(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成樹脂材料からなり実質的に平坦な２次元形状から実質的に３次元形状に変形可能な基材と、
前記基材の一面に配置された導電性パターンと、
前記導電性パターンの一端に連続して形成された複数の電極と、
前記導電性パターンと電気的に接合され前記基材の外部に設けられた外部素子とを電気的に接続するための外部接続端子と、
前記電極が形成され熱成形を施して前記基材の厚さ方向に前記３次元形状に賦形された前記基材の一部と前記電極と接触するように液が流通する流路となる凹部を形成し前記基材と一体化するように成形され前記基材を覆う樹脂層と、
前記流路を液密に覆う蓋体と、を備えた、
ことを特徴とするフローセル。
【請求項２】
前記基材は、透光性を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のフローセル。
【請求項３】
前記外部接続端子は、前記樹脂層と一体に形成され前記外部接続端子の表面である端子表面が露出するように前記外部接続端子を囲むハウジングで囲まれている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のフローセル。
【請求項４】
前記外部接続端子は、外部に向かって突出するように前記導電性パターンの一部から延在する引き出し配線と接続して前記基材の一端に形成されている、  
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のフローセル。
【請求項５】
前記電極は、前記導電性パターンに接続された作用電極、対電極及び参照電極を含む、
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のフローセル。
【請求項６】
前記電極が、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｇ／ＡｇＣｌのうち少なくともいずれか一つを含む金属電極であるか、ＩＴＯ、ＩＧＯ、Ｃｒ、Ａｌ、ＩＺＯ、ＩＧＺＯ、ＺｎＯ、ＺｎＯ２およびＴｉＯ２のうち少なくともいずれか一つを含む無機電極であるか、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、カーボン、ポリアセチレン、ポリチオフェン（ＰＴ）、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ポリアニリン、ポリ硫黄窒化物のうち少なくともいずれか一つを含む有機電極である、
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のフローセル。
【請求項７】
前記電極は、酵素及び／又は酵素含有物を電極成分として混在させた酵素修飾電極である、
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のフローセル。
【請求項８】
前記導電性パターンは前記基材の一面とは反対側の他面にも配置されている、
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のフローセル。
【請求項９】
前記流路と重なるように前記導電性パターンの一端に連続してヒータが配置されている、
ことを特徴とする請求項８に記載のフローセル。
【請求項１０】
前記流路に近接して前記導電性パターンの一端に連続して形成された温度センサが配置されている、
ことを特徴とする請求項８に記載のフローセル。
【請求項１１】
前記電極と前記外部素子とが電気的に接続されている旨を、光、音、及び表示のうちの少なくとも１つを用いて報知する報知部をさらに備えた、
ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のフローセル。
【請求項１２】
前記導電性パターン上に情報記録媒体をさらに備えた、
ことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のフローセル。
【請求項１３】
前記凹部の底面には前記電極のみが露出している、
ことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のフローセル。
【請求項１４】
前記導電性パターンを覆う絶縁層をさらに備えた、
ことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載のフローセル。
【請求項１５】
前記導電性パターンは、金属めっき成長のきっかけとなる触媒からなる下地層上に形成されたＣｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕの中から選択される少なくとも１種の金属よりなる金属めっき層である、
ことを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のフローセル。
【請求項１６】
前記樹脂層は、ＰＥＥＫ、ＰＣ、ＰＥＴ、ＰＭＭＡ、ＰＡ、ＡＢＳ、ＰＥ、ＰＰ、ｍ−ＰＰＥ、ｍ−ＰＰＯ、ＣＯＣ、ＣＯＰからなる群より選択される材料を含む、
ことを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載のフローセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フローセルに関する。
【背景技術】
【０００２】
平板状の炭素電極を内包し、一表面に流路となる溝が形成され、前記溝の底面に前記炭素電極表面が露出した樹脂からなる炭素電極部と、
