(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板と、上記絶縁性基板に形成された測定電極，対電極，及び検知電極からなる電極部と、上記電極部上に設けられた試薬層とを備えたバイオセンサを用い、該バイオセンサに試料液を供給し、該試料液中に含まれる基質を定量する定量方法であって、
上記検知電極と対電極若しくは測定電極との間、及び上記測定電極と対電極との間に一定電圧を印加するステップと、
試料液を上記試薬層に供給するステップと、
試料液の上記試薬層への供給により、上記測定電極と対電極との間に生じた電気的変化を検知するステップと、
上記検知電極と対電極若しくは測定電極との間に生じた電気的変化を検知するステップと、
上記電気的変化を検知した後、測定電極と対電極及び検知電極との間に電圧を印加するステップと、
上記電圧が印加された測定電極と対電極及び検知電極との間に生じた電流を測定するステップとを具備したことを特徴とする定量方法。
【請求項２】
請求項１記載の定量方法において、
試料液の上記試薬層への供給により上記測定電極と対電極との間に生じた電気的変化を検知するステップの後に、所定期間上記検知電極と対電極若しくは測定電極との間に電気的変化が生じないことを検知した際には、それを利用者に通知するステップを具備することを特徴とする定量方法。
【請求項３】
絶縁性基板上に設けられた測定電極、対電極、及び検知電極からなる電極部と、前記電極部上に配置された試薬層と、を備えるバイオセンサを着脱可能に接続し、該バイオセンサに供給される試料液に含まれる基質を定量する定量装置であって、
上記バイオセンサの検知電極，測定電極からの電流をそれぞれ電圧に変換する第１，第２の電流／電圧変換回路と、
上記第１，第２の電流／電圧変換回路からの電圧をそれぞれディジタル変換する第１，第２のＡ／Ｄ変換回路と、
上記バイオセンサの検知電極の接続を上記第１の電流／電圧変換回路又はグランドに切り替える第１の切り替えスイッチと、
上記バイオセンサの測定電極の接続を上記第２の電流／電圧変換回路又はグランドに切り替える第２の切り替えスイッチと、
上記第１，第２のＡ／Ｄ変換回路，上記第１，第２の切り替えスイッチを制御する制御部とを備え、
上記制御部は、
上記第１，第２の切り替えスイッチを上記第１，第２の電流／電圧変換回路に接続した状態で、上記検知電極と測定電極との間、測定電極と対電極との間に電圧を印加し、試料液の上記検体供給路の試薬層への供給により、上記測定電極と対電極との間の電気的変化を検知した際、第２の切り替えスイッチをグランドに接続し、その後上記検知電極と測定電極との間に電気的変化が生じたことを検知した場合は、上記第２の切り替えスイッチを上記第２の電流／電圧変換回路に接続し、かつ第１の切り替えスイッチをグランドに接続した状態で、上記測定電極と検知電極及び対電極との間に電圧を印加し、その応答電流を測定する、
ことを特徴とする定量装置。
【請求項４】
請求項３記載の定量装置において、
上記検体供給路の試薬層に試料液が供給され、上記測定電極と対電極との間に電気的変化が生じ、かつ、上記検知電極と測定電極若しくは対電極との間に電気的変化が生じないことが上記制御部により検知された際に、それを利用者に通知する通知手段を備えたことを特徴とする定量装置。
【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，それを用いた定量方法及び定量装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バイオセンサは、微生物，酵素，抗体，ＤＮＡ，ＲＮＡ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。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。
【０００３】
例えば、酵素センサは、検体である試料液に含まれる基質と酵素など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の作製工程について図７を用いて説明する。
【０００５】
図７（ａ）は従来のバイオセンサの分解斜視図である。図７（ｂ）は従来のバイオセンサの先端に形成された電極部の構成を示す図である。
【０００６】
図７（ａ）に示すように、一点鎖線で示す位置関係をもって各部材が接着されることによりバイオセンサが構成される。
【０００７】
従来のバイオセンサの電極部は３回の印刷工程により形成される。
【０００８】
まず、第１工程において、スクリーン印刷法により絶縁性の基板１０１上に電気伝導性の高い銀ペーストを印刷し乾燥させ、電極リード部１０２ａ，１０２ｂを作製する。
【０００９】
第２工程において、電極リード部１０２ａ，１０２ｂ上にカーボンペーストを印刷し乾燥させ、対電極１０３ａ及び測定電極１０３ｂを作製する。この測定電極１０３ｂは、リング状の対電極１０３ａの内側に配置されており、対電極１０３ａ及び測定電極１０３ｂはそれぞれ電極リード部１０２ａ及び１０２ｂと接触している。
【００１０】
そして、第３工程にて絶縁性物質であるレジスト１０４を対電極１０３ａ及び測定電極１０３ｂ上に印刷し乾燥させて、対電極１０３ａ及び測定電極１０３ｂの面積を規定する。
【００１１】
次に、基板１上に形成された対電極１０３ａ及び測定電極１０３ｂに酵素などを含有する試薬を塗布することで試薬層１０５を形成し、さらに、その上に検体供給路を形成するための切欠部１０６ａを有するスペーサ１０６、及び空気孔１０７ａを有するカバー１０７を積層して接着する。ここで、スペーサ１０６の切欠部１０６ａの一端はカバー１０７に設けられた空気孔１０７ａに通じている。
【００１２】
また、図７（ｂ）に示すように、基板１上に形成された対電極１０３ａ及び測定電極１０３ｂの配置は、検体供給路の入口１０６ｂに対し、最も近い位置に対電極１０３ａが配置され、その奥に測定電極１０３ｂ及び対電極１０３ａが配置されている。
【００１３】
