(57)【要約】【課題】バイオセンサ等として利用可能な電極チップにおいて、絶縁層を設けることなく作用電極等の電極本体部の面積を正確に規定する。【解決手段】絶縁基体１２上に作用電極１４と対極１５が形成されている。絶縁基体１２上の所定の領域２２には試料溶液を保持可能であり、絶縁基体１２、作用電極１４、及び対極１５と直接接触して被覆する液体保持層２１が設けられている。作用電極１４と対極１５のうち液体保持層２１と接触する部分が試料溶液と電気化学的に反応する電極本体部１４ａ，１５ａとして機能する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中の反応を電気化学的に検出するための電極チップであって、
絶縁基体と、
前記絶縁基体上に形成され、かつ前記絶縁基体上の一つの領域にその一部が配置されている作用電極と、
前記絶縁基体上に前記作用電極とは間隔を隔てて形成され、かつ前記絶縁基体上の前記領域にその一部が配置されている対極と、
前記液体を保持可能であり、前記領域において前記絶縁基体、前記作用電極、及び前記対極と直接接触して被覆する液体保持層とを備え、
前記作用電極及び前記対極のうち前記液体保持層と接触する部分がそれぞれ前記液体と電気化学的に作用する電極本体部として機能する、電極チップ。
【請求項２】
前記作用電極の前記電極本体部の面積は、前記対極の前記電極本体部の面積よりも小さい、請求項１に記載の電極チップ。
【請求項３】
前記絶縁基体上に前記作用電極及び前記対極と間隔を隔てて形成され、かつ前記絶縁基体上の前記領域にその一部が配置されている参照電極をさらに備え、
前記参照電極のうち前記液体保持層と接触する部分が前記液体と電気化学的に作用する電極本体部として機能する、請求項１に記載の電極チップ。
【請求項４】
前記参照電極の前記電極本体部が銀−塩化銀からなる、請求項３に記載の電極チップ。
【請求項５】
前記作用電極及び前記対極の前記電極本体部が金、白金、パラジウム、又はカーボンのいずれかである、請求項１に記載の電極チップ。
【請求項６】
前記液体保持層は、前記液体が供給される前は乾燥状態で前記絶縁基体の前記表面に担持され、かつ前記液体が供給されると溶解してゲル化する高分子材料からなる、請求項１に記載の電極チップ。
【請求項７】
前記液体保持層は、前記液体に含まれる前記電極部に対して酸化還元体として機能する低分子量の分子は通過させるが、前記電極部に対して非特異吸着性を有する分子を含む高分子量の分子は通過させない分子網目構造を有する、請求項１に記載の電極チップ。
【請求項８】
前記液体保持層は親水性材料からなる、請求項１に記載の電極チップ。
【請求項９】
前記液体保持層はカルボキシメチルセルロースである、請求項１に記載の電極チップ。
【請求項１０】
絶縁基体上の一つの領域にその一部がそれぞれ配置されるように、前記絶縁基体上に少なくとも作用電極と対極を含む電極を形成し、
前記絶縁基体上の前記領域に液体を保持可能な液体保持層を形成し、前記領域において前記絶縁基体及び前記電極に前記液体保持層を直接接触させて被覆する、電極チップの製造方法。
【請求項１１】
前記領域と一致する形状を有し、かつ厚み方向に貫通する開口が形成された開口部材を準備し、
前記開口が前記領域に位置合わせされるように、前記開口部材を前記絶縁基体上に配置し、
高分子材料を溶媒に分散させた高分子分散液を前記開口の内部に注入し、かつ
前記開口の内部に注入された前記高分子分散液から前記溶媒を蒸発させて高分子分散液を乾燥させることにより前記液体保持層を形成する、請求項１０に記載の電極チップの製造方法。
【請求項１２】
前記高分子分散液の乾燥は、常温乾燥、真空乾燥、又は凍結乾燥のいずれかである請求項１１に記載の電極チップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオセンサを含む電気化学センサとして利用可能な電極チップ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁基体上に電極を備えたチップ（電極チップ）からなり、電極界面で被測定物質により起こる電流や電位の変化を検知する電極式の電気化学センサが種々の分野で応用及び実用化されている。特に近年、小型化及びマルチ化が容易であるという理由から、電極式の電気化学センサを生体中に存在するタンパク質、酵素、低分子複合体等の物質を測定するバイオセンサに適用することに対する需要が高まっている。
【０００３】
