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】絶縁性材料からなる絶縁シート１２に導電体粒子と絶縁性材料との混合物から形成された複数の電極部材１３が厚さ方向に貫通して保持され、電極部材１３の一端部１３ａは測定対象物を含む液体試料Ｓに接触し、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】絶縁性材料からなる絶縁シート１２に導電体粒子と絶縁性材料との混合物から形成された複数の電極部材１３が厚さ方向に貫通して保持され、電極部材１３の一端部１３ａは測定対象物を含む液体試料Ｓに接触し、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。
また、特許文献３に記載された集積回路チップ４では、高感度の測定を行う際に集積回路の測定レンジが制限されるため、電極５とサンプル６との界面に形成される電気二重層に起因した容量電流でさえ測定レンジを越えてしまう場合がある。電極５を微細化して電極面積を縮小すれば容量電流が低減するが、微細化に伴う歩留まりの低下、製造コストの増大という問題を生じることとなる。
【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】
この発明に係る第１の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状態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、複数の電極部材は、少なくとも一端部が導電体粒子と絶縁性材料との混合物から形成されたものである。
【００１１】
また、この発明に係る第２の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、複数の電極部材は、少なくとも一端部が導電体粒子と絶縁性材料との混合物から形成されたものである。
ここで、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するように構成することができる。
この場合、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。
【００１２】
複数の電極部材の少なくとも一端部を形成する混合物として、カーボン粒子が分散されたシリコーン樹脂を用いることができる。
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】
【００１３】
この発明によれば、絶縁シートを厚さ方向に貫通すると共に少なくとも一端部が導電体粒子と絶縁性材料との混合物から形成された複数の電極部材を備え、各電極部材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。
さらに、各電極部材の少なくとも一端部を導電体粒子と絶縁性材料との混合物から形成することで、測定対象物に接続される実効電極面積を抑制しているので、電極部材と測定対象物との境界における電気二重層の形成が抑制され、電気化学測定の安定性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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斜視図である。
【図６】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９】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１０】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用いた電気化学計測チップを示す斜視図である。
【図１３】実施の形態３に係る電気化学計測チップ用電極装置の電極部材周辺を示す断面図である。
【図１４】実施の形態４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】
【００１５】
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、導電体粒子と絶縁性材料との混合物から形成され、絶縁シート１２の表面１２ａから裏面１２ｂにまで至るように絶縁シート１２を厚さ方向に貫通した状態で絶縁シート１２に保持されており、電極部材１３の一端部１３ａは絶縁シート１２の表面１２ａと同一面を構成し、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。
【００１６】
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側において全ての電極部材１３の一端部１３ａが囲まれている。
【００１７】
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。
【００１８】
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。複数の電極部材１３の一端部１３ａの表面には、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たビーズが予め保持されている、あるいは、電極部材１３の一端部１３ａの表面が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。
【００１９】
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を形成する混合物として、好ましくは、カーボン粒子が分散されたシリコーン樹脂を用いることができる。この他、化学的安定性を有するＡｕ、Ｐｔ等の金属粒子を絶縁性材料に分散させたものも使用可能であるが、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、安価なカーボン粒子が適している。
【００２０】
また、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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の厚さ方向に貫通する複数の電極部材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。
【００２４】
また、電極部材１３が、導電体粒子と絶縁性材料との混合物から形成されているので、液体試料Ｓに接触する電極部材１３の一端部１３ａの面積に比べて実効電極面積が小さく設定されており、このため電極部材１３と液体試料Ｓとの界面に形成される電気二重層に起因した容量電流を低減させることができる。その結果、内部回路の測定レンジが制限されるような高感度のトランスデューサ２１を用いた測定においても、電極の微細化に伴う歩留まりの低下、製造コストの増大という問題を生じることなく、高い信頼性の電気化学測定を行うことが可能となる。
【００２５】
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、絶縁シート１２を成形するための凸状構造を有するＳｉ製の金型３１を作製する。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１００μｍ、高さ２００μｍの円柱形状を有する複数の凸部３２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。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金型３１を作製すればよい。
