(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料液中に含まれる基質を定量するためのバイオセンサであって、
絶縁体基板と、
該絶縁体基板の全面または一部上に形成された電気伝導性層に第１のスリットを設けて形成された複数の電極と、
前記複数の電極上に配置され、試薬が滴下されて形成された試薬層と、
前記電極および試薬層上に配置され、試料液を前記電極に供給する検体供給路を形成する切欠部を有するスペーサと、
前記スペーサ上に配置された、前記検体供給路に通じる空気孔を有するカバーとを備え、
前記電極上の前記試薬が滴下される位置の周りに、前記試薬が塗布される位置を部分的に囲う第２のスリットを、設けてなる、
ことを特徴とするバイオセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のバイオセンサにおいて、
前記電気伝導性層は前記絶縁基板上にスパッタリング法によって形成されたものである、
ことを特徴とするバイオセンサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のバイオセンサにおいて、
前記第１のスリットおよび前記第２のスリットは、レーザで形成されたものである、
ことを特徴とするバイオセンサ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のバイオセンサにおいて、
前記第２のスリットは、円弧形状である、
ことを特徴とするバイオセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料液中に含まれる基質を定量するバイオセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
バイオセンサは、微生物、酵素、抗体等の生物材料の分子認識能を利用し、生物材料を分子識別素子として応用したセンサである。即ち、固定化された生物材料が、目的の基質を認識したときに起こる反応、微生物の呼吸による酸素の消費、酵素反応、発光などを利用したものである。
【０００３】
バイオセンサの中でも酵素センサの実用化は進んでおり、例えば、グルコース、ラクトース、尿素、アミノ酸用の酵素センサは医療計測や食品工業に利用されている。酵素センサは、検体である試料液に含まれる基質と酵素との反応により生成する電子によって電子受容体を還元し、測定装置がその電子受容体の還元量を電気化学的に計測することにより、検体の定量分析を行う。
【０００４】
以下、従来のバイオセンサについて図を用いて説明する。
図３は、従来のバイオセンサの斜視図を作成工程順に示した図であり、図４は従来のバイオセンサの検体供給路を示した図である。１０１はポリエチレンテレフタレート等からなる絶縁性の基板である。１０２は基板１０１の表面全面に形成された、カーボンや金属物質等からなる電気伝導性層である。１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄは電気伝導性層１０２に形成されたスリットである。１０５、１０６、１０７は電気伝導性層１０２をスリット１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄにより分割することにより形成された電極であり測定電極、対電極、および検知電極である。１０８は、測定電極１０５、対電極１０６、検知電極１０７を覆うスペーサである。１０９はスペーサ１０８の前縁部中央に設けられた、検体供給路を形成する長方形の切欠部である。１１０は検体供給路の入口である。１１１は測定電極１０５、対電極１０６、および検知電極１０７に酵素を含有する試薬を滴下によって塗布することで形成された試薬層である。１１２はスペーサ１０８を覆うカバーである。１１３はカバー１１２の中央部に設けられた空気孔である。
【０００５】
図３（ａ）に示すように、基板１０１の表面全面に対して、電気伝導性層１０２をスクリーン印刷法等で形成する。次に図３（ｂ）に示すように、レーザを用いて電気伝導性層１０２にスリット１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄを形成し、測定電極１０５、対電極１０６および検知電極１０７に電気伝導性層１０２を分割する。次に図３（ｃ）に示すように測定電極１０５、対電極１０６、および検知電極１０７に、血糖値センサの場合は、酵素であるグルコースオキシターゼと電子受容体としてフェリシアン化カリウム等からなる試薬を滴下により塗布して試薬層１１１を形成する。次に測定電極１０５、対電極１０６および検知電極１０７の電極の上に検体供給路を形成するための切欠部１０９を有するスペーサ１０８を設置する。検体供給路は図４に示すような状態になっている。さらにその上にカバー１１２を設置する。ここで、スペーサ１０８の切欠部１０９の一端は、カバー１１２に設けられた空気孔１１３に通じている。
