(57)【要約】【課題】金属を含む導電率が高い電極系を有するバイオセンサを簡便な工程で作成し、製造コストを抑制する。【解決手段】本発明によると、第１の基材の第１の面上に、所定のパターンを有する水溶性レジスト層を形成し、前記水溶性レジスト層上、及び前記水溶性レジスト層から露出した前記第１の基材の第１の面上に金属層を形成し、前記水溶性レジスト層と、前記水溶性レジスト層上に形成された金属層とを水洗により除去し、前記第１の基材の第１の面上に前記金属層がパターン状に加工されてなる第１の電極層を形成するバイオセンサの製造方法が提供される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基材の第１の面上に、所定のパターンを有する水溶性レジスト層を形成し、
前記水溶性レジスト層上、及び前記水溶性レジスト層から露出した前記第１の基材の第１の面上に金属層を形成し、
前記水溶性レジスト層と、前記水溶性レジスト層上に形成された金属層とを水洗により除去し、
前記第１の基材の第１の面上に前記金属層がパターン状に加工されてなる第１の電極層を形成することを特徴とするバイオセンサの製造方法。
【請求項２】
前記水溶性レジスト層は、ロール・ツー・ロール方式による、グラビア印刷、フレキソ印刷、スクリーン印刷またはインクジェット印刷から選択される何れかの方法により形成され、前記第１の基材の第１の面上に連続して複数形成されることを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサの製造方法。
【請求項３】
前記金属層は、真空蒸着法により形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のバイオセンサの製造方法。
【請求項４】
前記金属は銀であることを特徴とする請求項３に記載のバイオセンサの製造方法。
【請求項５】
前記金属層は、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の膜厚で形成されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一に記載のバイオセンサの製造方法。
【請求項６】
前記第１の基材は可撓性を有し、
前記第１の基材の第１の面とは反対側の第２の面に、前記第１の基材を支持する第２の基材を配設することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一に記載のバイオセンサの製造方法。
【請求項７】
可撓性を有する第１の基材と、
前記第１基材の第１の面上に配置され、かつ有機バインダ成分を含まない金属からなり、かつ２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の膜厚で形成された第１の電極層と、
前記第１の電極層の一端上に配設されたカーボンを含む第２の電極層と、
前記第２の電極層上に位置するように配設された反応部と、を備えることを特徴とするバイオセンサ。
【請求項８】
前記金属は銀であることを特徴とする請求項７に記載のバイオセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイオセンサに関し、特に溶液中の物質の濃度を電気化学的に測定するバイオセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
血液等の生体試料中の特定成分について迅速かつ簡便に濃度等を測定する方法として、電気化学的検出手段によるバイオセンサが実用化されている。バイオセンサは、一般に、作用極と対極を含む電極系、酵素及び電子受容体を基本構成として備えている。このようなバイオセンサの一例として、電気化学的に血液中のグルコースを定量化するグルコースセンサがある。
【０００３】
グルコースセンサにおいては、酵素は血液中のグルコースを選択的に酸化してグルコン酸を生成し、また同時に電子受容体を還元して還元体を生じる。この還元体に電極系で一定の電圧を印加することで還元体が再び酸化され、その際に電流が発生する。この電流が血液中のグルコース濃度に依存することから、血液中のグルコースを定量化することができる。
【０００４】
従来のバイオセンサでは銀ペーストをスクリーン印刷することでリード配線を形成し、リード配線上に導電性カーボンペーストを印刷して電極系を形成していた（特許文献１、特許文献２参照）。従来のバイオセンサでは電極系を導電性カーボンで形成するため、配線の抵抗が大きなものとなり、電極表面の電位にばらつきが生じやすく、グルコース濃度の測定精度の低下につながっていた。また、銀ペーストは、銀粒子と有機物バインダとの混合物であることから、印刷・焼成後でも銀粒子間に有機物バインダに起因する成分が残留するため、バルク銀に比して導電率が低くなる。
【０００５】
