JP2001305093A - バイオセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料液の供給部位が明確な、ユーザにとって
操作性のよいバイオセンサを提供する。 【解決手段】 絶縁性基板上に形成された少なくとも測
定電極２、対電極３からなる電極部と、電極部上に形成
された試薬層５とに、試料液が毛細管現象にて供給され
るようキャビティ構造８を備えたバイオセンサにおい
て、バイオセンサの側面に形成されるキャビティの入り
口９は、そのキャビティ８の形成される側面からキャビ
ティの入り口９の部分のみが、平面方向に凸設または凹
設して形成されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液体試料中の特定の
成分を分析するバイオセンサに関し、特に液体試料を毛
細管現象にて導入するキャビティを備えたバイオセンサ
において、試料液を供給しやすいセンサ形状およびキャ
ビティ構造に特徴があるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から試料液の希釈や撹拌などを行う
ことなく試料液中の特定成分を簡易に定量する方式とし
て様々なバイオセンサが提案されており、このようなバ
イオセンサの一例として、例えば特願平１１−３２４５
１１号で提案されたようなセンサが知られている。

【０００３】これは、ポリエチレンテレフタレートのよ
うな絶縁性基板上に、電気伝導性物質からなる測定電
極、対電極ならびに検知電極が形成されており、これら
電極上には試料液中の特定成分と特異的に反応する酵素
などを含む試薬層が形成されたものである。

【０００４】そしてある量の試料液を採取し、採取した
試料液中の特定成分と試薬層との反応により生じる電流
値を上記電極で検出するためのキャビティを形成するた
め、電極および試薬上の部分を細長く切り欠いたスペー
サと、空気孔を形成したカバーとを絶縁基板上に貼りあ
わせている。

【０００５】このような構成のバイオセンサにおいて、
試料液はキャビティの入り口（試料液吸引口）から毛細
管現象によりキャビティ内に供給され、電極と試薬のあ
る位置まで導かれる。そして電極上での試料液中の特定
成分と試薬との反応により生じる電流値は、リードを通
じて外部の測定装置に接続して読み取られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述のような
構成のバイオセンサにおいては、ユーザにとって試料液
を供給する部位が不明確で分かり難いものであり、ユー
ザがバイオセンサの誤った部位へ試料液を点着すること
により、測定ミスや測定誤差を誘発するという問題があ
った。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のバイオセンサは、試料液が供給されるキャ
ビティの入り口の部分のみを、バイオセンサの側面より
その平面方向に凸設または凹設して形成することによ
り、試料液供給部位を明確にしたセンサ形状およびキャ
ビティ構造を特徴とするものであり、測定ミス、測定誤
差の少ない優れたバイオセンサを提供する。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、絶縁性基板上に形成された少なくとも測定電極、対
電極からなる電極部と、試料液が毛細管現象にて供給さ
れ得るキャビティと、前記キャビティ内に形成された試
薬層とを備えたバイオセンサにおいて、前記バイオセン
サの側面に形成されるキャビティの入り口は、その側面
より平面方向に凸設または凹設して形成されていること
を特徴とするバイオセンサであり、試料液の供給部位を
明確にし、ユーザが容易に試料液吸引部位を認識するこ
とが可能な、測定ミスや測定誤差の少ない優れたバイオ
センサを提供することができる。

【０００９】本発明の請求項２に記載の発明は、前記凸
部もしくは凹部領域がバイオセンサの先端部側面にバイ
オセンサが細長い小片状でありその長手方向の先端の側
面に、前記キャビティの入口が形成されていることを特
徴とする請求項１に記載のバイオセンサであり、ユーザ
が試料液を供給しやすい側面にキャビティの入り口を設
けることで、ユーザ操作性の優れた、測定ミスや測定誤
差の少ないバイオセンサを提供することができる。