【０００６】
この構成によれば、血液等の検体である試料液を検体供給路の入口１１０に供給すると、空気孔１１３によって毛細管現象で一定量の検体が検体供給路内部に吸引され、対電極１０６、測定電極１０５、検知電極１０７上に達する。電極上に形成されている試薬層１１１は血液によって溶解し、試薬と検体との間に例えば酸化還元反応が生じ、測定電極１０５と対電極１０６との間に電気的変化が生じる。同時に検体供給路内部に正しく検体が満たされていれば、測定電極１０５と検知電極１０７との間にも電気的変化が生じる。これを感知して、測定電極１０５、対電極１０６に電圧を印加すると、例えば血糖値センサであれば、グルコース濃度に比例した電流が発生し、その値より血糖値を測定することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来のバイオセンサにおいては、電極に試薬層形成のために試薬を滴下により塗布しても、電極の表面状態や、試薬液組成による試薬の広がり方の違いのため、電極上に試薬が均一に塗布されず、電極上の試薬量にばらつきが生じる。つまり、同量の試薬を滴下によって塗布しても試薬の広がりにばらつきが生じるため、試薬層の位置や面積にばらつきが生じる。そのためバイオセンサの性能が悪化するという問題があった。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、試薬液組成に関係なく電極上に均一に試薬層が配置され、性能が均一であるバイオセンサを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するために、請求項１に記載のバイオセンサは、試料液中に含まれる基質を定量するためのバイオセンサであって、絶縁体基板と、該絶縁体基板の全面または一部上に形成された電気伝導性層に第１のスリットを設けて形成された複数の電極と、前記複数の電極上に配置され、試薬が滴下されて形成された試薬層と、前記電極および試薬層上に配置され、試料液を前記電極に供給する検体供給路を形成する切欠部を有するスペーサと、前記スペーサ上に配置された、前記検体供給路に通じる空気孔を有するカバーとを備え、前記電極上の前記試薬が滴下される位置の周りに、前記試薬が塗布される位置を部分的に囲う第２のスリットを、設けてなることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載のバイオセンサは、請求項１に記載のバイオセンサにおいて、前記電気伝導性層は前記絶縁基板上にスパッタリング法によって形成されたものであることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３に記載のバイオセンサは、請求項１または請求項２に記載のバイオセンサにおいて、前記第１のスリットおよび前記第２のスリットは、レーザで形成されたものであることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に記載のバイオセンサは、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のバイオセンサにおいて、前記第２のスリットは、円弧形状であることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本実施の形態１によるバイオセンサについて図を用いて説明する。
図１は、本実施の形態１によるバイオセンサの斜視図を作成工程順に示した図であり、図２は本実施の形態１によるバイオセンサの検体供給路を示した図である。１はポリエチレンテレフタレート等からなる絶縁性の基板である。２は基板１の表面全面に形成された、例えば金やパラジウム等の貴金属やカーボン等の電気伝導性物質からなる電気伝導性層である。３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは電気伝導性層２に設けられた第１のスリットである。５、６、７は電気伝導性層２を第１のスリット３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄにより分割することにより形成された電極であり、測定電極、対電極、および検体が検体供給路内部に確実に吸引されたかを確認するための電極である検知電極である。４ａ、４ｂは、前記電極上の試薬が塗布される位置および面積を規制する第２のスリットである。８は、測定電極５、対電極６、検知電極７を覆うスペーサである。９はスペーサ８の前縁部中央に設けられた検体供給路を形成する長方形の切欠部である。１０は検体供給路の入口である。１１は測定電極５、対電極６、および検知電極７に酵素を含有する試薬を滴下によって塗布することで形成された試薬層である。１２はスペーサ８を覆うカバーである。１３はカバー１２の中央部に設けられた空気孔である。
