吸引される。
【００３８】
（ｃ）第２の開口部２３１の最大径φ１は、空間部２３の領域Ａにおける壁の最小幅Ｗ３以上であることが好ましい。第２の開口部２３１の上面には、第２の開口部２３１とスペーサー２２とにより規定される領域Ａが位置する。このような構造により、試料液が領域Ａの壁の側面を伝って迅速に第２の開口部２３１に供給され、第２の開口部２３１の外周部のみに試料液が供給されることを防止することができる。
【００３９】
また、第２の開口部２３１の最大幅φ１が、第２の開口部２３１の中心から空気孔２３２までの距離Ｌ２以下であるのが好ましい。この条件が満たされない場合には、毛細管現象によって第２の開口部２３１に入っていく試料液が、空気孔２３２側から外部に出てしまうおそれがあるからである。
また、第２の開口部２３１と、フィルタ３１に関しては、以下の（ｄ）および（ｅ）の条件を満たすことが好ましい。
【００４０】
（ｄ）第２の開口部２３１の面積は、フィルタ３１の一次側端面の横断面積以下であることが好ましい。そして、第２の開口部２３１をフィルタ３１に投影した場合に、その投影部分（開口部分）がフィルタ３１に含まれるように配置することが好ましい。本実施の形態においては、第２の開口部２３１の直径φ１が、フィルタ３１の直径φ２以下とする。また、第２の開口部２３１の中心とフィルタ３１の中心とが、図１〜３において示すＺ軸方向において、一致するように第２の開口部２３１およびフィルタ３１を配置する。このように配置することで、試料液は、フィルタ３１の一次側端面に確実に供給される。そのため、試料液がフィルタ３１を通らず、濾過されることなしに反応部４に到達することを防止することができる。
【００４１】
（ｅ）第２の開口部２３１の形状とフィルタ３１の一次側端面の断面形状とは、相似であることが好ましい。本実施の形態においては、いずれも円形である。このようにすることで、フィルタ３１の一次側端面に、満遍なく試料液が供給され、フィルタ３１の濾過機能を十二分に利用することができる。
【００４２】
以上の条件（ａ）〜（ｅ）を組み合わせることで、供給手段２の毛細管現象による試料液の吸引及びフィルタ３１への供給が、迅速かつ的確に行われる。上記の条件（ａ）〜（ｅ）を全て満たすように供給手段２を設計するのが好ましいが、これらのうちのいずれか一つの条件を満たすように供給手段２を設計しても構わない。
例えば、図５に示すように、供給手段２のスペーサー２２を直方体形状とし、第１の開口部２３１から空気孔２３２までの空間部を直方体の形状としてもよい。この場合は、上記条件（ｂ）〜（ｅ）が満たされることになる。
【００４３】
このように供給手段２の空間部の形状を変化させることにより、フィルタ３１へ供給する試料液の量を規定することができる。また、このとき、第１の開口部２３０から第２の開口部２３１が設けられている部分までの空間部の体積は、フィルタ３１の空隙部の体積と反応部（試料液供給路４４０）の空間の体積の合計体積以上であることが好ましい。
以上のように供給手段２を構成することで、フィルタ３１へ供給する試料液の供給スピード及び供給量、フィルタ３１の一次側端面への滴下位置を規定することができる。これにより、フィルタ３１の濾過機能を十二分に利用することができ、血球を迅速かつ的確に濾過することができる。
【００４４】
測定動作：
本発明に係るセンサ１を用いた血液中のコレステロールを測定する例を、図３を用いて説明する。ユーザは、第１の開口部２３０へ血液を点着する。第１の開口部２３０は、センサ１の側面に位置する。したがって、例えば、指先から血液採取する場合は、センサ１の側面に位置する第１の開口部２３０へ指先を接触させればよい。また、本発明によれば、毛細管現象によって試料液である血液がフィルタ３１に供給されるため、必ずしもセンサ１を略水平に保持している必要もない。したがって、血液を濾過部に直接滴下する従来の場合と比べて操作性が向上する。
【００４５】
第１の開口部２３０へ点着した血液は、供給手段２の内部に毛細管現象により吸引される。第１の開口部２３０から空気孔２３２の方向（基板４３に対して略水平方向）へ吸引された血液は、第２の開口部２３１を通り、フィルタ３１の一次側端面からフィルタ３１の内側に浸透し、基板４３に対して略垂直方向に濾過される。
フィルタ３１内では、血球の浸透速度は、液体成分である血漿の浸透速度より遅く、血球はフィルタ３１内にとめ置かれ、血漿はフィルタの二次側端面から染み出す。染み出した血漿は、試料液供給路４４０に供給される。この血漿は、毛細管現象により、連結孔４００から第２の空気孔４０１の方向に吸引され、試薬層４５を溶解しながら試料液供給路４４０を満たす。この状態で血液の流動が停止する。
【００４６】
血漿及び試薬は次のような化学反応をする。すなわち、血漿中のコレステロールエステルは、第１の試薬層４６０に含まれるコレステロールエステラーゼを触媒として、コレステロールへと変化する。第１の試薬層４６０に含まれる界面活性剤により、この反応は迅速に進む。そして、このコレステロールと血漿中に最初から含まれるコレステロールは、第１の試薬層４６０に含まれるコレステロールオキシターゼまたはコレステロールデヒドロゲナーゼを触媒としてコレステノンに変化する。このとき、第２の試薬層４６１に含まれる電子伝達体が還元される。例えば、電子伝達体としてフェリシアン化カリウムを用いたときは、このフェリシアン化カリウムは、フェロシアン化カリウムに還元される。
【００４７】
一定時間経過後、測定器を用いて作用極４１と対極４２との間に電圧を印加し、この電子伝達体を電気化学的に酸化する。このとき得られる電流値を測定することで、血液中のコレステロールを定量することができる。
上述したように供給手段２を設けることで、フィルタ３１の濾過機能を十二分に発揮させることができ、血液は迅速かつ的確に濾過され、血球はフィルタ３１内にとめ置かれ、血漿のみが試料液供給路４４０に供給される。すなわち、血球が試料液供給路４４０に進入することが防止できる。そのため、第１の試薬層４６０に含まれる界面活性剤により、血球破壊が生じ血球内にあるグルタチオン等の還元性物質が反応に悪影響を及ぼすことが防止できる。これにより、測定精度及び同時再現性が向上する。
