JP5432575B2

JP5432575B2 - バイオセンサ及びその製造方法

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Publication number: JP5432575B2
Application number: JP2009103209A
Authority: JP
Inventors: 秀樹田中
Original assignee: Gunze Ltd
Current assignee: Gunze Ltd
Priority date: 2009-04-21
Filing date: 2009-04-21
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2029-04-21
Also published as: JP2010256044A

Description

本発明は、試料液中の特定成分を検出するバイオセンサ及びその製造方法に関する。

従来から、検体の血糖値等を測定するバイオセンサ及びその製造方法が案出されている。このバイオセンサの一例として、バイオセンサ１を図５に示す。このバイオセンサ１は、絶縁体から成る基板２と、互いに一定間隔を空けて基板２上に設けられた一対の電極３と、電極３上に設けられた反応部４と、検体を反応部４まで導入する供給口５と、を備え、反応部４が供給口５から導入された検体中の特定成分と反応し、特定成分を定量分析できるように構成されている。

このバイオセンサ１の反応部４は、電極３上に反応部４を形成する水溶液を滴下することにより形成する。しかし、同量の水溶液を滴下しても反応部４が一定面積になるとは限らないため、バイオセンサ１の測定精度にばらつきが生じることがあった。また、電極３を設けた基板２に対して水溶液を滴下する位置がずれることにより、電極３に対する反応部４の位置がずれて、バイオセンサ１の測定値にばらつきが生じることがあった。このため、反応部を一定の位置に形成できるバイオセンサに関する案出もなされている（例えば、特許文献１参照。）。このバイオセンサは、反応部を一定の位置に形成するために、広がっていく試薬の防波堤となる第２のスリット４ａ、４ｂを電気伝導性層２に設けている。

ところが、スリット４ａ、４ｂを電気伝導性層２に設けているため、試薬によって電極すべてを覆うことはできない場合も生じると考えられる。また、微小な深さのスリット４ａ、４ｂのみでは、広がっていく試薬を十分に止めることができずに、試薬が電極からはみ出て流れ出ることも考えられる。さらに、スリット４ａ、４ｂを形成するために電気伝導性層にレーザ加工する必要があり、製造コストが嵩むことも考えられる。

特許第４１９７０８５号公報

そこで、本発明者は、このような課題の原因を究明してこのような課題を解決するべく、鋭意研究を重ねた結果、本発明に至ったのである。

本発明は、電極上の一定位置を確実に反応部で覆うことができるとともに、製造コストが嵩むことのないバイオセンサ及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明のバイオセンサは、ポリエチレンテレフタレートであり絶縁体から成る基板と、互いに一定間隔を空けて該基板上に設けられた一対の電極と、該一対の電極上に設けられた反応部と、検体を該反応部まで導入する供給口と、を備えたバイオセンサにおいて、
前記一対の電極に対して間隔を空けて、ニッケルから成り該一対の電極を取り囲む包囲電極が前記基板上におけるスパッタリング及びエッチングによって設けられ、
前記基板の表面、前記包囲電極及び前記一対の電極の表面がＵＶ洗浄によって親水処理され、
前記反応部が前記包囲電極の内周側面の内側に位置することを特徴とする。

本発明のバイオセンサの製造方法は、前記請求項１に記載するバイオセンサの製造方法であり、
前記反応部を形成するステップが、前記基板の表面側をＵＶ洗浄によって親水処理するステップと、該親水処理した後に前記一対の電極上の前記包囲電極の内周側面の内側に前記反応部を形成する水溶液を付着するステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明のバイオセンサは、前記バイオセンサにおいて、前記一対の電極と前記包囲電極との間隔が、前記包囲電極の内周側面の略円形状の直径に対して、１０％以上４０％以下であることを特徴とする。

また、本発明のバイオセンサは、前記バイオセンサにおいて、前記包囲電極が複数に分割されたことを特徴とする。

また、本発明のバイオセンサは、前記バイオセンサにおいて、前記反応部が酸化還元酵素及びメディエータから成ることを特徴とする。

本発明のバイオセンサの製造方法は、前記バイオセンサの製造方法であり、前記反応部を形成するステップが、前記基板の表面側を親水処理するステップと、該親水処理した後に前記電極上に前記反応部を形成する水溶液を付着するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明のバイオセンサの製造方法は、前記バイオセンサの製造方法において、前記反応部を形成する水溶液が酸化還元酵素を溶解した水溶液であることを特徴とする。

