(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板の全面または一部上に形成された電気伝導性層を第１のスリットで分割し形成した複数の電極と、試料液と反応させる試薬からなる試薬層とを有し、前記試料液と前記試薬層との反応で生じる電気的変化を出力するバイオセンサであって、
前記各電極は、前記電気的変化を出力する測定部と、バイオセンサの出力特性に応じた補正データの情報を有する補正部とを有しており、
前記各電極において、前記測定部と補正部との間を分割する第２のスリットの有無によって、前記補正データの情報を測定器が判別可能である、
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、
該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２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性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１のスリットおよび第２のスリットは、前記電気伝導性層をレーザで加工すること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５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のバイオセンサを用いた測定方法であって、
バイオセンサが測定器に挿入されたときに、各電極における、測定部と補正部との間の導通の有無を検知する工程と、
前記導通の有無に応じて、前記測定器により、出力特性に応じた補正データの情報を判別する工程と、
前記測定器により、試料液と前記試薬層との反応で生じる電気的変化を、前記測定部を通して電流値として検出する工程と、
前記出力特性に応じた補正データと、電流値とから、補正された測定値を出力する工程と、を有する測定方法。
【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、バイオセンサを測定器に挿入した状態を示した図である。図４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の表面上に形成された、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。１０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。１４はバイオセンサである。１５はバイオセンサ１４を装着する測定器である。１６はバイオセンサ１４を挿入するための測定器１５の挿入口である。１７は測定結果を表示する測定器１５の表示部である。
【０００５】
図４（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４（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４（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。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】
検体を測定するには、バイオセンサ１４を図３に示すように測定器１５の挿入口１６に挿入する。次に、血液等の検体である試料液を検体供給路の入口１０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、その値より測定器１５は、血糖値を測定し、該血糖値を表示部１７に表示する。
【０００７】
このバイオセンサ１４は製造ロット毎に出力特性の違いを生じる。測定器１５において該出力特性の違いを補正する必要がある。測定器１５は、前記製造ロット毎の出力特性に応じた補正データを備えており、バイオセンサ１４の出力にその製造ロット毎に必要な補正を施して、正しい血糖値をもとめる。そのため、測定前に、製造ロット毎に指定された補正チップを測定器１５の挿入口１６に挿入することで、測定器１５に、必要とする補正データの指定を行う必要がある。前記補正チップは、どの補正データを用いるかの情報を有し、挿入口１６に挿入することで、測定器１５は、必要な補正データを用意する。前記補正チップを挿入口１６から抜き取り、バイオセンサ１４を測定器１５の挿入口１６に挿入し、上述したように検体を測定する。測定器１５は測定した前記電流値と前記補正データとから正しい血糖値をもとめ、該血糖値を表示部１７に表示する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、測定のたびに前記補正チップを挿入することは、煩わしく、前記補正チップを挿入することを忘れたり、また、間違って、例えば尿素測定用の補正チップを挿入したり、血糖値測定用であっても出力特性の異なる補正チップを挿入したりした場合には、測定結果に誤りが生じてしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、補正チップを挿入することなく、バイオセンサを挿入するだけで、測定器は製造ロット毎の補正データの判別が可能であるバイオセンサを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載のバイオセンサは、絶縁性基板の全面または一部上に形成された電気伝導性層を第１のスリットで分割し形成した複数の電極と、試料液と反応させる試薬からなる試薬層とを有し、前記試料液と前記試薬層との反応で生じる電気的変化を出力するバイオセンサであって、前記各電極は、前記電気的変化を出力する測定部と、バイオセンサの出力特性に応じた補正データの情報を有する補正部とを有しており、前記各電極において、前記測定部と補正部との間を分割する第２のスリットの有無によって、前記補正データの情報を測定器が判別可能であることを特徴とする。
【００１２】