このように構成された従来のバイオセンサを用いて、検体である試料液の基質の含有量を測定する際の検体吸引確認システムを図７（ｂ）を用いて説明する。
【００１４】
まず、バイオセンサに接続された測定装置（図示せず）により対電極１０３ａ，測定電極１０３ｂ間に一定電圧が印加された状態で、検体を検体供給路の入口１０６ｂに供給する。検体は毛細管現象により検体供給路の内部に吸引され、その入口１０６ｂに近い方の対電極１０３ａ上を通り、測定電極１０３ｂに達し、試薬層１０５の溶解が始まる。この時、測定装置は、対電極１０３ａ，測定電極１０３ｂ間に生じる電気的変化を検知して、測定動作を開始する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のバイオセンサにおいては、スクリーン印刷法により基板上に銀ペースト，カーボンペースト等を印刷して積層させることにより、測定電極の面積を規定するため、印刷時に各種ペーストのにじみやだれ等により、測定電極の面積にバラツキが生じ、測定電極の面積の均一化を図ることは困難であった。
【００１６】
また、電極構造がＡｇ，カーボン，レジストの３層構造となっているため非常に複雑で、高度な印刷技術が必要であった。
【００１７】
さらに、従来のバイオセンサの電極部が測定電極と対電極の２電極からなるため、バイオセンサに接続される測定装置は、この２電極間に一定電圧を印加して電気的変化が生じた場合に、検体が測定電極に達したことを検知して測定を開始するが、測定不可能な微量の検体が測定電極を覆った場合にも測定を開始してしまうので、検体量不足による測定値の表示ミスを引き起こしてしまうという問題点があった。
【００１８】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、簡潔な工法で作製することが可能であり、かつ、測定精度の良好なバイオセンサ，同バイオセンサを用いた定量方法，及び定量装置を提供することが目的である。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、本発明のバイオセンサは、試料液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、絶縁性基板と、上記絶縁性基板の全面に形成された電気伝導性層にスリットを設けることにより、３つの領域に分割して形成された、測定電極，対電極，及び検知電極からなる電極部と、上記絶縁性基板上に形成された上記電極部上に配置された、試料液を上記電極部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一枚のスペーサと、上記検体供給路における上記電極部上に設けられた試薬層と、上記スペーサ上に配置された、上記検体供給路に通じる空気孔を有するカバーとを備え、前記スペーサの切欠部により、前記検体供給路に露出する電極の面積を規定するようにしたことを特徴とするものである。
【００２０】
本発明のバイオセンサは、 上記バイオセンサにおいて、上記測定電極，対電極，及び検知電極は、上記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にレーザによりスリットを設けることにより、３つの領域に分割して形成されたことを特徴とするものである。
【００２１】
本発明のバイオセンサは、上記バイオセンサにおいて、上記検体供給路には、その入口に近い方から順に上記対電極，測定電極，及び検知電極が一列に配置されており、上記対電極は上記測定電極の面積と同等若しくはそれ以上の面積を有することを特徴とするものである。
【００２２】
本発明のバイオセンサは、上記バイオセンサにおいて、上記検体供給路には、その入口に近い方から順に上記対電極，測定電極，及び検知電極が一列に配置されており、上記検知電極及び対電極の面積の合計は、上記測定電極の面積と同等若しくはそれ以上であることを特徴とするものである。
【００２３】
本発明のバイオセンサは、上記バイオセンサにおいて、上記検体供給路において、上記検知電極は上記対電極と同等の面積を有することを特徴とするものである。
【００２４】
本発明の定量方法は、上記バイオセンサを用い、該バイオセンサに試料液を供給し、該試料液中に含まれる基質を定量する定量方法であって、上記検知電極と対電極若しくは測定電極との間に一定電圧を印加するステップと、試料液を上記試薬層に供給するステップと、上記試料液の上記試薬層への供給により、上記検知電極と対電極若しくは測定電極との間に生じた電気的変化を検知するステップと、上記電気的変化を検知した後、測定電極と対電極及び検知電極との間に電圧を印加するステップと、上記電圧が印加された測定電極と対電極及び検知電極との間に生じた電流を測定するステップとを具備したことを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の定量方法は、絶縁性基板と、上記絶縁性基板に形成された測定電極，対電極，及び検知電極からなる電極部と、上記電極部上に設けられた試薬層とを備えたバイオセンサを用い、該バイオセンサに試料液を供給し、該試料液中に含まれる基質を定量する定量方法であって、上記検知電極と対電極若しくは測定電極との間、及び上記測定電極と対電極との間に一定電圧を印加するステップと、試料液を上記試薬層に供給するステップと、上記試料液の上記試薬層への供給により、上記測定電極と対電極との間に生じた電気的変化を検知するステップと、上記検知電極と対電極若しくは測定電極との間に生じた電気的変化を検知するステップと、上記電気的変化を検知した後、測定電極と対電極及び検知電極との間に電圧を印加するステップと、上記電圧が印加された測定電極と対電極及び検知電極との間に生じた電流を測定するステップとを具備したことを特徴とするものである。
【００２６】
本発明の定量方法は、上記定量方法において、試料液の上記試薬層への供給によって上記測定電極と対電極との間に生じた電気的変化を検知するステップの後に、所定期間上記検知電極と対電極若しくは測定電極との間に電気的変化が生じないことを検知した際には、それを利用者に通知するステップを具備することを特徴とするものである。
