(57)【要約】【課題】  測定に必要な試料の採取量を少なくして、使用者の負担を軽減するとともに、ヘマトクリット値の影響を抑制できるバイオセンサチップを提供する。【解決手段】  赤血球を含む血液中の成分を測定するバイオセンサチップ１０であって、バイオセンサチップ１０は、基板１１と、カバー層１２と、該基板１１とカバー層１２間に設けられた中空反応部１９と、該中空反応部１９に設けられた一対の検知用電極１４，１５と、該中空反応部１９に血液を導入する試料導入口２０と、該試料導入口２０内に採取された血液と反応する酵素及びメディエータを含有する試薬層１８と、を有し、中空反応部１９の厚さが、９０μｍ以下であり、血液が流れる方向における奥行きと幅の比が、奥行き寸法／幅寸法＝１．８以下である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤血球を含む血液試料中の成分を測定するバイオセンサチップであって、
前記バイオセンサチップは、基板と、カバー層と、該基板及びカバー層間に設けられた中空反応部と、該中空反応部に設けられた電極よりなる検知手段と、該中空反応部に前記血液試料を導入する試料導入口と、該試料導入口内に採取された血液試料と反応する酵素及びメディエータを含有する試薬層と、を有し、
前記中空反応部の厚さが９０μｍ以下であり、当該血液試料が流れる方向における奥行きと幅の比が、奥行き寸法／幅寸法＝１．８以下であることを特徴とするバイオセンサチップ。
【請求項２】
前記酵素及びメディエータが自由拡散型であることを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサチップ。
【請求項３】
前記中空反応部の内壁面に、界面活性剤が塗布されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバイオセンサチップ。
【請求項４】
前記中空反応部の容積が０．３μｌ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のバイオセンサチップ。
【請求項５】
前記酵素がグルコースオキシダーゼ又はグルコースデヒドロゲナーゼであり、前記血液試料中の血糖値を測定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のバイオセンサチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料導入口に採取された血液試料に含まれる物質を測定するバイオセンサチップに関し、特に中空反応部の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、試料を採取して化学物質の測定や分析を行うバイオセンサチップが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５に示すように、上記特許文献１に開示されたバイオセンサチップ１００は、第１の絶縁基板１０１と第２の絶縁基板１０２とを積層しており、両絶縁基板１０１，１０２の間に一対の導電性軌道１０３，１０４が設けられている。第２の絶縁基板１０２の一端には切欠き１０２ａが設けられており、両導電性軌道１０３，１０４はバイオセンサチップ１００の一端に露出している。また、両絶縁基板１０１，１０２の他端側の側縁部には凹部１０５，１０６が設けられており、さらに第２の絶縁基板１０２の凹部１０６には開口部１０７が設けられている。そして、この開口部１０７には試薬１０８が設けられており、開口部１０７上には親水性のあるコーティング１０９を介して、凹部１０６と同様の凹部１１１を有する蓋部材１１２が取付けられている。従って、凹部１０５，１０６，１１１を穿刺された指等に押し付けることで、試料を開口部１０７内の試薬１０８に導いて測定を行う。
【特許文献１】特開２００４−２７９４３３号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えば糖尿病患者のように、血糖値を１日に何度も測定しなければならない者にとっては、試料である血液の採血量が多くなると負担が大きくなるので、測定に必要な血液の採取量を少なくすることが望ましい。一方、血糖値の測定においては、血液中に含まれる血球成分の値（主に赤血球の血液中に占める割合で、所謂、ヘマトクリット値と呼ばれている値）により血糖値がずれることが知られている。そのため、血液の採取量を少なくすると血液中に含まれる血球成分が、血糖値の測定結果に影響を与える虞がある。
【０００５】
そこで本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、測定に必要な血液の採取量を少なくして、使用者の負担を軽減するとともに、ヘマトクリット値の影響を抑制できるバイオセンサチップ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】
