電気化学計測チップ用電極装置
【課題】液体試料に対しても高感度で且つ信頼性の高い測定を行うことができると共に同時多点測定および使い捨てに適した電気化学計測チップ用電極装置を提供する。
【解決手段】絶縁性を有する絶縁シート１２に導電性を有する複数の電極部材１３が厚さ方向に貫通して保持され、絶縁シート１２の表面１２ａに複数の電極部材１３に対応して測定対象物をトラップするための複数の凹部１２ｃが形成され、電極部材１３の一端部１３ａが凹部１２ｃの底部に露出して、この一端部１３ａに測定対象物を含む液体試料Ｓが接触し、絶縁シート１２の裏面１２ｂより外方へ突出形成された電極部材１３の他端部１３ｂはトランスデューサ２１の電極２２に接触して電気的に接続される。
【解決手段】絶縁性を有する絶縁シート１２に導電性を有する複数の電極部材１３が厚さ方向に貫通して保持され、絶縁シート１２の表面１２ａに複数の電極部材１３に対応して測定対象物をトラップするための複数の凹部１２ｃが形成され、電極部材１３の一端部１３ａが凹部１２ｃの底部に露出して、この一端部１３ａに測定対象物を含む液体試料Ｓが接触し、絶縁シート１２の裏面１２ｂより外方へ突出形成された電極部材１３の他端部１３ｂはトランスデューサ２１の電極２２に接触して電気的に接続される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気化学計測チップ用電極装置に係り、特に、ＤＮＡ、タンパク質、抗体、細胞、微生物等の生体由来物質、化学物質等の測定対象物を電気化学的手法により高感度に検出するためのトランスデューサの電極に測定対象物を接続する使い捨ての電極装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療、食品、環境分野において、サンプル中の微量な測定対象物を電気化学計測チップにより高感度に検出する技術が広く知られている。一般的に、電気化学計測チップは、サンプル中の測定対象物と選択的に相互作用する生体由来物質、化学物質等からなる分子認識素子によって修飾された電極を有している。この電極にサンプルを接触させたときに、サンプル中に分子認識素子と相互作用する物質が含まれていれば、相互作用による効果を電気化学的手法により電流値の変化等で高感度に検出することができる。
【０００３】
近年急速に進歩した遺伝子解析の分野においても、例えば特許文献１に記載される技術により電気化学的手法を用いたＤＮＡ配列の決定が試みられている。この方法では、測定対象のＤＮＡを一本鎖に変性したものと既知の塩基配列を有する一本鎖ＤＮＡ（プローブＤＮＡ）とをハイブリダイゼーションにより二本鎖ＤＮＡとした後、二本鎖ＤＮＡと特異的に結合し且つ酸化還元反応に対して可逆的な挿入剤を混入することで、測定対象のＤＮＡがプローブＤＮＡと相補的に結合し得る配列を有するＤＮＡであるか否かを高感度に判断することが可能となる。
【０００４】
電気化学計測チップには、サンプルとの接触を行うために、例えば特許文献２に記載されるような平面電極型の電極装置が広く利用されている。この電極装置は、図１５に示されるように、絶縁体基板１上に導電性材料からなる平面電極２が形成されたもので、平面電極２上にサンプルが配置され、平面電極２の電位が導電パターン３により引き出される。平面電極２および導電パターン３を印刷等の手法を用いて形成することができ、製造コストが低減されるため、使い捨ての電気化学計測チップ用電極装置として好適である。
【０００５】
また、特許文献３に示されるように、集積回路チップの表面に形成された電極を用いて電気化学計測を行うことも知られている。図１６に示されるように、集積回路チップ４の表面上に電極５が形成され、この電極５の上にサンプル６が配置される。この場合、集積回路チップ４に、微弱な電流を増幅するための回路を集積形成することも可能であるため、高感度の測定が期待される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２５７３４４３号公報
【特許文献２】特開２００７−２７８９８１号公報
【特許文献３】特表２００３−５３２０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に示されるような電極装置では、サンプルに接触する平面電極２の電位を導電パターン３により引き出しているため、導電経路が長くなり、電磁ノイズ等の影響を受けやすく、感度が低下するおそれがある。また、絶縁体基板１上に平面的に平面電極２および導電パターン３が形成されるため、電極装置のサイズが大きくなり、同時多点測定を行おうとする場合に測定デバイスが大型化するという問題があった。
【０００８】
一方、特許文献３に記載されたような集積回路チップ４においては、サンプル６が生体由来物質等を含む液体試料である場合に、集積回路チップ４の表面を覆う絶縁層被膜の微細なクラック等を通してサンプル６が集積回路チップ４内に浸透し、回路の電気的短絡を引き起こして測定の信頼性を低下させるおそれがある。さらに、電極５が高価な集積回路チップ４の表面上に固着されているため、電極５を集積回路チップ４と共に使い捨てにすることは難しく、また、電極５のみを集積回路チップ４から離して使い捨てにすることもできないという問題がある。
【０００９】
この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、液体試料に対しても高感度で且つ信頼性の高い測定を行うことができると共に同時多点測定および使い捨てに適した電気化学計測チップ用電極装置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】
【００１０】
この発明に係る電気化学計測チップ用電極装置は、トランスデューサの表面上に形成された複数の電極に測定対象物を電気的に接続するための電気化学計測チップ用電極装置であって、絶縁性を有し且つ互いに反対方向を向いた表面および裏面を有する絶縁シートと、それぞれ導電性を有し且つ絶縁シートを厚さ方向に貫通した部分で絶縁シートに保持され、絶縁シートの表面側に位置する一端部に測定対象物が接続され、絶縁シートの裏面側に位置する他端部にトランスデューサの電極が接続される複数の電極部材とを備え、絶縁シートの表面に複数の電極部材に対応して測定対象物をトラップするための複数の凹部が形成され、複数の電極部材の一端部が凹部の底部に露出しているものである。
【００１１】
絶縁シートの凹部は、絶縁シートの表面における開口径よりも底部の径の方が大きい逆テーパ形状を有することが好ましい。
好ましくは、複数の電極部材は、それぞれ前記他端部が絶縁シートの裏面より突出している。
複数の電極部材の少なくとも突出部が弾性を有する、あるいは、絶縁シートが弾性を有することが好ましい。絶縁シートが弾性を有する場合には、絶縁シートの裏面に粘着性を持たせることもできる。
測定対象物を含む液体試料が絶縁シートの裏面側に漏出しないように、複数の電極部材が絶縁シートに密着していることが好ましい。
好ましくは、絶縁シートの表面上の周縁部に立設された液溜りをさらに備えている。