この種の電気化学センサは、３極式と２極式に大別される。３極式の電気化学センサは、絶縁基体上に作用電極、対極、及び参照電極を備えている。これら作用電極、対極、及び参照電極は被測定液と電気化学的に相互作用する部分（電極本体部）と、外部回路との電気的導通のための部分（接点端子部）とを除いて絶縁層で覆われている。電位測定の場合には、作用電極と参照電極との電位差が測定される。また、電流測定の場合には、作用電極と参照電極との電位差を外部回路によって一定に維持しつつ、作用電極と対極との間に流れる電流が測定される。一方、２極式の電気化学センサは対極と作用電極のみを備え、対極と作用電極間に電圧を印加し、その際に流れる電流を検出することにより測定液体中に含まれる特定の成分（例えば、グルコース）の濃度を検出する。
【０００４】
例えば、電気化学式のバイオセンサを構成する３極式の電極チップが特許文献１に開示されている。図１０は、特許文献１に開示された電極チップを示す。絶縁基体１上に導電性カーボンペーストをスクリーン印刷して対極２、作用電極３、及び参照電極４が設けられている。絶縁基体１及び電極２〜４上には、接点端子部と電極本体部２’，３’，４’を残して絶縁層５が設けられている。換言すれば、絶縁層５に開口部５ａが設けられており、この開口部５ａによって対極２、作用電極３、及び参照電極４の電極本体部２’〜４’が規定されている。また、電極本体部２’〜４の表面には親水性高分子及び酸化還元酵素の層であるＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）−ＧＯＤ（グルコースオキシターゼ）層が設けられている。特許文献２にも、電極を覆う絶縁層に形成された開口部によって電極本体部を規定する構造の電極チップが開示されている。
【０００５】
しかしながら、電極本体部と接点端子部とを除いた電極全体を覆う絶縁層を設けると、電極チップの構造が複雑化し、製造工程も煩雑となる。また、特に電極本体部の寸法を微細化する場合、絶縁層の開口部の寸法も微細化する必要があり、絶縁層の開口部と個々の電極の位置合わせも高い精度が求められるので、絶縁層を高精度で形成することが要求される。さらに、絶縁層の形成を加熱印刷のような加熱を含む工程で行う場合、熱変形特性に関して絶縁基体の材料の選択に制約が生じる。例えば、コストや使い捨て性の観点から一般に絶縁基体の材料として樹脂が選択されるが、加熱印刷により絶縁層を形成するためには、ガラス転移温度が高く熱変形しにくい樹脂を絶縁基体の材料として選択する必要が生じる。以上の点から、絶縁層により個々の電極の電極本体部を規定する構造は複雑で取り扱い性や量産性が良好でない。
【０００６】
【特許文献１】特開平２−６２９５２号公報
【特許文献２】特開平２−３１０４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記従来の問題に鑑み、本発明はバイオセンサを含む電気化学センサとして利用可能な電極チップにおいて、絶縁層を設けることなく電極本体部の面積を正確に規定し、かつ取り扱い性と量産性を向上することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様は、液体中の反応を電気化学的に検出するための電極チップであって、絶縁基体と、前記絶縁基体上に形成され、かつ前記絶縁基体上の一つの領域にその一部が配置されている作用電極と、前記絶縁基体上に前記作用電極とは間隔を隔てて形成され、かつ前記絶縁基体上の前記領域にその一部が配置されている対極と、前記液体を保持可能であり、前記領域において前記絶縁基体、前記作用電極、及び前記対極と直接接触して被覆する液体保持層とを備え、前記作用電極及び前記対極のうち前記液体保持層と接触する部分がそれぞれ前記液体と電気化学的に作用する電極本体部として機能する、電極チップを提供する。
【０００９】
液体保持層が液体を保持し、絶縁基体のうち液体保持層が配置されている領域のみが液体によって濡れる。従って、作用電極及び対極のうち電気化学的に作用する部分の面積、すなわち作用電極及び対極の電極本体部の面積は、作用電極及び対極の液体保持層に対する接触面積として正確に規定される。換言すれば、絶縁層を形成することなく作用電極及び対極の電極本体部の面積を正確に規定でき、高い測定精度と測定の再現性が得られる。また、電極チップは絶縁層を設けていない簡易な構造であるので、取り扱いが容易であると共に、製造が容易で量産に適している。
【００１０】
具体的には、前記作用電極の前記電極本体部の面積は、前記対極の前記電極本体部の面積よりも小さい。
【００１１】
本発明の電極チップは２極式に限らず３極式であってもよい。３極式とすることで自然電位の測定や高精度の電流測定が可能となる。具体的には、電極チップは、前記絶縁基体上に前記作用電極及び前記対極とは間隔を隔てて形成され、かつ前記絶縁基体上の前記領域にその一部が配置されている参照電極をさらに備え、前記参照電極のうち前記液体保持層と接触する部分が前記液体と電気化学的に作用する電極本体部として機能してもよい。
