バイオセンサの製造方法およびバイオセンサ
【課題】酵素およびメディエータがキャビティの端部に偏析することなく反応層を形成することができる技術を提供する。
【解決手段】反応層１０６は、所定のイオン性物質が電離することによるイオンと反応してゲル化するゲル化剤２０１と、イオン性物質が溶解した試薬２０２，２０３とが、キャビティ１０３内において混合されることによりゲル化されて形成される。したがって、反応層１０６がゲル化されているため、反応層１０６に含まれる酵素およびメディエータの反応層１０６内における分散状態が固定されると共に、ゲル化されたときの反応層１０６の形状が維持されるので、例えば、ゲル化された反応層１０６が乾燥する際に、酵素およびメディエータがキャビティ１０３の端部に偏析することを防止することができ、酵素およびメディエータが均一に分散した状態の反応層１０６を形成することができる。
【解決手段】反応層１０６は、所定のイオン性物質が電離することによるイオンと反応してゲル化するゲル化剤２０１と、イオン性物質が溶解した試薬２０２，２０３とが、キャビティ１０３内において混合されることによりゲル化されて形成される。したがって、反応層１０６がゲル化されているため、反応層１０６に含まれる酵素およびメディエータの反応層１０６内における分散状態が固定されると共に、ゲル化されたときの反応層１０６の形状が維持されるので、例えば、ゲル化された反応層１０６が乾燥する際に、酵素およびメディエータがキャビティ１０３の端部に偏析することを防止することができ、酵素およびメディエータが均一に分散した状態の反応層１０６を形成することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作用極および対極を含む電極系が設けられた電極層と、キャビティを形成するためのスリットが形成されて電極層に積層されるスペーサ層と、キャビティに連通する空気穴が形成されてスペーサ層に積層されるカバー層と、作用極および対極に設けられた反応層とを備えるバイオセンサの製造方法およびバイオセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
図４の従来のバイオセンサに示すように、作用極５０１および対極５０２並びに検知電極５０３を含む電極系と、測定対象物質と特異的に反応する酵素を含む反応層（図示省略）とを有するバイオセンサ５００を用いて、試料に含まれる測定対象物質と反応層とが反応することで生成される還元物質を作用極５０１と対極５０２との間に電圧を印加して酸化することにより得られる酸化電流を計測することで測定対象物質の定量を行う物質の測定方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図４に示すバイオセンサ５００は、試料に含まれるグルコースを定量するためのセンサであって、ポリエチレンテレフタレーやポリイミドなどの絶縁性基板に電極が設けられて形成された電極層５０４と、カバー層５０６と、電極層５０４とカバー層５０６とに挟まれて配置されるスペーサ層５０５とが積層されて形成される。また、スペーサ層５０５には、試料が供給されるキャビティ５０７を形成するためのスリット５０５ａが設けられており、電極層５０４にスペーサ層５０５を介してカバー層５０６が積層されて接着されることで、電極層５０４と、スペーサ層５０５のスリット５０５ａの部分と、カバー層５０６とにより試料が供給されるキャビティ５０７が形成される。そして、スリット５０５ａの開口部分によりバイオセンサ５００の側面に形成される試料導入口からキャビティ５０７に試料が供給される。また、カバー層５０６には、毛細管現象による試料のキャビティ５０７への供給を円滑に行うために、キャビティ５０７の終端部と連通する空気穴５０６ａが形成されている。
【０００４】
また、電極層５０４には、作用極５０１および対極５０２と検知用電極５０３とが設けられ、これらの電極５０１〜５０３にそれぞれ電気接続される電極パターン５０１ａ〜５０３ａが設けられることにより電極層５０４に電極系が形成されている。また、作用極５０１および対極５０２上には反応層が設けられており、作用極５０１および対極５０２と検知用電極５０３とは、それぞれバイオセンサ５００に形成されたキャビティ５０７に露出するように電極層５０４に設けられている。
【０００５】
したがって、液体から成る試料がキャビティ５０７に試料導入口から供給されると、キャビティ５０７に露出する各電極５０１〜５０３と反応層とが試料に接触すると共に、反応層は試料に溶解する。また、検知用電極５０３に試料が接触することにより、キャビティ５０７に試料が供給されたことが検知される。
【０００６】
また、作用極５０１および対極５０２上に設けられた反応層には、試料に含まれるグルコースに特異的に反応するグルコースオキシダーゼと、メディエータ（電子受容体）としてのフェリシアン化カリウムとが含まれている。そして、フェリシアン化カリウムが試料に溶解することによるフェリシアン化イオンは、グルコースオキシダーゼと反応してグルコースがグルコノラクトンに酸化される際に放出される電子により還元体であるフェロシアン化イオンに還元される。したがって、バイオセンサ５００に形成されたキャビティ５０７にグルコースを含む試料が試料導入口から供給されると、フェリシアン化イオンはグルコースが酸化されることにより放出される電子により還元されるため、試料に含まれて酵素反応により酸化されるグルコースの濃度に応じた量だけフェリシアン化イオンの還元体であるフェロシアン化イオンが生成される。
【０００７】
このよう構成されたバイオセンサ５００では、酵素反応の結果生じたメディエータの還元体を作用極５０１上で酸化することにより得られる酸化電流が試料中のグルコース濃度に依存した大きさとなるため、この酸化電流を計測することにより試料に含まれるグルコースの定量を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−３２０３０４号公報（段落００１１〜００１７、図１など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、一般的に、反応層は次のようにして形成される。すなわち、反応層は、電極層５０４にスペーサ層５０５が積層されて形成されるキャビティ５０７に、酵素やメディエータが溶解した試薬を滴下することにより形成される。ところが、このようにして反応層が形成された場合、滴下された試薬がキャビティ５０７内において乾燥する際に、試薬に含まれる酵素やメディエータがキャビティ５０７の端部に偏析するおそれがある。酵素やメディエータがキャビティ５０７の端部に偏析して反応層が形成されると、キャビティ５０７に血液などの試料が供給された際に、反応層に含まれる酵素やメディエータが供給された試料に均一に溶解しないため、バイオセンサ５００を用いた測定対象物質の定量精度が劣化する。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、酵素およびメディエータがキャビティの端部に偏析することなく反応層を形成することができる技術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】
【００１１】
上記した目的を達成するために、本発明のバイオセンサの製造方法は、絶縁性基板の一方面に作用極および対極を含む電極系が設けられた電極層と、スリットが形成されて、前記スリットが前記作用極および前記対極の先端側に配置されて前記電極層の前記一方面に積層されるスペーサ層と、前記電極層および前記スリットにより形成されて試料が供給されるキャビティと、前記キャビティに連通する空気穴が形成されて前記キャビティを被覆して前記スペーサ層に積層されるカバー層と、前記キャビティに露出する前記作用極および前記対極の先端側に設けられ、測定対象物質と反応する酵素およびメディエータを含む反応層とを備えるバイオセンサの製造方法において、所定のイオン性物質が電離することによるイオンと反応してゲル化するゲル化剤と、前記イオン性物質が溶解した試薬とを、前記キャビティ内において混合して前記反応層を形成することを特徴としている（請求項１）。
【００１２】
また、前記ゲル化剤が、カラギーナンまたはアルギン酸化合物であることを特徴としている（請求項２）。
【００１３】
また、前記反応層は、前記イオン性物質として機能する前記メディエータを含む前記試薬と前記ゲル化剤とを前記キャビティ内において混合してメディエータ層を形成するメディエータ層形成工程と、前記イオン性物質および前記酵素を含む前記試薬と前記ゲル化剤とを前記メディエータ層上で混合して酵素層を形成する酵素層形成工程とにより形成されることを特徴としている（請求項３）。
【００１４】