【００２７】
本発明の定量装置は、上記バイオセンサを着脱可能に接続し、該バイオセンサに供給される試料液中に含まれる基質を定量する定量装置であって、上記バイオセンサの測定電極からの電流を電圧に変換する電流／電圧変換回路と、上記電流／電圧変換回路からの電圧をディジタル変換するＡ／Ｄ変換回路と、上記バイオセンサの対電極とグランド間に設けられたスイッチと、上記Ａ／Ｄ変換回路及びスイッチを制御する制御部とを備え、上記制御部は、上記スイッチを対電極から絶縁した状態で、上記検知電極と測定電極との間に電圧を印加し、試料液の上記検体供給路の試薬層への供給によって生じた上記検知電極と測定電極との間の電気的変化を検知した後、上記スイッチを対電極に接続した状態で、上記測定電極と対電極及び検知電極との間に電圧を印加し、その応答電流を測定する、ことを特徴とするものである。
【００２８】
本発明の定量装置は、上記バイオセンサを着脱可能に接続し、該バイオセンサに供給される試料液中に含まれる基質を定量する定量装置であって、上記バイオセンサの検知電極，測定電極からの電流をそれぞれ電圧に変換する第１，第２の電流／電圧変換回路と、上記第１，第２の電流／電圧変換回路からの電圧をそれぞれディジタル変換する第１，第２のＡ／Ｄ変換回路と、上記バイオセンサの検知電極の接続を上記第１の電流／電圧回路又はグランドに切り替える第１の切り替えスイッチと、上記第１，第２のＡ／Ｄ変換回路，上記第１の切り替えスイッチを制御する制御部とを備え、上記制御部は、上記第１の切り替えスイッチを上記第１の電流／電圧変換回路に接続した状態で、上記検知電極と対電極との間、測定電極と対電極との間に電圧を印加し、試料液の上記検体供給路の試薬層への供給により、上記検知電極と対電極との間、及び測定電極と対電極との間に生じる電気的変化を検知した後、上記第１の切り替えスイッチをグランドに接続し、上記測定電極と検知電極及び対電極との間に電圧を印加し、その応答電流を測定する、ことを特徴とするものである。
【００２９】
本発明の定量装置は、上記定量装置において、上記バイオセンサの測定電極の接続を上記第２の電流／電圧変換回路又はグランドに切り替える第２の切り替えスイッチを備え、上記制御部は、上記第１，第２の切り替えスイッチを上記第１，第２の電流／電圧変換回路に接続した状態で、上記検知電極と測定電極との間、測定電極と対電極との間に電圧を印加し、試料液の上記検体供給路の試薬層への供給により、上記測定電極と対電極との間の電気的変化を検知した際、第２の切り替えスイッチをグランドに接続し、その後上記検知電極と測定電極との間に電気的変化が生じたことを検知した場合は、上記第２の切り替えスイッチを上記第２の電流／電圧変換回路に接続し、かつ第１の切り替えスイッチをグランドに接続した状態で、上記測定電極と検知電極及び対電極との間に電圧を印加し、その応答電流を測定する、ことを特徴とするものである。
【００３０】
本発明の定量装置は、上記定量装置において、上記検体供給路の反応層に試料液が供給され、上記測定電極と対電極との間に電気的変化が生じ、かつ、上記検知電極と測定電極若しくは対電極との間に電気的変化が生じないことが上記制御部により検知された際に、それを利用者に通知する通知手段を備えたことを特徴とするものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１によるバイオセンサの作製方法について図１を用いて説明する。
【００３２】
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態１によるバイオセンサの分解斜視図である。図において、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、２は基板１の表面全面に形成された、カーボンもしくはカーボンを主成分とする電気伝導性物質、金属物質等からなる導体層、３ａ，３ｂは基板１上の導体層２に設けられた、基板１側面に平行なスリット、４ａ，４ｂは基板１上の導体層２に設けられた、基板１側面に垂直なスリット、５、６、７は導体層２をスリット３ａ，３ｂ及び４ａ，４ｂにより分割することにより形成された測定電極，対電極，及び検知電極、８は基板１上の測定電極５，対電極６，及び検知電極７を覆うスペーサ、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、９ａは検体供給路の入口、１０はスペーサ８の切欠部９の縦幅、１１は導体層２に設けられた２本のスリット４ａ，４ｂの間隔、１２はスペーサ８の切欠部９から露出している測定電極５，対電極６，及び検知電極７に、酵素などを含有する試薬を塗布することで形成された試薬層、１３はスペーサ８を覆うカバー、１３ａはカバー１３の中央部に設けられた空気孔である。
【００３３】
まず、図１（ａ）に示すように、基板１の表面全面に対して、カーボン，若しくはカーボンを主成分とする電気伝導性物質，金属物質等をスクリーン印刷法やスパッタリング蒸着法などにより導体層２を形成する。ここでは、基板１の表面全面に導体層２を形成しているが、基板１の表面全面でなく電極部を形成するのに必要な部分に導体層２を形成してもよい。
【００３４】
次に、図１（ｂ）に示すように、基板１上に形成された導体層２に、レーザを用いて、基板１の側面に平行な２本のスリット３ａ，３ｂ、及びそれに対して垂直な２本のスリット４ａ，４ｂを形成し、対電極６，測定電極５，及び検知電極７に分割する。この際、基板１の先端部とスリット４ａとの間隔が２本のスリット４ａ，４ｂの間隔１１に対し、同等若しくはそれ以上になるようにスリット４ａ，４ｂを設ける。
【００３５】
また、基板１上に３つの電極を設けるその他の工法として、スクリーン印刷法やスパッタリング蒸着法などで基板１上に電気伝導性物質等を形成する際に、平行な２本のスリット３ａ，３ｂを有する導体層２を形成するために必要な締めパターンが予め配置された印刷版やマスキング版など（図示せず）を用い、その後、基板１上に形成された導体層２に、レーザを用いてスリット４ａ，４ｂを設けて測定電極５，対電極６，及び検知電極７に分割し、電極部を形成することも可能である。