また、絶縁シートの裏面上の周縁部に接合された剛性を有するフレームをさらに備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、絶縁シートを厚さ方向に貫通する部分に電極部材を備え、絶縁シートの表面に複数の電極部材に対応して測定対象物をトラップするための複数の凹部が形成され、複数の電極部材の一端部が凹部の底部に露出して、この一端部に測定対象物が接続され、他端部にトランスデューサの電極が接続されるので、液体試料に対しても高感度で且つ信頼性の高い測定を行うことができると共に同時多点測定および使い捨てに適した電気化学計測チップ用電極装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電気化学計測チップ用電極装置を示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係る電気化学計測チップ用電極装置を示す斜視図である。
【図３】実施の形態１に係る電気化学計測チップ用電極装置を用いた電気化学計測チップを示す断面図である。
【図４】実施の形態１における絶縁シートを製造するための金型を示す断面図である。
【図５】実施の形態１における絶縁シートを示す断面図である。
【図６】実施の形態１における絶縁シートに金型を嵌合させた状態を示す断面図である。
【図７】電極部材の形成方法を段階的に示す断面図である。
【図８】電極部材の形成が完了した状態を示す断面図である。
【図９】電極部材が形成された実施の形態１における絶縁シートを示す断面図である。
【図１０】電極部材が形成された絶縁シートの断面写真を示す図である。
【図１１】実施の形態２に係る電気化学計測チップ用電極装置を示す断面図である。
【図１２】実施の形態２に係る電気化学計測チップ用電極装置を示す斜視図である。
【図１３】実施の形態２に係る電気化学計測チップ用電極装置をトランスデューサに取り付ける様子を示す斜視図である。
【図１４】実施の形態２に係る電気化学計測チップ用電極装置を用いた電気化学計測チップを示す斜視図である。
【図１５】従来の電気化学計測チップ用電極装置を示す斜視図である。
【図１６】従来の他の電気化学計測チップを示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に、この発明の実施の形態１に係る電気化学計測チップ用電極装置１１の構成を示す。電気化学計測チップ用電極装置１１は、絶縁シート１２と、この絶縁シート１２に所定のピッチでマトリクス状に分布配置された複数の電極部材１３を有している。絶縁シート１２は、絶縁性材料から形成され、互いに反対方向を向いた表面１２ａと裏面１２ｂを有している。各電極部材１３は、導電性材料から形成され、絶縁シート１２を厚さ方向に貫通した状態で絶縁シート１２に保持されている。絶縁シート１２の表面１２ａには、複数の電極部材１３に対応して複数の凹部１２ｃが形成されており、各電極部材１３の一端部１３ａが対応する凹部１２ｃの底部に露出している。この絶縁シート１２の凹部１２ｃは、測定対象物をトラップするためのものであり、絶縁シート１２の表面１２ａにおける開口径よりも底部の径の方が大きい逆テーパ形状を有している。また、各電極部材１３の他端部１３ｂは絶縁シート１２の裏面１２ｂより外方へ突出形成されている。
【００１５】
さらに、絶縁シート１２の表面１２ａ上の周縁部には、環状の液溜り１５が立設されており、この液溜り１５により、図２に示されるように、絶縁シート１２の表面１２ａ側において複数の電極部材１３に対応する全ての凹部１２ｃが囲まれている。
【００１６】
このような構成を有する電気化学計測チップ用電極装置１１は、図３に示されるように、トランスデューサ２１の直上に配置されて使用される。
トランスデューサ２１は、ＬＳＩチップにより構成され、その表面上にマトリクス状に分布配置された複数の電極２２を有している。なお、これら複数の電極２２の配列ピッチは、上述した電気化学計測チップ用電極装置１１の複数の電極部材１３の所定のピッチと等しく、電気化学計測チップ用電極装置１１の複数の電極部材１３とトランスデューサ２１の複数の電極２２とが１：１に対応しているものとする。
【００１７】
電気化学計測チップ用電極装置１１の複数の電極部材１３の他端部１３ｂが、それぞれ対応するトランスデューサ２１の電極２２に接触して電気的に接続される。そして、電気化学計測チップ用電極装置１１の液溜り１５に測定対象物を含む液体試料Ｓが収容される。絶縁シート１２の凹部１２ｃの底部に露出している各電極部材１３の一端部１３ａは、液体試料Ｓ中の測定対象物と選択的に相互作用する生体由来物質等からなる分子認識素子によって予め修飾されており、液体試料Ｓ中の細胞等の測定対象物がこの分子認識素子と相互作用することにより電気化学的に生じる電流値の変化等が電極部材１３を介してトランスデューサ２１の電極２２に伝達され、トランスデューサ２１で液体試料Ｓ中の測定対象物を高感度に検出することができる。
【００１８】
このとき、各電極部材１３の一端部１３ａは絶縁シート１２の対応する凹部１２ｃの底部に露出しているので、液体試料Ｓ中の細胞等の測定対象物は、凹部１２ｃ内にトラップされて電極部材１３の一端部１３ａの直上に保持されやすく、測定対象物検出の信頼性が向上する。
また、各電極部材１３の一端部１３ａを分子認識素子で修飾する代わりに、分子認識素子により予め修飾されたビーズを各電極部材１３の一端部１３ａの表面上に保持させても、同様に測定対象物の検出が可能となるが、この場合にも、各電極部材１３に対応して絶縁シート１２に凹部１２ｃが形成されているため、分子認識素子で修飾されたビーズが電極部材１３の一端部１３ａの表面上に保持されやすく、高い信頼性をもって測定対象物の検出を行うことができる。
【００１９】
特に、この実施の形態１においては、各凹部１２ｃが、絶縁シート１２の表面１２ａにおける開口径よりも底部の径の方が大きい逆テーパ形状を有しているので、一旦凹部１２ｃ内に収容された細胞等の測定対象物、分子認識素子により修飾されたビーズ等が凹部１２ｃから外部へ出てしまうことが効果的に防止され、測定の信頼性がさらに向上することとなる。
【００２０】
なお、電気化学計測チップ用電極装置１１の絶縁シート１２の材料としては、シリコーンゴムを用いることができる。この他、アクリル、ポリカーボネート等の樹脂材料、ガラス、セラミックス等を使用することもできる。
電極部材１３は、導電性材料から形成されるが、例えば、Ａｇ等の導電性フィラーを含有するシリコーン系材料から形成することができる。また、導電性に優れた金属材料、例えば表面にＡｕメッキを施した金属材料から電極部材１３を形成してもよい。
【００２１】
ただし、絶縁シート１２に保持された複数の電極部材１３とトランスデューサ２１の複数の電極２２との間にそれぞれ良好な電気的接続を確立させるために、絶縁シート１２と電極部材１３の少なくとも一方は弾性を有することが望ましい。このようにすれば、製造時における複数の電極部材１３の他端部１３ｂの高さのバラツキおよびトランスデューサ２１の複数の電極２２表面の高さのバラツキを吸収してこれら両者間に良好な接続関係を形成することができ、より高精度で且つ信頼性の高い計測が可能となる。
【００２２】
なお、電極部材１３が弾性を有する場合には、電極部材１３の全体が弾性を有する必要はなく、トランスデューサ２１の電極２２に接触する電極部材１３の他端部１３ｂが少なくとも弾性を有していればよい。
また、絶縁シート１２が弾性を有する場合には、絶縁シート１２の裏面１２ｂが粘着性を有していれば、トランスデューサ２１の直上に配置された電気化学計測チップ用電極装置１１に上方から荷重を加えることにより絶縁シート１２の裏面１２ｂがトランスデューサ２１の表面に張りついて固定されるため、電極部材１３とトランスデューサ２１の電極２２との間の電気的接続の信頼性をさらに確保することができる。