また、前記反応層は、前記イオン性物質および前記酵素を含む前記試薬と前記ゲル化剤とを前記キャビティ内において混合して酵素層を形成する酵素層形成工程と、前記イオン性物質として機能する前記メディエータを含む前記試薬と前記ゲル化剤とを前記酵素層上で混合してメディエータ層を形成するメディエータ層形成工程とにより形成されることを特徴としている（請求項４）。
【００１５】
また、前記イオン性物質が、フェリシアン化化合物、塩化ナトリウム、塩化カリウムおよび塩化カルシウムのいずれかであることを特徴としている（請求項５）。
【００１６】
また、本発明のバイオセンサは、絶縁性基板の一方面に作用極および対極を含む電極系が設けられた電極層と、スリットが形成されて、前記スリットが前記作用極および前記対極の先端側に配置されて前記電極層の前記一方面に積層されるスペーサ層と、前記電極層および前記スリットにより形成されて試料が供給されるキャビティと、前記キャビティに連通する空気穴が形成されて前記キャビティを被覆して前記スペーサ層に積層されるカバー層と、前記キャビティに露出する前記作用極および前記対極の先端側に設けられ、測定対象物質と反応する酵素およびメディエータを含む反応層とを備えるバイオセンサにおいて、前記反応層は、所定のイオン性物質が電離することによるイオンと反応してゲル化するゲル化剤と、前記イオン性物質が溶解した試薬とが、前記キャビティ内において混合されて形成されていることを特徴としている（請求項６）。
【００１７】
また、前記反応層は、前記イオン性物質として機能する前記メディエータを含む前記試薬と前記ゲル化剤とが混合されて形成されたメディエータ層と、前記イオン性物質および前記酵素を含む前記試薬と前記ゲル化剤とが混合されて形成された酵素層とを備えていることを特徴としている（請求項７）。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１，６の発明によれば、キャビティに露出する作用極および対極の先端側に設けられ、測定対象物質と反応する酵素およびメディエータを含む反応層は、所定のイオン性物質が電離することによるイオンと反応してゲル化するゲル化剤と、イオン性物質が溶解した試薬とが、キャビティ内において混合されることによりゲル化されて形成される。したがって、反応層がゲル化されているため、反応層に含まれる酵素およびメディエータの反応層内における分散状態が固定されると共に、ゲル化されたときの反応層の形状が維持されるので、例えば、ゲル化された反応層が乾燥する際に、酵素およびメディエータがキャビティの端部に偏析することを防止することができ、酵素およびメディエータが均一に分散した状態の反応層を形成することができる。
【００１９】
また、酵素およびメディエータが反応層に均一に分散しているため、反応層がキャビティに供給された試料に溶解する際に、酵素およびメディエータが試料に均一に溶解するので、バイオセンサを用いた測定対象物質の定量精度の向上を図ることができる。
【００２０】
また、反応層を形成する際に、ゲル化剤と、イオン性物質が溶解した試薬とを、個別にキャビティに滴下するだけでよく、従来の反応層の形成方法とほぼ同様の方法で反応層を形成することができるので、非常に実用的である。
【００２１】
請求項２の発明によれば、カラギーナンまたはアルギン酸化合物によりゲル化剤を構成することにより実用的な構成でバイオセンサを製造することができる。
【００２２】
請求項３，４，７の発明によれば、反応層は、イオン性物質として機能するメディエータを含む試薬とゲル化剤とが混合されて形成されたメディエータ層と、イオン性物質および酵素を含む試薬とゲル化剤とが混合されて形成された酵素層とが分離された状態で形成されるので、バイオセンサの保管状態において、反応層に含まれる酵素とメディエータとが反応するのを防止することができる。したがって、バイオセンサの保管状態において、酵素およびメディエータが反応することにより反応層に含まれる酵素およびメディエータが減少して、キャビティに試料が供給されたときに、試料に含まれる測定対象物質と酸化還元反応する酵素およびメディエータの量が減少するのを防止することができるので、バイオセンサを用いた測定対象物質の定量精度が劣化するのを抑制することができる。
【００２３】
請求項５の発明によれば、フェリシアン化化合物、塩化ナトリウム、塩化カリウムおよび塩化カルシウムのいずれかからなるイオン性物質が電離することによるカチオンにより、ゲル化剤を確実にゲル化することができるので実用的である。
【００２４】
また、ゲル化剤をゲル化するイオン性物質としてフェリシアン化化合物を採用した場合、フェリシアン化化合物は、メディエータとして機能するため、メディエータおよびイオン性物質を同一の物質で構成することができるので、バイオセンサの製造コストの低減を図ることができる。
【００２５】
また、ゲル化剤をゲル化するイオン性物質として酸化カルシウムを採用した場合、酸化カルシウムが試料に電離することによる２価のカチオンによりゲル化剤を確実にゲル化することができるので実用的である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態にかかるバイオセンサを示す図であって、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は斜視図である。
【図２】図１のバイオセンサのキャビティ部分の横断面図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるバイオセンサの製造方法を示す図であって、（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ異なる工程を示す。
【図４】従来のバイオセンサを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の一実施形態にかかるバイオセンサおよびこのバイオセンサの製造方法について図１〜図３を参照して説明する。
【００２８】
図１は本発明の一実施形態にかかるバイオセンサを示す図であって、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は斜視図である。図２は図１のバイオセンサのキャビティ部分の横断面図である。図３は本発明の一実施形態にかかるバイオセンサの製造方法を示す図であって、（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ異なる工程を示す。
【００２９】
この発明のバイオセンサ１００は、作用極１０１および対極１０２を含む電極系と、メディエータおよび測定対象物質と反応する酵素を含む反応層１０６とを有し、測定器（図示省略）に装着されて使用されるものである。すなわち、測定器に装着されたバイオセンサ１００の先端側に設けられたキャビティ１０３に供給された血液などの試料に含まれるグルコースなどの測定対象物質と、バイオセンサ１００に設けられた反応層１０６とが反応することで生成される還元物質を、作用極１０１と対極１０２との間に電圧を印加して酸化することにより得られる酸化電流を計測することで、試料に含まれる測定対象物質の定量が行われる。
【００３０】
すなわち、バイオセンサ１００は、図１および図２に示すように、それぞれ、セラミック、ガラス、プラスチック、紙、生分解性材料、ポリエチレンテレフタレートなどの絶縁性材料により形成された、作用極１０１および対極１０２を含む電極系が設けられた電極層１１０と、キャビティ１０３に連通する空気穴１０５が形成されたカバー層１３０と、キャビティ１０３を形成するためのスリット１０４が形成され、電極層１１０およびカバー層１３０に挟まれて配置されるスペーサ層１２０とが、試料導入口１０３ａが設けられる先端側が揃った状態で積層されて接着されることにより形成される。また、作用極１０１および対極１０２上には、試料に含まれるグルコースなどの測定対象物質と反応する酵素を含む反応層１０６が設けられている。そして、後端側から測定器２の所定の挿入口に挿入されて装着されることで、バイオセンサ１００は測定器２に装着される。
【００３１】
この実施形態では、電極層１１０は、ポリエチレンテレフタレートなどの絶縁性材料から成る絶縁性基板により形成される。また、電極層１１０を形成する絶縁性基板の一方面に、白金、金、パラジウムなどの貴金属やカーボン、銅、アルミニウム、チタン、ＩＴＯ、ＺｎＯなどの導電性物質から成る導電層が、スクリーン印刷やスパッタリング蒸着法により形成されている。そして、絶縁性基板の一方面に形成された導電層に、レーザ加工やフォトリソグラフィによるパターン形成が施されることにより、作用極１０１および対極１０２と、バイオセンサセンサチップ１００が測定器に装着されたときに、作用極１０１および対極１０２のそれぞれと測定器とを電気的に接続する電極パターン１０１ａ，１０２ａとを含む電極系が形成される。
