(57)【要約】【課題】使用開始時から安定した測定が行える針型センサ３０を提供する。【解決手段】針型センサ３０は、針本体部３３と、針本体部３３の基端側に設けられたコネクタ部３５と、針本体部３３の先端側に配設され、アナライト濃度を測定する、最外層が遮光層１８であるセンサ部１０と、を有し、遮光層１８が、その周囲の表面の少なくとも一部より凸となっている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
針本体部と、前記針本体部の基端側に設けられたコネクタ部と、前記針本体部の先端側に配設され、アナライト濃度を測定する、最外層が遮光層であるセンサ部と、を有し、
前記遮光層が、その周囲の表面の少なくとも一部より凸となっていることを特徴とする針型センサ。
【請求項２】
前記遮光層を除く前記針本体部の少なくとも先端側の一部を覆う保護層を有することを特徴とする請求項１に記載の針型センサ。
【請求項３】
前記遮光層の表面の全周端が、その周囲の表面よりも凸であることを特徴とする請求項２に記載の針型センサ。
【請求項４】
前記保護層の表面が、先端側および側面側において前記遮光層の表面の周端よりも凹であり、後端側において前記遮光層の表面の周端よりも凸であることを特徴とする請求項３に記載の針型センサ。
【請求項５】
遮光層配置面が、前記保護層が部分的に除去されている領域であることを特徴とする請求項４に記載の針型センサ。
【請求項６】
前記センサ部が、
前記基板に主面と平行な底面を有する凹部があり、前記凹部の内壁に蛍光を電気信号に変換する光電変換素子が形成されており、
前記凹部の内部に配設された、励起光を発生する発光素子と、
前記凹部の内部の前記発光素子を覆う透明中間層と、
前記凹部の内部の前記透明中間層の上側に配設された、前記励起光を受光するとアナライト濃度に応じた強度の前記蛍光を発生するインジケータ層と、
前記凹部の開口を塞ぎ、光を遮断する前記遮光層、を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の針型センサ。
【請求項７】
前記センサ部が、
前記基板に接合されたセンサ枠の内部の前記基板に配設された、蛍光を電気信号に変換する光電変換素子と、
前記センサ枠の内部の前記光電変換素子の上側に配設された、励起光を発生する発光素子と、
前記センサ枠の内部の前記発光素子を覆う透明中間層と、
前記センサ枠の内部の前記透明中間層の上側に配設された、前記励起光を受光するとアナライト濃度に応じた強度の前記蛍光を発生するインジケータ層と、
前記センサ枠の開口を塞ぎ、光を遮断する前記遮光層と、を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に針型センサ。
【請求項８】
角柱状の半導体からなる基板の先端部に凹部を形成する工程と、
前記凹部の側面に光電変換素子を形成する工程と、
前記凹部の底面に、励起光を発生するとともに、蛍光を透過する発光素子を配設する工程と、
前記発光素子を覆う透明中間層を前記凹部の内部に配設する工程と、
前記凹部の開口部をマスキング部材で仮封止するマスキング工程と、
前記基板の先端部を保護層で埋め込む工程と、
前記マスキング部材とともに保護層を部分的に除去する工程と、
前記透明中間層の上の前記凹部の内部にアナライト濃度に応じた強度の蛍光を発生するインジケータ層を配設する工程と、
前記保護層が除去された前記凹部の開口を、光を遮断する遮光層で覆う工程と、を具備することを特徴とする針型センサの製造方法。
【請求項９】
角柱状の基板の先端部に光電変換素子を配設する工程と、
前記光電変換素子が内部の底面となるように、センサ枠を前記基板に接合する工程と、
励起光を発生するとともに蛍光を透過する発光素子を、前記センサ枠の内部に配設する工程と、
前記発光素子を覆う透明中間層を、前記センサ枠の内部に配設する工程と、
前記センサ枠の開口部をマスキング部材で仮封止するマスキング工程と、
前記センサ枠が接合された前記基板の先端部を保護層で埋め込む工程と、
前記マスキング部材とともに保護層を部分的に除去する工程と、
前記透明中間層の上の前記センサ枠の内部にアナライト濃度に応じた強度の蛍光を発生するインジケータ層を配設する工程と、
前記保護層が除去された前記センサ枠の開口を、光を遮断する遮光層で覆う工程と、を具備することを特徴とする針型センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体内のアナライトの濃度を計測する針型センサおよび前記針型センサの製造方法に関し、特にセンサ部が体内に挿入され留置される短期留置型の針型センサおよび前記針型センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
針型センサは、体内の血液または体液のアナライトすなわち被計測物質の濃度を測定するセンサ部が、被検体に穿刺され留置される。そして針型センサは、所定の期間、体内のアナライトの濃度を継続して測定する。
【０００３】