【００２３】
また、液溜り１５に収容された液体試料Ｓが絶縁シート１２と電極部材１３との界面部分を介して絶縁シート１２の裏面１２ｂ側に漏出しないように、電極部材１３は絶縁シート１２に密着していることが望ましい。このために、例えば、シリコーンゴムからなる絶縁シート１２にシリコーン系材料を主とする電極部材１３を保持させる等、絶縁シート１２と電極部材１３に同種の材料成分を用いることは効果的である。
電極部材１３と絶縁シート１２との密着性は、これらの界面部分を介して液体試料Ｓが漏出あるいは浸透しなければ十分であり、ガスの流通が許容されていてもよい。電極部材１３と絶縁シート１２との間にわずかな隙間が形成されていても、これらの界面に液体試料Ｓに対する親和性が低い材質からなる被膜を形成したり、界面に微小な凹凸を形成して液体試料Ｓに対する濡れ性を低下させることにより、液体試料Ｓが漏出あるいは浸透し得ないような密着性を実現することができる。
【００２４】
なお、電極部材１３の形成材料によっては、電極部材１３の一端部１３ａと液体試料Ｓ中の測定対象物との化学的に安定した接触を行うために、絶縁シート１２の凹部１２ｃの底部に露出している各電極部材１３の一端部１３ａを、例えば、カーボンペーストの塗布により形成された生体適応被膜で覆うことが好ましい。この生体適応被膜は、化学的安定性を有するＡｕ、Ｐｔ等の金属を用いて形成することもできるが、電気化学計測チップ用電極装置１１を使い捨ての態様で用いる場合には、安価なカーボンペーストが適している。
【００２５】
このように、実施の形態１に係る電気化学計測チップ用電極装置１１は、トランスデューサ２１の直上に配置され、絶縁シート１２に保持された複数の電極部材１３をトランスデューサ２１の複数の電極２２に接触させることで、導電経路の短縮化を実現し、このため、電磁ノイズ等の影響が少なく、測定感度が犠牲になり難く、測定の高感度化を達成することができる。また、複数の電極部材１３がトランスデューサ２１の電極２２の位置に合わせてマトリクス状に分布配置されているので、同時多点測定を可能としながらも面方向のサイズが小さい測定デバイスが実現される。さらに、絶縁シート１２と電極部材１３が互いに密着しており、サンプルとして用いる電解質塩溶液等の液体試料Ｓがトランスデューサ２１と直接接触しないため、トランスデューサ２１内部の回路の短絡等を引き起こすことはなく、信頼性が向上する。
【００２６】
また、各電極部材１３の一端部１３ａが絶縁シート１２の対応する凹部１２ｃの底部に露出しているので、液体試料Ｓ中の細胞等の測定対象物、分子認識素子により予め修飾されたビーズ等を凹部１２ｃ内にトラップして電極部材１３の一端部１３ａの直上に保持しやすく、測定の信頼性がさらに向上する。
【００２７】
上述した電気化学計測チップ用電極装置１１は、次のようにして製造することができる。
まず、図４に示されるように、それぞれ絶縁シート１２を成形するための凸状構造を有するＳｉ製の第１の金型３１および第２の金型３２を作製する。第１の金型３１の凸状構造は、凹部１２ｃを形成するためのもので、それぞれ上部直径１００μｍ、下部直径９０μｍ、高さ１００μｍのテーパ状円柱形状を有する複数の凸部３３がトランスデューサ２１の複数の電極２２の配置パターンと同一の配列ピッチを有したマトリクス状に分布配置されている。一方、第２の金型３２の凸状構造は、電極部材１３を充填するための孔を形成するためのものであり、それぞれ直径１４０μｍ、高さ１００μｍの円柱形状を有する複数の凸部３４が、第１の金型３１の複数の凸部３３と同一パターンで分布配置されている。
【００２８】
なお、トランスデューサ２１の複数の電極２２のうち、一部の電極２２のみを測定に用いる場合には、その一部の電極２２の配置に合わせた凸状構造を有する第１の金型３１および第２の金型３２を作製すればよい。
【００２９】
第１の金型３１は、μｍオーダーの構造も容易に作製可能な、いわゆるボッシュプロセスによる深堀エッチングを用いてＳｉの平板を加工することで作製することができる。ボッシュプロセスによるエッチングは、基本的にエッチング工程とエッチング側壁保護工程の２つの工程が繰り返される。エッチング工程では、主に六フッ化硫黄（ＳＦ６）を用いた等方性エッチングが行われ、同時にエッチング底面に保護膜が付いている場合には、その除去も行われる。一方、エッチング側壁保護工程では、Ｃ４Ｆ８等のガスを用いて側壁が保護され、横方向のエッチングが抑制される。これら２つの繰り返し工程のバランスにより、側壁の傾斜角を制御することができる。
【００３０】
この実施の形態１においては、垂直な側壁を作製する条件よりも、エッチング側壁保護工程に対するエッチング工程の時間比を増大させて、側壁のエッチングを過多とすることにより、図４に示されるようなテーパ状円柱形状を有する凸部３３の形成が可能となる。
なお、金属板を精密切削加工あるいはエッチング加工して、このような凸状構造を有する金属金型を作製してもよい。
【００３１】
第２の金型３２の凸部３４は、電極部材１３の充填が可能となる形状であれば、円柱形状に限らない。ただし、電極部材１３の充填を容易にするために、円柱形状が好ましい。
この第２の金型３２も、第１の金型３１と同様に、ボッシュプロセスによる深堀エッチングを用いてＳｉの平板を加工することで作製することができる。あるいは、金属板を精密切削加工あるいはエッチング加工して作製することも可能である。
【００３２】
成形物の離型性向上のために、凸状構造が形成された第１の金型３１および第２の金型３２の表面上にそれぞれフッ素樹脂系離型剤を塗布し、互いに重ね合わせて加圧し、この状態で、これら金型３１および３２の間に未硬化の二液混合、熱硬化型の付加重合型シリコーンゴムを注入する。さらに、オーブン内にて温度１２０℃で６０分間加熱することにより、シリコーンゴムを硬化させた後、成形物を第１の金型３１および第２の金型３２から離型する。このようにして成形された絶縁シート１２を図５に示す。第１の金型３１の凸状構造に対応した凹部１２ｃが表面１２ａ側に、第２の金型３２の凸状構造に対応した凹部１２ｄが裏面１２ｂにそれぞれ形成され、これら凹部１２ｃと凹部１２ｄが互いに連結された複数の貫通孔がマトリクス状に形成されている。
【００３３】
次に、図６に示されるように、絶縁シート１２に再び第１の金型３１を嵌め込んで、絶縁シート１２の凹部１２ｃに第１の金型３１の凸部３３を嵌入させる。
この状態で、図７（Ａ）に示されるように、上方に向けられた絶縁シート１２の裏面１２ｂ側から各凹部１２ｄ内にディスペンサ装置の注入管３６を挿入して、例えばＡｇ等の導電性フィラーを含有するシリコーン系材料からなる導電性材料３７を注入する。ディスペンサ装置の注入管３６は、先端外形が凹部１２ｄの直径１４０μｍより小さいもので、注入管３６の先端を絶縁シート１２の裏面１２ｂから深さ５０μｍ、すなわち凹部１２ｄの深さの半分まで挿入し、この状態で注入を開始する。その後、図７（Ｂ）に示されるように、注入管３６を徐々に引き上げながら導電性材料３７の注入を続ける。これにより、図７（Ｃ）に示されるように、導電性材料３７を絶縁シート１２の裏面１２ｂよりも上方に突出させることができる。
【００３４】