【００１０】本発明の請求項３に記載の発明は、キャビ
ティが、毛細管溝を形成するための切欠部を有するスペ
ーサとカバーとの貼り合わせにより形成されたことを特
徴とする請求項１に記載のバイオセンサであり、試料液
が供給されるキャビティ構造を具体化したものである。

【００１１】本発明の請求項４に記載の発明は、スペー
サが不透明もしくは半透明材料であり、カバーが透明材
料であることを特徴とする請求項３に記載のバイオセン
サであり、試料液が供給されるキャビティ部位を明確に
し、ユーザが容易に試料液吸引部位を認識することがで
き、測定ミスや測定誤差の少ない優れたバイオセンサを
提供することができる。

【００１２】さらには、試料液の供給状態を目視にて確
認できることにより、試料液不足による測定ミスや測定
誤差の少ない優れたバイオセンサを提供することができ
る。

【００１３】本発明の請求項５に記載の発明は、キャビ
ティ内に、試料液の供給を助成するための空気孔を備え
たことを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサであ
り、空気をセンサ外部へ逃がすための孔を設けることに
より毛細管現象による試料液の供給をスムーズに助成す
ることができる。

【００１４】本発明の請求項６に記載の発明は、空気孔
の形状が、円、楕円、三角形、正方形、長方形、多角形
のいずれかであることを特徴とする請求項５に記載のバ
イオセンサであり、請求項５の空気孔形状を具体化した
ものである。

【００１５】本発明の請求項７に記載の発明は、空気孔
を、キャビティの入り口からもっとも離れた位置に存在
する試薬層の端部と同じ位置に形成したことを特徴とす
る請求項５に記載のバイオセンサであり、試料液吸引後
の電極近傍からの試薬の拡散を必要最小限に抑え、測定
バラツキの少ない高精度なバイオセンサを提供すること
ができる。

【００１６】（実施の形態１）以下に本発明の実施形態
について図１を用いて説明する。なお、ここでは試料液
中の特定物質と特異的に反応する分子識別素子として酵
素を用いた酵素センサに関し具体的に示す。

【００１７】図１は本発明で得られたバイオセンサの分
解斜視図である。絶縁性の基板１上には、電気伝導性物
質からなる測定電極２、対電極３、ならびに検知電極４
が形成されている。

【００１８】なお、ここでいう検知電極４は検体量の不
足を検知するための電極として機能するだけでなく参照
極あるいは対電極の一部として用いることも可能であ
る。

【００１９】ここで好適な絶縁性基板の材料としてはポ
リエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリイ
ミドなどが、また、電気伝導性物質としては、金、白
金、パラジウムなどの貴金属やカーボンなどの単体材料
あるいはカーボンペーストや貴金属ペーストなどの複合
材料があげられる。前者の場合はスパッタリング蒸着法
などで、また後者の場合はスクリーン印刷法などを用い
て容易に電気伝導性層を形成することができる。

【００２０】また、電極の形成においては、スパッタリ
ング蒸着法やスクリーン印刷法などにより絶縁性基板１
の全面もしくは一部に前記電気伝導性物質を形成した
後、レーザトリミングなどを用いてスリットを設けるこ
とにより電極を分割形成することができる。また、あら
かじめ電極パターンの形成された印刷版やマスク版を用
いたスクリーン印刷法やスパッタリング蒸着法などでも
同様に電極を形成することが可能である。

【００２１】このようにして形成された電極上には酵
素、電子伝達体および親水性高分子などを含む試薬層５
が形成されている。

【００２２】ここで酵素としてはグルコースオキシダー
ゼ、ラクテートオキシダーゼ、コレステロールオキシダ
ーゼ、コレステロールエステラーゼ、ウリカーゼ、アス
コルビン酸オキシダーゼ、ビリルビンオキシダーゼ、グ
ルコースデヒドロゲナーゼ、ラクテートデヒドロゲナー
ゼなどを、電子伝達体としてはフェリシアン化カリウム
以外にもｐ−ベンゾキノン及びその誘導体、フェナジン
メトサルフェート、メチレンブルー、フェロセン及びそ
の誘導体などを用いることができる。