一方、特許文献３には、真空蒸着法により形成した金属薄膜から、リフトオフ法により電極を形成したバイオセンサが記載されている。しかし、特許文献３に記載されたリフトオフ法は、半導体プロセスなどに利用されるフォトレジストを使用するため、フォトレジストの除去に酸やアルカリなどの薬液を使用する必要があり、製造コストの上昇を招くこととなる。一般に、バイオセンサの電極系は使い捨てとなるため、製造工程が複雑となると、製造コストの上昇を招き、価格が上昇するため好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１５２２０号公報
【特許文献２】特開平８−５６００号公報
【特許文献３】特開平５−３９４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述の問題を解決するものであって、金属を含む導電率が高い電極系を有するバイオセンサを簡便な工程で作製し、製造コストを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態によると、第１の基材の第１の面上に、所定のパターンを有する水溶性レジスト層を形成し、前記水溶性レジスト層上、及び前記水溶性レジスト層から露出した前記第１の基材の第１の面上に金属層を形成し、前記水溶性レジスト層と、前記水溶性レジスト層上に形成された金属層とを水洗により除去し、前記第１の基材の第１の面上に前記金属層がパターン状に加工されてなる第１の電極層を形成するバイオセンサの製造方法が提供される。
【０００９】
水溶性レジスト層を用いることにより、水溶性レジスト層の上面に形成された金属層は、従来のように酸やアルカリなどの高価な薬液を用いず、水溶性レジスト層と共に水洗により除去でき第１の基材の第１の面上に残されて形成された金属層のパターンにより、第１の電極層を簡便に形成することができる。
【００１０】
前記バイオセンサの製造方法において、前記水溶性レジスト層は、ロール・ツー・ロール方式による、グラビア印刷、フレキソ印刷、スクリーン印刷またはインクジェット印刷から選択される何れかの方法により形成され、前記第１の基材の第１の面上に連続して複数形成されてもよい。
【００１１】
水溶性レジスト層の所定のパターンは、ロール・ツー・ロール方式の印刷により、第１の基材の第１の面に連続して複数形成されるため、製造効率を向上させることができる。
【００１２】
前記バイオセンサの製造方法において、前記金属層は、真空蒸着法により形成されてもよい。
【００１３】
金属層を真空蒸着法により形成するため、第１の電極層は、従来の銀ペーストのような有機バインダ成分などの不純物を含まず、高い導電率を備えることができる。
【００１４】
前記バイオセンサの製造方法において、前記金属は銀であってもよい。
【００１５】
第１の電極層を銀で形成することにより、第１の電極層に高い導電性を付与する一方、金や白金等の金属を使用するよりも安価にバイオセンサを製造することができる。
【００１６】
前記バイオセンサの製造方法において、前記金属層は、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の膜厚で形成されてもよい。
【００１７】
第１の電極層を形成する金属層を、蒸着を用いて２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の膜厚とすることにより、検出された電気信号を伝達するに十分な導電性を確保する一方、使用する金属の量を抑制して、製造コストを抑制することができる。
【００１８】
前記バイオセンサの製造方法において、前記第１の基材は可撓性を有し、前記第１の基材の第１の面とは反対側の第２の面に、前記第１の基材を支持する第２の基材を配設してもよい。
【００１９】
第１基材を支持する第２の基材を配設することにより、可撓性を有する第１の基材を補強するとともに、測定時の取り扱い性能を向上させることができる。
【００２０】
また、本発明の一実施形態によると、可撓性を有する第１の基材と、前記第１基材の第１の面上に配置され、かつ有機バインダ成分を含まない金属からなり、かつ２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の膜厚で形成された第１の電極層と、前記第１の電極層の一端上に配設されたカーボンを含む第２の電極層と、前記第２の電極層上に位置するように配設された反応部と、を備えるバイオセンサが提供される。
【００２１】
本実施形態に係るバイオセンサは、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の膜厚で有機バインダ成分を含まない金属からなる第１の電極層を備えることにより、従来の銀ペーストのような不純物を含まず、高い導電率を備えるとともに、検出された電気信号を伝達するに十分な導電性を確保する一方、使用する金属の量を抑制して、製造コストを抑制することができる。
【００２２】