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。また、金属板を精密切削加工あるいはエッチング加工して金属金型を作製してもよい。
【００２６】
成形物の離型性向上のために、凸状構造が形成された金型３１の表面上にフッ素樹脂系離型剤を塗布し、ガラス製平面基板３３を凸状構造の上に重ね合わせて加圧し、この状態で、金型３１と平面基板３３と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、成形物を金型３１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および６に示す。金型３１の凸状構造に対応した複数の貫通孔３４がマトリクス状に形成されている。
なお、金型３１および平面基板３３を用いる代わりに、シリコーンゴムからなるシート材にレーザ加工により複数の貫通孔３４を形成して絶縁シート１２を作製してもよい。
【００２７】
続いて、図７（Ａ）に示されるように、下方に向けられた絶縁シート１２の表面１２ａを、ガラスあるいはＳｉからなり且つ高い平面性を有する基板３５の表面上に貼り付け、絶縁シート１２の裏面１２ｂ側から各貫通孔３４内にディスペンサ装置の注入管３６を挿入し、シリコーン樹脂に導電体粒子として粒径２５ｎｍのカーボン粒子を１５ｗｔ％含有させた混合物３７を注入する。ディスペンサ装置の注入管３６は、先端外形が貫通孔３４の直径１００μｍ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１００μｍ、すなわち絶縁シート１２の厚さの半分の深さにまで挿入し、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混合物３７の注入を続ける。これにより、図７（Ｃ）に示されるように、混合物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。
【００２８】
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、混合物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の表面１２ａと同一面を構成し、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、シリコーンゴムからなる絶縁シート１２の貫通孔３４にカーボン粒子を含有するシリコーン樹脂からなる電極部材１３が充填されるので、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。
【００２９】
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。
【００３０】
このようにして製造された電気化学計測チップ用電極装置１１を用いて電気二重層に起因する容量電流を測定したところ、約６００分の１まで容量電流値を低減することができ、それだけ高感度の電気化学測定が可能になることがわかった。
【００３１】
実施の形態２
図９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１０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。
【００３２】
また、この実施の形態２においては、図１１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１２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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
実施の形態３
図１３に、実施の形態３に係る電気化学計測チップ用電極装置に用いられた電極部材５３の構成を示す。この電極部材５３は、互いに連結された上部部材５４および下部部材５５からなり、上部部材５４が絶縁シート１２の表面１２ａと同一面を構成する一端部５３ａを構成し、下部部材５５が絶縁シート１２の裏面１２ｂより突出する他端部５３ｂを有している。
このような構成にすれば、少なくとも上部部材５４を導電体粒子と絶縁性材料との混合物から形成することにより、液体試料Ｓに接触する実効電極面積を小さくして液体試料Ｓとの界面に形成される電気二重層に起因した容量電流を低減させることができる。
下部部材５５は、導電性を有していればよく、表面にＡｕメッキを施した金属材料、Ａｇ等の導電性フィラーを含有するシリコーン系材料等から形成することができる。
【００３７】
実施の形態４
図１４に、実施の形態４に係る電気化学計測チップ用電極装置６１の構成を示す。この電気化学計測チップ用電極装置６１は、絶縁シート６２と、この絶縁シート６２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６３を有している。絶縁シート６２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６２ａと裏面６２ｂを有している。各電極部材６３は、導電体粒子と絶縁性材料との混合物から形成され、絶縁シート６２を厚さ方向に貫通した部分で絶縁シート６２に保持されている。絶縁シート６２の表面６２ａには、複数の電極部材６３に対応して複数の凹部６２ｃが形成されており、各電極部材６３の一端部６３ａが対応する凹部６２ｃの底部に露出している。
【００３８】
この絶縁シート６２の凹部６２ｃ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６２の表面６２ａ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６３の他端部６３ｂは絶縁シート６２の裏面６２ｂより外方へ突出形成されている。
さらに、絶縁シート６２の表面６２ａ上の周縁部には、環状の液溜り６５が立設されている。
【００３９】
このように、導電体粒子と絶縁性材料との混合物から形成された各電極部材６３の一端部６３ａを絶縁シート６２の対応する凹部６２ｃの底部に露出させることで、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６２ｃ内にトラップして電極部材６３の一端部６３ａの直上に保持しやすく、液体試料Ｓとの界面に形成される電気二重層に起因した容量電流を低減させつつ、さらに測定の信頼性を向上させることができる。
また、各凹部６２ｃが、絶縁シート６２の表面６２ａ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６２ｃ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６２ｃ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。
【００４０】
なお、電極部材６３は、実施の形態１における電極部材１３と同様に、例えば、カーボン粒子が分散されたシリコーン樹脂から形成することができる。
また、絶縁シート６２は、実施の形態１における絶縁シート１２と同様に、シリコーンゴムの他、アクリル、ポリカーボネート等の樹脂材料、ガラス、セラミックス等から形成することができる。
【００４１】
