(57)【要約】【課題】  試料導入口から供給された試料が空気孔から漏れ出すことのないセンサを提供する。【解決手段】  試料を導入する試料導入口１、流路２、試料を測定する反応領域７および試料を導入する際に空気を排除する空気孔５を有しており、前記空気孔５の内部または近傍に、試料と接触することにより体積が膨張する体積膨潤材６を備えたセンサ。【選択図】図１
2007010558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を導入するための試料導入口と、前記試料導入口と連通する流路と、前記流路内に設けられた前記試料を測定するための試薬を含む反応領域と、前記試料を導入する際に前記流路から空気を排除するための空気孔とを有し、
さらに前記空気孔の内部または近傍に、前記試料と接触することにより体積が膨張する体積膨潤材を有するセンサ。
【請求項２】
前記体積膨潤材がハイドロゲルである、請求項１記載のセンサ。
【請求項３】
前記ハイドロゲルが、セルロース、セルロース誘導体、コラーゲン、ゼラチン、ヒアルロン酸ポリ（γ−グルタミン酸）、ポリ（ｅ−リジン）、ポリメチルメタクリレート、ポリプロピレン、ポリヒドロキシエチルメタクリレートおよび架橋ポリアクリル酸―スルホン酸共重合体からなる群より選択される少なくとも１種からなる、請求項２記載のセンサ。
【請求項４】
前記体積膨潤材が多孔質状またはメッシュ状である、請求項１記載のセンサ。
【請求項５】
前記体積膨潤材中に前記体積膨潤材が前記試料と接触したことを検知するための指示薬を含む、請求項１記載のセンサ。
【請求項６】
前記体積膨潤材中に血液凝固促進剤を含む、請求項１記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抗体や酵素などの試薬を用いて液体試料内の測定対象物を測定するためのセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、微小な流路を有するセンサには、試料を導入するための導入口が設けられており、この導入口から毛細管現象を利用して試料を導入する。このように毛細管現象を利用して試料を導入するためには、予め流路中に存在する空気を流路外に逃がさなければならない。そのため、空気孔が流路のいずれかの場所に設けられている。例えば特許文献１に記載の血糖センサにおいては、反応領域である電極よりも下流側の天板に空気孔が設置されている。
【０００３】
ところが、かかる血糖センサに空気孔が設けられていると、流路内に試料が過剰に供給された場合などには、当該空気孔から試料が外部に漏れ出してしまい、周囲を汚染してしまうという問題がある。また、試料が外部に漏れ出すと、反応領域に設置されている反応試薬と試料との混合比にバラツキが生じ、測定精度が低下してしまうという問題もある。
このような問題に対し、例えば特許文献２においては、センサ中に試料を導入した後、手作業でシールを貼ることにより空気孔を塞ぐ方法が提案されている。
【特許文献１】米国特許第５２６６１７９号明細書
【特許文献２】米国特許第６４８８８２８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来技術では、空気孔の大きさのバラツキまたは空気孔やシールの表面状態によっては、なおも試料が外部に漏れ出す場合がある。また、試料を導入してから一定時間後に空気孔をシールしようとしても、空気孔近傍が既に試料で湿っていたり、空気孔から既に試料が漏れ出ていたりし、シールを貼ることができないという問題もある。即ち、この場合、試料が空気孔まで流入した際に自動的に漏れ出さないようにシールすることはほとんど不可能である。
【０００５】
そこで、本発明は、上記のような従来の問題点に鑑み、試料導入口から供給された試料が空気孔から漏れ出すことのないセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、試料を導入するための試料導入口と、前記試料導入口と連通する流路と、前記流路内に設けられた前記試料を測定するための試薬を含む反応領域と、前記試料を導入する際に前記流路から空気を排除するための空気孔とを有し、さらに前記空気孔の内部または近傍に、前記試料と接触することにより体積が膨張する体積膨潤材を有するセンサを提供する。