【００３２】
また、作用極１０１および対極１０２は、それぞれの先端側が、キャビティ１０３に露出するように配置される。また、作用極１０１および対極１０２のそれぞれの後端側の電極パターン１０１ａ，１０２ａは、試料導入口１０３ａと反対側の電極層１１０の端縁であって、スペーサ層１２０が積層されない電極層１１０の端縁まで延伸されて形成される。
【００３３】
次に、上記したようにして形成された電極層１１０にスペーサ層１２０が積層される。スペーサ層１２０は、ポリエチレンテレフタレートなどの絶縁性材料から成る基板により形成され、基板の先端縁部のほぼ中央にキャビティ１０３を形成するためのスリット１０４が形成されている。そして、スリット１０４が、作用極１０１および対極１０２の先端側に配置されて、スペーサ層１２０が電極層１１０の一方面を部分的に被覆して積層されることにより、電極層１１０およびスリット１０４により試料が供給されるキャビティ１０３が形成される。
【００３４】
続いて、電極層１１０にスペーサ層１２０が積層されて形成されるキャビティ１０３部分が、プラズマにより洗浄処理された後に、反応層１０６が形成される。なお、プラズマ洗浄工程において使用されるプラズマは、酸素プラズマ、窒素プラズマ、アルゴンプラズマなど、プラズマによる金属活性化処理において使用される種々のプラズマを使用することができ、減圧プラズマであっても大気圧プラズマであってもよい。
【００３５】
図３（ａ）〜（ｅ）に示すように、反応層１０６は、カバー層１３０がスペーサ層１２０に積層される前に、キャビティ１０３に露出する作用極１０１および対極１０２の先端側に、所定のイオン性物質が電離することによるイオンと反応してゲル化するゲル化剤２０１と、ゲル化剤をゲル化するイオン性物質およびカルボキシメチルセルロースやゼラチンなどの増粘剤、酵素、メディエータ、アミノ酸や有機酸などの添加物を含有する試薬２０２，２０３を滴下して混合することにより形成される。また、キャビティ１０４への血液などの試料の供給を円滑にするために、界面活性剤やリン脂質などの親水化剤がキャビティ１０４内壁に塗布される。
【００３６】
具体的には、反応層１０６は、イオン性物質として機能するメディエータを少なくとも含む試薬２０２とゲル化剤２０１とが混合されて形成されたメディエータ層１０７と、イオン性物質および酵素を少なくとも含む試薬２０３とゲル化剤２０１とが混合されて形成された酵素層１０８とを備え、次のようにして形成される。
【００３７】
すなわち、図３（ａ）に示すように、カラギーナンまたはアルギン酸化合物を含むゲル化剤２０１が滴下装置２００からキャビティ１０３に所定量滴下される。次に、図３（ｂ）に示すように、ゲル化剤２０１をゲル化するイオン性物質として機能する、例えば、フェリシアン化化合物から成るメディエータを少なくとも含む試薬２０２が、滴下装置２００からキャビティ１０３に所定量滴下されることにより、ゲル化剤２０１および試薬２０２がキャビティ１０３内において混合されてメディエータ層１０７が形成される（メディエータ層形成工程）。
【００３８】
続いて、図３（ｃ）に示すように、ゲル化剤２０１が滴下装置２００からキャビティ１０３に所定量滴下される。そして、図３（ｄ）に示すように、塩化ナトリウムや塩化カリウム、塩化カルシウムなどのイオン性物質および酵素を少なくとも含む試薬２０３が、滴下装置２００からキャビティ１０３に所定量滴下されることにより、ゲル化剤２０１および試薬２０３がメディエータ層１０７上で混合されて酵素層１０８が形成されることにより、反応層１０６が形成される（図３（ｅ）、酵素層形成工程）。
【００３９】
なお、上記した例では、メディエータ層１０７がキャビティ１０３に形成された後に、メディエータ層１０７上に酵素層１０８が形成されるが、酵素層１０８がキャビティ１０３に形成された後に、酵素層１０８上にメディエータ層１０７が形成されてもよい。また、上記した例では、ゲル化剤２０１がキャビティ１０３に滴下された後に、ゲル化剤２０１をゲル化するイオン性物質を含む試薬２０２，２０３がキャビティ１０３に滴下されているが、イオン性物質を含む２０２，２０３がキャビティ１０３に滴下された後に、ゲル化剤２０１がキャビティ１０３に滴下されてもよい。
【００４０】
また、酵素としては、グルコースオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ、ザルコシンオキシダーゼ、フルクトシルアミンオキシダーゼ、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、ヒドロキシ酪酸デヒドロゲナーゼ、コレステロールエステラーゼ、クレアチニナーゼ、クレアチナーゼ、DNAポリメラーゼなどを用いることができ、これらの酵素を検出したい測定対象物質に応じて選択することで種々のセンサを形成することができる。
【００４１】
例えば、グルコースオキシダーゼまたはグルコースデヒドロゲナーゼを用いれば血液試料中のグルコースを検出するグルコースセンサを形成でき、アルコールオキシダーゼまたはアルコールデヒドロゲナーゼを用いれば血液試料中のエタノールを検出するアルコールセンサを形成でき、乳酸オキシダーゼを用いれば血液試料中の乳酸を検出する乳酸センサを形成でき、コレステロールエステラーゼとコレステロールオキシダーゼとの混合物を用いれば総コレステロールセンサを形成できる。
【００４２】
また、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、フェロセン誘導体、ベンゾキノン、キノン誘導体、オスミウム錯体、ルテニウム錯体などを用いることができる。
【００４３】
また、増粘剤としては、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、ポリエチレンイミン DEAEセルロース ジメチルアミノエチルデキストラン デキストランなどを用いることができる。親水化剤としては、ＴｒｉｔｏｎＸ１００（シグマアルドリッチ社製）、Ｔｗｅｅｎ２０（東京化成工業社製）、ビス（２−エチルヘキシル）スルホコハク酸ナトリウムなどの界面活性剤、レシチンなどのリン脂質を用いることができる。
【００４４】
また、試料に含まれるイオン濃度のばらつきを低減するために、リン酸などの緩衝剤を設けてもよい。
【００４５】
次に、反応層１０６がキャビティ１０３に形成された後に、ポリエチレンテレフタレートなどの絶縁性材料から成る基板により形成されたカバー層１３０が、スペーサ層１２０に積層されることにより、バイオセンサ１００が形成される。図１（ａ），（ｂ）に示すように、カバー層１３０には、スペーサ層１２０に積層されたときにキャビティ１０３と連通する空気穴１０５が形成されており、カバー層１３０は、キャビティ１０３を被覆してスペーサ層１２０に積層される。
【００４６】
なお、この実施形態では、バイオセンサ１００は、血液中のグルコースの定量を行うことを目的に形成されており、測定対象物質としてのグルコースと特異的に反応する酵素としてＦＡＤ（フラビンアデニンジヌクレオチド）を補酵素とするＧＤＨ（グルコースデヒドロゲナーゼ）（以下、ＦＡＤ−ＧＤＨと表記する）を含み、測定対象物であるグルコースとＦＡＤ−ＧＤＨとの反応により生成される電子により還元されて還元物質と成るメディエータとしてフェリシアン化カリウムを含む反応層１０６がキャビティ１０３に露出する作用極１０１および対極１０２の先端側に設けられている。
【００４７】
このように構成されたバイオセンサ１００では、先端の試料導入口１０３ａに血液から成る試料を接触させることにより、毛細管現象により試料が空気穴１０５に向かって吸引されてキャビティ１０３に試料が供給される。そして、キャビティ１０３に供給された試料に反応層１０６が溶解することにより、試料中の測定対象物質であるグルコースとＦＡＤ−ＧＤＨとの酵素反応により電子が放出され、放出された電子によりフェリシアン化イオンが還元されて還元物質であるフェロシアン化イオンが生成される。そして、反応層１０６が試料に溶解することによる酸化還元反応により生成された還元物質を、バイオセンサ１００の作用極１０１と対極１０２との間に電圧を印加して電気化学的に酸化することにより、作用極１０１と対極１０２との間に流れる酸化電流を計測することで試料中のグルコースの定量が測定器において行われる。
【００４８】
以上のように、この実施形態によれば、キャビティ１０３に露出する作用極１０１および対極１０２の先端側に設けられ、測定対象物質と反応する酵素およびメディエータを含む反応層１０６は、所定のイオン性物質が電離することによるイオンと反応してゲル化するゲル化剤２０１と、イオン性物質が溶解した試薬２０２，２０３とが、キャビティ１０３内において混合されることによりゲル化されて形成される。
【００４９】