【００１２】
参照電極の電極本体部を銀−塩化銀とすることで、基準電位が安定してより高精度での測定が可能となる。
【００１３】
作用電極や対極の電極本体部を導電性が高く化学的に安定した金、白金、パラジウム、又はカーボンとすることで、測定精度を向上できる。
【００１４】
好ましくは、前記液体保持層は、前記液体が供給される前は乾燥状態で前記絶縁基体の前記表面に担持され、かつ前記液体が供給されると溶解してゲル化する高分子材料からなる。液体保持層がゲル化して高粘度となることにより、作用電極等の電極の液体保持層に対する接触面積、すなわち作用電極等の電極の電極本体部の面積を確実に所望の広さで維持できる。例えば、ゲル化した液体保持層が２〜１００ｃｐ（センチポワズ）程度の粘度を有することが好ましい。
【００１５】
好ましくは、前記液体保持層は、前記液体に含まれる前記電極部に対して酸化還元体として機能する低分子量の分子は通過させるが、前記電極部に対して非特異吸着性を有する分子を含む高分子量の分子は通過させない分子網目構造を有する。液体に含まれる酸化還元体と電極本体部との電気的ないしは電気化学的な相互作用を確保しつつ、タンパク質等が非特異吸着することに起因して電極本体部の電気的特性が時間経過に伴って低下するのを防止できる。
【００１６】
液体保持層は親水性材料からなることが好ましい。電極本体部の濡れ性が向上するので、電極本体部の面積をより高精度で規定できる。
【００１７】
液体保持層を構成する材料として、例えばデンプン系、カルボキシメチルセルロース系、ゼラチン系、アクリル酸塩系、ビニルアルコール系、ビニルピロリドン系、無水マレイン酸系から選択された一つの系の物質もしくは二種類以上の系の混合物を採用できる。セルロース系の親水性高分子材料の一種であって非特異吸着抑制効果を有するカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）は、液体保持層を構成する材料として特に適している。
【００１８】
第２の発明は、絶縁基体上の一つの領域にその一部がそれぞれ配置されるように、前記絶縁基体上に少なくとも作用電極と対極を含む電極を形成し、前記絶縁基体上の前記領域に液体を保持可能な液体保持層を形成し、前記領域において前記絶縁基体及び前記電極に前記液体保持層を直接接触させて被覆する、電極チップの製造方法を提供する。
【００１９】
具体的には、前記領域と一致する形状を有し、かつ厚み方向に貫通する開口が形成された開口部材を準備し、前記開口が前記領域に位置合わせされるように、前記開口部材を前記絶縁基体上に配置し、高分子材料を溶媒に分散させた高分子分散液を前記開口の内部に注入し、かつ前記開口の内部に注入された前記高分子分散液から前記溶媒を蒸発させて高分子分散液を乾燥させることにより前記液体保持層を形成する。
【００２０】
高分子分散液の乾燥の手法は特に限定されず、例えば常温乾燥、真空乾燥、又は凍結乾燥を採用できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る電極チップは、作用電極、対極等のうち液体と電気化学的に作用する電極本体部の面積が液体保持層との接触面積として正確に規定されるので、高い測定精度と再現性が得られる。また、絶縁層を設けていないので、取り扱いが容易であると共に、製造が容易で量産に適している。従って、本発明に係る電極チップは、生体中に存在するタンパク質、酵素、低分子複合体等の物質を測定するバイオセンサを含む種々の電気化学測定チップとして有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。構造の理解を容易にするために、図面中の厚み方向の寸法の長さ及び幅方向の寸法に対する比率は実際よりも大きく表している。
【００２３】
（第１実施形態）
図１から図３は本発明の第１実施形態に係る電気化学センサとして利用可能な２極式の電極チップ１１を示す。この電極チップ１１は、絶縁基体１２に開口部材１３を接合した２層構造を有する。具体的には、後述する作用電極１４、対極１５、及び液体保持層２１が形成されている板状の絶縁基体１２の上面１２ａに、板状の開口部材１３の下面１３ａが接合されている。開口部材１３には厚み方向に貫通する開口１３ｂが設けられている。
【００２４】
本実施形態では、絶縁基体１２と開口部材１３は幅が等しい矩形板であり、図において左側ではこれらの端面が互いに揃えられている。一方、図において右側では絶縁基体１２の端面が開口部材１３の端面から突出している。換言すれば、この部分では絶縁基体１２は開口部材１３で覆われておらず、上面１２ａが露出している。