センサ部は例えば蛍光色素を含有したインジケータを有している。そしてインジケータに光源からの励起光を照射することで、インジケータの蛍光色素が被計測溶液中のアナライト濃度に応じた強度の蛍光を発生し、その蛍光を光検出器が受光する。光検出器は光電変換素子であり、受光した光量に応じた電気信号を出力する。この電気信号から被計測溶液中のアナライト濃度が測定される。
【０００４】
図１および図２に、国際公開ＷＯ０６／０９０５９６号パンフレットに開示されているセンサ１１０を示す。なお、図においてアナライト２等は模式的に示している。センサ１１０は、針状の中空容器１１２と、中空容器１１２内に挿入された担体筒１１４と、担体筒１１４内に端部が挿入された光ファイバ１１８と、からなる。中空容器１１２は、一方が尖り、他方が開口している。中空容器１１２の側部には複数個の貫通孔１２０が設けられている。担体筒１１４は薄い膜を丸めたものからなる。そしてセンサ部１１６は光ファイバ１１８の端部に蛍光色素であるルテニウム有機錯体薄膜１２４を被覆したインジケータからなる。
【０００５】
光ファイバ１１８は光源（不図示）からの励起光をセンサ部１１６に照射する。アナライト２を含む被計測溶液は、貫通孔１２０を介してセンサ部１１６に進入する。センサ部１１６はアナライト濃度に応じた光量の蛍光を発生する。蛍光は光ファイバ１１８を介して光検出器（不図示）に受光され分析される。
【０００６】
センサ１１０では、被計測溶液のセンサ部１１６への進入経路が貫通孔１２０である。このため、センサ１１０を皮下に穿刺したときに、気泡が貫通孔１２０に付着するおそれがあった。気泡が付着した貫通孔１２０を介しては、被計測溶液はセンサ部１１６へ進入できないため、気泡が取り除かれるまではセンサ１１０は検出のレスポンスは遅くなる。
【０００７】
また所定のアナライト濃度の溶液中にセンサ１１０を浸漬して性能を評価する場合にも、溶液に溶存していた気体が気泡となって貫通孔１２０に付着するおそれがあった。すると、測定前に気泡を除去する操作が必要となる。
【０００８】
すなわち、従来のセンサ１１０は、穿刺直後などの使用開始時には安定した測定を行うことが容易ではないことがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開ＷＯ０６／０９０５９６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
使用開始時から安定した測定が行える針型センサおよび前記針型センサ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】
【００１１】
本発明の一態様の針型センサは、針本体部と、前記針本体部の基端側に設けられたコネクタ部と、前記針本体部の先端側に配設され、アナライト濃度を測定する、最外層が遮光層であるセンサ部と、を有し、前記遮光層が、その周囲の表面の少なくとも一部より凸となっている。
また、本発明の別の一態様の針型センサの製造方法は、角柱状の半導体からなる基板の先端部に凹部を形成する工程と、前記凹部の側面に光電変換素子を形成する工程と、前記凹部の底面に、励起光を発生するとともに、蛍光を透過する発光素子を配設する工程と、前記発光素子を覆う透明中間層を前記凹部の内部に配設する工程と、前記凹部の開口部をマスキング部材で仮封止するマスキング工程と、前記基板の先端部を保護層で埋め込む工程と、前記マスキング部材とともに保護層を部分的に除去する工程と、前記透明中間層の上の前記凹部の内部にアナライト濃度に応じた強度の蛍光を発生するインジケータ層を配設する工程と、保護層が除去された前記凹部の開口を最外層で覆う工程と、を具備する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の実施形態によれば、使用開始時から安定した測定が行える針型センサおよび前記針型センサの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来の針型センサの概略構成を示す側面図である。
【図２】従来の針型センサの概略断面構造を示す断面図である。
【図３】第１実施形態の針型センサを有するセンサシステムの構成を説明するための模式図である。
【図４】第１実施形態の針型センサの先端部の構成を説明するため模式図である。
【図５】第１実施形態の針型センサの先端部の概略断面構造を示す、図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】第１実施形態の針型センサの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】第１実施形態の針型センサの製造方法を説明するための先端部の概略断面構造を示す断面図である。
【図８】第１実施形態の変形例１、変形例２および比較例の針型センサ等の先端部の構成を説明するため模式図である。
【図９】第１実施形態の変形例３の針型センサの先端部の概略断面構造を示す断面図である。
