(57)【要約】【課題】人工脂質膜を安定して形成することが可能なバイオセンサデバイスの製造方法を提供する。【解決手段】人工脂質膜を有するバイオセンサデバイスの製造方法において、第１チャンバー（５）、開口部（７ａ）を有する第２チャンバー（７）、および第１チャンバー（５）と第２チャンバー（７）との間に位置する連通部（６）を有するボディ部材（３０）を準備し、このボディ部材（３０）に、第２チャンバー（７）の開口部（７ａ）から、第１電解液（２）、人工脂質膜を形成するための脂質液（１）、および第２電解液（３）を順次供給して、第１電解液（２）で第１チャンバー（５）を満たし、脂質液（１）で連通部（６）を少なくとも部分的に満たし、および第２電解液（３）で第２チャンバー（７）を満たす。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工脂質膜を有するバイオセンサデバイスの製造方法であって、
第１チャンバー、開口部を有する第２チャンバー、および第１チャンバーと第２チャンバーとの間に位置する連通部を有するボディ部材を準備すること、
ボディ部材に、第２チャンバーの開口部から、第１電解液、人工脂質膜を形成するための脂質液、および第２電解液を順次供給して、第１電解液で第１チャンバーを満たし、脂質液で連通部を少なくとも部分的に満たし、および第２電解液で第２チャンバーを満たすこと
を含む、バイオセンサデバイスの製造方法。
【請求項２】
ボディ部材における連通部の内壁面が撥水性を有する、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
ボディ部材における連通部の内壁面に切り欠きが形成されている、請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
第２チャンバーが連通部と開口部との間に内側張出し部を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
第１電解液、脂質液、および第２電解液からなる群より選択される少なくともいずれか１つの液体を液滴状態で供給する、請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオセンサデバイスの製造方法に関し、より詳細には、人工脂質膜を有するバイオセンサデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
受容体の優れた分子認識機能を利用して、受容体を人工脂質膜に組み込んだバイオセンサが知られている（例えば特許文献１および２を参照のこと）。
【０００３】
従来のバイオセンサは、図１０（ａ）に概略的に示すように、センサチップ３００に形成された人工脂質膜３０１の膜電位を測定するバイオセンサシステム３５０として構成される。センサチップ３００の人工脂質膜３０１は、図１０（ｂ）により詳細に示す構造を有し、これは特許文献１に記載の方法によって次のようにして製造される。まず、図１１（ａ）に示すセンサチップ基板２８０を準備する。センサチップ基板２８０では、複数のウェル３０８を有するシート３１０が基材３１１上に配設され、ウェル３０８の底部に電極３１４が形成され、電極３１４に基材３１１の裏面側からリード線３０６が接続されている。次に、図１１（ｂ）に示すように、これらウェル３０８の各々に基準液３１３を充填し、基準液３１３の上に脂質膜形成成分２８１を充填し、その後、基板全体を冷却して、センサチップ前駆体２９０を得る。そして、図１０（ａ）に示すように、被検出液として試料液３０２を試験槽３０３に満たし、この試料液３０２に、上記で得られたセンサチップ前駆体２９０を浸漬することによって、脂質膜形成成分２８１が人工脂質膜３０１に自然に変化し、これにより、人工脂質膜３０１を有するセンサチップ３００が完成する。このとき、人工脂質膜３０１には、受容体として、例えば膜タンパク質３１２（脂質膜形成成分２８１に含まれていたもの）が組み込まれる。同じく試料液３０２に参照電極３０４を浸漬し、センサチップ３００のリード線３０６（絶縁体で被覆したもの）および参照電極３０４に接続された電位差測定器３０７を用いて、試料液３０２と基準液３１３との間の人工脂質膜３０１の膜電位として、電極３１４と参照電極３０４との間の電位差が測定される。かかるバイオセンサシステム３５０を用いれば、人工脂質膜３０１の膜電位の変化を調べることにより、試料液３０２に含まれる物質（分子）を検知し、その量を測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３７２０７号公報
【特許文献２】特開平４−２１５０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の製造方法では、図１０〜１１を参照して上述したように、センサチップ前駆体２９０を、それより大きい試験槽３０３に満たした試料液３０２に浸漬することによって、脂質膜形成成分２８１から人工脂質膜３０１が形成される。浸漬の際、試料液３０２に振動が励起されるため、脂質膜形成成分２８１にかかる液圧は場所および時間により変動するため、脂質膜形成成分２８１が、シート３１０の表面に沿って移動し、人工脂質膜３０１を形成するのに必要な成分量が不足して、人工脂質膜３０１が形成されなかったり、人工脂質膜３０１が形成されたとしても、各人工脂質膜３０１間で電気特性（膜電位の検出感度）にバラツキが生じたりするという課題を有していた。
【０００６】
本発明は、従来の製造方法の有する課題を解決すべくなされたものであり、人工脂質膜を安定して形成することが可能なバイオセンサデバイスの製造方法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】
【０００７】
本発明によれば、人工脂質膜を有するバイオセンサデバイスの製造方法であって、
第１チャンバー、開口部を有する第２チャンバー、および第１チャンバーと第２チャンバーとの間に位置する連通部を有するボディ部材を準備すること、