前記炭素電極部の前記溝が形成されている面に接合され、絶縁性基板の前記炭素電極部との接合面の前記炭素電極と対向する位置に対向電極をもつ対向電極部と、を備えている１８Ｆ−イオン捕捉回収用フローセルが知られている（特許文献１）。【０００３】
アンペロメトリー又はポテンシオメトリーによる電気化学計測に用いる電気化学フローセルにおいて、前記電気化学フローセルは、セルボディ、イオン交換膜シート及び比較電極、並びに、作用電極又は半導体センサ素子を有し、前記セルボディは、内部に水平方向に延びるように形成されると共に、サンプル液が注入される流路が設けられ、前記イオン交換膜シートは、前記セルボディの内部に、水平方向に沿って、かつ、第１の面が前記流路に面するように配置され、前記比較電極は、前記セルボディの内部に、前記イオン交換膜シートの前記第１の面に背向する第２の面に対向するように配置され、前記作用電極又は前記半導体センサ素子は、前記イオン交換膜シートの前記第１の面に対向するように配置されている電気化学フローセルも知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−９２４８３号公報
【特許文献２】特開２０１７−１３４０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、導電性パターン及び電極が形成された基材上に流路を位置精度よく形成するとともに液漏れを抑制しつつ低コスト化することができるフローセルを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、請求項１に記載のフローセルは、
合成樹脂材料からなり実質的に平坦な２次元形状から実質的に３次元形状に変形可能な基材と、
前記基材の一面に配置された導電性パターンと、
前記導電性パターンの一端に連続して形成された複数の電極と、
前記導電性パターンと電気的に接合され前記基材の外部に設けられた外部素子とを電気的に接続するための外部接続端子と、
前記電極が形成され熱成形を施して前記基材の厚さ方向に前記３次元形状に賦形された前記基材の一部と前記電極と接触するように液が流通する流路となる凹部を形成し前記基材と一体化するように成形され前記基材を覆う樹脂層と、
前記流路を液密に覆う蓋体と、を備えた、
ことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のフローセルにおいて、
前記基材は、透光性を有する、
ことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のフローセルにおいて、
前記外部接続端子は、前記樹脂層と一体に形成され前記外部接続端子の表面である端子表面が露出するように前記外部接続端子を囲むハウジングで囲まれている、
ことを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載のフローセルにおいて、
前記外部接続端子は、外部に向かって突出するように前記導電性パターンの一部から延在する引き出し配線と接続して前記基材の一端に形成されている、  
ことを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のフローセルにおいて、
前記電極は、前記導電性パターンに接続された作用電極、対電極及び参照電極を含む、
ことを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のフローセルにおいて、
前記電極が、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｇ／ＡｇＣｌのうち少なくともいずれか一つを含む金属電極であるか、ＩＴＯ、ＩＧＯ、Ｃｒ、Ａｌ、ＩＺＯ、ＩＧＺＯ、ＺｎＯ、ＺｎＯ２およびＴｉＯ２のうち少なくともいずれか一つを含む無機電極であるか、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、カーボン、ポリアセチレン、ポリチオフェン（ＰＴ）、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ポリアニリン、ポリ硫黄窒化物のうち少なくともいずれか一つを含む有機電極である、
ことを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のフローセルにおいて、
前記電極は、酵素及び／又は酵素含有物を電極成分として混在させた酵素修飾電極である、
ことを特徴とする。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれか１項に記載のフローセルにおいて、
前記導電性パターンは前記基材の一面とは反対側の他面にも配置されている、
ことを特徴とする。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のフローセルにおいて、
前記流路と重なるように前記導電性パターンの一端に連続してヒータが配置されている、
ことを特徴とする。
【００１７】
請求項１０に記載の発明は、請求項８に記載のフローセルにおいて、
前記流路に近接して前記導電性パターンの一端に連続して形成された温度センサが配置されている、
ことを特徴とする。
【００１８】
請求項１１に記載の発明は、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のフローセルにおいて、
前記電極と前記外部素子とが電気的に接続されている旨を、光、音、及び表示のうちの少なくとも１つを用いて報知する報知部をさらに備えた、
ことを特徴とする。
【００１９】
請求項１２に記載の発明は、請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のフローセルにおいて、