【００３６】
また、その他の工法としては、基板１側面に平行な２本のスリット３ａ，３ｂ及び垂直な２本のスリット４ａ，４ｂを有する導体層２を形成するために必要な締め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、スクリーン印刷法やスパッタリング蒸着法などにより電気伝導性物質等を基板１上に形成し、測定電極５，対電極６，及び検知電極７を形成する方法もある。
【００３７】
次に、図１（ｃ）に示すように、基板１上に形成された電極部の上に、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。そして、スペーサ８の切欠部９から露出している測定電極５，対電極６，及び検知電極７に試薬を塗布して試薬層１２を形成し、さらにその上にカバー１３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１３に設けられた空気孔１３ａに通じている。
【００３８】
また、基板１上に形成された測定電極５，対電極６，及び検知電極７の配置は、検体供給路の入口９ａに対し、最も近い位置に対電極６が配置され、その奥に測定電極５及び検知電極７が配置されている。
【００３９】
この検体供給路における測定電極５，対電極６，及び検知電極７の各面積は、スペーサ８の切欠部９の面積、及びスリット４ａ，４ｂの間隔１１により規定されている。本実施の形態１では、センサ先端からスリット４ａまでの間隔を、スリット４ａ，４ｂの間隔１１と同等若しくはそれ以上となるようにスリット４ａ，４ｂを設けているので、検体供給路において、対電極６の面積は測定電極５の面積と同等若しくはそれ以上になる。
【００４０】
尚、本実施の形態１では、レーザを用いて測定電極５，対電極６，及び検知電極７の分割を行ったが、鋭利な先端を有する治具等により、上記導体層２の一部分を削り、電極部を構成することも可能である。また、電極部形成方式はスクリーン印刷法およびスパッタリング蒸着法を用いたがこの限りではない。
【００４１】
以上のように、本発明の実施の形態１によるバイオセンサによれば、基板１上の導体層２にスリット３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂを設け、その上に切欠部９を有するスペーサ８を設置することにより、検体供給路の測定電極５，対電極６，及び検知電極７の各電極面積を容易かつ高精度に規定するので、バイオセンサ毎の応答特性のバラツキを無くし、精度のよいバイオセンサを実現する事ができる。
【００４２】
しかも、本発明では金属膜、カーボンまたはカーボンを主成分とするペーストを材料として単層で電極部を形成するので、従来のように基板１上に銀ペースト，カーボンペースト等を順番に印刷して積層させるという手間はかからず、簡易な方法で表面が平滑な電極部を形成することが可能となる。
【００４３】
しかも、基板１上に設けられた導体層２に対し、レーザでスリット４ａ，４ｂを形成するので、各電極の面積をより高精度に規定することが可能となる。さらに、各電極間の距離を非常に短くして検体供給路の小型化を図ることができ、従来では測定不可能であった微量な検体に基づく測定も可能となる。
【００４４】
しかも、電極構造が非常に簡潔な構造となるため、同一の性能を有するバイオセンサを容易に作製することが可能となる。
【００４５】
実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態１によるバイオセンサを用いた測定システムについて図２を用いて説明する。
【００４６】
図２はバイオセンサを用いた測定システムにおいて、バイオセンサ及び測定装置の構成を示した図である。図において、図１と同一符号は同一又は相当部分である。
【００４７】
バイオセンサＡは測定装置Ｂ１に接続された状態で使用され、バイオセンサＡに供給された検体から基質の含有量を測定装置Ｂ１で測定するシステムである。
【００４８】
測定装置Ｂ１において、１５ａ，１５ｂ，１５ｃはバイオセンサＡの測定電極５、検知電極７、対電極６のそれぞれに接続されるコネクタ、１６ａはコネクタ１５ｃとグランド間に設けられたスイッチ、１８ａはコネクタ１５ａに接続され、測定電極６とその他の電極間に流れる電流を電圧に変換して出力する電流／電圧変換回路、１９ａは電流／電圧変換回路１８ａに接続され、電流／電圧変換回路１８ａからの電圧値をパルスに変換するＡ／Ｄ変換回路、２０はスイッチ１６ａのオン・オフを制御したり、Ａ／Ｄ変換回路１９ａからのパルスに基づいて検体の基質の含有量を算出するＣＰＵ、２１はＣＰＵ２０により算出された測定値を表示するＬＣＤ（液晶表示器）である。
【００４９】
以下、本発明の実施の形態２によるバイオセンサを用いた測定システムにより検体の基質の含有量を測定する際のバイオセンサＡ及び測定装置Ｂ１の動作について説明する。
【００５０】
まず、測定装置Ｂ1のコネクタ１５ａ〜１５ｃにバイオセンサＡを接続すると、ＣＰＵ２０制御によりスイッチ１６ａがオフとなり、対電極６，グランド間は非接続状態となり、測定電極５と検知電極７との間に一定の電圧が印加される。測定電極５と検知電極７との間に生じた電流は電流／電圧変換回路１８ａで電圧に変換され、さらにその電圧はＡ／Ｄ変換回路１９ａでパルスに変換されてＣＰＵ２０に出力される。
【００５１】
次に、検体をバイオセンサＡの検体供給路の入口９ａに供給すると、検体が検体供給路内部に吸引され、対電極６、測定電極５上を通り、検知電極７上に達する。この時、試薬層１２が溶解し酸化還元反応が生じ、測定電極５と検知電極7との間に電気的変化が生じる。ＣＰＵ２０は、Ａ／Ｄ変換回路１９ａから入力されるパルスの変化により測定電極５，検知電極７間に電気的変化が生じたこと、即ち、バイオセンサＡの検体供給路に測定可能量の検体が供給されたことを検知した時点で、測定動作を開始する。
【００５２】