ボディ部材に、第２チャンバーの開口部から、第１電解液、人工脂質膜を形成するための脂質液、および第２電解液を順次供給して、第１電解液で第１チャンバーを満たし、脂質液で連通部を少なくとも部分的に満たし、および第２電解液で第２チャンバーを満たすこと
を含む、バイオセンサデバイスの製造方法が提供される。
【０００８】
本発明の上記バイオセンサデバイスの製造方法は、従来の製造方法のように、試験槽に試料液を満たし、これにセンサチップ前駆体を浸漬して人工脂質膜を形成するものとは根本的に異なるものである。本発明の上記バイオセンサデバイスの製造方法では、所定の構造を有するボディ部材を準備し、このボディ部材に、第１電解液、人工脂質膜を形成するための脂質液、第２電解液を順次供給しているので、脂質液にかかる液圧の変動を効果的に低減することができ、これにより、ボディ部材内の連通部において、脂質液から人工脂質膜を安定して形成することができる。
【０００９】
なお、本発明において、第１電解液で第１チャンバーを「満たす」とは、第１電解液が第１チャンバーの容積の実質的に全部を満たすことを意味する。また、脂質液で連通部を「少なくとも部分的に満たす」とは、脂質液が連通部の容積の一部または全部を満たすことを意味し、少なくとも連通部の開口面積全域に亘って広がり得る程度で存在する限り特に限定されない。また、第２電解液で第２チャンバーを「満たす」とは、第２電解液が第２チャンバーの容積の実質的に全部を満たすことを意味する。概略的には、本発明においては、第１電解液、第２電解液および脂質液が、第１チャンバー、第２チャンバーおよび連通部にそれぞれ対応して存在し、脂質液が、第１電解液と第２電解液との間に介在していればよい。よって、第１電解液と脂質液との間の界面は、第１チャンバーと連通部との間の境界と厳密に一致している必要はなく、また、第２電解液と脂質液との間の界面は、第２チャンバーと連通部との間の境界と厳密に一致している必要はない。
【００１０】
かかる本発明のバイオセンサデバイスの製造方法は、簡便には、第１チャンバーより第２チャンバーが上方に位置するようにボディ部材を配置して、第２チャンバーの開口部より、第１電解液、脂質液、第２電解液を定量的に順次供給することによって実施し得る。
【００１１】
本発明の１つの態様では、ボディ部材における連通部の内壁面が撥水性を有する。かかる態様によれば、ボディ部材内の連通部において、人工脂質膜をより安定して形成および保持することができる。なお、本発明において撥水性とは、水に対する接触角が、例えば６０°以上（１８０°未満）であることを意味し、好ましくは７０°〜１２０°である。
【００１２】
本発明の１つの態様では、ボディ部材における連通部の内壁面に切り欠きが形成されている。かかる態様によれば、ボディ部材へ供給した脂質液は、この切り欠きによって連通部に留まり易くなるため、ボディ部材内の連通部において、人工脂質膜をより安定して形成および保持することができる。
【００１３】
本発明の１つの態様では、第２チャンバーが連通部と開口部との間に内側張出し部を有する。かかる態様によれば、脂質液が連通部から第２チャンバーへと、第２チャンバーの内壁面に沿って移動したとしても、この内側張出し部によって、それ以上移動することを防止でき、ボディ部材内の連通部において、人工脂質膜をより安定して形成することができる。
【００１４】
本発明の１つの態様では、バイオセンサデバイスの製造方法の上記液体供給工程において、第１電解液、脂質液、および第２電解液からなる群より選択される少なくともいずれか１つの液体を液滴状態で供給する。かかる態様は、液体を定量的に供給するのに好適である上、空気の混入を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、所定の構造を有するボディ部材を準備し、このボディ部材に、第１電解液、第１電解液、人工脂質膜を形成するための脂質液、および第２電解液を順次供給することにより、ボディ部材内の連通部において、脂質液から人工脂質膜を安定して形成することが可能なバイオセンサデバイスの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態１におけるバイオセンサデバイスの製造方法を示す概略断面工程図であって、（ａ）は、ボディ部材の準備工程、（ｂ）は、第１電解液の供給工程、（ｃ）は、脂質液の供給工程、（ｄ）は、第２電解液の供給工程を示す図である。
【図２】（ａ）は、本発明の実施形態１において製造されるバイオセンサデバイスの概略断面図であり、（ｂ）は、その使用状態を説明する概略断面図である。
【図３】（ａ）は、本発明の実施形態２におけるバイオセンサデバイスの製造方法に用いられるボディ部材を示す概略断面図であり、（ｂ）は、切り欠きおよびその近傍の部分拡大概略断面図である。
【図４】本発明の実施形態２におけるバイオセンサデバイスを示す概略断面図である。
【図５】（ａ）は、本発明の実施形態２の改変例におけるバイオセンサデバイスの製造方法に用いられるボディ部材を示す概略断面図であり、（ｂ）は、切り欠きおよびその近傍の部分拡大概略断面図である。
【図６】本発明の実施形態３におけるバイオセンサデバイスの製造方法に用いられるボディ部材を示す概略断面図である。
【図７】本発明の実施形態３におけるバイオセンサデバイスを示す概略断面図である。
【図８】（ａ）は、本発明の実施例１のバイオセンサデバイスの電流応答波形を示し、（ｂ）は比較例のデバイスの電流応答波形を示す。
【図９】（ａ）は、本発明の実施例２のバイオセンサデバイスの電流応答波形を示し、（ｂ）は参考例のバイオセンサデバイスの電流応答波形を示す。
【図１０】従来のバイオセンサシステムを示す図であって、（ａ）は、バイオセンサシステムの全体概略斜視図を示し、（ｂ）は、センサチップの拡大概略断面図を示す。