【０００６】
前述した目的を達成するために、本発明に係る第１の特徴であるバイオセンサチップは、赤血球を含む血液試料中の成分を測定するバイオセンサチップであって、
前記バイオセンサチップは、基板と、カバー層と、該基板及びカバー層間に設けられた中空反応部と、該中空反応部に設けられた電極よりなる検知手段と、該中空反応部に前記血液試料を導入する試料導入口と、該試料導入口内に採取された血液試料と反応する酵素及びメディエータを含有する試薬層と、を有し、前記中空反応部の厚さが、９０μｍ以下であり、当該血液試料が流れる方向における奥行きと幅の比が、奥行き寸法／幅寸法＝１．８以下であることを特徴としている。
【０００７】
このように構成された前記記載のバイオセンサチップによれば、試料導入口に連通する中空反応部の厚さが９０μｍ以下であることで、血液試料の採取量を、例えば０．３μｌ以下の少量にすることができる。
中空反応部の厚さが薄くなると、血液試料中のヘマトクリット値によりバイオセンサチップの測定値に与える影響が問題となるが、発明者らは全血試料が流れる方向における奥行きと幅の比が奥行き寸法／幅寸法＝１．８以下とすることにより、奥行き寸法が短くなってバイオセンサチップの測定値に及ぼす血液試料中のヘマトクリット値の影響を抑制できることを見いだした。
【０００８】
また、本発明に係る第２の特徴であるバイオセンサチップは、前記酵素及びメディエータが自由拡散型であることを特徴としている。
【０００９】
このように構成された前記記載のバイオセンサチップによれば、酵素及びメディエータが自由拡散型であるために、酵素及びメディエータが固定型である場合と比べて低感度にならないので、安定した測定を行うことができる。中空反応部の厚みが厚い場合には、酵素及びメディエータを電極付近に固定化せず、自由拡散させると電極近傍の濃度が低下するので低感度となるため自由拡散型は適当ではない。しかし、中空反応部の厚みが９０μｍ以下と薄い場合には、そのような濃度低下の影響は軽微なものとなり、むしろ固定化のための酵素及びメディエータの保持体が感度を下げるため自由拡散型が好適である。
また、自由拡散型の酵素及びメディエータとは、酵素及びメディエータが化学的な反応により中空反応部に固定されているのではなく、物理的に中空反応部に吸着された状態を言う。固定化の例としては、カーボン電極に最初から混合したり、カルボジイミドやシフ塩基との化学反応や、酵素に修飾付与した反応部の化学反応により電極や電極付近の保持体と固定化させたり、高分子膜や高分子ゲル、ポリイオンコンプレックスの中に閉じ込めたりするなど様々な方法が考案されている。
【００１０】
上記試薬層は、酵素、抗体、核酸、プライマー、ペプチド核酸、核酸プローブ、微生物、オルガネラ、レセプタ、細胞組織、クラウンエーテルなどの分子識別素子、メディエータ、挿入剤、補酵素、抗体標識物質、基質、無機塩類、界面活性剤、脂質のいずれか又はその組み合わせを含有させることができる。さらに、上記酵素としては、オキシダーゼ又はデヒドロゲナーゼなどの酵素、例えばグルコースオキシダーゼ、フルクトシルアミンオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、尿酸オキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ、グルタミン酸オキシダーゼ、ピルビン酸オキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、他にコレステロールエステラーゼ、プロテアーゼ、ＤＮＡポリメラーゼのいずれか又はその組み合わせを用いることができる。
また、試薬層は、酵素単独ではなく、メディエータの組み合わせとして含有させるが、酵素単独でも良い。このメディエータとしては、フェリシアン化カリウム、フェロセン、ベンゾキノンから選択される。また、試薬層は塩化ナトリウム、塩化カリウムなどの無機塩類とキンヒドロンとの組み合わせを含有させても良い。
【００１１】
また、本発明に係る第３の特徴であるバイオセンサチップは、前記中空反応部の内壁面に、界面活性剤が塗布されていることを特徴としている。
【００１２】
このように構成された前記記載のバイオセンサチップによれば、中空反応部の内壁面に界面活性剤が塗布されることで、血液試料に馴染む界面活性剤の働きでもって血液試料を試料導入口から中空反応部へ容易に導入することができる。このとき、中空反応部に連通させた空気導通路には、界面活性剤を塗布しないようにすれば、その空気導通路に、使用者が誤って血液試料を入れようとしても注入されることがないので、誤測定の防止を図ることができる。
【００１３】
また、本発明に係る第４の特徴であるバイオセンサチップは、前記中空反応部の容積が０．３μｌ以下であることを特徴としている。
【００１４】