その後、オーブン内にて温度１００℃で３０分間加熱することにより、導電性材料３７を硬化させる。このようにして、図８に示されるように、複数の電極部材１３を作製した後、絶縁シート１２に嵌め込まれていた第１の金型３１を絶縁シート１２から抜き取る。これにより、図９に示されるように、複数の電極部材１３が保持された絶縁シート１２が作製される。各電極部材１３の一端部１３ａは絶縁シート１２の凹部１２ｃの底部に露出し、他端部１３ｂは絶縁シート１２の裏面１２ｂより外方へ突出している。
このとき、電極部材１３を形成する導電性材料として、導電性フィラーを含有するシリコーン系材料を選択すれば、シリコーンゴムからなる絶縁シート１２と電極部材１３とが良好に密着することとなる。
【００３５】
このようにして実際に作製された絶縁シート１２の断面写真を図１０に示す。電極部材１３の直上に上部直径９０μｍ、下部直径１００μｍ、高さ１００μｍの逆テーパ形状の凹部１２ｃが形成されている。
さらに、絶縁シート１２の表面１２ａ上の周縁部にシリコーンゴム製の環状の液溜り１５を未硬化シリコーンゴムにて接着し、オーブン内にて温度１００℃で６０分間加熱硬化させる。これにより、図１に示したような電気化学計測チップ用電極装置１１が製造される。
【００３６】
なお、上記の実施の形態１では、絶縁シート１２の材料として、弾性体であるシリコーンゴムを使用しているため、テーパ状円柱形状の複数の凸部３３を有する第１の金型３１の離型の際に、逆テーパ形状の凹部１２ｃが破壊されることはないが、より柔軟性の高い材料を用いることにより、さらにテーパ角の大きな凹部１２ｃを形成することも可能である。
【００３７】
実施の形態２
図１１に、実施の形態２に係る電気化学計測チップ用電極装置４１の構成を示す。この電気化学計測チップ用電極装置４１は、図１に示した実施の形態１の電極装置１１において、絶縁シート１２の裏面１２ｂ上の周縁部に、剛性を有するフレーム１６を接合したものである。フレーム１６は、絶縁シート１２の裏面１２ｂ側に突出する全ての電極部材１３の他端部１３ｂを露出させる開口部１６ａが形成された平板形状を有すると共に、図１２に示されるように、絶縁シート１２および液溜り１５の外方にまで延びる一対の延出部１６ｂを有し、これら延出部１６ｂにそれぞれ位置合わせ孔１７が貫通形成されている。
【００３８】
また、この実施の形態２においては、図１３に示されるように、トランスデューサ２１が固定台４２上に固着されており、トランスデューサ２１を挟むように固定台４２の上に一対の位置合わせピン４３が突出形成されている。
そして、図１４に示されるように、電気化学計測チップ用電極装置４１のフレーム１６に形成された一対の位置合わせ孔１７に固定台４２の一対の位置合わせピン４３を挿入させることにより、電気化学計測チップ用電極装置４１とトランスデューサ２１の位置合わせを行うことができる。
【００３９】
トランスデューサ２１を固定台４２に実装する際にトランスデューサ２１の複数の電極２２と固定台４２の位置合わせピン４３との相対位置関係を予め正確に合わせると共に、電気化学計測チップ用電極装置４１の複数の電極部材１３とフレーム１６の位置合わせ孔１７との相対位置関係を予め正確に合わせておけば、フレーム１６の位置合わせ孔１７に固定台４２の位置合わせピン４３を挿入させることで、使い捨ての電気化学計測チップ用電極装置４１を新たなものに交換しても、電気化学計測チップ用電極装置４１の複数の電極部材１３とトランスデューサ２１の複数の電極２２との位置合わせを容易に行うことが可能となる。
【００４０】
なお、フレーム１６としては、例えば、厚さ８０μｍのステンレス板を用い、実施の形態１で述べたように、金型３１および３２を使用した絶縁シート１２の成形時にフレーム１６をインサート成形することにより、絶縁シート１２の裏面１２ｂにフレーム１６を接合することができる。
また、フレーム１６の位置合わせ孔１７の直径および固定台４２の位置合わせピン４３の直径は、それぞれ例えば１ｍｍとすることができる。
【００４１】
このような剛性を有するフレーム１６の使用により、電気化学計測チップ用電極装置４１の電極部材１３とトランスデューサ２１の電極２２との位置合わせが可能になるだけでなく、絶縁シート１２をシリコーンゴム等の柔軟性に富んだ材料から形成した場合にも、電気化学計測チップ用電極装置４１をハンドリングしやすくなるという効果がもたらされる。
【符号の説明】
【００４２】
１ 絶縁体基板、２ 平面電極、３ 導電パターン、４ 集積回路チップ、５ 電極、６ サンプル、１１，４１ 電気化学計測チップ用電極装置、１２ 絶縁シート、１２ａ 表面、１２ｂ 裏面、１２ｃ 凹部、１３ 電極部材、１３ａ 一端部、１３ｂ 他端部、１５ 液溜り、１６ フレーム、１６ａ 開口部、１６ｂ 延出部、１７ 位置合わせ孔、２１ トランスデューサ、２２ 電極、３１ 第１の金型、３２ 第２の金型、３３，３４ 凸部、３６ 注入管、３７ 導電性材料、４２ 固定台、４３ 位置合わせピン、Ｓ 液体試料。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気化学計測チップ用電極装置に係り、特に、ＤＮＡ、タンパク質、抗体、細胞、微生物等の生体由来物質、化学物質等の測定対象物を電気化学的手法により高感度に検出するためのトランスデューサの電極に測定対象物を接続する使い捨ての電極装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療、食品、環境分野において、サンプル中の微量な測定対象物を電気化学計測チップにより高感度に検出する技術が広く知られている。一般的に、電気化学計測チップは、サンプル中の測定対象物と選択的に相互作用する生体由来物質、化学物質等からなる分子認識素子によって修飾された電極を有している。この電極にサンプルを接触させたときに、サンプル中に分子認識素子と相互作用する物質が含まれていれば、相互作用による効果を電気化学的手法により電流値の変化等で高感度に検出することができる。
【０００３】
近年急速に進歩した遺伝子解析の分野においても、例えば特許文献１に記載される技術により電気化学的手法を用いたＤＮＡ配列の決定が試みられている。この方法では、測定対象のＤＮＡを一本鎖に変性したものと既知の塩基配列を有する一本鎖ＤＮＡ（プローブＤＮＡ）とをハイブリダイゼーションにより二本鎖ＤＮＡとした後、二本鎖ＤＮＡと特異的に結合し且つ酸化還元反応に対して可逆的な挿入剤を混入することで、測定対象のＤＮＡがプローブＤＮＡと相補的に結合し得る配列を有するＤＮＡであるか否かを高感度に判断することが可能となる。
【０００４】
電気化学計測チップには、サンプルとの接触を行うために、例えば特許文献２に記載されるような平面電極型の電極装置が広く利用されている。この電極装置は、図１５に示されるように、絶縁体基板１上に導電性材料からなる平面電極２が形成されたもので、平面電極２上にサンプルが配置され、平面電極２の電位が導電パターン３により引き出される。平面電極２および導電パターン３を印刷等の手法を用いて形成することができ、製造コストが低減されるため、使い捨ての電気化学計測チップ用電極装置として好適である。
【０００５】
また、特許文献３に示されるように、集積回路チップの表面に形成された電極を用いて電気化学計測を行うことも知られている。図１６に示されるように、集積回路チップ４の表面上に電極５が形成され、この電極５の上にサンプル６が配置される。この場合、集積回路チップ４に、微弱な電流を増幅するための回路を集積形成することも可能であるため、高感度の測定が期待される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２５７３４４３号公報