【図１１】従来のバイオセンサシステムに用いられるセンサチップ前駆体の製造方法を示す概略断面工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の様々な実施形態について、図面を参照して以下に詳述する。
【００１８】
（実施形態１）
本発明の１つの実施形態におけるバイオセンサデバイスの製造方法は、以下のようにして実施される。
【００１９】
まず、バイオセンサデバイスのためのボディ部材を準備する。図１（ａ）に示すように、ボディ部材３０は、第１チャンバー５、開口部７ａを有する第２チャンバー７、および第１チャンバー５と第２チャンバー７との間に位置する連通部６を有する（図１（ａ）中、第１チャンバー５、第２チャンバー７、連通部６の開口領域を点線にて模式的に示す）。
【００２０】
第１チャンバー５、連通部６および第２チャンバー７は、それぞれ、後述する第１電解液２、脂質液１および第２電解液３が充填されるべき空間を規定するものである。第１チャンバー５は、連通部６と連通している開口領域を除いて、液密的に封止される。第２チャンバー７は、連通部６と連通している開口領域に加えて開口部７ａを有し、それらを除いて、液密的に封止される。第１チャンバー５と第２チャンバー７とは、連通部６を通じて連通しているが、連通部６によって互いに空間的に隔てられる。かかる連通部６は、第１チャンバー５および第２チャンバー７より小さい外形寸法を有し、第１チャンバー５と第２チャンバー７との間の狭窄部（またはネック部）の形態でボディ部材３０に配設されている。
【００２１】
図示する態様では、基材９の上に、穴（またはウェル）が各々形成された基材１０、１１、１２を積層することにより、ボディ部材３０が構成される。かかる態様では、第１チャンバー５は、基材９の上面、基材１０の内壁面および基材１１の下面によって規定され（または囲まれ）、連通部６は、基材１１の内壁面によって規定され、第２チャンバー７は、基材１１の上面および基材１２の内壁面によって規定される。第２チャンバー７の開口部７ａは、基材１２の穴の上面開口部に一致する。そして、基材９の主面と平行な方向（図２を参照して、最終的に形成される人工脂質膜４の膜厚方向に対して垂直な方向）において、連通部６の外形寸法（基材１１の穴面積）は、第１チャンバー５の外形寸法（基材１０の穴面積）より小さく、かつ、第２チャンバー７の外形寸法（基材１２の穴面積）より小さくなっている。また、第１チャンバー５の外形寸法（基材１０の穴面積）は、第２チャンバー１２の外形寸法（基材７の穴面積）と同じになっているが、これに限定されず、第１チャンバー５の外形寸法は、第２チャンバー７の外形寸法より小さくても、あるいは、大きくてもよい。その他、基材１０、１１、１２の高さ、これらに各々形成される穴の（膜厚方向から見た）形状および大きさは、所望する第１チャンバー５、連通部６および第２チャンバー７の寸法および配置などに応じて適宜決定してよい。穴の形状は特に限定されず、例えば円形、楕円形、矩形、多角形などであってよく、基材間で同じ（相似形）であっても、異なっていてもよい。
【００２２】
基材９、１０、１２は、液密性を有する任意の適切な材料から構成され得る。例えば、基材９、１０、１２には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ樹脂）、アクリル樹脂（例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ））、環状ポリオレフィン、ポリカルボナート（通称ポリカーボネート）などの有機系材料から構成される。しかしながら、これらに限定されず、基材９、１０、１２は、例えばガラス、シリコン、酸化アルミニウム、酸化シリコン、窒化シリコンなどの無機系材料で構成されていてよい。
【００２３】
基材１１は、これら基材９、１０、１２と同様の材料で構成されていてよいが、連通部６の内壁面を成すことから、少なくとも内壁面が撥水性を有することが好ましい。例えば、基材１１は、少なくとも内壁面（および場合により他の表面、例えば基材１１の露出面全体）が、フッ素系樹脂などにより撥水処理されていてよい。あるいは、基材１１は、撥水性を有する材料、例えば、フッ化炭素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やテフロン（登録商標）から構成されていてよい。
【００２４】
これら基材９、１０、１１、１２の間は、接着剤層（例えば熱硬化性フィルムなど、図示せず）により接着されていてよい。また例えば、これら基材が有機系材料（有機系フィルム）から構成される場合には、これら基材を積層し、得られた積層体を熱処理に付すことによって、基材同士を熱融着させて接着してもよい。
【００２５】
加えて、ボディ部材３０は、最終的に形成される人工脂質膜４（図２を参照のこと）の膜電位を測定するための電極を有し得る。より詳細には、第１チャンバー５内に電極８ａ、８ａ’が形成される。図示する態様では、電極８ａ、８ａ’を基材８の裏面側に引き回して形成しているが、これに限定されない。
【００２６】
次に、上記の通り準備したボディ部材３０に、図１（ｂ）に示すように、液体供給装置５１を用いて、第２チャンバー７の開口部７ａより、第１電解液２を供給する。
【００２７】
第１電解液２は、イオン性物質を極性溶媒に溶解させたものであればよく、脂質液１の組成などに応じて適宜選択され得る。
イオン性物質には、例えば塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ２）、リン酸二水素ナトリウム（ＮａＨ２ＰＯ４）、リン酸一水素ナトリウム（Ｎａ２ＨＰＯ４）などを単独または組み合わせて用いることができ、好ましくは塩化カリウムが用いられる。
極性溶媒には、例えば水、グリセリン、糖、糖アルコール、エタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、ソルビトール、キシリトール、ジプロピレングリコール、ブチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレンメチルグルコシド、マルチトール、マンニトール、グルコースなどを単独または組み合わせて用いることができる。