【０００７】
ここで、空気孔の「内部」とは、空気孔の内側面の少なくとも一部をいう。また、空気孔の「近傍」とは、当該「空気孔近傍」に体積膨潤材を配置した際に、当該体積膨潤材が空気孔を囲む部材の一部を構成し得る部分をいう。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のセンサによれば、試料導入口から供給された試料が、空気孔近傍に到達すると、空気孔近傍に設けられた体積膨潤材と接触する。この接触によって体積膨潤材が膨潤して空気孔を塞ぎ、試料が空気孔から漏れ出すことを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のセンサは、試料を導入するための試料導入口と、前記試料導入口と連通する流路と、前記流路内に設けられた前記試料を測定するための試薬を含む反応領域と、前記試料を導入する際に前記流路から空気を排除するための空気孔とを有し、さらに前記空気孔の内部または近傍に、前記試料と接触することにより体積が膨張する体積膨潤材を備えている。
本発明における「体積膨潤材」とは、試料などの液体を吸収することによって膨潤し、その体積が増加する性質を有するものをいい、本発明においては、膨潤した体積膨潤材が上記空気孔を塞ぐような構成を有している。
【００１０】
このような構成によれば、試料導入口から供給された試料が、空気孔またはその周辺に到達すると、当該空気孔の内部または近傍に設けられた体積膨潤材と接触することにより体積膨潤材が膨潤し、膨潤した体積膨潤材が空気孔を塞ぐ。そのため、試料が空気孔から漏れ出すことを防ぐことができる。これにより、再現性よく一定量の試料がセンサ内に導入されるため、測定精度の向上が期待できる。
【００１１】
本発明における体積膨潤材はハイドロゲルで構成される。かかるハイドロゲルとしては、例えばセルロース、セルロース誘導体、コラーゲン、ゼラチン、ヒアルロン酸ポリ（γ−グルタミン酸）、ポリ（ｅ−リジン）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリヒドロキシエチルメタクリレート（ＰＨＥＭＡ）および架橋ポリアクリル酸―スルホン酸共重合体からなる群より選択される少なくとも１種を利用することができる。なかでも、吸水速度が高いという観点から、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリヒドロキシエチルメタクリレート（ＰＨＥＭＡ）および架橋ポリアクリル酸―スルホン酸共重合体が望ましい。
【００１２】
体積膨潤材の形状は、膨潤前には空気孔の機能を妨げず、膨潤後には空気孔を塞ぐことのできる形状であれば、特に制限はない。体積膨潤材の形状としては、例えば、単孔を有するリング状、半円弧状、粒子状、棒状、角柱状、円柱状、直方体状、立方体状、ディスク状および板（シート）状などが挙げられる。また、体積膨潤材は多孔質状またはメッシュ状であってもよい。
なかでも、体積膨潤材は望ましくは多孔質状であるのがよい。このような構成によれば、試料が体積膨潤材と接触した後直ちに試料が空気孔内に流入することを停止させることができる。
【００１３】
さらに、上記体積膨潤材は、体積膨潤材が試料と接触したことを検知するための指示薬を含んでいてもよい。このような指示薬を含ませることにより、試料が空気孔まで到達したことを容易に認識することができる。指示薬としては、試料と接触することにより溶解することにより、色が視認されるものが望ましい。特に水溶性の色素が望ましい。このような色素としては、インジゴ、アリザリンなどが挙げられる。
【００１４】
また、血液凝固促進剤を体積膨潤材に含ませてもよい。このような構成によれば、血液を試料として用いた場合には体積膨潤材による効果だけでなく血液凝固によって空気孔を塞ぎ、試料の流入を制御することができる。血液凝固促進剤としては、血液凝固系が活発になるという観点から、カルシウム塩が望ましい。
本発明における試料としては、例えば、血液、尿等の体液などが挙げられる。
【００１５】
また、試薬としては、試料中に含まれる測定対象物と反応するものであればよく、例えば、酵素、抗体などが挙げられる。
