JP2004020465A - バイオセンサ - Google Patents
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Abstract
【課題】微量の試料の成分を精度よく、簡便に分析可能なバイオセンサを提供することを目的とする。
【解決手段】上記の課題を解決するために本発明のバイオセンサは、基体に形成した試料導入路あるいは管状の空間と、前記試料導入路あるいは前記管状の空間に面した部位に少なくとも分析対象物質に特異的に反応する酵素と前記分析対象物質と前記酵素との反応によって化学変化する物質を有し、前記試料導入路あるいは前記管状の空間の断面積が前記試料の流動方向にむかって徐々に減少することを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】上記の課題を解決するために本発明のバイオセンサは、基体に形成した試料導入路あるいは管状の空間と、前記試料導入路あるいは前記管状の空間に面した部位に少なくとも分析対象物質に特異的に反応する酵素と前記分析対象物質と前記酵素との反応によって化学変化する物質を有し、前記試料導入路あるいは前記管状の空間の断面積が前記試料の流動方向にむかって徐々に減少することを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微量試料中の特性成分を迅速かつ簡便に定量することができるバイオセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、酵素の有する特異的触媒作用を利用し、試料中の特定成分を定量分析する種々の手法が開発されている。その代表的な応用例として、血糖値測定用センサ（血糖値とは血液中のグルコース濃度をさす）がある。
【０００３】
なかでも、Ｉ型糖尿病を中心とした日々の血糖値の管理が必要な患者が用いる、自己血糖値測定用センサは、その医学的な重要性から広く普及している。
【０００４】
この自己血糖値測定用センサの血液中のグルコース濃度を定量する手法は主に電気化学方式と光学方式の２種類がある。前述の測定方式で用いられる血糖値測定用センサは、採血した血液試料を試薬まで、毛細管作用により、運搬するものである。
【０００５】
つまり、毛細管作用を応用し試料をチップやセンサの一端に接触させるだけで、試料を導入する機構により、試料の量を予め測るなどの煩雑な操作もなく、誰にでも簡単に正確な測定が可能となった。
【０００６】
図７では、従来例のバイオセンサを用い、その構成を説明する。
【０００７】
ポリエチレンテレフタレートからなる絶縁性の基板１ａに、スクリーン印刷により銀ペーストを印刷し銀リード５を形成する。次に、樹脂バインダーを含む導電性カーボンペーストを用いて電極系のうち測定極２を、続いて絶縁性ペーストからなる絶縁層４をそれぞれ印刷により形成する。絶縁層４は、測定極２の露出部分の面積（約１ｍｍ２）を一定とし、かつ銀リード５を部分的に覆っている。最後に測定極と同一のカーボンペーストを用いて対極３を印刷により形成する。さらに、空気孔９を有するカバー１ｃおよび試料導入路７と試料供給口６を形成する溝を有するスペーサー１ｂを基板１ａに接着してセンサが組立てられる。カバーに透明な材料を用いると、反応層の状態や試料液の導入状況を外部から極めて容易に確認することができる。
【０００８】
また、カバーを装着すると、カバーとスペーサ−によってできる空間部の毛細管作用によって、試料液はセンサ先端の試料供給口６に接触させるだけの簡易操作で容易に反応層部分へ導入される。
【０００９】
バイオセンサへの試料提供は、試料となる血液を指や腕、耳朶等から穿刺器を用いて採取し、それをバイオセンサの試料供給口に点着して行う。点着された試料は毛細管作用により、試薬に送られる。
【００１０】
試料採取は穿刺器を用いるため、穿刺に痛みを伴うことが避けられない。
【００１１】
この痛みの軽減に対する要望が高まっており、種々の取組みがなされている。その取組みの一つとして、採取する試料の微量化がある。測定に必要な試料が少なくなると、穿刺により傷つく皮膚の面積を小さくすることや穿刺の深さを浅くすることが可能となり、痛みの軽減につながる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
採取試料の微量化が痛みを軽減させる手段の一つであるが、採取する試料が少なくなると、毛細管作用を有する部分の体積を小さくする必要がある。ところが、試料が微量化した場合、その液滴が小さくなり、バイオセンサ側の小さい断面積の毛細管作用を要する部分、つまり試料供給口に的確に点着するのは困難であるという課題があった。
【００１３】
さらに採取試料の微量化のために毛細管作用を有する部分の体積を小さくすると、試料と毛細管の内壁とのせん断応力が大きくなり、試料の導入が円滑でなくなるといった課題もあった。また、毛細管作用を有する部分に試薬を設けているため、それによって生じた凹凸による摩擦で試料液の流速が損失される場合もあった。
【００１４】
本発明は、試料中の特定成分が、少量、迅速、しかも簡便に測定できるバイオセンサの提供を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、基板と、前記基板上に設けた試料供給口と、前記試料供給口と連通する試料導入路と、前記試料導入路内に設けた酵素を含む試薬とを備え、前記試料供給口に点着された試料は前記試料導入路内に導入され、
前記試料供給口の、試料導入方向に対し垂直方向の断面積が、前記試料導入路の試料導入方向に対し垂直方向の断面積よりも、大きいことを特徴とするバイオセンサとする。
【００１６】
さらに、本発明は、試料導入路は、試料導入方向に対し垂直方向の断面積がほぼ一定の区間を有することを特徴とするバイオセンサとする。
【００１７】
さらに、本発明は、基板上に形成された測定極と対極とを有する電極系は、少なくとも前記電極系の一部が試料導入路内に露出していることを特徴とするバイオセンサとする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
基板と、前記基板上に設けた試料供給口と、前記試料供給口と連通する試料導入路と、前記試料導入路内に設けた酵素を含む試薬とを備え、前記試料供給口に点着された試料は前記試料導入路内試薬に導入され、
前記試料供給口の、試料導入方向に対し垂直方向の断面積が、前記試料導入路の試料導入方向に対し垂直方向の断面積よりも、大きいことを特徴とするバイオセンサとすると、試料供給口に点着された試料がすみやかに、導入路内に到達し、少量の試料が迅速にかつ簡便に計測できる特徴がある。
【００１９】
さらに、試料導入路は、試料導入方向に対し垂直方向の断面積がほぼ一定の区間を有することを特徴とするバイオセンサとすると、試料の必要容量が少なくなり、さらに流速が損なわれることなく試薬まで到達する。
【００２０】
さらに、基板上に形成された測定極と対極とを有する電極系は、少なくとも前記電極系の一部が試料導入路内に露出していることを特徴とすると電気化学方式で少量を迅速にかつ簡便に計測できるバイオセンサとなる。
【００２１】
ここで、本実施の形態で説明するバイオセンサの測定方法について説明する。
【００２２】
測定方法は電気化学方式、ならびに光学方式の２つである。
【００２３】
電気化学方式の測定方法では、試料をバイオセンサの電極系に接する試薬に供給する必要がある。試薬には酵素などが含まれ、試料と接すると酵素反応が起こる。
【００２４】
試薬に酸化酵素と酸化・還元機能を有する電子受容体を含有した場合、酸化反応で移動した電子が電子受容体を還元する。還元された電子受容体にパルス電圧を計測装置から印加すると還元された電子受容体が酸化されるとき、酸化電流が得られ、この電流値が目的物の濃度と対応する。