【図１０】第１実施形態の変形例３の針型センサの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図１１】第１実施形態の変形例３の針型センサの製造方法を説明するための先端部の概略断面構造を示す断面図である。
【図１２】第２実施形態の針型センサ等の先端部の構成を説明するため模式図である。
【図１３】第２実施形態の針型センサの先端部の概略断面構造を示す、図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図１４】第２実施形態の変形例の針型センサ等の先端部の構成を説明するため模式図である。
【図１５】第２実施形態の変形例の針型センサの先端部の概略断面構造を示す、図１４のＸＶ−ＸＶ線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜第１実施形態＞
以下、図面を用いて、本発明の第１実施形態の針型センサ（以下「センサ」という）３０について説明する。図３に示すように、センサ３０はセンサ本体部４０およびレシーバー４５と組み合わせてセンサシステム１として使用される。すなわち、センサシステム１は、センサ３０と、センサ本体部４０と、センサ本体部４０からの信号を受信し記憶するレシーバー４５と、を有する。センサ本体部４０とレシーバー４５との間の信号の送受信は無線または有線で行われる。
【００１５】
センサ３０は、センサ部１０を有する先端部３２と、細長い針本体部（以下、単に「本体部」ともいう）３３と、針本体部３３の針後端部３４と一体化したコネクタ部３５とを有する。なお、以下の説明において、前側とは先端側を、後側とはコネクタ部側を意味する。すなわち、センサ３０は、針本体部３３と、針本体部３３の基端側に設けられたコネクタ部３５と、針本体部３３の先端側に配設されたセンサ部１０と、を有する。
【００１６】
コネクタ部３５はセンサ本体部４０の嵌合部４１と着脱自在に嵌合する。センサ３０はコネクタ部３５がセンサ本体部４０の嵌合部４１と機械的に嵌合することにより、センサ本体部４０と電気的に接続される。
【００１７】
センサ本体部４０は、図示しないがレシーバー４５と無線で信号を送受信する無線アンテナと、電池などの電源と、センサ部１０の駆動および制御などを行う各種回路などを有する。各種回路としては、信号を増幅する増幅回路、回路用基準クロック発生回路、ロジック回路、データ処理回路、ＡＤ変換処理用回路、モード制御回路、メモリ回路、および通信用高周波発生器回路などを例示することができる。なお、レシーバー４５と有線で信号を送受信する場合には、センサ本体部４０は、無線アンテナに代えて信号線を有する。
【００１８】
センサ３０は感染防止等のために使用後は処分される使い捨て(ディスポ)部であるが、センサ本体部４０およびレシーバー４５は繰り返し再使用されるリユース部である。
【００１９】
センサ３０はセンサ本体部４０と嵌合した状態で、被検者自身が体表面から穿刺して、真皮層に先端部３２が留置される。そして、連続使用期間が一週間程度の短期皮下留置型であるセンサ３０は、例えば体液中のグルコース濃度を連続して測定し、レシーバー４５のメモリに記憶する。
【００２０】
図４に示すように、先端部３２の一面は、針本体部３３よりも高さが低い遮光層配設面であり、センサ部１０の最外層である遮光層１８が配設されている。遮光層１８は角部が丸められた矩形、すなわち略矩形である。なお遮光層１８は周端が曲線から構成された楕円等または４本以上の辺から構成された多角形であってもよい。
【００２１】
遮光層配設面に配設された遮光層１８の表面の周端は、後端側方向を除いて、厚さ分だけ、遮光層１８を取り囲む周囲の表面よりも凸である。なお、遮光層１８の厚さは、例えば、５μｍ〜２０μｍである。
【００２２】
すなわち、センサ部１０とセンサ３０の基本構造体である基板１１とは、保護層（カバー層）１９で覆われているが、遮光層配設面には保護層はない。言い換えれば、センサ３０は、遮光層配設面を除くセンサ部１０と基板１１とが埋め込まれた保護層１９を有する。
【００２３】
なお、保護層１９は、遮光層１８を除く針本体部の少なくとも先端側の一部を覆っていればよい。
【００２４】
先端部３２は、例えば幅および厚さ（高さ）が、０．１ｍｍ〜１ｍｍの角に丸みを有する細長い四角柱状である。そして、針本体部３３を含めた長さは５〜２０ｍｍ程度であり、先端部３２を含めて５ｍｍ〜１０ｍｍ程度が皮下に留置される。
【００２５】
次に、図５を用いて、センサ３０のセンサ部１０の構造について説明する。センサ部１０は、基板１１であるシリコン基板と、光電変換素子であるフォトダイオード素子（ＰＤ素子）１２と、発光素子である発光ダイオード素子（ＬＥＤ素子）１５と、透明中間層１６と、蛍光色素を含有するインジケータ層１７と、最外層である遮光層１８とが、基板１１側から順に積層された構造を有する。
【００２６】
ＰＤ素子１２は受光面で受光した蛍光を電気信号に変換する。ＬＥＤ素子１５は蛍光を透過する材料からなり、励起光を発生する。透明中間層１６はＬＥＤ素子１５を覆い保護するとともに、インジケータ層１７を収容するインジケータ空間の底面を構成する。