試薬が酵素であって、反応領域に、その酵素と試料中の測定対象物との反応に伴い色の変化する色素をさらに含むことが好ましい。このようにすると、色素の色変化を目視により検出することにより、試料中の測定対象物を検出することができる。また、反応領域に色素の吸収波長を含む光を照射し、反応領域から反射した光または反応領域を透過した光を測定することにより、試料中の測定対象物の濃度を測定することができる。
また、試薬が酵素であり、反応領域に電子伝達体をさらに含んでおり、流路内に一対の電極を備えていてもよい。このようにすると、その酵素と試料中の測定対象物との反応に伴い酸化状態の変化した電子伝達体を、一対の電極の一方において電気化学的に酸化または還元し、そのとき生じる電気信号を測定することにより、試料中の測定対象物の濃度を測定することができる。
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について、より具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略することもある。
【００１７】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るバイオセンサの構造を示す概略断面図であり、図２は図１に示すバイオセンサを矢印の方向からみた上面図である。
図１に示すように、本実施の形態のバイオセンサはチップ状であり、バイオセンサ８中に試料を導入するための試料導入口１と、基板４、天板（カバー部材）３および側板９により形成された流路２と、試薬として、試料中の測定対象物と反応する酵素と、酵素と測定対象物との反応に伴い色の変化する色素とを含む反応領域７と、天板３の下流部（流路２において試料導入口１からみた下流部）に設けられた空気孔５と、空気孔５の内側面（内壁）に設けられた体積膨潤材６とで構成されている。
【００１８】
なお、天板３と基板４との間にはスペーサが設置されるが、ここでは省略した。
天板３、基板４、側板９およびスペーサを構成する材料としては、例えば透明なポリプロピレンを用いることができる。透明な材料を用いることによりバイオセンサの内部を目視することが可能である。また、体積膨潤材６は、架橋ポリアクリル酸―スルホン酸共重合体で構成している。
【００１９】
予め、パンチングにより天板３に貫通孔を設けておく。次に、市販されている上記共重合体の乾燥ゲルを水に懸濁させることにより懸濁ゲルを作製する。天板３に設けた貫通孔に上記懸濁ゲルを塗布し、塗布後の懸濁ゲルを乾燥する。このようにして得られた乾燥ゲルは、ディスク状で貫通孔を塞いでいる。そこで、貫通孔の孔径よりも小さな孔径の貫通孔を乾燥ゲルに設け、リング状の乾燥ゲルからなる体積膨潤材を形成することができる。即ち、天板３に予め形成されていた空気孔の内側面に体積膨潤材６を設置することができる。この天板３を利用してバイオセンサ８を組み立てることができる。
【００２０】
一方、上述のように、体積膨潤材６中に試料液体と接触すると変化する指示薬を入れることにより試料が体積膨潤材６に到達したことも容易に確認することができる。指示薬としては、色素などがある。さらに、血液を試料として用いた場合には体積膨潤材６中に血液凝固促進剤を添加しておくことにより、より効率的に試料液体の流入制御を実施することができる。血液凝固促進剤としてはカルシウム塩がある。
【００２１】
次に、本実施の形態に係るバイオセンサ８の動作を説明する。
バイオセンサ８の試料導入口１に試料を点着すれば、毛細管現象により、流路２内に試料を導入することができる。試料は、流路２を通って反応領域７へ導入され、さらに空気孔５まで到達する。空気孔５に到達した試料は、体積膨潤材６と接触し、膨張した体積膨潤材６が空気孔５を塞ぐ。その結果、試料の移動が停止する。
以上により、一定量の試料をバイオセンサ８に再現性よく導入することができる。
反応領域に色素の吸収波長を含む光を照射し、反応領域から反射した光を測定することにより、試料中の測定対象物の濃度を測定することができる。
【００２２】
［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２に係るバイオセンサの構造を示す概略断面図であり、図４は図３に示すバイオセンサを矢印の方向からみた上面図である。