本発明のバイオセンサ及びその製造方法によれば、一対の電極に対して間隔を空けて、一対の電極を取り囲む包囲電極を設けているため、反応部を形成する水溶液を電極上に滴下した時の水溶液の広がりを包囲電極で止めることができ、電極上の一定位置を確実に反応部で覆うことができる。このため、バイオセンサの測定値のばらつきがなくなり、測定精度を向上させることができる。また、水溶液の広がりを止めるために基板にレーザ加工等する必要がなく、製造コストが嵩むことがない。

本発明のバイオセンサを示す図であり、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）はＡ−Ａ線切断部断面図である。図１のバイオセンサの製造方法を説明するための図であり、同図（ａ）はニードルを電極の中心部に一致させた状態のＡ−Ａ線切断部断面図であり、同図（ｂ）はニードルを電極の中心部からずらせた状態のＡ−Ａ線切断部断面図である。図３（ａ）は、基板の表面側に親水処理をしていないバイオセンサの断面図であり、図３（ｂ）は、一対の電極と包囲電極との間隔が１０％未満のバイオセンサの断面図である。本発明の他の実施形態を示す平面図である。従来のバイオセンサの斜視図である。

次に、本発明に係るバイオセンサ及びその製造方法について、図面に基づいて詳しく説明する。図１において、符号１０は、本発明に係るバイオセンサである。

本発明に係るバイオセンサ１０は、図１に示すように、絶縁体から成る基板１２と、互いに一定間隔を空けて基板１２上に設けられた一対の電極１４及び１６と、電極１４及び１６上に設けられた反応部１８と、血液（検体）を反応部まで導入する図示しない供給口と、を備えたバイオセンサにおいて、一対の電極１４及び１６に対して間隔Ｗを空けて、一対の電極１４及び１６を取り囲む包囲電極２０、２２及び２４を設けたバイオセンサである。よって、包囲電極２０、２２及び２４以外は、図５に示す従来のバイオセンサと同様の構成である。このため、包囲電極２０、２２及び２４以外についての詳細な説明は省略する。

電極１４及び１６によって形成される外周側面２６の形状は略円形状であり、この外周側面２６に対向し、包囲電極２０、２２及び２４によって形成される内周側面２８の形状も略円形状である。電極１４及び１６は血糖値等の測定用である。包囲電極２０、２２及び２４は、血液の導入確認用、血液量の検出用、又は、バイオセンサ１０の計測表示器への取付確認用等、その用途は特に限定されない。なお、試験の結果、電極１４及び１６の外周側面２６と包囲電極２０、２２及び２４の内周側面２８との間隔Ｗが、内周側面２８の略円形状の直径Ｄに対して、１０％以上４０％以下であることが好ましい。

このバイオセンサ１０を製造する場合、まず、ポリエチレンテレフタレート等から成る絶縁性の基板１０上に、スパッタリングにより、ニッケルや合金等の金属薄膜を形成する。次に、フォトリソグラフィーにより金属薄膜をエッチングして、一対の電極１４及び１６、並びに包囲電極２０、２２及び２４のパターンを形成する。さらに、これら電極を形成した基板１２の表面側を、後で一対の電極１４及び１６上に付着する薬剤の広がりをよくするための親水処理として、ＵＶ洗浄又はコロナ処理を行う。

次に、図２（ａ）に示すように、金属ニードル３０を用いて薬剤３２を、電極１４及び１６上に滴下する。金属ニードル３０の外径φは、包囲電極２０、２２及び２４の内径Ｄよりも小さく、滴下する薬剤３２により電極１４及び１６を覆うことができる大きさである。外径φと内径Ｄとの差が大きいほど、薬剤を付着する際の位置ずれの許容差が大きくなる。付着する薬剤３２は、バイオセンサ１０が血糖値センサである場合には、酵素であるグルコースオキシターゼやグルコースデヒドロゲナーゼから成る水溶液を用いる。また、電子受容体としてフェリシアン化カリウムも酵素と同時に溶解して付着してもよい。また、別途フェリシアン化カリウムの微粒子を有機溶剤に分散した液を、酵素から成る層の上に更に付着してもよい。

このようにして電極１４及び１６上に反応部１８を形成した後は、基板１２上の電極１４、１６、２０、２２及び２４を、スペーサを介してカバーで覆うことにより、バイオセンサ１０が製造される。