【００２５】
つまり、バイオセンサの先端に試料、例えば、血液を点着すると、毛細管作用で血液がバイオセンサ内に速やかに導入され、試薬へと導かれる。
【００２６】
次に、試薬での反応について述べる。試薬に含まれているグルコースオキシダーゼ（ＥＣ１．１．３．４：今後ＧＯＤと略す）がフェリシアン化カリウムを電子受容体として、血液中のグルコースを酸化する。その際に、グルコースは酸化されてグルコノ−δ−ラクトンとなり、フェリシアン化カリウムは還元されて、フェロシアン化カリウムになる。
【００２７】
このフェロシアン化カリウムがセンサの電極間に電圧を印加して、酸化される際に流れる電流を測定器で計測する。フェロシアン化カリウムの生成量はグルコースがＧＯＤで酸化された量に比例するので、フェロシアン化カリウムの量を電気化学的に計測することで血液中のグルコース濃度を定量することができる。
【００２８】
光学方式の測定方法は、次の通りである。
【００２９】
センサを計測器（リーダー）に装着し、センサの先端に血液を点着すると、毛細管作用で血液がセンサ内に速やかに導入される。
【００３０】
センサに含まれるＧＯＤが血液中の酸素を電子受容体として血液中のグルコースを酸化し、グルコノ−δ−ラクトンと過酸化水素が生成する。この生成した過酸化水素を、センサ中に含まれるペルオキシダーゼ（ＥＣ１．１１．１．７：今後ＰＯＤと略す）が酸化すると同時に、その際に同様にセンサ中に含まれる色素が還元して色素の色が変化する。
【００３１】
この色素の変化量をリーダーに内蔵された光度計で計測する。色素の変化量はグルコースがＧＯＤで酸化された際に生成した過酸化水素の量に比例するので、色素の変化量を計測することで血液中のグルコースの濃度を定量することができる。
【００３２】
それでは本発明について、実施の形態をもとに具体的に説明する。
【００３３】
実施の形態１〜５は電気化学方式の測定方法によるもの、実施の形態６は光学方式の測定方法によるものである。
【００３４】
電気化学方式、光学方式のバイオセンサに用いられる毛細管は、毛細管作用は管状の空間のみならず、基板と１対の側壁があれば、その作用が確認される。つまり、基板上に側壁を有する空間を形成すると、液体は３方が固体面からなる空間においても毛細管作用が認められる。
【００３５】
それぞれの図において符号が同一のものは同一の構造または作用があるものを示す。また、すべての図において、試薬は図示しない。さらに、１点鎖線は張り合わせの位置関係を示す。
【００３６】
（実施の形態１）
図１は、試料導入路の試料供給口の断面積が最大で、試料導入路内部に行くに従ってその断面積が減少し、試料導入路が基板と対向する面側が開放型であるバイオセンサの分解斜視図である。
【００３７】
基板１ａはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ樹脂）からなる。ＰＥＴ樹脂からなるスペーサー１０１ｂは切り込みが設けられ、その切り込みの幅は試料供給口６から試料の導入方向に向かい減少する。
【００３８】
基板１ａ上には印刷法により銀リード５、電極系（測定極２、対極３）および絶縁層４を順次形成した。絶縁層４は測定極２の露出部分の面積を一定とし、かつリード５を部分的に覆っている。基板１ａとスペーサー１０１ｂを１点鎖線に示す位置関係に従い順次、張り合わせることによって試料導入路７を形成する。
【００３９】
続いて酵素を含む溶液を試料導入路７の内部に滴下乾燥させ試薬（図示せず）を形成した。試料供給口６に試料を点着すると、毛細管作用によりすみやかに試料導入路７内に試料が導入され、内部に設置した試薬にある酵素等を溶解し反応が開始した。一定時間が経過した後に電極間へ電圧を印加して得られる電流値を測定し、試料中の特定の成分を分析した。
【００４０】
本実施の形態の場合、試料導入路７の断面積は試料供給口６の部分が最大で、試料導入路内部に行くに従ってその断面積は小さくなる。試料導入路７の体積を小さく保ちつつ一方で試料供給口６が広くなっているので、簡単に試料供給口が判別でき、微量の試料であっても、バイオセンサ先端の任意の位置に試料が接するだけで、試料導入路７に簡便に試料を供給することが可能となる。
【００４１】
試料導入路７において試料の流れる速度と毛細管内の圧力との関係に着目した場合、試料導入路７の内部に試料が進行するに従い、圧力が高くなる。ところが、試料導入路７の断面積が徐々に減少することによって、圧力が試料の流速へと移行し、少量の試料が、短時間に試料導入路７に導入される。
【００４２】
これにより、試料導入路内の試料の速度が増大し、試料導入路の凹凸による影響をほとんど受けることなく、試料の導入が円滑に行われるバイオセンサとなる。
【００４３】
上面が大きく開放したバイオセンサを用い、その効果を記載したが、上面が図示したように大きく開放されていないものもある。
【００４４】
例えば、スペーサーに切り込み加工部を設けるとき、テーパを設けた切り込み加工を行い、バイオセンサとして組み合わせたとき、上面の切り込み加工部の面積が、基板と接触する切り込み加工部の面積より小さくすることがある。この加工により、上面の開放部が小さくなる。この結果、試料はその一定量を、試薬に供給するときのばらつきが抑えられ、測定精度が向上する。
【００４５】
さらに、試料導入路全体の体積を小さく保ちつつ一方で試料供給口が広くなっているので、微量の試料であっても、バイオセンサ先端の任意の位置に試料が接するだけで、簡単に試料供給口が判明し簡便に試料を供給することが可能となる。
【００４６】
また、本構成のバイオセンサは、基板上に形成されたスペーサーが、基板全体を覆っていない。したがって、スペーサー部を試料だめに使える。つまり、試料を、一旦、別の手段で、採取し、その後、本発明のバイオセンサに供給することができる。
【００４７】
微生物や細胞などの培養液や液体状の食品、注射器等で採取した体液など、直接バイオセンサを浸漬できないような試料中の成分を測定するときに有効である。
【００４８】
（実施の形態２）
図２は、試料導入路は試料供給口の断面積が最大で、試料導入路内部に行くに従ってすみやかに減少し、試料導入路はその両端が開放されたバイオセンサの分解斜視図である。
【００４９】
基板１ａ、試料供給口６から試料の導入方向に向かい減少する切り込みが形成されているスペーサー１０１ｂおよび試料供給口６とは別のもう一方の端面に空気孔９を形成したカバー１ｃを、１点鎖線に示す位置関係に従い順次、張り合わせて基体とすることで、バイオセンサは両端面が開放された管状の試料導入路８を形成する。
【００５０】
なお、基体の構成素材はＰＥＴ樹脂である。管状の試料導入路８の体積を小さく保ちつつ一方で試料供給口６が広くなっているので、簡単に試料導入路が判別でき、微量の試料であっても、バイオセンサ先端の任意の位置に試料が接するだけで、管状の試料導入路８に簡便に試料を供給することが可能となる。さらに、カバー１ｃにより、試料の蒸発が防がれ、さらに高精度な測定が可能となる。本実施の形態は試料供給口から試料の導入が円滑であり、少ない試料量で、迅速に計測できる簡便なバイオセンサとなる。
【００５１】
（実施の形態３）
図３は、試料導入路は試料供給口の断面積が最大で、試料導入路内部に行くに従ってすみやかに減少する試料導入路と一定である試料導入路が上面開放型であるバイオセンサの分解斜視図である。
【００５２】
基板１ａおよび試料導入路内部に向かってすみやかに減少する切り込みと一定である切り込みを有するスペーサー１０２ｂは、ＰＥＴ樹脂からなるバイオセンサの基体である。基板１ａには印刷法により銀リード５、電極系（測定極２、対極３）および絶縁層４を順次形成した。絶縁層６は測定極２の露出部分の面積を一定とし、かつリード５を部分的に覆っている。次に酵素および酵素と分析対象物質の反応によって化学変化する物質の混合溶液を電極系上に滴下、乾燥させ試薬を形成した。