図３および図４に示すように、本実施の形態に係るバイオセンサ８はチップ状であり、試料を導入するための試料導入口１と、基板４、天板３および側板９により形成された流路２と、実施の形態１と同様の試薬を含む反応領域７と、天板３の下流部に設けられた空気孔５と、天板３の空気孔５下面に貼り付けられた体積膨潤材６とで構成されている。
【００２３】
なお、天板３と基板４との間にはスペーサが設置されるが、ここでは省略した。
天板３、基板４、側板９およびスペーサを構成する材料としては、例えば透明なポリプロピレンを用いることができる。透明な材料を用いることによりバイオセンサの内部を目視することが可能である。また、体積膨潤材６は、架橋ポリアクリル酸―スルホン酸共重合体で構成している。
【００２４】
予め、天板３をパンチングにより貫通孔を設けて空気孔５を形成する。一方、ディスク状の体積膨潤材６を準備し、これにもパンチングにより貫通孔を設け、体積膨潤材６をリング状とする。ディスク状の体積膨潤材６は、市販されている上記共重合体の乾燥ゲルを水に懸濁させることにより懸濁ゲルを調整し、得られた懸濁ゲルをディスク状の型に流し込み乾燥させることにより作製することができる。この体積膨潤材６の貫通孔と天板３の空気孔５が略同位置になるように、体積膨潤材６を天板３の下面側に貼り付ける。この体積膨潤材６付き天板３を利用して、本実施の形態に係るバイオセンサ８を組み立てることができる。
【００２５】
一方、上述のように、体積膨潤材６中に試料液体と接触すると変化する指示薬を入れることにより試料が体積膨潤材６に到達したことも容易に確認することができる。指示薬としては、色素などがある。さらに、血液を試料として用いた場合には体積膨潤材６中に血液凝固促進剤を添加しておくことにより、より効率的に試料液体の流入制御を実施することができる。血液凝固促進剤としてはカルシウム塩がある。
【００２６】
次に、本実施の形態に係るバイオセンサ８の動作を説明する。
バイオセンサ８の試料導入口１に試料を点着すれば、毛細管現象により、流路２内に試料を導入することができる。試料は、流路２を通って反応領域７へ導入され、さらに空気孔５まで到達する。空気孔５に到達した試料は、体積膨潤材６と接触し、膨張した体積膨潤材６が空気孔５を塞ぐ。その結果、試料の移動が停止する。
以上により、一定量の試料をバイオセンサ８に再現性よく導入することができる。
反応領域に色素の吸収波長を含む光を照射し、反応領域から反射した光を測定することにより、試料中の測定対象物の濃度を測定することができる。
【００２７】
［実施の形態３］
図５は、本発明の実施の形態３に係るバイオセンサの構造を示す概略断面図であり、図６は図５に示すバイオセンサを矢印の方向からみた上面図である。
図５および図６に示すように、本実施の形態に係るバイオセンサ８はチップ状であり、試料を導入するための試料導入口１と、基板４、天板３および側板９により形成された流路２と、実施の形態１と同様の試薬を含む反応領域７と、天板３の下流部に設けられた空気孔５と、天板３の空気孔５上面に貼り付けられた体積膨潤材６とで構成されている。
【００２８】
なお、天板３と基板４との間にはスペーサが設置されるが、ここでは省略した。
天板３、基板４、側板９およびスペーサを構成する材料としては、例えば透明なポリプロピレンを用いることができる。透明な材料を用いることによりバイオセンサの内部を目視することが可能である。また、体積膨潤材６は、架橋ポリアクリル酸―スルホン酸共重合体で構成している。
【００２９】
予め、天板３をパンチングにより貫通孔を設けて空気孔５を形成する。一方、実施の形態２と同様にディスク状の体積膨潤材６を準備し、これにもパンチングにより貫通孔を設け、体積膨潤材６をリング状とする。この体積膨潤材６の貫通孔と天板３の空気孔５が略同位置になるように、体積膨潤材６を天板３の上面側に貼り付ける。この体積膨潤材６付き天板３を利用して、本実施の形態に係るバイオセンサ８を組み立てることができる。
【００３０】
一方、上述のように、体積膨潤材６中に試料液体と接触すると変化する指示薬を入れることにより試料が体積膨潤材６に到達したことも容易に確認することができる。指示薬としては、色素などがある。さらに、血液を試料として用いた場合には体積膨潤材６中に血液凝固促進剤を添加しておくことにより、より効率的に試料液体の流入制御を実施することができる。血液凝固促進剤としてはカルシウム塩がある。