【００２７】
ＰＤ素子１２、ＬＥＤ素子１５、透明中間層１６、およびインジケータ層１７は、基板１１上の同一領域内であるセンサ枠２０の凹部（貫通孔）の内部に配設されている。センサ枠２０はインジケータ空間の側面を構成しており、遮光層１８はインジケータ空間の上面を構成している。
【００２８】
なお、図示しないがＰＤ素子１２の表面は、フィルタ層で覆われている。フィルタ層はＬＥＤ素子１５が発生する励起光Ｅは通さず、それよりも長波長の蛍光Ｆは通す、例えば吸収型光学フィルタである。
【００２９】
インジケータ層１７は、励起光を受光すると、内部に進入したアナライト濃度に応じた光量の蛍光を発生する。
【００３０】
遮光層１８は、アナライトおよび水が通過可能であるが、光を遮断する。すなわち、外光がセンサ部１０の内部に入射するのを防止するとともに、センサ部１０から外部へ励起光および蛍光が出射するのを防止する。遮光層１８は、親水性の高い材料で表面修飾されていてもよい。
【００３１】
そして、遮光層配設面を除くセンサ部１０と基板１１とは、保護層１９に埋め込まれている。すなわち、保護層（カバー層）１９が、センサ３０の主面および側面に配設されている。保護層１９としては、生体適合性、フレキシブル性、および電気絶縁性などの要件を満たす材料、例えば、ポリパラキシリレン等の樹脂からなる。
【００３２】
以上の説明のように、センサ３０は、基板１１と、遮光層１８を通過した溶液中のアナライト濃度を測定する、基板１１に配設されたセンサ部１０と、基板１１と遮光層配設面を除くセンサ部１０とが埋め込まれた保護層１９と、を具備し、平面視矩形の遮光層１８が、表面の４つの全周端のうち、３周端（３辺、３方向）において、その周囲の表面よりも凸である。
【００３３】
センサ３０は、アナライトを含む被計測溶液がセンサ部１０に進入する遮光層１８の表面である遮光層１８の表面が、その周囲の表面の少なくとも一部より凸状態であるために、気泡の付着により応答性が劣化することがなく、使用開始時から安定した測定が行える。
【００３４】
なお、センサ３０は、アウターニードル等の挿入補助用鞘管の内部に組み込まれた状態で被検体に穿刺され皮下に挿入される。皮下挿入後は、鞘管のみが抜き取られ、鞘管により形成された孔に留置されセンサ３０は、アナライト濃度を測定する。
【００３５】
次に図６および図７（Ａ）〜図７（Ｄ）を用いて、センサ３０の製造方法について説明する。
＜ステップＳ１０＞
基板１１にＰＤ素子１２が配設される。光電変換素子として、ＰＤ素子１２を表面に形成する場合は、基板１１としては単結晶シリコン基板が好適であるが、ＰＤ素子１２の配設方法によっては、ガラス基板など多様な材料から選択可能である。
【００３６】
ＰＤ素子１２の受光面を覆うようにフィルタ層（不図示）が配設される。フィルタ層は、例えば３７５ｎｍより短い励起光Ｅの波長では透過率は１０−７以下であり、４６０ｎｍの蛍光Ｆの波長では透過率１０−１以上すなわち１０％以上と、波長による透過率の比としては６桁以上の透過率選択性を有する。フィルタ層は、反射型フィルタでもよいし、シリコン膜または炭化シリコン膜等を用いた吸収型フィルタでもよい。
【００３７】
なお、図示しないが、ＰＤ素子１２の出力信号を伝達する配線およびＬＥＤ素子１５の駆動信号を伝達する配線が、針本体部３３を経てコネクタ部３５まで配設される。
【００３８】
＜ステップＳ１１＞
ＰＤ素子１２の受光面が内部の底面となるように、貫通孔のある額縁状のセンサ枠２０が、基板１１に接合される。センサ枠２０は、金属、半導体、ガラス、セラミック、または樹脂などから遮光機能および十分な機械的強度を有する材料を用いることができる。材料の遮光機能が不十分場合には、遮光性の膜により覆われる。また、基板１１とセンサ枠２０とは、直接接合されたり、遮光性材料を介して接合されたりする。
【００３９】
＜ステップＳ１２＞
ＰＤ素子１２の上側に、フィルタ層を介して、励起光を発生するＬＥＤ素子１５が配設される。
【００４０】
ＬＥＤ素子１５としては、蛍光透過率、光発生効率、励起光の波長選択性の広さ、および励起光となる紫外線以外の波長の光を僅かしか発生しないことなどの観点からは、サファイア基板を用いた窒化ガリウム系の紫外線発光ＬＥＤ素子が好ましい。
【００４１】
＜ステップＳ１３＞
ＬＥＤ素子１５を覆うように、透明中間層１６がセンサ枠２０の内部に配設される。透明中間層１６は、エポキシ樹脂膜、シリコーン樹脂、または透明な非晶性フッ素樹脂などからなる。
なお、透明中間層１６は可視光の全波長帯の光を透過する必要はなく、例えば励起光波長および蛍光波長における透過率が高ければ、見かけ上、半透明のものであってもよい。
【００４２】
図７（Ａ）に示すように、透明中間層１６により、センサ枠２０の内部のＬＥＤ素子１５等は保護された状態となる。
【００４３】
＜ステップＳ１４＞
センサ枠２０の開口部が、マスキングテープ等のマスキング部材２１で仮封止される。マスキング部材２１は、剥離が容易で、かつステップＳ１５の保護層形成工程等において破断したり剥離したりしない部材から選択される。マスキング部材２１としてテープではなく、熱可塑性樹脂等を用いてもよい。