【００５３】
続いて基板１ａとスペーサー１０２ｂを１点鎖線に示す位置関係に従い順次、張り合わせることによってバイオセンサには試料の流入方向に向かって減少する区間を有する試料導入路７１ａと試料の流入方向に向かって一定である区間を有する試料導入路７１ｂからなる試料導入路を形成した。試料供給口６より試料が供給されると、試料導入口内部に行くにしたがってすみやかに減少する区間を有する試料導入路７１ａ内に試料が導入され、試薬での反応が開始した。一定時間が経過した後に電極間へ電圧を印加して得られる電流値を測定し、試料中の特定の成分を分析した。
【００５４】
試料供給口６の断面積が最大で、すみやかに断面積が減少し、一定である区間を有する試料導入路７１ｂの部分で断面積は一定となっている。
【００５５】
本実施の形態では、試料供給口から試料の導入が円滑であり、微量の試料においても、迅速に計測できる簡便なバイオセンサである。
【００５６】
上面が大きく開放したバイオセンサを用い、その効果を記載したが、上面が図示したように大きく開放されていないものもある。
【００５７】
例えば、スペーサーに切り込み加工部を設けるとき、テーパを設けた切り込み加工を行い、バイオセンサとして組み合わせたとき、上面の切り込み加工部の面積が、基板と接触する切り込み加工部の面積より小さくすることがある。この加工により、上面の開放部が小さくなる。この結果、試料はその一定量を、試薬に供給するときのばらつきが抑えられ、測定精度が向上する。
【００５８】
さらに、試料導入路全体の体積を小さく保ちつつ一方で試料供給口が広くなっているので、微量の試料であっても、バイオセンサ先端の任意の位置に試料が接するだけで、簡単に試料供給口が判明し、簡便に試料を供給することが可能となる。
【００５９】
また、本構成のバイオセンサは、基板上に形成されたスペーサーが、基板全体を覆っていない。したがって、スペーサー部を試料だめに使える。つまり、試料を、一旦、別の手段で、採取し、その後、本発明のバイオセンサに供給する。
【００６０】
微生物や細胞などの培養液や液体状の食品、注射器等で採取した体液など、直接バイオセンサを浸漬できないような試料中の成分を測定するときに有効である。
【００６１】
（実施の形態４）
図４は、試料導入路は試料供給口の断面積が最大で、試料導入路内部に行くに従ってすみやかに減少する試料導入路と一定である試料導入路はその両端が開放型であるバイオセンサの分解斜視図である。
【００６２】
基板１ａ、試料導入路内部に向かってすみやかに減少する切り込みと一定である切り込みを有するスペーサー１０２ｂ、および試料供給口６とは別のもう一方の端面に空気孔９を形成したカバー１ｃを１点鎖線に示す位置関係に従い順次、張り合わせて基体とすることで、バイオセンサは両端が開放された管状の試料導入路を形成することができる。なお、基体の構成素材はＰＥＴ樹脂である。つまり、図３にカバー１ｃを張り合わせたものである。
【００６３】
すみやかにその断面積が減少する区間を有する試料導入路８１ａと、断面積が一定である区間を有する空間８１ｂからなる試料導入路の体積を小さく保ちつつ一方で試料供給口６が広くなっているので、簡単に試料導入路が判別でき、微量の試料であっても、バイオセンサ先端の任意の位置に試料が接するだけで、管状の空間に簡便に試料を供給することが可能となる。
【００６４】
さらに、カバー１ｃにより、試料の蒸発が防がれ、さらに高精度な測定が可能となる。本実施の形態においても、実施の形態２と同様に試料の蒸発を防ぎ、さらに高精度な測定が可能となる。
【００６５】
本実施の形態では、試料供給口から試料の導入が円滑であり、微量の試料においても、迅速に計測できる簡便なバイオセンサとなる。
【００６６】
（実施の形態５）
図５は、試料導入路は試料供給口の断面積が最大で、試料導入路内部に行くに従って凸弧線を描きすみやかに減少する試料導入路と一定である試料導入路はその両端が開放型であるバイオセンサの分解斜視図である。
【００６７】
本実施の形態と実施の形態４との違いは、本実施の形態では、試料の流入方向に向かって減少する区間が直線的に減少するのではなく、凸弧線を描いて減少することである。
【００６８】
基板１ａ、試料導入路内部に行くに従って減少する凸弧線の切り込みと一定である切り込みを有するスペーサー１０３ｂ、および試料供給口６とは別のもう一方の端面に空気孔９を形成したカバー１ｃを１点鎖線に示す位置関係に従い順次、張り合わせて基体とすることで、バイオセンサは両端が開放された管状の空間を形成することができる。なお、基体の構成素材はＰＥＴ樹脂である。管状の試料導入路は試料導入路内部に行くに従い弧線で減少する区間を有する試料導入路８２ａと断面積の一定である区間を有する試料導入路８２ｂからなる。
【００６９】
凸弧線を描き断面積が減少する区間を有する試料導入路８２ａと、断面積が一定である区間を有する空間８２ｂからなる試料導入路の体積を小さく保ちつつ、一方で試料供給口６が広くなっているので、簡単に試料導入路が判別でき、微量の試料であっても、バイオセンサ先端の任意の位置に試料が接するだけで、管状の空間に簡便に試料を供給することが可能となる。さらに、カバー１ｃにより、試料の蒸発が防がれ、さらに高精度な測定が可能となる。
【００７０】
本実施の形態は試料供給口から試料の導入が円滑であり、微量の試料においても、迅速に計測できる簡便なバイオセンサとなる。
【００７１】
（実施の形態６）
図６は、試料導入路は試料供給口の断面積が最大で、それに続き、試料供給口より断面積が小さい試料導入路により構成されたバイオセンサの分解斜視図である。
【００７２】
このバイオセンサは採光部１１を設けた基板１００ａと、試薬を含むガラスフィルター１０を有するスペーサー１０４ｂにより構成される。さらに、スペーサー１０４ｂは試料供給口６となる切り込み、断面積が切り替えられ、試料導入路内部に向かって断面積が小さくなる構成である。断面積の大きな部位を７２ａ、断面積の小さな部位を７２ｂとする。
【００７３】
試料供給口６が広くなっているので、簡単に試料導入路が判別でき、微量の試料であっても、簡単にセンサ先端の任意の位置に試料が接するだけで、簡便に試料を供給することが可能となる。
【００７４】
本実施の形態では試料の導入が円滑であり、少ない試料量で、迅速に計測できる簡便なバイオセンサとなる。
【００７５】
上面が大きく開放したバイオセンサを用い、その効果を記載したが、上面が図示したように大きく開放されていないものもある。
【００７６】
例えば、スペーサーに切り込み加工部を設けるとき、テーパを設けた切り込み加工を行い、バイオセンサと ミして組み合わせたとき、上面の切り込み加工部の面積が、基板と接触する切り込み加工部の面積より小さくすることがある。この加工により、上面の開放部が小さくなる。この結果、試料はその一定量を、試薬に供給するときのばらつきが抑えられ、測定精度が向上する。
【００７７】
さらに、試料導入路全体の体積を小さく保ちつつ一方で試料供給口が広くなっているので、微量の試料であっても、バイオセンサ先端の任意の位置に試料が接するだけで、簡単に試料供給口が判明し簡便に試料を供給することが可能となる。
【００７８】
また、本構成のバイオセンサは、基板上に形成されたスペーサーが、基板全体を覆っていない。したがって、スペーサー部を試料だめに使える。つまり、試料を、一旦、別の手段で、採取し、その後、本発明のバイオセンサに供給する。
【００７９】
微生物や細胞などの培養液や液体状の食品、注射器等で採取した体液など、直接バイオセンサを浸漬できないような試料中の成分を測定するときに有効である。
【００８０】