第１電解液２は、浸透圧が２８０〜３３０ｍＯｓｍ／ｋｇ−Ｈ２Ｏの範囲以内となることがより好ましいが、これに限定されるものではない。あるいは、第１電解液２として、電気生理実験で用いられる一般的な溶液を用いることが好ましい。また、有機化合物や高分子を添加することにより、第１電解液２の粘度を調整することも好ましい。
【００２８】
第１電解液２の供給は、第１チャンバー５を第１電解液２で満たすように実施する。かかる供給は、第１チャンバー５の容積に応じて、第１電解液２を定量的に供給することにより実施できる。第１電解液２の供給は、所定量の第１電解液２を複数回に分けて間欠的に供給することが好ましい。例えば液体供給装置５１としてインクジェット装置を用いて、インクジェット方式により、第１電解液２を液滴状態で供給することが好ましい。これにより、第１チャンバー５内に空気が混入することを効果的に抑制できる。第１電解液２を液滴状態で供給する場合、例えば、１滴あたり１０ｐＬ以上３００ｐＬ以下の液量とし得る。インクジェット方式は、他の方式に比べて１滴の液量がより小さく、このように少量の液量を単位として供給量の調節が可能であるので、第１電解液２を定量的に供給するのに好適である。しかし、これに限定されず、ディスペンス方式、転写方式などによって第１電解液２を供給してもよい。
【００２９】
次に、第１電解液２を供給したボディ部材３０に、図１（ｃ）に示すように、液体供給装置５２を用いて、同じく第２チャンバー７の開口部７ａより、脂質液１を供給する。なお、液体供給装置５２には、液体供給装置５１と同じ装置を利用しても、別の装置を利用してもよい。
【００３０】
脂質液１は、脂質を溶媒に分散または溶解させたものであることが好ましい。
脂質には、任意の適切な脂質を用いてよく、特に、分子中にリン酸や糖を含む複合脂質、具体的にはリン脂質、糖脂質、リポタンパク質、スルホ脂質などが好ましく、リン脂質が最も好ましい。リン脂質としては、グリセロリン脂質（例えば、ホスファチジルコリン（レシチン）、ホスファチジルエタノールアミン、ホスファチジルセリン、ジフィタノイルホスファチジルコリン、ジパルミトイルホスファチジルコリンなど）およびスフィンゴリン脂質（例えばスフィンゴミエリンなど）が挙げられる。また、脂質は、単純脂質（例えば、グリセロルモノオレエート）または誘導脂質であってもよい。天然由来の脂質、例えばアゾレクチン（ダイズリン脂質）であっても、合成脂質であってもよい。合成脂質は高純度で化学的に安定なものが得やすいのでより好ましい。脂質の脂肪酸部分は、炭素数１０〜２０の飽和脂肪酸または不飽和脂肪酸であることが好ましい。このような脂質は、１種を単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
溶媒は、脂質に応じて適宜選択され得、一般的には有機溶媒、好ましくは飽和炭化水素が用いられる。例えばデカン、ヘキサデカン、ヘキサン、クロロホルムなどが挙げられる。このような溶媒は、１種を単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
溶媒に対する脂質の濃度は、溶媒１ｍＬに対して、脂質３〜５０ｍｇが好ましく、脂質４〜４０ｍｇがより好ましい。
【００３１】
脂質液１の供給は、連通部６を脂質液１で少なくとも部分的に満たすように実施する。かかる供給は、脂質液１が連通部６の開口面積全域に亘って広がって、第１電解液２の液面を覆うように、脂質液１を定量的に供給することにより実施できる。脂質液１の供給は、所定量の脂質液１を複数回に分けて間欠的に供給することが好ましい。例えば液体供給装置５２としてインクジェット装置を用いて、インクジェット方式により、脂質液１を液滴状態で供給することが好ましい。これにより、連通部６内に空気が混入することを効果的に抑制できる。脂質液１を液滴状態で供給する場合、微小液滴とすること、例えば、１滴あたり１０ｐＬ以上２００ｐＬ以下の液量とすることが好ましい。インクジェット方式は、他の方式に比べて１滴の液量がより小さく、このように少量の液量を単位として供給量の調節が可能であるので、脂質液１を定量的に供給するのに好適である。脂質液１の供給量は少量であるので、インクジェット方式が特に好適に用いられる。しかし、これに限定されず、ディスペンス方式、転写方式などによって脂質液１を供給してもよい。
【００３２】
次に、脂質液１を供給したボディ部材３０に、図１（ｄ）に示すように、液体供給装置５３を用いて、同じく第２チャンバー７の開口部７ａより、第２電解液３を供給する。なお、液体供給装置５３には、液体供給装置５１および５２のいずれかと同じ装置を利用しても、これらと別の装置を利用してもよい。
【００３３】
第２電解液３は、第１電解液２について上述したように、イオン性物質を極性溶媒に溶解させたものであればよく、脂質液１の組成などに応じて適宜選択され得る。第１電解液２および第２電解液３は、同じ電解液であっても、異なる電解液であってもよい。より詳細には、第１電解液２および第２電解液３は、濃度、粘度および浸透圧のいずれか１つ以上において相違があってもよいし、同一であってもよい。
【００３４】
第２電解液３の供給は、第２チャンバー７を第２電解液３で満たすように実施する。かかる供給は、第２チャンバー７の容積に応じて、第２電解液３を定量的に供給することにより実施できる。第２電解液３の供給も、所定量の第２電解液３を複数回に分けて間欠的に供給することが好ましい。例えば液体供給装置５３としてインクジェット装置を用いて、インクジェット方式により、第２電解液３を液滴状態で供給することが好ましい。これにより、第２チャンバー７内に空気が混入することを効果的に抑制できる。第２電解液３を液滴状態で供給する場合、例えば、１滴あたり１０ｐＬ以上３００ｐＬ以下の液量とし得る。インクジェット方式は、他の方式に比べて１滴の液量がより小さく、このように少量の液量を単位として供給量の調節が可能であるので、第２電解液３を定量的に供給するのに好適である。しかし、これに限定されず、ディスペンス方式、転写方式などによって第２電解液３を供給してもよい。