前記導電性パターン上に情報記録媒体をさらに備えた、
ことを特徴とする。
【００２０】
請求項１３に記載の発明は、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のフローセルにおいて、
前記凹部の底面には前記電極のみが露出している、
ことを特徴とする。
【００２１】
請求項１４に記載の発明は、請求項１ないし１３のいずれか１項に記載のフローセルにおいて、
前記導電性パターンを覆う絶縁層をさらに備えた、
ことを特徴とする。
【００２２】
請求項１５に記載の発明は、請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のフローセルにおいて、
前記導電性パターンは、金属めっき成長のきっかけとなる触媒からなる下地層上に形成されたＣｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕの中から選択される少なくとも１種の金属よりなる金属めっき層である、
ことを特徴とする。
【００２３】
請求項１６に記載の発明は、請求項１ないし１５のいずれか１項に記載のフローセルにおいて、
前記樹脂層は、ＰＥＥＫ、ＰＣ、ＰＥＴ、ＰＭＭＡ、ＰＡ、ＡＢＳ、ＰＥ、ＰＰ、ｍ−ＰＰＥ、ｍ−ＰＰＯ、ＣＯＣ、ＣＯＰからなる群より選択される材料を含む、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１に記載の発明によれば、導電性パターン及び電極が形成された変形可能な基材上に流路を位置精度よく配置するとともに液漏れを抑制しつつ低コスト化することができる。
【００２７】
請求項２に記載の発明によれば、流路内を流通する液の濃度を測定することができる。
【００２８】
請求項３に記載の発明によれば、部品点数を削減することができる。
【００２９】
請求項４に記載の発明によれば、部品点数を削減することができる。
【００３０】
請求項５に記載の発明によれば、流路内の液の電気化学的データを測定するために使用することができる。
【００３１】
請求項６に記載の発明によれば、流路内の液に含まれる微量の化学的成分を電気化学的に分析するためのデータを取得することができる。
【００３２】
請求項７に記載の発明によれば、流路内の液の生体分子を識別するために使用することができる。
【００３３】
請求項８に記載の発明によれば、電力供給及びデータ取得の信頼性を向上させることができる。
【００３４】
請求項９に記載の発明によれば、流路内の液を保温又は加熱することができる。
【００３５】
請求項１０に記載の発明によれば、流路内の液の温度データを取得することができる。
【００３６】
請求項１１に記載の発明によれば、電気的に接続されていることを示すことができる。
【００３７】
請求項１２に記載の発明によれば、フローセルの品質管理情報を保持することができる。
【００３８】
請求項１３に記載の発明によれば、流路内の液の電気化学的特性に基材の影響を与えないようにすることができる。
【００３９】
請求項１４に記載の発明によれば、導電性パターンの損傷を抑制することができる。
【００４０】
請求項１５に記載の発明によれば、導電性パターンを変形された基材の３次元形状に沿って配置することができる。
【００４１】
請求項１６に記載の発明によれば、耐薬品性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１Ａはフローセルの一例を示す平面模式図、図１Ｂは断面模式図ある。
【図２】図２Ａはフローセルの他の例を示す平面模式図、図２Ｂは断面模式図である。
【図３】図３Ａは報知部を備えたフローセルの一例を示す断面模式図、図３Ｂは他の報知部を備えたフローセルの一例を示す断面模式図である。
【図４】変形例１に係るフローセルを示す断面模式図である。
【図５】図５Ａ変形例の外部接続端子を備えたフローセルを示す平面模式図、図５Ｂは断面模式図ある。
【図６】変形例２に係るフローセルを示す断面模式図である。
【図７】変形例３に係るフローセルを示す断面模式図である。
【図８】本実施形態に係るフローセルの製造方法の概略の手順の一例を示すフローチャート図である。
【図９】導電性パターンと電極が配置された基材及び外部接続端子を樹脂層を充填する金型にセットした状態を示す断面模式図である。
【図１０】導電性パターンと電極が配置された熱成形可能な基材及び外部接続端子を樹脂層を充填する金型にセットして基材に凹部の一部を賦形した状態を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
次に図面を参照しながら、本発明の実施形態の具体例を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
尚、以下の図面を使用した説明において、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
【００４４】
（１）フローセルの全体構成
図１Ａはフローセル１の一例を示す平面模式図、図１Ｂは断面模式図、図２Ａはフローセル１の他の例を示す平面模式図、図２Ｂは断面模式図、図３Ａは報知部２０を備えたフローセルの一例を示す断面模式図、図３Ｂは他の報知部２０を備えたフローセルの一例を示す断面模式図、図４は変形例１に係るフローセル１Ａを示す断面模式図である。
以下、図面を参照しながら、本実施形態に係るフローセル１の構成について説明する。
【００４５】
フローセル１は、図１Ａ、図１Ｂに示すように、基材２と、この基材２上に配置された導電性パターン３と、導電性パターン３の一端に連続して形成された電極４と、導電性パターン３と接合材６で電気的に接合された外部接続端子５と、電極４上に流路となる凹部７を形成し、基材２と一体化して基材２の一面２ａを覆う樹脂層８と、凹部７を液密に覆う蓋体９と、を備えて構成されている。