【００４４】
＜ステップＳ１５＞
図７（Ｂ）に示すように、マスキング部材２１で仮封止されたセンサ枠２０が接合された基板１１の、少なくとも先端部３２が保護層１９で埋め込まれる。言い換えれば、先端部３２の表面が保護層１９で覆われた状態となる。なお先端部３２と同時に針本体部３３の先端端面も保護層で覆われることが好ましい。
【００４５】
保護層１９は、例えば、所定の形状の金型の中に、樹脂シートで挟み込んだ先端部を配置し加圧したり、先端部を配置した金型に樹脂を流し込んだりして形成される。また、いわゆるディップコーティング法により形成してもよい。
【００４６】
なお、図７（Ｂ）ではマスキング部材２１の上にも保護層１９が形成されているが、形成されていていなくともよい。
【００４７】
＜ステップＳ１６＞
図７（Ｃ）に示すように、センサ枠２０の開口部からマスキング部材２１とともに、マスキング部材２１の周囲の保護層が除去される。例えば、切削治具の鋭利な刃先を、センサ枠２０の後端部に到達するまで保護層１９に切り込んでから、水平方向に先端部３２の先端まで移動することで、マスキング部材２１とともに保護層が部分的に除去される。
【００４８】
＜ステップＳ１７＞
センサ枠２０の内部にインジケータ層１７が配設される。インジケータ層１７は、例えば、含水し易いハイドロゲルをベース材料として、ハイドロゲル内に蛍光色素を包含または結合させている。ハイドロゲルの成分としてはメチルセルロースもしくはデキストランなどの多糖類、（メタ）アクリルアミド、メチロールアクリルアミド、もしくはヒドロキシエチルアクリレート等のモノマーを重合して作製するアクリル系ハイドロゲル、またはポリエチレングリコールとジイソシアネートから作製するウレタン系ハイドロゲルなどを用いることができる。
【００４９】
蛍光色素は、アナライト２の種類に応じて選択され、アナライト２の量に応じて発生する蛍光の光量が可逆的に変化する蛍光色素ならば、どのようなものでも使用できる。例えば生体内の水素イオン濃度または二酸化炭素を測定する場合には、ヒドロキシピレントリスルホン酸誘導体、糖類を測定する場合には蛍光残基を有するフェニルボロン酸誘導体、カリウムイオンを測定する場合には蛍光残基を有するクラウンエーテル誘導体などを用いることができる。
【００５０】
そして、グルコースのような糖類を測定する場合には、蛍光色素として、ルテニウム有機錯体、蛍光フェニルボロン酸誘導体、または蛋白と結合したフルオレセイン等のグルコースと可逆結合する物質を用いることができる。また、ルテニウム有機錯体のルテニウムに代えてオスミウム、イリジウム、ロジウム、レニウムおよびクロム等の有機錯体を用いることができる。なお蛍光フェニルボロン酸誘導体としては、特に２つのフェニルボロン酸と蛍光残基としてアントラセンを含む化合物が検出感度が高い。
【００５１】
以上の説明のように、センサ３０は、蛍光色素の選択によって、酸素センサ、グルコースセンサ、ｐＨセンサ、免疫センサ、または微生物センサなど、多様な用途に対応している。
【００５２】
なお、ハイドロゲルからなるインジケータ層１７は、含水状態では使用前に特性が経時変化することがある。使用前の劣化を防止するため、インジケータは、使用前は乾燥状態とし、使用開始時に含水状態とすることが好ましい。すなわち、インジケータ層１７を構成する乾燥状態のハイドロゲルは、使用開始時に体内に挿入されると、遮光層１８を介して、血液などの体液、すなわち水を吸収し膨潤する。
【００５３】
＜ステップＳ１８＞
図７（Ｄ）に示すように、センサ枠２０の開口を覆うように遮光層１８がセンサ枠２０の上面に接合される。遮光層１８が配設されるセンサ枠２０の周囲は、保護層１９が部分的に除去されている領域である。このため、すでに説明したように、遮光層１８の表面の周端は、遮光層の厚さ分だけ、遮光層１８を取り囲む周囲の表面よりも凸となる。
【００５４】
なお、図５等に示すように、センサ３０では遮光層１８の後端側周端と接している保護層１９の壁面は主面に対して略垂直である。このため遮光層１８の表面は３周端において、その周囲の表面よりも凸であるが、後端側周端においては、その周囲の表面、すなわち保護層１９の表面より凹である。
【００５５】
しかし、ステップＳ１６における切削治具の刃先の切り込み角度によっては、保護層１９の壁面は傾斜していてもよい。また、保護層１９の壁面と遮光層１８の周端との間に空間があってもよい。遮光層１８の表面の全周端が、その周囲の表面よりも凸状態のセンサは、周端の一部のみが凸状態のセンサよりも使用開始時から、より安定した測定が行える。
【００５６】
遮光層１８は、アナライト２が、その内部を通過してインジケータ層１７に到達するのを妨げない材料を用いて構成される。例えば微多孔質の金属もしくはセラミックス、またはインジケータ層１７に用いるハイドロゲルにカーボンブラックもしくはカーボンナノチューブなどの光を通さない微粒子を混合した複合材料が好適である。また、遮光層１８は、多数の貫通孔を有するシリコン基板等でもよい。