したがって、反応層１０６がゲル化されているため、反応層１０６に含まれる酵素およびメディエータの反応層１０６内における分散状態が固定されると共に、ゲル化されたときの反応層１０６の形状が維持されるので、例えば、ゲル化された反応層１０６が乾燥する際に、酵素およびメディエータがキャビティ１０３の端部に偏析することを防止することができ、酵素およびメディエータが均一に分散した状態の反応層１０６を形成することができる。
【００５０】
また、酵素およびメディエータが反応層１０６に均一に分散しているため、反応層１０６がキャビティ１０３に供給された試料に溶解する際に、酵素およびメディエータが試料に均一に溶解するので、バイオセンサ１００を用いた測定対象物質の定量精度の向上を図ることができる。
【００５１】
また、酵素およびメディエータのキャビティ１０３内における偏析を防止するために、粘度の高い試薬２０２，２０３をキャビティ１０３に滴下する必要がない。そのため、粘度の低い試薬２０２，２０３をキャビティ１０３に滴下することで、試薬２０２，２０３のキャビティ１０３への滴下量のばらつきを低減することができるので、反応層１０６に含まれる酵素およびメディエータの量が、バイオセンサ１００ごとにばらつくのを低減することできる。したがって、バイオセンサ１００を用いた測定対象物質の定量精度の向上を図ることができる。
【００５２】
また、反応層１０６を形成する際に、ゲル化剤とイオン性物質が溶解した試薬とを、個別にキャビティ１０３に滴下するだけでよく、従来の反応層１０６の形成方法とほぼ同様の方法で反応層１０６を形成することができるので、非常に実用的である。
【００５３】
また、カラギーナンまたはアルギン酸化合物によりゲル化剤を構成することにより実用的な構成でバイオセンサを製造することができる。
【００５４】
また、反応層１０６は、イオン性物質として機能するメディエータを含む試薬２０２とゲル化剤２０１とが混合されて形成されたメディエータ層１０７と、イオン性物質および酵素を含む試薬２０３とゲル化剤２０１とが混合されて形成された酵素層１０８とが分離された状態で形成されるので、バイオセンサ１００の保管状態において、反応層１０６に含まれる酵素とメディエータとが反応するのを防止することができる。したがって、バイオセンサ１００の保管状態において、酵素およびメディエータが反応することにより反応層１０６に含まれる酵素およびメディエータが減少して、キャビティ１０３に試料が供給されたときに、反応層１０６において、試料に含まれる測定対象物質と酸化還元反応する酵素およびメディエータの量が減少するのを防止することができるので、バイオセンサ１００を用いた測定対象物質の定量精度が劣化するのを抑制することができる。
【００５５】
また、フェリシアン化化合物、塩化ナトリウム、塩化カリウムおよび塩化カルシウムのいずれかからなるイオン性物質が電離することによるカチオンにより、ゲル化剤を確実にゲル化することができるので実用的である。
【００５６】
また、ゲル化剤をゲル化するイオン性物質としてフェリシアン化化合物を採用した場合、フェリシアン化化合物は、メディエータとして機能するため、メディエータおよびイオン性物質を同一の物質で構成することができるので、バイオセンサ１００の製造コストの低減を図ることができる。
【００５７】
また、ゲル化剤をゲル化するイオン性物質として酸化カルシウムを採用した場合、酸化カルシウムが試料に電離することによる２価のカチオンによりゲル化剤を確実にゲル化することができるので実用的である。
【００５８】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、上記したもの以外に種々の変更を行なうことが可能であり、例えば、上記したバイオセンサ１００の反応層１０６に含まれる酵素およびメディエータの組合せを変更することによりエタノールセンサや乳酸センサなどを形成してもよい。
【００５９】
また、上記した実施形態では、バイオセンサ１００は、作用極１０１および対極１０２を有する二極電極構造に形成されているが、参照極をさらに設けることによりバイオセンサ１００を三極電極構造に形成してもよい。この場合、対極１０２を接地して電圧出力部により参照極に参照電位を印加した状態で、作用極１０１に対極１０２を基準とする所定電位を印加すればよい。
【００６０】
また、上記した実施形態では、作用極１０１と対極１０２との間に所定電圧を印加することにより、作用極１０１と対極１０２との間に流れる電流を監視することで、キャビティ１０３に血液試料が供給されたことが検出されるが、キャビティ１０３に試料が供給されたことを検知するための検知用電極をさらに設けてもよい。この場合、対極１０２と検知用電極との間に所定電圧を印加することにより、対極１０２と検知用電極との間に流れる電流を監視することで、キャビティ１０３に試料が供給されたことを検出すればよい。
【００６１】
また、バイオセンサ１００を形成する電極層１１０、スペーサ層１２０およびカバー層１３０のうち、少なくともカバー層１３０は、キャビティ１０３に血液試料が供給されたことを視認できるように透明な部材で形成するのが望ましい。
【００６２】
また、本発明は、種々のバイオセンサの製造方法およびバイオセンサに適用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１００ バイオセンサ
１０１ 作用極
１０２ 対極
１０３ キャビティ
１０４ スリット
１０５ 空気穴
１０６ 反応層
１０７ メディエータ層
１０８ 酵素層
１１０ 電極層
１２０ スペーサ層
１３０ カバー層
２０１ ゲル化剤
２０２，２０３ 試薬
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作用極および対極を含む電極系が設けられた電極層と、キャビティを形成するためのスリットが形成されて電極層に積層されるスペーサ層と、キャビティに連通する空気穴が形成されてスペーサ層に積層されるカバー層と、作用極および対極に設けられた反応層とを備えるバイオセンサの製造方法およびバイオセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
図４の従来のバイオセンサに示すように、作用極５０１および対極５０２並びに検知電極５０３を含む電極系と、測定対象物質と特異的に反応する酵素を含む反応層（図示省略）とを有するバイオセンサ５００を用いて、試料に含まれる測定対象物質と反応層とが反応することで生成される還元物質を作用極５０１と対極５０２との間に電圧を印加して酸化することにより得られる酸化電流を計測することで測定対象物質の定量を行う物質の測定方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図４に示すバイオセンサ５００は、試料に含まれるグルコースを定量するためのセンサであって、ポリエチレンテレフタレーやポリイミドなどの絶縁性基板に電極が設けられて形成された電極層５０４と、カバー層５０６と、電極層５０４とカバー層５０６とに挟まれて配置されるスペーサ層５０５とが積層されて形成される。また、スペーサ層５０５には、試料が供給されるキャビティ５０７を形成するためのスリット５０５ａが設けられており、電極層５０４にスペーサ層５０５を介してカバー層５０６が積層されて接着されることで、電極層５０４と、スペーサ層５０５のスリット５０５ａの部分と、カバー層５０６とにより試料が供給されるキャビティ５０７が形成される。そして、スリット５０５ａの開口部分によりバイオセンサ５００の側面に形成される試料導入口からキャビティ５０７に試料が供給される。また、カバー層５０６には、毛細管現象による試料のキャビティ５０７への供給を円滑に行うために、キャビティ５０７の終端部と連通する空気穴５０６ａが形成されている。
【０００４】
また、電極層５０４には、作用極５０１および対極５０２と検知用電極５０３とが設けられ、これらの電極５０１〜５０３にそれぞれ電気接続される電極パターン５０１ａ〜５０３ａが設けられることにより電極層５０４に電極系が形成されている。また、作用極５０１および対極５０２上には反応層が設けられており、作用極５０１および対極５０２と検知用電極５０３とは、それぞれバイオセンサ５００に形成されたキャビティ５０７に露出するように電極層５０４に設けられている。
【０００５】
したがって、液体から成る試料がキャビティ５０７に試料導入口から供給されると、キャビティ５０７に露出する各電極５０１〜５０３と反応層とが試料に接触すると共に、反応層は試料に溶解する。また、検知用電極５０３に試料が接触することにより、キャビティ５０７に試料が供給されたことが検知される。
【０００６】