【００２５】
図３に最も明瞭に示すように、絶縁基体１２の上面１２ａには、２個の互いに分離された導電体パターンである作用電極１４と対極１５とが間隔をあけて形成されている。作用電極１４は電極本体部１４ａ、電極本体部１４ａから延びる配線部１４ｂ、及び配線部１４ｂの他端に設けられた外部機器との電気的導通のための接点端子部１４ｃを備える。同様に、対極１５は電極本体部１５ａ、電極本体部１５ａから延びる配線部１５ｂ、及び配線部１５ｂの他端に設けられた接点端子部１５ｃを備える。
【００２６】
材料等については後に詳述するが、液体保持層２１は試料溶液を保持する機能を有する。具体的には、試料溶液を液体保持層２１に滴下すると、液体保持層２１の全体に均一に試料溶液が拡がるが、適切な量である限り液体保持層２１から試料溶液が漏れ出ることがない。液体保持層２１は絶縁基体１２の上面１２ａの所定の領域２２に設けられている。本実施形態では、この領域２２は開口部材１３の開口１３ｂの平面視での形状と一致している。換言すれば、本実施形態における液体保持層２１は開口部材１３の開口１３ｂ内に形成されている。作用電極１４の一部、すなわち図において左側の先端付近は液体保持層２１が形成されている領域２２に配置されている。同様に、対極１５の一部、すなわち図において左側の先端付近は液体保持層２１が形成されている領域２２に配置されている。換言すれば、液体保持層２１は作用電極１４と対極１５を跨るように配置されている。
【００２７】
液体保持層２１は、領域２２内において絶縁基体１２、作用電極１４、及び対極１５に対して、絶縁層等の他の層を介することなく直接的に接触しており、領域２２内では絶縁基体１２、作用電極１４、及び対極１５は液体保持層２１によって被覆されている。従って、作用電極１４のうち液体保持層２１と接触する部分が試料溶液中の酸化還元体と電気化学的に作用する部分、すなわち前述の電極本体部１４ａとして機能する。同様に、対極１５のうち液体保持層２１と接触する部分が試料溶液中の酸化還元体と電気化学的に作用する部分、すなわち前述の電極本体部１５ａとして機能する。対極１５よりも作用電極１４の幅を小さく設定しており、作用電極１４の電極本体部１４ａの面積は、対極１５の電極本体部１５ａの面積よりも小さく設定されている。作用電極１４の電極本体部１４ａ以外の部分（配線部１４ｂや接点端子部１４ｃ）と対極１５の電極本体部１５ａ以外の部分（配線部１５ｂや接点端子部１５ｃ）は試料溶液と接触しない。従って、配線部１４ｂ，１５ｂを絶縁材料等で被覆する必要はない。
【００２８】
本実施形態の電極チップ１１による電気化学的測定を概説すると、液体試料（例えば血液、血清等を含む生体試料）に反応試薬を加えた試料溶液が開口部材１３の開口から液体保持層２１に供給され、例えば対極１５と作用電極１４との間に電圧を印加し、その際に対極１５と作用電極１４との間に流れる電流を検出することにより測定液体中に含まれる特定の成分の濃度等が測定される。
【００２９】
図４Ａは、電極チップ１１の液体保持層２１に試料溶液２３を供給した状態を示す（開口部材１３は理解を容易にするために図示を省略している）。一方、図４Ｂは、液体保持層２１を設けていない構成で作用電極１４と対極１５の先端付近（本実施形態の電極チップ１１における電極本体部１４ａ，１５ａに対応する領域に）に同様に試料溶液２３を供給した状態を示す。図４Ａに示すように、本実施形態の電極チップ１１では、試料溶液２３は液体保持層２１に保持されるので作用電極１４と対極１５は電解質溶液である試料溶液２３を介して電気的に導通する。また、試料溶液２３は液体保持層２１の全体に拡がるが、液体保持層２１から外部へ漏れ出ないので、作用電極１４及び対極１５のうち電気化学的に作用する電極本体１４ａ，１５ａの面積は正確に規定される。従って、試料溶液２３中の成分が変わらない限り、対極１５と作用電極１４との間をある電位差に保持した場合に流れる抵抗は一定である。換言すれば、高精度で再現性の高い測定が可能である。一方、図４Ｂの液体保持層２１のない構成では、絶縁基体１２上に試料溶液２３が不規則に拡がるため、測定を繰り返す度に作用電極１４及び対極１５と試料溶液２３の接触面積は変化して一定とならない。対極１５と試料溶液２３の接触面積が作用電極１４と試料溶液２３の接触面積よりも十分に大きい場合、電流値は作用電極１４と試料溶液２３の接触面積に比例する。従って、図４Ｂの液体保持層２１のない構成では、試料溶液２３中の成分と電位差が同一であっても電流値が変動し、測定精度及び再現性が低い。
【００３０】