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、該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ることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３に記載のバイオセンサは、請求項１または２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性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。
【００１４】
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１のスリットおよび第２のスリットは、前記電気伝導性層をレーザで加工することで形成されたものであることを特徴とする。
また、請求項５に記載の測定方法は、請求項１ないし４のいずれかに記載のバイオセンサを用いた測定方法であって、バイオセンサが測定器に挿入されたときに、各電極における、測定部と補正部との間の導通の有無を検知する工程と、前記導通の有無に応じて、前記測定器により、出力特性に応じた補正データの情報を判別する工程と、前記測定器により、試料液と前記試薬層との反応で生じる電気的変化を、前記測定部を通して電流値として検出する工程と、前記出力特性に応じた補正データと、電流値とから、補正された測定値を出力する工程と、を有することを特徴とする。
【００１５】
【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。
【００１６】
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る。図２は、本実施の形態１によるバイオセンサの第２のスリットの形成例を示した平面図である。図３は、バイオセンサが測定器に挿入されている状態を示した図である。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および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、それぞれ測定電極、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および４ｃはそれぞれ対電極６、検知電極７および測定電極５を分割する第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。２６、２７および２５は、それぞれの電極である測定電極５、対電極６および検知電極７の終端部に設けられた補正部である。３５、３６および３７はそれぞれ測定電極５、対電極６および検知電極７のカバー１２から露出した部分のカバー１２の周辺部にある測定部である。１４はバイオセンサである。１５はバイオセンサ１４を装着する測定器である。１６はバイオセンサ１４を挿入するための測定器１５の挿入口である。１７は測定結果を表示する測定器１５の表示部である。
【００１７】
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。
【００１８】
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、測定電極５、対電極６および検知電極７の電極に第２のスリット４ａ、４ｂおよび４ｃを形成する。ここで、第２のスリット４ａ、４ｂおよび４ｃは、すべての電極である測定電極５、対電極６および検知電極７を分割しているが、第２のスリット４ａ、４ｂおよび４ｃの設け方は、例えば、図２に示すような８通りの組合せが考えられる。図２（ａ）は第２のスリットを設けない場合であり、図２（ｂ）は、対電極６にのみ第２のスリット４ａを設けた場合であり、図２（ｃ）は検知電極７にのみ第２のスリット４ｂを設けた場合であり、図２（ｄ）は測定電極５にのみ第２のスリット４ｃを設けた場合であり、図２（ｅ）は対電極６および検知電極７に第２のスリット４ａおよび４ｂを設けた場合であり、図２（ｆ）は測定電極５および対電極６に第２のスリット４ｃおよび４ａを設けた場合であり、図２（ｇ）は測定電極５および検知電極７に第２のスリット４ｃおよび４ｂを設けた場合であり、図２（ｈ）は測定電極５、対電極６、および検知電極７のすべての電極に第２のスリット４ｃ、４ａおよび４ｂを設けた場合を示す図である。これらの第２のスリット４ａ、４ｂおよび４ｃの組合せで、測定器１５に製造ロット毎の出力特性の違いを補正するための補正データの情報を判別可能とする。例えば、図２（ａ）の第２のスリットを設けない場合は製造ロット番号１番の出力特性を持つバイオセンサとし、図２（ｂ）の対電極６にのみ第２のスリット４ａを設けた場合は製造ロット番号２番の出力特性を持つバイオセンサとする。
【００１９】
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、４ｃ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、４ｃを形成してもよい。
【００２０】
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、４ｃ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。
【００２１】
また、第２のスリット４ａ、４ｂ、４ｃは、バイオセンサ１４が完成した後に、その出力特性を調べてから形成しても良く、そうすることで、製造ロット毎の選別が確実に行える。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
バイオセンサで検体を測定する場合は、まず、バイオセンサ１４を図３に示すように測定器１５の挿入口１６に挿入する。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、その値を測定器１５は測定する。以上の測定電極５、対電極６および検知電極７の各電極での電気的変化を測定器１５は測定部３５、３６および３７より感知する。
【００２６】