また、作用極５０１および対極５０２上に設けられた反応層には、試料に含まれるグルコースに特異的に反応するグルコースオキシダーゼと、メディエータ（電子受容体）としてのフェリシアン化カリウムとが含まれている。そして、フェリシアン化カリウムが試料に溶解することによるフェリシアン化イオンは、グルコースオキシダーゼと反応してグルコースがグルコノラクトンに酸化される際に放出される電子により還元体であるフェロシアン化イオンに還元される。したがって、バイオセンサ５００に形成されたキャビティ５０７にグルコースを含む試料が試料導入口から供給されると、フェリシアン化イオンはグルコースが酸化されることにより放出される電子により還元されるため、試料に含まれて酵素反応により酸化されるグルコースの濃度に応じた量だけフェリシアン化イオンの還元体であるフェロシアン化イオンが生成される。
【０００７】
このよう構成されたバイオセンサ５００では、酵素反応の結果生じたメディエータの還元体を作用極５０１上で酸化することにより得られる酸化電流が試料中のグルコース濃度に依存した大きさとなるため、この酸化電流を計測することにより試料に含まれるグルコースの定量を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−３２０３０４号公報（段落００１１〜００１７、図１など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、一般的に、反応層は次のようにして形成される。すなわち、反応層は、電極層５０４にスペーサ層５０５が積層されて形成されるキャビティ５０７に、酵素やメディエータが溶解した試薬を滴下することにより形成される。ところが、このようにして反応層が形成された場合、滴下された試薬がキャビティ５０７内において乾燥する際に、試薬に含まれる酵素やメディエータがキャビティ５０７の端部に偏析するおそれがある。酵素やメディエータがキャビティ５０７の端部に偏析して反応層が形成されると、キャビティ５０７に血液などの試料が供給された際に、反応層に含まれる酵素やメディエータが供給された試料に均一に溶解しないため、バイオセンサ５００を用いた測定対象物質の定量精度が劣化する。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、酵素およびメディエータがキャビティの端部に偏析することなく反応層を形成することができる技術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】
【００１１】
上記した目的を達成するために、本発明のバイオセンサの製造方法は、絶縁性基板の一方面に作用極および対極を含む電極系が設けられた電極層と、スリットが形成されて、前記スリットが前記作用極および前記対極の先端側に配置されて前記電極層の前記一方面に積層されるスペーサ層と、前記電極層および前記スリットにより形成されて試料が供給されるキャビティと、前記キャビティに連通する空気穴が形成されて前記キャビティを被覆して前記スペーサ層に積層されるカバー層と、前記キャビティに露出する前記作用極および前記対極の先端側に設けられ、測定対象物質と反応する酵素およびメディエータを含む反応層とを備えるバイオセンサの製造方法において、所定のイオン性物質が電離することによるイオンと反応してゲル化するゲル化剤と、前記イオン性物質が溶解した試薬とを、前記キャビティ内において混合して前記反応層を形成することを特徴としている（請求項１）。
【００１２】
また、前記ゲル化剤が、カラギーナンまたはアルギン酸化合物であることを特徴としている（請求項２）。
【００１３】
また、前記反応層は、前記イオン性物質として機能する前記メディエータを含む前記試薬と前記ゲル化剤とを前記キャビティ内において混合してメディエータ層を形成するメディエータ層形成工程と、前記イオン性物質および前記酵素を含む前記試薬と前記ゲル化剤とを前記メディエータ層上で混合して酵素層を形成する酵素層形成工程とにより形成されることを特徴としている（請求項３）。
【００１４】
また、前記反応層は、前記イオン性物質および前記酵素を含む前記試薬と前記ゲル化剤とを前記キャビティ内において混合して酵素層を形成する酵素層形成工程と、前記イオン性物質として機能する前記メディエータを含む前記試薬と前記ゲル化剤とを前記酵素層上で混合してメディエータ層を形成するメディエータ層形成工程とにより形成されることを特徴としている（請求項４）。
【００１５】
また、前記イオン性物質が、フェリシアン化化合物、塩化ナトリウム、塩化カリウムおよび塩化カルシウムのいずれかであることを特徴としている（請求項５）。
【００１６】
また、本発明のバイオセンサは、絶縁性基板の一方面に作用極および対極を含む電極系が設けられた電極層と、スリットが形成されて、前記スリットが前記作用極および前記対極の先端側に配置されて前記電極層の前記一方面に積層されるスペーサ層と、前記電極層および前記スリットにより形成されて試料が供給されるキャビティと、前記キャビティに連通する空気穴が形成されて前記キャビティを被覆して前記スペーサ層に積層されるカバー層と、前記キャビティに露出する前記作用極および前記対極の先端側に設けられ、測定対象物質と反応する酵素およびメディエータを含む反応層とを備えるバイオセンサにおいて、前記反応層は、所定のイオン性物質が電離することによるイオンと反応してゲル化するゲル化剤と、前記イオン性物質が溶解した試薬とが、前記キャビティ内において混合されて形成されていることを特徴としている（請求項６）。
【００１７】
また、前記反応層は、前記イオン性物質として機能する前記メディエータを含む前記試薬と前記ゲル化剤とが混合されて形成されたメディエータ層と、前記イオン性物質および前記酵素を含む前記試薬と前記ゲル化剤とが混合されて形成された酵素層とを備えていることを特徴としている（請求項７）。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１，６の発明によれば、キャビティに露出する作用極および対極の先端側に設けられ、測定対象物質と反応する酵素およびメディエータを含む反応層は、所定のイオン性物質が電離することによるイオンと反応してゲル化するゲル化剤と、イオン性物質が溶解した試薬とが、キャビティ内において混合されることによりゲル化されて形成される。したがって、反応層がゲル化されているため、反応層に含まれる酵素およびメディエータの反応層内における分散状態が固定されると共に、ゲル化されたときの反応層の形状が維持されるので、例えば、ゲル化された反応層が乾燥する際に、酵素およびメディエータがキャビティの端部に偏析することを防止することができ、酵素およびメディエータが均一に分散した状態の反応層を形成することができる。
【００１９】
また、酵素およびメディエータが反応層に均一に分散しているため、反応層がキャビティに供給された試料に溶解する際に、酵素およびメディエータが試料に均一に溶解するので、バイオセンサを用いた測定対象物質の定量精度の向上を図ることができる。
【００２０】
また、反応層を形成する際に、ゲル化剤と、イオン性物質が溶解した試薬とを、個別にキャビティに滴下するだけでよく、従来の反応層の形成方法とほぼ同様の方法で反応層を形成することができるので、非常に実用的である。
【００２１】
請求項２の発明によれば、カラギーナンまたはアルギン酸化合物によりゲル化剤を構成することにより実用的な構成でバイオセンサを製造することができる。
【００２２】
請求項３，４，７の発明によれば、反応層は、イオン性物質として機能するメディエータを含む試薬とゲル化剤とが混合されて形成されたメディエータ層と、イオン性物質および酵素を含む試薬とゲル化剤とが混合されて形成された酵素層とが分離された状態で形成されるので、バイオセンサの保管状態において、反応層に含まれる酵素とメディエータとが反応するのを防止することができる。したがって、バイオセンサの保管状態において、酵素およびメディエータが反応することにより反応層に含まれる酵素およびメディエータが減少して、キャビティに試料が供給されたときに、試料に含まれる測定対象物質と酸化還元反応する酵素およびメディエータの量が減少するのを防止することができるので、バイオセンサを用いた測定対象物質の定量精度が劣化するのを抑制することができる。
【００２３】
請求項５の発明によれば、フェリシアン化化合物、塩化ナトリウム、塩化カリウムおよび塩化カルシウムのいずれかからなるイオン性物質が電離することによるカチオンにより、ゲル化剤を確実にゲル化することができるので実用的である。
【００２４】
また、ゲル化剤をゲル化するイオン性物質としてフェリシアン化化合物を採用した場合、フェリシアン化化合物は、メディエータとして機能するため、メディエータおよびイオン性物質を同一の物質で構成することができるので、バイオセンサの製造コストの低減を図ることができる。
【００２５】