【００４６】
（基材）
本実施形態において使用する導電性パターン３が形成される基材２は、絶縁性基材が好ましく、樹脂からなる基材（以下樹脂基材という）、セラミック基材、及びガラス基材等を使用することができ、樹脂基材がより好ましい。なお、樹脂基材には、下記の変形可能なフィルム基材も含まれる。ガラス基材を使用する場合は、例えば、板厚１ｍｍ程度のＢＫ７ガラスを使用し、このガラス基材上にスパッタリング法、もしくは蒸着法などにより、導電性パターン３となる金属層を形成することができる。
【００４７】
樹脂基材の材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などのポリエステル、ナイロン６−１０、ナイロン４６などのポリアミド（ＰＡ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニルなどの熱可塑性樹脂が挙げられる。
特にポリエステルがより好ましく、さらにその中でもポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が経済性、電気絶縁性、耐薬品性等のバランスが良く最も好ましい。
【００４８】
基材２は、図２に示すように、変形可能なフィルム基材であってもよく、フィルム基材上に導電性パターン３を配置して変形可能なフィルム基板としてもよい。この場合は、図２に示すように、導電性パターン３が配置された一面２ａとは反対側の他面２ｂは、第２の樹脂層８Ａで覆われていることが好ましい。
ここで、「変形可能なフィルム基材」は、導電性パターン３を配置後に変形できる、すなわち、熱成形、真空成形または圧空成形等によって実質的に平坦な２次元形状から実質的に３次元形状に形成されることができる基材を意味する。
【００４９】
樹脂基材としては、融点Ｔｍが存在する場合は１５０℃以上であることが好ましく、２００℃以上であることがより好ましい。また、ガラス転移点Ｔｇの範囲は２０℃〜２５０℃が好ましく、５０℃〜２００℃がより好ましく、７０℃〜１５０℃が最も好ましい。ガラス転移点Ｔｇが低すぎる場合、導電性パターン３の形成時に基材２の歪みが大きくなる虞がある。
【００５０】
基材２の厚み（ｍｍ）は特に制限されないが、取り扱い性及び薄型化のバランスの点から、樹脂基材では０．０１〜３ｍｍが好ましく、０．０２〜１ｍｍがより好ましく、０．０３〜０．１ｍｍが更に好ましい。また、ガラス基材では、０．０１〜３ｍｍが好ましく、０．３〜０．８ｍｍがより好ましく、０．４〜０．７ｍｍが更に好ましい。
特にフィルム基材では、０．００５〜０．２５ｍｍが好ましく、０．０１〜０．２ｍｍがより好ましく、０．０５〜０．１８８ｍｍが最も好ましい。基材２の厚みが薄すぎる場合、強度が不十分になるとともに、導電性パターン３のめっき工程時に基材２の歪みが大きくなる虞がある。
【００５１】
基材２の表面には、金属ナノ粒子等の触媒インクを均一に塗布するために、表面処理を施すことが好ましい。表面処理としては、例えば、コロナ処理、プラズマ処理、溶剤処理、プライマー処理を用いることができる。
【００５２】
基材２は、透光性の材料で形成してもよい。基材２を透光性とすることで、フローセル１の底面側（基材２側）に配置された光センサで流路内を流通する液の濃度を測定することができる。また、基材２は、蓋体９とともに透光性の材料で形成してもよい。基材２及び蓋体９を透光性とすることで、フローセル１の底面側（基材２側）から光を照射して流路内の液の色を確認することができる。
【００５３】
（導電性パターン）
基材２の表面に導電性パターン３を配置する場合、さきに、金属めっき成長のきっかけとなる金属ナノ粒子等の触媒からなる下地層（不図示）を所定のパターン状に形成する。
下地層は、基材２上に金属ナノ粒子等の触媒インクを塗布したあと、乾燥および焼成を行うことにより形成する。
【００５４】
下地層の厚み（μｍ）は、０．１〜２０μｍが好ましく、０．２〜５μｍがさらに好ましく、０．５〜２μｍが最も好ましい。下地層が薄すぎると、下地層の強度が低下するおそれがある。また、下地層が厚すぎると、金属ナノ粒子は通常の金属よりも高価であるため、製造コストが増大する虞がある。
【００５５】
触媒の材料としては、金、銀、銅、パラジウム、ニッケルなどが用いられ、導電性の観点から金、銀、銅が好ましく、金、銀に比べて安価な銅が最も好ましい。
【００５６】
触媒の粒子径（ｎｍ）は１〜５００ｎｍが好ましく、１０〜１００ｎｍがより好ましい。粒子径が小さすぎる場合、粒子の反応性が高くなりインクの保存性・安定性に悪影響を与える虞がある。粒子径が大きすぎる場合、薄膜の均一形成が困難になるとともに、インクの粒子の沈殿が起こりやすくなる虞がある。
【００５７】
導電性パターン３は、下地層の上に電解めっきまたは無電解めっきにより形成される。めっき金属としては、銅、ニッケル、錫、銀、金などを用いることができるが、伸長性、導電性および価格の観点から銅を用いることが最も好ましい。
【００５８】
めっき層の厚さ（μｍ）は、０．０３〜１００μｍが好ましく、１〜３５μｍがより好ましく、３〜１８μｍが最も好ましい。めっき層が薄すぎると、機械的強度が不足するとともに、導電性が実用上十分に得られない虞がある。めっき層が厚すぎると、めっきに必要な時間が長くなり、製造コストが増大する虞がある。
【００５９】