前記バイオセンサにおいて、前記金属は銀であってもよい。
【００２３】
第１の電極層を銀で形成することにより、第１の電極層に高い導電性を付与する一方、金や白金等の金属を使用するよりも安価なバイオセンサを提供することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によると、金属を含む導電率が高い電極系を有するバイオセンサを簡便な工程で作製でき、製造コストを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係るバイオセンサ１００の模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るバイオセンサ１００の分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るバイオセンサ１００の製造方法を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るバイオセンサ１００の製造方法を示す模式図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るバイオセンサ１００の電極群１１０を示す模式図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るバイオセンサ１００と測定装置１０００に接続した様子を示す模式図である。
【図７】本発明の一実施例に係るバイオセンサの特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明者らは、上述の問題を解決すべく鋭意検討した結果、印刷法により形成した水溶性レジスト層を用いることにより、酸やアルカリなどの高価な薬液を用いることなく、水を用いて簡便なリフトオフが実現可能であることを見出した。また、電極を物理蒸着法によりサブミクロンからナノオーダーの膜厚で形成することで、従来の銀ペーストのような有機バインダ成分などの不純物を含まず、高い導電率を備えることができ、被検出物を検出するに十分な範囲で銀ペーストの印刷法よりも薄い電極を形成することにより製造コストを抑制することができ、利用者にとって安価に利用可能なバイオセンサを提供できる。
【００２７】
以下、図面を参照して本発明に係るバイオセンサ及びその製造方法について説明する。但し、本発明のバイオセンサは多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す実施の形態及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、本実施の形態及び実施例で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態に係るバイオセンサ１００の模式図である。図２は、本発明の一実施形態に係るバイオセンサ１００の分解斜視図である。バイオセンサ１００は、例えば、可撓性を有する第１の基材１０の第１の面（上面）に、第１の電極層２０と、第１の電極層２０の一端上に配設された第２の電極層４０と、第２の電極層４０上に配設された反応部７０とを備える。また、バイオセンサ１００は、第１の基材１０の第１の面とは反対側の第２の面（下面）に配設された第２の基材３０と、第１の電極層１０上に配設された絶縁層５０と、第２の電極層４０上に配設され、試料を導入する切欠部を備えた第３の基材６０を備えてもよい。また、バイオセンサ１００は、反応部７０を覆うカバーである第４の基材８０をさらに備えてもよい。
【００２９】
（第１の基材）
本実施形態において、第１の基材１０は第１の電極層２０、第２の電極層４０を支持する基材であり、可撓性を有することが好ましい。第１の基材１０としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂等のフィルムを好適に用いることができる。第１の基材１０は、後述する製造工程において第１の電極層、第２の電極層、及び水溶性レジスト層をロール・ツー・ロール方式により形成する場合には、製造に必要な強度を保持する範囲で可能な限り薄いフィルムとすることが好ましい。可撓性を有する薄いフィルムであると、原反の巻数を増やすことができ、１つのロールでより多くのバイオセンサを作製することができる。第１の基材の厚みは、特に制限はないが、可撓性を有する程度に薄いものであるとよく、例えば、ＰＥＴであれば、１２μｍ以上４００μｍ以下の範囲のものを好適に用いることができる。特に２５μｍ程度のＰＥＴフィルムは、強度と生産性の観点から好ましい。
【００３０】
（第１の電極層）