また、ゲル化剤をゲル化するイオン性物質として酸化カルシウムを採用した場合、酸化カルシウムが試料に電離することによる２価のカチオンによりゲル化剤を確実にゲル化することができるので実用的である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態にかかるバイオセンサを示す図であって、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は斜視図である。
【図２】図１のバイオセンサのキャビティ部分の横断面図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるバイオセンサの製造方法を示す図であって、（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ異なる工程を示す。
【図４】従来のバイオセンサを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の一実施形態にかかるバイオセンサおよびこのバイオセンサの製造方法について図１〜図３を参照して説明する。
【００２８】
図１は本発明の一実施形態にかかるバイオセンサを示す図であって、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は斜視図である。図２は図１のバイオセンサのキャビティ部分の横断面図である。図３は本発明の一実施形態にかかるバイオセンサの製造方法を示す図であって、（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ異なる工程を示す。
【００２９】
この発明のバイオセンサ１００は、作用極１０１および対極１０２を含む電極系と、メディエータおよび測定対象物質と反応する酵素を含む反応層１０６とを有し、測定器（図示省略）に装着されて使用されるものである。すなわち、測定器に装着されたバイオセンサ１００の先端側に設けられたキャビティ１０３に供給された血液などの試料に含まれるグルコースなどの測定対象物質と、バイオセンサ１００に設けられた反応層１０６とが反応することで生成される還元物質を、作用極１０１と対極１０２との間に電圧を印加して酸化することにより得られる酸化電流を計測することで、試料に含まれる測定対象物質の定量が行われる。
【００３０】
すなわち、バイオセンサ１００は、図１および図２に示すように、それぞれ、セラミック、ガラス、プラスチック、紙、生分解性材料、ポリエチレンテレフタレートなどの絶縁性材料により形成された、作用極１０１および対極１０２を含む電極系が設けられた電極層１１０と、キャビティ１０３に連通する空気穴１０５が形成されたカバー層１３０と、キャビティ１０３を形成するためのスリット１０４が形成され、電極層１１０およびカバー層１３０に挟まれて配置されるスペーサ層１２０とが、試料導入口１０３ａが設けられる先端側が揃った状態で積層されて接着されることにより形成される。また、作用極１０１および対極１０２上には、試料に含まれるグルコースなどの測定対象物質と反応する酵素を含む反応層１０６が設けられている。そして、後端側から測定器２の所定の挿入口に挿入されて装着されることで、バイオセンサ１００は測定器２に装着される。
【００３１】
この実施形態では、電極層１１０は、ポリエチレンテレフタレートなどの絶縁性材料から成る絶縁性基板により形成される。また、電極層１１０を形成する絶縁性基板の一方面に、白金、金、パラジウムなどの貴金属やカーボン、銅、アルミニウム、チタン、ＩＴＯ、ＺｎＯなどの導電性物質から成る導電層が、スクリーン印刷やスパッタリング蒸着法により形成されている。そして、絶縁性基板の一方面に形成された導電層に、レーザ加工やフォトリソグラフィによるパターン形成が施されることにより、作用極１０１および対極１０２と、バイオセンサセンサチップ１００が測定器に装着されたときに、作用極１０１および対極１０２のそれぞれと測定器とを電気的に接続する電極パターン１０１ａ，１０２ａとを含む電極系が形成される。
【００３２】
また、作用極１０１および対極１０２は、それぞれの先端側が、キャビティ１０３に露出するように配置される。また、作用極１０１および対極１０２のそれぞれの後端側の電極パターン１０１ａ，１０２ａは、試料導入口１０３ａと反対側の電極層１１０の端縁であって、スペーサ層１２０が積層されない電極層１１０の端縁まで延伸されて形成される。
【００３３】
次に、上記したようにして形成された電極層１１０にスペーサ層１２０が積層される。スペーサ層１２０は、ポリエチレンテレフタレートなどの絶縁性材料から成る基板により形成され、基板の先端縁部のほぼ中央にキャビティ１０３を形成するためのスリット１０４が形成されている。そして、スリット１０４が、作用極１０１および対極１０２の先端側に配置されて、スペーサ層１２０が電極層１１０の一方面を部分的に被覆して積層されることにより、電極層１１０およびスリット１０４により試料が供給されるキャビティ１０３が形成される。
【００３４】
続いて、電極層１１０にスペーサ層１２０が積層されて形成されるキャビティ１０３部分が、プラズマにより洗浄処理された後に、反応層１０６が形成される。なお、プラズマ洗浄工程において使用されるプラズマは、酸素プラズマ、窒素プラズマ、アルゴンプラズマなど、プラズマによる金属活性化処理において使用される種々のプラズマを使用することができ、減圧プラズマであっても大気圧プラズマであってもよい。
【００３５】
図３（ａ）〜（ｅ）に示すように、反応層１０６は、カバー層１３０がスペーサ層１２０に積層される前に、キャビティ１０３に露出する作用極１０１および対極１０２の先端側に、所定のイオン性物質が電離することによるイオンと反応してゲル化するゲル化剤２０１と、ゲル化剤をゲル化するイオン性物質およびカルボキシメチルセルロースやゼラチンなどの増粘剤、酵素、メディエータ、アミノ酸や有機酸などの添加物を含有する試薬２０２，２０３を滴下して混合することにより形成される。また、キャビティ１０４への血液などの試料の供給を円滑にするために、界面活性剤やリン脂質などの親水化剤がキャビティ１０４内壁に塗布される。
【００３６】
具体的には、反応層１０６は、イオン性物質として機能するメディエータを少なくとも含む試薬２０２とゲル化剤２０１とが混合されて形成されたメディエータ層１０７と、イオン性物質および酵素を少なくとも含む試薬２０３とゲル化剤２０１とが混合されて形成された酵素層１０８とを備え、次のようにして形成される。
【００３７】
すなわち、図３（ａ）に示すように、カラギーナンまたはアルギン酸化合物を含むゲル化剤２０１が滴下装置２００からキャビティ１０３に所定量滴下される。次に、図３（ｂ）に示すように、ゲル化剤２０１をゲル化するイオン性物質として機能する、例えば、フェリシアン化化合物から成るメディエータを少なくとも含む試薬２０２が、滴下装置２００からキャビティ１０３に所定量滴下されることにより、ゲル化剤２０１および試薬２０２がキャビティ１０３内において混合されてメディエータ層１０７が形成される（メディエータ層形成工程）。
【００３８】
続いて、図３（ｃ）に示すように、ゲル化剤２０１が滴下装置２００からキャビティ１０３に所定量滴下される。そして、図３（ｄ）に示すように、塩化ナトリウムや塩化カリウム、塩化カルシウムなどのイオン性物質および酵素を少なくとも含む試薬２０３が、滴下装置２００からキャビティ１０３に所定量滴下されることにより、ゲル化剤２０１および試薬２０３がメディエータ層１０７上で混合されて酵素層１０８が形成されることにより、反応層１０６が形成される（図３（ｅ）、酵素層形成工程）。
【００３９】
なお、上記した例では、メディエータ層１０７がキャビティ１０３に形成された後に、メディエータ層１０７上に酵素層１０８が形成されるが、酵素層１０８がキャビティ１０３に形成された後に、酵素層１０８上にメディエータ層１０７が形成されてもよい。また、上記した例では、ゲル化剤２０１がキャビティ１０３に滴下された後に、ゲル化剤２０１をゲル化するイオン性物質を含む試薬２０２，２０３がキャビティ１０３に滴下されているが、イオン性物質を含む２０２，２０３がキャビティ１０３に滴下された後に、ゲル化剤２０１がキャビティ１０３に滴下されてもよい。
【００４０】
また、酵素としては、グルコースオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ、ザルコシンオキシダーゼ、フルクトシルアミンオキシダーゼ、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、ヒドロキシ酪酸デヒドロゲナーゼ、コレステロールエステラーゼ、クレアチニナーゼ、クレアチナーゼ、DNAポリメラーゼなどを用いることができ、これらの酵素を検出したい測定対象物質に応じて選択することで種々のセンサを形成することができる。