次に、ＣＰＵ２０はスイッチ１６ａをオンにし、対電極６をグランドに接続させ、その後一定時間、電流／電圧変換回路１８ａが反応電圧を供給しないように制御し、電極部上に形成された試薬層１２と検体との反応を進行させる。一定時間経過後約５秒間、電流／電圧変換回路１８ａにより測定電極５と対電極６及び検知電極７との間に反応電圧が印加される。
【００５３】
この時、測定電極５と対電極６及び検知電極７との間に検体内の基質濃度に比例した電流が生じる。この電流は電流／電圧変換回路１８ａによって電圧に変換され、その電圧値はＡ／Ｄ変換回路１９ａによりパルスに変換され、ＣＰＵ２０に出力される。ＣＰＵ２０はそのパルス数をカウントして応答値を算出し、その結果をＬＣＤ２１に表示する。
【００５４】
尚、ここでは、検知電極６は常にグランドに接続されているが、図３に示すように検知電極７とグランド間にスイッチ１６ｂを設け、検知電極７，グランド間の接続のオン、オフを制御するような構成にしてもよい。
【００５５】
このように構成された測定装置Ｂ２のコネクタ１５ａ〜１５ｃにバイオセンサＡを接続すると、ＣＰＵ２０制御によりスイッチ１６ａがオフになり、対電極６，グランド間が非接続状態となり、スイッチ１６ｂがオンになり、測定電極５，検知電極７間に一定の電圧が印加される。以降、バイオセンサＡによる検体吸引開始後、測定装置Ｂ２の測定動作が終了するまでスイッチ１６ｂはオンの状態であり、測定動作は上述した測定装置Ｂ１の動作と同じである。
【００５６】
次に、試料液の基質の含有量を測定するために好適なバイオセンサの各電極面積について説明する。
【００５７】
図４は本発明の実施の形態１によるバイオセンサの検体供給路の拡大図である。
【００５８】
バイオセンサＡの検体供給路における対電極６，測定電極５及び検知電極７の面積は、電極間の電気伝達反応が律速になるのを防止するために、一般的には対電極６の面積を測定電極５の面積と同等以上とするのが好ましい。
【００５９】
本発明の実施の形態２では、測定時にバイオセンサＡの検知電極７を対電極として併用するので、対電極６及び検知電極７の面積の合計を測定電極５の面積以上にすれば、各電極間の電気伝達反応が律速になるのを回避することができる。
【００６０】
例えば、対電極６と測定電極５とを同等の面積にし、検知電極７の面積を対電極６の面積の数割とすることにより、測定電極５の面積以上の対電極６及び検知電極７の面積を確保することができる。
【００６１】
また、測定電極５と対電極６及び検知電極７との間の電気伝達反応がより均一に行われるようにするためには、図４に示すように、測定電極５と隣接する対電極６及び検知電極７の各面積が同等であることが望ましい。
【００６２】
以上のように、本発明の実施の形態２によるバイオセンサを用いた測定システムによれば、バイオセンサＡの検体供給路に検体が吸引され、検知電極７と測定電極５との間に電気的変化が生じた場合、測定装置Ｂ１，２がその電気的変化を検知し、測定動作を開始するので、従来のようにバイオセンサＡに供給された検体の量が不足しているのにも関わらず、測定装置Ｂ１，２が作動し誤った測定値を表示する等の誤作動を防止することが可能となる。
【００６３】
さらに、本発明では、測定可能量の検体がバイオセンサＡに供給された場合は、測定開始後、検知電極７を対電極として併用するので、対電極６及び検知電極７の面積の合計を少なくとも測定電極５の面積と同等とすれば、電極間の電気伝達反応が律速になるのを防止し、スムーズに反応を進行させることが可能となる。同時に、検体供給路の容量の小型化にもつながり、従来では不可能であった微量な検体に基づく定量分析を正確に行うことが可能となる。
【００６４】
しかも、検知電極７と対電極６の面積を同等にした場合は、電極間の電気伝達反応が均一に行われ、より良好な応答が得ることができる。
【００６５】
実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３によるバイオセンサを用いた測定システムについて図５を用いて説明する。
【００６６】
図５は本発明の実施の形態３によるバイオセンサを用いた測定システムにおいて、バイオセンサ及び測定装置の構成を示した図である。図において、図２と同一符号は同一又は相当部分である。
【００６７】
測定装置Ｂ３において、１５ａ，１５ｂ，１５ｃはバイオセンサＡの測定電極５、検知電極７、対電極６のそれぞれに接続されるコネクタ、１６ｃは一端はコネクタ１５ｂに接続されており、他端は後段の電流／電圧変換回路１８ｂとグランドとで接続を切り替えることが可能な切り替えスイッチ、１８ａはコネクタ１５ａに接続され、測定電極６とその他の電極間に流れる電流を電圧に変換して出力する電流／電圧変換回路、１８ｂは切り替えスイッチ１６ｃを介してコネクタ１５ｂに接続され、検知電極７とその他の電極間に流れる電流を電圧に変換して出力する電流／電圧変換回路、１９ａ，１９ｂは電流／電圧変換回路１８ａ，１８ｂにそれぞれ接続され、電流／電圧変換回路１８ａ，１８ｂからの電圧値をパルスに変換するＡ／Ｄ変換回路、２０は切り替えスイッチ１６ｃを制御したり、Ａ／Ｄ変換回路１９ａ，１９ｂからのパルスに基づいて検体の基質の含有量を算出するＣＰＵ、２１はＣＰＵ２０により算出された測定値を表示するＬＣＤである。
【００６８】
以下、本発明の実施の形態３によるバイオセンサを用いた測定システムにより検体の基質の含有量を測定する際のバイオセンサ、及び測定装置の動作について図５を用いて説明する。
【００６９】
まず、測定装置Ｂ３のコネクタ１５ａ〜１５ｃにバイオセンサＡを接続すると、ＣＰＵ２０制御により切り替えスイッチ１６ｃが電流／電圧変換回路１８ｂに接続され、対電極６，測定電極５間、及び対電極６，検知電極７間に一定の電圧が印加される。対電極６，測定電極５間、及び対電極６，検知電極７間に生じた電流はそれぞれ電流／電圧変換回路１８ａ，１８ｂで電圧に変換され、さらにＡ／Ｄ変換回路１９ａ，１９ｂによりパルスに変換される。
【００７０】
次に、検体をバイオセンサＡの検体供給路の入口９ａに供給すると、検体が検体供給路内部に吸引され、対電極６、測定電極５上を通り、検知電極７上に達する。この時、検体により試薬層１２が溶解し酸化還元反応が生じ、対電極６，測定電極５間、及び対電極６，検知電極７間に電気的変化が生じる。