以上のように、本実施形態の電極チップ１１では液体保持層２１を設けて、作用電極１４と対極１５のうち試料溶液と電気化学的に作用する電極本体部１４ａ，１５ａの面積を正確に規定しているので、高い測定精度と再現性が得られる。また、絶縁層を設けていない簡易な構造であるので、取り扱いが容易であると共に、製造が容易で量産に適している。
【００３１】
絶縁基体１２の材料としては、シリコン、ゲルマニウム等の半導体、石英ガラス、鉛ガラス、ホウ珪酸ガラス等のガラス、セラミック、樹脂等を選択することができる。ディスポーサブルのバイオセンサとしての用途を考慮すると、加工性やコストの点から樹脂材料が絶縁基体１２の材料として適している。絶縁基体１２に適した樹脂材料としては、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレン−２，６−ナフタレート（ＰＥＮ）等がある。特に、作用電極１４や対極１５を金のスパッタリングで形成する場合、金との密着性が高いポリエチレンテレフタレートが絶縁基体１２の材料として適している。
【００３２】
作用電極１４及び対極１５の電極本体部１４ａ，１５ａの材料としては、導電性が高く化学的に安定している金、白金、パラジウム等の貴金属やカーボン等から選択することが可能である。特に、表面状態の安定性等の観点から、電極本体部１４ａ，１５ａの材料として金を選択することが好ましい。製造工程の効率化等の観点から、作用電極１４及び対極１５の他の部分、すなわち配線部１４ｂ，１５ｂや接点端子部１４ｃ，１５ｃも電極本体部１４ａ，１５ａと同様の材料で形成することが好ましい。
【００３３】
次に、液体保持層２１の材質等について詳細に説明する。本実施形態では、後述する材料を乾燥状態で担持させることにより液体保持層２１を形成しており、試料溶液が供給されると、液体保持層２１を構成する材料が溶解し、水分を含んでゲル化する。液体保持層２１がゲル化して高粘度となることにより、作用電極１４や対極１５の液体保持層２１に対する接触面積、すなわち電極本体部１４ａ，１５ａの面積を確実に所望の大きさに維持できる。例えば、ゲル化した液体保持層が２〜１００ｃｐ（センチポワズ）程度の粘度を有することが好ましい。ただし、液体保持層２１は試料溶液が供給される前の段階からゲル化していてもよい。
【００３４】
ゲル化した液体保持層２１が電極コーティング特性、すなわち試料溶液に含まれるタンパク質等の金属電極に非特異的吸着する成分電極本体部１４ａ，１５ａに到達するのを遮断する阻止する性質を有することが好ましい。かかる電極コーティング特性を有する材料は、試料溶液に含まれている電極本体部１４ａ，１５ａに対して酸化還元体として機能する低分子量の分子は通過させるが、電極本体部１４ａ，１５ａに対して非特異吸着性を有するタンパク質等の高分子量（分子構造の大きい）の分子は通過させない分子網目構造を有する。液体保持層２１が電極コーティング特性を有することにより、試料溶液中に非特異的吸着性を有する成分が含まれていても、そのような成分の吸着に起因して作用電極１４と対極１５との間に流れる電流が測定開始後の時間経過に伴って減少するのを防止できる。換言すれば、作用電極１４と対極１５との間に電流の測定は非特異的吸着を有する成分の影響を受けず、安定した測定が可能である。
【００３５】
液体保持層２１は親水性を有することが好ましい。液体保持層２１に親水性を持たせて濡れ性を高めることにより、作用電極１４や対極１５と液体保持層２１内の試料溶液との接触面積、すなわち電極本体部１４ａ，１５ａの面積がより高精度で規定でき、測定の精度と再現性をさらに高めることができる。
【００３６】
具体的には、液体保持層２１を構成する材料として、例えばデンプン系、カルボキシメチルセルロース系、ゼラチン系、アクリル酸塩系、ビニルアルコール系、ビニルピロリドン系、無水マレイン酸系から選択された一つの系の物質もしくは二種類以上の系の混合物を採用できる。これらの高分子材料は容易に溶液にでき、適切な濃度と量の溶液を滴下して乾燥することにより、適度の厚みを有する薄膜を形成できる。また、これらの高分子材料は、前述の電極コーティング特性と親水性を有する。特に、セルロース系の親水性高分子材料の一種であって非特異吸着抑制効果を有するカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）が液体保持層２１を構成する材料として適している。
【００３７】