説明してきたように、本発明のバイオセンサは、試料供給口の断面積を最大にすることにより、試料を簡単に試料供給口に導入できる。これにより、微量な試料が的確に試料供給口から毛細管作用によってバイオセンサ中にスムーズに導入され、試料が少量で、迅速、しかも簡便に測定できる。
【００８１】
本実施の形態で説明したバイオセンサは定量・定性どちらの使用も可能である。
【００８２】
【実施例】
実施の形態で得られたバイオセンサについて、実施例をあげて本発明をより詳細に説明する。
【００８３】
本実施例では試料をグルコースとし、酵素はＧＯＤを使用した。また、実施例で用いる図では、すべて試薬は図示しない。
【００８４】
（実施例１）
ここでは図１とともに、バイオセンサの作製手順を説明する。図１の構成は実施の形態１で説明したとおりである。
【００８５】
試料導入路７の内部でかつ電極系の近傍に、親水性高分子としてカルボキシメチルセルロース（今後ＣＭＣと略す）の０．５ｗｔ％水溶液を滴下、乾燥させてＣＭＣ層を形成した。
【００８６】
続いて、ＣＭＣ層上に酵素としてＧＯＤ２００Ｕ（ユニット）、酵素と分析対象物質との反応で化学変化する物質として電子受容体のフェリシアン化カリウム６６ｍｇを脱イオン水１ｍｌに溶解させた混合溶液を０．５μｌ滴下し、５０℃の温風乾燥器中で１０分間乾燥させて酵素層を形成した。ＣＭＣ層と酵素層を合わせて、試薬とする。この試薬の厚さは基板から数十μｍとなる。
【００８７】
試薬を形成した後、スペーサー１０１ｂを、一点鎖線で示すような位置関係をもって順次接着した。スペーサー１０１ｂは試料供給口に１ｍｍ幅の切り込みを、他方は０．７５ｍｍの切り込みをいれた。
【００８８】
上記のように作製したグルコースセンサに試料として１００ｍｇ／ｄｌの濃度のグルコース水溶液を試料供給口６より０．５μｌ供給した。試料は毛細管作用によって速やかに試料導入路７全体を満たし、試薬でグルコースの酸化分解反応が起こった。
【００８９】
試料を供給してから２５秒後に、電極系の対極３を基準にして測定極２に０．５Ｖのパルス電圧を印加し、５秒後の電流値を測定したところ、試料中のグルコース濃度に依存した応答電流値が得られた。
【００９０】
同様に、比較例として、図７で示したバイオセンサについても、電極ならびに試薬（図示せず）を形成し、比較用バイオセンサとした。スペーサー１０５ｂの試料供給口６の切り込みを１ｍｍとし、その幅で、試薬まで試料導入路７３ｂを形成した。
【００９１】
試料が試薬まで到達する時間を比較すると、本発明のバイオセンサが、比較用バイオセンサより短時間で到達した。また、圧力エネルギーが速度エネルギーに変わるため、バイオセンサ基板上の凹凸、本実施例では試薬の厚さ数十μｍを乗り越えて、試料が供給された。
【００９２】
これは、スペーサー１０１ｂの試料導入路において、試料導入方向に対し、垂直方向の面積が、試料導入路の他端の前記断面積と比較し、徐々に減少するバイオセンサは、圧力エネルギーが速度エネルギーへと移行するため、試料の導入がすみやかに、かつ円滑に行われた。
【００９３】
図１と共に、試薬の作製を説明したが、管状の試料導入路を形成するため、図２のように試薬を形成した後、基板１ａおよびスペーサー１０１ｂにカバー１ｃを更に張り合わせることによって、管状の試料導入路８を形成するバイオセンサもある。
【００９４】
管状の試料導入路にすることにより部材が増えることになるが、試料がバイオセンサ外に露出する面積が少なくなることで、蒸発の影響を防ぐことができ、試料のすみやかな導入とともに、更に高精度の測定を実施することが可能となった。
【００９５】
図２から図５についても、バイオセンサを作製し、図７のバイオセンサを比較例とし、試薬までの試料到達時間を計測したところ、同様の結果を得た。
【００９６】
（実施例２）
図６とともに、本実施例のグルコースセンサの作製方法について説明する。
【００９７】
ガラスフィルター１０にＧＯＤ、ＰＯＤ、４―アミノアンチピリン、Ｎ―エチルＮ―（２―ヒドロキシ−３スルホプロピル）―ｍ―トルイジンの混合溶液を含浸させ、乾燥させて試薬を形成する。次にスペーサー１０４ｂを張り合わせバイオセンサとした。なお、試料供給口６の幅は２ｍｍ、ガラスフィルター１０と接触する試料導入路７２ｂの幅は１ｍｍとした。
【００９８】
上記のように作製したグルコースセンサに試料として１００ｍｇ／ｄｌの濃度のグルコース水溶液を試料供給口６より０．５μｌ供給した。試料は毛細管作用によって速やかに試料供給口７２ａから試料導入路７２ｂ全体を満たし、ガラスフィルター１０に到達した。
【００９９】
試料を供給してから２５秒後に、採光部１１より反射光強度を測定したところ、試料中のグルコース濃度に依存した反射光強度の増加が得られた。
【０１００】
図示しないが、上記方法と同様の製作手順で、試料導入路の幅が全経路において２ｍｍの比較用バイオセンサを作製した。
【０１０１】
試料供給口からガラスフィルターへ至るまでの、試料が試薬まで到達する時間を比較すると、本発明のバイオセンサが、比較用バイオセンサより短時間で到達し、実施例１と同様の結果を得た。
【０１０２】
実施例１〜２は、グルコースセンサについて述べたが、これに限定されることなく、本願発明は毛細管作用を応用して試料を導入するバイオセンサに適用可能である。
【０１０３】
また、上記実施例１〜２は、複数の部材を張り合わせた基体を用いることで、毛細管作用を有する試料導入路および管状の空間を形成したが、それに限定することなく単一の部材からなる基体を掘削するなどして試料導入路および管状の空間を形成した場合も同様の効果が得られる。
【０１０４】
さらに、試料としては体液、例えば血液、唾液および髄液などでも同様の効果がられた。特に血液を用いた場合、指先等を傷つけるといった痛みを伴う試料採取手法の改善に貢献することが可能となった。
【０１０５】
加えて、試料導入路あるいは管状の空間の試料流動方向に対して垂直な断面の面積が、試料の流動方向に向かって徐々に減少する区間と一定である区間を有する本願発明のバイオセンサにおいては、断面積が一定である区間の断面積が試料供給口の面積を１とした場合、０．７５以下である場合が好適であった。
【０１０６】
同様に、試料導入路あるいは管状の空間の試料流動方向に対して垂直な前記管状の空間の断面積が、少なくとも１回は変化するバイオセンサにおいては、変化前の断面積を１とした場合、変化後の断面積が０．７５以下である場合が好適だった。
【０１０７】
さらに、試料の量としては、５０ｎｌ以上が好適であった。これは５０ｎｌより試料が少ない場合、蒸発の影響が無視できず、正確な測定ができない。
【０１０８】
【発明の効果】
以上、説明してきたように、試料供給口の断面積が最大となるバイオセンサは試料供給口から微量な試料が的確に毛細管作用によって試料導入路を介し、バイオセンサ中に、基板の凹凸の影響を受けることなく、迅速かつ、効果的に導入される。
【０１０９】
これは、圧力エネルギーが速度エネルギーに変わるための効果である。このことから、試料中の特定成分が、少量、迅速、しかも簡便に測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のバイオンセンサの分解斜視図
【図２】本発明の他の実施例として作製したバイオンセンサの分解斜視図
【図３】本発明の他の実施例として作製したバイオンセンサの分解斜視図
【図４】本発明の他の実施例として作製したバイオンセンサの分解斜視図
【図５】本発明の他の実施例として作製したバイオンセンサの分解斜視図
【図６】本発明の他の実施例として作製したバイオセンサの分解斜視図
【図７】従来例として用いたバイオセンサの分解斜視図
【符号の説明】
１ａ，１００ａ 基板
１０１ｂ，１０２ｂ，１０３ｂ，１０４ｂ，１０５ｂ スペーサー
１ｃ カバー
２ 測定極
３ 対極
４ 絶縁層
５ 銀リード
６ 試料供給口
７，７３ｂ 試料導入路
７１ａ，７２ａ 断面積が減少する試料導入路