【００７１】
ＣＰＵ２０は、Ａ／Ｄ変換回路１９ａ，１９ｂから入力されるパルスから、対電極６，測定電極５間、及び対電極６，検知電極７間に電気的変化が生じたことを検知し、バイオセンサＡの検体供給路に測定可能量の検体が供給されたことを確認する。
【００７２】
次に、ＣＰＵ２０は切り替えスイッチ１６ｃをグランドに接続させ、一定時間電流／電圧変換回路１８ａが反応電圧を供給しないように制御し、各電極上に形成された試薬層１２と検体との反応を進行させる。
【００７３】
一定時間経過後約５秒間、電流／電圧変換回路１８ａにより測定電極５と対電極６及び検知電極７との間に反応電圧が印加され、その応答電流に基づき、ＣＰＵ２０は応答値を算出し、その結果をＬＣＤ２１に表示する。
【００７４】
しかし、検体の検体供給路への供給により、対電極６と測定電極５との間に電流が発生しても、その後一定時間対電極６と検知電極７との間に電流が発生しない場合は、ＣＰＵ２０は検体量不足と判断し、ＬＣＤ２１にその旨を表示する。また、一旦ＬＣＤ２１において検体量不足であることを表示した後に検体が検体供給路に補給されても、ＣＰＵ２０は測定動作を開始しない。
【００７５】
以上のように、本発明の実施の形態３によるバイオセンサを用いた測定システムによれば、バイオセンサＡの検体供給路に検体が吸引され、対電極６，測定電極５間に電気的変化が生じ、対電極６，検知電極７間に電気的変化が生じなかった場合は、測定装置Ｂ３は検体量不足である旨をＬＣＤ２１に表示して利用者に知らせるので、測定を行う際の利便性及び安全性の向上を図ることが可能となる。
【００７６】
実施の形態４．
図６は本発明の実施の形態４によるバイオセンサを用いた測定システムにおいて、バイオセンサ及び測定装置の構成を示した図である。図において、図５と同一符号は同一又は相当部分である。
【００７７】
本実施の形態４での測定装置Ｂ４の構成は基本的には実施の形態３と同じであるが、測定装置Ｂ４のコネクタ１５ａと電流／電圧変換回路１８ａとの間に切り替えスイッチ１６ｄを追加し、測定電極５の接続を電流／電圧変換回路１８ａとグランドとで切り替えることが可能な構成にしている。
【００７８】
以下、本発明の実施の形態４によるバイオセンサを用いた測定システムにより検体の基質の含有量を測定する際のバイオセンサ，及び測定装置の動作について図６を用いて説明する。
【００７９】
まず、測定装置Ｂ４のコネクタ１５ａ〜１５ｃにバイオセンサＡを接続すると、ＣＰＵ２０制御により切り替えスイッチ１６ｄ，１６ｃがそれぞれ電流／電圧変換回路１８ａ，１８ｂに接続され、対電極６と測定電極５との間、測定電極５と検知電極７との間に一定の電圧が印加される。対電極６，測定電極５間、及び測定電極５，検知電極７間に生じた電流は電流／電圧変換回路１８ａ，１８ｂで電圧に変換され、さらにＡ／Ｄ変換回路１９ａ，１９ｂによりパルスに変換される。
【００８０】
次に、検体をバイオセンサＡの検体供給路の入口９ａに供給すると、検体供給路内部に吸引され測定電極５上を覆った際に、対電極６と測定電極５との間に電気的変化が生じる。ＣＰＵ２０は、この電気的変化をＡ／Ｄ変換回路１９ａから入力されるパルスから検知し、切り替えスイッチ１６ｄをグランドに接続する。
【００８１】
次に、検体が検知電極７上に達すると、測定電極５と検知電極７間に電気的変化が生じる。ＣＰＵ２０は、この電気的変化をＡ／Ｄ変換回路1９ｂから入力されるパルスから検知して検体が検体供給路に十分供給されたことを確認する。
【００８２】
次に、ＣＰＵ２０は、切り替えスイッチ１６ｄを電流／電圧変換回路１８ａに接続し、切り替えスイッチ１６ｃをグランドに接続させ、一定時間電流／電圧変換回路１８ａが反応電圧を供給しないように制御し、各電極上に形成された試薬層１２と検体との反応を進行させる。
【００８３】
一定時間経過後約５秒間、電流／電圧変換回路１８ａにより測定電極５と対電極６及び検知電極７との間に反応電圧が印加され、その応答電流に基づきＣＰＵ２０は検体の基質の含有量を算出し、その測定値をＬＣＤ２１に表示する。
【００８４】
しかし、検体の検体供給路への供給により、対電極６と測定電極５との間に電流が発生しても、その後一定時間測定電極５と検知電極７との間に電流が発生しない場合は、ＣＰＵ２０は検体量が不足していると判断し、ＬＣＤ２１にその旨を表示する。なお、一旦ＬＣＤ２１において検体量不足を表示した後に検体が検体供給路に補給されても、ＣＰＵ２０は測定動作を開始しない。
【００８５】
以上のように、本発明の実施の形態４によるバイオセンサを用いた測定システムによれば、バイオセンサＡの検体供給路に検体が吸引され、対電極６，測定電極５間に電気的変化が生じ、測定電極５，検知電極７間に電気的変化が生じなかった場合は、測定装置Ｂ４は検体量不足である旨をＬＣＤ２１に表示して利用者に知らせるので、測定を行う際の利便性及び安全性の向上を図ることが可能となる。
【００８６】
以上は酵素センサの例で説明をしたが、試薬の種類としては酵素以外にも抗体、微生物、ＤＮＡ、ＲＮＡなどを利用するバイオセンサにも同様に構成できる。
【００８７】
【発明の効果】
本発明のバイオセンサによれば、試料液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、絶縁性基板と、上記絶縁性基板の全面に形成された電気伝導性層にスリットを設けることにより、３つの領域に分割して形成された、測定電極，対電極，及び検知電極からなる電極部と、上記絶縁性基板上に形成された上記電極部上に配置された、試料液を上記電極部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一枚のスペーサと、上記検体供給路における上記電極部上に設けられた試薬層と、上記スペーサ上に配置された、上記検体供給路に通じる空気孔を有するカバーとを備え、前記スペーサの切欠部により、前記検体供給路に露出する電極の面積を規定するようにしたので、上記測定電極、対電極及び検知電極の各面積を容易かつ高精度に規定することができ、バイオセンサ毎に応答特性がバラツクことがなくなり、良好な応答を得ることが可能となる。しかも、本発明では電気伝導性物質からなる単層で電極部を形成するので、従来のように基板上に銀ペースト，カーボンペースト等を順番に印刷して積層させるという手間はかからず、簡易な方法で表面が平滑な電極部を形成することが可能となる。しかも、従来に比して電極部の構造が非常に簡潔な構造となるため、同一の性能を有するバイオセンサを容易に作製することが可能となる。