導電性パターン３は、図１、２においては、電極４と外部接続端子５とを電気的に接続する例を示しているが、導電性パターン３には、電極４以外に複数の電子部品が取り付けられてもよい。電子部品としては、制御回路、歪み、抵抗、静電容量、ＴＩＲなどの接触感知、および光検出部品、圧電アクチュエータなどの触知部品、マイクおよびスピーカーなどの受音または発音、メモリチップ、プログラマブルロジックチップおよびＣＰＵなどのデバイス操作部品、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ＡＬＳデバイス、ＰＳデバイス、処理デバイス、ＭＥＭＳ等が挙げられる。
本実施形態においては、電子部品として、後述する報知部２０を構成する発光素子２１、スピーカ２２（不図示）等や、情報記録媒体としてのＩＣチップが挙げられる。
【００６０】
図３には報知部２０を備えたフローセル１を示している。
図３Ａに示すように、報知部２０は、ＬＥＤ等の発光素子２１と、発光素子２１が発する光を受けて外部へ出射する蓋体９に形成されたレンズ９ａからなり、電極４が外部機器と電気的に接続されていることを示すようになっている。発光素子２１は、基材２上に形成された導電性パターン３上に接合材６により電気的に接合され、導電性パターン３に電気的に接合された外部接続端子５を介して外部から給電されて発光する。
【００６１】
報知部２０は、図３Ｂに示すように、蓋体９の外側となる一面に細孔９ｂを設け、発光素子２１から発した光の一部を透過させることで、報知内容を表示してもよい。
また、報知部２０は、スピーカ２２（不図示）を導電性パターン３上に電気的に接合して配置することで、音による報知を行ってもよい。
【００６２】
図４は変形例１に係るフローセル１Ａを断面模式図で示している。
図４Ａに示すように、導電性パターン３は、基材２の一面２ａとは反対側の他面２ｂにも配置して、両面基板としてもよい。導電性パターン３を基材２の他面２ｂにも配置することで、他面２ｂ側にも電子部品を取り付けることができる。また、図４Ｂに示すように、流路と重なるように導電性パターン３の一端に連続してヒータ３ｂを形成してよい。これにより、流路内の液を保温又は加熱することができる。さらに、導電性パターン３の先端部には温度センサ３ｃを配置してもよい。
【００６３】
（電極）
基材２上に樹脂層８で形成された凹部７には電極４が流路に対して露出するように配置されている。電極４は、作用電極４Ａ、対電極４Ｂ、参照電極４Ｃからなり、それぞれ導電性パターン３の先端部に形成されている。導電性パターン３の他端部には外部接続端子５が電気的に接合され、電極４は導電性パターン３及び外部接続端子５を介して電気化学的測定用の外部装置（不図示）に接続される。
【００６４】
電極４は、電気化学的測定に用いられ、化学的な安定性に優れた特性を有することが好ましい。このような電極としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｇ／ＡｇＣｌのうち少なくともいずれか一つを含む金属電極であるか、ＩＴＯ、ＩＧＯ、Ｃｒ、Ａｌ、ＩＺＯ、ＩＧＺＯ、ＺｎＯ、ＺｎＯ２およびＴｉＯ２のうち少なくともいずれか一つを含む無機電極であるか、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、カーボン、ポリアセチレン、ポリチオフェン（ＰＴ）、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ポリアニリン、ポリ硫黄窒化物のうち少なくともいずれか一つを含む有機電極であることが好ましい。電極４をこのような金属電極、無機電極又は有機電極で形成することで、流路内の液に含まれる微量の化学的成分を電気化学的に分析するためのデータを取得することができる。
【００６５】
また、電極４は、酵素及び／又は酵素含有物を電極成分として混在させた酵素修飾電極であってもよい。酵素は、被測定物質の酸化還元反応を触媒し、その反応に基因する電子の授受を電極に伝える能力を有するものであればいずれでもよく、例えば、ＰＱＱ、ＦＡＤＳＮＡＤ、ＮＡＤＰ等を補酵素とするデヒドロゲナーゼが好適に利用される。
酵素を電極威分として混在させた酵素修飾電極は、例えば、酵素と酵素以外の電極成分を流動パラフィンのようなビヒクルと共に均一に混練した組成物を作成し、この組成物を整形して電極とするか、又はこの組成物で電極基材の表面を被覆する方法で形成することができる。電極４を酵素修飾電極とすることで、流路内の液の生体分子を識別するためのデータを取得することができる。
【００６６】
（外部接続端子）
導電性パターン３上には、図１、図２に示すように、フローセル１の外部に設けられた外部装置と電気的に接続するための外部接続端子５が電気的に接合されている。
外部接続端子５は、例えば、銅の合金などを用いて四角柱形状に形成されている。尚、外部接続端子５は、一例として、表面にニッケルメッキを施し、そのニッケルメッキの上に、金、錫などの金属やそれら金属を含む合金などのメッキが施されても良い。外部接続端子５のピッチは、接続先のコネクタの規格に応じている。外部接続端子５は、例えば、コネクタ端子となる端子部５ａと、アンカー部５ｂとからなり、アンカー部５ｂが接合材６で金属配線パターン３に電気的に接合される。
【００６７】
接合材６としては、はんだが挙げられる。はんだは、基材２の軟化点より低温の溶融温度を有する低温はんだが望ましく、例えば、錫（Ｓｎ）とビスマス（Ｂｉ）との合金（ＳｎＢｉ）、錫（Ｓｎ）とビスマス（Ｂｉ）とニッケル（Ｎｉ）と銅（Ｃｕ）との合金（ＳｎＢｉＮｉＣｕ）、錫（Ｓｎ）とビスマス（Ｂｉ）と銅（Ｃｕ）とアンチモン（Ｓｂ）との合金（ＳｎＢｉＣｕＳｂ）、錫（Ｓｎ）と銀（Ａｇ）とビスマス（Ｂｉ）との合金（ＳｎＡｇＢｉ）、錫（Ｓｎ）とインジウム（Ｉｎ）との合金（ＳｎＩｎ）、錫（Ｓｎ）とインジウム（Ｉｎ）とビスマス（Ｂｉ）との合金（ＳｎＩｎＢｉ）、又は、基材２の軟化点と比較して相対的に低い融点を持つその他の合金とビスマス（Ｂｉ）及び／又はインジウム（Ｉｎ）とのその他の組み合わせとすることができ、例えば基材２としてポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を使用する場合は、基材２の軟化点より低い１２０〜１４０℃の融点を有することが望ましい。