７１ｂ，７２ｂ 断面積が一定である試料導入路
８ 管状の試料導入路
８１ａ，８２ａ 断面積が減少する管状の試料導入路
８１ｂ，８２ｂ 断面積が一定である管状の試料導入路
９ 空気孔
１０ ガラスフィルター
１１ 採光部
【発明の属する技術分野】
本発明は、微量試料中の特性成分を迅速かつ簡便に定量することができるバイオセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、酵素の有する特異的触媒作用を利用し、試料中の特定成分を定量分析する種々の手法が開発されている。その代表的な応用例として、血糖値測定用センサ（血糖値とは血液中のグルコース濃度をさす）がある。
【０００３】
なかでも、Ｉ型糖尿病を中心とした日々の血糖値の管理が必要な患者が用いる、自己血糖値測定用センサは、その医学的な重要性から広く普及している。
【０００４】
この自己血糖値測定用センサの血液中のグルコース濃度を定量する手法は主に電気化学方式と光学方式の２種類がある。前述の測定方式で用いられる血糖値測定用センサは、採血した血液試料を試薬まで、毛細管作用により、運搬するものである。
【０００５】
つまり、毛細管作用を応用し試料をチップやセンサの一端に接触させるだけで、試料を導入する機構により、試料の量を予め測るなどの煩雑な操作もなく、誰にでも簡単に正確な測定が可能となった。
【０００６】
図７では、従来例のバイオセンサを用い、その構成を説明する。
【０００７】
ポリエチレンテレフタレートからなる絶縁性の基板１ａに、スクリーン印刷により銀ペーストを印刷し銀リード５を形成する。次に、樹脂バインダーを含む導電性カーボンペーストを用いて電極系のうち測定極２を、続いて絶縁性ペーストからなる絶縁層４をそれぞれ印刷により形成する。絶縁層４は、測定極２の露出部分の面積（約１ｍｍ２）を一定とし、かつ銀リード５を部分的に覆っている。最後に測定極と同一のカーボンペーストを用いて対極３を印刷により形成する。さらに、空気孔９を有するカバー１ｃおよび試料導入路７と試料供給口６を形成する溝を有するスペーサー１ｂを基板１ａに接着してセンサが組立てられる。カバーに透明な材料を用いると、反応層の状態や試料液の導入状況を外部から極めて容易に確認することができる。
【０００８】
また、カバーを装着すると、カバーとスペーサ−によってできる空間部の毛細管作用によって、試料液はセンサ先端の試料供給口６に接触させるだけの簡易操作で容易に反応層部分へ導入される。
【０００９】
バイオセンサへの試料提供は、試料となる血液を指や腕、耳朶等から穿刺器を用いて採取し、それをバイオセンサの試料供給口に点着して行う。点着された試料は毛細管作用により、試薬に送られる。
【００１０】
試料採取は穿刺器を用いるため、穿刺に痛みを伴うことが避けられない。
【００１１】
この痛みの軽減に対する要望が高まっており、種々の取組みがなされている。その取組みの一つとして、採取する試料の微量化がある。測定に必要な試料が少なくなると、穿刺により傷つく皮膚の面積を小さくすることや穿刺の深さを浅くすることが可能となり、痛みの軽減につながる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
採取試料の微量化が痛みを軽減させる手段の一つであるが、採取する試料が少なくなると、毛細管作用を有する部分の体積を小さくする必要がある。ところが、試料が微量化した場合、その液滴が小さくなり、バイオセンサ側の小さい断面積の毛細管作用を要する部分、つまり試料供給口に的確に点着するのは困難であるという課題があった。
【００１３】
さらに採取試料の微量化のために毛細管作用を有する部分の体積を小さくすると、試料と毛細管の内壁とのせん断応力が大きくなり、試料の導入が円滑でなくなるといった課題もあった。また、毛細管作用を有する部分に試薬を設けているため、それによって生じた凹凸による摩擦で試料液の流速が損失される場合もあった。
【００１４】
本発明は、試料中の特定成分が、少量、迅速、しかも簡便に測定できるバイオセンサの提供を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、基板と、前記基板上に設けた試料供給口と、前記試料供給口と連通する試料導入路と、前記試料導入路内に設けた酵素を含む試薬とを備え、前記試料供給口に点着された試料は前記試料導入路内に導入され、
前記試料供給口の、試料導入方向に対し垂直方向の断面積が、前記試料導入路の試料導入方向に対し垂直方向の断面積よりも、大きいことを特徴とするバイオセンサとする。
【００１６】
さらに、本発明は、試料導入路は、試料導入方向に対し垂直方向の断面積がほぼ一定の区間を有することを特徴とするバイオセンサとする。
【００１７】
さらに、本発明は、基板上に形成された測定極と対極とを有する電極系は、少なくとも前記電極系の一部が試料導入路内に露出していることを特徴とするバイオセンサとする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
基板と、前記基板上に設けた試料供給口と、前記試料供給口と連通する試料導入路と、前記試料導入路内に設けた酵素を含む試薬とを備え、前記試料供給口に点着された試料は前記試料導入路内試薬に導入され、
前記試料供給口の、試料導入方向に対し垂直方向の断面積が、前記試料導入路の試料導入方向に対し垂直方向の断面積よりも、大きいことを特徴とするバイオセンサとすると、試料供給口に点着された試料がすみやかに、導入路内に到達し、少量の試料が迅速にかつ簡便に計測できる特徴がある。
【００１９】
さらに、試料導入路は、試料導入方向に対し垂直方向の断面積がほぼ一定の区間を有することを特徴とするバイオセンサとすると、試料の必要容量が少なくなり、さらに流速が損なわれることなく試薬まで到達する。
【００２０】
さらに、基板上に形成された測定極と対極とを有する電極系は、少なくとも前記電極系の一部が試料導入路内に露出していることを特徴とすると電気化学方式で少量を迅速にかつ簡便に計測できるバイオセンサとなる。
【００２１】
ここで、本実施の形態で説明するバイオセンサの測定方法について説明する。
【００２２】
測定方法は電気化学方式、ならびに光学方式の２つである。
【００２３】
電気化学方式の測定方法では、試料をバイオセンサの電極系に接する試薬に供給する必要がある。試薬には酵素などが含まれ、試料と接すると酵素反応が起こる。
【００２４】
試薬に酸化酵素と酸化・還元機能を有する電子受容体を含有した場合、酸化反応で移動した電子が電子受容体を還元する。還元された電子受容体にパルス電圧を計測装置から印加すると還元された電子受容体が酸化されるとき、酸化電流が得られ、この電流値が目的物の濃度と対応する。
【００２５】
つまり、バイオセンサの先端に試料、例えば、血液を点着すると、毛細管作用で血液がバイオセンサ内に速やかに導入され、試薬へと導かれる。
【００２６】
次に、試薬での反応について述べる。試薬に含まれているグルコースオキシダーゼ（ＥＣ１．１．３．４：今後ＧＯＤと略す）がフェリシアン化カリウムを電子受容体として、血液中のグルコースを酸化する。その際に、グルコースは酸化されてグルコノ−δ−ラクトンとなり、フェリシアン化カリウムは還元されて、フェロシアン化カリウムになる。
【００２７】
このフェロシアン化カリウムがセンサの電極間に電圧を印加して、酸化される際に流れる電流を測定器で計測する。フェロシアン化カリウムの生成量はグルコースがＧＯＤで酸化された量に比例するので、フェロシアン化カリウムの量を電気化学的に計測することで血液中のグルコース濃度を定量することができる。
【００２８】
光学方式の測定方法は、次の通りである。
【００２９】
センサを計測器（リーダー）に装着し、センサの先端に血液を点着すると、毛細管作用で血液がセンサ内に速やかに導入される。