このように構成された前記記載のバイオセンサチップによれば、中空反応部の容積が０．３μｌ以下であることで、血液試料の採取量を確実に０．３μｌ以下の少量にすることができる。
【００１５】
更に、本発明に係る第５の特徴であるバイオセンサチップは、前記酵素がグルコースオキシダーゼ又はグルコースデヒドロゲナーゼであり、前記血液試料中の血糖値を測定することを特徴としている。
【００１６】
このように構成された前記記載のバイオセンサチップによれば、酵素としてグルコースオキシダーゼ又はグルコースデヒドロゲナーゼを使用して血液中の血糖値が測定されるので好ましい。
測定対象として血液試料中の血糖値を測定するときは、前記酵素を用いるとヘマトクリット値の影響を抑制できるからである。また、グルコースデヒドロゲナーゼを酵素として用いる場合、補酵素としてフラビンアデニンジヌクレオチド（ＦＡＤ）またはピロロキノリンキノン（ＰＱＱ）を用いることが好ましい。これらの補酵素はヘマトクリット値の影響を抑制できるからである。なお、グルコースデヒドロゲナーゼの補酵素としては、ＦＡＤが好ましい。ＦＡＤを補酵素に用いることにより、血液中のマルトース、キシロース、ガラクトース等の他の血液中の糖類の影響を受けることなく血糖（グルコース）の量を正確に測定することができるからである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るバイオセンサチップによれば、測定に必要な血液の採取量を少なくして、使用者の負担を軽減するとともに、ヘマトクリット値の影響を抑制できるバイオセンサチップを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１９】
図１〜図４は本発明に係るバイオセンサチップの一実施形態を示すもので、図１は本発明の一実施形態に係るバイオセンサチップの平面図、図２は図１のバイオセンサチップの左側面図、図３は図１のバイオセンサチップの正面図、図４は図１のバイオセンサチップにおける中空反応部周りの一部破断外観斜視図である。
【００２０】
図１〜図３に示すように、バイオセンサチップ１０は、基板１１と、カバー層１２と、スペーサ１３と、を主として備える。
【００２１】
基板１１の上面には、検知手段である一対の検知用電極１４，１５が実装されており、これらのうちの一方の検知用電極１４は、先端の端子部１６がＬ字形状に形成されている。また、他方の検知用電極１５は、一方の検知用電極１４と同様に先端の端子部１７がＬ字形状に形成されており、両端子部１６，１７は、基板１１の先端部で基板１１の縦長方向に、予め定められた隙間を置いて配置されている。これら端子部１６，１７の間或いは近傍に、血液と反応する試薬層１８が配置されている。
【００２２】
基板１１上には、絶縁層と粘着層とからなるスペーサ１３を介してカバー層１２が一体に積層されており、基板１１とカバー層１２との先細形状をなす先端部で、スペーサ１３の縦長方向で後端部に向けて矩形に切除した中空反応部１９が形成されている。この中空反応部１９は、先端部が試料導入口２０になっており、両電極１４，１５の端子部１６，１７が露出している。
【００２３】
基板１１は、後端部がカバー層１２およびスペーサ１３より突出しており、後端部上に、一対の検知用電極１４，１５の回路側接続部２１，２２が露出されている。これら回路側接続部２１，２２は、不図示の測定回路に電気的に接続される。
【００２４】
中空反応部１９の後端側には、この中空反応部１９に直交配置された空気導通路２３が形成されている。空気導通路２３は、両側端部の外気開放部２４が外気に開放されている。空気導通路２３は、バイオセンサチップ１０を左右に横切って貫通形成されており、中空反応部１９とで合わされた形状が、Ｔ字状になるように配置されている。
【００２５】
中空反応部１９は、内壁２５に界面活性剤２６が塗布されている。界面活性剤２６は、底面、側面および上面を含む内壁２５に塗布されている。そのため、バイオセンサチップ１０の使用時における方向性を考慮する必要がない。また、空気導通路２３における外気開放部２４の近傍には界面活性剤２６が塗布されていないので、血液の空気導通路２３への浸入を阻止して、試料が空気導通路２３へ入り込んだ場合に、血液の採取量が多くなってしまわないようにしている。
【００２６】
図４に示すように、試料導入口２０に連通する中空反応部１９は、容積が０．２μｌであって、９０μｍ以下である厚さＴ１が５５μｍであり、血液が流れる縦長方向である奥行き寸法Ｌ１が２２６０μｍであり、幅寸法Ｌ２が１６２５μｍであり、奥行き寸法Ｌ１と幅寸法Ｌ２との比が、１．８以下であるＬ１／Ｌ２＝１．３９に設定されている。そのため、血液の採取量を、０．３μｌ以下の少量にすることができるとともに、奥行き寸法が短くなって測定精度を高感度にすることができる。
【００２７】