【００５７】
以上の説明のように、本実施形態のセンサ３０の製造方法は、角柱状の半導体からなる基板１１の先端部に凹部２２を形成する工程と、凹部２２の側面にＰＤ素子１２およびフィルタ層を形成する工程と、凹部２２の底面に、励起光を発生するとともに、蛍光を透過するＬＥＤ素子１５を配設する工程と、ＬＥＤ素子１５を覆う透明中間層１６を凹部２２の内部に配設する工程と、凹部２２の開口部をマスキング部材２１で仮封止するマスキング工程と、基板１１の先端部を保護層１９で埋め込む工程と、前記マスキング部材２１とともに保護層１９を部分的に除去する工程と、透明中間層１６の上の凹部２２の内部にアナライト濃度に応じた強度の蛍光を発生するインジケータ層１７を配設する工程と、保護層１９が部分的に除去された凹部２２の開口を遮光層１８で覆う工程と、を具備する。
【００５８】
センサ３０では、センサ枠２０の上面、すなわち遮光層配設面は、保護層１９がマスキング部材２１とともに部分的に除去することにより形成されている。このため、保護層１９によるセンサ部１０と基板１１との埋め込み、すなわち、保護層形成が容易である。また、保護層１９が、センサ部１０と基板１１とを確実に埋め込むため、センサ３０は信頼性が高い。さらに、表面の周端が、その周囲の表面よりも凸な遮光層１８を有する構造を容易に作製できる。
【００５９】
保護層１９は、先端部の後端側では、表面位置が遮光層１８よりも高い位置になるように厚さが設定されている。例えば、保護層１９の厚さは、先端側では１μｍ〜１０μｍであり、後端側では１０μｍ〜５０μｍである。そして、センサ３０はセンサ枠上面の周辺すなわち先端部３２の上部の保護層が部分的に除去されている。すなわちセンサ枠よりも後端側の保護層は除去されない。このため、保護層１９の表面は、先端部３２の先端側および側面側においては遮光層１８の表面よりも凹であり、後端側において遮光層１８の表面よりも凸となる。このため、針本体部３３は保護層１９の厚さが厚いため、耐久性および磨耗性などの機械的耐久性が高い。
【００６０】
＜第１実施形態の変形例１、２および比較例＞
次に本発明の第１実施形態の変形例１、２のセンサ３０Ａ、３０Ｂについて説明する。センサ３０Ａ、３０Ｂは第１実施形態のセンサ３０と類似しているので、類似した構成要素には同じ数字の符号を付し説明は省略する。
【００６１】
第１実施形態のセンサ３０では、平面視略矩形の遮光層１８は、表面の全周端の３方向（３辺）において、その周囲の表面よりも凸であった。これに対して図８（Ａ）に示す変形例１のセンサ３０Ａの遮光層１８は、先端側周端の１辺だけが、その周囲の表面よりも凸である。すなわち保護層１９がセンサ側面まで延長されている。センサ３０Ａでは、遮光層１８の表面位置が先端側周端でのみ保護層１９よりも凸である。
【００６２】
また、図８（Ｂ）に示す変形例２のセンサ３０Ｂの遮光層１８は、先端側周端においては周囲の保護層１９の表面よりも凸であり、後端側周端においては周囲の保護層１９の表面よりも凹である。なお、センサ３０Ｂでは、遮光層１８は先端部３２の側面まで延設されている。
【００６３】
変形例１のセンサ３０Ａおよび変形例２のセンサ３０Ｂは、第１実施形態のセンサ３０と同様の効果を有する。すなわち、図８（Ｃ）に示すように、矩形の主面を有する遮光層１８の表面が全周端において、その周囲の表面よりも凹の比較例のセンサ１３０と比較すると、気泡の付着が発生しにくいため応答性が劣化することがなく、使用開始時から安定した測定が行える。
【００６４】
すなわち、遮光層１８の表面が表面の全周端の少なくとも一部（１辺、１方向）において、その周囲の表面よりも凸であるセンサは、所定の効果を有する。
【００６５】
＜第１実施形態の変形例３＞
次に本発明の第１実施形態の変形例３のセンサ３０Ｃについて説明する。センサ３０Ｃは第１実施形態のセンサ３０と類似しているので、類似した構成要素には同じ数字の符号を付し説明は省略する。
【００６６】
図９に示すように、本実施形態のセンサ３０Ｃは、いわゆる縦型構造のセンサ部１０Ｃを有する。センサ３０Ｃは、シリコンなどの半導体からなる基板１１に、平面視矩形の開口部のある凹部２２が形成されている。なお、凹部２２となる額縁形状のセンサ枠基板と平面基板とを接合することにより、凹部２２を有する基板１１が作製されていてもよい。
【００６７】
そして、凹部２２の壁面（側面）にＰＤ素子１２Ｃが形成され、凹部２２の底面にＬＥＤ素子１５Ｃが配設されている。すなわち、縦型構造のセンサ部１０ＣではＰＤ素子１２Ｃは主面に対して縦方向に形成されている。そして側面に形成されたＰＤ素子１２Ｃの受光面を覆うように、励起光を遮断し蛍光を透過するフィルタ層１４Ｃが配設されている。
【００６８】
ＬＥＤ素子１５Ｃを覆う透明中間層１６Ｃの上部に、乾燥したインジケータ層１７Ｃが配設されている。そして、凹部２２の開口を覆うように光を遮断する遮光層１８Ｃが配設されている。そして、遮光層配設面を除いて先端部３２の外周の全面に保護層１９が配設されている。
【００６９】