【００１４】
図１（ａ）に示すように、基板１の全面に薄膜を形成する方法であるスパッタリング法によって、金やパラジウム等の貴金属薄膜の電気伝導性層２を形成する。なお、電気伝導性層２は基板１の表面全面でなく、電極を形成するのに必要な部分にのみ形成してもよい。
【００１５】
次に図１（ｂ）に示すように、電気伝導性層２にレーザを用いて第１のスリット３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを形成し、電気伝導性層２を測定電極５、対電極６および検知電極７に分割する。また、レーザを用いて、試薬を滴下される位置の周りに、試薬が塗布される位置を囲う、円弧形状の第２のスリット４ａ、４ｂを電気伝導性層２に形成する。
【００１６】
なお、第１のスリット３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄおよび第２のスリット４ａ、４ｂを有する電気伝導性層２を形成するために必要なパターンが予め配置された印刷版やマスキング版などを用いたスクリーン印刷法やスパッタリング法などで、基板１上に電極や第１のスリット３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄおよび第２のスリット４ａ、４ｂを形成してもよい。
【００１７】
なお、第１のスリット３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄおよび第２のスリット４ａ、４ｂを電気伝導性層２に設ける方法として、鋭利な先端を有する治具等により、電気伝導性層２の一部分を削ってもよい。
【００１８】
次に、図１（ｃ）に示すように測定電極５、対電極６および検知電極７に、血糖値センサの場合は、酵素であるグルコースオキシターゼと電子受容体としてフェリシアン化カリウム等からなる試薬を滴下により塗布する。試薬を塗布する部分は第２のスリット４ａ、４ｂで挟まれた位置なので、第２のスリット４ａ、４ｂは試薬を塗布する場所の目印として使用できる。また、塗布された試薬は、液体であるため滴下によって塗布された箇所を中心にして外側に円形に広がっていくが、第２のスリット４ａ、４ｂが防波堤の役目をして試薬層１１の位置および面積を規制し、第２のスリット４ａ、４ｂを超えて広がることはない。そのため、試薬層１１は所定の面積で所定の位置に形成される。
【００１９】
次に、測定電極５、対電極６および検知電極７の電極の上に検体供給路を形成するための切欠部９を有するスペーサ８を設置する。検体供給路は図２に示すような状態になっている。
【００２０】
次に、スペーサ８の上にカバー１２を設置する。ここで、スペーサ８の切欠部９の一端は、カバー１２に設けられた空気孔１３に通じている。
なお、測定電極５、対電極６および検知電極７の電極上にスペーサ８を形成した後に、測定電極５、対電極６および検知電極７の切欠部９から露出している部分に試薬を滴下することにより試薬層１１を形成してもよい。
【００２１】
この構成によれば、検体である試料液として血液を検体供給路の入口１０に供給すると、空気孔１３によって毛細管現象で一定量の検体が検体供給路内部に吸引され、対電極６、測定電極５、検知電極７上に達する。電極上に形成されている試薬層１１が、検体である血液で溶解し、試薬と検体中の特定成分との間に酸化還元反応が生じる。ここで検体供給路内部に正しく検体が満たされていれば、対電極６と検知電極７との間に電気的変化が生じる。これによって検知電極７まで検体が吸引されていることを確認する。なお、測定電極５と検知電極７との間にも電気的変化が生じるので、これによって検知電極７まで検体が吸引されていることを確認しても良い。検知電極７まで検体が吸引されてから、一定時間、検体と試薬との反応を促進させた後、測定電極５と、対電極６もしくは対電極６および検知電極７の両方に一定の電圧を印加する。血糖値センサなので、グルコース濃度に比例した電流が発生し、その値より血糖値を測定することができる。
【００２２】
なお、本実施の形態１では、血糖値センサについて述べたが、試薬層１１の成分および検体を変えることで、血糖値センサ以外のバイオセンサとして使用できる。
また、本実施の形態１では電極が３つあるバイオセンサについて述べたが、電極の数がそれ以外の場合でもかまわない。
【００２３】
また、本実施の形態１では第２のスリット４ａ、４ｂを円弧形状であることとしたが、試薬層の位置および面積規制ができ、電極の精度を低下させるものでなければ、この形状に限定されるものではない。例えば、直線やカギ形でもかまわない。
【００２４】