バイオセンサチップ１０は、酵素及びメディエータが自由拡散型に設定されている。血液を試料導入口２０に触れさせると界面活性剤２６が塗布されているため速やかに中空反応部１９へと注入される。なお、塗布されていない空気導通路２３へは進行しないので、規定された少量の血液のみが試薬層１８と反応して、検知用電極１４，１５の端子部１６，１７で電流値等に基づいて測定される。
【００２８】
前述した酵素及びメディエータの自由拡散型とは、物理的に中空反応部に吸着された状態を言う。すなわち、血液が界面活性剤に吸着されて短時間で中空反応部内を拡散して行くので、０．３μｌ以下の少量の血液で高精度の測定を行うことができる。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態のバイオセンサチップ１０によれば、試料導入口２０に連通する中空反応部１９の厚さが９０μｍ以下であることで、血液の採取量を、例えば０．３μｌ以下の少量にすることができる。中空反応部１９の厚さが薄くなり過ぎると通常は、ヘマトクリット値の影響を受け易くなって好ましくないのだが、奥行きと幅との比が奥行き寸法／幅寸法＝１．８以下とすることで、ヘマトクリット値の影響を軽減し、測定精度を向上することができる。これにより、測定に必要な血液の採取量を少なくして、使用者の負担を軽減するとともに、ヘマトクリット値の影響を抑制することができる。
【００３０】
また、本実施形態のバイオセンサチップ１０によれば、酵素及びメディエータが自由拡散型であるために、酵素及びメディエータが固定型である場合と比べて低感度にならないので、安定した測定を行うことができる。
【００３１】
また、本実施形態のバイオセンサチップ１０によれば、中空反応部１９の内壁２５面に界面活性剤２６が塗布されることで、血液に馴染む界面活性剤２６の働きで血液を試料導入口２０から中空反応部１９へ容易に導入することができる。このとき、中空反応部１９に連通させた空気導通路２３には、界面活性剤２６が塗布されていないので、その空気導通路２３に、使用者が誤って血液を入れようとしても注入されることがないので、誤測定の防止を図ることができる。
【００３２】
（実施例）
次に、本発明に係るバイオセンサチップの作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
【００３３】
（乖離率標準偏差値測定）
被験者８名（ヘマトクリット値３８〜５２％）について、食前・食後の計４回である３２点を測定し、対照機器の血糖値との乖離率を求めた。ここで、乖離率とは、（測定値−対照機器の血糖値）／（対照機器の血糖値）である。なお、対照機器はアークレイＧＡ１１５０であり、３２点の血糖値範囲は、９１〜２２９ｍｇ／ｄＬであった。この３２点の乖離率は正規分布に従うが、この正規分布の標準偏差をもって、真の血糖値から乖離程度の指標とした。この値が小さいほどヘマトクリット値の影響が小さくなり、測定精度が良いことを意味する。
【００３４】
比較例１として、キャビティ（中空反応部）が、１３３１μｍの幅で、２７６０μｍの奥行き寸法で、５５μｍの厚さ寸法で、奥行き／幅＝２．０７を用意し、比較例２として、キャビティが、６１２μｍの幅で、６０００μｍの奥行き寸法で、５５μｍの厚さ寸法で、奥行き／幅＝９．８０を用意した。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
表１により明らかなように、比較例１は、乖離率標準偏差値が８．６となり、比較例２は、乖離率標準偏差値が１９．０となった。これらに対して、中空反応部１９の厚さＴ１が５５μｍを有し、奥行き寸法Ｌ１が２２６０μｍで、幅寸法Ｌ２が１６２５μｍであり、奥行き寸法Ｌ１と幅寸法Ｌ２との比が、Ｌ１／Ｌ２＝１．３９に設定されている実施例は、乖離率標準偏差値が５．９と低くなり、ヘマトクリット値の影響が小さく、測定精度を向上させることができるのがわかる。
【００３７】
なお、本発明に係るバイオセンサチップは、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形や改良等が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態に係るバイオセンサチップの平面図である。
【図２】図１のバイオセンサチップの左側面図である。
【図３】図１のバイオセンサチップの正面図である。
【図４】図１のバイオセンサチップにおける中空反応部周りの一部破断外観斜視図である。
【図５】従来のバイセンサチップの分解斜視図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０    バイオセンサチップ
２０    試料導入口
１９    中空反応部
２５    内壁
２６    界面活性剤
【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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