開口部材１３の材料は、試料溶液や後述する高分子分散液に対する耐食性を有する限り特に限定されない。シリコン、ゲルマニウム等の半導体、石英ガラス、鉛ガラス、ホウ珪酸ガラス等のガラス、セラミック、樹脂等を開口部材１３の材料として選択することができる。加工性やコストの点から樹脂材料が開口部材１３の材料として適している。開口部材に適した樹脂材料としては、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレン−２，６−ナフタレート（ＰＥＮ）、環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）、ポリジメチルシルオキサン（ＰＤＭＳ）等を選択することができる。ポリジメチルオキサンは、透明で、微細な加工が容易であり、絶縁基体１２にわずかな粘着性をもって接合できるので特に好ましい。
【００３８】
開口部材１３に形成された開口１３ｂは、樹脂材料の場合、切除加工の他、金型による成型、熱転写によるエンボス加工等により形成できる。また、貫通孔を有する複数のシートを積層状態で貼り合わせることにより、開口１３ｂを有する開口部材１３を形成してもよい。
【００３９】
次に、本実施形態に係る電極チップ１１の製造方法を説明する。電極チップ１１の製造方法は、絶縁基体１２上の領域２２にその一部がそれぞれ配置されるように、作用電極１４と対極１５を形成する工程（図５Ａ）と、領域２２に液体保持層２１を形成して絶縁基体１２、作用電極１４、対極１５を被覆する工程（図５Ｂ及び図５Ｃ）からなる。
【００４０】
絶縁基体１２の上面１２ａに作用電極１４と対極１５を形成する方法としては、導電性材料の印刷、導電性材料のスパッタリング又は蒸着後のエッチング又はレーザによる除去加工、マスクを使用したスパッタリングによる除去加工を伴わない形成等がある。
【００４１】
絶縁基体１２上の所定の領域２２に液体保持層２１を形成する工程としては、まず図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、開口１３ｂが所定の領域２２に位置合わせされるように、開口部材１３を絶縁基体１２上に配置する。本実施形態では前述のように開口部材１３の下面１３ａを絶縁基体１２の上面１２ａに接合させる。次に、前述した液体保持層２１に適した高分子材料を溶媒に分散させた高分子分散液を開口１３ｂの内部に注入する。その後、前記開口の内部に注入された前記高分子分散液から前記溶媒を蒸発させて高分子分散液を乾燥させ、液体保持層２１を形成する。
【００４２】
高分子分散液を作製するための溶媒としては、水、蒸留水、又は純水、超純水等の水類、生理食塩水、各種化学物質・塩等を融解したバッファー溶液、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、ノルマルブタノール、エタノール、メタノール等のアルコール類、石油類等から適宜選択される。特に、超純水を溶媒として採用、高分子液を所定の濃度に溶解して高分子分散液として用いるのが好ましい。高分子分散液中の高分子材料の濃度としては、０．０１重量％から３０重量％の範囲が好ましく、特に２．５重量％が好ましい。
【００４３】
開口１３ｂ中に注入した高分子分散液の乾燥方法は特に限定されず、当業者にとって公知の技術を適用できる。例えば、常温乾燥、真空乾燥、減圧乾燥、凍結乾燥、回転乾燥、加熱乾燥等を適用できる。液体保持層２１と絶縁基体１２との密着性、製造容易性、及び迅速性の点から真空乾燥が特に好ましい。
【００４４】
以上のように、本実施形態の電極チップ１１は、作用電極１４、対極１５のうち試料溶液と電気化学的に作用する電極本体部１４ａ，１５ａの面積が液体保持層２１との接触面積として正確に規定されるので、高い測定精度と再現性が得られる。また、絶縁層を設けていないので、取り扱いが容易であると共に、製造が容易で量産に適している。従って、本発明に係る電極チップは、生体中に存在するタンパク質、酵素、低分子複合体等の物質を測定するバイオセンサを含む種々の電気化学測定チップとして有用である。なお、本実施形態では液体保持層２１を形成した後も開口部材１３を絶縁基体１２の上面１２ａに貼り付けたままとしているが、液体保持層２１の形成後に絶縁基体１２から開口部材１３を除去してもよい（図４Ａ参照）。
【００４５】
（第２実施形態）
図６から図８は、本発明の第２実施形態に係る電極チップ１１を示す。第１実施形態の電極チップ１１が作用電極１４と対極１５を備える２極式であるのに対し、第２実施形態の電極チップ１１は作用電極１４と対極１５に加えて参照電極１６を有する３極式である。絶縁基体１２上に作用電極１４及び対極１５と間隔を隔てて形成された参照電極１６は、領域２２内で液体保持層２１が直接的に接触した被覆する部分である電極本体部１６ａ、電極本体部１６ａから延びる配線部１６ｂ、及び配線部１６ｂの他端に設けられた接点端子部１６ｃを備える。作用電極１４と対極１５の電極本体部１４ａ，１５ａと同様に、参照電極１６の電極本体部１６ａの面積は液体保持層２１との接触面積として正確に規定される。また、試料溶液は液体保持層２１内に保持されるので、参照電極１６の配線部１６ｂや接点端子部１６ｃを絶縁材料等で被覆する必要がない。