【００３５】
上述のようにして供給された脂質液１は、図２（ａ）に示すように、第１電解液２および第２電解液３の間に存在する人工脂質膜４となり、バイオセンサデバイス４０が完成する。脂質液１から人工脂質膜４への変化は、第２電解液３を供給している間から供給後に、脂質液１の一部が基材１１の壁面に沿って広がり、貫通部６の脂質液１が薄膜となることで、自然と起こるものである。第２電解液３の供給は、脂質液１の供給後、脂質液１が蒸発しきってしまう前に行う必要がある。第２電解液３を液滴状態で供給することにより、第２電解液３により励起される振動を小さくでき、人工脂質膜４をより安定して形成することができる。このようにして形成される人工脂質膜４は、連通部６の内壁面と接触し、人工脂質膜４の表面張力などにより、この内壁面で保持することができる。
【００３６】
人工脂質膜４は、脂質二分子膜であることが好ましい。人工脂質膜４の膜厚は、例えば約２〜５ｎｍであり得る。人工脂質膜４には、被検出物質に応じて、膜タンパク質やイオンチャンネルなどの受容体（図示せず）が組み込まれ得る。
【００３７】
以上のようにして、図２（ａ）に示すバイオセンサデバイス４０が製造される。かかる本実施形態の製造方法では、従来の製造方法のように、人工脂質膜を形成するために、センサチップ前駆体を試料液に浸漬する必要がない。本実施形態の製造方法では、所定の構造を有するボディ部材３０を準備し、このボディ部材３０に、第１電解液２、人工脂質膜４を形成するための脂質液１、第２電解液３を順次供給しているので、脂質液１にかかる液圧の変動を効果的に低減することができ、これにより、ボディ部材３０内の連通部６において、脂質液１から人工脂質膜４を安定して形成することができる。
【００３８】
上記のようにして得られたバイオセンサデバイス４０は、例えば図２（ｂ）に示すように、第２電解液３に電極８ｂ、８ｂ’が浸漬されて使用され得る。電極８ａ’、８ｂ’は電源（図中、記号「Ｖ」にて模式的に示す）に接続され、電極８ａ、８ｂは電流計（図中、記号「Ａ」にて模式的に示す）に接続される。より詳細には、次のようにして使用される。
【００３９】
まず、被検出物質の不存在下にて、電源に接続した電極８ａ’、８ｂ’に電圧を印加することにより、人工脂質膜４の両面に電圧を印加し、この状態で、人工脂質膜４の膜厚方向に流れる電流を、電極８ａ、８ｂ間に流れる電流として、電流計にて測定する。人工脂質膜４が、第１電解液２および第２電解液３を互いに隔てるようにして適切に形成されていれば、被検出物質の不存在下では一般的に絶縁性を示すので、電流は実質的に流れない。
【００４０】
次に、所定量の被検出物質を溶解または分散させて調製した第２電解液３を用いてバイオセンサデバイスを製造し、上記と同様にして人工脂質膜４の膜厚方向に流れる電流を測定する。被検出物質の存在下では、人工脂質膜４に組み込まれた受容体に被検出物質が作用することにより、被検出物質の量に応じて電流が流れる。よって、第２電解液３に溶解または分散させる被検出物質の量を種々異ならせ、複数の電流測定値を採取することにより、検量データを得ることができる。
【００４１】
以上のようして予め検量データを得た上で、新たに、試料液を混合して調製した第２電解液３を用いてバイオセンサデバイス４０を製造し、上記と同様にして人工脂質膜４の膜厚方向に流れる電流を測定する。測定された電流値から、試料中の被検出物質の有無、および存在する場合にはその量を調べることができる。
【００４２】
上記使用方法においては、電極８ａ’、８ｂ’を用いて、人工脂質膜４の両面に電圧を印加し、電極８ａ、８ｂを用いて、人工脂質膜４の膜厚方向に流れる電流を測定するものとした。かかる構成は、微小なイオン電流を高精度で測定するのに特に好ましい。しかしながら、本発明はこれに限定されず、人工脂質膜４の膜電位を測定し得る限り、電極の数は、第１電解液および第２電解液につき１つずつであってもよく、電流および電圧のいずれを測定してもよい。
【００４３】
（実施形態２）
本実施形態は、実施形態１にて上述したバイオセンサデバイスの製造方法を改変したものである。以下、改変点を中心に説明するものとし、特に断りのない限り、実施形態１と同様の説明が当て嵌まる。
【００４４】
本実施形態においては、図３（ａ）に示すボディ部材３１を準備する。ボディ部材３１では、連通部６の内壁面に切り欠き１６が形成されている。より詳細には、ボディ部材３１では、図１（ａ）に示すボディ部材３０における基材１１に代えて、別の基材１７を用いており、この基材１７の連通部６を成す内壁面に切り欠き１６が形成されている。かかる切り欠き１６は、基材１７の内壁面に溝加工を施すことにより形成されていてよい。
【００４５】
図３（ｂ）を参照して、切り欠き１６の深さＬは、連通部６の外形寸法（基材１７に円形の穴が形成されている場合は直径）に対して２〜３０％としてよい。より具体的には、連通部６を規定する他の内壁面部分（基材１７に形成された穴の内側端面）より、深さＬ＝５μｍ〜５０μｍで凹んだ形状であることが好ましい。切り欠き１６の幅は、５〜３０μｍであることが好ましい。
【００４６】
基材１７は、基材９、１０、１２と同様の材料、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ樹脂）、アクリル樹脂（例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ））、環状ポリオレフィン、ポリカルボナートなどの有機系材料から構成される。しかしながら、これらに限定されず、基材１７は、例えばガラス、シリコン、酸化アルミニウム、酸化シリコン、窒化シリコンなどの無機系材料で構成されていてよい。
【００４７】