【特許文献２】特開２００７−２７８９８１号公報
【特許文献３】特表２００３−５３２０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に示されるような電極装置では、サンプルに接触する平面電極２の電位を導電パターン３により引き出しているため、導電経路が長くなり、電磁ノイズ等の影響を受けやすく、感度が低下するおそれがある。また、絶縁体基板１上に平面的に平面電極２および導電パターン３が形成されるため、電極装置のサイズが大きくなり、同時多点測定を行おうとする場合に測定デバイスが大型化するという問題があった。
【０００８】
一方、特許文献３に記載されたような集積回路チップ４においては、サンプル６が生体由来物質等を含む液体試料である場合に、集積回路チップ４の表面を覆う絶縁層被膜の微細なクラック等を通してサンプル６が集積回路チップ４内に浸透し、回路の電気的短絡を引き起こして測定の信頼性を低下させるおそれがある。さらに、電極５が高価な集積回路チップ４の表面上に固着されているため、電極５を集積回路チップ４と共に使い捨てにすることは難しく、また、電極５のみを集積回路チップ４から離して使い捨てにすることもできないという問題がある。
【０００９】
この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、液体試料に対しても高感度で且つ信頼性の高い測定を行うことができると共に同時多点測定および使い捨てに適した電気化学計測チップ用電極装置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】
【００１０】
この発明に係る電気化学計測チップ用電極装置は、トランスデューサの表面上に形成された複数の電極に測定対象物を電気的に接続するための電気化学計測チップ用電極装置であって、絶縁性を有し且つ互いに反対方向を向いた表面および裏面を有する絶縁シートと、それぞれ導電性を有し且つ絶縁シートを厚さ方向に貫通した部分で絶縁シートに保持され、絶縁シートの表面側に位置する一端部に測定対象物が接続され、絶縁シートの裏面側に位置する他端部にトランスデューサの電極が接続される複数の電極部材とを備え、絶縁シートの表面に複数の電極部材に対応して測定対象物をトラップするための複数の凹部が形成され、複数の電極部材の一端部が凹部の底部に露出しているものである。
【００１１】
絶縁シートの凹部は、絶縁シートの表面における開口径よりも底部の径の方が大きい逆テーパ形状を有することが好ましい。
好ましくは、複数の電極部材は、それぞれ前記他端部が絶縁シートの裏面より突出している。
複数の電極部材の少なくとも突出部が弾性を有する、あるいは、絶縁シートが弾性を有することが好ましい。絶縁シートが弾性を有する場合には、絶縁シートの裏面に粘着性を持たせることもできる。
測定対象物を含む液体試料が絶縁シートの裏面側に漏出しないように、複数の電極部材が絶縁シートに密着していることが好ましい。
好ましくは、絶縁シートの表面上の周縁部に立設された液溜りをさらに備えている。
また、絶縁シートの裏面上の周縁部に接合された剛性を有するフレームをさらに備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、絶縁シートを厚さ方向に貫通する部分に電極部材を備え、絶縁シートの表面に複数の電極部材に対応して測定対象物をトラップするための複数の凹部が形成され、複数の電極部材の一端部が凹部の底部に露出して、この一端部に測定対象物が接続され、他端部にトランスデューサの電極が接続されるので、液体試料に対しても高感度で且つ信頼性の高い測定を行うことができると共に同時多点測定および使い捨てに適した電気化学計測チップ用電極装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電気化学計測チップ用電極装置を示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係る電気化学計測チップ用電極装置を示す斜視図である。
【図３】実施の形態１に係る電気化学計測チップ用電極装置を用いた電気化学計測チップを示す断面図である。
【図４】実施の形態１における絶縁シートを製造するための金型を示す断面図である。
【図５】実施の形態１における絶縁シートを示す断面図である。
【図６】実施の形態１における絶縁シートに金型を嵌合させた状態を示す断面図である。
【図７】電極部材の形成方法を段階的に示す断面図である。
【図８】電極部材の形成が完了した状態を示す断面図である。
【図９】電極部材が形成された実施の形態１における絶縁シートを示す断面図である。
【図１０】電極部材が形成された絶縁シートの断面写真を示す図である。
【図１１】実施の形態２に係る電気化学計測チップ用電極装置を示す断面図である。
【図１２】実施の形態２に係る電気化学計測チップ用電極装置を示す斜視図である。
【図１３】実施の形態２に係る電気化学計測チップ用電極装置をトランスデューサに取り付ける様子を示す斜視図である。
【図１４】実施の形態２に係る電気化学計測チップ用電極装置を用いた電気化学計測チップを示す斜視図である。
【図１５】従来の電気化学計測チップ用電極装置を示す斜視図である。
【図１６】従来の他の電気化学計測チップを示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に、この発明の実施の形態１に係る電気化学計測チップ用電極装置１１の構成を示す。電気化学計測チップ用電極装置１１は、絶縁シート１２と、この絶縁シート１２に所定のピッチでマトリクス状に分布配置された複数の電極部材１３を有している。絶縁シート１２は、絶縁性材料から形成され、互いに反対方向を向いた表面１２ａと裏面１２ｂを有している。各電極部材１３は、導電性材料から形成され、絶縁シート１２を厚さ方向に貫通した状態で絶縁シート１２に保持されている。絶縁シート１２の表面１２ａには、複数の電極部材１３に対応して複数の凹部１２ｃが形成されており、各電極部材１３の一端部１３ａが対応する凹部１２ｃの底部に露出している。この絶縁シート１２の凹部１２ｃは、測定対象物をトラップするためのものであり、絶縁シート１２の表面１２ａにおける開口径よりも底部の径の方が大きい逆テーパ形状を有している。また、各電極部材１３の他端部１３ｂは絶縁シート１２の裏面１２ｂより外方へ突出形成されている。
【００１５】
さらに、絶縁シート１２の表面１２ａ上の周縁部には、環状の液溜り１５が立設されており、この液溜り１５により、図２に示されるように、絶縁シート１２の表面１２ａ側において複数の電極部材１３に対応する全ての凹部１２ｃが囲まれている。
【００１６】
このような構成を有する電気化学計測チップ用電極装置１１は、図３に示されるように、トランスデューサ２１の直上に配置されて使用される。
トランスデューサ２１は、ＬＳＩチップにより構成され、その表面上にマトリクス状に分布配置された複数の電極２２を有している。なお、これら複数の電極２２の配列ピッチは、上述した電気化学計測チップ用電極装置１１の複数の電極部材１３の所定のピッチと等しく、電気化学計測チップ用電極装置１１の複数の電極部材１３とトランスデューサ２１の複数の電極２２とが１：１に対応しているものとする。