【００４６】
参照電極１６の材料としては、作用電極１４及び対極１５と同様に、金、白金、パラジウム等の貴金属やカーボン等から選択することが可能であり、特に金を選択することが好ましい。参照電極部１６の電極本体部１６ａの表面は、電界めっきやペースト塗布等の当業者に公知の方法で塩化銀化している。電界めっきの場合、ジシアン銀（Ｉ）酸イオン等を含むメッキ液中で、白金電極に対して−１．０Ｖ程度の電圧を印加することによって金や白金等で形成された参照電極１６の所定の部位上に銀めっきを施し、さらに３ＭのＮａＣｌ中で＋１．２Ｖ程度の電圧を印加して塩化銀化する。また、ペースト塗布の場合、例えば銀塩化銀ペースト材料を表面に点着する。これにより、銀の脱脂洗浄や塩化銀処理、洗浄・乾燥工程等を省略できるので、低コスト化を図ることができる。
【００４７】
試料溶液は液体保持層２１で保持される。電位測定の場合には、この状態で作用電極１４と参照電極１６との電位差が測定される。また、電流測定（定電位測定）の場合には、作用電極１４と参照電極１６との電位差を外部回路によって一定に維持しつつ、作用電極１４と対極１５との間に流れる電流が測定される。試料溶液との接触面積である、作用電極１４、対極１５、及び参照電極１６の電極本体部１４ａ，１５ａ，１６ａの面積が正確に規定されるので、高精度で再現性の高い測定が可能である。
【００４８】
第２実施形態の電極チップ１１についても液体保持層２１の形成後に絶縁基体１２から開口部材１３を除去してもよい。第２実施形態のその他の構成、製造方法、作用効果は第１実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４９】
（実施例）
本発明の第２実施形態に係る電極チップ１１を実際に製作し、基本的な電気化学測定である定電位測定を行った。
【００５０】
まず、電極チップ１１の製作について説明する。絶縁基体１２である１ｍｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）上に２０００Åの金属膜をスパッタリングにより成膜し、フォトリソグラフィによって作用電極１４、対極１５、及び参照電極１６を形成した。また、参照電極１６の電極本体部１６ａには銀−塩化銀ペーストを滴下し、２日間乾燥して固定させた。開口部材１３はポリジメチルシロキサンで作製した。開口部材１３の厚さは１ｍｍとし、開口１３ｂは直径３ｍｍの円形として作製した。この開口部材１３を作用電極１４、対極１５、及び参照電極１６を形成済みの絶縁基体１２上に載せ、上方から圧力を加えて軽く粘着させた。開口１３ｂ内の作用電極１４、対極１５、及び参照電極１６の面積、すなわち電極本体部１４ａ，１５ａ，１６ａの面積は、それぞれ１ｍｍ２、２．１ｍｍ２、０．８ｍｍ２とした。高分子分散液は、カルボキシルメチルセルロース（ＣＭＣ）を終濃度２．５重量％となるように超純水に分散させて調整した。この高分子分散液を１１μＬ注入した。続いて、デシケータ内に電極チップ１１を配置して外部からターボポンプにより室温で１５分間真空引きし、高分子分散液から溶媒である超純水を蒸発させた。その結果、カルボキシルメチルセルロースからなる液体保持層２１が領域２２内で作用電極１４、対極１５、及び参照電極１６上に膜状に乾燥固定された。液体保持層２１を設けた実施例の電極チップ１１（以下、電極チップ１１Ａという。）と、作用電極１４、対極１５、及び参照電極１６を形成済みの絶縁基体１２上に開口部材１３を貼り付けたが液体保持層２１は形成しなかった比較例の電極チップ（以下、電極チップ１１Ｂという。）をそれぞれ２枚製作した。
【００５１】
これらの電極チップ１１Ａ，１１Ｂを使用して酸化還元体の電子授受、つまり電極で観察される電流値を測定した。試料溶液としては、フェロシアン化カリウムとフェリシアン化カリウムの混合液を使用した。具体的には、以下の表１に示す濃度１〜３の３種類の濃度でフェロシアン化カリウムとフェリシアン化カリウムを５０ｍＭ Trisバッファー（pH ８．５）に混合した。濃度１〜３におけるフェロシアンカリウムの終濃度は、それぞれ０、０．５ｍＭ、１．０ｍＭである。３種類の濃度１〜３のそれぞれについて、試料溶液１０μＬを実施例の電極チップ１１Ａの液体保持層２１に滴下した。また、３種類の濃度１〜３のそれぞれについて、試料溶液１０μＬを比較例の電極チップ１１の開口１３ｂ内に注入した。各電極試料溶液の供給後、各電極チップ１１Ａ，１１Ｂの参照電極１６と作用電極１４の間に＋４００ｍＶの定電圧を印加して、作用電極１４と対極１５の間に流れる電流を６０秒間測定した。