【００８８】
本発明のバイオセンサによれば、上記バイオセンサにおいて、上記測定電極，対電極，及び検知電極は、上記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にレーザによりスリットを設けることにより、３つの領域に分割して形成されたものとしたので、各電極の面積をより高精度に規定することが可能となる。さらに、各電極間の距離を非常に短くして上記検体供給路の小型化を図ることができ、従来では測定不可能であった微量な検体に基づく測定も可能となる。
【００８９】
本発明のバイオセンサによれば、上記バイオセンサにおいて、上記検体供給路には、その入口に近い方から順に上記対電極，測定電極，及び検知電極が一列に配置されており、上記対電極は上記測定電極の面積と同等若しくはそれ以上の面積を有する構成としたので、上記対電極と測定電極との間の電気伝達反応が律速になるのを防止して、スムーズに反応を促進させることができる効果を有する。
【００９０】
本発明のバイオセンサによれば、上記バイオセンサにおいて、上記検体供給路には、その入口に近い方から順に上記対電極，測定電極，及び検知電極が一列に配置されており、上記検知電極及び対電極の面積の合計は、上記検知電極の面積と同等若しくはそれ以上としたので、上記測定電極と対電極及び検知電極との間の電気伝達反応が律速になるのを防止して、スムーズに反応を促進させることができる効果を有する。
【００９１】
本発明のバイオセンサによれば、上記バイオセンサにおいて、上記検体供給路において、上記検知電極は上記対電極と同等の面積を有する構成としたので、上記測定電極と対電極及び検知電極との間の電気伝達反応が律速になるのを防止して、より均一に反応を促進させることができる効果を有する。
【００９２】
本発明の定量方法によれば、上記バイオセンサを用い、該バイオセンサに試料液を供給し、該試料液中に含まれる基質を定量する定量方法であって、上記検知電極と対電極若しくは測定電極との間に一定電圧を印加するステップと、試料液を上記試薬層に供給するステップと、上記試料液の上記試薬層への供給により、上記検知電極と対電極若しくは測定電極との間に生じた電気的変化を検知するステップと、上記電気的変化を検知した後、測定電極と対電極及び検知電極との間に電圧を印加するステップと、上記電圧が印加された測定電極と対電極及び検知電極との間に生じた電流を測定するステップとを具備しており、上記検知電極と測定電極若しくは対電極との間に電気的変化が生じた際に初めて測定動作を開始するので、上記試薬層への試料液の供給量不足による測定ミスを防ぎ、より安全性の高い測定を行うことが可能となる。さらに、測定可能量の試料液が上記試薬層に供給された場合は、検知電極を対電極として併用して測定を行うので、上記電極部の面積を小さくすることができ、従来では不可能であった微量な試料液に基づく定量分析を正確に行うことが可能となる。
【００９３】
本発明の定量方法によれば、絶縁性基板と、上記絶縁性基板に形成された測定電極，対電極，及び検知電極からなる電極部と、上記電極部上に設けられた試薬層とを備えたバイオセンサを用い、該バイオセンサに試料液を供給し、該試料液中に含まれる基質を定量する定量方法であって、上記検知電極と対電極若しくは測定電極との間、及び上記測定電極と対電極との間に一定電圧を印加するステップと、試料液を上記試薬層に供給するステップと、上記試料液の試薬層への供給により、測定電極と対電極との間に生じた電気的変化を検知するステップと、上記検知電極と対電極若しくは測定電極との間に生じた電気的変化を検知するステップと、上記電気的変化を検知した後、測定電極と対電極及び検知電極との間に電圧を印加するステップと、上記電圧が印加された測定電極と対電極及び検知電極との間に生じた電流を測定するステップとを具備しており、上記検知電極と測定電極若しくは対電極との間に電気的変化が生じた際に初めて測定動作を開始するので、上記試薬層への試料液の供給量不足による測定ミスを防ぎ、より安全性の高い測定を行うことが可能となる。さらに、測定可能量の試料液が上記試薬層に供給された場合は、検知電極を対電極として併用して測定を行うので、上記電極部の面積を小さくすることができ、従来では不可能であった微量な試料液に基づく定量分析を正確に行うことが可能となる。
【００９４】
本発明の定量方法によれば、上記定量方法において、試料液の上記試薬層への供給によって上記測定電極と対電極との間に生じた電気的変化を検知するステップの後に、所定期間上記検知電極と対電極若しくは測定電極との間に電気的変化が生じないことを検知した際には、それを利用者に通知するステップを具備するので、試薬層への試料液の供給量が不足していることを利用者に知らせることができ、利便性及び安全性の向上を図ることが可能となる。
【００９５】
本発明の定量装置によれば、上記バイオセンサを着脱可能に接続し、該バイオセンサに供給される試料液中に含まれる基質を定量する定量装置であって、上記バイオセンサの測定電極からの電流を電圧に変換する電流／電圧変換回路と、上記電流／電圧変換回路からの電圧をディジタル変換するＡ／Ｄ変換回路と、上記バイオセンサの対電極とグランド間に設けられたスイッチと、上記Ａ／Ｄ変換回路及びスイッチを制御する制御部とを備え、上記制御部は、上記スイッチを対電極から絶縁した状態で、上記検知電極と測定電極との間に電圧を印加し、試料液の上記検体供給路の試薬層への供給によって生じた上記検知電極と測定電極との間の電気的変化を検知した後、上記スイッチを対電極に接続した状態で、上記測定電極と対電極及び検知電極との間に電圧を印加し、その応答電流を測定する構成としたので、上記検体供給路の試薬層への試料液の供給量不足による測定ミスを防ぎ、より安全性の高い測定を行うことが可能となる。しかも、測定時に上記バイオセンサの検知電極を対電極として併用するので、検体供給路の小型化を図ることができ、従来では不可能であった微量な試料液の定量分析を正確に行うことが可能となる。