このようなバイオセンサ１０によれば、基板１２の表面側を電極１４及び１６を含めて親水処理して濡れ性を高めているため、酵素を含む水溶液（薬剤）３２を電極１４及び１６上に滴下した時、水溶液３２は、図３（ａ）のように電極１４及び１６上に停滞することなく、図２（ａ）のように電極１４及び１６上を円滑に広がっていく。一方で、包囲電極２０、２２及び２４を備えるため、図２（ａ）に示すように、包囲電極２０、２２及び２４を超えないで包囲電極２０、２２及び２４の内周側面で止まる。また、金属ニードル３０の中心軸Ｃ１の位置が電極１４及び１６の中間点Ｃ２よりずれた場合でも、図２（ｂ）に示すように、水溶液３２は、包囲電極２０、２２及び２４を超えないで包囲電極２０、２２及び２４の内周側面で止まる。このため、水溶液３２を包囲電極２０、２２及び２４の内側の一定面積で付着することができる。さらに、本発明の場合、電極１４及び１６の外周側面２６と包囲電極２０、２２及び２４の内周側面２８との間隔Ｗが、内周側面２８の略円形状の直径Ｄに対して、１０％以上としているため、水溶液３２が図３（ｂ）に示すように外周側面２６と内周側面２８との間をはみ出して包囲電極２０、２２及び２４上まで広がることがなく、水溶液３２を包囲電極２０、２２及び２４の内側の一定面積で付着することができる。また、酸化還元酵素を含む水溶液を包囲電極２０、２２及び２４の内側の一定面積で付着した後に、さらに有機溶剤を含有する液を用いて付着させる場合は、包囲電極２０、２２及び２４の内側の一定面積で付着させることは難しいが、酸化還元酵素を含む付着液を一定面積で付着していれば、測定値のばらつきへの影響が小さい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はその他の態様でも実施できる。例えば、包囲電極２０、２２及び２４の内周側面の形状が略円形状であれば、電極１４及び１６の形状は特に限定されない。例えば、図４（ａ）に示すような矩形であっても、図４（ｂ）に示すような櫛形であってもよい。

その他、本発明は、図示しない態様でも実施できる。例えば、反応部の形成方法は酸化還元酵素及び電子受容体を含んで形成されれば特に限定されない。その他、本発明の技術的範囲には、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変形を加えた態様も含まれる。また、同一の作用又は効果が生じる範囲内で、いずれかの発明特定事項を他の技術に置換した形態で実施しても良い。

（実施例）
厚さ１８８μｍのＰＥＴフィルム（基板）１２上に、スパッタリングにより厚さ０．１μｍのＮｉ薄膜を全面に形成した。その後、フォトリソグラフィーにより、図１に示すような電極１４及び１６、並びに包囲電極２０、２２及び２４をパターニングした。その後、電極１４等を形成した基板１２の表面側を、親水処理として、波長２５４ｎｍの照射エネルギーが１５ｎｍＷ／ｃｍ^２で、７分間照射を行いＵＶ／Ｏ_３洗浄を行った。

電極１４及び１６の外周側面２６と包囲電極２０、２２及び２４の内周側面２８との間隔Ｗは、０．２５ｍｍであった。包囲電極２０、２２及び２４の内径Ｄは、１．５ｍｍであった。よって、間隔Ｗは、内径Ｄに対して、１００・Ｗ／Ｄ＝１００・０．２５／１．５＝１６．７％であった。なお。包囲電極２０、２２及び２４の外径Ｄは、１．８ｍｍであった。

続いて、酵素を溶解した水溶液３２を外径０．７ｍｍのニードル３０を用いて、０．１５μｌ滴下したところ、図１に示すように、包囲電極２０、２２及び２４を乗り越えることなく、包囲電極２０、２２及び２４の内側を全て覆うように付着できた。なお、酵素を溶解した水溶液３２の代替として、カルボキシルメチルセルロースナトリウム塩等の親水性の高分子化合物を使用し、その粘度を適宜調整してもよい。また、滴下量を０．１０〜０．２０μｌとしても、電極１４及び１６を完全に覆い、包囲電極２０、２２及び２４の内側で水溶液３２が満たされた状態となった。この場合、ニードル３０は、１．１ｍｍの外径のものまで使用可能であった。

さらに、外径０．７ｍｍのニードル３０を用いて、滴下量を０．１４μｌとして、付着する位置を図１における上下方向に中心点Ｐから、０．０５ｍｍ単位でずらして付着したところ、０．３ｍｍずらしても、包囲電極２０、２２及び２４から乗り越えずに包囲電極２０、２２及び２４の内側に付着できた。このように、ニードル３０の位置がずれても、電極パターンに一致して水溶液３２を付着することができた。