この実施の形態４に係る電気化学計測チップ用電極装置６１に対しても、実施の形態２に示した剛性を有するフレーム１６を、絶縁シート６２の裏面６２ｂ上の周縁部に接合して、トランスデューサとの位置合わせを行うことができる。
また、図１３に示した実施の形態３の電極部材５３と同様に、電極部材６３を上部部材と下部部材から構成し、少なくとも凹部６２ｃの底部に露出する上部部材を導電体粒子と絶縁性材料との混合物から形成するようにしてもよい。
【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、１１，４１，６１ 電気化学計測チップ用電極装置、１２，６２ 絶縁シート、１２ａ，６２ａ 表面、１２ｂ，６２ｂ 裏面、１３，５３，６３ 電極部材、１３ａ，５３ａ，６３ａ 一端部、１３ｂ，５３ｂ，６３ｂ 他端部、１５，６５ 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 金型、３２ 凸部、３３ 平面基板、３４ 貫通孔、３５ 基板、３６ 注入管、３７ 混合物、４２ 固定台、４３ 位置合わせピン、５４ 上部部材、５５ 下部部材、６２ｃ 凹部、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。
また、特許文献３に記載された集積回路チップ４では、高感度の測定を行う際に集積回路の測定レンジが制限されるため、電極５とサンプル６との界面に形成される電気二重層に起因した容量電流でさえ測定レンジを越えてしまう場合がある。電極５を微細化して電極面積を縮小すれば容量電流が低減するが、微細化に伴う歩留まりの低下、製造コストの増大という問題を生じることとなる。
【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】
この発明に係る第１の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状態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、複数の電極部材は、少なくとも一端部が導電体粒子と絶縁性材料との混合物から形成されたものである。
【００１１】
また、この発明に係る第２の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、複数の電極部材は、少なくとも一端部が導電体粒子と絶縁性材料との混合物から形成されたものである。
ここで、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するように構成することができる。
この場合、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。
【００１２】
複数の電極部材の少なくとも一端部を形成する混合物として、カーボン粒子が分散されたシリコーン樹脂を用いることができる。
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】
【００１３】
この発明によれば、絶縁シートを厚さ方向に貫通すると共に少なくとも一端部が導電体粒子と絶縁性材料との混合物から形成された複数の電極部材を備え、各電極部材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。
さらに、各電極部材の少なくとも一端部を導電体粒子と絶縁性材料との混合物から形成することで、測定対象物に接続される実効電極面積を抑制しているので、電極部材と測定対象物との境界における電気二重層の形成が抑制され、電気化学測定の安定性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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斜視図である。
【図６】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９】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１０】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用いた電気化学計測チップを示す斜視図である。
【図１３】実施の形態３に係る電気化学計測チップ用電極装置の電極部材周辺を示す断面図である。
【図１４】実施の形態４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】
【００１５】
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、導電体粒子と絶縁性材料との混合物から形成され、絶縁シート１２の表面１２ａから裏面１２ｂにまで至るように絶縁シート１２を厚さ方向に貫通した状態で絶縁シート１２に保持されており、電極部材１３の一端部１３ａは絶縁シート１２の表面１２ａと同一面を構成し、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。
【００１６】
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側において全ての電極部材１３の一端部１３ａが囲まれている。
【００１７】
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。
【００１８】
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。複数の電極部材１３の一端部１３ａの表面には、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たビーズが予め保持されている、あるいは、電極部材１３の一端部１３ａの表面が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。
【００１９】
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を形成する混合物として、好ましくは、カーボン粒子が分散されたシリコーン樹脂を用いることができる。この他、化学的安定性を有するＡｕ、Ｐｔ等の金属粒子を絶縁性材料に分散させたものも使用可能であるが、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、安価なカーボン粒子が適している。
【００２０】
また、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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の厚さ方向に貫通する複数の電極部材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。
【００２４】
また、電極部材１３が、導電体粒子と絶縁性材料との混合物から形成されているので、液体試料Ｓに接触する電極部材１３の一端部１３ａの面積に比べて実効電極面積が小さく設定されており、このため電極部材１３と液体試料Ｓとの界面に形成される電気二重層に起因した容量電流を低減させることができる。その結果、内部回路の測定レンジが制限されるような高感度のトランスデューサ２１を用いた測定においても、電極の微細化に伴う歩留まりの低下、製造コストの増大という問題を生じることなく、高い信頼性の電気化学測定を行うことが可能となる。
【００２５】