【００３０】
センサに含まれるＧＯＤが血液中の酸素を電子受容体として血液中のグルコースを酸化し、グルコノ−δ−ラクトンと過酸化水素が生成する。この生成した過酸化水素を、センサ中に含まれるペルオキシダーゼ（ＥＣ１．１１．１．７：今後ＰＯＤと略す）が酸化すると同時に、その際に同様にセンサ中に含まれる色素が還元して色素の色が変化する。
【００３１】
この色素の変化量をリーダーに内蔵された光度計で計測する。色素の変化量はグルコースがＧＯＤで酸化された際に生成した過酸化水素の量に比例するので、色素の変化量を計測することで血液中のグルコースの濃度を定量することができる。
【００３２】
それでは本発明について、実施の形態をもとに具体的に説明する。
【００３３】
実施の形態１〜５は電気化学方式の測定方法によるもの、実施の形態６は光学方式の測定方法によるものである。
【００３４】
電気化学方式、光学方式のバイオセンサに用いられる毛細管は、毛細管作用は管状の空間のみならず、基板と１対の側壁があれば、その作用が確認される。つまり、基板上に側壁を有する空間を形成すると、液体は３方が固体面からなる空間においても毛細管作用が認められる。
【００３５】
それぞれの図において符号が同一のものは同一の構造または作用があるものを示す。また、すべての図において、試薬は図示しない。さらに、１点鎖線は張り合わせの位置関係を示す。
【００３６】
（実施の形態１）
図１は、試料導入路の試料供給口の断面積が最大で、試料導入路内部に行くに従ってその断面積が減少し、試料導入路が基板と対向する面側が開放型であるバイオセンサの分解斜視図である。
【００３７】
基板１ａはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ樹脂）からなる。ＰＥＴ樹脂からなるスペーサー１０１ｂは切り込みが設けられ、その切り込みの幅は試料供給口６から試料の導入方向に向かい減少する。
【００３８】
基板１ａ上には印刷法により銀リード５、電極系（測定極２、対極３）および絶縁層４を順次形成した。絶縁層４は測定極２の露出部分の面積を一定とし、かつリード５を部分的に覆っている。基板１ａとスペーサー１０１ｂを１点鎖線に示す位置関係に従い順次、張り合わせることによって試料導入路７を形成する。
【００３９】
続いて酵素を含む溶液を試料導入路７の内部に滴下乾燥させ試薬（図示せず）を形成した。試料供給口６に試料を点着すると、毛細管作用によりすみやかに試料導入路７内に試料が導入され、内部に設置した試薬にある酵素等を溶解し反応が開始した。一定時間が経過した後に電極間へ電圧を印加して得られる電流値を測定し、試料中の特定の成分を分析した。
【００４０】
本実施の形態の場合、試料導入路７の断面積は試料供給口６の部分が最大で、試料導入路内部に行くに従ってその断面積は小さくなる。試料導入路７の体積を小さく保ちつつ一方で試料供給口６が広くなっているので、簡単に試料供給口が判別でき、微量の試料であっても、バイオセンサ先端の任意の位置に試料が接するだけで、試料導入路７に簡便に試料を供給することが可能となる。
【００４１】
試料導入路７において試料の流れる速度と毛細管内の圧力との関係に着目した場合、試料導入路７の内部に試料が進行するに従い、圧力が高くなる。ところが、試料導入路７の断面積が徐々に減少することによって、圧力が試料の流速へと移行し、少量の試料が、短時間に試料導入路７に導入される。
【００４２】
これにより、試料導入路内の試料の速度が増大し、試料導入路の凹凸による影響をほとんど受けることなく、試料の導入が円滑に行われるバイオセンサとなる。
【００４３】
上面が大きく開放したバイオセンサを用い、その効果を記載したが、上面が図示したように大きく開放されていないものもある。
【００４４】
例えば、スペーサーに切り込み加工部を設けるとき、テーパを設けた切り込み加工を行い、バイオセンサとして組み合わせたとき、上面の切り込み加工部の面積が、基板と接触する切り込み加工部の面積より小さくすることがある。この加工により、上面の開放部が小さくなる。この結果、試料はその一定量を、試薬に供給するときのばらつきが抑えられ、測定精度が向上する。
【００４５】
さらに、試料導入路全体の体積を小さく保ちつつ一方で試料供給口が広くなっているので、微量の試料であっても、バイオセンサ先端の任意の位置に試料が接するだけで、簡単に試料供給口が判明し簡便に試料を供給することが可能となる。
【００４６】
また、本構成のバイオセンサは、基板上に形成されたスペーサーが、基板全体を覆っていない。したがって、スペーサー部を試料だめに使える。つまり、試料を、一旦、別の手段で、採取し、その後、本発明のバイオセンサに供給することができる。
【００４７】
微生物や細胞などの培養液や液体状の食品、注射器等で採取した体液など、直接バイオセンサを浸漬できないような試料中の成分を測定するときに有効である。
【００４８】
（実施の形態２）
図２は、試料導入路は試料供給口の断面積が最大で、試料導入路内部に行くに従ってすみやかに減少し、試料導入路はその両端が開放されたバイオセンサの分解斜視図である。
【００４９】
基板１ａ、試料供給口６から試料の導入方向に向かい減少する切り込みが形成されているスペーサー１０１ｂおよび試料供給口６とは別のもう一方の端面に空気孔９を形成したカバー１ｃを、１点鎖線に示す位置関係に従い順次、張り合わせて基体とすることで、バイオセンサは両端面が開放された管状の試料導入路８を形成する。
【００５０】
なお、基体の構成素材はＰＥＴ樹脂である。管状の試料導入路８の体積を小さく保ちつつ一方で試料供給口６が広くなっているので、簡単に試料導入路が判別でき、微量の試料であっても、バイオセンサ先端の任意の位置に試料が接するだけで、管状の試料導入路８に簡便に試料を供給することが可能となる。さらに、カバー１ｃにより、試料の蒸発が防がれ、さらに高精度な測定が可能となる。本実施の形態は試料供給口から試料の導入が円滑であり、少ない試料量で、迅速に計測できる簡便なバイオセンサとなる。
【００５１】
（実施の形態３）
図３は、試料導入路は試料供給口の断面積が最大で、試料導入路内部に行くに従ってすみやかに減少する試料導入路と一定である試料導入路が上面開放型であるバイオセンサの分解斜視図である。
【００５２】
基板１ａおよび試料導入路内部に向かってすみやかに減少する切り込みと一定である切り込みを有するスペーサー１０２ｂは、ＰＥＴ樹脂からなるバイオセンサの基体である。基板１ａには印刷法により銀リード５、電極系（測定極２、対極３）および絶縁層４を順次形成した。絶縁層６は測定極２の露出部分の面積を一定とし、かつリード５を部分的に覆っている。次に酵素および酵素と分析対象物質の反応によって化学変化する物質の混合溶液を電極系上に滴下、乾燥させ試薬を形成した。
【００５３】
続いて基板１ａとスペーサー１０２ｂを１点鎖線に示す位置関係に従い順次、張り合わせることによってバイオセンサには試料の流入方向に向かって減少する区間を有する試料導入路７１ａと試料の流入方向に向かって一定である区間を有する試料導入路７１ｂからなる試料導入路を形成した。試料供給口６より試料が供給されると、試料導入口内部に行くにしたがってすみやかに減少する区間を有する試料導入路７１ａ内に試料が導入され、試薬での反応が開始した。一定時間が経過した後に電極間へ電圧を印加して得られる電流値を測定し、試料中の特定の成分を分析した。
【００５４】
試料供給口６の断面積が最大で、すみやかに断面積が減少し、一定である区間を有する試料導入路７１ｂの部分で断面積は一定となっている。
【００５５】
本実施の形態では、試料供給口から試料の導入が円滑であり、微量の試料においても、迅速に計測できる簡便なバイオセンサである。
【００５６】
上面が大きく開放したバイオセンサを用い、その効果を記載したが、上面が図示したように大きく開放されていないものもある。