本実施形態において、第１の電極層２０は配線部と一体形成され、バイオセンサ１００を測定装置（図示せず）に接続するための端子２１を備える。第１の電極層２０は、第１の基材１０に２本以上、典型的には３本配設される。端子２１とは反対側の第１の電極層２０の上面の一部には、後述する第２の電極層４０により構成される作用極４１、対極４３及び参照極４５が配設される。図２においては、２本配設された第１の電極層２０の一方に作用極４１を配設し、他方の第１の電極層２０に対極４３及び参照極４５を配置した例を示したが、本実施形態に係るバイオセンサ１００はこれに限定されるものではなく、第１の基材１０に３本の第１の電極層２０を配設して、作用極４１、対極４３及び参照極４５を第１の電極層２０に別々に配設してもよい。
【００３１】
本実施形態に係る第１の電極層２０は、従来の銀ペーストのような有機バインダ成分などの不純物を含まない金属層で形成するのが好ましい。第１の電極層２０には、バイオセンサの電極に用いられる公知の金属を利用可能であり、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、パラジウム（Ｐｄ）等を例示することができる。導電性や製造コストを考慮すると、本実施形態においては、銀を好適に用いることができる。また、本実施形態に係る第１の電極層２０は、被検出物を検出するに十分な導電率を確保できる範囲で可能な限り薄く形成することが好ましい。第１の電極層２０の膜厚は、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましい。このような薄い金属層で第１の電極層２０を形成するには、物理蒸着法を用いるとよく、なかでもロール・ツー・ロール方式で第１の電極層２０を形成するには真空蒸着法を好適に用いることができる。例えば、金属として銀を用いる場合は、５０ｎｍの膜厚の第１の電極層２０を安定して形成することができる。
【００３２】
（第２の電極層）
本実施形態において、第２の電極層４０は、導電性を有する材料で形成した被覆層であり、第１の電極層１０の表面保護を行うとともに、電極の一部として機能するものである。上述したように、第２の電極層４０は、作用極４１、対極４３及び参照極４５を構成する。作用極４１は還元体の電子受容体に電圧を印加するための電極である。対極４３は電子受容体から作用極４１に放出された電子によって流れた電流を計測するための電極である。また、参照極４５は、作用極４１の電位を決定する際の基準となる電極である。
【００３３】
第２の電極層４０は例えば、カーボン顔料と有機バインダの混合物により形成することができる。本実施形態に係るバイオセンサ１００に用いるカーボン顔料としては、例えば、黒鉛、アモルファスカーボン、ダイヤモンドライクカーボン、カーボンファイバー、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック（登録商標）、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノファイバー等を用いることができる。有機バインダとしてはアクリル樹脂、エステル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩酢ビニル樹脂等を用いることができる。
【００３４】
本実施形態に係る第２の電極層４０においては、カーボン顔料、有機バインダはそれぞれ５重量％以上６０重量％以下、１０重量％以上４０重量％以下とすることが好ましい。カーボン顔料が５重量％未満であるとカーボン顔料同士が電気的接続を有する確率が急激に低下して電極層としての導電性が失われる虞がある。また、カーボン顔料が６０重量％より多いと顔料間の切欠部が多くなり、物理的な賦型強度、接着強度、耐摩擦強度が失われて、要求される構造・機能が保持できなくなる虞がある。さらに、カーボン表面の酸化還元状態が安定せず、後工程で添加する酵素や電子受容体も切欠部に不均一に吸着するようになる。また、有機バインダが１０重量％未満であると、第２の電極層４０の塗工特性が低下して塗膜強度も低下することとなり、４０重量％より多いと、同様に第２の電極層４０の塗工特性が低下して導電性も低下することとなる。なお、第２の電極層４０には、後述するような助剤や添加剤等を添加してもよい。
【００３５】
第２の電極層４０の厚さは０．３μｍ以上３０μｍ以下の範囲とすることが好ましい。厚さが０．３μｍ未満であると第２の電極層４０を挟んで反応部７０と第１の電極層１０の隔絶が製造、保管、酵素反応の各条件、経時安定を保証する上で困難となり、また３０μｍより大きくなると電極層が脆弱になったり、抵抗値が上がったり等の問題が生じる。第２の電極層４０は、カーボン顔料で第１の電極層１０を被覆することで、第１の電極層１０の防錆に寄与し、酵素と第１の電極層１０との直接の接触を防止する。
【００３６】
第２の電極層４０は、必要に応じて他の導電性顔料、硬化剤や架橋剤のような反応試薬、加工適性改善のための助剤や添加剤等をカーボン顔料と有機バインダとに混合してもよい。また、第２の電極層４０の表面に機械的研磨やコロナ・プラズマのような放電手法による物理的エッチング等を施して、表面の活性化を向上させてもよい。