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、絶縁シート１２を成形するための凸状構造を有するＳｉ製の金型３１を作製する。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１００μｍ、高さ２００μｍの円柱形状を有する複数の凸部３２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。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金型３１を作製すればよい。
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。また、金属板を精密切削加工あるいはエッチング加工して金属金型を作製してもよい。
【００２６】
成形物の離型性向上のために、凸状構造が形成された金型３１の表面上にフッ素樹脂系離型剤を塗布し、ガラス製平面基板３３を凸状構造の上に重ね合わせて加圧し、この状態で、金型３１と平面基板３３と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、成形物を金型３１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および６に示す。金型３１の凸状構造に対応した複数の貫通孔３４がマトリクス状に形成されている。
なお、金型３１および平面基板３３を用いる代わりに、シリコーンゴムからなるシート材にレーザ加工により複数の貫通孔３４を形成して絶縁シート１２を作製してもよい。
【００２７】
続いて、図７（Ａ）に示されるように、下方に向けられた絶縁シート１２の表面１２ａを、ガラスあるいはＳｉからなり且つ高い平面性を有する基板３５の表面上に貼り付け、絶縁シート１２の裏面１２ｂ側から各貫通孔３４内にディスペンサ装置の注入管３６を挿入し、シリコーン樹脂に導電体粒子として粒径２５ｎｍのカーボン粒子を１５ｗｔ％含有させた混合物３７を注入する。ディスペンサ装置の注入管３６は、先端外形が貫通孔３４の直径１００μｍ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１００μｍ、すなわち絶縁シート１２の厚さの半分の深さにまで挿入し、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混合物３７の注入を続ける。これにより、図７（Ｃ）に示されるように、混合物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。
【００２８】
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、混合物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の表面１２ａと同一面を構成し、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、シリコーンゴムからなる絶縁シート１２の貫通孔３４にカーボン粒子を含有するシリコーン樹脂からなる電極部材１３が充填されるので、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。
【００２９】
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。
【００３０】
このようにして製造された電気化学計測チップ用電極装置１１を用いて電気二重層に起因する容量電流を測定したところ、約６００分の１まで容量電流値を低減することができ、それだけ高感度の電気化学測定が可能になることがわかった。
【００３１】
実施の形態２
図９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１０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。
【００３２】
また、この実施の形態２においては、図１１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１２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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
実施の形態３
図１３に、実施の形態３に係る電気化学計測チップ用電極装置に用いられた電極部材５３の構成を示す。この電極部材５３は、互いに連結された上部部材５４および下部部材５５からなり、上部部材５４が絶縁シート１２の表面１２ａと同一面を構成する一端部５３ａを構成し、下部部材５５が絶縁シート１２の裏面１２ｂより突出する他端部５３ｂを有している。
このような構成にすれば、少なくとも上部部材５４を導電体粒子と絶縁性材料との混合物から形成することにより、液体試料Ｓに接触する実効電極面積を小さくして液体試料Ｓとの界面に形成される電気二重層に起因した容量電流を低減させることができる。
下部部材５５は、導電性を有していればよく、表面にＡｕメッキを施した金属材料、Ａｇ等の導電性フィラーを含有するシリコーン系材料等から形成することができる。
【００３７】
実施の形態４
図１４に、実施の形態４に係る電気化学計測チップ用電極装置６１の構成を示す。この電気化学計測チップ用電極装置６１は、絶縁シート６２と、この絶縁シート６２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６３を有している。絶縁シート６２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６２ａと裏面６２ｂを有している。各電極部材６３は、導電体粒子と絶縁性材料との混合物から形成され、絶縁シート６２を厚さ方向に貫通した部分で絶縁シート６２に保持されている。絶縁シート６２の表面６２ａには、複数の電極部材６３に対応して複数の凹部６２ｃが形成されており、各電極部材６３の一端部６３ａが対応する凹部６２ｃの底部に露出している。
【００３８】
この絶縁シート６２の凹部６２ｃ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６２の表面６２ａ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６３の他端部６３ｂは絶縁シート６２の裏面６２ｂより外方へ突出形成されている。
さらに、絶縁シート６２の表面６２ａ上の周縁部には、環状の液溜り６５が立設されている。
【００３９】
このように、導電体粒子と絶縁性材料との混合物から形成された各電極部材６３の一端部６３ａを絶縁シート６２の対応する凹部６２ｃの底部に露出させることで、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６２ｃ内にトラップして電極部材６３の一端部６３ａの直上に保持しやすく、液体試料Ｓとの界面に形成される電気二重層に起因した容量電流を低減させつつ、さらに測定の信頼性を向上させることができる。
また、各凹部６２ｃが、絶縁シート６２の表面６２ａ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６２ｃ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６２ｃ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。
【００４０】