【００３１】
次に、本実施の形態に係るバイオセンサ８の動作を説明する。
バイオセンサ８の試料導入口１に試料を点着すれば、毛細管現象により、流路２内に試料を導入することができる。試料は、流路２を通って反応領域７へ導入され、さらに空気孔５まで到達する。空気孔５に到達した試料は、体積膨潤材６と接触し、膨張した体積膨潤材６が空気孔５を塞ぐ。その結果、試料の移動が停止する。
以上により、一定量の試料をバイオセンサ８に再現性よく導入することができる。
反応領域に色素の吸収波長を含む光を照射し、反応領域から反射した光を測定することにより、試料中の測定対象物の濃度を測定することができる。
【００３２】
［実施の形態４］
図７は、本発明の実施の形態４に係るバイオセンサの構造を示す概略断面図であり、図８は図７に示すバイオセンサを矢印の方向からみた上面図である。
図７および図８に示すように、本実施の形態に係るバイオセンサ８はチップ状であり、試料を導入するための試料導入口１と、基板４、天板３および側板９により形成された流路２と、実施の形態１と同様の試薬を含む反応領域７と、天板３の下流部に設けられた空気孔５と、天板３の空気孔５上面に貼り付けられたディスク状でかつ多孔質状の体積膨潤材６とで構成されている。
【００３３】
なお、天板３と基板４との間にはスペーサが設置されるが、ここでは省略した。
天板３、基板４、側板９およびスペーサを構成する材料としては、例えば透明なポリプロピレンを用いることができる。透明な材料を用いることによりバイオセンサの内部を目視することが可能である。また、体積膨潤材６は、架橋ポリアクリル酸―スルホン酸共重合体で構成している。
【００３４】
予め、天板３をパンチングにより貫通孔を設けて空気孔５を形成する。一方、ディスク状でかつ多孔質状の体積膨潤材６を準備し、これを空気孔５の上面側に貼り付ける。この場合、ディスク状の多孔質膨潤材６はメッシュ状であってもよい。多孔質状またはメッシュ状の体積膨潤材６は、市販されている上記共重合体の乾燥ゲルを水に懸濁させることにより懸濁ゲルを調整し、得られた懸濁ゲルをディスク状の型に流し込み乾燥させる工程において、水に懸濁させるゲルの濃度を低くすることにより作製することができる。また、本実施の形態における多孔質膨潤材６は、上記実施の形態１および２の場合と同様に、空気孔５の内部に設けたり、天板３の下面側に貼り付けたりすることもできる。このような体積膨潤材６付き天板３を利用して、本実施の形態に係るバイオセンサ８を組み立てることができる。
【００３５】
一方、上述のように、体積膨潤材６中に試料液体と接触すると変化する指示薬を入れることにより試料が体積膨潤材６に到達したことも容易に確認することができる。指示薬としては、色素などがある。さらに、血液を試料として用いた場合には体積膨潤材６中に血液凝固促進剤を添加しておくことにより、より効率的に試料液体の流入制御を実施することができる。血液凝固促進剤としてはカルシウム塩がある。
【００３６】
次に、本実施の形態に係るバイオセンサ８の動作を説明する。
バイオセンサ８の試料導入口１に試料を点着すれば、毛細管現象により、流路２内に試料を導入することができる。試料は、流路２を通って反応領域７へ導入され、さらに空気孔５まで到達する。空気孔５に到達した試料は、体積膨潤材６と接触し、膨張した体積膨潤材６が空気孔５を塞ぐ。その結果、試料の移動が停止する。
以上により、一定量の試料をバイオセンサ８に再現性よく導入することができる。
反応領域に色素の吸収波長を含む光を照射し、反応領域から反射した光を測定することにより、試料中の測定対象物の濃度を測定することができる。
【００３７】
［実施の形態５］
図９は、本発明の実施の形態５に係るバイオセンサの構造を示す概略断面図であり、図１０は図９に示すバイオセンサを矢印の方向からみた上面図である。
図９および図１０に示すように、本実施の形態に係るバイオセンサ８はチップ状であり、試料を導入するための試料導入口１と、基板４、天板３およびスペーサ１０により形成された流路２と、実施の形態１と同様の試薬を含む反応領域７と、天板３の最下流部に設けられた空気孔５と、空気孔５付近において天板３の下面および基板４の上面に貼り付けられた板状の体積膨潤材６とで構成されている。