【００３７】
（反応部）
本実施形態において、反応部７０は生体由来物質を含み、基質特異的な物質の変化移動に伴う、化学ポテンシャル、熱あるいは光学的な変化を電気信号へ変換する。反応部７０は、生体由来物質として、例えば、酵素と電子受容体とを含む。グルコース濃度を測定する場合には、酵素としてグルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ）、グルコースデヒドロゲナーゼ（ＧＤＨ）を用いることができる。電子受容体はフェリシアン化カリウム、フェロセン誘導体、キノン誘導体、オスミューム誘導体等を用いることができる。酵素と電子受容体は、適宜溶媒で希釈して用いる。本実施形態に係る溶媒としては、例えば、水、アルコール、水−アルコール混合溶媒がある。また、直鎖、環状の炭化水素貧溶媒に均一分散させてもよい。酵素と電子受容体とをそれぞれ１試験体当り０．３ユニット以上１０ユニット以下と０．５μｇ以上２００μｇ以下とすることが好ましい。グルコースオキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼは、純度の高いものが好ましく、上述の範囲の活性を有するものであれば、特に由来となる生物種は限定されず、例えば、グルコースオキシダーゼとしては、東洋紡社製ＧＬＯ−２０１を用いることができる。反応部７０の酵素及び電子受容体は、酵素量（力価／ユニット）に準じた反応量が得られるが、反応部７０の性能を担保する最適重量部の小過剰でよい。
【００３８】
また、反応部７０は、その面積に比例した検出電流が得られるため、可能な範囲で広く設定することが好ましい。反応部７０は親水性高分子と混合したり、あるいは親水性高分子及び界面活性剤と混合したりして構成してもよい。親水性高分子としては、カルボキシルメチルセルロース、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、エチルセルロース、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、ポリビニル酢酸、ポリビニルブチラール等、またはこれらの混合物を用いることができる。親水性高分子と混合すると、血液はゲル状となり応答電流値は若干低下するが、赤血球や他のタンパク質などのセンサ応答への影響を低減することができる。界面活性剤を含有させると粘度の高い試料液であっても、センサの内部へ試料液を容易に導くことができるので、好ましい。反応部７０に用いる界面活性剤としては、例えば、非イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、若しくはポリエチレングリコール類等が挙げられる。反応部７０を形成する場合、酵素は４０℃以上で長時間放置すると活性を失うため、溶媒の乾燥は４０℃以下で行い、乾燥後は速やかに室温にもどすことが好ましい。
【００３９】
（第２の基材）
本実施形態において、第２の基材３０は、第１の基材１０を支持して補強する基材である。第２の基材３０には、第１の基材１０よりも剛性の高い基材であることが好ましい。第２の基材３０としては、例えば、樹脂基材、セラミック基材、ガラス基材、半導体基材や金属基材などを用いることができ、これら材料に応じて第１の基材１０を支持するに充分な厚さを設定するとよい。第２の基材３０としては、第１の基材１０よりも厚いＰＥＴ製の基材を用いることが好ましい。ＰＥＴを用いることで安価にバイオセンサを作製することができるからである。第２の基材３０がＰＥＴ製である場合、例えば、５０μｍ以上１ｍｍ以下の範囲で第１の基材１０の厚さを考慮して適宜設定するとよい。バイオセンサ１００は、第２の基材３０を備えることにより、測定時の取り扱い性能を向上させることができる。
【００４０】
（絶縁層）
本実施形態において、絶縁層５０は、金属層で形成された第１の電極層２０を被覆する。絶縁層５０には、例えば、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂を用いることができる。第１の電極層２０の上層に絶縁層５０を配設することにより、第２の電極層４０が配設されていない第１の電極層の酸化を防ぐとともに、ショートを防ぐことができる。
【００４１】
（第３の基材）
本実施形態において、第３の基材６０は、試料を導入する切欠部を備え、外部からバイオセンサ１００へ試料供給を行うための流路を設けるための基材である。図では、第３の基材６０が「Ｕ」の字状となるように切欠部を備えた例が示されているが、切欠部の態様はこれに限定されるものはない。例えば、切欠部が「Ｔ」の字状となるように、バイオセンサの長手方向に延びる溝と、この溝に交わるように短手方向に延びる溝とが、第３の基材に形成されていてもよい。第３の基材６０には、例えば、第１の基材と同様のものを用いることができ、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂等のフィルムを好適に用いることができる。また、第３の基材６０として、例えば、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂を用い、これらを硬化させたものを基材として取り扱うことができる。第２の電極層４０の上層に、第３の基材６０を配設することにより、検出に必要な試料を導入し、被検出物と酵素との反応による電気信号を第２の電極層４０から検出することができる。