【００１７】
電気化学計測チップ用電極装置１１の複数の電極部材１３の他端部１３ｂが、それぞれ対応するトランスデューサ２１の電極２２に接触して電気的に接続される。そして、電気化学計測チップ用電極装置１１の液溜り１５に測定対象物を含む液体試料Ｓが収容される。絶縁シート１２の凹部１２ｃの底部に露出している各電極部材１３の一端部１３ａは、液体試料Ｓ中の測定対象物と選択的に相互作用する生体由来物質等からなる分子認識素子によって予め修飾されており、液体試料Ｓ中の細胞等の測定対象物がこの分子認識素子と相互作用することにより電気化学的に生じる電流値の変化等が電極部材１３を介してトランスデューサ２１の電極２２に伝達され、トランスデューサ２１で液体試料Ｓ中の測定対象物を高感度に検出することができる。
【００１８】
このとき、各電極部材１３の一端部１３ａは絶縁シート１２の対応する凹部１２ｃの底部に露出しているので、液体試料Ｓ中の細胞等の測定対象物は、凹部１２ｃ内にトラップされて電極部材１３の一端部１３ａの直上に保持されやすく、測定対象物検出の信頼性が向上する。
また、各電極部材１３の一端部１３ａを分子認識素子で修飾する代わりに、分子認識素子により予め修飾されたビーズを各電極部材１３の一端部１３ａの表面上に保持させても、同様に測定対象物の検出が可能となるが、この場合にも、各電極部材１３に対応して絶縁シート１２に凹部１２ｃが形成されているため、分子認識素子で修飾されたビーズが電極部材１３の一端部１３ａの表面上に保持されやすく、高い信頼性をもって測定対象物の検出を行うことができる。
【００１９】
特に、この実施の形態１においては、各凹部１２ｃが、絶縁シート１２の表面１２ａにおける開口径よりも底部の径の方が大きい逆テーパ形状を有しているので、一旦凹部１２ｃ内に収容された細胞等の測定対象物、分子認識素子により修飾されたビーズ等が凹部１２ｃから外部へ出てしまうことが効果的に防止され、測定の信頼性がさらに向上することとなる。
【００２０】
なお、電気化学計測チップ用電極装置１１の絶縁シート１２の材料としては、シリコーンゴムを用いることができる。この他、アクリル、ポリカーボネート等の樹脂材料、ガラス、セラミックス等を使用することもできる。
電極部材１３は、導電性材料から形成されるが、例えば、Ａｇ等の導電性フィラーを含有するシリコーン系材料から形成することができる。また、導電性に優れた金属材料、例えば表面にＡｕメッキを施した金属材料から電極部材１３を形成してもよい。
【００２１】
ただし、絶縁シート１２に保持された複数の電極部材１３とトランスデューサ２１の複数の電極２２との間にそれぞれ良好な電気的接続を確立させるために、絶縁シート１２と電極部材１３の少なくとも一方は弾性を有することが望ましい。このようにすれば、製造時における複数の電極部材１３の他端部１３ｂの高さのバラツキおよびトランスデューサ２１の複数の電極２２表面の高さのバラツキを吸収してこれら両者間に良好な接続関係を形成することができ、より高精度で且つ信頼性の高い計測が可能となる。
【００２２】
なお、電極部材１３が弾性を有する場合には、電極部材１３の全体が弾性を有する必要はなく、トランスデューサ２１の電極２２に接触する電極部材１３の他端部１３ｂが少なくとも弾性を有していればよい。
また、絶縁シート１２が弾性を有する場合には、絶縁シート１２の裏面１２ｂが粘着性を有していれば、トランスデューサ２１の直上に配置された電気化学計測チップ用電極装置１１に上方から荷重を加えることにより絶縁シート１２の裏面１２ｂがトランスデューサ２１の表面に張りついて固定されるため、電極部材１３とトランスデューサ２１の電極２２との間の電気的接続の信頼性をさらに確保することができる。
【００２３】
また、液溜り１５に収容された液体試料Ｓが絶縁シート１２と電極部材１３との界面部分を介して絶縁シート１２の裏面１２ｂ側に漏出しないように、電極部材１３は絶縁シート１２に密着していることが望ましい。このために、例えば、シリコーンゴムからなる絶縁シート１２にシリコーン系材料を主とする電極部材１３を保持させる等、絶縁シート１２と電極部材１３に同種の材料成分を用いることは効果的である。
電極部材１３と絶縁シート１２との密着性は、これらの界面部分を介して液体試料Ｓが漏出あるいは浸透しなければ十分であり、ガスの流通が許容されていてもよい。電極部材１３と絶縁シート１２との間にわずかな隙間が形成されていても、これらの界面に液体試料Ｓに対する親和性が低い材質からなる被膜を形成したり、界面に微小な凹凸を形成して液体試料Ｓに対する濡れ性を低下させることにより、液体試料Ｓが漏出あるいは浸透し得ないような密着性を実現することができる。
【００２４】
なお、電極部材１３の形成材料によっては、電極部材１３の一端部１３ａと液体試料Ｓ中の測定対象物との化学的に安定した接触を行うために、絶縁シート１２の凹部１２ｃの底部に露出している各電極部材１３の一端部１３ａを、例えば、カーボンペーストの塗布により形成された生体適応被膜で覆うことが好ましい。この生体適応被膜は、化学的安定性を有するＡｕ、Ｐｔ等の金属を用いて形成することもできるが、電気化学計測チップ用電極装置１１を使い捨ての態様で用いる場合には、安価なカーボンペーストが適している。
【００２５】
このように、実施の形態１に係る電気化学計測チップ用電極装置１１は、トランスデューサ２１の直上に配置され、絶縁シート１２に保持された複数の電極部材１３をトランスデューサ２１の複数の電極２２に接触させることで、導電経路の短縮化を実現し、このため、電磁ノイズ等の影響が少なく、測定感度が犠牲になり難く、測定の高感度化を達成することができる。また、複数の電極部材１３がトランスデューサ２１の電極２２の位置に合わせてマトリクス状に分布配置されているので、同時多点測定を可能としながらも面方向のサイズが小さい測定デバイスが実現される。さらに、絶縁シート１２と電極部材１３が互いに密着しており、サンプルとして用いる電解質塩溶液等の液体試料Ｓがトランスデューサ２１と直接接触しないため、トランスデューサ２１内部の回路の短絡等を引き起こすことはなく、信頼性が向上する。
【００２６】
また、各電極部材１３の一端部１３ａが絶縁シート１２の対応する凹部１２ｃの底部に露出しているので、液体試料Ｓ中の細胞等の測定対象物、分子認識素子により予め修飾されたビーズ等を凹部１２ｃ内にトラップして電極部材１３の一端部１３ａの直上に保持しやすく、測定の信頼性がさらに向上する。
【００２７】
上述した電気化学計測チップ用電極装置１１は、次のようにして製造することができる。
まず、図４に示されるように、それぞれ絶縁シート１２を成形するための凸状構造を有するＳｉ製の第１の金型３１および第２の金型３２を作製する。第１の金型３１の凸状構造は、凹部１２ｃを形成するためのもので、それぞれ上部直径１００μｍ、下部直径９０μｍ、高さ１００μｍのテーパ状円柱形状を有する複数の凸部３３がトランスデューサ２１の複数の電極２２の配置パターンと同一の配列ピッチを有したマトリクス状に分布配置されている。一方、第２の金型３２の凸状構造は、電極部材１３を充填するための孔を形成するためのものであり、それぞれ直径１４０μｍ、高さ１００μｍの円柱形状を有する複数の凸部３４が、第１の金型３１の複数の凸部３３と同一パターンで分布配置されている。
【００２８】
なお、トランスデューサ２１の複数の電極２２のうち、一部の電極２２のみを測定に用いる場合には、その一部の電極２２の配置に合わせた凸状構造を有する第１の金型３１および第２の金型３２を作製すればよい。