以上の説明のように、センサ３０Ｃは、センサ部１０Ｃが、主面と平行な底面を有する凹部２２があり、凹部２２の内壁にＰＤ素子１２ＣとＰＤ素子１２Ｃの受光面を覆うフィルタ層１４Ｃとが配設された基板１１と、凹部２２の内部に配設された、励起光を発生するＬＥＤ素子１５Ｃと、凹部２２の内部のＬＥＤ素子１５Ｃの上側に配設された、励起光を受光するとアナライト濃度に応じた強度の蛍光を発生するインジケータ層１７Ｃと、外光の進入を防止するアナライトが通過可能な遮光層１８と、を有する。そして、遮光層１８の表面は、その周囲の表面よりも凸である。
【００７０】
なお、図９等に示すように、センサ３０Ｃでは、遮光層１８Ｃの後側周端と保護層１９Ｃとの間に空間がある。このため、遮光層１８Ｃは、表面の全周端が、その周囲の表面よりも凸である。
【００７１】
センサ３０Ｃはセンサ３０等と同様の効果を有する。また、センサ３０Ｃはセンサ３０Ａとよりも小型化が容易で、より高感度である。
【００７２】
次に、図１０および図１１（Ａ）〜図１１（Ｅ）を用いて、センサ３０Ｃの製造方法について簡単に説明する。なお、１個のセンサ３０Ｃ毎に製造してもよいが、ウエハプロセスとして一括して多数のセンサを製造することが好ましい。
【００７３】
＜ステップＳ２０＞凹部２２形成
図１１（Ａ）に示すように、複数の針型センサが作製可能な面積を有する基板１１となるシリコンウエハの第１の主面に複数の平面視矩形のマスクパターンを有するマスク層２３が作製される。そして、図１１（Ｂ）に示すように、エッチング法により、第１の主面と平行な底面のある複数の凹部２２が形成される。
【００７４】
凹部２２の開口の大きさは、センサ３０のセンサ枠２０の内寸と同様に仕様に応じて設計されるが、いずれも配設箇所が先端部３２であるために、例えば、縦１５０μｍ、横５００μｍのように細長い長方形形状であることが好ましい。
【００７５】
エッチング法としては、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液または水酸化カリウム水溶液などを用いるウエットエッチング法が好ましいが、反応性イオンエッチングまたはケミカルドライエッチングなどのドライエッチング法も用いてもよい。
【００７６】
なお、凹部２２の開口面は底面よりも広く、側面は、底面に対して垂直ではなく所定の角度θで傾斜していることが好ましい。
【００７７】
例えばウエットエッチング法では、シリコンウエハとしてシリコン（１００）面を用いた場合には、（１１１）面のエッチング速度が（１００）面に比べて遅い異方性エッチングとなるため、凹部２２の側面は（１１１）面となり、（１００）面（底面）との角度θは、５４．７度となる。
【００７８】
＜ステップＳ２１＞ＰＤ素子形成
それぞれの凹部２２の４側面にＰＤ素子１２Ｃが公知の半導体プロセスにより形成される。例えば、マスク層が形成されたシリコン基板を５度〜３０度に傾けた状態で、４方向からイオン注入処理が行われる。例えば、ほう素を注入する場合の条件は、加速電圧：１０〜１００ｋｅＶ、注入量：１×１０１５ｃｍ−２程度である。
【００７９】
側面が傾斜している凹部２２は、側面が垂直な凹部２２に比べてＰＤ素子１２を形成できる面積が広いだけでなく、側面へのＰＤ素子１２Ｃの形成が容易である。なお側面の傾斜角度θが３０〜７０度であれば、上記効果が顕著である。なお、ＰＤ素子１２Ｃは凹部２２の少なくとも１側面の一部に形成されるが、凹部２２の底面にも形成されてもよい。
【００８０】
＜ステップＳ２２＞ＬＥＤ素子配設
ＰＤ素子１２Ｃの受光面を覆うように、フィルタ層１４Ｃが配設される。次に、複数の凹部２２の底面に、それぞれＬＥＤ素子１５Ｃが配設される。なお、ＬＥＤ素子１５Ｃは発光部および駆動電極が下側になるように配設され、駆動電極は図示しない貫通配線を介して基板１１の裏面、すなわちセンサ部１０Ｃの背面の配線と接続される。
【００８１】
＜ステップＳ２３＞透明中間層配設
図１１（Ｃ）に示すように、ＬＥＤ素子１５Ｃを覆うように、凹部２２の内部にエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、または透明な非晶性フッ素樹脂などからなる透明中間層１６Ｃが配設される。
【００８２】
＜ステップＳ２４＞マスキング部材配設
凹部２２の開口部が、マスキングテープ等のマスキング部材２１で仮封止される。
【００８３】
＜ステップＳ２５＞保護層配設
図１１（Ｄ）に示すように、マスキング部材２１で仮封止された凹部２２を含む基板１１の、少なくとも先端部の全周が保護層１９で埋め込まれる。
【００８４】
＜ステップＳ２６＞マスキング部材剥離
マスキング部材２１とともに、マスキング部材配設面を覆う保護層が部分的に除去されることで、遮光層配設面が形成される。
【００８５】
＜ステップＳ２７＞インジケータ層配設
凹部２２の内部にインジケータ層１７Ｃが配設される。
【００８６】
＜ステップＳ２８＞遮光層配設
図１１（Ｅ）に示すように、凹部２２の開口を覆うように遮光層１８Ｃが接合される。インジケータ層１７Ｃを、蛍光色素と、ゲル骨格形成材と、重合開始剤と、を含むリン酸緩衝液を、窒素雰囲気下で１時間放置し、重合することにより作製する場合には、遮光層１８Ｃを配設後に重合処理が行われる。