【００６８】
基材２の軟化点よりも低い融点を持つはんだペーストを用いることにより、基材２は溶融又はその他の変形をしない一方で、はんだペーストは溶融して金属配線パターン３と化学的かつ物理的に接合し得る状態になる。そして、はんだが固化して、はんだを介して導電性パターン３に外部接続端子５が電気的に接合される。
【００６９】
また、外部接続端子５と導電性パターン３との接合には、レーザーはんだ付けや光焼成はんだ付けを用いてもよい。この場合は、こてはんだ付けに比べて、非接触で基材２に負荷を与えないことから、はんだは特に低温はんだに限らず、通常のはんだでもよい。
【００７０】
外部接続端子５は、端子部５ａが露出するように後述する樹脂層８と一体に形成されたハウジング部８２で囲まれ、外部接続端子５及びハウジング部８２が、フローセル１とフローセル１の外部に設けられた外部装置とを電気的に接続するコネクタを構成している。
【００７１】
図５Ａは変形例の外部接続端子５Ａを備えたフローセル１を示す平面模式図、図５Ｂは断面模式図である。
変形例に係る外部接続端子５Ａは、図５に示すように、コネクタ接点が導電性パターン３の一部として変形可能な基材２上に形成され、外部接続端子５Ａが形成された基材２は一端２ｃが樹脂層８の端部から外部に向かって突出するようになっている。
外部接続端子５Ａが形成された基材２の裏面側には板材５Ａａが配置され、フローセル１の外部に設けられた外部装置と電気的に接続するためのコネクタを形成している。これにより、コネクタ構造を簡素化して外部に設けられた外部装置と電気的に接続することができる。
【００７２】
（樹脂層）
樹脂層８は、基材２の導電性パターン３が配置された一面２ａを覆うように形成され、図１、図２示すように、電極４上に流路となる凹部７を形成し基材２を覆う本体部８１と、基材２の一面２ａ側に突出した筒形状を有し、筒の内部に外部接続端子５の端子部５ａが露出するように囲むハウジング部８２と、を備えて構成されている。
【００７３】
樹脂層８は、基材２に対して二次モールド成形可能な樹脂材料からなる熱可塑性樹脂である。具体的には、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリカーボネート（ＰＣ）Ｃ、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ）、変性ポリフェニレンオキサイト（ｍ−ＰＰＯ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）からなる群より選択される熱可塑性樹脂が挙げられる。樹脂層８は、機械的強度と耐熱性を有し、基材２に対する接着性の観点からＰＥＴ、ＰＣが好ましく、樹脂層８は測定する液が流通する流路となる凹部７を形成することから、更に耐薬品性を備えたＰＥＥＫがより好ましい。
【００７４】
基材２と本体部８１とを液密に接着するように、基材２の一面２ａには接着層ＡＤを形成することが好ましい。接着層ＡＤを形成する場合は、基材２及び樹脂層８の素材と相性のよい樹脂を含むバインダーインクが使用される。
例えば、基材２がＰＥＴ樹脂フィルムで、二次成形される樹脂層８がＰＥＥＫ、ＰＣ、ＰＥＴ、ＰＭＭＡ、ＰＡ、ＡＢＳ、ＰＥ、ＰＰ、ｍ−ＰＰＥ、ｍ−ＰＰＯ、ＣＯＣ、ＣＯＰからなる群より選択される材料を含む場合、それぞれの樹脂材料と相溶性が高い樹脂として、アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリウレタン系樹脂等からなる群より選択して使用することもできる。また、接着層ＡＤの厚みは０．５〜５０μｍが好ましい。尚、接着層ＡＤに代えて、コロナ処理、プラズマ処理、溶剤処理、プライマー処理を施してもよい。
【００７５】
図６は変形例２に係るフローセル１Ｂを示す断面模式図である。変形例１に係るフローセル１Ｂは、電極４が形成され厚さ方向に屈曲した基材２の一部と電極４と接触するように液が流通する流路となる凹部７Ａを形成し基材２を覆う樹脂層８Ａを備えている。
導電性パターン３の先端部に電極４が形成された基材２は、変形可能な合成樹脂材料からなるフィルム、より具体的には熱成形により３次元形状に賦形されることができるフィルムからなり、樹脂層８Ａを二次成形する際に厚さ方向に屈曲して凹部７Ａの一部を形成し、樹脂層８Ａが残りの凹部７Ａを形成している。
【００７６】
図７は変形例３に係るフローセル１Ｃを示す断面模式図である。変形例３に係るフローセル１Ｃは、基材２の導電性パターン３が配置された一面２ａを覆う樹脂層８が、流路上に電極４のみが露出するように凹部７Ｂを形成している。これにより、導電性パターン３を覆う絶縁層１０であるソルダーレジストの流路内を流通する液への露出を抑制することができる。
【００７７】
（蓋体）
蓋体９は、樹脂層８で形成された凹部７の開口部７ａを覆って流路を液密に保つ。蓋体９は、凹部７の開口部７ａを塞ぐ大きさで、凹部７を液密に保つための一定の厚みを有することが必要で、樹脂層８に密着するように取り付けられている。液密を保つために、レーザー溶着、超音波溶着等により接着され、図１、２、５に示すように、必要に応じて樹脂層８との間には、ゴムパッキンＰ、接着剤等を挟み込んで締め付けネジＳで固定してもよい。
【００７８】
蓋体９には、流路に向かって貫通する導入部９１及び排出部９２が形成されている。導入部９１は、接続する流路の幅よりも大きな穴径とされていることが好ましい。また、穴径は、測定対象とする液が供給可能な状態となっていればよい。排出部９２は、接続する流路の幅よりも大きな穴径とされていることが好ましい。