【００５７】
例えば、スペーサーに切り込み加工部を設けるとき、テーパを設けた切り込み加工を行い、バイオセンサとして組み合わせたとき、上面の切り込み加工部の面積が、基板と接触する切り込み加工部の面積より小さくすることがある。この加工により、上面の開放部が小さくなる。この結果、試料はその一定量を、試薬に供給するときのばらつきが抑えられ、測定精度が向上する。
【００５８】
さらに、試料導入路全体の体積を小さく保ちつつ一方で試料供給口が広くなっているので、微量の試料であっても、バイオセンサ先端の任意の位置に試料が接するだけで、簡単に試料供給口が判明し、簡便に試料を供給することが可能となる。
【００５９】
また、本構成のバイオセンサは、基板上に形成されたスペーサーが、基板全体を覆っていない。したがって、スペーサー部を試料だめに使える。つまり、試料を、一旦、別の手段で、採取し、その後、本発明のバイオセンサに供給する。
【００６０】
微生物や細胞などの培養液や液体状の食品、注射器等で採取した体液など、直接バイオセンサを浸漬できないような試料中の成分を測定するときに有効である。
【００６１】
（実施の形態４）
図４は、試料導入路は試料供給口の断面積が最大で、試料導入路内部に行くに従ってすみやかに減少する試料導入路と一定である試料導入路はその両端が開放型であるバイオセンサの分解斜視図である。
【００６２】
基板１ａ、試料導入路内部に向かってすみやかに減少する切り込みと一定である切り込みを有するスペーサー１０２ｂ、および試料供給口６とは別のもう一方の端面に空気孔９を形成したカバー１ｃを１点鎖線に示す位置関係に従い順次、張り合わせて基体とすることで、バイオセンサは両端が開放された管状の試料導入路を形成することができる。なお、基体の構成素材はＰＥＴ樹脂である。つまり、図３にカバー１ｃを張り合わせたものである。
【００６３】
すみやかにその断面積が減少する区間を有する試料導入路８１ａと、断面積が一定である区間を有する空間８１ｂからなる試料導入路の体積を小さく保ちつつ一方で試料供給口６が広くなっているので、簡単に試料導入路が判別でき、微量の試料であっても、バイオセンサ先端の任意の位置に試料が接するだけで、管状の空間に簡便に試料を供給することが可能となる。
【００６４】
さらに、カバー１ｃにより、試料の蒸発が防がれ、さらに高精度な測定が可能となる。本実施の形態においても、実施の形態２と同様に試料の蒸発を防ぎ、さらに高精度な測定が可能となる。
【００６５】
本実施の形態では、試料供給口から試料の導入が円滑であり、微量の試料においても、迅速に計測できる簡便なバイオセンサとなる。
【００６６】
（実施の形態５）
図５は、試料導入路は試料供給口の断面積が最大で、試料導入路内部に行くに従って凸弧線を描きすみやかに減少する試料導入路と一定である試料導入路はその両端が開放型であるバイオセンサの分解斜視図である。
【００６７】
本実施の形態と実施の形態４との違いは、本実施の形態では、試料の流入方向に向かって減少する区間が直線的に減少するのではなく、凸弧線を描いて減少することである。
【００６８】
基板１ａ、試料導入路内部に行くに従って減少する凸弧線の切り込みと一定である切り込みを有するスペーサー１０３ｂ、および試料供給口６とは別のもう一方の端面に空気孔９を形成したカバー１ｃを１点鎖線に示す位置関係に従い順次、張り合わせて基体とすることで、バイオセンサは両端が開放された管状の空間を形成することができる。なお、基体の構成素材はＰＥＴ樹脂である。管状の試料導入路は試料導入路内部に行くに従い弧線で減少する区間を有する試料導入路８２ａと断面積の一定である区間を有する試料導入路８２ｂからなる。
【００６９】
凸弧線を描き断面積が減少する区間を有する試料導入路８２ａと、断面積が一定である区間を有する空間８２ｂからなる試料導入路の体積を小さく保ちつつ、一方で試料供給口６が広くなっているので、簡単に試料導入路が判別でき、微量の試料であっても、バイオセンサ先端の任意の位置に試料が接するだけで、管状の空間に簡便に試料を供給することが可能となる。さらに、カバー１ｃにより、試料の蒸発が防がれ、さらに高精度な測定が可能となる。
【００７０】
本実施の形態は試料供給口から試料の導入が円滑であり、微量の試料においても、迅速に計測できる簡便なバイオセンサとなる。
【００７１】
（実施の形態６）
図６は、試料導入路は試料供給口の断面積が最大で、それに続き、試料供給口より断面積が小さい試料導入路により構成されたバイオセンサの分解斜視図である。
【００７２】
このバイオセンサは採光部１１を設けた基板１００ａと、試薬を含むガラスフィルター１０を有するスペーサー１０４ｂにより構成される。さらに、スペーサー１０４ｂは試料供給口６となる切り込み、断面積が切り替えられ、試料導入路内部に向かって断面積が小さくなる構成である。断面積の大きな部位を７２ａ、断面積の小さな部位を７２ｂとする。
【００７３】
試料供給口６が広くなっているので、簡単に試料導入路が判別でき、微量の試料であっても、簡単にセンサ先端の任意の位置に試料が接するだけで、簡便に試料を供給することが可能となる。
【００７４】
本実施の形態では試料の導入が円滑であり、少ない試料量で、迅速に計測できる簡便なバイオセンサとなる。
【００７５】
上面が大きく開放したバイオセンサを用い、その効果を記載したが、上面が図示したように大きく開放されていないものもある。
【００７６】
例えば、スペーサーに切り込み加工部を設けるとき、テーパを設けた切り込み加工を行い、バイオセンサと ミして組み合わせたとき、上面の切り込み加工部の面積が、基板と接触する切り込み加工部の面積より小さくすることがある。この加工により、上面の開放部が小さくなる。この結果、試料はその一定量を、試薬に供給するときのばらつきが抑えられ、測定精度が向上する。
【００７７】
さらに、試料導入路全体の体積を小さく保ちつつ一方で試料供給口が広くなっているので、微量の試料であっても、バイオセンサ先端の任意の位置に試料が接するだけで、簡単に試料供給口が判明し簡便に試料を供給することが可能となる。
【００７８】
また、本構成のバイオセンサは、基板上に形成されたスペーサーが、基板全体を覆っていない。したがって、スペーサー部を試料だめに使える。つまり、試料を、一旦、別の手段で、採取し、その後、本発明のバイオセンサに供給する。
【００７９】
微生物や細胞などの培養液や液体状の食品、注射器等で採取した体液など、直接バイオセンサを浸漬できないような試料中の成分を測定するときに有効である。
【００８０】
説明してきたように、本発明のバイオセンサは、試料供給口の断面積を最大にすることにより、試料を簡単に試料供給口に導入できる。これにより、微量な試料が的確に試料供給口から毛細管作用によってバイオセンサ中にスムーズに導入され、試料が少量で、迅速、しかも簡便に測定できる。
【００８１】
本実施の形態で説明したバイオセンサは定量・定性どちらの使用も可能である。
【００８２】
【実施例】
実施の形態で得られたバイオセンサについて、実施例をあげて本発明をより詳細に説明する。
【００８３】
本実施例では試料をグルコースとし、酵素はＧＯＤを使用した。また、実施例で用いる図では、すべて試薬は図示しない。
【００８４】
（実施例１）
ここでは図１とともに、バイオセンサの作製手順を説明する。図１の構成は実施の形態１で説明したとおりである。
【００８５】
試料導入路７の内部でかつ電極系の近傍に、親水性高分子としてカルボキシメチルセルロース（今後ＣＭＣと略す）の０．５ｗｔ％水溶液を滴下、乾燥させてＣＭＣ層を形成した。
【００８６】