このように、本実施の形態１によるバイオセンサによれば、試料液中に含まれる基質を定量するためのバイオセンサであって、絶縁体基板と、該絶縁体基板の全面または一部上にスパッタリング法によって形成された電気伝導性層に第１のスリットを設けることで作成された複数の電極と、前記電気伝導性層に設けた、試薬塗布位置および面積を規制するための円弧形状の第２のスリットと、前記電極上に配置された、試料液を前記測定電極に供給する検体供給路を形成するための切欠部を有するスペーサと、前記検体供給路における前記電極上に設けられた酵素を含有する試薬層と、前記スペーサ上に配置された、前記検体供給路に通じる空気孔を有するカバーとを備え、塗布された試薬の広がりを前記第２のスリットが規制することとしたので、試薬層形成のために電極上に試薬を塗布する場合に試薬が均一に広がり、位置および面積にばらつきの無い試薬層が形成され、検体を測定する場合にばらつきの無い正確な測定ができるという効果を有する。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に記載のバイオセンサによれば、試料液中に含まれる基質を定量するためのバイオセンサであって、絶縁体基板と、該絶縁体基板の全面または一部上に形成された電気伝導性層に第１のスリットを設けて形成された複数の電極と、前記電極上に配置され、試料液を前記電極に供給する検体供給路を形成する切欠部を有するスペーサと、前記検体供給路における前記電極上に配置され、試薬が滴下されて形成された試薬層と、前記スペーサ上に配置された、前記検体供給路に通じる空気孔を有するカバーとを備え、前記電極上の前記試薬を滴下される位置の周りに、前記試薬が塗布される位置を部分的に囲う、第２のスリットを、設けてなることとしたので、試薬層形成のために電極上に試薬を滴下によって塗布する場合に試薬が均一に広がり、所定の面積の試薬層が所定の位置に形成されるので、位置および面積にばらつきの無い均一な試薬層が形成され、ばらつきの無い正確な測定ができるという効果を有する。
【００２６】
また、本発明の請求項２に記載のバイオセンサによれば、請求項１に記載のバイオセンサにおいて、前記電気伝導性層は前記絶縁基板上にスパッタリング法によって形成されたものであることとしたので、精度が高い薄膜が形成でき、高精度の電極を作成でき、測定の精度が上がるという効果を有する。
【００２７】
また、本発明の請求項３に記載のバイオセンサによれば、請求項１または請求項２に記載のバイオセンサにおいて、前記第１のスリットおよび前記第２のスリットは、レーザで形成されたものであることとしたので、各電極の面積を高精度に規定することができるという効果を有する。また、各電極間の距離を非常に短くして前記検体供給路の小型化を図ることができるという効果を有する。また、試薬層の位置および面積を高精度に規定することができるという効果を有する。
【００２８】
また、本発明の請求項４に記載のバイオセンサによれば、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のバイオセンサにおいて、前記第２のスリットは、円弧形状であることとしたので、試薬の広がる形状と等しいスリットにより試薬の広がりを規制するため、より正確に試薬層の面積および位置の規制ができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態１によるバイオセンサの斜視図を作成工程順に示した図である。
【図２】本実施の形態１によるバイオセンサの検体供給路を示した図である。
【図３】従来のバイオセンサ斜視図を作成工程順に示した図である。
【図４】従来のバイオセンサの検体供給路を示した図である。
【符号の説明】
１      基板
２      電気伝導性層
３ａ    第１のスリット
３ｂ    第１のスリット
３ｃ    第１のスリット
３ｄ    第１のスリット
４ａ    第２のスリット
４ｂ    第２のスリット
５      測定電極
６      対電極
７      検知電極
８      スペーサ
９      切欠部
１０      検体供給路の入り口
１１      試薬層
１２      カバー
１３      空気孔
１０１      基板
１０２      電気伝導性層
１０３ａ    スリット
１０３ｂ    スリット
１０３ｃ    スリット
１０３ｄ    スリット
１０５      測定電極
１０６      対電極
１０７      検知電極
１０８      スペーサ
１０９      切欠部
１１０      検体供給路の入り口
１１１      試薬層
１１２      カバー
１１３      空気孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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