【００５２】
【表１】
2007298325.tif 000003
【００５３】
電極チップ１１Ａ，１１Ｂの個々の濃度１〜３についての測定結果を図９に示す。この図９では、縦軸に電流値（ｎＡ）を示し、横軸にフェロシアンカリウム濃度（濃度１〜３）を示す。また、白丸が実施例の電極チップ１１Ａの測定データを示し、黒丸が比較例の測定データを示す。以下の表２は電極チップ１１Ａ，１１Ｂについての測定結果の決定係数Ｒ２を示す。また、電極チップ１１Ａ，１１Ｂのそれぞれについてフェロシアン化カリウム０．５ｍＭ（濃度２）に対して１０回定電圧測定を行った測定値の変動係数ＣＶを表２に併せて示す。
【００５４】
【表２】
2007298325.tif 000004
【００５５】
図９及び表２から明らかなように、実施例の電極チップ１１Ａでは、フェロシアン化カリウムの濃度と反応開始後６０秒後の電流値は良好な相関関係を示した。一方、比較例の電極チップ１１Ｂでは、フェロシアン化カリウムの濃度に対して電流のばらつきが大きく、良好な相関関係を示さなかった。具体的には、決定係数Ｒ２については、電極チップ１１Ａでは０．９９であるのに対して、電極チップ１１Ｂでは０．８１であり、実施例の方が比較例よりもフェロシアン化カリウムの濃度と電流値の間の相関がより強い。また、変動係数ＣＶについては電極チップ１１Ｂでは２１．８５％であるのに対して、電極チップ１１Ａでは２．８５％であり、実施例の方が比較例よりもフェロシアン化カリウムの濃度が同一である場合の電流値のばらつきが大幅に小さい。
【００５６】
定電位測定中の目視によって観察される測定溶液の状態は、電極チップ１１Ａについては前述の図４Ａで示した状態と同様であり、測定溶液は概ね液体保持層２１内に保持されていた。一方、電極チップ１１Ｂについては、前述の図４Ｂで示した状態と同様であり、測定溶液は電極上に不規則に拡がった。以上の結果より、実施例の電極チップ１１Ａにより高精度で安定した電気化学反応が可能であることが確認できた。
【００５７】
なお、実施例では反応の安定性を考慮してフェリシアン化カリウム−フェロシアン化カリウムの系を電子受容体として使用した。電子受容体としてＰ−ベンゾキノンを使用しても安定した反応が可能である。Ｐ−ベンゾキノンを使用すれば反応速度が速くなるので、測定の高速化を図ることができる。また、２，６−ジクロロフェノールインドフェノール、メチレンブルー、フェナジンメトサルフェート、β−ナフトキン、４−スルホン酸カリウム、フェロセン等が使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電気化学測定チップ（電極チップ）を示す斜視図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る電気化学測定チップを示す平面図。
【図３】本発明の第１実施形態に係る電気化学測定チップを示す分解斜視図。
【図４Ａ】第１実施形態に係る電気化学測定チップにおける液体試料と電極の接触面積を示す模式的な斜視図。
【図４Ｂ】液体保持層を有しない電気化学測定チップにおける液体試料と電極の接触面積を示す模式的な斜視図。
【図５Ａ】絶縁基体への導電パターンの形成を示す斜視図。
【図５Ｂ】絶縁基体への開口部材の取り付けを示す斜視図。
【図５Ｃ】開口部材を取り付けた絶縁基体を示す斜視図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る電気化学測定チップを示す斜視図。
【図７】本発明の第２実施形態に係る電気化学測定チップを示す平面図。
【図８】本発明の第２実施形態に係る電気化学測定チップを示す分解斜視図。
【図９】フェロシアンカリウム濃度と電流値の関係を示すグラフ。
【図１０】従来の電気化学測定チップの一例を示す斜視図。
【符号の説明】
【００５９】
１１  電極チップ
１２  絶縁基体
１２ａ  上面
１３  開口部材
１３ａ  下面
１３ｂ  開口
１４  作用電極
１４ａ  電極本体部
１４ｂ  配線部
１４ｃ  接点端子部
１５  対極
１５ａ  電極本体部
１５ｂ  配線部
１５ｃ  接点端子部
１６  参照電極
１６ａ  電極本体部
１６ｂ  配線部
１６ｃ  接点端子部
２１  液体保持層
２２  領域
２３  試料溶液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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