切り欠き１６の表面は、撥水性を有することが好ましい。例えば、図３（ｂ）に示すように、基材１７の露出面２２がフッ素系樹脂などにより撥水処理されていてよい。あるいは、基材１７は、撥水性を有する材料、例えば、フッ化炭素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やテフロン（登録商標）から構成されていてよい。
【００４８】
上記のようなボディ部材３１を用いて、実施形態１と同様にして、図４に示すバイオセンサデバイス４１が製造される。かかる本実施形態の製造方法では、連通部６に対して供給された脂質液１は、切り欠き１６内に侵入し、この切り欠き１６によって連通部６に留まり易くなるため、人工脂質膜４を安定的に形成することができる。
【００４９】
本実施形態は、連通部６の内壁面に切り欠きが形成される限り、上記態様に限定されない。例えば、ボディ部材３１における基材１７に代えて、図５（ａ）および（ｂ）に示すボディ部材３２のように、基材１９、中間材２０、基材２１を積層して用いてもよい。基材９の主面と平行な方向（最終的に形成される人工脂質膜４の膜厚方向に対して垂直な方向）において、基材１９と基材２１の間に位置する中間材２０の穴面積は、基材１９の穴面積より大きく、かつ、基材２１の穴面積より大きくなっている。これにより、基材１９〜２１の連通部６を成す内壁面には、切り欠き１８が形成される。
【００５０】
図５（ｂ）を参照して、切り欠き１８の深さＬは、連通部６の外形寸法（基材１７に円形の穴が形成されている場合は直径）に対して２〜３０％としてよい。より具体的には、連通部６を規定する他の内壁面部分（基材１９および基材２１に形成された穴の内側端面）より、深さＬ＝５μｍ〜５０μｍで凹んだ形状であることが好ましい。切り欠き１８の幅は中間材２０の厚さに等しく、５〜３０μｍであることが好ましい。
【００５１】
基材１９、２１は、基材９、１０、１２と同様の材料、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ樹脂）、アクリル樹脂（例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ））、環状ポリオレフィン、ポリカルボナートなどの有機系材料から構成され得る。基材１９と基材２１の間に位置する中間材２０は、このような有機系材料で構成されていてよいが、熱硬化性接着シートであることがより好ましい。しかしながら、これらに限定されず、基材１９、２１および中間材２０は、例えばガラス、シリコン、酸化アルミニウム、酸化シリコン、窒化シリコンなどの無機系材料で構成されていてよい。
【００５２】
切り欠き１８の表面も、撥水性を有することが好ましい。例えば、図５（ｂ）に示すように、基材１９、中間材２０、基材２１の全露出面２３がフッ素系樹脂などにより撥水処理されていてよい。あるいは、基材１９、２１については、撥水性を有する材料、例えば、フッ化炭素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やテフロン（登録商標）から構成されていてよい。
【００５３】
上記のようなボディ部材３２を用いても、上記の実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００５４】
（実施形態３）
本実施形態も、実施形態１にて上述したバイオセンサデバイスの製造方法を改変したものである。以下、改変点を中心に説明するものとし、特に断りのない限り、実施形態１と同様の説明が当て嵌まる。
【００５５】
本実施形態においては、図６（ａ）に示すボディ部材３３を準備する。ボディ部材３３では、第２チャンバー７が、連通部６と開口部７ａとの間に内側張出し部２４を有する。より詳細には、ボディ部材３３では、図１（ａ）に示すボディ部材３０における基材１２の上に、更なる基材１４を積層して用いており、第２チャンバー７は、基材１１の上面、基材１２の内壁面、基材１４の下面および内壁面によって規定され、第２チャンバー７の開口部７ａは、基材１４の穴の上面開口部に一致する。そして、基材９の主面と平行な方向（最終的に形成される人工脂質膜４の膜厚方向に対して垂直な方向）において、基材１４の穴面積は、基材１２の穴面積（第２チャンバー７の最大外形寸法）より小さくなっている。基材１２および１４の高さ、これらに各々形成される穴の（膜厚方向から見た）形状および大きさは、本実施形態の効果が得られる範囲で適宜決定してよいが、穴の形状は円形であることが好ましい（円形の穴の場合、穴の面積は穴の直径で代表される）。具体的には、基材１２の穴径は基材１４の穴径より大きく、かつ、基材１１の穴径より大きくなっており、好ましくは、基材１４の穴径は基材１１の穴径と同じか、それよりも大きい。基材１４の穴径が基材１１の穴径と同等以上とすることにより、液供給が容易になる。
【００５６】
基材１４は、基材９、１０、１１、１２と同様の材料、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ樹脂）、アクリル樹脂（例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ））、環状ポリオレフィン、ポリカルボナートなどの有機系材料から構成される。しかしながら、これらに限定されず、基材１４は、例えばガラス、シリコン、酸化アルミニウム、酸化シリコン、窒化シリコンなどの無機系材料で構成されていてよい。
【００５７】
上記のようなボディ部材３３を用いて、実施形態１と同様にして、図７に示すバイオセンサデバイス４３が製造される。例えば、脂質液１と基材１１の表面を成す材料との親和性が高い場合などには、連通部６に対して供給された脂質液１の一部が、基材１１の上面に沿って移動することがあり、顕著な場合には、図７に例示的に示す連通部外の脂質液１５のように、更に基材１２の内壁面に沿って移動することが懸念され得る。しかしながら、かかる本実施形態の製造方法では、連通部６と開口部７ａとの間において、第２チャンバー７の内壁面に内側張出し部２４を設けているので、脂質液１５が過度に移動することを防止でき、このため、脂質液１は連通部６に留まり易くなるため、人工脂質膜４を安定的に形成することができる。