また、電極１４等を形成したＰＥＴフィルム１２の、水溶液３２を滴下するための位置決めは、ＰＥＴフィルム１２に設けた孔を滴下装置のテーブルに設けたピンに係合して行うが、ニードル３０の位置を中心点Ｐから０．３ｍｍずらしても包囲電極２０、２２及び２４から乗り越えずに包囲電極２０、２２及び２４の内側に付着できるため、ＰＥＴフィルム１２の位置決め精度は０．３ｍｍ以内であればよい。ここで、ＰＥＴフィルム１２の位置決め精度は０．３ｍｍよりも十分に小さくできるため、包囲電極２０、２２及び２４から乗り越えずに包囲電極２０、２２及び２４の内側に付着できる。

（比較例）
実施例と同様に、ＰＥＴフィルム（基板）１２上に、スパッタリングによりＮｉ薄膜を全面に形成し、フォトリソグラフィーにより、電極１４及び１６、並びに包囲電極２０、２２及び２４をパターニングした。その後、電極１４等を形成した基板１２の表面側を、親水処理として、波長２５４ｎｍの照射エネルギーが１５ｎｍＷ／ｃｍ^２で、７分間照射を行いＵＶ／Ｏ_３洗浄を行った。

電極１４及び１６の外周側面２６と包囲電極２０、２２及び２４の内周側面２８との間隔Ｗは、０．１５ｍｍであった。包囲電極２０、２２及び２４の内径Ｄは、１．７ｍｍであった。よって、間隔Ｗは、内径Ｄに対して、１００・Ｗ／Ｄ＝１００・０．１５／１．７＝８．８％であった。なお。包囲電極２０、２２及び２４の外径Ｄは、２．０ｍｍであった。

続いて、酵素を溶解した水溶液３２を外径０．７ｍｍのニードル３０を用いて、０．１５μｌ滴下したところ、電極１４及び１６を水溶液３２で覆うことはできなかった。水溶液３２の滴下量を増やしても電極１４及び１６に付着できない部分が生じた。ニードル３０の外径を１．３ｍｍにすると、電極１４及び１６をすべて水溶液３２で覆うことができたが、間隔Ｗが短いため、水溶液３２が包囲電極２０、２２及び２４の上に広がることがあった。

本発明のバイオセンサ及びその製造方法によれば、電極上の一定位置を確実に反応部で覆うことにより測定精度を向上させることができるとともに、製造コストが嵩むことがない。このため、血糖値の測定等のために広く利用できる。

１０：バイオセンサ
１２：基板
１４、１６：電極
１８：反応部
２０、２２、２４：包囲電極
２６：外周側面
２８：内周側面
３０：金属ニードル
３２：水溶液
Ｄ：直径
Ｗ：間隔

Claims

ポリエチレンテレフタレートであり絶縁体から成る基板と、互いに一定間隔を空けて該基板上に設けられた一対の電極と、該一対の電極上に設けられた反応部と、検体を該反応部まで導入する供給口と、を備えたバイオセンサにおいて、
前記一対の電極に対して間隔を空けて、ニッケルから成り該一対の電極を取り囲む包囲電極が前記基板上におけるスパッタリング及びエッチングによって設けられ、
前記基板の表面、前記包囲電極及び前記一対の電極の表面がＵＶ洗浄によって親水処理され、
前記反応部が前記包囲電極の内周側面の内側に位置するバイオセンサ。
前記包囲電極の内周側面の形状が略円形状である請求項１に記載のバイオセンサ。
前記一対の電極と前記包囲電極との間隔が、前記包囲電極の内周側面の略円形状の直径に対して、１０％以上４０％以下である請求項２に記載するバイオセンサ。
前記包囲電極が複数に分割された請求項１〜請求項３のいずれかに記載するバイオセンサ。
前記反応部が酸化還元酵素及びメディエータから成る請求項１〜請求項４のいずれかに記載するバイオセンサ。
前記請求項１に記載するバイオセンサの製造方法であり、
前記反応部を形成するステップが、前記基板の表面側をＵＶ洗浄によって親水処理するステップと、該親水処理した後に前記一対の電極上の前記包囲電極の内周側面の内側に前記反応部を形成する水溶液を付着するステップと、を含むバイオセンサの製造方法。
前記反応部を形成する水溶液が酸化還元酵素を溶解した水溶液である請求項６に記載するバイオセンサの製造方法。