【００２３】また、親水性高分子としては、カルボキシ
メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒド
ロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、エチル
セルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、カル
ボキシメチルエチルセルロール、ポリビニルアルコー
ル、ポリビニルピロリドン、ポリリジン等のポリアミノ
酸、ポリスチレンスルホン酸、ゼラチンおよびその誘導
体、アクリル酸およびその塩、メタクリル酸およびその
塩、スターチおよびその誘導体、無水マレイン酸および
その塩、アガロースゲルおよびその誘導体などを用いる
ことができる。

【００２４】これらの試薬を含む反応試薬層は電極上の
全面もしくは一部に配置する以外にも、バイオセンサの
性能を悪化させることのない範囲であれば、試料液が供
給されるキャビティ内であれば何れの場所に配置しても
構わない。

【００２５】次に、このように形成された電極ならび試
薬層５上に、切欠部を有するスペーサ６とカバー７とを
貼り合わせることにより、試料液が供給されるキャビテ
ィ８を形成する。好適なスペーサおよびカバー材料とし
ては、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネー
ト、ポリイミド、ポリブチレンテレフタレート，ポリア
ミド，ポリ塩化ビニル，ポリ塩化ビニリデン、ポリイミ
ド、ナイロンなどがあげられる。

【００２６】ここで、本発明のバイオセンサが、従来の
バイオセンサと大きく異なるのは、試料液が供給される
キャビティの入り口９の部分のみがバイオセンサの側面
に設けられた凸部領域１０に配置されていることであ
る。

【００２７】本発明のような構造を持たない従来のバイ
オセンサにおいては、センサの側面に配置された試料液
を供給する部位（キャビティの入り口９）が分かり難
く、特に、使い方の未熟な（例えば本センサを初めて使
用する）ユーザにおいては、空気孔１１に血液を点着す
るなど、測定ミスや測定誤差を誘発しやすいという問題
があった。

【００２８】このような問題を解決するために、本発明
では、試料液を供給する部位を明確にするため、センサ
側面より部分的に突出した凸形状を有した領域を設け、
その中にキャビティの入り口９を配置することで、ユー
ザーが試料液吸引部位を明確に認識することが可能な、
測定ミス、測定誤差の少ない優れたバイオセンサを提供
することができる。

【００２９】なお、このような効果は前記凸形状以外に
も凹形状などを用いても同様に得ることができる。

【００３０】また、センサの側面上に設けられる凸部領
域１０は、測定が可能な範囲であれば、いかなる側面へ
も設けることができるが、ユーザの試料液供給の容易さ
を考慮した場合にはセンサ先端部側面がもっとも好適で
ある。

【００３１】また、スペーサに不透明材料もしくは半透
明材料を用い、カバー材料に透明材料を用いて両者を貼
り合わせた場合には、バイオセンサ上のキャビティ部分
のみが透明となり、試料液供給部位が明確にされるた
め、ユーザが試料液（例えば全血）を供給する部位を間
違えることのない、測定ミスや測定誤差の少ない優れた
バイオセンサを提供することができる。

【００３２】さらには、キャビティ部分が透明であるた
め、試料液の供給状態を目視にて把握することが可能と
なり、試料液不足による測定ミスや測定誤差の少ない優
れたバイオセンサを提供することも可能となる。

【００３３】このような不透明材料としては、材料自体
にに着色剤である顔料が含まれている着色樹脂フィルム
や、透明樹脂フィルムの表面にグラビア印刷や染色など
により着色加工を施したものなどを用いることができ
る。

【００３４】また、このようなキャビティから構成され
たバイオセンサへの試料液供給は毛細管現象により実現
されるが、試料液のスムーズな供給を実現するうえでは
キャビティ内にセンサ外部へ空気を逃がすための空気孔
１１が必要である。