【００４２】
（第４の基材）
本実施形態において、第４の基材８０は、反応部７０を覆うカバーである。第４の基材８０は、第３の基材６０の切欠部に対応する位置に貫通孔８１を有していてもよい。第４の基材８０の貫通孔８１は、第３の基材６０の切欠部に試料を導入するための空気抜きであり、第３の基材６０の切欠部への試料の導入を促進する。第４の基材８０は、剛体であってもよく、弾性体であってもよい。第３の基材６０には、電気絶縁性を有する弾性体を用いることが好ましく、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂等のフィルムを好適に用いることができる。
【００４３】
なお、図２においては、反応部７０を第３の基材６０の上面に配置した例を示したが、本実施形態に係るバイオセンサ１００はこれに限定されるものではなく、反応部７０は、第２の電極層４０の上層であれば、他の位置でもよく、第２の電極層４０の上面または絶縁層５０の上面に配設されてもよい。また、反応部７０が第２の電極層４０の上面または絶縁層５０の上面に配設される場合には、第４の基材８０は、第３の基材６０と一体形成されてもよい。
【００４４】
図２には図示していないが、後述するように、本実施形態に係るバイオセンサ１００においては、第１の基材１０から第１の電極層２０が剥離するのを防止するために、第１の基材１０の上面に密着層を形成するのが好ましい。また、第１の基材１０と第２の基材３０、及び第３の基材６０と第４の基材８０との間には、接着層を配設することにより、それぞれの基材を貼り合わせることができる。なお、上記実施形態は一例であって、多くの異なる態様で実施可能である。
【００４５】
（製造方法）
上述した本実施形態に係るバイオセンサ１００を製造方法について、詳細に説明する。図３は、本発明の一実施形態に係るバイオセンサ１００の製造方法を示す模式図である。可撓性を有する第１の基材１０を準備する（図３（ａ））。第１の基材１０は、枚葉状のシートであってもよいが、本実施形態においては、第１の基材１０には、上述した薄いフィルムをロール状に巻いた原反の基材を用いることが好ましい。薄いフィルムを原反から送り出し、第１の基材１０を連続体として用いることにより、以下に説明する第１の電極層の形成工程を、ロール・ツー・ロール方式で連続して行うことができる。第１の基材１０は、可撓性を有する薄いフィルムであることが好ましく、これにより原反の巻数を増やすことができ、１つのロールでより多くのバイオセンサを作製することができる。
【００４６】
本実施形態においては、好ましくは、第１の基材１０の一方の面に密着層１５を形成する（図３（ｂ））。密着層１５は、公知のプライマー剤の中から第１の基材１０の材料に応じて適宜選択すればよく、例えば、第１の基材１０がＰＥＴである場合には、大日精化工業株式会社製  ＶＭ−ＤやＶＭ−ＡＬなどを用いることができる。密着層１５の形成には、印刷法などを用いることができる。密着層１５を形成することにより、第１の基材１０と物理蒸着法で形成される第１の電極層との密着性を向上させるとともに、バイオセンサ１００の使用時に、第１の基材１０から第１の電極層２０が剥離するのを防止することができる。
【００４７】
水溶性レジストを用いて、第１の電極層２０のネガパターンを印刷し、水溶性レジスト層２５を形成する（図３（ｃ））。水溶性レジストには、典型的には水溶性樹脂であり、例えば、水溶性ビニル樹脂などを用いてもよい。水溶性レジスト層２５は、０．５μｍ以上１０μｍ以下で形成することが好ましい。図４に示すように、本実施形態に係る製造方法においては、フィルムをロール状に巻いた第１の基材１０を用いることにより、ロール・ツー・ロール方式による、グラビア印刷、フレキソ印刷、スクリーン印刷またはインクジェット印刷から選択される何れかの方法により、第１の基材１０の第１の面（上面）に、第１の電極層２０のネガパターンを連続して複数形成することができる。本実施形態においては、好ましくは、密着層１５の上面に水溶性レジスト層２５を形成する。本実施形態に係る水溶性レジストには、典型的には水溶性樹脂であり、例えば、水溶性ビニル樹脂などを用いてもよい。
【００４８】