【００４１】
例えば、グルコースオキシダーゼまたはグルコースデヒドロゲナーゼを用いれば血液試料中のグルコースを検出するグルコースセンサを形成でき、アルコールオキシダーゼまたはアルコールデヒドロゲナーゼを用いれば血液試料中のエタノールを検出するアルコールセンサを形成でき、乳酸オキシダーゼを用いれば血液試料中の乳酸を検出する乳酸センサを形成でき、コレステロールエステラーゼとコレステロールオキシダーゼとの混合物を用いれば総コレステロールセンサを形成できる。
【００４２】
また、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、フェロセン誘導体、ベンゾキノン、キノン誘導体、オスミウム錯体、ルテニウム錯体などを用いることができる。
【００４３】
また、増粘剤としては、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、ポリエチレンイミン DEAEセルロース ジメチルアミノエチルデキストラン デキストランなどを用いることができる。親水化剤としては、ＴｒｉｔｏｎＸ１００（シグマアルドリッチ社製）、Ｔｗｅｅｎ２０（東京化成工業社製）、ビス（２−エチルヘキシル）スルホコハク酸ナトリウムなどの界面活性剤、レシチンなどのリン脂質を用いることができる。
【００４４】
また、試料に含まれるイオン濃度のばらつきを低減するために、リン酸などの緩衝剤を設けてもよい。
【００４５】
次に、反応層１０６がキャビティ１０３に形成された後に、ポリエチレンテレフタレートなどの絶縁性材料から成る基板により形成されたカバー層１３０が、スペーサ層１２０に積層されることにより、バイオセンサ１００が形成される。図１（ａ），（ｂ）に示すように、カバー層１３０には、スペーサ層１２０に積層されたときにキャビティ１０３と連通する空気穴１０５が形成されており、カバー層１３０は、キャビティ１０３を被覆してスペーサ層１２０に積層される。
【００４６】
なお、この実施形態では、バイオセンサ１００は、血液中のグルコースの定量を行うことを目的に形成されており、測定対象物質としてのグルコースと特異的に反応する酵素としてＦＡＤ（フラビンアデニンジヌクレオチド）を補酵素とするＧＤＨ（グルコースデヒドロゲナーゼ）（以下、ＦＡＤ−ＧＤＨと表記する）を含み、測定対象物であるグルコースとＦＡＤ−ＧＤＨとの反応により生成される電子により還元されて還元物質と成るメディエータとしてフェリシアン化カリウムを含む反応層１０６がキャビティ１０３に露出する作用極１０１および対極１０２の先端側に設けられている。
【００４７】
このように構成されたバイオセンサ１００では、先端の試料導入口１０３ａに血液から成る試料を接触させることにより、毛細管現象により試料が空気穴１０５に向かって吸引されてキャビティ１０３に試料が供給される。そして、キャビティ１０３に供給された試料に反応層１０６が溶解することにより、試料中の測定対象物質であるグルコースとＦＡＤ−ＧＤＨとの酵素反応により電子が放出され、放出された電子によりフェリシアン化イオンが還元されて還元物質であるフェロシアン化イオンが生成される。そして、反応層１０６が試料に溶解することによる酸化還元反応により生成された還元物質を、バイオセンサ１００の作用極１０１と対極１０２との間に電圧を印加して電気化学的に酸化することにより、作用極１０１と対極１０２との間に流れる酸化電流を計測することで試料中のグルコースの定量が測定器において行われる。
【００４８】
以上のように、この実施形態によれば、キャビティ１０３に露出する作用極１０１および対極１０２の先端側に設けられ、測定対象物質と反応する酵素およびメディエータを含む反応層１０６は、所定のイオン性物質が電離することによるイオンと反応してゲル化するゲル化剤２０１と、イオン性物質が溶解した試薬２０２，２０３とが、キャビティ１０３内において混合されることによりゲル化されて形成される。
【００４９】
したがって、反応層１０６がゲル化されているため、反応層１０６に含まれる酵素およびメディエータの反応層１０６内における分散状態が固定されると共に、ゲル化されたときの反応層１０６の形状が維持されるので、例えば、ゲル化された反応層１０６が乾燥する際に、酵素およびメディエータがキャビティ１０３の端部に偏析することを防止することができ、酵素およびメディエータが均一に分散した状態の反応層１０６を形成することができる。
【００５０】
また、酵素およびメディエータが反応層１０６に均一に分散しているため、反応層１０６がキャビティ１０３に供給された試料に溶解する際に、酵素およびメディエータが試料に均一に溶解するので、バイオセンサ１００を用いた測定対象物質の定量精度の向上を図ることができる。
【００５１】
また、酵素およびメディエータのキャビティ１０３内における偏析を防止するために、粘度の高い試薬２０２，２０３をキャビティ１０３に滴下する必要がない。そのため、粘度の低い試薬２０２，２０３をキャビティ１０３に滴下することで、試薬２０２，２０３のキャビティ１０３への滴下量のばらつきを低減することができるので、反応層１０６に含まれる酵素およびメディエータの量が、バイオセンサ１００ごとにばらつくのを低減することできる。したがって、バイオセンサ１００を用いた測定対象物質の定量精度の向上を図ることができる。
【００５２】
また、反応層１０６を形成する際に、ゲル化剤とイオン性物質が溶解した試薬とを、個別にキャビティ１０３に滴下するだけでよく、従来の反応層１０６の形成方法とほぼ同様の方法で反応層１０６を形成することができるので、非常に実用的である。
【００５３】
また、カラギーナンまたはアルギン酸化合物によりゲル化剤を構成することにより実用的な構成でバイオセンサを製造することができる。
【００５４】
また、反応層１０６は、イオン性物質として機能するメディエータを含む試薬２０２とゲル化剤２０１とが混合されて形成されたメディエータ層１０７と、イオン性物質および酵素を含む試薬２０３とゲル化剤２０１とが混合されて形成された酵素層１０８とが分離された状態で形成されるので、バイオセンサ１００の保管状態において、反応層１０６に含まれる酵素とメディエータとが反応するのを防止することができる。したがって、バイオセンサ１００の保管状態において、酵素およびメディエータが反応することにより反応層１０６に含まれる酵素およびメディエータが減少して、キャビティ１０３に試料が供給されたときに、反応層１０６において、試料に含まれる測定対象物質と酸化還元反応する酵素およびメディエータの量が減少するのを防止することができるので、バイオセンサ１００を用いた測定対象物質の定量精度が劣化するのを抑制することができる。
【００５５】
また、フェリシアン化化合物、塩化ナトリウム、塩化カリウムおよび塩化カルシウムのいずれかからなるイオン性物質が電離することによるカチオンにより、ゲル化剤を確実にゲル化することができるので実用的である。
【００５６】
また、ゲル化剤をゲル化するイオン性物質としてフェリシアン化化合物を採用した場合、フェリシアン化化合物は、メディエータとして機能するため、メディエータおよびイオン性物質を同一の物質で構成することができるので、バイオセンサ１００の製造コストの低減を図ることができる。
【００５７】
また、ゲル化剤をゲル化するイオン性物質として酸化カルシウムを採用した場合、酸化カルシウムが試料に電離することによる２価のカチオンによりゲル化剤を確実にゲル化することができるので実用的である。
【００５８】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、上記したもの以外に種々の変更を行なうことが可能であり、例えば、上記したバイオセンサ１００の反応層１０６に含まれる酵素およびメディエータの組合せを変更することによりエタノールセンサや乳酸センサなどを形成してもよい。
【００５９】
また、上記した実施形態では、バイオセンサ１００は、作用極１０１および対極１０２を有する二極電極構造に形成されているが、参照極をさらに設けることによりバイオセンサ１００を三極電極構造に形成してもよい。この場合、対極１０２を接地して電圧出力部により参照極に参照電位を印加した状態で、作用極１０１に対極１０２を基準とする所定電位を印加すればよい。
【００６０】
また、上記した実施形態では、作用極１０１と対極１０２との間に所定電圧を印加することにより、作用極１０１と対極１０２との間に流れる電流を監視することで、キャビティ１０３に血液試料が供給されたことが検出されるが、キャビティ１０３に試料が供給されたことを検知するための検知用電極をさらに設けてもよい。この場合、対極１０２と検知用電極との間に所定電圧を印加することにより、対極１０２と検知用電極との間に流れる電流を監視することで、キャビティ１０３に試料が供給されたことを検出すればよい。