【００７９】
（絶縁層）
基材２の導電性パターン３が配置された一面２ａ、他面２ｂは絶縁層１０で覆うことが好ましい。具体的には、一面２ａ、他面２ｂにはソルダーレジストが塗布されて導電性パターン３を保護している。特に、ソルダーレジストは、外部接続端子５をはんだ付けで実装する際に、電気的接続をとる接合部以外にはんだが付着して回路ショートを起こすのを防止している。また、導電性パターン３間の絶縁性を維持するとともに、ほこり、熱、湿気などの外部環境から導電性パターン３を保護している。
【００８０】
（２）フローセルの製造方法
図８はフローセル１の製造方法の概略の手順の一例を示すフローチャート図、図９は導電性パターン３と電極４が配置された基材２及び外部接続端子５を樹脂層８を充填する金型にセットした状態を示す断面模式図、図１０は導電性パターン３と電極４が配置された熱成形可能な基材２及び外部接続端子５を樹脂層８を充填する金型にセットして基材に凹部の一部を賦形した状態を示す断面模式図である。
【００８１】
フローセル１は、基材２上に、金属ナノ粒子等の触媒インクを塗布する下地層塗布工程Ｓ１と、めっき処理により下地層の上に導電性パターン３を形成する配線用めっき工程Ｓ２と、導電性パターン３の先端部に電極４を形成する電極形成工程Ｓ３と、基材２の少なくとも一面を覆うように樹脂を二次モールドする樹脂充填工程Ｓ４と、導電性パターン３と外部接続端子５とを接合材６で電気的に接合する電気的接合工程Ｓ５と、樹脂充填工程Ｓ４で形成された流路となる凹部７の開口部７ａを蓋体９で液密に封止する封止工程Ｓ６を経て製造される。
【００８２】
（下地層塗布工程）
所定の形状及び大きさに形成された実質的に平坦な基材２上に導電性パターン３を配置するために、基材２上に金属めっき成長のきっかけとなる金属ナノ粒子等の触媒粒子からなる下地層を所定のパターン状に形成する。尚、基材２は、金属ナノ粒子等の触媒粒子からなる触媒インクを均一に塗布するために、例えば、コロナ処理、プラズマ処理、溶剤処理、プライマー処理等の表面処理を施すことが好ましい。
【００８３】
基材２上に金属ナノ粒子等の触媒粒子からなる触媒インクを塗布する方法としては、インクジェット印刷方式、シルクスクリーン印刷方式、グラビア印刷方式、オフセット印刷方式、フレキソ印刷方式、ローラーコーター方式、刷毛塗り方式、スプレー方式、ナイフジェットコーター方式、パッド印刷方式、グラビアオフセット印刷方式、ダイコーター方式、バーコーター方式、スピンコーター方式、コンマコーター方式、含浸コーター方式、ディスペンサー方式、メタルマスク方式が挙げられるが、本実施形態においてはインクジェット印刷方式を用いている。
【００８４】
具体的には、１０００ｃｐｓ以下、例えば、２ｃｐｓから３０ｃｐｓの低粘度の触媒インクをインクジェット印刷方式で塗布した後、溶媒を揮発させ金属ナノ粒子のみを残す。その後、溶媒を除去し（乾燥）、金属ナノ粒子を焼結させる（焼成）。
焼成温度は、１００°Ｃ〜３００°Ｃが好ましく、１５０°Ｃ〜２００°Ｃがより好ましい。焼成温度が低すぎると、金属ナノ粒子同士の焼結が不十分となるとともに、金属ナノ粒子以外の成分が残ることで、密着性が得られない虞がある。また、焼成温度が高すぎると、基材２の劣化や歪みが発生する虞がある。
【００８５】
触媒インク中の金属ナノ粒子の含有割合については、質量比で５％〜６０％が好ましく、１０％〜３０％がさらに好ましい。含有割合が低すぎる場合、金属ナノ粒子による下地層３ａを形成するのに必要なナノ粒子が足らずピンホールが発生する虞があり、含有割合が高過ぎるとインクの中で粒子同士が凝集しやすくなるなど安定性が損なわれる虞がある。
【００８６】
（配線用めっき工程）
下地層塗布工程Ｓ１を経て基材２上に形成された下地層に対し、配線用めっき工程Ｓ２において電解めっきまたは無電解めっきを行うことにより、下地層の表面および内部にめっき金属を析出させる。めっき方法は公知のめっき液およびめっき処理と同様であり、具体的に無電解銅めっき、電解銅めっきが挙げられる。
【００８７】
（電極形成工程）
配線用めっき工程Ｓ２で基材２上に配置されたそれぞれの導電性パターン３の先端部に作用電極４Ａ、対電極４Ｂ、参照電極４Ｃを形成する。基材２上に電極４を配置するために、基材２上にコロナ処理、プラズマ処理、溶剤処理、プライマー処理等の表面処理を施すことが好ましい。
【００８８】
電極形成工程Ｓ３で表面処理を施された基材２上に電極材料となるＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｇ／ＡｇＣｌ、ＩＴＯ、ＩＧＯ、Ｃｒ、Ａｌ、ＩＺＯ、ＩＧＺＯ、ＺｎＯ、ＺｎＯ２およびＴｉＯ２、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、カーボン、ポリアセチレン、ポリチオフェン（ＰＴ）、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ポリアニリン、ポリ硫黄窒化物のうち少なくともいずれか一つを含む電極材料インクを塗布する。電極材料インクを塗布する方法としては、シルクスクリーン印刷方式、グラビア印刷方式、オフセット印刷方式、フレキソ印刷方式、インクジェット印刷方式、ローラーコーター方式、刷毛塗り方式、スプレー方式、ナイフジェットコーター方式、パッド印刷方式、グラビアオフセット印刷方式、ダイコーター方式、バーコーター方式、スピンコーター方式、コンマコーター方式、含浸コーター方式、ディスペンサー方式、メタルマスク方式が挙げられるが、本実施形態においてはシルクスクリーン印刷方式を用いている。なお、電極材料がＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｇ／ＡｇＣｌ等の金属電極材料である場合、電解めっきまたは無電解めっきによるめっき法を用いてもよい。