【００３８】
天板３、基板４およびスペーサ１０を構成する材料としては、例えば透明なポリプロピレンを用いることができる。透明な材料を用いることによりバイオセンサの内部を目視することが可能である。また、体積膨潤材６は、架橋ポリアクリル酸―スルホン酸共重合体で構成している。
予め、天板３および基板４の最下流部周辺に板状の体積膨潤材６を貼り付ける。板状の体積膨潤材６は、実施の形態２と同様にして作製することができる。
このような体積膨潤材６付きの天板３および基板４を利用して、本実施の形態に係るバイオセンサ８を組み立てることができる。
【００３９】
一方、上述のように、体積膨潤材６中に試料液体と接触すると変化する指示薬を入れることにより試料が体積膨潤材６に到達したことも容易に確認することができる。指示薬としては、色素などがある。さらに、血液を試料として用いた場合には体積膨潤材６中に血液凝固促進剤を添加しておくことにより、より効率的に試料液体の流入制御を実施することができる。血液凝固促進剤としてはカルシウム塩がある。
【００４０】
次に、本実施の形態に係るバイオセンサ８の動作を説明する。
バイオセンサ８の試料導入口１に試料を点着すれば、毛細管現象により、流路２内に試料を導入することができる。試料は、流路２を通って反応領域７へ導入され、さらに空気孔５まで到達する。空気孔５に到達した試料は、体積膨潤材６と接触し、膨張した体積膨潤材６が空気孔５を塞ぐ。その結果、試料の移動が停止する。
以上により、一定量の試料をバイオセンサ８に再現性よく導入することができる。
反応領域に色素の吸収波長を含む光を照射し、反応領域から反射した光を測定することにより、試料中の測定対象物の濃度を測定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係るセンサは、酵素あるいは、免疫技術を利用したセンサに応用することができる。また、試料流入制御が容易にできる構成であり、迅速かつ簡便に試料を測定することができ、血液や尿などの試料を化学的に分析する臨床検査などで用いられる免疫化学分析検査装置や生化学分析装置等の検査装置、特にＰＯＣＴ検査機器などにおいて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態１に係るバイオセンサの構造を示す概略断面図である。
【図２】図１に示すバイオセンサを矢印の方向からみた上面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るバイオセンサの構造を示す概略断面図である。
【図４】図３に示すバイオセンサを矢印の方向からみた上面図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係るバイオセンサの構造を示す概略断面図である。
【図６】図５に示すバイオセンサを矢印の方向からみた上面図である。
【図７】本発明の実施の形態４に係るバイオセンサの構造を示す概略断面図である。
【図８】図７に示すバイオセンサを矢印の方向からみた上面図である。
【図９】本発明の実施の形態５に係るバイオセンサの構造を示す概略断面図である。
【図１０】図９に示すバイオセンサを矢印の方向からみた上面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  試料導入口
２  流路
３  天板（カバー部材）
４  基板
５  空気孔
６  体積膨潤材
７  反応領域
８  バイオセンサ
９  側板
【図１】
2007010558.tif 000003
【図２】
2007010558.tif 000004
【図３】
2007010558.tif 000005
【図４】
2007010558.tif 000006
【図５】
2007010558.tif 000007
【図６】
2007010558.tif 000008
【図７】
2007010558.tif 000009
【図８】
2007010558.tif 000010
【図９】
2007010558.tif 000011
【図１０】
2007010558.tif 000012