【００６１】
また、バイオセンサ１００を形成する電極層１１０、スペーサ層１２０およびカバー層１３０のうち、少なくともカバー層１３０は、キャビティ１０３に血液試料が供給されたことを視認できるように透明な部材で形成するのが望ましい。
【００６２】
また、本発明は、種々のバイオセンサの製造方法およびバイオセンサに適用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１００ バイオセンサ
１０１ 作用極
１０２ 対極
１０３ キャビティ
１０４ スリット
１０５ 空気穴
１０６ 反応層
１０７ メディエータ層
１０８ 酵素層
１１０ 電極層
１２０ スペーサ層
１３０ カバー層
２０１ ゲル化剤
２０２，２０３ 試薬
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板の一方面に作用極および対極を含む電極系が設けられた電極層と、
スリットが形成されて、前記スリットが前記作用極および前記対極の先端側に配置されて前記電極層の前記一方面に積層されるスペーサ層と、
前記電極層および前記スリットにより形成されて試料が供給されるキャビティと、
前記キャビティに連通する空気穴が形成されて前記キャビティを被覆して前記スペーサ層に積層されるカバー層と、
前記キャビティに露出する前記作用極および前記対極の先端側に設けられ、測定対象物質と反応する酵素およびメディエータを含む反応層とを備えるバイオセンサの製造方法において、
所定のイオン性物質が電離することによるイオンと反応してゲル化するゲル化剤と、前記イオン性物質が溶解した試薬とを、前記キャビティ内において混合して前記反応層を形成する
ことを特徴とするバイオセンサの製造方法。
【請求項２】
前記ゲル化剤が、カラギーナンまたはアルギン酸化合物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の製造方法。
【請求項３】
前記反応層は、
前記イオン性物質として機能する前記メディエータを含む前記試薬と前記ゲル化剤とを前記キャビティ内において混合してメディエータ層を形成するメディエータ層形成工程と、
前記イオン性物質および前記酵素を含む前記試薬と前記ゲル化剤とを前記メディエータ層上で混合して酵素層を形成する酵素層形成工程とにより形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のバイオセンサの製造方法。
【請求項４】
前記反応層は、
前記イオン性物質および前記酵素を含む前記試薬と前記ゲル化剤とを前記キャビティ内において混合して酵素層を形成する酵素層形成工程と、
前記イオン性物質として機能する前記メディエータを含む前記試薬と前記ゲル化剤とを前記酵素層上で混合してメディエータ層を形成するメディエータ層形成工程とにより形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のバイオセンサの製造方法。
【請求項５】
前記イオン性物質が、フェリシアン化化合物、塩化ナトリウム、塩化カリウムおよび塩化カルシウムのいずれかであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のバイオセンサの製造方法。
【請求項６】
絶縁性基板の一方面に作用極および対極を含む電極系が設けられた電極層と、
スリットが形成されて、前記スリットが前記作用極および前記対極の先端側に配置されて前記電極層の前記一方面に積層されるスペーサ層と、
前記電極層および前記スリットにより形成されて試料が供給されるキャビティと、
前記キャビティに連通する空気穴が形成されて前記キャビティを被覆して前記スペーサ層に積層されるカバー層と、
前記キャビティに露出する前記作用極および前記対極の先端側に設けられ、測定対象物質と反応する酵素およびメディエータを含む反応層とを備えるバイオセンサにおいて、
前記反応層は、
所定のイオン性物質が電離することによるイオンと反応してゲル化するゲル化剤と、前記イオン性物質が溶解した試薬とが、前記キャビティ内において混合されて形成されている
ことを特徴とするバイオセンサ。
【請求項７】
前記反応層は、
前記イオン性物質として機能する前記メディエータを含む前記試薬と前記ゲル化剤とが混合されて形成されたメディエータ層と、
前記イオン性物質および前記酵素を含む前記試薬と前記ゲル化剤とが混合されて形成された酵素層と
を備えていることを特徴とする請求項６に記載のバイオセンサ。
【請求項１】
絶縁性基板の一方面に作用極および対極を含む電極系が設けられた電極層と、
スリットが形成されて、前記スリットが前記作用極および前記対極の先端側に配置されて前記電極層の前記一方面に積層されるスペーサ層と、
前記電極層および前記スリットにより形成されて試料が供給されるキャビティと、
前記キャビティに連通する空気穴が形成されて前記キャビティを被覆して前記スペーサ層に積層されるカバー層と、
前記キャビティに露出する前記作用極および前記対極の先端側に設けられ、測定対象物質と反応する酵素およびメディエータを含む反応層とを備えるバイオセンサの製造方法において、
所定のイオン性物質が電離することによるイオンと反応してゲル化するゲル化剤と、前記イオン性物質が溶解した試薬とを、前記キャビティ内において混合して前記反応層を形成する
ことを特徴とするバイオセンサの製造方法。
【請求項２】
前記ゲル化剤が、カラギーナンまたはアルギン酸化合物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の製造方法。
【請求項３】
前記反応層は、
前記イオン性物質として機能する前記メディエータを含む前記試薬と前記ゲル化剤とを前記キャビティ内において混合してメディエータ層を形成するメディエータ層形成工程と、
前記イオン性物質および前記酵素を含む前記試薬と前記ゲル化剤とを前記メディエータ層上で混合して酵素層を形成する酵素層形成工程とにより形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のバイオセンサの製造方法。
【請求項４】
前記反応層は、
前記イオン性物質および前記酵素を含む前記試薬と前記ゲル化剤とを前記キャビティ内において混合して酵素層を形成する酵素層形成工程と、
前記イオン性物質として機能する前記メディエータを含む前記試薬と前記ゲル化剤とを前記酵素層上で混合してメディエータ層を形成するメディエータ層形成工程とにより形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のバイオセンサの製造方法。
【請求項５】
前記イオン性物質が、フェリシアン化化合物、塩化ナトリウム、塩化カリウムおよび塩化カルシウムのいずれかであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のバイオセンサの製造方法。
【請求項６】
絶縁性基板の一方面に作用極および対極を含む電極系が設けられた電極層と、
スリットが形成されて、前記スリットが前記作用極および前記対極の先端側に配置されて前記電極層の前記一方面に積層されるスペーサ層と、
前記電極層および前記スリットにより形成されて試料が供給されるキャビティと、
前記キャビティに連通する空気穴が形成されて前記キャビティを被覆して前記スペーサ層に積層されるカバー層と、
前記キャビティに露出する前記作用極および前記対極の先端側に設けられ、測定対象物質と反応する酵素およびメディエータを含む反応層とを備えるバイオセンサにおいて、
前記反応層は、
所定のイオン性物質が電離することによるイオンと反応してゲル化するゲル化剤と、前記イオン性物質が溶解した試薬とが、前記キャビティ内において混合されて形成されている
ことを特徴とするバイオセンサ。
【請求項７】
前記反応層は、
前記イオン性物質として機能する前記メディエータを含む前記試薬と前記ゲル化剤とが混合されて形成されたメディエータ層と、
前記イオン性物質および前記酵素を含む前記試薬と前記ゲル化剤とが混合されて形成された酵素層と
を備えていることを特徴とする請求項６に記載のバイオセンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−１０８７９１（Ｐ２０１３−１０８７９１Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５２７６６（Ｐ２０１１−２５２７６６）
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
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