また、測定器１５は、バイオセンサ１４の各電極である測定電極５、対電極６および検知電極７が、第２のスリット４ｃ、４ａおよび４ｂで分割されているかどうかを調べる。例えば、測定部３５と補正部２５との間の電気的な導通を調べれば、第２のスリット４ｃが形成されているのかどうかがわかる。同様に測定部３６と補正部２６との間の電気的な導通を調べれば第２のスリット４ａが形成されているのかどうかが、測定部３７と補正部２７との間の電気的な導通を調べれば第２のスリット４ｂが形成されているかどうかがわかる。例えば、第２のスリットがどの電極にも形成されていない場合は、製造ロット番号１のバイオセンサである、図２（ａ）に示す状態なので、測定器１５は、予め記憶している製造ロット番号１の出力特性に対応する補正データと前記測定した電流値とから血糖値を求めて、該血糖値を表示部１７に表示する。同様に対電極６にのみ第２のスリット４ａが形成されていれば、製造ロット番号２の出力特性に対応する補正データと前記測定した電流値とから血糖値をもとめて、該血糖値を表示部１７に表示する。
【００２７】
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、例えば、尿素センサやラクトースセンサ等に使用できる。その場合にも、第２のスリットの位置によって尿素センサやラクトースセンサの出力特性に対応する補正データの情報を測定器が判別可能であるようにしておけば、測定器１５は予め記憶している尿素センサやラクトースセンサの出力特性に対応する補正データと電流値とから測定値をもとめて表示部１７に表示する。
【００２８】
なお、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、電極の数はそれ以外の場合でもかまわない。また、第２のスリットは、一つの電極上に複数本設けてもよい。
【００２９】
このように、本実施の形態１によるバイオセンサにおいて、それぞれの電極を分割する第２のスリットがどの電極上に形成されているかで、どの製造ロットのバイオセンサかを判別可能であることとしたので、測定器にバイオセンサを挿入することでどの補正データが必要なのかを測定器が判断できるので、操作者が補正チップ等を用いて補正データを入力する必要がなく、煩わしさがなくなり、操作ミスを防ぐことができるという効果を有する。また、試料液と反応させる試薬で形成された試薬層と、前記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たので、前記試料液が容易に前記検体供給路に吸引されることが可能であるという効果を有する。また、電気伝導性層は絶縁体基板の全面にスパッタリング法によって形成され、第１のスリットで複数の電極に分割されることとしたので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。また、第１のスリットおよび第２のスリットをレーザで形成することとしたので、精度の高い加工ができ、各電極の面積を高精度に規定することができ、また、各電極の間隔を狭くできるのでバイオセンサの小型化を図ることができるという効果を有する。
【００３０】
【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、絶縁性基板の全面または一部上に形成された電気伝導性層を第１のスリットで分割し形成した複数の電極と、試料液と反応させる試薬からなる試薬層とを有し、前記試料液と前記試薬層との反応で生じる電気的変化を出力するバイオセンサであって、前記各電極は、前記電気的変化を出力する測定部と、バイオセンサの出力特性に応じた補正データの情報を有する補正部とを有しており、前記各電極において、前記測定部と補正部との間を分割する第２のスリットの有無によって、前記補正データの情報を測定器が判別可能であることとしたので、測定器にバイオセンサを挿入することでどの補正データが必要なのかを測定器が判断することができ、操作者が補正チップ等を用いて補正データの情報を入力する必要がなく、煩わしさがなくなり、操作ミスを防ぎ、正しい結果を得ることができるという効果を有する。
【００３２】
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、該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ることとしたので、試料液が容易に前記検体供給路に吸引されることが可能であるという効果を有する。
【００３３】
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２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性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。
【００３４】
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１のスリットおよび第２のスリットは、前記電気伝導性層をレーザで加工することで形成されたものであることとしたので、精度の高い加工ができ、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、各電極の間隔を狭くできるのでバイオセンサの小型化を図ること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第２のスリットの形成例を示した平面図である。
【図３】バイオセンサが測定器に挿入されている状態を示した図である。
【図４】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
４ｃ    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
１４      バイオセンサ
１５      測定器
１６      バイオセンサ挿入口
１７      表示部
２５      補正部
２６      補正部
２７      補正部
３５      測定部
３６      測定部
３７      測定部
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
１１１      試薬層
１１２      カバー
１１３      空気孔
【図１】
0004184573.tif 000002
【図２】
0004184573.tif 000003
【図３】
0004184573.tif 000004
【図４】
0004184573.tif 000005