【００８９】
（樹脂充填工程）
樹脂充填工程Ｓ４では、まず、配線用めっき工程Ｓ２及び電極形成工程Ｓ３で基材２の導電性パターン３及び電極４が配置された一面２ａに基材２と樹脂層８の樹脂素材の組み合わせに応じて接着層ＡＤを形成するバインダーインクを塗布する。バインダーインクは、接着性樹脂を含み、スクリーン印刷、インクジェット印刷、スプレーコート、筆塗り等で塗布され、基材２と二次モールドされる樹脂層８との接着性を向上させる。
【００９０】
次に、図９に示すように、外部接続端子５を、二次モールド成形用金型に位置決めしてセットした状態で固定側型ＫＡ、可動側型ＫＢを閉じて樹脂をキャビティＣＡに充填する。外部接続端子５は端子部５ａが固定孔ＫＡａに固定される。これにより、外部接続端子５を位置精度よく配置できる。そして、電極４上に流路となる凹部７を形成し基材２の一面２ａを覆う本体部８１と、基材２の一面２ａ側に突出した筒形状を有し、筒の内部に外部接続端子５の端子部５ａが露出するように囲むハウジング部８２とが一体となった樹脂層８が形成される。
尚、基材２が、図２に示すように、フィルム基材である場合、樹脂層８を二次モールドする前に、導電性パターン３が配置された一面２ａとは反対側の他面２ｂを覆う第２の樹脂層８Ａをインサート成形しておくことが望ましい。
【００９１】
また、基材２が熱成形等で賦形可能な熱可塑性樹脂からなるフィルムである場合は、図１０に示すように、基材２と外部接続端子５を二次モールド成形用金型にセットした状態で、固定側型ＫＡ、可動側型ＫＢを閉じて基材２の電極４が配置された領域を三次元形状に賦形して凹部７の一部を形成する。そして、樹脂をキャビティＣＡに充填することで厚さ方向に屈曲した基材２とキャビティＣＡに充填された樹脂で凹部７Ａを形成する。
【００９２】
このように、導電性パターン３と電極４が配置された基材２及び外部接続端子５とともに金型に位置決めして載置した状態で樹脂層８を二次モールドすることで、導電性パターン３が形成された基材２上に電極４及び外部接続端子５を位置精度よく配置することができる。
【００９３】
（電気的接合工程）
電気的接合工程Ｓ５では、基材２上に形成された導電性パターン３上に外部接続端子５及び必要に応じて発光素子２１等の電子部品を接合材６としてのはんだで接合するために、まず、基材２の導電性パターン３が配置された一面２ａ側にソルダーレジストを例えばスクリーン印刷によって塗布する。
次に、導電性パターン３、外部接続端子５のアンカー部５ｂ、発光素子２１のリード部にはんだペーストを塗布する。はんだペーストの塗布は、ステンシル印刷装置、スクリーン印刷装置、ディスペンサー装置等の公知の装置を用いて行うことができる。本実施形態においては、ディスペンサー装置を用いてはんだペーストを塗布する。
【００９４】
そして、はんだペーストを塗布後、はんだを溶融、固化させて、導電性パターン３上にはんだを介して外部接続端子５のアンカー部５ｂ及び発光素子２１を電気的に接合する。
基材２が熱成形等で変形可能な熱可塑性樹脂からなるフィルムである場合は、その軟化点が低いが、例えば、はんだに低温はんだを用いてこてはんだ付けすることで、基材２は電気的接合工程Ｓ５の熱によって溶融又はその他の変形をすることはない。
また、はんだ付けは、レーザーはんだ付けや光焼成はんだ付けを用いてもよい。この場合は、非接触で基材２に負荷を与えないことから、はんだは特に低温はんだに限らず、通常のはんだでもよい。
【００９５】
（封止工程）
封止工程Ｓ６では、予め容易された蓋体９を凹部７の開口部７ａを塞ぐように樹脂層８に載置して、レーザー溶着、超音波溶着等により樹脂層８と接着する。また、必要に応じて蓋体９と樹脂層８との間に、ゴムパッキンＰ、接着剤等を挟み込んで、締め付けネジＳで固定してもよい（図１、図２、図５  参照）。
【００９６】
このように、本実施形態に係るフローセル１によれば、導電性パターン３及び電極４が形成された基材２上に流路としての凹部７を位置精度よく形成するとともに液漏れを抑制しつつ低コスト化することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ・・・フローセル
２・・・基材
３・・・導電性パターン
４・・・電極
４Ａ・・・作用電極
４Ｂ・・・対電極
４Ｃ・・・参照電極
５、５Ａ・・・外部接続端子
５ａ・・・端子部
５ｂ・・・アンカー部
６・・・接合材
７、７Ａ、７Ｂ・・・凹部
８、８Ａ・・・樹脂層
９・・・蓋体
１０・・・絶縁層
２０・・・報知部
２１・・・発光素子
ＡＤ・・・接着層
Ｐ・・・ゴムパッキン
【要約】
導電性パターン及び電極が形成された基材上に流路を位置精度よく形成するとともに液漏れを抑制しつつ低コスト化することができるフローセルを提供する。
基材と、基材の一面に配置された導電性パターンと、導電性パターンの一端に連続して形成された複数の電極と、導電性パターンと電気的に接合され基材の外部に設けられた外部素子とを電気的に接続するための外部接続端子と、電極上に流路となる凹部を形成し基材と一体化して基材の一面を覆う樹脂層と、凹部を液密に覆う蓋体と、を備えた。【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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【図８】
0006963268.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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