【００２９】
第１の金型３１は、μｍオーダーの構造も容易に作製可能な、いわゆるボッシュプロセスによる深堀エッチングを用いてＳｉの平板を加工することで作製することができる。ボッシュプロセスによるエッチングは、基本的にエッチング工程とエッチング側壁保護工程の２つの工程が繰り返される。エッチング工程では、主に六フッ化硫黄（ＳＦ６）を用いた等方性エッチングが行われ、同時にエッチング底面に保護膜が付いている場合には、その除去も行われる。一方、エッチング側壁保護工程では、Ｃ４Ｆ８等のガスを用いて側壁が保護され、横方向のエッチングが抑制される。これら２つの繰り返し工程のバランスにより、側壁の傾斜角を制御することができる。
【００３０】
この実施の形態１においては、垂直な側壁を作製する条件よりも、エッチング側壁保護工程に対するエッチング工程の時間比を増大させて、側壁のエッチングを過多とすることにより、図４に示されるようなテーパ状円柱形状を有する凸部３３の形成が可能となる。
なお、金属板を精密切削加工あるいはエッチング加工して、このような凸状構造を有する金属金型を作製してもよい。
【００３１】
第２の金型３２の凸部３４は、電極部材１３の充填が可能となる形状であれば、円柱形状に限らない。ただし、電極部材１３の充填を容易にするために、円柱形状が好ましい。
この第２の金型３２も、第１の金型３１と同様に、ボッシュプロセスによる深堀エッチングを用いてＳｉの平板を加工することで作製することができる。あるいは、金属板を精密切削加工あるいはエッチング加工して作製することも可能である。
【００３２】
成形物の離型性向上のために、凸状構造が形成された第１の金型３１および第２の金型３２の表面上にそれぞれフッ素樹脂系離型剤を塗布し、互いに重ね合わせて加圧し、この状態で、これら金型３１および３２の間に未硬化の二液混合、熱硬化型の付加重合型シリコーンゴムを注入する。さらに、オーブン内にて温度１２０℃で６０分間加熱することにより、シリコーンゴムを硬化させた後、成形物を第１の金型３１および第２の金型３２から離型する。このようにして成形された絶縁シート１２を図５に示す。第１の金型３１の凸状構造に対応した凹部１２ｃが表面１２ａ側に、第２の金型３２の凸状構造に対応した凹部１２ｄが裏面１２ｂにそれぞれ形成され、これら凹部１２ｃと凹部１２ｄが互いに連結された複数の貫通孔がマトリクス状に形成されている。
【００３３】
次に、図６に示されるように、絶縁シート１２に再び第１の金型３１を嵌め込んで、絶縁シート１２の凹部１２ｃに第１の金型３１の凸部３３を嵌入させる。
この状態で、図７（Ａ）に示されるように、上方に向けられた絶縁シート１２の裏面１２ｂ側から各凹部１２ｄ内にディスペンサ装置の注入管３６を挿入して、例えばＡｇ等の導電性フィラーを含有するシリコーン系材料からなる導電性材料３７を注入する。ディスペンサ装置の注入管３６は、先端外形が凹部１２ｄの直径１４０μｍより小さいもので、注入管３６の先端を絶縁シート１２の裏面１２ｂから深さ５０μｍ、すなわち凹部１２ｄの深さの半分まで挿入し、この状態で注入を開始する。その後、図７（Ｂ）に示されるように、注入管３６を徐々に引き上げながら導電性材料３７の注入を続ける。これにより、図７（Ｃ）に示されるように、導電性材料３７を絶縁シート１２の裏面１２ｂよりも上方に突出させることができる。
【００３４】
その後、オーブン内にて温度１００℃で３０分間加熱することにより、導電性材料３７を硬化させる。このようにして、図８に示されるように、複数の電極部材１３を作製した後、絶縁シート１２に嵌め込まれていた第１の金型３１を絶縁シート１２から抜き取る。これにより、図９に示されるように、複数の電極部材１３が保持された絶縁シート１２が作製される。各電極部材１３の一端部１３ａは絶縁シート１２の凹部１２ｃの底部に露出し、他端部１３ｂは絶縁シート１２の裏面１２ｂより外方へ突出している。
このとき、電極部材１３を形成する導電性材料として、導電性フィラーを含有するシリコーン系材料を選択すれば、シリコーンゴムからなる絶縁シート１２と電極部材１３とが良好に密着することとなる。
【００３５】
このようにして実際に作製された絶縁シート１２の断面写真を図１０に示す。電極部材１３の直上に上部直径９０μｍ、下部直径１００μｍ、高さ１００μｍの逆テーパ形状の凹部１２ｃが形成されている。
さらに、絶縁シート１２の表面１２ａ上の周縁部にシリコーンゴム製の環状の液溜り１５を未硬化シリコーンゴムにて接着し、オーブン内にて温度１００℃で６０分間加熱硬化させる。これにより、図１に示したような電気化学計測チップ用電極装置１１が製造される。
【００３６】
なお、上記の実施の形態１では、絶縁シート１２の材料として、弾性体であるシリコーンゴムを使用しているため、テーパ状円柱形状の複数の凸部３３を有する第１の金型３１の離型の際に、逆テーパ形状の凹部１２ｃが破壊されることはないが、より柔軟性の高い材料を用いることにより、さらにテーパ角の大きな凹部１２ｃを形成することも可能である。
【００３７】
実施の形態２
図１１に、実施の形態２に係る電気化学計測チップ用電極装置４１の構成を示す。この電気化学計測チップ用電極装置４１は、図１に示した実施の形態１の電極装置１１において、絶縁シート１２の裏面１２ｂ上の周縁部に、剛性を有するフレーム１６を接合したものである。フレーム１６は、絶縁シート１２の裏面１２ｂ側に突出する全ての電極部材１３の他端部１３ｂを露出させる開口部１６ａが形成された平板形状を有すると共に、図１２に示されるように、絶縁シート１２および液溜り１５の外方にまで延びる一対の延出部１６ｂを有し、これら延出部１６ｂにそれぞれ位置合わせ孔１７が貫通形成されている。
【００３８】
また、この実施の形態２においては、図１３に示されるように、トランスデューサ２１が固定台４２上に固着されており、トランスデューサ２１を挟むように固定台４２の上に一対の位置合わせピン４３が突出形成されている。
そして、図１４に示されるように、電気化学計測チップ用電極装置４１のフレーム１６に形成された一対の位置合わせ孔１７に固定台４２の一対の位置合わせピン４３を挿入させることにより、電気化学計測チップ用電極装置４１とトランスデューサ２１の位置合わせを行うことができる。
【００３９】
トランスデューサ２１を固定台４２に実装する際にトランスデューサ２１の複数の電極２２と固定台４２の位置合わせピン４３との相対位置関係を予め正確に合わせると共に、電気化学計測チップ用電極装置４１の複数の電極部材１３とフレーム１６の位置合わせ孔１７との相対位置関係を予め正確に合わせておけば、フレーム１６の位置合わせ孔１７に固定台４２の位置合わせピン４３を挿入させることで、使い捨ての電気化学計測チップ用電極装置４１を新たなものに交換しても、電気化学計測チップ用電極装置４１の複数の電極部材１３とトランスデューサ２１の複数の電極２２との位置合わせを容易に行うことが可能となる。
【００４０】
なお、フレーム１６としては、例えば、厚さ８０μｍのステンレス板を用い、実施の形態１で述べたように、金型３１および３２を使用した絶縁シート１２の成形時にフレーム１６をインサート成形することにより、絶縁シート１２の裏面１２ｂにフレーム１６を接合することができる。
また、フレーム１６の位置合わせ孔１７の直径および固定台４２の位置合わせピン４３の直径は、それぞれ例えば１ｍｍとすることができる。