続いて、ＣＭＣ層上に酵素としてＧＯＤ２００Ｕ（ユニット）、酵素と分析対象物質との反応で化学変化する物質として電子受容体のフェリシアン化カリウム６６ｍｇを脱イオン水１ｍｌに溶解させた混合溶液を０．５μｌ滴下し、５０℃の温風乾燥器中で１０分間乾燥させて酵素層を形成した。ＣＭＣ層と酵素層を合わせて、試薬とする。この試薬の厚さは基板から数十μｍとなる。
【００８７】
試薬を形成した後、スペーサー１０１ｂを、一点鎖線で示すような位置関係をもって順次接着した。スペーサー１０１ｂは試料供給口に１ｍｍ幅の切り込みを、他方は０．７５ｍｍの切り込みをいれた。
【００８８】
上記のように作製したグルコースセンサに試料として１００ｍｇ／ｄｌの濃度のグルコース水溶液を試料供給口６より０．５μｌ供給した。試料は毛細管作用によって速やかに試料導入路７全体を満たし、試薬でグルコースの酸化分解反応が起こった。
【００８９】
試料を供給してから２５秒後に、電極系の対極３を基準にして測定極２に０．５Ｖのパルス電圧を印加し、５秒後の電流値を測定したところ、試料中のグルコース濃度に依存した応答電流値が得られた。
【００９０】
同様に、比較例として、図７で示したバイオセンサについても、電極ならびに試薬（図示せず）を形成し、比較用バイオセンサとした。スペーサー１０５ｂの試料供給口６の切り込みを１ｍｍとし、その幅で、試薬まで試料導入路７３ｂを形成した。
【００９１】
試料が試薬まで到達する時間を比較すると、本発明のバイオセンサが、比較用バイオセンサより短時間で到達した。また、圧力エネルギーが速度エネルギーに変わるため、バイオセンサ基板上の凹凸、本実施例では試薬の厚さ数十μｍを乗り越えて、試料が供給された。
【００９２】
これは、スペーサー１０１ｂの試料導入路において、試料導入方向に対し、垂直方向の面積が、試料導入路の他端の前記断面積と比較し、徐々に減少するバイオセンサは、圧力エネルギーが速度エネルギーへと移行するため、試料の導入がすみやかに、かつ円滑に行われた。
【００９３】
図１と共に、試薬の作製を説明したが、管状の試料導入路を形成するため、図２のように試薬を形成した後、基板１ａおよびスペーサー１０１ｂにカバー１ｃを更に張り合わせることによって、管状の試料導入路８を形成するバイオセンサもある。
【００９４】
管状の試料導入路にすることにより部材が増えることになるが、試料がバイオセンサ外に露出する面積が少なくなることで、蒸発の影響を防ぐことができ、試料のすみやかな導入とともに、更に高精度の測定を実施することが可能となった。
【００９５】
図２から図５についても、バイオセンサを作製し、図７のバイオセンサを比較例とし、試薬までの試料到達時間を計測したところ、同様の結果を得た。
【００９６】
（実施例２）
図６とともに、本実施例のグルコースセンサの作製方法について説明する。
【００９７】
ガラスフィルター１０にＧＯＤ、ＰＯＤ、４―アミノアンチピリン、Ｎ―エチルＮ―（２―ヒドロキシ−３スルホプロピル）―ｍ―トルイジンの混合溶液を含浸させ、乾燥させて試薬を形成する。次にスペーサー１０４ｂを張り合わせバイオセンサとした。なお、試料供給口６の幅は２ｍｍ、ガラスフィルター１０と接触する試料導入路７２ｂの幅は１ｍｍとした。
【００９８】
上記のように作製したグルコースセンサに試料として１００ｍｇ／ｄｌの濃度のグルコース水溶液を試料供給口６より０．５μｌ供給した。試料は毛細管作用によって速やかに試料供給口７２ａから試料導入路７２ｂ全体を満たし、ガラスフィルター１０に到達した。
【００９９】
試料を供給してから２５秒後に、採光部１１より反射光強度を測定したところ、試料中のグルコース濃度に依存した反射光強度の増加が得られた。
【０１００】
図示しないが、上記方法と同様の製作手順で、試料導入路の幅が全経路において２ｍｍの比較用バイオセンサを作製した。
【０１０１】
試料供給口からガラスフィルターへ至るまでの、試料が試薬まで到達する時間を比較すると、本発明のバイオセンサが、比較用バイオセンサより短時間で到達し、実施例１と同様の結果を得た。
【０１０２】
実施例１〜２は、グルコースセンサについて述べたが、これに限定されることなく、本願発明は毛細管作用を応用して試料を導入するバイオセンサに適用可能である。
【０１０３】
また、上記実施例１〜２は、複数の部材を張り合わせた基体を用いることで、毛細管作用を有する試料導入路および管状の空間を形成したが、それに限定することなく単一の部材からなる基体を掘削するなどして試料導入路および管状の空間を形成した場合も同様の効果が得られる。
【０１０４】
さらに、試料としては体液、例えば血液、唾液および髄液などでも同様の効果がられた。特に血液を用いた場合、指先等を傷つけるといった痛みを伴う試料採取手法の改善に貢献することが可能となった。
【０１０５】
加えて、試料導入路あるいは管状の空間の試料流動方向に対して垂直な断面の面積が、試料の流動方向に向かって徐々に減少する区間と一定である区間を有する本願発明のバイオセンサにおいては、断面積が一定である区間の断面積が試料供給口の面積を１とした場合、０．７５以下である場合が好適であった。
【０１０６】
同様に、試料導入路あるいは管状の空間の試料流動方向に対して垂直な前記管状の空間の断面積が、少なくとも１回は変化するバイオセンサにおいては、変化前の断面積を１とした場合、変化後の断面積が０．７５以下である場合が好適だった。
【０１０７】
さらに、試料の量としては、５０ｎｌ以上が好適であった。これは５０ｎｌより試料が少ない場合、蒸発の影響が無視できず、正確な測定ができない。
【０１０８】
【発明の効果】
以上、説明してきたように、試料供給口の断面積が最大となるバイオセンサは試料供給口から微量な試料が的確に毛細管作用によって試料導入路を介し、バイオセンサ中に、基板の凹凸の影響を受けることなく、迅速かつ、効果的に導入される。
【０１０９】
これは、圧力エネルギーが速度エネルギーに変わるための効果である。このことから、試料中の特定成分が、少量、迅速、しかも簡便に測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のバイオンセンサの分解斜視図
【図２】本発明の他の実施例として作製したバイオンセンサの分解斜視図
【図３】本発明の他の実施例として作製したバイオンセンサの分解斜視図
【図４】本発明の他の実施例として作製したバイオンセンサの分解斜視図
【図５】本発明の他の実施例として作製したバイオンセンサの分解斜視図
【図６】本発明の他の実施例として作製したバイオセンサの分解斜視図
【図７】従来例として用いたバイオセンサの分解斜視図
【符号の説明】
１ａ，１００ａ 基板
１０１ｂ，１０２ｂ，１０３ｂ，１０４ｂ，１０５ｂ スペーサー
１ｃ カバー
２ 測定極
３ 対極
４ 絶縁層
５ 銀リード
６ 試料供給口
７，７３ｂ 試料導入路
７１ａ，７２ａ 断面積が減少する試料導入路
７１ｂ，７２ｂ 断面積が一定である試料導入路
８ 管状の試料導入路
８１ａ，８２ａ 断面積が減少する管状の試料導入路
８１ｂ，８２ｂ 断面積が一定である管状の試料導入路
９ 空気孔
１０ ガラスフィルター
１１ 採光部
Claims (3)
- 基板と、前記基板上に設けた試料供給口と、前記試料供給口と連通する試料導入路と、前記試料導入路内に設けた酵素を含む試薬とを備え、前記試料供給口に点着された試料は前記試料導入路内に導入され、
前記試料供給口の、試料導入方向に対し垂直方向の断面積が、前記試料導入路の試料導入方向に対し垂直方向の断面積よりも、大きいことを特徴とするバイオセンサ。 - 試料導入路は、試料導入方向に対し垂直方向の断面積がほぼ一定の区間を有することを特徴とする請求項１記載のバイオセンサ。
- 基板上に形成された測定極と対極とを有する電極系は、少なくとも前記電極系の一部が試料導入路内に露出していることを特徴とする、請求項１または２記載のバイオセンサ。
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