【００３５】空気孔１１の配置は、試料液の供給を妨げ
ない範囲であればキャビティ内のいかなる位置でもよい
が、試薬層から離れすぎた場合には、電極近傍からの試
薬の拡散により、電極上で必要な試薬の濃度が希薄にな
り、センサの応答値にバラツキが生じやすくなることか
ら、空気孔は試薬層の後部（キャビティ入り口からもっ
とも遠い位置に存在する試薬層）と同等の位置にあるこ
とがより好適である。

【００３６】また、空気孔形状には円、楕円、三角形、
正方形、長方形、多角形などを用いることができる。試
料液のスムーズな供給を実現するうえでは、いずれの形
状を用いても同様の効果が得られるが、キャビティ内を
充填するのに必要な試料液量がより少なくてすむこと
や、電極近傍からの試薬の拡散をより最小限に抑えるた
めには、正方形もしくは長方形がより好適である。

【００３７】このようにして形成されたバイオセンサに
おいて、試料液中の特定成分と酵素などを含む試薬層と
の反応で得られた電流値は、測定電極、対電極、検知電
極それぞれのリード部１２、１３、１４を通じて図示し
ない外部の測定装置に接続して読み取られる。

【００３８】電流測定においては、本実施形態で述べた
測定電極、対電極、検知電極からなる三電極方式のほか
にも測定電極、対電極のみからなる二電極方式などがあ
り、本発明で得られた効果を実現するためには何れの方
式を用いてもよいが、３電極方式のほうがより正確な測
定が可能である。

【００３９】以上は酵素センサの例で説明をしたが、試
料液中の特定物質と特異的に反応する分子識別素子とし
て酵素以外にも抗体、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。

【００４０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、試料液が
供給されるキャビティの入り口をバイオセンサの側面に
設けられた凸部もしくは凹部領域に配置することによ
り、試料液供給部位を明確にし、測定ミス、測定誤差の
少ない優れたバイオセンサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のバイオセンサを示す分解斜視図

【符号の説明】

１ 絶縁性基板 ２ 測定電極 ３ 対電極 ４ 検知電極 ５ 試薬層 ６ スペーサ ７ カバー ８ キャビティ ９ キャビティの入り口 １０ 凸部領域 １１ 空気孔 １２ 測定電極用リード １３ 対電極用リード １４ 検知電極用リード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤原 雅樹 香川県高松市古新町８番地の１ 松下寿電 子工業株式会社内 (72)発明者 山西 永吏子 香川県高松市古新町８番地の１ 松下寿電 子工業株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁性基板上に形成された少なくとも測定
   電極、対電極からなる電極部と、試料液が毛細管現象に
   て供給され得るキャビティと、前記キャビティ内に形成
   された試薬層とを備えたバイオセンサにおいて、前記バ
   イオセンサの側面に形成されるキャビティの入り口は、
   その側面より平面方向に凸設または凹設して形成されて
   いることを特徴とするバイオセンサ。
2. 【請求項２】バイオセンサが細長い小片状であり、その
   長手方向の先端の側面に、前記キャビティの入口が形成
   されていることを特徴とする請求項１に記載のバイオセ
   ンサ。
3. 【請求項３】キャビティが、切欠部を有するスペーサと
   カバーとの貼り合わせにより形成されたことを特徴とす
   る請求項１に記載のバイオセンサ。
4. 【請求項４】スペーサが不透明もしくは半透明材料であ
   り、カバーが透明材料であることを特徴とする請求項３
   に記載のバイオセンサ。
5. 【請求項５】キャビティ内に、試料液の導入を助成する
   ための空気孔を備えたことを特徴とする請求項１に記載
   のバイオセンサ。
6. 【請求項６】空気孔の形状が、円、楕円、三角形、正方
   形、長方形、多角形のいずれかであることを特徴とする
   請求項５に記載のバイオセンサ。
7. 【請求項７】空気孔を、キャビティの入り口からもっと
   も離れた位置に存在する試薬層の端部と同じ位置に形成
   したことを特徴とする請求項５に記載のバイオセンサ。