そして複数のセンサが形成されたシリコンウエハが個片化される。その後、ハイドロゲル乾燥工程を経て、センサ部１０Ｃが完成する。
【００８７】
なお、センサ３０Ｃでは、基板１１を、先端部３２、針本体部３３およびコネクタ部３５の主要構成部材としてもよい。すなわち、シリコンウエハの加工により、センサ部１０Ｃを有する先端部３２だけでなく、針本体部３３およびコネクタ部３５を作製してもよい。
【００８８】
以上の説明のように、センサ３０Ｃは、センサ３０が有する効果を有し、さらに基板１１に形成した凹部２２内にセンサ部１０Ｃを作製するために製造が容易である。
【００８９】
＜第２実施形態＞
次に本発明の第２実施形態のセンサ３０Ｄについて説明する。センサ３０Ｄは第１実施形態のセンサ３０と類似しているので、類似した構成要素には同じ数字の符号を付し説明は省略する。
【００９０】
図９に示すように、センサ３０Ｄは、第１のセンサ部１０Ｄ１と第２のセンサ部１０Ｄとを有する。２つのセンサ部１０Ｄは、すでに説明したセンサ部１０と同様の構成である。例えば、センサ部１０Ｄ１は、ＰＤ素子１２Ｄ１と、ＬＥＤ素子１５Ｄ１と、透明中間層１６Ｄ１と、インジケータ層１７Ｄ１と、第１の最外層である第１の遮光層１８Ｄ１とが、基板１１側から順に積層された構造を有する。
【００９１】
なお、センサ３０Ｄでは、センサ枠２０Ｄが２つの凹部（貫通孔）を有し、それぞれの凹部に、それぞれのセンサ部１０Ｄの構成部材が配設されている。なお、第１のセンサ部１０Ｄ１の第１の遮光層１８Ｄ１と第２のセンサ部１０Ｄの第２の遮光層１８Ｄ２とは、一体の遮光層であってもよい。一方、センサ枠２０Ｄは２つのセンサ枠から構成されていてもよい。
【００９２】
２つのセンサ部１０Ｄは独立してアナライトを検出するため、センサ３０Ｄは精度が高い。また一つのセンサ部が故障しても他のセンサ部により測定を継続できる。また、一方のセンサ部の最外層をアナライトが通過しない層で構成し、バックグラウンド信号を取得するようにしてもよい。
【００９３】
そして、遮光層配設面は保護膜が部分的に除去されている。このため、第１の遮光層１８Ｄ１の表面は、４方向の周端（４辺）において、その周囲の表面よりも凸であり、第２の遮光層１８Ｄ２の表面は、３方向の周端（３辺）において、その周囲の表面よりも凸である。
【００９４】
このため、センサ３０Ｄは、センサ３０と同様の効果を有する。さらにセンサ３０Ｄは、２つのセンサ部を有するため測定精度が高い。
【００９５】
また、図１４および図１５に示す第２実施形態の変形例のセンサ３０Ｅでは、第１の遮光層１８Ｅ１と第２の遮光層１８Ｅ２との間に保護層１９が部分的に残されている。そして部分的に残された保護層１９の壁面は傾斜し、その周端と接するように遮光層１８Ｅが配設されている。
【００９６】
このため、第１の遮光層１８Ｅ１は、３辺において、その周囲の表面よりも凸であり、第２の遮光層１８Ｅ２は２辺において、その周囲の表面よりも凸である。
【００９７】
センサ３０Ｅは、保護層１９のうち、遮光層の周辺の保護層の少なくとも１部が切り欠かれ除去されている。このため、センサ３０Ｅは、センサ３０Ｄと同様の効果を有する。
【００９８】
なお、実施形態のセンサ３０〜３０Ｅのセンサ部は、蛍光を検出する方式であった。しかし、異なる検出原理によりアナライトを検出する方式のセンサ部を有するセンサであっても実施形態のセンサと同様の効果を有する。
【００９９】
すなわち、本発明は、上述した実施形態または変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等ができる。
【符号の説明】
【０１００】
１…センサシステム
２…アナライト
１０…センサ部
１１…基板
１２…ＰＤ素子
１４Ｃ…フィルタ層
１５…ＬＥＤ素子
１６…透明中間層
１７…インジケータ層
１８…遮光層
１９…保護層
２０…センサ枠
２１…マスキング部材
２２…凹部
３０…センサ
３２…先端部
３３…針本体部
３４…針後端部
３５…コネクタ部
４０…センサ本体部
４１…嵌合部
４５…レシーバー
【図１】
2013076592.tif 000003
【図２】
2013076592.tif 000004
【図３】
2013076592.tif 000005
【図４】
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【図５】
2013076592.tif 000007
【図６】
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【図７】
2013076592.tif 000009
【図８】
2013076592.tif 000010
【図９】
2013076592.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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