【００４８】
その他：
本発明に係るセンサは、上記実施の形態に示したセンサ１に限定されるものではなく、試料液を供給手段により濾過部に供給して濾過し、前記濾過部で濾過された試料液と反応する試薬を有する反応部へ供給する構成であればよい。以下、その他の構成要件について例示する。
【００４９】
供給手段、濾過部、反応部の位置関係は適宜変更することができる。例えば、濾過方式については、垂直分離方式は、濾過に重力を用いるため濾過距離が短く迅速に濾過が可能であること、試料液供給路にフィルタが進入しないためフィルタが反応系に及ぼす影響が小さいこと等の利点があり好ましい。しかし、供給手段、濾過部、反応部の位置関係を変化させることで、水平分離方式又は複合分離方式等の濾過方式を採用しても構わない。
【００５０】
供給手段の構造は、毛細管現象により試料液を濾過部に吸引することが可能な構造であればよい。例えば、空気孔は供給手段に設けずに濾過部に設けてもよい。
濾過部は、試料液を濾過する機能を有していればよい。フィルタを用いる場合は、１つのフィルタを用いてもよく、２つ以上のフィルタを用いてもよい。フィルタの形状や材質も濾過機能を低下させない程度に適宜設定可能である。
【００５１】
反応部における試薬については、測定対象物質に応じて、適当な酸化還元酵素を選択することで、コレステロール以外にも、血糖値、乳酸値等を測定することができる。たとえば、酸化還元酵素としては、グルコースオキシダーゼ、フルクトースデヒドロゲナーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ、アルコールオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、コレステロールエステラーゼ、キサンチンオキシダーゼ、及びアミノ酸オキシダーゼ等を用いることができる。
【００５２】
反応部における電極系は、上記実施の形態では２電極方式を示しているが、さらに参照電極を加えた３電極方式としてもよい。３電極方式のほうが、２電極方式よりも正確な測定が一般に可能である。さらには、反応部において、電気化学的な方法ではなく、光学的な方法で、測定物質を定量または存在を検知してもよい。例えば、試薬として、酵素反応により変色する色素を用いることができる。そして、この色素の色の変化を光学的に測定して、測定物質の含有量を定量してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
上記実施の形態の説明では、試料液が血液であり、測定対象物質が血漿中の成分である例について述べたが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。測定対象も血液などの体液成分に限定されるものではなく、本発明に係るセンサは、例えば、微生物やその死骸、汚泥などで濁った湖沼の水質をその場で測定する測定装置への適用などが可能である。
【００５４】
例えば、図１の供給手段２及び濾過部３のみを有するセンサを作製し、濾過部のスペーサ３０の底部に粘着剤を設ければ、既存のポータブル測定器（例えば（株）堀場製作所製のＢ-211型等のｐＨメータ）の測定部に貼り付けて用いることができる。この場合、濁った湖沼の水に前記供給手段および濾過部を接触させることで、前記水を試料液として吸引、濾過し、濾過された試料液を測定器の測定部分（電極など）に供給することができる。
本発明に係るセンサによれば、適切な量の試料液を迅速かつ簡便にフィルタに供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施の形態に係るセンサの分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るセンサの斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係るセンサのＹ−Ｙ断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係るセンサの供給手段を示す概略図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係るセンサの供給手段を示す概略図である。
【図６】水平分離方式により血液を分離するフィルタの概略断面図である。
【図７】垂直分離方式により血液を分離するフィルタの概略断面図である。
【図８】複合分離方式により血液を分離するフィルタの概略断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  センサ
２  供給手段
３  濾過部
４  反応部
２０  第１のカバー
２１  第２のカバー
２２  スペーサー
２３  空間部
３０  フィルタスペーサー
３１  フィルタ
３２  空隙部
４０  反応部カバー
４１  作用電極
４２  対電極
４３  基板
４４  反応部スペーサー
４６  試薬層
２３０  第１の開口部
２３１  第２の開口部
２３２  空気孔
３００  フィルタ保持部
４００  連結孔
４０１  第２の空気孔
４４０  試料液供給路
４６０  第１の試薬層
４６１  第２の試薬層
４６２  親水性高分子層
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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】
2004102176.tif 000017
【図８】
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【国際調査報告】
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2004102176.tif 000020
2004102176.tif 000021
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