なお、電極部材６３は、実施の形態１における電極部材１３と同様に、例えば、カーボン粒子が分散されたシリコーン樹脂から形成することができる。
また、絶縁シート６２は、実施の形態１における絶縁シート１２と同様に、シリコーンゴムの他、アクリル、ポリカーボネート等の樹脂材料、ガラス、セラミックス等から形成することができる。
【００４１】
この実施の形態４に係る電気化学計測チップ用電極装置６１に対しても、実施の形態２に示した剛性を有するフレーム１６を、絶縁シート６２の裏面６２ｂ上の周縁部に接合して、トランスデューサとの位置合わせを行うことができる。
また、図１３に示した実施の形態３の電極部材５３と同様に、電極部材６３を上部部材と下部部材から構成し、少なくとも凹部６２ｃの底部に露出する上部部材を導電体粒子と絶縁性材料との混合物から形成するようにしてもよい。
【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、１１，４１，６１ 電気化学計測チップ用電極装置、１２，６２ 絶縁シート、１２ａ，６２ａ 表面、１２ｂ，６２ｂ 裏面、１３，５３，６３ 電極部材、１３ａ，５３ａ，６３ａ 一端部、１３ｂ，５３ｂ，６３ｂ 他端部、１５，６５ 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 金型、３２ 凸部、３３ 平面基板、３４ 貫通孔、３５ 基板、３６ 注入管、３７ 混合物、４２ 固定台、４３ 位置合わせピン、５４ 上部部材、５５ 下部部材、６２ｃ 凹部、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状態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、
前記複数の電極部材は、少なくとも前記一端部が導電体粒子と絶縁性材料との混合物から形成され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】
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、
前記複数の電極部材は、少なくとも前記一端部が導電体粒子と絶縁性材料との混合物から形成され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３】
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請求項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】
前記混合物は、カーボン粒子が分散されたシリコーン樹脂からなる請求項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１〜５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７】
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６に記載の電気化学計測チップ用電極装置。
【請求項８】
前記絶縁シートが弾性を有する請求項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が粘着性を有する請求項８に記載の電気化学計測チップ用電極装置。
【請求項１０】
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１〜９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１１】
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１〜１０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１２】
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１〜１１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状態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、
前記複数の電極部材は、少なくとも前記一端部が導電体粒子と絶縁性材料との混合物から形成され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】
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、
前記複数の電極部材は、少なくとも前記一端部が導電体粒子と絶縁性材料との混合物から形成され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３】
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請求項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】
前記混合物は、カーボン粒子が分散されたシリコーン樹脂からなる請求項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１〜５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７】
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６に記載の電気化学計測チップ用電極装置。
【請求項８】
前記絶縁シートが弾性を有する請求項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が粘着性を有する請求項８に記載の電気化学計測チップ用電極装置。
【請求項１０】
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１〜９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１１】
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１〜１０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１２】
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１〜１１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１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−１４１１７３（Ｐ２０１２−１４１１７３Ａ）
【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２０１０−２９２６０８（Ｐ２０１０−２９２６０８）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【特許番号】特許第４９３３６５７号（Ｐ４９３３６５７）
【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４９３３６５７号（Ｐ４９３３６５７）
【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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