所定のパターンで水溶性レジスト層２５が形成された面に、金属層２７を形成する（図３（ｄ））。上述したように、金属層２７は、物理蒸着法により形成され、好ましくはロール・ツー・ロール方式での加工が可能な真空蒸着法により形成する。本実施形態においては、銀を蒸着して金属層２７を形成することが好ましい。このとき、金属層２７の膜厚は、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とする。本実施形態においては、ロール状に巻いたフィルムに金属を蒸着するため、第１の基材１０の水溶性レジスト層２５が形成された面に、金属層２７が連続して形成される。真空蒸着においては、蒸着装置内を真空にするために時間を要するが、ロール状に巻いたフィルムを連続して送り出して用いることにより、１回の蒸着処理で大量の第１の電極層２０を形成することが可能であり、製造コストの大幅な削減が期待できる。
【００４９】
金属層２７を形成した後、第１の基材１０をロール状に巻取る。水洗ユニットにロール状の第１の基材を移動し、第１の基材を適宜送り出して水洗を行う。水洗は、例えば、第１の基材の上面に対してノズルなどから水を供給し、水溶性レジスト層を溶解させる。必要に応じて温水により水洗を行うとよい。水溶性レジスト層２５と、水溶性レジスト層２５の上面に形成された金属層２７は水洗により除去され、第１の基材１０の第１の面に金属層２７がパターン状に加工されてなる第１の電極層２０を形成することができる（図３（ｅ））。酸やアルカリなどの高価な薬液を用いることがないため、製造コストを低減することができる。水により水溶性レジスト層２５を除去するため、廃液設備が簡便なものとなり、製造設備の面でもメリットが大きい。また、酸やアルカリなどの薬液では、金属層２７が侵襲される可能性があるが、本実施形態によればそのような可能性は低減される。
【００５０】
第１の電極層２０を形成した第１の基材１０の第１の面とは反対側の第２の面（下面）に、第１の基材１０よりも剛性の高い第２の基材３０を配設する。これにより、第１の基材１０を支持することができる。第１の基材１０が薄く可撓性を有する場合には、第２の基材３０を配設することが好ましい。上述したように、第１の基材１０と第２の基材３０とは、例えば、接着層（図示せず）を配設することにより貼り合わせる。接着層には、合成接着剤としてはアクリル系接着剤、エステル系接着剤、ビニル系接着剤、シリコン系接着剤等、天然接着剤としてはニカワ、天然ゴム、樹液等の澱粉のり・天然高分子等を用いることができる。
【００５１】
第１の電極層２０を形成し、第２の基材３０を配設した第１の基材１０を所定の間隔で切断する。第１の電極層２０の上面の一部に、グラビア印刷またはスクリーン印刷によりカーボンを印刷して、第２の電極層４０を形成する。図５は、本発明の一実施形態に係るバイオセンサ１００の電極群１１０を示す模式図である。
【００５２】
電極群１１０の第１の電極層２０の上層に、グラビア印刷またはスクリーン印刷により絶縁層５０を配設する。絶縁層５０には、例えば、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂を用いることができる。絶縁層は、予めパターニングして塗布されたものを硬化して絶縁層５０としてもよいし、全面に塗布した後、硬化したい部位のみにエネルギーを加えて硬化して絶縁層５０としてもよい。本実施形態においては、バイオセンサ１００を測定装置に接続するために、第１の電極層２０の端子２１の上面には絶縁層５０を配設しない。このような絶縁層５０の位置合わせは、印刷法を用いることにより、精度良く行うことができる。
【００５３】
第２の電極層４０の上層に、試料を導入する切欠部を備えた第３の基材６０を配設する。第３の基材６０は、グラビア印刷またはスクリーン印刷により形成することができる。このような切欠部を備えた第３の基材６０の位置合わせは、印刷法を用いることにより、精度良く行うことができる。
【００５４】
第２の電極層４０または絶縁層５０の上層に、反応部７０を配設する。反応部７０は、例えば、酵素及び電子受容体を含む溶液をディスペンサーで塗布した後、４０℃で乾燥させ、溶媒成分を除去することにより形成することができる。反応部７０は、第２の電極層４０の上層であれば、第２の電極層４０の上面、絶縁層５０の上面または第３の基材６０の上面の何れかに配設すればよい。
【００５５】
反応部７０を形成した後に、反応部７０を第４の基材８０で覆ってもよい。第４の基材８０は、上述した接着層を形成することにより、第３の基材６０と貼り合わせることにより実施可能である。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態に係るバイオセンサの製造方法によると、印刷法により形成した水溶性レジスト層と、蒸着法とを組合せることで、簡便なリフトオフにより電極層を形成することができる。これにより、電極層は従来の銀ペーストのような不純物を含まず、高い導電率を備えることができ、被検出物を検出するに十分な範囲で銀ペーストの印刷法よりも薄い電極を形成することにより製造コストを抑制することができ、利用者にとって安価に利用可能なバイオセンサを提供できる。