【００４１】
このような剛性を有するフレーム１６の使用により、電気化学計測チップ用電極装置４１の電極部材１３とトランスデューサ２１の電極２２との位置合わせが可能になるだけでなく、絶縁シート１２をシリコーンゴム等の柔軟性に富んだ材料から形成した場合にも、電気化学計測チップ用電極装置４１をハンドリングしやすくなるという効果がもたらされる。
【符号の説明】
【００４２】
１ 絶縁体基板、２ 平面電極、３ 導電パターン、４ 集積回路チップ、５ 電極、６ サンプル、１１，４１ 電気化学計測チップ用電極装置、１２ 絶縁シート、１２ａ 表面、１２ｂ 裏面、１２ｃ 凹部、１３ 電極部材、１３ａ 一端部、１３ｂ 他端部、１５ 液溜り、１６ フレーム、１６ａ 開口部、１６ｂ 延出部、１７ 位置合わせ孔、２１ トランスデューサ、２２ 電極、３１ 第１の金型、３２ 第２の金型、３３，３４ 凸部、３６ 注入管、３７ 導電性材料、４２ 固定台、４３ 位置合わせピン、Ｓ 液体試料。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスデューサの表面上に形成された複数の電極に測定対象物を電気的に接続するための電気化学計測チップ用電極装置であって、
絶縁性を有し且つ互いに反対方向を向いた表面および裏面を有する絶縁シートと、
それぞれ導電性を有し且つ前記絶縁シートを厚さ方向に貫通した部分で前記絶縁シートに保持され、前記絶縁シートの前記表面側に位置する一端部に前記測定対象物が接続され、前記絶縁シートの前記裏面側に位置する他端部に前記トランスデューサの電極が接続される複数の電極部材と
を備え、
前記絶縁シートの前記表面に前記複数の電極部材に対応して前記測定対象物をトラップするための複数の凹部が形成され、前記複数の電極部材の前記一端部が前記凹部の底部に露出していることを特徴とする電気化学計測チップ用電極装置。
【請求項２】
前記絶縁シートの前記凹部は、前記絶縁シートの前記表面における開口径よりも底部の径の方が大きい逆テーパ形状を有する請求項１に記載の電気化学計測チップ用電極装置。
【請求項３】
前記複数の電極部材は、それぞれ前記他端部が前記絶縁シートの前記裏面より突出している請求項１または２に記載の電気化学計測チップ用電極装置。
【請求項４】
前記複数の電極部材は、少なくとも前記突出部が弾性を有する請求項３に記載の電気化学計測チップ用電極装置。
【請求項５】
前記絶縁シートが弾性を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気化学計測チップ用電極装置。
【請求項６】
前記絶縁シートの前記裏面が粘着性を有する請求項５に記載の電気化学計測チップ用電極装置。
【請求項７】
前記複数の電極部材は、前記測定対象物を含む液体試料が前記絶縁シートの前記裏面側に漏出しないように前記絶縁シートに密着している請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気化学計測チップ用電極装置。
【請求項８】
前記絶縁シートの前記表面上の周縁部に立設された液溜りをさらに備えた請求項１〜７のいずれか一項に記載の電気化学計測チップ用電極装置。
【請求項９】
前記絶縁シートの前記裏面上の周縁部に接合された剛性を有するフレームをさらに備えた請求項１〜８のいずれか一項に記載の電気化学計測チップ用電極装置。
【請求項１】
トランスデューサの表面上に形成された複数の電極に測定対象物を電気的に接続するための電気化学計測チップ用電極装置であって、
絶縁性を有し且つ互いに反対方向を向いた表面および裏面を有する絶縁シートと、
それぞれ導電性を有し且つ前記絶縁シートを厚さ方向に貫通した部分で前記絶縁シートに保持され、前記絶縁シートの前記表面側に位置する一端部に前記測定対象物が接続され、前記絶縁シートの前記裏面側に位置する他端部に前記トランスデューサの電極が接続される複数の電極部材と
を備え、
前記絶縁シートの前記表面に前記複数の電極部材に対応して前記測定対象物をトラップするための複数の凹部が形成され、前記複数の電極部材の前記一端部が前記凹部の底部に露出していることを特徴とする電気化学計測チップ用電極装置。
【請求項２】
前記絶縁シートの前記凹部は、前記絶縁シートの前記表面における開口径よりも底部の径の方が大きい逆テーパ形状を有する請求項１に記載の電気化学計測チップ用電極装置。
【請求項３】
前記複数の電極部材は、それぞれ前記他端部が前記絶縁シートの前記裏面より突出している請求項１または２に記載の電気化学計測チップ用電極装置。
【請求項４】
前記複数の電極部材は、少なくとも前記突出部が弾性を有する請求項３に記載の電気化学計測チップ用電極装置。
【請求項５】
前記絶縁シートが弾性を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気化学計測チップ用電極装置。
【請求項６】
前記絶縁シートの前記裏面が粘着性を有する請求項５に記載の電気化学計測チップ用電極装置。
【請求項７】
前記複数の電極部材は、前記測定対象物を含む液体試料が前記絶縁シートの前記裏面側に漏出しないように前記絶縁シートに密着している請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気化学計測チップ用電極装置。
【請求項８】
前記絶縁シートの前記表面上の周縁部に立設された液溜りをさらに備えた請求項１〜７のいずれか一項に記載の電気化学計測チップ用電極装置。
【請求項９】
前記絶縁シートの前記裏面上の周縁部に接合された剛性を有するフレームをさらに備えた請求項１〜８のいずれか一項に記載の電気化学計測チップ用電極装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１４１１７０（Ｐ２０１２−１４１１７０Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９２５１２（Ｐ２０１０−２９２５１２）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【特許番号】特許第４９３３６５６号（Ｐ４９３３６５６）
【特許公報発行日】平成２４年５月１６日（２０１２．５．１６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 研究集会名：東北大学マイクロシステム融合研究開発センターシンポジウム 開催日：平成２２年１２月０６日 主催者名：東北大学
【出願人】（０００２３１０７３）日本航空電子工業株式会社 (1,081)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【特許番号】特許第４９３３６５６号（Ｐ４９３３６５６）
【特許公報発行日】平成２４年５月１６日（２０１２．５．１６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 研究集会名：東北大学マイクロシステム融合研究開発センターシンポジウム 開催日：平成２２年１２月０６日 主催者名：東北大学
【出願人】（０００２３１０７３）日本航空電子工業株式会社 (1,081)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
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