【実施例】
【００５８】
（実施例１）
本実施例では、図１〜２を参照して上述した実施形態１におけるバイオセンサデバイス４０を製造した。
【００５９】
＜１＞ボディ部材の準備工程
まず、基材９、１０、１１、１２を用意した。各基材には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）から成るシートを用い、基材９の厚み１００μｍ、基材１０の厚み１００μｍ、基材１１の厚み５０μｍ、基材１２の厚み１００μｍとした。これら基材１０、１１、１２に、それぞれ円形の穴を形成し、基材１０の穴の直径５００μｍ、基材１１の穴の直径１８０μｍ、基材１２の穴の直径５００μｍとした。これら穴は、パンチングマシンを用いて形成した。
【００６０】
基材９には、電極８ａ、８ａ’を形成した。電極８ａ、８ａ’は以下の手順で形成した。はじめに基材９に電極引き回し用の穴を、パンチングマシンを用いて形成し、この穴に、Ｃｕフィラーを含む導電性ペーストを充填した。次に、これら穴の上に、電極下地として、厚み１２μｍのＣｕから成るパターンを形成した。次に、このパターンの外周面を銀（Ａｇ）によりメッキした。最後に、次亜塩素酸ナトリウム水溶液（５重量％）を用いて、銀によりメッキした外周面を更に塩化銀（ＡｇＣｌ）によって被覆した。
【００６１】
これにより得られた基材９、１０、１１、１２を、厚さ２０μｍの熱硬化性接着シートをそれらの間に介挿しつつ、位置合わせして積層して、熱圧着することによって、互いに接着した。
【００６２】
これにより、図１（ａ）に示すボディ部材３０を作製した。
【００６３】
＜２＞第１電解液の供給
次に、以上により得られたボディ部材３０に、図１（ｂ）に示すように、液体供給装置５１としてインクジェット装置を用いて、第２チャンバー７の開口部７ａより、第１電解液２を全量で２５．５ｎＬ供給した。第１電解液２の供給全量は、第１チャンバー５の容積に一致する量とした。このとき、インクジェット装置のヘッド部から吐出される一回あたりの液量は１７０ｐＬであり、吐出回数を１５０回とした。第１電解液２には、１００ｍｍｏｌ／Ｌの塩化カリウム（ＫＣｌ）水溶液およびグリセリンを体積比５０％：５０％で混合したものを用いた。
【００６４】
＜３＞脂質液の供給
そして、図１（ｃ）に示すように、液体供給装置５２として別のインクジェット装置を用いて、第２チャンバー７の開口部７ａより、上記で供給した第１電解液２の上に、脂質液１を全量で４００ｐＬ供給した。このとき、インクジェット装置のヘッド部から吐出される一回あたりの液量は２０ｐＬであり、吐出回数を２０回とした。脂質液１には、デカン１ｍＬにレシチン１０ｍｇを溶解させた溶液を用いた。
【００６５】
＜４＞第２電解液の供給
次に、図１（ｄ）に示すように、液体供給装置５３として、液体供給装置５１として用いたものと同じインクジェット装置を用いて、第２チャンバー７の開口部７ａより、上記で供給した脂質液１の上に、第２電解液３を全量で３０ｎＬ供給した。第２電解液３の供給全量は、第２チャンバー７の容積よりも多いが、表面張力により保持される。このとき、インクジェット装置のヘッド部から吐出される一回あたりの液量は１７０ｐＬであり、吐出回数を１８０回とした。第２電解液３には、上記の第１電解液２と同じものを用いた。
【００６６】
以上により、図２（ａ）に示すように、本実施例のバイオセンサデバイス４０を完成した。人工脂質膜４は、追加の工程を要することなく、脂質液１から第１電解液２および第２電解液３の間で自然と形成され得る。
【００６７】
＜５＞人工脂質膜の電気特性の測定
図２（ｂ）に示すように、電極８ｂ、８ｂ’を第２電解液３に浸漬し、電源（図中、記号「Ｖ」にて模式的に示す）に接続した電極８ａ’、８ｂ’より人工脂質膜４に２０ｍＶのパルス電圧（パルス幅１０ｍ秒）を印加し、この状態で、人工脂質膜４の膜厚方向に流れる電流応答を、電極８ａ、８ｂに接続した電流計（図中、記号「Ａ」にて模式的に示す）にて測定した。かかる電源および電流計として、パッチクランプアンプ（ＨＥＫＡ社製、型番  ＥＰＣ−１０）を用い、測定電流を経時的に記録した。なお、電極８ｂ、８ｂ’を第２電解液３に浸漬しても、電解液は表面張力により保持されていた。
【００６８】
他方、比較例として、脂質液１を供給しなかった（よって、第１電解液＝第２電解液により、デバイス内の空間全体を満たした）こと以外は、実施例１と同様にして、比較例のデバイスを作製し、このデバイスについて、上記と同様にして電流応答を測定した。
【００６９】
図８（ａ）は、実施例１のバイオセンサデバイスの電流応答波形であり、図８（ｂ）は比較例のデバイスの電流応答波形である。本実施例のバイオセンサデバイスは、図８（ａ）を参照して、絶縁性を示す電流応答波形が観測された。これに対して、比較例のデバイスは、図８（ｂ）を参照して、パルス電圧印加中、電流が常に流れた状態の波形が観測された。本実施例のバイオセンサデバイスの電流ピーク値のバラツキ（標準偏差）は、サンプル数ｎ＝３０で、１０％程度であった。
以上の結果より、本実施例のバイオセンサデバイスにおいては、絶縁性の人工脂質膜４を、第１電解液２および第２電解液３を互いに隔てて、安定的に、再現性よく形成できることが確認された。
【００７０】
（実施例２）
本実施例では、図５を参照して上述した実施形態２の改変例におけるバイオセンサデバイスを製造した。
【００７１】
＜１＞ボディ部材の準備工程
まず、基材１９、中間材２０、基材２１を用意した。基材１９、２１には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）から成るシートを用い、厚みを各５０μｍとした。これら基材１９、２１に、それぞれ円形の穴を形成し、穴の直径を各１８０μｍとした。これら穴は、パンチングマシンを用いて形成した。中間材２０には、厚み２５μｍの熱硬化性接着シートを用い、円形の穴を形成し、穴の直径を２００μｍとした。