【００５７】
（測定装置）
図６は、本発明の一実施形態に係るバイオセンサ１００と測定装置１０００に接続した様子を示す模式図であり、図６（ａ）は全体図である。測定装置１０００は、公知の測定装置であって、本発明に係るバイオセンサ１００を接続して、試料中に含まれる被検出物を検出する装置である。測定装置１０００は、例えば、バイオセンサ１００で生じた電気信号を受信するための接続電極１０１１及び１０１３、演算部（図示せず）、電源（図示せず）、表示部１１００及び操作部１２００を備える。
【００５８】
図６（ｂ）は、図６（ａ）のバイオセンサ１００を接続した破線部における測定装置１０００の内部を説明する図である。バイオセンサ１００は、測定装置１０００の装着部に装着されると、バイオセンサ１００の２つの端子２１が測定装置１０００の接続電極１０１１及び１０１３にそれぞれ接続する。この接続により、バイオセンサ１００で生じた電気信号は、測定装置１０００に伝達される。なお、上述したように、第１の基材１０に３本の第１の電極層２０を配設して、作用極４１、対極４３及び参照極４５を第１の電極層２０に別々に配設した場合は、測定装置１０００の接続電極は３本となる。
【００５９】
測定方法としては、例えば、測定者がバイオセンサ１００を測定装置１０００に装着し、バイオセンサ１００の先端から第３の基材６０に設けられた切欠部に試料を導入し、操作部１２００を操作して、測定を開始する。第３の基材６０の切欠部に導入された試料に被検出物が含まれる場合は、被検出物と、反応部７０に配設された生体由来物質とが反応し、電気信号がバイオセンサ１００の第２の電極層４０で検出され、第１の電極層２０から端子２１、測定装置１０００の接続電極１０１１及び１０１３を介して、測定装置１０００ニ伝達される。測定装置１０００は、バイオセンサ１００から受信した電気信号を演算部で測定値に変換する。得られた測定値は、表示部１１００に表示され、測定者は測定結果を視覚的に認識することができる。
【実施例】
【００６０】
（バイオセンサの製造）
実施例として、上述した本発明に係るバイオセンサを以下のように作製した。第１の基材として、厚さ２５μｍの大判のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のロール形状の連続フィルムを準備した。連続フィルムの片面に密着層を形成するためのプライマー剤として大日精化工業株式会社製  ＶＭ−Ｄを塗布した。水溶性レジスト（ＤＩＣ社製  MCA2055）をグラビア印刷法により、第１の電極層のネガ型パターンを厚さ１〜２μｍとなるようにロール形状の連続フィルムの片面に連続塗布した。塗布後、１２０℃で５秒間乾燥し、蒸着源としてＡｇがセットされた真空蒸着装置にロール形状の連続フィルムを移し、ロール形状の連続フィルムの水溶性レジストが形成された面に全面に厚さ５０ｎｍでＡｇ薄膜を連続成膜した。ロール形状の連続フィルムに２０℃の水をノズルから供給して水溶性レジストを除去し、Ａｇ電極パターンを作製した。
【００６１】
ロール形状の連続フィルムを４５０ｃｍ×４５０ｃｍのシート状に切出し、各シートに対してカーボンを含む塗工液をスクリーン印刷法でＡｇ電極パターンに一部重なり電気的接続がとれるように、作用極、対極、参照極からなる第２の電極層を形成した。光硬化性樹脂をスクリーン印刷法で塗布し、絶縁層を形成した。この上に、切欠部が形成された「Ｕ」字状のスペーサー基材（第３の基材）、反応部、カバー基材（第４の基材）を積層して形成し、バイオセンサを作製した。本実施例においては、一例として、グルコースオキシダーゼを含む反応部を形成したグルコースセンサとした。
【００６２】
（センサ特性の確認）
ポテンショスタットにて、各電極に通じる端子に外部接続端子を取付け、スペーサー基材の切欠部により形成された流路に、グルコース濃度（１００ｍｇ／ｄＬ）の標準試料溶液を供給し、毛管現象を利用して当該溶液を電極部分まで引き込んだ。グルコース濃度の異なる３種類の標準試料溶液を用いてセンサ特性を測定した。図７に示すように、本実施例に係るバイオセンサは、グルコース濃度の値と電極間電流の値に正比例関係があることを確認し、良好なセンサ特性が得られていることが明らかとなった。
【符号の説明】
【００６３】
１０：第１の基材、１５：密着層、２０：第１の電極層、２１：端子、２５：水溶性レジスト層、２７：、金属層３０：第２の基材、４０：第２の電極層、４１：作用極、４３：対極、４５：参照極、５０：絶縁層、６０：第３の基材、７０：反応部、８０：第４の基材、８１：貫通孔、１００：バイオセンサ、１０００：測定装置、１０１１：接続電極、１０１３：接続電極、１１００：表示部、１２００：操作部
【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】
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