【００９６】
本発明の定量装置によれば、上記バイオセンサを着脱可能に接続し、該バイオセンサに供給される試料液中に含まれる基質を定量する定量装置であって、上記バイオセンサの検知電極，測定電極からの電流をそれぞれ電圧に変換する第１，第２の電流／電圧変換回路と、上記第１，第２の電流／電圧変換回路からの電圧をそれぞれディジタル変換する第１，第２のＡ／Ｄ変換回路と、上記バイオセンサの検知電極の接続を上記第１の電流／電圧変換回路又はグランドに切り替える第１の切り替えスイッチと、上記第１，第２のＡ／Ｄ変換回路，上記第１の切り替えスイッチを制御する制御部とを備え、上記制御部は、上記第１の切り替えスイッチを上記第１の電流／電圧変換回路に接続した状態で、上記検知電極と対電極との間、測定電極と対電極との間に電圧を印加し、試料液の上記検体供給路の試薬層への供給により、上記検知電極と対電極との間、及び測定電極と対電極との間に生じる電気的変化を検知した後、上記第１の切り替えスイッチをグランドに接続し、上記測定電極と検知電極及び対電極との間に電圧を印加し、その応答電流を測定する構成としたので、上記検体供給路の試薬層への試料液の供給量不足による測定ミスを防ぎ、より安全性の高い測定を行うことが可能となる。しかも、測定時に上記バイオセンサの検知電極を対電極として併用するので、検体供給路の小型化を図ることができ、従来では不可能であった微量な試料液の定量分析を正確に行うことが可能となる。
【００９７】
本発明の定量装置によれば、上記定量装置において、上記バイオセンサの測定電極の接続を上記第２の電流／電圧変換回路又はグランドに切り替える第２の切り替えスイッチを備え、上記制御部は、上記第１，第２の切り替えスイッチを上記第１，第２の電流／電圧変換回路に接続した状態で、上記検知電極と測定電極との間、測定電極と対電極との間に電圧を印加し、試料液の上記検体供給路の試薬層への供給により、上記測定電極と対電極との間の電気的変化を検知した際、第２の切り替えスイッチをグランドに接続し、その後上記検知電極と測定電極との間に電気的変化が生じたことを検知した場合は、上記第２の切り替えスイッチを上記第２の電流／電圧変換回路に接続し、かつ第１の切り替えスイッチをグランドに接続した状態で、上記測定電極と検知電極及び対電極との間に電圧を印加し、その応答電流を測定する構成としたので、上記検体供給路の試薬層への試料液の供給量不足による測定ミスを防ぎ、より安全性の高い測定を行うことが可能となる。しかも、測定時に上記バイオセンサの検知電極を対電極として併用するので、検体供給路の小型化を図ることができ、従来では不可能であった微量な試料液の定量分析を正確に行うことが可能となる。
【００９８】
本発明の定量装置によれば、上記定量装置において、上記バイオセンサの検体供給路の試薬層に試料液が供給され、上記測定電極と対電極との間に電気的変化が生じ、かつ、上記検知電極と測定電極若しくは対電極との間に電気的変化が生じないことが上記制御部により検知された際に、それを利用者に通知する通知手段を備えたものとしたので、上記検体供給路の試薬層への試料液の供給量が不足していることを利用者に知らせることができ、利便性及び安全性の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるバイオセンサの分解斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態２によるバイオセンサを用いた測定システムにおけるバイオセンサ及び測定装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２によるバイオセンサを用いた測定システムにおけるバイオセンサ及び測定装置の構成を示す図である。
【図４】  図１のバイオセンサの検体供給路の拡大図である。
【図５】本発明の実施の形態３によるバイオセンサを用いた測定システムにおけるバイオセンサ及び測定装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態４によるバイオセンサを用いた測定システムにおけるバイオセンサ及び測定装置の構成を示す図である。
【図７】従来のバイオセンサの分解斜視図である。
【符号の説明】
Ａ  バイオセンサ
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４  測定装置
１，１０１  基板
２  電気伝導性物質
３  基板側面に対し平行なスリット
４  基板側面に対し垂直なスリット
５，１０３ｂ  測定電極
６，１０３ａ  対電極
７  検知電極
８，１０６  スペーサ
９，１０６ａ  検体供給路を形成する切欠部
９ａ，１０６ｂ  検体供給路の入口
１０  切欠部の縦幅
１１  基板側面に対し垂直な２本のスリットの間隔
１２，１０５  試薬層
１３，１０７  カバー
１３ａ，１０７ａ  空気孔
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ  コネクタ
１６ａ，１６ｂ  スイッチ
１６ｃ，１６ｄ  切り替えスイッチ
１８ａ，１８ｂ  電流／電圧変換回路
１９ａ，１９ｂ  Ａ/Ｄ変換回路
２０  ＣＰＵ
２１  ＬＣＤ（液晶表示器）
１０２ａ，１０２ｂ  電極リード部
１０４  レジスト
【図１】
0004226756.tif 000002
【図２】
0004226756.tif 000003
【図３】
0004226756.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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