【００７２】
基材１９、中間材２０、基材２１を位置合わせして積層して、熱圧着することによって、切り欠き１８を有する積層体を作製した。切り欠き１８の深さＬ＝１０μｍであった。
【００７３】
その他については実施例１と同様の条件として、上記で作製した基材１９、中間材２０および基材２１の積層体を、基材９、１０、１２と一緒に、厚さ２０μｍの熱硬化性接着シートをそれらの間に介挿しつつ、位置合わせして積層して、熱圧着することによって、互いに接着した。
【００７４】
そして、基材１９、中間材２０および基材２１の露出面２３（切り欠き１８の表面を含む）にフッ素系コーティング剤を塗布して、露出面２３に撥水処理を施した。
【００７５】
これにより、図５（ａ）に示すボディ部材３２を作製した。
【００７６】
＜２＞第１電解液の供給
次に、以上により得られたボディ部材３２に、マイクロピペットを用いて、第２チャンバー７の開口部７ａより、第１電解液を全量で２８ｎＬ供給した。第１電解液の供給全量は、第１チャンバー５の容積を満たし、第１電解液の液面が基材１９の上面に一致する量とした。第１電解液には、１００ｍｍｏｌ／Ｌの塩化カリウム（ＫＣｌ）水溶液およびグリセリンを体積比５０％：５０％で混合したものを用いた。
【００７７】
＜３＞脂質液の供給
そして、液体供給装置としてインクジェット装置を用いて、第２チャンバー７の開口部７ａより、上記で供給した第１電解液の上に、脂質液を全量で４００ｐＬ供給した。このとき、インクジェット装置のヘッド部から吐出される一回あたりの液量は２０ｐＬであり、吐出回数を２０回とした。脂質液には、デカン１ｍＬにレシチン１０ｍｇを溶解させた溶液を用いた。
【００７８】
＜４＞第２電解液の供給
次に、マイクロピペットを用いて、第２チャンバー７の開口部７ａより、上記で供給した脂質液の上に、第２電解液を全量で３０ｎＬ供給した。第２電解液の供給全量は、第２チャンバー７の容積よりも多いが、表面張力により保持される。第２電解液３には、上記の第１電解液と同じものを用いた。
【００７９】
以上により、図４に示すバイオセンサデバイス４１と同様の、本実施例のバイオセンサデバイスを完成した。人工脂質膜４は、追加の工程を要することなく、脂質液１から第１電解液２および第２電解液３の間で自然と形成され得る。
【００８０】
＜５＞人工脂質膜の電気特性の測定
本実施例で製造したバイオセンサデバイスを、実施例１のバイオセンサデバイスと同様にして、人工脂質膜４に２０ｍＶのパルス電圧（パルス幅１０ｍ秒）を印加し、この状態で、人工脂質膜４の膜厚方向に流れる電流応答を測定した。
【００８１】
他方、参考例として、中間材２０の穴の直径を、基材１９、２１と同様に１８０μｍとした（よって、切り欠き１８を形成しなかった）こと以外は、実施例２と同様にして、参考例のデバイスを作製し（よって、切り欠きのない露出面に撥水処理を施し、脂質液を全量で４００ｐＬ供給した）、このデバイスについて、上記と同様にして電流応答を測定した。なお、この参考例のバイオセンサデバイスも、本発明のバイオセンサデバイスの製造方法に従って製造されたものに該当する。
【００８２】
図９（ａ）は、実施例２のバイオセンサデバイスの電流応答波形であり、図９（ｂ）は参考例のバイオセンサデバイスの電流応答波形である。図９（ａ）および（ｂ）より、本実施例のバイオセンサデバイスの電流ピーク値は、参考例のバイオセンサデバイスの電流ピーク値の７０％程度となった。
これは、連通部６の内壁面に切り欠きを有する本実施例のバイオセンサデバイスで形成されている人工脂質膜の方が、切り欠きを有しない参考例のバイオセンサデバイスで形成されている人工脂質膜よりも厚いことを示している。
以上の結果より、本実施例のバイオセンサデバイスにおいては、脂質液は切り欠きによって連通部に留まり易くなる傾向にあり、切り欠き無しの場合と同量の脂質液で、より厚い人工脂質膜を形成できることが確認された。よって、切り欠きを設けることによって、より少ない脂質液で、同じ膜厚の人工脂質膜を安定的に形成することが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明のバイオセンサデバイスは、生体分子分析装置、大気汚染物質分析装置など、環境、食品、住宅、自動車、警備分野等において広範に利用可能である。また、本発明のバイオセンサデバイスは、生活習慣病診断装置、尿診断装置、呼気診断装置、ストレス計測器などの医療分野、ヘルスケア分野等において広範に利用可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１  脂質液
２  第１電解液
３  第２電解液
４  人工脂質膜
５  第１チャンバー
６  連通部
７  第２チャンバー
８ａ、８ａ’、８ｂ、８ｂ’  電極
９、１０、１１、１２、１３、１４、１７、１９、２１  基材
１５  連通部外の脂質液
１６、１８  切り欠き
２０  熱硬化性接着シート
２２、２３  露出面
２４  内側張出し部
３０、３１、３２、３３  ボディ部材
４０、４１、４３  バイオセンサデバイス
５１、５２、５３  液体供給装置
２８０  センサチップ基板
２８１  脂質液
２９０  センサチップ前駆体
３００  センサチップ
３０１  人工脂質膜
３０２  試料液
３０３  試験槽
３０４  参照電極
３０６  リード線
３０７  電位差測定器
３０８  ウェル
３１０  シート
３１１  基材
３１２  膜タンパク質
３１３  基準液
３１４  電極
３５０  バイオセンサシステム
【図１】
2012233748.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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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